(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの原料供給管が合流し、該合流部にて１つの排出管と連結してなり、それぞれの原料供給管には絞り部径が各々ｄ１及びｄ１’の絞り部が設けられ、これら絞り部の流出口から合流部までの距離Ｒは等しく、かつ該距離Ｒは、絞り部径ｄ１及びｄ１’の１〜９倍であるＹ字型の反応装置を使用し、該反応装置の原料供給管から鉱酸と珪酸ソーダ溶液を各々供給し、上記合流部にて両成分を接触させて得られた反応生成物を、流速１．０ｍ／秒以上で排出管から流出させることを特徴とするシリカゾルの製造方法。
【請求項２】
鉱酸が２〜７Ｎであって、珪酸ソーダ溶液中のＳｉＯ２成分の含有量が１００〜３００ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１記載のシリカゾルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｙ字型の反応装置を使用したシリカゾルの新規な製造方法に関する。詳しくは、Ｙ字型の反応装置に鉱酸と珪酸ソーダ溶液とを供給し、接触させてシリカゾルを得る方法において、反応生成物時に微細なゲル化物の発生を防止し、均質なシリカゾルを効率よく製造することができるシリカゾルの製造方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工業的に製造されるシリカゾルは、攪拌中の鉱酸に珪酸ソーダ溶液を添加する方法、イオン交換樹脂を用いて珪酸ソーダ水溶液から製造する方法、アルキルシリケートを酸あるいはアルカリにより加水分解する方法等により製造されてきた。
【０００３】
その中で、我々は、シリカゾルを簡易的に製造するため、２つの原料供給管が合流し、該合流部にて排出管と連結してなるＹ字型の反応装置を使用して、高濃度の鉱酸と珪酸ソーダ溶液とを１０ｍ／秒以上の流速で接触させることにより、高濃度のシリカゾルを効率よく製造する方法を見出し提案した（特開昭６１−２２７９１５号）。上記方法の目的は、このようにして得られた高濃度のシリカゾルより均質なシリカゲルを得ることである。
【０００４】
近年、シリカゾルの用途として、シリカゲルの原料に使用される濃度よりも希薄な溶液を原料とする、水処理剤、製紙用等がある。これらの用途においては、ゲル化物を実質的に含まない均質なシリカゾルであって、数分間でゲル化することも無く、そのゾルの粘度が６〜３０ｍＰａ．ｓ程度にコントロールされたシリカゾルが望まれる。そのため、これらの用途に適用したシリカゾルを得るためには、特開昭６１−２２７９１５号の実施形態よりも、鉱酸の濃度が低く、珪酸ソーダ溶液のＳｉＯ２含量を低い原料が使用される。
【０００５】
そこで、我々は、上記用途に適用したシリカゾルを得る目的で、前記Ｙ字型の反応装置を使用して、鉱酸の濃度、珪酸ソーダ溶液のＳｉＯ２含量の低い原料を用いてシリカゾルの製造を試みた。しかしながら、得られたシリカゾルは一部微細なゲル化物を含むため、上記用途の原料としてはそのまま使用することが出来ず、ゲル化物を実質的に含まない均質なシリカゾルの製造方法の開発が望まれていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、Ｙ字型の反応装置を使用して、微細なゲル化物を実質的に含まない均質なシリカゾルを、効率よく製造できる方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を続けてきた。その結果、Ｙ字型の反応装置において、鉱酸と珪酸ソーダ溶液とが衝突混合後、反応液は排出管内を満たし液流として流出するが、その際の流速が遅い場合は、混合が十分に行われず、微細なゲル化物が生成し易い状態になるとの知見を得た。