(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥減量Ｙ（105℃、２時間）が次式(ｉ)で示されるように水分調整され、かつ水に対する動的濡れ速度Ｚが次式(ii)で示されるように水分調整され、７日間室温放置後もスラリー中でシリカが沈降しないことを特徴とするフュームドシリカ。
Ｙ ≧０.０１０４Ｘ−０.０１ …          (ｉ)
（Ｙ≦１０、ＸはBET比表面積５０〜４００ｍ2/ｇ）
Ｚ(N/s) ≧ −０.０１６２Ｘ ＋ ９.２ ……(ii)
【請求項２】
乾燥減量が２％以上〜１０％以下であって、水に対する動的濡れ速度が５(N/s)以上である請求項１に記載するフュームドシリカ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載するフュームドシリカを１０重量％以上含むシリカスラリー。
【請求項４】
基準範囲内のｐＨおよびシリカ濃度下における粘度(せん断速度100s-1)が５０mPa・s以下である請求項３に記載するシリカスラリー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学的研磨(ＣＭＰ)、塗料、印刷インキ、接着剤、シーラント、インクジェット記録紙などの材料に用いられ、高濃度でありながら高い流動性と分散性を有するシリカスラリーを得ることができる低増粘性フュームドシリカとそのスラリーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フュームドシリカは無水珪酸に分類され、水分吸着能力が小さい特性を有し、液体の粘度を向上する目的などに用いられる。少ない添加量で溶液の粘性を高める利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、フュームドシリカを高濃度スラリーの状態で利用する場合、その増粘性が高すぎるために分散性に問題があった。本発明は従来のフュームドシリカにおける上記問題を解決したものであり、フュームドシリカ表面に均一に水分を強制的に吸着させ、しかも凝集粒子を存在させないことによって、分散性に優れ、極性液体に対する濡れ性が良く、高濃度でも増粘性の低いスラリーを得ることができるフュームドシリカとそのスラリーを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決する手段】
すなわち、本発明は以下の構成からなる低増粘性フュームドシリカとそのスラリーに関する。
（１）乾燥減量Ｙ（105℃、２時間）が次式(ｉ)で示されるように水分調整され、かつ水に対する動的濡れ速度Ｚが次式(ii)で示されるように水分調整され、７日間室温放置後もスラリー中でシリカが沈降しないことを特徴とするフュームドシリカ。
Ｙ ≧０.０１０４Ｘ−０.０１ …          (ｉ)
（Ｙ≦１０、ＸはBET比表面積５０〜４００ｍ2/ｇ）
Ｚ(N/s) ≧ −０.０１６２Ｘ ＋ ９.２ ……(ii)
（２）乾燥減量が２％以上〜１０％以下であって、水に対する動的濡れ速度が５(N/s)以上である上記(１)に記載するフュームドシリカ。
（３）上記(１)または上記(２)に記載するフュームドシリカを１０重量％以上含むシリカスラリー。
（４）基準範囲内のｐＨおよびシリカ濃度下における粘度(せん断速度100s-1)が５０mPa ・s以下である上記(３)に記載するシリカスラリー。
【０００５】
本発明のフュームドシリカは、乾燥減量と動的濡れ性が所定の範囲内になるように水分調整することによって、液体(水)に対する濡れ性を高めると共に粒子の凝集を抑制したものであり、本発明のフュームドシリカによれば液中での分散性に優れた増粘性の低いスラリーを得ることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明のフュームドシリカは、乾燥減量Ｙ（105℃、2時間）が次式(i)で示されるように水分調整されたことを特徴とするものであり、また、水に対する動的濡れ速度Ｚが次式(ii)で示されることを特徴とするものである。なお、乾燥減量Ｙは例えば１０５℃で２時間乾燥したときの処理前のシリカ重量に対する乾燥後のシリカ重量比(％)である。
Ｙ≧０.０１０４Ｘ−０.０１            ……(i)
（ただし、Ｙ≦１０、ＸはBET比表面積50〜400m2/g）
Ｚ(N/s) ≧ −０.０１６２Ｘ ＋ ９.２    ……(ii)
