(57)【要約】【課題】従来均一処理が困難であった平均粒径が１０μｍ以下の微細粉末についても均一処理を可能にする。その均一処理により、シリコン粉末顔料の製造におけるシリコン微粉末への光干渉用薄膜付けを可能にする。【解決手段】粉末を一旦ブリケットに造粒する。ブリケットの状態で粉末を加熱処理する。加熱処理後にブリケットを粉末状態に戻す。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末をブリケットに造粒する工程と、前記ブリケットを所定のガス雰囲気中で加熱処理する工程と、加熱処理後のブリケットを粉末に解砕する工程とを含む粉末処理方法。
【請求項２】
前記粉末の平均粒径が１０μｍ以下である請求項１に記載の粉末処理方法。
【請求項３】
前記ブリケットの平均粒径が１〜３０ｍｍである請求項１に記載の粉末処理方法。
【請求項４】
前記粉末はシリコン粉末である請求項１に記載の粉末処理方法。
【請求項５】
シリコン粉末顔料製造方法である請求項４に記載の粉末処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末顔料の製造に好適に用いられる粉末処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より多用されている有機顔料は、おしなべて耐候性が低く、屋外では数カ月から１年程度で変退色していまい、再塗装を必要する場合も少なくない。このため、自動車の車体塗装には本質的に不向きである。また、一部の有機顔料は人体に有害なカドニウムや鉛等を含んでおり、環境面からも問題視されている。
【０００３】
このような事情を背景として、近年注目を集めているのが金属顔料であり、この金属顔料としてはステンレス粉末、アルミニウム粉末或いはチタン粉末などが開発されている。これらの金属粉末は無害であり、耐候性にも優れている。また、後述する鱗片状加工により光輝性が発現し、メタリック顔料として使用可能である。更に、粉末粒子の表面に形成される酸化膜等の薄膜による光干渉作用により、色相の制御も可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の金属顔料には次のような問題がある。
【０００５】
ステンレス粉末については、黒っぽい色しか出ず、色の変化が乏しい。
【０００６】
アルミニウム粉末については、粒子表面の皮膜による干渉色が屈折率等の関係から出にくく、発色のためには、従来の顔料を粒子表面に付着させるなどの方法が採用されている。即ち、アルミニウム粉末は、ステンレス粉末と共にカラーバリエーションが貧弱である。
【０００７】
これらに対し、チタン粉末は、粒子表面に酸化膜、窒化膜等の種々の皮膜を任意の厚みに形成でき、様々な干渉色を発色させることが可能なため、カラーバリエーションが非常に豊富である。しかしながら、それ自体に光輝性がなく、光輝性を出すためには、別途、延性を利用した鱗片状加工を行う必要があり、その機械加工によるコストアップを余儀なくされる。これはアルミニウム粉末についても同じである。
【０００８】
また延性に関連して、いずれの粉末も微細化に手数がかかる。チタン粉末の場合は微細化のために水素脆化処理を組み合わせた破砕加工が必要になる。
【０００９】
加えて、チタン特有の活性のため発火の危険があり、１０μｍ以下の微粉末では自然発火の危険性さえあり、製造が困難である。１０μｍ以上であっても、熱処理時に急激な温度上昇が起こり、燃焼しやすいため、取り扱いが非常に難しい。このため、鱗片状に機械加工する場合には、発火に注意しながら加工を行う必要があり、それでも大気中では危険であるので、オイル中や溶剤中で加工を行い、加工後は、オイルや溶剤を乾燥する工程が必要になる。このため、一層のコストアップを招く。程度の差はあれ、アルミニウム粉末にも同様の問題がある。
【００１０】
発火の有無に関係なく、１０μｍ以下の微細粉末は、表面に薄膜を形成するための処理が困難である。即ち、粉末の表面に光干渉用の薄膜を形成するためには、所定の雰囲気中で粉末を加熱処理する必要がある。しかし、１０μｍ以下の微細粉末は、処理中に舞い上がり、ロータリーキルンなどの汎用の処理法で均一処理が難しいのは勿論のこと、流動層法を用いても均一な処理が困難である。
【００１１】
本発明の目的は、１０μｍ以下の微細粉末についても均一処理が可能な粉末処理方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の粉末処理方法は、粉末をブリケットに造粒する工程と、前記ブリケットを所定のガス雰囲気中で加熱処理する工程と、加熱処理後のブリケットを粉末に解砕する工程とを含んでいる。
