JP4878702B2

JP4878702B2 - Firing method of mica powder

Info

Publication number: JP4878702B2
Application number: JP2001177398A
Authority: JP
Inventors: 光彦水本; 信三樋口
Original assignee: Topy Industries Ltd
Current assignee: Topy Industries Ltd
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2021-06-12
Also published as: JP2003002633A

Description

【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−２ＰＤ^ＴＭ：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−２００^ＴＭ：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（ＩＲ６３０^ＴＭ：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】

【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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for firing mica powder, and more particularly to improvement of safety and thermal efficiency.
[0002]
[Prior art]
Mica powder includes natural mica powder and synthetic mica powder, and is used in various products such as paint additives, cosmetic base materials, plastic additives, and additives for coating agents. Addition of these mica powders is expected in order to impart performance such as imparting design properties, improving insulation, improving mechanical strength such as resin, providing barrier properties, and improving moisture resistance of paper.
By firing the mica powder, the stretchability and adhesion are improved, the gloss becomes low, it becomes easy to mold, the fluorine elution amount is 20 ppm or less, and the amount of acid-soluble matter is 2% or less, which is a regulation as a cosmetic pigment. It will be possible to satisfy the condition. Usually, a rotary kiln method, an electric furnace method, and a gas furnace method are used for firing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the rotary kiln method, there are problems such as scattering of mica powder during firing, contamination due to reactivity of mica powder and retort, and adhesion of mica powder to the rotary kiln. In order to stabilize the temperature of the furnace and to pass heat uniformly to the inside of the mica powder, a considerable amount of time is required, so that a great amount of time and energy is required for firing, that is, thermal efficiency is poor. Yes, and none of the methods were satisfactory.
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a firing method in which mica powder is not scattered or contaminated during firing, and can be fired uniformly with good thermal efficiency.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies by the present inventors in order to achieve the above object, unlike general inorganic powders, mica powder can be fired by microwaves, and at the time of firing mica powder As a result, the present invention has been completed.
[0005]
That is, the subject of the present invention is a method for firing a synthetic fluorophlogopite mica powder characterized by firing at 900 to 1200 ° C. by a microwave heating method .
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
As the mica in the present invention, synthetic fluorine phlogopite can be used. In particular, the synthetic mica preferably used in the present invention can be obtained by a melt synthesis method. The melt synthesis method is a method of obtaining synthetic mica by mixing silicon oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, silicofluoride, etc., then heating and melting to about 1500 ° C., and further cooling and crystallization.
[0007]
The mica used in the present invention is pulverized, classified and dried before being baked by microwaves. First, the mica crystal mass is fragmented with a normal crusher, further pulverized using a hammer mill, a roll mill, a ball mill, or the like, and classified to a desired particle size. As the classification method, wet classification is suitable. Wet classification methods can be performed by methods such as natural sedimentation classification, hydro-separator, spiral classification, drum classification, jet sizer, crashing sizer, liquid cyclone classification, sieve classification, arc screen, etc. More preferably it is performed.
[0008]
Microwave heating is based on the following principle.
When a strong electric field is applied to a dielectric material having a pair of cation and negative electron, the pair of cation and negative electron (dipole) aligns in the direction of the electric field, and when the electric field is reversed, the dipole is arranged in the opposite direction. To do. That is, if the rotation and vibration of the dipole are generated in the dielectric material molecule and the electric field is changed by the frequency of the microwave, heat is generated by internal friction due to intense rotation and vibration.
[0009]
A general object to which microwave heating is applied, that is, food or the like contains water as a dielectric substance that can vibrate, but inorganic powder has adsorbed water or crystal water, and these are volatilized. The heating up to about 500 to 600 ° C. was considered to be the limit due to the microwave.
[0010]
However, as a result of investigations by the present inventors, mica has an oscillating dielectric other than water in its structure and can be heated to a firing temperature (900 ° C. or higher) exceeding the drying temperature by microwaves. It was found that.
[0011]
The frequency of the microwave used in the present invention is not particularly limited as long as it is a wavelength allowed by ISM (frequency band used industrially, scientifically, and medically). Desirably, it is the highest frequency of ISM that theoretically increases the amount of generated heat, but it may be the frequency of 2.45 GHz that is used in ordinary food microwave heating devices (microwave ovens). As the container used for firing, either a circular or square cylindrical shape or a dish-shaped shape can be used, but a cylindrical shape is preferably used.
[0012]
In these containers, dry powder of mica is put and fired with the microwave. The firing temperature is preferably 900 to 1200 ° C. When the temperature is less than 900 ° C., the amount of elution of fluorine and the amount of acid-soluble substances exceed the specified values, and when the temperature exceeds 1200 ° C., mica sintering starts. In addition, when blending mica powder in cosmetics, it is known that if it is less than 900 ° C., the oil absorption becomes small, and if it exceeds 1200 ° C., extensibility and adhesion deteriorate, and gloss and moldability become unsatisfactory. (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-247630).
[0013]
The mica powder according to the present invention can be added to various compositions such as paints, plastics, cosmetics, inks, coating agents and the like, and can exhibit improved functions by firing in addition to the original functions of mica. Furthermore, plastic, paper, non-woven fabric, concrete, wood products, metals, ceramic products coated using the coating agent containing the mica powder according to the present invention are excellent in surface properties, impart design, improve insulation, and resin Excellent functions such as improving mechanical strength, imparting barrier properties, and improving moisture resistance of paper can be achieved.
[0014]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. In addition, this invention is not limited by this. Prior to the examples, a method for measuring physical properties of the mica powder after firing will be described.
(1) Fluorine elution amount Based on the “synthetic phlogopite severe elution test method” described in “Acceptance Standards by Cosmetic Variety”, a fluorine elution amount measurement test was conducted by the following method.
5 g of product and 100 mL of distilled water were placed in a flask and heated under reflux for 1 hour. After cooling, the mixture was filtered with a filter paper and a membrane filter. The entire filtrate was distilled according to the fluorine test method to prepare a test solution. Fluorine analysis was performed by spectrophotometry using lanthanum / alizarin complexone. The standard value of the allowable fluorine elution amount is 20 ppm or less.
[0015]
(2) Amount of acid-soluble matter Based on the “Acid-soluble matter test method” described in “Acceptance Standards 2nd Edition by Cosmetic Variety 11”, an acid-soluble matter amount measurement test was conducted by the following method.
1 g of the product and 20 mL of dilute hydrochloric acid were placed in a flask, heated with stirring at 50 ° C. for 15 minutes, and then distilled water was added to make 50 mL, which was filtered through a filter paper and a membrane filter. The first 15 mL of the filtrate was removed, 25 mL of the filtrate was taken, evaporated to dryness on a water bath, ignited to a constant weight, allowed to cool in a desiccator, and then weighed. In addition, the specification value of an acceptable acid soluble material is 2% or less.
[0016]
(3) A double-sided tape is applied to glossy white cardboard, a cellophane tape is applied, the product is applied, and the incident angle is measured with a digital portable gloss meter (VG-2PD ^™ : manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.). Measurement was performed at 60 degrees / light receiving angle of 60 degrees. The gloss value suitable for cosmetics is 3.5 to 4.5.
[0017]
(4) Weigh 1.0 g of the color product, put it in a powder cell, match the cell body and the cut part of the lid, rotate 5 times clockwise, and measure with a color difference meter (CR-200 ^™ : manufactured by Minolta). did. Note that colors suitable for cosmetics have an L value of 92 or more, an a value of 0.3 or less, and a b value of 1.2 or less.
[0018]
Example 1
1 kg of synthetic fluorine phlogopite powder (average particle size 12 μm) is dispersed in 10 L of distilled water, 50 g of citric acid is added with stirring, acid treatment is performed, and then washed with distilled water, dehydrated, dried and crushed. A sample was prepared.
The sample was divided into three equal parts, two were baked in an electric furnace and the other was in a microwave furnace.
In the electric furnace, one sample was put in the furnace, heated at a rate of temperature increase of 10 ° C./min from room temperature (20 ° C.) to 1050 ° C., and fired. Since there was no holding time, the total firing time was 1 hour 43 minutes (Test Example 1). In the other, the sample was put into a furnace, the temperature was increased from room temperature to 1050 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./min, held at this temperature for 3 hours, and fired. Therefore, the total firing time was 4 hours and 43 minutes (Test Example 2).
[0019]
In a microwave furnace, a sample was put at room temperature (20 ° C.), heated at 700 W for 1 hour 30 minutes, and confirmed that the temperature was raised to 1050 ° C. with an infrared radiation thermometer (IR630 ^™ : manufactured by Minolta) Then the power was turned off. Therefore, the total firing time was 1 hour 30 minutes. (Test Example 3)
Table 1 shows the analysis results of the samples obtained by the above method.
[0020]
[Table 1]

