(57)【要約】【課題】専用の生産装置を必要とすることなく、かつ施工現場において簡便な処理を行うだけで、熱負荷がかかったときにも劣化のない、耐火性能に優れた非晶質無機繊維の成形体を提供すること。【解決手段】非晶質無機繊維をボード状もしくはフェルト状に成形してなる成形体の表面層だけが結晶化したものからなる非晶質無機繊維成形体であって、表面に、高炉スラグ微粉末、ＦｅＯ、ＭｇＯ、ＦｅＣＯ３あるいはＭｇＣＯ３等の結晶化促進材を付着させたもの、およびその結晶化促進材を使用時に付着させる方法。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質無機繊維をボード状もしくはフェルト状に成形してなる成形体の表面層だけが結晶化したものからなることを特徴とする非晶質無機繊維成形体。
【請求項２】
非晶質無機繊維をボード状もしくはフェルト状に成形してなると共に、その表面に、高炉スラグ微粉末、酸化鉄、酸化マグネシウム、ＦｅＣＯ３およびＭｇＣＯ３のうちから選ばれるいずれか一種以上の結晶化促進材が、付着したものからなることを特徴とする非晶質無機繊維成形体。
【請求項３】
非晶質無機繊維をボード状もしくはフェルト状に成形してなると共に、その表面に、高炉スラグ微粉末、酸化鉄、酸化マグネシウム、ＦｅＣＯ３およびＭｇＣＯ３のうちから選ばれるいずれか一種以上の結晶化促進材を含有するシートが、付着したものからなることを特徴とする非晶質無機繊維成形体。
【請求項４】
非晶質無機繊維をボード状もしくはフェルト状に成形してなる成形体が、高炉スラグ微粉末、酸化鉄、酸化マグネシウム、ＦｅＣＯ３およびＭｇＣＯ３のうちから選ばれるいずれか一種以上の結晶化促進材を含有する袋内に封入されたものからなることを特徴とする非晶質無機繊維成形体。
【請求項５】
非晶質無機繊維をボード状もしくはフェルト状に成形した成形体の使用に当たり、この成形体を、その表面に対し高炉スラグ微粉末、酸化鉄、酸化マグネシウム、ＦｅＣＯ３およびＭｇＣＯ３のうちから選ばれるいずれか一種以上の結晶化促進材を付着させた状態もしくは該結晶化促進材を含有するシートを接触させた状態、または該結晶化促進材を含有する袋内に入れた状態で、被施工物に対して取付けることを特徴とする非晶質無機繊維成形体の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非晶質無機繊維の成形体およびそれの使用方法に関し、とくに耐火性の良好な成形体を提供しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
住宅やマンションなどの断熱・吸音部材や、配管の保温材などの部材として、近年、非晶質無機繊維が用いられている。このような部材に要求される特性としては、断熱性と吸音性に優れたものであることが求められているが、その他に高い耐火性も必要とされるケースがある。こうした部材に用いられる素材としては、一般に、有機発泡系の断熱材が考えられるが、とくに高い耐火性が要求される部材としては、無機系繊維の方が有利である。
【０００３】
一方、工場、倉庫、店舗など、もともと耐火性能が要求される建築構造物などでは、通常の非晶質無機繊維の耐火性だけでもなお不十分なケースがあり、他の材料との組み合わせが研究されている。それは、非晶質無機繊維が、今まで以上に高い耐火性を持つようになれば、施工性、構造などを大幅に改善できるので、建築分野だけでなく、その他の産業分野においても利用が可能になるからである。
【０００４】
こうした非晶質無機繊維としては、ロックウールやグラスウールがよく知られている。ロックウールは、グラスウールに比べて高い耐火性能をもっており、鉄骨の耐火被覆材用原料などとしても用いられている。このロックウールというのは、産業副生物である高炉スラグを主原料とする無機繊維である。即ち、この繊維は、電気炉やキューポラなどで溶融させた高炉スラグに成分調整用の副原料を加え、この溶融状態のスラグを回転するホイール上に注ぎ、線状に飛散させることによって繊維状としたものである。例えば、繊維をボード状にする方法としては、上記ホイールで形成された繊維に保形のためのバインダーを加え、これをホイール背面側からの送風によって前面に送りだし、その気流の流れ前方に集綿用のコンベアを設置して綿を薄い層状に集め、これを積層することによって製造される。
