JPS62182123A

JPS62182123A - 物品製造における添加剤として有用な軽量体、その製造方法及び該軽量体を含有する複合体

Info

Publication number: JPS62182123A
Application number: JP62011463A
Authority: JP
Inventors: ロバート・デイジエイフイ
Original assignee: Potters Industries LLC
Current assignee: Potters Industries LLC
Priority date: 1986-01-24
Filing date: 1987-01-22
Publication date: 1987-08-10
Also published as: US4677022A; DE3773006D1; EP0232088B1; KR870007228A; CA1266867A; JPH0577616B2; ATE67471T1; EP0232088A1; KR900005177B1

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】本発明は、重合体組成物の改質剤、増強剤、充填剤、増
量剤及び乳白剤として有用な、ガラス状外面を有する軽
量体を製造する方法に関する。本発明はまた。軽量体自
体及びこれらの軽量体が混入されたプラスチック複合体
に関する。

従来、ある種のプラスチックに充填剤として中実なガラ
ス粒子を混入することが行われていた。

しかしながら、これには欠点がある。すなわちこのよう
な中実なガラスを入れた構造体は代表的には２．３〜２
．６ｇ／ｃｃの密度になり、この密度は多くの用途、例
えば、できるだけ軽量であるのが望ましい用途には密度
が高すぎて好ましくない。

また、プラスチックの充填剤として中実なガラス粒子を
使用すると、これらのプラスチックを魅力のない灰色が
かったきたない色にする。

充填剤として中実なガラス粒子を使用する代りに、低密
度のガラス状粒子を充填剤として使用する技術が提案さ
れた。このような軽量粒子を提供するのに一般に行なわ
れた試みは、マイクロバルーンとして一般に知られてい
る中空ガラス球を製造することである。通常のマイクロ
バルーン製造技術は、ガラス粒子と発泡剤と言われてい
る物質とを利用することにある。その目的は粒子を加熱
して溶融ガラスにして、次に発泡剤を解放することによ
ってこのこの溶融ガラスを発泡させて、中空の内部を有
するガラス粒子にする（できれば大気圧より高い圧力で
ガスを封入する）ことにある。

そのような技術の具体化に関する特許の例としてはベッ
ク（Ｂａｃｋ）等の米国特許第３，３６５，３１５号（
特許日１９６８年１月２３日）及びタウピン（Ｔａｕｐ
ｉｎ）等の米国特許第４　、２３４　、３３０号（特許
日１９８０年１１月１８日）がある。代案として、ガラ
ス形成材と発泡剤（又は反応に際し発泡剤を生じる物質
）とを−緒にし、次いでガラス形成と発泡剤の放出を同
時に行ない、ガラス形成後に溶融ガラスを発泡させる方
法が提案された。この後者の技術の具体化に関する特許
の例としてはビーチ（Ｖｅａｔｃｈ）等の米国特許第２
，７９７，２０１号（特許日１９５７年６月２５日）、
ビーチ等の米国特許第２，９７８，３３９号（特許日１
９６１年４月４日）、ビーチ等の米国特許第２，９７８
．３４０号（特許日１９６１年４月４日）、ビーチ等の
米国特許第３，０３０，２１５号（特許日１９６２年４
月１７日）、ビーチ等の米国特許第３，１２９，０８６
号（特許１１９６４年４８１４日）、デボス（ＤｅＶｏ
ｓ）の米国特許第４，０５９，４２３号（特許日１９７
７年１１月２２日）及びデボスの米国特許第４，０６３
，９１６号（特許日１９７７年１２月２０日）がある。

しかしながら、従来のマイクロバルーン技術は重大な欠
点を有している。すなわち、熱硬化性プラスチック又は
熱可塑性プラスチックに混入するマイクロバルーンを、
商業的に有用するのに十分高くかつ十分均一（粒子間で
）な密度で得ることが困難で実用的でない。これは発泡
剤の作用を制御する際に生じる困難さが非常に大きいこ
との結果である。さらに具体的には、この問題は、発泡
剤が拡散によって通過するほど粒子の壁が薄くなるまで
１発泡剤が溶融ガラス粒子内で膨張する性質を有するこ
とから生じる。このことが粒子を通常０．１〜０．７ｇ
／ｃｃの範囲の密度にする。１．０ｇ７ｃｃまでの密度
が従来の技術を用いて達成されたのは明らかであるが、
このような密度を高い再現性で得ることができるかどう
かは明らかでない。

いずれにしても、そのような大きさの密度を達成するの
に伴なう困難さが不利益に製造コストを増大するのは当
然である。従来のマイクロバルーンを使用するのが不適
当である挙動の例として、次のことが挙げられる。（ａ
）従来のマイクロバルーンの密度が、注型用熱硬化性プ
ラスチックを製造するために使用する反応混合液の典型
的な密度より小さいので、マイクロバルーンは混合液中
で分離、浮遊する傾向にあり、最終的な注型製品中で充
填剤粒子が均一に分散するのを妨げる；及び（ｂ）従来
のマイクロバルーンの薄い壁構造がそれらを比較的低い
強度にし、押出′！Ａ置、射出成形装置及び配合装置中
で加えられる高圧力及び剪断力にさらされる熱可塑性プ
ラスチックに混入された場合、それらが崩壊、即ち圧潰
又は破損される結果となる。

