JP2656808B2 - 高シリカ含有量の中空ガラス微小球の製造方法 - Google Patents
高シリカ含有量の中空ガラス微小球の製造方法Info
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- C03B19/10—Forming beads
- C03B19/107—Forming hollow beads
- C03B19/1075—Forming hollow beads by blowing, pressing, centrifuging, rolling or dripping
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- C03B19/1095—Thermal after-treatment of beads, e.g. tempering, crystallisation, annealing
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL 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
- C03C11/00—Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles
- C03C11/002—Hollow glass particles
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL 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
- C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
- C03C21/007—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in gaseous phase
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
- C03C21/008—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in solid phase, e.g. using pastes, powders
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリカ含有量が極めて高いガラス微小球の製
造に関する。
造に関する。
無機微小球は、ある種の複合材料における充填剤、詳
細には合成樹脂またはコンクリートにおける充填剤とし
て特に知られる製品である。これらの用途については、
無機微小球は、通常は、例えば窓ガラス（glazing）の
製造に従来から用いられている種類のソーダ石灰シリカ
ガラスからなる。これらの材料は、一連の満足な品質を
示す微小球を結果として製造する処理を行なうのに好適
である。
細には合成樹脂またはコンクリートにおける充填剤とし
て特に知られる製品である。これらの用途については、
無機微小球は、通常は、例えば窓ガラス（glazing）の
製造に従来から用いられている種類のソーダ石灰シリカ
ガラスからなる。これらの材料は、一連の満足な品質を
示す微小球を結果として製造する処理を行なうのに好適
である。
しかしながら、ある種の特定の用途には、通常のガラ
ス微小球よりも大きい耐火性を示す微小球を用いる必要
がある。
ス微小球よりも大きい耐火性を示す微小球を用いる必要
がある。
従来のガラス微小球は、工業的にはガラス粒子を熱処
理した後瞬間冷却することによって製造される。用いた
高温によってガラス組成物からガスが放出されて、粒子
が膨脹するようになっている。次の冷却工程中に、溶融
した中空ガラス球は直ちに固化して、中空球のつぶれが
防止される。この処理は、例えばガラス粒子に高温で運
転するバーナーの炎を通過させ、これを大容積の周囲空
気で冷却することによって行う。
理した後瞬間冷却することによって製造される。用いた
高温によってガラス組成物からガスが放出されて、粒子
が膨脹するようになっている。次の冷却工程中に、溶融
した中空ガラス球は直ちに固化して、中空球のつぶれが
防止される。この処理は、例えばガラス粒子に高温で運
転するバーナーの炎を通過させ、これを大容積の周囲空
気で冷却することによって行う。
この技法は、通常のガラスの軟化温度および溶融温度
が比較的低いために可能である。高シリカ含有量（90重
量％より高い）を有するガラス粒子については、球を形
成するのに充分な粘度であってその対数の値が約２であ
る粘度に到達する温度は約1700℃であり、約1600℃未満
には決してならない。これらの条件下では、ガラス微小
球を製造するために従来方式の処理を行うことは不可能
である。
が比較的低いために可能である。高シリカ含有量（90重
量％より高い）を有するガラス粒子については、球を形
成するのに充分な粘度であってその対数の値が約２であ
る粘度に到達する温度は約1700℃であり、約1600℃未満
には決してならない。これらの条件下では、ガラス微小
球を製造するために従来方式の処理を行うことは不可能
である。
この問題点を解決するため、シリカ含有量の高い微小
球を製造するために以前に提案された技術には、ホウケ
イ酸ゲルの製造が含まれている。この技術は数多く報告
されており、詳細には米国特許第4,336,338号明細書に
記載されている。この技術による微小球の製造には、各
種の溶媒を含む水性媒質中でホウケイ酸ゲルを生成さ
せ、このゲルを乾燥させ、粉砕し、そして、粒子に異な
る温度に保たれた数個の連続ゾーンのある炉中を通過さ
せることによる比較的複雑な熱処理を行うことが含まれ
ている。したがって、このような方法は比較的面倒で、
