JP6313710B2 - ガラス繊維を粉砕するための方法及びガラス繊維を粉砕するための粒状添加剤の使用 - Google Patents

Description

本発明は、廃ガラス繊維由来のガラス繊維を粉砕するための方法、およびガラス繊維を粉砕するための媒体ミル内の凝集体としての添加剤の使用に関する。

ガラス繊維の典型的な製造方法では、実施される全ての製造工程においてかなりの量の廃ガラス繊維が形成される。これらの廃ガラス繊維は、通常は５〜１０ｍの範囲内の長さを有する長繊維から主としてなる。これらの廃ガラス繊維を製造方法へリサイクルし、それによって該方法の経済効率を改良するためには、該繊維を製造方法のために適した目標長さに粉砕することが望ましい。

米国特許出願公開第２００７／００４２８９０号明細書は、繊維が最初に粗く切断され、その後にボールミル内で破砕される方法について記載している。

米国特許第６０３２８８３号明細書は、ガラス繊維が少量のガラス粉末、割れガラスまたは水と混合される、ガラス繊維を処理するための方法について記載している。

このようなガラス繊維を処理するための予備実験では、適切な切削工具を使用した所望の目標長さへの直接的粉砕は、このような工具に高度の摩耗作用を及ぼすことが見いだされた。さらに、ガラス繊維は、それにより工具から削り取られた粒子で汚染される。

さらに、ガラス繊維を用いた破砕実験により、該繊維が基本的には凝結する傾向があることが示されている。これはガラス繊維の羊毛に似た凝集体を作り出し、該凝集体はミルの破砕性能を大きく低下させるので、破砕対象の材料またはガラス繊維の効率的粉砕がもはや可能ではなくなる。

米国特許出願公開第２００７／００４２８９０号明細書 米国特許第６０３２８８３号明細書

したがって、本発明の課題は、廃ガラス繊維の再使用を可能にする方法を提供することである。

本発明によると、この課題は、廃ガラス繊維由来のガラス繊維を粉砕するための方法であって：
ａ）前記ガラス繊維を粗く粉砕して、粗く粉砕されたガラス繊維を得る工程；および
ｂ）０．１〜５．０ｍｍの範囲内のｄ５０値を有する粒状添加剤を凝集体として、ガラス繊維対添加剤の混合比を重量で２５／７５〜９５／０５として用いて、前記粗く粉砕されたガラス繊維を微細に粉砕して、微細に粉砕されたガラス繊維を得る工程
を含む方法によって達成される。

廃棄材料として得られたガラス繊維ボールを示した図である。 第１の粗粉砕工程にかけられた繊維の写真を示した図である。これらは、約２０〜１００ｃｍの範囲内の長さを有している。 第２の粗粉砕工程にかけられた繊維を示した図である。繊維長は、約０．５〜１０ｃｍである。 微細粉砕後に撮影された顕微鏡写真を示した図である。ガラス繊維に加えて、粉砕された添加剤もまた該材料の構成成分である。

本方法は、ガラス繊維含有混合物を産生する。

上記の米国特許出願公開第２００７／００４２８９０号明細書とは対照的に、材料内に残留する添加剤が使用され、一方、米国特許出願公開第２００７／００４２８９０（Ａ１）号明細書では、粉砕工程に戻される、３〜９ｍｍの径を有する破砕ボールが使用される。典型的には、前記文献に記載されたようなミルは、破砕ボールを５０％および破砕対象の材料を５０％含有している。３．９６ｇ／ｃｍ^３のアルミナの密度および０．７〜０．９ｇ／ｃｍ^３のガラス繊維密度を用いると、約２０：８０（ガラス繊維対Ａｌ_２Ｏ_３破砕ボール）の質量比が得られる。

上述の米国特許第６０３２８８３号明細書は、担体材料として特にガラス粉末を使用する。ガラス粉末の比率は、１：１０〜１：４０（ガラス粉末対ガラス繊維）である。

本発明によって使用されるガラス繊維は、被覆ガラス繊維および非被覆ガラス繊維のどちらであってもよい。例えば、被覆ガラス繊維は、アミノシランコーティングを有するガラス繊維である。

