JP2001172031A

JP2001172031A - 軽量微小フィラーおよびそれを配合した成形体

Info

Publication number: JP2001172031A
Application number: JP35451199A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Tanaka; 正治田中; Hachiro Hirano; 八朗平野
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】表面平滑性の要求される複合成形体に適した軽
量で粒度分布がシャープな微小フィラーの提供。【解決手段】平均粒子径２０μｍ以下、最大粒子径５０
μｍ以下、粒子密度０．５ｇ／ｃｍ³以下、（ｄ₁₀−ｄ
₉₀）／ｄ₅₀で示す粒度勾配２．０以下の軽量微小フィラ
ー。ただし、ｄ₁₀、ｄ₅₀、ｄ₉₀は、レーザー散乱式粒度
測定装置で測定した体積基準篩上積算分布の値がそれぞ
れ１０％、５０％、９０％となる粒子径。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂、ゴムをはじ
めとして、セラミックス、低融点金属等様々な材料を基
材とし、これに配合して表面平滑な複合成形体を作製で
き、平均粒子径が極めて小さく、粒度分布がシャープ
で、かつ低密度という新規な物性を有する中空ガラス球
状体からなる軽量微小フィラーに関する。また、表面の
平滑性が要求される成形体、厚さが規制される成形体、
外観の美観が要求される成形体などの用途等に対して
も、極めて好適に使用できる軽量微小フィラーおよびそ
れを配合して得られた成形体に関する。

【０００２】

【従来の技術】微小中空ガラス球状体は、一般にガラス
マイクロバルーンと呼ばれ、従来の充填剤に比較して比
重が小さく、断熱性などの物性改良効果があるので、樹
脂、ゴム、セメント、セラミックス、低融点金属等様々
な基材に対するフィラーとして利用され、軽量化材用途
として自動車補修用のパテ類、船舶用浮力材、合成木
材、建材、人工大理石等のフィラーに、また断熱材用途
として塗料、建材、断熱テープ等のフィラーに、と様々
な用途に使用されている材料である。

【０００３】微小中空ガラス球状体およびその製造方法
が、例えば特公昭４９−３７５６５、特開昭５８−１５
６５５１、特公平４−３７０１７等に提案されている。
特開昭５８−１５６５５１には、ＳｉＯ₂、Ｈ₃ＢＯ₃、
ＣａＣＯ₃、Ｎａ₂ＣＯ₃、ＮＨ ₄Ｈ₂ＰＯ₄、Ｎａ₂ＳＯ₄な
どの原料を１０００℃以上の高温度で溶融して硫黄成分
を多含するガラスを形成させ、ついで、そのガラスを乾
式粉砕後、分級して得られたガラス微粉末を火炎中に分
散、滞留させることにより、硫黄成分を発泡剤成分とし
て発泡させ、ホウケイ酸塩系ガラス微小中空球状体を形
成する方法が記載されている。しかし、この方法により
得られる中空ガラス球状体の物性としては、粒子密度は
０．５０ｇ／ｃｍ³以下の水準であるが、平均粒子径は
５０μｍ前後と大きな球体である。

【０００４】また、特公平４−３７０１７には、シリカ
ゲルにガラス形成材料および発泡剤成分を担持させた微
粉末を炉中で焼成して、微小中空ガラス球状体を得る方
法が記載されているが、この球状体の物性としては、粒
子密度は０．３ｇ／ｃｍ³程度であり、またその平均粒
子径は７０μｍ程度である。

【０００５】このような製法で得られる中空ガラス球状
体においては、軽量化効果や断熱効果等を付与するに十
分な中空度は得られるものの、粒度に関しては平均粒子
径としては５０μｍ前後以上であり、また最大粒子径と
して１００μｍを超える粒子も含まれている。

【０００６】このために、自動車外装板用ＳＭＣ（シー
ト・モールディング・コンパウンド）や断熱塗料、調理
用器具または電子部品用のセラミック材料等の、表面の
平滑性を要求される用途に対しては、複合材料表面に突
起や粒子が露出し欠点の要因となるので、使用できない
という課題があった。

