(57)【要約】【課題】微細の火山性ガラス質堆積物を原料とし、粒径３０μｍ  以下の微細中空ガラス球状体を安価で効率よく製造する方法を提供する。【解決手段】火山性ガラス質粉体１０を内燃式媒体流動床炉７で、加熱発泡させる微細中空ガラス球状体１１の製造方法において、原料ホッパー１から供給する火山性ガラス質粉体１０の粒径を２０μｍ  以下とし、これを加熱して粉体表面の水分を、０．３％以下にした後、直ちに気流と燃料と共に、内燃式媒体流動床炉７に供給して９００〜１２００℃で加熱して発泡させることを特徴とするものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火山性ガラス質粉体を内燃式媒体流動床炉で、加熱発泡させる微細中空ガラス球状体の製造方法において、原料ホッパーから供給する火山性ガラス質粉体の粒径を２０μｍ  以下とし、これを加熱して粉体表面の水分を、０．３％以下にした後、直ちに気流と燃料と共に、内燃式媒体流動床炉に供給して９００〜１２００℃で加熱し、発泡させることを特徴とする微細中空ガラス球状体の製造方法。
【請求項２】
加熱して表面水分を０．３％以下にした火山性ガラス質粉体の粉体内水分含有量を４．０〜６．０％に調整することを特徴とする請求項１記載の微細中空ガラス球状体の製造方法。
【請求項３】
火山性ガラス質粉体を投入した原料ホッパーと、ここから供給された火山性ガラス質粉体を加熱しながら乾燥させて連続的に送る加熱乾燥機構と、この加熱乾燥機構の排出口に接続された気流供給管と、この気流供給管に設けられた燃料噴射ノズルと、この気流供給管の先端に接続された内燃式媒体流動床炉とから構成されていることを特徴とする微細中空ガラス球状体の製造装置。
【請求項４】
加熱乾燥機構が、スクリューコンベアの外周に、電熱ヒーターを巻回し、更にこの外側を断熱被覆して構成されていることを特徴とする請求項３記載の微細中空ガラス球状体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火山ガラス質堆積物を原料として、これを加熱発泡させる微細中空ガラス球状体の製造方法およびその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
火山ガラス質堆積物を原料として製造された微細中空ガラス球状体はシラスバルーンとも呼ばれ、平均粒径約４０μｍから数百μｍで、比重が小さく、かつ耐熱性に優れていることから、主に建築壁材の充填材や、コンクリートなどの軽量化充填材として、最近その需要が増加し、国内数社で年間約２万トン以上製品化されている。
【０００３】
しかしながら、微細中空ガラス球状体は軽量性は有するものの、その粒径が大きいことから、強度が弱く、プラスチック成型用充填材等の混練条件では割れが生じてしまうなど、その利用範囲が限られていた。
【０００４】
このため平均粒径３０μｍ以下に微細化することによって樹脂用充填材や化粧品、特殊塗料、特殊軽量建材など高強度を必要とする分野での利用が可能になることから、種々の微細化技術が提案されている。従来の方法としては、（Ａ）火山ガラス質堆積物をアルカリ水溶液で水熱処理し加熱発泡に必要不可欠なガラス中の構造水を増加させて、焼成し発泡させる方法（  特許文献１）。（Ｂ）火山ガラス質堆積物粉体に対し硫酸アルミニウム及び尿素を含有する水溶液中に分散させ、アルミナコーティングした後に焼成発泡させる方法（  特許文献２）  。（Ｃ）火山ガラス質堆積物の微細子の親水性を減少させる親水性減少剤（シランカップリング剤、シリコーンオイル等）と微細子との混合物を生成し、生成した混合物を、流動層式加熱炉で熱処理して焼成、発泡する方法（  特許文献３）  。（Ｄ）火山ガラス原料を内燃式流動床炉で発泡せしめて得られる中空ガラス球状体を含む気流を、複数のサイクロン集塵装置をその旋回気流速度が大きくなる順に直列に連結した複数の集塵装置に供給し、最後にバグフィルターで超微細中空ガラス球状体を回収する方法（  特許文献４）などがある。
【０００５】
しかしながら、原料となる火山性ガラス質粉体をアルカリ水溶液中で加熱処理する方法やアルミナコーティング処理する方法、親水性減少剤を混合して流動性を付与する方法などは、実験室的には可能であるが工業的に大量生産するには非常に困難な方法である。また発泡した中空ガラス球状体を複数のサイクロン捕集器で集塵する方法は、設備が大規模になる上、発泡した微細な中空ガラス球状体の一部を捕集するだけで、収率が悪くコストが高くなる欠点がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２５６４３    （段落０００５〜００１４）
