(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料となる溶液の粘性を調整して繊維化した後に加熱して製造された高純度アルミナ繊維であって、Ａｌ2Ｏ3が７０〜１００重量％であり、ＮａとＫの合計が５００ｐｐｍ以下であり、Ｆｅが３００ｐｐｍ以下であり、Ｃａが５０ｐｐｍ以下であり、Ｃａが５０ｐｐｍ以下であり、Ｃｕが２ｐｐｍ以下であり、Ｎｉが３ｐｐｍ以下であることを特徴とする高純度アルミナ繊維。
【請求項２】
請求項１に記載の高純度アルミナ繊維を主成分とすることを特徴とする無機繊維製品。
【請求項３】
請求項１に記載の高純度アルミナ繊維を主成分とし、他に必要に応じて、アルミナシリカ繊維と、耐火粉末と、有機バインダー及び無機バインダーの１種以上のバインダーを含み、ＮａとＫの合計が５００ｐｐｍ以下であり、Ｆｅが３００ｐｐｍ以下であり、Ｃａが２００ｐｐｍ以下であり、Ｃｕが２ｐｐｍ以下であり、Ｎｉが４ｐｐｍ以下であることを特徴とする無機繊維製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不純物の少ない高純度のアルミナ繊維と、この高純度アルミナ繊維を主成分とする無機繊維製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミナ繊維は、Ａｌ2 Ｏ3 （アルミナ）の含有率が７０〜１００重量％であり、アルミナとシリカを主成分とする直径２〜４μｍ、最大長さ５〜１００ｍｍ程度の短繊維である。
【０００３】
アルミナ繊維は、アルミナの含有率により、ムライトのみ、ムライトとコランダムと少量の中間アルミナ（θアルミナ、δアルミナ）の混合、またはコランダムのみの多結晶体である。これらの繊維が加熱されると、中間アルミナはコランダムに変化するが、新たな結晶の析出が少なく、繊維の劣化が少ない。そのため、このようなアルミナ繊維は、１５００℃付近なら安定して使用できる。
【０００４】
アルミナ繊維の用途は、いろいろであるが、主として、そのまま補強材料として使われたり、またはブランケット、ブロック、ボート、ペーパー、練物などの無機繊維製品に加工されて、各種の工業炉に広く使用されている。
【０００５】
しかし、工業炉に長期間使用すると、繊維の結晶成長が進み、強度や耐熱性が低下したり、繊維が粉塵となって炉内の被加熱物を汚染する。
【０００６】
このような問題を解消するため、繊維に含まれる不純物を少なくすることが試みられている。例えば、ＮａとＫの合計が２０００ｐｐｍ以下、Ｆｅが５００ｐｐｍ以下、Ｃｕが５０ｐｐｍ以下、更にＮｉが５０ｐｐｍ以下である無機繊維製品が知られている。（特開平５−２１５４７３号参照）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
最近は、一部で工業製品の高品質化が著しく進み、工業炉等においても汚染を完全に防止することが望まれている。
【０００８】
特開平５−２１５４７３号公報の無機繊維製品では、それらに含まれる不純物を少なくし、不純物による汚染防止にある程度成功している。
【０００９】
しかし、特開平５−２１５４７３号公報の無機繊維製品では、不純物の影響を十分に小さくできずに、被加熱物の汚染を満足に防止することができなかった。本発明は、被加熱物を汚染しない高純度のアルミナ繊維と、この高純度アルミナ繊維を主成分とする無機繊維製品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１つの解決手段は、原料となる溶液の粘性を調整して繊維化した後に加熱して製造された高純度アルミナ繊維であって、Ａｌ2Ｏ3が７０〜１００重量％であり、ＮａとＫの合計が５００ｐｐｍ以下であり、Ｆｅが３００ｐｐｍ以下であり、Ｃａが５０ｐｐｍ以下であり、Ｃａが５０ｐｐｍ以下であり、Ｃｕが２ｐｐｍ以下であり、Ｎｉが３ｐｐｍ以下であることを特徴とする高純度アルミナ繊維である。
【００１１】
