(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘土鉱物と水性溶媒からなり、粘土鉱物が粒子状態で分散し、粘土鉱物の水性分散液を少なくとも２４時間以上分散液の状態で保持し、かつ、流動性を有する分散液を液滴にした後に乾燥させて、粉末にすることを特徴とする粘土鉱物粉末の製造方法。
【請求項２】
粘土鉱物と水性溶媒からなり、粘土鉱物が粒子状態で分散し、粘土鉱物の水性分散液を１００℃以下の温度で加熱し、かつ、流動性を有する分散液を液滴にした後に乾燥させて、粉末にすることを特徴とする粘土鉱物粉末の製造方法。
【請求項３】
粘土鉱物と水性溶媒からなり、粘土鉱物が粒子状態で分散し、粘土鉱物の水性分散液を１００℃以下の温度で加熱し、粘土鉱物の水性分散液を少なくとも２４時間以上分散液の状態で保持し、かつ、流動性を有する分散液を液滴にした後に乾燥させて、粉末にすることを特徴とする粘土鉱物粉末の製造方法。
【請求項４】
粘土鉱物を水性溶媒に分散させるに際し、剪断による攪拌を加えて分散液を製造することを特徴とする請求項１ないし３に記載の粘土鉱物粉末の製造方法。
【請求項５】
水熱合成で生成された分散液を用いることを特徴とする請求項１ないし４に記載の粘土鉱物粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粘土鉱物イオン交換体や粘土鉱物の有機複合体、有機ポリマー複合体もしくは無機複合体の製造に用いられる粘土鉱物粉末の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粘土鉱物粉末の製造方法としては、粘土鉱物と水性溶媒からなる分散液を乾燥させて固形物とし、しかる後に、この固形物を粉砕する方法が一般的である。この場合、粘土鉱物は、粉砕により結晶が変質するので、粉砕により製造された粘土鉱物粉末には、結晶構造の不整化や崩壊が発生している。
【０００３】
結晶が変質し、結晶構造の不整化や崩壊を生じている粘土鉱物粉末をイオン交換体として用いた場合や、この粉末を用いて有機複合体や有機ポリマー複合体もしくは無機複合体を製造した場合に、十分な特性を有するものが得られないという問題があった。
【０００４】
また、粘土鉱物の分散液を噴霧乾燥することにより粘土鉱物粉末を作成する方法が、例えば、特公平７−５２９２号公報に開示されている。
【０００５】
特公平７−５２９２号公報による製法は、水膨潤性粘土鉱物を水性溶媒に分散させてゲル化し、しかる後に、この分散液を噴霧乾燥する方法である。しかしながら、粘土鉱物の分散液はゲル化すると固化し、送液が困難となるため、僅かな量しか製造できないという問題がある。さらに、通常の方法で製造された分散液には、結晶の不整や崩壊を生じている粘土鉱物塊が残留するので、製造された粘土鉱物粉末には結晶構造の不整化や崩壊が残っているという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の製造法で生じる前記問題点を解決するために、粘土鉱物粉末の結晶が変質することのない、すなわち、結晶構造の不整化や崩壊を発生させない粘土鉱物粉末の製造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】
本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、粘土鉱物と水性溶媒からなり、粘土鉱物が粒子状態で分散し、かつ、流動性を有する分散液を液滴にした後に乾燥させて、粉末にすることにより、粘土鉱物粉末の結晶の変質を抑えることができることを見出した。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
粘土鉱物と水性溶媒からなり、粘土鉱物が粒子状態で分散し、かつ、流動性を有する分散液を液滴にした後に乾燥させることにより、固形分が粉末として得られる。分散液を液滴にする方法としては、霧吹きによる方法が簡便であるが、回転羽根や二流体ノズルなどを用いても良く、その他の種々の方法を用いても良い。液滴を乾燥させる方法は、熱風による方法が好ましいが、赤外線による加熱や乾燥空気による方法など、その他種々の方法でも良い。
