(57)【要約】Ａｌ２Ｏ３及びＣａＯから選択される１成分又は２成分と、ＴｉＯ２を、主成分として含む無機繊維用組成物。上記無機繊維用組成物から得られる無機繊維。溶融した上記無機繊維用組成物を繊維化する無機繊維の製造方法。上記無機繊維を用いて得られる定形物又は不定形物。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ２Ｏ３及びＣａＯから選択される１成分又は２成分と、ＴｉＯ２を、主成分として含む無機繊維用組成物。
【請求項２】
以下の組成を有する請求項１記載の無機繊維用組成物。
Ａｌ２Ｏ３      ０．０〜９７．０重量％
ＣａＯ          ０．０〜６５．０重量％
ＴｉＯ２        ２．８〜６０．０重量％
【請求項３】
以下の組成を有する請求項１又は２記載の無機繊維用組成物。
Ａｌ２Ｏ３      ２０．０〜８７．０重量％
ＣａＯ          ３．０〜６０．０重量％
ＴｉＯ２        ５．０重量％超４７．０重量％以下
【請求項４】
以下の組成を有する請求項１〜３のいずれか記載の無機繊維用組成物。
Ａｌ２Ｏ３      ２３．０〜８０．０重量％
ＣａＯ          １０．０〜５８．０重量％
ＴｉＯ２        １０．０重量％超４０．０重量％以下
【請求項５】
以下の組成を有する請求項１〜４のいずれか記載の無機繊維用組成物。
Ａｌ２Ｏ３      ３０．０〜７０．０重量％
ＣａＯ          １５．０〜４０．０重量％
ＴｉＯ２        １１．０〜３０．０重量％
【請求項６】
Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＴｉＯ２の合計は９０．０重量％以上である請求項１〜５のいずれか記載の無機繊維用組成物。
【請求項７】
Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＴｉＯ２の合計は９８．０重量％以上である請求項１〜６のいずれか記載の無機繊維用組成物。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか記載の無機繊維用組成物から得られる無機繊維。
【請求項９】
溶融した請求項１〜７のいずれか記載の無機繊維用組成物を繊維化する請求項７記載の無機繊維の製造方法。
【請求項１０】
請求項７記載の無機繊維を用いて得られる定形物又は不定形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な生体溶解性無機繊維とその無機繊維を得るための組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
アスベストは、軽量で扱いやすく且つ耐熱性に優れるため、例えば、耐熱性のシール材として使用されていた。しかしアスベストは人体に吸入されて肺に疾患を引き起こすため使用が禁止され、これに代わりにセラミック繊維等が使用されている。セラミック繊維等は、耐熱性がアスベストに匹敵する程高いが、生体溶解性が十分でないためやはり人体に吸入されて肺に侵入することによる問題が指摘されている。そこで、人体に吸入されても問題を起こさない又は起こしにくい生体溶解性無機繊維を目指して、様々な生体溶解性繊維が開発されている（例えば、特許文献１，２）。【０００３】
従来の生体溶解性繊維の研究では、ｐＨ７．４の生理食塩水に対し溶解性の高い繊維を求めていた。しかしながら、繊維が吸入されるのは肺であり、肺のマクロファージのｐＨは４．５である。従って、ｐＨ４．５の生理食塩水に対する溶解性の高い繊維が、より効果的に肺内で溶解、分解されることが期待される。【０００４】
また、従来の無機繊維は、アスベストと同様に、様々なバインダーや添加物とともに、定形物、不定形物に二次加工されて、熱処理装置、工業窯炉や焼却炉等の炉における目地材、耐火タイル、断熱レンガ、鉄皮、モルタル耐火物等の隙間を埋める目地材、シール材、パッキング材、断熱材等として用いられている。従って、使用の際は高温に晒されることが多く、耐熱性を有することが好ましい。また、炉においては壁面にアルミナが使用されていることが多く、二次加工品に含まれる繊維が、このアルミナと反応し二次加工品や壁面が付着したり溶融しないことが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許公報第３７５３４１６号
【特許文献２】特表２００５−５１４３１８
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は、新規な生体溶解性無機繊維とその無機繊維を得るための組成物を提供することである。
【０００７】
本発明によれば、以下の無機繊維用組成物及び無機繊維等が提供される。