複雑且つ費用のかかる製造方式である。
球を製造するために以前に提案された技術には、ホウケ
イ酸ゲルの製造が含まれている。この技術は数多く報告
されており、詳細には米国特許第4,336,338号明細書に
記載されている。この技術による微小球の製造には、各
種の溶媒を含む水性媒質中でホウケイ酸ゲルを生成さ
せ、このゲルを乾燥させ、粉砕し、そして、粒子に異な
る温度に保たれた数個の連続ゾーンのある炉中を通過さ
せることによる比較的複雑な熱処理を行うことが含まれ
ている。したがって、このような方法は比較的面倒で、
複雑且つ費用のかかる製造方式である。
本発明は、ゲル相の生成を経ることとこれによって生
じる欠点とを回避する、シリカ含有量が高い微小球の新
しい製造方法を提供する。
じる欠点とを回避する、シリカ含有量が高い微小球の新
しい製造方法を提供する。
本発明によるシリカ含有量の高い微小球の製造方法
は、シリカ含有量が80重量％未満であり、残部が本質的
に酸化ホウ素とアルカリ酸化物とからなるガラスを生成
させ、こうして生成したガラスを粉砕して大きさが100
μｍ未満の粒子し、これらの粒子に1500℃より高い温度
に保持されているバーナー炎中を通過させた後、これら
の粒子を急冷して微小球を形成させ、そして、このよう
にして生成した微小球を既知の組成物で処理してガラス
表面の脱アルカリ化を行うことを含んでなる。
は、シリカ含有量が80重量％未満であり、残部が本質的
に酸化ホウ素とアルカリ酸化物とからなるガラスを生成
させ、こうして生成したガラスを粉砕して大きさが100
μｍ未満の粒子し、これらの粒子に1500℃より高い温度
に保持されているバーナー炎中を通過させた後、これら
の粒子を急冷して微小球を形成させ、そして、このよう
にして生成した微小球を既知の組成物で処理してガラス
表面の脱アルカリ化を行うことを含んでなる。
「シリカ含有量の高い微小球」とは、重量組成の少な
くとも92％がシリカであり、好ましくは少なくとも95％
がシリカである製品を意味する。独立気泡の中空微小球
から構成されるこれらの製品は、伝統的なガラスから形
成された同様の製品と比較して、極めて高い耐熱性を示
す。
くとも92％がシリカであり、好ましくは少なくとも95％
がシリカである製品を意味する。独立気泡の中空微小球
から構成されるこれらの製品は、伝統的なガラスから形
成された同様の製品と比較して、極めて高い耐熱性を示
す。
シリカ含有量が80％未満、好ましくはシリカ含有量が
60〜80％のガラスから出発する場合、本質的に酸化ホウ
素とアルカリ酸化物とからなる補足物を加え、処理に必
要な粘度条件をバーナー炎での熱処理に適合する範囲内
に維持することができるようにする。これらの初期粒子
のガラスの軟化温度は約1400℃未満に止どめ、その結果
約1500℃以上の温度のバーナーで充分にそれらを処理す
ることができるようにする。最も好ましい温度は、粘度
の対数が２に等しくなる温度である。軟化温度と炎の温
度とのこの差は、極めて小さな粒子を処理するのに充分
なだけの差であって、そのためそれらの温度のずれは僅
かなものである。
60〜80％のガラスから出発する場合、本質的に酸化ホウ
素とアルカリ酸化物とからなる補足物を加え、処理に必
要な粘度条件をバーナー炎での熱処理に適合する範囲内
に維持することができるようにする。これらの初期粒子
のガラスの軟化温度は約1400℃未満に止どめ、その結果
約1500℃以上の温度のバーナーで充分にそれらを処理す
ることができるようにする。最も好ましい温度は、粘度
の対数が２に等しくなる温度である。軟化温度と炎の温
度とのこの差は、極めて小さな粒子を処理するのに充分
なだけの差であって、そのためそれらの温度のずれは僅
かなものである。
初期粒子の大きさは100μｍ未満であり、通常は50μ
ｍ未満である。最も一般的に用いられる粒子の大きさは
30μｍ未満であり、最も頻繁には２〜25μｍであって、
これは充填剤として用いるための極めて小さな微小球を
得るのを可能にする。最も小さな粒子にあっては、平均
の大きさが20μｍ未満の微小球または10μｍ未満の微小
球さえも得ることが可能である。一般的には、本発明に
よって製造される微小球の平均の大きさは200μｍを超
過せず、有利には100μｍ未満である。この方法にあっ
ては、直接に、すなわち熱処理の後に粒度で選別するこ
となしに、均質性の高い製品を得ることが可能であるこ
とは、協調されてしかるべきである。これは、所望の微
小球の大きさが小さくなればなるほどますます重要にな
る。例えば、20μｍまたは10μｍ未満の微小球の重量含
量が90％以上である製品が直接得られる。このように極
めて小さな微小球について得ることができる粒度分布の
均一性は、これより大きな粒度を有する微小球について
も得られることは勿論である。両方の場合における唯一
の条件は、十分に均質な粒度の粒子から出発することで
ある。
ｍ未満である。最も一般的に用いられる粒子の大きさは
30μｍ未満であり、最も頻繁には２〜25μｍであって、
これは充填剤として用いるための極めて小さな微小球を
得るのを可能にする。最も小さな粒子にあっては、平均
の大きさが20μｍ未満の微小球または10μｍ未満の微小
球さえも得ることが可能である。一般的には、本発明に
よって製造される微小球の平均の大きさは200μｍを超
過せず、有利には100μｍ未満である。この方法にあっ
ては、直接に、すなわち熱処理の後に粒度で選別するこ
となしに、均質性の高い製品を得ることが可能であるこ
とは、協調されてしかるべきである。これは、所望の微
小球の大きさが小さくなればなるほどますます重要にな
る。例えば、20μｍまたは10μｍ未満の微小球の重量含
量が90％以上である製品が直接得られる。このように極
めて小さな微小球について得ることができる粒度分布の
均一性は、これより大きな粒度を有する微小球について
