JP2009280425A - 無アルカリガラスのリサイクル方法およびそれにより得られるガラス材料 - Google Patents

Abstract

【課題】不要となり回収された無アルカリガラスの溶融温度を低下させ、溶融加工性を改善することにより、ガラス製品へのリサイクルを容易にすることができる、無アルカリガラスのリサイクル方法を提供する。
【解決手段】無アルカリガラスを破砕する破砕工程と、バッチ原料と混合することにより破砕された無アルカリガラスにＮａ₂Ｏを添加する調合工程と、破砕された無アルカリガラスとバッチ原料との混合物を加熱溶融する溶融工程とを含む無アルカリガラスのリサイクル方法、ならびに、上記リサイクル方法によりリサイクルされたガラス材料。
【選択図】図１

Description

この発明は、一般的には、無アルカリガラスのリサイクル方法に関し、より特定的には、液晶パネルに使用される無アルカリガラスのリサイクル方法に関する。また、本発明は上記リサイクル方法により得られるガラス材料に関する。

近年、液晶パネルを用いた液晶テレビなどの家電製品、パソコン、携帯端末などの製品が急速に普及している。ここで、上述した液晶パネルとは、貼り合せた２枚のガラス基板の内側に液晶材料を注入、封入し、各ガラス基板の外側に偏光板（樹脂）を貼り付けたものを指す。液晶パネルを用いた製品の普及に伴い、液晶パネルの廃棄物（廃液晶パネル）の数量も急激に増加しているが、環境との共存が期待される循環型社会の形成の中、廃液晶パネルについてもリサイクルし資源を有効に利用することが要望されている。

現在、家電製品や情報機器などの廃棄物に含まれる液晶表示装置や液晶パネルは、廃棄物の量としては少ないこともあって、廃棄物の処理施設にて製品ごとに破砕された後、プラスチックを多量に含むシュレッダーダストと共に、埋め立て処理あるいは焼却処理されている。

液晶パネルの製造工場から排出される不良の廃液晶パネル、ならびに、家電製品、情報機器などの廃棄物に含まれる液晶表示装置、液晶パネルの処理方法として、液晶パネルの製造工場や廃棄物の処理施設にて製品ごと破砕後、非鉄精錬炉に投入し珪石の代替材料として処理する方法が一部で実施されている（たとえば、特開２０００−８４５３１号公報（特許文献１）を参照。）。

また液晶パネルに用いられているガラスを回収する方法として、たとえば、特開２００５−２９２３９４号公報（特許文献２）には、塩酸、硫酸、硝酸、フッ化水素酸などの強酸溶液を用いてガラス表面に付着している金属薄膜などの無機成分を除去する方法が提案されている。
特開２０００−８４５３１号公報 特開２００５−２９２３９４号公報

液晶パネルは、省電力・省資源に貢献できる表示装置であるので、今後、高度情報化社会の進展に伴って、急激に生産量が増大するとともに、その表示面積も大型化することが予測され、これに伴って、今後、廃液晶パネルも、数・量ともに急激に増大すると予想される。したがって、液晶パネルの重量の大半を占めるガラスについても、廃棄物の低減と資源を大切にする観点から、再生利用することが好ましい。

しかしながら特許文献１に開示された方法では、液晶パネルのガラスはスラグとなりセメント材料として再利用することを意図しているため、ガラス自体として再生利用することはできない。

回収された液晶パネルガラスをガラス自体として再生利用する際に課題となるのは、回収された液晶パネルガラスに付着している不純物を除去することと、回収した液晶パネルガラスのガラス製品としての用途開発である。

前者の液晶パネルガラスに付着している不純物を除去する方法は、例えば、特許文献２に開示された方法のように、強酸溶液を用いて金属薄膜などの不純物成分を除去する方法などが提案されているが、後者の液晶パネルガラスを再生利用したガラス製品用途は、ほとんど開示されておらず、技術的に確立されていないのが現状である。