従来のマイクロバルーンのさらに他の欠点は、そのよう
な技術を実施する必須条件として、それらの化学組成が
狭い範囲に限定されることである。

その結果、マイクロバルーンを製造するために課せられ
る組成上の拘束のために、従来のマイクロバルーン、が
混入されてプラスチックに害を与えている物質をも使用
せねばなにない場合がしばしば生じる。

本発明の目的は、低コストでガラス状外面を有する軽量
体及びそれらを製造する単純な直接法を提供することで
ある。

本発明の第二の目的は、添加剤としてプラスチック材料
に混入された場合、加工性及び特性を明らかに高めるが
、プラスチック材料の重量をほんのわずかしか増大させ
ない、ガラス状外面を有する軽量体及びそれらを製造す
る方法を提供することである。

本発明の他の目的は、ガラス状外面を有し、かつ比較的
高い強度及び耐圧潰又は破壊性を示す軽量体並びにそれ
らを製造する方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、注型用熱硬化性プラスチッ
クを形成する反応混合液の密度また熱可塑性プラスチッ
クの密度に等しい密度を有するガラス状外面をもった軽
量体及びそれらを製造する方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は１本発明を実施する際に組成
上の拘束がないので、広範なプラスチック類と化学的に
混和可能に配合することができる、ガラス状外面を有す
る軽１（体を提供し、並びにそれらを製造する方法を提
供することである。

本発明のなおさらに他の目的は、上述の軽量体を含有す
るプラスチック複合体及びそれらを製造する方法を提供
することである。

これらの目的かつ本発明によってかなえられる。

本発明の一態様において、本発明は、ガラス形成材から
成る多孔質コア及びこれと一体になったガラス状材料の
周囲シェルとから成る軽量体に関する。

本発明の他の態様において、本発明は、ガラス形成材の
ブレンドを調製し；前記ガラス形成材ブレンドを多孔質
固体に転化し；次いで、前記ガラス形成材ブレンドの多
孔質固体を加熱してその外側にガラス状シェルを形成す
る各工程から成る、プラスチックに混入するための添加
剤として有用な軽量体を製造する方法に関する。

本発明のさらに他の態様において、本発明は、ガラス形
成材から成る多孔質コア及びそれと一体になったガラス
状材料の溶融周囲シェルとを有する複数の軽量体と前記
複数の軽量体が混入されている熱硬化性プラスチック又
は熱可塑性プラスチックのマトリックスとから成る複合
体に関する。

本発明に従うガラス状外面を有する軽量体は、とりわけ
高性能プラスチック用添加剤として有用である。本発明
の軽量体は、これが比較的高い強度及び軽量体が混入さ
れるプラスチック材料、特に注型用熱硬化性プラスチッ
ク及び熱可塑性プラスチックと混和可能であるように制
御及び再現可能な密度を有すると言う利点がある。しが
も１本発明は、従来から使用されている中実なガラス粒
子より非常に軽い軽量体を提供するので、プラスチック
のような材料中へ混入する際に、それを混入する材料よ
りほんのわずかしが密度が高くない（時には同等又は低
くさえある）ために非常に有利である。従って、本発明
を実施するにあたって、充填剤として中実なガラス粒子
を使用する際に通学生じるかなりな「重量不利益」を避
けられるが、それでもなお本発明の軽量体はそれを押出
、射出成形及び同様な用途に有用にする比較的高い強度
特性を保持している。さらに、本発明は、実施するにあ
たり、軽量体の化学組成を選択する融通性を備えている
。これで、本発明を実施する際に、軽量体の成分を軽量
体が混入されている材料（例えば、プラスチック）と（
もっばら材料をれ劣化する成分を一種類以上含有する軽
量体と複合させることによって生じる材料特性の劣化を
避は又は最少にするために）調和させることができる。

さらに、本発明を実施すると、本発明の軽量体が混入さ
れるプラスチック材料、特に熱硬化性プラスチック材料
を魅力的でかつ再現性のある白色にすることになる。こ
れは中実なガラス粒子及び従来のマイクロバルーンを混
入する際に生じる、魅力がなくかつあまり再現性のない
灰色がかったきたない色と対照的である。

さらに他の目的、特徴及び利点を包含する本発明が次の
詳細な説明からより十分に理解される。

本発明の主たる特徴は従来の発泡剤を混入することなし
にガラス形成材を加工することである。

これは次の通りに達成される。

本発明に従って軽量体を製造するためには、適当にケイ
素源、好ましくはシリカ（特に微細純シリカ）並びにガ
ラスを製造する際に通常使用される他の適当な融剤のブ
レンドを調製するのが都合よい。代表的には、このブレ
ンドの調製はライム（水酸化カルシウム）の水性スラリ
ー及びシリカと他の適当な融剤、例えばケイ酸ナトリウ
ムとの第二の水性スラリーとを使用することによって達
成される。実際には、水を処理過程で蒸発その他の手段
で除去するのが望ましいことがよくあるので、スラリー
形成に際し、水は通常少なめで用いられる。次に、各ス
ラリーは一緒にされ、以下に述べる次処理のためにガラ
ス形成材のブレンド（この場合、水性）が調製される。