【０００７】また、表面平滑性を要求される用途ばかり
でなく、複合材料の厚さを規制される用途に対しても、
建築用の壁材、天板、床板等に広く利用されるアルミニ
ウム等の金属板材等の、外観の美観が重要視される用途
に対しても同様の課題があった。また、一般的に粒径分
布が広くなると各粒子の粒子密度にも分布が生じやす
く、相対的に粒子密度が低い大粒子においてはその粒子
強度が弱いため、熱可塑性樹脂用フィラー用途などにお
いては、混練などの加工工程で過大な応力を生じて破砕
しやすく、使用目的に対して、平滑性ばかりでなく十分
な軽量化効果や断熱効果も得られない課題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題を
解決し、軽量で断熱効果を付与するに十分な中空度と粒
径が細かくかつ粒径分布がシャープな粒度を有し、さら
にこれに加えて、例えば熱可塑性樹脂用フィラーなどと
して使用する際のコンパウンド製造時および射出成形時
に破砕し難い十分な強度を有し、成形品表面の高平滑性
や美観を要求される用途をはじめとして複合材料の厚さ
が規制される用途に対しても好適に使用される均質性の
高い中空ガラス球状体からなる軽量微小フィラーおよび
それを配合した平滑な表面を有する複合成形体の提供を
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、平均粒子径
（体積基準、以下同じ）が２０μｍ以下、最大粒子径が
５０μｍ以下、粒子密度が０．５ｇ／ｃｍ³以下であ
り、かつ次式で示す粒度勾配が２．０以下である中空ガ
ラス球状体からなる軽量微小フィラーを提供する。粒度勾配＝（ｄ₁₀−ｄ₉₀）／ｄ₅₀ ただし、上式において、ｄ₁₀、ｄ₅₀、ｄ₉₀は、レーザー
散乱式粒度測定装置を使用して測定した体積基準篩上積
算分布の値がそれぞれ１０％、５０％、９０％となる粒
子径である。さらに、本発明は、上記軽量微小フィラー
を５〜８０質量％配合してなる平滑な表面を有する成形
体を提供する。

【００１０】本発明において、中空ガラス球状体からな
る軽量微小フィラーの平均粒子径が２０μｍを超える場
合、最大粒子径が５０μｍを超える場合または粒度勾配
が２．０を超える場合には、自動車外装板用ＳＭＣなど
の複合樹脂材料用、複合ゴム材料用をはじめとして、塗
料用および電子部品用等のセラミック材料用等として使
用した際に表面の平滑性が損なわれ、建築用のアルミニ
ウム等の金属材料板用等に使用した場合には、外観の美
観が損なわれる。

【００１１】これらの観点から、上記範囲中好ましい平
均粒子径は１５μｍ以下、最大粒子径は３０μｍ以下、
粒度勾配は１．８以下である。一方、粒子密度が０．５
ｇ／ｃｍ³を超えると重くなりすぎ十分な軽量効果が得
られなくなるうえ、中空部分の容積の減少に伴って十分
な断熱効果が得られない。よって、好ましい粒子密度は
０．４ｇ／ｃｍ³以下である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の、このような特定された
中空ガラス球状体からなる微小フィラーは、以下の方法
により製造される。ガラス調合原料は、加熱によりガラ
ス化するものであり、一般には、互いに異なる複数の原
料が目標とするガラス組成になるような割合で調合され
る。ガラス原料としては、ケイ砂、シラス、真珠岩、松
脂岩、黒曜石、シリカゲル、ゼオライト、ベントナイ
ト、ソーダ灰、ホウ砂、ホウ酸、亜鉛華、石灰、リン酸
カルシウム、硫酸ナトリウム、アルミナ等が例示され
る。

【００１３】このガラス調合原料には発泡剤が含有され
る。発泡剤は、ガラス調合原料が加熱によりガラス化さ
れ球状になる際にガスを発生して、ガラス化した溶融ガ
ラスを中空体にする作用を有する。具体的には、ナトリ
ウム、カリウム、リチウム、カルシウム、マグネシウ
ム、バリウム、アルミニウムおよび亜鉛の硫酸塩、炭酸
塩、硝酸塩、酢酸塩、および原料に含まれる結晶水が例
示される。

【００１４】発泡剤の含有量をコントロールすることは
本発明の粒度および粒子密度を得るために極めて重要で
あり、例えば硫酸塩の場合、ガラス調合原料中のＳＯ₃
換算で１〜２０質量％となるように含有することが好ま
しい。１．０質量％以下になると、発泡が不十分で粒子
密度が０．５ｇ／ｃｍ³以上と大きくなり、目標とする
粒子密度が得られなくなるので好ましくない。また逆
に、２０質量％以上になると発泡ガス量が多すぎて粒子
内部に留まらずに外部に放出され、その結果中空粒子が
得られなくなるので好ましくない。

