JP3979546B2

JP3979546B2 - 樹脂充填用ガラスフィラー

Info

Publication number: JP3979546B2
Application number: JP2537397A
Authority: JP
Inventors: 真樹大森; 唯磨中野; 貴久加藤
Original assignee: Takara Standard Co Ltd
Current assignee: Takara Standard Co Ltd
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2017-02-07
Also published as: JPH10219028A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂に分散、充填されて、人造大理石などの素材として使用されるガラスフィラーの改良に関する。特に、屈折率ｎＤが１．４６５〜１．５１５の範囲にある合成樹脂の充填用に好適な樹脂充填用ガラスフィラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ある種のガラス粉末からなるガラスフィラーを不飽和ポリエステルまたはビニルエステルなど合成樹脂中に分散、充填した複合材は、いわゆる人造大理石の素材として好適に広く用いられている。これら人造大理石は、家庭用あるいは業務用家具素材、例えば、浴槽本体、洗面化粧キャビネットの台板または洗面シンクボール、システムキッチン用テーブル、化粧テーブルまたは壁材などに賞用されているが、従来のガラスフィラーの特長は、フィラーと樹脂から複合、構成される複合材の寸法安定性、化学的耐久性、機械的強度などを向上させる機能を持つ他、ガラスフィラーの持つ光の屈折率が前記合成樹脂の屈折率ｎＤである１．５４〜１．５８に近似していることにより、複合材に好ましい透明性をもたらすとともに、微妙な屈折光と反射光との組合せが大理石類似の豊かな質感をもたらすところにあった。
【０００３】
このような目的のためのガラスフィラーのガラス素材としては、従来、例えば、特開平５−１７８６４６号公報に開示されているような、酸化物組成で、ＳｉＯ_２：５０〜６５％（重量％、以下同じ）、Ａｌ_２Ｏ_３：１０〜２０％、ＣａＯ：２０〜３０％、Ｂ_２Ｏ_３：０．１％以下、Ｒ_２Ｏ：３％以下（Ｒ：アルカリ金属であるＫ、ＮａおよびＬｉを表す）の成分組成のものが知られている。このガラスフィラーの特長は、温水または熱水に溶出し易い硼酸成分とアルカリ成分の配合割合を可能な限り減らして、温水などに対する耐久性を向上させたところにある。
【０００４】
ところで、近年、家庭用風呂設備として自動温度調節機能を備えた濾過循環装置が開発され、２４時間入浴可能な風呂が普及するに従い、従来と異なり、極めて長時間にわたって浴槽に温水が滞留することになるので、浴槽素材の温水に対する長期間にわたる耐久性が必要となり、浴槽本体の素材である合成樹脂−ガラスフィラー複合材の性能のさらなる向上が期待されるに至った。
【０００５】
このような要望に対して、合成樹脂としては、老化しにくく耐久性の高いアクリル樹脂あるいはポリプロピレン樹脂が新規に用いられるようになってきた。ところが、これらの合成樹脂は、その屈折率ｎＤが１．５０付近の値を持っていることから、従来の配合、組成のガラスフィラーでは好ましい透明性と質感が得られないという問題があった。なお、屈折率ｎＤは、ナトリウムＤ線（波長５８９．３ｎｍ）に対する屈折率を示す。
【０００６】
また、従来のガラスの化学組成をベースにして、屈折率を低下させてその適合性を改良するには、ＳｉＯ_２分を増量し、ＣａＯ分を減量する方法があるが、この方法では、ガラスの溶融温度が２０００℃程度まで上昇するので、製造コストが著しく増大する不具合が生じる。また、従来の溶融温度である１５００℃程度の温度で溶融するガラスとするには、Ｂ_２Ｏ_３分とアルカリ金属酸化物を増量しなければならず、これでは、耐熱水性が極端に劣化するので上記用途に実用できるガラス組成が得られなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、屈折率ｎＤが１．４６５〜１．