【０００５】
しかしながら、従来のロックウールは、その使用可能温度が６００　℃以下とされており、とくに８００　℃を越えると軟化と大きな収縮が起こることが指摘されている。そのため、非常に高温化する可能性のある使用範囲では、そのロックウールに代えて高価なセラミックス繊維が用いられるか、あるいは他のボード製品などと組み合わせて使用することが一般的である。
【０００６】
上述したような課題を解決するため、従来、ロックウールの耐火性、耐熱性を改善させる幾つかの方法が提案されてきた。その基本的な考え方は、再加熱した際に、繊維を結晶化させることにより、形状の崩れを防止しようというものである。一般に、ガラスに代表される非晶質材料というのは、温度が上った場合、粘度が下って、変形が起こるという特性がある。そのため、繊維の場合には、融着や収縮がおこってしまい、元の形状を保持することができなくなる。そこで、このような繊維に対して、結晶化させることで形態を安定させようというものである。この方法は、板ガラス製造分野などにおいて、いわゆる結晶化ガラスなどとして実用化された技術として知られている。この技術は、結晶化することによって、非晶質部いいかえると粘性の高い液相の相対的な含有量が減るため、収縮や変形が抑制される、という現象を利用するものである。このような考え方を非晶質無機繊維で実現する方法としては、溶融状態のスラグの組成を変える方法、あるいは繊維化したあとの繊維表面に何らかの処理を施す方法の２つがある。
【０００７】
溶融状態のスラグ組成を変える方法としては、特開平１０−３２４５４２号公報にＰ２Ｏ５を添加する方法が、特開平９−２０２６４５号公報には、ＦｅＯを添加する方法が開示されている。一般的なロックウールでは、再加熱されたときに、非晶質部分が再流動して融着することにより、繊維の形状が保持できなくなると共に、大きく収縮し、その結果として、耐火層としての特性が劣化してしまう。これに対して、上記開示技術は、非晶質繊維を低温域から結晶化させることによって、その形態を保持できるようにするための方法である。たしかに、これらの方法は有効であり、壁材などに用いた場合にも高い耐火性を示すことが確認されている。
【０００８】
しかしながら、これらの技術は、溶融組成を変更する方法であるから、汎用品のロックウールと高耐火品のロックウールを交互に製造する場合に、その切り替え時に製造されたロックウールは、汎用品と高耐火品との中途半端な特性となってしまい、場合によっては廃棄せざるをえないこと、組成の切り替えにともない生産効率が低下することなどの問題点があった。また、成分組成によっては、スラグ溶解用溶融炉の炉内耐火物の寿命を早める場合があり、これも問題点として残されていた。さらには、高炉スラグを主原料とするロックウールは、美しい白色をした繊維であるが、スラグに酸化鉄を添加した場合には、緑青となってしまうことから、製品の連続性を著しく損なう上、製品ロットによって色調が異なる、といった使用上の問題点もあった。
【０００９】
その他、繊維化したあとの繊維表面を処理する方法がある。これらの方法は、製造された綿をあとから処理することができるので、製造に当たっては一般的なロックウールの製造方法を適用することができ、生産効率などの面からは有利である。例えば、特開昭５４−８２４９１号公報では、ロックウールの表面を、溶液状態のリン化合物で被覆する技術が開示され、特開平６−１０７４４３号公報では、ロックウール表面に、カルシウム塩を主材として、鉄塩、カリウム塩、アンモニウム塩の中の１以上を助剤としてなる水溶液とセメントとの混合液から固形分を除去して得られる水溶液を、塗布する技術が開示され、そして、特開平９−２５５３７５号公報では、ロックウール表面に水溶性ホウ素化合物および水溶性リン化合物を固定した繊維が開示されている。
