JP2011057486A - Synthetic smectite, method for manufacturing the same, and composite film - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a synthetic smectite capable of forming a film sufficiently reduced in ionic impurities, particularly sodium ions, and sufficiently excellent in flexibility; and to provide a method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: The synthetic smectite 100 includes a main component represented by formula (1): X<SP>b+</SP><SB>a/b</SB>Al<SB>4+a</SB>Si<SB>8-a</SB>O<SB>20</SB>(OH<SB>1-c</SB>F<SB>c</SB>)<SB>4</SB>(1) (wherein X<SP>b+</SP>denotes an alkaline metal ion or an alkaline earth metal ion; and a, b and c denote numbers satisfying formulae (2) to (4): 0&lt;a&lt;2 (2), 1&le;b&le;2 (3), and 0&le;c&le;1 (4)), and has a content of sodium ions of &le;10 ppm. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、合成スメクタイト及びその製造方法、並びに合成スメクタイトと高分子成分とを含む複合フィルムに関する。   The present invention relates to a synthetic smectite, a method for producing the same, and a composite film containing the synthetic smectite and a polymer component.

スメクタイトとは、シリカを主成分とする2枚の四面体シートの間に、アルミニウム、マグネシウム又は鉄などを主成分とする1枚の八面体シートをはさんだ層構造を有し、四面体シート又は八面体シートに生ずる負の層電荷を補償するために、二つの層構造間にアルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンなどの交換性陽イオンを含有する層状鉱物の総称である。   Smectite has a layer structure in which one octahedral sheet mainly composed of aluminum, magnesium, iron, or the like is sandwiched between two tetrahedral sheets composed mainly of silica. It is a generic term for layered minerals containing exchangeable cations such as alkali metal ions or alkaline earth metal ions between two layer structures in order to compensate for the negative layer charge generated in the octahedral sheet.

このうち、八面体シートがアルミニウム、鉄などの3価の陽イオンを主成分として含有するスメクタイトは、2八面体型スメクタイトと呼ばれており、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイトなどの粘土鉱物が2八面体スメクタイトに分類される(例えば、非特許文献1参照)。   Among them, smectites whose octahedral sheet contains trivalent cations such as aluminum and iron as main components are called dioctahedral smectites, and clay minerals such as montmorillonite, beidellite and nontronite are 2 It is classified into octahedral smectites (see, for example, Non-Patent Document 1).

2八面体型スメクタイトの一種であるモンモリロナイトは、2枚のシリカ四面体シートが1枚のアルミニウム八面体シートを間にはさんだ層構造を有し、八面体シートの3価のアルミニウムの一部分が2価のマグネシウムと置換することによって八面体シートに負の層電荷を発現する。この負の層電荷を補償するために、モンモリロナイトは二つの層構造間にアルカリ金属イオン、又はアルカリ土類金属イオンなどの交換性陽イオンを含有する。   Montmorillonite, a type of 2-octahedral smectite, has a layer structure in which two silica tetrahedral sheets are sandwiched between one aluminum octahedral sheet, and a part of trivalent aluminum in the octahedral sheet is 2 By substituting with valent magnesium, a negative layer charge is developed in the octahedral sheet. In order to compensate for this negative layer charge, montmorillonite contains an exchangeable cation such as an alkali metal ion or an alkaline earth metal ion between the two layer structures.

また、2八面体型スメクタイトの一種であるバイデライトは、2枚のシリカ四面体シートが1枚のアルミニウム八面体シートを間にはさんだ層構造を有しており、四面体シートの4価のケイ素の一部分が3価のアルミニウムと置換することによって四面体シートに負の層電荷を発現する。この負の層電荷を補償するために、バイデライトは、二つの層構造間にアルカリ金属イオン、又はアルカリ土類金属イオンなどの交換性陽イオンを含有する。   In addition, Baydelite, a kind of dioctahedral smectite, has a layer structure in which two silica tetrahedral sheets are sandwiched between one aluminum octahedral sheet, and tetrahedral silicon of the tetrahedral sheet. By substituting a part of trivalent aluminum, a negative layer charge is developed in the tetrahedral sheet. In order to compensate for this negative layer charge, bidelite contains exchangeable cations such as alkali metal ions or alkaline earth metal ions between the two layer structures.

モンモリロナイト及びバイデライトは、交換性陽イオンに起因するイオン交換能、インターカレーション機能、吸水・吸着機能、膨潤性、水中でのゾル・ゲル特性などの特異な性質を有している。そのため、陶磁器原料として用いられるカオリナイトなど、ほかの粘土材料とは異なり、ボーリング泥水、鋳物砂、塗料及び化粧品などの増粘剤、吸水・吸着剤、有機スメクタイトなどの特殊な工業的用途に用いられている(例えば、特許文献1及び非特許文献2参照)。   Montmorillonite and beidellite have unique properties such as ion exchange ability due to exchangeable cations, intercalation function, water absorption / adsorption function, swelling property, and sol-gel property in water. Therefore, unlike other clay materials such as kaolinite used as a ceramic raw material, it is used for special industrial applications such as thickening agents such as boring mud, foundry sand, paint and cosmetics, water absorption / adsorbent, organic smectite, etc. (For example, see Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).

これらの工業的用途に用いられるモンモリロナイト及びバイデライトは、主に天然スメクタイトとして米国、日本など世界各地で産出される。天然スメクタイトは、主成分としてモンモリロナイトを含む。一方、天然スメクタイトにおけるバイデライトの含有量は、産出地域によって異なり、通常、0〜50質量%である。このほか、天然スメクタイトには土壌に由来する3価の鉄イオンが不純物として含まれており、天然スメクタイト中のモンモリロナイト又はバイデライトの八面体シートのアルミニウムは、0.3〜22.8質量%が鉄イオンに置換されている(例えば、非特許文献3又は4参照)。また、天然スメクタイト中には、交換性陽イオンとして、ナトリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオンなどが含有されている。   Montmorillonite and beidellite used for these industrial applications are mainly produced as natural smectite in various parts of the world such as the United States and Japan. Natural smectite contains montmorillonite as a main component. On the other hand, the content of beidellite in natural smectite varies depending on the production region, and is usually 0 to 50% by mass. In addition, natural smectite contains trivalent iron ions derived from soil as impurities, and 0.3 to 22.8% by mass of aluminum in the octahedral sheet of montmorillonite or beidellite in natural smectite is iron. It is substituted by ions (for example, see Non-Patent Document 3 or 4). Natural smectites contain sodium ions, calcium ions, magnesium ions, and the like as exchangeable cations.

一方、バイデライトを含有する2八面体型スメクタイトの製造方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。この製造方法によって得られる2八面体型スメクタイトは、通常、天然スメクタイトが不純物として含有している3価の鉄イオンを含有してない。   On the other hand, a method for producing dioctahedral smectite containing beidellite has been proposed (see, for example, Patent Document 2). The dioctahedral smectite obtained by this production method does not usually contain the trivalent iron ions that natural smectite contains as impurities.

ところで、近年、粘土材料を積層させて形成される粘土フィルムが見出されており、ガスバリア性、耐熱性、可とう性などに優れる基材として提案されている(例えば、特許文献3及び4参照)。これらを、例えば、食品や医薬品などの変質を嫌う材料の包装材料用途、及び液晶ディスプレイや有機ELなど、高い可とう性が求められるディスプレイデバイスなどの電子デバイス用途などに応用することが提案されている。   By the way, in recent years, a clay film formed by laminating clay materials has been found, and has been proposed as a substrate excellent in gas barrier properties, heat resistance, flexibility, and the like (see, for example, Patent Documents 3 and 4). ). It has been proposed that these are applied to, for example, packaging materials for materials that do not want to be altered such as foods and pharmaceuticals, and electronic devices such as liquid crystal displays and display devices that require high flexibility such as organic EL. Yes.

例えば、特許文献3及び4では、上記天然スメクタイト及び特許文献2の製造方法で得られた2八面体型スメクタイトを材料として用いて形成された粘土フィルムを包装材料用途及び電子デバイス用途へ応用することが提案されている。   For example, in Patent Documents 3 and 4, a clay film formed by using the above-mentioned natural smectite and the dioctahedral smectite obtained by the production method of Patent Document 2 as a material is applied to packaging material use and electronic device use. Has been proposed.

特開2007−236354号公報JP 2007-236354 A 特開平9−77510号公報JP-A-9-77510 特許第3855003号公報Japanese Patent No. 3855003 特許第3855004号公報Japanese Patent No. 3855004

日本粘土学会編、「粘土ハンドブック」、技報堂出版、58頁Edited by Japan Clay Society, “Clay Handbook”, Gihodo Publishing, 58 pages 日本粘土学会編、「粘土ハンドブック」、技報堂出版、9頁Edited by Japan Clay Society, “Clay Handbook”, Gihodo Publishing, 9 pages

電子デバイス用途に用いられる粘土フィルムは、優れたガスバリア性、耐熱性、可とう性を有することに加えて、デバイス特性低下の要因となる、ナトリウムイオン、塩化物イオン及び硝酸イオンなどのイオン性不純物を低減する必要がある。   Clay films used in electronic device applications have excellent gas barrier properties, heat resistance, flexibility, and ionic impurities such as sodium ions, chloride ions, and nitrate ions, which cause deterioration of device characteristics. Need to be reduced.

しかしながら、天然スメクタイトから作製した粘土フィルムは、ナトリウムイオン及びカルシウムイオン等のイオン性不純物を多量に含有するため、電子デバイス用途への応用は困難である。また、鉄イオンを不純物として含有するため、天然スメクタイトから形成される粘土フィルムは茶褐色に着色する傾向にある。このため、可視光吸収の低減が求められるディスプレイデバイス用フィルム基材としては十分ではない。   However, since a clay film produced from natural smectite contains a large amount of ionic impurities such as sodium ions and calcium ions, it is difficult to apply them to electronic devices. Moreover, since iron ions are contained as impurities, the clay film formed from natural smectite tends to be colored brown. For this reason, it is not sufficient as a film substrate for a display device that is required to reduce visible light absorption.