液晶パネルガラスには、無アルカリガラスと呼ばれるガラスが通常用いられており、この無アルカリガラスの主成分はＳｉＯ₂：５０重量％以上、Ａｌ₂Ｏ₃：１０〜２０重量％、Ｂ₂Ｏ₃：５〜２０重量％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＺｎＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：５〜２０重量％である。これに対し、ソーダライムガラスは、典型的な一例の組成のものでＳｉＯ₂：７５重量％、Ｎａ₂Ｏ：１５重量％、ＣａＯ：１０重量％である。このように無アルカリガラスは、ソーダライムガラスに含まれているＮａ₂Ｏなどのアルカリ金属酸化物が含まれていないのが特徴的である。ガラス中のアルカリ金属酸化物は、網目修飾酸化物として働き、ガラスの網目構造の中に入り込み、ガラスの溶融温度低下、融液粘度の低下といった効果をもたらす。したがって、アルカリ金属酸化物の含まれていない無アルカリガラスは、ソーダライムガラスと比べて、溶融温度が高く、粘度が大きいため加熱時の溶融加工性が悪化する。すなわち、溶融加工のため同等の粘度を得ようとした場合に、無アルカリガラスの方が、ソーダライムガラスより高温に加熱する必要が生じる。

そのため、一般的に使用されるソーダライムガラスの設備で、再生利用のための無アルカリガラスの溶融加工を行うことは、加熱設備の性能、設備全般の耐熱性などの点で非常に困難である。また溶融温度の高い無アルカリガラスを、通常はソーダライムガラスを原料として使用する建築用窓ガラス、ガラス繊維、食器ガラスなどの汎用的な製品へ使用することは、エネルギー消費の観点からも不利となる。したがって無アルカリガラスは、ソーダライムガラスが使用される汎用的な建築用窓ガラス、ガラス繊維、食器ガラスなどに再生利用ができていないのが実情である。資源有効利用のため、不要となった液晶パネルから回収された無アルカリガラスの溶融加工性を改善し、用途を広げることが望まれている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは不要となり回収された無アルカリガラスの溶融温度を低下させ、溶融加工性を改善することにより、ガラス製品へのリサイクルを容易にすることができる、無アルカリガラスのリサイクル方法を提供することである。

また、本発明の別の課題は、不要となり回収された無アルカリガラスをリサイクルしれ得られるガラス製品への転用が容易なガラス材料を提供することである。

本発明の無アルカリガラスのリサイクル方法は、無アルカリガラスを破砕する破砕工程と、バッチ原料と混合することにより破砕された無アルカリガラスにＮａ₂Ｏを添加する調合工程と、破砕された無アルカリガラスとバッチ原料との混合物を加熱溶融する溶融工程とを含むことを特徴とする。

本発明の無アルカリガラスのリサイクル方法は、破砕工程において、無アルカリガラスを５〜１５ｍｍのサイズに破砕することが、好ましい。

本発明の無アルカリガラスのリサイクル方法における調合工程で用いるバッチ原料が、炭酸ナトリウムを含むことが好ましい。この場合、バッチ原料は、硅砂と、ソーダ灰と、ホウ砂を含むか、または、不要となったソーダライムガラスを含むことが好ましい。

本発明における無アルカリガラスは、液晶パネルガラスであることが好ましい。
本発明はまた、上述した本発明のリサイクル方法により得られたガラス材料をも提供する。

本発明の無アルカリガラスのリサイクル方法によれば、不要となった液晶パネルなどから回収された無アルカリガラスを容易に溶融加工でき、多様な用途へと有効に利用することが可能となる。

