(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃ガラス繊維と硫酸塩の混合物を８００〜９５０℃にて０．５〜３時間加熱して発泡体を得る加熱工程と、前記発泡体を粉砕する粉砕工程とを含むことを特徴とするガラスパウダーの製造方法。
【請求項２】
前記硫酸塩は、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウム及び硫酸バリウムからなる群より選ばれる少なくとも１つの硫酸塩であることを特徴とする請求項１記載のガラスパウダーの製造方法。
【請求項３】
前記混合物は、前記廃ガラス繊維１００重量部に対して前記硫酸塩を１０〜３０重量部含有することを特徴とする請求項１又は２記載のガラスパウダーの製造方法。
【請求項４】
前記廃ガラス繊維は、Ｅガラスからなる廃ガラス繊維であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラスパウダーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスパウダーの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスパウダーは、充填材（フィラー）として用いた場合に、樹脂（熱可塑性樹脂等）の寸法安定性及び耐熱性並びに樹脂硬度を向上させることができるため、樹脂用添加剤として非常に有用な材料である。
【０００３】
かかるガラスパウダーの製造方法としては、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム等の炭酸塩又はカーボン粉末等の発泡剤とガラス粉末を混合して加熱し、得られた発泡体を粉砕する方法が知られている（特開平３−２２８８３８号公報、特開昭６１−４８４４１号公報等）。
【０００４】
そして発泡剤としては、更に、炭化水素化合物（特開昭５５−５００７７９号公報）、硝酸塩（特開昭６３−１４４１４４号公報）、炭化ケイ素、硼砂（特開２０００−４４２８３号公報）が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、炭酸カルシウム等の炭酸塩を発泡剤として用いた場合は、ガラス粉末が溶融する前に炭酸ガスが発生する場合が多く、溶融ガラス中に炭酸ガスを取り込んで発泡体を作製するためには高速の昇温が必要となっていた。そして、このためにガラスの体積が急激に膨張して、全体に熱を伝えることが困難となり、未焼成の部分が生じる問題があった。
【０００６】
また、硝酸塩は火薬等にも適用される材料であるため危険性が高く、炭化水素化合物や炭化ケイ素では得られる発泡体が黒く着色する問題があった。そして、硼砂を用いた場合は、ガラスにアルカリ成分が添加されることになるため、得られるガラスパウダーをフィラーとして用いた場合に、耐水性を低下させる問題があった。更に、従来の方法によればガラス発泡体中の泡のサイズが大きいため、均質なガラスパウダーを生産性良く得ることが困難であった。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、着色や危険性を伴うことなく、高い生産効率でガラスパウダーの製造が可能な製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は鋭意研究を重ねた結果、ガラス原料としてガラス粉末に代えて廃ガラス繊維を用い、発泡剤として硫酸塩を用いることにより上記目的が達成可能であることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明のガラスパウダーの製造法は、廃ガラス繊維と硫酸塩の混合物を加熱して発泡体を得る加熱工程と、上記発泡体を粉砕する粉砕工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の製造方法においては、ガラス原料として廃ガラス繊維を用い、発泡剤として硫酸塩を用いるために、加熱による発泡が微小となり（１０μｍ〜２ｍｍ程度）、発泡量が小さい割にはガラス発泡体が多く得られるため、製造効率が向上する。また、樹脂フィラーとして用いた場合に着色を生じず、硝酸塩に比べて危険性も低い。更には、ガラスパウダーの均質性が高いため、樹脂フィラーとして使用した場合に樹脂の寸法安定性や表面平滑性を確保することが可能になる。そして、ガラス原料として廃ガラス繊維を用いるために、ガラス繊維のリサイクルが可能となり、廃棄物の減量が達成できる。
【００１１】
本発明においては、上記硫酸塩は、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウム及び硫酸バリウムからなる群より選ばれる少なくとも１つの硫酸塩であることが好ましい。かかる硫酸塩を用いることにより、ガラスパウダーの製造効率が更に向上する。
