JPH0764547B2 - シリカバルーンの製造方法 - Google Patents
シリカバルーンの製造方法Info
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- JPH0764547B2 JPH0764547B2 JP10361390A JP10361390A JPH0764547B2 JP H0764547 B2 JPH0764547 B2 JP H0764547B2 JP 10361390 A JP10361390 A JP 10361390A JP 10361390 A JP10361390 A JP 10361390A JP H0764547 B2 JPH0764547 B2 JP H0764547B2
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- low temperature
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- 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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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超微粒状の高品質シリカバルーンを操業性よ
く製造する方法に関する。
く製造する方法に関する。
ミクロン単位の外径をもつ単一の中空微小球体はバルー
ンと呼ばれ、既にアルミナ、フアイアッシュ、シラスガ
ラス、シリカ、ほう砂などの無機質系のものが上市され
ている。これらのうちシリカを構成材料とするものは、
通常、シリカバルーンと称され、耐火断熱材料の骨材、
プラスチックの充填材等の用途に有用されている。
ンと呼ばれ、既にアルミナ、フアイアッシュ、シラスガ
ラス、シリカ、ほう砂などの無機質系のものが上市され
ている。これらのうちシリカを構成材料とするものは、
通常、シリカバルーンと称され、耐火断熱材料の骨材、
プラスチックの充填材等の用途に有用されている。
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
に晒すことによりガス包蔵−中空化を起こさせる方法、
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、ガス発泡により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
囲気で発泡中空化する方法等が知られている。
料を融解したのち空気、不活性ガスなどのジェット気流
に晒すことによりガス包蔵−中空化を起こさせる方法、
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、ガス発泡により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
囲気で発泡中空化する方法等が知られている。
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、10
0μｍ以下の整粒化された微粒子を効率よく製造するこ
とは困難であった。
ルーンの微粒化ならびに粒度の調整化に限界があり、10
0μｍ以下の整粒化された微粒子を効率よく製造するこ
とは困難であった。
本発明者らは、これらの欠点を解消するための手段とし
て、密封筒状炉内を流通する高温燃焼ガス流に水ガラス
水溶液を噴霧して脱アルカリし、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す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１−16
5009号（特開平３−60422号）として提案した。
て、密封筒状炉内を流通する高温燃焼ガス流に水ガラス
水溶液を噴霧して脱アルカリし、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す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１−16
5009号（特開平３−60422号）として提案した。
水ガラス系けい素源原料の熱処理によってシリカバルー
ンを形成する場合には、水ガラスからシリカに転化させ
る過程において脱アルカリ反応を如何に均一かつ効果よ
く遂行させるかが生成物の純度、粒度分布、異形ショッ
ト含有量などを支配する大きな決め手となる。上記した