これらの開示技術は、基本的には、表面部を核として内部まで結晶化を促進させることによって耐火性を改善する方法である。これらの方法は、前述したように、一般的なロックウールの製造技術を用いることができる、という大きなメリットはあるものの、実際にはあまり普及していない。その理由は、リン化合物系では効果が比較的小さいことや取り扱いに注意がいること、またカルシウム塩系とセメント系溶液の場合には、前処理が複雑になったり、アルカリ性が強くなりすぎて繊維が劣化してしまうおそれがあるためである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、大懸りな新たな生産装置を必要とせず、建物などの被施工物に施工する際に簡単な処理を行うだけで、大きな熱負荷がかかったときにも劣化や熱変形のない、耐火性能に優れた非晶質無機繊維の成形体を得ること、およびそうした成形体の有利な使用方法を提案することにある。
【００１１】
【発明を解決する手段】
上記目的の実現に向けて本発明者らは、結晶化剤を非晶質無機繊維中に均一に分散させなくとも、該繊維の結晶化を確実に果し、かつそのことによる高い耐火特性を効果的に実現する方法について鋭意検討した。その結果、加熱雰囲気に曝される表面のみが優先的に結晶化する一方で、内部についてはなお非晶質の状態を維持したままの状態になるようにすることで、いわゆる前記の熱変形が十分に抑制できることを見出した。そこで、発明者らは、そうした表面の結晶化を誘引することで高耐火性化させる方法について種々の検討を行った結果、下記の要旨構成に係る本発明を開発するに至った。
【００１２】
すなわち本発明は、非晶質無機繊維をボード状もしくはフェルト状に成形してなる成形体の表面層だけが結晶化したものからなることを特徴とする非晶質無機繊維成形体である。
【００１３】
また、本発明は、非晶質無機繊維をボード状もしくはフェルト状に成形してなると共に、その表面に、高炉スラグ微粉末、酸化鉄、酸化マグネシウム、ＦｅＣＯ３およびＭｇＣＯ３のうちから選ばれるいずれか一種以上の結晶化促進材が、付着したものからなることを特徴とする非晶質無機繊維成形体である。
【００１４】
また、本発明は、非晶質無機繊維をボード状もしくはフェルト状に成形してなると共に、その表面に、高炉スラグ微粉末、酸化鉄、酸化マグネシウム、ＦｅＣＯ３およびＭｇＣＯ３のうちから選ばれるいずれか一種以上の結晶化促進材を含有するシートが、付着したものからなることを特徴とする非晶質無機繊維成形体である。
【００１５】
また、本発明は、非晶質無機繊維をボード状もしくはフェルト状に成形してなる成形体が、高炉スラグ微粉末、酸化鉄、酸化マグネシウム、ＦｅＣＯ３およびＭｇＣＯ３のうちから選ばれるいずれか一種以上の結晶化促進材を含有する袋内に封入されたものからなることを特徴とする非晶質無機繊維成形体である。
【００１６】
さらに本発明は、非晶質無機繊維をボード状もしくはフェルト状に成形した成形体の使用に当たり、この成形体を、その表面に対し高炉スラグ微粉末、酸化鉄、酸化マグネシウム、ＦｅＣＯ３およびＭｇＣＯ３のうちから選ばれるいずれか一種以上の結晶化促進材を付着させた状態もしくは該結晶化促進材を含有するシートを接触させた状態、または該結晶化促進材を含有する袋内に入れた状態で、被施工物に対して取付けることを特徴とする非晶質無機繊維成形体の使用方法を提案する。
【００１７】
なお、上記の非晶質無機繊維とは、ロックウールならびにグラスウールを指すものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
