JPH01261282A - 無機接着剤用バインダー及びそれを使用した無機接着剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、セラミックファイバー等の無機繊維用の接
着剤や被覆剤、不定形耐火物や耐火断熱レンガの焼結性
バインダー等の種々の用途に使用される無機接着剤用バ
インダー及びこれを使用した高温無収縮性無機接着剤に
関する。

［従来の技術］ 近年、鉄鋼を始めとする各種の工業用窯炉においては、
その断熱性を高めて省エネルギーを図る目的で、窯炉の
内壁や外壁にセラミックファイバーをはじめ、各種の不
定形耐火物や耐火断熱レンガ等の耐火材を貼り合わせる
ことが行われている。

そして、これらの耐火材を貼り合せるための無機接着剤
としては、その目的や用途に合せて、例えばコロイダル
シリカやアルミナゾル等を主体とする接着剤、水ガラス
等の硅酸ナトリウム系接着剤、第一燐酸アルミニウム等
を主体とする燐酸系接着剤がしばしば使用されている。

しかしながら、コロイダルシリカやアルミナゾルを主体
とする接着剤はその接着強度が弱く、また、硅酸ナトリ
ウム系接着剤は強アルカリ性であるために耐アルカリ性
の弱い物質量の接着には使用できずその用途が制約され
るほか、耐熱性が不十分であるという問題を有する。

そして、第一燐酸アルミニウム等のｖＡ酸系接着剤は、
その耐熱性については問題がないが、高温領域、特に１
，３００’Ｃを越える高温領域において分解し、その一
部が五酸化燐として揮発し、それだけ減量か生じて体積
収縮が発生し、例えばセラミックファイバーの接着剤と
して使用した場合にはその剥離が、また、その被覆剤と
して使用した場合には被覆層の剥落が、ざらに、不定形
耐火物や耐火断熱レンガの接着剤として使用した場合に
はその破壊が起りかねない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明者らは、かかる観点に鑑みて鋭意研究を重ねた結
果、無機接着剤用バインダーとして第一燐酸アルミニウ
ム誘導体と窒化硅素及び／又は炭化硅素とを併用使用す
ることにより、高温領域にあける熱収縮の少ない高温無
収縮性無機接着剤を得ることができることを見出し、本
発明に到達したものである。

従って、本発明の目的は、高温、特に１，３００°Ｃを
越える高温領域での熱収縮の少ない無機接着剤用バイン
ダーを提供することにある。また、本発明の他の目的は
、このような高温熱収縮の少ないバインダーを使用した
高温無収縮性無機接着剤を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ すなわち、本発明は、第一燐酸アルミニウム誘導体（Ｐ
Ａ）と窒化硅素及び／又は炭化硅素（ＳＮ）とが重量比
（ＰＡ／ＳＮ＞　１〜６の割合で配合されている無機接
着剤用バインダーであり、また、第一燐酸アルミニウム
誘導体（ＰＡ）と窒化硅素及σ／又は炭化硅素（ＳＮ）
とが重量比（ＰＡ／ＳＮ＞　１〜６の割合で配合されて
いるバインダーを８〜２０重量％の範囲で含有する無機
接着剤である。

本発明において、第一燐酸アルミニウム誘導体としては
、例えば、Ａ〃２０３・３Ｐ２０．・６町０の化学式を
有する酸性第一燐酸アルミニウム、この酸性第一燐酸ア
ルミニウムの水溶液に硼酸及び／又は硼酸塩を添加した
ものあるいはこれにさらに酸化マグネシウムや酸化クロ
ム等の金属酸化物を添ｈ［シシたもの（例えば、特公昭
４９−１６．２５３＠公報）、ざらに、上記酸性第一燐
酸アルミニウムの水溶液に１１１１Ｉ酸及び／又は硼酸
塩を添加したものに第一燐酸、第二燐酸、第三燐酸、ピ
ロ燐酸、ヘキサメタ燐酸、トリポリ燐酸等のＷ４ｖｉ又
はポリ燐酸のナトリウム塩又はカリウム塩等のアルカリ
金属塩を添加したちのく例えば、特開昭５２−１１２，
６３６号公報）、等を挙げることができる。