【００１５】こうしたガラス調合原料より得られるガラ
スとしては、ホウケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガ
ラス、ソーダ石灰ガラス、またはリン酸亜鉛ガラスが例
示される。ホウケイ酸塩ガラスは、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−
Ｎａ₂Ｏを主成分としたガラスであり、理化学機器用と
して使用され耐熱性に優れる。アルミノケイ酸塩ガラス
は、Ｎａ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂またはＣａＯ−Ａｌ₂
Ｏ₃−ＳｉＯ₂を主成分としたガラスであり、食器、電子
管、放電管用として通常使用されるものである。

【００１６】ソーダ石灰ガラスは、ＳｉＯ₂−ＣａＯ−
Ｎａ₂Ｏを主成分とし、板ガラス、瓶ガラスとして通常
使用されるものである。リン酸亜鉛ガラスは、Ｐ₂Ｏ₅−
ＺｎＯを主成分とし、低融点ガラスとして使用されるも
のである。なかでも、ホウケイ酸塩ガラスは、高強度で
アルカリ溶出度も低く、微小中空ガラス球状体の基材と
して好適である。さらに物性改良のため他の成分を添加
してもよい。

【００１７】こうしたガラス調合原料は湿式粉砕され
る。湿式粉砕に使用する液体としては可燃性液体、なか
でも噴霧燃焼時のスラリーの液体と同じものを使用する
と製造工程が簡略化されるので好ましい。湿式粉砕工程
における液体中のガラス調合原料の濃度は、噴霧時のス
ラリー中のガラス調合原料の濃度と同一になるように液
体の量を調整しておくと製造工程が簡略化されるので好
ましい。

【００１８】使用する湿式粉砕機は、ボールミルやビー
ズミルに代表される媒体撹拌型ミルがその微粉砕能力よ
り好ましいが、その他の湿式粉砕機も使用できる。粉砕
機材質よりのコンタミネーションは、微小中空ガラス球
状体の収率の低下を招くため、接液部の材質としては、
アルミナ、ジルコニア、アルミナ・ジルコニア複合セラ
ミックス等の磨耗の少ないもの又はガラス調合原料の一
部と同じ組成の材料を選定することが望ましい。

【００１９】湿式粉砕後のガラス調合原料の平均粒子径
は、目標とする平均粒子径および粒度勾配を有する微小
中空ガラス球状体を効率的に得ること、ならびに均一な
組成の微小中空ガラス球状体を得るという観点から２μ
ｍ以下であることが好ましい。

【００２０】このスラリーの分散および分散安定化のた
めに、分散剤、分散安定剤を添加してもよい。分散剤と
してはノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、
アニオン系界面活性剤、高分子系界面活性剤等を使用で
きるが、なかでも高分子アニオン系界面活性剤が特に好
ましく、例えばアクリル酸とアクリル酸エステルとの共
重合体であって酸価が５〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇ程度の
大きな酸価を有する酸含有アクリルオリゴマー等の酸含
有オリゴマー等が好ましい。このような高分子アニオン
系界面活性剤はスラリーの分散および分散安定化に寄与
する他に、スラリーの粘度を低く抑制できて好ましい。

【００２１】こうして得られたガラス調合原料がスラリ
ーとしての所定濃度になっていない場合は不足分の液体
を添加してガラス調合原料が所定濃度になるように調整
する。スラリー中のガラス調合原料の濃度は５〜５０質
量％が好ましく、さらに好ましくは１０〜４０質量％で
ある。スラリー中のガラス調合原料の濃度が５質量％未
満の場合はスラリーを形成する可燃性液体の原単位が上
昇するので好ましくない。逆に５０質量％を超えるとス
ラリーの粘度が上昇して取り扱いが不便になり、また噴
霧時の微粒液滴化にも支障をきたすので好ましくない。

【００２２】ついで、このスラリーを二流体ノズルを使
用したり、圧力を加えて噴霧して液滴とする。生成した
液滴にはガラス調合原料が含有される。この液滴の大き
さは、大きすぎると加熱による燃焼が不安定となった
り、大粒子が生成するので好ましくない。一方、小さす
ぎると得られるガラス組成が均一になりにくくなり、微
小中空ガラス球状体の収率が低下するので好ましくな
い。好ましい液滴の大きさは０．１〜７０μｍの範囲で
ある。