一方、特許文献1に記載される製造方法で得られた2八面体型スメクタイトは、鉄イオン不純物を含有しないため、得られる粘土フィルムは着色しないものの、合成段階で混合されるナトリウムイオンを多量に含有するため、電子デバイスに応用することは困難である。また、特許文献1に記載された製造方法で得られた2八面体型スメクタイトには非晶質のSiO等の合成未反応物が残留しているため、得られる粘土フィルムの可とう性が低下する傾向にある。なお、可とう性向上のために、上述の2八面型スメクタイトに有機ポリマーなどのバインダーを混合することが考えられるものの、有機成分を混合すると耐熱性が不十分となる。その結果、プラント用ガスケットなど高い耐熱性が要求される分野への応用が困難となるなど、粘土フィルムの用途が限定されてしまう。 On the other hand, since the dioctahedral smectite obtained by the production method described in Patent Document 1 does not contain iron ion impurities, the resulting clay film is not colored, but a large amount of sodium ions are mixed in the synthesis stage. Since it contains, it is difficult to apply to an electronic device. Further, since the synthetic unreacted material such as amorphous SiO 2 remains in the dioctahedral smectite obtained by the production method described in Patent Document 1, the flexibility of the obtained clay film is low. It tends to decrease. In order to improve flexibility, it is conceivable to mix a binder such as an organic polymer with the above two-octahedral smectite. However, when an organic component is mixed, heat resistance becomes insufficient. As a result, the use of clay films is limited, such as difficulty in application to fields requiring high heat resistance such as plant gaskets.

なお、ナトリウムイオンの含有量を低下させる方法の一つとして、イオン交換法がある。粘土のイオン交換法は幾つか挙げられるが、最も一般的に行われている方法は、リチウムイオンを含む溶液にナトリウム型又はカルシウム型粘土を分散させ、粘土の層間イオンと溶液中のイオンとを交換する方法である。このイオン交換法は、リチウムイオン含有溶液(例えば塩化リチウム溶液、硝酸リチウム溶液又は硫酸リチウム溶液等)に粘土を分散させ、攪拌してから濾過するという作業を何回か繰り返して層間イオンの交換を行った後、繰り返し水又はアルコール洗浄を行い不純物として付着した塩を取り除く、というものである。このイオン交換法は、非常に手間が掛かるにも関らず、完全なイオン交換ができない。さらに、洗浄し切れない硝酸イオン、塩化物イオンの不純物の影響が残り、また、洗浄時に粘土も流失するためイオン交換度を高めて、純度を高めるほど粘土の収率が大きく減少する傾向がある。   One method for reducing the content of sodium ions is an ion exchange method. There are several ion exchange methods for clay, but the most commonly used method is to disperse sodium-type or calcium-type clay in a solution containing lithium ions, and to disperse the interlayer ions of the clay and the ions in the solution. How to exchange. In this ion exchange method, clay ions are dispersed in a lithium ion-containing solution (for example, a lithium chloride solution, a lithium nitrate solution, or a lithium sulfate solution), and the work of stirring and filtering is repeated several times to exchange interlayer ions. After that, the salt adhered as impurities is removed by repeatedly washing with water or alcohol. Although this ion exchange method is very time-consuming, complete ion exchange cannot be performed. In addition, the effects of impurities such as nitrate ions and chloride ions that cannot be completely washed out remain, and clay is also washed away during washing, so that the degree of ion exchange increases and the purity increases. .

また、イオン交換樹脂を用いたイオン交換法では、層間ナトリウムイオン全体の15原子%ほどは交換できず、粘土中に残留してしまう。   Moreover, in the ion exchange method using an ion exchange resin, about 15 atomic% of the total amount of interlayer sodium ions cannot be exchanged and remains in the clay.

上記事情に鑑み、本発明は、イオン性不純物、特にナトリウムイオンの含有率が十分に低減されるとともに、可とう性に十分優れたフィルムを形成することが可能な合成スメクタイト及びその製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, the present invention provides a synthetic smectite capable of forming a film having sufficiently excellent flexibility and a method for producing the same, while the content of ionic impurities, particularly sodium ions, is sufficiently reduced. The purpose is to do.

本発明は、また、上記合成スメクタイトと高分子成分とを含有することにより、光透過性に優れた複合フィルムを提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a composite film excellent in light transmittance by containing the synthetic smectite and a polymer component.

本発明は、主成分が下記式(1);
b+ a/bAl4+aSi8−a20(OH1−c ・・・(1)
[式中、Xb+はアルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンを示し、a、b及びcはそれぞれ下記式(2)〜(4)を満たす数値を示す。
0<a<2 ・・・(2)
1≦b≦2 ・・・(3)
0≦c≦1 ・・・(4)]
で表され、ナトリウムイオン含有量が10ppm以下である合成スメクタイトを提供する。
In the present invention, the main component is the following formula (1);
X b + a / b Al 4 + a Si 8-a O 20 (OH 1-c F c) 4 ··· (1)
[Wherein, X b + represents an alkali metal ion or an alkaline earth metal ion, and a, b and c each represent a numerical value satisfying the following formulas (2) to (4).
0 <a <2 (2)
1 ≦ b ≦ 2 (3)
0 ≦ c ≦ 1 (4)]
And a synthetic smectite having a sodium ion content of 10 ppm or less.

本発明の合成スメクタイトによれば、イオン性不純物、特にナトリウムイオンの含有量が十分に低減されるとともに、可とう性に十分優れた粘土フィルムを得ることができる。この理由は例えば以下のように考えられるが、以下の理由に限定されない。すなわち、ナトリウムイオンが層構造の間に存在する場合、周囲の水分子を容易に吸着するため、合成スメクタイトの水蒸気に対するバリア性を低下するうえに、交換性陽イオンの溶出量を増加し、形成した粘土フィルムの可とう性が低下する原因となる。しかしながら、本発明では、合成スメクタイトの主成分を上記式(1)で表されるものとし、かつナトリウムイオン含有量を10ppm以下とすることによって、ナトリウムイオンが層構造の間に存在することを十分に抑制することができる。これによって、可とう性に優れた粘土フィルムを形成することが可能となる。   According to the synthetic smectite of the present invention, it is possible to obtain a clay film that has a sufficiently reduced content of ionic impurities, particularly sodium ions, and is sufficiently excellent in flexibility. This reason is considered as follows, for example, but is not limited to the following reason. That is, when sodium ions are present in the layer structure, the surrounding water molecules are easily adsorbed, so that the barrier property against water vapor of the synthetic smectite is reduced and the elution amount of exchangeable cations is increased and formed. This causes a decrease in the flexibility of the clay film. However, in the present invention, the main component of the synthetic smectite is represented by the above formula (1) and the sodium ion content is 10 ppm or less, so that it is sufficient that sodium ions exist between the layer structures. Can be suppressed. This makes it possible to form a clay film having excellent flexibility.

ナトリウムイオン含有量が10ppmを超えると、上記式(1)中、交換性陽イオンとして含有される、上記式(1)におけるXb+の一部を置換するようになる。その結果、例えば粘土フィルムとして電子デバイス用途に使用した際、層構造間又は粒子表面に含有されるナトリウムイオンが溶出し、デバイス特性低下の要因となる。 When the sodium ion content exceeds 10 ppm, a part of Xb + in the formula (1) contained as the exchangeable cation in the formula (1) is substituted. As a result, for example, when used as a clay film for an electronic device, sodium ions contained between the layer structures or on the particle surface are eluted, causing a reduction in device characteristics.

なお、本発明の合成スメクタイトは、粘土フィルムや、例えば、電子デバイス向けフィルムの形成用原料として好適に用いることができる。ただし、本発明の合成スメクタイトはフィルム形成用途に限定されるものではなく、例えば、化粧品用増粘剤などにも応用可能である。なお、本明細書中において、「粘土フィルム」及び「複合フィルム」を、「フィルム状成形体」と総称することがある。   In addition, the synthetic smectite of this invention can be used suitably as a raw material for formation of a clay film or a film for electronic devices, for example. However, the synthetic smectite of the present invention is not limited to a film forming application, and can be applied to, for example, a thickener for cosmetics. In the present specification, the “clay film” and the “composite film” are sometimes collectively referred to as “film-shaped molded product”.

本発明の合成スメクタイトは、乾燥空気中で、150℃から300℃まで10℃/分で昇温したときの質量減少率が、昇温前の質量を基準として、2〜5質量%であることが好ましい。   The synthetic smectite of the present invention has a mass reduction rate of 2 to 5% by mass based on the mass before temperature increase when the temperature is increased from 150 ° C. to 300 ° C. at 10 ° C./min in dry air. Is preferred.

上記質量減少率が2%未満である場合、上記合成スメクタイトへのアモルファスSiOなどの非晶質成分の混入比率が高いことを意味しており、この合成スメクタイトから得られるフィルム状成形体の成膜性、及び可とう性が低下する傾向にある。 When the mass reduction rate is less than 2%, it means that the mixing ratio of amorphous components such as amorphous SiO 2 into the synthetic smectite is high, and the formation of a film-like molded product obtained from the synthetic smectite is high. The film property and flexibility tend to be lowered.

上記質量減少率が5%を超える場合、合成時に残留した硝酸塩、酢酸塩などの不純物の混入比率が高いことを意味しており、これらの不純物の影響によって上記合成スメクタイトから得られるフィルム状成形体の成膜性、及び可とう性が低下する傾向にある。   When the mass reduction rate exceeds 5%, it means that the mixing ratio of impurities such as nitrate and acetate remaining at the time of synthesis is high, and a film-like molded body obtained from the synthetic smectite by the influence of these impurities There is a tendency that the film-forming property and flexibility of the film are lowered.

