(57)【要約】【課題】焼成処理後の物理強度に優れた無機繊維シートを提供する。【解決手段】繊維分としてガラス繊維、有機繊維、及び天然鉱物繊維を用いた無機繊維シートにおいて、ガラス繊維と有機繊維のシートに天然鉱物繊維を含浸させたことを特徴とする無機繊維シート。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維分としてガラス繊維、有機繊維、及び天然鉱物繊維を用いた無機繊維シートにおいて、ガラス繊維と有機繊維のシートに天然鉱物繊維を含浸させたことを特徴とする無機繊維シート。
【請求項２】
請求項１記載の無機繊維シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼成処理後の物理強度に優れた無機繊維シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
無機繊維は工業材料として優れた特性を有しており、鉄鋼、石油、化学、電気、自動車、建材、航空宇宙などのあらゆる産業界での利用が定着し、耐熱触媒担持材、断熱材、耐熱濾過材、耐熱絶縁材、耐熱シール材、耐熱パッキン材、耐熱緩衝材、耐熱クッション材等の様々な用途に利用されている。
【０００３】
この様な無機繊維を用いた無機繊維シートは既に様々な分野で使用されているが、代表用途としてハニカム状のガス吸着素子が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。この文献では、セラミック繊維、ガラス繊維、セピオライトなどの粘土鉱物及び有機バインダーを混合抄造した紙によりハニカム状積層体を形成し、特定の雰囲気下で焼成処理して有機バインダーを除去した後、ガス吸着剤粒子とシリカゾル等の無機結合剤との混合分散液を含浸してハニカム状のガス吸着素子を製造する方法が提案されている。特許文献１の製造方法により、良好な吸着性能を有するハニカム状ガス吸着素子を形成するには、焼成処理後の基材の物理強度と保液性能が優れている必要がある。しかしながら本方法を用いても焼成処理後の引張強度や湿潤引張強度等の物理強度が不足するといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９２５１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、焼成処理後の物理強度に優れた無機繊維シートを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を解決する本発明の無機繊維シートは、繊維分として平均繊維径が１〜３０μｍのガラス繊維、有機繊維、及び天然鉱物繊維を用いた無機繊維シートにおいて、ガラス繊維と有機繊維のシートに天然鉱物繊維を含浸させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、無機繊維シートに天然鉱物繊維を含浸処理することにより、天然鉱物繊維が均一かつ緻密にシート内に存在するため、焼成処理後の引張強度、湿潤引張強度等の物理強度を向上させた無機繊維シートを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の無機繊維シートについて詳説する。本発明の無機繊維シートは、ガラス繊維、有機繊維、天然鉱物繊維からなり、ガラス繊維と有機繊維を湿式抄造してシート化した後、天然鉱物繊維を含浸加工することにより得られるシート化した基材である。また、本発明の無機繊維シートは、耐熱触媒担持材、断熱材、耐熱濾過材、耐熱絶縁材、耐熱シール材、耐熱パッキン材、耐熱緩衝材、耐熱クッション材等に好適に用いることができる。
【０００９】
本発明におけるガラス繊維の繊維長は１〜３０ｍｍが好ましく、２〜１５ｍｍがより好ましく、３〜１０ｍｍが更に好ましい。繊維長が１ｍｍ未満では、焼成後の物理強度が不十分となる場合がある。一方、繊維長が３０ｍｍを超えると、シート基材の地合が悪くなり、品質にバラつきが生じる場合がある。また、本発明におけるガラス繊維の平均繊維径は５〜１５μｍであることが好ましく、５〜１３μｍがより好ましく、５〜１１μｍが更に好ましい。平均繊維径が５μｍ未満では、繊維が細すぎて十分な天然鉱物繊維の含浸量が得られなくなることに加え、保液性が得られなくなる。一方、平均繊維径が１５μｍを超えると太くなりすぎて繊維間の間隙が大きくなり、焼成後の物理強度に劣り、さらに皮膚への刺激性がある等、作業性に支障を来たして利用し難くなる場合がある。
【００１０】
本発明の無機繊維シートでは、ガラス繊維の含有率は、１０〜７０重量％であることが好ましい。含有率が１０重量％未満では、焼成処理前後のシート基材の物理強度が不十分となる場合があり、また保液性に劣る場合がある。一方、７０重量％を越えると、耐熱性が悪くなる場合や、シート基材の地合が悪くなって品質にバラツキが生じたり、微細な孔によるピンホールが生じたりする場合がある。
