(57)【要約】  幅広い種類の表面及び基板を被覆して熱及び機械的保護を提供することができる、耐火被覆材。耐火被覆材は、約１５００Ｃ以上の使用温度への暴露に耐えることができ、しかもその中に含有される繊維は、模擬肺液のような生理液において低生体内持続性を示す。耐火被覆材を作って利用するための方法もまた開示されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低生体内持続性無機繊維、少なくとも１つの有機バインダ、少なくとも１つの無機バインダ、少なくとも１つのシリカ含有化合物、任意選択的にはゲル化剤、及び更に任意選択的には増粘剤を含む耐火被覆材であって、前記少なくとも１つの無機バインダは、コロイド状無機酸化物を含む、ことを特徴とする耐火被覆材。
【請求項２】
前記被覆材は実質的にアルミナを含まない、ことを特徴とする請求項１に記載の耐火被覆材。
【請求項３】
約５〜約７０重量パーセントの低生体内持続性繊維、約０．１〜約７．５重量パーセントの有機バインダ、約２〜約５０重量パーセントのコロイド状無機酸化物を含む無機バインダ、約３０〜約８５重量パーセントのコロイド状シリカ以外のシリカ含有化合物、及び任意選択的には約０．１〜約３．０重量パーセントの増粘剤を含む、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の耐火被覆材。
【請求項４】
約２７〜約４２重量パーセントの低生体内持続性繊維、約１．０〜約３．５重量パーセントの有機バインダ、約７〜約２５重量パーセントのコロイド状無機酸化物を含む無機バインダ、約４０〜約５５重量パーセントのコロイド状シリカ以外のシリカ含有化合物、及び任意選択的には約０．１〜約０．５重量パーセントの増粘剤を含む、ことを特徴とする請求項３に記載の耐火被覆材。
【請求項５】
前記低生体内持続性無機繊維は、少なくとも約６０〜約９０重量パーセントのシリカ、及び０より多く約３５重量パーセントまでのマグネシアの解繊生成物を有するマグネシアケイ酸塩繊維を含む、ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の耐火被覆材。
【請求項６】
前記低生体内持続性無機繊維は、少なくとも約４５〜約９０重量パーセントのシリカ、０より多く約４５重量パーセントまでのカルシア、及び０より多く約３５重量パーセントまでのマグネシアの解繊生成物を有するカルシア−マグネシアケイ酸塩繊維を含む、ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の耐火被覆材。
【請求項７】
前記コロイド状無機酸化物は、コロイド状シリカ、コロイド状ジルコニア、コロイド状チタニア、コロイド状セリア、コロイド状イットリア及び／又はこれらの組み合わせを含み、任意選択的には、前記コロイド状無機酸化物はコロイド状シリカを含む、ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の耐火被覆材。
【請求項８】
前記ゲル化剤は、酢酸アンモニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、酸化マグネシウム又はこれらの組み合わせを含む、ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の耐火被覆材。
【請求項９】
前記少なくとも１つのシリカ含有化合物は、非晶質又は結晶二酸化シリコン粉末のうちの少なくとも１つを含み、任意選択的には、前記少なくとも１つのシリカ含有化合物は、非晶質シリカ又は石英のうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の耐火被覆材。
【請求項１０】
前記非晶質シリカは生体非晶質シリカであり、任意選択的には、非晶質シリカは、籾殻灰、オートブラン灰、小麦籾殻灰及び／又はこれらの組み合わせを含む、ことを特徴とする請求項９に記載の耐火被覆材。
【請求項１１】
前記増粘剤は、ベントナイト粘土、マグネシウムアルミニウムケイ酸塩及び／又はこれらの組み合わせを含む、ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項の請求項に記載の耐火被覆材。
【請求項１２】
前記有機バインダは、天然樹脂、合成樹脂、澱粉及び／又はこれらの組み合わせを含み、任意選択的には、前記有機バインダは、ポリアクリルアミド含有ポリマーを含む、ことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の耐火被覆材。
【請求項１３】
前記耐火被覆材は、重量で約３〜約６０％の低生体内持続性繊維、約０．１〜約６．５％の有機バインダ、約５〜約５０％のコロイド状シリカ、約５〜６５％のコロイド状シリカ以外のシリカ含有化合物、約０．１〜約３％の増粘剤、及び約５〜約６５％の水を含む水性スラリーから形成される、ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の耐火被覆材。
【請求項１４】
前記耐火被覆材は、重量で約１２〜約２５％の低生体内持続性繊維、約０．３〜約２．５％の有機バインダ、約１０〜約２５％のコロイド状シリカ、約１５〜約３０％のコロイド状シリカ以外のシリカ含有化合物、約０．１〜約０．５％の増粘剤、及び約２７〜約３５％の水を含む水性スラリーから形成される、ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の耐火被覆材。