また、上記合成スメクタイトの含有率が2質量%となるように水中に分散させた分散液の粘度が、2000mPa・s以上であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the viscosity of the dispersion liquid disperse | distributed in water so that the content rate of the said synthetic smectite may be 2 mass% is 2000 mPa * s or more.

上記分散液の粘度が2000mPa・s未満である場合、分散液中の非晶質成分など、非分散成分の混入比率が高いことを意味しており、この合成スメクタイトから得られるフィルム状成形体の成膜性、及び可とう性が低下する傾向にある。   When the viscosity of the dispersion is less than 2000 mPa · s, it means that the mixing ratio of non-dispersed components such as amorphous components in the dispersion is high, and the film-like molded product obtained from this synthetic smectite The film formability and flexibility tend to decrease.

また、上記合成スメクタイトは、成膜性を有することが好ましい。これにより、有機ポリマーなどのバインダーを用いない場合でも、合成スメクタイト粒子が積層したフィルム状成形体を容易に得ることができる。   The synthetic smectite preferably has film-forming properties. Thereby, even when not using binders, such as an organic polymer, the film-form molded object on which the synthetic smectite particle was laminated | stacked can be obtained easily.

なお、成膜性を有する合成スメクタイトとは、例えば、水を主成分とする溶媒に合成スメクタイトを分散させて分散液とし、その分散液から乾燥や遠心分離などによって溶媒を除去することにより、合成スメクタイト粒子が積層したフィルム状成形体を得ることができるものをいう。   Synthetic smectite having film-forming properties is synthesized by, for example, dispersing synthetic smectite in a solvent containing water as a main component to form a dispersion, and removing the solvent from the dispersion by drying or centrifugation. It means what can obtain the film-like molded object which the smectite particle | grain laminated | stacked.

また、上記合成スメクタイトのみからなる厚さ50μmのフィルム状成形体のマンドレル曲げ半径が5mm以下であることが好ましい。マンドレル曲げ半径が5mmを超えると、フィルム状成形体の可とう性が低下する傾向にある。   In addition, it is preferable that the mandrel bending radius of the film-like molded body made of only the synthetic smectite having a thickness of 50 μm is 5 mm or less. When the mandrel bending radius exceeds 5 mm, the flexibility of the film-shaped molded product tends to be lowered.

本発明は、また、上記合成スメクタイトと高分子成分とを含有する複合(コンポジット)フィルムを提供する。   The present invention also provides a composite film containing the synthetic smectite and a polymer component.

上記複合フィルムに用いる高分子成分は、水溶性であることが好ましい。これによって、水を主成分とする溶媒に合成スメクタイトと高分子成分とを分散させた分散液を調製する際に、高分子成分と合成スメクタイトとを均一に混合することが可能となり、各成分がより均一に分布する複合フィルムを得ることができる。   The polymer component used for the composite film is preferably water-soluble. This makes it possible to uniformly mix the polymer component and the synthetic smectite when preparing a dispersion in which the synthetic smectite and the polymer component are dispersed in a water-based solvent. A composite film distributed more uniformly can be obtained.

また、本発明の複合フィルムは、膜厚30μmにおける波長550nmの光透過率が80%以上であることが好ましい。   The composite film of the present invention preferably has a light transmittance of 80% or more at a wavelength of 550 nm at a film thickness of 30 μm.

複合フィルムの波長550nmの光透過率が80%未満であると、上記複合フィルムの透明性が低下する傾向にある。その結果、例えば透明性を要求されるディスプレイなどへの応用が難しくなるなど、用途が限定されてしまう。   When the light transmittance at a wavelength of 550 nm of the composite film is less than 80%, the transparency of the composite film tends to decrease. As a result, the application is limited, for example, application to a display or the like that requires transparency becomes difficult.

本発明は、また、上記式(1)〜(4)を満たす比率でケイ素及びアルミニウムを含有する溶液とアルカリ溶液とを混合して複合水酸化物スラリーを得る第一工程と、上記式(1)〜(4)を満たす比率で上記複合水酸化物スラリー、アルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンを含有する溶液、及び水を混合して前駆体スラリーを調製する第二工程と、上記前駆体スラリーを水熱反応させて、生成物スラリーを得る第三工程と、上記生成物スラリーを撹拌した後、固液分離して、主成分が上記式(1)で表され、ナトリウムイオン含有量が10ppm以下である合成スメクタイトを得る第四工程とを有する、上記合成スメクタイトの製造方法を提供する。   The present invention also includes a first step of obtaining a composite hydroxide slurry by mixing a solution containing silicon and aluminum and an alkali solution at a ratio satisfying the above formulas (1) to (4), and the above formula (1). ) To (4), a second step of preparing a precursor slurry by mixing the composite hydroxide slurry, a solution containing alkali metal ions or alkaline earth metal ions, and water, and the precursor. The slurry is hydrothermally reacted to obtain a product slurry, and after stirring the product slurry, solid-liquid separation is performed, the main component is represented by the above formula (1), and the sodium ion content is And a fourth step of obtaining a synthetic smectite of 10 ppm or less.

本発明の製造方法によれば、粘性及び白色度に十分優れた分散液とすることが可能で、可とう性に十分優れる粘土フィルムを形成することが可能な合成スメクタイトを製造することができる。   According to the production method of the present invention, it is possible to produce a synthetic smectite that can be made into a dispersion liquid that is sufficiently excellent in viscosity and whiteness, and that can form a clay film that is sufficiently excellent in flexibility.

上記製造方法においては、ケイ素源を、テトラメチルオルトシリケート、テトラエチルオルトシリケート、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ及びアモルファスシリカからなる群より選ばれる一種以上とすることができる。また、アルミニウム源を、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、酢酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムからなる群より選ばれる一種以上とすることができる。さらに、アルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオン源を、これらを含有する硝酸塩、酢酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、塩化物、水酸化物及びフッ化物からなる群より選ばれる一種以上とすることができる。   In the above production method, the silicon source may be one or more selected from the group consisting of tetramethylorthosilicate, tetraethylorthosilicate, colloidal silica, fumed silica, and amorphous silica. The aluminum source can be one or more selected from the group consisting of aluminum nitrate, aluminum chloride, aluminum acetate, aluminum sulfate, aluminum oxide, and aluminum hydroxide. Furthermore, the alkali metal ion or alkaline earth metal ion source is at least one selected from the group consisting of nitrates, acetates, carbonates, oxalates, chlorides, hydroxides and fluorides containing them. Can do.

また、上記製造方法においては、上記第一工程における、上記複合水酸化物スラリーのpHが4.0〜11.0であることが好ましく、上記第二工程における、上記前駆体スラリーのpHが8.0〜12.6であることが好ましく、上記第三工程では、上記前駆体スラリーを、200〜370℃の自生圧力条件下で24時間以上水熱反応させることが好ましく、上記第四工程では、上記生成物スラリーを、3000rpm以上で5分間以上撹拌した後、遠心分離法にて、遠心加速度1.96×10m/s(2000G)以上で5分間以上回転させる遠心分離法によって固液分離することが好ましい。 Moreover, in the said manufacturing method, it is preferable that the pH of the said composite hydroxide slurry in said 1st process is 4.0-11.0, and the pH of the said precursor slurry in said 2nd process is 8. In the third step, the precursor slurry is preferably subjected to a hydrothermal reaction for 24 hours or more under an autogenous pressure condition of 200 to 370 ° C. In the fourth step, After stirring the product slurry at 3000 rpm or more for 5 minutes or more, the product slurry is solidified by a centrifugal separation method in which the centrifugal acceleration is rotated at a centrifugal acceleration of 1.96 × 10 4 m / s 2 (2000 G) or more for 5 minutes or more. Liquid separation is preferable.

上記第一工程において、上記複合水酸化物スラリーのpHが4.0より小さいと、アルミニウムが水中に溶出しやすくなる。その結果、合成スメクタイト中のアルミニウムの組成を制御することが難しくなり、上記式(1)〜(4)を満たす合成スメクタイトを得にくくなる。一方、上記複合水酸化物スラリーのpHが11.0を超えると、ケイ素の溶解度が高くなり水中に溶出しやすくなる。その結果、合成スメクタイト中のケイ素の組成を制御することが難しくなり、上記式(1)〜(4)を満たす成スメクタイトを得にくくなる。   In the first step, when the pH of the composite hydroxide slurry is less than 4.0, aluminum is easily eluted into water. As a result, it becomes difficult to control the composition of aluminum in the synthetic smectite, and it becomes difficult to obtain a synthetic smectite that satisfies the above formulas (1) to (4). On the other hand, when the pH of the composite hydroxide slurry exceeds 11.0, the solubility of silicon becomes high and it is easy to elute into water. As a result, it becomes difficult to control the composition of silicon in the synthetic smectite, and it becomes difficult to obtain a synthetic smectite satisfying the above formulas (1) to (4).

上記第二工程において、上記前駆体スラリーのpHが8.0より小さいと、合成スメクタイト中の水酸化物イオンの存在割合が必要以上に低くなる傾向にあり、また、前駆体スラリーのpHが12.6を超えると、合成スメクタイト中の水酸化物イオンの存在割合が必要以上に高くなる傾向にある。その結果、いずれの場合も合成スメクタイトの組成を制御することが難しくなり、上記式(1)〜(4)を満たす合成スメクタイトを得にくくなる。   In the second step, if the pH of the precursor slurry is less than 8.0, the proportion of hydroxide ions in the synthetic smectite tends to be unnecessarily low, and the pH of the precursor slurry is 12 If it exceeds .6, the proportion of hydroxide ions in the synthetic smectite tends to be higher than necessary. As a result, in any case, it becomes difficult to control the composition of the synthetic smectite, and it becomes difficult to obtain the synthetic smectite satisfying the above formulas (1) to (4).

