JP2857365B2 - 微細中空ガラス球状体の製造方法 - Google Patents

微細中空ガラス球状体の製造方法

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JP2857365B2 JP8072442A JP7244296A JP2857365B2 JP 2857365 B2 JP2857365 B2 JP 2857365B2 JP 8072442 A JP8072442 A JP 8072442A JP 7244296 A JP7244296 A JP 7244296A JP 2857365 B2 JP2857365 B2 JP 2857365B2
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邦夫 木村
浩之 中村
幸義 田本
潤一 木本
博美 岡田
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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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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、火山ガラス質堆積
物を原料として、微細中空ガラス球状体を製造する方法
の改良に関するものである。さらに詳しくいえば、本発
明は、高強度で、かつ白色度の優れた微細中空ガラス球
状体を効率よく製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】微細中空ガラス球状体は、比重が小さ
く、かつ耐熱性に優れていることから、各種金属、セラ
ミックス、コンクリート、プラスチックスなどの軽量化
充てん材として注目され、最近その需要が著しく増大し
ている。
【0003】これまで、火山ガラス質堆積物を原料とし
て、微細中空ガラス球状体を製造する方法としては、シ
ラスの微粒体を800〜1200℃の温度で10秒ない
し10分間焼成したのち、水中における比重分離又は空
気分級して微細中空ガラス球状体を製造する方法が知ら
れている(特公昭48−17645号公報)。しかしな
がら、この方法では、粒径が20μm以下の火山ガラス
質堆積物を処理しても、所望の微細中空ガラス球状体を
得ることはできない。
【0004】一方、原料の前処理として、酸溶液を用い
て加温処理を行うことにより、超微細中空ガラス球状体
を製造する方法も知られている(特公平4−29675
0号公報)。しかしながら、この方法においては、10
0℃以上の水熱反応を進行させるために、耐酸、耐圧の
処理容器を用いなければならず、設備的に不便である
上、処理効率も極めて低いという欠点があり、また原料
が微粒状であるため、従来の加熱発泡装置では粒子が凝
集し、均一な加熱発泡が困難である。
【0005】本発明者らは、先に原料の前処理として、
硫酸アルミニウム及び尿素を用いて加温処理を行うこと
により、超微細中空ガラス球状体を製造する方法を開発
した(特願平7−9015号)。しかしながら、この方
法においては、70℃以上の加温が必要であり、かつ過
剰の尿素を用いなければならず、設備的に不便である
上、未反応の尿素を含む廃液の処理が必要となるなどの
欠点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の微細中空ガラス球状体の製造方法がもつ欠点を克
服し、火山ガラス質堆積物を原料とし、簡単な装置を用
い、かつ廃液処理を必要とせずに、高強度で白色度の優
れた微細中空ガラス球状体を、加熱発泡時に粒子の凝集
を生じさせることなく、効率よく製造する方法を提供す
ることを目的としてなされたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、火山ガラ
ス質堆積物を原料として微細中空ガラス球状体を製造す
る方法について鋭意研究を重ねた結果、火山ガラス質堆
積物粉体を加熱発泡処理するに際し、予め該粉体粒子表
面をアルミナ水和物で被覆しておけば、粒子内部の水が
確保されて発泡が効果的に起こり、しかもその際、粒子
表面に酸化アルミニウム膜が形成されるので、粒子間の
融着が防止され、前記目的を達成しうることを見出し、
この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【0008】すなわち、本発明は、火山ガラス質堆積物
粉体100重量部を、硫酸アルミニウム1〜10重量部
を含有する水溶液中に均質に分散させたのち、この懸濁
液にアルカリ水溶液を添加して該粉体粒子表面にアルミ
ナ水和物を析出させ、次いで固形物を取り出し、洗浄、
乾燥後、900〜1100℃の温度において1秒ないし
1分間熱処理することを特徴とする微細中空ガラス球状
体の製造方法を提供するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明方法において、原料として