も得られることは勿論である。両方の場合における唯一
の条件は、十分に均質な粒度の粒子から出発することで
ある。
粒状のガラスは、粒子を充分に可融性にしそして球体
の形成を促進する有意量のアルカリ酸化物を含有する。
アルカリ酸化物の含有量の大部分は、炎でもって処理す
る間に除去される。それでもなお、アルカリ酸化物の総
含有量は25％以下であり、好ましくは15％未満であっ
て、最終的な脱アルカリ処理の範囲を限定する。最終製
品中のアルカリ酸化物の含有量は４％以下であり、有利
には３％未満である。
の形成を促進する有意量のアルカリ酸化物を含有する。
アルカリ酸化物の含有量の大部分は、炎でもって処理す
る間に除去される。それでもなお、アルカリ酸化物の総
含有量は25％以下であり、好ましくは15％未満であっ
て、最終的な脱アルカリ処理の範囲を限定する。最終製
品中のアルカリ酸化物の含有量は４％以下であり、有利
には３％未満である。
初期のガラス中にホウ素が存在すると、一方では粒子
の可融性に寄与する上で、他方では熱処理中にアルカリ
酸化物の除去を促進する上で有用である。可融性剤とし
てのホウ素は、等含有量ではアルカリ酸化物として有効
性がやや少ない。アルカリ酸化物と比較して、ホウ素は
高温において揮発性がより高いので、ガラスから比較的
容易に除去されるという利点を有する。更に、上記のよ
うに、ホウ素はアルカリ酸化物と結合して、これまた容
易に除去されるホウ酸塩を形成する。反対に、製造され
た微小球の耐火性を維持するためには、最終製品におけ
る酸化ホウ素含有量を５％未満、好ましくは４％未満に
するのが重要である。このため、初期の粒子のホウ素含
有量は、通常は15％を超過せず、好ましくは10％以下で
ある。好ましくは、B2O3/アルカリ酸化物の重量による
含有量の比率は0.5〜２の間に保持する。
の可融性に寄与する上で、他方では熱処理中にアルカリ
酸化物の除去を促進する上で有用である。可融性剤とし
てのホウ素は、等含有量ではアルカリ酸化物として有効
性がやや少ない。アルカリ酸化物と比較して、ホウ素は
高温において揮発性がより高いので、ガラスから比較的
容易に除去されるという利点を有する。更に、上記のよ
うに、ホウ素はアルカリ酸化物と結合して、これまた容
易に除去されるホウ酸塩を形成する。反対に、製造され
た微小球の耐火性を維持するためには、最終製品におけ
る酸化ホウ素含有量を５％未満、好ましくは４％未満に
するのが重要である。このため、初期の粒子のホウ素含
有量は、通常は15％を超過せず、好ましくは10％以下で
ある。好ましくは、B2O3/アルカリ酸化物の重量による
含有量の比率は0.5〜２の間に保持する。
上記の成分のほかに、初期の粒状ガラスは所定数の成
分を含むことができるが、これらの成分の総合有量は通
常は全体で５％を超過しない。これらの成分のうち、ア
ルミナは通常は３％未満である。必要ならば、耐火格子
のシリカの小部分をこのアルミナに置き換える。しかし
ながら、その含有量は最終製品のシリカマトリックスを
変化させないように制限される。アルミナの置換は、例
えば最終製品においてシリカとアルミナとの合計が少な
くとも93重量％であり、好ましくは97％以上になるよう
にする。
分を含むことができるが、これらの成分の総合有量は通
常は全体で５％を超過しない。これらの成分のうち、ア
ルミナは通常は３％未満である。必要ならば、耐火格子
のシリカの小部分をこのアルミナに置き換える。しかし
ながら、その含有量は最終製品のシリカマトリックスを
変化させないように制限される。アルミナの置換は、例
えば最終製品においてシリカとアルミナとの合計が少な
くとも93重量％であり、好ましくは97％以上になるよう
にする。
出発材料のガラスは、少量の硫黄酸化物を含有し、熱
処理中に粒子の膨脹を促進するのが有利なこともある。
処理中に粒子の膨脹を促進するのが有利なこともある。
従来の微小球の製造に用いられるガラスと比較して、
本発明にしたがって用いられるガラスは、特にアルカリ
土類元素の酸化物を事実上全く含まないということによ
って区別される。通常のガラスにおけるアルカリ土類元
素酸化物の役割は、一部には可融性に関するアルカリ酸
化物の作用を完全ならしめることである。他方、製品中
にアルカリ土類元素酸化物が存在すると、耐火性が低下
する。更に、アルカリ土類元素は膨脹処理中にもその後
にもアルカリ酸化物を除去するのに用いる手段に匹敵す
る手段によっては除去することが出来ない。それ故、事
実上アルカリ土類酸化物を含有しないガラスを用いるこ
とが重要である。例えばその含有量は、組成物の0.5重
量％を超過しない。
本発明にしたがって用いられるガラスは、特にアルカリ
土類元素の酸化物を事実上全く含まないということによ
って区別される。通常のガラスにおけるアルカリ土類元
素酸化物の役割は、一部には可融性に関するアルカリ酸
化物の作用を完全ならしめることである。他方、製品中
にアルカリ土類元素酸化物が存在すると、耐火性が低下
する。更に、アルカリ土類元素は膨脹処理中にもその後
にもアルカリ酸化物を除去するのに用いる手段に匹敵す
る手段によっては除去することが出来ない。それ故、事
実上アルカリ土類酸化物を含有しないガラスを用いるこ
とが重要である。例えばその含有量は、組成物の0.5重
量％を超過しない。
ガラス粒子の製造に用いられる技術は、1987年３月２
日出願の米国特許出願第20,800号明細書に記載されてい
る技術を包含してもよい。この文献によれば、ガラス
は、極めて小さな粒度を有する粒子を得ることが所望さ
れる場合には特に、好ましくは流動化剤を添加すること
により通常の手段によっ粉砕される。これらの極めて小
さな粒度を有する粒子は、大きさが例えば20μｍ未満で
あり、あるいは10μｍ未満であることさえある。流動化
剤は、ガラスに対して良好な親和性を示す化合物であ