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れか１項の前記耐火被覆材を生成するためのプロセスであって、前記低生体内持続性無機繊維、前記少なくとも１つの有機バインダ、前記少なくとも１つのコロイド状無機酸化物、前記少なくとも１つのシリカ含有化合物、任意選択的には前記ゲル化剤、及び更に任意選択的には前記増粘剤を含む水性スラリーを調製することを含む、プロセス。
【請求項１６】
請求項１〜１４の何れか１項の前記耐火被覆材を利用する方法であって、前記低生体内持続性無機繊維、前記少なくとも１つの有機バインダ、前記少なくとも１つのコロイド状無機酸化物、前記少なくとも１つのシリカ含有化合物、任意選択的には前記ゲル化剤、及び更に任意選択的には前記増粘剤を含む材料で表面又は基板を被覆する段階を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、表面及び／又は基板を保護するための低生体内持続性繊維を含有する耐火被覆材、及びその製造及び利用方法に関する。耐火被覆材は、溶融取扱設備又は他の設備、容器又は導管との間の熱伝播を阻止するのに用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
溶鉱炉、製鋼工場、製鉄所及び製鋼所、及び他の施設では、溶融又はほぼ溶融の材料を移送、処理及び格納するのに、ラドル、混銑車、トラフランナー、タンディッシュ、モールド、加熱炉、窯、及び他の容器及び設備などの設備が必要とされる。高耐熱性の断熱ブランケット、ストリップ、モジュール、ボード、又は同様のものは、このような容器及び設備の内部及び／又は外部表面に接着されて、これらを熱衝撃、化学的浸食、及び機械的損傷に対して保護すると同時に、これらの全体の熱効率を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５，８７４，３７５号
【特許文献２】米国特許第６，９５３，７５７号
【特許文献３】米国特許第６，０３０，９１０号
【特許文献４】米国特許第６，０２５，２８８号
【特許文献５】米国特許第５，８７４，３７５号
【特許文献６】米国特許第５，５８５，３１２号
【特許文献７】米国特許第５，３３２，６９９号
【特許文献８】米国特許第５，７１４，４２１号
【特許文献９】米国特許第７，２５９，１１８号
【特許文献１０】米国特許第７，１５３，７９６号
【特許文献１１】米国特許第６，８６１，３８１号
【特許文献１２】米国特許第５，９５５，３８９号
【特許文献１３】米国特許第５，９２８，０７５号
【特許文献１４】米国特許第５，８２１，１８３号
【特許文献１５】米国特許第５，８１１，３６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
種々の耐火被覆材は、加熱炉の内部表面を裏打ちする絶縁モジュールのような基板に対してある程度の保護を与えるように開発されてきた。しかしながら、約１５００°Ｃ（１５００Ｃ）以上の温度で、金属、黒鉛、耐火物、及び他の絶縁材料などの幅広い種類の材料に満足のいくように接着して、連続した保護を提供するような材料は開発されていない。
【０００５】
アルミノケイ酸塩繊維としても既知である耐火セラミック繊維は、優れた耐熱特性を示す。しかしながら、これらは生体内持続性が比較的高いことに起因して、「低生体内持続性」の繊維が開発されて、耐火セラミック繊維を置き換えるようになっている。
【０００６】
従来技術の被覆組成物において、耐火セラミック繊維を低生体内持続性繊維に置き換えることで、約１２００°Ｃにて著しい溶融をもたらすことが分かっている。これは、一つには、従来の被覆材で用いられている板状アルミナのようなアルミナ系緻密化剤又は充填剤の使用に起因する。１０００°Ｃを上回る温度では、アルミナは、低生体内持続性繊維に含有されるマグネシア及びシリカと反応してコージライトを形成する。コージライトは、マグネシア及びシリカと比べて、著しく低い耐火性を有する。コージライトは、溶融及び結果として生じる物理的変形の理由から、約１３００°Ｃを上回る温度では短期間の間でさえも有用ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
低生体内持続性繊維の化学的性質とアルミナとの間の反応で形成される共晶混合物は、被覆材の耐火性を低下させ、約１５００°Ｃ以上の目的とする使用温度に不適当となる。被覆材中のアルミナ含有緻密化剤又は充填剤をシリカ含有化合物と置き換えることで、コージライトの形成が阻止され、これにより約１５００°Ｃ以上の望ましい使用温度を有する被覆組成物を提供できることが分かっている。
【０００８】
熱的保護及び機械的保護を提供するのに幅広い種類の表面及び基板上で用いることができる低生体内持続性繊維を含有する耐火被覆材が提供される。耐火被覆材は、約１５００°Ｃ以上の温度への暴露に耐えることができ、更に、その中に含有される繊維は、模擬肺液のような生理液において低生体内持続性を示す。
【０００９】
耐火被覆材の例示の実施形態は、低生体内持続性無機繊維、少なくとも１つの有機バインダ、少なくとも１つの無機バインダ、少なくとも１つのシリカ含有化合物、任意選択的にはゲル化剤、及び更に任意選択的には増粘剤を含み、少なくとも１つの無機バインダは、コロイド状金属酸化物溶液を含む。
【００１０】
