JPS61236621A - 微小ガラス発泡粒の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液化天然ガス貯蔵タンクの低温用保冷材、土
木・建築関係における軽量断熱材や骨材、プラスチック
の増量材、塗料の増粘剤、或いはバイオリアクターの分
野における酵素の固定化剤等として利用される微小ガラ
ス発泡粒の製造方法に関するものである。

〔従来技術〕

ガラス発泡粒の製造方法としては、特開昭５８−９８３
３号公報に開示された製造方法が知られている。この従
来例は、第１ガラス粉末と発泡剤粉末とを主成分とする
第１原料粉末を結合剤で固めて第１粒状体を造粒し、発
泡剤を含まず第２ガラス粉末を主成分とする第２原料粉
末を結合剤により前記第１粒状体の表面に被覆して第２
粒状体とし、更にこの第２粒状体の表面に粉末状の離型
剤を被覆して第３粒状体とし、最後にこの第３粒状体を
加熱してガラス発泡粒とするものである。

これにより外殻がガラス層からなり内部に気泡を有する
ガラス発泡粒が得られる。

ところが上記従来例の場合、造粒工程においてパン型造
粒機を用いるものである。このパン型造粒機を用いる方
法では、結合剤を吹き付は添加しながら造粒し、パン型
容器の転勤により粉末の核を次第に成長させながら粒状
に形成するものである。それ故、この方法によれば８〜
９ｍｅｓｈ（約２鰭φ）の粒を得るのに長時間を要する
。またパン型内で生成される粒径の粒度分布は大きくハ
ラツキ、８〜９　ｍｅｓｈを目標とする場合、粉末及び
３ｍｅｓｈより大きい広範囲の分布となり、所望の粒度
を得ようとすれば、その収率は低くなり、その上さらに
篩い分けの工程が必要となる。また原料粒状体の表面は
結合剤による粘性を呈しているため、造粒工程における
粒の成長過程で粒同士の合着を生起しブロッキング現象
を起生ずる。このように上記の方法では、造粒工程に長
時間を要しかつ均一な製品を多量に効率良く生産できな
いという実情から、工業的・経済的に大きな問題点があ
る。

上記従来例とは別に、特開昭５３−１４２４２４号公報
に開示されているように、ガラス粒子と発泡剤からなる
混合物をヌードル状に造粒し、これを加熱して細胞状ガ
ラスピーズとし、更に冷却するという工程において、発
泡剤の性質・使用量、加熱温度、加熱時間を選択して、
嵩密度が低く、吸水性の少ない多気泡構造の発泡ガラス
粒を製造する方法も知られている。

しかしながら、この従来例の場合、発泡ガラス粒の微小
化は出来ない。また原料粒体がヌードル状で終えている
ため粒体内の結合力にバラツキが生じ、これを焼結して
も粒内に発泡ムラが発生する。また水を結合剤としてい
るため結合力が弱く、原料粒体のヌードル状が更に細か
く割れ易くなり、微粉の発生原因となる。その上、ヌー
ドル状原料粒体を焼結発泡して均一な発泡品、低い嵩密
度で、吸水性の少ない多気泡構造粒を得ようとすれば、
焼結工程において従来例のような複雑な条件管理を必要
とする。更に、ヌードル造粒工程においてブロック防止
剤を塗布する等の対策が施されていないため、焼結工程
において粒が発泡した段階で粒同士が合着したり、ロー
タリーキルンで焼結した場合には、キルン壁に粒が付着
してしまうといった問題点を有する。従って上記の方法
では、不良品が多量に生成され、かつ生産効率も極めて
悪く、均一な形状の低嵩密度のガラス発泡粒体を得るこ
とは、極めて困難であると云わざるを得ない。

そごで、本件出願人は、嵩密度が低く圧潰耐強度も十分
で断熱性に優れ、しかも生産効率が高く安価に製造し得
るガラス発泡粒の製造方法につい゛て、先に提案してい
る（特願昭５９−２５４６２４号）。この方法は、ガラ
ス粉末と無機粉未発泡剤を粘着剤で固めて粒体を成形す
る造粒工程と、前記成形粒体を球状粒体に整粒する整粒
工程と、前記球状粒体にブロック防止剤をコーティング
するコーティング工程と、コーティング済み球状粒体を
ロータリーキルンで回転焼結してガラス発泡粒を得る加
熱工程とを含む構成である。

然るに、上記の製造方法によれば、粒径が０．５顛以上
の比較的大きな粒径を有するガラス発泡粒を製造するの
には好適であるが、粒径が約０．５ｍｍ以下という微小
なガラス発泡粒を高収率で得為ことは甚だ困難であって
、微小ガラス発泡粒を得る製造方法としては不向きであ
る。

