(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波加熱方式により９００〜１２００℃で焼成することを特徴とする合成フッ素金雲母粉体の焼成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は雲母粉体の焼成方法、特にその安全性・熱効率の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
雲母粉体には天然雲母粉体、合成雲母粉体などがあり、塗料添加物、化粧料基材、プラスチック添加剤、コーティング剤用の添加剤など、さまざまな製品に利用されている。これらの雲母粉の添加は、意匠性付与、絶縁性向上、樹脂などの機械的強度の向上、バリヤー性付与、紙の耐湿性向上などの性能付与を期待してなされるものである。
雲母粉体は焼成することによって、伸縮性、付着性が改善され、光沢が低くなり、成型し易くなると共に、化粧品顔料としての規定であるフッ素溶出量２０ｐｐｍ以下、及び酸可溶物量２％以下という条件を満足できるようになる。通常、焼成にはロータリーキルン法、電気炉法、及びガス炉法が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロータリーキルン法では、焼成時における雲母粉体の飛散、雲母粉体とレトルトの反応性による汚染、及び雲母粉体のロータリーキルンへの付着等の問題があり、電気炉法、ガス炉法では、炉の温度を安定化させるため、また雲母粉体の内部まで均一に熱を通すためにはかなりの時間が必要であるため、焼成に多大な時間とエネルギーを要する、即ち熱効率が悪いという問題があり、どの方法も満足のいくものではなかった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は焼成時に雲母粉体の飛散や汚染がなく、且つ熱効率が良く均一に焼成できる焼成方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明者らが鋭意検討を行った結果、一般的な無機粉体とは異なり、雲母粉体はマイクロ波により焼成することが可能であり、しかも焼成時に雲母粉体の飛散や汚染がなく、且つ熱効率が良く均一に焼成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
本発明の主題はすなわち、マイクロ波加熱方式により９００〜１２００℃で焼成することを特徴とする合成フッ素金雲母粉体の焼成方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
本発明における雲母には、合成フッ素金雲母を用いることができる。特に、本発明において好適に使用される合成雲母は、溶融合成法により得ることができる。溶融合成法は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ケイフッ化物などを混合後、約１５００℃に加熱溶融し、さらに冷却・結晶化させることで合成雲母を得る方法である。
【０００７】
本発明において用いられる雲母は、マイクロ波により焼成される前に粉砕、分級、乾燥される。まず、雲母結晶塊を通常の破砕機で細片化し、ハンマーミル、ロールミル、及びボールミル等を用いて更に微粉化して、所望の粒度に分級する。  分級の方法は湿式分級が好適である。湿式分級方法としては、自然沈降分級、ハイドロセパレータ、スパイラル分級、ドラム分級、ジェットサイザー、クラッシファイングサイザー、液体サイクロン分級、篩分級、弧状スクリーン等の方法を行うことで可能となり、これらを組み合わせて行うことがさらに好ましい。
【０００８】
マイクロ波加熱は下記の原理によるものである。
カチオンとマイナス電子を対として持つ誘電体物質に強い電界を与えると、カチオンとマイナス電子の対（双極子）が電界の方向に整列し、電界を逆転させると、この双極子は逆向きに配列する。即ち誘電体物質分子内で双極子の回転や振動が発生することを利用し、電界をマイクロ波の周波数だけ交代させると、激しい回転や振動による内部摩擦で熱が発生する。
【０００９】
マイクロ波加熱が適用される一般的な対象、即ち食品等は振動可能な誘電体物質として水を含んでいるが、無機粉体は吸着水あるいは結晶水を有する程度であり、これらが揮散してしまう５００〜６００℃程度までの加熱がマイクロ波による限界と考えられていた。
【００１０】
しかしながら、本発明者らが検討したところ、雲母はその構造中に水以外の振動可能な誘電体を有しており、マイクロ波により乾燥温度を越えた焼成温度（９００℃以上）にまで加熱可能であることが見出されたのである。
【００１１】
本発明において使用されるマイクロ波の周波数はＩＳＭ（工業的、科学的、医学的に使用する周波数帯）で許容される波長であれば、特に制限されない。望ましくは理論的に発生熱量が大きくなるＩＳＭの最高周波数であるが、通常の食品用マイクロ波加熱装置（電子レンジ）で用いられている周波数２．４５ＧＨｚでもよい。焼成に用いる容器は、円型や角型の筒状あるいは皿状のものいずれも用いることができるが、好ましくは筒状のものが用いられる。
【００１２】
これらの容器に雲母の乾燥粉体を入れ、上記マイクロ波で焼成する。焼成温度は９００〜１２００℃が好適である。９００℃未満であるとフッ素溶出量及び酸可溶物量が規定値を越えてしまい、１２００℃を越えると、雲母の焼結が始まってしまう。また、雲母粉体を化粧料に配合する場合、９００℃未満であると吸油量が小さくなり、１２００℃を越えると伸展性、付着性が悪化し、光沢、成型性が不満足になることが知られてている（特開２０００−２４７６３０）。
【００１３】