特定の実施形態において、耐火被覆材は、セメント状であり、金属、黒鉛、耐火物及び同様のものなどの表面及び基板を被覆するのに用いることができる。耐火被覆材はまた、セメントとして用いて、同じ又は異なる特性を有する基板を一体化することができる。特定の実施形態において、耐火被覆材は、高温でも種々のタイプの物体及び表面への接着性が高いことによって特徴付けられる。耐火被覆材は、優れた絶縁特性を有し、熱衝撃に対して耐性を示す。
【００１１】
特定の実施形態において、低生体内持続性繊維を含有する耐火被覆材は、高耐熱性の断熱ブランケット、ストリップ、モジュール、ボード、又は同様のものに適用され、これらの断熱材の腐食、摩耗及び摩耗抵抗を向上させる。耐火被覆材は、絶縁ライニングのような既存の絶縁材料の上に適用することができ、これにより既存の絶縁材料の耐用年数を延長する。耐火被覆材は、ラドルカバー、タンディッシュカバー、再加熱した加熱炉及び同様のものを絶縁するモジュールの上に適用することができる。
【００１２】
耐火被覆材は、犠牲基板に適用されて、基板が高温によってそれ自体消耗されることになるが、被覆材単独では、形成されている形状のままこれを保持するようにすることができる。
【００１３】
特定の実施形態において、耐火被覆材は、硬化時間が必要でなく、温度条件に関係なく作動状態にすることができる。
【００１４】
耐火被覆材は、容易に製造可能であり、少なくとも約１５００°Ｃの使用温度に暴露した後に低い収縮性を示し、使用温度に連続して暴露した後で良好な機械的強度を維持し、非常に優れた絶縁特性を示し、熱衝撃に対して耐性を示し、その中に含有される繊維が模擬肺液のような生理液において低生体内持続性を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】１５５０°Ｃ（１５５０Ｃ）への暴露前及び暴露後の耐火性セラミック基板（耐火セラミック繊維から形成されたボード）及び低生体内持続性基板（Ｉｓｏｆｒａｘ（登録商標）繊維から形成されたボード）の上に被覆されたアルミナ含有化合物を含む、従来の被覆材の反応性及び溶融を示す写真である。
【図２】１５５０°Ｃ（１５５０Ｃ）の暴露前及び暴露後の耐火性セラミック基板（耐火セラミック繊維から形成されたボード）及び低生体内持続性基板（Ｉｓｏｆｒａｘ（登録商標）繊維から形成されたボード）の上に被覆された耐火被覆材の例示の実施形態の無反応性を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
特定の実施形態において、耐火被覆材は、低生体内持続性無機繊維、少なくとも１つの有機バインダ、少なくとも１つの無機バインダ、及び少なくとも１つのシリカ含有化合物、任意選択的にはゲル化剤、更に任意選択的には増粘剤を含み、少なくとも１つの無機バインダは、シリカ、アルミナ、チタニア、イットリア、セリア、亜鉛、マグネシア、ジルコニア、粘土及び／又はこれらの組み合わせからなるグループから選択されたコロイド状金属酸化物分散を含む。
【００１７】
語句「低生体内持続性繊維」は、生理学的媒体において又は模擬肺液、生理食塩溶液、緩衝生理食塩溶液又は同様のものなどの模擬生理学的媒体において可溶性又は他の分解可能な繊維を指す。繊維の溶解度は、時間の関数として模擬生理学的媒体中の繊維の溶解度を測定することによって評価できる。生体溶解度はまた、試験動物において繊維の直接埋込みの影響を観察することによって、又は繊維に暴露されている動物又は人の検査、すなわち生体内持続性によって推定することができる。
【００１８】
生理学的媒体中の繊維の生体内持続性を測定する方法は、Ｕｎｉｆｒａｘ  Ｉ  ＬＬＣ（米国ニューヨーク州トナウォンダ）に譲受された、米国特許第５，８７４，３７５号において開示されており、当該特許は引用により本明細書に組込まれる。他の方法は、無機繊維の生体内持続性を評価するのに適している。特定の実施形態によれば、低生体内持続性繊維は、３７°Ｃで模擬肺液の０．３ｍｌ／分の流れに０．１ｇのサンプルとして暴露すると、少なくとも３０ｎｇ／ｃｍ2−ｈｒの溶解度を示す。他の実施形態によれば、低生体内持続性繊維は、３７°Ｃで模擬肺液の０．３ｍｌ／分の流れに０．１ｇのサンプルとして暴露すると、少なくとも５０ｎｇ／ｃｍ2−ｈｒ、又は少なくとも１００ｎｇ／ｃｍ2−ｈｒ、又は少なくとも１０００ｎｇ／ｃｍ2−ｈｒの溶解度を示すことができる。
【００１９】
限定ではないが、本明細書で記載される耐火被覆材を調製するのに用いることができる生体溶解性アルカリ土類ケイ酸塩繊維の好適な実施例は、米国特許第６，９５３，７５７号、米国特許第６，０３０，９１０号、米国特許第６，０２５，２８８号、米国特許第５，８７４，３７５号、米国特許第５，５８５，３１２号、米国特許第５，３３２，６９９号、米国特許第５，７１４，４２１号、米国特許第７，２５９，１１８号、米国特許第７，１５３，７９６号、米国特許第６，８６１，３８１号、米国特許第５，９５５，３８９号、米国特許第５，９２８，０７５号、米国特許第５，８２１，１８３号、及び米国特許第５，８１１，３６０号にて開示されるこれらの繊維を含み、これらの特許は引用により本明細書に組込まれる。
【００２０】
低生体内持続性耐火被覆材を調製するのに用いることができる好適な無機繊維は、限定ではないが、カルシア−マグネシアケイ酸塩繊維又はマグネシアケイ酸塩繊維、カルシアアルミン酸塩繊維、ポタシア−カルシアアルミン酸塩繊維、ポタシア−アルミナケイ酸塩繊維、ソディア（ｓｏｄｉａ）−アルミノケイ酸塩繊維及び／又はこれらの組み合わせなどのアルカリ土類ケイ酸塩繊維を含む。
