JP2003252620A - 層状ケイ酸塩及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、純度の高い層状ケイ酸塩粉
体及びその製造方法を提供することにある。 【解決手段】 クリストバライト含有量が体積分率で５
％以下、且つリヒテライト含有量が体積分率で５％以下
であり、且つ粉体の平均粒子径が１５μｍ以上であるこ
とを特徴とする層状ケイ酸塩粉体及び、熔融合成法によ
る層状ケイ酸塩粉体の製造方法において、目的とする層
状ケイ酸塩の化学組成に応じて配合される原料を急速に
融解させることを特徴とする層状ケイ酸塩粉体の製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は層状ケイ酸塩粉体及
びその製造方法、特に純度の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、層状ケイ酸塩を得る方法としては
熔融法が知られており、この方法では目的とする層状ケ
イ酸塩の化学組成に応じて配合した原料を内熱もしくは
外熱によって融かし、生成した熔融体を耐熱容器の中に
取り出した後、冷却過程で結晶化させて層状ケイ酸塩を
合成する。そして、実験レベルでの合成には外熱式の電
気炉を用い、配合原料を炉内に入れた後、室温から加熱
し、通常２時間以上かけて配合原料を完全に融解して合
成している。

【０００３】また、工業的に製造する場合には、大量の
配合原料をあらかじめ炉内に入れて一度に融かすため、
例えば熱効率のよい内熱式融解炉を用いたとしても３０
分以上かけて原料の融解を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法では熔融体中の揮発成分が抜けて組成が
くずれてしまったり、熔融体に組成的不均一が生じたり
してクリストバライトやリヒテライトなどの夾雑鉱物が
生成し、純度の高い層状ケイ酸塩の鉱塊を得ることはで
きなかった。このため、純度の高い層状ケイ酸塩を得る
ために、鉱塊を粉砕後水に分散させ遠心分級により夾雑
鉱物を除去する方法が一般的にとられている。しかし、
この方法ではコストがかかる上にクリストバライトのよ
うな微細な結晶を除去することができなかった。

【０００５】また、特願２００１−１０２９５９号に記
載されているようにＡｌやＬｉを添加して純度を上げる
方法が考えられているが、この方法ではクリストバライ
トの生成は抑えられるものの、リヒテライトの生成を抑
えることができなかった。本発明は前記従来技術の課題
に鑑み為されたものであり、その目的は純度の高い層状
ケイ酸塩粉体及びその製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題を
解決するために鋭意検討を行った結果、熔融合成法によ
る層状ケイ酸塩粉体の製造方法において、目的とする層
状ケイ酸塩の化学組成に応じて配合される原料を急速に
融解させることでクリストバライトやリヒテライト等の
夾雑鉱物の生成を減らし、層状ケイ酸塩の純度を向上さ
せ得ることを見出し、また、従来得られなかったクリス
トバライト及びリヒテライト含有量が極めて少ない層状
ケイ酸塩粉体が得られることを見出し本発明を完成する
に至った。すなわち、本発明の層状ケイ酸塩粉体は、ク
リストバライト含有量が体積分率で５％以下、且つリヒ
テライト含有量が体積分率で５％以下であり、且つ粉体
の平均粒子径が１５μｍ以上であることを特徴とする。