上記第三工程において、上記水熱反応の温度が200℃より低いと、十分な自生圧力が得られにくく、水熱反応が十分に進行しない傾向がある。また、温度が370℃を超えると、上記前駆体スラリーに含まれる水が超臨界状態となるため、固体成分の水に対する溶解度が著しく変化する。その結果、合成スメクタイトの組成を制御することが難しくなり、上記式(1)〜(4)を満たす合成スメクタイトを得にくくなる。   In the third step, when the temperature of the hydrothermal reaction is lower than 200 ° C., it is difficult to obtain a sufficient self-generated pressure, and the hydrothermal reaction tends not to proceed sufficiently. On the other hand, when the temperature exceeds 370 ° C., the water contained in the precursor slurry is in a supercritical state, so that the solubility of the solid component in water significantly changes. As a result, it becomes difficult to control the composition of the synthetic smectite, and it becomes difficult to obtain a synthetic smectite that satisfies the above formulas (1) to (4).

また、上記第三工程において、上記前駆体スラリーの水熱反応時間が24時間を下回ると、十分に反応が進行しない傾向がある。なお、水熱反応時間は24時間あれば上記合成スメクタイトを好適に得ることができる。24時間を超えて水熱反応時間を長くしても得られる合成スメクタイトの特性が劣化することはないため、水熱反応時間の上限に特に制限はない。   Moreover, in the said 3rd process, when the hydrothermal reaction time of the said precursor slurry is less than 24 hours, there exists a tendency for reaction not to fully advance. In addition, if the hydrothermal reaction time is 24 hours, the said synthetic smectite can be obtained suitably. There is no particular limitation on the upper limit of the hydrothermal reaction time because the characteristics of the synthetic smectite obtained even if the hydrothermal reaction time is extended beyond 24 hours do not deteriorate.

上記第四工程において、上記生成物スラリーの撹拌速度が3000rpmを下回ると、分散成分の分離が十分に進行し難くなり、上記式(1)〜(4)を満たす合成スメクタイトを得難くなる傾向にある。また、撹拌時間が5分間を下回ると、分散成分の分離が十分に進行し難くなり、上記式(1)〜(4)を満たす合成スメクタイトを得難くなる傾向にある。なお、撹拌時間は5分間あれば上記合成スメクタイトを好適に得ることができ、5分間を超えて撹拌時間を長くしても得られる合成スメクタイトの特性が劣化することはないため、撹拌時間の上限に特に制限はない。   In the fourth step, when the stirring speed of the product slurry is less than 3000 rpm, it is difficult to sufficiently separate the dispersed components, and it is difficult to obtain a synthetic smectite satisfying the above formulas (1) to (4). is there. On the other hand, when the stirring time is less than 5 minutes, the separation of the dispersed components does not proceed sufficiently, and it is difficult to obtain synthetic smectite satisfying the above formulas (1) to (4). If the stirring time is 5 minutes, the synthetic smectite can be suitably obtained, and even if the stirring time is longer than 5 minutes, the characteristics of the obtained synthetic smectite will not deteriorate. There are no particular restrictions.

さらに、上記第四工程において、上記固液分離の際の遠心加速度が1.96×10m/s(2000G)を下回ると、分散成分の分離が十分に進行し難くなり、上記式(1)〜(4)を満たす合成スメクタイトを得難くなる傾向にある。また、遠心分離時間が5分間未満になると、分散成分の分離が十分に進行し難くなり、上記式(1)〜(4)を満たす合成スメクタイトを得難くなる傾向にある。遠心分離時間は5分間以上とすることによって、上記合成スメクタイトを好適に得ることができる。なお、5分間を超えて遠心分離時間を長くしても得られる合成スメクタイトの特性が劣化することはないため、遠心分離時間の上限に特に制限はない。 Furthermore, in the fourth step, when the centrifugal acceleration during the solid-liquid separation is less than 1.96 × 10 4 m / s 2 (2000 G), the separation of the dispersed components does not proceed sufficiently, and the above formula ( It tends to be difficult to obtain synthetic smectite satisfying 1) to (4). Moreover, when the centrifugal separation time is less than 5 minutes, the separation of the dispersed components is difficult to proceed sufficiently, and it is difficult to obtain synthetic smectite satisfying the above formulas (1) to (4). The synthetic smectite can be suitably obtained by setting the centrifugation time to 5 minutes or longer. In addition, since the characteristic of the synthetic smectite obtained even if it extends over 5 minutes and the centrifugation time is not deteriorated, there is no particular limitation on the upper limit of the centrifugation time.

本発明によれば、イオン性不純物、特にナトリウムイオンの含有量が十分に低減されるとともに、可とう性に十分優れたフィルムを形成することが可能な合成スメクタイト及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a synthetic smectite capable of forming a film having a sufficiently excellent flexibility and a method for producing the same while sufficiently reducing the content of ionic impurities, particularly sodium ions. it can.

また、本発明によれば、上記合成スメクタイトと高分子成分とを含有することによって、ナトリウムイオンの含有量が十分に低減されるとともに、可とう性及び光透過性に優れた複合フィルムを提供することができる。   In addition, according to the present invention, by containing the synthetic smectite and the polymer component, a composite film excellent in flexibility and light transmittance is provided while the content of sodium ions is sufficiently reduced. be able to.

本発明の一実施形態に係る合成スメクタイトの層構造の一部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a part of layer structure of the synthetic smectite which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る合成スメクタイトの水溶液中における層構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the layer structure in the aqueous solution of the synthetic smectite which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements, and duplicate descriptions are omitted.

[合成スメクタイト]
本実施形態に係る合成スメクタイトは、下記式(1)で表される成分を主成分として含有しており、ナトリウムイオン含有量が10ppm以下である。
b+ a/bAl4+aSi8−a20(OH1−c ・・・(1)
なお、上記式(1)中、Xb+はアルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンを示し、a、b及びcはそれぞれ下記式(2)〜(4)を満たす数値を示す。
0<a<2 ・・・(2)
1≦b≦2 ・・・(3)
0≦c≦1 ・・・(4)
[Synthetic smectite]
The synthetic smectite according to the present embodiment contains a component represented by the following formula (1) as a main component, and the sodium ion content is 10 ppm or less.
X b + a / b Al 4 + a Si 8-a O 20 (OH 1-c F c) 4 ··· (1)
In addition, in said formula (1), Xb + shows an alkali metal ion or alkaline-earth metal ion, and a, b, and c show the numerical value which satisfy | fills following formula (2)-(4), respectively.
0 <a <2 (2)
1 ≦ b ≦ 2 (3)
0 ≦ c ≦ 1 (4)

図1に、本実施形態に係る合成スメクタイトの層構造を模式的に示す。合成スメクタイト100は、八面体結晶構造からなる八面体シート1及び四面体結晶構造からなる一対の四面体シート3を有する層構造10と、複数の層構造10間、すなわち層構造間に存在する交換性陽イオンXb+とを含む。層構造10において、一対の四面体シート3は、八面体シート1を挟んでいる。また、八面体結晶構造は、アルミニウムイオン(Al3+)及び酸素イオン(O2−)、並びに水酸イオン(OH)又はフッ素イオン(F)を有するものである。一方、四面体結晶構造はケイ素イオン(Si4+)、アルミニウムイオン及び酸素イオンを有するものである。 FIG. 1 schematically shows the layer structure of the synthetic smectite according to the present embodiment. The synthetic smectite 100 is composed of a layer structure 10 having an octahedral sheet 1 composed of an octahedral crystal structure and a pair of tetrahedral sheets 3 composed of a tetrahedral crystal structure, and an exchange existing between a plurality of layer structures 10, that is, between the layer structures. And a positive cation Xb + . In the layer structure 10, the pair of tetrahedral sheets 3 sandwich the octahedral sheet 1. The octahedral crystal structure has aluminum ions (Al 3+ ) and oxygen ions (O 2− ), and hydroxide ions (OH ) or fluorine ions (F ). On the other hand, the tetrahedral crystal structure has silicon ions (Si 4+ ), aluminum ions, and oxygen ions.

また、本実施形態に係る合成スメクタイト100における、ナトリウムイオンの含有量は10ppm以下である。ナトリウムイオンの含有量が10ppmを超えると、ナトリウムイオンが交換性陽イオンXb+の一部と置換し、層構造間に存在するようになる。その結果、例えば、粘土フィルムとして電子デバイス用途に使用した際、層構造間又は粒子表面に含有されるナトリウムイオンが溶出し、デバイス特性低下の要因となる。 In addition, the content of sodium ions in the synthetic smectite 100 according to this embodiment is 10 ppm or less. When the content of sodium ions exceeds 10 ppm, sodium ions are substituted for a part of the exchangeable cation X b + and are present between the layer structures. As a result, for example, when used as a clay film for electronic device applications, sodium ions contained between the layer structures or on the particle surface are eluted, causing deterioration in device characteristics.

本実施形態に係る合成スメクタイト100における、ナトリウムイオンの含有量は、10ppm以下であることが好ましく、5ppm以下であることがより好ましく、1ppm以下であることが更に好ましい。なお、合成スメクタイト100のナトリウムイオン含有量は、例えば、ICP−AES分析法を用いることによって測定することができる。   In the synthetic smectite 100 according to this embodiment, the content of sodium ions is preferably 10 ppm or less, more preferably 5 ppm or less, and even more preferably 1 ppm or less. In addition, the sodium ion content of the synthetic smectite 100 can be measured by using, for example, an ICP-AES analysis method.