[0021]
As is apparent from Table 1, in Test Example 1 in which the electric furnace method without holding time was performed, both the fluorine elution amount and the acid-soluble material exceeded the standard values, and the color a value was a value suitable for cosmetics. Did not become. Moreover, in Test Example 2 in which the electric furnace method with a holding time was performed, heat was passed uniformly to the inside of the sample and it could be fired uniformly, but because the holding time was required, a great amount of time was required for baking. . In Test Example 3 in which the firing was performed using microwaves, although the holding time was not provided and the firing time was short, a quality equal to or higher than that of the electric furnace method in which the holding time was taken in terms of quality was obtained. It was. This is thought to be because, in the firing with microwaves, as described above, the microwaves directly act on the dipoles of the mica molecules of the sample, so that the sample becomes homogeneous from the temperature rise.
[0022]
The application of microwave heating, which is commonly used in industry, uses water as a dielectric material, and “cooking, thawing, drying, and sterilization” in the food industry, and “drying, bonding, and bending” in the wood industry. "Vulcanization, rubber preheating" in the rubber industry is famous.
[0023]
The amount of heat generated is proportional to the relative dielectric constant and the dielectric loss angle. In the case where these are large dielectric materials such as water, it is easy to use microwaves, but in the case where these are small ceramic materials or the like, it is difficult to heat the microwaves themselves. Even if inorganic powders other than mica powder, such as titanium oxide, zinc oxide, aluminum oxide, iron oxide, etc., are directly heated by microwaves, the temperature rises to a so-called firing temperature (900-1200 ° C.) exceeding the drying temperature. do not do. This is because the microwaves act on the dipoles of the adsorbed water, crystal water, etc. of the powder, heat is generated, and the powder is only dehydrated. Therefore, firing by microwave heating of inorganic powder other than mica powder is extremely difficult in practice. In such a case, a method is adopted in which a substance is put in a heating unit called an applicator, the applicator is heated by microwaves, and the substance inside is heated by the heat of the applicator.
[0024]
It was thought that the mica powder itself could not be heated by microwaves. The present invention has been found that it can be heated to 900 to 1200 ° C. by directly acting on the dipole of the mica powder by using microwaves instead of using water as a dielectric.
[0025]
【Effect of the invention】
As described above, according to the firing method of the present invention, by using the microwave, there is no dust generation or contamination, and the mica powder can be fired uniformly in a short time.

Claims

A method for firing synthetic fluorophlogopite mica powder, comprising firing at 900 to 1200 ° C. by a microwave heating method.