(57)【要約】【課題】  熱面側で使用することが可能な低発塵性で且つ低熱伝導率の断熱材を提供する。【解決手段】  好適には雰囲気温度１４００℃で２４時間かけて加熱したときの加熱線収縮率が３.０％以下であり且つ１２００℃での熱伝導率が０.１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である表面処理された断熱材の製造方法であって、マグネシアスピネル質多孔質骨材、アルミナ微粒子、無機繊維、及び赤外線散乱材の混合物を加圧成形する工程と、該加圧成形により得た成形体を焼結処理する工程と、酸性ゾル、アンモニアイオン安定型ゾル、又はアミン安定型ゾルの形態を有するシリカゾルからなる表面処理剤を該焼結処理により得た基材の表面にその単位表面積当たり固形分換算で０.０４〜０.２０ｇ／ｃｍ２の塗布量で塗布することで該基材の表面部に含浸層を形成する工程とからなる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理された断熱材の製造方法であって、マグネシアスピネル質多孔質骨材、アルミナ微粒子、無機繊維、及び赤外線散乱材の混合物を加圧成形する工程と、該加圧成形により得た成形体を焼結処理する工程と、酸性ゾル、アンモニアイオン安定型ゾル、又はアミン安定型ゾルの形態を有するシリカゾルからなる表面処理剤を該焼結処理により得た基材の表面にその単位表面積当たり固形分換算で０.０４〜０.２０ｇ／ｃｍ２の塗布量で塗布することで該基材の表面部に含浸層を形成する工程とからなることを特徴とする断熱材の製造方法。
【請求項２】
前記含浸層が形成された前記基材に対して乾燥処理及び焼成処理をこの順に行うことより前記含浸層にシリカ質アモルファス層又は低熱膨張性若しくは高耐熱性の結晶層を生成する工程を更に有することを特徴とする、請求項１の断熱材の製造方法。
【請求項３】
雰囲気温度１４００℃で２４時間かけて加熱したときの加熱線収縮率が３.０％以下であり且つ１２００℃での熱伝導率が０.１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする、請求項２に記載の断熱材の製造方法。
【請求項４】
前記乾燥処理後及び前記焼成処理後は、いずれも前記表面処理剤を塗布しない場合に比べて発塵性が抑えられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の断熱材の製造方法。
【請求項５】
マグネシアスピネル質多孔質骨材、アルミナ微粒子、無機繊維、及び赤外線散乱材の焼結体からなる基材と、該基材の表面部に形成されているシリカ質アモルファス層又は低熱膨張性若しくは高耐熱性の結晶層とからなることを特徴とする低発塵性の断熱材。
【請求項６】
雰囲気温度１４００℃で２４時間かけて加熱したときの加熱線収縮率が３.０％以下であり且つ１２００℃での熱伝導率が０.１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする、請求項５に記載の低発塵性の断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１２００℃以上の高温での熱処理が行われる工業炉等の熱処理設備に使用する断熱材には、上記高温下での耐熱性はもとより、省エネルギー化の観点から高い断熱性を有していることが求められている。特に、熱処理設備の本体シェルの内側となる熱面側での断熱性を良くすることで、放散熱量を効果的に低減することができるので該熱処理設備の熱効率を向上することができる。また、断熱材を焼成炉の熱面側で使用する際、該断熱材から生じる発塵等で被焼成物を汚染しないことが求められる場合がある。
【０００３】
上記のような産業設備に使用する断熱材としては、マイクロポーラス系断熱材と称される低熱伝導率材料が知られている。この断熱材は、低熱伝導率を得るため、シリカ微粒子やアルミナ微粒子等のナノクラスの無機微粒子を加圧成形することで作製することができる。この加圧成形の際にバインダーを使用すると、無機微粒子同士の接点が多くなり、加熱時の伝導伝熱が大きくなるのでバインダーを使用しないことが多い。
【０００４】
しかしながら、バインダーを使用しないと無機微粒子間の結合力が弱くなり、断熱材の表面から無機微粒子が脱離し易くなるため、施工時に発塵が生じて作業環境が悪化したり、熱面側で使用すると被焼成物を汚染したりする問題が生ずることがあった。また、バインダーを使用しない断熱材は一般的に最高使用温度が１０００℃前後、最大でも１２００℃までになるため、専ら熱処理設備の本体シェルの外側となる冷面側での使用に限られていた。
【０００５】
上記の断熱材表面からの無機微粒子の脱離による発塵を抑えるため、断熱材の表面をアルミ等の金属フィルム、プラスチックフィルム、ガラス繊維等の不織布等の表層材によって被覆する技術が知られている。しかしながら、それら表層材の材質によっては断熱材の使用温度が制限され、上記した高温での使用が不可能になる場合があった。
【０００６】
また、断熱材の表面にコーティング剤や硬化剤等の表面処理剤を塗布することで含浸層を形成し、これにより無機微粒子の脱離による発塵を防止する方法がある。この場合、表面処理剤の溶媒には一般に水が用いられるため、断熱材に含まれるシリカ微粒子やアルミナ微粒子等のナノクラスの無機微粒子と水とが反応して凝集し、その結果、収縮や亀裂が生じて断熱材が損傷することがあった。更に、その収縮により密度が増加するため、伝導伝熱が大きくなって断熱性能が悪化することがあった。
