JPH04506236A - 鉱物繊維ウールの絶縁製品、特にパイプの断熱用の製品、およびその製品の製法 - 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】 鉱物繊維ウールの絶縁製品、特にパイプの断熱用の製品、およびその製品の製法 本発明は、特にパイプの断熱用の鉱物繊維の絶縁製品に関する。この製品には、 良好な耐温性、耐湿性、および高い一時的荷重、すなわち据付作業中のパイプに 対するパイプ取付は上の工程に耐える強度を持たせる。絶縁材料は即座にまたは 後刻所望の形状に形成可能であり、また引き続いて周囲温度または上昇させた温 度の下で硬化可能である。

この製品の経済的最適の製造の観点からは、製造は従来の取付は方法で鉱物ウー ルの巻取りシートを製造可能でなければならない。硬化温度は状況に適合するも のであり、硬化時間は短かくなければならない。

フィンランド特許明細書６７７５１号は、鉱物ウールを基礎とする絶縁体の製造 を開示している。所望の耐圧縮性および耐温性を達成するためには、粘度スラッ ジ、望ましくはベントナイトが、事前成形され硬化された管状体または絶縁板の 中へ、加圧により吸収される。その工程は炉内で数時間硬化させることを必要と する。その絶縁体は８００℃以上の良好な耐温性を有するが、緩慢かつ費用のか かる工程および高価な原料のために高価である。ベントナイト体のさらなる欠点 は、その表面が粗いことであり、そのために追加９表面処理、すなわちシーリン グを必要とし、そのために製品の価格を上昇させる。

フェノール硬化絶縁体もまた知られている。フェノールはかなり安価であり、速 く硬化する結合剤である。

フェノール硬化製品は２５０℃までの温度に耐えるが、温度が長時間２５０℃を 超えるならば結合は破壊される。４００℃以上の高温では、結合剤残分が燃え上 がり、温度は急上昇し、製品は崩壊する。フェノール絶縁体のもう一つの欠点は 、燃焼中に有毒ガスを放出することである。

ＳＥ設計刊行物（ＳＥ　１ａｙ−ｏｕｔ　ｐｒｌｎｔ）４２０　、４８８は、例 えば結合剤として水ガラスと粘土鉱物物質を基礎とする密集体の使用を開示して いる。結合剤は製品における良好な耐水性および耐熱性を提供する。他方この製 品は耐圧縮性に劣り、上記設計刊行物にしたがって鉱物繊維で作られ処理された 管状体は一時的荷重に耐え得ない。さらに、この製品は脆く、そのため塵を発生 する。

本発明によれば、下記のような絶縁製品を製造可能であることが認められた。す なわち、特に管状体に適し、結合剤として水ガラスを基礎として、スラグが添加 された結合剤を使用する二とにより、従来の方法で調製された鉱物繊維巻取りシ ートから成る絶縁製品である。

本発明の主特徴は、請求項１〜７の特徴部分から明らかである。

スラグは、絶縁材料に多くの有益な特性を付与する。

水ガラスのアルカリ物質は、スラグの活性化剤として作用する（スラグ　アルカ リ　セメント参照）。水ガラスとともにスラグは、スラグを添加していない水ガ ラスを含有する結合剤で処理された製品に比較して、この硬化した製品の耐圧縮 性を改善し、脆さを減少し、その結果、発塵と大きい塵粒子を減少する水和結合 を形成する。

さらに、水ガラスを基礎とする結合剤を包含し、スラグ添加を存する製品におい ては、良好な耐湿性が達成される。スラグの水ガラスへの水和結合により、水は 構造物に強固結合され、化学的に結合される。化学的に結合された水は、発火温 度で蒸発する水が長期間温度を低く保ち続けるので、材料の耐火能力を増大する 。水ガラスを基礎とする結合剤は、８００℃までの長期継続温度攻撃に抵抗する 。

