JP4991639B2 - 発泡ガラスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は発泡ガラスの製造方法に関する。

廃ガラスを発泡ガラス化して、資源の有効利用を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−１３２７１４公報（請求項２）

特許文献１の請求項２に「破砕したガラスと、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、リン酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、酸化第二鉄、硫酸第二鉄及び活性炭の群から選択される少なくとも１成分と、
７００℃以上１１００℃以下の温度で溶融・発泡させ、且つ、
水酸化カルシウム、酸化カルシウム、リン酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、酸化第二鉄、硫酸第二鉄及び活性炭の群から選択される少なくとも１成分とが、製造される発泡ガラス中に分散するようにした、発泡ガラスの製造方法。」の記載がある。

すなわち、特許文献１は、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、リン酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、酸化第二鉄、硫酸第二鉄及び活性炭の群からなる「発泡剤」を、破砕したガラスに混合させることを特徴とする発泡ガラスの製造技術に関する。

すなわち、従来の技術では発泡剤の調達コストが不可欠であり、このことが発泡ガラスの製造コストを押し上げる要因となっている。
そこで、発泡ガラスの製造コストの低減化が求められている。

本発明は、発泡ガラスの製造コストを低減することができる技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、使用済み自動車を裁断して得られる、ＡＳＲと呼ばれるシュレッダダストを出発材料として、この出発材料に選別などの処理を施し、破砕し、粒度が整えられ、ガラス粒に適量の樹脂の粒が混じっている土砂ガラス材料を準備する工程と、
この土砂ガラス材料に仮焼成を施して前記樹脂の粒を炭素の粒にする仮焼成工程と、
得られた仮焼成体を細かく破砕し、仮焼成体に含まれている炭素の粒を砕く破砕工程と、
得られた破砕粉に本焼成を施して発泡ガラスを得る本焼成工程と、からなり、
前記樹脂の粒を発泡剤の代用にすることで、別途発泡剤を添加することなく、発泡ガラスを製造することを特徴とする。

請求項１に係る発明では、土砂ガラス材料に樹脂の粒が残っている。この樹脂は、炭素（Ｃ）や炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を豊富に含む。炭素は熱を加えると酸化して二酸化炭素になる。炭酸カルシウムに熱を加えると分解して二酸化炭素を発生する。この二酸化炭素ガスが発泡ガスとなる。
すなわち、別に発泡剤を加える必要が無く、ＡＳＲのみで発泡ガラスを製造することが可能となり、発泡剤を調達する必要がないため、発泡ガラスの製造コストを低減することができる。

さらには、本発明は、仮焼成工程と、得られた仮焼成体を細かく破砕する工程とを含んでいる。仮焼成により樹脂の粒を炭素の粒に変え、この炭素の粒を破砕工程で炭素の小さい粒に破砕する。
得られる破砕粉には、炭素の小さい粒が分散している。このような、破砕粉を本焼成して得られた焼成体は、細かい気泡が均等に分散している、良質の発泡ガラスとなる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る発泡ガラスの基本的な製造フロー図であり、使用済み自動車から、エンジン、トランスミッション、エアバッグ、タイヤ、バッテリなどの機器及び燃料、オイルを撤去する（ＳＴ０１）。次に、シュレッダで裁断する（ＳＴ０２）。得られたシュレッダダストは、一般にＡＳＲ（Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｓｈｒｅｄｄｅｒ Ｒｅｓｉｄｕｅ）と呼ばれる。

得られたＡＳＲは、比重選別など周知の選別法を適用して選別処理する（ＳＴ０３）。この処理法は次図で詳細に述べるが、土砂ガラス（第１・第２次土砂ガラス）にこの処理を施すことで第３次土砂ガラスを得ることができる。この第３次土砂ガラスを約６００℃に加熱することで、仮焼成処理を行う（ＳＴ０４）。これで仮焼成体を得ることでき、この仮焼成体を約８００℃に加熱することで、本焼成処理を行う（ＳＴ０５）。これで、発泡ガラスを得ることができる。ＳＴ０４の仮焼成処理及びＳＴ０５の本焼成処理の詳細は後述する。

