(57)【要約】【課題】粘土鉱物を微細、均一に分散し、且つ増粘が大きく抑制され、安定した溶液状態を保持することのできる粘土鉱物分散液を提供する。【解決手段】粘土鉱物と水を含む粘土鉱物分散液であって、前記粘土鉱物分散液中にアミド基含有化合物を含むことを特徴とする粘土鉱物分散液、詳しくは前記アミド基含有化合物がアクリルアミド類とアセトアミド類から選ばれる少なくとも一種以上であり、前記粘土鉱物に対して質量比０．２〜５０倍の前記アミド基含有化合物を含む粘土鉱物分散液。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘土鉱物と水を含む粘土鉱物分散液であって、前記粘土鉱物分散液中にアミド基含有化合物を含むことを特徴とする粘土鉱物分散液。
【請求項２】
前記粘土鉱物に対して質量比０．２〜５０倍の前記アミド基含有化合物を含む請求項１に記載の粘土鉱物分散液。
【請求項３】
前記アミド基含有化合物がアクリルアミド類とアセトアミド類から選ばれる少なくとも一種以上である請求項１に記載の粘土鉱物分散液。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工業材料として有用な粘土鉱物分散液に関する。
【０００２】
【従来の技術】
層状粘土鉱物は、約１ナノメーター厚の珪酸塩層と、アルカリあるいはアルカリ土類イオンとそれに配位した水分子からなる層間が互層した構造をもつ層状珪酸塩である。珪酸塩層は同形置換により陰電荷を有し、層間に陽イオンを有する。珪酸塩層と層間陽イオンの結合が弱い場合、水などに膨潤する性質を有することから、膨潤性層状粘土鉱物と呼ばれる。かかる膨潤性層状粘土鉱物は、凝集（積層）している層間に水が進入し、陽イオンが水和することによって、板状粒子の層間が広がり、やがては陽イオンが解離することで、珪酸塩層が水中で剥離した状態の非常に小さい粒子となる。かかる一次粒子の板面は負に帯電していることから、一次粒子は相互に反発し合って水中に個々に分散し透明な分散液（ゾル）となる。
【０００３】
次いで水に分散された一次粒子は、面部が負帯電し、端部は分子構造上わずかに正帯電するため、面部と端部が吸引し合って水中で一次粒子による構造体（カードハウス）を形成するようになり、徐々に増粘しゲルに至る。層状粘土鉱物はこのような増粘、ゲル化する性質を利用して、チクソトロピー性を有する増粘剤、ゲル化剤などとして工業製品や化粧品などに用いられている。
【０００４】
一方、層状粘土鉱物を他の材料と混合しようとするときは、均一に粘土鉱物が分散した分散液を安定して調製することが必要不可欠となる。しかし、層状粘土鉱物分散液は１質量％以上の濃度で時間と共に増粘してゲル化することから、安定した粘土鉱物分散液として使用することが困難な場合が多い。増粘及びゲル化は粘土鉱物濃度が高いほど急速である。また、粘土鉱物の濃度を更に増加させた場合は、粘土鉱物の全量が一次粒子に均一に分散する前にゲル化してしまい、結果として、高濃度の粘土鉱物分散液を均一、安定して得ることは困難であった。
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、粘土鉱物を微細、均一に分散し、且つ増粘が大きく抑制され、安定した溶液状態を保持することのできる粘土鉱物分散液を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究に取り組んだ結果、粘土鉱物と水の分散液にアミド基含有化合物を含有させることで、均一、且つ、安定した粘土鉱物分散液（ゾル）が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、粘土鉱物と水を含む粘土鉱物分散液であって、前記粘土鉱物分散液中にアミド基含有化合物を含むことを特徴とする粘土鉱物分散液を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる粘土鉱物は、層間が膨潤しやすい膨潤性粘土鉱物である必要があり、好ましくは水に均一分散可能な膨潤性層状鉱物であり、特に好ましくは水中で分子状すなわち単一層もしくはそれに近いレベルで均一分散可能な水膨潤性層状鉱物であり、例えば、水膨潤性スメクタイトや水膨潤性雲母などの膨潤性粘土鉱物が用いられる。さらに、具体的には、ナトリウムを層間イオンとして含む水膨潤性ヘクトライト、水膨潤性モンモリロナイト、水膨潤性サポナイト、水膨潤性合成雲母などが好ましい粘土鉱物として挙げられる。
【０００９】
本発明においては、粘土鉱物は水中で微細、かつ均一に分散できるもので、層状鉱物の沈殿を生じるような大きな凝集体が無い状態、より好ましくは１〜１０層程度のナノメーターレベルの厚みで分散しているもの、特に好ましくは１〜２層程度の厚みで分散しているものが好ましい。
【００１０】
本発明の粘土鉱物分散液の溶媒としては水が用いられる。水としては好ましくは出来るだけイオン類や無機物などの不純物を含まないものが望ましい。但し、本発明における効果を阻害しない限り、目的、用途に応じて水と混和する溶媒や他の第三成分を含むことは差し支えない。