用いる火山ガラス質堆積物は、シラス、黒曜石、真珠
岩、松脂岩などとして天然に産出する鉱物であって、こ
れらは通常SiO2、Al23、Fe23、CaO、M
gO、Na2O及びK2Oから構成され、水分3〜10重
量%を含んでいる。
【0010】本発明方法においては、これらの火山ガラ
ス質堆積物を粉砕し、粉砕物を乾式分級や湿式分級など
により、通常粒径20μm以下の区分を分級して用い
る。
【0011】本発明方法においては、まず、この火山ガ
ラス質堆積物粉体100重量部を、硫酸アルミニウム1
〜10重量部を含有する水溶液中に均質に分散させて、
懸濁液を調製する。硫酸アルミニウムの量が1重量部未
満では本発明の効果が十分に発揮されないし、10重量
部を超えるとその量の割には効果の向上が認められな
い。効果の点から、この硫酸アルミニウムの好ましい量
は2〜8重量部の範囲である。また、硫酸アルミニウム
含有水溶液の硫酸アルミニウム濃度は0.001モル/
リットル以上が好ましく、特に0.003〜0.1モル
/リットルの範囲が好適である。
【0012】次に、このようにして得られた懸濁液をか
き混ぜながら、これにアルカリ水溶液を徐々に添加して
硫酸アルミニウムを加水分解させ、粉体粒子表面にアル
ミナ水和物を析出させる。アルカリ水溶液としては、例
えばアンモニア水や水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム、水酸化リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カ
リウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素アンモニウムのよ
うな炭酸水素塩などの水溶液が挙げられる。これらは単
独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いても
よいが、これらの中で取り扱いやすく、収率が高いとい
う点から、炭酸水素アンモニウム及び炭酸水素ナトリウ
ムが好適である。このアルカリ水溶液の濃度は2モル/
リットル以下が好ましく、特に0.5〜1.5モル/リ
ットルの範囲が好適である。このアルカリ水溶液の添加
量は、懸濁液中の硫酸アルミニウムに対し、炭酸水素塩
が0.8〜1.2当量倍になるように選ぶのが有利であ
る。また、この炭酸水素塩水溶液を添加する際の懸濁液
の温度は、一般に室温で十分であるが、必要ならば適当
に加温してもよい。
【0013】このようにして、火山ガラス質堆積物粉体
粒子の表面がアルミナ水和物により被覆され、内部の水
が確保される。
【0014】次に、懸濁液中の固形物をろ過、遠心分
離、デカンテーションなどの公知の手段により取り出し
たのち、水洗などにより十分に洗浄したのち、乾燥処理
し、次いでこの乾燥粉体を900〜1100℃の範囲の
温度において1秒ないし1分間熱処理して発泡させる。
この熱処理により、発泡粒子表面がアルミナで被覆され
るので、粒子間の融着が効果的に防止される。熱処理温
度が900℃未満では十分に発泡しないおそれがある
し、1100℃を超えると粒子間の融着が生じることが
ある。また、熱処理時間が1秒未満では十分に発泡しな
いおそれがあり、一方1分を超えるとそれ以上の発泡は
起こらず、むしろ粒子間の融着など、好ましくない事態
が招来する。
【0015】このようにして加熱発泡させたものは軽量
の中空体であるが、さらに、比重差分別、例えば水中に
おける浮沈分離又は空気分級することにより、より軽量
の中空体を回収することもできる。
【0016】このような方法によれば、粒径が20μm
以下で、粒子密度1g/cm3以下の微細中空ガラス球
状体を、原料の重量に基づき50%以上という高い回収
率で得ることができる。
【0017】
【発明の効果】本発明によると、火山ガラス質堆積物粉
体を原料として用い、特殊な装置や廃液処理を必要とせ
ずに、高強度で白色度の優れた微細中空ガラス球状体
を、加熱発泡時に粒子の凝集を生じさせることなく、効
率よく製造することができる。
【0018】本発明方法で得られた微細中空ガラス球状
体は、各種金属、セラミックス、コンクリート、プラス
チックスなどの軽量化充てん材として有用である。
【0019】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。
【0020】なお、微細中空ガラス球状体の白色度及び
強度は次の方法により測定した。 (1)白色度 ラブ(Lab)法による表色系の頂点付近で標準白色板
との色差を測定し、次式により白色度(W)を求めた。 W=100−[(100−L)2+a2+b21/2 ただし、Lは明度、aは+で赤の度合、−で緑の度合、
bは+で黄の度合、−で青の度合を示す。
【0021】(2)強度 試料S1(g)を網ふるい製試料容器に入れ、この試料
容器を加圧容器中に装てんして密閉し、圧力を8MPa
まで上げたのち、試料容器を取り出す。次に、試料を浮
沈分離器に入れて浮揚物と沈降物に分け、浮揚物をるつ
ぼ型ろ過器で吸引ろ過し、乾燥してその重量S2(g)
を測定し、次式に従って計算した静水浮揚率(H)をも
