(57)【要約】【課題】焼成前の含浸性及び加工適性を向上させた無機繊維紙を提供することを目的とする。【解決手段】ガラス繊維とルンケル比が１．５以下で平均繊維径が１７μｍ以上２５μｍ以下の有機繊維と、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、アルミナゾルから選ばれる少なくとも１種以上のカチオン性無機バインダーと、セピオライトと、を用いて湿式抄造することにより得られるシート化した基材であって、焼成前の保液量が１００ｇ／ｍ２以上であることを特徴とする無機繊維紙。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維とルンケル比が１．５以下で平均繊維径が１７μｍ以上２５μｍ以下の有機繊維と、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、アルミナゾルから選ばれる少なくとも１種以上のカチオン性無機バインダーと、セピオライトと、を用いて湿式抄造することにより得られるシート化した基材であって、焼成前の保液量が１００ｇ／ｍ２以上であることを特徴とする無機繊維紙。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼成処理前の保液性、曲げ加工適性に優れた無機繊維シートに関する無機繊維紙に関する。
【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】
無機繊維を用いた耐熱性無機繊維シート基材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）。本製造方法により、良好な吸着性能を有するハニカム状の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、本方法のような対応をとったとしても焼成後の物理強度と保液性が満足いくシートを形成できないといった問題点がある。
【０００４】
耐熱性無機繊維シート基材に関しては色々な方法が提案されている。焼成後のシートの物理強度を向上させる方法として、耐熱性無機繊維と無機バインダー成分とを必須成分として湿式抄造法にてシート化し、そのシートを４００℃以上の温度で焼成した後、さらに無機バインダー成分を添加する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２９２５１２７号公報
【特許文献２】特開２００１−２６２４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無機繊維としてガラス繊維を用いた無機繊維紙は、非晶質のリフラクトリーセラミックファイバー（以下、ＲＣＦと称する。）を用いた無機繊維紙に比べ密度が低くなりやすく、切断や打ち抜き、曲げなどの加工性に劣る場合がある。一方、いたずらに密度を高くすると含浸性が悪化し、触媒または吸着剤等の機能剤の粒子の分散体や、無機結合剤の分散体等からなる含浸液を含浸させにくくなり、機能剤等を十分に担持させることが困難になってしまう虞がある。
【０００７】
ここで、無機繊維紙は、焼成すると有機成分が消失するため、焼成後は強度が低下しハンドリング性が悪くなる。さらに、折り曲げ加工等の成形が施された焼成後よりも、焼成前のシート状の状態の方が含浸液を含浸させやすい。これらの点では、焼成後の無機繊維紙に含浸液を含浸させるよりも焼成前の無機繊維紙に含浸液を含浸させる方が有利であるが、有機成分が消失し空隙が生じる焼成後に比べて焼成前は含浸性を確保しにくく、焼成前の含浸性は考慮されていないのが実情である。
【０００８】
本発明は、ガラス繊維を用いた無機繊維紙において焼成前に含浸液を含浸させる点に着目し、焼成前の含浸性及び加工適性を向上させた無機繊維紙を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を解決する本発明の無機繊維紙は、ガラス繊維と、ルンケル比が１．５以下で平均繊維径が１７μｍ以上２５μｍ以下の有機繊維と、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、アルミナゾルから選ばれる少なくとも１種以上のカチオン性無機バインダーと、セピオライトと、を用いて湿式抄造することにより得られるシート化した基材であって、且つ焼成前の保液量が１００ｇ／ｍ２以上であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の無機繊維紙によれば、前記有機繊維の平均繊維径が１７μｍ以上２５μｍ以下のとき、ルンケル比を１．５より大きくすると、焼成前の保液量は向上し好ましいが、一方で切断や打ち抜き、曲げなどの加工適性が悪くなる。逆に、前記有機繊維のルンケル比を１．５以下とすることで密度が低くなりすぎることを防ぎ、焼成前保液量を確保したまま、切断や打ち抜き、曲げなどの加工性を付与させることができる。
【００１１】
前記セピオライトは、密度が高くなりすぎることを抑えるとともに焼成後の形状維持に必要な無機バインダーである。
【００１２】
また、本発明の無機繊維紙において、前記有機繊維が、セルロース繊維のみからなるものであることが好ましい。前記有機繊維を前記セルロース繊維のみから構成し合成樹脂繊維を配合しないことにより、物理的強度（引張強さや湿潤引張強さ）の低下や材料コストを抑えることができる。
【００１３】
さらに、本発明の無機繊維紙において、含浸液を含浸させたものであってもよい。
【００１４】
ここでいう含浸液は、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における分散体や、無機結合剤の分散体等である。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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、平均繊維径及びルンケル比を好適な範囲に調整した有機繊維を使用することで、焼成前の含浸性を向上させつつ、切断や打ち抜き、曲げなどの加工適性を併せ持った無機繊維紙を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の無機繊維紙について詳説する。本発明の無機繊維紙は、ガラス繊維、有機繊維、無機バインダーとしてカチオン性無機バインダーとセピオライトを用いて湿式抄造することにより得られるシート化した基材である。また、本発明の無機繊維紙は、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。