上述したように、非晶質無機繊維を結晶化したものは形態安定化に有効であることは、上述したとおりであり、このことはロックウールに限らず、一般のガラス工業の分野でも、結晶化ガラスなどとして実用化されていることからもわかる。このことを踏まえて発明者らは、非晶質無機繊維（以下、ロックウールの例で説明する）の結晶化の現象について、再加熱などの処理によって検討したところ、少なくとも繊維の表面のみを結晶化させれば効果が生じること、そしてその後は次第に結晶化が進むことを確認した。さらに、まず繊維表面のみを結晶化させる方法、とくに結晶化促進材を繊維の全体に混ぜることなしに表面だけに付着させて結晶化する方法について鋭意検討を重ねた。この検討の中で、発明者らは、ロックウール成形体の表面側の結晶化は、最も高温に晒される加熱初期に起こることに気づいた。これは、結晶化がおこるためには熱エネルギーが必要なためであり、火事などのように片面加熱に曝された場合には、全体が一度に結晶化するのではなく、最もエネルギーを供給された表面側から次第に結晶化が進むことからも理解できる。
【００１９】
言いかえると、ロックウール成形体の少なくとも表面にのみ結晶化促進材を付着させておけば、成形体の表面を結晶化させることが可能となることを意味している。当初、発明者らの考えでは、この表面の結晶化だけでは、内部の未結晶化部（非晶質部）に熱が伝わり、内部から溶融、収縮して初期の形状を保てないのではないかと考えた。しかし、ロックウール成形体は、元来、断熱材として用いられるものであり、その繊維の入りくんだ形態が維持できれば、断熱効果が発現するため、内部への熱の伝導も遅くなり、溶融を抑制できることがわかった。また、表面が結晶化することが刺激となり、内部の結晶化も徐々に進むものと推定される。
【００２０】
ただし、この方法により高耐火性を発現させるためには、繊維表面の結晶化を早く促進させる材料で被覆（付着）する必要がある。その結晶化の速度が遅い材料であれば、結晶化は起こるものの、その結晶化の進展よりも早く熱変形が先に起こってしまい、高耐火性を付与できなくなる。そこで、発明者らはまた、高ＣａＯのガラス組成となっている一般的なロックウールについて、どのような材料が結晶化促進に適するかを検討した。
【００２１】
一般的なロックウールでは、これを加熱すると、まずゲーレナイト（Ｃａ２Ａ１２ＳｉＯ７）が析出する。このゲーレナイトが析出する環境では、ＣａＯ分が優先的に析出してしまい、残留層は一般的なガラスの主成分であるＳｉＯ２がリッチな組成になり、結晶化が進みづらくなる。このことが、通常のロックウールにおいて高耐火性を示さない理由と考えられる。なお、このゲーレナイトに続いて結晶化する化合物としては、アンジット（Ｃａ（Ｆｅ，Ｍｇ）Ｓｉ２Ｏ６）がある。この化合物相は、結晶化する際にＳｉＯ２をより多く消耗するため、残留層のＳｉＯ２を減少させることなく、結晶化を進みやすくする。このような観点から、発明者らは次のような２つの考え方に至った。
【００２２】
その第１は、ロックウールはゲーレナイトが主成分であることから、まずこれを積極的に析出させる、という考え方である。そして、残留分がＳｉＯ２がリッチになることを避けるために、ＣａＯがリッチな添加物を使用する。このような添加物（結晶化促進材）として、本発明では高炉スラグ微粉末に着目した。高炉スラグ微粉末は、そもそもがロックウールの原料である高炉スラグと同じ組成であるが、ＣａＯが４０　％に近く、ＳｉＯ２よりも高いのである。加えて、ガラス相であることから、ロックウールとの親和性に優れており、速やかな結晶化が期待できる。
【００２３】
なお、上記高炉スラグ微粉末以外のＣａＯリッチな原料として、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）や生石灰（ＣａＯ）、セメント（ＣａＯ≧６０　％）などがあるが、これらは、それぞれがもつＯＨ基によって、空気中におくと強いアルカリ性を呈する。しかしながら、ロックウール繊維はアルカリ侵食に対してあまり強いとはいえず、長期的な劣化が起こる可能性が高い。この点、上記高炉スラグ微粉末は、僅かにアルカリ性を示すものの、繊維を劣化させるレベルではないので、有効な材料と言える。
【００２４】