廃ガラス繊維が例えば６重量％以上の高い残留含水量を有する場合は、好ましくはガラス繊維を前記粗く粉砕する工程の後であって前記粗く粉砕されたガラス繊維を微細に粉砕する工程の前に、乾燥する工程が実施されてよい。適切な乾燥装置は、当業者であれば先行技術から公知である。そこで、例えば、粗く粉砕されたガラス繊維は、温度調節式送風機を用いて乾燥することができる。

ガラス繊維製造中に得られる廃ガラス繊維は、第１工程である工程ａ）において適切な切削器具によって粗く粉砕される。典型的には、目の詰まっていない廃ガラス繊維のバルクが、例えば廃ガラス繊維を含む容器から制御されない方法で適切な切削器具上に装填される。または、廃ガラス繊維は、ボビンから巻き戻されて、またはガラス溶融物から直接引き出されて切削器具に供給されてもよい。

本方法は、いわゆるランダム繊維、つまり特定の配向性を備えていないガラス繊維のボールのために特に適合する。

１つの好ましい実施形態によると、粗く粉砕する工程は、切削ミル、ギロチンカッタ、摩砕車、歯付きローラミル、ハンマミル、ピン付きディスクミルまたは衝撃式ミルによって実施される。このような装置は、当業者であれば先行技術から公知である。摩砕車は、さらにまた摩擦車の名称の下でも知られている。一部の場合には、２つ以上の粗粉砕工程を連続的に実施することが有用である。

２つの粗く粉砕する工程が使用される実施形態では、第１工程において１０〜１００ｃｍの繊維長のみに粉砕し、その後にまた別の粗粉砕のために１回以上実施することが有用な場合がある。

好ましくは、工程ａ）では、５〜５０ｍｍ、好ましくは５〜３５ｍｍ、より好ましくは１０〜２０ｍｍの平均長を有する粗く粉砕されたガラス繊維が得られる。正確な長さは、使用された粗粉砕器具のタイプに左右される。ギロチンカッタはかなり均一な長さを作り出すが、摩砕車または歯付きローラミルは、それほど均一ではない長さを作り出す。粗粉砕は、後に続く微細に粉砕する工程における凝結を減少させる。

好ましくは、粗く粉砕されたガラス繊維は、５重量％未満、好ましくは２．５重量％未満、より好ましくは１．５重量％未満の残留含水量を有する。したがって、媒体ミル内の粗く粉砕されたガラス繊維および添加剤の混合物であって、ガラス繊維は依然として５重量％超の残留含水量を有する混合物は、凝結し、微細粉砕率の低下を生じさせることが見いだされた。微細粉砕率の低下を生じさせる含水量は、器具のタイプに左右される。

第２工程である工程ｂ）では、粗く粉砕されたガラス繊維は、０．１〜５．０ｍｍの範囲内にあるｄ５０値を有する凝集体としての適切な粒状添加剤と混合される。０．１〜２．０ｍｍの範囲内のｄ５０値が特に好ましい。このようにして得られたガラス繊維／添加剤の混合物は、次に一定の時間にわたり機械力の作用に曝露される。これにより、微細に粉砕されたガラス繊維および添加剤の混合物が得られ、これは再び溶融物に供給されてよい。

