JPWO2008156091A1 - ガラス組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
特公昭62−1338号公報には、ポリカーボネート樹脂に近い屈折率を有するガラスからなり、ポリカーボネート樹脂の透明性を損なうことがないガラス繊維組成物が開示されている。
特公昭62−1338号公報に開示されているガラス繊維組成物では、アルカリ成分の含有率が高いので、アルカリ成分との加水分解反応によりポリカーボネート樹脂の分子量が低下する。そのガラス繊維組成物は、酸化ジルコニウム(ZrO2)を3質量%以上含有しており、任意成分として酸化亜鉛(ZnO)を含有する。
質量%で表して、
50≦SiO2≦60、
8≦Al2O3≦15、
0≦MgO ≦10、
5≦CaO <21、
0<SrO+BaO≦25、
10<MgO+SrO+BaO≦30、
0≦Li2O+Na2O+K2O<2、
2<TiO2≦10、
0≦ZrO2<2
の成分を含有し、B2O3、FおよびZnOを実質的に含有しないことを特徴とするガラス組成物が提供される。
本発明のガラス組成物は、ポリカーボネート樹脂との屈折率の差が小さい。また、アルカリ成分の溶出が少なく、化学的耐久性にも優れている。したがって、フィラーとしてポリカーボネート樹脂に配合した場合、透明性などの性能は維持しつつ、ポリカーボネート樹脂の機械的強度や耐熱性などの性能を向上できる。
[ガラス組成物の組成]
本発明のガラス組成物の組成について、以下詳細に説明する。
二酸化ケイ素(SiO2)は、ガラスの骨格を形成する主成分である。二酸化ケイ素は、また、ガラスの失透温度および粘度を調整する成分であり、耐酸性を向上させる成分でもある。SiO2の含有率がガラス組成物中に50質量%以上であれば、失透温度の上昇を抑制して、失透のないガラスを容易に製造できる。また、ガラスの耐酸性も向上する。他方、SiO2の含有率が60質量%以下であれば、ガラスの融点が低くなり、ガラスを均一に熔融し易くなる。
酸化アルミニウム(Al2O3)は、ガラスの骨格を形成する成分である。また、ガラスの失透温度および粘度を調整する成分であり、さらには、耐水性を向上させる成分でもある。他方、Al2O3は、ガラスの耐酸性を低下させる成分でもある。Al2O3の含有率がガラス組成物中に8質量%以上であれば、失透温度および粘度の調整や、耐水性の改善が容易になる。Al2O3の含有率が15質量%以下であれば、ガラスの融点が低くなり、ガラスを均一に熔融し易くなる。また、ガラスの耐酸性も向上する。
酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)および酸化バリウム(BaO)は、ガラスの失透温度および粘度を調整する成分である。また、酸化ストロンチウム(SrO)および酸化バリウム(BaO)は、ガラスの屈折率を調整する成分でもある。
他方、MgOの含有率の上限は、10質量%以下であることが好ましい。より好ましくは8質量%以下であり、さらに好ましくは6質量%以下である。5質量%以下であることが最も好ましい。MgOの含有率がガラス組成物中に10質量%以下であれば、失透温度の上昇を抑制して、失透のないガラスを容易に製造できる。MgOの含有率の範囲は、これら上限と下限の任意の組み合わせから選ばれる。
アルカリ金属酸化物(Li2O、Na2O、K2O)は、ガラスの失透温度および粘度を調整する成分であり、任意に含ませてもよい。より好ましくは、アルカリ金属酸化物の含有率の合計(Li2O+Na2O+K2O)として、0質量%を超えて含ませることである。
(TiO2)
酸化チタン(TiO2)は、ガラスの屈折率を調整する成分である。所定量のTiO2を含有したガラスをフィラーとして用いれば、ポリカーボネート樹脂成型体の透明性を維持できる。また、TiO2は、ガラスの熔融性、化学的耐久性および紫外線吸収特性を向上させる成分でもある。TiO2の含有率がガラス組成物中に2質量%より大きければ、屈折率の調整が容易になる。他方、TiO2の含有率が10質量%以下であれば、失透温度の上昇を抑制して、失透のないガラスを容易に製造できる。