１．Ａｌ２Ｏ３及びＣａＯから選択される１成分又は２成分と、ＴｉＯ２を、主成分として含む無機繊維用組成物。
２．以下の組成を有する１記載の無機繊維用組成物。
Ａｌ２Ｏ３      ０．０〜９７．０重量％
ＣａＯ          ０．０〜６５．０重量％
ＴｉＯ２        ２．８〜６０．０重量％
３．以下の組成を有する１又は２記載の無機繊維用組成物。
Ａｌ２Ｏ３      ２０．０〜８７．０重量％
ＣａＯ          ３．０〜６０．０重量％
ＴｉＯ２        ５．０重量％超４７．０重量％以下
４．以下の組成を有する１〜３のいずれか記載の無機繊維用組成物。
Ａｌ２Ｏ３      ２３．０〜８０．０重量％
ＣａＯ          １０．０〜５８．０重量％
ＴｉＯ２        １０．０重量％超４０．０重量％以下
５．以下の組成を有する１〜４のいずれか記載の無機繊維用組成物。
Ａｌ２Ｏ３      ３０．０〜７０．０重量％
ＣａＯ          １５．０〜４０．０重量％
ＴｉＯ２        １１．０〜３０．０重量％
６．Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＴｉＯ２の合計は９０．０重量％以上である１〜５のいずれか記載の無機繊維用組成物。
７．Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＴｉＯ２の合計は９８．０重量％以上である１〜６のいずれか記載の無機繊維用組成物。
８．１〜７のいずれか記載の無機繊維用組成物から得られる無機繊維。
９．溶融した１〜７のいずれか記載の無機繊維用組成物を繊維化する７記載の無機繊維の製造方法。
１０．７記載の無機繊維を用いて得られる定形物又は不定形物。
【０００８】
本発明によれば、新規な生体溶解性無機繊維とその無機繊維を得るための組成物を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の繊維用組成物は、Ａｌ２Ｏ３及びＣａＯから選択される１成分又は２成分と、ＴｉＯ２を、主成分として含む。
主成分とは、組成物が含む全ての成分のうち最も含有量（重量％）の高い２成分又は３成分が、Ａｌ２Ｏ３及びＣａＯから選択される１成分又は２成分と、ＴｉＯ２であることを意味する。
好ましくは、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＴｉＯ２を、主成分として含む。
【００１０】
本発明の繊維用組成物は、生体溶解性と耐熱性の観点から、好ましくは以下の組成を有する。
Ａｌ２Ｏ３      ０．０〜９７．０重量％
ＣａＯ          ０．０〜６５．０重量％
ＴｉＯ２        ２．８〜６０．０重量％
【００１１】
上記の組成をさらに以下の組成とすることができる。
Ａｌ２Ｏ３      ２０．０〜８７．０重量％
ＣａＯ          ３．０〜６０．０重量％
ＴｉＯ２        ５．０重量％超４７．０重量％以下
【００１２】
上記の組成をさらに以下の組成とすることができる。
Ａｌ２Ｏ３      ２３．０〜８０．０重量％
ＣａＯ          １０．０〜５８．０重量％
ＴｉＯ２        １０．０重量％超４０．０重量％以下
【００１３】
上記の組成をさらに以下の組成とすることができる。
Ａｌ２Ｏ３      ３０．０〜７０．０重量％
ＣａＯ          １５．０〜４０．０重量％
ＴｉＯ２        １１．０〜３０．０重量％
【００１４】
上記の組成において、耐熱性の観点から、ＣａＯを９．０〜４２．０重量％、１０．０〜４０．０重量％、又は１１．０〜３５．０重量％とすることができる。
上記の組成において、ＴｉＯ２を３０重量％以下、又は２２重量％以下とすることができる。
また、ＴｉＯ２を３．０重量％又は３重量％超とすることができる。
【００１５】
上記の組成の各成分の量を任意に組み合わせてもよい。
上記の各組成において、特定する成分の合計を、９０．０重量％以上、９５．０重量％以上、９７．０重量％以上、９８．０重量％以上、９９．０重量％以上又は１００．０重量％としてもよい。
特定する成分以外の残りは他の元素の酸化物又は不純物等である。
【００１６】
本発明の組成物は、Ｓｃ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｙ又はこれらの混合物から選択されるそれぞれの酸化物を含んでも含まなくてもよい。これらの酸化物の量を、それぞれ１０．０重量％以下、５．０重量％以下、３．０重量％以下、２．０重量％以下、１．０重量％以下、０．５重量％以下、０．２重量％以下又は０．１重量％以下としてもよい。
【００１７】