そこで、本発明によると、添加された添加剤は、製造方法に通常導入される微細に粉砕されたガラス繊維中に残留する。一般に、添加剤は、それによりさらに粉砕される。

本発明による粒状添加剤は、通常の条件下で材料の固体状態にある添加剤であり、好ましくは概して球状の粒からなる。

好ましくは、粒状添加剤の表面は鋭角を有する、つまり粒状添加剤の少なくとも２つの辺は、断面図において鋭角で交差する。

１つの好ましい実施形態によると、添加剤は、ケイ砂、石灰、生石灰、ドロマイト、焼ドロマイト、高炉スラグ、Ａｌ_２Ｏ_３、水酸化アルミニウム、曹長石、正長石、灰長石、ホウ酸、酸化ホウ素、アルカリおよびアルカリ土類ホウ酸塩ならびにそれらの混合物の群から選択される。そこで、本発明におけるガラス繊維が処理される溶融物に依存して、適切な添加剤が、粗く粉砕されたガラス繊維を微細に粉砕するための凝集体として使用できる。

または、もしくはそれに加えて、ガラス製造において使用される当業者には公知の他の成分もまた添加剤として使用されてよい。炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、長石もしくは使用済みガラス、好ましくは製造からのいわゆるカレットは、当業者であれば公知である。これらの添加剤もまた粒状でなければならない。

Ａｌ_２Ｏ_３および使用済みガラスの使用は、余り好ましくない。特に、使用済みガラスの使用は、通常のカレットの高ナトリウム含量のために、望ましくない高ナトリウム含量を導く可能性がある。

特に好ましい実施形態では、０．１〜２ｍｍもしくは０．１〜１．５ｍｍの範囲内、好ましくは０．３〜１．０ｍｍの範囲内にあるｄ５０値を有する添加剤が使用される。より高いｄ５０値（実施例２を参照）を有する添加剤は、粗く粉砕されたガラス繊維を適切なサイズの断片に粉砕することに関してより優れていることが見いだされている。より高いｄ５０値を有する添加剤は、例えば、ミル内の破砕媒体によって発揮された圧力によって破砕対象の材料を粉末化すると考えられる。

ｄ５０は、粒子の５０重量％がｄ５０値より小さな粒径を有し、５０重量％はｄ５０値より大きな粒径を有することを意味する。これら数値は、典型的には粒度曲線から引き出される。

一般には、添加剤の、可能な最小のｄ５０値は、添加剤の硬度に依存することが見いだされた。実験により、粗く粉砕されたガラス繊維を最適に粉砕するためには、添加剤のモース硬度が低いほど添加剤のｄ５０値が高くなければならないことが証明される。そこで、添加剤のｄ５０値が高いほど、第２工程、すなわち工程ｂ）における破砕時間が長くなる。

また別の好ましい実施形態によると、微細粉砕はミル内で実施される。ミル内に装填されるガラス繊維／添加剤の混合物は、規定破砕時間にわたって微細に粉砕される。

原則として、当業者に公知の全てのミルが適合する。

好ましくは、微細粉砕は、媒体ミル内で実施される。好ましくは、適切な媒体ミルには、ボールミル、回転ミル、ドラムミルまたはチューブミルが含まれる。添加剤とは相違して、破砕媒体は、破砕する工程後に除去される。

ガラス繊維対添加剤の適切な混合比は重量で好ましくは３０／７０以上、または４０／６０以上、または重量で４５／５５以上である。上限は、重量で９５／０５または８０／２０、好ましくは７０／３０、６０／４０または５５／４５である。重量で３０／７０〜８０／２０が特に好ましい。

混合比の相違は、破砕時間、および該方法によって製造される生成物に影響を及ぼす。

好ましくは、工程ｂ）では、２ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍ未満の長さを有する微細に粉砕されたガラス繊維が得られる。通例は、０．１ｍｍ未満への微細粉砕は必要とされない。

特定の実施形態では、微細に粉砕されたガラス繊維および添加剤の混合物は、分級にかけられる。適切な分級機は、当業者であれば先行技術から公知である。

分級を実施する場合は、分離された過大粒は、細粒の収率を増加させるためにリサイクルすることができる。

基本的には、該方法内へのリサイクルが行われるために、製品フロー均衡が確立される。粗く粉砕された繊維および添加剤が該方法に導入される供給速度が、滞留時間を決定する。該方法内に過剰量の材料が方向付けられると、生成物はより粗い粒状になり、分級機の選択力が低下する。極端な場合には、閉塞が発生することがある。