本発明の他の解決手段は、前述の高純度アルミナ繊維を主成分とすることを特徴とする無機繊維製品である。
【００１２】
本発明のさらに他の解決手段は、前述の高純度アルミナ繊維を主成分とし、他に必要に応じて、アルミナシリカ繊維と、耐火粉末と、有機バインダー及び無機バインダーの１種以上のバインダーを含み、ＮａとＫの合計が５００ｐｐｍ以下であり、Ｆｅが３００ｐｐｍ以下であり、Ｃａが２００ｐｐｍ以下であり、Ｃｕが２ｐｐｍ以下であり、Ｎｉが４ｐｐｍ以下であることを特徴とする無機繊維製品である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、アルミナ繊維及び無機繊維製品の加熱に伴う結晶成長による劣化が、主にＮａ、Ｋ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｃｕ等の不純物に起因することを知見して、本発明をなしたものである。
【００１４】
アルミナ繊維及び無機繊維製品に含まれるＣａは、Ｎａ、Ｆｅ、Ｋと同様に、ムライト或いはコランダムの結晶成長を著しく促進させる。また、アルミナ繊維に含まれるＮｉやＣｕの挙動は、明確に解明できていないが、繊維を製造する際に拡散移動して繊維表面に濃縮すると考えられる。そのため、ムライトあるいはコランダムの結晶成長が局部的に促進されるものと推定される。
【００１５】
アルミナ繊維は、アルミナ原料、シリカ原料、繊維化助材を所定量混合し、粘性を調整して繊維化した後、約１３００℃に加熱して製造できる。
【００１６】
アルミナ原料としては、例えば塩基性塩化アルミニウムなどのアルミニウム塩化物、硝酸塩などの無機酸塩、酢酸塩などの有機酸塩、アルミニウムアルコキシド溶液などを使用することができる。
【００１７】
シリカ原料としては、コロイダルシリカ、水溶性シリコーン、シリコンのアルコキシド溶液などを使用することができる。
【００１８】
繊維化助材としては、乳酸やポリビニルアルコールなどの水分散性の有機重合体を使用することができる。
【００１９】
アルコキシド溶液は、比較的不純物が少ないが、高価であるため、使用が制限される。一方、塩基性塩化アルミニウムやコロイダルシリカ、水溶性シリコーンなどは、不純物が多いが、安価であるために多く使用されている。
【００２０】
不純物の多い原料から不純物を除去する方法としては、イオン交換樹脂法がある。この方法によると、アルカリイオンや金属イオンなどが除去できる。この除去処理は、原料を混合する前でも、混合した後でも良い。
【００２１】
本発明のアルミナ繊維は、例えばアルコキシド溶液やイオン交換樹脂法を用いた原料を組合わせて製造できる。
【００２２】
本発明の無機繊維製品の一例は、ブランケットやブロックである。これらの製品の製造に際しては、使用するニードル針や無機長繊維ヤーン及び木綿糸などから不純物が混入しないように注意して使用することが好ましい。
【００２３】
本発明のアルミナ繊維に含有されている不純物は、ＮａとＫの合計が５００ｐｐｍ以下、Ｆｅが３００ｐｐｍ以下が好ましい。更に好ましくは、Ｃａが５０ｐｐｍ以下、Ｃｕが２ｐｐｍ以下、Ｎｉが４ｐｐｍ以下である。これらの値を越えると、結晶成長が進み、繊維が劣化して粉塵となって、被加熱物を汚染する。また、被加熱物やヒーターなどの炉内物との反応性が大きくなる。
【００２４】
ボードや練物などの無機繊維製品の製造に際して、使用するアルミナシリカ繊維、水、耐火粉末、バインダー（有機バインダーや無機バインダー）などは、不純物の混入について十分に注意を払って使用することが好ましい。特に、水、耐火粉末、バインダー（有機バインダーや無機バインダー）などは、繊維の表面や交点に凝集しやすいので、十分な注意が必要である。
【００２５】
例えば、アルミナシリカ繊維は、Ｎａが１５０ｐｐｍ以下、Ｆｅが１００ｐｐｍ以下、Ｃｕが１．５ｐｐｍ以下、Ｎｉが２ｐｐｍ以下であると、繊維の劣化が格段に防止できるので好ましい。
【００２６】