【０００７】
乾燥減量Ｙが式(i)で示される値より低い場合には、フュームドシリカの液体(水)に対する濡れ性が悪く、そのため液体上面に滞留する時間が長くなり、液面でシリカの凝集物が形成されてゲル状物となる。このため液中に充分に分散することができなくなり、従ってスラリーの粘性が高くなり、シリカの分散が不十分なために経時によりシリカが次第に沈降する。なお、一般に乾燥減量Ｙの値が高ければ動的濡れ性Ｚも高くなる。ただし、乾燥減量Ｙが１０％を上回るものは、液体に対する濡れ性が向上してスラリーの粘性は低下するものの、フュームドシリカ自体が過剰な水分を有しているために、シリカ粒子がミクロな凝集状態から粗大な凝集状態に成長して液中での分散性が著しく低下した状態になる。従って、この場合にも、経時的にシリカが沈降するようになる。
【０００８】
動的濡れ速度Ｚ(N/s)は、フュームドシリカの液体(水)に対する濡れ性の指標になる値であり、この値が高いほど液体への濡れ時間は短いことを意味する。水分調整しないフュームドシリカは、一般的にBET比表面積が大きくなると、即ち一次粒子径が小さくなると、液体に対する濡れ性は低く、濡れ時間が長くなり、動的濡れ速度値は小さくなる。フュームドシリカの表面へ均一に適量の水分をシリカの凝集物を形成させることなく吸着させることによって、液体に対する濡れ性ないし濡れ速度を向上させることができる。
【０００９】
動的濡れ速度Ｚが式(ii)で示される値より小さいと、濡れ性が悪いために濡れ時間がかかり、その結果、液面でシリカの凝集物が形成されてゲル状物となり、充分に分散することができなくなる。このようなシリカの凝集構造が維持された状態では液体の粘性が高くなり、またシリカの分散が不十分であるために経時によりシリカの凝集体が沈降する。
【００１０】
本発明のフュームドシリカは、具体的には例えば、実施例に示すように、乾燥減量Ｙが２％以上〜１０％以下であって、水に対する動的濡れ速度Ｚが５(N/s)以上であるものが好ましい。乾燥減量Ｙが２％より小さいものは概ね動的濡れ速度Ｚも５(N/s)より低く、スラリーにしたときの粘性が格段に大きくなる。一方、乾燥減量Ｙが１０％を上回ると、スラリーの粘性は低くても、経時的にシリカ凝集体が沈降するようになる。乾燥減量Ｙと動的濡れ速度Ｚが上記範囲になるようにするには、フュームドシリカを相対湿度２０％以上の密閉系において結露しない温度条件下で水分調整すると良い。
【００１１】
乾燥減量Ｙと動的濡れ速度Ｚが上記範囲になるように水分調整したフュームドシリカは、基準範囲のｐＨおよびシリカ濃度（例えば、ｐＨ３〜５、シリカ濃度１０％以上）のシリカスラリーにおいて、粘度(せん断速度100s-1)が５０mPa s以下の低粘性のスラリーを得ることができ、しかも、このシリカスラリーは７日間室温放置してもシリカが沈降しない。
【００１２】
【実施例】
本発明について、実施例と比較例を以下に示す。なお、乾燥減量、比表面積、粘度、動的濡れ速度の測定方法、シリカスラリーの調製方法は以下のとおりである。また、これらの結果を表１に示した。
〔乾燥減量〕：シリカ微粉末を約１ｇ秤量瓶にサンプリングし、これを１０５℃で２時間乾燥して重量を測定し、乾燥前後の重量減少量の割合(％)を算出して吸着水分量とした。
〔BET比表面積〕：シリカ微粉末の表面に占有面積が既知の気体分子(窒素分子)を吸着させ、この気体分子の吸着量から比表面積を求める気相吸着法によって測定した。測定器具は柴田科学機会工業社製(SA1100)を用いた。
〔スラリー粘度〕：レオメータ(HAAKE社製品：RheoStree RS150)を用い、２重円筒管で２２℃の温度条件下、100ｓ-1のせん断速度で測定した。
〔動的濡れ速度〕：固体と液体の界面物性をウィルヘルミィ法により動的（時間変化・固体と液体の相対位置変化）に測定する動的濡れ試験機(レスカ社製品：WET-6100)を用いて測定した。具体的には、底面をメッシュによって封じたガラス管にシリカ粉末を入れ、これを垂直に液体内に浸漬させ、その底面がちょうど浸る程度で停止し、メッシュを通じて液体がシリカ中に浸透上昇するときの浸透液体の重量を電子天秤にて秤量し、この浸透時間２０秒後の液体加重量からシリカの動的濡れ速度(N/s)を求める。
〔スラリー調製法〕：純水１８０gをビーカー(500ml)に計量し、シリカ２０gを投入し、高速羽根型攪拌機（VMA-GETZMANN GmbH社製品：Dispermat）を用い、３０分間撹拌(5000rpm)して分散させ、シリカスラリーを調製した。スラリーのｐＨ調整は硝酸または酢酸などを用いて酸性側に、また水酸化カリウムまたは水酸化アンモニウムを用いてアルカリ側に任意に行った。