【０００７】また、本発明の層状ケイ酸塩の製造方法
は、熔融合成法による層状ケイ酸塩の製造方法におい
て、目的とする層状ケイ酸塩の化学組成に応じて配合さ
れる原料を急速に融解させることを特徴とする。また、
前記方法において、前記融解を２０分以内に行うことが
好適である。また、前記方法において、前記融解に高周
波誘導加熱を用いることが好適である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を詳述す
る。本発明の方法により製造される合成層状ケイ酸塩は
次式で表される。 Ｘ_{１／３〜１}Ｙ_２〜３Ｚ_４Ｏ_１０Ｆ_２ （上記式中、Ｘ、Ｙ、Ｚの位置に置換可能な元素をイオ
ンの形で示すと次の通りである。 Ｘ；Ｎａ^＋、Ｌｉ^＋、Ｋ^＋、Ｃａ^２＋、Ｓｒ^２＋、Ｂａ
^２＋ Ｙ；Ｍｇ^２＋、Ｌｉ^＋、Ｎｉ^２＋、Ｂ^３＋、Ｃｏ^３＋、
Ｚｎ^２＋、Ｍｎ^３＋、Ａｌ^３＋、Ｃｒ^３＋、Ｆｅ^２＋、
Ｆｅ^３＋ Ｚ；Ａｌ^３＋、Ｓｉ^４＋、Ｇｅ^４＋、Ｂ^３＋、Ｆ
ｅ^３＋、Ｔｉ^４＋）

【０００９】また、本発明の方法で合成層状ケイ酸塩を
製造する際に使用する原料としては、従来公知の内熱式
熔融法で使用されるものを用いることができる。例え
ば、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ
_２ＣＯ_３、Ｌｉ_２ＣＯ_３及びフッ化物（ＮａＦ、Ｌｉ
Ｆ、ＫＦ、ＭｇＦ_２、Ｎａ_２ＳｉＦ_６、Ｋ_２ＳｉＦ_６、
Ｌｉ_２ＳｉＦ_６等）を、目的とする化学組成に応じて混
合使用すればよい。また、長石、かんらん石、タルク等
の天然鉱物をＳｉ、Ａｌ、Ｍｇ源として使用しても差し
支えない。前記Ｘ、Ｙ、Ｚを他の元素で置換する場合に
は、上記に例示した化合物等の混合物に、置換する元素
の酸化物、フッ化物、炭酸塩等を配合して熔融すればよ
い。

【００１０】本発明において特徴的なことは、このよう
な配合原料を急速に融解させることとした点である。本
発明者らは、融解に要する時間を短くすることにより、
従来の製法で得られたものに比してクリストバライトや
リヒテライト等の夾雑鉱物の生成が抑えられ、大幅に純
度が向上した層状ケイ酸塩の鉱塊が得られることを見出
した。特に、配合原料を２０分以内で融解させることに
より、夾雑鉱物の生成抑制に関して明らかな効果が得ら
れる。

【００１１】このような原料を融解する熔融炉として
は、一般的な内熱式熔融炉、外熱式熔融炉、高周波誘導
加熱炉等が挙げられ、中でも高周波誘導加熱炉が好適に
用いられる。内熱式熔融炉及び高周波誘導加熱炉を使用
する場合、規格投入量よりも実際の原料投入量を減らす
ことで融解に要する加熱時間が短時間となるように調整
する。また、外熱式熔融炉では、室温下で炉内に配合原
料を入れるのではなく、あらかじめ炉内を加熱しておき
炉内温度が１２００℃以上になった時点で配合原料を投
入することで融解に要する加熱時間を短時間に調整す
る。

【００１２】融解のための加熱温度は、１２００℃〜１
８００℃、好ましくは１４００℃〜１６００℃である。
加熱した熔融体は、鉄、セラミックス等で作られた耐熱
容器に移され、０．０１℃／分〜５０℃／分の冷却速度
で冷却し、結晶化させて合成層状ケイ酸塩を得る。得ら
れた鉱塊を粉砕後、水に分散させ遠心分級により平均粒
子径が１５μｍ以上の粉体を得る。