【００１２】
そして、上記発泡体は、上記混合物を８００〜９５０℃に加熱して得ることが好ましい。このように本発明の製造方法においては、比較的低温で発泡体を製造することが可能であるため、製造コストを低く抑えることが可能になる。
【００１３】
また、廃ガラス繊維はＥガラスからなる廃ガラス繊維（Ｅガラス繊維の廃材）であることが好ましい。Ｅガラスからなる廃ガラス繊維を用いることにより特に良質なガラスパウダーを製造することが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上述のように、本発明のガラスパウダーの製造方法は、加熱工程と粉砕工程とを含むことを特徴とするものである。以下、各工程について詳述する。
【００１５】
先ず加熱工程について説明する。加熱工程においては廃ガラス繊維と硫酸塩の混合物を加熱するが、ここで用いられる廃ガラス繊維とは、溶融ガラスを延伸して得られる繊維状のガラスの廃材を意味し、例えば、固形ガラスを粉砕又は切削することにより得られる繊維状のガラスやその廃材は除かれる。
【００１６】
廃ガラス繊維を構成するガラス組成としては、例えば、Ｅガラス、Ｓガラス、Ｃガラス等が挙げられ、これらの１種又は２種以上が適用可能である。本発明においては、Ｅガラス及び／又はＣガラスからなる廃ガラス繊維を用いることが好ましく、Ｅガラスからなる廃ガラス繊維を用いることが特に好ましい。また、廃ガラス繊維は、ガラス繊維モノフィラメントの廃材でも、ガラス繊維モノフィラメントが複数集束されたガラス繊維束の廃材でもよい。更に、ガラス繊維を束ねるための集束剤（澱粉やポリビニルアルコール等の水溶性高分子と潤滑剤を主成分とする）や、シランカップリング剤等の表面処理剤が付着した廃材であってもよい。
【００１７】
本発明において用いられる廃ガラス繊維は、平均繊維径が５０μｍ以下、平均繊維長が３ｍｍ以下、且つアスペクト比が２以上であることが好ましい。平均繊維径は１〜５０μｍがより好ましく、１〜３０μｍが更に好ましく、１〜２０μｍが特に好ましい。平均繊維長は０．０１〜３ｍｍがより好ましく、０．０１〜０．５ｍｍが更に好ましく、０．０１〜０．０７５ｍｍが特に好ましい。アスペクト比は２．５以上がより好ましく、３以上が更に好ましい。なお、本発明におけるアスペクト比とは、平均繊維長／平均繊維径で算出される値を意味する。
【００１８】
加熱工程において用いられる硫酸塩は、ガラス繊維と混合して加熱することにより発泡が生じる硫酸塩であればよいが、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウム、硫酸バリウムからなる群より選ばれる少なくとも１つの硫酸塩を用いることが好ましい。硫酸塩としては、硫酸カルシウムが特に好ましい。
【００１９】
加熱工程において、上記廃ガラス繊維と硫酸塩とを加熱する温度は、８００〜９５０℃（より好ましくは、８５０〜９００℃）が好ましい。かかる温度が８００℃未満では発泡が不充分になる傾向がある。一方、９５０℃を超すと発泡量が大きくなるために全体に熱を伝えることが困難になり加熱が不充分な部分（未焼成部分）を生じやすくなる。
【００２０】
また、加熱時間は所望の発泡度に応じて適宜決定することができるが、０．５〜３時間が好ましく、１〜２時間がより好ましい。加熱には、公知のオーブン（炉）を用いることができ、空気の存在下若しくは窒素等の特定の気体の存在下で、又は減圧下若しくは加圧下で加熱を実施することが可能である。
【００２１】
加熱工程においては、ガラス繊維と硫酸塩とが接触して加熱されることにより硫酸塩から二酸化硫黄（ＳＯ2）が生じ、これが気泡を形成していると考えられる。
【００２２】
また、本発明においてはガラス原料として廃ガラス繊維を用いていることから、加熱工程における混合物ではガラス繊維同士の絡み合いが生じており、加熱時には絡み合ったガラス繊維の接点（接触部分）からガラス融着が開始される。したがって、ガラス粉末を用いる場合と異なって雰囲気温度を高くせずともガラスの溶融が開始される。
【００２３】
そして、溶融が開始され廃ガラス繊維が硫酸塩を包み込もうとするときに硫酸塩からＳＯ2ガスが発生すると考えられる。例えば、硫酸塩として硫酸カルシウムを用いた場合は、溶融し始めた廃ガラス繊維が硫酸カルシウムを囲繞することにより硫酸カルシウムからＣａ成分がガラスに取り込まれ、この結果ＳＯ2ガスが発生するものと想定される。したがって、加熱を８００〜９５０℃という低温で行った場合でも、充分な量の発泡が生じ、生じる気泡のサイズも小さくなる。
【００２４】