本実施形態に係る合成スメクタイト100は、主成分として上記式(1)で表される成分を含み、副成分として、アモルファスSiOなどの非晶質成分、イオン性不純物、及び合成時に残留した硝酸塩、酢酸塩などの不純物を含んでもよい。主成分として含まれる上記式(1)で表される成分の含有量は、合成スメクタイト100の全質量を基準として、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが更に好ましい。 Synthetic smectite 100 according to the present embodiment includes a component represented by the above formula (1) as a main component, and as an auxiliary component, an amorphous component such as amorphous SiO 2 , an ionic impurity, and a nitrate remaining during synthesis. Further, impurities such as acetate may be contained. The content of the component represented by the above formula (1) contained as the main component is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, based on the total mass of the synthetic smectite 100. More preferably, it is 90% by mass or more.

また、本実施形態に係る合成スメクタイト100は、気流が50ml/分である乾燥空気中で、150℃から300℃まで10℃/分で昇温したときの質量減少率が、昇温前の質量を基準として、2〜5質量%であることが好ましい。   Further, the synthetic smectite 100 according to the present embodiment has a mass reduction rate when the temperature is increased from 150 ° C. to 300 ° C. at 10 ° C./min in dry air with an air flow of 50 ml / min, and the mass before the temperature increase. Is preferably 2 to 5% by mass based on the above.

上述の質量減少率が2%未満である場合、アモルファスSiO等の非晶質成分の混合割合が高いため、合成スメクタイト100から得られるフィルム状成形体の成膜性、及び可とう性が低下する傾向にある。一方、上述の質量減少率が5%を越える場合、合成時に残留した硝酸塩、酢酸塩などの不純物混合割合が高いため、合成スメクタイト100から得られるフィルム状成形体の成膜性、及び可とう性が低下する傾向にある。 When the above-mentioned mass reduction rate is less than 2%, since the mixing ratio of amorphous components such as amorphous SiO 2 is high, the film formability and flexibility of the film-like molded body obtained from the synthetic smectite 100 are lowered. Tend to. On the other hand, when the mass reduction rate exceeds 5%, since the mixing ratio of impurities such as nitrate and acetate remaining at the time of synthesis is high, the film-formability and flexibility of the film-like molded body obtained from the synthetic smectite 100 are high. Tend to decrease.

本実施形態に係る合成スメクタイト100の四面体結晶構造は、ケイ素イオン、アルミニウムイオン及び酸素イオンからなり、四面体シート3は負電荷を有している。このため、水を溶媒とした分散液とした際、複数の層構造10同士の反発力によって、図2に示すようなカードハウス構造200を形成し、分散液は高い粘性を発現する。一方、水への分散性を有しないアモルファスSiO等の非晶質成分の混合が著しくなると、その影響によって合成スメクタイト100の水中への分散性が不十分となる。その結果、フィルム状成形体の成膜性及び可とう性が低下する傾向にある。また、合成時に残留した硝酸塩、酢酸塩などの不純物の混合割合が高いと、不純物の影響により、フィルム状成形体の成膜性、及び可とう性が低下する傾向にある。なお、質量減少率の評価方法としては、例えば、TG−DTA法を好適に用いることができる。 The tetrahedral crystal structure of the synthetic smectite 100 according to this embodiment is composed of silicon ions, aluminum ions, and oxygen ions, and the tetrahedral sheet 3 has a negative charge. For this reason, when it is set as the dispersion liquid which used water as the solvent, the card house structure 200 as shown in FIG. 2 is formed with the repulsive force of several layer structure 10, and a dispersion liquid expresses high viscosity. On the other hand, when the mixing of amorphous components such as amorphous SiO 2 having no water dispersibility becomes significant, the dispersibility of the synthetic smectite 100 in water becomes insufficient due to the influence. As a result, the film formability and flexibility of the film-like molded product tend to be lowered. Further, when the mixing ratio of impurities such as nitrate and acetate remaining at the time of synthesis is high, the film formability and flexibility of the film-like molded product tend to be lowered due to the influence of the impurities. In addition, as a mass reduction rate evaluation method, for example, a TG-DTA method can be suitably used.

また、本実施形態に係る合成スメクタイト100は、水を主成分とする溶媒に分散させた分散液としてもよい。この分散液は粘土フィルムを形成する際に好適に利用できるほか、高分子成分と混合して複合フィルムを形成する際にも好適に利用できる。なお、本実施形態に係る合成スメクタイト100の含有率が2質量%となるように水中に分散させたときの分散液の粘度は、2000mPa・s以上であることが好ましい。   In addition, the synthetic smectite 100 according to the present embodiment may be a dispersion liquid in which a water-based solvent is dispersed. This dispersion can be suitably used for forming a clay film, and can also be suitably used for forming a composite film by mixing with a polymer component. In addition, it is preferable that the viscosity of the dispersion liquid when it is made to disperse | distribute in water so that the content rate of the synthetic smectite 100 which concerns on this embodiment may be 2 mass% is 2000 mPa * s or more.

本実施形態に係る合成スメクタイト100を、水を主成分とする溶媒に分散させた分散液では、層構造10は、カードハウス構造200を形成する。その際、層構造10は、あたかも高分子鎖を形成するように配列しているため、分散液は粘性を有するようになる。ここで、合成スメクタイト100の含有率が2質量%となるように水中に分散させた上記分散液の粘度が2000mPa・s未満である場合、例えば、非晶質成分など水に分散しない不純物成分の混合割合が高いために、上記合成スメクタイト100から得られるフィルム状成形体の成膜性、及び可とう性などが低下する傾向にある。   In the dispersion liquid in which the synthetic smectite 100 according to this embodiment is dispersed in a solvent containing water as a main component, the layer structure 10 forms the card house structure 200. At that time, since the layer structure 10 is arranged so as to form a polymer chain, the dispersion liquid becomes viscous. Here, when the viscosity of the dispersion liquid dispersed in water so that the content of the synthetic smectite 100 is 2% by mass is less than 2000 mPa · s, for example, an amorphous component such as an impurity component that is not dispersed in water. Since the mixing ratio is high, the film formability and flexibility of the film-like molded body obtained from the synthetic smectite 100 tend to decrease.

また、本実施形態に係る合成スメクタイト100の含有率が2質量%となるように水中に分散させた分散液の粘度は、5000mPa・s以下であることが好ましい。上記分散液の粘度が5000mPa・sを超えると、分散液から乾燥等の方法で溶媒を除去して粘土フィルムを形成する際、溶媒の除去が不充分となり、得られる粘土フィルムの平坦性が低下する傾向がある。なお、粘度の評価方法として、例えばB型粘度計などを好適に用いることができる。   Moreover, it is preferable that the viscosity of the dispersion liquid disperse | distributed in water so that the content rate of the synthetic smectite 100 which concerns on this embodiment may be 2 mass% is 5000 mPa * s or less. When the viscosity of the dispersion exceeds 5000 mPa · s, when the clay film is formed by removing the solvent from the dispersion by a method such as drying, the removal of the solvent becomes insufficient, and the flatness of the resulting clay film is lowered. Tend to. In addition, as a viscosity evaluation method, for example, a B-type viscometer can be preferably used.

本実施形態に係る合成スメクタイト100は、成膜性を有することが好ましい。   The synthetic smectite 100 according to the present embodiment preferably has film formability.

本実施形態に係る合成スメクタイト100を成膜する方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。合成スメクタイト100を水を主成分として含む溶媒と混合すると、層構造間の交換性陽イオンXb+が水素結合力によって水分子を吸着して、厚さ0.5〜1.5nm、幅1.0〜500nmの分布を有する粒子状の合成スメクタイト100となり、この粒子状の合成スメクタイト100が分散した分散液を得ることができる。この分散液を、成形用の基材に流し込んだ後、分散液から溶媒を分離除去し、合成スメクタイト粒子を規則的に積層させることによって、フィルム状成形体を得ることができる。なお、溶媒を分離除去する方法として乾燥又は遠心分離などが挙げられる。合成スメクタイトが規則的に積層したフィルム状成形体を得るためには、溶媒を徐々に分離除去することが好ましい。すなわち、例えば、乾燥させて溶媒を除去することによりフィルム状成形体を得る場合、20℃〜60℃の温度範囲で溶媒を乾燥除去することが好ましく、20℃〜50℃の温度範囲で溶媒を乾燥除去することがより好ましく、25℃〜40℃の温度範囲で溶媒を乾燥除去することが更に好ましい。 Examples of a method for forming the synthetic smectite 100 according to the present embodiment include the following methods. When the synthetic smectite 100 is mixed with a solvent containing water as a main component, the exchangeable cation Xb + between the layer structures adsorbs water molecules by hydrogen bonding force, and has a thickness of 0.5 to 1.5 nm and a width of 1. A particulate synthetic smectite 100 having a distribution of 0 to 500 nm is obtained, and a dispersion in which the particulate synthetic smectite 100 is dispersed can be obtained. After pouring this dispersion into a base material for molding, the solvent is separated and removed from the dispersion, and synthetic smectite particles are regularly laminated to obtain a film-like molded product. Examples of the method for separating and removing the solvent include drying or centrifugation. In order to obtain a film-like molded article in which synthetic smectites are regularly laminated, it is preferable to gradually separate and remove the solvent. That is, for example, when a film-like molded product is obtained by drying and removing the solvent, the solvent is preferably removed by drying in a temperature range of 20 ° C to 60 ° C, and the solvent is removed in a temperature range of 20 ° C to 50 ° C. It is more preferable to remove by drying, and it is further preferable to remove the solvent by drying in a temperature range of 25 ° C to 40 ° C.

また、上記成形用の基材は何ら限定されるものではなく、ポリプロピレン、テフロン(登録商標)などのポリマー製基材、及び真鍮板などの金属製基材を好適に用いることができる。   Moreover, the said base material for shaping | molding is not limited at all, Metal base materials, such as polymer base materials, such as a polypropylene and a Teflon (trademark), and a brass plate, can be used suitably.