る。この化合物は、例えばヒドロキシル基またはアミン
基のようなものを有する極性部分と、処理された粒子の
独立性を促進する非極性部分とを含んでなる。これらの
流動化剤は、界面活性剤としての特性のために知られて
いる製品である。このような化合物には、例えばポリア
ルカノールアミン、モノプロピレングリコール又は同様
の化合物があり、通常は0.5重量％未満の少量が加えら
れる。
日出願の米国特許出願第20,800号明細書に記載されてい
る技術を包含してもよい。この文献によれば、ガラス
は、極めて小さな粒度を有する粒子を得ることが所望さ
れる場合には特に、好ましくは流動化剤を添加すること
により通常の手段によっ粉砕される。これらの極めて小
さな粒度を有する粒子は、大きさが例えば20μｍ未満で
あり、あるいは10μｍ未満であることさえある。流動化
剤は、ガラスに対して良好な親和性を示す化合物であ
る。この化合物は、例えばヒドロキシル基またはアミン
基のようなものを有する極性部分と、処理された粒子の
独立性を促進する非極性部分とを含んでなる。これらの
流動化剤は、界面活性剤としての特性のために知られて
いる製品である。このような化合物には、例えばポリア
ルカノールアミン、モノプロピレングリコール又は同様
の化合物があり、通常は0.5重量％未満の少量が加えら
れる。
所望な粒度に粉砕された粒子は、米国特許第4,661,13
7号明細書に記載されているのと同様な方法に従ってバ
ーナーの炎へ送られる。粒子はガス流中に懸濁され、そ
れによって添付図面に関して記載される特徴を有するバ
ーナーへ運ばれる。
7号明細書に記載されているのと同様な方法に従ってバ
ーナーの炎へ送られる。粒子はガス流中に懸濁され、そ
れによって添付図面に関して記載される特徴を有するバ
ーナーへ運ばれる。
処理温度またはバーナー炎の温度は少なくとも1500℃
であり、天然ガスで運転するバーナーによって通常の操
作条件下で1750℃まで上昇させることができる。これら
の温度における処理は、１秒より短かい時間だけに止ど
められる。膨脹した粒子は、直ちにその材料が固化する
温度に戻す。これは、微小球を保持する燃焼ガスとかな
りの量の周囲温度の空気とを混合することによって本質
的に達成される。
であり、天然ガスで運転するバーナーによって通常の操
作条件下で1750℃まで上昇させることができる。これら
の温度における処理は、１秒より短かい時間だけに止ど
められる。膨脹した粒子は、直ちにその材料が固化する
温度に戻す。これは、微小球を保持する燃焼ガスとかな
りの量の周囲温度の空気とを混合することによって本質
的に達成される。
微小球を回収した後、これを脱アルカリ処理にかけ
る。
る。
熱処理を行うと、微小球の壁を構成するガラスは、元
のガラスに比して著しく改質される。詳しく述べるなら
ば、アルカリ酸化物含有量は20％代の最大初期含量に対
してさえも通常10％未満である。脱アルカリ操作の目的
は、アルカリ酸化物の含有量を４％未満、好ましくは３
％未満にすることである。
のガラスに比して著しく改質される。詳しく述べるなら
ば、アルカリ酸化物含有量は20％代の最大初期含量に対
してさえも通常10％未満である。脱アルカリ操作の目的
は、アルカリ酸化物の含有量を４％未満、好ましくは３
％未満にすることである。
本発明による脱アルカリ処理は化学的に行われる。微
小球を公知の脱アルカリ剤と接触させて、ガラス製品の
表面処理を行う。脱アルカリ剤には、例えば無水亜硫
酸、濃硫酸、各種の硫酸塩、塩酸、クロロシラン類、特
にテトラクロロシラン、またはガラスの脱アルカリにつ
いて知られているその他のあらゆる化合物を含めること
ができる。
小球を公知の脱アルカリ剤と接触させて、ガラス製品の
表面処理を行う。脱アルカリ剤には、例えば無水亜硫
酸、濃硫酸、各種の硫酸塩、塩酸、クロロシラン類、特
にテトラクロロシラン、またはガラスの脱アルカリにつ
いて知られているその他のあらゆる化合物を含めること
ができる。
本発明による脱アルカリ処理は、好ましくは乾式法に
よって200〜500℃程度の高温で行い、交換を促進させ
る。この処理のための上限温度は、その温度を越えると
微小球のガラスの構造が変化するであろう温度である。
よって200〜500℃程度の高温で行い、交換を促進させ
る。この処理のための上限温度は、その温度を越えると
微小球のガラスの構造が変化するであろう温度である。
処理は硫酸アンモニウムによって行うのが好ましい。
この場合、温度は有利には300℃より高温に維持する。
処理温度は交換の程度の関数である。いずれにしても、
２時間を超えて処理を延長しても脱アルカリ化にはそれ
以上の改良は見られない。通常は、所望の脱アルカリ化
を達成するのに１時間の処理で充分である。
この場合、温度は有利には300℃より高温に維持する。
処理温度は交換の程度の関数である。いずれにしても、
２時間を超えて処理を延長しても脱アルカリ化にはそれ
以上の改良は見られない。通常は、所望の脱アルカリ化
を達成するのに１時間の処理で充分である。
脱アルカリ処理は、好ましくは炉中でバッチ式に行
う。所望ならば、連続的に行うこともできる。
う。所望ならば、連続的に行うこともできる。
この脱アルカリ工程においては、微小球の構造が処理
の結果に影響を及ぼす。表面処理が含まれているので、
アルカリ酸化物の所定の最終的水準に到達するように球
の壁の厚みに応じて加減して処理を行なうべきであるこ
とが理解される。直径が同じであれば、壁を薄くすれば
するほど製造された球の密度が低くなり、脱アルカリ化
が容易になる。この厚みは通常は数十μｍを超過せず、
これは比較的軽い処理によってアルカリ酸化物の大部分
を除去することが可能になることを示している。
の結果に影響を及ぼす。表面処理が含まれているので、
アルカリ酸化物の所定の最終的水準に到達するように球
の壁の厚みに応じて加減して処理を行なうべきであるこ