図２は選別などの処理を詳細に説明するフロー図であり、ステップ番号（ＳＴ）は便宜的に、１１番から付す。また、図３は図２を補足する図面である。
ＡＳＲは、図３（ａ）に示すように、例えば、５５質量％の樹脂と、２０質量％の金属と、残部の土砂ガラス（ガラスに土砂が付着形態のもの）とからなる。

このようなＡＳＲから、周知の磁選別法、非鉄選別法及び比重選別法により鉄系金属の大部分を除外し、非鉄選別法によりアルミや銅などの非鉄金属の大部分を除外し、樹脂の大部分を除外する（ＳＴ１１）。これで、第１次土砂ガラスが得られる。

ガラスに樹脂モールやアンテナが強固に接着され、土埃が強固に付着しているなどして、周知の選別では分離できなかった、樹脂、金属、土砂が残留している。 そのため、第１次土砂ガラスは、図３（ｂ）に示すように、例えば、６．３質量％の樹脂（残留樹脂）と、１２．９質量％の金属（残留金属）と、ガラス（残量土砂を含む。）とからなる。

このような第１次土砂ガラスを、破砕する（ＳＴ１２）。
この破砕は、ブレード式破砕機、ボールミル式破砕機またはその他の破砕機により実施する。ブレード式破砕機の原理を次図で説明する

図４はブレード式破砕機の原理図であり、ブレード式破砕機１０は、モータが内蔵されているベース１１と、このベース１１に載せられている容器１２と、この容器１２の底を貫通して立ち上がっているモータ軸１３と、このモータ軸１３に水平に取り付けられている破砕刃１４と、容器１２の上部開口を塞ぐリッド１５とからなる。

容器１２に想像線で示す第１次土砂ガラス１６を入れる。リッド１５を被せ、
破砕刃１４を高速で水平に回転させる。すると、破砕刃１４が、第１次土砂ガラス１６に衝突して、破砕等を始める。

第１次土砂ガラス１６には、図３（ｂ）に示されている残留金属、残留樹脂、残留土砂、ガラスが含まれている。
そのうち、残留金属は硬いため、破砕されない。残留樹脂は軟らかいため、削られて、削り屑と残部樹脂とに分かれる。当然、削り屑は小さく、残部樹脂は大きい。
残りの残留土砂とガラスは破砕される。

図２のＳＴ１３で第１の篩にかける。残留金属と残部樹脂は篩の上に残る。一方、樹脂の削り屑とガラス粒と土砂は篩を通過して落下する。落下した分を、第２次土砂ガラスと呼ぶ。樹脂の削り屑を、再残留樹脂と呼ぶ。
すなわち、破砕された土砂ガラスを第１の篩にかけると、残留金属の全てと、残留樹脂の大部分とが分離、除外される。そして、残ったガラス粒と、再残留樹脂と、残留土砂とからなる第２次土砂ガラスが得られる。

ＳＴ１４で第２次土砂ガラスを第２の篩にかける。第２の篩は目が第１の篩より小さい。
粒径が小さ過ぎる再残部樹脂と、粒径が小さ過ぎるガラス粒と、粒径が小さ過ぎる土砂が第２の篩を通過して除外される。第２の篩の上に残った、適度な大きさのガラス粒と、再残部樹脂と残留土砂を、第３次土砂ガラスと呼ぶ。
この第３次土砂ガラスは、図３（ｃ）に示すように、０．１〜３質量％の再残留樹脂と、ガラス粒（残留土砂を含む。）とからなる。

なお、第３次土砂ガラスの粒径は、５０〜５００μｍの範囲が好ましく、２５０μｍが最適である。このような粒径が得られるように、第１の篩の目（メッシュ）と第２の篩の目（メッシュ）が決定される。

次に、図２のＳＴ１２で、ブレード式破砕機の代わりに、ボールミル式破砕機を使用した場合を説明する。ボールミル式破砕機は回転ドラムの内部に硬いボールを多数個入れ、これらのボールで第１次土砂ガラスを破砕する機器であり、破砕性能はブレード式破砕機より格段に高い。そのため、ボールミル式破砕機で第１次土砂ガラスを破砕すると、軟らかい樹脂の大部分が細かく破砕される可能性がある。