【００２１】
特定の実施形態によれば、アルカリ土類ケイ酸塩繊維は、マグネシウム及びシリカの酸化物の混合物の解繊生成物を含むことができる。これらの繊維は、一般にはマグネシアケイ酸塩繊維と呼ばれる。マグネシアケイ酸塩繊維は、一般的に、約６０〜約９０重量パーセントのシリカ、０より多く約３５重量パーセントまでのマグネシア、及び任意選択的に５重量パーセント又はそれ未満の不純物の解繊生成物を含む。特定の実施形態によれば、アルカリ土類ケイ酸塩繊維は、約６５〜約８６重量パーセントのシリカ、約１４〜約３５重量パーセントのマグネシア、及び任意選択的には５重量パーセント又はそれ未満の不純物の解繊生成物を含む。特定の実施形態によれば、アルカリ土類ケイ酸塩繊維は、約７０〜８６重量パーセントのシリカ、約１４〜約３５重量パーセントのマグネシア、及び５重量パーセント又はそれ未満の不純物の解繊生成物を含む。好適なマグネシアケイ酸塩繊維は、登録商標ＩＳＯＦＲＡＸでＵｎｉｆｒａｘ  Ｉ  ＬＬＣ（米国ニューヨーク州のトナウォンダ）から商業的に入手可能である。商業的に入手可能なＩＳＯＦＲＡＸ繊維は、一般的に、約７０〜約８０重量パーセントのシリカ、約１８〜約２７重量パーセントのマグネシア及び４重量パーセント又はそれ未満の不純物の解繊生成物を含む。
【００２２】
特定の実施形態によれば、アルカリ土類ケイ酸塩繊維は、カルシウム、マグネシウム及びシリカの酸化物の混合物の解繊生成物を含む。これらの繊維は、一般にカルシア−マグネシアケイ酸塩繊維と呼ばれる。特定の実施形態によれば、カルシア−マグネシアケイ酸塩繊維は、約４５〜約９０重量パーセントのシリカ、０より多く約４５重量パーセントまでのカルシア、０より多く約３５重量パーセントまでのマグネシア、及び１０重量パーセント又はそれ未満の不純物の解繊生成物を含む。特定の実施形態によれば、カルシア−マグネシアケイ酸塩繊維は、７１．２５より多く約８５重量パーセントまでのシリカ、０より多く約２０重量パーセントまでのマグネシア、約５〜約２８．７５重量パーセントのカルシア、及び０より多く約５重量パーセントまでのジルコニアの解繊生成物を含むことができる。
【００２３】
有用なカルシア−マグネシアケイ酸塩繊維は、登録商標ＩＮＳＵＬＦＲＡＸでＵｎｉｆｒａｘ  Ｉ  ＬＬＣ（米国ニューヨーク州のトナウォンダ）から商業的に入手可能である。ＩＮＳＵＬＦＲＡＸ繊維は、一般的に、約６１〜約６７重量パーセントのシリカ、約２７〜約３３重量パーセントのカルシア、及び約２〜約７重量パーセントのマグネシアの解繊生成物を含む。他の好適なカルシア−マグネシアケイ酸塩繊維は、販売名ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ  ６０７、ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ  ６０７  ＭＡＸ  及びＳＵＰＥＲＷＯＯＬ  ＨＴ、ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ  ６０７繊維でＴｈｅｒｍａｌ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ（米国ジョージア州のオーガスタ）から商業的に入手可能である。ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ  ６０７は、約６０〜約７０重量パーセントのシリカ、約２５〜約３５重量パーセントのカルシア、約４〜約７重量パーセントのマグネシア、及び微量のアルミナを含む。ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ  ６０７  ＭＡＸ繊維は、約６０〜約７０重量パーセントのシリカ、約１６〜約２２重量パーセントのシリカ、及び約１２〜約１９重量パーセントのマグネシア、及び微量のアルミナを含む。ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ  ＨＴ繊維は、約７４重量パーセントのシリカ、約２４重量パーセントのカルシア及び微量のマグネシア、アルミナ及び酸化鉄を含む。
【００２４】
特定の実施形態によれば、アルカリ土類ケイ酸塩繊維は、カルシウム及びアルミニウムの酸化物の混合物の解繊生成物を含む。特定の実施形態によれば、カルシアアルミン酸塩繊維の少なくとも９０重量パーセントは、約５０〜約８０重量パーセントのシリカ、約２０〜約５０重量パーセント未満のアルミナ、及び１０又はそれ未満の重量パーセントの不純物の解繊生成物を含む。他の実施形態によれば、カルシアアルミン酸塩繊維の少なくとも９０重量パーセントは、約５０〜約８０重量パーセントのアルミナ、約２０〜約５０重量パーセント未満のカルシア、及び１０重量パーセント又はそれ未満の不純物の解繊生成物を含む。特定の実施形態によれば、生体溶解性アルカリ土類ケイ酸塩繊維は、カリウム、カルシウム及びアルミニウムの酸化物の混合物の解繊生成物を含むことができる。特定の実施形態によれば、ポタシア−カルシアアルミン酸塩繊維は、約１０〜約５０重量パーセントのシリカ、約５０〜約９０重量パーセントのアルミナ、０より多く約１０重量パーセントまでのポタシア、及び１０重量パーセント又はそれ未満の不純物の解繊生成物を含む。
【００２５】
