(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原綿を製造する工程と、
前記原綿を、粉砕ミル又はプレスにより粉砕する工程と、
前記粉砕した原綿から、少なくとも気流分級により、ショットを除去する工程とを含む、
以下の組成を有し、ＪＩＳ−Ｚ−８８０１の呼び寸法４５μｍのふるいに残る４５μｍ以上のショットが４０重量％以下の無機繊維の製造方法。
［無機繊維の組成］
ＳｉＯ２    ６６〜８２重量％
ＣａＯ      １０〜３４重量％
ＭｇＯ      ０〜３重量％以下
Ａｌ２Ｏ３  ０〜５重量％以下
ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３の合計  ９８重量％以上
【請求項２】
前記ショット除去工程において、篩がけと気流分級によりショットを除去する請求項１記載の無機繊維の製造方法。
【請求項３】
前記粉砕工程において、プレスにより粉砕し、
前記ショット除去工程において、篩がけと気流分級によりショットを除去する請求項１記載の無機繊維の製造方法。
【請求項４】
前記プレスがローラープレスである請求項３記載の無機繊維の製造方法。
【請求項５】
前記無機繊維の前記４５μｍ以上のショットが１重量％以下である請求項１〜４のいずれか記載の無機繊維の製造方法。
【請求項６】
前記無機繊維の前記４５μｍ以上のショットが０．１重量％以下である請求項３又は４記載の無機繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショット量の少ない生体溶解性無機繊維及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、溶融法において製造された無機繊維はショットと呼ばれる粒状の塊が混在している。ショットは、繊維になりきれないで粒のまま残る非繊維状粒子である。
【０００３】
無機繊維を用いて断熱材を製造すると、無機繊維に混入するショットが、断熱性能を低下させる。
【０００４】
また、例えば特許文献１，２のように無機繊維を用いて摩擦板（ブレーキパット）を製造すると、ショットは鳴きや異音の原因となることが知られている。
【０００５】
これら無機繊維を使用した２次製品もショットが混入していると、断熱性能の低下や、ペーパー等の薄い製品では、表面の地合いが荒れる等、強度低下や様々な特性が低下する一因となる。
このため、無機繊維からショットを取り除くことが強く求められていた。
【０００６】
一方、無機繊維は、製造、使用、廃棄等の際に、粉塵となって空気中に飛散し、作業者がこの粉塵を吸入すると、肺に侵入し健康被害が懸念される。このため、現在、無機繊維として生体溶解性繊維が用いられている。
【０００７】
セラミックファイバーからショットを減らす方法として、特許文献２にはうず流の中で繊維をほぐしショットを分離することが記載されている。しかしながら、生体溶解性繊維は、セラミックファイバーのように固く細くないためショットを取り難かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１６８７７号公報
【特許文献２】特開昭６３−５７９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ショットが少ない、耐火性、生体溶解性に優れる無機繊維とその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、以下の無機繊維が提供される。
１．以下の組成を有し、４５μｍ以上のショットが４０重量％以下の無機繊維。
［無機繊維の組成］
ＳｉＯ２  ６６〜８２重量％
ＣａＯ  １０〜３４重量％
ＭｇＯ  ３重量％以下
Ａｌ２Ｏ３  ５重量％以下
ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３の合計  ９８重量％以上
２．平均繊維長が１０μｍ以上である１記載の無機繊維。
３．嵩密度が５０〜５００ｋｇ／ｍ３である１又は２記載の無機繊維。
４．平均繊維径が１〜５０μｍである１〜３のいずれか記載の無機繊維。
５．原綿を製造する工程と、
前記原綿から、気流分級、水篩、篩がけ及び粉砕除去から選択される１以上により、ショットを除去する工程を含む１〜４のいずれか記載の無機繊維の製造方法。
６．前記ショット除去工程が、気流分級及び篩がけから選択される１以上からなる５記載の無機繊維の製造方法。
７．前記ショット除去工程前に、
前記原綿を粉砕する工程をさらに含む５又は６記載の無機繊維の製造方法。