そして、かかる知見に基づき、更に研究を重ねた結果、鉱酸と珪酸ソーダ溶液を接触させて得られる反応生成物を特定の流速以上で流出させることにより、鉱酸と珪酸ソーダ溶液が十分に混合されゲル化物の発生もなく、均質なシリカゾルを製造できることを見出し、本発明を提案するに至った。即ち本発明は、２つの原料供給管が合流し、該合流部にて１つの排出管と連結してなり、それぞれの原料供給管には絞り部径が各々ｄ１及びｄ１’の絞り部が設けられ、これら絞り部の流出口から合流部までの距離Ｒは等しく、かつ該距離Ｒは、絞り部径ｄ１及びｄ１’の１〜９倍であるＹ字型の反応装置を使用し、該反応装置の原料供給管から鉱酸と珪酸ソーダ溶液を各々供給し、上記合流部にて両成分を接触させて得られた反応生成物を、流速１．０ｍ／秒以上で排出管から流出させることを特徴とするシリカゾルの製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明に用いるＹ字型の反応装置としては、基本的には２つの原料供給管が合流し、該合流部にて１つの排出管と連結した構造を有する。図１に本発明に使用するＹ字型の反応装置の例を示す。図１に示すように、このＹ字型の反応装置は、鉱酸または珪酸ソーダ溶液が供給される原料供給管１、１’が合流し、合流部３にて排出管２が連結してなる。また、このＹ字型の反応装置は、原料供給管１、１’において、原料の流速を調整するための絞り部４、４’を設けたものを使用することができる。
【００１０】
本発明に用いる鉱酸としては、例えば硫酸、塩酸、硝酸等が挙げられ、特に硫酸が好適に用いられる。また、均質であって短時間でゲル化しないシリカゾルを得るためには、鉱酸の濃度は２〜７Ｎ、特に３〜６Ｎが好ましい。
【００１１】
本発明に用いる珪酸ソーダ溶液は、一般式ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで示される水溶性の珪酸ソーダで該溶液のＳｉＯ２とＮａ２Ｏのモル比（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ）が２．５〜４．０のものが使用される。また、均質であって短時間でゲル化しないシリカゾルを得るためには、ＳｉＯ２成分の含有量は１００〜３００ｇ／Ｌ、特に２００〜２９０ｇ／Ｌが好ましい。
【００１２】
上記濃度の鉱酸及び珪酸ソーダ溶液を原料として、特開昭６１−２２７９１５号の実施例に記載されている条件でシリカゾルを製造したところ、得られたシリカゾル中に微細なゲル化物が生成し、水処理剤、製紙用等の原料として使用する場合、有効なシリカ量の減少を招くばかりでなく、該ゲル化物を除去するための工程を別途必要とした。そのため、Ｙ字型の反応装置を用いて、ゲル化物の出来ない均質なシリカゾルを得るために様々な検討を行ったところ、本発明にあっては、鉱酸と珪酸ソーダ溶液を接触させて得られた反応生成物を流速１．０m／秒以上で排出管から流出させ、合流部にて十分混合させることにより、微細なゲル化物が生じる問題を解決した。
【００１３】
即ち、本発明の最大の特徴は、図１に示すようなＹ字型の反応装置を使用して、鉱酸と珪酸ソーダ溶液を接触させて得られた反応生成物を流速１．０ｍ／秒以上、好ましくは１．３ｍ／秒以上で排出管から流出させることにある。該反応生成物の流速が１．０ｍ／秒未満の場合は、供給する原料の流速を上げて衝突による混合を強く行っても微細なゲル化物の発生を抑えることができない。一方、該反応生成物を流出させる流速の上限については制限されないが、一般には２０ｍ／秒で、それ以上速くすることはポンプの多大エネルギーを必要とし、また効果も同様となり、それ以上の効果を得ることはできない。