【０００７】
表面処理剤の溶媒を水に代えてエタノール等の揮発性溶剤にすることで、シリカ微粒子やアルミナ微粒子等のナノクラスの無機微粒子との反応を抑えることが考えられるが、収縮や亀裂が生じて損傷する問題や、それらにより断熱性能が悪化する問題は依然として生じていた。また、上記揮発性溶剤は水より高価であるうえ、揮発性の溶剤に対して作業環境面での対策が必要となるため工業的には不利であった。
【０００８】
そこで、特許文献１には、断熱材の表面に釉薬からなる緻密な皮膜を形成する技術が開示されている。また、特許文献２には、表面処理剤の水分で断熱材に含まれるシリカ微粒子やアルミナ微粒子等のナノクラスの無機微粒子が収縮して生じた亀裂に、表面処理剤を構成するリン酸アルミ等の成分を貫入させることで剥がれにくくする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６１−１０６４７６号公報
【特許文献２】特開２０１２−０８１７０１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載の釉薬は焼結によって皮膜に亀裂が生じたり、皮膜自体が剥がれたりすることがあった。また、特許文献２の断熱材は微粒子の脱離と外表面における亀裂の発生を抑制することができると記載されているものの、被覆層の影響で伝導伝熱が大きくなって、断熱性が被覆前より低下してしまうと考えられる。
【００１１】
本発明はこれら従来の断熱材が抱える問題点に鑑みてなされたものであり、断熱材を構成する基材からの無機微粒子の脱離による発塵が生じにくいため熱面側でも良好に使用できるうえ、１４００℃で２４時間かけて加熱したときの加熱線収縮率が３.０％以下の優れた耐熱性と、１２００℃での熱伝導率が０.１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の優れた断熱性とを有する断熱材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る断熱材の製造方法は、表面処理された断熱材の製造方法であって、マグネシアスピネル質多孔質骨材、アルミナ微粒子、無機繊維、及び赤外線散乱材の混合物を加圧成形する工程と、該加圧成形により得た成形体を焼結処理する工程と、酸性ゾル、アンモニアイオン安定型ゾル、又はアミン安定型ゾルの形態を有するシリカゾルからなる表面処理剤を該焼結処理により得た基材の表面にその単位表面積当たり固形分換算で０.０４〜０.２０ｇ／ｃｍ２の塗布量で塗布することで該基材の表面部に含浸層を形成する工程とからなることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明に係る断熱材はマグネシアスピネル質多孔質骨材、アルミナ微粒子、無機繊維、及び赤外線散乱材の焼結体からなる基材と、該基材の表面部に形成されているシリカ質アモルファス層又は低熱膨張性若しくは高耐熱性の結晶層とからなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱面側で使用することが可能な低発塵性で且つ低熱伝導率の断熱材を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態の断熱材及びその製造方法について詳細に説明する。本発明の実施形態の断熱材は、マグネシアスピネル質の多孔質骨材、アルミナ微粒子、無機繊維、及び赤外線散乱材の焼結体からなる基材（母材とも称する）と、該基材の表面部に形成されているシリカ質アモルファス層又は低熱膨張性若しくは高耐熱性の結晶層とからなる。この断熱材は低発塵性であるうえ、雰囲気温度１４００℃で２４時間かけて加熱したときの加熱線収縮率が３.０％以下の優れた耐熱性と、１２００℃での熱伝導率が０.１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の優れた断熱性とを有している。
【００１６】
具体的に説明すると、本発明の実施形態の断熱材の基材を構成するする多孔質骨材には、耐熱温度（最高使用温度とも称する）１４００℃以上の高耐熱性の組成物からなり孔径５００〜１０００ｎｍの細孔を有する多孔質構造の断熱骨材を用いる。これにより、断熱材の最高使用温度を１４００℃とすることができる。なお、耐熱温度１４００℃とは雰囲気温度１４００℃で２４時間加熱したときの加熱線収縮率が３.０％以下の場合をいう。このような断熱骨材としては、例えばクアーズテック株式会社製のＴｈｅｒｍｏｓｃａｔｔ（登録商標）等を挙げることができる。なお、本発明においては、特にことわらない限り、孔径は水銀ポロシメータによって測定したものである。
【００１７】
また、本発明の実施形態の断熱材の基材を構成するアルミナ微粒子は、無機フィラーの役割を担うものであり、ナノサイズの微粒子を用いるのが好ましい。これにより、断熱材の基材を構成する多孔質骨材、無機繊維、及び赤外線散乱材の粒子間の空隙サイズを小さくでき、高温での気体の対流伝熱を抑制することができる。ここでナノサイズの微粒子とは、平均粒径１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の粒子を意味している。なお、本発明においては、特にことわらない限り、平均粒径とはＢＥＴ法の比表面積（ＳＡ）から算出した等価球換算粒子径によって測定した体積基準の５０％径（Ｄ５０）である。
