(57)【要約】【課題】  ５５０〜７５０℃の温度において使用したとき水分の発生が少ない、耐微粉化特性に優れた焼成バーミキュライト断熱材およびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の耐微粉化特性に優れた焼成バーミキュライト断熱材は、焼成バーミキュライトを構成する結晶水の質量が全体質量の０．８〜１．２％であることを特徴とする。また、その製造方法である本発明は、バーミキュライト鉱石を７５０〜８３０℃の温度域で７０秒以上１０分以下加熱することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼成バーミキュライトを構成する結晶水の質量が全体質量の０．８〜１．２％であることを特徴とする、耐微粉化特性に優れた焼成バーミキュライト断熱材。
【請求項２】
バーミキュライト鉱石を７５０〜８３０℃の温度域で７０秒以上１０分以下加熱することを特徴とする、焼成バーミキュライトを構成する結晶水の質量が全体質量の０．８〜１．２％である耐微粉化特性に優れた焼成バーミキュライト断熱材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐微粉化特性に優れた焼成バーミキュライト断熱材およびその製造方法に関し、特に、熱処理炉や自動車排気管などで使用される断熱材に好適な、５５０〜７５０℃に加熱したときに水分の放出がほとんど無く、耐微粉化特性に優れた焼成バーミキュライト断熱材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バーミキュライト、スメクタイト、モンモリロナイト等の膨張性粘土鉱物は、アルミナやマグネシア層が積み重なった層状の鉱物であり、高温加熱処理（焼成）すると膨張し多数のクレパス状の間隙ができる。そのため、その焼成材は、断熱効果を有し、熱処理炉の断熱材や自動車排気管などの断熱材として利用されている。
【０００３】
このような粘土鉱物を利用した断熱材、または同断熱材を使用した製品が、特許文献１〜３で提案されている。
【０００４】
すなわち、特許文献１では、温度３００〜７００℃で焼成したバーミキュライトを使用した軽量断熱防火板の発明が開示されている。
【０００５】
特許文献２ないし３では、バーミキュライト他から成る被覆層を形成した自動車のエキゾーストマニホールド用防音断熱材の発明が開示されている。そして、これら文献には、好ましい焼成条件として６００〜９００℃で焼成することが、また、実施例としてはバーミキュライトを８００℃、１時間焼成して結晶水を除去した後使用することが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平０２−０９７４５２公報
【特許文献２】特開２００２−２９２７９５公報
【特許文献３】特開２００３−２６６５７２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載のとおり３００〜７００℃で焼成したバーミキュライトを５５０〜７５０℃で使用すると、水分の放出が起こり、断熱材と近接している被熱処理物に影響を与え、また、自動車排気管を構成するステンレス等の金属表面に悪影響を与えるという問題点があった。これらは、高温で水蒸気が被熱処理物や排気管構成金属と接触することにより生じる問題である。
【０００８】
また、特許文献２では、６００〜９００℃で焼成することが好ましいという記載がある。しかし、６００〜９００℃で焼成しても、温度と時間が適切でないと、５５０〜７５０℃で使用した場合に水分が発生し、断熱材と接触している金属表面が酸化、変色し、耐食性に悪影響を与えるという問題があった。
【０００９】
一方、９００℃近い高温で焼成すると、バーミキュライト中に含まれる付着水や結晶水およびＯＨ基がほぼ完全に消失して、バーミキュライト自体が脆くなり、振動や衝撃で破砕され易くなるが、このようにバーミキュライトが細かく破砕されると、空気を含む間隙が消失するため断熱性が低下するという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題を有利に解決して、焼成したバーミキュライトを断熱材として５５０〜７５０℃で使用した場合に、水分の発生量が少なく、かつ繰返し使用しても破砕されにくく、微粉化しにくい、焼成バーミキュライト断熱材およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、バーミキュライト鉱石の焼成温度、時間と水分放出の関係を詳細に調査した結果、焼成後のバーミキュライトを５５０〜７５０℃で使用した際に、含有する結晶水が少なく、水分放出がほとんどない焼成バーミキュライトを見出すとともに、このようなバーミキュライトを製造するための適切な鉱石の焼成温度、時間の範囲があることを見出した。
【００１２】
本発明はこのような知見に基づくものであり、その要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）  焼成バーミキュライトを構成する結晶水の質量が全体質量の０．８〜１．２％であることを特徴とする、耐微粉化特性に優れた焼成バーミキュライト断熱材。
