(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００〜９００℃である膨潤性層状ケイ酸塩を５〜１００℃の水と作用させることを特徴とする膨潤性層状ケイ酸塩懸濁液の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、膨潤性層状ケイ酸塩と水の温度差が１００℃以上であることを特徴とする膨潤性層状ケイ酸塩懸濁液の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の製造方法において、膨潤性層状ケイ酸塩を水中に投入することを特徴とする膨潤性層状ケイ酸塩懸濁液の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法において、攪拌することを特徴とする膨潤性層状ケイ酸塩懸濁液の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法において、膨潤性層状ケイ酸塩が直径１〜２００ｍｍの塊状であることを特徴とする膨潤性層状ケイ酸塩懸濁液の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法において、膨潤性層状ケイ酸塩の体積が水の体積に対して、０．００１〜０．２であることを特徴とする膨潤性層状ケイ酸塩懸濁液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はケイ酸塩懸濁液の製造方法、特に膨潤性層状ケイ酸塩を用いた懸濁液の製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膨潤性層状ケイ酸塩は、塗料添加物、化粧料基材、プラスチック添加剤、コーティング剤用添加剤等として様々な製品に使用され、平滑易滑性、絶縁性、ガスバリヤー性、耐湿性等の機能を付与できる材料として注目されている。
従来、膨潤性層状ケイ酸塩懸濁液の製造方法としては鉱塊、粉体を水に投入し、攪拌しながら均一に懸濁させる方法が一般的であった。しかし、膨潤性層状ケイ酸塩は、その形状から粒子同士の相互作用が強く、粒子の凝集が生じやすいため、従来の方法では、短時間で均一に分散・コロイド化させることが難しかった。そこで、超音波分散機、高速攪拌機等を用いたり、表面処理をすることにより分散性を改良する方法が検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法は規模拡大が困難な上、粒子を粉砕してしまう、本来の機能が減じられる等の欠点があり、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、その目的は短時間で均一に分散・コロイド化することができ、且つ大量に生産し得て、工業的に実施するのに有利な膨潤性層状ケイ酸塩懸濁液の製造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、高温の膨潤性層状ケイ酸塩鉱塊を水と作用させることで、鉱塊をより短時間で効果的に分散・コロイド化させ得ること見出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
本発明の主題はすなわち、１００〜９００℃である膨潤性層状ケイ酸塩を５〜１００℃の水と作用させることを特徴とする膨潤性層状ケイ酸塩懸濁液の製造方法である。
前記製造方法において、膨潤性層状ケイ酸塩と水との温度差が１００℃以上であることが好適である。
前記製造方法において、膨潤性層状ケイ酸塩を水中に投入することが好適である。
前記製造方法において、さらに攪拌することが好適である。
前記製造方法において、膨潤性層状ケイ酸塩が直径１〜２００ｍｍの塊状であることが好適である。
前記製造方法において、膨潤性層状ケイ酸塩の体積が水の体積に対して、０．００１〜０．２であることが好適である。
【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。
本発明において用いられる膨潤性層状ケイ酸塩は、陽イオン交換能、膨潤性を有するので、水中において分散する性質を示す。ここで、膨潤性とは層間に水を配位して膨潤することを意味し、部分的に層間分離するものも含む。
【０００７】
膨潤性層状ケイ酸塩は、構造的にはＳｉＯ４四面体のＳｉ：Ｏの比が理論上２：５のフィロケイ酸塩で、結晶単位格子が厚み方向に繰り返された結晶構造を有するものであり、その代表例を化学式で示すと、
Ｗ0.3〜1.1Ｘ1.0〜3.2（Ｓｉ3.5〜4.5Ｏ10）Ｚ1.8〜2.2
（Ｗ：層間イオンであり、一種以上のカチオン性イオン
Ｘ：八面体位置のイオンであり、Ｍｇ２+、又はＭｇ２+の一部をＬｉ+、Ｆｅ２+、Ｎｉ２+、Ｍｎ２+、Ａｌ３+及びＦｅ３+からなる群から選ばれる少なくとも一種のイオンで置換したイオン
Ｚ：Ｆ-またはＯＨ-の中から選ばれた一種または二種のイオン）