【００１８】
また、本発明の実施形態の断熱材の基材を構成する強化材としての無機繊維は、１４００℃以上の高耐熱性の組成物からなる繊維を用いるのが好ましい。このような耐火繊維としては、例えばアルミナ質繊維、ムライト質繊維、ＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３（カルシアアルミネート）繊維、ジルコニア繊維、生体溶解性繊維などを挙げることができ、これら無機繊維からなる群より選択される１種以上を使用するのが好ましい。これら無機繊維はいずれも発がん性のおそれがなく、特定化学物質に指定されていない点においても好ましい。
【００１９】
上記の無機繊維の中では、ムライト質繊維（例えば株式会社ＩＴＭ製のファイバーマックス１６００）、又はアルミナ質繊維が好ましい。無機繊維は、平均繊維径が１μｍ以上１０μｍ以下であるのが好ましく、２μｍ以上６μｍ以下であるのがより好ましい。なお、上記の平均繊維径とは、測定対象の繊維群を電子顕微鏡で撮影し、得られた画像の中から任意に選択した２００本以上の繊維の幅方向の距離を計測し、これらを算術平均したものである。
【００２０】
また、本発明の実施形態の断熱材の基材を構成する赤外線散乱材は、ふく射による伝熱を低減可能な１０００℃以上の耐熱温度を有する組成物からなるものであれば特に限定はないが、赤外線反射性のあるものが好ましい。このような組成物としては、例えば珪酸ジルコニウム、ジルコニア、アルミナ等を挙げることができ、これら組成物からなる群より選択される１種以上を使用するのが好ましい。また、上記の赤外線散乱材は、平均粒径が１００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であるのが好ましく、特に上限は、ふく射伝熱をもたらす赤外線の１２００℃のピーク波長と同程度の平均粒径である２０００ｎｍ以下であるのがより好ましい。なお、この平均粒径はレーザ回折式粒度分布測定装置によって測定した体積基準の５０％径（Ｄ５０）である。
【００２１】
本発明の実施形態の断熱材の基材では、上記多孔質骨材の含有率が少なすぎると該断熱材の全細孔の容積が小さくなるため伝導伝熱が多くなり、その結果、熱伝導率が大きくなって断熱性が低下する。逆に上記多孔質骨材の含有率が多すぎると該断熱材の強度が低下する。また、上記アルミナ微粒子の含有率が少なすぎると強度が低下し、逆に上記アルミナ微粒子の含有率が多すぎると該断熱材の全細孔の容積が小さくなるため伝導伝熱が多くなり、その結果、熱伝導率が大きくなって断熱性が低下する。
【００２２】
また、上記無機繊維の含有率が少なすぎると強度が低下し、逆に上記無機繊維の含有率が多すぎるとふく射抑制に効果のある細孔よりも大きな細孔が増えるのでふく射が多くなり、その結果、熱伝導率が大きくなって断熱性が低下する。また、上記赤外線散乱材の含有率が少なすぎるとふく射抑制効果が少なくなり、熱伝導率が大きくなって断熱性が低下する。逆に上記赤外線散乱材の含有率が多すぎると該断熱材の強度が低下する。
【００２３】
本発明の実施形態の断熱材の基材を構成する上記の各構成要素の含有量は、上記の点を考慮したうえで所望の断熱材の特性が得られるように適宜含有量を調整するのが好ましい。具体的には、本発明の実施形態の断熱材の基材を構成する上記の各構成要素の好適な含有量は、多孔質骨材では１０〜４０質量％であり、アルミナ微粒子では４０〜６０質量％であり、無機繊維では１０〜３０質量％であり、赤外線散乱材では８〜２０質量％である。更に本発明の実施形態の断熱材の基材は、上記した多孔質骨材、アルミナ微粒子、無機繊維、及び赤外線散乱材が合計９８質量％以上含まれているのが好ましく、不可避不純物や成形助剤が含まれていてもよい。
【００２４】
本発明の実施形態の断熱材の基材は、上記した多孔質骨材、アルミナ微粒子、無機繊維、及び赤外線散乱材を有する原料を例えばレーデイゲミキサーやヘンシェルミキサー等の高速混合機を用いて混合する乾式混合工程と、得られた混合物を例えば所望の形状に成形可能な型内に充填して乾式プレスする加圧成形工程と、該加圧成形により得た成形体を焼結処理する工程とにより作製することができる。上記の焼結処理工程によって、断熱材の熱収縮の防止の効果が得られると共に断熱材の強度が発現する。
【００２５】
上記の焼結処理の条件には特に限定はないが、成形体の表面温度が１４００℃となる温度条件で１時間程度保持するのが好ましい。この保持時間は、焼結処理する際の成形体の厚さによって適宜変えてもかまわない。この焼結処理により得られる断熱材の基材は、孔径１００〜２０００ｎｍの気孔が全気孔の容積の３０％以上６０％以下となるようにするのが好ましい。この値が３０％未満では、ふく射の抑制効果が得られにくくなり、所望の低熱伝導率を得るのが困難になる。逆にこの値が６０％を超えると、強度上の問題が生じるおそれがある。なお、上記の孔径１００〜２０００ｎｍの気孔の全気孔に対する容積割合が３０％未満の場合は加圧成形時の圧力を低めに設定すればよく、逆に６０％を超える場合は加圧成形時の圧力を高めに設定すればよい。
【００２６】