特定の実施形態によれば、生体溶解性アルカリ土類ケイ酸塩繊維は、１又は２以上のアルカリ土類、シリカ、及び他の酸化物成分の酸化物の混合物の解繊生成物を含むことができる。実施例は、シリカ及びマグネシアの；又はシリカ及びカルシアの；又はシリカ、マグネシウム、カルシアの解繊生成物を酸化リチウムと共に含む。他の実施例は、酸化ストロンチウム、酸化リチウム及び酸化ストロンチウム、又は酸化鉄などの酸化物成分を有するシリカ及びマグネシアの解繊生成物を含む。このような繊維は、アルミナ及び／又はボリアなどの粘度調整剤を含むことができる。
【００２６】
特定の実施形態によれば、生体溶解性アルカリ土類ケイ酸塩繊維は、マグネシウム、シリコン、リチウム及びストロンチウムの酸化物の混合物の解繊生成物を含むことができる。特定の実施形態によれば、生体溶解性アルカリ土類ケイ酸塩繊維は、約６５〜８６重量パーセントのシリカ、約１４〜約３５重量パーセントのマグネシア、酸化リチウム及び酸化ストロンチウムを含む。特定の実施形態によれば、生体溶解性アルカリ土類ケイ酸塩繊維は、約６５〜約８６重量パーセントのシリカ、約１４〜約３５重量パーセントのマグネシア、０より多く約１重量パーセントまでの酸化リチウム及び０〜５重量パーセント以上の酸化ストロンチウムを含む。
【００２７】
特定の実施形態によれば、生体溶解性アルカリ土類ケイ酸塩繊維は、シリカ、マグネシウム、及び約１重量パーセントまでの酸化リチウムの解繊生成物を含むことができる。特定の実施形態によれば、生体溶解性アルカリ土類ケイ酸塩繊維は、約６５〜約８６重量パーセントのシリカ、約１４〜約３５重量パーセントのマグネシア、及び０より多く約０．４５重量パーセントまでの酸化リチウムを含む。特定の実施形態によれば、生体溶解性アルカリ土類ケイ酸塩繊維は、６５〜８６重量パーセントのシリカ、約１４〜約３５重量パーセントのマグネシア、及び０より多く約５重量パーセントまでの酸化ストロンチウムを含む。特定の実施形態によれば、生体溶解性アルカリ土類ケイ酸塩繊維は、約７０又はそれよりも多い重量パーセントのシリカ、マグネシア、及び０より多く約１０重量パーセントまでの酸化鉄を含む。
【００２８】
無機繊維は、細断又は切断することによって短くすることができる。繊維は、あらゆる好適な細断又は切断方法、例えば、ダイ切断、ギロチン細断及び／又はウォータージェット切断を利用して細断することができる。無機繊維は、繊維が方向性を有し、又はランダム配列ではなくて層状であるときには、繊維製造工程に関連して細断又は切断することができる。特定の実施形態において、無機繊維は、メルトブロー繊維、溶融紡糸繊維、溶融延伸繊維、及び／又は粘性紡糸繊維とすることができる。
【００２９】
耐火被覆材はまた、有機及び無機バインダの両方又は２以上のタイプのバインダの混合物を含むことができる。好適なバインダは、有機バインダ、無機バインダ及び／又はこれらの組み合わせを含む。特定の実施形態によれば、耐火被覆材は、１又は２以上の有機バインダを含む。好適な有機バインダの実施例は、限定ではないが、天然樹脂、合成樹脂又は澱粉を含む。有機バインダは、被覆材に可塑性を付与して乾燥すると材料の強度を高める高分子量のポリマーを含むことができる。限定ではないが、ポリアクリルアミドは、耐火被覆材において用いることができる好適な高分子量のポリマーである。
【００３０】
耐火被覆材は、少なくとも１つの無機バインダ材料を含むことができる。限定ではないが、好適な無機バインダ材料は、コロイド状シリカ、コロイド状ジルコニア、コロイド状チタニア、コロイド状セリア、コロイド状イットリア、及び／又はこれらの組み合わせなどのコロイド状金属酸化物溶液を含む。これに関連して、用語「溶液」は、コロイド状無機酸化物を含有するスラリー又は分散を含むことが意図される。
【００３１】
コロイド状無機酸化物溶液組成物は、重量で約３０〜１００％のコロイド状無機酸化物を含むことができる。特定の実施形態において、コロイド状無機酸化物溶液は、約５０〜約９０％のコロイド状無機酸化物を含むことができる。他の実施形態において、コロイド状シリカ及び／又はコロイド状ジルコニアなどの約８０〜１００％のコロイド状無機酸化物である。コロイド状無機酸化物の商業的に入手可能な配合物は、例示及び限定ではないが、Ｎａｌｃｏ  Ｃｏｍｐａｎｙ（米国イリノイ州のネーパービル）から購入可能な４０％の固体を含むＮＡＬＣＯコロイド状シリカとして利用することができる。しかしながら、３０％又はそれ未満の固形分又はこれに代えて４０％よりも多い固形分のような、他のグレードのコロイド状無機酸化物をまた用いることができる。
【００３２】
耐火被覆材の他の構成要素は、ゲル化剤及びゲル化剤を可溶化するのに十分な量の水を含むことができる。ゲル化剤成分は、コロイド状無機酸化物、例えば、コロイド状シリカの場合には、酢酸アンモニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び同様のものなどの設定又はゲル化を促進する無機塩又は酸化物、及び／又は酢酸、塩酸、リン酸、及び同様のものなどの酸を含むことができる。特定の実施形態において、耐火被覆組成物はゲル化剤を含有しない。
【００３３】
特定の実施形態において、塩化マグネシウムのようなゲル化剤は、固体として又は水溶液としての何れかで導入することができる。塩化マグネシアは、例えば、２８％ＭｇＣｌ2を含有する強い水溶液とすることができる。塩化マグネシウムは、あらゆる商用グレードの塩化マグネシウムとすることができる。溶液としてのこの物質の使用は、耐火被覆組成物の他の成分と混合して均一性を促進してより粘着被膜を生成する。
