(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＯ、ＳｒＯおよびＳｉＯ２を必須成分とした無機繊維であって、ＳｉＯ２が７０．０〜８８．５重量％であり、ＭｇＯが１１．０〜２９．５重量％であり、ＳｒＯが０．５〜１５．０重量％であり、無機繊維の真空成形プリフォームが１２６０℃で２４時間加熱された前後で３．５％以下の線収縮率を示すことを特徴とする無機繊維。
【請求項２】
ＳｉＯ２が７４．０〜８４．５重量％であり、ＭｇＯが１１．０〜２５．５重量％であり、ＳｒＯが０．５〜１５．０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の無機繊維。
【請求項３】
次の測定方法、すなわち２００メッシュ（目開き０．０７５ｍｍ）の篩いを通過するまで解砕した繊維試料１ｇを精秤し、それを３００ｍｌのコニカルビーカーにとり、生理食塩水１５０ｍｌを加えて栓をし、それを、温度４０℃の恒温水槽に設置して、毎分１２０回転の速度で５０時間水平振とうを行ない、その後、ガラス濾過器による濾過及び乾燥を行なって、不溶解繊維を精秤し、溶解による繊維の減量を求め、繊維の原料から算出した重量減少率を、その繊維の生理食塩水溶解率とする測定方法で測定した生理食塩水溶解率が１％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の無機繊維。
【請求項４】
繊維が１１００℃で２４時間の熱履歴を持った後も、生理食塩水溶解率が１％以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無機繊維。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミナシリカ繊維と同等の耐熱性を有し、生理食塩水に可溶な無機繊維に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無機繊維の使用は、工業材料として多岐にわたっている。例えば、バルク状、フェルト状、ブランケット状での断熱材や吸音材として、耐火断熱を目的としたボードやペーパーなどの真空成形体として、建材や車両のブレーキの補強材として、広く使用されている。
【０００３】
アスベストは、天然の無機繊維であるが、その一形態は、呼吸器疾患、さらには、肺組織の癌に深い関連があるとされている。
【０００４】
一方、人工の無機繊維については、明確ではないものの、動物実験などの研究から、疾患発生の危険性が指摘されている。無機繊維の毒性に関する実験的研究を通して、無機繊維の吸入による疾患の発生に大きく関連する重要な要因、すなわち、１）繊維の吸入量、２）吸入繊維の寸法、３）肺の中での繊維の持続性、が挙げられている。近年、特に、このうちの３）肺の中での繊維の持続性という点に関心が集まっている。
【０００５】
肺の中での繊維の持続性を低くする手段として、体液中での繊維の溶解性を高くする方法が挙げられる。すなわち、吸入した繊維が体液で溶解しやすければ、その繊維の吸入による人体への毒性は低減すると考えられる。このような背景から、体液すなわち生理食塩水に対する溶解性が高い無機繊維が望まれている。
【０００６】
このような要望に対して、従来のアルミナシリカ繊維に準ずる耐熱性を有し、生理食塩水中での持続性が小さい無機繊維が、例えば、特表平８−５０６５１号や特表平１０−５１２２３２号公報に開示され、市販されている。しかしながら、人体に吸入されたとき、肺内での繊維の持続性は少しでも短いことが望ましい。すなわち、耐熱性を有し、且つ、生理食塩水への溶解性が少しでも高い無機繊維が要求されている。
【０００７】
また、特表平８−５０６５１号や特表平１０−５１２２３２号公報に開示された、無機繊維の生体溶解性の評価は、主として、その繊維が熱履歴を持っていない状態でなされた。
【０００８】
しかしながら、無機繊維が使用された後に、人体に吸入される場合を想定すると、無機繊維が熱履歴を有した後も、生理食塩水に高い溶解性を発現することが要求される。特に、無機繊維が非晶質である場合には、熱履歴を持った後には結晶化し、熱履歴を持つ前とは、その溶解性が著しく変化することが予想される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、アルミナシリカ繊維と同水準の耐熱性を有していながら、生理食塩水に可溶であることに加え、熱履歴を持った後も生理食塩水に高い溶解性を維持する無機繊維を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、請求項１〜５に記載の無機繊維である。
【００１１】
たとえば、本発明の無機繊維においては、ＳｉＯ2 およびＭｇＯを主成分とし、ＳｒＯを導入することにより、アルミナシリカ繊維と同水準の高い耐熱性を維持しながらも、生理食塩水への高い溶解性を有するという特性が得られる。さらに、本発明の無機繊維は、熱履歴を持つことによって結晶化した後も、生理食塩水への高い溶解性を有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の無機繊維は、例えば、所定の配合に基づいて原料を混合し、電気溶融した後、その溶融物を吹精し繊維化することによって得られる。
