JPH04243911A - シリカバルーンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粒径１〜５０μｍ　範
囲の中空単一球状体からなる高品質性状のシリカバルー
ンを操業性よく製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリカバルーンの製造技術として
は、けい素源原料を融解したのち、空気、不活性ガスな
どのジェット気流に曝すことによりガス包蔵−中空微粒
化する方法、けい素源原料をそのまま又は発泡剤を混入
して熱分解し、ガス発泡によって中空微粒化する方法、
あるいはアルカリけい酸塩原料を化学的、熱的に処理し
たのち高温雰囲気下で発泡中空化する方法などが知られ
ている。しかしながら、これら従来の方法では形成する
シリカバルーンの微粒化ならびに粒度の調整化に限界が
あり、　１００μｍ　以下の整粒を効率よく製造するこ
とは困難であった。

【０００３】本発明者らは、上記の欠点を解消するため
の手段として、密閉筒状炉内を流通する高温燃焼ガス流
に水ガラス水溶液または水ガラス水溶液と炭化水素を導
入し、水ガラス水溶液の脱アルカリ化により生成したガ
ラス微粒子中間体を一定時間炉内滞留させることを内容
とするシリカバルーンの製造方法を開発し、既に特願平
１−１６５００９号として提案した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記の先行発明によれ
ば、超微粒状のシリカバルーンを粒度調整容易に製造す
ることが可能となり、とくに竪型構造の炉を使用した場
合に操業性の向上が認められている。ところが、引き続
く研究段階において先行発明で好適とされていた条件を
用いて竪型炉で操業する場合には、得られるシリカバル
ーンの最大粒径が概ね２μｍ　程度の超微粒域に偏し、
これに伴ない粒子の比重も１ｇ／ｃｃを越えて良好な中
空組織化を阻害する結果を与えることが確認された。

【０００５】本発明の目的は、先行発明（特願平１−１
６５００９号）　を竪型構造炉で実施する際の最適な条
件を解明し、よって粒径１〜５０μｍ　、比重１．０ｇ
／ｃｃ　以下の中空球状体を備えるシリカバルーンを操
業性よく製造する方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるシリカバルーンの製造方法は、竪型構
造の密閉円筒炉内を流通する高温燃焼ガス流に水ガラス
水溶液または水ガラス水溶液と炭化水素を噴霧し、水ガ
ラス水溶液の脱アルカリ化により生成したガラス微粒子
中間体を一定時間高温炉内に滞留させてシリカバルーン
に転化させる方法において、水ガラス水溶液を噴霧する
位置における高温燃焼ガスの流速を１０ｍ／ｓｅｃ　以
下とし、かつ水ガラス水溶液のノズル先端部からの流体
線速度（ＴＶＦ）　を１０００ｆｔ／ｓｅｃ以下に設定
して、粒径１〜５０μｍ　、比重１．０ｇ／ｃｃ　以下
の中空球状体を得ることを構成状の特徴とする。

【０００７】本発明では、装置として頭部燃焼室と円筒
反応室が連結した密閉筒状炉を垂直形態に設置した竪型
構造のものを用いることが前提的な要件となる。この密
閉円筒炉内を流通する高温燃焼ガス流は、燃料用炭化水
素を酸素含有気流とともに炉頭部に噴射して完全燃焼さ
せることによって形成する。燃料油には、軽油、重油、
クレオソート油、エチレンボトム油などの炭化水素油、
プロパン、メタン等の炭化水素系ガスが使用され、炉内
温度が少なくとも水ガラス水溶液を噴霧する位置におい
て１３００℃以上の高温水準を保持するように燃焼させ
る。 本発明で設定される第１の操業条件は、水ガラス水溶液
を噴霧する位置における高温燃焼ガス流の流速を１０ｍ
／ｓｅｃ　以下にすることである。この理由は、前記の
炉内流速が１０ｍ／ｓｅｃ　を越す高速条件とすると噴
霧した水ガラス水溶液の液滴がガス流の剪断力を受けて
微粒化され、目的とする粒径１〜５０μｍ　、比重１．
０ｇ／ｃｃ　以下の中空球体を得ることができなくなる
からである。

