JP2008024542A - シリカゾル及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】SiO2及び中和塩を含むシリカヒドロゲルを溶媒に接触させ、前記中和塩を前記溶媒に移動させることにより、前記シリカヒドロゲルにおける、前記SiO2に対する前記中和塩の重量比を3wt%以下にする工程と、前記ヒドロシリカゲルを加熱解膠する工程と、を含むシリカゾルの製造方法。
【選択図】 図1
Description
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、シリカヒドロゲルに由来するストラクチャーを有することにより、シリカ濃度と粘度の関係を制御したシリカゾル、及びその効率的な製造方法を提供することを目的とする。
SiO2及び中和塩を含むシリカヒドロゲルを溶媒に接触させ、前記中和塩を前記溶媒に移動させることにより、前記シリカヒドロゲルにおける、前記SiO2に対する前記中和塩の重量比を3wt%以下にする工程と、前記ヒドロシリカゲルを加熱解膠する工程と、を含むシリカゾルの製造方法を要旨とする。
(2)請求項2の発明は、
前記溶媒に接触するとき、前記シリカヒドロゲルの形状は、前記シリカヒドロゲル中の任意の点から、前記シリカヒドロゲルの表面までの最短距離が0.5cm以下であるという条件を充足するもの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を要旨とする。
(3)請求項3の発明は、
前記加熱解膠する工程における温度を、70〜250℃の範囲内で設定することを特徴とする請求項1または2に記載のシリカゾルの製造方法を要旨とする。
(4)請求項4の発明は、
前記加熱解膠の後、前記シリカゾルを濃縮する工程を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のシリカゾルの製造方法を要旨とする。
前記濃縮の方法としては、例えば、真空加熱、限外ろ過膜を用いる方法などにより、シリカゾルに含まれる分散媒(例えば水)の一部を除く方法がある。限外ろ過膜を用いる方法の場合は、粘度が100mPa・s程度までの濃縮に特に適している。
(5)請求項5の発明は、
製造したシリカゾルにおけるSiO2の濃度を、前記シリカゾルを濃縮または希釈することで変化させたとき、前記SiO2の濃度と、その濃度における、前記シリカゾルの20℃における粘度とに対応する点が、図1における点線1〜4で囲まれた領域内にあることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のシリカゾルの製造方法を要旨とする。
点線1: y=1.813e0.0327x,
点線2: y=1E-16e1.2379x,
点線3: y=0.0346e1.3525x,
点線4:y=100000
である。
本発明において、製造したシリカゾルにおけるシリカ濃度を、シリカゾルを濃縮または希釈することで変化させたとき、シリカ濃度と、そのシリカ濃度における、前記シリカゾルの20℃における粘度とに対応する点は、図1における実線5〜8で囲まれた領域内にあることが一層好ましい。実線5〜8は、xをシリカ濃度とし、yを20℃におけるシリカゾルの粘度としたとき、それぞれ、下記の式で表されるものである。
実線6:y=1E-15e1.2429x
実線7: y=0.1554e0.8517x
実線8:y=10000
点線1〜4上のシリカ濃度と、それに対応する粘度としては、例えば、以下のものがある。
シリカ濃度が31wt%のとき粘度が5mPa・s
シリカ濃度が11wt%のとき粘度が100000mPa・s
シリカ濃度が39wt%のとき粘度が100000mPa・s
また、実線5〜8上のシリカ濃度と、それに対応する粘度としては、例えば、以下のものがある。
シリカ濃度が30wt%のとき粘度が20mPa・s
シリカ濃度が13wt%のとき粘度が10000mPa・s
シリカ濃度が35wt%のとき粘度が10000mPa・s
(6)請求項6の発明は、
シリカゾルにおけるシリカ濃度を、前記シリカゾルを濃縮または希釈することで変化させたとき、前記シリカ濃度と、そのシリカ濃度における、前記シリカゾルの20℃における粘度とに対応する点が、図1における点線1〜4で囲まれた領域内にあることを特徴とするシリカゾルを要旨とする。
点線1: y=1.813e0.0327x,
点線2: y=1E-16e1.2379x,
点線3: y=0.0346e1.3525x,
点線4:y=100000
である。
本発明において、製造したシリカゾルにおけるシリカ濃度を、シリカゾルを濃縮または希釈することで変化させたとき、シリカ濃度と、そのシリカ濃度における、前記シリカゾルの20℃における粘度とに対応する点は、図1における実線5〜8で囲まれた領域内にあることが一層好ましい。実線5〜8は、xをシリカ濃度とし、yを20℃におけるシリカゾルの粘度としたとき、それぞれ、下記の式で表されるものである。
実線6:y=1E-15e1.2429x
実線7: y=0.1554e0.8517x
実線8:y=10000
点線1〜4上のシリカ濃度と、それに対応する粘度としては、例えば、以下のものがある。
シリカ濃度が31wt%のとき粘度が5mPa・s
シリカ濃度が11wt%のとき粘度が100000mPa・s
シリカ濃度が39wt%のとき粘度が100000mPa・s
また、実線5〜8上のシリカ濃度と、それに対応する粘度としては、例えば、以下のものがある。
シリカ濃度が30wt%のとき粘度が20mPa・s
シリカ濃度が13wt%のとき粘度が10000mPa・s
シリカ濃度が35wt%のとき粘度が10000mPa・s