【００３４】
耐火被覆材は更に、コロイド状シリカが用いられる実施形態においても、コロイド状シリカ以外のシリカ含有化合物を含むことができる。限定ではないが、「二次」シリカ含有化合物は、二酸化シリコン粉末、石英、籾殻灰、オートブラン灰、小麦籾殻灰、及び／又はこれらの組み合わせを含むことができる。好適な籾殻灰は、指定Ｒｉｃｅｓｉｌ  １００によりＲｉｃｅ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｉｎｃ．から商業的に入手可能である。二酸化シリコン粉末は、約５０〜約２００μｍの平均粒度を有することができる。二次シリカ含有化合物は、アルミナと同様の耐熱性を付与するが、アルミナと異なって、マグネシア及びシリカと反応せず、被覆材の耐熱性及び耐火性を低減するコージライトを形成する。耐火被覆材は、実質的にアルミナを含まない場合がある。
【００３５】
耐火被覆材は更に、増粘剤を含むことができる。耐火被覆材への増粘剤の添加により、無機繊維が早期に定着及び硬化するのが阻止される。増粘剤の添加はまた、混合物中の水及び増粘剤の量を制御することによって、混合物が、こて塗り、噴霧、浸漬、成形、吹き付け及び／又はブラッシングの適用に好適な粘度を有することができる。限定ではないが、耐火被覆材に用いることができる好適な増粘剤は、Ｖｅｅｇｕｍ  Ｔ（Ｒ．Ｔ．Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．によって販売されている）のようなベントナイト粘土及び／又はマグネシウムアルミニウムケイ酸塩を含む。Ｖｅｅｇｕｍ  Ｔは、レオロジー調整剤として働いて、被覆材の好適なレオロジーを維持し、被覆材中の成分の何れかのデカンテーションを阻止する。被覆材は、Ｖｅｅｇｕｍ  Ｔのような、約０．１〜３重量パーセントのマグネシウムアルミニウムケイ酸塩を含むことができる。Ｖｅｅｇｕｍ  Ｔ中に含有されるアルミナの量は、比較的少なく、被覆材の耐火性に影響を与えない。
【００３６】
限定ではなく例示の目的で、耐火被覆材は、約３〜約６０％、任意選択的には約１２〜約２５％の低生体内持続性繊維；約０．１〜約６．５％、任意選択的には約０．３〜約２．５％の有機バインダ；約５〜約５０％、任意選択的には約１０〜約２５％のコロイド状シリカ及び／又はコロイド状ジルコニアのような無機バインダ；約５〜約６５％、任意選択的には約１５〜約３０％の石英、二酸化シリコン粉末、生体非晶質のシリカ及び／又はこれらの組み合わせなどの追加のシリカ含有化合物；約０．１〜約３％、任意選択的には約０．１〜約０．５％のマグネシウムアルミニウムケイ酸塩のような増粘剤；及び約５〜約６５％、任意選択的には約２７〜約３５％の水の水溶液又はスラリーから調製することができる。
【００３７】
乾燥重量に基づいて、耐火被覆材は、約５〜約７０％、任意選択的には約２７〜約４２％の低生体内持続性繊維；約０．１〜約７．５％、任意選択的には約１〜約３．５％の有機バインダ；約２〜約５０％、任意選択的には約７〜約２５％のコロイド状シリカ及び／又はコロイド状ジルコニアのような無機バインダ；約３０〜約８５％、任意選択的には約４０〜約５５％の石英、二酸化シリコン粉末、生体非晶質のシリカ及び／又はこれらの組み合わせなどの追加のシリカ含有化合物；及び約０．１〜約３％、任意選択的には約０．１〜約０．５％のマグネシウムアルミニウムケイ酸塩のような増粘剤を含むことができる。
【００３８】
特定の実施形態において、耐火被覆材を作るためのプロセスは、少なくとも１つの有機バインダ、コロイド状シリカ及び／又はコロイド状ジルコニアのような少なくとも１つのコロイド状無機バインダ、及び少なくとも１つの二次シリカ含有化合物、任意選択的にはゲル化剤、更に任意選択的には増粘剤と低生体内持続性無機繊維のスラリーとを混合するプロセスを含む。耐火被覆材の厚みは、約０．１〜３ミリメートル、任意選択的には約０．５〜約１．０ミリメートルとすることができる。厚みは、用途に基づいて制御することができる。
【００３９】
特定の実施形態において、耐火被覆材を利用する方法は、高耐熱性のブランケット又はボードのような表面又は基板の上に材料を被覆する段階と、オーブンで乾燥する段階と、必要に応じて、乾燥ブランケット又はボードを最終サイズに切断する段階とを含む。特定の実施形態において、耐火被覆材は、加熱するか又はしない場合もあるが、基板上にこて塗りされて空気乾燥される。
【００４０】
表面又は基板に付加する前に耐火被覆材に添加される水の量は、表面又は基板に適用されるべき方式及び被膜の所望の厚みによって決まる。従って、噴霧によって適用されるべき薄い被膜は、浸漬、ブラッシング、こて塗り、吹き付け又は成形によって厚く重い被膜を適用することに対して満足がいくであろうものよりも、低粘性混合物を提供するのにより多くの水を必要とすることになる。特定の実施形態において、耐火被覆材配合物は、約２０〜４０％の水を含む。適用方法に応じて、被覆材は、水で更に希釈することができる。
【００４１】
特定の実施形態において、耐火被覆材と接触する表面及び基板は、約２〜約６分に及ぶ時間の間約８０°Ｃ〜約１５０°Ｃに及ぶ温度で乾燥される。更に別の実施形態において、耐火被覆材で被覆された基板は、約１０分〜約１時間に及ぶ時間期間の間約４０°Ｃ〜約３５０°Ｃに及ぶ温度で乾燥される。オーブン中での乾燥は、迅速硬化を達成するための手段である。特定の実施形態において、高温硬化は、「フラッシュ」乾燥条件下で達成することができる。室温硬化は、同等に有効であるが、より長い期間を必要とする。耐火被覆材は、容易に適用することができ、迅速に硬化することになり、関連する硬化プロセスを受ける必要なしにその全ての範囲の能力を得ることになる。