上記したように、本発明の実施形態の断熱材の基材は焼結処理されているので水との反応性に乏しく、水分を塗布しても収縮や亀裂がほとんど生じない。よって、該焼結処理で得た基材の表面に水を溶媒とする表面処理剤として、酸性ゾル、アンモニアイオン安定型ゾル、又はアミン安定型ゾルの形態のシリカゾルを塗布することで該基材の表面部に含浸層を形成し、これを熱処理することで無機微粒子の脱離による発塵を抑えることが可能になる。
【００２７】
すなわち、一般にシリカゾルは加熱するとアモルフォスから結晶質のクリストバライトに変化し、この結晶質が多く生成すると熱収縮が大きくなって亀裂し、損傷することがあった。シリカゾルの多くは、「鋳物」と題する日本鋳造工学会発行の著書の第４９巻第４号のＰ.２３５に記載のように、製造上アルカリ土類は含まれてはいないが、ナトリウム分が含まれているので結晶質を生成しやすい傾向があるからである。この対策として、酸性ゾルを使用することで結晶質の生成を抑えることが考えられるが、例えば雰囲気温度１３００℃程度に加熱すると、上記の結晶質のクリストバライトの生成が多くなり、塗布量を減らしても熱収縮に起因して損傷する問題が依然として生ずることがあった。
【００２８】
これに対して、上記した本発明の実施形態の断熱材は、基材の材料にマグネシアスピネル質の多孔質骨材、アルミナ微粒子、無機繊維、及び赤外線散乱材を焼結処理した焼結体を用いるので、表面処理剤として酸性ゾル、アンモニアイオン安定型ゾル、又はアミン安定型ゾルの形態のシリカゾルを用いて塗布することにより、クリストバライトの生成温度域で焼成しても断熱材に含まれるマグネシアスピネル質多孔質骨材やアルミナ微粒子に反応し、その結果、別のアモルファスを形成したり、コーデイエライトに代表される低熱膨張性の結晶や、ムライト、マグネシアスピネルに代表される耐熱性の高い結晶を形成したりすることでクリストバライトの生成を抑制することができる。
【００２９】
その結果、基材の表面部に上記表面処理剤の含浸層を有する断熱材は、これを乾燥処理して得た乾燥品及び該乾燥処理後に更に焼成処理して得た焼成品のいずれにおいても、上記表面処理剤で処理しない場合に比べて発塵性を顕著に抑えることができる。また、上記基材の表面処理剤にシリカゾルを用いることにより断熱材の耐熱性を高めることができ、よって雰囲気温度１４００℃で２４時間かけて加熱したときの加熱線収縮率を３.０％以下に抑えることができる。更に、シリカゾルの添加量の範囲を制限することで、上記の基材本来の低い熱伝導率を維持でき、よって１２００℃での熱伝導率を０.１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に抑えることができるので優れた断熱性を実現することができる。上記の発塵性、断熱性、及び耐熱性はそれぞれ下記の方法で評価することができる。
【００３０】
「発塵性の評価」
同様に作製した３個の基材を用意し、それらのうちの１つは表面に表面処理剤を塗布した後、雰囲気温度１１０℃で１時間かけて乾燥して乾燥品とする。また、残る２個のうちの１個は、上記と同様に乾燥した後、雰囲気温度１３００℃で８時間かけて焼成して焼成品とする。そして最後に残る１個は上記の表面処理剤の塗布及び熱処理は行わずに未処理品とする。そして、これら３個の各々の表面に粘着テープ（ニチバン株式会社セロテープＣＴ−２４  幅２４ｍｍ）を貼りつけた後、この粘着テープを剥がしたときの該粘着テープへの粉塵の付着量を電子天秤で測定し、乾燥品及び焼成品の各々の付着量の未処理品の付着量に対する質量比（すなわち、乾燥品の付着量／未処理品の付着量、及び焼成品の付着量／未処理品の付着量）を算出する。上記質量比の異なる様々な種類の焼成品に対して表面を指で触ったところ、質量比０.２未満のものは塵が付かなかった。従って、質量比０.２未満であれば発塵性なしと評価することができる。
【００３１】
「断熱性の評価」
上記と同様にして表面処理剤を塗布した基材に対して、雰囲気温度１０００℃で８時間かけて焼成した後、保護熱板法（ＪＩＳ  Ａ１４１２−１）に準拠した試験方法で熱伝導率を測定する。実測値は最大で平均温度９００℃までであるが外挿値で１２００℃での熱伝導率を算出する。この温度域で一般的に使用される断熱材は繊維質断熱材があり、この繊維質断熱材の中で１２００℃での熱伝導率が最も小さい値は０.１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるので、それ以下であれば高い断熱性を有していると評価することができる。
【００３２】
「耐熱性の評価」
上記と同様にして表面処理剤を塗布した基材に対して、加熱線収縮率をＡＳＴＭ  Ｃ３５６に準拠して雰囲気温度１４００℃で２４時間かけて焼成したときの加熱線収縮率を測定する。この耐熱性の評価では、加熱線収縮率が３.０％以下であれば高い耐熱性を有していると評価することができる。
【００３３】
上記のマグネシアスピネル質の多孔質骨材、アルミナ微粒子、無機繊維、及び赤外線散乱材の焼結体からなる基材の表面に、その単位面積当たり固形分換算で０.０４〜０.２０ｇ／ｃｍ２の塗布量で上記のシリカゾルからなる表面処理剤を塗布して得た断熱材に対して上記の発塵性、断熱性及び耐熱性の評価を行った場合は、乾燥品及び焼成品のいずれにおいても、重量比０.２未満の低発塵性の評価が得られる。また、高い断熱性及び高い耐熱性を有しているとの評価が得られる。
【００３４】