【００１３】
溶融物を吹精することによって繊維化する場合、溶融物の粘度が重要である。すなわち、繊維化において最適な溶融物の粘度範囲が存在する。溶融物の粘度は、温度の低下にしたがって高くなる。そのため、溶融物の温度降下による粘度の変化が鈍感であることが望ましい。温度変化による粘度の変化が鈍感であれば、繊維化が可能となる温度範囲が大きくなる。溶融物の、温度降下による粘度の変化は、溶融物の化学組成に大きく依存する。
【００１４】
本発明者らは、ＭｇＯ−ＳｉＯ2 系組成の溶融物の場合には、その系にＳｒＯ成分を導入することによって、溶融物の、温度変化による粘度の変化が鈍感になり、繊維化が可能となる温度範囲が大きくなることを見出した。すなわち、ＳｒＯ成分は、ＭｇＯ−ＳｉＯ2 系組成の溶融物において、繊維化の“粘度調節剤”として機能する。
【００１５】
ＳｒＯの濃度は、０．５〜１５．０重量％が望ましい。ＳｒＯが０．５重量％未満であると、粘度調節剤としての効果が小さくなることがある。また、ＳｒＯは、原料として、その炭酸塩を多量に使用した場合には、電気溶融の際にガスの発生を伴い、電流の変動をもたらす。この理由から、ＳｒＯは、１５．０重量％以下が望ましい。
【００１６】
次に、ＭｇＯ−ＳｉＯ2 系組成にＳｒＯを導入した無機繊維の耐熱性の評価を行った。
【００１７】
耐熱性の評価方法は以下の通りである。
【００１８】
まず、表１に示す化学組成（重量％）を有する各無機繊維２００ｇを０．０４％澱粉溶液１０リットル中で撹拌して分散させた後、脱水成形器により成形する。これを１１０℃で十分乾燥させた後、所定の寸法に切断し、プリフォームを作製する。これを１２００℃で２４時間加熱し、加熱前後での線収縮率（以下収縮率という）を求めた。これを加熱収縮率として表１に示す。加熱収縮率が小さい程、耐熱性に優れている。
【００１９】
【表１】
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図１は、耐熱性評価のＳｉＯ2 濃度（重量％）と加熱収縮率との関係を示す。
【００２０】
図１から、ＳｉＯ2 が７０．０重量％未満になると、加熱収縮率が急激に上昇することが明らかである。
【００２１】
これらの結果から、無機繊維に優れた耐熱性を発現させるためのＳｉＯ2 の範囲は、好ましくは７０．０重量％以上であり、より好ましくは７４．０重量％以上である。
【００２２】
しかし、ＳｉＯ2 が多すぎると、繊維製造の際に、原料の溶融が困難となり、また、生理食塩水への溶解性に劣ることとなる。そこで好ましい含有量は８８．５重量％以下であり、より好ましくは８４．５重量％以下である。
【００２３】
次に、無機繊維の生体溶解性の評価を行った。体液の本質は生理食塩水である。そこで、生体溶解性を評価する溶液として生理食塩水を用いた。
【００２４】
評価方法は以下の通りである、
まず、２００メッシュ（目開き０．０７５ｍｍ）の篩いを通過するまで解砕した繊維試料１ｇを精秤する。それを３００ｍｌのコニカルビーカーにとり、生理食塩水１５０ｍｌを加え、栓をする。それを、温度４０℃の恒温水槽に設置して、毎分１２０回転の速度で５０時間水平振とうを行う。その後、ガラス濾過器による濾過および乾燥を行い、不溶解繊維を精秤して、溶解による繊維の減量を求める。繊維の減量から算出した重量減少率を、その繊維の生理食塩水溶解率とする。
【００２５】
この無機繊維の化学組成（モル％）と生理食塩水溶解率を表２に示す。
【００２６】
【表２】
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また、図２は、無機繊維のＳｒＯ／ＭｇＯモル濃度比と生理食塩水溶解率との関係を示す。
【００２７】
図２より、ＭｇＯに対するＳｒＯの濃度比が大きくなるにつれて、生理食塩水溶解率が上昇する傾向があることがわかる。すなわち、無機繊維に導入するアルカリ土類金属酸化物がＭｇＯだけでは、その溶解率は低いが、ＳｒＯを導入すると、生理食塩水への溶解率が増大し、無機繊維が優れた生体溶解性を示す。ＳｒＯ／ＭｇＯモル濃度比は、０．０３以上が特に好ましい。
【００２８】
本発明の無機繊維の溶解率は、肺の中での持続性を低くするために少なくとも１％以上が望ましい。
【００２９】
また、後述するように、本発明の無機繊維は、ＳｒＯを導入することにより、熱履歴を有した後も、高い生理食塩水溶解率を示し、優れた生体溶解性を維持する。例えば、１１００℃で２４時間加熱された後も、１％以上の溶解率を維持する。
【００３０】
本発明の無機繊維に含まれるＭｇＯは、生理食塩水へ溶解する働きを有する主要成分である。ＭｇＯは多く含有するほど溶解率は増大するが、耐熱性が低下する。そこでＭｇＯの含有率は、好ましくは１１．０〜２９．５重量％であり、より好ましくは、１１．０〜２５．５重量％である。
【００３１】
このようにして、熱履歴を有する前後での優れた生体溶解性と、アルミナシリカ繊維と同等の高い耐熱性とを併せもつ無機繊維が完成された。
【００３２】
ＳｉＯ2 とアルカリ土類金属酸化物を含む無機繊維は、他にも、特表平１０−５０４２７２号公報に開示されている。しかし、ここでは、ＣａＯ−ＳｒＯ−ＳｉＯ2 系が優れているとされている。そして、ＭｇＯ及びＳｒＯは明らかに調和しないとし、さらに、ＭｇＯ含量はできるだけ低く抑制することがよいとされている。