また本発明は、ガラス材料をも提供することができる。このような本発明の方法によりリサイクルされたガラス材料は多様な用途へと有効に利用することが可能である。

＜無アルカリガラスのリサイクル方法＞
図１は、本発明の無アルカリガラスのリサイクル方法の好ましい一例を示すフローチャートである。本発明の無アルカリガラスのリサイクル方法は、無アルカリガラスを破砕する破砕工程（ステップＳ１）と、バッチ原料と混合することにより破砕された無アルカリガラスにＮａ₂Ｏを添加する調合工程（ステップＳ２）と、破砕された無アルカリガラスとバッチ原料との混合物を加熱溶融する溶融工程（ステップＳ３）とを基本的に含む。本発明の無アルカリガラスのリサイクル方法によれば、無アルカリガラスの加熱時の溶融加工を容易にし、無アルカリガラスのリサイクル性を向上させることができる。

〔１〕破砕工程
本発明の無アルカリガラスのリサイクル方法では、まず、不要となった液晶パネルなどから回収された無アルカリガラスを破砕し、無アルカリガラスの破砕物（無アルカリガラスカレット）を得る（ステップＳ１）。無アルカリガラスの破砕には、市販の各種方式の破砕機を使用することができる。破砕機の種類は特に制限されるものではないが、塵の発生が少なく容易に破砕することができ、環境に悪影響を及ぼさず、かつ、ランニングコストが安価であるなどの観点から、二軸剪断方式の破砕機がより好ましい。

破砕のサイズは、５〜２０ｍｍが好ましく、５〜１５ｍｍがより好ましい。破砕サイズが５ｍｍより小さな場合は、破砕した微粉の表面積が大きくなり、表面に吸着する空気の量が増大するので、後述の溶融工程で気泡がガラス内部に残りやすくなるおそれがある。また、破砕サイズが２０ｍｍより大きな場合は、後述の溶融工程で、バッチ原料と混ざりにくくなるおそれがある。特に、破砕のサイズを５〜１５ｍｍとすることで、泡が残りにくく、バッチ原料と混ざりやすいというような利点がある。

なお、液晶パネルなどから回収された無アルカリガラスには、通常、カラーフィルタに使用される有機物薄膜、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に使用される金属薄膜および無機物薄膜などの不純物が付着している。このような不純物は、たとえばサンドブラスト、回転研磨などの従来公知の機械的手法、ならびに、たとえば酸性溶液、有機溶媒によるエッチングなどの従来公知の化学的手法を適宜組み合わせることで、除去することができる。

〔２〕調合工程
次に、破砕工程で得られた無アルカリガラスカレットをバッチ原料と混合し、無アルカリガラスカレットにＮａ₂Ｏを添加する（ステップＳ２）。これにより、無アルカリガラスカレットに網目修飾酸化物として働くＮａ₂Ｏを添加し、溶融温度の低下、融液粘度の低下といった効果を得ることができる。バッチ原料は、炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）を含むことが好ましい。炭酸ナトリウムを用いることにより、後述の溶融工程で無アルカリガラスカレットをバッチ原料の混合物を加熱したときに炭酸ガスが発生し、ガスによる攪拌効果が得られる。

バッチ原料が炭酸ナトリウムを含む場合、バッチ原料は、硅砂（主成分：ＳｉＯ₂）、ソーダ灰（主成分：Ｎａ₂ＣＯ₃）、ホウ砂（主成分：Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇・１０Ｈ₂Ｏ）を含むことがより好ましい。このような硅砂、ソーダ灰およびホウ砂を含むバッチ原料を用いることで、ホウ砂に起因して網目形成酸化物であるＢ₂Ｏ₃を無アルカリガラスカレットに添加することができ、熱膨張係数を増大させずに溶融温度を低下するという利点がある。

またバッチ原料が炭酸ナトリウムを含む場合、バッチ原料として不要となったソーダライムガラスを利用して、無アルカリガラスカレットにＮａ₂Ｏを添加することも可能である。不要となったソーダライムガラスを利用することで、資源の有効利用ならびに溶融に要する熱量を低減することができ省エネに貢献できる。

さらに、ホウケイ酸ガラスなどの粉砕物を混合して作製したＳｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃を主成分とする混合物をバッチ原料として用いてもよい。