【０００８】水ガラス水溶液は、例えば安価な工業用の
水ガラスを適宜な粘度になるように水に溶解したもので
よく、高温燃焼ガス流と同軸もしくは直角方向から窒素
ガスなどに同伴させながら二流体式バーナーを用いて炉
内に噴霧する。水ガラス水溶液の濃度は２０〜８０％と
することが好ましく、この範囲を外れると脱アルカリ化
に長時間を要したり噴霧導入が困難になる等の不都合な
結果を招く。本発明で設定する第２の操業条件は、水ガ
ラス水溶液を噴霧する際のノズル先端部からの流体線速
度（ＴＶＦ：Ｔｉｐ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ　Ｆａｃｔｏｒ
）　を１０００ｆｔ／ｓｅｃ以下にすることである。こ
の流体線速度（ＴＶＦ）　が１０００ｆｔ／ｓｅｃを越
える高速導入の条件では、噴霧される液滴が微細になり
過ぎて粒径５０μｍ　までの正常なシリカバルーンを形
成させることができなくなる。

【０００９】炉内に噴霧された水ガラス水溶液は、急速
に熱分解して脱アルカリ反応を起こし、純度の高いけい
素質のガラス微粒子中間体に転化する。このようにして
生成したガラス微粒子中間体は、引続き一定時間高温炉
内を滞留する過程で発泡し中空球状のシリカバルーンが
形成される。

【００１０】前記のバルーン形成段階では、形成された
シリカバルーンが炉内滞留する際に粒子同士が相互に融
着して団塊状の凝集体を混在させることがある。このよ
うな事態を避けるためには、高温燃焼ガス流に水ガラス
水溶液と共に炭化水素を噴霧し、炉内にカーボンブラッ
クを生成共存させることが有効な手段となる。すなわち
、生成したカーボンブラックは、炉内に広く分散してシ
リカバルーン同士の相互融着を完全に阻止するために機
能する。炭化水素としては、例えばスチレンモノマー、
ベンゼンなどが好適に用いられ、水ガラス水溶液と同時
もしくは別ルートを介して炉内に導入される。

【００１１】形成されたシリカバルーンは炉の後段で水
冷し、融点以下に冷却されたのち捕集工程に送られて回
収される。シリカバルーンにカーボンブラックが混在す
る場合には、燃焼酸化処理を施してカーボンブラックの
みを焼却除去し、必要に応じて鉱酸で洗浄処理して更に
精製する。上記のプロセスにより、操業トラブルを伴う
ことなく、粒径１〜５０μｍ　、比重１．０ｇ／ｓｅｃ
以下の中空単一球体を呈するシリカバルーンが効率よく
製造される。

【００１２】

【作用】本発明によれば、密閉円筒炉内を流通する高温
燃焼ガス流に水ガラス水溶液またはこれと炭化水素を噴
霧し、水ガラス水溶液の脱水、脱アルカリおよび発泡化
によってシリカバルーンを製造する場合に、装置として
操業性の良好な竪型構造の炉を用い、該竪型構造炉によ
り粒径１〜５０μｍ　で比重１．０ｇ／ｃｃ　以下の中
空球状シリカバルーンを得るために最適な条件で操業さ
れる。

【００１３】すなわち、水ガラス水溶液を噴霧する位置
における高温燃焼ガス流の流速を１０ｍ／ｓｅｃ　以下
にすることで噴霧された水ガラス液滴のガス流による剪
断微細化を抑制し、かつ水ガラス水溶液のノズル先端部
からの流体線速度（ＴＶＦ）　を１０００ｆｔ／ｓｅｃ
以下に設定して水ガラス水溶液の噴霧時における液滴破
壊を防止するという両条件の作用を介して、ガラス物質
の炉壁付着等のトラブルを伴うことなく、常に安定して
目的とする性状特性のシリカバルーンを製造することが
可能となる。

【００１４】

【実施例】炉頭部に燃焼バーナーと燃焼ガス流に対し同
軸方向に噴霧可能な噴射ノズルを先端が炉頭部から５０
０ｍｍ　入った位置にセットした燃焼室（直径２００ｍ
ｍ　、長さ５００ｍｍ）と、該燃焼室と同軸的に連設す
る反応室（直径１２０ｍｍ　、長さ２０００ｍｍ）　に
より構成され、前記反応室の所定位置に反応停止用の冷
却水噴霧孔を設けた密閉円筒炉を垂直に設置した。この
竪型構造炉により、原料に市販の工業用水ガラス１号を
使用してシリカバルーンの製造をおこなった。