【００２３】液滴は、加熱されることにより、ガラス調
合原料が溶融されガラス化するとともにガラス中の発泡
成分がガス化し微小中空ガラス球状体が形成される。加
熱手段としては、燃焼、電気加熱、等あらゆるものが使
用できる。加熱温度は、ガラス調合原料のガラス化する
温度に依存する。具体的には、３００〜１５００℃の範
囲である。本発明においては、スラリーの液体成分が可
燃性液体であるので、これが燃焼して発熱しガラスの溶
融に寄与する。

【００２４】形成された微小中空ガラス球状体は、サイ
クロン、バグフィルタ、スクラバや充填塔等を用いた方
法により回収される。次に、回収粉体中の未発泡品を除
去し発泡品のみを、水による浮選法により回収する。低
密度の発泡品を選別する場合には、比重の軽いアルコー
ル等で浮選する方法が有効である。ついで、５０μｍ以
下の最大粒子径となるよう分級処理を行う。分級処理と
しては特に限定されないが、風力式分級機や篩い分け装
置等を用いるのが好ましい。

【００２５】上記方法により製造される微小中空ガラス
球状体は、レーザー散乱式粒度測定装置（日機装社製、
商品名マイクロトラックＨＲＡモデル９３２０−Ｘ１０
０、以下同じ）で測定した体積基準の平均粒子径が５０
μｍ以下、かつ粒度勾配が２．０以下であり、かつ乾式
自動密度計（島津製作所社製、商品名アキュピック１３
３０、以下に同じ）で測定した粒子密度が０．５ｇ／ｃ
ｍ³以下であり、軽量で断熱効果等を付与するに充分な
中空度を有し、さらには分級機により５０μｍ以上の粒
子径をもつものを除くことにより、表面の高平滑性を要
求される用途や複合材料の厚さが規制される用途に対し
ても極めて好適なものを集めることができる。

【００２６】さらに粒子強度についても、静水圧による
体積基準での１０％体積減少時の破壊強度は、粒子密度
０．５ｇ／ｃｍ³で５０ＭＰａ以上の水準を示し、例え
ば熱可塑性樹脂用フィラーとして使用する際のコンパウ
ンド製造時および射出成形時に破砕しない充分な強度を
有する。また粒子密度０．４ｇ／ｃｍ³では静水圧によ
る体積基準での１０％体積減少時の破壊強度は２０ＭＰ
ａ以上、さらに粒子密度０．３ｇ／ｃｍ³では静水圧に
よる体積基準での１０％体積減少時の破壊強度は５ＭＰ
ａ以上である。

【００２７】このようにして得られた本発明による中空
ガラス球状体からなるフィラーは、種々の材料を基材と
する平滑な表面を有する軽量の複合成形体のフィラーと
して最適である。特に、基材が樹脂またはゴムからなる
材料であると、それらの成形体の表面は、成形後特別の
処理を必要とすることのない平滑性を付与できる。

【００２８】すなわち、本発明のフィラーを配合するこ
とにより、表面粗さＲ_aが１０μｍ以下の平滑表面をも
つ成形体を容易に得ることができる。なお、本発明にお
いて、表面粗さＲ_aとは、ＪＩＳＢ０６０１に記載さ
れている中心線平均粗さＲ_aをいう。この表面粗さは、
セイコー電子社製、原子間力顕微鏡ＳＰＩ３７００型を
用いて測定した。

【００２９】従来、樹脂の軽量化を図る手段としては、
一般に（１）ポリマー自体を改質したり、またはポリマ
ーアロイの手法を用いる樹脂そのものの軽量化、（２）
樹脂の発泡、（３）軽量化フィラーの含有等があげられ
る。しかし、（１）の方法は最大でも約１０％程度の軽
量化が限界であり、（２）の方法は泡の樹脂中の分布や
大きさに不均一を生じやすく、製品の寸法精度ならびに
強度の維持が極めて難しい。このため、最も有効な手段
は軽量化フィラーを用いることである。

【００３０】この場合の樹脂としては、ポリエチレン、
ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹
脂、酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シ
リコーン樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミド
イミド、ポリカーボネート、メタクリル樹脂、アクリル
樹脂、テトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）やテト
ラフルオロエチレン−パーフルオロ（アルキルビニルエ
ーテル）共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン
−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチ
レン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等
のフッ素樹脂、ＡＢＳ樹脂、フェノール樹脂、メラミン
樹脂、ユリア樹脂、アリル樹脂が例示される。

