(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１〜１００ｎｍの粒径のエアロジルからなる、粒径が０．１〜１０ｍｍのエアロジル顆粒と有機溶媒系樹脂とからなることを特徴とする耐火断熱モルタル。
【請求項２】
前記エアロジル顆粒の１００質量部に対して、前記有機溶媒系樹脂が乾燥後の固形分換算で１０〜１００質量部配合されたものであることを特徴とする、請求項１に記載の耐火断熱モルタル。
【請求項３】
前記有機溶媒系樹脂がフェノール樹脂からなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の耐火断熱モルタル。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の耐火断熱モルタルを、施工面に吹き付ける、または、こて塗りして施工し、その後、有機溶媒を乾燥除去し且つ樹脂を硬化させることを特徴とする、耐火断熱モルタルの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顆粒状のエアロジルを含有し、施工後に乾燥して硬化させた硬化成形体は高温下であっても断熱性に優れた断熱材として機能する耐火断熱モルタル並びにその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄やアルミニウムなどの高温溶融体の保持容器などでは、熱ロスを抑制するために、断熱材として高性能のエアロジル断熱材が使用されている。このエアロジル断熱材は、静止空気に近い低熱伝導率であるため、薄い断熱材であっても必要な熱抵抗が得られるという特長を有し、しかも、１０００℃程度の耐熱性を有するために、広く使用されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
このエアロジル断熱材は、数１０ｎｍ程度のシリカに代表される金属酸化物（「エアロジル」という）を０．３〜０．５ｇ／ｃｍ3程度の比重に圧縮成形したもので、０．０２〜０．０５Ｗ／(ｍ・Ｋ)程度の低い熱伝導率を持つことが特長であり（例えば、特許文献２を参照）、厚み３〜２０ｍｍ程度のシートが溶融金属用に使用されている。
【０００４】
最近では、このエアロジルを顆粒状にした製品（以下、「エアロジル顆粒」と記す）も出現し、充填用断熱材料としての使用が期待されている。しかしながら、エアロジル顆粒は、そのままでは垂直壁などには施工することができず、その施工性には問題がある。垂直壁などでの施工性改善のためには、建築材料などとして一般的に使用されるモルタルなどと同様に、エアロジル顆粒にセメント及び水などを添加し、モルタル状にすることが望ましいが、エアロジル顆粒は、水と接触すると吸水し、吸水後に乾燥すると収縮して熱伝導率が数倍に増加してしまうという欠点がある。つまり、エアロジル顆粒の特長を発揮できなくなってしまうという問題がある。
【０００５】
そのために、従来、エアロジル顆粒を含有し、エアロジル断熱材と同等の低熱伝導性を示す硬化成形体を得るための、施工性に優れたモルタル状製品は開発されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１０４１１０号公報
【特許文献２】特公昭５１−４００８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、エアロジル顆粒を含有し、１０００℃程度の耐熱性を有し且つエアロジル断熱材と同等の低熱伝導性を示す硬化成形体を得るための、施工性に優れたモルタル状製品、つまり耐火断熱モルタルが切望されていたにも拘わらず、従来、そのような製品は開発されておらず、やむなく断熱性に劣る一般的な断熱材を使用しており、熱ロスの増大を余儀なくされていた。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高温溶融体の保持容器などに最適な、エアロジル顆粒を含有し、エアロジル断熱材と同等の低熱伝導性を呈する硬化成形体を得るための耐火断熱モルタルを提供すると同時に、その施工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための第１の発明に係る耐火断熱モルタルは、１〜１００ｎｍの粒径のエアロジルからなる、粒径が０．１〜１０ｍｍのエアロジル顆粒と有機溶媒系樹脂とからなることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明に係る耐火断熱モルタルは、第１の発明において、前記エアロジル顆粒の１００質量部に対して、前記有機溶媒系樹脂が乾燥後の固形分換算で１０〜１００質量部配合されたものであることを特徴とする。
第３の発明に係る耐火断熱モルタルは、第１または第２の発明において、前記有機溶媒系樹脂がフェノール樹脂からなることを特徴とする。
【００１１】
第４の発明に係る耐火断熱モルタルの施工方法は、第１ないし第３の発明の何れか１つに記載の耐火断熱モルタルを、施工面に吹き付ける、または、こて塗りして施工し、その後、有機溶媒を乾燥除去し且つ樹脂を硬化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、有機溶媒系樹脂をエアロジル顆粒の結合材として使用するので、エアロジル顆粒の低熱伝導性を損なうことなく、施工性に優れる、エアロジル顆粒を原料とする耐火断熱モルタルを得ることが実現され、高温環境における断熱効果を従来以上に増加することが達成される。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１４】
本発明に係る耐火断熱モルタルは、エアロジル顆粒と有機溶媒系樹脂とからなることを特徴とする。耐火断熱モルタルの原料としてエアロジル顆粒を使用することで、当該耐火断熱モルタルの施工により得られる硬化成形体は、静止空気に近い低熱伝導率を呈する。
【００１５】