８．前記粉砕工程が、粉砕ミル又はプレスを用いる７記載の無機繊維の製造方法。
９．前記原綿製造工程で、スピニング法により、原料を１７００℃超から２２００℃以下で溶融して、原綿を製造する５〜８のいずれか記載の無機繊維の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ショットが少ない、耐火性、生体溶解性に優れる無機繊維とその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の無機繊維は以下の組成を有する。
ＳｉＯ２  ６６〜８２重量％（例えば、６８〜８２重量％、７０〜８２重量％、７０〜８０重量％、７１〜８０重量％又は７１．２５〜７６重量％とできる）
ＣａＯ  １０〜３４重量％（例えば、１８〜３０重量％、２０〜２７重量％又は２１〜２６重量％とできる）
ＭｇＯ  ３重量％以下（例えば、１重量％以下とできる）
Ａｌ２Ｏ３  ５重量％以下（例えば３．４重量％以下又は３重量％以下とできる。また、０．１重量％以上、０．５重量％以上、１．１重量％以上又は２．０重量％以上とできる）
他の酸化物  ２重量％未満
【００１３】
ＳｉＯ２が上記範囲であると耐熱性に優れる。ＣａＯとＭｇＯが上記範囲であると加熱前後の生体溶解性に優れる。Ａｌ２Ｏ３が上記範囲であると耐熱性に優れる。
【００１４】
また、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３の合計を９８重量％超又は９９重量％超としてよい。
【００１５】
上記の生体溶解性無機繊維は、他の成分として、アルカリ金属酸化物（Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ等）、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、Ｒ２Ｏ３（ＲはＳｃ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｙ又はこれらの混合物から選択される）等を１以上含んでもよく、含まなくてもよい。他の酸化物は、それぞれ、０．２重量％以下又は０．１重量％以下としてよい。
【００１６】
アルカリ金属酸化物は、０．２重量％以下、０．１５重量％以下又は０．１重量％以下とすることができる。アルカリ金属酸化物は各酸化物を各々０．２重量％以下としてもよく、または各々０．１重量％以下としてもよい。また、アルカリ金属酸化物の合計を０．２重量％以下としてもよい。アルカリ金属酸化物は０．０１重量％超、０．０５重量％以上又は０．０８重量％以上含まれていてもよい。
【００１７】
Ｋ２Ｏは含まれても含まれなくてもよく、０．２重量％以下、０．１５重量％以下又は０．１重量％以下とすることができる。Ｋ２Ｏは０．０１重量％超、０．０５重量％以上又は０．０８重量％以上含まれていてもよい。
Ｎａ２Ｏは含まれても含まれなくてよく、０．２重量％以下、０．１５重量％以下又は０．１重量％以下とすることができる。Ｎａ２Ｏは０．０１重量％超、０．０５重量％以上又は０．０８重量％以上含まれていてもよい。
【００１８】
生体溶解性無機繊維は、例えば、４０℃における生理食塩水溶解率が１％以上の無機繊維である。
生理食塩水溶解率は、例えば、次のようにして測定される。すなわち、先ず、無機繊維を２００メッシュ以下に粉砕して調製された試料１ｇ及び生理食塩水１５０ｍＬを三角フラスコ（容積３００ｍＬ）に入れ、４０℃のインキュベーターに設置する。次に、三角フラスコに、毎分１２０回転の水平振動を５０時間継続して加える。その後、ろ過により得られた濾液に含有されている各元素の濃度（ｍｇ／Ｌ）をＩＣＰ発光分析装置により測定する。そして、測定された各元素の濃度と、溶解前の無機繊維における各元素の含有量（重量％）と、に基づいて、生理食塩水溶解率（％）を算出する。すなわち、例えば、測定元素が、ケイ素（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）及びアルミニウム（Ａｌ）である場合には、次の式により、生理食塩水溶解率Ｃ（％）を算出する；Ｃ（％）＝［ろ液量（Ｌ）×（ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４）×１００］／［溶解前の無機繊維の重量（ｍｇ）×（ｂ１＋ｂ２＋ｂ３＋ｂ４）／１００］。この式において、ａ１、ａ２、ａ３及びａ４は、それぞれ測定されたケイ素、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムの濃度（ｍｇ／Ｌ）であり、ｂ１、ｂ２、ｂ３及びｂ４は、それぞれ溶解前の無機繊維におけるケイ素、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムの含有量（重量％）である。