細かく破砕された樹脂は、殆どが第１の篩及び第２の篩を通過してしまう。この結果、第３次土砂ガラスに占められる樹脂の割合が、図３（ｃ）に示す樹脂割合０．１質量％より、大幅に下回る可能性が出てくる。これでは樹脂割合が過少となる。
そこで、ボールミル式破砕機を採用する場合には、樹脂割合が０．１質量％以上になるように、破砕時間を短くするなどの工夫が必要となり、破砕作業が面倒になる。
この点、ブレード式破砕機であれば、破砕時間を充分に確保することができ、破砕作業は容易になり、好ましい。

得られた第３次土砂ガラス（土砂ガラス材料とも呼ぶ。）に施す仮焼成処理を次に説明する。
図５は仮焼成処理を説明するフロー図であり、図６は図５の補足説明図である。
図６（ａ）に示すように、第３次土砂ガラス２０では、ガラス粒２１とガラス粒２１との間に、樹脂の粒（粒径が整えられた再残留樹脂）２２が混じっている。なお、土砂の粒は省略した。

ところで、一般に樹脂には、可塑剤、安定剤、充填剤、その他の添加剤が添加されている。そのうちで、充填剤は、樹脂原料を節約するための混ぜものである。そして、充填材の代表例が、炭酸カルシウムである。

仮に、図６（ａ）に示す第３次土砂ガラス２０を、約８００℃、６０分の条件で焼成処理をすると、ガラス粒２１が溶融化すると共に、樹脂の粒２２に含まれる炭酸カルシウムが、カルシウム（酸化カルシウム）と炭酸ガスに熱分解される。その結果、（ｂ）に示すように、大きな気泡１０１がガラス１０２の中に発生する。

小さな気泡が多数分散している場合に比較して、気泡１０１が大径であると、不可避的に偏在し勝ちになる。そのため、（ｂ）に示される発泡ガラス１０３の品質は低いものとなる。品質を高めることが求められ、その方法を次に説明する。

図５において、第３次土砂ガラスを、約６００℃で仮焼成する（ＳＴ１５）。これで、仮焼成体を得ることができる。仮焼成体２５は、図６（ｂ）に示すように、ガラス粒２１とガラス粒２１との間に、炭素の粒２６が混じったものとなる。すなわち、樹脂の粒２２が焼かれて炭化した。このような仮焼成体２５は、本焼成体とは異なり、脆い。そこで、仮焼成体２５を、細かく破砕することができる（ＳＴ１６）。

この破砕により、炭素の粒２６も破砕され、小さな粒となる。得られた破砕粉３０は、図６（ｄ）に示すように、ガラス粒２１とガラス粒２１との間に、炭素の小さな粒３１が分散したものとなる。
このような破砕粉３０を約８００℃で焼成処理すると、図６（ｅ）に示すような、ガラス３２に多数の気泡３３が、適度に分散した、良質の発泡ガラス３４を得ることができる。

すなわち、図６（ａ）に示す第３次土砂ガラス２０を、直ぐに焼成（本焼成）処理するのではなく、仮焼成処理を施し、得られた仮焼成体を細かく破砕し、得られた破砕粉に本焼成処理を施すことで、気泡が均等に分散した良質の発泡ガラス３４を得ることができる。

この際に、炭酸カルシウムなどの発泡剤を、別途加える必要がない。すなわち、第３次土砂ガラス２０に含まれている樹脂の粒２２を、発泡剤の代用物とした。この結果、発泡剤を調達する必要がなく、発泡ガラスの製造コストを低減することができる。

ところで、自動車の車体に塗布した塗料やメッキには、クロム（Ｃｒ）や三価クロム（Ｃｒ^＋３）が混じっている。このようなクロム（Ｃｒ）や三価クロム（Ｃｒ^＋３）の一部が、図６（ｄ）に示す破砕粉３０に混じっていることが予想される。クロム（Ｃｒ）や三価クロム（Ｃｒ^＋３）は、酸化されて、有毒な六価クロムに変化することが、知られている。
この有毒物質である六価クロムの発生を防止する必要がある。すなわち、図６（ｄ）→（ｅ）の処理に代えて、次に説明する処理が推奨される。