第２の方法は、アンジットを積極的に析出させる、というものである。繊維中には、もともとＣａＯ，ＳｉＯ２が多く含まれていることを考えると、その他の材料、例えば、結晶化促進材としてＦｅＯ，ＭｇＯを添加することは有効と考えられる。このＦｅＯの添加については、上掲の特開平９−２０２６４５号公報にもスラグ組成中に添加する技術として開示されているが、高炉スラグ微粉末中にＦｅＯを溶解した場合には、スラグ溶融炉の耐火物を大きく損傷することは、鉄鋼用耐火物の分野でよく知られていることであるが、これと同じ現象が起こってしまうため、生産効率が著しく劣化するので好ましくない。
【００２５】
そこで、本発明では、このＦｅＯを上記成形体（非晶質無機繊維のボード、フェルト）の表面に被覆（付着）させるだけに止めることとした。すなわち、このような方法は、上述した従来技術とは、繊維の結晶化への誘導の仕方の点において本質的に異なるものと言うことができる他、経済性の観点からも有益な手段である。
【００２６】
かかる結晶化促進材として、ＦｅＯの他、ＭｇＯも用いることができる。このＭｇＯは繊維の中に５％前後が含有まれているが、結晶化をより一層進みやすくするためには、もっと多量のＭｇＯを高炉スラグ中に溶解させる必要がある。この場合、高炉スラグ中のＳｉＯ２が相対的に低下してしまい、スラグの繊維化自体が起こりづらくなって、製品歩留まりが大幅に低下する。
【００２７】
この点に関し、本発明のように結晶化促進材を該成形体表面に後で付着添加させる方法によれば、ＭｇＯが付着した部位では、極めてＭｇＯリッチな状態となり、その部位の結晶化のみが促進される。この結晶は、析出がおこれば、上述したように、ＳｉＯ２を多く消費するため、もう１つの相のゲーレナイトの結晶化をも促進し、最終的には全体の結晶化を促進していくことになる。
【００２８】
なお、成形体表面に付着させる結晶化促進剤としては、上述した高炉スラグ微粉末、ＦｅＯ、ＭｇＯの他、Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＣＯ３およびＭｇＣＯ３など、大気中で加熱することでＦｅＯやＭｇＯを生成する物質であってもよい。
【００２９】
次に、発明者らはまた、成形体の上述した高耐火性化の効果を、ロックウール以外の他の材料で代替できないかを検討した。その結果、グラスウールに代表されるような他の無機非晶質繊維についても改善の効果があることがわかった。この点、ロックウールの場合は、９００　℃以上でも変形抑制効果があるが、グラスウールの場合はこれに比べると劣るものの、通常のグラスウールが６００　℃を越えると収縮が始まっていたのに対し、７５０　℃以上でも形態の保持が確認されている。これは、成形体表面に付着した高炉スラグ微粉末、酸化鉄、酸化マグネシウムといった材料が、熱に対する保護層を形成して、内部に熱が伝わるのを抑制した結果によるものと推定される。
【００３０】
ロックウールやグラスウールの如き非晶質無機繊維成形体の表面に、上述した高炉スラグ微粉末やＦｅＯ、ＭｇＯ等の結晶化促進材を付着させて被覆する方法としては、結晶化促進材を成形体の表面に直接吹き付けたり、バインダーなどの溶媒に溶かした上でこれを塗布する方法などがある。これらの方法によって成形体表面に付着した結晶化促進材の作用により該成形体表面の結晶化が促されたり、保護膜として作用したりする。
【００３１】
その他の方法としては、かかる結晶化促進材をポリエチレンなどの有機系材料中に分散させ、これをシート状に加工したものを、非晶質無機繊維成形体の表面に接着する方法であってもよい。
【００３２】
また、結晶化促進材をポリエチレンなどの有機系材料中に分散させ、これを袋状に加工したその袋内に該成形体を封入して包んでしまう方法であってもよい。これらの２つの方法は、例えば炭酸カルシウム（無機系粉末）入りシートや袋と同じように、通常のシートや袋の製造工程で作製したものを用いることができ、あとから、非晶質無機繊維成形体の表面に密着させればよいので簡便である。
【００３３】
なお、この結晶化促進材の塗布、あるいはシート状にして接着する方法等は、それぞれの製造工場で行わなければならないものではない。言いかえると、ロックウール等を断熱材として建物内に施工する際に、併せて結晶化促進材の塗布やシートを付着させても、所期した耐火性を高める効果には変りはない。
【００３４】