とが理解される。直径が同じであれば、壁を薄くすれば
するほど製造された球の密度が低くなり、脱アルカリ化
が容易になる。この厚みは通常は数十μｍを超過せず、
これは比較的軽い処理によってアルカリ酸化物の大部分
を除去することが可能になることを示している。
次に、図面を参照して本発明を詳しく説明する。
第３図に示される微小球の製造装置は次のような要
素、すなわち、燃焼用バーナー２に粒子を輸送するため
ガス流中に粒子を浮遊させる流動化装置１、燃焼を開始
する燃焼室３、および焼戻し（tempering）容器４を含
んでなる。この設備のこの部分では、微小球の膨脹に至
るまでの処理が行われ、その後に、一方では形成された
球を同伴するガスから、他方では粉塵、未膨脹粒子、ま
たは互いに接合した粒子の凝集体からこれらの形成され
た球を分離する役割を有する一連の要素が配置される。
第３図においては、微小球の回収のための一組の要素に
は、予備選別装置10と、２基のサイクロン５および６
と、スリーブフィルター７とが含まれている。
素、すなわち、燃焼用バーナー２に粒子を輸送するため
ガス流中に粒子を浮遊させる流動化装置１、燃焼を開始
する燃焼室３、および焼戻し（tempering）容器４を含
んでなる。この設備のこの部分では、微小球の膨脹に至
るまでの処理が行われ、その後に、一方では形成された
球を同伴するガスから、他方では粉塵、未膨脹粒子、ま
たは互いに接合した粒子の凝集体からこれらの形成され
た球を分離する役割を有する一連の要素が配置される。
第３図においては、微小球の回収のための一組の要素に
は、予備選別装置10と、２基のサイクロン５および６
と、スリーブフィルター７とが含まれている。
ガラス粒子はバーナー炎へ導入されるが、その操作条
件は、米国特許第4,661,137号明細書、米国特許出願第2
0,800号明細書に記載されている条件またはこれらを若
干改変した条件でよい。第１図および第２図に示した２
種類の装置は後者に対応するものである。
件は、米国特許第4,661,137号明細書、米国特許出願第2
0,800号明細書に記載されている条件またはこれらを若
干改変した条件でよい。第１図および第２図に示した２
種類の装置は後者に対応するものである。
第２図の配置では、粒子を運ぶガス流は、ダクト30お
よび31によってバーナー２へ導入される。第２図は粒子
の導入用の２個のオリフィスを示しているが、粒子を炎
中に均一に分布させるために、より多くの数のオリフィ
スを設けることが可能であり、この場合にはオリフィス
をバーナーの周りに均等に分布される。燃料ガスの供給
は、環状室19と連通するオリフィス20を通して行う。環
状室19自体には、ライン18によって供給される。空気は
ダクト21によって環状室22に供給された後、２組のオリ
フィス23および24によって燃焼ゾーンへ入る。これらの
２組のオリフィスは、互いに、空気の反対方向の回転運
動を与えるように配置されている。バーナーは、冷却液
体が循環する二重の金属壁27によって画定された燃焼室
３へと続いている。燃焼室を出た直後に、粒子と燃焼ガ
スは、周囲の大気に開放している円筒状の容器４へ導か
れる。燃焼室３から容器４へと進む際には極めて多量の
周囲空気が同伴され、これによって正に瞬間的な温度降
下の達成が可能になる。空気−燃焼ガス混合物は、１秒
より短い時間で炎の温度からガラスの軟化温度より低い
温度にされる。膨脹粒子はその既に固化する。
よび31によってバーナー２へ導入される。第２図は粒子
の導入用の２個のオリフィスを示しているが、粒子を炎
中に均一に分布させるために、より多くの数のオリフィ
スを設けることが可能であり、この場合にはオリフィス
をバーナーの周りに均等に分布される。燃料ガスの供給
は、環状室19と連通するオリフィス20を通して行う。環
状室19自体には、ライン18によって供給される。空気は
ダクト21によって環状室22に供給された後、２組のオリ
フィス23および24によって燃焼ゾーンへ入る。これらの
２組のオリフィスは、互いに、空気の反対方向の回転運
動を与えるように配置されている。バーナーは、冷却液
体が循環する二重の金属壁27によって画定された燃焼室
３へと続いている。燃焼室を出た直後に、粒子と燃焼ガ
スは、周囲の大気に開放している円筒状の容器４へ導か
れる。燃焼室３から容器４へと進む際には極めて多量の
周囲空気が同伴され、これによって正に瞬間的な温度降
下の達成が可能になる。空気−燃焼ガス混合物は、１秒
より短い時間で炎の温度からガラスの軟化温度より低い
温度にされる。膨脹粒子はその既に固化する。
第２図の配置は、直径が約10μｍ以下の程度の粒子を
処理するのに極めて好適である。最小粒子（すなわち、
１〜10ミクロン程度の粒子）については、処理時間を更
に短縮することができるであろう。これについては、第
１図に示される型の配置を用いることができる。この配
置では、搬送ガスによる粒子の導入は、上記のように、
粒子を運ぶ管の末端部によって構成されるオリフィス30
および31によって行われる。これらのオリフィスはバー
ナーの直下に位置し、そしてその方向は粒子を燃焼ガス
流の中心部へ向かわせるように合わせる。
処理するのに極めて好適である。最小粒子（すなわち、
１〜10ミクロン程度の粒子）については、処理時間を更
に短縮することができるであろう。これについては、第
１図に示される型の配置を用いることができる。この配
置では、搬送ガスによる粒子の導入は、上記のように、
粒子を運ぶ管の末端部によって構成されるオリフィス30
および31によって行われる。これらのオリフィスはバー
ナーの直下に位置し、そしてその方向は粒子を燃焼ガス
流の中心部へ向かわせるように合わせる。
下記のガラス組成物を通常の方法で調製する。
SiO2 72 ％ B2O3 7 ％ Na2O 18.8％ Al2O3 1 ％ SO3 1.2％ ×７ この組成物を粉砕して粒子状にし、その80％が６〜15