本発明にかかる雲母粉体は、塗料、プラスチック、化粧料、インキ、コーティング剤等、各種組成物に添加して、雲母本来の機能に加えて、焼成により改良された機能を発現できる。さらに、本発明にかかる雲母粉体を含有するコーティング剤を使用してコートしたプラスチック、紙、不織布、コンクリート、木製品、金属、セラミック製品は、表面性状に優れ、意匠性付与、絶縁性向上、樹脂などの機械的強度の向上、バリヤー性付与、紙の耐湿性向上など、卓越した機能を発揮することができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例を詳述する。なお、本発明はこれにより限定されるものではない。実施例に先立ち、焼成後の雲母粉体の物性値の測定方法を説明する。
（１）フッ素溶出量
「化粧品種別許可基準」記載の「合成金雲母  過酷溶出試験法」に基づいて、下記方法により、フッ素溶出量測定試験を行った。
製品５ｇと蒸留水１００ｍＬをフラスコに入れ、１時間加熱還流を行った。冷却後、濾紙及びメンブランフィルターで濾過した。濾液全量をフッ素試験法に従って蒸留し、試験溶液を作成した。フッ素分析はランタン・アリザリンコンプレキソンを用いた吸光光度法により行った。なお、許容フッ素溶出量の規格値は２０ｐｐｍ以下である。
【００１５】
（２）酸可溶物量
「化粧品種別許可基準第二版注解１１」記載の「酸可溶物試験法」に基づいて、下記方法により、酸可溶物量測定試験を行った。
製品１ｇと希塩酸２０ｍＬをフラスコに入れ、５０℃で１５分間攪拌しながら加温した後、蒸留水を加えて５０ｍＬとして濾紙及びメンブランフィルターで濾過した。初めの濾液１５ｍＬを除き、濾液２５ｍＬを取り、水浴上で蒸発乾固し、恒量になるまで強熱し、デシケーター中で放冷後、質量を量った。なお、許容酸可溶物の規格値は２％以下である。
【００１６】
（３）光沢
白色のボール紙に両面テープを貼り付け、更にセロハンテープを貼り、製品を塗布し、デジタル携帯用光沢計（ＶＧ−２ＰＤＴＭ：日本電色工業株式会社製）にて、入射角６０度／受光角６０度で測定した。なお、化粧品に適した光沢値は３．５〜４．５である。
【００１７】
（４）色彩
製品１．０ｇを秤量し、粉末セルに入れ、セル本体と蓋の切れ込み部を合わせ、右回りに５回転し、色彩色差計（ＣＲ−２００ＴＭ：ミノルタ社製）にて測定した。なお、化粧品に適した色彩はＬ値９２以上、ａ値０．３以下、ｂ値１．２以下である。
【００１８】
実施例１
合成フッ素金雲母粉（平均粒子径１２μｍ）１ｋｇを蒸留水１０Ｌに分散させ、攪拌しながら、クエン酸５０ｇを加えて酸処理を行い、その後蒸留水で洗浄し、脱水、乾燥、解砕し、試料を作成した。
上記試料を、３等分し、２つは電気炉、もう１つはマイクロ波炉にて焼成した。
電気炉においては、１つは試料を炉に入れて昇温速度を１０℃／分で室温（２０℃）から１０５０℃になるまで昇温し、焼成した。保持時間なしであるので、焼成時間の合計は１時間４３分であった（試験例１）。もう１つは、試料を炉に入れて昇温速度を１０℃／分で室温から１０５０℃になるまで昇温し、この温度で３時間保持し、焼成した。よって、焼成時間の合計は４時間４３分であった（試験例２）。
【００１９】
マイクロ波炉においては、室温（２０℃）にて試料を入れ、７００Ｗで１時間３０分加熱し、赤外線放射温度計（ＩＲ６３０ＴＭ：ミノルタ社製）によって１０５０℃まで昇温したことを確認し、その後電源を切った。よって、焼成時間の合計は１時間３０分であった。（試験例３）
以上の方法で得られた試料の分析結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
前記表１より明らかなように、保持時間がない電気炉法を行った試験例１では、フッ素溶出量、酸可溶物とも規格値を越えてしまい、色彩のａ値は化粧品に適した値にならなかった。また、保持時間を設けた電気炉法を行った試験例２では、試料の内部まで均一に熱が通り、均一に焼成できたが、保持時間が必要なため焼成に多大な時間を必要とした。マイクロ波による焼成を行った試験例３では、保持時間を設けず、焼成時間が短いにも関わらず、品質的にも保持時間をとった電気炉法と比較して同等以上の物が得られた。これは、マイクロ波による焼成では前述のようにマイクロ波が試料の雲母分子が持つ双極子に直接働きかけるため、昇温時から試料が均質になるためだと考えられる。
【００２２】
工業的に一般的なマイクロ波加熱の応用は、誘電体物質として水を利用するもので、食品業界での「調理、解凍、乾燥、殺菌」、木工業での「乾燥、接着加工、曲げ加工」、ゴム工業での「加硫、ゴム予熱」が著名である。
【００２３】
発生する熱量は比誘電率と誘電体損失角に比例する。これらが大きい水等の誘電体物質の場合は、マイクロ波の利用が容易であるが、これらが小さいセラミック粉体等の物質では、そのもの自体をマイクロ波加熱することは難しい。雲母粉体以外の無機粉体、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化鉄等を直接マイクロ波加熱しても、乾燥温度を越えた、いわゆる焼成温度（９００〜１２００℃）までは昇温しない。これはマイクロ波がこれら粉体の吸着水、結晶水等が持つ双極子に作用して、熱が発生し、粉体の脱水が起こるに過ぎないからである。よって、雲母粉体以外の無機粉体マイクロ波加熱による焼成は事実上極めて困難である。このような場合はアプリケーターと呼ばれる加熱部に物質を入れ、アプリケーターをマイクロ波加熱し、アプリケーターの熱で中の物質を加熱する方法が取られている。
【００２４】
雲母粉体についても、そのもの自体ではマイクロ波加熱はできないものと考えられていた。本発明は誘電体として水を利用するのではなく、マイクロ波によって、雲母粉体が持つ双極子に直接働きかけ９００〜１２００℃に加熱できることを見い出したものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかる焼成方法によれば、マイクロ波を用いることで、粉塵の発生や汚染がなく、雲母粉体を短時間で均一に焼成させることができる。