【００４２】
限定ではなく例示の目的で、低生体内持続性繊維を含有する耐火被覆材によって接触することができる表面又は基板は、商標ＩＳＯＦＲＡＸの下でＵｎｉｆｒａｘ  Ｉ  ＬＬＣ（米国ニューヨーク州のトナウォンダ）から入手可能なものなどのアルカリ土類ケイ酸塩（ＡＥＳ）繊維からなる高耐熱性のブランケット又はボード、及びＤＵＲＡＢＯＡＲＤ製品のような商標ＦＩＢＥＲＦＲＡＸの下でＵｎｉｆｒａｘ  Ｉ  ＬＬＣ（米国ニューヨーク州のトナウォンダ）から入手可能なものなどの高アルミナ繊維のような高温セラミック繊維を含むことができる。低生体内持続性繊維は、所望の表面又は基板に適用される前に、耐火被覆材において二次シリカ含有化合物と反応する。従って、被覆材中の低生体内持続性繊維は、それが相当な範囲まで接触しているアルミナを含有する表面又は基板とは反応しない。
【００４３】
低生体内持続性繊維を含有する耐火被覆材は、金属、黒鉛、耐火物及び同様のものなどの表面又は基板に適用することができる。限定ではなく例示として、耐火被覆材は、溶融金属輸送、煙突及び高温ガスダクト及び加熱炉ライニングで用いられるラドル又はタンディッシュに適用することができる。特定の実施形態において、耐火被覆材は、約１５００°Ｃ以上の温度でセラミック繊維モジュール、キャスタブル及び耐火れんがを覆って用いられる。耐火被覆材は、セラミック繊維絶縁体上に適用されて、低い熱伝導性を示し、摩耗、熱衝撃及び火炎衝突に対して高い耐性があり且つ作動温度で最小の収縮を示す表面を形成することができる。加熱されると、耐火被覆材は、適用される表面又は基板に強力な接着を提供するセラミック結合を形成する。
【００４４】
特定の実施形態において、耐火被覆材は、セラミック繊維ブランケット、モジュール又は同様のものなどの既存の絶縁材料にこて塗りされ、吹き付けられ、又は他の方法で適用される。耐火被覆材は、表面又は基板に噴霧、こて塗り、浸漬、ブラッシング、注入、吹き付け、成形、射出又は他の方法で適用することができ、その後、表面又は基板の外部表面上に実質的にとどまり、表面又は基板又は両方の厚みに部分的に又は完全に溶け込むことができる。
【００４５】
溶け込みの程度は、耐火被覆材の表面の気孔率及び粘度により決まる。耐火被覆材が表面又は基板のみの上に適用されると、コロイド状シリカのような液体部分は、表面又は基板に進入することになる。特定の用途に対して、表面又は基板に孔を形成すること及びこれらを耐火被覆材で充填することなどの機械的係止の使用は、増強した係止効果を提供する。
【００４６】
耐火被覆材をセラミック繊維ライニングシステムに適用することで、摩耗抵抗及び耐久性を向上させ、下にある繊維を収縮及び／又は化学攻撃から保護し、絶縁体における亀裂による熱損失を最小にし、風速抵抗を増大させて、熱反射率及びエネルギー効率を増大させる。
【００４７】
硬い耐火物表面に耐火被覆材を適用することで、熱衝撃保護、摩耗抵抗及び耐久性を向上させ、熱損失を最小にし、耐火寿命を延ばし、熱反射率及びエネルギー効率を高める。
【実施例１】
【００４８】
表１は、コロイド状アルミナを指すＡＬ−２０のアルミナ含有化合物、及びＡｌ2Ｏ3（試験３）及びＡＬ−２０単独（試験４）を含有する従来の耐火被覆材の反応性と比べて、ＳｉＯ2粉末（試験１）及び二次シリカ含有化合物として籾殻灰（試験２）を指すＲｉｃｅＳｉｌを含む耐火被覆材の例示の実施形態の反応性を示している。材料は、被膜として試験されなかった表２を除いて、質量のみとして、及びＩｓｏｆｒａｘ（登録商標）ボード基板上の被膜として試験した。
１５５０°Ｃでの収縮試験
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【００４９】
これらの結果は、アルミナ含有化合物を含む従来の耐火被覆材がかなり溶融したことを明確に示すのに対して、耐火被覆材の例示の実施形態は、殆ど収縮しないか又は全く収縮せずにそのままの状態にとどまった。耐火被覆材中の少なくとも１つの二次シリカ含有化合物とアルミナ含有化合物の取り替えは、コージライトの形成を阻止し、これにより、約１５００°Ｃ以上の所望の使用温度を有する耐火被覆材を提供する。
１．第１の実施形態において提供されるのは、低生体内持続性無機繊維、少なくとも１つの有機バインダ、少なくとも１つの無機バインダ、少なくとも１つのシリカ含有化合物、任意選択的にはゲル化剤、及び更に任意選択的には増粘剤を含む耐火被覆材であって、少なくとも１つの無機バインダはコロイド状無機酸化物を含む、耐火被覆材である。
２．第１の実施形態の耐火被覆材では、被覆材は実質的にアルミナを含まない場合がある。
３．実施形態１又は２の耐火被覆材は、約５〜約７０重量パーセントの低生体内持続性繊維、約０．１〜約７．５重量パーセントの有機バインダ、約２〜約５０重量パーセントのコロイド状無機酸化物を含む無機バインダ、約３０〜約８５重量パーセントのコロイド状シリカ以外のシリカ含有化合物、及び任意選択的には約０．１〜約３．０重量パーセントの増粘剤を含むことができる。