【００１４】
粉末を一旦ブリケットに固め、この状態でブリケットを加熱処理することによりブリケット内の粉末の均一処理が可能になり、その処理後にブリケットを粉末状態に戻すことにより、平均粒径が１０μｍ以下の微細粉末についても、均一処理が可能になる。
【００１５】
本発明の粉末処理方法は、従来均一処理が困難てあった平均粒径が１０μｍ以下の微細粉末に対して特に有効であり、より具体的にはシリコン粉末顔料の製造におけるシリコン粉末の光干渉用の薄膜付けに有効である。
【００１６】
シリコン粉末顔料とは、その粉末としてシリコン粉末及び／又はシリコン合金粉末を使用したものである。この粉末顔料は、カラーバリエーションが豊富な上に微細化が容易であり、しかも、鱗片状加工なしで優れた光輝性を示し、更には、発火の危険がなく、取り扱いも容易で、且つ無害である。
【００１７】
即ち、シリコン粉末は、半導体材料の原料となるメタシリと呼ばれるシリコン粉末、多結晶シリコン製造工程で発生するシリコン粉末、多結晶或いは単結晶シリコンを粉砕あるいは切断して得られるシリコン粉末、また廃材としてのシリコンウエーハの粉砕粉末があり、いずれも安価で入手が容易であり、発火の危険性がないため、取り扱いも簡単である。
【００１８】
シリコンは、チタンやアルミニウムと異なり、容易に脆性破壊し、微細化できる。脆性破壊によって得られたシリコン粉末は、劈開面に結晶面が表れ、複数の平坦面を有する多面体的な形状になるため、鱗片状加工を行わずとも光輝性の高い粉末となる。また、粉末表面に酸化膜、窒化膜、炭化膜等の薄膜を形成しやすく、膜厚のコントロールにより様々な干渉色を発色させることができる。多結晶シリコンの製造原料であるメタシリも光輝性を有する。
【００１９】
シリコン粉末顔料における粉末の平均粒径は１０００μｍ以下が好ましい。１０００μｍを超えると塗膜が厚くなりすぎ、顔料としての使用が難しくなる。特に好ましい平均粒径は１００μｍ以下である。
【００２０】
粉末の平均粒径は３０μｍ以上と３０μｍ未満で性質に差を生じる。３０μｍ以上の粉末は光輝性に特に優れる。３０μｍ未満の粉末は、光輝性に劣るものの、チタン等の金属粉末では発火の危険のため取り扱いが困難であった微粉末につき安全な粉末顔料を提供する。また、表面への薄膜形成により種々の着色顔料を提供する。
【００２１】
粉末を構成する粒子表面に形成される薄膜は、光干渉により豊富なカラーバリエーションを可能にする。
【００２２】
薄膜としては、酸化膜、炭化膜又は窒化膜の１種又は２種以上の組み合わせを挙げることができる。
【００２３】
薄膜の厚さについても、薄すぎても厚すぎても可視光線の波長との関係上、干渉色が出にくいため、１００〜１０００ｎｍが好ましい。
【００２４】
シリコン合金粉末としてはＳｉ−Ｃｕ合金、Ｓｉ−Ｆｅ合金、Ｓｉ−Ａｌ合金などを挙げることができる。
【００２５】
シリコン粉末顔料は、一般塗料やインキの他、看板、標識表示、建築物の外装用色材など、屋外用色材として最適である。また、プラスチック成形品などに練り込む使用方法も可能である。
【００２６】
本発明の粉末処理方法においては、ブリケットの平均粒径は１〜３０ｍｍが好ましい。１ｍｍ未満ではブリッケットの作製が難しく、反応中の解砕が問題になる。３０ｍｍを超えると、雰囲気ガスがブリケットの中心部まで十分に供給されなくなるため、ブリケット内での粉末反応の均一性が低下する。
【００２７】
解砕後の粉末の平均粒径は、ブリケットに形成する前の粉末の平均粒径と同じである必要はない。つまり、元の状態まで完全に解砕することは必ずしも必要でない。
【００２８】
ブリケットを経由するとしないとにかかわらず、光干渉用の薄膜を形成するための熱処理温度は６００〜１１００℃が好ましく、９００〜１１００℃が特に好ましい。この熱処理温度が低すぎると薄膜の形成に時間がかかる。高すぎる場合は粒子の凝集や溶融を生じるおそれがある。
【００２９】
熱処理における雰囲気ガスは、酸化膜を形成する場合は空気等の酸素含有ガスを使用する。窒化膜を形成する場合は窒素ガス等を用いる。炭化膜を形成する場合はＣ２　Ｈ２　などの反応性ガスを用いる。窒化膜の上に酸化膜を形成する如き２重或いは３重以上の膜付けも可能である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を説明する。
【００３１】
