JP2554975B2 - 厚肉皮殻を有する微細球状無機質発泡体およびその製造方法 - Google Patents

厚肉皮殻を有する微細球状無機質発泡体およびその製造方法

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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C11/00Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles
    • C03C11/002Hollow glass particles

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は天然ガラスを主原料とし
た厚肉皮殻を有し、圧縮強度に優れる微細球状無機質発
泡体およびその製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】天然ガラス質岩石、例えば黒曜石、真珠
岩、松脂岩等は粉砕整粒の後、急速に加熱することによ
ってガラスの軟化と同時に結合水の放出が行われて無機
質軽量発泡体=所謂膨張パーライト等=となる。これら
の発泡体は有機、無機、金属等各種の工業材料と混合し
て軽量、耐熱、断熱、保温、防音等の機能をもった複合
材料として利用される。これらの発泡体は多くの利点を
有する反面、二三の不利な性質を持っている。例えば、
その多くはセル状内部構造を有するため、粒子形状は表
面が凹凸に富むこぶ状体をなす。またそれらの粒子皮殻
は球状粒子の場合も含め、膨張により薄く引き延ばされ
たガラス膜からなり、肉厚が1.5〜2μmと薄いため
一般の工業材料に比べ圧縮強度が劣り、複合材料として
使用の際粉末になり易い。さらに、これらの発泡体は膨
張後にも粒子間の摩擦により表面皮殻が剥脱ししばしば
イガ栗状を呈する。このような状態では吸水率が高くな
り、場合によっては断熱性にも影響を及ぼすおそれがあ
る。さらにまた、こぶ状体やイガ栗状粒子を含むもので
は球状粒子に比べ流動性は良くない。これら欠点は粒
子、特に皮殻強度と形状に起因するものとして、発泡体
を顆粒化したり、或いは微小球状発泡体として吸水性を
改善し、又は強度を発現させる試みが行われている。
〔Tiz,103
〔9〕535/538.1979,特
開昭62−41780号〕。前者の場合、真珠岩を細か
く粉砕し、アルカリ溶液を加えてプレス成形又は粒状化
後焼成し、粒径3〜40mmの顆粒とすることが記され
ている。後者の場合は黒曜石を20μm以下に湿式粉砕
し、乾燥後、電熱型管状炉を用い昇温速度20℃/秒、
950℃の雰囲気で20〜30秒焼成してセル状構造を
持った1〜40μmの微小球状発泡体を得ている。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、前者
の顆粒はその粒径が3〜40mmと粗大であり、本発明
者らの目的とする充填材としての利用機能を満足せず、
且つ又原石の微粉砕、成形と工程が複雑で経済的でない
という欠点があり、他方、後者の微小球状発泡体は粒径
が微小に過ぎ、且つ又湿式粉砕、乾燥工程を有する点で
経済的でなく、しかもセル構造のため皮殻厚みも不充分
であるという欠点があり、有機、無機、金属等各種の工
業材料と混合して軽量、耐熱、断熱、保温、防音等の機
能をもった複合材料として利用されるにはその複合作用
効果を発現し難いという点で不十分である。そこで、本
発明は、このような技術の現状に鑑み、天然ガラスを原
料に複合材料として使用可能な耐圧強度を有する、粒子
形状が球形をなし、かつ厚肉の皮殻を有する微細球状無
機質発泡体を大量に生産することを目的とするものであ
る。
【0004】
【問題を解決するための手段】本発明は一定の粒径範囲
にある天然ガラス質岩石を2000℃以上の火炎中に吹
き込むと、圧縮強度に優れた、粒径40〜300μmの
天然ガラス質微細球状無機質発泡体が得られることに着
目してなされたもので、天然ガラス質岩石を原料とし、