【特許文献２】
特開平８ー２０８２７２（段落０００６〜００１３）
【特許文献３】
特開平７−２４２９９  （段落０００８〜００１５）
【特許文献４】
特開２００２−３３８２８０  （段落００３０〜００４６  図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は約２０μｍ以下の原料粉体の発泡性が悪い原因について検討したところ、粉体の表面の水分により、表面が凝集し易いため発泡生成時に分散せず固まってしまうことと、粉体粒径が小さいため発泡に寄与する粉体内の水分量が少ないことの２点が原因と考えられる。このため、簡単な装置を付加するだけで原料粉体表面の付着水をほぼ完全に除去し、この粉体を直接、発泡炉に導入することにより新たに水分が付着することを阻止して、平均粒径３０μｍ以下に発泡した超微細中空ガラス球状体を効率よく製造することができる微細中空ガラス球状体の製造方法およびその製造装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の微細中空ガラス球状体の製造方法は、火山性ガラス質粉体を内燃式媒体流動床炉で、加熱発泡させる微細中空ガラス球状体の製造方法において、原料ホッパーから供給する火山性ガラス質粉体の粒径を２０μｍ  以下とし、これを加熱して粉体表面の水分を、０．３％以下にした後、直ちに気流と燃料と共に、内燃式媒体流動床炉に供給して９００〜１２００℃で加熱して発泡させることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項２記載の微細中空ガラス球状体の製造方法は、加熱して表面水分を０．３％以下にした火山性ガラス質粉体の粉体内水分含有量を４．０〜６．０％に調整することを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項３記載の微細中空ガラス球状体の製造装置は、火山性ガラス質粉体を投入した原料ホッパーと、ここから供給された火山性ガラス質粉体を加熱しながら乾燥させて連続的に送る加熱乾燥機構と、この加熱乾燥機構の排出口に接続された気流供給管と、この気流供給管に設けられた燃料噴射ノズルと、この気流供給管の先端に接続された内燃式媒体流動床炉とから構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
更に請求項４記載の微細中空ガラス球状体の製造装置は、加熱乾燥機構が、スクリューコンベアの外周に、電熱ヒーターを巻回し、更にこの外側を断熱被覆して構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明方法の実施に用いる装置について説明する。図１は微細中空ガラス球状体の製造装置を示すもので、１は火山性ガラス質粉体を投入した原料ホッパー、２はこの下部に接続されたスクリューコンベア、３はこの先端に接続された加熱乾燥機構、４は押込みブロワ、５はこの先端に接続された気流供給管で、この中間に前記加熱乾燥機構３が連通して接続されている。
【００１３】
また気流供給管５の先端側にはＬＰガスなどの燃料を供給する燃料噴射ノズル６が設けられている。更に気流供給管５の先端は内燃式媒体流動床炉７に接続されている。この内燃式媒体流動床炉７は断熱材で覆われた縦型の円筒体の炉床部に多孔板８が設置されこの上部に熱媒体として珪砂層９が装填されたもので、燃料ガスが空気により燃焼して珪砂層９が加熱され、ここを通過する火山性ガラス質粉体１０を加熱して発泡し、微細中空ガラス球状体１１が製造される。
【００１４】
内燃式媒体流動床炉７の先端にはサイクロン捕集器１２が接続され、ここで捕集された微細中空ガラス球状体１１が製品ホッパー１３に落下して貯められ、スクリューコンベア１４で排出されるようになっている。またサイクロン捕集器１２には吸引ファン１５が接続され、更にこの排気側にはバグフィルター１６が設けられている。
【００１５】