水ガラスと結合して、スラグは材料の結晶性を増大し、その結果、吸湿傾向と感 湿性を減少する。

さらに、一層迅速な硬化と、硬化条件を選択自由とする可能性とが、提供される 。水ガラスと、結合剤中のスラグとを含有する製品を、従来通り硬化チャンバの 中で硬化する硬化時間は、薄肉製品に対して約２０〜６０秒、最大でも厚肉管状 体に対して約２０分である。同様に良好な硬化時間が結合剤を含有するフ、二ノ ールで達成されるが、これらの結合剤は他の点で不適当である。他の既知の結合 剤は、数時間にも及ぶ硬化時間を必要とする。

この「水ガラス／スラグ」システムの他の長所は、結合剤が、温度が純水ガラス の膨潤温度１６０℃を超えても、非膨潤の化合物の形成が可能であることである 。

スラグのさらなる長所は、常温での反応性である。

これはとりわけ、スラグが炭酸化を完全に防止することを意味し、このことは注 目されるべき長所である。

フライアッシュや粘土のような他の鉱物性硬化材は、この特性を有しない。粘土 および類似の物質は主に充填材として作用する。

本発明によれば、スラグの有利な効果は、水ガラス量および繊維量の双方に対し 、比較的小量のスラグによって達成されることが認められた。結合剤において、 （水ガラスの乾燥物質）対（スラグ）重量比は、約１００：１〜１００　：　５ ０であり、望ましくは１０：１〜１０：２であり得る。製品において、（鉱物繊 維ｆｆ１）対（水ガラスの乾燥物質）比は、約１００：１〜１００：２０であり 、望ましくは１００　：　５〜１００：１５であり得る。

結合剤のスラグは望ましくは高炉スラグである。

この「スラグ／水ガラス」システムは、申し分なく制御可能であり、その結果、 鉱物ウールの絶縁製品を調製する方法に対して、大きい融通性を提供する。制御 可能な要素はとりわけ下記である。

スラグ　水ガラス　硬化条件 スラグの化学　水ガラスの種類　温度 スラグの鉱物学　モル比　時間 粉砕の細かさ　改質剤　環境（湿度） 粒子の分布　水ガラス組成 改質剤 種々のスラグのアルカリ性環境における挙動についての知識は、最終製品の特性 を制御することを可能とする。

スラグは水ガラスのアルカリと反応する。すなわちそれは活性化される。このよ うにして、ゼオライト型の耐水性水和相が得られる。この機構のために、残留未 反応水ガラスに対するモル比Ｒｇ（水ガラス中の硅素のモルとアルカリのモルと の比）は、この残留物もまた耐水性になるような大きさに上昇する。アルカリ含 有量が高ければ、すなわちモル比Ｒｓが低ければ、アルカリを耐水性形態の中に つなぎ留めるためには高いスラグの構成部分を必要とする。

市販の水ガラスのモル比Ｒｓは約３．３である。本発明によれば、非常に低いモ ル比もまた使用可能であり、その場合には最終複合品の耐水性を提供するために は高いスラグ含有量を必要とすることが認められた。

ＮａＯＨまたはＮ　ａ　ＣＯａでさえも使用可能である。

しかし、Ｒｓ≧２．３のモル比を使用することが望ましい。スラグの反応性に関 する最適耐湿性は、Ｒ５ｍ２．７〜３．０に対して得られる。

スラグ−ガラスの主成分は、ＣａＯ５Ｍｇ０ＳＳｉＯ−Ａ　／　２０　ａである 。「スラグ／水ガラス」システムについては、手頃な長さの時間内に水和結合を 得るためには、ＣａＯ含有量すなわちＣａ　Ｏ／　Ｓ　ｉＯ２比が低いほど、よ り低いモル比Ｒｓを使用するべきであることは、一般に真実である。Ｒｓ≦２． ７である低いモル比を使用すれば、スラグ含有量を増大しなげればならない。１ ．３以上の高いＣａ　Ｏ／　Ｓ　ｉＯ２比の場合には、Ｒｓ≧３．３の水ガラス が使用可能であり、しかも十分な反応性が得られる。