【００３１】軽量化フィラーについては、いろいろな種
類があげられるが、有機微小中空体（樹脂バルーン）で
は、成形品製造時の耐熱性に限りがあり、軽量化しよう
とする樹脂の種類が限定されるため不適当である。ま
た、成形品が得られたとしても、実際の使用時に、変形
したりする可能性が高く好ましくない。その点、微小中
空ガラス球状体は、耐熱性の面でも、樹脂の溶融、成形
温度に容易に耐え得るので問題なく使用できる。

【００３２】さらに、本発明の微小中空ガラス球状体か
らなるフィラーは、平均粒子径が極めて小さく、粒度分
布がシャープであるため、自動車外装板用ＳＭＣや断熱
塗料等の樹脂成形品用などのフィラーとして配合した場
合に、表面が極めて平滑であり、配合した微小中空ガラ
ス球状体による突起の形成や粒子の露出等の欠点が全く
認められないので表面の美観を損なうことがなく、ま
た、欠点を起点とする汚れの発生や劣化の進行がないの
で極めて好ましい。

【００３３】また、平均粒径が極めて小さく、粒度分布
がシャープであるという粒度特性に起因して、例えば熱
可塑性樹脂用フィラーとして使用する場合でも、コンパ
ウンド製造時および射出成形時の微小中空ガラス球状体
粒子に大きな圧力がかかる際にも、破砕し難い十分な強
度を有するので、種々多様な樹脂マトリックスに対し、
本発明の微小中空ガラス球状体の配合が可能であり、配
合量に応じた軽量でかつ断熱効果を得ることができる。

【００３４】天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタ
ジエンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、ブチ
ルゴム等のゴム組成物の軽量化においても同様で、有機
微小中空体をゴムに配合した場合は、有機微小中空体の
耐熱性が低いために加硫温度下で軟化して中空球体の形
状を保持できなくなり、期待するほどの比重低減効果が
得られない問題がある。

【００３５】一方、低比重化したゴム組成物は一般にゴ
ム板に加工され、このゴム板を打抜きまたはカッター切
断などの方法で所望の形状に切断加工してから実用に供
されることが多いが、有機微小粉体を含有するゴム体は
切断加工を行う際の切断加工性が劣る欠点がある。その
点、微小中空ガラス球状体を配合した場合は、耐熱性が
あるので加硫温度にも容易に耐え、成形して得られるゴ
ム板を切断加工する際の切断抵抗が低いので切断加工性
が極めて良好である。

【００３６】さらに、本発明の微小中空ガラス球状体か
らなるフィラーについては、平均粒子径が極めて小さ
く、粒度分布がシャープであるため、ゴム板に加工され
た際に、表面が極めて平滑で欠点がないので、欠点を起
点とする汚れの発生や劣化の進行がなく、ゴム組成物の
引張り強さや伸び等の物性に対する影響が小さいので、
極めて好ましい。また、ゴム組成物と当該微小中空ガラ
ス球状体とを、例えばバンバリーミキサー等のインター
ナルミキサーを用いて混練しても、微小中空ガラス球状
体が破砕しづらいので、配合量に応じた軽量でかつ断熱
効果を得ることができる。

【００３７】また、樹脂やゴム以外を基材とする表面の
平滑性を要求される調理用器具または電子部品用のセラ
ミックス材料や外観の美観が要求されるアルミニウム等
の建材用金属板材の軽量化および断熱フィラーとして
も、本発明の微小中空ガラス球状体からなるフィラーは
極めて好適に使用できる。

【００３８】以上のように、本発明の中空ガラス球状体
からなる軽量でかつ断熱効果のあるフィラーは、樹脂、
ゴム、セラミックス、低融点金属等様々な材料を基材と
し、これに配合して使用できるが、配合量としては、基
材とフィラーの合計質量に占めるフィラーの割合が５〜
８０質量％となるよう配合することが好ましい。５質量
％未満では配合量が少なすぎて、十分な軽量化効果およ
び／または断熱効果が得られなくなるので好ましくな
い。一方８０質量％超になると、基材との混合が極めて
難しく、また成形性や表面平滑性に支障をきたすので好
ましくない。より好ましい基材とフィラーの合計質量に
占めるフィラーの配合割合は、１０〜７０質量％であ
る。

【００３９】このように、本発明の、平均粒子径が極め
て小さく、粒度分布がシャープで、かつ低密度という新
規な物性を有する中空ガラス球状体からなる軽量でかつ
断熱効果のあるフィラーは、自動車外装板用ＳＭＣ（シ
ート・モールディング・コンパウンド）や断熱塗料用等
の樹脂成形品用のフィラーとして使用した場合に、極め
て平滑な樹脂の成形体の表面や塗装面が得られる。