バッチ原料は、無アルカリガラスカレットとバッチ原料との混合による調合後の混合物中におけるＮａ₂Ｏが好ましくは１０〜２５重量％、より好ましくは１５〜２０重量％となるような組成のものを用いることが好ましい。ここで、無アルカリガラスカレットとバッチ原料との混合による調合後の混合物中におけるＮａ₂Ｏが１０重量％未満である場合には、溶融温度が高く、粘度が大きいため溶融加工性が悪く、また、２５重量％を超える場合には、汎用的なソーダライムガラスと比較し、溶融温度が低いため粘度が小さく、かつ、熱膨張係数が大きいという弊害が生じる。より具体的には、バッチ原料は、ＳｉＯ₂：２０〜６０重量％、Ｎａ₂Ｏ：４０〜８０重量％、Ｂ₂Ｏ₃：０〜１０重量％となるように硅砂（主成分：ＳｉＯ₂）、ソーダ灰（主成分：Ｎａ₂ＣＯ₃）、ホウ砂（主成分：Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇・１０Ｈ₂Ｏ）を混合したものを用いることが好ましい。

調合は、無アルカリガラスカレットに対して、バッチ原料２０〜４０重量％を添加することが好ましい。バッチ原料が、２０重量％より少ない場合、上述した組成が充分に調整できないおそれがある。また、バッチ原料から生じる二酸化炭素などのガスが少なくなり、撹拌などの効果が得られないおそれがある。一方、バッチ原料が４０重量％より多いと、無アルカリガラスカレットの割合が小さくなり、無アルカリガラスカレットの消費量が少なく、回収した無アルカリガラスの再生利用といった目的に対して不利となる。

〔３〕溶融工程
次に、無アルカリガラスカレットとバッチ原料との混合物を加熱溶融する（ステップＳ３）。加熱溶融することにより、均一な組成のガラス原料を得ることができる。溶融したガラス原料は、そのまま溶融加工し、板ガラスやガラス繊維、食器、容器類などに加工し、利用することができる。

溶融は、粘度るつぼなどに無アルカリガラスカレットとバッチ原料との混合物を入れ、電気炉などで加熱することによって行う。溶融温度は、１２００℃以上が好ましく、溶融時間は、３０分以上が好ましい。

＜本発明の無アルカリガラスのリサイクル方法により得られるガラス材料＞
本発明はまた、上述した本発明の無アルカリガラスのリサイクル方法により得られたガラス材料をも提供する。本発明のリサイクル方法により得られるガラス材料は、上述したように、必要に応じて、破砕、Ｎａ₂Ｏとの調合、溶融などを行い、ガラス材料としてリサイクルできる。得られるガラス材料は、ソーダライムガラスと同等の溶融温度をもつため、ソーダライムガラスを原料として使用する建築用窓ガラス、ガラス繊維、食器ガラスなどの汎用的な製品へ再生利用することが可能である。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
不要となった液晶テレビから無アルカリガラスを回収した。無アルカリガラスに付着していた不純物は、予め機械的手法および化学的手法を使用して取り除いた。回収した無アルカリガラスを、２軸せん断方式の破砕機を使用し、８〜１２ｍｍに破砕した（破砕工程）。このとき、破砕したガラスは、１２ｍｍメッシュの篩と８ｍｍメッシュの篩を使用し、８〜１２ｍｍの範囲にあるサイズの無アルカリガラスカレットだけを回収した。

得られた無アルカリガラスカレットに、ＳｉＯ₂：３０重量％、Ｎａ₂Ｏ：６５重量％、Ｂ₂Ｏ₃：５重量％の組成のバッチ原料を混合した（調合工程）。バッチ原料を３０重量％、無アルカリガラスカレットを７０重量％の割合で混合した。調合後の混合物中のＮａ₂Ｏは、１９．５重量％であった。