また、上記第一燐酸アルミニウム誘導体と共に使用され
る窒化硅素及び／又は炭化硅素としては、好ましくはα
・四窒化三硅素、β・四窒化三硅素及び炭化硅素から選
択された１種又は２種以上の混合物を挙げることができ
る。

そして、バインダー主成分であるこれら第一燐酸アルミ
ニウム誘導体（ＰＡ）と窒化硅素及び／又は炭化硅素（
ＳＮ）との配合割合については、重量比（ＰＡ／　ＳＮ
　）で１〜６、好ましくは１．５〜４゜５の範囲であり
、この配合割合（重量比ＰＡ／　ＳＮ　）が１より低く
ても、また、６より高くても高温熱収縮性の改善がみら
れない。これらバインダー主成分としては、その粒径が
５０Ｉ１ｍ以下の微粒子が好ましい。特に、窒化硅素や
炭化硅素はこれより大きい粒径になると、特にコーテイ
ング材に利用した場合、局部的に斑点状の突起（脹み）
が生じる場合がある。

本発明の無機接着剤用バインダーは、上記第−ｍｌアル
ミニウム誘導体と窒化硅素及び／又は炭化硅素とを水の
存在下に通常の方法、例えばホバートミキサー、オムニ
ミキサー等で混練することにより調製することができる
。

このような本発明のバインダーは、これを骨材及び必要
に応じて添加される糊剤等の他の添加剤と配合されて高
温無収縮性無機接着剤を製造することができる。

この目的で使用される骨材としては、高温条件下で上記
バインダーと反応して熱安定性の優れたムライトを形成
するアルミナを必須成分とし、これに、例えば、シリカ
、シリカ・アルミナ、ジルコニア、ムライト、コージェ
ライト、ジルコン等を適宜配合してもよい。この骨材の
粒径については、製造される無機接着剤の用途等によっ
て異なるが、通常１〜１００虜、好ましくは１〜５０ｘ
ｉの範囲でおり、より好ましくは粒度分１５の異なる複
数の骨材を適宜配合して使用すれば、反りや亀裂の抑制
に有効である。

また、必要に応じて添加される糊剤としては、ポリオキ
シエチレンオキサイド（ＰＥＯ）　、カルボキシメチル
セルロース（ＣＨＣ）　、メチルセルロース（ＨＣ）、
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）　、スターチ類、酢酸
ビニル、アクリルアミド、ポリビニルメチルエーテル等
を挙げることができ、これらはそのいずれかを単独で使
用できると共に、２種以上を併用して使用することもで
きる。これらの糊剤のうち、低ｐＨ値でも粘度低下がな
く、また、経時的な粘度低下の少ないという観点から、
ポリオキシエチレンオキサイド（ＰＥＯ）の単独使用又
はこのＰＥＯとカルボキシメチルセルロース（ＣＨＣ）
の併用使用が好ましい。

さらに、必要に応じて添り口される他の添加剤としては
、６００〜１，０００℃という中高温における接着強度
改善の目的で添加されるカリオン系生粘土、耐スポーリ
ング性向上や剥落防止の目的で添ｈＯされるセラミック
ファイバー等を挙げることができる。

本発明において、この高温無収縮性無機接着剤の組成に
ついては、バインダーの調製時にあるいはこの無機接着
剤の調製時に使用される水分を別にして（すなわち、固
形分として）、骨材が７５〜８８手量％、好ましくは８
０〜８５重量％の範囲で、バインダー主成分が８〜２０
重量％、好ましくは１４〜１８重量％の範囲である。バ
インダー主成分の使用量が８重量％より低くなったり、
あるいは、２０重量％より多くなると、いずれも接着剤
の熱間膨張量が被着体の膨張量に近似しなくなり、接着
面で剥落を起す原因になる。

また、必要に応じて添加される他の添加剤については、
糊剤が０．１〜３重量％、好ましくは０゜２〜１．０の
範囲で、その他のものが合計で１〜１０重量％、好まし
くは２〜８重量％の範囲である。また、この無機接着剤
中に配合される水分の吊については、この無機接着剤を
構成する固形分１００重量部に対して、通常２０〜５０
重量部、好ましくは３０〜４０重量部である。この水分
含有量が２０重串部より少なくても、また、多くなって
も、いずれも施工性不良という問題が生じる。