【００１９】
なお、無機繊維はバルク状、ブランケット状のいずれでもよく、加熱処理（好ましくは８５０℃以上、より好ましくは結晶化温度以上）をされていてもよい。
【００２０】
本発明の無機繊維の４５μｍ以上のショット含有量は、適宜使用される用途によりコントロールすればよく、４０重量％以下、好ましくは３０重量％以下、より好ましくは２５重量％以下、より好ましくは１重量％以下、より好ましくは０．８重量％以下、より好ましくは０．６重量％以下である。ショット含有量が４０重量％超であるとショットを取り除いた効果を発現しにくくする。ショットの大きさは通常４５μｍ以上３０００μｍ未満程度である。
ショット含有量は実施例に記載の方法で測定する。
ショット含有量を上記の範囲とするためには、後述する方法でショットを取り除く。
【００２１】
無機繊維の平均繊維長は、適宜使用される用途によりコントロールすればよく、特に本発明を制限されるわけではないが、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上、さらに好ましくは７０μｍ以上である。平均繊維長が１０μｍ未満であると繊維としての効果が発現しにくくなる場合がある。
平均繊維長は実施例に記載の方法で測定する。
平均繊維長を上記の範囲とするためには、後述する方法で調整する。
【００２２】
無機繊維の平均繊維径は通常１〜５０μｍ、または２〜１０μｍ、好ましくは２〜７μｍ、さらに好ましくは２〜６μｍ、より好ましくは２〜５μｍである。平均繊維径が１μｍ未満であると溶解性が増加するため耐水性が低下するがある。５０μｍ超であると繊維の柔軟性が損なわれる場合がある。
平均繊維径は実施例に記載の方法で測定する。
平均繊維径を上記の範囲とするためには、溶融温度、粘度、ロータの加速速度等を調整する。
【００２３】
無機繊維の嵩密度は、ショットと繊維の各量、ショットと繊維径と繊維長の分布による影響を受け、これらにより調整できる。嵩密度は、適宜使用される用途によりコントロールすればよく、とくに本発明を制限されるわけではないが、通常５０〜５００ｋｇ／ｍ３、好ましくは５０〜４００ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１００〜４００ｋｇ／ｍ３であり、さらに好ましくは１１０〜３５０ｋｇ／ｍ３であり、特に好ましくは１２０〜３５０ｋｇ／ｍ３である。５００ｋｇ／ｍ３超であると繊維がかなり粉砕されている場合があり、外観は粒子状となっている場合がある。
嵩密度は実施例に記載の方法で測定する。
【００２４】
本発明の無機繊維の製造方法は、例えば、常法又は特願２０１１−０７７９４０に記載の方法（スピニング法（ロータを２又は３以上使用）等）で、原綿（原料無機繊維）を製造した後、ショットを除く。この際、通常、原料を１７００℃超から２２００℃以下で溶融してロータに供給する。通常、原綿は４５μｍ以上のショットを４０重量％超含む。好ましくは、ショットを除きさらに繊維長を調整する。
ショットを除き繊維長を調整する場合は、予め繊維を粉砕し、その後にショットを取り除いてもよいし、逆でもよい。
【００２５】
繊維の粉砕方法としては、特に限定されないが、所望のサイズ（例えば、３０μｍ〜１０ｃｍ、好ましくは４０μｍ〜５ｃｍ、より好ましくは５０μｍ〜１ｃｍ、さらに好ましくは５０μｍ〜０．５ｃｍ）に原綿を粉砕できればよく、例えば、ロータリーカッター等のカッター、ピンミル、ハンマーミル等の粉砕ミル、ローラープレス等のプレス、ピッカーロール等を用いて粉砕する。これらを組み合わせてもよい。
ロータリーカッターとは、原綿を切断して粉砕する方法であり、原綿を所定のサイズに切断するため繊維長がコントロールしやすい。
ピンミルとは、原綿をピンディスクにより破砕して粉砕する方法であり、細かく粉砕できる。
ハンマーミルとは、スウィングハンマー、チップハンマーで衝撃や摩擦により粉砕する方法であり、粗砕しやすい。
プレスとは、原綿に圧力をかけて粉砕する方法であり、圧力で簡単に粉砕をコントロールしやすい。
ローラープレスとは、ローラー間に原綿を通し圧力をかけて粉砕する方法であり、ローラー間のクリアランスの調整により粉砕を調整できる。
ピッカーロールとは、原綿を解繊して粉砕する方法であり、粉砕しないので繊維長が長く保ちやすい。