得られた無アルカリガラスカレットとバッチ原料の混合物を粘度るつぼに入れ、電気炉で加熱した（溶融工程）。加熱温度は、１３５０℃、加熱時間は３０分とした。得られたリサイクルガラスの熱特性を測定した結果、ガラス転移点は５６０℃、屈服点は６１０℃であり、ソーダライムガラスと非常に近い値となった。

＜実施例２＞
不要となった液晶テレビから無アルカリガラスを回収した。無アルカリガラスに付着していた不純物は、予め機械的手法および化学的手法を使用して取り除いた。回収した無アルカリガラスを、２軸せん断方式の破砕機を使用し、８〜１２ｍｍに破砕した。この時、破砕したガラスは、１２ｍｍメッシュの篩と８ｍｍメッシュの篩を使用し、８〜１２ｍｍの範囲にあるサイズの無アルカリガラスカレットだけを回収した。

得られた無アルカリガラスカレットに、ＳｉＯ₂：５５重量％、Ｎａ₂Ｏ：４０重量％、Ｂ₂Ｏ₃：５重量％の組成のバッチ原料を混合した。バッチ原料は２０重量％、無アルカリガラスカレットは８０重量％の割合で混合した。この混合物のＮａ₂Ｏは、８重量％であり、実施例１に比べ少ない。

得られた無アルカリガラスカレットとバッチ原料の混合物を粘度るつぼに入れ、電気炉で加熱した。加熱温度は、１３５０℃、加熱時間は３０分とした。得られたリサイクルガラスの、熱特性を測定した結果、ガラス転移点は６４０℃、屈服点は６８３℃であり、ソーダライムガラスより１００℃近く高い値となった。

＜比較例１＞
不要となった液晶テレビから無アルカリガラスを回収した。無アルカリガラスに付着していた不純物は、予め機械的手法および化学的手法を使用して取り除いた。回収した無アルカリガラスを、２軸せん断方式の破砕機を使用し、８〜１２ｍｍに破砕した。この時、破砕したガラスは、１２ｍｍメッシュの篩と８ｍｍメッシュの篩を使用し、８〜１２ｍｍの範囲にあるサイズの無アルカリガラスカレットだけを回収した。

得られた無アルカリガラスカレットを粘度るつぼに入れ、電気炉で加熱した。加熱温度は、１４５０℃、加熱時間は３０分とした。得られたリサイクルガラスの、熱特性を測定した結果、ガラス転移点は７１５℃、屈服点は８００℃以上であり、ソーダライムガラスと比較し、かなり高温となり、加熱時の溶融加工性が悪化した。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明によれば、不要となった液晶パネルから回収した無アルカリガラスの埋立地への投棄量を極力抑え、資源を有効に利用することのできる無アルカリガラスのリサイクル方法を提供することができる。

本発明の無アルカリガラスのリサイクル方法の好ましい一例を示すフローチャートである。

Claims (7)

1. 無アルカリガラスを破砕する破砕工程と、
   バッチ原料と混合することにより破砕された無アルカリガラスにＮａ₂Ｏを添加する調合工程と、
   破砕された無アルカリガラスとバッチ原料との混合物を加熱溶融する溶融工程とを含む、無アルカリガラスのリサイクル方法。
2. 前記破砕工程において、無アルカリガラスを５〜１５ｍｍのサイズに破砕することを特徴とする請求項１に記載の無アルカリガラスのリサイクル方法。
3. 前記調合工程で用いるバッチ原料が、炭酸ナトリウムを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の無アルカリガラスのリサイクル方法。
4. 前記調合工程で用いるバッチ原料が、硅砂と、ソーダ灰と、ホウ砂を含むことを特徴とする請求項３に記載の無アルカリガラスのリサイクル方法。
5. 前記調合工程で用いるバッチ原料が、不要となったソーダライムガラスを含むことを特徴とする請求項３に記載の無アルカリガラスのリサイクル方法。
6. 無アルカリガラスが液晶パネルガラスである、請求項１〜５のいずれかに記載の無アルカリガラスのリサイクル方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の無アルカリガラスのリサイクル方法により得られるガラス材料。

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