このように、マグネシアスピネル質の多孔質骨材、アルミナ微粒子、無機繊維、及び赤外線散乱材の焼結体からなる基材の表面に、酸性ゾル、アンモニアイオン安定型ゾル、又はアミン安定型ゾルの形態のシリカゾルを表面処理剤として塗布することで、これにより形成される含浸層からの無機微粒子の脱離を抑えることができる。なお、表面処理剤としてシリカゾルを調製する際、酸性ゾル、アンモニアイオン安定型ゾル、及びアミン安定型ゾルのうちの２種以上を混ぜて用いても良いが、酸性ゾルは他のゾルと混合すると凝集するおそれがあるので、酸性ゾルだけは単独で使用するのが好ましい。
【００３５】
上記表面処理剤として、ナトリウムイオン安定型ゾル、カリウムイオン安定型ゾル、又はリチウムイオン安定型ゾルの形態のシリカゾルを用いても含浸層からの無機微粒子の脱離はなく、重量比０.２未満で発塵性なしとの評価が得られる。しかし、この場合は加熱後に損傷が生じるおそれがある。その理由は、含浸層にクリストバライトが多く生じ、非含浸層との境界での熱収縮差による冷め割れが生じるためである。
【００３６】
上記のナトリウムイオン安定型ゾル、カリウムイオン安定型ゾル、又はリチウムイオン安定型ゾルであっても、これをｐＨ６以下の処理液、好ましくはｐＨ１〜６の処理液、より好ましくはｐＨ２〜５の処理液、特に好ましくはｐＨ３〜５の処理液で処理して酸性にすることで、クリストバライトの生成温度域で焼成しても、上記と同様に別のアモルファスを形成させたり、低熱膨張性の結晶（コーデイエライト）や耐熱性の高い結晶（ムライト、マグネシアスピネル）を形成させたりしてクリストバライトの生成を抑えることができるので、熱収縮による損傷が生じないようにできる。よって、含浸層からの無機微粒子の脱離を抑えることができるので、上記発塵性の評価において重量比０.２未満の低発塵性の評価が得られる。
【００３７】
上記の処理液は酸性であれば弱酸でも強酸でもよく特に限定はないが、酸性度を大きくすると焼成によるクリストバライトの生成が少なくなる傾向がある。このように、表面処理剤に用いるシリカゾルがナトリウムイオン安定型ゾル、カリウムイオン安定型ゾル又はリチウムイオン安定化ゾルであっても、酸性の処理液で処理すれば上記した本発明の効果を奏する断熱材を得ることができる。本発明においては、これらの場合も酸性ゾルの形態を有するシリカゾルとする。
【００３８】
表面処理剤の塗布方法は、スプレー噴霧、刷毛塗り、浸漬等が可能であるが、塗布量を管理するうえでスプレー噴霧が好ましい。表面処理剤の塗布量は、基材表面の単位面積当たり固形分換算で０.０４〜０.２０ｇ／ｃｍ２であり、好ましくは０.０４〜０.１０ｇ／ｃｍ２である。この塗布量が０.０４ｇ／ｃｍ２未満では低発塵性の効果が得られなくなるおそれがあり、逆に０.２０ｇ／ｃｍ２を超えると耐熱性及び断熱性が低下するおそれがある。
【００３９】
以上、説明したように、上記の本発明の実施形態の製造方法で作製することで得られる断熱材は、１２００℃における熱伝導率を０.１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下にすることができる。この熱伝導率の要件を満たさない場合は、成形体の配合割合を適宜変えればよい。例えば、強度が低くなり過ぎない範囲で多孔質骨材や赤外線散乱材の含有量を多くしたり、無機繊維やアルミナ微粒子の含有量を少なくしたりすればよい。あるいは、加圧成形時の圧力を低めに設定してもよい。また、雰囲気温度１４００℃で２４時間の加熱処理条件で再加熱したときの加熱線収縮率が３.０％以下となるので、断熱材の最高使用温度を１４００℃とすることができる。
【実施例】
【００４０】
［実施例１]
マグネシアスピネル質多孔質の断熱骨材、アルミナ微粒子、無機繊維、及び赤外線散乱材の焼結体からなる基材の表面に処理材を塗布して断熱材を作製した後、得られた断熱材に対して発塵性、断熱性、及び断熱性の評価を行った。具体的に説明すると、マグネシアスピネル質多孔質の断熱骨材には、クアーズテック株式会社製のマグネシアスピネル質セラミックス（Ｔｈｅｒｍｏｓｃａｔｔ（登録商標）、平均粒径８０００ｎｍ）を用い、アルミナ微粒子は、ナノサイズのアルミナ（キャボットジャパン株式会社製のＳｐｅｃｔｒＡｌ（登録商標）１００、ＢＥＴ法で測定した比表面積９５〜１００ｍ２／ｇ、平均粒径約１８ｎｍ）を用いた。無機繊維には、ムライト繊維（株式会社ＩＴＭ製ファイバーマックス１６００特殊品、平均繊維径４μｍ、ショット含有率０.５質量％）を用いた。赤外線散乱材には、珪酸ジルコニウム（キンセイマテック株式会社製のＡ−ＰＡＸ、レーザ回折式粒度分布測定での平均粒径（Ｄ５０）１.０μｍ、比屈折率１.９）を用いた。
【００４１】
上記のマグネシアスピネル質多孔質の断熱骨材１０質量％、アルミナ微粒子６０質量％、無機繊維２２質量％、及び赤外線散乱材８質量％の割合で配合し、レーデイゲミキサーに装入して混合した。得られた混合物を乾式プレスで加圧成形した後、雰囲気温度１４００℃で１時間保持することで焼結処理し、基材を作製した。この基材を１４００℃で２４時間かけて加熱したときの加熱線収縮率は２.６％であり、１２００℃での熱伝導率は０.１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。次に、上記基材の表面に、スプレー塗布により表面処理剤を塗布した。表面処理剤には酸性シリカゾル（日産化学工業株式会社製スノーテックスＳＴ−Ｏ）を用い、これを基材の表面に単位表面積当たり固形分換算で０.０４ｇ／ｃｍ２の塗布量で塗布した。