〔発明の目的〕

本発明は、従来例における以上の問題点を考慮してなさ
れたものであって、嵩密度が低く且つ十分な単粒圧壊強
度を保有し断熱性にも優れたガラス発泡粒を、高い生産
効率で安価に製造することが出来ると共に、均一な微小
発泡粒を高い収率で得ることのできる微小ガラス発泡粒
の製造方法の提供を目的とするものである。

〔発明の構成〕

本発明に係る微小ガラス発泡粒の製造方法は、ガラス粉
末と発泡剤粉末とを結合剤を用いて混練したのち造粒工
程を省略し直接整粒工程にかけて球状に整粒し、次いで
、その球状化粒表面に離型剤を被覆させたのち乾燥し、
これにより得た粒体、を加熱して粒体内部を発泡させる
ことにより、粒径の小さい微小ガラス発泡粒を得るよう
にしたことを特徴とするものである。

〔実施例〕

本発明に係る微小ガラス発泡粒の製造方法の一実施例に
ついて、その工程順序に従って順次、以下に説明する。

（１）　原料となるガラス粉末に発泡剤粉末を配合し、
これに結合剤を加えて混合機により混練する。

上記ガラス粉末としては、主に板ガラス、びんガラス等
の比較的軟化点温度の低いソーダガラス゛、ホウケイ酸
ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス等が用いられる。これ
らのガラス粉末は、４００〜５００ｍｅｓｈパス程度に
粉砕した微細な粉状のものを使用する。ガラス粉末が微
細なほど発泡性が良くなり、また均一な発泡が行なわれ
る。

又、上記発泡剤粉末としては、通常はカーボンブランク
（Ｃ）、炭化珪素（Ｓｉ　Ｃ）　、炭酸カルシウム（Ｃ
ａＣＯ３）等の粉末が用いられる。これらの発泡剤粉末
は、加熱工程時に酸化し、それ自体が熱分解によって炭
酸ガス（Ｃｏｇ）を発生させる性質のものであって、後
述する加熱工程時の加熱によりガラスの軟化点温度域で
前記発泡剤粉末の熱分解反応を生起するものが使用され
る。

また上記炭酸ガスの発生する温度域でのガラス粉末には
適度の粘性を具備していることが、発泡粒を製造する上
で重要な要因をなすものであって、上記のガス熱分解時
におけるガラスの粘度が高過ぎるとガラス発泡粒のセル
が形成され難く、また粘度が低過ぎるとセルが割れ易く
なる。

ｒ　７　） さらに結合剤としては、デキストリン、ポリビニルアル
コール、メチルセルロース等の水溶液が使用されるが、
その結合剤の種類については上記のものに限定されない
。結合剤の溶液濃度についても重要であって、はぼ１ｗ
ｔ％〜１０−ｔ％の範囲内で使用され、これにより、得
られる発泡粒の大きさも一定範囲内に制御することが可
能となる。

即ち、結合剤の濃度が高過ぎると整粒工程において粒子
同士が合着し易くなり、これとは逆に濃度が低過ぎると
乾燥後の粒状を維持できなくなる。

例えば、ポリビニルアルコール２ｗｔ％水溶液を使用し
て上記原料に対するバインダー量を２５％、２０％とす
ると、それぞれ４０〜８０ｍｅｓｈの粒径を有する発泡
粒は６５％の収率、１２０〜２００ｍｅｓｈの粒径を有
する発泡粒は３５％の収率で得られる。またポリビニル
アルコール５ｉｙｔ％水溶液では、原料に対するバイン
ダー量を２５％、２０％とすると、それぞれ２０〜３０
ｍｅｓｈが５５％、４０〜８０ｍｅｓｈが４８％の収率
で得られる。

上記のガラス粉末と発泡剤粉末との配合原料に上記結合
剤を加えて混練するが、このとき使用される混合機は、
ニーダ−、リボンブレンダー等の種類の装置が使用され
る。尚、混合機の種類について上記のものに限定されな
いことは勿論である。

上記の混練工程によって、結合剤の粒子の周りにガラス
粉末や発泡剤粉末が付着して、湿っぽい粉末混練物が得
られる。

（２）　次に、上記の工程により得られた混練物を、造
粒機にかけずに直接、球形整粒機に供給して混練物を球
形に整粒する。

上記球形整粒機としては、広く一般に用いられている整
粒機を使用できるが、ここでは実効性の高いマルメライ
ザー（不二パウダル株式苓社製）、或いはスーパーミキ
サー（用田製作所■製）を使用している。