以下にさらに詳細に説明するように、ガラス形成材は最
終製品のガラス状外面シェルが所望の組成になる量で使
用される。本明細書の教示を理解した当業者は、過度に
実験することなく、ブレンド（例えば、上記スラリー及
び水性ブレンド）に配合する適駄のガラス形成材を選択
することができるはずである。これに関連して、本発明
はソーダ石灰ガラス組成の利用に限定されずに、他の広
範な通常のガラス組成、例えばアルミノケイ酸ガラス組
成及びホウケイ酸ガラス組成を包含することに留意する
ことが重要である。従って、利用されるガラス形成材は
、所望のガラス組成を形成するように選択される。

ガラス形成材ブレンドが調製されると１次処理の原料と
して用いるべく、多孔質固体への転化が行なわれる。

一例として、シリカとケイ酸ナトリウムとの水性スラリ
ーがライム（水酸化カルシウム）の水性スラリーと一緒
にされる場合、反応が生じて前記ガラス形成材を含有す
るゲル、代表的には多孔質固体が生成される。とりわけ
、ゲル、即ち固形物は乾燥前でさえ容易に取扱えるので
、これは処理を容易にする有利な実施態様である。

本発明の上記及び他の実施態様において、典型的には、
ガラス形成材のブレンド（例えば、ゲル即ち固体状）は
乾燥され１次いで適当な大きさの装入原料粒子に粉砕さ
れる。これは所望のガラス形成材ブレンドをベーキング
、圧潰及び選択又はその代りにペレット化によって行な
われるのが有利である。しかしながら、当業者が考えら
れる適当な他の乾燥及び粉砕手段が使用できることが容
易に察知されよう。

他の実施態様において、次処理に適当な装入原料がガラ
ス形成材と液体キャリヤーとから調製されたブレンド（
例えば、ガラス形成材の水性スラリーを一緒に混合して
調製された水性ブレンド）から、このブレンドを噴霧乾
燥してその中の水分を蒸発させることによって製造する
ことができる。

特に上記混合された水性スラリーを包含する実施態様に
おいて、噴ｖｔＩ乾燥操作を妨げないために、混合され
たガラス形成材が上記したようにゲルを形成する反応を
防止することが有利である。これは上記ブレンドされた
ガラス形成中の少量の水酸化ナトリウム（又は本発明の
軽量体の選択された組成物と混和しない同様な物質）と
対応する少量のケイ酸ナトリウム（又は適当に炭酸ナト
リウムもしくは他の融剤）とを組合わせることによって
なされるのが都合がよい。

利用されるシリカは最大粒径が１０ミクロン以下、例え
ば約６ミクロンのものが有利である。しかしながら、粒
径は最終製品に所望の結果を得るために本発明の目的に
矛盾しないで変えることができる。一般に、このシリカ
は市場から入手することができ、本発明を実施する際の
要求を満足させるものである。海成堆積物であるシリカ
が適しており、特にイリノイ州の゛大鉱床から市場に出
される種類の微細純シリカが適している。しかしながら
、他のシリカ源も使用することができる。パーライト、
ケイソウ土及びフライアッシュも適したケイ素源の例で
ある。本発明に使用するシリカ源の適性を決定する一般
的な基準は、粒径の細かさ、シリカ（又はシリカとアル
ミナとの化合物）の含有址、及び最終製品を黒くする傾
向にある着色剤の有無である。

本発明の範囲内のさらに他の処理法において、選択され
たにの半分だけのライムが別のスラリーの成分と反応さ
せるライムスラリーに実際に利用される。混入すべき全
ライムの半分だけを使用して、装入原料（即ち、乾燥、
選別されたガラス形成材ブレンド）が通常の方法、例え
ば、上記したようにベーキング、圧潰及び選択又はペレ
ット化によって製造される。装入原料粒子の選別の後、
残りのライムが装入原料粒子の表面上に均一に分散する
ように装入原石に混入される。察知されるように、これ
が装入原料表面の溶融を幾分か促進し、装入原料粒子の
外側のガラス形成材のより早い初期融解、粒子のより良
好な球状化、より良好なガラス形成及び装入原料粒子の
内部に捕えられた空気のより完全な封入（以下により詳
細に説明する多孔質又はハニカムコア構造）を容易にす
る。

上記のように処理することによって、固形化した多孔質
（又はハニカム）構造を有するガラス形成材ブレンドの
乾燥原料粒子が得られる。ガラス状外面を有する最終製
品である軽量体がその製造原料であるガラス形成材ブレ
ンド粒子とほぼ同じ大きさ、ある場合には、わずかに小
さい大きさであれば、装入原料粒径は所望の最終製品の
粒径に基づいて当業者によって容易に決定される。最終
製品の粒径は以下により詳細に説明する。