【００１１】
有機繊維としてはセルロース繊維からなるパルプ状物および合成樹脂短繊維を用いることにより、本発明の効果が達成される。本発明の耐熱性無機シート基材では、有機繊維含有率中のセルロース繊維からなるパルプ状物と合成樹脂短繊維の割合に特に制限はないが、合成樹脂短繊維の配合率が多いと保液性は高くなるが物理強度が低下し、またコストも上昇する。一方、合成樹脂短繊維の配合率が低いと物理強度は高くなるが保液性は低下する。セルロース繊維からなるパルプ状物と合成樹脂短繊維の両者を合計した有機繊維の含有率は、５〜４０重量％であることが好ましく、５〜３０重量％であることがより好ましく、５〜２０重量％であることが更に好ましい。含有率が５重量％未満だと、湿式抄造時のシート基材の強度が不足し製造できない場合や、焼成後におけるシート基材の空隙が少なくなり保液性に劣る場合がある。４０重量％を超えると、焼成後におけるシート基材の空隙が大きくなり過ぎ、焼成後の物理強度に劣る場合がある。
【００１２】
また、本発明における有機繊維は、平均繊維径が２５μｍ以下のものが好ましい。有機繊維の平均繊維径が２５μｍを超えると、無機繊維シートの密度が低くなりすぎて切断や打ち抜きなどの加工性が悪化してしまう虞がある。
【００１３】
本発明に用いられるセルロース繊維からなるパルプ状物は、ＮＢＫＰ、ＬＢＫＰ、ＮＢＳＰ、ＬＢＳＰその他いずれの種類のパルプでも何ら限定されるものではないが、湿式抄造時のシート基材の強度の点からＮＢＫＰがより好ましい。また、ろ水度（カナダ標準ろ水度）は、特に限定しないが、２００〜７００ｍｌＣＳＦの範囲内であることが好ましく、３００〜７００ｍｌＣＳＦの範囲内であることがより好ましく、４００〜７００ｍｌＣＳＦの範囲内であることが更に好ましい。ろ水度が、２００ｍｌＣＳＦ未満であると、湿式抄造法によるシート基材の形成段階で目が詰まって、濾水性が悪くなり、均一な地合いが得られない場合があり、またシート基材の密度が高くなり焼成後の保液性が悪くなる場合がある。一方、７００ｍｌＣＳＦ以上であると、繊維の微細化具合が悪く、絡み合いが劣り、物理強度が劣り、シート基材を上手く抄造できない場合がある。
【００１４】
本発明に用いられる合成樹脂短繊維を構成する樹脂としては、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリビニルエーテル系樹脂、ポリビニルケトン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ジエン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、フラン系樹脂、尿素系樹脂、アニリン系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、アルキド樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリイミド樹脂、これらの樹脂の誘導体等が挙げられる。このうち、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂から選ばれる少なくとも１種の合成樹脂短繊維を使用すると、焼成後におけるシート基材に適度な空隙を形成することができ、その結果、バランスの良い物理強度と保液性をもたらすことができる。
【００１５】
本発明に用いられる合成樹脂短繊維の繊維径は、２〜２０μｍが好ましく、３〜１５μｍがより好ましく、４〜１２μｍがさらに好ましい。合成樹脂短繊維の繊維径が２μｍ未満では、焼成後におけるシート基材の空隙が十分に確保できず、保液性が劣る場合がある。一方、２０μｍを越えると、焼成後におけるシート基材の空隙が大き過ぎて、ガラス繊維同士の接着点が減少し、物理強度が劣る場合がある。
【００１６】
本発明に用いられる合成樹脂短繊維の繊維長としては、０．４〜２０ｍｍが好ましく、１〜１５ｍｍがより好ましく、１〜６ｍｍがさらに好ましい。繊維長が０．４ｍｍ未満の場合には、湿式抄造時のシート基材の物理強度が低くなりシート基材が破損する場合がある。一方、繊維長が２０ｍｍを超えた場合には、繊維同士が絡まり、厚みむらや地合不良となることがある。
これら繊維の他、必要に応じて各種繊維を適宜用いることができる。繊維の代表例として、セラミック繊維、岩石繊維（ロックウール）、鉱さい（スラグ）繊維、チタン酸カリウム繊維等のケイ酸塩繊維、金属繊維、炭素繊維等、無機物を人工的に繊維とした人造無機繊維が挙げられる。
【００１７】