である。
なお、本発明では上記の四面体位置のＳｉ４+がＧｅ４+またはこれらの一部がＡｌ３+、Ｆｅ３+、Ｂ３+などで置換されたものでもよい。
【０００８】
本発明において好適に用いられる膨潤性層状ケイ酸塩としては、スメクタイト型粘土や膨潤性雲母を挙げることができる。スメクタイト型粘土としては、モンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、スチブンサイト、バイデライト、ノントロナイト、又はベントナイト等の天然物又は合成物が例示される。また、膨潤性雲母としては、Ｌｉ型フッ素テニオライト、Ｎａ型フッ素テニオライト、Ｎａ型四ケイ素雲母、又はＬｉ型四ケイ素雲母等の天然物又は合成物が例示され、バーミキュライト、フッ素バーミキュライト等も用いることができる。
【０００９】
本発明において、膨潤性層状ケイ酸塩は天然物又は合成物どちらの物も特に制限なく用いることができるが、合成物は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ケイフッ化物等を混合後、約１５００℃で加熱溶解し、さらに冷却・結晶化させる熔融合成法により得ることができる。
【００１０】
これらの膨潤性層状ケイ酸塩は、好ましくは直径１〜２００ｍｍ、特に好ましくは直径５〜２００ｍｍの塊状のものが用いられる。直径１ｍｍより小さいと、本発明の効果が確認しにくくなり、直径２００ｍｍを越えると、製造時に水及び膨潤性層状ケイ酸塩の飛散を防ぐ必要があるうえ、使用する水量も増え工業的製法として好ましくない。
また、膨潤性層状ケイ酸塩は１００〜９００℃、好ましくは２００〜６００℃の状態で、水と作用させることで分散させる。１００℃未満であると、本発明の効果が充分に現れず、９００℃を越えると、製造時に危険が伴い、工業的製法として好ましくない。
【００１１】
使用する水の温度は、好ましくは５〜１００℃のものが用いられる。５℃未満であると、膨潤性層状ケイ酸塩が冷却されその表面が固まり、懸濁液が製造しにくくなる。
膨潤性層状ケイ酸塩と水の温度差は１００℃以上、特に２００℃以上が好適である。１００℃以下であると本発明の効果が充分に現れない。
【００１２】
また、水に対する膨潤性層状ケイ酸塩の体積比は０．００１〜０．２であることが好適である。０．００１未満であると懸濁液の濃度が希薄になり、工業的製法として好ましくない。０．２を越えると、製造時に危険が伴い、工業的製法として好ましくない。
水と作用させる方法は、水中に投入する方法、水をかける方法等のいずれでもよいが、好ましくは水中に投入する方法が用いられる。
【００１３】
水と作用させた後、膨潤性層状ケイ酸塩は自然に膨張し、分散・コロイド化していくが、この状態で攪拌を行えばより膨潤・分散を促進することができる。分散までの時間は膨潤性層状ケイ酸塩の大きさにより左右されるが、通常０．５〜２時間で十分である。
【００１４】
本発明において、膨潤性層状ケイ酸塩の水分散性が大きく向上する理由については、未だ明確ではないが、加熱された膨潤性層状ケイ酸塩と水との温度差により、膨潤性層状ケイ酸塩の水接触領域と内部との間に膨張率の差に基づく亀裂を生じ、内部にまで水が進入しやすくなるためと考えられる。
【００１５】
本発明において、分散後の懸濁液には界面活性剤、増粘剤、水溶性高分子、防腐剤等の添加物を通常の用途通り、必要に応じて用いることができる。
【００１６】
【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。
初めに本発明に好適な膨潤性層状ケイ酸塩と水の温度を試験した。
Ｎａ型四ケイ素雲母の鉱塊（トピー工業（株）製）を打錠機により、直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状のペレットに９０個加工し、電気炉でそれぞれ１５個ずつを２０℃、１００℃、２００℃、３００℃、６００℃、９００℃に加熱した。そのペレットを電気炉から取り出した後、速やかに水温がそれぞれ５℃、２０℃、１００℃であるステンレス製の容器に入れた０．５リットルの水中に５個ずつ投じ、金へらを用いて攪拌し、その後１時間静置して分散させた。
この懸濁液を遠心力７００Ｇ、２分の条件で遠心分級して、コロイド化した粒子と沈澱物とに分離し、各々の乾燥重量を計量し、重量％を算出した。また、乾燥した沈降物の陽イオン交換容量（ＣＥＣ）をＣａ吸着法により測定した。
結果を表１〜３に示す。
【００１７】
0004643051.tif 000002
【００１８】
0004643051.tif 000003
【００１９】
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【００２０】