シリカヒドロゲルの製造方法を、図2〜図7を用いて説明する。まず、図2に示すように、希釈硫酸タンク10から、ポンプ15を用いて、希釈硫酸(3.4wt%硫酸)500mLを混合器19に送るとともに、希釈ケイ酸ソーダタンク13から、ポンプ17を用いて、希釈ケイ酸ソーダ(市販の5号ケイ酸ソーダ水溶液(SiO225.9wt%、Na2O7.1wt%)をシリカ濃度が7.9wt%となるように希釈した液)500mLを混合器19に送った。混合器19では、図3に示すように、混合後に起こる乱流や旋回流により2液を均一に混合した。混合液のpHは7.4であった。そして、混合器19の出口側に取り付けた、内径1.5cmのシリコン製の成形ホース21に混合液が送り込まれ、成形ホース21内を移動中にゲル化し、図2及び図4に示すように、成形ホース21の末端からはシリカヒドロゲル23がポンプの吐出圧により押し出された。成形ホース21の末端には、図5に示す切断器25が取り付けられている。切断器25は、円筒状の部材における末端に、十字型にストリングスを設置したものである。
(b)シリカヒドロゲルの洗浄及び解膠
上記(a)のように製造したシリカヒドロゲルを、イオン交換水を用い、流水を利用する連続式の洗浄法により2時間洗浄した。その後、1Lのシリカヒドロゲルをオートクレーブに入れ、90℃で2時間加熱解膠した。
(c)シリカゾルの組成及び性状
得られたシリカゾルはSiO2:4.57wt%、Na2O:0.06wt%の組成の液体であり、シリカに対する硫酸ナトリウムの含有率は1.7wt%であった。この液のB形粘度計での20℃における粘度は4.0mPa・sであった。このシリカゾルを、ロータリーエバポレーターにより液温70℃、真空度0.04MPaで濃縮したところ、B形粘度計での20℃における粘度は、シリカ濃度が11.7wt%の時に210mPa・s、シリカ濃度が12.8wt%の時に580mPa・s、シリカ濃度が13.5wt%の時に1000mPa・s以上となった。
(参考例1)
市販の5号ケイ酸ソーダ水溶液(SiO225.9wt%、Na2O7.1wt%)をシリカ濃度が8.0wt%となるように希釈した液1200mLと、3.5wt%硫酸1200mLとを混合して、pH7.2の混合液とした。この液を断面積5cmのシリコンホース中においてゲル化させ、シリカ濃度4wt%で成形体の中心から最短の表面までの長さが2.5cmのシリカヒドロゲルを調製した。
(参考例2)
市販の5号ケイ酸ソーダ水溶液をシリカ濃度が7.9wt%となるように希釈した液500mLと、3.4wt%硫酸500mLとを混合して、pH7.4の混合液とした。この液を断面積4cmのシリコンホース中においてゲル化させ、シリカ濃度4wt%で成形体の中心から最短の表面までの長さが2cmのシリカヒドロゲルを調製した。
その後、1Lのシリカヒドロゲルをオートクレーブに入れ、150℃での溶解を行ったところ、解膠に10時間以上要し、しかも溶け残りの多い状態であった。
5〜8・・・実線
10・・・希釈硫酸タンク
13・・・希釈ケイ酸ソーダタンク
15、17・・・ポンプ
19・・・混合器
21・・・成形ホース
23・・・シリカヒドロゲル
23a〜23d・・・切断片
25・・・切断器
27・・・中心軸
Claims (6)
- SiO2及び中和塩を含むシリカヒドロゲルを溶媒に接触させ、前記中和塩を前記溶媒に移動させることにより、前記シリカヒドロゲルにおける、前記SiO2に対する前記中和塩の重量比を3wt%以下にする工程と、
前記ヒドロシリカゲルを加熱解膠する工程と、
を含むシリカゾルの製造方法。 - 前記溶媒に接触するとき、前記シリカヒドロゲルの形状は、前記シリカヒドロゲル中の任意の点から、前記シリカヒドロゲルの表面までの最短距離が0.5cm以下であるという条件を充足するもの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。
- 前記加熱解膠する工程における温度を、70〜250℃の範囲内で設定することを特徴とする請求項1または2に記載のシリカゾルの製造方法。
- 前記加熱解膠の後、前記シリカゾルを濃縮する工程を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のシリカゾルの製造方法。
- 製造したシリカゾルにおけるシリカ濃度を、前記シリカゾルを濃縮または希釈することで変化させたとき、前記シリカ濃度と、そのシリカ濃度における、前記シリカゾルの20℃における粘度とに対応する点が、図1における点線1〜4で囲まれた領域内にあることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のシリカゾルの製造方法。
図1における点線1〜4は、xをシリカ濃度とし、yを20℃におけるシリカゾルの粘度としたとき、それぞれ、
点線1: y=1.813e0.0327x,
点線2: y=1E-16e1.2379x,
点線3: y=0.0346e1.3525x,
点線4:y=100000
である。 - シリカゾルにおけるシリカ濃度を、前記シリカゾルを濃縮または希釈することで変化させたとき、前記シリカ濃度と、そのシリカ濃度における、前記シリカゾルの20℃における粘度とに対応する点が、図1における点線1〜4で囲まれた領域内にあることを特徴とするシリカゾル。
図1における点線1〜4は、xをシリカ濃度とし、yを20℃におけるシリカゾルの粘度としたとき、それぞれ、
点線1: y=1.813e0.0327x,
点線2: y=1E-16e1.2379x,
点線3: y=0.0346e1.3525x,
点線4:y=100000
である。
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