含浸加工に用いる天然鉱物繊維には、セピオライト、ワラストナイト、アタパルジャイト等がある。それぞれの主成分はセピオライトが珪酸マグネシウム塩で、ワラストナイトが珪酸カルシウム塩であり、アタバルジャイトは基本的に珪酸マグネシウム塩であるが部分的にマグネシウムがアルミまたは鉄に置換したものである。これら天然無機繊維は、概して耐熱性がよく、かつ焼成後の強度が高く、防熱等の用途に広く利用されている。
【００１８】
天然鉱物繊維の中でもセピオライトが好ましく用いられる。セピオライトは、珪酸マグネシウムからなる表面に多数の活性水酸基を有する粘土状鉱物である。その形状において何ら限定されるものではなく、繊維状のほか、塊状、泥状、粉末状、いずれも用いることができる。また、母岩や間入石としてのタルク、カルサイト、ドロマイト、マグネサイト、塩基性炭酸マグネシウム、ケイ酸成分等が含まれていても良い。また、スペイン産、トルコ産、中国産など原産国による制限は特にない。
【００１９】
本発明の無機繊維シートにおける天然鉱物繊維の含有率は、シート基材を構成する繊維（ガラス繊維、有機繊維）分に対して２０〜８０重量％であることが好ましく、２５〜７０質量％であることがより好ましく、３０〜６０重量％であることが更に好ましい。含有率が２０重量％未満では、焼成後の物理強度が不十分となる場合があり、８０質量％を越えると、焼成後の吸液性が悪くなる場合や、シート基材からの粉落ちが悪くなる場合がある。
【００２０】
本発明の無機繊維シートには、無機バインダーを用いることができる。無機バインダーを含む事により、物理強度の更なる向上を図ることが可能となる。無機バインダーとしては硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、カチオン性コロイダルシリカ、アルミナゾル等のカチオン性無機バインダー、コロイダルシリカ、シリカゾルなどのアニオン性無機バインダーが挙げられる。
【００２１】
無機バインダーの含有率としては繊維重量の合計量に対して０．１〜５重量％が好ましく、０．１〜３重量％がより好ましく、０．１〜１重量％がさらに好ましい。無機バインダーの含有率が０．１重量％未満の場合には、焼成後の物理強度に劣る場合がある。一方、無機バインダーの含有率が５重量％を超えると凝集が強くなりすぎて地合不良や、吸液性が悪化する場合がある。
【００２２】
本発明の無機繊維シートの坪量は、５０ｇ／ｍ２以上１００ｇ／ｍ２以下が好ましい。５０ｇ／ｍ２未満では、湿式抄造時の無機繊維シートの物理強度が劣る場合がある。一方、１００ｇ／ｍ２を超えると、適用する製品によっては重くなり過ぎて取り扱い性が劣る場合がある。
【００２３】
本発明の無機繊維シートの厚みは、１２０μｍ以上３３０μｍ以下が好ましく、１５０μｍ以上３００μｍ以下が更に好ましい。無機繊維シートの厚みが１２０μｍ未満であると、十分な保液量を確保することが難しく、無機繊維シートの厚みが３３０μｍより厚いと、物理強度が劣る場合がある。
【００２４】
本発明の無機繊維シートは、密度が０．２５ｇ／ｃｍ３以上０．４０ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、０．２８ｇ／ｃｍ３以上０．３９ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましい。密度が０．２５ｇ／ｃｍ３未満であると、繊維が毛羽立ってしまい切断や打ち抜きなどの加工性が悪化してしまう場合がある。一方、密度が０．４０ｇ／ｃｍ３を超えると、焼成前に液を含浸させる場合、液の含浸性を十分に確保することが難しくなる。
【００２５】
本発明の無機繊維シートは、円網抄紙機、長網抄紙機、短網抄紙機、傾斜型抄紙機、これらの中から同種または異種の抄紙機を組み合わせてなるコンビネーション抄紙機などを用いてシート状に抄造した後、含浸加工を行うことにより製造することができる。抄造に用いる原料スラリーには、必須成分であるガラス繊維、有機繊維の他に、本発明の所望の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、各種アニオン性、ノニオン性、カチオン性又は両性の歩留り向上剤、濾水剤、分散剤、紙力向上剤や粘剤を適宜選択して添加することができる。原料スラリーは、０．１〜５重量％程度の固形分濃度に調整される。なお、ｐＨ調整剤、消泡剤、ピッチコントロール剤、スライムコントロール剤等の内添助剤を目的に応じて適宜添加することも可能である。
【００２６】
この原料スラリーをさらに所定濃度に希釈して抄造する。また、凝集剤を用いて、ガラス繊維や有機繊維の凝集体を形成してもよい。凝集剤は、高分子凝集剤、無機系凝集剤などがあるが、ガラス繊維や有機繊維の表面電荷を考慮して適宜選択することができる。凝集剤の添加量は、ガラス繊維や有機繊維の種類や欲する凝集体の大きさによって変えることができる。凝集体の大きさをコントロールすることによって、ガラス繊維や有機繊維が抄造ワイヤーから抜け落ちることなく抄造が可能となる。次いで、抄造されたウェブは、余分な水分を吸引あるいはウェットプレスなどの方法で取り除いた後、乾燥させる。乾燥には、ヤンキードライヤー、シリンダードライヤー、エアドライヤー、赤外線ドライヤー、サクションドライヤー等の乾燥装置を用いることができる。