酸化ジルコニウム(ZrO2)は、ガラスの熔融性および化学的耐久性を向上させる成分であり、ガラス組成物に任意に含ませてもよい。より好ましくは0質量%を超えて含ませることである。ただし、ZrO2の含有率がガラス組成物中に2質量%未満であれば、失透温度の上昇を抑制して、失透のないガラスを容易に製造できる。また、ガラスの融点が低くなり、ガラスを均一に熔融し易くなる。したがって、ZrO2の含有率の上限は、2質量%未満であることが好ましい。1質量%以下であることがより好ましく、0.5質量%以下であることがさらに好ましい。ZrO2の含有率の範囲は、これら上限と下限の任意の組み合わせから選ばれる。
通常、ガラス中に含まれる鉄(Fe)は、Fe3+またはFe2+の状態で存在する。Fe3+はガラスの紫外線吸収特性を向上させる成分であり、Fe2+はガラスの熱線吸収特性を向上させる成分である。Feは、意図的に含ませなくとも、他の工業用原料から不可避的にガラス組成物に混入する場合がある。Feの含有率が少なければ、ガラスの着色を防止できる。このようなガラスをフィラーとして用いれば、ポリカーボネート樹脂成型体の透明性を損なうことがない。
三酸化硫黄(SO3)は、必須成分ではないが、清澄剤として使用してもよい。硫酸塩の原料を使用すると、ガラス組成物中の三酸化硫黄は0.5質量%以下になることがある。
本発明においては、三酸化二ホウ素(B2O3)はガラス組成物に実質的に含有させない。
本発明においては、フッ素(F)はガラス組成物に実質的に含有させない。
(ZnO)
本発明においては、酸化亜鉛(ZnO)はガラス組成物に実質的に含有させない。
本発明のガラス組成物の物性について、以下詳細に説明する。
(熔融特性)
熔融ガラスの粘度が1000dPa・sec(1000poise)のときの温度は、当該ガラスの作業温度と呼ばれ、ガラスの成形に最も適した温度である。鱗片状ガラスやガラス繊維を製造する場合、ガラスの作業温度が1100℃以上であれば、鱗片状ガラスの厚みやガラス繊維径のばらつきを小さくできる。他方、作業温度が1300℃以下であれば、ガラスを熔融する際の燃料費を低減できる。また、ガラス製造装置が熱による腐食を受け難くなり、装置寿命が延びる。
したがって、ΔTは0℃以上であることが好ましく、より好ましくは20℃以上である。さらに好ましくは40℃以上であり、60℃以上であることが最も好ましい。ただし、ΔTを150℃未満とするならば、ガラス組成の調整が容易となるため好ましい。より好ましくは、ΔTを100℃以下とすることである。
ガラスフィラーとポリカーボネート樹脂の屈折率が等しければ、ガラスフィラーとポリカーボネート樹脂の界面における光の散乱がないため、ポリカーボネート樹脂の透明性を維持できる。このため、ガラス組成物の屈折率は、ポリカーボネート樹脂の屈折率に近いことが好ましい。ヘリウムd線(波長587.6nm)で測定したポリカーボネート樹脂の屈折率ndは、通常1.585程度である。したがって、ガラス組成物の屈折率ndは、1.575〜1.595であることが好ましい。より好ましくは1.580〜1.590であり、さらに好ましくは1.582〜1.588である。1.583〜1.587であることが最も好ましい。
本発明のガラス組成の範囲内であれば、耐酸性、耐水性、耐アルカリ性などの化学的耐久性に優れたガラス組成物が得られる。したがって、本発明のガラス組成物からなるガラスフィラーであれば、ポリカーボネート樹脂に好適に配合できる。
本発明のガラス組成物は、鱗片状ガラス、チョップドストランド、ミルドファイバー、ガラス粉末、ガラスビーズなどの形態を有するガラスフィラーに成形できる。
チョップドストランドは、例えば、図3および図4に示した装置を用いて製造できる。
本発明のガラス組成物からなるガラスフィラーを、ポリカーボネート樹脂に配合することにより、優れた性能を有するポリカーボネート樹脂組成物が得られる。本発明のガラス組成物からなるガラスフィラーは、ポリカーボネート樹脂との屈折率の差が小さく、アルカリ成分の溶出が少なく、化学的耐久性に優れている。したがって、得られるポリカーボネート樹脂組成物は、ポリカーボネート樹脂と同等の透明性と、ポリカーボネート樹脂よりも優れた機械的強度や耐熱性を兼ね備えている。