図７は本焼成処理を説明する図であり、（ａ）において、上面が開放されている蓋なし容器３５に破砕粉３０を充填する。破砕粉３０は、ガラス粒２１と、炭素の小さな粒３１と、クロム系粒３６とからなる。クロム系粒３６は、クロム（Ｃｒ）、三価クロム（Ｃｒ^＋３）又はこれらの混合物である。

次に、（ｂ）に示すように、蓋なし容器３５の上方から約８００℃で加熱する。すると、上表面のガラス粒が溶融して、ガラス層３７を形成する。この後は、炭素の小さな粒３１が周囲の酸素（Ｏ_２）と結合して、二酸化炭素（ＣＯ_２）に変化する。

この反応は密閉空間で行われるため、ガラス層３７の下方の空間内は、無酸素雰囲気もしくは還元性雰囲気となる。無酸素雰囲気もしくは還元性雰囲気に置かれたクロム（Ｃｒ）や三価クロム（Ｃｒ^＋３）は、酸化が進行しないため、六価クロム（Ｃｒ^＋６）に変化する心配はない。

そこで、（ｃ）に示すように、蓋なし容器３５の周囲から全体的に約８００℃で本焼成する。このときの加熱により、ガラス粒が溶融ガラス３８となり、そこへ炭酸ガスの気泡３９が分散される。これらの気泡３９は加熱により更に膨張する。
本焼成処理後が冷却して得られた発泡ガラス４０は、（ｄ）に示すようにガラス４１に、多数の気泡４２を含む。そして、クロム系粒３６は無害なクロム（Ｃｒ）や三価クロム（Ｃｒ^＋３）の形態のままで、封じ込められる。

図７で説明した本焼成処理をフローの形態でまとめる。
図８は本焼成処理を説明するフロー図であり、破砕粉を蓋なし容器へ充填し（ＳＴ１７）、上面を加熱する（ＳＴ１８）。この結果、ガラス層が形成され、ガラス層下は還元性雰囲気となる。次に、全体を約８００℃で加熱する（ＳＴ１９）。すると、二酸化炭素（ＣＯ_２）が膨張し、気泡が均等に分散し、且つ、クロムを無害なクロム（Ｃｒ）や三価クロム（Ｃｒ^＋３）の形態のままで封じ込めた発泡ガラスを得ることができる。

以上の説明において、仮焼成温度を約６００℃、本焼成温度を約８００℃としたが、自動車用ガラスの融点を基準として、仮焼成温度を融点未満の適当な温度（５００〜６５０℃から選択される温度）、本焼成温度を融点以上の適当な温度（７００〜９００℃から選択される温度）とすることは差し支えない。
また、本焼成時間は、６０〜１８０分が好ましく、６０分が最適である。

本発明は、ＡＳＲと呼ばれるシュレッダダストから発泡ガラスを製造する技術に好適である。

本発明に係る発泡ガラスの基本的な製造フロー図である。 選別などの処理を詳細に説明するフロー図である。 図２を補足する図面である。 ブレード式破砕機の原理図である。 仮焼成処理を説明するフロー図である。 図５の補足説明図である。 本焼成処理を説明する図である。 本焼成処理を説明するフロー図である。

符号の説明

２０…土砂ガラス材料（第３次土砂ガラス）、２１…ガラス粒、２２…樹脂の粒、２５…仮焼成体、２６…炭素の粒、３０…破砕粒、３１…炭素の小さな粒、３４…発泡ガラス。

Claims (1)

1. 使用済み自動車を裁断して得られる、ＡＳＲと呼ばれるシュレッダダストを出発材料として、この出発材料に選別処理を施し、破砕し、粒度が整えられ、ガラス粒に適量の樹脂の粒が混じっている土砂ガラス材料を準備する工程と、
   この土砂ガラス材料に仮焼成を施して前記樹脂の粒を炭素の粒にする仮焼成工程と、
   得られた仮焼成体を細かく破砕し、仮焼成体に含まれている炭素の粒を砕く破砕工程と、
   得られた破砕粉に本焼成を施して発泡ガラスを得る本焼成工程と、からなり、
   前記樹脂の粒を発泡剤の代用にすることで、別途発泡剤を添加することなく、発泡ガラスを製造することを特徴とする発泡ガラスの製造方法。

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