【００１３】
〔実施例１〕
温度６５℃に保った管内にスチーム３.６kg/hとシリカ搬送用乾燥空気８７Nm3/ｈおよびBET比表面積２００m2/gのフュームドシリカ(Aerosil200)を１４０kg/h導入し、吸着水分が平衡に達するまで管内を循環させた。管内相対湿度は２２％であった。この方法により調製したフュームドシリカの乾燥減量は２.６％であり、動的濡れ速度は６.２０(x10-5 N/s)であった。このシリカを純水中に１２重量％加えて撹拌し、分散させてシリカスラリーを調製したところ、ｐＨは４.０であった。またスラリーの粘度を測定したところ、100ｓ-1のせん断速度下での安定状態粘度は３５mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管してもシリカの沈降は見られなかった。
【００１４】
〔実施例２〕
温度８０℃に保った管内にスチーム５.４kg/hとシリカ搬送用乾燥空気４２Nm3/ｈおよびBET比表面積３１０m2/gのフュームドシリカ(Aerosil300)を１４０kg/h導入し、吸着水分が平衡に達するまで管内を循環させた。管内相対湿度は３０％であった。この方法により調製したフュームドシリカの乾燥減量は３.８％であり、動的濡れ速度は７.３２(x10-5 N/s)であった。このシリカを純水中に１２重量％加えて撹拌し、分散させてシリカスラリーを調製したところｐＨは３.９であった。またスラリーの粘度を測定したところ、100ｓ-1のせん断速度下での安定状態粘度は４２mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管してもシリカの沈降は見られなかった。
【００１５】
〔実施例３〕
温度５０℃に保った管内にスチーム３.６kg/hとシリカ搬送用乾燥空気８７Nm3/ｈおよびBET比表面積８６m2/gのフュームドシリカ(Aerosil90)を８０kg/h導入して、吸着水分が平衡に達するまで管内を循環させた。管内相対湿度は４０％であった。この方法により調製したフュームドシリカの乾燥減量は４.２％であり、動的濡れ速度は９.66(x10-5 N/s)であった。このシリカを純水中に１６重量％加えて撹拌し、分散させてシリカスラリーを調製したところ、ｐＨは４.４であった。またスラリーの粘度を測定したところ、100ｓ-1のせん断速度下での安定状態粘度は２４mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管してもシリカの沈降は見られなかった。
【００１６】
〔実施例４〕
温度５０℃に保った管内にスチーム１０kg/hとシリカ搬送用乾燥空気１１４Nm3/ｈおよびBET比表面積２００m2/gのフュームドシリカ(Aerosil200)を１１０kg/h導入して、吸着水分が平衡に達するまで管内を循環させた。管内相対湿度は５０％であった。この方法により調製したフュームドシリカの乾燥減量は８.６％であり、動的濡れ速度は８.７２(x10-5 N/s)であった。このシリカを純水中に１２重量％加えて撹拌し、分散させてシリカスラリーを調製したところ、ｐＨは４.２であった。また、スラリーの粘度を測定したところ、100ｓ-1のせん断速度下での安定状態粘度は２８mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管してもシリカの沈降は見られなかった。
【００１７】
〔実施例５〕
温度５０℃に保った管内にスチーム３.６kg/hとシリカ搬送用乾燥空気８７Nm3/ｈおよびBET比表面積５４m2/gのフュームドシリカ(Aerosil50)を８０kg/h導入して、吸着水分が平衡に達するまで管内を循環させた。管内相対湿度は４０％であった。この方法により調製したフュームドシリカの乾燥減量は３.６％であり、動的濡れ速度は１０.８(x10-5 N/s)であった。このシリカを純水中に２０重量％加えて撹拌し、分散させてシリカスラリーを調製したところ、ｐＨは４.６であった。スラリーの粘度を測定したところ、100ｓ-1のせん断速度下での安定状態粘度は２８mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管してもシリカの沈降は見られなかった。
【００１８】
〔実施例６〕