本発明者は、硫酸カルシウムに代えて、炭酸カルシウムを用いて廃ガラス繊維と共に加熱工程を実施したが、加熱温度を高くした場合であっても良好な発泡体を得られないとの知見を得た。これは、廃ガラス繊維が溶融する前に炭酸カルシウムがＣａＯとＣＯ2に分解してしまうことに起因すると考えられる。したがって、本発明において、着色や危険性を伴うことなく、高い生産効率でガラスパウダーの製造が可能となるのは、廃ガラス繊維と硫酸塩とを組み合わせたことに起因すると考えられる。
【００２５】
加熱工程において用いられる混合物は、廃ガラス繊維１００重量に対して硫酸塩を１〜３０重量部（好ましくは、１０〜２０重量部）含有することが好ましい。硫酸塩の重量が１重量部未満では、発生ガス量が少ないため発泡体となりにくい傾向があり、硫酸塩の重量が３０重量部を超すと相対的に廃ガラス繊維量が減少するため発泡体となりにくく、また、加熱（焼成）後、未反応の硫酸塩が残留する場合がある。
【００２６】
なお、廃ガラス繊維と硫酸塩の混合物は、かさ密度を小さくするために、廃ガラス繊維と硫酸塩の合計１００重量部に対して、水を３〜４０重量部添加した後、乾燥したものであってもよい。
【００２７】
次に、粉砕工程について説明する。粉砕工程においては加熱工程で得られた発泡体を粉砕して粉砕物（ガラスパウダー）を得る。
【００２８】
粉砕工程における発泡体の粉砕は乾式粉砕によることが好ましい。かかる乾式粉砕が可能な粉砕装置としては、ボールミル、振動ミル、ジェットミル、フレットミル等が挙げられ、粉砕物の要求特性に従って装置の種類や形式を選択することができる。粉砕物に対する金属微粉末や樹脂微粉末の混入防止の観点からは、粉砕装置における粉砕手段の構成部品は、粉砕物の硬度よりも高い材料からなるものであることが好ましい。
【００２９】
以上説明した本発明のガラスパウダーの製造方法により、典型的には平均粒径が１０〜５０μｍのガラスパウダーが得られる。かかるガラスパウダーは、補強、増量、粘度調整等を目的として樹脂等に添加して用いることができる。なお、ガラスパウダーは使用に先立って分級を行い、所望の平均粒径を有したガラスパウダーのみを抽出してもよい。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３１】
（実施例１）
ボールミルで平均２００μｍ以下に粉砕した廃ガラス繊維（Ｅガラスの廃ガラス繊維、繊維径５〜２３μｍ）粉末１００重量部に対して、平均粒径４５μｍの硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）を１０重量部添加して混練することにより、混合物を得た。この混練物を９００℃にて１時間加熱して発泡体を得た後に、粉砕して平均粒径３０μｍのガラスパウダーを得た。これを実施例１のガラスパウダーとした。
【００３２】
（比較例１）
Ｅガラスの廃ガラス繊維（繊維径：９μｍ）を粉砕して得られるガラスパウダー（日東紡績社製、ＰＦＥ００１）を比較例１のガラスパウダーとした。
【００３３】
（比較例２）
ボールミルで平均２００μｍ以下に粉砕した廃ガラス繊維（Ｅガラスの廃ガラス繊維、繊維径５〜２３μｍ）粉末１００重量部に対して、平均粒径４５μｍの炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）を１０重量部添加して混練することにより、混合物を得た。この混練物を９００℃にて１時間加熱したが、未焼成部分が存在していた。
【００３４】
（比較例３）
ボールミルでＥガラスの廃ガラス繊維（繊維径５〜２３μｍ）を粉砕し、平均繊維長２０μｍのガラスパウダーを得た。これを比較例３のガラスパウダーとした。
【００３５】
ポリカーボネート樹脂（帝人化成品  Ｐａｎｌｉｔｅ  Ｌ１２５０Ｊ）ペレット７０重量部と、ガラスパウダー（実施例１、比較例１及び比較例３のガラスパウダー）３０重量部とをプリブレンドし、二軸スクリュー押し出し機で混練して、空冷後カットし、樹脂組成物のペレットを得た。更に、このペレットを用い射出成形により、以下の表１に示す試験用の試験片を作製し、表１の記載にしたがって試験を行った。得られた結果を表２に示す。
【表１】
0004218254.tif 000002
【００３６】
【表２】
0004218254.tif 000003
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、着色や危険性を伴うことなく、高い生産効率でガラスパウダーの製造が可能なガラスパウダーの製造方法が提供される。本発明の製造方法はガラス原料として廃ガラス繊維を用いるために、ガラス繊維のリサイクルが可能となり、廃棄物の減量が達成できる。そして、かかる製造方法により得られたガラスパウダーは均質性が高く、これを樹脂に添加して得られた成形品は、引張強度、曲げ強度及び曲げ弾性率に優れ、色相、寸法安定性及び表面光沢性にも優れるようになる。