反応度は温度および硬化時間によって制御される。

硬化温度が高ければ硬化時間は短かくなり、前者が低ければ後者は長くなる。

Ｒｓが低ければ一定温度での硬化時間は短くなる。

Ｒｓが高ければ、長い硬化時間または高い温度を必要とする。

スラグと水ガラスを常温または上昇させた温度で攪拌しながら予備反応させるこ とにより、反応度および硬化速度はさらに増大させ得る。その結果、最終、水和 相は生成され、結合剤が鉱物ウールに適用されていれば、硬化を迅速化する。

硬化温度が約１６０℃を超える場合には、水ガラスの膨潤を防止するためにはス ラグ含有量を増大しなければならない（スラグ　アルカリ　セメント参照）。

スラグを摩砕すれば、反応速度と反応性は増大する。

これにより、高いＲｓの水ガラスの使用が可能となり、またはその代りに低いＲ ｓにおいて非常に迅速な硬化が達成され得る。細かく粉砕されたスラグを使用す ることによっても水ガラスとスラグのスラリーの安定性を向上し得る。

水ガラスは、硅酸ナトリウム、硅酸カリウム、硅酸リチウムまたは硅酸アンモニ ウムの溶液であってもよい。スラグ含有量が高い場合には、水酸化物および／ま たは炭酸塩を添加することができる。

鉱物ウール製品の調製、および水ガラスを基礎とし、スラグを含有する結合剤の 添加は、従来通りに従来の装置で行なわれる。結合剤は、従来の機械ラインの中 のウール・チャンバの中で、溶液としてノズルを通って繊維に添加される。水ガ ラスとスラグは水中で事前混合され、ウールの上へ散布される前は攪拌され続け る。結合剤を混合されたウール材料の硬化は即座にまたは後刻、室温または上昇 された温度で行なわれる。

水ガラスおよびスラグのほかに、結合剤溶液は恐らく追加の硬化剤、改質剤、塵 結合剤および／または疎水剤を含有し得る。

結合剤溶液および添加物の吹付けは、繊維形成直後に、望ましくはウール・チャ ンバの中で行なわれる。

このことは本質的な長所である。なぜならばここではウールは新鮮な状態であり 、良好な付着性を有するからである。

結合剤混合物は遠心式結合剤ノズルを経てウールの上へ吹付けられ、その時周辺 の吹付は器と中央の吹付は器の双方が使用可能である。選択肢としては、異なる ２種類の溶液がウールに供給され、その結果改質剤および／または追加の硬化剤 になり得るものが一方の吹付は器から供給され、（水ガラス／スラグのスラリ） ＋（改質剤になり得るもの）が他方の吹付は器から供給されるようにすることが 可能である。

追加の結合剤溶液は、絶縁材料の製造の引き続く工程においてウールに適宜に添 加され得る。より多くの結合剤溶液を一次巻取りシートに適用することにより、 一層すぐれた耐性を持つ複合品が得られる。−次巻取りシートに追加の添加“物 を追加するこにとより、材料に特別の特性が与えられ得る。

結合剤の供給前には、相溶性のある物質のみが事前混合される必要があり、他方 他の必要な追加の成分は適用の時点においてのみ混合される。混合は、例えば迅 速混合によって、すなわち管形ミキサで行なわれる。

このようにすれば滞留時間は、ゲル化反応または沈澱反応を生じさせないほどに 十分に短いであろう。必要とされる追加の水もまた、迅速ミキサの中への供給に より調製される。水の量は、−次巻取りシートに適切な湿分を提供し発塵を防止 するように調整される。ウール・チャンバ内で発生する水の蒸発は、繊維の上に 適用される繊維構成物の粘度を増大する。粘度が増大すればイオンの移動が非常 に低くなり、その結果反応速度が減少する。このようにして、−次巻取りシート は、さらなる水の排出が防止されれば、数日７週の間その弾性と硬化能力を維持 する。

絶縁シートを製造する場合には、これらのシートは大体は鉱物性巻取りシートか ら切り出される。その鉱物性シートは従来の方法で往復運動により所望の厚さに 拡げられ、次に硬化されたものである。

望ましい一つの方法によれば、鉱物繊維巻取りシートは、例えば金属シートの間 で室温で硬化される。このようにしてシートは一層良好な可撓性を具備するであ ろう。周知の通り、ゆっくりと硬化される繊維体は、高温で硬化されねばならな い繊維体よりも、可撓性と弾性が大きい。