【００４０】また、調理用器具または電子部品用のセラ
ミック材料等のフィラーとして使用した場合にも、極め
て平滑な複合体表面が得られる。更に、建築用の壁材、
天板、床板等に広く利用されるアルミニウム等の金属板
材等のフィラーとして使用した場合に、欠点のない極め
て良好な外観が得られる。

【００４１】本発明の、平均粒子径が極めて小さく、粒
度分布がシャープで、かつ低密度という新規な物性を有
する中空ガラス球状体からなる軽量でかつ断熱効果のあ
るフィラーは、上記用途に限定されず、セメント、モル
タル、陶器、粘土、合成木材、合金および塗料等の軽量
化および／または断熱フィラーとしても好適に使用でき
る。

【００４２】また本発明の中空ガラス球状体からなる軽
量化および／または断熱フィラーが有する機能として
は、軽量化効果および断熱効果のみに限定されず、耐熱
効果、低誘電率化効果、遮音効果、光散乱効果、寸法安
定性、耐衝撃性等の様々な機能も有するので、使用目的
に応じて種々の複合効果を発揮できる。

【００４３】

【実施例】［例１（実施例）］天然ゴム６７質量部およ
びスチレン−ブタジエン共重合体ゴム３３質量部の計１
００質量部に対し、酸化亜鉛２質量部、ワックス１質量
部、カーボンブラック２０質量部およびアロマ油１５質
量部を配合して、ゴム組成物（以下、ベースゴム組成物
という）を調製した。また、乾式自動密度計で測定した
ベースゴム組成物の密度は１．０３２ｇ／ｃｍ³であっ
た。

【００４４】このベースゴム組成物に配合する微小中空
ガラス球状体は、以下の方法で調製した。二酸化ケイ素
１７．５ｇ、炭酸カルシウム４．５ｇ、ホウ砂７．８
ｇ、第二リン酸カルシウム１．０ｇ、硫酸ナトリウム
０．６ｇ、炭酸カリウム０．４ｇ、分散剤（花王社製、
商品名ホモゲノールＬ−１８２０）１．６ｇを混合しガ
ラス調合原料を作成し、これをボールミルを使用して湿
式粉砕しガラス調合原料のスラリーを得た。

【００４５】使用したボールミルは内容積５００ｃｍ³
の卓上式ボールミルで、ボールは１０〜１５ｍｍφのア
ルミナ製のものを約２５０ｃｍ³程度入れ使用した。そ
の中に、前記ガラス調合原料と灯油１５０ｇを入れ、１
００ｒｐｍにて８時間湿式粉砕しガラス調合原料のスラ
リーを得た。

【００４６】得られたガラス調合原料のスラリーを二流
体ノズルにて噴霧させ、火炎を近づけることで着火し噴
霧燃焼を行い、ガラス化とともに微小中空ガラス球状体
を製造した。得られた微小中空ガラス球状体は、バグフ
ィルタにて回収後、水に混合し遠心分離することで水浮
上品のみをスラリーとして回収し、これを減圧濾過器で
固形物を分離した後１２０℃で静置乾燥して、水浮上粒
子を得た。水浮上粒子の形状を走査型電子顕微鏡で観察
したところ、いずれも真球状であった。

【００４７】つぎに、該水浮上粒子をポリエステル製２
４μｍの網をセットしたターボスクリーナー（ターボ工
業社製、型式ＴＳ１２５×２００）で分級し、篩下品を
回収した。篩下品の粒度をレーザー散乱式粒度測定装置
で測定したところ、平均粒子径（ｄ₅₀）は１０．５μｍ
であり、体積基準篩上積算分布において、ｄ₁₀は１７．
８μｍであり、ｄ₉₀は７．１μｍで、粒度勾配は１．０
２であった。また同じ乾式自動密度計で測定した粒子密
度は０．３８ｇ／ｃｍ³であった。また、最大粒子径は
１２μｍであった。

【００４８】さらに、静水圧による体積基準での１０％
体積減少時の破壊強度は４０ＭＰａであった。前述の操
作で得られた平均粒子径１０．５μｍの微小中空ガラス
球状体は、Ｘ線回折測定の結果、ガラス質であることが
確認された。