水は、イオン交換水或いは蒸留水を使用すると、無機繊維製品に含まれるＮａ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｋ、Ｍｇなどは減少するので、好ましい。
【００２７】
耐火粉末は、アルコキシドを原料とする高純度品やアルカリの含有量を抑えた低ソーダ品のアルミナ粉末やムライト粉末などが好ましい。
【００２８】
無機バインダーとしては、Ｎａ含有量の少ない低ソーダのコロイダルシリカ、アルミナゾル、或いは気相法で作られた高純度微粒シリカ（例えば商品名「アエロジル」）などを使用することが好ましい。これらは２種以上を混合して使用してもよい。
【００２９】
有機バインダーとしては、澱粉、アクリル、セルロース等を使用できる。これらを使用する場合も、アルカリや他の不純物の少ない高純度品が好ましい。
【００３０】
アルミナ繊維とアルミナシリカ繊維と耐火粉末と無機バインダーの配合構成は、次の重量比が好ましい。
【００３１】
アルミナ繊維とアルミナシリカ繊維は１００：０〜１００：１００であり、全繊維と耐火粉末は１００：０〜２０：８０であり、全繊維と耐火粉末の合計と無機バインダーは１００：０〜８０：２０である。
【００３２】
本発明の無機繊維製品に含有される不純物は、ＮａとＫの合計が５００ｐｐｍ以下、Ｆｅが３００ｐｐｍ以下、Ｃａが２００ｐｍ以下が好ましい。更に好ましくは、Ｃｕが２ｐｐｍ以下、Ｎｉが４ｐｐｍ以下である。これらの値を越えると、使用の際に発生する粉塵が多くなって、被加熱物を汚染する。また、炉内物との反応性も大きくなる。
【００３３】
アルミナシリカ繊維は、アルミナ及びシリカが共に４０〜６０重量％の非晶質繊維である。使用前に１０００℃〜１１００℃で加熱してムライト結晶を析出させておくと、耐熱性や耐久性が向上して好ましい。
【００３４】
繊維に含まれるショットは、落下して被加熱物を汚染するので、予め処理をしてショットを少なくするのが好ましい。
【００３５】
有機バインダーを除去するには、たとえば、８００℃ないし１６００℃で加熱すると良い。温度が８００℃未満であれば、長時間の加熱を要し、１６００℃を越えると、成形体の強度が低下する。
【００３６】
無機繊維製品には、例えばアルミナゾル、アルミニウムのアルコキシド溶液、コロイダルシリカとアルミナゾルの混合物、コロイダルシリカを塗布或いは含浸すると、更に粉塵を防止できて好ましい。
【００３７】
【実施例】
高純度アルミナ繊維の実施例（実施例１〜３）
塩基性塩化アルミニウム溶液（Ａｌ／Ｃｌ＝１．７，Ａｌ2 Ｏ3 固形分２３．５％）と、低ソーダのコロイダルシリカ（ＳｉＯ2 固形分２０．０％）と、これらの溶液をイオン交換樹脂法により高純度化した溶液と、乳酸（濃度５０％）とをそれぞれ所定量配合して混合した。この混合液を濃縮して、粘度を約２００ポイズに調整した。この液を既知の方法で繊維化し、１３５０℃で３０分間加熱してアルミナ繊維を得た。
【００３８】
塩基性塩化アルミニウム溶液、低ソーダのコロイダルシリカ、乳酸の不純物の分析値を表１に、アルミナ繊維の構成及び不純物の分析値を表２に、アルミナ繊維の特性を表３に示す。
【００３９】
【表１】
0003862045.tif 000002
【表２】
0003862045.tif 000003
【表３】
0003862045.tif 000004
特性値の試験方法を説明する。
【００４０】
収縮率は、アルミナ繊維と陽性澱粉と水を分散したスラリーから、厚さ２０ｍｍ，１００ｍｍ角の成形品を製作して、この成形品を加熱処理し、加熱前後の寸法変化を測定して算出した。
【００４１】
粉塵発生量は、アルミナ板の上に２０ｍｍ離して前述の成形品を置き、１６００℃−８時間の加熱を５回繰り返したときの、アルミナ板に落下した繊維の数を数えて算出した。
【００４２】
汚染反応性は、粉砕したアルミナ繊維０．３ｇを石英ガラス板の上の約３０ｍｍ角に置いて、１３００℃で６時間加熱し、石英ガラスの失透を観察して求めた。失透の程度により、無、微小、小、中、大の５段階にわけて評価した。