他の一つの望ましい実施例によれば、所望の厚さを有する二次巻取りシートが非 硬化状態で取り上げられ非硬化環境の中で、すなわち適当な温度で高々所定の時 間の間、プラスチックの中に封入されて、貯蔵される。この絶縁材料は、本来容 易に接近し得ず扱い難い形状を有する場所での絶縁用に、例えば修繕物体用など に、使用される。その後、この絶縁物は普通の温度において硬化する。適宜の厚 さを有する絶縁マットを種々の接近困難な物体の上または周囲に適用することは 比較的に容易である。硬化は、普通の温度において自然に生じるので、特別の手 段または設備を必要としない。

この方法はまたウール吹出し使用にも適する。この使用においては小さい房に引 き裂かれた非硬化繊維材料がパイプの上へ貼付され、そこでウールは普通の温度 において硬化され得る。

管状体を製造する場合、二次巻取りシートは管状体の所望の形状に形成され、引 き続いて周知の仕方で硬化される。その硬化は高温では迅速に、低温ではゆっく りと行なわれる。

追加の硬化剤、改質剤、塵結合剤および疎水剤のような追加の添加物は、「水ガ ラス／スラブ」システムと共働する。

本発明によれば、追加の硬化剤は鉱物塩類および鉱物化合物、適当な酸、エステ ル、またはアルコール、またはこれらの組み合わせから成る。鉱物塩類は例えば マグネシウム、アルミニウムまたはカルシウムの塩類または化合物であり得る。

例えば燐酸は使用可能な酸である。緩衝硬化剤もまた貯蔵時間調整のために使用 し得る。追加の硬化剤は上記の硬化剤の組み合わせであってもよい。

水ガラスに対しては、有機ポリマー、無機ポリマー、セルロース、有機硅素ポリ マーのようなシリコーン、のような種々の改質剤が適切に使用される。硬化の間 に例えばｐＨ変化または温度上昇によって重合されたモノマーもまた、使用され 得る。水ガラスの改質剤は共同してフィルム形成をしない。改質剤によって水ガ ラスの軟化が目指され、それにより水ガラスの繊維表面への付着性が増大する。

水ガラス改質剤は、水ガラスの弾性特性、耐水性、耐炭酸化性などを改善する。

塵結合剤としては、アルコール、ポリオール、フィルム形成ポリマー、ゲル化ポ リマー、ワックス、油、脂肪、パラフィンなどが適切に使用される。塵結合剤の 作用は、物理的（フィルム形成）または化学的（表面活性特性）のいずれかによ って、車同士を結合すること、または塵を生母材に結合することである。高温硬 化が行なわれる場合には、例えばステアレートなどの塵溶融結合剤、または母材 の上にフィルムを形成する硬化塵結合剤が使用され得る。非常に多数の塵結合剤 が同時に撥水効果を持つ。

疎水剤の作用は、水および湿気が製品の中に侵入するのを防止することである。

疎水剤としては、シラン、シリコーン、油、種々の疎水化合物および疎水澱粉が 使用される。親水性乳化剤になり得るものは破壊力があるということは重要であ る。このことはｐＨ値を上昇させることまたは温度上昇により生じる。

ポリブテンシラン化合物は、塵結合剤および疎水剤として特に有益であることが 立証された。ポリブテンは塵結合剤として、シランは疎水剤として、作用する。

種々の群の中で、相溶性のある化合物が前身て混合され得るが、他方相溶性のな い化合物は、適用の直前に混合されるか、または別々のノズルから適用されるか 、しなければならない。

本発明を種々の実施例によって、また製造された絶縁製品の種々の重要な特性の 数値を示すことによって、以下に説明する。

実施例１ 水ガラス（Ｒｓ　＝　２．７、乾燥含有量３９％）の８３％と高炉スラグの１３ ％の懸濁液が、疎水剤としてのシランとフィルム形成層結合剤としてのポリブテ ンとを含有する改質溶液（乾燥含有量８％）と、管状ミキサの中で混合された。