本発明の最終製品の軽量体は、原料粒子をその外側のガ
ラス形成材を溶融して連続シェルを形成するのに十分な
量の熱にさらすことによって形成される。この処理の間
に、原料粒子の外側の材料はガラス状に変化する。原料
粒子に付与される熱エネルギーの量によって、各粒子の
コアはガラス状の外面シェル内に封じ込められたガラス
形成材の多孔質もしくはハニカム構造の形で残っている
か、又はその代りに、完全に焼成されて溶融ガラスに転
化しているかのいずれかである。後者の場合、溶融され
たガラスコア材料は軽量体粒子の内部を中空にしたまま
ガラス状外面シェルに付着するようになる。これによっ
てマイクロバルーンが生じる。しかしながら、このマイ
クロバルーンは。

発泡剤を使用することによって溶融ガラスを膨張させる
従来の方法で製造したわけではないので、このマイクロ
バルーンの壁は、密度に関係する混和性及び耐高圧圧潰
性、耐破壊性等に関する本発明の利点を与えるほどに十
分かつ再現性のある厚さである。とにかく、所望の結果
を得るためにガラス形成材に付与される熱エネルギーの
量（即ち。

ガラス形成材が適切に処理される加熱の程度及び時間）
は、過度に実験することなく本明細書の教示を理解した
当業者によって確かめられる。

原料は、少なくとも外側のガラス形成材を焼成するため
に、又は所望によってはより強烈に焼成するために便利
でかつ適したいかなる方法でも加熱することができる。

特に有効な加熱法において。

原料粒子は上部冷却域と下部加熱域とを有する加熱帯域
に導入される。この加熱は加熱帯域の下部領域の短く熱
い炎及びその上部領域の長く冷たい炎を供給するバーナ
ー組立体を使用することによって通常行なわれる。典型
的には、原料粒子はその」二部端で加熱帯域に導入すれ
る。この方法を利用することによって本発明を実施する
と、炎にさらされている間にｔｔＫ料粒子粒子きさを統
一することができる。さらに具体的には、大きな原料粒
子はあまり上昇しそうにない（逆に言えば、より早く下
降しがちである）ので、大きな原料粒子は、加熱帯域の
下部加熱域にそれらが滞留することによって上部冷却域
に一般に滞留する軽い（小さい）原料粒子が受けるより
大量の炎照射を受ける。このことが、大きな、重い原料
粒子が十分な炎照射を確実に受けるようにするが、これ
に反し、小さな、軽い装入原料粒子は、それらが釣合的
にあまり強烈でなく、かつあまり長い時間は炎照射を受
けない上部冷却域に向う。

別・の装置において、装入原料粒子は加熱帯域の底部で
導入される。この装置において、熱は加熱帯域の底部に
設けられた炎によって供給される。

上に説明した実施態様と同じように、この実施態様は適
切なバーナー要素を適所（この場合は、加熱帯域の下端
部）に設けることによって行なわれる。次いで、原料粒
子は、それらが所望の焼成を行なうのに必要な程度に適
切に加熱される加熱帯域を通って上方に移送される。大
きな原料粒子は加熱帯域を通ってゆっくり上昇し、小さ
な粒子が受けるより長い時間より強烈に加熱される。上
述の方法によって、炎照射量（加熱時間及び加熱程度）
は原料粒子に相応して変えられ、各粒子が確実に適切な
址の熱を受けることができるようになる。

本発明を実施するにあたって、本明細書の教示を考慮し
て、当業者によって考えられる適切ないかなる技術を用
いても加熱帯域に原料粒子を導入することができるが１
粒子は、加熱帯域に送られる供給空気流中に入れること
によって加熱帯域に噴射されるのが有利である。ある実
施態様において、可燃性ガス、例えば、メタンが供給空
気流と混合され、加熱帯域に熱を供給するバーナーの炎
中に供給空気が冷えたｒホールＪ　　（ｈｏｌｅ）を発
生させないようにする。加熱帯域に原料粒子を噴射する
ために特に有利な実施態様は、加熱手段（例えば、バー
ナー組立体）と共同して、原料粒子がそれによって加熱
帯域中を吹上げられ又は吹下げられる（例えば、バーナ
ー組立体から火炎中に吹下げられる）ように、加熱手段
に対しである角度をもって噴射口を設けることである。

この噴射口は、原料粒子の噴射角が所望によって変えら
れるように調節可能であるのが好ましい。

選択された程度に焼成した後、即ち、原料粒子の外側の
ガラス形成材が溶融してガラス状シェルになった後、又
は所望によってさらに焼成した後、原料粒子は当業界の
適切な手段よって加熱帯から回収される。これらの粒子
はバッグハウス装置又はサイクロンセパレーターに送ら
れるが、ある実施態様において、回収は粒子を適切な受
は器又はホッパー中に落下させることによって簡単に行
なえる。粒子は加熱帯域から回収されるとすぐ、空冷が
始まる。粒子は（以下に説明するように）かなり小さい
ので、それらの冷却速度は非常に速い。

従って、加熱帯域と回収帯域との間での空冷で通常は十
分である。しかしながら、所望によっては、追加の冷却
手段、例えば、焼成された粒子を冷却空気と接触させる
方法が利用できる。