５１５の範囲にある合成樹脂に充填使用して、透明性の良好な複合材の製作が可能となるガラスフィラーの提供を企図すると同時に、可及的低温度でガラス化することを可能としながら、耐熱水性の良好なガラスフィラーを提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決することができる樹脂充填用ガラスフィラーは、必須成分として珪酸分、アルミナ分、酸化カルシム分、フッ素分を含み、１．４６５〜１．５１５の範囲内の屈折率ｎＤを備え、ガラスと反応する官能基を持つ有機物で表面処理されているガラス粒子からなる樹脂充填用ガラスフィラーであって、前記ガラス粒子が、平均粒径５〜３５μｍの粒子からなり、化学組成において、ＳｉＯ_２を５５〜８０％（重量％、以下同様）、Ａｌ_２Ｏ_３を１０〜２５％含むとともに、そのＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３の合量を６７〜８３％の範囲内とし、Ｂ_２Ｏ_３を０〜１０％、ＣａＯを１０〜２０％、Ｒ_２Ｏを０〜１％（Ｒはアルカリ金属を表す）、フッ素を０．３〜７％含むとともに、そのＢ_２Ｏ_３、ＣａＯ、Ｒ_２Ｏ、フッ素の合量を１３〜２８％の範囲内とし、ＺｎＯを０〜３％、Ｓｂ_２Ｏ_３を０〜３％、ＺｒＯを０〜５％含むとともに、そのＺｎＯ、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２の合量を０〜５％の範囲内とするガラスであって、１５００℃における溶融時の粘度が５００Ｐｓ以下のものであることを特徴とするものである。
【０００９】
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について説明する。
本発明の樹脂充填用ガラスフィラーは、屈折率ｎＤが１．４６５〜１．５１５の範囲の値である合成樹脂、例えば、アクリル樹脂あるいはポリプロピレン樹脂のフィラーとして用いられるためにガラスフィラーであって、フッ素分を必須成分として０．３〜７％含み、１．４６５〜１．５１５の範囲内の屈折率ｎＤを備えたガラスからなるものであり、好ましくは、ガラスと反応する官能基を持つ有機物で表面処理されているガラス粒子からなるものである。
【００１１】
また、そのガラス粒子は、平均粒径５〜３５μｍの範囲に調整されているのが好ましい。平均粒径５μｍ未満の場合には樹脂との接触面積が大きくなり過ぎて耐熱水性が低下する傾向が見られるうえ、特殊な粉砕機を要するなど好ましくない。また、３５μｍを超える場合は、樹脂との混練機の混練ブレードを損耗し易くなり、金属不純物が混入するという不具合が生じる。このような観点から、平均粒径は１５〜２５μｍの範囲が最適である。
【００１２】
さらに、本発明のガラスフィラーの素材であるガラスの化学組成としては、必須成分には珪酸分、アルミナ分、酸化カルシウム分の他、フッ素分を０．３〜７％含むものであるが、全体のガラス形成成分としては、ＳｉＯ_２を５５〜８０％（重量％、以下同様）、Ａｌ_２Ｏ_３を１０〜２５％、そのＳｉＯ _２とＡｌ _２Ｏ _３の合量を６７〜８３％の範囲内とし、Ｂ_２Ｏ_３を０〜１０％、ＣａＯを１０〜２０％、Ｒ_２Ｏ（Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＬｉ_２Ｏの合量）を０〜1％含有し、かつ上記のようにフッ素分を０．３〜７％含有し、そのＢ _２Ｏ _３、ＣａＯ、Ｒ _２Ｏ、フッ素の合量を１３〜２８％の範囲内とし、その他ＺｎＯを０〜３％、Ｓｂ_２Ｏ_３を０〜３％、ＺｒＯ_２を０〜５％含有し、そのＺｎＯ、Ｓｂ _２Ｏ _３、ＺｒＯ _２の合量を０〜５％の範囲内とするものである。
【００１３】
本発明において、ＳｉＯ_２を５５〜８０％としたのは、５５％未満では目的とする屈折率を得るためにＢ_２Ｏ_３分を増やさなければならなくなり、その結果ガラスの耐熱水性等耐久性が劣化する、また８０％超えでは溶融温度が高くなり過ぎる、例えば１５００℃において粘度が５００Ｐｓ以下のガラス融液が得られないので実用的でない。
【００１４】
また、Ａｌ_２Ｏ_３を０〜２５％としたのは、Ａｌ_２Ｏ_３はガラスの耐久性を向上させる成分であるから、ある程度含まれることが好ましいが、２５％を超えると溶融温度が高くなり、例えば１５００℃において粘度が５００Ｐｓ以下のガラス融液が得られない。より好ましい範囲は、１０〜２５％であり、さらに１３〜２０％が特に好適である。
【００１５】
前記のＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３は、その合量で６７〜８３％含むのが適当であり、８３％を超えると溶融温度が高くなり、例えば１５００℃のガラスの粘度が高く、溶融作業が困難となり、また６７％未満では溶融作業は容易となるが耐熱水性が劣化するので実用的でない。