温度８０℃に保った管内にスチーム５.４kg/hとシリカ搬送用乾燥空気４２Nm3/ｈおよびBET比表面積３８６m2/gのフュームドシリカ(Aerosil380)を１２０kg/h導入して、吸着水分が平衡に達するまで管内を循環させた。管内相対湿度は３０％であった。この方法により調製したフュームドシリカの乾燥減量は４.２％であり、動的濡れ速度は５.８８(x10-5 N/s)であった。このシリカを純水中に１２重量％加えて撹拌し、分散させてシリカスラリーを調製したところ、ｐＨは４.０であった。また、スラリーの粘度を測定したところ、100ｓ-1のせん断速度下での安定状態粘度は４６mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管してもシリカの沈降は見られなかった。
【００１９】
〔実施例７〕
実施例１で水分調整したフュームドシリカ(Aerosil200)について、これを硝酸でｐＨを３.２に調整して動的濡れ速度を測定し、また１６％濃度のシリカスラリーを調製してその粘度を測定した。動的濡れ速度は７.４３(x10-5 N/s)であり、スラリーのｐＨは３.５、粘度は２６mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管してもシリカの沈降は見られなかった。
【００２０】
〔実施例８〕
実施例３で水分調整したフュームドシリカ(Aerosil90)について、これを水酸化カリウムでｐＨを１０.３に調整して動的濡れ速度を測定した。また１６％濃度のシリカスラリー調製してその粘度を測定した。動的濡れ速度は１１.２(x10-5 N/s)であり、スラリーのｐＨは１０.０、粘度は１２mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管してもシリカの沈降は見られなかった。
【００２１】
〔比較例１〕
市販のBET比表面積２０３m2/gのフュームドシリカ(Aerosil200)について、乾燥減量を測定したところ０.２８％であり、動的濡れ速度は１.６５(x10-5 N/s)であった。このシリカを純水中に１２重量％加えて撹拌し、分散させてシリカスラリーを調製したが、水中への濡れ性が悪く、容器の側面上部でゲル状のシリカが見られ、均一な分散液が得られなかった。この分散液のｐＨは４.１であった。この分散液をガラス棒でさらにかき混ぜてスラリーの粘度を測定したところ、100ｓ-1のせん断速度下での安定状態粘度は１６０mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管したところ、シリカ層の分離がみられ、一部沈降していた。
【００２２】
〔比較例２〕
温度６５℃に保った管内にスチーム２.０kg/hとシリカ搬送用乾燥空気８７Nm3/ｈおよびBET比表面積２００m2/gのフュームドシリカ(Aerosil200)を１００kg/h導入して、吸着水分が平衡に達するまで管内を循環させた。管内相対湿度は１０％であった。この方法により調製したフュームドシリカの乾燥減量は１.８％であり、動的濡れ速度は２.２６(x10-5 N/s)であった。このシリカを純水中に１２重量％加えて撹拌し、分散させてシリカスラリーを調製したところ、ｐＨは４.０であった。また、スラリーの粘度を測定したところ、100ｓ-1のせん断速度下での安定状態粘度は９８mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管したところ、一部にシリカの沈降がみられた。
【００２３】
〔比較例３〕
温度５０℃に保った管内にスチーム１３.５kg/hとシリカ搬送用乾燥空気８７Nm3/ｈおよびBET比表面積２００m2/gのフュームドシリカ(Aerosil200)を１００kg/h導入して、吸着水分が平衡に達するまで管内を循環させた。管内相対湿度は１００％以上であった。この方法により調製したフュームドシリカの乾燥減量は１２.８％であり、動的濡れ速度は１２.６(x10-5 N/s)であった。また、このシリカには白色の凝集物が多く見られた。このシリカを純水中に１２重量％加えて撹拌し、分散させてシリカスラリーを調製したところ、ｐＨは４.２であった。また、スラリーの粘度を測定したところ、100ｓ-1のせん断速度下での安定状態粘度は３０mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管したところシリカの沈降がみられた。
【００２４】
〔比較例４〕