アルカリ金属酸化物（Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等）の各々は含まれても含まれなくてもよく、アルカリ金属酸化物はそれぞれ又は合計で１０．０重量％以下、５．０重量％以下、３．０重量％以下、２．０重量％以下、１．０重量％以下、０．５重量％以下、０．２重量％以下又は０．１重量％以下とすることができる。
【００１８】
ＺｒＯ２、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｎｂ２Ｏ５の各々は含まれても含まれなくてもよく、それぞれ１０．０重量％以下、５．０重量％以下、３．０重量％以下、２．０重量％以下、１．０重量％以下、０．５重量％以下、０．２重量％以下又は０．１重量％以下とすることができる。
【００１９】
本発明の組成物は通常以下の物質を含まない、又は含んでもそれぞれ０．２重量％以下又は０．１重量％以下である。
フッ素、硫酸カルシウム、酸化ヒ素、酸化ゲルマニウム、酸化テルル、酸化バナジウム、酸化イオウ、フッ素分子、リン化合物、スズ、コバルト、酸化マンガン、フッ化物、酸化銅。
【００２０】
本発明の組成物から無機繊維を得ることができる。
本発明の繊維は溶融法、ゾルゲル法等公知の方法で製造できるが、低コストのため溶融法が好ましい。溶融法では、通常の方法により、原料の溶融物を作製し、この溶融物を繊維化して製造する。例えば、高速回転しているホイール上に熔解した原料を流し当てることで繊維化するスピニング法及び熔解した原料に圧縮空気を当てることで繊維化するブロー法等により製造できる。
【００２１】
本発明の繊維は公知の被覆材により被覆されていてもいなくてもよい。被覆により保存や使用時の溶解性を調整できる。
【００２２】
本発明の繊維は、原料の組成物の組成と同じであり、上記の組成を有することにより、ｐＨ４．５の生理食塩水に対する溶解性（生体溶解性）を有する。
ｐＨ４．５の生理食塩水に対する溶解性は、実施例の測定方法で、好ましくは１．０ｍｇ／ｇ以上、より好ましくは１．５ｍｇ／ｇ以上、さらに好ましくは３．０ｍｇ／ｇ以上である。
【００２３】
溶解速度定数は、実施例の測定方法で、好ましくは１０ｎｇ／ｃｍ２・ｈ以上、より好ましくは５０ｎｇ／ｃｍ２・ｈ以上、さらに好ましくは１００ｎｇ／ｃｍ２・ｈ以上、特に好ましくは２００ｎｇ／ｃｍ２・ｈ以上である。
【００２４】
本発明の繊維は、好ましくはアルミナ反応性が低い。アルミナ反応性は、実施例の測定方法で、好ましくは付着しないか、反応しない。
【００２５】
本発明の繊維は、好ましくは８００℃以上、１０００℃以上、１１００℃以上、１２００℃以上、１３００℃以上、１４００℃以上で耐熱性を有する。具体的には、実施例の測定方法で、体積収縮率（％）が、１４００℃−８時間で４０％以下、好ましくは３０％以下である。１３００℃−８時間で４０％以下、好ましくは３０％以下、更に好ましくは２３％以下、最も好ましくは１５％以下である。１２００℃−８時間で４０％以下、好ましくは３０％以下、更に好ましくは２３％以下、最も好ましくは１５％以下である。１１００℃−８時間で４０％以下、好ましくは３０％以下、更に好ましくは２３％以下、最も好ましくは１５％以下である。１０００℃−８時間で４０％以下、好ましくは３０％以下、更に好ましくは２３％以下、最も好ましくは１５％以下である。８００℃−８時間で４０％以下、好ましくは３０％以下、更に好ましくは２３％以下、最も好ましくは１５％以下である。
【００２６】
本発明の繊維は、好ましくは、実施例の測定方法で、線収縮率は、各温度（６００℃、８００℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃、１３００℃、１４００℃、１５００℃、１６００℃）において、好ましくは３０％以下、より好ましくは２０％以下、さらに好ましくは１０％以下、最も好ましくは５％以下である。
【００２７】
繊維の加熱収縮率は、繊維からブランケットを製造して１１００℃，１２６０℃で２４時間焼成した前後で測定することができる。また、引張強度は万能試験機により測定できる。
【００２８】
さらに、本発明の繊維は、必須成分の種類を少なくできるので、配合過程の工数が減り、コスト減となる。また微妙な配合量を調整する成分の種類が少ないことは製造の困難性を低減する。
【００２９】
本発明の繊維から、バルク、ブランケット、ブロック、ロープ、ヤーン、紡織品、界面活性剤を塗布した繊維、ショット（未繊維化物）を低減または取り除いたショットレスバルクや、水等の溶媒を使用し製造するボード、モールド、ペーパー、フェルト、コロイダルシリカを含浸したウェットフェルト、等の定形品が得られる。また、それら定形品をコロイドなどで処理した定形品が得られる。また、水等の溶媒を使用し製造する不定形材料（マスチック、キャスター、コーティング材等）も得られる。
また、上記定形品、不定形品と各種発熱体を組み合わせた構造体も得られる。
【００３０】