４．実施形態３の耐火被覆材は、約２７〜約４２重量パーセントの低生体内持続性繊維、約１．０〜約３．５重量パーセントの有機バインダ、約７〜約２５重量パーセントのコロイド状無機酸化物を含む無機バインダ、約４０〜約５５重量パーセントのコロイド状シリカ以外のシリカ含有化合物、及び任意選択的には約０．１〜約０．５重量パーセントの増粘剤を含むことができる。
５．実施形態１〜４のうちの何れか１つの耐火被覆材では、低生体内持続性無機繊維は、少なくとも約６０〜約９０重量パーセントのシリカ、及び０より多く約３５重量パーセントまでのマグネシアの解繊生成物を有するマグネシアケイ酸塩繊維を含むことができる。
６．実施形態１〜４のうちの何れか１つの耐火被覆材では、低生体内持続性無機繊維は、少なくとも約４５〜約９０重量パーセントのシリカ、０より多く約４５重量パーセントまでのカルシア、及び０より多く約３５重量パーセントまでのマグネシアの解繊生成物を有するカルシア−マグネシアケイ酸塩繊維を含むことができる。
７．実施形態１〜６のうちの何れか１つの耐火被覆材では、コロイド状無機酸化物は、コロイド状シリカ、コロイド状ジルコニア、コロイド状チタニア、コロイド状セリア、コロイド状イットリア及び／又はこれらの組み合わせを含むことができる。
８．実施形態７の耐火被覆材では、コロイド状無機酸化物はコロイド状シリカを含むことができる。
９．実施形態１〜８のうちの何れか１つの耐火被覆材では、ゲル化剤は、酢酸アンモニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、酸化マグネシウム又はこれらの組み合わせを含むことができる。
１０．実施形態１〜９のうちの何れか１つの耐火被覆材では、少なくとも１つのシリカ含有化合物は、非晶質又は結晶二酸化シリコン粉末のうちの少なくとも１つを含むことができる。
１１．実施形態１〜１０のうちの何れか１つの耐火被覆材では、少なくとも１つのシリカ含有化合物は、非晶質シリカを含むことができる。
１２．実施形態１１の耐火被覆材では、非晶質シリカは生体非晶質シリカとすることができる。
１３．実施形態１１又は１２の耐火被覆材では、非晶質シリカは、籾殻灰、オートブラン灰、小麦籾殻灰及び／又はこれらの組み合わせを含むことができる。
１４．実施形態１〜１３のうちの何れか１つの耐火被覆材では、少なくとも１つのシリカ含有化合物は石英を含むことができる。
１５．実施形態１〜１４のうちの何れか１つの耐火被覆材では、増粘剤は、ベントナイト粘土、マグネシウムアルミニウムケイ酸塩及び／又はこれらの組み合わせを含むことができる。
１６．実施形態１〜１５のうちの何れか１つの耐火被覆材では、有機バインダは、天然樹脂、合成樹脂、澱粉及び／又はこれらの組み合わせを含むことができる。
１７．実施形態１６の耐火被覆材では、有機バインダは、ポリアクリルアミド含有ポリマーを含むことができる。
１８．実施形態１〜１７のうちの何れか１つの耐火被覆材は、
低生体内持続性無機繊維のスラリーを、少なくとも１つの有機バインダ、少なくとも１つのコロイド状無機酸化物、少なくとも１つのシリカ含有化合物、任意選択的にはゲル化剤、及び更に任意選択的には増粘剤と混合するプロセスによって得ることができる。
１９．実施形態１〜１７のうちの何れか１つの耐火被覆材では、耐火被覆材は、重量で約３〜約６０％の低生体内持続性繊維、約０．１〜約６．５％の有機バインダ、約５〜約５０％のコロイド状シリカ、約５〜６５％のコロイド状シリカ以外のシリカ含有化合物、約０．１〜約３％の増粘剤、及び約５〜約６５％の水を含む水性スラリーから形成することができる。
２０．実施形態１〜１７のうちの何れか１つの耐火被覆材では、耐火被覆材は、重量で約１２〜約２５％の低生体内持続性繊維、約０．３〜約２．５％の有機バインダ、約１０〜約２５％のコロイド状シリカ、約１５〜約３０％のコロイド状シリカ以外のシリカ含有化合物、約０．１〜約０．５％の増粘剤、及び約２７〜約３５％の水を含む水性スラリーから形成することができる。
２１．同様に提供されるのは、実施形態１〜１７の何れか１つの耐火被覆材を生成するためのプロセスであり、少なくとも１つの有機バインダ、少なくとも１つのコロイド状無機酸化物、少なくとも１つのシリカ含有化合物、任意選択的にはゲル化剤、及び更に任意選択的には増粘剤を有する低生体内持続性無機繊維を含む水性スラリーを調製することを含むプロセスである。
２２．同様に提供されるのは、実施形態１〜１７の何れか１つの耐火被覆材を利用する方法であり、低生体内持続性無機繊維、少なくとも１つの有機バインダ、少なくとも１つのコロイド状無機酸化物、少なくとも１つのシリカ含有化合物、任意選択的にはゲル化剤、及び更に任意選択的には増粘剤を含む材料で表面又は基板を被覆する段階を含む方法である。
【００５０】
耐火被覆材、及び耐火被覆材を調製する方法について、種々の実施形態に関して説明してきたが、他の同様の実施形態を用いることができ、又は同じ機能を実施するのに記載された実施形態に対して修正及び追加を行うことができる点を理解されたい。本明細書で記載される実施形態は単に例示であって、当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更及び修正を加えることができることは理解されるであろう。更に、記載される全ての実施形態は、代替形態においては必須ではなく、所望の結果を提供するために種々の実施形態を組み合わせることができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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