JPH08290961A - 充填剤および添加剤ならびに炭素形成性結合剤を含有する耐熱性成形材料から製造された耐火性製品 - Google Patents

充填剤および添加剤ならびに炭素形成性結合剤を含有する耐熱性成形材料から製造された耐火性製品

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JPH08290961A
JPH08290961A JP7323297A JP32329795A JPH08290961A JP H08290961 A JPH08290961 A JP H08290961A JP 7323297 A JP7323297 A JP 7323297A JP 32329795 A JP32329795 A JP 32329795A JP H08290961 A JPH08290961 A JP H08290961A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 定量的に高い価値を有するにも拘わらず、経
済的で炭素形成性の結合剤を含有し、溶剤不含である耐
熱性成形材料から製造される耐火性製品。 【解決手段】 常用の充填剤および添加剤ならびに炭素
形成性結合剤を含有する耐熱性成形材料から製造された
耐火性製品の場合に、充填剤が砂、コランダム、ボーキ
サイト、酸化ジルコニウム、クロマイト、マグネサイ
ト、ドロマイトおよび硼素化物からなる群から選択され
ているかまたは充填剤がコークス、カーボンブラック、
黒鉛およびピッチからなる群から付加的または限定的に
選択されている。 【効果】 ８８〜９３Ｎ／ｍｍ2の冷間圧縮強さおよび
１７〜２２Ｎ／ｍｍ2の冷間曲げ強さを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、場合によっては硬
化剤を含有していてもよい、充填剤および添加剤ならび
に炭素形成性結合剤を含有する耐熱性成形材料から製造
された耐火性製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】耐火性製品は、その化学組成、形および
製造法により区別することができる。ＩＳＯ規格１１０
９／７８によれば、耐火性製品は、化学的に粘土に富ん
だ製品、シャモット（Schamotte）製品、珪酸質粘土製
品、シリカ製品、塩基性製品、珪酸質粘土製品、シリカ
製品、塩基性製品および特殊製品、例えば炭素材料、珪
酸ジルコニウム、窒化物、硼化物、尖晶石に区分されて
いる。更に、区分されている中で耐火性建築材料は、成
形された製品、例えば石材として区別されているかまた
は未成形の製品、例えばモルタル、突固め材料、噴射材
料として区別されている。
【０００３】ＩＳＯ規格２２４６には、結合剤の種類に
対応して製造法により区別することが記載されている。
１５０℃よりも低い温度の場合には、例えば粘土、水ガ
ラス、セメントまたは有機結合剤例えば糖蜜、リグニン
スルホネート、タールおよびピッチ、または合成樹脂を
結合剤として使用することができる。１５０℃〜１８０
℃で熱処理される製品を結合することは、同様に無機化
学的（燐酸塩、硫酸塩）、水硬的（セメント）または有
機炭素形成的（例えば、タール、ピッチ、合成樹脂）に
行うことができる。
【０００４】早期には、炭素形成性結合剤の範囲内で、
例えば特に良好なスラグ化安定性を達成するために主と
してタールもしくはピッチが良好な炭素結合的のための
出発物質として使用されたが、さらに品質改善のためお
よび特に環境汚染の理由からも、硬化可能な合成樹脂、
殊にフラン樹脂またはフェノール樹脂を新しい原料物質
として使用することができるように注意すべきことが指
向されている。
【０００５】この場合、特に好ましいのはノボラックで
あり、このノボラックは、米国特許第４２４８６３８号
明細書または欧州特許出願公開第１６４１３９号明細書
の記載によれば溶剤に溶解して使用される。
【０００６】高沸点溶剤を使用するにも拘わらず、高い
温度で引火性であることの欠点および低い炭素収量はそ
のままである。従って、特開昭５４−１６１６１１号公