前者のマルメライザーは、固定された円筒容器の底部に
、凹凸面を有する回転プレートを設けた構成であって、
上記円筒容器内に供給された混練物は、回転プレートが
回転駆動するのに伴ない、プレートと共に回る力と遠心
力との合力の方向に向かって進行して円筒容器の外筒壁
と衝突し、この外筒壁にぶつかった粒状化混練物は一旦
内周側に戻された後、再びその遠心力により外周側へド
ライブをかけられるといったように、円筒容器の外筒壁
とプレートとの間で渦流運動を繰り返す。

このときの衝撃により混練物の角部は剪断され、或いは
押圧されて全体的にほぼ球形に整形されるが、一方では
、上記の渦流運動を繰り返しているうちに、結合剤の粒
子を核としてガラス粉末およ−び発泡剤粉末が結合して
成長し、これにより得られる粒状物は前記のガラス粉末
や発泡剤粉末よりも粒径の大きい約２０〜２００’ｍｅ
ｓｈ程度の球形となる。そして上記作用中に生じる剪断
物は、結合剤により粒状物に合着されるので、原料粉末
が未使用のまま残ることはない。なお回転プレートの回
転速度及び駆動時間の最適値は、整粒に供される原料粉
末の種類、結合剤の種類・濃度、回転プレートの凹凸面
形状等により異なるが、一般には回転プレートの回転速
度を高く設定するほど、整粒物の粒径は微小化するもの
である。

後者のスーパーミキサーは、混合用アームと細分整粒用
高速チョッパーとを備え、各々の回転によってボール容
器内部で整粒を行うものであって、容器中心部に位置す
る特殊形状の前記混合用アームによって原料を攪拌する
一方、これとは別駆動の前記高速チョッパーによって均
一な粒度に細分整粒され、付着と分散を繰り返しながら
約２０〜２００ｍｅｓｈ程度の微小整粒物が得られるも
のである。

以上の整粒工程により、混練物はほぼ均一な微小粒径の
球状粒体に整粒される。その粒度は、約２０〜２００ｍ
ｅｓｈ程度であって、微小粒である。

（３）　上記整粒工程を終えると、粒子同士のブロッキ
ングを防止するため、引き続き球形整粒機を運転しなか
ら離型剤を添加して、得られる球状粒体の表面にブロッ
ク防止用の離型剤をコーティングする。

上記離型剤としては、天然ガラス粉末、タルク、炭酸カ
ルシウム粉末などを使用する。この場合の離型剤の量と
しては粒子の表面を一様に被覆する程度の量が必要であ
って、原料粉末に対して５〜１０重量部程度が好適であ
る。

（４）　上記整粒工程及び離型剤の被覆工程を経て得ら
れたコーティング済み球状粒体は、さらに１１０℃×６
時間以上の条件下で、球状粒体に含有されている結合剤
を完全に乾燥させる。この乾燥工程は、使用された結合
剤に含まれる水分を、焼結前に予め消去するために行な
うものであって、焼結時間の短縮をはかると共に、含有
水分に起因する焼結時の爆裂を防止するのに有効である
。なお上記の乾燥条件については具体的に限定されない
こと勿論である。

（５）　最後に、上記の乾燥済み球状粒体を電気炉内で
加熱して発泡させる。この加熱・発泡化工程は、一般に
使用されている電気炉であっても良いが、生産性を考慮
してロータリーキルン、ヘルドコンへアキルン、ハケソ
トコンへアキルン等を使用するのが望ましい。前記の微
小球状粒体は、電気炉キルン内において粒体に含有され
ている発泡剤の発泡温度まで直線的に加熱され、この粒
体が発泡粒となった後は室温で放冷される。また前記ロ
ータリーキルンを使用した加熱工程では、供給された球
状粒体はロータリーキルン内を転りながら発泡焼結（球
状粒体に含まれる発泡剤が分解ガスを発生する）し、発
泡が均一で嵩密度の低いガラス発泡粒が得られる。又、
この発泡焼結時に、予め球状表面に離型剤がコーティン
グされている各球状粒体は、互いに合着してダンゴ状に
なることはない。またロータリーキルン壁にこの粒体が
付着するようなことも生じない。

上記加熱工程に用いられるロータリーキルンは、例えば
内径１０６ｍφ、長さ２ｍ、傾斜角、０．５一度、回転
速度２４ｒ、ｐ、ｎ＋、に設定したものが使用される。

また球状粒体の炉内での滞留時間が長すぎると、最終的
に得られる製品が収縮してしまうので、上記滞留時間は
３〜２０分の範囲内とするのが望ましい。またロータリ
ーキルンの炉内温度は７００〜９００℃が望ましい。