【００１６】
また、Ｂ_２Ｏ_３を０〜１０％としたのは、Ｂ_２Ｏ_３分に有する溶融温度を低減するメリットと耐熱水性を劣化させるデメリットのバランスから選択されたものであり、本発明では上限を１０％とするのがよく、好ましくは上限を５％、さらに上限を１％とするのが特に好適である。
【００１７】
また、ＣａＯを１０〜２０％としたのは、ＣａＯ分が溶融温度をかなり低減させるメリットと耐熱水性を若干劣化させるデメリットのバランスから選択されたものであり、本発明では、２０％を超えると目的の屈折率が得られなくなることから、上限を２０％とし、好ましい範囲は、１０〜２０％であり、さらに１３〜１８％が特に好適である。
【００１８】
さらに、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＬｉ_２Ｏのアルカリ金属酸化物Ｒ_２Ｏの合量を1％以下としたのは、Ｒ_２Ｏが溶融温度を大きく低減させるメリットと耐熱水性を顕著に劣化させるデメリットを持つからであり、本発明では上限を１％とする。
【００１９】
次に、本発明では、ガラス中のフッ素分が強力な溶融剤として機能するとともに、屈折率を低下させる効用があることを見出して応用したところに特長があり、その好ましい含有量の範囲は０．３〜７％である。含有量が０．３％未満では前記の溶融作用あるいは屈折率への効果が得られない。また、７％を超過すると、溶融時に融液から蒸発して外部に飛散する割合が大きくなって効果的でないうえ、耐酸・アルカリ性の劣化傾向が見られるのでその必要がない。
そして、前記のＢ_２Ｏ_３、ＣａＯ、Ｒ_２Ｏおよびフッ素は、その合量で１３〜２８％が適当であり、１３％未満では溶融温度が上昇して溶融作業が困難となり、２８％を超えると顕著に耐熱水性が劣化するので好ましくない。
【００２０】
また、ＺｎＯを０〜３％、Ｓｂ_２Ｏ_３を０〜３％、ＺｒＯ_２を０〜５％としたのは、これら成分の適量の存在は耐熱水性、屈折率、溶融温度のバランスを調節するなどガラスを安定にする効果が認められるものの、所定量を超過すると、屈折率が目標値から外れたり、ガラスが乳白化して透明性のある複合材が得られにくくなるからその合量の上限は５％が好ましい。
【００２１】
以上説明した成分組成のガラスを溶融炉で製作するに際しては、混合原料を高温度で溶融し、ガラス融液を形成した段階で、溶融炉外に流出させる必要があることから、溶融温度は低く、ガラス融液の粘度も低い方が好ましい。従って、実用されているガラス溶融炉の長期使用温度またはガラス融液の取扱の難易の観点から、少なくとも１５００℃において、５００Ｐｓ以下の粘度を持っているガラスであるのが好適である。
なお、このような高温度でのガラスの粘度は、対象ガラスを所定の温度で溶融状態に維持しながら白金球を通過させるときの流動抵抗を測定する、いわゆる白金球引き上げ法により測定することができる。
【００２２】
本発明では、上記した化学成分を各々に含有量にて含むものであるが、本発明の作用、効果を損なわない範囲で上記以外の金属酸化物を含み得るものであり、例えば、Ｔｉ、Ｂａ、Ｓ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕなどの着色顔料または不可避的不純物がそれに該当するのである。
【００２３】
また、本発明では、ガラスと反応する官能基を持つ有機物で表面処理されている態様に具体化することができるが、そのような有機物として、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシランなどのアルコキシシラン類、あるいはテトライソプロキシチタン、テトライソプロポキシ亜鉛等の金属アルコキシド類、または、ガラスと樹脂の双方に対して反応する官能基を持った有機物、例えば、ガンマ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランのようなシランカップリング剤と総称される有機物が適当であり、それらの１種を、またはそれら複数種類を混合あるいは層状に付着させ表面処理するのが適当である。
【００２４】
【実施例】
次に、表１に示す実施例および表２に示す比較例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