【００４９】この微小中空ガラス球状体を、ベースゴム
組成物１００質量部に対し１２０質量部の割合で添加
し、これを７０〜１３０℃の温度条件でミキサーを使用
して４分間混練し、低密度ゴム組成物を調製した。得ら
れた低密度ゴムの密度をベースゴム組成物と同様の方法
で測定したところ、密度は０．５８ｇ／ｃｍ³と著しい
軽量化効果が認められた。また、この値は理論値（０．
５３ｇ／ｃｍ³）とも大差のない結果であった。

【００５０】また、平滑性を評価することを目的とし
て、この複合ゴム組成物を成形して厚さ３ｍｍのテスト
ピースを作成し、その表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）で観察したところ、表面は極めて平滑であり、凹凸
や微小中空ガラス球状体の露出等は全く認められなかっ
た。さらに、セイコー電子社製、原子間力顕微鏡ＳＰＩ
１３００型を使用し、ＪＩＳＢ０６０１に準拠して表
面粗さＲ_aを測定したところ、３．５μｍであった。

【００５１】［例２（比較例）］平均粒子径が５０μ
ｍ、体積基準篩上積算分布において、ｄ₁₀は９６μｍ、
ｄ ₉₀は２８μｍで、粒度勾配は１．３６であり、また例
１で使用した乾式自動密度計で測定した粒子密度は０．
３７ｇ／ｃｍ³の微小中空ガラス球状体を使用した以外
は、例１と同様のベースゴム組成物を使用し、同様の配
合比率として低密度ゴム組成物を調製した。

【００５２】得られた低密度ゴムの密度を測定したとこ
ろ、密度は０．７１ｇ／ｃｍ³と理論値（０．５２ｇ／
ｃｍ³）に比して著しく高い結果となった。この原因に
ついては、微小中空ガラス球状体粒子の一部が破砕した
ためと判断されるが、ガラスの密度が２．４ｇ／ｃｍ³
であることから、当該微小中空ガラス球状体粒子の、累
積粒度分布で平均粒子径が約５５μｍ以上に相当する、
約４０質量％程度が破砕したものと推定される。なお、
比較のため、例１と同様にテストピースを作成し、その
表面平滑度を測定したところ１９．７μｍであった。

【００５３】［例３（実施例）］密度０．９１ｇ／ｃｍ
³のポリプロピレンに、微小中空ガラス球状体を添加し
て、低密度ポリプロピレンを調製した。このポリプロピ
レンに配合する微小中空ガラス球状体は、以下の方法で
調製した。二酸化ケイ素８５．０ｇ、炭酸カルシウム２
２．５ｇ、ホウ酸１８．２ｇ、第二リン酸カルシウム
５．０ｇ、炭酸リチウム２．０ｇ、硫酸ナトリウム６．
７ｇ、ホウ砂１４．２ｇ、分散剤（花王社製、商品名ホ
モゲノールＬ−１８２０）７．７ｇを灯油６００ｇ中に
混合した後、媒体撹拌ミルを使用して湿式粉砕すること
でガラス調合原料のスラリーを得た。

【００５４】使用したミルは、内容積１４００ｃｍ³で
あり、材質はジルコニア製のものを使用した。ビーズは
平均径０．６５ｍｍφのジルコニア製のものを１１２０
ｃｍ ³入れて使用した。運転条件は回転数を２５００ｒ
ｐｍとし、３０分間湿式粉砕した。

【００５５】得られたガラス調合原料のスラリーを例１
と同様に二流体ノズルにて噴霧し、火炎を近づけること
で着火し噴霧燃焼を行い、中空ガラス球状体を製造し
た。中空ガラス球状体はバグフィルタにて回収後、水に
混合し水浮上品を遠心分離することで水浮上品のみをス
ラリーとして回収し、これを減圧濾過器で固形物を分離
した後１２０℃で静置乾燥して、水浮上粒子を得た。水
浮上粒子の形状を走査型電子顕微鏡で観察したところ、
いずれも真球状であった。

【００５６】次に、該水浮上粒子を例１で使用したター
ボスクリーナーで分級し、篩下品を回収した。篩下品の
粒度を、例１で使用したレーザー散乱式粒度測定装置で
測定したところ、平均粒径は１７．３μｍであり、体積
基準篩上積算分布において、ｄ₁₀は２９．８μｍであ
り、ｄ₉₀は１０．３μｍで粒度勾配は１．１２７であっ
た。また例１で使用した乾式自動密度計で測定した水浮
上品の粒子密度は０．３７ｇ／ｃｍ³であった。