【００２７】
得られた無機繊維シートは、天然鉱物繊維を分散させた含浸液に含浸させる。この含浸液に天然鉱物繊維の他、物理強度を損なわない範囲で、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、アンモニア等の塩基性ガス、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、塩素等の酸性ガスを除去するための触媒や吸着剤等の機能剤の粒子の分散体、無機結合剤の分散体を混合することができる。具体的には、シリカゾル、ケイ酸塩水溶液、アルミナゾル、ジルコニアゾル等を例示することができる。
【実施例】
【００２８】
以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の「部」は、特に断りのない限り「重量部」を示す。実施例及び比較例に記載した物性の測定方法を以下に示した。
【００２９】
１）坪量
ＪＩＳ  Ｐ８１２４記載の方法にて測定した。単位はｇ／ｍ２である。
【００３０】
２）厚み
ＪＩＳ  Ｐ８１１８記載の方法にて測定した。単位はμｍである。
【００３１】
３）ＭＤ方向（紙の流れ方向）の引張強さ
ＪＩＳ  Ｐ８１１３記載の方法に準拠してＭＤ方向の引張強さを測定した。１５ｍｍ幅×２５０ｍｍ長さ（長さ方向がＭＤ方向）の短冊サンプルを焼成前は１片で測定し、焼成後は４片をまとめて引張強さを測定したデータから１片当たりの値を算出した。単位はｋＮ／ｍである。
【００３２】
４）ＭＤ方向（紙の流れ方向）の湿潤引張強さ
ＪＩＳ  Ｐ８１３５記載の方法に準拠してＭＤ方向の湿潤引張強さを測定した。１５ｍｍ幅×２５０ｍｍ長さ（長さ方向がＭＤ方向）の短冊サンプルを切り出し、焼成前はその４片を２５℃の純水に３分浸漬させて、浸漬処理した短冊サンプル４片をまとめて湿潤引張強さを測定する。焼成後は８片を２時間浸漬させて、浸漬処理した短冊サンプル８片をまとめて湿潤引張強さを測定する。測定したデータから１片当たりの値を算出した。単位はｋＮ／ｍである。
【００３３】
実施例１〜３、比較例１〜２の無機繊維シートについて、上述した評価試験により評価した結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
2018115409.tif 000002
【００３５】
（実施例１）
ガラス繊維として、６μｍ径×６ｍｍ長のチョップドストランドガラス、有機繊維としてＮＢＫＰ（平均繊維径２０μｍ、４００ｍｌＣＳＦ）をそれぞれ８５部、３０部とする配合で水中に順次添加混合し、さらに、無機バインダーとしてアルミナゾル（日産化学工業製）を０．５部添加し、３％濃度の原料スラリーを調成した。この原料スラリーを用いてウェブを長網抄紙機で希釈抄造し、湿式ウェブをプレスロールで脱水した後、１３０℃で加熱乾燥処理し、シート化した。さらに、得られたシートをセピオライトの８質量％水分散液に３０秒含浸させ、含浸されたシートをプレスロールで脱水した後、１３０℃で加熱乾燥処理し、実施例１の無機繊維シートを得た。セピオライトを含浸処理する前後の坪量より、セピオライトの含浸量を算出したところ、１９ｇ／ｍ２であった。さらに厚み、引張強度、湿潤引張強度を測定した後、５００℃で１時間焼成した無機繊維シートについて引張強度、湿潤引張強度を測定した。
【００３６】
（比較例１）
セピオライトの含浸処理を行わなかった以外は、実施例１と同じ方法で抄造を行い、比較例１の無機繊維シートを得た。この無機繊維シートの坪量、厚み、引張強度、湿潤引張強度を測定した後、さらに５００℃で１時間焼成した無機繊維シートについて引張強度、湿潤引張強度を測定した。
【００３７】
（比較例２）
ガラス繊維として、６μｍ径×６ｍｍ長のチョップドストランドガラス、有機繊維としてＮＢＫＰ（平均繊維径２０μｍ、４００ｍｌＣＳＦ）をそれぞれ８５部、３０部とする配合で水中に順次添加混合し、さらに、セピオライト粉体を５０部添加し、３％濃度の原料スラリーを調成した。この原料スラリーを用いてウェブを長網抄紙機で希釈抄造し、湿式ウェブをプレスロールで脱水した後、１３０℃で加熱乾燥処理し、シート化した。得られたシートの坪量、厚み、引張強度、湿潤引張強度を測定した後、５００℃で１時間焼成した無機繊維シートについて引張強度、湿潤引張強度を測定した。
【００３８】
表１に示すように、実施例１では、セピオライトを含浸処理することにより、５００℃焼成後の引張強度、湿潤引張強度がセピオライトを含浸処理を施していない比較例１、セピオライトを内添した比較例２より優れていることが判る。