【００４２】
上記にて作製した断熱材に対して、前述した「発塵性の評価」に従い評価したところ、乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.１であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が抑えられた低発塵性の断熱材であると評価した。また、前述した「断熱性の評価」に従い評価したところ、熱伝導率は０.１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、高い断熱性を有していることが分かった。更に「耐熱性の評価」に従い測定したところ、加熱線収縮率は２.６％であり、高い耐熱性を有していることが分かった。
【００４３】
［実施例２]
表面処理剤の塗布量を固形分換算で０.１０ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例１と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.１であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が抑えられた低発塵性の断熱材であると評価した。また、熱伝導率は０.１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、加熱線収縮率は２.６％であり、高い断熱性と高い耐熱性を有していた。
【００４４】
［実施例３]
表面処理剤の塗布量を固形分換算で０.２０ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例１と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.１であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が抑えられた低発塵性の断熱材であると評価した。また、熱伝導率は０.１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、加熱線収縮率は２.８％であり、高い断熱性と高い耐熱性を有していた。
【００４５】
［実施例４]
表面処理剤にアンモニアイオン安定型シリカゾル（日産化学工業株式会社製スノーテックスＳＴ−Ｎ）を用い、その塗布量を固形分換算で０.０４ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例１と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.１であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が抑えられた低発塵性の断熱材であると評価した。また、熱伝導率は０.１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、加熱線収縮率は２.６％であり、高い断熱性と高い耐熱性を有していた。
【００４６】
［実施例５]
表面処理剤の塗布量を固形分換算で０.２０ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例４と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.１であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が抑えられた低発塵性の断熱材であると評価した。また、熱伝導率は０.１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、加熱線収縮率は２.８％であり、高い断熱性と高い耐熱性を有していた。
【００４７】
［実施例６]
表面処理剤にアミン安定型シリカゾル（日産化学工業株式会社製ＱＡＳ−２５）を用い、その塗布量を固形分換算で０.０４ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例１と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.１であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が抑えられた低発塵性の断熱材であると評価した。また、熱伝導率は０.１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、加熱線収縮率は２.６％であり、高い断熱性と高い耐熱性を有していた。
【００４８】
［実施例７]
表面処理剤の塗布量を固形分換算で０.２０ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例６と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.１であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が抑えられた低発塵性の断熱材であると評価した。また、熱伝導率は０.１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、加熱線収縮率は２.８％であり、高い断熱性と高い耐熱性を有していた。