本発明の繊維の具体的な用途として、熱処理装置、工業窯炉や焼却炉等の炉における目地材、耐火タイル、断熱レンガ、鉄皮、モルタル耐火物等の隙間を埋める目地材、シール材、パッキング材、クッション材、断熱材、耐火材、防火材、保温材、保護材、被覆材、ろ過材、フィルター材、絶縁材、目地材、充填材、補修材、耐熱材、不燃材、防音材、吸音材、摩擦材（例えばブレーキパット用添加材）、ガラス板・鋼板搬送用ロール、自動車触媒担体保持材、各種繊維強化複合材料（例えば繊維強化セメント、繊維強化プラスチックなどの補強用繊維、耐熱材、耐火材の補強繊維、接着剤、コート材等の補強繊維）等が例示される。
【実施例】
【００３１】
実施例１〜１８
表１に示す繊維組成について以下のように検討した。
まず、表１に示す組成となるように原料を混合し、プレス加工して成形体を得た。この成形体を加熱溶融し、急冷して得られた物を粉砕しサンプルを得た。このサンプルを用いて以下の方法で評価した。その結果を表１に示す。【００３２】
（１）生体溶解性
サンプル１ｇを、ｐＨ４．５の生理食塩水１５０ｍＬが入った三角フラスコ（容積３００ｍＬ）に入れた。このフラスコを、３７℃のインキュベーター内に設置して、毎分１２０回転の水平振動を２．５時間継続した。その後、ろ過により得られた濾液に含有されている各元素の量（ｍｇ）をＩＣＰ発光分析装置により測定し、その合計を溶出量とした（ｍｇ／サンプル１ｇ）。【００３３】
（２）体積収縮率
サンプルを成形して、直径約７ｍｍ、高さ約１５ｍｍの円柱状サンプルを得た。この円柱状サンプルを１４００℃８時間加熱して、体積収縮率（％）を求めた。【００３４】
（３）アルミナ反応性
サンプルを成形して、直径約７ｍｍ、厚み約５ｍｍの円柱状サンプルを得た。この円柱状サンプルをアルミナ板に載せて、１４００℃８時間加熱して、付着や溶融の有無を観察した。円柱状サンプルが溶融したときは４、付着したときは３、付着しないが痕が残ったときは２、付着もせず痕も残らないときは１とした。【００３５】
比較例１
ＳｉＯ２を４７質量％、Ａｌ２Ｏ３を５３質量％含むセラミック繊維（従来の耐熱性無機繊維）（比較例１）について、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示す。【００３６】
【表１】
2014049988.tif 000002
【００３７】
実施例１９〜２７
表２に示す組成の繊維を溶融法で製造した。
得られた繊維を以下の方法で評価した。その結果を表２に示す。【００３８】
（１）線収縮率
加熱収縮率は、繊維からフリース又はブランケットを製造して、１０００℃、１４００℃で、８時間焼成した前後で測定した。製造した各サンプル表面に白金ピンを２点以上打ち込み、その白金ピン間の距離を加熱前後で測定し、その寸法変化率を線収縮率（％）とした。【００３９】
（２）アルミナ耐反応性
純度９９％以上のアルミナ粉末約１ｇを、直径１７ｍｍの金型でプレス成形しペレットとした。このペレットを、繊維から製造したフリース状またはブランケット（縦横５０ｍｍ、厚み５〜５０ｍｍ）のサンプル上に置いて、この状態で加熱し、加熱後の反応性を確認した。ペレットと全く反応していない場合を○、サンプルと軽い付着（簡単に手でペレットがはがせ、外観でペレットとサンプルが溶融していない状態）を△、反応有り（ペレットとサンプルが溶融し付着している状態）を×とした。【００４０】
（３）溶解速度定数
繊維を、メンブレンフィルター上に置き、繊維上にマイクロポンプによりｐＨ４．５の生理食塩水を滴下させ、繊維、フィルターを通った濾液を容器内に貯めた。貯めた濾液を２４時間経過後に取り出し、溶出成分をＩＣＰ発光分析装置により定量した。測定元素は主要元素であるＴｉ、Ａｌ、Ｃａの３元素とした。繊維径を測定して単位表面積・単位時間当たりの溶出量である溶解速度定数ｋ（単位：ｎｇ／ｃｍ２・ｈ）に換算した。【００４１】
【表２】
2014049988.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の無機繊維は、断熱材、またアスベストの代替品として、様々な用途に用いることができる。【００４３】
上記に本発明の実施形態及び／又は実施例を幾つか詳細に説明したが、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施形態及び／又は実施例に多くの変更を加えることが容易である。従って、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。
この明細書に記載の文献及び本願のパリ優先の基礎となる日本出願明細書の内容を全てここに援用する。
【国際調査報告】
2014049988.tif 000004
2014049988.tif 000005
2014049988.tif 000006
2014049988.tif 000007