μｍの直径を有するようにする。これらの粒子を、第１
図のバーナーの炎中へ5kg/hの供給速度で送る。バーナ
ーに12m2/hの供給速度のガスと110m3/hの供給速度の空
気とを供給し、炎温度を1580℃に設定する。
μｍの直径を有するようにする。これらの粒子を、第１
図のバーナーの炎中へ5kg/hの供給速度で送る。バーナ
ーに12m2/hの供給速度のガスと110m3/hの供給速度の空
気とを供給し、炎温度を1580℃に設定する。
製造された微小球を分析すれば、下記の組成が示され
る。
る。
SiO2 87 ％ B2O3 2.2％ Na2O 9.4％ Al2O3 1.1％ その他 0.3％ このように、酸化ホウ素と酸化ナトリウムの含有量が
大幅に減少し、それに対応してシリカ含有量が増加して
いる。第４図は、本発明による製品の三元モル組成を表
わしており、上記の転移は点Ａから点Ｂへの変化を示し
ている。
大幅に減少し、それに対応してシリカ含有量が増加して
いる。第４図は、本発明による製品の三元モル組成を表
わしており、上記の転移は点Ａから点Ｂへの変化を示し
ている。
この図には、所定の温度に関してその粘度の対数が２
となる組成に対応する曲線も示されている。この例の選
択された組成は、1200℃のオーダーの値に対してはこの
粘度に達することが第４図において判る。
となる組成に対応する曲線も示されている。この例の選
択された組成は、1200℃のオーダーの値に対してはこの
粘度に達することが第４図において判る。
こうして得られた微小球を、次に硫酸アンモニウムと
共に気密容器に入れる。硫酸アンモニウムの重量は、微
小球の重量の約２％である。容器を、炉中で１時間以内
に550℃まで加熱する。冷却した後、微小球を水で洗浄
して微小球の表面上に付着している硫酸ナトリウムを全
て除去する。洗浄した後、微小球の分析結果は次のよう
になる。
共に気密容器に入れる。硫酸アンモニウムの重量は、微
小球の重量の約２％である。容器を、炉中で１時間以内
に550℃まで加熱する。冷却した後、微小球を水で洗浄
して微小球の表面上に付着している硫酸ナトリウムを全
て除去する。洗浄した後、微小球の分析結果は次のよう
になる。
SiO2 95.2％ B2O3 2.3％ Na2O 1.0％ Al2O3 1.2％ その他 0.3％ この化学的処理によって、ナトリウム以外の成分の含
有量は余り変化させずに、微小球のナトリウム含有量を
顕著に減少させることが可能である。
有量は余り変化させずに、微小球のナトリウム含有量を
顕著に減少させることが可能である。
第４図において、脱アルカリ化は点Ｂから点Ｃへの変
化に相当する。
化に相当する。
これらの微小球の真の密度は、ヘリウム比重ビンで計
測して0.36g/cm3であり、またその平均直径は15μｍで
ある。
測して0.36g/cm3であり、またその平均直径は15μｍで
ある。
本明細書に開示された発明は上記の目的を満足するの
に充分適していることが明らかではあるが、当業者によ
り多数の改変および態様が考案されるかもしれず、そし
て特許請求の範囲はそのような改変および態様を総て本
発明の真の精神および範囲内に包含することを意図する
ものであることは理解されるであろう。
に充分適していることが明らかではあるが、当業者によ
り多数の改変および態様が考案されるかもしれず、そし
て特許請求の範囲はそのような改変および態様を総て本
発明の真の精神および範囲内に包含することを意図する
ものであることは理解されるであろう。
第１図は、本発明により粒子の膨脹が果される燃焼室の
部分断面図であり、 第２図は、第１図の燃焼室の変形を示す部分断面図であ
り、 第３図は、本発明により微小球を形成するための完全な
設備の全体的な流れ図であり、 第４図は、異なる処理段階における製品の特徴の展開を
示すSiO2とB2O3とNa2Oとからなる三元組成図である。 1:流動化装置、 2:バーナー、 3:燃焼室、 4:焼戻し容器、 5,6:サイクロン、 7:スリーブフィルター、 18:ライン、 19,22:環状室、 20,23,24:オリフィス、 21,30,31;ダクト、 27:二重金属壁。
部分断面図であり、 第２図は、第１図の燃焼室の変形を示す部分断面図であ
り、 第３図は、本発明により微小球を形成するための完全な
設備の全体的な流れ図であり、 第４図は、異なる処理段階における製品の特徴の展開を
示すSiO2とB2O3とNa2Oとからなる三元組成図である。 1:流動化装置、 2:バーナー、 3:燃焼室、 4:焼戻し容器、 5,6:サイクロン、 7:スリーブフィルター、 18:ライン、 19,22:環状室、 20,23,24:オリフィス、 21,30,31;ダクト、 27:二重金属壁。
Claims (21)
- 【請求項１】シリカ含有量が80重量％未満であり、残部
が本質的に酸化ホウ素と１種類以上のアルカリ酸化物と
である出発物質のガラスからシリカ含有量の高い中空微
小球を製造する方法であって、 出発物質のガラスを粉砕して微細な粒子にし、 これらの微細な粒子に少なくとも1500℃の温度のバーナ
ー炎中を通過させて、それらを溶融させ、中空微小球を
形成させ、この溶融中空微小球を急冷して固体中空微小
球にし、 これらの微小球を回収し、そして、 回収した微小球を脱アルカリ剤と接触させて微小球のシ
リカ含有量を増加させることを特徴とする方法。 - 【請求項２】初期のガラス中のアルカリ酸化物の含有量
が、粘度の対数が２に等しくなる温度が1400℃より低い
温度に維持されるように選択される、請求項１記載の方
法。 - 【請求項３】処理されたガラス粒子の酸化ホウ素含有量
が15％を超過せず、且つ処理されたガラス粒子のアルカ
リ酸化物含有量が15％を超過しない、請求項１記載の方
法。 - 【請求項４】前記微小球のシリカ含有量が少なくとも92