上記したように、上記説明に従って処理することによっ
て得られた最終製品の軽量体は、マイクロバルーン（中
空ガラス粒子）と一般に言われている形状であるか、又
はガラス状の外面シェルがガラス形成材から成る多孔質
コアを収容した形状かのどちらかである。後者の形状の
軽量体は、外側の材料が周囲シェルを形成するようにガ
ラス状に転化、溶融される程度までしか焼成されない結
果である。このような軽量体は第１図及び第２図示され
ている。軽量体１０は第１図に示すように代表的には球
状であり、ガラス状の外面シェル１２を有している。第
２図から明らかなように、シェル１２内に、シェルと一
体になり、かつこの場合はケイ酸ナトリウム１８の結晶
によって互いに結合されているシリカ粒子１６から成る
コア材１４がある。空気が捕えられている通路２０を有
しているので、コア材１４は多孔性である。これによっ
て、コアがハニカムの外観になる。図面は概略図である
ので、その各成分はそれらの実際の相対サイズ及び形状
に対応するようには厳密に配置、作図されておらず、む
しろある部分は明確にするために誇張されていることに
注意すべきである。゛さらに、ガラス状シェルの表面に
あると思われるくぼみ（特にシリカコアと接する内面）
及び断面で示される平面の背後にある多孔質コア部は明
瞭簡潔にするために示さなかった。

先に述べたように、コアが、その材料が原料状態の場合
に示す多孔質又はハニカム構造を保持してガラス形成材
ブレンドとして残っているのは、原料粒子が受ける加熱
量を制限するためである。

同様に本明細書から明らかなように、この多孔質コア／
ガラス状外面シェル構造は所望のように再現性のある均
一な粒子密度及び／又は押出、射出成形等の間に受ける
ような高圧に対する高度の耐圧潰性、耐破壊性等を与え
るので非常に有用である。

上記のようにして製造された軽は体が球形（代表的には
、球形形成は加熱時間及び／又は程度を増すことによっ
て促進される）であるのが有利であるが、ある実施態様
においては、それらは他の形状、例えば、長球等、又は
規則な形の場合さえある。軽量体の密度は目的の用途に
応じて所望の範囲で広範に変えることができるが、１．
０〜１．８１＜／ｃｃであるのが好ましい。上に説明し
たように、最終製品である軽量体の大きさは、それらの
製造に利用される装入原料粒子の大きさによって主に決
定される。本発明の多くの実施態様において、最終製品
軽量体の大きさは最大４５〜１５０ミクロンである。こ
れより大きい軽量体はある実施態様において用途がある
が、十分に考慮した場合しか使用されないような流れ及
び充填特性に関して劣った物性をしばしば付与する。４
５ミクロンより小さい軽量体も本発明のある実施態様に
は有利であるが、その密度の利点（即ち、かなりな「重
量不利益」の排除）が、固体材料（特にガラス状外面シ
ェル体において）対その中に含まれるガス量比が増加す
るので、小さい粒径では幾分減少する可能性がある。

以上の説明から明らかなように、最終製品の軽量体の特
に有利な使用法はプラスチック、例えば、熱硬化性プラ
スチック及び熱可塑性プラスチックに対する添加剤とし
てである。これに関連して、［熱硬化性プラスチック」
と言う用語は、二種以上の液体を反応させ、その後反応
混合液を注型して固体生成物にすることによって製造さ
れるものについて言う。熱硬化性プラスチックの例とし
てはエポキシ樹脂、ポリエステル、及びポリウレタンが
ある。これらのプラスチックは硬化、即ち、熱によって
硬化され、一度硬化されると軟化しない。さらに、本明
細書で用いている「熱可塑性プラスチック」と言う用語
は、熱によって軟化、成形可能にされるプラスチックに
ついて言う。これらのプラスチックは押出又は射出成形
によって有用な形状に通常形成される。熱可塑性プラス
チックは一般に二つのグループ、即ち、低規格用途に使
用される汎用プラスチック及びより高度に規格されたエ
ンジニアリングプラスチックに分けられる。汎用プラス
チックの例としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ビ
ニル樹脂及びスチレン松脂がある。エンジニアリングプ
ラスチックの例としてはポリエチレンテレフタレート、
ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、アセタール樹
脂、及びアクリル樹脂がある（強化した場合、ポリエチ
レンも時にはエンジニアリングプラスチックと考えられ
る）。

注型、硬化されて熱硬化性プラスチック製品に形成され
る反応混合液の密度に本発明の軽量体の密度を合わせる
ことができるので、熱硬化性プラスチックに対して、本
発明の最終製品である軽量体を利用することは重要であ
る。添加剤としての軽−（体の反応混合液への添加は、
これらの軽量体の密度が反応混合液の密度に合わせられ
るので、軽量体粒子が混合液中に過度に沈んだり浮んだ
すせず、そこに均一にずっと懸濁され、熱硬化性プラス
チックの注型及び硬化中も添加剤の均一な分散を保持す
ると言う信頼のもとに行なわれる。察知されるように、
これが本発明の軽量体、特に１．０〜１．８ｇ／ｃｃの
密度の軽量体をプラスチック全体に実質的に均一に混入
した注型熱硬化性プラスチック製品の製造を可能にする
。このことが反応混合液よりしばしば大きな密度を有し
、反応混合液中に沈む傾向にある従来のガラス粒子及び
反応混合液の密度より小さな密度を代表的に有し、この
ため混合液中で浮ぶ傾向にある従来のマイクロバルーン
（さらに、マイクロバルーン間で密度が異なる）−これ
らは全てそれらの粒子の分布を均一に制御することを非
常に困難にする−とは異なる優れた利点である。