【００１１】
本発明で用いるアミド基含有化合物としては、１分子中にアミド基を有し、４級アンモニウムイオンなどのイオン性基を有しないものであり、好ましくは、アクリルアミド類やアセトアミド類が挙げられる。アルキルアクリルアミド類としては、Ｎ−アルキルアクリルアミド類、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアクリルアミド類、Ｎ−アルキルメタクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジアルキルメタクリルアミド誘導体が挙げられる。ここで言うアルキル鎖としては炭素数が１〜８のものが選択される。
【００１２】
より具体的には、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ−エチルアクリルアミド、Ｎ−シクロプロピルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−メチルメタクリルアミド、Ｎ−シクロプロピルメタクリルアミド、Ｎ−イソプロピルメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、Ｎ−メチル−Ｎ−エチルアクリルアミド、Ｎ−メチル−Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、Ｎ−メチル−Ｎ−ｎ−プロピルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ−アクリロイルピロリジン、Ｎ−アクリロイルピペリジン、Ｎ−アクリロイルメチルホモピペラジン、Ｎ−アクリロイルメチルピペラジン等が例示される。
【００１３】
アセトアミド類としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミドなどが例示される。また上記のアミド基含有化合物に他の有機化合物とをあわせて用いることも、本発明にいう均一、安定な粘土鉱物分散液が形成される限りにおいて可能である。
【００１４】
粘土鉱物分散液中の粘土鉱物量は、目的や用途によって変えることが可能で、必ずしも限定されないが、好ましくは０．５〜２０質量％であり、より好ましくは１〜１０質量％である。粘土鉱物の含有量が２０質量％を超えて高い場合には、増粘しやすく、また粘土鉱物が十分に一次粒子レベルに分散できない不均一分散液となる場合が多い。
【００１５】
本発明の粘土鉱物分散液は、粘土鉱物分散液中の粘土鉱物に対して質量比で０．２〜５０倍のアミド基含有化合物を含む。より好ましいアミド基含有化合物の含有量は、粘土鉱物に対する質量比が０．３〜２０である。粘土鉱物分散液中のアミド基含有化合物の量が、粘土鉱物に対して質量比で０．２未満では、アミド基含有化合物の添加効果が十分でなく、また、アミド基含有化合物量が質量比５０を超えて多すぎると粘土鉱物が均一に微細分散しにくくなる。
【００１６】
本発明の粘土鉱物分散液は、例えば、まず粘土鉱物と水からなる均一分散液を調製し、次いでアミド基含有化合物を加え分散させる方法、または最初にアミド基含有化合物と水からなる水溶液を調製し、次いで粘土鉱物を加えて分散させる方法のいずれも用いられる。均一分散液の調製過程で撹拌したり、加温したり、超音波処理をしたりすることも有効である。また、目的、用途に応じて第三成分を添加することも可能である。
【００１７】
【実施例】
次いで本発明を実施例により、より具体的に説明するが、もとより本発明は、以下に示す実施例にのみ限定されるものではない。
【００１８】
（実施例１〜４）
粘土鉱物として［Ｍｇ５．３４Ｌｉ０．６６Ｓｉ８Ｏ２０（ＯＨ）４］Ｎａ＋０．６６の組成を有する水膨潤性合成ヘクトライト（商標ラポナイトＸＬＧ、日本シリカ株式会社製）を、溶媒として純水を使用した。ヘクトライト０．９９ｇを純水３０ｇに添加し、強く撹拌して均一分散液を調製した。引き続き、実施例１ではＮ−イソプロピルアクリルアミド、実施例２ではＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、実施例３ではＮ，Ｎ，−ジエチルアクリルアミド、実施例４ではアクリロイルモルフォリンを各々０．９ｇ（粘土鉱物１に対して質量比で０．９１）を添加し撹拌した。
【００１９】
その結果、粘土鉱物が微細に分散した透明、均一な粘土鉱物分散液（ゾル）が得られた。また２０℃で１００分保持後の粘度はいずれも３〜７ｍＰａ・ｓであり、アミド基含有化合物を添加しなかったもの（比較例１）と比べて安定したゾルであった。なお、粘度測定は山一電機株式会社製ＤＩＧＩＴＡＬ　ＶＩＳＣＯＭＡＴＥ　ＶＭ−１００Ａを使用して行った。
【００２０】
更に、実施例１〜４において７２０分後の粘度測定の結果、粘度の上昇は、用いたアミド基含有化合物の種類によって少しずつ異なり、８ｍＰａ・ｓ（実施例１）、３５ｍＰａ・ｓ（実施例２）、７ｍＰａ・ｓ（実施例３）、１０ｍＰａ・ｓ（実施例４）であったが、いずれの場合も均一透明な粘土鉱物分散液（ゾル）であった。また実施例１〜４を更に長時間の静置して観測した結果、いずれも１５０時間以上、安定な均一粘土鉱物分散液（ゾル）であった。