【００１３】上述の製法によれば、従来得られなかった
クリストバライト含有量が体積分率で５％以下であり、
且つリヒテライト含有量が体積分率で５％以下、更に望
ましくはそれぞれの含有量が体積分率で３％以下と、そ
の含有量が極めて少なく、且つ平均粒子径が１５μｍ以
上の層状ケイ酸塩粉体を得ることができる。そして、こ
のような本発明の合成層状ケイ酸塩をガスバリア性フィ
ルムにコーティングした場合、層状ケイ酸塩の純度が非
常に高く、且つ十分な大きさの平均粒子径をもつため、
従来のものをコーティングした場合に比して、良好なガ
スバリア性が得られる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例１ Ｎａ型四珪素雲母の化学組成に配合した熔融原料１００
ｇを白金坩堝に入れ、電気炉の炉内温度が１４００℃に
なった時点で炉内に坩堝を入れた。その後も加温を続け
１４５０℃まで昇温した後保持した。坩堝を炉内に入れ
てから１５分後に炉内の温度を下げ始め、１０００℃に
なった時点で炉内から坩堝を取り出し、その後は自然冷
却で室温まで冷却して結晶化させた。このようにして得
られた実施例１の試料を陽イオン交換容量（ＣＥＣ）、
膨潤力（日本ベントナイト工業会標準試験方法準拠）、
Ｂ型粘度（１０質量％懸濁液を東京計器（株）製Ｂ型粘
度計により６ｒｐｍで測定）により評価した。その結果
を表１に示す。

【００１５】また、同試料の平均粒子径（レーザー回折
式粒度分布測定装置を使用）についても評価し、さらに
内部標準法でリヒテライトとクリストバライトの体積分
率を求めた。その結果を表２に示す。

【００１６】実施例２ Ｎａ型ヘクトライトの化学組成に配合した熔融原料１０
０ｇを白金坩堝に入れ、電気炉の炉内温度が１４００℃
になった時点で炉内に坩堝を入れた。その後も加温を続
け１４５０℃まで昇温した後保持した。坩堝を炉内に入
れてから１５分後に炉内の温度を下げ始め、１０００℃
になった時点で炉内から坩堝を取り出し、その後は自然
冷却で室温まで冷却して結晶化させた。このようにして
得られた実施例２の試料について、実施例１の場合と同
様の評価を行った。その結果を表１，２に示す。

【００１７】実施例３ Ｎａ型四珪素雲母の化学組成に配合した熔融原料５０ｋ
ｇを容量２００ｋｇの内熱式電気炉を用いて融解した。
室温から加熱を開始し、融解に要した時間は２０分であ
った。その後、同熔融体を黒鉛製の鋳型に注ぎ込み、室
温まで冷却して結晶化させた。このようにして得られた
実施例３の試料について、実施例１の場合と同様の評価
を行った。その結果を表１，２に示す。

【００１８】実施例４ Ｎａ型四珪素雲母の化学組成に配合した熔融原料１ｋｇ
を、黒鉛坩堝を発熱体とした高周波誘導加熱炉を用いて
融解した。室温から加熱を開始し、融解に要した時間は
１０分であった。その後、同熔融体を黒鉛製の鋳型に注
ぎ込み、室温まで冷却して結晶化させた。このようにし
て得られた実施例４の試料について、実施例１の場合と
同様の評価を行った。その結果を表１，２に示す。

【００１９】比較例１ Ｎａ型四珪素雲母の化学組成に配合した熔融原料１００
ｇを白金坩堝に入れ、電気炉中で室温から２時間かけて
１４５０℃まで昇温し、２０分保持した後炉内の温度を
下げ始め、１０００℃になった時点で炉内から坩堝を取
り出し、その後は自然冷却で室温まで冷却して結晶化さ
せた。このようにして得られた比較例１の試料につい
て、ＣＥＣ、膨潤力及びＢ型粘度の評価を行った。その
結果を表１に示す。

【００２０】比較例２ Ｎａ型ヘクトライトの化学組成に配合した熔融原料１０
０ｇを白金坩堝に入れ、電気炉中で室温から２時間かけ
て１４５０℃まで昇温し、２０分保持した後炉内の温度
を下げ始め、１０００℃になった時点で炉内から坩堝を
取り出し、その後は自然冷却で室温まで冷却して結晶化
させた。このようにして得られた比較例２の試料につい
て、比較例１の場合と同様の評価を行った。その結果を
表１に示す。