【００１５】実施例１〜３ 燃焼条件は、燃料にプロパンガスを用い、燃料供給量２
．０　Ｎｍ２／ｈｒ、燃焼用空気量２０．０　Ｎｍ２／
ｈｒ　、酸素添加量６．００　Ｎｍ２／ｈｒ　とし、原
料導入条件は、水ガラス水溶液濃度４０ｗｔ％、導入量
４００　ｇ／ｈｒとした。その他の変動生成条件として
、水ガラス水溶液の噴霧位置における高温燃焼ガス流速
度、水ガラス水溶液を噴霧させるためのＮ２　ガス導入
量およびノズル先端からの原料の流体線速度（ＴＶＦ）
　を各設定させて操業をおこなった。得られたシリカバ
ルーン（生成物）の特性、性状などを測定し、その結果
を表１に示した。

【００１６】

【００１７】表１から、実施例１〜３では粒径３〜１８
μｍ　範囲で比重１．０ｇ／ｃｃ　以下の中空単一球体
を呈するシリカバルーンが円滑かつ高回収率で得られる
ことが判る。

【００１８】実施例４〜６ 固定生成条件として、燃焼源：プロパンガス、水ガラス
水溶液濃度：４０ｗｔ％、噴霧用ガス導入量：Ｎ２　ガ
ス１．０　Ｎｍ２／ｈｒ、原料の流体線速度（ＴＶＦ）
　：５４４ｆｔ／ｓｅｃ　を設定し、その他の条件を変
動させて操業をおこなった。なお、実施例６では、水ガ
ラス水溶液噴霧点から１５ｍｍ下流位置にカーボンブラ
ック生成用の炭化水素噴霧用ノズルを設置し、ベンゼン
を１．０　Ｎｍ２／ｈｒのＮ２　ガスで噴霧させながら
３００ｇ／ｈｒ　で供給した。得られたシリカバルーン
の特性・性状を測定し、結果を表２に示した。なお、実
施例６ではカーボンブラック（ＣＢ）含有率の測定もお
こなった。

【００１９】

【００２０】実施例４〜６の条件では、粒径１０〜３０
μｍ　、比重１．０ｇ／ｃｃ　以下の中空単一球体を呈
するシリカバルーンが高い回収率で得られている。

【００２１】比較例１〜３ 原料の流体線速度（ＴＶＦ）　および高温燃焼ガス流速
を本発明の特定条件から外れるように設定し、その他は
実施例５と同一条件で操業した。得られたシリカバルー
ンの特性・性状を測定し、その結果を表３に示した。

【００２２】

【００２３】表３の結果から、本発明の設定条件を外れ
る比較例の場合には、いずれも目的とする粒径１〜５０
μｍ　、比重１．０ｇ／ｃｃ　以下のシリカバルーンは
得られない。

【００２４】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の操業条件に従え
ば粒径が１〜５０μｍ　で比重１．０ｇ／ｃｃ　以下の
中空単一球体を備える高品質のシリカバルーンを良好な
操業性により安定して製造することができる。したがっ
て、金属、プラスチックス、セラミックス等の充填材、
焼結フィルター、軽量断熱材、半導体封止材、白色顔料
などの原材料として有用である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　竪型構造の密閉円筒炉内を流通する高
   温燃焼ガス流に水ガラス水溶液または水ガラス水溶液と
   炭化水素を噴霧し、水ガラス水溶液の脱アルカリ化によ
   り生成したガラス微粒子中間体を一定時間高温炉内に滞
   留させてシリカバルーンに転化させる方法において、水
   ガラス水溶液を噴霧する位置における高温燃焼ガス流の
   流速を１０ｍ／ｓｅｃ　以下とし、かつ水ガラス水溶液
   のノズル先端部からの流体線速度（ＴＶＦ）　を１００
   ０ｆｔ／ｓｅｃ以下に設定して、粒径１〜５０μｍ　、
   比重１．０ｇ／ｃｃ　以下の中空球状体を得ることを特
   徴とするシリカバルーンの製造方法。