本実施形態に係る合成スメクタイト100を成膜して得られる上記フィルム状成形体は、ナトリウムイオンの含有率が十分に低減されており、また、可とう性に十分優れている。   The film-like molded body obtained by forming the synthetic smectite 100 according to this embodiment has a sufficiently reduced sodium ion content and is sufficiently excellent in flexibility.

上記フィルム状成形体を膜厚50μmとした場合のマンドレル曲げ半径は、5mm以下であることが好ましい。なお、フィルム状成形体の厚さは、成膜に使用する分散液の量及び分散液に含まれる合成スメクタイトの含有量を変えることによって調整することができる。また、フィルム状成形体のマンドレル曲げ半径は、例えば、市販のマンドレル測定器を用いて測定することができる。また、フィルム状成形体の膜厚は、例えば、マイクロメーターを用いて測定することができる。   It is preferable that the mandrel bending radius when the film-shaped molded body has a film thickness of 50 μm is 5 mm or less. In addition, the thickness of the film-like molded body can be adjusted by changing the amount of the dispersion used for film formation and the content of the synthetic smectite contained in the dispersion. Moreover, the mandrel bending radius of a film-form molded object can be measured using a commercially available mandrel measuring device, for example. Moreover, the film thickness of a film-form molded object can be measured using a micrometer, for example.

[複合フィルム]
本実施形態に係る合成スメクタイト100を用いて、合成スメクタイト100と高分子成分とを含有する複合フィルムを得ることができる。すなわち、例えば、本実施形態に係る合成スメクタイト100を水を主成分として含む溶媒に分散させた分散液とし、この分散液に所定量の高分子成分を混合した混合液とし、成形用の基材に流し込み、混合液から乾燥又は遠心分離などの方法によって溶媒を除去することにより、粒子状の合成スメクタイトと高分子成分との混合物が積層した複合フィルム成形体を得ることができる。
[Composite film]
By using the synthetic smectite 100 according to this embodiment, a composite film containing the synthetic smectite 100 and a polymer component can be obtained. That is, for example, a synthetic liquid smectite 100 according to the present embodiment is dispersed in a solvent containing water as a main component, and a mixed liquid in which a predetermined amount of a polymer component is mixed with the dispersion liquid. And a solvent is removed from the mixed solution by a method such as drying or centrifugation, whereby a composite film molded body in which a mixture of a particulate synthetic smectite and a polymer component is laminated can be obtained.

上記混合液から乾燥又は遠心分離などの方法によって溶媒を除去する際には、溶媒を徐々に分離除去することが好ましい。すなわち、例えば、乾燥により複合フィルム成形体を得る場合、20℃〜60℃の温度範囲で溶媒を除去することが好ましく、20℃〜50℃の温度範囲で溶媒を除去することがより好ましく、25℃〜40℃の温度範囲で溶媒を除去することが更に好ましい。   When removing the solvent from the mixed solution by a method such as drying or centrifugation, it is preferable to gradually separate and remove the solvent. That is, for example, when obtaining a composite film molded body by drying, it is preferable to remove the solvent in a temperature range of 20 ° C to 60 ° C, more preferably to remove the solvent in a temperature range of 20 ° C to 50 ° C, 25 More preferably, the solvent is removed in a temperature range of from 40 ° C to 40 ° C.

また、上記成形用の基材はなんら限定されるものではなく、ポリプロピレン、テフロン(登録商標)などのポリマー製基材、及び真鍮板などの金属製基材を好適に用いることができる。   Moreover, the said base material for shaping | molding is not limited at all, Metal base materials, such as polymer base materials, such as a polypropylene and a Teflon (trademark), and a brass plate, can be used suitably.

本実施形態に係る合成スメクタイト100に高分子成分を混合した複合フィルムとすることにより、高分子成分に由来する特性を更に備えたフィルム成形体とすることができる。また、本実施形態に係る合成スメクタイト100と高分子成分とを用いて形成される粘土フィルムが有する可とう性などの特性を十分に生かすため、上記合成スメクタイト100の含有率は、上記複合フィルム全体の質量に対して、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることが更に好ましい。   By using a composite film in which the polymer component is mixed with the synthetic smectite 100 according to the present embodiment, a film molded body further having characteristics derived from the polymer component can be obtained. Further, in order to make full use of the properties such as the flexibility of the clay film formed using the synthetic smectite 100 according to this embodiment and the polymer component, the content of the synthetic smectite 100 is determined as follows. It is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and still more preferably 80% by mass or more with respect to the mass.

本実施形態に係る複合フィルムに用いる高分子成分は、水溶性であることが好ましい。本実施形態に係る複合フィルムは、水を主成分として含む溶媒に分散させた分散液を経て得られるため、水と均一に混合することが可能な水溶性の高分子成分を好適に用いることができる。このような水溶性の高分子成分としては、例えば、水溶性ナイロン、ポリアクリル酸アンモニウム、カルボキシメチルセルロースアンモニウム、メチルビニルエーテルと無水マレイン酸共重合体、などが挙げられる。   The polymer component used in the composite film according to this embodiment is preferably water-soluble. Since the composite film according to the present embodiment is obtained through a dispersion liquid in which a water-based solvent is dispersed, a water-soluble polymer component that can be uniformly mixed with water is preferably used. it can. Examples of such water-soluble polymer components include water-soluble nylon, ammonium polyacrylate, carboxymethyl cellulose ammonium, methyl vinyl ether and maleic anhydride copolymer, and the like.

また、本実施形態に係る複合フィルムは、膜厚を30μmとした場合の波長550nmにおける光透過率が80%以上であることが好ましい。上記複合フィルムの膜厚は、成形用の基材に流し込む混合液の量及び混合液に含まれる合成スメクタイト100及び高分子成分の含有量を変えることによって調整することができる。なお、波長550nmの光透過率は、例えば、濁度計を用いて測定することができる。また、膜厚の測定方法として、例えば、マイクロメーターを用いることができる。   The composite film according to this embodiment preferably has a light transmittance of 80% or more at a wavelength of 550 nm when the film thickness is 30 μm. The film thickness of the composite film can be adjusted by changing the amount of the mixed solution poured into the molding substrate and the content of the synthetic smectite 100 and the polymer component contained in the mixed solution. The light transmittance at a wavelength of 550 nm can be measured using a turbidimeter, for example. Further, as a method for measuring the film thickness, for example, a micrometer can be used.

[合成スメクタイトの製造方法]
本実施形態の合成スメクタイト100の製造方法では、まず、上記式(1)〜(4)を満たす比率でケイ素及びアルミニウムを含有する溶液とアルカリ溶液とを混合して複合水酸化物スラリーを得る(第一工程)。続いて、上記式(1)〜(4)を満たす比率で複合水酸化物スラリー、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属又はこれらの混合物を含有する溶液、及び水を混合して前駆体スラリーを調製する(第二工程)。さらに、得られた前駆体スラリーを水熱反応し、合成スメクタイト100を含む生成物スラリーを得る(第三工程)。最後に、得られた生成物スラリーを撹拌した後、固液分離して本実施形態の合成スメクタイト100を得る(第四工程)。以下、各工程の詳細について説明する。
[Method for producing synthetic smectite]
In the method for producing the synthetic smectite 100 of this embodiment, first, a composite hydroxide slurry is obtained by mixing a solution containing silicon and aluminum and an alkali solution at a ratio satisfying the above formulas (1) to (4) ( First step). Subsequently, a composite hydroxide slurry, a solution containing an alkali metal or alkaline earth metal or a mixture thereof, and water are mixed at a ratio satisfying the above formulas (1) to (4) to prepare a precursor slurry. (Second step). Furthermore, the obtained precursor slurry is hydrothermally reacted to obtain a product slurry containing the synthetic smectite 100 (third step). Finally, after stirring the obtained product slurry, solid-liquid separation is performed to obtain the synthetic smectite 100 of the present embodiment (fourth step). Details of each step will be described below.

<第一工程>
まず、アルミニウムを含有する水溶液と、ケイ素を含有する水溶液又はアルコール溶液とを、上記式(1)〜(4)を満たす比率で混合する。混合は、例えば、撹拌などにより行うことができる。
<First step>
First, an aqueous solution containing aluminum and an aqueous solution or alcohol solution containing silicon are mixed at a ratio satisfying the above formulas (1) to (4). Mixing can be performed, for example, by stirring.

なお、アルミニウムを含有する水溶液としては、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、酢酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムからなる群より選ばれる一種以上を含む水溶液を好適に用いることができる。ケイ素を含有する水溶液又はアルコール溶液としては、テトラメチルオルトシリケート、テトラエチルオルトシリケート、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ及びアモルファスシリカからなる群より選ばれる一種以上を含む水溶液又はアルコール溶液を好適に用いることができる。また、合成スメクタイト100に含有されるナトリウムイオンの含有量を10ppm以下とするためには、これらの水溶液又はアルコール溶液中における全金属元素中のケイ素及びアルミニウムの純度は99.9原子%以上であることが好ましい。   In addition, as aqueous solution containing aluminum, the aqueous solution containing 1 or more types chosen from the group which consists of aluminum nitrate, aluminum chloride, aluminum acetate, aluminum sulfate, aluminum oxide, and aluminum hydroxide can be used suitably. As the aqueous solution or alcohol solution containing silicon, an aqueous solution or alcohol solution containing at least one selected from the group consisting of tetramethylorthosilicate, tetraethylorthosilicate, colloidal silica, fumed silica, and amorphous silica can be suitably used. . Moreover, in order to make the content of sodium ions contained in the synthetic smectite 100 10 ppm or less, the purity of silicon and aluminum in all the metal elements in these aqueous solutions or alcohol solutions is 99.9 atomic% or more. It is preferable.