粒径40〜300μmの微小球体で、かつ粒子皮殻が厚
さ6〜30μmを有する単一中空体の形態をなし、自然
充填体に対する加圧力80kgf/cm での加圧で6
0%以上の残存体積率となる圧縮強度を有する天然ガラ
ス質微細球状発泡体にある。天然ガラス質岩石としては
黒曜石、真珠岩、松脂岩など例示され、天然ガラス原石
として使用されているものが使用される。上記発泡体は
上記天然ガラス質岩石を粉砕後予め300μm以下好ま
しくは50〜200μmに整粒し、該整粒原料をキャリ
アガスとともに最高温度2000℃を越える火炎中に吹
き込んで溶融、発泡、球状化を行うことにより製造する
ことができる。したがって本発明は上記天然ガラス質岩
石を粉砕後予め300μm以下に整粒し、該整粒原料を
キャリアガスとともに最高温度2000℃を越える火炎
中に吹き込んで溶融、発泡、球状化を行う天然ガラス質
微細球状発泡体の製造方法を提供するものでもある。
【0005】
【作用】本発明方法により厚肉の皮殻を有する天然ガラ
ス質発泡体が得られる原因は定かでないが、同一原料を
使用しても従来の場合、ロータリーキルン又は竪型キル
ンにて製造されており、殆どが火炎の最高温度に向かっ
て原料が投入され膨張させているが、その最高温度が1
500℃前後である。これに対し、本発明ではプロパン
ガスと酸素ガス、又はプロパンガスと酸素富化空気、或
いは水素ガスと酸素ガス等を組み合わせ用いて最高温度
が2000℃を越える火炎を作り、その中に酸素ガス、
酸素富化空気又は空気等のキャリアガスと共に原料粉体
を吹き込み、原料粒子の溶融、発泡、球状化を瞬時に発
生せしめるため、火炎気流中を飛行中に球状発泡粒子の
皮殻の厚肉化が達成されるものと推測される。したがっ
て、球状発泡粒子の皮殻の厚肉を支配するのは主に負荷
熱量であるが、この負荷熱量を制御する条件としては送
入原料粉体の単位時間当たりの重量と、使用燃料ガス量
並びにその理論酸素量の比率が特に重要である。
【0006】上記最適条件で処理されたこの球状発泡体
の皮殻肉厚は6〜30μmとなり、特に発泡体粒径が4
0〜300μmの範囲にあり、粒子皮殻が6〜30μm
を有するものは圧縮強度が60%好ましくは65%以上
となり、複合材料として好ましい圧縮強度を有する。同
等の皮殻厚さを有する300μm以上の粒径を有する発
泡体の圧縮強度が60%に充たず、また、粒子形状が非
球形のコブ状形となるのと対比される(表2参照)。な
お、本発明において、その粒径を40〜300μmとし
たのは40μm以下では小さ過ぎて発泡体とならず、3
00μm以上では球状体になりにくいからである。ま
た、発泡体粒径が40〜300μmの範囲でも皮殻肉厚
が6μmより小さいと強度が低下し、粒子間の摩擦によ
り粒子表面皮殻が剥脱する他、断熱性、防音性等が低下
する一方、逆に30μmを越えると発泡体の製造に要す
燃料使用量の増加や製造能率の低下を招く。なお、こ
こでいう圧縮強度とは自然充填体を80kgf/cm
加圧後の残存体積率である。
【0007】本発明により製造される発泡体粒径は原料
粒径に支配されるので、天然ガラス質岩石として使用さ
れる黒曜石、真珠岩、松脂岩などの原料から粒径が40
μm以上300μm以下の球状発泡体を得るには原料を
粉砕後予め300μmより細かい粒度の範囲に整粒し、
粉砕に当たり40μm以下の微粉の発生をできるだけ抑
える必要がある。300μmを越える原料は所定の厚肉
形成が困難となる傾向にあり、40μm未満では火炎噴
射による空間部での熱効率が悪化する傾向があるからで
ある。したがって、原料粒度は50〜200μmの範囲
とするのが好ましい。そのためには微粉の発生の少ない
例えばケージミル等の粉砕機を用いるのが経済的であ
る。粉砕物の付着水は予め乾燥し取り除く必要がある
が、天然ガラス質原料に含まれる結合水を適量にするた
めの予熱は必要としない。
【0008】2000℃を越える火炎温度を発生させる
には通常火炎噴射バーナーが使用されるが、特にベルヌ
イ型火炎バーナー、高純度マグネシアクリンカー焼結用
の石油、コークス使用ロータリーキルンバーナー、耐火