特願平１−165009号の発明では、この点の解決策として
炉内に塩酸、硝酸などの無機酸水溶液を注入する方法が
採られているが、無機酸の炉内導入には操業面で種々の
トラブルを招く危険性があり工業的な生産プロセスとし
ては問題がある。
ンを形成する場合には、水ガラスからシリカに転化させ
る過程において脱アルカリ反応を如何に均一かつ効果よ
く遂行させるかが生成物の純度、粒度分布、異形ショッ
ト含有量などを支配する大きな決め手となる。上記した
特願平１−165009号の発明では、この点の解決策として
炉内に塩酸、硝酸などの無機酸水溶液を注入する方法が
採られているが、無機酸の炉内導入には操業面で種々の
トラブルを招く危険性があり工業的な生産プロセスとし
ては問題がある。
本発明は、工業生産的な脱アルカリ化反応手段の解明に
基づいて開発されたもので、外径10μｍ以下の超微粒範
囲にある高品質のシリカバルーンを粒度調整容易にかつ
操業性よく製造する方法の提供を目的としている。
基づいて開発されたもので、外径10μｍ以下の超微粒範
囲にある高品質のシリカバルーンを粒度調整容易にかつ
操業性よく製造する方法の提供を目的としている。
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、密閉筒状炉内を流通する燃焼ガス流に
水ガラス水溶液を噴霧して脱アルカリし、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、炉内を200〜500℃
の低温燃焼域とそれに引き続く1300℃以上の高温燃焼域
とに区分形成し、前記低温燃焼域に水ガラス水溶液を噴
霧することを構成上の特徴とする。
ンの製造方法は、密閉筒状炉内を流通する燃焼ガス流に
水ガラス水溶液を噴霧して脱アルカリし、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、炉内を200〜500℃
の低温燃焼域とそれに引き続く1300℃以上の高温燃焼域
とに区分形成し、前記低温燃焼域に水ガラス水溶液を噴
霧することを構成上の特徴とする。
密閉筒状炉内を流通する燃焼ガス流は、燃料炭化水素を
空気などの燃焼用酸化剤とともに炉内に噴射して完全燃
焼させることによって形成するが、装置としては炉頭部
に燃焼バーナーを備える低温燃焼域を設け、それに連設
する別の燃焼バーナーを備える高温燃焼域を設置した二
段燃焼ゾーン構造とした炉が使用される。
空気などの燃焼用酸化剤とともに炉内に噴射して完全燃
焼させることによって形成するが、装置としては炉頭部
に燃焼バーナーを備える低温燃焼域を設け、それに連設
する別の燃焼バーナーを備える高温燃焼域を設置した二
段燃焼ゾーン構造とした炉が使用される。
燃料炭化水素油には、軽油、重油、クレオソート油、エ
チレンボトム油などの液状燃料油を用いることもできる
が、生成させるシリカバルーンに高純度を付与する面か
らプロパン、メタン、ブタン等のガス状炭化水素を使用
することが望ましい。燃料炭化水素と同時に供給する燃
焼用酸化剤としては、空気、酸素もしくはこれらの混合
ガスが用いられる。
チレンボトム油などの液状燃料油を用いることもできる
が、生成させるシリカバルーンに高純度を付与する面か
らプロパン、メタン、ブタン等のガス状炭化水素を使用
することが望ましい。燃料炭化水素と同時に供給する燃
焼用酸化剤としては、空気、酸素もしくはこれらの混合
ガスが用いられる。
炉内の温度は、200〜500℃の低温燃焼域とそれに引き続
く1300℃以上の高温燃焼域とが区分形成されるように制
御し、水ガラス水溶液を前記低温燃焼域に噴霧する。こ
の工程は水ガラス成分の円滑な脱アルカリ反応を進める
うえで本発明の主要な要件となるが、この際低温燃焼域
に導入する燃焼用酸化剤として酸素ガスを併用する手
段、または低温燃焼域に燃料炭化水素とは別ルートを介
して二酸化炭素ガスを導入する手段、もしくはこれら両
手段を同時に実施すると低温燃焼域内の二酸化炭素濃度
が過剰となり、脱アルカリ反応を一層均一かつ効率的に
推進させることが可能となる。
く1300℃以上の高温燃焼域とが区分形成されるように制
御し、水ガラス水溶液を前記低温燃焼域に噴霧する。こ
の工程は水ガラス成分の円滑な脱アルカリ反応を進める
うえで本発明の主要な要件となるが、この際低温燃焼域
に導入する燃焼用酸化剤として酸素ガスを併用する手
段、または低温燃焼域に燃料炭化水素とは別ルートを介
して二酸化炭素ガスを導入する手段、もしくはこれら両
手段を同時に実施すると低温燃焼域内の二酸化炭素濃度
が過剰となり、脱アルカリ反応を一層均一かつ効率的に
推進させることが可能となる。