【００２６】
ショットの除去方法としては、特に限定されずショットを除去できればよく、例えば、気流分級、水篩、篩がけ、粉砕除去等がある。これらを組み合わせてもよい。
気流分級とは、気流を利用してショットを除く方法であり、均一に分散した状態で分級できる。反発力緩衝部材は用いる必要はない。
水篩とは、水中で繊維を攪拌して沈殿分離してショットを除く方法であり、繊維長を長く保ちやすい。
篩がけとは、篩を通してショットを除く方法であり、所望のサイズのショットを分離しやすいという利点がある。
粉砕除去とは、４５μｍ以上のショットを粉砕することで、見かけ上ショットを除去する方法であり、製造上の歩留まりが向上する。
【実施例】
【００２７】
参考例１
ＳｉＯ２を７３重量％、ＣａＯを２４重量％、ＭｇＯを０．３重量％、Ａｌ２Ｏ３を２重量％含む原綿（平均繊維径３．３μｍ）を、スピニング法で、原料を１７００℃超から２２００℃以下で溶融して、製造した。この原綿をカッターを用いて粉砕した後、気流分級した。原綿と得られた無機繊維について以下の測定をした。結果を表１に示す。
【００２８】
（１）ショット含有率
ショットの含有率は以下の手順で測定した。
（ｉ）任意の箇所から１００ｇ以上の試料をショットが試料から脱落しないように切り取る。
（ii）切り取った試料を１０５〜１１０℃で１時間乾燥処理したのち、秤量しＷ０とする。
（iii）試料をシリンダーに入れ、２１ＭＰａで加圧粉砕し、シリンダー内をスパチェラを使用し試料をほぐしたのち、再び加圧粉砕する。
（iv）粉砕した試料をＪＩＳ−Ｚ−８８０１の呼び寸法４５μｍのふるいに移し、流水によって繊維及び細かいショットを洗い流す。
（ｖ）ふるいに残ったショットをふるいと共に乾燥器を用いて１時間乾燥させる。
（vi）乾燥器から取り出したふるいを室温まで冷却したのち、ふるいの裏面に付着している細粒を１０秒程度ふるいの側面を手で叩いて除去する。
（vii）ふるい面上に残ったショットを適当な容器に移す。この際、ショットがふるいに残らないようにふるいブラシで充分払い落とし、分離したショットを秤量しＷ１とする。
（viii）ショットの含有率は次の式によって求め、小数点以下１桁に丸める。
ショット含有率  ％＝  Ｗ１／Ｗ０×１００
【００２９】
（２）平均繊維長
繊維を電子顕微鏡で観察・撮影した後、撮影した繊維について、その長さを１００本以上計測し、全計測繊維の平均値を平均繊維長とした。
尚、２００μｍ以上は正確な測定はできなかった。
【００３０】
（３）嵩密度
嵩密度は以下の手順で測定した。
（ｉ）試料約１００ｇの質量（ｍ）を直示天秤で０．５ｇまで測定する。
（ii）試料を内径１５０ｍｍの金属製円筒に入れて、この円筒の内側を摺動する質量８．８３ｋｇの金属製おもりを用いて、上部から８６．６Ｎの荷重を加える。
（iii）５分間以上経過した後、試料の体積（Ｖ）を求める。
（iv）密度は次式より求め、整数位に丸める。
ρ＝ｍ／Ｖ
（式中、ρは密度（ｋｇ／ｍ３）、ｍは質量（ｋｇ）、Ｖは体積（ｍ３）である。）
【００３１】
（４）平均繊維径
繊維を電子顕微鏡で観察・撮影した後、撮影した繊維について、その径を４００本以上計測し、全計測繊維の平均値を平均繊維径とした。
【００３２】
実施例１〜３、参考例２，３
表１に示す粉砕工程とショット除去工程を行った他は、参考例１と同様にして無機繊維を製造し測定した。実施例１のショット除去工程では、篩がけした後に、さらに気流分級した。実施例３のショット除去工程では、
篩がけした後に、さらに気流分級した。測定結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
0005174948.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の無機繊維は、断熱材や摩擦板に用いることができる。
また、本発明の無機繊維から、バルク、ブランケット、ブロック、ボード、モールド、ペーパー、フェルト、不定形材料（マスチック、キャスター）等の加工品が得られる。
【要約】
【課題】ショットが少ない、耐火性、生体溶解性に優れる無機繊維とその製造方法を提供する。
【解決手段】以下の組成を有し、４５μｍ以上のショットが４０重量％以下の無機繊維。
［無機繊維の組成］ＳｉＯ２６６〜８２重量％、ＣａＯ１０〜３４重量％、ＭｇＯ３重量％以下、Ａｌ２Ｏ３５重量％以下、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３の合計９８重量％以上
【選択図】なし