乾燥物質として計算された場合、水ガラスはウールの１１．２％を形成し、スラ グは水ガラスの１３％を形成し、改質剤は水ガラスの１゜８％を形成する。ウー ルの製造は２．８トン／時であり、種々の溶液の投与は水ガラス／スラグ懸濁液 １０゜２１７分、改質剤溶液３．２１７分、水１０１／分であった。−次巻取り シートは巻き付けて直径３５０■、壁厚６０ｍｍの管状体にし、管状体は１４５ ℃で３分間硬化された。管状体から６３．５ｍ膿Ｘ６３．５ｍ１１の試験片を切 り取り、ＡＳＴＭ３５６−６０に準拠して６００℃で線収縮を試験した。製品密 度が１０１ｋｇ／ｍ３の場合、収縮は僅かに１．４％であった。

実施例２ 水ガラス（Ｒｓ＝３．３、乾燥含有量３７％）の９５％と高炉スラグの５％の懸 濁液が、追加の硬化剤（５％Ｈｓ　Ｐ　Ｏ４）と、疎水剤および塵結合剤として のフィルム形成ポリマーとを含有する改質剤溶液（乾燥含有量５％）と、管状ミ キサの中で混合された。乾燥物質として計算された場合、水ガラスはウールの１ １．４％を形成し、スラグ、燐酸、改質剤はそれぞれ水ガラスの５％、２．５％ 、０８８％を形成する。ウールの製造は３．２トン／時であり、種々の溶液の投 与は水ガラス／スラグ懸濁液１２．５１／分、追加の硬化剤５．３１７分、改質 剤溶液４．２１７分、水１１１／分であった。−次巻取りシートから、巻取りシ ートが１４０℃で硬化チャンバの中で調製された。５ＦＳ４１９３に準拠する耐 火試験が、厚さ僅かに２６ｍｍ、密度それぞれ２１７および２２５ｋｇ／ｍ３の シートに対して行なわれ、その結果は、それぞれ５２および５８分の耐火性であ った。５Ｆ８４１９３による大側の温度上昇は図１および表１に示されている。

この試験は１時間続けられ、試験の終りにおける温度は９２５℃であった。シー トは全く変形せず、曲らず、なく、単に得られる代表的数値を示すものであるこ とは、注意するべきである。結果は、７０種類以上の異なる処方をテストする１ １の異なるフルスケール試験から集められたちのでる。

図２は、本発明によるシート製品の割裂抵抗と密度との間の代表的関係を示す。

図３は、本発明による多数のシート製品の引張り曲げ強度と密度との間の関係を 示す。

本発明による硬化されたシート製品をそれぞれ５および１０％圧縮するのに要す る力が図４に示されている。

水吸収がＢ５２９７２：　１９７５に準拠して試験された。良好な疎水性を意図 するシート製品の水吸収は下記であった。

０．５時間浸漬後　僅かに０，３〜１．６体積％１　日　／／”　３．８　７． ０　” 耐湿性が気候室の中で、４０℃、９５％相対湿度で貯蔵される間の膨潤を測定す ることによって試験された。２０〜３０℃での膨潤は実際上ゼロまたは非常ン緩 慢であるので、温度は迅速化された結果を得るため１；４０℃に選ばれた。密度 １４０ｋｇ／ｍ”のシート製品の最適結果は、１日後に膨潤ゼロ、７日後に膨潤 僅かに０．３％であった。

表１　時間による温度上昇 時間　ｔ　炉の温度上昇Ｔ−Ｔ。

水ガラス（Ｒｓ−２，４、乾燥物質含有量４４％）の８２％と高炉スラグ１８％ の懸濁液が、疎水剤および塵結合剤としてのフィルム形成ポリマーを含有する改 質剤溶液（乾燥含有ｆｆ１ｌｏ％）と、管状ミキサの中で混合された。乾燥物質 として計算された場合、水ガラスはウールの１５．８％に、スラグは水ガラスの ５０％に、改質剤は水ガラスの３．６％に相当する。ウールの製造は２．８トン ／時であり、種々の溶液の投与は水ガラス／スラグ懸濁液１３．２１／分、改質 剤溶液６．０／／分、水８／／分であった。−次巻取りシートから直径５２０　 Ｉｌｍ、厚さ１２０■、密度９６゜０　ｋｇ／　ｍ　３の管状体が調製された。