【００５７】さらに、前述の操作で得られた平均粒子径
１７．３μｍの微小中空ガラス球状体は、Ｘ線回折測定
の結果、ガラス質であることが確認された。ポリプロピ
レン樹脂１００質量部に、微小中空ガラス球状体を３０
質量部添加し、約２００℃の温度条件下で押出機にて混
練し、押出成形して、低密度ポリプロピレン樹脂を調製
した。得られた低密度ポリプロピレン樹脂の密度を同じ
乾式自動密度計で測定したところ、密度は０．６９ｇ／
ｃｍ³と著しい軽量化効果が認められた。また、この値
は理論値（０．６８ｇ／ｃｍ³）とも大差のない結果で
あった。

【００５８】また当該低密度ポリプロピレン樹脂の断熱
性を評価することを目的に、熱伝導率を測定したとこ
ろ、ポリプロピレン樹脂単独の場合０．１９Ｗ／ｍ・
℃、微小中空ガラス球状体を配合した低密度ポリエチレ
ン樹脂については０．０９Ｗ／ｍ・℃と著しい断熱効果
が認められた。

【００５９】また、この低密度ポリプロピレン樹脂を射
出成形して、厚さ３ｍｍのテストピースを作成し、その
表面をＳＥＭで観察したところ、表面は極めて平滑であ
り、凹凸や微小中空ガラス球状体の露出は全く認められ
なかった。さらに表面粗さＲ _aを測定したところ、５．
８であった。

【００６０】［例４（比較例）］平均粒径が２３．６μ
ｍ、体積基準篩上積算分布において、ｄ₁₀が６３μｍ、
ｄ₉₀が８．２μｍで粒度勾配は２．３２であり、また例
１で使用した乾式自動密度計で測定した粒子密度が０．
３４ｇ／ｃｍ³の中空ガラス球状体を使用した以外は、
例３と同様のポリプロピレン樹脂を使用し、同様の配合
比率として低密度ポリプロピレン樹脂を調製した。

【００６１】得られた低密度ポリプロピレン樹脂の密度
を同じ乾式自動密度計で測定したところ、密度は０．７
１ｇ／ｃｍ³と理論値（０．６６ｇ／ｃｍ³）に比して高
い結果となった。この原因については、微小中空ガラス
球状体粒子の一部が破砕したためと判断されるが、ガラ
スの密度が２．４ｇ／ｃｍ³であることから、当該微小
中空ガラス球状体粒子の、累積粒度分布で平均粒子径が
約５０μｍ以上に相当する、約２０％程度が破砕したも
のと推定される。

【００６２】また当該低密度ポリプロピレン樹脂を射出
成形してテストピースを作成し、その表面を走査型電子
顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、表面には凹凸が多
く、一部には中空ガラス球状体およびその破砕片が露出
しているのが認められた。

【００６３】

【発明の効果】本発明による軽量微小フィラーは平均粒
子径が極めて小さく、粒度分布がシャープで、かつ低密
度という新規な物性を有する中空ガラス球状体からな
り、マトリックスに対する配合量に応じて、極めて効率
的に軽量で断熱効果を発現できる。

【００６４】また、軽量および／または断熱効果に加え
て、このフィラーを配合することにより成形体は極めて
平滑な表面を持つものが得られるため、表面の平滑性が
要求される製品、例えば樹脂射出成形品やＳＭＣ成形品
などの樹脂成形品やゴム成形品を容易に得ることができ
る。また、厚さが規制される用途や外観の美観が要求さ
れる用途等に対しても、極めて好適な軽量かつ断熱性の
あるフィラーであり、その適用範囲は広く工業的な価値
は大きい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒子径（体積基準）が２０μｍ以下、
最大粒子径が５０μｍ以下、粒子密度が０．５ｇ／ｃｍ
³以下であり、かつ次式で示す粒度勾配が２．０以下で
ある中空ガラス球状体からなる軽量微小フィラー。粒度勾配＝（ｄ₁₀−ｄ₉₀）／ｄ₅₀ ただし、上式において、ｄ₁₀、ｄ₅₀、ｄ₉₀は、レーザー
散乱式粒度測定装置を使用して測定した体積基準篩上積
算分布の値がそれぞれ１０％、５０％、９０％となる粒
子径である。
【請求項２】請求項１記載のフィラーを５〜８０質量％
配合してなる平滑な表面を有する成形体。
【請求項３】表面の平滑度が、表面粗さＲ_aとして１０
μｍ以下である請求項２記載の成形体。