【００１７】
本発明におけるガラス繊維は、繊維長が１ｍｍ以上３０ｍｍ以下が好ましい。繊維長が１ｍｍ未満では、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、無機繊維紙の地合が悪くなり、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５μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。平均繊維径が５μｍ未満では、繊維が細すぎて保液性を悪化させる場合がある。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、物理強度に劣り、さらに皮膚への刺激性がある等、作業性に支障をきたして利用しにくくなる場合がある。
【００１８】
本発明における有機繊維としてはセルロース繊維からなるパルプ状物、合成樹脂短繊維を用いることができ、それぞれ単独もしくは両者を配合して用いることができる。ただし、有機繊維をセルロース繊維のみから構成することで、物理強度を向上させ、コストを抑えることができる。
【００１９】
また、本発明における有機繊維は、ルンケル比が１．５以下のものであることを特徴とする。ルンケル比を１．５より大きくすると繊維が潰れ難く、焼成前の保液量は向上し好ましいが、一方で切断や打ち抜き、曲げなどの加工適性が悪くなる。逆に、前記有機繊維のルンケル比を１．５以下とすることで繊維が潰れ易くなり、密度が低くなりすぎることを防ぎ、焼成前保液量を確保したまま、切断や打ち抜き、曲げなどの加工性を付与させることができる。
【００２０】
本発明における有機繊維は、平均繊維径が１７μｍ以上２５μｍ以下のものであることがこのましい。有機繊維の平均繊維径が１７μｍ未満では、無機繊維紙の密度が高くなりすぎて焼成前の含浸性を悪化させてしまう虞がある。一方、有機繊維の平均繊維径が２５μｍを超えると、無機繊維紙の密度が低くなりすぎて切断や打ち抜きなどの加工性の悪化や物理強度の低下を招く虞がある。
【００２１】
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、針葉樹晒しクラフトパルプ（以下、ＮＢＫＰと称する。）、広葉樹晒しクラフトパルプ（以下、ＬＢＫＰと称する。）、針葉樹サルファイトパルプ、広葉樹サルファイトパルプ、エスパルト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、湿式抄造時の無機繊維紙の物理強度の点から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、２００ｍｌＣＳＦ以上７００ｍｌＣＳＦ以下の範囲内であることが好ましく、３００ｍｌＣＳＦ以上７００ｍｌＣＳＦ以下の範囲内であることがより好ましく、４００ｍｌＣＳＦ以上７００ｍｌＣＳＦ以下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、湿式抄造法による無機繊維紙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、また無機繊維紙の密度が高くなりすぎてしまう場合がある。一方、７００ｍｌＣＳＦより高いと、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、無機繊維紙を上手く抄造できない場合がある。
【００２２】
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（以下、ＰＶＡと称する。）、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。
【００２３】
無機バインダーとしてはカチオン性無機バインダーとセピオライトが必須成分である。カチオン性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、アルミナゾルから選ばれる少なくとも１種以上を使用することができる。アルミナゾルの安定化剤としては塩酸、酢酸、硝酸などが挙げられるが、何れを使用してもよい。アルミナゾルの形状は羽毛状、板状構造などが挙げられるが、何れを使用してもよい。本発明におけるカチオン性無機バインダーの配合比としては繊維重量の合計量に対して０．１重量％以上５重量％以下が好ましく、０．１重量％以上３重量％以下がより好ましく、０．１重量％以上１重量％以下がさらに好ましい。カチオン性無機バインダーの配合比が０．１重量％未満の場合には、湿潤引張り強さが劣る場合がある。一方、カチオン性無機バインダーの配合比が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。
【００２４】
本発明におけるセピオライトは、含水ケイ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性鉱物で、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よい。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。
【００２５】
本発明に用いられるセピオライトの配合比は、無機繊維紙を構成する繊維（ガラス繊維、有機繊維）分に対して２０重量％以上６０重量％以下であることが好ましく、２５重量％以上５５重量％以下であることがより好ましく、４５重量％以上５５重量％以下であることが更に好ましい。配合比が２０重量％未満では、物理強度が不十分となる場合があり、配合比が６０重量％を超えると、無機繊維紙からの粉落ちが悪くなる場合がある。
また、天然鉱物繊維の１つであるセピオライトとともに、ウォラストナイトやアタパルジャイトといった他の天然鉱物繊維を配合してもよい。なお、その他に例えば、パリゴルスカイトといった、通常、マウンテン・コルク、マウンテン・レザー、マウンテン・ウツド等と呼ばれている粘土性鉱物やコロイダルシリカ、リチウムシリケートなどを適宜選択して使用してもよい。
【００２６】