【００２１】
（実施例５と６）
Ｎ−イソプロピルアクリルアミドの添加量が実施例５では３ｇ（粘土鉱物１に対して質量比で３）、実施例６では０．３０ｇ（粘土鉱物１に対して質量比で０．３）であること以外は実施例１と同様にして、粘土鉱物分散液を調製した。得られた粘土鉱物分散液はいずれも均一、透明な分散液（ゾル）であり、１００分後及び７２０分後の分散液の粘度は各々、実施例５では３．８ｍＰａ・ｓと４．０ｍＰａ・ｓ、実施例６では９ｍＰａ・ｓと１００ｍＰａ・ｓであった。なお、実施例５と６は、いずれも１５０時間以上において安定した粘土鉱物分散液（ゾル）であった。
【００２２】
（実施例７と８）
Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドの添加量が実施例７では３ｇ（粘土鉱物１に対して質量比で３）、実施例８では９ｇ（粘土鉱物１に対して質量比で９．１）であることを除くと実施例２と同様にして、粘土鉱物分散液を調製した。得られた粘土鉱物分散液はいずれも均一で、透明な分散液（ゾル）であり、１５０時間後も安定した粘土鉱物分散液（ゾル）であった。
【００２３】
（実施例９と１０）
Ｎ−イソプロピルアクリルアミドの代わりに、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）を実施例９では３ｇ（粘土鉱物１に対して質量比で３）、また実施例１０では９ｇ（粘土鉱物１に対して質量比で９．１）を用いる以外は実施例１と同様にして、粘土鉱物分散液を調製した。その結果、均一、透明な粘土鉱物分散液（ゾル）が得られ、いずれも１５０時間後において安定した粘土鉱物分散液（ゾル）であった。
【００２４】
（比較例１〜３）
実施例１で用いた粘土鉱物量を、水１に対して質量比で０．０３３（比較例１）、０．０４６（比較例２）、０．０８（比較例３）含む粘土鉱物分散液を、それぞれ強く水を撹拌しながら、ゆっくりと添加することで、粘土鉱物分散液を調製した。しかし、比較例１と２では調製中に増粘が始まり、粘度が急速に増加した。６０分後の粘度測定結果は１００ｍＰａ・ｓ（比較例１）と２００ｍＰａ・ｓ（比較例２）であり、最終的に粘土鉱物均一分散ゲルが得られた。一方、比較例３では、粘土鉱物の均一分散が達成される前、つまり粘土鉱物が分子レベルで微細に分散してしまう前に系が増粘、ゲル化し、最終的に粘土鉱物凝集物を含む不均一且つゲル化したものしか得られなかった。
【００２５】
（比較例４と５）
Ｎ−イソプロピルアクリルアミドの代わりにヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）を粘土鉱物１に対して質量比で０．９１（比較例４）、またはヒドロキシエチルアクリレート（ＨＥＡ）を粘土鉱物１に対して質量比で０．９１（比較例５）用いる以外は、実施例１と同様にして、粘土鉱物分散液を調製した。
その結果、調製途中より系は急速に増粘し、粘土鉱物の均一分散は達成されたが、系はゲル化してしまった。１００分後の粘度測定結果は２２０ｍＰａ・ｓ（比較例４）、３５０ｍＰａ・ｓ（比較例５）で、粘度増加は比較例１より大きかった。
【００２６】
（比較例６）
Ｎ−イソプロピルアクリルアミドの代わりにジオクタデシルジメチルアンモニウムイオン（ＤＯＤＭＡ）を粘土鉱物１に対して質量比で０．９１用いる以外は、実施例１と同様にして粘土鉱物分散液を調製した。その結果、ＤＯＤＭＡと粘土鉱物が層間化合物を形成し、水中で沈殿物となり、均一な粘土鉱物分散液は得られなかった。
【００２７】
（比較例７〜１０）
Ｎ−イソプロピルアクリルアミドの代わりに、メタノールを粘土鉱物１に対して質量比で９．１（比較例７）、またはエタノールを粘土鉱物１に対して質量比で０．５（比較例８）、１．０（比較例９）、９．１（比較例１０）用いる以外は、実施例１と同様にして粘土鉱物分散液を調製した。その結果、いずれも粘土鉱物の均一分散液は一度、得られたが、約１〜２４時間以内にゲル化してしまい、安定性に欠けるものであった。
【００２８】
（比較例１１）
Ｎ−イソプロピルアクリルアミドの代わりに、メチルエチルケトンを粘土鉱物１に対して質量比で９．１用いる以外は、実施例１と同様にして粘土鉱物分散液を調製した。その結果、調製初期には曇ガラス状の不透明な溶液が得られた。透明性は時間経過と共に、徐々に透明になっていったが、それと共に粘度が上昇し、４８時間以内にゲル化した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は工業材料として有用な、均一分散性と分散安定性に優れた粘土鉱物分散液を提供できる。本発明の粘土鉱物分散液は、粘土鉱物の濃度が従来の粘土鉱物分散液に比べて高い場合であっても、粘土鉱物が微細、均一に分散し、且つ分散液の増粘およびゲル化が抑制されて保存安定性に優れる。