次に、得られた混合溶液と、アルカリ水溶液とを混合し、複合水酸化物スラリーを作製する。このとき、混合溶液にアルカリ水溶液を添加してもよいし、アルカリ溶液に混合溶液を添加してもよい。また、アルカリ水溶液としては、例えば、水酸化カリウム水溶液、アンモニア水溶液等が挙げられるが、金属イオンを含まないアンモニア水溶液が好ましい。なお、このとき、上記複合水酸化物スラリーのpHが4.0〜11.0になるようにアルカリ水溶液量を調整することが好ましく、pHが4.5〜10.5になるように調整することがより好ましい。また、上述の操作で得られた複合水酸化物スラリーを、濾過法又は遠心分離法などの方法により水洗することが好ましい。   Next, the obtained mixed solution and an alkaline aqueous solution are mixed to prepare a composite hydroxide slurry. At this time, an alkaline aqueous solution may be added to the mixed solution, or the mixed solution may be added to the alkaline solution. Examples of the alkaline aqueous solution include an aqueous potassium hydroxide solution and an aqueous ammonia solution, and an aqueous ammonia solution containing no metal ions is preferred. At this time, the amount of the alkaline aqueous solution is preferably adjusted so that the pH of the composite hydroxide slurry is 4.0 to 11.0, and is adjusted so that the pH is 4.5 to 10.5. It is more preferable. Moreover, it is preferable to wash the composite hydroxide slurry obtained by the above-mentioned operation with a method such as a filtration method or a centrifugal separation method.

<第二工程>
上述の第一工程で得られた複合水酸化物スラリー、アルカリ金属イオン若しくはアルカリ土類金属イオン又はその混合物を含有する溶液、及び水を、上記式(1)〜(4)を満たす比率で混合して、前駆体スラリーを作製する。
<Second step>
The composite hydroxide slurry obtained in the first step described above, a solution containing alkali metal ions or alkaline earth metal ions or a mixture thereof, and water are mixed at a ratio satisfying the above formulas (1) to (4). Thus, a precursor slurry is produced.

なお、アルカリ金属イオン若しくはアルカリ土類金属イオン又はその混合物を含有する溶液としては、これら金属イオンの水酸化物、硝酸塩、酢酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、塩化物及びフッ化物からなる群より選ばれる一種以上を含む水溶液を好適に用いることができる。なお、このとき、アルカリ金属イオン若しくはアルカリ土類金属イオン又はこれらの混合物を含有する水溶液の濃度、及び水混合量を調整することによって、上記前駆体スラリーのpHを8.0〜12.6にすることが好ましく、8.5〜12.4にすることがより好ましい。   In addition, as a solution containing alkali metal ions or alkaline earth metal ions or a mixture thereof, from the group consisting of hydroxide, nitrate, acetate, carbonate, oxalate, chloride and fluoride of these metal ions An aqueous solution containing one or more selected ones can be suitably used. At this time, the pH of the precursor slurry is adjusted to 8.0 to 12.6 by adjusting the concentration of the aqueous solution containing alkali metal ions or alkaline earth metal ions or a mixture thereof and the amount of water mixed. It is preferable to set it to 8.5 to 12.4.

<第三工程>
続いて、第二工程で得られた前駆体スラリーを、例えば、オートクレーブを用いて、水熱反応することによって、合成スメクタイト100を含有する生成物スラリーを得ることができる。このとき、水熱反応の温度範囲は200〜370℃とすることが好ましく、220〜370℃とすることがより好ましい。
<Third step>
Subsequently, the precursor slurry obtained in the second step is subjected to a hydrothermal reaction using, for example, an autoclave, whereby a product slurry containing the synthetic smectite 100 can be obtained. At this time, the temperature range of the hydrothermal reaction is preferably 200 to 370 ° C, and more preferably 220 to 370 ° C.

<第四工程>
最後に、第三工程で得られた生成物スラリーを撹拌した後、固液分離することによって、主成分が上記式(1)で表され、ナトリウムイオン含有量が10ppm以下である合成スメクタイト100を得ることができる。このとき、撹拌速度は3000rpm以上であることが好ましく、4000rpm以上であることがより好ましい。すなわち、撹拌速度が3000rpmを下回ると、水への分散性を有する合成スメクタイト100と水には分散しない非晶質成分などの不純物の分離が不十分となる傾向にある。また、撹拌時間は5分間以上であることが好ましく、10分間以上であることがより好ましい。撹拌時間が5分間を下回ると、水への分散性を有する合成スメクタイト100と水には分散しない非晶質成分などの不純物の分離が十分に進行しにくい傾向にある。
<Fourth process>
Finally, the product slurry obtained in the third step is stirred and then subjected to solid-liquid separation to obtain a synthetic smectite 100 represented by the above formula (1) and having a sodium ion content of 10 ppm or less. Obtainable. At this time, the stirring speed is preferably 3000 rpm or more, and more preferably 4000 rpm or more. That is, when the stirring speed is less than 3000 rpm, the separation of impurities such as the amorphous smectite 100 having dispersibility in water and the amorphous component not dispersed in water tends to be insufficient. Further, the stirring time is preferably 5 minutes or more, and more preferably 10 minutes or more. When the stirring time is less than 5 minutes, separation of impurities such as amorphous smectite 100 having dispersibility in water and an amorphous component that is not dispersed in water tends not to sufficiently proceed.

固液分離には遠心分離法を好適に用いることができる。このとき、遠心分離の際の遠心加速度は1.96×10m/s(2000G)以上であることが好ましく、2.94×10m/s(3000G)以上であることがより好ましい。遠心加速度が1.96×10m/s(2000G)を下回ると、水への分散性を有する合成スメクタイト100と水には分散しない非晶質成分などの不純物の分離が不十分となる傾向にある。また、遠心分離時間は5分間以上であることが好ましく、10分間以上であることがより好ましい。遠心分離時間が5分間を下回ると、水への分散性を有する合成スメクタイト100と水には分散しない非晶質成分などの不純物の分離が十分に進行しにくい傾向にある。 Centrifugation can be suitably used for solid-liquid separation. At this time, the centrifugal acceleration during centrifugation is preferably 1.96 × 10 4 m / s 2 (2000 G) or more, more preferably 2.94 × 10 4 m / s 2 (3000 G) or more. preferable. When the centrifugal acceleration is less than 1.96 × 10 4 m / s 2 (2000 G), separation of impurities such as amorphous smectite 100 having dispersibility in water and amorphous components that are not dispersed in water becomes insufficient. There is a tendency. Further, the centrifugation time is preferably 5 minutes or more, and more preferably 10 minutes or more. If the centrifugation time is less than 5 minutes, the separation of impurities such as the synthetic smectite 100 having dispersibility in water and an amorphous component that does not disperse in water tends to not sufficiently proceed.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。   The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

[実施例1]
<合成スメクタイトの製造>
実施例1ではまず、Li 0.7Al4.7Si7.320(OH)で表される成分を主成分として含む合成スメクタイトを、以下の手順で製造した。始めに、コロイダルシリカ(シグマ−アルドリッチ社製、SiO含有率:50質量%)12.02gに、1規定の硝酸水溶液2ml及び蒸留水24gを混合し、コロイダルシリカ分散液を得た。また、硝酸アルミニウム九水和物(和光純薬工業株式会社製、純度99.9質量%)24.15gを蒸留水100mlに溶解した後、上記コロイダルシリカ分散液と混合し、ケイ素及びアルミニウムを含有する混合液を得た。次に、この混合液に28質量%のアンモニア水溶液24.19gを6.0ml/分の滴下速度で混合し、pH=10.8の複合水酸化物スラリーを得た。
[Example 1]
<Manufacture of synthetic smectite>
In Example 1, first, a synthetic smectite containing a component represented by Li + 0.7 Al 4.7 Si 7.3 O 20 (OH) 4 as a main component was produced by the following procedure. First, 12 ml of colloidal silica (manufactured by Sigma-Aldrich, SiO 2 content: 50% by mass) was mixed with 2 ml of a 1N nitric acid aqueous solution and 24 g of distilled water to obtain a colloidal silica dispersion. In addition, 24.15 g of aluminum nitrate nonahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9% by mass) is dissolved in 100 ml of distilled water, and then mixed with the colloidal silica dispersion to contain silicon and aluminum. A mixed solution was obtained. Next, 24.19 g of a 28% by mass aqueous ammonia solution was mixed with this mixed solution at a dropping rate of 6.0 ml / min to obtain a composite hydroxide slurry having a pH = 10.8.

続いて、得られた複合水酸化物スラリーに、水酸化リチウム(和光純薬工業株式会社製、純度99.9質量%)0.37gを混合し、更に蒸留水を混合して全量が250mlとなるように調整し、前駆体スラリーを得た。なお、得られた前駆体スラリーのpHは11.6であった。   Subsequently, 0.37 g of lithium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity: 99.9% by mass) is mixed with the obtained composite hydroxide slurry, and distilled water is further mixed so that the total amount becomes 250 ml. Thus, a precursor slurry was obtained. In addition, pH of the obtained precursor slurry was 11.6.

次に、ステンレス製オートクレーブ中に前駆体スラリーを仕込み、300℃、48時間、自生圧力の条件で水熱反応させた。こうして得られた生成物スラリーは、白色半透明のゲル状であった。   Next, the precursor slurry was charged into a stainless steel autoclave and subjected to a hydrothermal reaction at 300 ° C. for 48 hours under a self-generated pressure. The product slurry thus obtained was a white translucent gel.

得られた生成物スラリーを、シャフトジェネレーター(アズワン製)を用いて3000rpmで5分間攪拌した後、遠心分離法を用いて固液分離を行い、固体成分を回収して合成スメクタイトを得た。遠心分離法の遠心加速度は7.85×10m/s(8000G)、遠心分離時間は10分間とした。 The obtained product slurry was stirred at 3000 rpm for 5 minutes using a shaft generator (manufactured by ASONE), then solid-liquid separation was performed using a centrifugal separation method, and solid components were recovered to obtain a synthetic smectite. The centrifugal acceleration of the centrifugal separation method was 7.85 × 10 4 m / s 2 (8000 G), and the centrifugation time was 10 minutes.