【００２１】比較例３ Ｎａ型四珪素雲母の化学組成に配合した熔融原料２００
ｋｇを容量２００ｋｇの内熱式電気炉を用いて融解し
た。室温から加熱を開始し、融解に要した時間は６０分
であった。その後、同熔融体を鉄製の鋳型に注ぎ込み、
室温まで冷却して結晶化させた。このようにして得られ
た比較例３の試料について、比較例１の場合と同様の評
価を行った。その結果を表１に示す。

【００２２】比較例４ 比較例１の場合と同様にして得たＮａ型四珪素雲母を蒸
留水に分散させ、５質量％の懸濁液を調整した。同懸濁
液を２４時間静置し、十分に膨潤させた後、２０００Ｇ
の遠心力で夾雑鉱物を沈降させて精製した。このように
して得られた比較例４の試料について、実施例１の場合
と同様に平均粒子径及び内部標準法によるリヒテライト
とクリストバライトの体積分率を評価した。その結果を
表２に示す。

【００２３】比較例５ 比較例２の場合と同様にして得たＮａ型ヘクトライトを
比較例４と同様にして遠心分級により精製した。このよ
うにして得られた比較例５の試料について、比較例４の
場合と同様の評価を行った。その結果を表２に示す。

【００２４】比較例６ 比較例３の場合と同様にして得たＮａ型四珪素雲母を比
較例４と同様にして遠心分級により精製した。このよう
にして得られた比較例６の試料について、比較例４の場
合と同様の評価を行った。その結果を表２に示す。

【００２５】比較例７ 市販の固相反応法により得られたＮａ型四珪素雲母（コ
ープケミカル社製、ＭＥ−１００）について、比較例４
の場合と同様の評価を行った。その結果を表２に示す。

【００２６】

【表１】 実施例４ 実施例１ 実施例２ 実施例３ 鉱種 Na型四珪素 Na型四珪素 Na型ヘクトライト Na型四珪素 雲母 雲母 雲母 加熱時間（分） 10 15 15 20 CEC（meq/100g） 74 52 76 52 膨潤力（cc/2g） 45 40 50 40 B型粘度（cP；6rpm） 21,000 15,600 24,000 14,000 比較例３ 比較例１ 比較例２ 鉱種 Na型四珪素 Na型四珪素 Na型ヘクトライト 雲母 雲母 加熱時間（分） 60 120 120 CEC（meq/100g） 43 46 62 膨潤力（cc/2g） 22 21 32B型粘度（cP；6rpm） 9,400 9,600 12,000

【００２７】表１より明らかなように、配合原料を２０
分以内で急速融解して得られた実施例１〜４の試料で
は、従来の製法で得られた比較例１〜３の試料に比し
て、ＣＥＣ、膨潤力及びＢ型粘度が大幅に向上すること
がわかる。このようなＣＥＣ、膨潤力及びＢ型粘度の向
上は、概ね融解に要する加熱時間２０分を境にして明ら
かに認められた。

【００２８】

【表２】 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 鉱種 Na型四珪素 Na型ヘクトライト Na型四珪素 Na型四珪素 雲母 雲母 雲母 Rvol（%） 3 2> 3 2> Cvol（%） 3 3 3 3平均粒子径（μｍ） 19 17 19 20 比較例４ 比較例５ 比較例６ 比較例７ 鉱種 Na型四珪素 Na型ヘクトライト Na型四珪素 固層反応Na型 雲母 雲母 四珪素雲母 Rvol（%） 6 3 6 3 Cvol（%） 34 23 40 6平均粒子径（μｍ） 12 10 13 6 Rvol（%）：リヒテライトのｖｏｌ％ Cvol（%）：クリストバライトのｖｏｌ％