【００４３】
比較例１〜５
実施例１〜３と同様に製造した。但し、比較例１，２，３は、それぞれＣａ，Ｃｕ，Ｎｉを塩化物として少量添加した。
【００４４】
比較例１は、Ｃａが多い例である。比較例２は、Ｃｕが多い例である。比較例３は、Ｎｉが多い例である。比較例４及び５は、Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｃｕ，Ｎｉが多い例である。いずれの比較例１〜５も、収縮、粉塵発生量、汚染反応性が大きい。
【００４５】
実施例２と比較例４のアルミナ繊維を１６００℃で２４時間加熱した後、繊維の表面をＳＥＭにより観察した。その結果をそれぞれ図１と図２に示す。図１では、図２のものよりも結晶成長が抑制されているとともに、結晶が溶解し、ガラス状になっている部分も無い。
【００４６】
無機繊維製品の実施例（実施例４〜６）
実施例１または２のアルミナ繊維、ほぼアルミナ５３重量％でシリカ４７重量％のアルミナシリカ繊維およびアルミナ粉の所定量を水１００リットルに混合分散した。その後、陽性澱粉と低ソーダのコロイダルシリカをそれぞれ固形分で７０ｇ添加してスラリーを作り、真空成形法により厚さ２０ｍｍの無機繊維製品である成形品を製作した。
【００４７】
アルミナシリカ繊維及びアルミナ粉の不純物の分析値を表４に示す。成形品の構成と不純物の分析値を表５に示し、その特性値を表６に示す。
【００４８】
【表４】
0003862045.tif 000005
【表５】
0003862045.tif 000006
【表６】
0003862045.tif 000007
特性値の試験方法を説明する。
【００４９】
ヒーターとの反応性は、成形品の上に二珪化モリブデン（ＭｏＳｉＯ4 ）ヒーターを乗せて１５００℃−１２時間加熱した。反応の程度により、微小、小、中、大の４段階に分けて評価した。
【００５０】
たわみ量は、大きさ２０×７０×２００ｍｍの成形品を、スパン１２０ｍｍの上に置き、１６００℃−１２時間加熱して、最大たわみ量を測定した。
【００５１】
実施例４に使用したアルミナシリカ繊維については、１０００℃で１０分間加熱してムライトを析出させた。
【００５２】
実施例５については、成形品の表面に高純度のアルミナゾルを塗布した。
【００５３】
実施例６については、１５００℃で３時間加熱して、コロダイルシリカを反応させて、ムライトを生成させた。
【００５４】
比較例６〜１０
実施例４〜６と同様に比較例６〜１０を作成した。比較例６は、Ｃａが多い例である。比較例７は、Ｃｕが多い例である。比較例８は、Ｎｉが多い例である。比較例９及び１０は、Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｃａ，Ｎｉが多い例である。いずれの比較例６〜１０も、収縮、粉塵発生量、汚染反応性、ヒーターとの反応性、たわみ量が大きい。
【００５５】
【発明の効果】
本発明による高純度アルミナ繊維と、その高純度アルミナ繊維を用いた無機繊維製品は、加熱による繊維の結晶成長を抑制できて、耐熱性が向上する。さらに、繊維の粉化による粉塵の発生が極めて少なく、被加熱物との汚染反応性も少ない。この理由により、本発明の高純度アルミナ繊維と、その高純度アルミナ繊維を用いた無機繊維製品を使用すれば、被加熱物を汚染することがなく、被加熱物の品質向上と生産量の向上が顕著である。
【００５６】
さらに、本発明の無機繊維製品は変形が少なく、安定した断熱性能が得られる。
【００５７】
さらに、本発明の無機繊維製品は、電気炉に使用すると、ヒーターとの反応性が少なくて、ヒーターを長時間安定して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアルミナ繊維のＳＥＭ観察結果を示す図。
【図２】比較例のアルミナ繊維のＳＥＭ観察結果を示す図。
【図１】
0003862045.tif 000008
【図２】
0003862045.tif 000009