報（ケミカル・アブストラクツ（Ｃ．Ａ．）第９２巻：
２１９８２５以降）には、溶剤不含の変性ノボラックが
推奨されている。しかし、この液状樹脂は、製造するの
に費用がかかり、したがってそれを使用することは不経
済である。
【０００７】熱間圧縮された研削砥石の製造は、これま
でフルフロールまたは別の液状物質を研削砥石−湿潤剤
として使用しながら行われ、この場合この液状物質は、
不完全な状態でのみ存在し、砥粒に関連する高い充填剤
含量を占め、したがって極めて著しく微粒状の不安定な
成形材料混合物を生じる。安定で貯蔵可能な成形材料混
合物を顆粒として得ることが試みられる。
【０００８】摩擦ブレーキライニング混合物の製造は、
乾式混合法により粉末状結合剤を充填剤−繊維混合物に
混入するかまたは水性液状樹脂もしくは溶剤含有樹脂溶
液を使用しながら湿式後処理し、引続き乾燥することに
よって行われる。多くの場合、殊に石綿不含のブレーキ
ライニング混合物を加工する場合には、十分な繊維の湿
りおよび付着ならびに充填剤の湿りおよび付着は不足し
ている。更に、乾式混合法の場合には、重大なダストの
問題が起こる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、定量的に高い価値を有するにも拘わらず、経済的で
炭素形成性の結合剤を含有し、溶剤不含である耐熱性成
形材料から製造された耐火性製品を提供することであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この課題は、充填剤が
砂、コランダム、ボーキサイト、酸化ジルコニウム、ク
ロマイト、マグネサイト、ドロマイトおよび硼素化物か
らなる群から選択されているかまたは充填剤がコーク
ス、カーボンブラック、黒鉛およびピッチからなる群か
ら付加的または限定的に選択されていることを特徴とす
る、充填剤および添加剤ならびに炭素形成性結合剤を含
有する耐熱性成形材料から製造された耐火性製品によっ
て解決されるか、または該結合剤がノボラックの重量に
対して硬化剤１〜２０重量％を含有する場合には、充填
剤が砂、コランダム、ボーキサイト、酸化ジルコニウ
ム、クロマイト、マグネサイト、ドロマイトおよび硼素
化物からなる群から選択されているかまたは充填剤がコ
ークス、カーボンブラック、黒鉛およびピッチからなる
群から付加的または限定的に選択されていることを特徴
とする、充填剤および添加剤ならびに炭素形成性結合剤
を含有する耐熱性成形材料から製造された耐火性製品に
よって解決される。
【００１１】好ましい実施態様は、特許請求の範囲第２
項または第３項のいずれか１項または特許請求の範囲第
５項または第６項のいずれか１項に記載されている。
【００１２】当業者によれば、ノボラックの場合、フェ
ノール対ホルムアルデヒドのモル比は１：（０．７５〜
０．８５）の範囲内にある［クノップ（Ｋｎｏｐ）、ピ
ラト（Ｐｉｌａｔｏ）：フェノーリック・レジンズ（Ｐ
ｈｅｎｏｌｉｃ Ｒｅｓｉｎｓ）、シュプリンガー社
（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ）、１９８５、第９３頁］。
【００１３】殊に、フェノール対ホルムアルデヒドの比
が１対０．５を越える値であるノボラックのみが結合剤
として重要であると思われた。その理由は、一面で低い
フェノール−ホルムアルデヒド比によって結合能力は僅
かであると見なされた小さい分子が生じ、他面でこの結
合剤を製造する際に劣悪な収量およびしたがってこの樹
脂の不経済性ならびに遊離フェノールの高い残存含量が
予想されたからである（クノップ（Ｋｎｏｐ）、ピラト
（Ｐｉｌａｔｏ）、第４９頁の第３、６図参照）。
【００１４】フェノール−ノボラックは、１：０．２〜
１：０．３５のフェノール対ホルムアルデヒドの比で十
分に経済的に得ることができ、このノボラックは、０．
５％未満の遊離フェノール含量を有し、かつ意外なこと
に全ての種類の充填材料に対して良好な結合能力を有す
ることが見い出だされた。
【００１５】本発明により使用されるノボラックの高い
接着力は、それから得られた成形材料が例えば研削砥石
顆粒の高い流動性または成形された耐火性製品の生の成