エアロジル顆粒は、１〜１００ｎｍサイズのシリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、チタニア（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）などの金属酸化物の超微粉、ＳｉＣの超微粉、シリカやアルミナなどの短繊維などを含み、０．１〜１０ｍｍ程度の粒径を持ち、約９０％の気孔率を持つものである。粒子が小さく、粒子充填率が低く、粒子間の接触が面ではなく点であるので、固体熱伝導率が低く、且つ、気孔径が空気（窒素及び酸素）分子の平均自由行程よりも小さいので、気体熱伝導率が低いことを特長とする。
【００１６】
そして、本発明に係る耐火断熱モルタルは、エアロジル顆粒の結合材として有機溶媒系樹脂を使用する。有機溶媒系樹脂中の樹脂成分は、粘着性を有するために、エアロジル顆粒の施工においては垂直壁への施工を可能とし、簡便な施工を実現させる。一方、有機溶媒系樹脂中の有機溶媒成分は、前記樹脂成分をエアロジル顆粒に対して均等に混合する効果を発揮する。
【００１７】
ここで、有機溶媒を使用せずに水を使用した場合には、水の乾燥後にエアロジル顆粒が収縮し、熱伝導率が増加して断熱性を大幅に損なう。この収縮は、エアロジル顆粒内の気孔中及びエアロジル顆粒間の気孔中に浸透した水の浸透圧に支配され、浸透圧に抗して水系溶媒を排出することで、気孔が収縮してしまうことに起因する。
【００１８】
本発明者は、詳細な実験により、この収縮は溶媒の表面張力に支配され、表面張力の高い水では大きな収縮が起こり、この収縮に伴って熱伝導率の増加が引き起こされるが、表面張力の低い有機溶媒では、収縮はなく、エアロジル顆粒の熱伝導率が維持されることを見出し、本発明に至った。
【００１９】
有機溶媒の表面張力は、水の表面張力（７２．７ｍＮ／ｍ）と比較して十分低いため、本発明で使用する有機溶媒としては、樹脂が安定に存在する有機溶媒であれば組成には限定されずに適用可能であるが、エタノール、アセトン、ヘキサン、ベンゼン、メタノールなどが施工性の観点からも好適である。水の混入は極力避けることが好ましいが、水が混入した場合でも、表面張力が４０ｍＮ／ｍ以下であれば適用可能である。また、樹脂成分としては、特に限定されないが、成形段階で或る程度の強度を維持でき、高温加熱時は炭化する熱硬化性樹脂、特に、フェノール、エポキシなどの一般の接着剤に使用される樹脂が使用できるが、耐熱性の観点からフェノール樹脂が好ましい。有機溶媒と樹脂との混合比率は、耐火断熱モルタルの施工が容易となるように、適宜選択すればよい。
【００２０】
また、エアロジル顆粒の１００質量部に対して、有機溶媒系樹脂を乾燥後の固形分換算で１０〜１００質量部の範囲で配合して混練し、本発明に係る耐火断熱モルタルを構成することが好ましい。有機溶媒系樹脂の乾燥後の固形分換算での配合量が１０質量部未満では、樹脂の配合が少なくなって耐火断熱モルタルの施工性が悪くなり、一方、乾燥後の固形分換算での配合量が１００質量部を超えると、エアロジル顆粒の配合が少なくなって熱伝導率の低下効果が小さくなる。有機溶媒系樹脂中の樹脂成分濃度は、混練物の性状と施工性を勘案して適宜選択すればよいが、３〜７０質量％とすることが好ましい。
【００２１】
このようにして構成される本発明に係る耐火断熱モルタルの施工にあたっては、施工面に吹き付ける、または、こて塗りなどで施工し、その後、有機溶媒を乾燥除去し、更に樹脂を硬化させ、当該耐火断熱モルタルからなる硬化成形体を形成させる。
【００２２】
乾燥は、使用する有機溶媒の沸点よりも１０℃程度以上高い温度で実施することが効率的である。樹脂の硬化条件は使用する樹脂種類によって決定される。例えば、フェノール樹脂を使用した場合には、１５０〜２５０℃の温度で０．５〜３．０時間程度、保持することが通例である。
【００２３】
本発明に係る耐火断熱モルタルを、溶鋼を保持する取鍋などに施工する場合には、樹脂の硬化後に、耐火断熱モルタルからなる硬化成形体の内面側（溶鋼側）にワーク耐火物などを配置し、ライニング層を形成する。
【００２４】
以上説明したように、本発明に係る耐火断熱モルタルによれば、有機溶媒系樹脂をエアロジル顆粒の結合材として使用するので、エアロジル顆粒の低熱伝導性を損なうことなく、施工性に優れた、エアロジル顆粒を原料とする耐火断熱モルタルを得ることが実現される。
【実施例１】
【００２５】
エアロジル顆粒（ＳｉＯ2：６２質量％、ＴｉＯ2：３１質量％、Ａｌ2Ｏ3：０．５質量％、顆粒径（最大径）：１０ｍｍ）と有機溶媒系樹脂とを使用して、本発明に係る耐火断熱モルタルを作製した。また、比較のために、水溶媒系樹脂を使用して比較用のモルタルを作製した。何れのモルタルも、通常のモルタルと同様にこて塗り施工が可能であった。
【００２６】
本発明例及び比較例のモルタルを、縦：１００ｍｍ、横：１００ｍｍ、深さ：５ｍｍの型枠中に、こて塗り施工により充填し、その後、６０℃で１日間、更に１１０℃で１日間乾燥した後、１８０℃で３時間保持して樹脂を硬化させ、更に、９５０℃で３時間焼成した。
【００２７】
表１に、使用した樹脂の種類、溶媒の種類、溶媒−樹脂における樹脂濃度、エアロジル顆粒１００質量部に対する溶媒−樹脂の配合量（質量部）、及び１８０℃での硬化後と９５０℃での焼成後との収縮量及び熱伝導率を示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
比較例１のモルタルでは、１８０℃での硬化後に１８％、９５０℃での焼成後に２０％の線収縮を起こし、熱伝導率は０．１Ｗ／(ｍ・Ｋ)程度となった。これに対して、本発明１〜３のモルタルでは、１８０℃での硬化後及び９５０℃での焼成後の線収縮は高々１．８％であり、熱伝導率は０．０５Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下であり、優れた断熱性を発現した。
【００３０】
以上のように、本発明に係る耐火断熱モルタルにより、優れた施工性と優れた伝熱性とが得られることが確認できた。