低温燃焼域に噴霧される水ガラス水溶液は、例えば安価
な工業用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、燃焼ガス流と同軸または直角方向から窒
素ガスなどに同伴させながら噴霧状態で炉内に導入す
る。
な工業用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、燃焼ガス流と同軸または直角方向から窒
素ガスなどに同伴させながら噴霧状態で炉内に導入す
る。
水ガラス水溶液の濃度は、20〜80重量％の範囲とするこ
とが望ましい。この理由は、20重量％を下廻る濃度では
水分の蒸発に燃焼発熱量が消費される割合が大きくなる
とともに脱アルカリに要する炉内滞留時間が長くなり、
一方、80重量％を越える場合には水溶液の粘度が高くな
って炉内への送入が困難となり噴霧液滴も大きくなるか
らである。
とが望ましい。この理由は、20重量％を下廻る濃度では
水分の蒸発に燃焼発熱量が消費される割合が大きくなる
とともに脱アルカリに要する炉内滞留時間が長くなり、
一方、80重量％を越える場合には水溶液の粘度が高くな
って炉内への送入が困難となり噴霧液滴も大きくなるか
らである。
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、純度の高いけい酸質ガラス微粒
子からなる中間体に転化する。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
する過程で発泡し超微粒状のシリカバルーンに転化す
る。形成されたシリカバルーンは炉の後段で水冷され、
融点以下に冷却したのち捕集工程に送られて回収され
る。
アルカリ反応を起こし、純度の高いけい酸質ガラス微粒
子からなる中間体に転化する。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
する過程で発泡し超微粒状のシリカバルーンに転化す
る。形成されたシリカバルーンは炉の後段で水冷され、
融点以下に冷却したのち捕集工程に送られて回収され
る。
なお、燃焼ガス流に水ガラス水溶液と同時もしくは別ル
ートを介して炭化水素を導入して炉内にカーボンブラッ
クを生成共存させることにより、炉内に広く分散したシ
リカバルーン同士の相互融着を防止させることができ
る。
ートを介して炭化水素を導入して炉内にカーボンブラッ
クを生成共存させることにより、炉内に広く分散したシ
リカバルーン同士の相互融着を防止させることができ
る。
本発明のプロセスにおいて、生成するシリカバルーンの
粒径調整は、水ガラス水溶液の粘度（溶解濃度）、ガラ
ス微粒子中間体の炉内滞留時間などの条件を適宜制御す
ることによっておこなうことができる。例えば、大粒側
への調整には水ガラス水溶液の粘度を高めるとともにガ
ラス微粒子中間体の炉内滞留時間を増すことが有効とな
る。
粒径調整は、水ガラス水溶液の粘度（溶解濃度）、ガラ
ス微粒子中間体の炉内滞留時間などの条件を適宜制御す
ることによっておこなうことができる。例えば、大粒側
への調整には水ガラス水溶液の粘度を高めるとともにガ
ラス微粒子中間体の炉内滞留時間を増すことが有効とな
る。
一般に、水ガラス中のナトリウムはNa2O、NaOHの形態で
含有されており、これらは二酸化炭素と接触すると下記
（１）および（２）式の反応を介して炭酸ナトリウムと
なる。
含有されており、これらは二酸化炭素と接触すると下記
（１）および（２）式の反応を介して炭酸ナトリウムと
なる。
Na2O＋CO2→Na2CO3 …（１） 2NaOH＋CO2→Na2CO3＋H2O …（２） これらの反応は熱力学的試算からも明らかであり、低温
ほど良く進行する。
ほど良く進行する。
本発明において200〜500℃の低温燃焼域に噴霧された水
ガラス水溶液は、溶媒である水の蒸発と同時に同燃焼域
に多量に存在する二酸化炭素と接触反応し、ナトリウム
成分が炭酸ナトリウムとなって脱アルカリ化され、けい
酸水和物を生成する。この脱アルカリ化は、低温燃焼域
に導入する燃焼用酸化剤として酸素ガスを併用し、もし
くは低温燃焼域に燃料油とは別ルートを介して二酸化炭
素ガスを導入して該区域内における二酸化炭素分圧を高
めることにより一層促進され、均一かつ迅速に進行す
る。
ガラス水溶液は、溶媒である水の蒸発と同時に同燃焼域
に多量に存在する二酸化炭素と接触反応し、ナトリウム
成分が炭酸ナトリウムとなって脱アルカリ化され、けい
酸水和物を生成する。この脱アルカリ化は、低温燃焼域
に導入する燃焼用酸化剤として酸素ガスを併用し、もし
くは低温燃焼域に燃料油とは別ルートを介して二酸化炭