形体の高い強度を有するような程度の大きさである。
【００１６】本発明により使用される結合剤のもう１つ
の利点は、この結合剤がコークス化の際に高い炭素収量
を生じることである。本発明によれば、耐熱性成形材料
は、結合剤ならびに常用の充填剤および添加剤を常法で
使用される量で含有する。
【００１７】単独で使用することができるかまたは組合
せで使用することができる耐火性製品のための充填剤の
例は、砂、コランダム、ボーキサイト、酸化ジルコニウ
ム、クロマイト、マグネサイト、ドロマイト、硼素化
物、またカーボンブラック、コークスおよび黒鉛のよう
な炭素である。
【００１８】研削砥石のための充填剤は、コランダムお
よび炭化珪素であり、添加剤は、氷晶石、黄鉄鉱、硼酸
弗素、硫化亜鉛、酸化アンチモン等である。
【００１９】摩擦ブレーキライニングには、繊維材料と
して例えば次のものが使用される：輝緑岩繊維、玄武岩
繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、炭
素繊維および金属繊維。他の添加剤は、次のものであ
る：カーボンブラック、黒鉛、カオリン、重晶石、金属
酸化物、頁岩粉、硫化物ならびに粉末および屑の形の金
属。
【００２０】結合剤は、１：０.２〜１：０.３５のフェ
ノール対ホルムアルデヒドの比を有する純粋なノボラッ
ク樹脂であるかまたは例えばヘキサメチレンテトラミン
のような硬化剤を有する前記樹脂系である。
【００２１】硬化剤を一緒に使用することによって炭素
収量はコークス化後に上昇することが見い出された。
【００２２】すなわち、例えば本発明によれば、耐火性
製品に使用されるノボラックは、硬化剤なしにコークス
化後に１０〜４０重量％の炭素収量を生じる。
【００２３】結合剤としてノボラックおよびそのために
常用される硬化剤量（ヘキサメチレンテトラミン１〜２
０重量％、有利に８〜１５重量％）を含有する、本発明
による耐火性製品は、コークス化後に約５０〜７０重量
％の炭素収量を生じる。
【００２４】本発明による耐火性製品は、例えば最初に
使用される際に最大２０００℃まで上昇する温度で硬化
しかつ炭化する成形された、硬化されてない耐火性石材
として生で使用することができる。本発明による耐火性
製品は、全く同様に、殊に硬化剤成分を含有する結合剤
を使用する場合、成形後に１５０℃〜２５０℃での熱処
理によって硬化させることができる。
【００２５】更に、予備成形された、本発明による耐火
性製品は、８００℃〜１０００℃の範囲内の温度で熱処
理するのが好ましい。この場合、結合剤は炭化される。
充填された炭素骨格、ひいては不活性の寸法安定性の耐
火性製品はそのままである。
【００２６】本発明の基礎となるフェノールノボラック
は、自体公知の方法でフェノールおよびホルムアルデヒ
ドから１：０．２〜１：０．３５のモル比で酸水溶液中
で縮合される。フェノールとしては、単核または多核の
フェノールまたは記載した化合物種の混合物を使用する
ことができ、実際には単核のフェノールも多核のフェノ
ールも使用することができる。
【００２７】このための例は、フェノールそれ自体なら
びにそのアルキル置換同族体、例えばｏ−、ｍ−もしく
はｐ−クレゾールまたは高級アルキル化フェノール、さ
らにハロゲン置換フェノール、例えばクロロフェノール
またはブロムフェノールおよび多価フェノール、例えば
レソルシンまたはピロカテキンである。多核フェノール
は、特にナフトール、すなわち縮合環を有する化合物で
ある。
【００２８】このフェノールは、ホルムアルデヒドまた
は反応条件でホルムアルデヒドを離脱させることができ
る物質と、酸性水溶液中で反応される。この種の生成物
は、例えばホルムアルデヒドそれ自体もしくはその市販
の３０％〜５０％の水溶液（ホルマリン）またはホルム
アルデヒドを化学的に弛い形で結合して含有する物質、
例えばホルムアルデヒドビススルファイト、ウロトロピ
ン、トリオキシメチレンまたはパラホルムアルデヒドで
ある。
【００２９】この場合得られたノボラック樹脂は、室温
で固体であり、３４℃よりも高い温度で溶融を開始し、
かつ７０℃で４〜７０Ｐａ．ｓ（６０℃で８〜２５０Ｐ