媒体ミルが使用される場合、ミルの破砕ボールによる充填レベルがまた別の変量である；存在する破砕ボールが多いほど破砕強度が高くなる。

空気分離装置内での分離は、使用される送風機の回転数によって決定できる。典型的には、分離は２つの向流または直交して流れる気流によって実施される。回転数が分離粒度を決定する。

または、微細に粉砕されたガラス繊維および添加剤の混合物は、大きな断片を取り除くための分級の前に、２．５未満〜０．５ｍｍの範囲内、より好ましくは２未満〜１ｍｍの範囲内のメッシュを有するふるいに通してふるい分けすることができる。

本発明は、ガラス繊維を粉砕するために、２５／７５〜９５／０５（ガラス繊維対添加剤）の比率での、凝集体としてのケイ砂、石灰、生石灰、ドロマイト、焼ドロマイト、高炉スラグ、Ａｌ_２Ｏ_３、水酸化アルミニウム、曹長石、正長石、灰長石、ホウ酸、酸化ホウ素、アルカリおよびアルカリ土類ホウ酸塩ならびにそれらの混合物の群から選択される添加剤の使用にさらに関する。

本発明は、本発明による方法によって得られるガラス繊維、ならびに
２ｍｍ未満の長さを有する微細に粉砕されたガラス繊維；
５．０μｍ〜５．０ｍｍの範囲内のｄ５０値を有する添加剤であって、ガラス繊維対添加剤の混合比は重量で２５／７５〜９５／０５である添加剤
を含有するガラス繊維含有混合物にさらに関する。

添加剤もまた微細粉砕工程において粉砕されてもよいので、添加剤は生成物中において該方法の出発材料と比較して小さな粒径を有している。

実施例１

粗粉砕：
５〜１０ｍの範囲内の長さを有する廃ガラス繊維を、高性能ギロチン型切削機によって１０〜２０ｍｍの長さへ粗く粉砕した。Ｆｅ_２Ｏ_３含量は未変化のままであった。

微細粉砕：
粗く粉砕されたガラス繊維を、ケイ砂（Ｐｒｏｖｏｄｉｎ鋳物砂）を含む２０ｋｇバッチのボールミル内で微細粉砕した。

分級：
微細粉砕されたガラス繊維および添加剤を、分離装置を用いて分級した。１６５Ｌ／分のエアフロー速度および分級車の２０００ｒｐｍの回転数を設定した。第１分離装置作動における過小粒対過大粒の質量比は、１：７．５であった。過小粒において得られた繊維長は、１ｍｍ未満であった。

実施例２

２０ｋｇバッチのボールミルを用いた２回の破砕実験を実施したが、本破砕実験は比較例として陶土を用いて実施した。

陶土をガラス繊維破砕バッチへの添加剤として加えた場合は、ガラス繊維の粉砕は完全に抑制された。２種の構成成分の混合は達成できなかった。破砕時間を経過して凝塊に集合したガラス繊維は、外側は陶土粉塵にまみれていたが、内部ではガラス繊維しか含有していなかった。

粒状石灰を用いると、破砕時間の経過後には破砕の成功が得られた。この場合には、破砕された材料中では繊維ボールを同定できなかった。繊維長は２ｍｍ未満であった；得られた混合物は、ガラス製造のための出発材料として高度に適合した。

実施例３

１００ｋｇ／時間の処理能力を有するボールミルを用いて連続破砕実験を実施した。
ガラス繊維および添加剤（実施例１によるケイ砂）を５０／５０の比率で使用した。添加剤の粒径は０．１８〜１．４ｍｍであり、ｄ５０値は０．５５ｍｍであった；破砕ボール充填レベルは、ミル容積の４０％であった。その後の分級は、ロータを９００ｒｐｍおよび送風機を８００ｒｐｍで用いて実施した。過大粒はリサイクルさせた。