（２）  バーミキュライト鉱石を７５０〜８３０℃の温度域で７０秒以上１０分以下加熱することを特徴とする、焼成バーミキュライトを構成する結晶水の質量が全体質量の０．８〜１．２％である耐微粉化特性に優れた焼成バーミキュライト断熱材の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、断熱材として５５０〜７５０℃で使用した場合に、水分の発生量が少なく、かつ繰返し使用しても破砕されにくい焼成バーミキュライトを提供することが可能になり、産業上の貢献が極めて顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
断熱材として利用される代表的な膨張性粘土鉱物のバーミキュライト鉱石は、２層の珪酸層と１層のアルミナまたはマグネシア層が積み重なった２：１型の粘土鉱物であり、別名蛭石とも呼ばれている。また、この２：１型の一塊の層と層の間には、水の層が介在しており、この水の層は層間水と呼ばれている。
【００１５】
バーミキュライト鉱石の主要成分の代表的な化学式は、下記のとおりである。
【００１６】
（Ｍｇ，Ｆｅ3+，Ａｌ）2〜3（Ｓｉ4-xＡｌx）Ｏ10（ＯＨ）2・ＭｇxｎＨ2Ｏ
ここで、ｎＨ2Ｏの部分が結晶水であり、ｎは３．５〜５程度である。化学式としては結晶水であるが、バーミキュライトでは結晶水がアルミナとマグネシアの層の間にあるので、上記のとおり層間水とも呼ばれる。
【００１７】
一般に、バーミキュライト鉱石を高温加熱処理すると水が放出され、体積が著しく膨張する。これは、層間水が部分的または全て放出され、層間が膨張して多数のクレパス状間隙が出来るためである。この間隙が断熱材として適するのである。このようにして焼成されたバーミキュライトを断熱材として使用する場合、温度によっては、常温で吸着した吸着水、層間水、およびＯＨ基の分離により水分が放出される。しかし、バーミキュライトを加熱した際の水分の放出は単純ではなく、また、層間水とＯＨ基の全てがなくなるとバーミキュライト自体が脆化し、長時間の使用により微粉化し、断熱材としての機能が低下するという問題があった。
【００１８】
本発明者は、代表的な膨張性粘土鉱物のバーミキュライト鉱石の焼成温度、時間と放出される水分との関係を詳細に調査し、焼成したバーミキュライトを５５０〜７５０℃で断熱材として使用した場合に、水分放出の問題がほとんどなく、かつ、微粉化しにくい焼成バーミキュライトと、その製造方法を見出した。
【００１９】
以下、本発明について詳しく説明する。
【００２０】
様々な温度、および時間で加熱処理した焼成バーミキュライトの水分放出特性を真空中で加熱昇温しながら質量分析を行い調査した。その結果の一例を図１に示す。昇温速度毎分５℃で室温から１０００℃まで昇温し、四重極質量分析計（アネルバ製Ｍ−ＱＡ２００ＴＳ）で質量分析を行った。測定開始時の真空度は約４×１０-6Ｐａである。分析の結果、質量スペクトルはほとんどが水であり、他の元素を示す質量スペクトルはほとんど現れないか、あっても無視できる程度に微量であった。水の質量スペクトルは、１００℃と６００℃及び８３０℃付近にピークを持つことが判明した。１００℃付近で放出される水分は、常温で焼成バーミキュライトが吸湿した吸着水であり、６００℃および８３０℃付近でピークを持つ水分の放出は、それぞれ結晶水と、ＯＨ基の放出に相当するピークである。焼成バーミキュライトを５５０〜７５０℃で使用する加熱炉や自動車排気管の断熱材として使用する場合、１００℃付近と６００℃付近で放出される水分の放出が抑制されれば良い。
【００２１】
本発明者らは、焼成バーミキュライト全質量に対する結晶水の質量が１．２％以内なら、焼成バーミキュライトを５５０〜７５０℃で使用したときに、水分放出はほとんど問題にならず、被熱処理物や排気管構成金属に悪影響を及ぼさないことを見出した。また、結晶水の質量が０．８％未満の場合、バーミキュライトの脆化が起こり、長時間の使用により微粉化し、断熱材としての機能が低下してしまう。一方、焼成バーミキュライト全質量に対する結晶水の質量が１．２％を超えると、焼成バーミキュライトを５５０〜７５０℃で使用したときに、６００℃付近で顕著な水分放出が起こり、使用時に被熱処理物や排気管構成金属に悪影響を及ぼすことを見出した。なお、５５０〜７５０℃で使用する場合の時間は、２分以上を想定している。
【００２２】
焼成バーミキュライト全質量に対する結晶水の質量が０．８〜１．２％の焼成バーミキュライトは、バーミキュライト鉱石を７５０〜８３０℃の温度域で７０秒以上１０分以下加熱することにより得られる。
【００２３】
バーミキュライト鉱石は、厚さ１ｍｍ程度、幅，長さ数ｍｍ〜数十ミリｍｍの片状をしているが、高温で焼成することにより厚さ方向に膨張して断熱材として適した間隙を有するようになる。焼成温度が７５０℃未満の場合、５５０〜７５０℃の温度領域で使用すると、６００℃付近で水分の放出が起こり、熱処理炉で使用している場合は、被熱処理物の表面に悪影響を与え、また、自動車の排気管に使用されている場合には、排気管を構成する金属の表面に悪影響を与える。一方、８３０℃を超える温度で焼成した場合、バーミキュライトは脆化し、繰返し使用や、振動等で次第に微粉化してしまう。７５０〜８３０℃の温度で焼成した場合でも、焼成時間が７０秒未満の場合、結晶水が十分に除去されないため、５５０〜７５０℃で使用した場合に、６００℃付近で水分放出が起こる。逆に焼成時間が１０分を超えるとバーミキュライトは脆化し、繰返し使用や振動により次第に微粉化し、断熱性能が損なわれる。