従って、重要な一態様において、本発明は、本発明に従
う複数の軽量体とそれらが全体的にほぼ均一に分散して
混入されている熱硬化性プラスチックマトリックスとか
ら成る複合体に関する。

本発明の軽量体は熱可塑性プラスチック用の充填剤とし
て重要な用途もある。熱硬化性プラスチックと同様に、
本発明を実施することによって与えられる密度適合性が
、熱可塑性プラスチックに軽量体を混入する際にも重要
である。何故ならば、熱可塑性プラスチックは熱可塑性
プラスチック材料のペレット、粒体又は他の微細形成の
ものからしばしば加工されるからである。これらの出発
物質は添加剤として混入される本発明の軽ｊ１体と混合
される。このような場合、密度が適合することによって
処理中の熱可塑性プラスチックベレット原料及び最終熱
可塑性プラスチック製品中の添加剤の実質的に均一な分
散保留性が高められる。さらに、重要なことには、本発
明の軽量体は、これらの軽量体の固有強度、即ち、高圧
条件での耐圧潰性、耐破壊性又は他の劣化に対する耐性
の故に、熱可塑性プラスチック中に有利に混入される。

これは重要なことである。何故ならば、先に述べたよう
に、熱可塑性プラスチック材料は射出成形、押出又は同
様な操作によって典型的に加工されるからである。射出
成形、押出等を行なっている間に熱可塑性プラスチック
材料に加えられる圧力は非常に高い。熱可塑性プラスチ
ック材料が添加剤を含む場合は、その添加剤はこれらの
操作中に加えられる非常に高い圧力に耐えるに十分な強
度を有していなければならない。本発明に従う軽量体は
従来のマイクロバルーン（それらが製造される際に使用
される発泡剤の非常に制御不可能な作用のためにごく薄
い壁になりがちである）より厚い壁を均一に有している
ということが本発明の犬なる利点である。厚い壁が大き
な強度、即ち、高い成形圧力下の耐圧潰性、耐破壊性等
を与えるのは当然である。これが、本発明の軽量体で補
強された熱可塑性プラスチック製品の商業的に適した製
造を可能にする。上記熱可塑性プラスチック材料中にこ
れらの軽量体を使用するさらに他の利点は、押出又は射
出成形された材料の収縮性及びボイド保留性を所望の程
度に低くできることである。

従って、他の非常に好ましい態様において、本発明は、
本発明に従う複数の軽量体とそれらが混入されている熱
可塑性プラスチックマトリックスとから成る複合体に関
する。

本発明のなおさらに他の特徴は、本発明が与える組成的
な融通性である。さらに具体的には、狭い範囲の組成的
制限をそれらを実施するために守らなければならないあ
る種の従来のマイクロバルーン技術と違って、広範なガ
ラス組成が本発明に利用できる。本発明の組成的融通性
は、使用されるガラス組成を本発明の軽ｈｔ体が添加剤
として使用されるプラスチックの個々の特性に合せて調
整できるので、非常に有利である。このように１本発明
を実施すると、プラスチック材料の特性を低下させ、さ
もなければ周囲のプラスチック材料に害を与えるガラス
形成材の存在を少なく又は排除することができる。例え
ば、アセタール樹脂、ポリカーボネート及び液晶重合体
のようなある種のプラスチックは（ナトリウム含有量が
高く、典型的に１１〜１２のＰ）Ｉを有する）通常のソ
ーダ石灰ガラスから浸出するナトリウムに敏感に劣化さ
れる。しかしながら、ホウケイ酸ガラスのナトリウム含
有量が非常に低く、かつ対応して低いρ■］（典型的に
８〜９）を有するので、ホウケイ酸ガラスに代えること
によって、添加剤のそのようなプラスチックとの適合性
が高められる。

従って、他の重要な態様において１本発明はプラスチッ
クとプラスチックの特性（例えば、衝撃強ＪＩ！Ｌ）を
劣化せず、さもなくば軽量体を囲んでいるプラスチック
に悪影響を与えないガラス形成材を含むガラス状外面シ
ェルを有する本発明の軽量体とから成る複合体に関する
。

本発明のさらに他の重要な特徴は、本発明の軽量体が混
入されているプラスチック製品の色特性を大いに改良す
ることである。先に触れたように。

従来から使用されているむくのガラス粒子及びマイクロ
バルーンはオフホワイト、即ち灰色がかった色をそれら
が充填されているプラスチックに与える。そのような従
来の充填剤が混入されているプラスチック製品の色はあ
る程度変化し、かつ再現性が非常に乏しい。これに対し
、本発明に従う軽量体が混入されているプラスチックの
色は魅力的な白色であり、この色は再現性がある。