【００１０】
本発明の粘土鉱物は、水膨潤性を有するものであれば種々の粘土鉱物を用いることができる。例えば、スメクタイトを挙げることができる。
【００１１】
粘土鉱物は、微細な粒子であり、粘土鉱物の種類により種々の形状と大きさを有している。例えば、スメクタイトの粒子は、形状は薄片状で、大きさは０．１μｍ×０．１μｍ×〜０．００１μｍないし１μｍ×１μｍ×〜０．００１μｍである。乾燥固化した粘土鉱物塊では、この粒子が凝集し、塊となっている。数μｍ以上の粒径を有する粘土鉱物粉末は、この粒子の凝集体である。乾燥固化した粘土鉱物塊を水性溶媒に分散させると、大部分は粒子状態で分散するが、通常の攪拌では、一部は粘土鉱物塊の状態で残留する。この時、粘土鉱物塊に結晶の不整や崩壊が発生していると、この分散液を乾燥固化したものに結晶の不整や崩壊が残ってしまう。そこで、乾燥固化した粘土鉱物塊を水性溶媒に分散させる場合に、粘土鉱物を粒子単位で分散させ、しかる後に乾燥固化すると、結晶の不整や崩壊が修復されることを見出した。
【００１２】
粘土鉱物と水性溶媒からなる分散液は、粘土鉱物の含有量が多いと流動性が失われ、液滴にならない。流動性が失われる含有量は、粘土鉱物の種類や分散液の放置時間に依存する。また、放置によって流動性の失われた分散液は、攪拌することにより流動性を回復することがある。従って、本発明に用いる分散液は、流動性の失われることのない粘土鉱物含有量、あるいは流動性が失われても攪拌によって流動性が回復する粘土鉱物含有量を有する。
【００１３】
固体の粘土鉱物を水性溶媒に分散させるに際しては、この分散液に剪断による攪拌を加えることが好ましい。剪断による攪拌は、例えば、回転羽根を高速で回転させることにより行う。特に、ミキサーなどを用いる場合には、十分な剪断力を得るために２００〜３００Ｗ／ｌの所要動力の範囲で行うことが好ましい。この剪断による攪拌で、水性溶媒中、粘土鉱物を短時間に粒子単位で分散させることができる。この方法には、回転羽根式のミキサー以外にも、剪断による攪拌であれば種々の方法を用いても良い。
【００１４】
粘土鉱物と水性溶媒からなる分散液は、少なくとも２４時間以上、分散液の状態で保持することが好ましい。分散液の状態で保持することで、残留している粘土鉱物塊を膨潤作用により粒子単位にまで細かくすることができる。
【００１５】
粘土鉱物と水性溶媒からなる分散液は、１００℃以下の温度で加熱することが好ましい。分散液を加熱することで膨潤作用が強くなり、残留している粘土鉱物塊を効率良く粒子単位にまで細かくすることができる。
【００１６】
粘土鉱物と水性溶媒からなる分散液は、水熱合成で製造された分散液を用いることができる。粘土鉱物が粒子状態で分散しているので、結晶の不整や崩壊を生じていない粘土鉱物粉末を得ることができる。
【００１７】
粘土鉱物粒子の分散状態は、島津自記分光光度計  ＵＶ−２１００（島津製作所製）、測定用のセルは光路長１０ｍｍの角型セルを用いて、分散液の光透過率を測定することにより評価した。分散状態における光透過率は、粒子が大きくなるとともに低下することが知られている（例えば、分散・凝集の解明と応用技術ｐ．１４  （株）テクノシステム）。５００ｎｍの光透過率が８５％以上、好ましくは９０％以上であれば、分散状態は良好であると判定した。
【００１８】
本発明の方法では、液滴の大きさを制御することにより、製造される粘土鉱物粉末の粒径を制御することができる。液滴の直径をＬ（μｍ）、粘土鉱物の含有量をＣ（重量％）、粘土鉱物の密度をＭ（ｇ／ｃｍ3）、液滴の密度を１．０ｇ／ｃｍ3とすると、粘土鉱物粉末の粒径は、おおよそ  （Ｃ／１００・Ｍ）1/3・Ｌ  となる。例えば、密度が２．８ｇ／ｃｍ3の粘土鉱物の含有量が１重量％の直径１００μｍの液滴からは、乾燥により９９％の水分が蒸発して、直径が約１５μｍの粘土鉱物粉末が得られる。
【００１９】
上記のようにして得られた分散液を液滴にする方法としては、分散液を噴霧する方法、シャワーや滴下する方法等が挙げられるが、本発明の粘土鉱物粉末が得られるならば限定されるものではない。