％である、請求項１記載の方法。 - 【請求項５】酸化ホウ素のアルカリ酸化物に対する比率
が0.5〜２である、請求項１記載の方法。 - 【請求項６】処理されたガラス粒子の組成に0.5％未満
のアルカリ土類酸化物が含まれる、請求項１記載の方
法。 - 【請求項７】処理された粒子の大きさが50μｍ未満であ
る、請求項１記載の方法。 - 【請求項８】前記脱アルカリ剤が無水亜硫酸、濃硫酸、
塩酸、硫酸塩またはテトラクロロシランを含んでなる、
請求項１記載の方法。 - 【請求項９】前記脱アルカリ剤が硫酸アンモニウムであ
り、脱アルカリ処理を300℃より高温で行う、請求項８
記載の方法。 - 【請求項１０】前記ガラス粒子にバーナー炎中を通過さ
せる前に、このガラス粒子を更に流動化剤と混合するこ
とが含まれる、請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】前記流動化剤がガラスに対する親和性を
示す第一の部分と、粒子の独立性を促進する第二の部分
とを有する有機化合物である、請求項10記載の方法。 - 【請求項１２】前記流動化剤がアルカノールアミンまた
はアルカリ性グリコールである、請求項10記載の方法。 - 【請求項１３】シリカ含有量が80重量％未満であり、残
部が本質的に15％以下の量の酸化ホウ素と15％以下の量
の１種類以上のアルカリ酸化物とである出発物質のガラ
スからシリカ含有量の高い中空微小球を製造する方法で
あって、 出発物質のガラスを粉砕して微細な粒子にし、 上記粒子に、ガラスに対して親和性を示す第一の部分と
粒子の独立性を促進する第二の部分とを有する有機化合
物である流動化剤を、粒子の引力を減少させるのに充分
な量であるが混合物の流動性の減少を引き起こすよりも
少ない量で添加し、 これらの微細な粒子に少なくとも1500℃の温度のバーナ
ー炎中を通過させて溶融中空微小球を形成させ、 この溶融中空微小球を急冷して固体中空微小球にし、 これらの微小球を回収し、そして、 回収した微小球を脱アルカリ剤と接触させてそのシリカ
含有量を少なくとも92％まで増加させることを特徴とす
る方法。 - 【請求項１４】前記脱アルカリ剤が無水亜硫酸、濃硫
酸、塩酸、硫酸塩またはテトラクロロシランを含んでな
る、請求項13記載の方法。 - 【請求項１５】前記脱アルカリ剤が硫酸アンモニウムで
あり、脱アルカリ処理を300℃より高温で行う、請求項1
4記載の方法。 - 【請求項１６】請求項１記載の方法によって得られた中
空微小球。 - 【請求項１７】請求項13記載の方法によって得られた中
空微小球。 - 【請求項１８】シリカ含有量が95％より高く且つアルカ
リ酸化物含有量が３％以下である中空微小球。 - 【請求項１９】酸化ホウ素含有量が４％以下である、請
求項18記載の微小球。 - 【請求項２０】大きさが200μｍ未満である、請求項18
記載の微小球。 - 【請求項２１】大きさが20μｍ未満である、請求項18記
載の微小球。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8711126 | 1987-08-05 | ||
| FR8711126A FR2619101A1 (fr) | 1987-08-05 | 1987-08-05 | Technique de production de microspheres en silice |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01138157A JPH01138157A (ja) | 1989-05-31 |
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Family Applications (1)
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| DE (1) | DE3866624D1 (ja) |
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| US5069702A (en) * | 1990-12-20 | 1991-12-03 | W. R. Grace & Co.-Conn. | Method of making small hollow glass spheres |
| US5484109A (en) * | 1993-09-20 | 1996-01-16 | Cook; Donald E. | Glass shearing apparatus |
| DE69501734T2 (de) * | 1994-04-25 | 1998-10-15 | Minnesota Mining & Mfg | Zusammensetzungen enthaltend geschmolzene teilchen und verfahren zu ihrer herstellung |
| EP0704272B1 (en) * | 1994-09-30 | 2002-01-09 | AT&T Corp. | Lead-free alloys for use in solder bonding |
| US6045913A (en) * | 1995-11-01 | 2000-04-04 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | At least partly fused particulates and methods of making them by flame fusion |
| US6254981B1 (en) | 1995-11-02 | 2001-07-03 | Minnesota Mining & Manufacturing Company | Fused glassy particulates obtained by flame fusion |