【００２９】表２より明らかなように、本発明の方法で
得られた実施例１〜４の試料ではリヒテライト及びクリ
ストバライトの生成が大幅に抑えられ、純度の高い層状
ケイ酸塩が得られることがわかる。そして本実施例で
は、従来得られなかった、クリストバライト含有量が体
積分率で５％以下であり、且つリヒテライト含有量が体
積分率で５％以下と、その含有量が極めて少なく、且つ
平均粒子径が１５μｍ以上のものがられた。

【００３０】これに対し、従来の方法で得られた比較例
４〜６の試料では、クリストバライトのように粒子径が
細かい鱗片状の粒子は一般的に用いられている遠心分級
ではほとんど除去できず、十分に純度の高い層状ケイ酸
塩が得られなかった。さらに、遠心分級により夾雑鉱物
を除去して精製する過程を含むため、精製過程で平均粒
子径を落としてしまった。また、市販品の固相反応法に
より作製された比較例７では粒子径が小さく、本発明で
得られるような平均粒子径のものは得られない。

【００３１】次に、本発明の合成層状ケイ酸塩を使用し
たガスバリア性フィルムを作製した。コート液の配合は
ポリビニルアルコールと合成層状ケイ酸塩の比を８０：
２０とし、２軸延伸ポリプロピレンフィルムの表層に４
％濃度のこのコート液を塗布した。実施例１，４の合成
層状ケイ酸塩を塗布したガスバリア性フィルム、及び比
較例３，４の合成層状ケイ酸塩を塗布したガスバリア性
フィルムを作製した。作製したガスバリア性フィルムに
ついて、温度２０℃、相対湿度８０％における酸素透過
度、そして表面粗度を測定した。表面粗度は１ｍｍ×１
ｍｍの範囲を各試料１０点以上計測し、３μｍ以上の突
起の平均個数により評価を行った。評価結果を表３に示
す。

【００３２】

【表３】 実施例４ 実施例１ 比較例３ 比較例４ 酸素透過度(cc/m²・day) 1.2 1.8 15.3 2.2突起の平均個数 0.2 2.3 13.8 5.1 表３より明らかなように、実施例１，４の合成層状ケイ
酸塩粉体を塗布したフィルムでは、ガスバリア性を発揮
するために十分な大きさの平均粒子径を有し、且つクリ
ストバライト及びリヒテライト含有量が極めて少ないた
めガスバリア性、表面粗さが良好であることが分かる。

【００３３】これに対し、従来の製法で得た比較例３，
４の合成層状ケイ酸塩粉体を塗布したフィルムでは、ガ
スバリア性、表面粗さが劣っていることがわかる。すな
わち、クリストバライト及びリヒテライトを含有するこ
とでガスバリア性、表面粗さが悪化する方向に働き、ま
た、分級によりある程度以下まで平均粒子径を落として
しまうとガスバリア性が低下してしまう。したがって、
本発明の合成層状ケイ酸塩粉体はガスバリア性フィルム
用途に好適であることがわかる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の方法によれ
ば、原料を急速に融解させることとしたので、夾雑鉱物
の生成が抑えられ、純度の高い層状ケイ酸塩を得ること
が可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 信三 東京都千代田区四番町５番地９ トピー工 業株式会社内 Ｆターム(参考） 4G073 BD21 CM07 CM22 FC02 FC27 FC28 GA11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クリストバライト含有量が体積分率で５
   ％以下、且つリヒテライト含有量が体積分率で５％以下
   であり、且つ粉体の平均粒子径が１５μｍ以上であるこ
   とを特徴とする層状ケイ酸塩粉体。
2. 【請求項２】 熔融合成法による層状ケイ酸塩粉体の製
   造方法において、 目的とする層状ケイ酸塩の化学組成に応じて配合される
   原料を急速に融解させることを特徴とする層状ケイ酸塩
   粉体の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の方法において、前記融解
   を２０分以内に行うことを特徴とする層状ケイ酸塩粉体
   の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載の方法において、
   前記融解に高周波誘導加熱を用いることを特徴とする層
   状ケイ酸塩粉体の製造方法。