シリコンウエーハを破砕し篩分けして所定粒径のシリコン粉末を得る。シリコンウエーハは脆性が高く簡単に破砕される。多結晶シリコン製造工程で発生するシリコン粉末や多結晶シリコン製造原料であるメタシリ等、当初より粉末形態のものについては、破砕さえ必要とせず、篩分けにより所定粒径のシリコン粉末を得る。
【００３２】
得られたシリコン粉末の平均粒度が１０μｍを超える場合は、そのままロータリーキルン等により所定のガス雰囲気中で所定温度に所定時間加熱処理する。ガスの種類を変えることにより色調が変化する。加熱温度・加熱時間を変えることにより表面の膜厚が変化し、色調が変化する。
【００３３】
得られたシリコン粉末の平均粒度が１０μｍ以下の場合は、ブリケットマシンにより所定粒径のブリケットに造粒する。そのブリケットを前記と同様ロータリーキルン等により所定のガス雰囲気中で所定温度に所定時間加熱処理する。加熱処理後のブリケットを元の粒径のシリコン粉末に解砕する。
【００３４】
以上により、カラーバリエーションの豊富な粉末顔料が、安全かつ簡単に製造される。また、平均粒径が３０μｍ以上のものは、鱗片状加工なしで優れた光輝性を示す。
【００３５】
【実施例】
次に本発明の実施例を示し、比較例及び従来例と対比することにより、本発明の効果を明らかにする。
【００３６】
（実施例１）
シリコンウエーハを粉砕して得た平均粒径が７μｍのシリコン粉末をブリケットマシンにより５〜１０ｍｍに造粒した。そのブリケットをロータリキルンにより大気雰囲気中で種々の温度に０．５時間加熱した。加熱処理後のブリケットを元の粒径まで解砕し、平均粒径が７μｍの膜付きシリコン粉末を製造した。加熱温度は６００℃、８００℃、９００℃、１０５０℃の４種類とした。各シリコン粉末の膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を調査した結果を表１に示す。
【００３７】
（比較例１）
シリコンウエーハを粉砕して得た平均粒径が１２μｍのシリコン粉末をアルミナルツボに収容し、炉内にＣ２　Ｈ２　を導入して６００℃に０．５時間加熱した。加熱処理後のシリコン粉末の膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を表１に示す。
【００３８】
（比較例２）
シリコンウエーハを粉砕して得た平均粒径が１００μｍのシリコン粉末を、流動層法により窒素ガス流通下で１０５０℃に１時間加熱した。加熱処理後のシリコン粉末の膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を表１に示す。
【００３９】
（比較例３）
シリコンウエーハを粉砕して得た平均粒径が２５０μｍのシリコン粉末を、ロータリーキルンにより大気雰囲気中で１０００℃に０．５時間加熱した。加熱処理後のシリコン粉末の膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を表１に示す。
【００４０】
（比較例４）
シリコンウエーハを粉砕して得た平均粒径が５００μｍのシリコン粉末を、流動層法により大気雰囲気中で１０００℃に２時間加熱した。加熱処理後のシリコン粉末の膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を表１に示す。
【００４１】
（比較例５）
シリコンウエーハを粉砕して得た平均粒径が９５０μｍのシリコン粉末を、流動層法により大気雰囲気中で９００℃に３時間加熱した。加熱処理後のシリコン粉末の膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を表１に示す。
【００４２】
（比較例６）
多結晶シリコンの製造原料である平均粒径が７３μｍのメタシリを、流動層法により大気雰囲気中で９５０℃に３時間加熱した。加熱処理後のシリコン粉末の膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を表１に示す。
【００４３】
（比較例７）
多結晶シリコン塊を粉砕して得た平均粒径が６７０μｍのシリコン粉末を、流動層法により大気雰囲気中で９５０℃に１時間加熱した。加熱処理後のシリコン粉末の膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を表１に示す。
【００４４】
（実施例２）
多結晶シリコンの製造過程で発生するヒュームと呼ばれるシリコンの微粉末（平均粒径１μｍ以下）をブリケットマシンにより５〜１０ｍｍに造粒した。そのブリッケトをロータリキルンにより大気雰囲気中で１０５０℃に０．５時間加熱した。加熱処理後のブリケットを元の粒径まで解砕し、平均粒径が１μｍ以下の膜付きシリコン微粉末を製造した。製造されたシリコン微粉末の膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を表１に示す。