管状体をスチーム・パイプの上に搭載し、スチーム・バイブの温度を５２０℃に 上昇させた。この温度での６０時時機後絶縁が検査され、そのλ値が測定された 。λ値は５２０℃で０．１０１０Ｗ／ｍ”ｃであった。管状体はこの温度（５２ ０℃）によく抵抗した。顕著な相違点は、管状体の内面が外面よりも硬くなった ことのみであり、それは恐らく結合剤の継続する硬化に起因すると考えられた。

時間　ｔ（分） ＦＩＧ、　１ 割　裂　抵　抗　１　ｋＮ／ｍ２ 引張り曲げ強度　１　ｋＮ／ｍ２ ｏ　８　蓋　衰　８　ρ　言 必要なカ 補正書の写しく翻訳分）提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成３年１０月 　４日 〜

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．特にパイプの断熱用の鉱物繊維の絶縁製品であって、その結合剤が主に水ガ ラス、および水ガラスと水和結合を形成する材料、望ましくはスラグ、より成る ことを特徴とする絶縁製品。
2. ２．鉱物繊維量と水ガラスの乾燥物質とのモル重量比が１００：１〜１００：２ ０、望ましくは１００：５〜１００：１５であるような量で、結合剤が製品の中 に存在することを特徴とする請求項１による絶縁製品。
3. ３．水ガラスの乾燥物質とスラグとの重量比が１００：１〜１００：５０、望ま しくは１０：１〜１０：２であるような量で、スラグが結合剤の中に存在するこ とを特徴とする請求項１または２による絶縁製品。
4. ４．スラグが粉砕された高炉スラグであることを特徴とする、請求項１〜３のい ずれかによる絶縁製品。
5. ５．結合剤が、鉱物繊維のために、改質剤、塵結合剤、疎水剤および／または追 加の硬化剤を含有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかによる絶縁製 品。
6. ６．結合剤が、塵結合剤および疎水剤としてポリブテンシランを含有することを 特徴とする請求項５による絶縁製品。
7. ７．未硬化であり、耐湿、耐ガス包装の中に包装されていることを特徴とする、 請求項１〜６のいずれかによる絶縁製品。
8. ８．製品が、結合剤で処理された鉱物繊維で形成される、特にパイプの断熱用の 絶縁製品を製造する方法であって、 結合剤が、主に水ガラス、および水ガラスとともに水和結合を形成する材料、望 ましくはスラグ、より成り、水ガラスと上記材料が水中で混合されて懸濁液とな り、この懸濁液が繊維の上に適用される前に撹拌されていること、および 結合剤の硬化が、直ちにまたは所望の時に、普通の外側温度または上昇された温 度で行なわれること、を特徴とする方法。
9. ９．製品をさらに硬化し、改質し、塵結合し、および／または疎水性にするため の添加剤が、別の溶液として鉱物繊維ウールの上に適用され、またはこれが鉱物 繊維ウールの上に適用される直前に結合剤溶液に混合されること、を特徴とする 請求項８による方法。
10. １０．結合剤と、考えられる添加物とが、調製中に繊維形成直後に、および／ま たは後刻に、鉱物繊維ウールの上に適用されることを特徴とする請求項８または ９による方法。
11. １１．結合剤を備えられた鉱物繊維量りシートが、室温で、例えば金属シートの 間で、または上昇された温度で、例えば硬化チャンバ内で、硬化され、その後に 切断されて、絶縁シートのような所望の製品とされることを特徴とする請求項８ 〜１０のいずれかによる方法。
12. １２．結合剤を備えられた鉱物繊維巻取りシートが、管状体のような製品に形成 され、この製品が型の中で硬化されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれ かによる方法。
13. １３．結合剤を備えられた鉱物繊維巻取りシートが、非硬化環境の中で貯蔵され ること、および硬化が、製品が絶縁対象に適用された後、所望の時点でその場で 、行なわれることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかによる方法。