水の温度が５、２０、１００℃の条件いずれにおいても、膨潤性層状ケイ酸塩の温度が１００℃以上になるとコロイド分乾燥重量％は５０％を越える。また、水の温度が５、２０℃の条件においては膨潤性層状ケイ酸塩の温度が２００℃以上で、水の温度が１００℃の条件においては膨潤性層状ケイ酸塩の温度が３００℃以上で、コロイド分乾燥重量％が６０％を越え、沈澱物のＣＥＣも２０meq/100g未満となる。また、水の温度が５、２０、１００℃の条件いずれにおいても、膨潤性層状ケイ酸塩の温度が６００℃以上になるとコロイド分乾燥重量％の増加は殆ど飽和する。
これより、本発明に好適な膨潤性層状ケイ酸塩の温度は１００〜９００℃、水の温度は５〜１００℃、膨潤性層状ケイ酸塩と水の温度差は１００℃以上であり、特に膨潤性層状ケイ酸塩の温度が２００〜６００℃、膨潤性層状ケイ酸塩と水の温度差は２００℃以上であることが好適であることが示される。
【００２１】
実施例１
熔融合成法で合成したＮａ型四ケイ素雲母の鉱塊を熱いうちに金槌を用いて直径５０ｍｍの塊状に粗砕した。その鉱塊を表面温度５００℃の時にステンレス製の容器に入れた５リットルの水中に投じ、金へらを用いて攪拌し、その後１時間静置して分散させた。
実施例２
熔融合成法で合成したＮａ型ヘラクレイトの鉱塊を熱いうちに金槌を用いて直径５０ｍｍの塊状に粗砕した。その鉱塊を表面温度５００℃の時にステンレス製の容器に入れた５リットルの水中に投じ、金へらを用いて攪拌し、その後１時間静置して分散させた。
【００２２】
実施例３
米国ワイオミング産の天然ベントナイトから直径１０ｍｍの塊状の原鉱を５個選び電気炉で５００℃に加熱した。その原鉱塊を電気炉から取り出した後速やかにステンレス製の容器に入れた０．５リットルの水中に投じ、金へらを用いて攪拌し、その後１時間静置して分散させた。
実施例４
Ｎａ型四ケイ素雲母の鉱塊（トピー工業（株）製）を打錠機により、直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状のペレットに５個加工し、電気炉で５００℃に加熱した。そのペレットを電気炉から取り出した後速やかにステンレス製の容器に入れた０．５リットルの水中に投じ、金へらを用いて攪拌し、その後１時間静置して分散させた。
【００２３】
比較例１
熔融合成法で合成したＮａ型四ケイ素雲母の鉱塊を熱いうちに金槌を用いて直径５０ｍｍの塊状に粗砕した。その鉱塊を常温まで冷却後、ステンレス製の容器に入れた５リットルの水中に投じ、プロペラ攪拌機を用いて６００ｒｐｍで２４時間攪拌し、分散させた。
比較例２
熔融合成法で合成したＮａ型ヘラクレイトの鉱塊を熱いうちに金槌を用いて直径５０ｍｍの塊状に粗砕した。その鉱塊を常温まで冷却後、ステンレス製の容器に入れた５リットルの水中に投じ、プロペラ攪拌機を用いて２４時間攪拌し、分散させた。
【００２４】
比較例３
米国ワイオミング産の天然ベントナイトから直径１０ｍｍの塊状の原鉱を５個選び電気炉で５００℃に加熱した。その原鉱塊を電気炉から取り出した後、蒸発皿に乗せデシケーター内で吸湿しないようにしながら常温まで冷却した。その後ステンレス製の容器に入れた０．５リットルの水中に投じ、プロペラ攪拌機を用いて２４時間攪拌し、分散させた。
比較例４
Ｎａ型四ケイ素雲母の鉱塊（トピー工業（株）製）を打錠機により、直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状のペレットに５個加工し、電気炉で５００℃に加熱した。そのペレットを電気炉から取り出した後、蒸発皿に乗せデシケーター内で吸湿しないようにしながら常温まで冷却した。その後ステンレス製の容器に入れた０．５リットルの水中に投じ、プロペラ攪拌機を用いて２４時間攪拌し、分散させた。
【００２５】
実施例１〜４、比較例１〜４の懸濁液を遠心力７００Ｇ、２分の条件で遠心分級して、コロイド化した粒子と沈澱物とに分離し、各々の乾燥重量を計量し、重量％を算出した。また、乾燥した沈降物の陽イオン交換容量（ＣＥＣ）をＣａ吸着法により測定した。
結果を表４に示す。
【００２６】
0004643051.tif 000005
【００２７】
前記表４より明らかなように、分散時間が実施例１〜４では１時間、比較例１〜４では２４時間であるにも関わらず、実施例１〜４に対して比較例１〜４ではコロイド化した粒子の量が少ない。これは、比較例１〜４では粒度の粗い膨潤性層状ケイ酸塩粒子が膨潤しにくいためコロイド化できず、沈降していることを示している。また沈降物の陽イオン交換容量について、実施例１〜４では２meq/100g以下であるのに対して比較例１〜４では１０〜３２meq/100gと大きい値を示していることからも、比較例１〜４では交換性陽イオン容量を持つ膨潤性層状ケイ酸塩が沈降物に存在していることが確認できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、短時間で均一に分散・コロイド化することができ、且つ大量に生産し得て、工業的に実施するのに有利な膨潤性層状ケイ酸塩懸濁液の製造方法を得ることができる。