また前記加熱乾燥機構３は、図２に示すようにスクリューコンベア１８の周りに絶縁管に通した電熱ヒーター１９が巻回されている。この電熱ヒーター１９は火山性ガラス質粉体１０を均一に加熱するため、入り口付近と中央、出口付近の３ブロックに分けて巻き付けられ、その外周を断熱材２０で被覆した構成となっている。この加熱乾燥機構３は、自動制御の温度調節器により常温〜３５０℃程度の温度範囲に設定温度を制御することができる。またスクリューコンベア１８の回転速度（  加熱処理時間）もインバータ制御でき、加熱時間を３分〜２時間程度の範囲で調節することができるようになっている。
【００１６】
次に上記構成の製造装置により微細中空ガラス球状体を製造する方法について説明する。原料ホッパー１に平均粒径が２０μｍ  以下の火山性ガラス質粉体１０を投入し、スクリューコンベア２で所定量ずつ加熱乾燥機構３に供給する。この場合、原料の平均粒径が２０μｍ  を超えると、発泡後の平均粒径が３０μｍ  以下の微細中空ガラス球状体１１を得ることができないからである。
【００１７】
この加熱乾燥機構３ではＰＩＤ制御の温度調節器により所定の温度範囲に設定温度を制御すると共に、スクリューコンベア１８の回転速度をインバータで制御して、加熱乾燥機構３内での加熱温度と加熱時間を設定しておく。
【００１８】
加熱乾燥機構３に供給された火山性ガラス質粉体１０は、スクリューにより撹拌されながら搬送される過程で電熱ヒーター１９により加熱され、火山性ガラス質粉体１０の表面の水分と粉体内水分が蒸発して乾燥される。この場合、加熱により表面水分を０．３％以下にする。更に火山性ガラス質粉体１０の粉体内水分含有量は４．０〜６．０％になるように調整することが望ましい。
【００１９】
このように表面水分を０．３％以下に乾燥させた火山性ガラス質粉体１０は、加熱乾燥機構３の排出口２１から気流供給管５に供給される。一方、気流供給管５には押込みブロワ４により給気されているので、この風に乗って火山性ガラス質粉体１０が送られ、同時にＬＰガスなどの燃料が噴射ノズル６から供給され内燃式媒体流動床炉７の下部側から多孔板８を通って上昇する。この多孔板８の上には珪砂層９が設けられ、ここで燃料が燃焼して珪砂層９は高温度になっているので、気流に含まれている火山性ガラス質粉体１０が急激に加熱されて、内部の水分が急激に膨張して発泡し、微細中空ガラス球状体１１が製造される。この時の加熱温度は９００〜１２００℃が、効率良く発泡させることができる。
【００２０】
この後、サイクロン捕集器１２で、微細中空ガラス球状体１１が分離されて製品ホッパー１３に落下してここに貯められる。また微粉は吸引ファン１５を通ってバグフィルター１６で捕集される。
【００２１】
従来は加熱乾燥機構３を経ないで、原料ホッパー１から火山性ガラス質粉体１０を直接、気流供給管５に供給していたが、本発明では、加熱乾燥機構３に通してここで加熱して表面の水分を蒸発させて０．３％以下にすることにより、粉体同士の凝集を防止して分散性を高め、均一な発泡を行なうことができる。なお、表面水分が０．３％を超えると分散性が悪くなり、また０．３％以下にしても、一旦、外気に触れると急速に湿度を吸収してしまうので、本発明のように、加熱乾燥機構３から直接、気流供給管５に供給する必要がある。
【００２２】
また火山性ガラス質粉体１０の発泡には、粉体内部に水蒸気の発生源となる水分が含まれていることが必要である。そこで本発明では、表面水分を低く調整するだけでなく、更に粉体内部の水分含有量を４．０〜６．０％の範囲に同時に調整することにより、より効率よく発泡させることができる。この場合、火山性ガラス質粉体１０を加熱乾燥機構３で十分に乾燥させて４．０未満にすると、発泡に必要な含有水分量が不足して発泡性が低下する。また加熱が不十分で６．０％を超えて水分が残留していると、十分に加熱されずに発泡不足になるか、過発泡によって破裂するか、理由は不明であるが発泡性が低下するからである。
【００２３】
【実施例】
以下本発明の実施例を説明する。原料としては、福島県福島市飯坂町中野地区の火山性ガラス質粉体１０を乾燥、粉砕、分級、粗粒部分と微細部分をカットし平均粒径約１５μｍの部分を取り出して使用した。原料となる火山性ガラス質粉体１０を図１および図２に示す装置により発泡させた。加熱乾燥機構３での加熱温度と加熱時間を表１のＮｏ１〜Ｎｏ７に示す条件に設定して、原料の表面水分と、粉体内水分を調整した原料を内燃式媒体流動床炉７で発泡させ、得られた微細中空ガラス球状体１１の平均粒径と、浮水率を測定した。
【００２４】