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| FR2875494B1 (fr) | 2004-09-17 | 2007-01-19 | Sylvain Rakotoarison | Microspheres de silice, procede de fabrication, assemblages et utilisations possibles de ces microspheres de silice |
| CN100360442C (zh) * | 2005-07-11 | 2008-01-09 | 张伟 | 一种空心微珠的制备方法 |
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| JP5214138B2 (ja) * | 2006-06-20 | 2013-06-19 | モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・インク | ガラス品およびその製法 |
| KR101219460B1 (ko) | 2010-11-04 | 2013-01-11 | 한국에너지기술연구원 | 미세유리 중공 구슬의 제조방법 |
| RU2481280C1 (ru) * | 2011-08-30 | 2013-05-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Способ модификации стеклянных микросфер |
| CN109951952B (zh) * | 2013-07-23 | 2022-02-01 | 罗杰斯公司 | 电路组件 |
| CN105647106B (zh) * | 2016-01-28 | 2018-03-13 | 淄博迈特瑞工程材料有限公司 | 一种中空陶瓷微珠peek复合覆铜板及其制备方法 |
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| US11926736B1 (en) | 2023-02-17 | 2024-03-12 | Thintronics, Inc. | Curable film composition, curable film, and cured product thereof |
Family Cites Families (8)
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|---|---|---|---|---|
| US2221709A (en) * | 1938-01-29 | 1940-11-12 | Corning Glass Works | Borosilicate glass |
| NL232500A (ja) * | 1957-10-22 | |||
| US3061495A (en) * | 1959-06-29 | 1962-10-30 | Standard Oil Co | Method of acid treating hollow glass spheres |
| US3365315A (en) * | 1963-08-23 | 1968-01-23 | Minnesota Mining & Mfg | Glass bubbles prepared by reheating solid glass partiles |
| GB2139616B (en) * | 1983-05-13 | 1987-04-01 | Glaverbel | Gas-filled glass beads |
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| FR2566384B1 (fr) * | 1984-06-21 | 1986-09-05 | Saint Gobain Vitrage | Perfectionnements aux techniques de production de microspheres en verre |
| FR2595090B1 (fr) * | 1986-03-03 | 1988-05-06 | Saint Gobain Vitrage | Perfectionnements a la production de microspheres en verre |
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1987
- 1987-08-05 FR FR8711126A patent/FR2619101A1/fr active Pending
-
1988
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- 1988-08-02 EP EP88402008A patent/EP0302785B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1988-08-02 ES ES198888402008T patent/ES2029055T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1988-08-02 AT AT88402008T patent/ATE70034T1/de not_active IP Right Cessation
- 1988-08-02 US US07/227,401 patent/US4904293A/en not_active Expired - Lifetime
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