【００４５】
（比較例８）
多結晶シリコンの製造原料である平均粒径が７３μｍのメタシリを粉砕して平均粒径が８μｍの微細粉末にし、これをそのまま顔料とする。その膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を表１に示す。
【００４６】
（比較例９）
多結晶シリコンの製造原料である平均粒径が７０μｍのメタシリをそのまま顔料とする。その膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を表１に示す。
【００４７】
（比較例１０）
シリコンウエーハを粉砕して得た平均粒径が１２００μｍのシリコン粉末を、ロータリーキルンにより大気雰囲気中で１０００℃に０．５時間加熱した。加熱処理後のシリコン粉末の膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を表１に示す。
【００４８】
（比較例１１）
シリコンウエーハを粉砕して得た平均粒径が１００μｍのシリコン粉末を、流動層法により窒素ガス流通下で１０５０℃に１時間加熱した。次に、この粉末をロータリーキルンにより大気雰囲気中で１０００℃に０．５時間加熱した。加熱処理後のシリコン粉末の膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を表１に示す。
【００４９】
（従来例１）
スポンジチタンを水素化し粉砕後、脱水素して再粉砕する方法により製造された平均粒径が１００μｍの不定形状のチタン粉末を、流動層法により大気雰囲気中で５００℃に５時間加熱した。加熱処理後のチタン粉末の膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を表１に示す。
【００５０】
（従来例２）
比較例１で使用された加熱処理前の不定形状のチタン粉末を、溶剤と共にボールミルに投入することにより機械加工して、平均粒径が１５０μｍの鱗片状のチタン粉末とした。このチタン粉末を流動層法により大気雰囲気中で５５０℃に３時間加熱した。加熱処理後のチタン粉末の膜厚、色差ΔＥ、明度及び色度、色相を表１に示す。
【００５１】
【表１】
2004089985.tif 000002
【００５２】
いずれの例でも、色差ΔＥによる耐候性試験には、スガ試験機製スーパーキセノンウエザーメータＳＣ７５０−Ｗ型を使用した。具体的には、塗膜作製における分散剤その他の影響を排除するために、無反射石英セルに粉末を充填し、照射時間０時間を基準に１５０時間・℃後との色差ΔＥを測定した。試験条件はブラックパネル温度６３℃、５０％ＲＨ、試料面放射照度１８０Ｗ／ｍ２　（３００〜４００ｎｍ）とした。
【００５３】
色差ΔＥ、明度及び色度の測定にはミノルタ製分光測色計（ＣＭ−３５００ｄ）を用いた。
【００５４】
表１からは、チタン粉末に対するシリコン粉末の顔料としての優位性が明らかである。
【００５５】
即ち、チタン粉末と比べ、粉末製造が簡単である。発火の危険がないため、微粉末の製造が可能である。発火の危険がないことに関連して、加熱処理を高温短時間で終えることができ、加熱処理効率が高い。比較的粒径の大きなものは鱗片状加工なしで優れた光輝性を示し、とりわけ製造効率が高い。
【００５６】
また、チタン粉末と同様、加熱処理条件の変更により様々な色相を発現させることができる。色差が小さく、屋外用色材として好適であり、自動車の車体塗装用顔料としても十分に使用に耐える。
【００５７】
そして、本発明の粉末処理方法によると、従来均一処理が困難てあった平均粒径が１０μｍ以下の微細粉末についても均一処理が可能になり、その微細粉末の顔料製造が可能になることが明らかである。
【００５８】
なお、平均粒径が１２００μｍのシリコン粉末は、光輝性に優れ、色差も小さいが、塗膜厚さ、樹脂との混練性、塗料としての均一性等の点で、顔料としての適正は低い。
【００５９】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の粉末処理方法は、粉末を一旦ブリケットに固め、この状態でブリケットを加熱処理することによりブリケット内の粉末の均一処理が可能になり、その処理後にブリケットを粉末状態に戻すことにより、平均粒径が１０μｍ以下の微細粉末についても、均一処理を可能にする。