【００４９】
［比較例１]
表面処理剤の塗布量を固形分換算で０.０３ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例１と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.５であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が生じたので発塵性ありと評価した。一方、熱伝導率は０.１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、加熱線収縮率は２.６％であり、高い断熱性と高い耐熱性を有していた。
【００５０】
［比較例２]
表面処理剤の塗布量を固形分換算で０.２１ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例１と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.３であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が生じたので発塵性ありと評価した。これは表面処理剤が過剰となりそれ自身からの発塵に起因していた。また、熱伝導率は０.２３Ｗ／（ｍ・Ｋ）、加熱線収縮率は３.２％であり、断熱性と耐熱性はいずれも不良と評価した。
【００５１】
［比較例３]
表面処理剤の塗布量を固形分換算で０.０３ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例４と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.５であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が生じたので発塵性ありと評価した。一方、熱伝導率は０.１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、加熱線収縮率は２.６％であり、高い断熱性と高い耐熱性を有していた。
【００５２】
［比較例４]
表面処理剤の塗布量を固形分換算で０.２１ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例４と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.３であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が生じたので発塵性ありと評価した。これは表面処理剤が過剰となりそれ自身からの発塵に起因していた。また、熱伝導率は０.２３Ｗ／（ｍ・Ｋ）、加熱線収縮率は３.２％であり、断熱性と耐熱性はいずれも不良と評価した。
【００５３】
［比較例５]
表面処理剤の塗布量を固形分換算で０.０３ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例６と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.５であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が生じたので発塵性ありと評価した。一方、熱伝導率は０.１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、加熱線収縮率は２.６％であり、高い断熱性と高い耐熱性を有していた。
【００５４】
［比較例６]
表面処理剤の塗布量を固形分換算で０.２１ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例６と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.３であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が生じたので発塵性ありと評価した。これは表面処理剤が過剰となりそれ自身からの発塵に起因していた。また、熱伝導率は０.２３Ｗ／（ｍ・Ｋ）、加熱線収縮率は３.２％であり、断熱性と耐熱性はいずれも不良と評価した。
【００５５】
［比較例７]
表面処理剤にナトリウムイオン安定型シリカゾル（日産化学工業株式会社製スノーテックスＳＴ−４０）を用い、その塗布量を固形分換算で０.０４ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例１と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.１であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が抑えられた低発塵性の断熱材であると評価した。また、熱伝導率は０.２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、高い断熱性を有していたものの、耐熱性の評価の際に含浸層で剥離が生じ破損した。また、加熱線収縮率は３.３％であり、耐熱性は不良と評価した。
【００５６】
［比較例８]