【００１４】
本発明において、均質なシリカゾルが得られる効果は、Ｙ字型の反応装置を使用して、鉱酸と珪酸ソーダ溶液を衝突させることによる混合と、得られる反応生成物の流速を早くすることによる反応系の混合との相乗効果によって得られる。
【００１５】
本発明において、該反応生成物を流速１．０ｍ／秒以上で流出させる態様は特に制限されることはないが、具体的には、絞り部４，４'から供給される液量の合計より、排出管内の流速が１．０ｍ／秒以上になるように、原料の供給量、排出口径等を決定してやればよい。
【００１６】
本発明において、原料供給管に各々供給される鉱酸と珪酸ソーダ溶液の流速は特に制限されるものではないが、絞り部の流速が鉱酸、珪酸ソーダ溶液ともに５ｍ／秒以上、好ましくは７ｍ／秒以上、更に好ましくは１０ｍ／秒以上であることが、合流部３にて、均一な反応を行うことができるため好ましい。なお、この方法においては、鉱酸と珪酸ソーダ溶液の両成分が上記の流速であることが均質なシリカゾルを得るためには好ましい。
【００１７】
本発明においては、均質なシリカゾルを得るために、Ｙ字型の反応装置の絞り部４、４’の流出口から合流部３までの距離Ｒは、絞り部径ｄ１、ｄ１’の１〜９倍（Ｒ／ｄ１またはｄ１’＝１〜９）である（ただし、絞り部４の流出口から合流部３までの距離と、絞り部４’の流出口から合流部３までの距離は等しい）。
【００１８】
本発明に用いるＹ字型の反応装置の材質は、鉱酸、珪酸ソーダ溶液等の耐薬品性に優れたものであれば例えばガラス、金属、プラスチック、ゴム等の公知のものが特に制限なく使用できる。
【００１９】
本発明において、Ｙ字型の反応装置を組み入れた工程を具体的に示せば、図2に示すように鉱酸と珪酸ソーダ溶液を原料供給管１、１’に供給するための原料貯槽５、５’及びポンプ６、６’等の原料移送手段が、一方シリカゾル排出管２の後には、得られたシリカゾルを貯蔵しておくためのシリカゾル貯槽７が接続したものが一般的である。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
【００２１】
実施例１
大きさ８０×８０ｍｍのＹ字型の反応装置を使用し、４．１６Ｎの硫酸を絞り部径４ｍｍに９．２Ｌ／ｍｉｎ．及びＳｉＯ２成分の含有量が２７１．４ｇ／Ｌの珪酸ソーダ水溶液を絞り部径（ｄ１）４．２ｍｍに１１．３４Ｌ／ｍｉｎ．で各々供給し、絞り部の流出口から合流部までの距離（Ｒ）と絞り部径（ｄ１）の比を２．５、排出口径１５ｍｍ，排出時の流速１．９ｍ／秒にして、１０分反応させ、２０５Ｌのゲル化物のない均質なシリカゾルを得た。
【００２２】
そのシリカゾル中のＳｉＯ２濃度は１４．９ｇ／１００ｍｌで、ｐＨは１．３９であった。その結果を表１に示す。
【００２３】
実施例２
実施例１と同じ濃度の硫酸、珪酸ソーダ水溶液を使用して、硫酸を９．５Ｌ／ｍｉｎ．、珪酸ソーダ溶液を１０．８Ｌ／ｍｉｎ．で各々供給し、排出口径１４ｍｍ、排出時の流速２．２ｍ／秒にした以外は実施例１と同様の操作を行った。その結果を表１に示す。
【００２４】
実施例３
大きさ４０×４０ｍｍのＹ字型の反応装置を使用して、４．０７Ｎの硫酸を絞り部径２．４ｍｍに３．０９Ｌ／ｍｉｎ．及びＳｉＯ２成分の含有量が２６５．８ｇ／Ｌの珪酸ソーダ水溶液を絞り部径（ｄ１）２．６ｍｍに３．７３Ｌ／ｍｉｎ．で各々供給し、絞り部の流出口から合流部までの距離（Ｒ）と絞り部径（ｄ１）の比を３．８、排出口径９ｍｍ，排出時の流速１．８ｍ／秒にして、２５分反応させ、１７０Ｌのゲル化物の無いシリカゾルを得た。その結果を表１に示す。
【００２５】
実施例４