このようにして得られた微小ガラス発泡粒は、第１図の
組織拡大図に示したように、大きさかは（ｌ乙） ぼ均一であって、非常に微細で独立したセル構造を有し
、独立気泡率が高くて吸水性が少なく且つ断熱性に優れ
ている。微小ガラス発泡粒の特性を具体的数字で示すと
、約０．４〜０．５１■φの単粒における圧壊強度は０
．１５　ｋｇ、発泡粒の嵩密度は０．５８　ｇ／ｃｃ、
また０、５〜１．０　＊鳳φの単粒における圧壊強度は
０．１９　ｋｇ、発泡粒の嵩密度は０．５１　ｇ／　ｃ
ｃである。

〔実験例〕

ガラス粉末成分として、Ｓ　ｉ　Ｏｚ　　（７２，５ｗ
ｔ％）、Ｎａｚ　Ｏ（１４，４ｗｔ％）、Ｃａ０（１０
，２ｗｔ％）、Ａ　１２０３　（２，０ｗｔ％）、Ｂａ
Ｏ（０，６ｗｔ％）、Ｋｇ　Ｏ（０，２ｗｔ％）、Ｆｅ
２０＋　　（０，１ｗｔ％）　の組成からなる廃ガラス
粉末（２００ｍｅｓｈ以下）に、発泡剤粉末として炭酸
カルシウム粉末（約４００ｍｅｓｈＬ２重量部を配合し
混合した。

次に、上記の配合原料に、結合剤としてのポリビニルア
ルコール（２ｉｖｔ％）水溶液を２０重量部添加して、
その混合物を混合機ニーグーにより２分間だけ混練した
。この混練物を振盪機にかけ、目詰まりしない程度の篩
（例えばｌ　Ｏｍｅｓｈ）を通過したものを、球形整粒
機マルメライザー（回転ブレート径２００璽１ψ）によ
り７００ｒ、ｐ、ｎ＋で１分間整粒して球状化させ、整
粒工程終了後、離型剤として黒曜石の粉末（約２０　Ｏ
ｍｅｓｈ）を１０重量部添加して、１５秒間だけ前記球
形整粒機の延長作動を行わせ、各粒子表面を黒曜石で被
覆した。これを１１０℃で１５時間乾燥させ、その後、
炉内温度が７７０℃に設定されているロータリーキルン
で１２分間加熱し焼成して、整粒物に含まれている発泡
剤（Ｃａ　Ｃ０３）を分解させて、微小ガラス粒を発泡
させた。

以上のようにして得られた微小ガラス発泡粒は、粒度分
布が２０〜２０　Ｏｍｅｓｈの領域にあり、粒径、嵩密
度、単粒圧壊強度、独立気泡率はそれぞれ次の通りであ
った。

（以下、余白　） 〔発明の効果〕 本発明に係る微小ガラス発泡粒の製造方法は以上の構成
からなるので、発泡性に優れ嵩密度か低いと共に、単粒
圧壊強度も十分に保有し、また独立気泡率も高いところ
から吸水性か低く断熱性に優れたガラス発泡粒が得られ
る。また原料の混練物を造粒機にかけず直接整粒機にか
けて球状に整形するので、原料粉末に結合剤を適量加え
るごとにより、粒子が大きく成長するのを抑制される。

その結果；得られるガラス発泡粒は微細化され、粒径が
２０〜２０　Ｏｍｅｓｈという微小なものであって且つ
ほぼ均一な大きさの発泡粒が得られる。このようにして
得られた微小ガラス発泡粒ば、その粒径の小さい微小粒
という特性を活かして、例えば液化天然ガス貯蔵タンク
の低温用保冷材として、或いは土木・建築関係において
使用される軽量断熱材や骨材の素材として有効に利用さ
れる。また、造粒化工程を省略したことによって生産性
が向上し、微小ガラス発泡粒を効率良く製造することが
出来るといった効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施して得られた微小ガラス発泡粒の
組織拡大図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ガラス粉末と発泡剤粉末とを結合剤を用いて混練し
   たのち直接整粒工程にかけて球状に整粒し、次いで、そ
   の球状化粒表面に離型剤を被覆させたのち乾燥し、この
   乾燥後に得た粒体を加熱して粒体を発泡させることによ
   り微小ガラス発泡粒を得るようにした微小ガラス発泡粒
   の製造方法。