本発明の無機接着剤の調製については、予めバインダー
主成分と水とを所定の割合で混合してバインダーを調製
しておき、これに骨材や糊剤その１也の添加剤を添加し
て混練してもよく、また、バインダー主成分と骨材や糊
剤その他の添加剤を水を使用して同時に混練してもよい
。

本発明の無機接着剤は、コテ塗り法やスプレー塗布法等
の一般的な施工要領で使用することができる。

［作　用］ 本発明のバインダーは、その主成分として窒化硅素及び
／又は炭化硅素を含有し、これが１，０００℃を越える
高温領域で分解して窒素酸化物のガスとシリカを生成す
るか、この際の反応の前後で固体の重積（分子量）の減
少がほとんどなく、従って体積変化がほとんど生じない
。また、この生成したシリカがこのバインダーを使用す
る無機接着剤中のアルミナや無機接着剤が適用される種
々の耐火材中のアルミナと反応して高温安定性に優れた
ムライトを生成し、これによって体積変化や真比手差が
ほとんどなく、高温熱収縮性が改善されるものと考えら
れる。

［実施例］ 以下、実施例、比較例及び試験例に基いて、本発明を具
体的に説明する。

実施例１〜３ 第一燐酸アルミニウム（多水化学（！１製商品名ニーＢ
二β・５ｉ３Ｎ４）とを第１表に示す割合で混合し、こ
れに骨材として平均粒径５μｓの粗粒アルミナ（住人ア
ルミ■製商品名：Ａ−２１＞５０重量部及び平均粒径２
．５ｍの細粒アルミナ（住人アルミ製商品名：ＡＭＳ−
５）５０重量部と、糊剤として６ｗｔ％−ＣＨＣを０．
６５重量部及び４ｗｔ％−ＰＥＯを０．６５重量部と、
水２７重量部とを混合して混練し、各実施例の無機接着
剤を調製した。

得られた各実施例の無機接着剤を使用し、１０ｓＸ１０
簡×１２５鯖の大きさのＳＵＳ製型枠に充填し成形して
試験片を調製し、各試験片について４０’Ｃで２４時間
及び１００’Ｃで２４時間それぞれ乾燥した後、電気炉
を使用して１００〜１゜５００　’Ｃの範囲内でそれぞ
れ２００　’Ｃ上昇毎に４時間の加熱処理を行い、直読
式高温熱膨張計を使用して試験片の艮ざの変化率（熱間
膨張率）を調べた。結果を第１図に示す。

この第１図の結果かられかるように、各実施例１〜３の
バインダー成分を使用した無機接着剤は１．５００’Ｃ
加熱処理においてもその試験片の長さ変化率がプラス側
におり、高温熱収縮が小さいことが判明した。

比較例１〜４ 上記実施例１〜３で使用した第一燐酸アルミニウム及び
β・四窒化三硅素とは別に、燐酸ナトリウム（太平化学
産業（体製商品名：「・５：構造式Ｎ　ａ　Ｈ２ＰＯ４
）　、水力ラス（日本化学工業（体製商品名：Ｊ硅酸ソ
ーダ３号：構造式Ｎａ２Ｏ・３Ｓ　ｉ　０２　）　、４
０ｗｔ％−コロイダルシリカ（触媒化学工業（体製商品
名：５Ｉ−４０：構造式５ｈｏ２＞及び粉末アルミナゾ
ル（日産化学工業■製商品名：アルミナゾル１００：構
造式ＡＤ　２　ｏ３）を使用し、これらを第１表に示す
割合で混合してバインダー成分とし、上記実施例１〜３
と同様にして各比較例の無機接着剤を調製し、これを使
用して上記実施例１〜３と同様に試験片を調製し、各試
験片についてそれぞれ加熱処理を行い、試験片の長さの
変化率（熱間膨張率）を調べた。実施例１の結果と共に
、結果を第２図に示す。

この第１図の結果から、各比較例１〜４のバインダー成
分を使用した無機接着剤は１，５００’Ｃ／）［Ｊ熱処
理においてその試験片の長さ変化率がマイナス側に移行
し、上記各実施例１〜３の場合に比べて高温熱収縮が大
きいことがわかる。