素ガスを導入して該区域内における二酸化炭素分圧を高
めることにより一層促進され、均一かつ迅速に進行す
る。
また、水ガラス水溶液は200〜500℃の低温燃焼域に噴霧
されるから、1300℃を越える高温燃焼域に直接噴霧する
場合に起こる噴霧ノズル先端のナトリウムガラス、シリ
カ等による凝固付着現象は発生しない。
されるから、1300℃を越える高温燃焼域に直接噴霧する
場合に起こる噴霧ノズル先端のナトリウムガラス、シリ
カ等による凝固付着現象は発生しない。
生成したけい酸水和物は、引き続く1300℃の高温燃焼域
に入って更に脱水され、純度の高いけい酸質（SiO2）に
転化する。この際、同時に脱離する水分によって粒子が
発泡しバルーンを形成する。
に入って更に脱水され、純度の高いけい酸質（SiO2）に
転化する。この際、同時に脱離する水分によって粒子が
発泡しバルーンを形成する。
上記の機構により、水ガラス水溶液は低高温度に制御さ
れた密閉筒状炉の燃焼ガス中で一連的に脱水、脱アルカ
リおよび発泡化が進行するから、目的とする超微粒状の
シリカバルーンを常に操業性よく安定生産することが可
能となる。
れた密閉筒状炉の燃焼ガス中で一連的に脱水、脱アルカ
リおよび発泡化が進行するから、目的とする超微粒状の
シリカバルーンを常に操業性よく安定生産することが可
能となる。
以下、本発明を各実施例に基づいて具体的に説明する。
実施例１〜４ 炉頭部に燃焼バーナーを装着した直径300mm、長さ500mm
の低温燃焼域と引き続き連設された燃焼バーナーを備え
る直径300mm、長さ1200mmの高温燃焼域からなる構造の
横型密閉筒状炉において、水ガラス水溶液用の噴霧ノズ
ルを先端部分が炉頭部から50mm下流側に位置するように
炉軸に沿ってセットし、高温燃焼域の後部位置に反応停
止用の冷却水注入ノズルを設置した。
の低温燃焼域と引き続き連設された燃焼バーナーを備え
る直径300mm、長さ1200mmの高温燃焼域からなる構造の
横型密閉筒状炉において、水ガラス水溶液用の噴霧ノズ
ルを先端部分が炉頭部から50mm下流側に位置するように
炉軸に沿ってセットし、高温燃焼域の後部位置に反応停
止用の冷却水注入ノズルを設置した。
この炉を用い、表１に示す各種の生成条件によりシリカ
バルーンを製造した。原料としては、SiO236〜38％、Na
2O17〜18％、Na2O:SiO2モル比1:2.1の組成をもつ市販の
工業用水ガラス１号を用いた。
バルーンを製造した。原料としては、SiO236〜38％、Na
2O17〜18％、Na2O:SiO2モル比1:2.1の組成をもつ市販の
工業用水ガラス１号を用いた。
得られたシリカバルーンの特性性状を、生成条件と対比
させて表１に示した。
させて表１に示した。
なお、生成シリカバルーンの粒子径ならびに流度分布の
測定にはDCF法を適用し、ディスク回転数1000rpm、試料
濃度100mg/100ml.sol.、試料注入量0.5ml、バッファー
液10.0mlの条件を用いた。この測定値は、走査型電子顕
微鏡法で得た結果とよく一致している。また、生成シリ
カバルーンのNa含有量は、原子吸光分析法および蛍光Ｘ
線分析法により定量測定した。
測定にはDCF法を適用し、ディスク回転数1000rpm、試料
濃度100mg/100ml.sol.、試料注入量0.5ml、バッファー
液10.0mlの条件を用いた。この測定値は、走査型電子顕
微鏡法で得た結果とよく一致している。また、生成シリ
カバルーンのNa含有量は、原子吸光分析法および蛍光Ｘ
線分析法により定量測定した。
表１の結果から、本発明によれば外径10μｍ以下の高品
質性状を備えるシリカバルーンが操業性よく連続生産で
きることを示している。
質性状を備えるシリカバルーンが操業性よく連続生産で
きることを示している。
比較例 炉頭部に燃焼バーナーと原料噴射ノズルとを装着した燃
焼室（直径200mm、長さ500mm）、該燃焼室と同軸的に連
結する広径反応室（直径120mm、長さ2000mm）から構成
され、前記広径反応室の所定位置に冷却水噴霧孔を設け
た密閉筒状炉を設置した。この炉を用いて表１に示す条
件でシリカバルーンを製造した。
焼室（直径200mm、長さ500mm）、該燃焼室と同軸的に連
結する広径反応室（直径120mm、長さ2000mm）から構成
され、前記広径反応室の所定位置に冷却水噴霧孔を設け
た密閉筒状炉を設置した。この炉を用いて表１に示す条
件でシリカバルーンを製造した。
得られたシリカバルーンの特性・性状を生成条件と対比
して表１に併載した。
して表１に併載した。
表１の結果から判るように、比較例によるシリカバルー
ンは低温燃焼域に水ガラス水溶液を噴霧しないため実施