また比較のために、加熱乾燥機構３を通さず、無処理のまま原料ホッパー１から直接、発泡させたものと、Ｎｏ８〜Ｎｏ１０のように本発明に規定する範囲を外れた水分量の原料についても発泡させてその結果を表１に併記した。
【００２５】
なお加熱乾燥機構３で乾燥させた原料の表面水分量の測定は、Ｎｏ１〜Ｎｏ１０の加熱温度と加熱時間で加熱した原料を取出して、１０５℃で３時間加熱した時の重量減少量（表面水分量）と、９００℃で１時間高温加熱した時の重量減少量から表面水分量を差し引いて粉体内水分含有量を算出した。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１の結果から、本発明方法により製造した微細中空ガラス球状体は、平均粒径が３０μｍ以下であり、しかも浮水率は３０％以上で、効率よく発泡していることが確認された。また無処理のものは、平均粒径が２１．３μｍで、浮水率も１１％と極めて低く、発泡が不十分であった。また、比較例のＮｏ９、Ｎｏ１０は表面水分量が少ないが、粉体内水分量が多すぎても少なすぎても、浮水率が低く、良好な発泡状態が得られなかった。
【００２８】
また無処理の発泡前の原料の顕微鏡拡大写真を図３に示す。図４は無処理の原料を発泡させた状態を示す顕微鏡拡大写真である。図５は実施例Ｎｏ７の条件で加熱乾燥させた原料を発泡させた状態を示す顕微鏡拡大写真である。表面水分と粉体内水分の多い無処理の原料を発泡させたものは図４に示すように、一部の原料が大きく発泡しているが、大部分の粉体は未発泡のままである。図５の実施例Ｎｏ７のものは微細な中空ガラス球状体が、ほぼ均一に発泡している状態を確認できる。なお顕微鏡拡大写真の倍率は５ＫＶ×１５０倍である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係る請求項１記載の微細中空ガラス球状体の製造方法によれば、ホッパーから発泡炉に供給する過程に、簡単な加熱乾燥機構を付加するだけで、平均粒径３０μｍ  以下の微細な中空ガラス球状体を、安価に大量に製造することができる。このため圧縮強度も向上したことからプラスチック成型用充填材としての大きな需要が見込まれ、更に塗料や、化粧品、軽量建材の充填材などとして広範囲な分野への需要を拡大することができる。
【００３０】
また請求項２記載の微細中空ガラス球状体の製造方法によれば、更に火山性ガラス質粉体の粉体内水分含有量を４．０〜６．０％に調整することにより、全体にわたって効率よく微細に発泡させることができる。
【００３１】
また請求項３記載の微細中空ガラス球状体の製造装置によれば、既存の設備に加熱乾燥機構を付加するだけで、微細な中空ガラス球状体の量産化に直に対応することができる。
【００３２】
更に請求項４記載の微細中空ガラス球状体の製造装置によれば、加熱乾燥機構が、スクリューコンベアの外周に、電熱ヒーターを巻回し、更にこの外側を断熱被覆して構成されているので、加熱温度や加熱時間の調整が容易で、効率よく連続的に原料粉体を乾燥させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による微細中空ガラス球状体の製造装置を示す構成図である。
【図２】図１の加熱乾燥機構を示す断面図である。
【図３】無処理の発泡前の粉体原料を拡大した顕微鏡拡大写真である。
【図４】無処理の原料を発泡させた微細中空ガラス球状体の顕微鏡拡大写真である。
【図５】本発明方法により発泡させた微細中空ガラス球状体の顕微鏡拡大写真である。
【符号の説明】
１        原料ホッパー
２        スクリューコンベア
３        加熱乾燥機構
４        押込みブロワ
５        気流供給管
６        燃料噴射ノズル
７        内燃式媒体流動床炉
８        多孔板
９        珪砂層
１０    火山性ガラス質粉体
１１    微細中空ガラス球状体
１２    サイクロン捕集器
１３    製品ホッパー
１４    スクリューコンベア
１５    吸引ファン
１６    バグフィルター
１９    電熱ヒーター
２０    断熱材
２１    排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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