温度４０℃に保った管内にスチーム６.７５kg/hとシリカ搬送用乾燥空気８７Nm3/ｈおよびBET比表面積８６m2/gのフュームドシリカ(Aerosil90)を５０kg/h導入して、吸着水分が平衡に達するまで管内を循環させた。管内相対湿度は１００％以上であった。この方法により調製したフュームドシリカの乾燥減量は１２.６％であり、動的濡れ速度は１６.８(x10-5 N/s)であった。また、このシリカには白色の凝集物が多く見られた。このシリカを純水中に１６重量％加えて撹拌し、分散させてシリカスラリーを調製したところ、ｐＨは４.３であった。また、スラリーの粘度を測定したところ、100ｓ-1のせん断速度下での安定状態粘度は１８mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管したところ、シリカの沈降がみられた。
【００２５】
〔比較例５〕
温度５０℃に保った管内にスチーム３.６kg/hとシリカ搬送用乾燥空気８７Nm3/ｈおよびBET比表面積５４m2/gのフュームドシリカ(Aerosil50)を２００kg/h導入して、吸着水分が平衡に達するまで管内を循環させた。管内相対湿度は４０％であった。この方法により調製したフュームドシリカの乾燥減量は１.６％であり、動的濡れ速度は３.７２(x10-5 N/s)であった。このシリカを純水中に２０重量％加えて撹拌し、分散させてシリカスラリーを調製したところ、濡れ性が悪く、液体界面で所々にシリカの凝集物が確認された。スラリーのｐＨは４.６であった。また、スラリーの粘度を測定したところ、100ｓ-1のせん断速度下での安定状態粘度は１０６mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管してもシリカの沈降は見られなかった。
【００２６】
〔比較例６〕
温度８０℃に保った管内にスチーム５.４kg/hとシリカ搬送用乾燥空気４２Nm3/ｈおよびBET比表面積３８０m2/gのフュームドシリカ(Aerosil380)を２５０kg/h導入して、吸着水分が平衡に達するまで管内を循環させた。管内相対湿度は３０％であった。この方法により調製したフュームドシリカの乾燥減量は２.０％であり、動的濡れ速度は２.０６(6x10-5 N/s)であった。このシリカを純水中に１２重量％加えて撹拌し、分散させてシリカスラリーを調製したところ、濡れ性が悪く、液体界面で所々にシリカの凝集物が確認された。スラリーのｐＨは４.０であった。また、スラリーの粘度を測定したところ、100ｓ-1のせん断速度下での安定状態粘度は２６０mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管してもシリカの沈降は見られなかった。
【００２７】
〔比較例７〕
比較例１のフュームドシリカ(Aerosil200)を硝酸でｐＨ３.２に調整した水溶液について動的濡れ速度を測定した。また１２％濃度のスラリーを調製し、その粘度を測定した。動的濡れ速度は２.０２(x10-5 N/s)であり、スラリーのｐＨは３.４、粘度は１１０mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管したところシリカの沈降が見られた。
【００２８】
〔比較例８〕
比較例３で調製したフュームドシリカ(Aerosil200)を水酸化カリウムでｐＨを１０.３に調整した水溶液について動的濡れ速度を測定した。また１０％濃度のスラリーを調製し、その粘度を測定した。動的濡れ速度は１３.８(x10-5 N/s)であり、スラリーのｐＨは１０.１、粘度は２２mPa sであった。このスラリーを７日間室温中に保管したところシリカの沈降が見られた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のフュームドシリカは、乾燥減量Ｙおよび動的濡れ速度Ｚが一定の基準に従うように水分調整したものであり、具体的には、好ましくは、乾燥減量Ｙが２％以上〜１０％以下であって、水に対する動的濡れ速度Ｚが５(N/s)以上になるように水分調整したものである。このフュームドシリカは、基準範囲のｐＨとシリカ濃度（例えば、ｐＨ３〜５、シリカ濃度１０％以上）のシリカスラリーにした場合、粘度(せん断速度100s-1)が５０mPa s以下の低粘性スラリーを得ることができ、しかも、このシリカスラリーは７日間室温放置してもシリカが沈降しない。
【００３０】
【表１】
0003965497.tif 000002