【００３３】
また、これは、繊維の耐熱性すなわち加熱収縮率の点から記述がなされたものである。しかしながら、評価が行われた繊維のＳｉＯ2 成分濃度は、５０〜６７モル％の範囲である。本発明者らは、繊維のＳｉＯ2 成分濃度をこれよりも高くすることによって、繊維の耐熱性が飛躍的に向上することを見いだした。
【００３４】
【実施例】
以下、実施例１により本発明をさらに明確にする。
【００３５】
原料として、珪石、マグネシアクリンカーおよび炭酸ストロンチウムを使用し、表３に示す化学組成になるように混合した。それを、電気溶融した後、溶融物を吹精することによって繊維化を行い、集綿した。
【００３６】
得られた繊維について、下記の方法で耐熱性および生理食塩水溶解性の評価を行った。
【００３７】
耐熱性
前述の耐熱性評価方法と同様にしてプリフォームを作製する。これを、１１００℃、１２００℃および１２６０℃の各温度で２４時間加熱し、加熱前後での収縮率を求めた。収縮率が小さいほど耐熱性に優れている。
【００３８】
生理食塩水溶解性
前述の生体溶解性の評価方法と同様にして評価した。溶解性の評価は、未加熱の繊維の他に、それぞれ９００℃、１０００℃および１１００℃で２４時間加熱した繊維についても行った。溶解率が大きいほど生体溶解性に優れている。
【００３９】
比較のため、比較例１及び２についても、実施例１と同様にして評価試験を行った。
【００４０】
比較例１は市販されているＭｇＯ−ＳｉＯ2 系の無機繊維である。
【００４１】
比較例２は市販されているＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ2 系の無機繊維である。
【００４２】
実施例１および比較例１、２の評価結果を、耐熱性は収縮率として表３に示し、生理食塩水溶解性は溶解率として表３に示す。
【００４３】
【表３】
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収縮率の結果について表３を参照して説明する。
【００４４】
比較例２は、１２００℃以下の温度では、１％程度の小さい収縮率を示す。しかしながら、１２６０℃での収縮率は８％程度にまで達している。したがって、１２００℃以上になると、収縮率が急激に大きくなり、これ以上の温度域での耐熱性を維持することは困難である。
【００４５】
比較例１は、１２６０℃において収縮率が急激に大きくなることはない。１２６０℃での収縮率は５％程度の値を示している。
【００４６】
本発明の範囲内である実施例１も、１２６０℃において収縮率が急激に大きくなることはない。１２６０℃における収縮率は３％以下の値であり、優れた耐熱性を有している。
【００４７】
次に、溶解率の結果について表３および図３を参照して説明する。
【００４８】
比較例２は、未加熱の状態では、溶解率が７％程度の値を示し、優れた生体溶解性を有している。しかしながら、９００℃以上の熱履歴を持つと、生理食塩水溶解率が１％程度まで小さくなり、生体溶解性が急激に低下してしまう。
【００４９】
比較例１は、未加熱の状態では、溶解率は２％程度の値を示す。そして、９００℃以上の熱履歴を持つと、溶解率は１％以下になり、生体溶解性をほとんど失ってしまう。
【００５０】
本発明の範囲内である実施例１は、未加熱の状態では、溶解率は４％程度の値を示す。更に、９００℃以上の熱履歴を持った後も、溶解率は２％程度の値を示し、熱履歴を持った後も、本発明の無機繊維が優れた生体溶解性を維持していることがわかる。この優れた特性は、ＳｒＯを導入することにより達成できたものである。
【００５１】
さらに１１００℃で２４時間加熱された後の実施例１が、未加熱の比較例１と同等の溶解率を示すことは注目に値する。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の無機繊維は、従来のセラミック繊維と同水準の高い耐熱性と、従来のセラミック繊維にはなかった優れた生体溶解性とを併せ持っている。さらに、本発明の無機繊維は、熱履歴を持った後も、優れた生体溶解性を維持する。
【００５３】
従って、本発明の無機繊維は、従来のアルミナシリカ繊維と同様の耐熱材として使用できる。また、加熱前はもちろんのこと、加熱後においても、例えば、耐火材として使用した後においても、繊維の吸入による人体への毒性が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭｇＯ−ＳｒＯ−ＳｉＯ2 系無機繊維のＳｉＯ2 濃度（重量％）と１２００℃で２４時間加熱後の収縮率との関係を示すグラフである。
【図２】ＭｇＯ−ＳｒＯ−ＳｉＯ2 系無機繊維のＳｒＯ／ＭｇＯモル比と生理食塩水溶解率との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の無機繊維および市販されている無機繊維の熱履歴が、生理食塩水溶解率に及ぼす影響を示したグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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