本発明を次の実施例によりさらに説明する。

実施例本発明に従って、ガラス形成材から成る多孔質コア及び
８５％の二酸化ケイ素、１０％の酸化カルシ□つ１１及
び５％の酸化ナトリウムから成るガラス状外面シェルと
を有する軽量体を製造するために、次の−にの原料を用
意した：微細シリカ５０重量％（平均最大粒径：６ミクロン；ケイ酸ナトリウム（タイプＮ）４０．３重ｌ１１％；水
酸化ナトリウム９．７重量％。

上記原料を用いて二つのスラリーを調製した。

一方はライムの水性スラリーであり、他方は微細シリカ
とケイ酸ナトリウムとの水性スラリーである。各スラリ
ーを流体を形成するに十分な水で調製した。次いで、こ
れらのスラリーを適当な容器中で混合し、ゲル化して所
望の原料組成の固形物とした。次いで、この固形物を乾
燥、圧潰及び選別して所望の大きさの原料を得た。次い
で、選択された原料粒子を炎源（バーナー組立体）を備
えた加熱帯の下部領域に供給した。粒子は加熱帯の底部
から導入される。粒子がその外側でガラス形成材を溶融
して、ガラス状シェルを形成し、かつ球状化を行なうの
に十分な強さ及び十分な時間熱にさらされるように炎を
設定した。得られた軽量体を、例えばバッグハウス装置
を用いることによって加熱、ＩＩＦから回収し、必要な
らば、さらに大きさを選別することができる。

上述の軽量体をポリエステル用反応混合液中に混入した
。添加剤を混入した反応混合液を注型して色付きのポリ
エステルディスクを成形した。ガードナー比色計のブラ
ック／ホワイトスケールで？１１１１定して、このディ
スクは７５〜８ｏの値を示した。むくのガラス粒子添加
剤を用いて同様に製造したポリエステルディスクは４５
〜５ｏの値を示した。

さらに、上述の軽量体を混入した射出成形用ポリプロピ
レン素材を用意した。比較のために、むくのガラス粒子
を含む射出成形用ポリプロピレン素子及び粒子を混入し
ていない射出成形用ポリプロピレン素材も用意した。射
出成形後に、本発明の軽量体の破損は検出されなかった
。これら三つの素材の成形によって得たそれぞれの成形
片を最終の大きさ、重量及び密度に関して比較した。そ
れらの結果を下記表に示す。

射出成形　純ポリプロ　むく粒子を　軽量体を片試料　
　ピレン　　　含む純ポリ　含む純ポリプロピレン　プ
ロピレン試料重数：ｇ　　　７．５５　　　　　９．１４　　　
　８．４４試料容積：ｍｌ　　　８．５　　　　　８，
６５　　　　８．８試料密度：　ｇ／ｍｌ　Ｏ，８８８
１，０５５０，９５０密度増加％　　　−１８，８８，
０重に増加％　　　−２０，９１１，８容積増加％　　　−１，８：１．５上記の結果は、添加剤として、本発明の軽ｂｋ体が良好
な成形充填性（最終成形片の容積の増加）を付与し、そ
の結果むくのガラス粒子を使用した際に付随する密度の
増加の半分以下しか密度を増加しないことを示している
。

このように、本発明に従えば、従来のマイクロバルーン
技術を利用する際に遭遇する重大な製造困難性が排除さ
れる。さらに、従来の中実なガラス粒子又はマイクロバ
ルーンでは達成されない大なる特性利点が本発明を実施
する際に得られる。

本明細書で用いた用語及び表現は説明のためであって、
限定するためではない。そのような用語及び表現を用い
ることによって、説明された特徴又はそれらの一部に相
当するいかなるものも排除することを意図しない。種々
の改変が本発明の範囲内で可能なことが認識されている
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の軽量体の概略正面図である。第２図は第１図の線２−２に沿って切断した第１図の軽
量体の概略断面図である。１０・・・軽量体　　　　１２・・・ガラス状シェル１
４・・・コア材　　　　１６・・・シリカ１８・・・ケ
イ酸ナトリウム特許出願人　ポッターズ・インダストリーズ・ヒ２Ｆｌｏ、　７Ｆ／に、２