ａ．ｓ）の溶融粘度を有する。それによって、良好な取
扱いは保証され、他面で溶剤を使用しなくとも耐熱性成
形材料を得るために低い混合温度は可能である。既に６
０℃よりも高い温度で、充填剤は、記載された結合剤
（樹脂または樹脂−硬化剤混合物）と混合することがで
き、こうして本発明による耐火性製品は得ることがで
き、次にこの耐火性製品は、成形されかつ生で使用され
るかまたは成形後もしくは成形の間に熱処理によって硬
化され、場合によっては炭化のために熱で後処理される
かまたは未成形の耐火性材料として使用される。
【００３０】
【実施例】次に、本発明を実施例につき詳説する。
【００３１】参考例１ フェノール９４ｋｇに蓚酸９４０ｇを添加し、これを約
１００℃に加熱する。４５％のホルマリン１３．３ｋｇ
を分けて３時間に亘って撹拌しながら還流下に添加す
る。添加の終結後、反応混合物を遊離ホルマリン含量が
＜０．５％になるまで還流下に加熱し、その後に低沸点
成分（水、フェノール）を蒸留することによって分離す
る。
【００３２】生じる樹脂の特性値ならびに次の樹脂の特
性値は、第１表に示されている。
【００３３】
【表１】
【００３４】参考例２ 参考例１と同様に行うが、フェノール：ホルムアルデヒ
ド１：０．２５の比を用いる（フェノール９４ｋｇ；ホ
ルマリン１６．６ｋｇ） 参考例３ 参考例１と同様に行うが、フェノール：ホルムアルデヒ
ド１：０．３の比を用いる（フェノール９４ｋｇ；ホル
マリン２０ｋｇ） 参考例４ 参考例１と同様に行うが、フェノール：ホルムアルデヒ
ド１：０．３５の比を用いる（フェノール９４ｋｇ；ホ
ルマリン２３．３ｋｇ） 実施例１〜４ 多種多様の粒度のマグネサイトと黒鉛との混合物９５０
０ｇを混合装置中で６０℃に加熱する。その後に同様に
６０℃に予熱されたフェノールノボラック５００ｇをモ
ル比１：０．２（参考例１）で均質に混合物中に分布さ
せ、引続きヘキサメチレンテトラミンを樹脂に対して１
０％で後混合する。低い混合温度によって混合装置中で
の早期の硬化の危険は全くない。
【００３５】混合終結後、この混合物は、直接６０℃で
圧縮されるかまたはこの混合物は、冷却され、かつこう
して樹脂の極めて強い粘度上昇に応じて、良好に圧縮さ
せることができる流動性材料を生じさせることができ
る。
【００３６】成形体への圧縮後、８８Ｎ／ｍｍ2の冷間
圧縮強さ（ＫＤＦ）が得られる。
【００３７】その後に、合成樹脂結合された成形体を１
８０℃の温度にまで加熱し、その際硬化させ、かつこの
成形体を運搬しかつ製鋼所の相当する装置中に導入する
ことができるような強度を生じる。
【００３８】硬化された成形体の場合に測定された冷間
曲げ強さ（ＫＢＦ）は１７Ｎ／ｍｍ2である。
【００３９】また、前記の概要によるが、異なる混合温
度で別のノボラックを参考例２〜４から加工し、値を測
定する。
【００４０】結果は、次の第２表に包含されている。
【００４１】
【表２】
【００４２】実施例５ 多種多様な粒度の白雲岩からなる混合物９５００ｇを混
合装置中で８０℃に加熱する。その後に、モル比１：
０．３５（参考例４）を有する同様に８０℃に予熱した
ノボラックを均一に混合物中に分布させ、引続き樹脂に
対してヘキサ（Ｈｅｘａ）１０％を後混合する。
【００４３】混合終結後、この混合物を直接に８０℃で
圧縮するかまたはこの混合物を冷却し、かつこうして樹
脂の強い粘度上昇によって良好に圧縮させることができ
る流動性材料を生じさせることができる。
【００４４】成形体への圧縮後、９３Ｎ／ｍｍ2の冷間
圧縮強さが得られる。
【００４５】１８０℃での硬化の終結後、２２Ｎ／ｍｍ
2の冷間曲げ強さを測定する。
【００４６】純粋なノボラックを結合剤として白雲岩−
成形体に使用することによって水和作用の不安定性は明
らかに減少される。
【００４７】すなわち、合成樹脂結合された白雲岩−石
材は夏期に約１０日間で硬化可能である。
【００４８】参考例５ 粒度４６のコランダム６００ｇを１４０℃に加熱された
強力混合装置中で１４０℃に加熱し、かつ参考例４によ
るノボラックの１４０℃の熱い溶融液２６．５ｇを強力
に湿潤させる。
【００４９】混合過程は約３分間継続される。この混合