実施例のガラスは、表１の化学組成が得られるよう、珪砂、水酸化アルミニウム、硼酸、石灰、亜鉛華、酸化アンチモン、ジルコニア、フッ化アルミニウムまたはフッ化カルシウムなどを原料として配合し、１５００℃の溶融炉で溶融し、冷却した後、体積平均径で１０μｍになるよう粉砕した。比較例についても同様である。
なお、これらのガラスの屈折率、および１５００℃における粘度について、通常の方法で測定し、表１、２の屈折率（ｎＤ）、粘度（Ｐｓ）の欄に記載した。
【００２７】
このように得たガラス粉末１００重量部に対して、１重量部のγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランにより表面処理してガラスフィラーとした。ついで、これらガラスフィラー２００ｇとアクリルシラップ１００ｇ、硬化剤１ｇを混練し、真空下で脱泡してコンパウンドを得た。このコンパウンド２００ｇを、鏡面仕上げしたステンレス板と厚さ１０ｍｍのポリウレタンフォームテープから製作された１２０×１２０×１０ｍｍの内容積を持つ注入型に流し込み、鉄板で蓋をして０．０５Ｎ／ｃｍ^２の加圧下で５０℃２時間硬化させ、さらに圧力０．３Ｎ／ｃｍ^２温度８０℃で２時間硬化を続けた。
【００２８】
以上の結果、得られたガラスフィラーとアクリル樹脂との複合材について、８０℃の加熱水に１０００時間浸漬して白く変色するかどうかの白化の程度を目視で比較し、その結果を表１、２に示した。
また、表１、２の透明性については、エチルアルコールとケイ皮酸エチルを混合し、屈折率ｎＤを１．４９、１．５０、１．５１になるよう調整した基準屈折率混合液１００重量部に前記ガラス粉末１０重量部を分散させ、その混濁程度をもって示してある。
【００２９】
このような表１、２に示される結果によれば、実施例では、耐熱水性に優れており、ガラスの屈折率が１．４６５〜１．５１５の範囲内の値を持つものであるから、１．４９、１．５０、１．５１に屈折率ｎＤを調整した分散媒体において良好な透明性が得られることが分かる。また、この実施例においては、１５００℃における粘度はいずれも５００Ｐｓ以下であって、好ましい溶融状態を示すので、実用的にガラスを製作することができるのである。
【００３０】
これに対して、比較例１１、１４は、融点が高すぎて１５００℃の溶融温度ではガラスが得られない。比較例１２、１３、１７はＢ_２Ｏ_３が多量であり、比較例１７はさらにアルカリ分も多いため、透明性は適当であるが耐熱水性が著しく劣ることが分かる。比較例１５は屈折率が高すぎて透明性に問題があり、また、比較例１６は白濁化しており同様に透明性が劣るものである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の樹脂充填用ガラスフィラーは、以上に説明したように構成されているので、耐久性の高いアクリル樹脂などに分散、充填することにより、優れた大理石調の透明性、質感が得られるとともに、良好な耐熱水性を備えた樹脂−ガラス複合材が得られる。また、本発明の樹脂充填用ガラスフィラー用ガラスは比較的低い温度で製造できるので、製造コストを抑えることができるという優れた効果がある。よって本発明は従来の問題点を解消した樹脂充填用ガラスフィラーとして、その工業的価値は極めて大なるものがある。

Claims

必須成分として珪酸分、アルミナ分、酸化カルシウム分、フッ素分を含み、１．４６５〜１．５１５の範囲内の屈折率ｎＤを備え、ガラスと反応する官能基を持つ有機物で表面処理されているガラス粒子からなる樹脂充填用ガラスフィラーであって、前記ガラス粒子が、平均粒径５〜３５μｍの粒子からなり、化学組成において、ＳｉＯ_２を５５〜８０％（重量％、以下同様）、Ａｌ_２Ｏ_３を１０〜２５％含むとともに、そのＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３の合量を６７〜８３％の範囲内とし、Ｂ_２Ｏ_３を０〜１０％、ＣａＯを１０〜２０％、Ｒ_２Ｏを０〜１％（Ｒはアルカリ金属を表す）、フッ素を０．３〜７％含むとともに、そのＢ_２Ｏ_３、ＣａＯ、Ｒ_２Ｏ、フッ素の合量を１３〜２８％の範囲内とし、ＺｎＯを０〜３％、Ｓｂ_２Ｏ_３を０〜３％、ＺｒＯを０〜５％含むとともに、そのＺｎＯ、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２の合量を０〜５％の範囲内とするガラスであって、１５００℃における溶融時の粘度が５００Ｐｓ以下のものであることを特徴とする樹脂充填用ガラスフィラー。