物炉壁損傷部補修用の耐火材溶射吹付バーナーなどを使
用することができる。なお、火炎バーナーは球状発泡体
生成炉の上部、下部或いは側胴部のいずれから吹き込む
ことも可能であり、炉体は鉄皮の内側を耐火レンガ或い
は不定形耐火物によって製造されるが、耐スポール性ラ
イニングを選ぶことが望ましい。球状発泡体の炉壁内面
への溶着を防ぐ目的で炉体内壁に冷風を吹き込み、内壁
温度を低下させ、併せて発泡体の集収器への移送を補助
することも望ましい。製品の回収は通常のサイクロンお
よびバッグフィルターで行う。
【0009】次に、本発明の厚肉の皮殻を有する微細球
状無機質発泡体の製法の一例を述べる。
【0010】
【実施例】本発明に使用した天然ガラス原料は、真珠岩
系の火山ガラスで、その化学成分の一例を第1表に示
す。この真珠岩はK2 O/Na2 Oは1.76と高く、
灼熱減量が5.25%と一般的概念での松脂岩に近い結
合水を有する。原石は粗砕し、150〜200℃にて乾
燥後、ケージミルにて粉砕し篩分、粒子径が250μm
を越えるもの10%未満、45μm以下のものが10%
以下の粒度とし、平均粒度100μmのものを使用し
た。加熱処理は市販のプロパン酸素火炎バーナーを用い
た。原料粉体の供給割合はプロパンガス1m3 に対し1
0kgとした。
【0011】
【表1】
【0012】火炎温度2000℃以上において生成され
た本発明品(原料粒度40〜300μm)、本発明品と
同一方法で生成された比較品1(原料粒度300〜60
0μm)および従来方法で製造した膨張パーライト比較
品2(原料粒度45〜800)の特徴を表2に示す。本
発明による無機質発泡体の特徴を従来製法による膨張パ
ーライト(比較例2)と比較すれば次のようである。本
発明品は図1に示すように無機質発泡体粒子の形状はほ
ぼ球形で、粒子径は40〜300μmである。しかも、
図2に示すように、粒子内部にはセル構造(隔壁)を有
せず、皮殻部にはしばしば球形小気泡を含んでいる。細
粒粒子では皮殻部と中央空泡部の区別のつけ難い場合も
あり、球状発泡体の皮殻の厚さは6μm以上30μmに
及び、嵩密度は0.60kg/lである。これに対し、
比較例2の場合は膨張倍率が大きいため、嵩密度は0.
20kg/lと小さく、粒子形状はこぶ状体となるだけ
でなく、皮殻の厚さは2〜4μmと薄肉となっている。
発泡体の化学成分は原料に比べNaOが減少しK
/NaO比は2.31と増加が見られる。このことは
溶融ガラスの粘性がさらに増大し、強固な皮殻の形成に
役立っていることを裏付けるものである。従来の製法で
は焼成温度が低いためにこの傾向は見られない。残存体
積率で表現される本発明品の圧縮強度は従来品に比べ
1.5倍以上の増加が見られる。なお、本発明方法と同
じ工程で製造された比較例1の発泡体は同様の皮殻厚さ
を有する場合もあるが、嵩密度が小さく、圧縮強度も従
来方法の場合よりそれ程向上しない。
【0013】
【表2】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の微細球状無機質発泡体の組織を示す
粒子形状の走査電子顕微鏡写真である。
【図2】 上記粒子の破断面の構造を示す走査電子顕微
鏡写真である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 天然ガラス質岩石を原料とし、粒径40
    〜300μmの微小球体で、かつ粒子皮殻が厚さ6〜3
    0μmを有する単一中空体の形態をなし、自然充填体に
    対する加圧力80kgf/cm での加圧で60%以上
    の残存体積率となる圧縮強度を有する天然ガラス質微細
    球状発泡体。
  2. 【請求項2】 天然ガラス質岩石を粉砕後予め300μ
    m以下に整粒し、該整粒原料をキャリアガスとともに最
    高温度2000℃を越える火炎中に吹き込んで溶融、発
    泡、球状化を行うことを特徴とする厚肉皮殻を有する微
    細球状無機質発泡体の製造方法。
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