【００２０】
粘土鉱物の結晶の変質、すなわち、結晶構造の不整化や崩壊の程度は、粉末Ｘ線回折の００１ピークの半値幅を用い評価できる。不整化の増大や崩壊による結晶粒子径の減少により、半値幅は増大することが知られている。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を実施例をもってさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２２】
実施例１
ヘクトライト（商品名  ラポナイトＲＤ、日本シリカ製）６０ｇを１９４０ｇの純水にミキサーを用いて１０分攪拌し、分散させ、この分散液を４日間静置した。この時、粘土鉱物粒子の分散状態は良好であった。次いで、この分散液を噴霧による液滴化および熱風乾燥により粉末を得た。得られた粉末の形状は球であり、平均粒径は１６μｍであった。この粉末の粉末Ｘ線回折をＣｕＫαで測定し、００１ピークの半値幅を求めたところ、２θで１．８度であった。
【００２３】
実施例２
ヘクトライト（商品名  ラポナイトＲＤ、日本シリカ製）６０ｇを１９４０ｇの純水にスターラーを用いて６０分攪拌し、分散させ、この分散液を４日間静置した。この時、粘土鉱物粒子の分散状態は良好であった。次いで、この分散液を噴霧による液滴化および熱風乾燥により粉末を得た。得られた粉末の形状は球であり、平均粒径は３０μｍであった。この粉末の粉末Ｘ線回折をＣｕＫαで測定し、００１ピークの半値幅を求めたところ、２θで１．９度であった。
【００２４】
実施例３
ヘクトライト（商品名  ラポナイトＲＤ、日本シリカ製）６０ｇを１９４０ｇの純水にスターラーを用いて６０分攪拌し、分散させ、この分散液を９０℃で１時間、スターラーで攪拌しながら加熱した。この時、粘土鉱物粒子の分散状態は良好であった。次いで、この分散液を噴霧による液滴化および熱風乾燥により粉末を得た。得られた粉末の形状は球であり、平均粒径は２１μｍであった。この粉末の粉末Ｘ線回折をＣｕＫαで測定し、００１ピークの半値幅を求めたところ、２θで１．９度であった。
【００２５】
実施例４
ヘクトライトをオートクレーブを用いて、水熱合成（温度：２００℃，圧力：自然圧）し、得られた分散液を噴霧による液滴化および熱風乾燥により粉末を得た。得られた粉末の形状は球であった。この粉末の粉末Ｘ線回折をＣｕＫαで測定し、００１ピークの半値幅を求めたところ、２θで１．７度であった。
【００２６】
参考例
ヘクトライト（商品名  ラポナイトＲＤ、日本シリカ製）６０ｇを１９４０ｇの純水にスターラーを用いて６０分攪拌し、分散させた。この時、粘土鉱物粒子の分散状態はほぼ良好であった。次いで、この分散液を噴霧による液滴化および熱風乾燥により粉末を得た。得られた粉末の形状は球であり、平均粒径は１６μｍであった。この粉末の粉末Ｘ線回折をＣｕＫαで測定し、００１ピークの半値幅を求めたところ、２θで２．０度であった。
【００２７】
比較例１
ヘクトライト（商品名  ラポナイトＲＤ、日本シリカ製）９ｇを２９１ｇの純水にスターラーで攪拌して分散させ、これを７５℃で乾燥して固形物を得た。これをアルミナの乳鉢と乳棒で粉砕し、粉末を得た。この粉末の粉末Ｘ線回折をＣｕＫαで測定し、００１ピークの半値幅を求めたところ、２θで２．１度であった。
【００２８】
比較例２
ヘクトライトをオートクレーブを用いて、水熱合成（温度：２００℃，圧力：自然圧）し、得られた分散液を７５℃で乾燥して固形物を得た。これをアルミナの乳鉢と乳棒を用いて粉砕し、粉末を得た。この粉末の粉末Ｘ線回折をＣｕＫαで測定し、００１ピークの半値幅を求めたところ、２θで２．１度であった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の製造方法を用いることにより、結晶の変質、すなわち、結晶構造の不整化や崩壊の抑えられた粘土鉱物粉末を製造することができる。
【００３０】
本発明の製造方法で得られた粘土鉱物粉末を用いてイオン交換体や粘土鉱物の有機複合体、有機ポリマー複合体もしくは無機複合体を製造すれば、十分な特性を有するものを製造でき、その工業的価値は高い。