物を９０℃に冷却し、これに粉末状樹脂４５ｇ（例え
ば、ベークライトのＳＰ２２３）、ヘキサ（Ｈｅｘａ）
３．５ｇ、酸化カルシウム９ｇおよび氷晶石３７．５ｇ
からなる混合物を添加する。その後に、９０℃でさらに
３０秒間混合し、生じる研削砥石混合物を室温に冷却す
る。
【００５０】この混合物から、１７０℃で３分間熱間圧
縮しかつ１８０℃で２時間さらに硬化させることによ
り、２１．４×１２．２×１４０ｍｍの寸法を有する試
験体を得る。
【００５１】硬化した試験体の曲げ強さは９３Ｎ／ｍｍ
2である。
【００５２】参考例６ 参考例３に記載のノボラック１ｋｇを約１００℃に加熱
し、鋼線３ｋｇ、黄銅屑１．５ｋｇ、コークス１ｋｇ、
黒鉛０．５ｋｇ、ポリアラミド繊維０．５ｋｇ（２ｍ
ｍ）、硫酸バリウム１．５ｋｇおよび酸化マグネシウム
０．７ｋｇならびに酸化アルミニウム０．２ｋｇからな
る１００℃に加熱した混合物に加え、かつ強力混合装置
中で約５分間強力混合する。この混合物に８０℃で５０
％のヘキサメチレンテトラアミン水溶液０．２ｋｇを加
え、かつ冷却下にさらに３分間混合する。この冷却され
た混合物を摩擦ブレーキライニングの製造に使用する。
１７０℃で層厚１ｍｍにつき３０秒間圧縮しかつ２００
℃までの温度で１０時間さらに硬化された試験体に対し
て測定された摩擦値は０．４である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２７Ｄ 1/00 Ｆ２７Ｄ 1/00 Ｎ (72)発明者 カール−ハインツ シユヴイーガー ドイツ連邦共和国 イーゼルローン アン デル シユテンネルト 43 (72)発明者 ペーター アードルフス ドイツ連邦共和国 メンデン−ハリンゲン テレンカンプ ２ (72)発明者 ヨーゼフ ズーレン ドイツ連邦共和国 ヴユネンベルク−ハー レン キルヒヴエーク 23

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 常用の充填剤および添加剤ならびに炭素
    形成性結合剤を含有する耐熱性成形材料から製造された
    耐火性製品において、充填剤が砂、コランダム、ボーキ
    サイト、酸化ジルコニウム、クロマイト、マグネサイ
    ト、ドロマイトおよび硼素化物からなる群から選択され
    ているかまたは充填剤がコークス、カーボンブラック、
    黒鉛およびピッチからなる群から付加的または限定的に
    選択されていることを特徴とする、充填剤および添加剤
    ならびに炭素形成性結合剤を含有する耐熱性成形材料か
    ら製造された耐火性製品。
  2. 【請求項２】 硬化されていない生の状態で使用するこ
    とができる、請求項１記載の耐熱性成形材料から製造さ
    れた耐火性製品。
  3. 【請求項３】 ８００℃〜１０００℃で熱処理されてい
    る、請求項１記載の耐熱性成形材料から製造された耐火
    性製品。
  4. 【請求項４】 常用の充填剤および添加剤ならびに炭素
    形成性結合剤を含有し、該結合剤がノボラックの重量に
    対して硬化剤１〜２０重量％を含有する耐熱性成形材料
    から製造された耐火性製品において、充填剤が砂、コラ
    ンダム、ボーキサイト、酸化ジルコニウム、クロマイ
    ト、マグネサイト、ドロマイトおよび硼素化物からなる
    群から選択されているかまたは充填剤がコークス、カー
    ボンブラック、黒鉛およびピッチからなる群から付加的
    または限定的に選択されていることを特徴とする、充填
    剤および添加剤ならびに炭素形成性結合剤を含有する耐
    熱性成形材料から製造された耐火性製品。
  5. 【請求項５】 硬化されていない生の状態で使用するこ
    とができる、請求項４記載の耐熱性成形材料から製造さ
    れた耐火性製品。
  6. 【請求項６】 ８００℃〜１０００℃で熱処理されてい
    る、請求項４記載の耐熱性成形材料から製造された耐火
    性製品。
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