【００２４】
全質量に対する結晶水の質量比率は、次のようにして求める。
【００２５】
まず、焼成バーミキュライトを真空中で室温から１０００℃まで加熱昇温しながら質量分析を行うとともに、加熱前後の質量変化を測定する。次に、水の質量スペクトル強度を室温から１０００℃にわたり、積分しその積分値に対する、４００〜７００℃の質量スペクトル強度積分値の比率を求め、全質量変化の内、結晶水の放出による変化分を求める。質量分析は、昇温速度毎分５℃で室温から１０００℃まで昇温し、四重極質量分析計（アネルバ製Ｍ−ＱＡ２００ＴＳ）で質量分析を行った。測定開始時の真空度は約４×１０-6Ｐａである。焼成バーミキュライトの質量分析では、水分以外の放出はほとんど無視できる程度であるため、質量変化は全て水分の放出によるものであることを確認している。また、焼成バーミキュライト全質量に対する結晶水の質量が１．２％以下の焼成バーミキュライトでは、Ｘ線回折結果、結晶水のピークが見られなかった。
【００２６】
脆化の測定には次のような指標を用いる。
【００２７】
図２に示すような直径約１５０ｍｍのＬ字型の混練器に、メッシュ「４」（穴の大きさ４．８ｍｍ）の篩によって選り分けた約２００ｇのバーミキュライトを入れ、１分間に１回転で３０分間回転させた後、メッシュ「４」未満（４．８ｍｍ未満）に粉砕されたバーミキュライトの質量が、混練前の３５％超である場合を脆化したとみなした。
【００２８】
本発明の焼成バーミキュライトを用いた金属の熱処理方法としては、本焼成バーミキュライトを内壁に用いる方法がある。焼成バーミキュライトを接着剤で固め、パネル状としたものを用いても良いし、金属板と金網の間に焼成バーミキュライトを入れてパネル状にしたものを用いても良い。炉内の床部は、バーミキュライトを敷き詰めるだけでも良い。このような加熱炉において、５５０〜７５０℃で被熱処理物を加熱する。
【００２９】
被熱処理物としては、アルミニウムやアルミニウム合金、マグネシウムやマグネシウム合金、チタンやチタン合金、ステンレスなどが適する。接着剤としては、エポキシ系樹脂が適用できる。金属板、金網の材質としてはＳＵＳ４３０等のステンレスが適している。加熱炉内の雰囲気は大気、不活性ガス、真空のいずれの場合も適用できる。
【実施例】
【００３０】
表１に示す３種の成分のバーミキュライト原鉱石を表２に示す温度及び時間で焼成し、これらの焼成バーミキュライト３０ｍｇを真空中で室温から１０００℃まで加熱昇温しながら質量分析を行うとともに、加熱前後の質量変化を測定した。次に、水の全質量スペクトル強度積分値に対する、４００〜７００℃の質量スペクトル強度積分値の比率を求め、全質量変化の内、結晶水の放出による質量減少率を求めた。
【００３１】
また、同じ焼成バーミキュライト３００ｇをステンレス（ＳＵＳ３１６）製のポットに入れ、ステンレス製の蓋をして大気中でそれぞれ、５５０、６００、６５０、７００、７５０℃で２時間保持し、ステンレス容器内側の変化を観察した。
【００３２】
さらに、図２に示す直径約１５０ｍｍのＬ字型の混練器に、メッシュ「４」（穴の大きさ４．８ｍｍ）の篩によって選り分けた約２００ｇのバーミキュライトを入れ、１分間に１回転で３０分間回転させた後、メッシュ「４」未満（４．８ｍｍ未満）に粉砕されたバーミキュライトの質量、及び混練器により脆さを測定した。これらの結果を表２に示す。
【００３３】
本発明の焼成バーミキュライトでは、結晶水の質量が全質量の０．８％以上、１．２％以下であり、５５０〜７５０℃の加熱後、ステンレス容器内側底部を観察したところ、加熱前と同様の金属光沢であったが、Ｎｏ．４、９、１４では、熱処理中に発生した水分により表面が変色し、表面には細かい凹凸が出来ていた。
【００３４】
また、本発明の焼成バーミキュライトでは、混練後、メッシュ「４」以下に微粉化されたバーミキュライトの質量比率は３５％以下であったのに対し、焼成温度が高く結晶水の質量が０．８％未満となったＮｏ．５、１０、１５では、混練後、メッシュ「４」以下に破砕されたバーミキュライトの質量比率は３５％を超え、微粉化が顕著であった。
【００３５】
【表１】
2005249263.tif 000003
【００３６】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のバーミキュライトは、５５０〜７５０℃で使用されることが多い自動車排気管の断熱材や、比較的低温度で使用される金属用熱処理炉の断熱材として利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】焼成バーミキュライトの室温から１０００℃までの典型的な水分放出特性を示す図である。
【図２】本発明における焼成バーミキュライトの脆化特性の測定に用いるＬ字型の混練器を斜視図で説明する図である。
【図１】
2005249263.tif 000005
【図２】
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