って強度とする。 H(%)=(S2/S1)×100
【0022】実施例1 表1に示す組成をもつ火山ガラス質堆積物(福島県福島
市飯坂町産出、通称福島白土)を解砕し、粉末原料を調
製した。
【0023】
【表1】
【0024】液体媒質として、水ガラス(JIS 3
号)0.2重量%水溶液を用い、前記の粉末原料を投入
し、粒子の水中沈降速度の差を利用する水簸により、分
離粒度5μm及び10μmで分級した。分級粒子中に含
まれる粒径10μmを超える粒子の割合は、いずれの場
合も10重量%以下であり、また粒径5μm未満の粒子
の割合は、いずれの場合も10重量%以下であった。
【0025】次に、この分級した粉末100重量部を、
硫酸アルミニウム0.05モル/リットル濃度の水溶液
160重量部(粉末に対する硫酸アルミニウムの割合:
約3.5重量部)に添加し、室温下でかき混ぜながら、
さらに1モル/リットル濃度の炭酸水素アンモニウム水
溶液を2時間にわたって滴下し、硫酸アルミニウムの全
量が加水分解する当量となるまで加えた。滴下終了2時
間後、被覆処理された固形物をろ取したのち、水洗、乾
燥した。
【0026】この乾燥粉末を、最高温度を1040℃と
した加熱発泡装置に供給し、発泡させたのち、回収して
回収物の粒子密度を測定した。
【0027】その後、水中における浮沈分離を行い、浮
揚物として微細中空ガラス球状体を回収した。ここで得
られた微細中空ガラス球状体の回収率を算出した。結果
を表2に示す。
【0028】実施例2,3 実施例1でアルカリ水溶液として用いた炭酸水素アンモ
ニウム水溶液の代りに1モル/リットル濃度の水酸化ナ
トリウム水溶液又はアンモニア水を用い、実施例1と同
様にして火山ガラス質堆積物粉末を処理した。このよう
にして得た乾燥粉末を最高温度1040℃で加熱発泡し
た。得られた微細中空ガラス球状体の粒子密度及び回収
率を表2に示す。
【0029】比較例 実施例1において、火山ガラス質堆積物の分級粉末に対
し、被覆処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同
様にして実施した。しかし、加熱発泡装置内に火山ガラ
ス質堆積物の分級粉末が多量に溶融付着して連続処理が
できなかった。そこで、最高温度を1000℃としたと
ころ、連続処理が可能となった。結果を表2に示す。
【0030】
【表2】
【0031】表2から分かるように、実施例1は、比較
例に比べて加熱発泡物の粒子密度が小さく、かつ微細中
空ガラス球状体の回収率が2倍以上であった。なお、加
熱発泡前の粒子密度は、両者共2.30g/cm3であ
った。
【0032】実施例4 実施例1において、炭酸水素アンモニウム水溶液の代わ
りに、濃度1モル/リットルの炭酸水素ナトリウム水溶
液を用いた以外は、実施例1と同様にして実施した。得
られた微細中空ガラス球状体の回収率を算出するととも
に、その白色度及び強度を測定した。結果を表3に示
す。
【0033】
【表3】
【0034】表3から分かるように、本発明方法で得ら
れた中空ガラス球状体は、微粒で白色度が高く、強度の
大きいものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田本 幸義 千葉県市原市五井南海岸8番の2 株式 会社カルシード内 (72)発明者 木本 潤一 山口県美祢市伊佐町伊佐4611番地の1 株式会社カルシード内 (72)発明者 岡田 博美 山口県美祢市伊佐町伊佐4611番地の1 株式会社カルシード内 審査官 前田 仁志 (56)参考文献 特開 平7−315869(JP,A) 特開 平7−24299(JP,A) 特開 平8−208272(JP,A) 特開 平7−25643(JP,A) 特公 昭47−7799(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C03C 11/00 C04B 14/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 火山ガラス質堆積物粉体100重量部
    を、硫酸アルミニウム1〜10重量部を含有する水溶液
    中に均質に分散させたのち、この懸濁液にアルカリ水溶
    液を添加して、該粉体粒子表面にアルミナ水和物を析出
    させ、次いで固形物を取り出し、洗浄、乾燥後、900
    〜1100℃の温度において1秒ないし1分間熱処理す
    ることを特徴とする微細中空ガラス球状体の製造方法。
  2. 【請求項2】 アルカリ水溶液が炭酸水素塩水溶液であ
    る請求項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】 炭酸水素塩水溶液が炭酸水素アンモニウ
    ム水溶液又は炭酸水素ナトリウム水溶液である請求項2
    記載の製造方法。
  4. 【請求項4】 硫酸アルミニウム含有水溶液の硫酸アル
    ミニウム濃度が0.001モル/リットル以上である請
    求項1,2又は3記載の製造方法。
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