第１表 実施例４ 上記各実施例で使用した第一燐酸アルミニウム（ＰＡ）
とβ・四窒化三硅素（ＳＮ）とをその重量比（ＰＡ／Ｓ
Ｎ＞　４　：　１で混合して得られたバインダー成分１
８重量％、上記各実施例で使用した粗粒アルミナと細粒
アルミナとを重量比１：１で混合して得られた骨材７６
．５重量％、糊剤としてポリオキシエチレンオキサイド
０．５重量％及びカルボキシメチルセルロース０．５重
量％、生粘土（東京化成品１１製商品名二蛙目粘土）４
．２重量％及びセラミックファイバー（新日鐵化学（体
製商品名：ＳＣ１６００Ｍ＞０．３重量％の組成を有す
る接着剤成分１００重量部に水４０重量部を添加して混
練し、無機接着剤を調製した。

このようにして得られた無機接着剤を３００　ｃｍＸ　
３００ｃｍ×２０ｃｍの大きざの型枠中に流し込み、自
然乾燥した後に型枠を外して２０ｃｍ×１６０ｃｍＸ２
０ｃｍの大きざの試験片を切出し、１０５℃で２４時間
乾燥した。

得られた試験片について、１００’Ｃ１５００’Ｃ１１
，０００℃、１．２００℃、１．３００’Ｃ及び１．５
００℃でそれぞれ８時間の加熱処理を行った後の加熱後
曲げ強度を、万能試験機を使用し、ＪＩＳ　Ｒ２５５３
及びＪＩＳ　Ｒ２５７５法に準じて測定し、また、５０
０℃、１．０００℃、１，２００℃、１゜３００　’Ｃ
１１，４００’Ｃ及び１，５００℃中での熱間曲げ強度
を、熱間抗折試験機を使用し、ＡＳＴ）ｌ−Ｃ５Ｂ３−
７６法に準じて測定した。結果を第２表に示す。

また、上記無機接着剤を２個のレンガの片方に塗布し、
他方の接着面に目地の厚さ３ｍになるまで圧着した多数
のサンプルを作り、接着面を水平にして乾燥し、電気炉
内でそれぞれ所定の温度に８時間づつ加熱焼成し、冷却
してから片方のレンガに荷重をかけ、レンガ接着面の剪
断接着強度５ａ＝Ｗ／Ａ　（Ｗ：最大荷重に’ｊｆ　、
　Ａ　：接着面積ｃｒＡ＞を測定した。結果を第２表に
示す。

強度は″いずれも、６０ＫＩｆ／ｃｒｔｔ以上であり、
また、熱間曲げ強度は１’、５００℃になると幾分低下
するが安定して高い強度を示しており、目標の１０に３
ｆ／ｃｔｒｒをいずれも大幅にクリアしている。

また、レンガ接着面の加熱後剪断強度は、１゜２００℃
付近から急激に上昇し、１．５００℃付近で安定した高
強度を示すことがわかる。

なお、同時に行った反り・亀裂試験や熱間剪断接着試験
においても満足し得る結果が得られた。

［発明の効果］ 本発明の無機接着剤用バインダーによれば、高温、特に
１，３００℃を越える高温領域での熱収縮の少ない無機
接着剤を容易に製造することができ、また、このバイン
ダーを使用して製造された本発明の高温無収縮性無機接
着剤によれば、特に高温に晒される工業用窯炉の内壁や
外壁にセラミックファイバー等の無機繊維ブランケット
を貼り合せたり、不定形耐火物や耐火断熱レンガの接着
剤としであるいはこれらの焼結性バインダー等として多
くの用途に有利に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はいずれも熱間膨張率を示すグラフ図
である。 特許出願人　　　新日鐵化学株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第一燐酸アルミニウム誘導体（ＰＡ）と窒化硅素
   及び／又は炭化硅素（ＳＮ）とが重量比（ＰＡ／ＳＮ）
   １〜６の割合で配合されていることを特徴とする無機接
   着剤用バインダー。
2. （２）第一燐酸アルミニウム誘導体（ＰＡ）と窒化硅素
   及び／又は炭化硅素（ＳＮ）とが重量比（ＰＡ／ＳＮ）
   １〜６の割合で配合されているバインダーを８〜２０重
   量％の範囲で含有することを特徴とする無機接着剤。