例に比べて脱アルカリ反応が劣り、水中比重が重く、純
度が低く、操業性も悪いものであった。
ンは低温燃焼域に水ガラス水溶液を噴霧しないため実施
例に比べて脱アルカリ反応が劣り、水中比重が重く、純
度が低く、操業性も悪いものであった。
〔発明の効果〕 以上のとおり、本発明に従えば超微粒状で優れた純度お
よび粒性状を備えるシリカバルーンを常に安定した操業
性で連続生産することができる。
よび粒性状を備えるシリカバルーンを常に安定した操業
性で連続生産することができる。
したがって、製造されるシリカバルーンは、金属、プラ
スチック、セラッミック等の充填材、焼結フィルター、
軽量断熱材などの原材料のほか、半導体封止用、超微粒
性と透光性を抑止する光学的性質を利用した白色顔料の
素材等として有用性が期待される。
スチック、セラッミック等の充填材、焼結フィルター、
軽量断熱材などの原材料のほか、半導体封止用、超微粒
性と透光性を抑止する光学的性質を利用した白色顔料の
素材等として有用性が期待される。
Claims (2)
- 【請求項１】密閉筒状炉内を流通する燃焼ガス流に水ガ
ラス水溶液を噴霧して脱アルカリし、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、炉内を200〜500℃の低
温燃焼域とそれに引き続く1300℃以上の高温燃焼域とに
区分形成し、前記低温燃焼域に水ガラス水溶液を噴霧す
ることを特徴とするシリカバルーンの製造方法。 - 【請求項２】低温燃焼域に導入する燃焼用酸化剤として
酸素ガスを併用し、および／または低温燃焼域に燃料炭
化水素とは別ルートを介して二酸化炭素ガスを導入する
請求項１記載のシリカバルーンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10361390A JPH0764547B2 (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | シリカバルーンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10361390A JPH0764547B2 (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | シリカバルーンの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH042607A JPH042607A (ja) | 1992-01-07 |
| JPH0764547B2 true JPH0764547B2 (ja) | 1995-07-12 |
Family
ID=14358626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10361390A Expired - Lifetime JPH0764547B2 (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | シリカバルーンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0764547B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007002904A1 (de) * | 2007-01-19 | 2008-07-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Herstellung von Vakuumhohlkugeln aus Glas, Vakuumhohlkugeln sowie deren Verwendung |
| DE102015225766A1 (de) * | 2015-12-17 | 2017-06-22 | Dennert Poraver Gmbh | Verfahren und Anlage zur Herstellung von Blähglaspartikeln |
| JP7266361B2 (ja) * | 2017-07-26 | 2023-04-28 | 太平洋セメント株式会社 | 中空粒子の製造法 |
-
1990
- 1990-04-19 JP JP10361390A patent/JPH0764547B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH042607A (ja) | 1992-01-07 |
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