本発明の無機繊維紙の坪量は、加工適性に影響がない範囲で任意に設定できる。本発明の無機繊維紙は、密度が０．２５ｇ／ｃｍ３以上０．４０ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。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、焼成前の含浸性を十分に確保することが難しくなる。
【００２７】
本発明の無機繊維紙の厚みは、密度が０．２５ｇ／ｃｍ３以上０．４０ｇ／ｃｍ３以下であれば、坪量に対して任意に設定できる。
【００２８】
本発明の無機繊維紙は、焼成前の保液量が１００ｇ／ｍ２以上であることを特徴とする。また、焼成前の保液量は、１２０ｇ／ｍ２以上であることが好ましい。焼成前の保液量が１００ｇ／ｍ２未満の場合は、機能剤や結合剤等の担持が不十分になり、吸着性能等の機能や物理的強度が劣る場合がある。
【００２９】
本発明の無機繊維紙は、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抄造する方法によって製造することができる。原料スラリーには、必須成分の他に、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。
【００３０】
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、無機バインダーは、その形状に応じて凝集剤を用いて凝集体を形成しても良く、生体溶解性セラミック繊維、ガラス繊維や有機繊維と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、無機バインダーの成分や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、無機バインダー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、小さい粒状の無機バインダーでも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。
【００３１】
得られた無機繊維紙は、触媒または吸着剤等の粒子や無機結合剤を分散させた含浸液に含浸させる。含浸液としては、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用いることができる。
【実施例】
【００３２】
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「％」は、特に断りのない限り「重量％」を示す。実施例及び比較例に記載した物性の測定方法、ならびに平均繊維径の測定方法を以下に示した。
【００３３】
１）坪量
ＪＩＳ  Ｐ８１２４記載の方法にて測定した。単位はｇ／ｍ２である。
【００３４】
２）厚み
ＪＩＳ  Ｐ８１１８記載の方法にて測定した。単位はμｍである。
【００３５】
３）密度
米坪を厚さで除した値を使用した。単位はｇ／ｃｍ３である。
【００３６】
４）ルンケル比
無機繊維紙作製に用いられるパルプシートを切断、その断面を電子顕微鏡にて観察し、約５０本の繊維断面の繊維径、繊維内腔、繊維細胞壁の平均長さを求めた。ルンケル比は繊維の細胞壁の厚さの２倍を細胞内腔の幅で除した値であり、繊維細胞壁の厚さをＨ、細胞内腔の長さをＬとすると、次式で表される。
Ｒ＝２Ｈ／Ｌ
Ｒは１．５以下であることを特徴とする。
【００３７】
５）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。具体的には、１５ｍｍ幅×２５０ｍｍ長さ（長さ方向がＭＤ方向）の短冊サンプルの引張強さを測定した。単位はｋＮ／ｍである。
【００３８】
６）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２５℃の純水に３分浸漬する。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し、短冊サンプル４片まとめて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。
【００３９】
７）焼成前保液量
１００ｍｍ×１００ｍｍサイズのサンプルの乾燥重量（Ｗ１）を測定する。バットに張った２５℃の純水に１５秒間浸漬して取り出し、ガラス棒で表面の水滴を掻き落とした後、湿潤重量（Ｗ２）を測定し、Ｗ１とＷ２から保液量を求めた。単位はｇ／ｍ２である。本発明の無機繊維紙は、焼成前保液量が１００ｇ／ｍ２以上であることを特徴とする。
【００４０】
８）曲げ加工適性
１００ｍｍ×１００ｍｍサイズのシートサンプルを二つに折り曲げた際の折り目の付き易さを目視評価した。
○…折り目が付く
×…折り目が付かない
【００４１】
【表１】
2018115408.tif 000002
【００４２】
（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繊維、有機繊維としてＮＢＫＰ（ルンケル比０．９、平均繊維径２０μｍ、４００ｍｌＣＳＦ）をそれぞれ９５／３０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ポリ塩化アルミニウム（以下、ＰＡＣと称する）を繊維重量の合計量に対して０．５％添加し、セピオライト粉体（平均粒径７μｍ）を繊維重量の合計量に対して５５％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、実施例１の無機繊維紙を得た。
【００４３】
（実施例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繊維、有機繊維としてＮＢＫＰ（ルンケル比１．１、平均繊維径２０μｍ、４００ｍｌＣＳＦ）、有機繊維の配合比をそれぞれ９５／３０とし、セピオライト粉体を繊維重量の合計量に対して５５％添加した以外は実施例１と同じ方法で抄造を行い、実施例２の無機繊維紙を得た。
【００４４】
（比較例１）
有機繊維としてＮＢＫＰ（ルンケル比１．７、平均繊維径１７μｍ、４００ｍｌＣＳＦ）を添加した以外は実施例１と同じ方法で抄造を行い、比較例１の無機繊維紙を得た。
【００４５】
表１に示すように、実施例１〜２では、焼成前の含浸性に優れ、且つ、曲げ加工適性も優れていることがわかる。一方、ルンケル比が１．７の有機繊維を使用した比較例１では焼成前の含浸性は優れていたものの、曲げ加工適性が不十分であったことがわかる。