(実施例1〜9、比較例1〜10)
表1〜2に示した組成となるように、珪砂等の通常のガラス原料を調合して、実施例および比較例毎にガラス原料のバッチを作製した。各バッチについて、電気炉を用いて1400℃〜1600℃まで加熱して熔融させ、組成が均一になるまで約4時間そのまま維持した。その後、熔融したガラスを鉄板上に流し出して、電気炉中で室温まで徐冷し、ガラス組成物を得た。
また、通常の白金球引き上げ法により粘度と温度の関係を調べて、その結果から作業温度を求めた。ここで、白金球引き上げ法とは、溶融ガラス中に白金球を浸し、その白金球を等速運動で引き上げる際の負荷荷重(抵抗)と、白金球に働く重力や浮力などの関係を、微小の粒子が流体中を沈降する際の粘度と落下速度の関係を示したストークス(Stokes)の法則に当てはめて粘度を測定する方法である。
実施例1〜9のガラス組成物のΔT(作業温度−失透温度)は、60℃〜94℃であった。これは、ガラスフィラーの製造工程において、ガラスの失透が生じない温度差である。
比較例1のガラス組成物は、特開昭61−14152号公報の実施例に記載されているガラス組成と同一であり、CaO、合計(SrO+BaO)、合計(MgO+SrO+BaO)およびTiO2の各含有率が、本発明のガラス組成の範囲外である。このガラス組成物の屈折率ndは1.573であり、請求項2の屈折率の範囲から外れた。また、このガラス組成物のアッベ数νdは58であり、実施例1〜9のガラス組成物のアッベ数νdより大きいことが分かる。
実施例1〜9のガラス組成物を電気炉で再熔融し、その後、冷却しながらペレットに成形した。このペレットを図2に示す製造装置に投入して、平均厚さが0.5〜1μmの実施例10〜18の鱗片状ガラスを作製し、これらの鱗片状ガラスの屈折率を測定した。これらの測定結果を、表3に示す。
実施例1〜9のガラス組成物を電気炉で再熔融し、その後、冷却しながらペレットに成形した。このペレットを図3および4に示す製造装置に投入して、平均繊維径が10〜20μm、長さが3mmの実施例19〜27のチョップドストランドを作製した。
Claims (7)
- 質量%で表して、
50≦SiO2≦60、
8≦Al2O3≦15、
0≦MgO ≦10、
5≦CaO <21、
0<SrO+BaO≦25、
10<MgO+SrO+BaO≦30、
0≦Li2O+Na2O+K2O<2、
2<TiO2≦10、
0≦ZrO2<2
の成分を含有し、
B2O3、FおよびZnOを実質的に含有しないことを特徴とするガラス組成物。 - 前記ガラス組成物の屈折率ndが、1.575以上、1.595以下である請求項2に記載のガラス組成物。
- 前記ガラス組成物のアッベ数νdが、60以下である請求項1または2に記載のガラス組成物。
- 前記ガラス組成物の作業温度が、1300℃以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラス組成物。
- 前記ガラス組成物の作業温度から失透温度を差し引いた温度差ΔTが、0℃以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラス組成物。
- ポリカーボネート樹脂とガラスフィラーを含有するポリカーボネート樹脂組成物であって、
前記ガラスフィラーが、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラス組成物からなり、
前記ガラスフィラーの形態が、鱗片状ガラス、チョップドストランド、ミルドファイバー、ガラス粉末およびガラスビーズから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とするポリカーボネート樹脂組成物。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラス組成物を一旦溶融し、所定範囲の寸法を有するように加工して製造された、ポリカーボネート樹脂用ガラスフィラー。
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