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ガラス形成材から成る多孔質コア及びこれと一体
になったガラス状材料の周囲シェルとから成る軽量体。
（２）１．０〜１．８ｇ／ｃｃの密度を有する特許請求
の範囲第１項記載の軽量体。
（３）最大寸法が４５〜１５０ミクロンである特許請求
の範囲第１項記載の軽量体。
（４）最大寸法が４５ミクロンより小さい特許請求の範
囲第１項記載の軽量体。
（５）球状である特許請求の範囲第１項記載の軽量体。
（６）前記ガラス状シェルがアルミノケイ酸ガラス、ホ
ウケイ酸ガラス又はソーダ石灰ガラスから形成される特
許請求の範囲第１項記載の軽量体。
（７）シリカ、水酸化カルシウム及び炭酸ナトリウム又
はケイ酸ナトリウムから成る水性混合液から形成される
特許請求の範囲第１項記載の軽量体。
（８）前記ガラス状シェルのシリカ：酸化カルシウム：
酸化ナトリウム重量比が３：１：１から９８：１：１で
ある特許請求の範囲第７項記載の軽量体。
（９）前記ガラス状シェルのシリカ：酸化カルシウム：
酸化ナトリウム重量比が１７：２：１である特許請求の
範囲第８項記載の軽量体。
（１０）ガラス形成材のブレンドを調製する工程；前記
ガラス形成材ブレンドを多孔質固体に転化する工程；次
いで前記ガラス形成材ブレンドの多孔質固体を加熱してその
外側にガラス状シェルを形成する工程；の各工程から成
る、プラスチックに混入するための添加剤として有用な
軽量体を製造する方法。
（１１）前記加熱工程の前に前記ガラス形成材ブレンド
を乾燥することから成る特許請求の範囲第１０項記載の
方法。
（１２）前ガラス形成材と液体キャリヤーとのブレンド
を調製し、次いで前記ブレンドを噴霧乾燥によって乾燥
することから成る特許請求の範囲第１０項記載の方法。
（１３）前記ガラス形成材ブレンドをシリカ、水酸化カ
ルシウム、ケイ酸ナトリウム又は炭酸ナトリウム、水酸
化ナトリウム及び水を一緒に混合することによって調整
することから成る特許請求の範囲第１２項記載の方法。
（１４）シリカ、水酸化カルシウム、ケイ酸ナトリウム
又は炭酸ナトリウム及び水を一緒に混合してガラス形成
材のゼラチン状多孔質ブレンドを調製し；前記ガラス形
成材の多孔質ブレンドを乾燥、粉砕して粒状装入原料に
し；次いで前記粒状装入原料を加熱して前記粒子の外側
にガラス状シェルを形成することから成る特許請求の範
囲第１０項記載の方法。
（１５）前記乾燥されたブレンドが圧潰によって粉砕さ
れる特許請求の範囲第１４項記載の方法。
（１６）外側にガラス状シェルが形成されるが、固形化
されたガラス形成材の多孔構造が前記シェルの内側に残
るように前記ガラス形成材ブレンドの多孔質固体を加熱
することから成る特許請求の範囲第１０項記載の方法。
（１７）前記各工程が１．０〜１．８ｇ／ｃｃの密度の
軽量体を形成することに行なわれる特許請求の範囲第１
０項記載の方法。
（１８）前記ガラス形成材がアルミノケイ酸ガラス形成
材、ホウケイ酸ガラス形成材又はソーダ石灰ガラス形成
材である特許請求の範囲第１０項記載の方法。
（１９）ガラス形成材から成る多孔質コア及びこれと一
体になったガラス状材料の周囲シェルとを有する特許請
求の範囲第１項記載の複数の軽量体と前記複数の軽量体
が混入される熱硬化性プラスチック又は熱可塑性プラス
チックのマトリックスとから成る複合体。
（２０）前記軽量体が１．０〜１．８ｇ／ｃｃの密度を
有する特許請求の範囲第１９項記載の複合体。
（２１）前記軽量体の最大寸法が４５〜１５０ミクロン
である特許請求の範囲第１９項記載の複合体。
（２２）前記ガラス状材料シェルのシリカ：酸化カルシ
ウム：酸化ナトリウム重量比が３：１：１から９８：１
：１である特許請求の範囲第１９項記載の複合体。
（２３）ガラス形成材から成る多孔質コア及びそれと一
体になったガラス状材料の周囲シェルとを有する特許請
求の範囲第１項記載の複数の軽量体と前記複数の軽量体
が全体的にかなり均一に分散されて混入されている熱硬
化性プラスチックのマトリックスとから成る複合体。
（２４）前記軽量体が１．０〜１．８ｇ／ｃｃの密度を
有する特許請求の範囲第２３項記載の複合体。
（２５）前記熱硬化性プラスチックがエポキシ樹脂、ポ
リエステル又はポリウレタンである特許請求の範囲第２
３項記載の複合体。
（２６）ガラス形成材からなる多孔質コア及びそれと一
体になったガラス状材料の周囲シェルとを有する特許請
求の範囲第１項記載の複数の軽量体と前記複数の軽量体
が埋込まれている熱可塑性プラスチックのマトリックス
とから成る複合体。
（２７）前記軽量体が少なくとも１０，０００から１５
，０００ｐｓｉの圧縮強度を有する特許請求の範囲第２
６項記載の複合体。
（２８）前記軽量体が１．０〜１．８ｇ／ｃｃの密度を
有する特許請求の範囲第２６項記載の複合体。
（２９）前記熱可塑性プラスチックがアセタール樹脂、
アクリル樹脂、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート
、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ビニル樹脂、スチレン樹脂又は液晶重合体で
ある特許請求の範囲第２９項記載の複合体。
（３０）前記軽量体がアルミノケイ酸又はホウケイ酸ガ
ラスから成るガラス状シェルを有している特許請求の範
囲第２６項記載の複合体。