表面処理剤にカリウムイオン安定型シリカゾル（日産化学工業株式会社製スノーテックスＳＴ−Ｋ２）を用い、その塗布量を固形分換算で０.０４ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例１と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.１であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が抑えられた低発塵性の断熱材であると評価した。また、熱伝導率は０.２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、高い断熱性を有していたものの、耐熱性の評価の際に含浸層で剥離が生じ破損した。また、加熱線収縮率は３.３％であり、耐熱性は不良と評価した。
【００５７】
［比較例９]
表面処理剤にリチウムイオン安定型シリカゾル（日産化学工業株式会社製スノーテックスＬＳＳ−３５）を用い、その塗布量を固形分換算で０.０４ｇ／ｃｍ２とした以外は上記実施例１と同様にして断熱材を作製し、発塵性、断熱性及び耐熱性について同様に評価した。その結果、発塵性評価では乾燥品及び焼成品のいずれも質量比０.１であり、含浸層からの無機微粒子の脱離が抑えられた低発塵性の断熱材であると評価した。また、熱伝導率は０.２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、高い断熱性を有していたものの、耐熱性の評価の際に含浸層で剥離が生じ破損した。また、加熱線収縮率は３.３％であり、耐熱性は不良と評価した。上記の実施例１〜７及び比較例１〜９の評価結果を下記表１にまとめた。
【００５８】
【表１】
2020001942.tif 000002
【００５９】
上記表１の結果から、本発明の要件を満たす製造方法で作製した断熱材は発塵が抑えられるうえ、高い断熱性と高い耐熱性が得られることが分かる。これに対して本発明の要件を満たさない製造方法で作製した断熱材は、上記の特性のいずれかにおいて満足な結果が得られないことが分かる。
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月18日(2019.6.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理された基材からなる断熱材の製造方法であって、マグネシアスピネル質多孔質骨材をその該基材中の含有率が１０〜４０質量％となるように、平均粒径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下のアルミナ微粒子をその該基材中の含有率が４０〜６０質量％となるように、無機繊維をその該基材中の含有率が１０〜３０質量％となるように、及び赤外線散乱材をその該基材中の含有率が８〜２０質量％となるように配合した混合物を加圧成形する工程と、該加圧成形により得た成形体を焼結処理する工程と、酸性ゾル、アンモニアイオン安定型ゾル、又はアミン安定型ゾルの形態を有するシリカゾルからなる表面処理剤を該焼結処理により得た基材の表面にその単位表面積当たり固形分換算で０.０４〜０.２０ｇ／ｃｍ２の塗布量で塗布することで該基材の表面部に含浸層を形成する工程とからなることを特徴とする断熱材の製造方法。
【請求項２】
前記含浸層が形成された前記基材に対して乾燥処理及び焼成処理をこの順に行うことより前記含浸層にシリカ質アモルファス層又は低熱膨張性若しくは高耐熱性の結晶層を生成する工程を更に有することを特徴とする、請求項１の断熱材の製造方法。
【請求項３】
雰囲気温度１４００℃で２４時間かけて加熱したときの加熱線収縮率が３.０％以下であり且つ１２００℃での熱伝導率が０.１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする、請求項２に記載の断熱材の製造方法。
【請求項４】
前記乾燥処理後及び前記焼成処理後は、いずれも前記表面処理剤を塗布しない場合に比べて発塵性が抑えられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の断熱材の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る断熱材の製造方法は、表面処理された基材からなる断熱材の製造方法であって、マグネシアスピネル質多孔質骨材をその該基材中の含有率が１０〜４０質量％となるように、平均粒径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下のアルミナ微粒子をその該基材中の含有率が４０〜６０質量％となるように、無機繊維をその該基材中の含有率が１０〜３０質量％となるように、及び赤外線散乱材をその該基材中の含有率が８〜２０質量％となるように配合した混合物を加圧成形する工程と、該加圧成形により得た成形体を焼結処理する工程と、酸性ゾル、アンモニアイオン安定型ゾル、又はアミン安定型ゾルの形態を有するシリカゾルからなる表面処理剤を該焼結処理により得た基材の表面にその単位表面積当たり固形分換算で０.０４〜０.２０ｇ／ｃｍ２の塗布量で塗布することで該基材の表面部に含浸層を形成する工程とからなることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】