連続的に取り除かれた粒は５００μｍ未満の繊維長を有し、生成物は１４．５μｍのｄ５０値を有した。以下の過大粒の比率が得られた：

Claims (20)

1. 廃ガラス繊維由来のガラス繊維を粉砕するための方法であって：
   ａ）前記ガラス繊維を粗く粉砕して、粗く粉砕されたガラス繊維を得る工程；および
   ｂ）媒体ミル内で破砕媒体及び粒状添加剤を用いて前記粗く粉砕されたガラス繊維を微細に粉砕して、微細に粉砕されたガラス繊維を得る工程であって、前記粒状添加剤はｄ５０値が０．１〜５．０ｍｍの範囲内であり、前記粗く粉砕されたガラス繊維の前記粒状添加剤に対する混合比が重量で２５／７５〜９５／０５であり、前記粒状添加剤は、ケイ砂、石灰、生石灰、ドロマイト、焼ドロマイト、高炉スラグ、水酸化アルミニウム、曹長石、正長石、灰長石、ホウ酸、酸化ホウ素、アルカリおよびアルカリ土類ホウ酸塩ならびにそれらの混合物からなる群から選択される工程、
   を含む方法。
2. 前記粗く破砕する工程は、１、２、３つまたはそれ以上の工程を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記粗く破砕する工程は、切削ミル、ギロチンカッタ、摩砕車、歯付きローラミル、ハンマミル、ピン付きディスクミル、衝撃式ミルまたは上記の組合せによって実施される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記微細に破砕する工程の後、前記破砕媒体は続いて取り除かれる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記媒体ミルはボールミル、回転ミル、ドラムミル又はチューブミルである、請求項１に記載の方法。
6. 工程ａ）において５〜５０ｍｍの長さを有する粗く粉砕されたガラス繊維を得る、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記粗く粉砕されたガラス繊維は長さが１０〜２０ｍｍである、請求項６に記載の方法。
8. 前記粗く粉砕されたガラス繊維は残留含水量が５重量％未満である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記粗く粉砕されたガラス繊維は残留含水量が２．５重量％未満である、請求項８に記載の方法。
10. 工程ｂ）において２ｍｍ未満の長さを有する微細に粉砕されたガラス繊維を得る、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記微細に粉砕されたガラス繊維は長さが１ｍｍ未満である、請求項１０に記載の方法。
12. 前記微細に粉砕されたガラス繊維および前記粒状添加剤の前記混合物が分級にかけられる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記粗く粉砕されたガラス繊維の前記粒状添加剤に対する混合比は重量で３０／７０〜８０／２０である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記粗く粉砕されたガラス繊維の前記粒状添加剤に対する混合比は重量で４０／６０〜７０／３０である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記粗く粉砕されたガラス繊維の前記粒状添加剤に対する混合比は重量で４０／６０〜６０／４０である、請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 前記粗く粉砕されたガラス繊維の前記粒状添加剤に対する混合比は重量で４５／５５〜５５／４５である、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記粒状添加剤はｄ５０値が０．１〜１．５ｍｍの範囲内である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記粒状添加剤はｄ５０値が０．３〜１．０ｍｍの範囲内である、請求項１７に記載の方法。
19. 媒体ミル内で破砕媒体を用いて、粗く粉砕されたガラス繊維を微細に粉砕するための、０．１〜５．０ｍｍの範囲内のｄ５０値を有する粒状添加剤の使用であって：ガラス繊維の粒状添加剤に対する比率が重量で２５／７５〜９５／０５であり、前記粒状添加剤はケイ砂、石灰、生石灰、ドロマイト、焼ドロマイト、高炉スラグ、水酸化アルミニウム、曹長石、正長石、灰長石、ホウ酸、酸化ホウ素、アルカリおよびアルカリ土類ホウ酸塩ならびにそれらの混合物の群から選択される、粒状添加剤の使用。
20. 前記ガラス繊維の前記粒状添加剤に対する比率は重量で３０／７０〜８０／２０である、請求項１９に記載の使用。