４．２４Ｎの硫酸を絞り部径１．４ｍｍに１．０５Ｌ／ｍｉｎ．及びＳｉＯ２成分の含有量が２７１．７ｇ／Ｌの珪酸ソーダ水溶液を絞り部径（ｄ１）１．２ｍｍに１．２Ｌ／ｍｉｎ．で各々供給し、絞り部の流出口から合流部までの距離（Ｒ）と絞り部径（ｄ１）の比を８．３、排出口径６ｍｍ、排出時の流速１．３ｍ／秒にした以外は実施例３と同様の操作を行った。その結果を表１に示す。
比較例１
実施例１と同じ大きさのＹ字管反応装置を用いて、４．１２Ｎの硫酸を絞り部径４ｍｍに１０Ｌ／ｍｉｎ．及びＳｉＯ２成分の含有量が２７０ｇ／Ｌの珪酸ソーダ水溶液を絞り部径（ｄ１）４ｍｍに１１．５Ｌ／ｍｉｎ．で各々供給し、絞り部の流出口から合流部までの距離（Ｒ）と絞り部径（ｄ１）の比を６．３、排出口径３０ｍｍ、排出時の流速０．５１ｍ／秒とした以外は実施例１と同様の操作を行った。得られた反応生成物は、反応開始時から白いゲル化物を含んでなり、そのゲル化物が反応液液面に浮かんだものであった。その結果を表１に示す。
【００２６】
比較例２
実施例１の大きさのＹ字管反応装置を用いて、４．０３Ｎの硫酸を絞り部径４ｍｍに９．３４Ｌ／ｍｉｎ．及びＳｉＯ２成分の含有量が２７５．７ｇ／Ｌの珪酸ソーダ水溶液を絞り部径（ｄ１）４．２ｍｍに１０．７Ｌ／ｍｉｎ．で各々供給し、絞り部の流出口から合流部までの距離（Ｒ）と絞り部径（ｄ１）の比を２．５、排出口径を３０ｍｍ、排出時の流速０．４７ｍ／秒とした以外は、実施例１と同様の操作を行った。得られた反応生成物は、反応開始時よりゲル化物を含んでいた。その結果を表１に示す。
【００２７】
比較例３
実施例３と同じ大きさのＹ字管反応装置を用いて、４．０３Ｎの硫酸を絞り部径２．４ｍｍに３．７５Ｌ／ｍｉｎ．及びＳｉＯ２成分の含有量が２７５．７ｇ／Ｌの珪酸ソーダ水溶液を絞り部径（ｄ１）２．６ｍｍに４．４８Ｌ／ｍｉｎ．で各々供給し、絞り部の流出口から合流部までの距離（Ｒ）と絞り部径（ｄ１）の比を３．８、排出口径を１４ｍｍ、排出時の流速を０．８９ｍ／秒とした以外は、実施例３と同様の操作を行った。得られた反応生成物は、反応開始時から白色のゲル化物を含んでいた。その結果を表１に示す。
【００２８】
比較例４
実施例４において、硫酸を０．９２Ｌ／min．珪酸ソーダ水溶液を１．０２Ｌ／ｍｉｎ．で各々供給し、排出口径９ｍｍにして排出時の流速を０．５１ｍ／秒とした以外は、実施例３と同様の操作を行った。得られた反応生成物は、反応開始時から白色のゲル化物を含んでいた。その結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
0004014882.tif 000002
【００３０】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、鉱酸と珪酸ソーダ溶液を接触させて得られたシリカゾルを特定の流速で取り出すことにより、高濃度であって均質なシリカゾルを簡便に生成することができる。また、本発明の方法により得られたシリカゾルは、土壌固化剤、水処理の凝集剤、紙のコーティング剤、鋳物の成形助剤、シリカゲル，合成石英等の原材料として使用することができる。
【００３１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる反応装置の代表的な１例を示す概要図である。
【図２】本発明の代表的なフロー図である。
【符号の説明】
１、１’：原料供給管
２：排出管
３：合流部
４、４’：絞り部
Ｒ：絞り部の流出口から合流部までの距離
ｄ１、ｄ１’：絞り部径
ｄ２：排出口径
５、５’：原料貯槽
６、６’：ポンプ
７：シリカゾル貯槽
【図１】
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【図２】
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