この結晶化促進材の添加量は、非晶質無機繊維成形体の表面１ｍ２あたり、１２５ｇ／ｍ２以上とすることが好ましく、より好ましくは２５０　ｇ／ｍ２以上とする。この理由は、添加量が１２５　ｇ／ｍ２以上であれば、成形体の表面全体に結晶化促進材を比較的均質に供給することができるからである。さらに、この添加量が２５０　ｇ／ｍ２以上であれば、成形体表面の結晶化が速やかにかつ十分に行われるため、より一層高い耐火効果が得られる。特に、グラスウールのように、繊維そのものの耐火性が低い成形体の場合には２５０　ｇ／ｍ２以上が望ましい。添加量の上限は、特に限定が必要というものではないが、あまり多くなると、軽量で断熱性をもつ非晶質無機繊維の特徴そのものが減殺されることになるから、６５０　ｇ／ｍ２程度が目安となる。
【００３５】
【実施例】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。
【００３６】
非晶質無機繊維を用いて成形されたグラスウールおよびロックウール（５０　ｍｍ厚）の成形体の表面に、高炉スラグ微粉末（ブレーン値４３５０）、酸化鉄、酸化マグネシウムを、表１に示す種々の方法で密着させて、片面から１時間加熱した後に９２５　℃になるような図１に示す昇温パターンで熱処理を行った。実施例１−１１および比較例１−２について、耐火性の試験を行ったので、その結果を表１にまとめて示す。
【００３７】
【表１】
2004067451.tif 000002
【００３８】
表１に示す結果からわかるように、裏面温度が３００　℃を越えた時点を基準として考えると、無処理のロックウールおよびグラスウールは、それぞれ４５分、１５分で越えている。これに対し、ロックウールに表面処理を施した実施例１〜７では、いずれも６０分の処理が終了した時点でも３００　℃を下回っていた。また、グラスウールについても、４０〜５０分まで維持しており、貫通した単体のグラスウールより、はるかに高い耐火特性が得られた。
【００３９】
また、図２には、成形体裏面温度変化の測定例を示す。この図に示すように、無処理のロックウール（比較例１）は、成形体表面温度が約９００　℃に相当する４５分を経過した時点で急激な温度上昇が起こっているのに対し、本発明に適合する実施例２，６はその上昇現象が起こっていないことがわかる。
【００４０】
そして、試験後の表面状態を観察してみると、実施例の場合は、表面に付着させた材料（結晶化促進材）と繊維が絡み合ったような膜状のものが、加熱面の表面に形成され、その膜状物の下側に結晶化したと思われる繊維が支えているような構造になっており、初期の寸法をほとんど維持していた。これに対し比較例の場合は、ロックウールは、元の厚みの３０　％程度になっており、とくにグラスウールについては、ほとんど溶けてしまい、元の形態を残していなかった。
【００４１】
以上の実施に示す結果から、本発明に係る無機繊維成形体については、通常の非晶質無機繊維の材料に対し、上述したような簡便な手段の採用によって高い耐火性を付与できることが確認された。
【００４２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、通常の非晶質無機繊維に対し、断熱性や吸着性等の本来の特性を失うことなく、きわめて高い耐火性を簡便に付与することができる。その結果、本発明に係る非晶質無機繊維成形体は、従来は高価であるなどの理由で、あまり使用されてこられなかった分野においても、耐火性が大幅に改善されたことから、利用が可能となり、建築、構築用資材として都市の火災類焼の抑制にも寄与し得るものと考えられる。また、高い断熱性と耐火性を併せ持つことから、建築物や構造物の設計の自由度を大幅に高めることができ、産業の発展に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例での耐火性試験における昇温パターンのグラフである。
【図２】実施例における成形体裏面温度変化の測定例を示すグラフである。
【図１】
2004067451.tif 000003
【図２】
2004067451.tif 000004