<合成スメクタイト分散水溶液の作製>
得られた合成スメクタイト0.4gをビーカー中に入れ、これに蒸留水(20℃)を加えて全量20gとした後、テフロン(登録商標)回転子で攪拌することにより、合成スメクタイトの含有率が2質量%であり、合成スメクタイトが水中に分散した分散液を得た。
<Preparation of synthetic smectite dispersed aqueous solution>
0.4 g of the obtained synthetic smectite is placed in a beaker, and distilled water (20 ° C.) is added thereto to make a total amount of 20 g, followed by stirring with a Teflon (registered trademark) rotor so that the content of the synthetic smectite is reduced. The dispersion was 2% by mass and the synthetic smectite was dispersed in water.

[実施例2]
前駆体スラリーの水熱反応の条件を350℃、48時間、自生圧力としたこと以外は、実施例1と同様にして合成スメクタイト及び2質量%合成スメクタイト分散液を得た。
[Example 2]
Synthetic smectite and a 2% by mass synthetic smectite dispersion were obtained in the same manner as in Example 1 except that the hydrothermal reaction conditions of the precursor slurry were 350 ° C., 48 hours, and autogenous pressure.

[実施例3]
前駆体スラリーの水熱反応の条件を300℃、24時間、自生圧力としたこと以外は、実施例1と同様にして合成スメクタイト及び2質量%合成スメクタイト分散液を得た。
[Example 3]
A synthetic smectite and a 2% by mass synthetic smectite dispersion were obtained in the same manner as in Example 1 except that the hydrothermal reaction conditions of the precursor slurry were set to 300 ° C. for 24 hours and an autogenous pressure.

[実施例4]
複合水酸化物スラリーに、水酸化リチウムの代わりにフッ化リチウム(和光純薬工業株式会社製、試薬特級)0.23gを混合し、Li 0.7Al4.7Si7.320(OH0.30.7で表される成分を主成分として含有する合成スメクタイトを製造したこと以外は、実施例1と同様にして合成スメクタイト及び2質量%合成スメクタイト分散液を得た。
[Example 4]
Lithium fluoride (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) 0.23 g is mixed with the composite hydroxide slurry instead of lithium hydroxide, and Li + 0.7 Al 4.7 Si 7.3 O 20 is mixed. A synthetic smectite and a 2% by mass synthetic smectite dispersion were obtained in the same manner as in Example 1 except that a synthetic smectite containing the component represented by (OH 0.3 F 0.7 ) 4 as a main component was produced. It was.

[実施例5]
前駆体スラリーの水熱反応の条件を220℃、336時間、自生圧力としたこと以外は、実施例4と同様にして合成スメクタイト及び2質量%合成スメクタイト分散液を得た。
[Example 5]
A synthetic smectite and a 2% by mass synthetic smectite dispersion were obtained in the same manner as in Example 4 except that the hydrothermal reaction conditions of the precursor slurry were set at 220 ° C. for 336 hours and an autogenous pressure.

[比較例1] [Comparative Example 1]

まず、Na 0.7Al4.7Si7.320(OH)で表される成分を主成分として含む合成スメクタイトを製造した。始めに、300mlのビーカーに水130mlを入れ、3号水ガラス(SiO含有率:28質量%)21.46gを溶解し、16規定硝酸6mlを撹拌しながら一度に加えてケイ酸溶液を得た。次にケイ酸溶液に塩化アルミニウム(和光純薬工業株式会社製、純度98質量%)15.87gを加えて、ケイ素及びアルミニウムを含有する混合液を調製した。この混合液を、2規定水酸化ナトリウム溶液100ml中に、撹拌しながら5分間かけて滴下した。このとき得られた複合水酸化物スラリーのpHは4.4であった。 First, a synthetic smectite containing a component represented by Na + 0.7 Al 4.7 Si 7.3 O 20 (OH) 4 as a main component was produced. First, 130 ml of water is put into a 300 ml beaker, 21.46 g of No. 3 water glass (SiO 2 content: 28% by mass) is dissolved, and 6 ml of 16 N nitric acid is added all at once with stirring to obtain a silicic acid solution. It was. Next, 15.87 g of aluminum chloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity: 98% by mass) was added to the silicic acid solution to prepare a mixed solution containing silicon and aluminum. This mixed solution was added dropwise to 100 ml of 2N sodium hydroxide solution over 5 minutes with stirring. The pH of the composite hydroxide slurry obtained at this time was 4.4.

続いて、得られた複合水酸化物スラリーに、水酸化ナトリウム(和光純薬工業株式会社製、純度99.9質量%)0.35gを混合し、更に蒸留水を混合して全量が250mlとなるように調整し、前駆体スラリーを得た。なお、得られた前駆体スラリーのpHは8.8であった。   Subsequently, 0.35 g of sodium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity: 99.9% by mass) is mixed with the obtained composite hydroxide slurry, and distilled water is further mixed so that the total amount becomes 250 ml. Thus, a precursor slurry was obtained. In addition, pH of the obtained precursor slurry was 8.8.

次に、ステンレス製オートクレーブ中に前駆体スラリーを仕込み、350℃、24時間、自生圧力の条件で水熱反応させた。こうして得られた生成物スラリーは、白色のスラリー状物質であった。この生成物スラリーに含まれる合成スメクタイトを比較例1の合成スメクタイトとした。   Next, the precursor slurry was charged into a stainless steel autoclave and subjected to hydrothermal reaction at 350 ° C. for 24 hours under the conditions of self-generated pressure. The product slurry thus obtained was a white slurry-like substance. The synthetic smectite contained in this product slurry was the synthetic smectite of Comparative Example 1.

得られた生成物スラリーの固液分離を行わずに、この生成物スラリーを水で希釈して、2質量%合成スメクタイト分散液を得た。   Without performing solid-liquid separation of the obtained product slurry, this product slurry was diluted with water to obtain a 2% by mass synthetic smectite dispersion.

[比較例2]
複合水酸化物スラリーに、水酸化ナトリウムの代わりに水酸化リチウム(和光純薬工業株式会社製、純度99.9質量%)0.37gを混合し、Li 0.7Al4.7Si7.320(OH)で表される成分を主成分として含む合成スメクタイトを製造したこと以外は、比較例1と同様にして比較例2の合成スメクタイト及び2質量%合成スメクタイト分散液を作製した。得られた生成物スラリーは、白色のスラリー状物質であった。
[Comparative Example 2]
In place of sodium hydroxide, 0.37 g of lithium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9% by mass) is mixed with the composite hydroxide slurry, and Li + 0.7 Al 4.7 Si 7 is mixed. .3 Synthetic smectite of Comparative Example 2 and a 2% by weight synthetic smectite dispersion were prepared in the same manner as Comparative Example 1 except that synthetic smectite containing the component represented by O 20 (OH) 4 as a main component was produced. did. The resulting product slurry was a white slurry.

[比較例3]
比較例1で得た合成スメクタイトを下記の手順でイオン交換することによって、比較例3の合成スメクタイト及び2質量%合成スメクタイト分散液を作製した。
[Comparative Example 3]
The synthetic smectite obtained in Comparative Example 1 was ion exchanged according to the following procedure to prepare the synthetic smectite of Comparative Example 3 and a 2% by mass synthetic smectite dispersion.

まず、比較例1で得た合成スメクタイト2gをビーカー中に入れ、これに50gの純水(20℃)を加えてテフロン(登録商標)回転子で攪拌することにより、合成スメクタイトが水に分散した分散液を得た。この分散液に、水酸化リチウム一水和物を0.8g加えて、25℃、大気中で1時間放置した。   First, 2 g of the synthetic smectite obtained in Comparative Example 1 was placed in a beaker, 50 g of pure water (20 ° C.) was added thereto, and the mixture was stirred with a Teflon (registered trademark) rotor, whereby the synthetic smectite was dispersed in water. A dispersion was obtained. To this dispersion, 0.8 g of lithium hydroxide monohydrate was added and left at 25 ° C. in the air for 1 hour.

その後、市販の遠心分離機を用いて、1.96×10m/s(2000G)の遠心加速度で10分間遠心分離して分散液から上澄み液を除去し、純水を50g加えた(遠心分離操作1)。この遠心分離操作1を合計3回繰り返し行って、合成スメクタイトの層構造間にあるナトリウムイオンの少なくとも一部がリチウムイオンに置換された分散液を得た。 Thereafter, using a commercially available centrifuge, centrifugation was performed at a centrifugal acceleration of 1.96 × 10 4 m / s 2 (2000 G) for 10 minutes to remove the supernatant from the dispersion, and 50 g of pure water was added ( Centrifugation operation 1). This centrifugation operation 1 was repeated a total of three times to obtain a dispersion in which at least a part of sodium ions between the synthetic smectite layer structures was replaced with lithium ions.

次いで、上述の遠心分離機を用いて、1.96×10m/s(2000G)の遠心加速度で10分間遠心分離して分散液から上澄み液を除去し、再び純水50gを加えた(遠心分離操作2)。この遠心分離操作2を合計3回繰り返し行って、過剰のリチウムイオンを洗浄除去した。その後、分散液から、上記遠心分離条件によって上澄み液を除去し、比較例3の合成スメクタイトとした。また、得られた合成スメクタイト0.4gをビーカー中に入れ、これに蒸留水(20℃)を加えて全量20gとした後、テフロン(登録商標)回転子で攪拌することにより、合成スメクタイトの含有率が2質量%であり、合成スメクタイトが水中に分散した分散液を得た。 Next, the supernatant was removed from the dispersion by centrifuging at a centrifugal acceleration of 1.96 × 10 4 m / s 2 (2000 G) for 10 minutes using the above-mentioned centrifuge, and 50 g of pure water was added again. (Centrifuge operation 2). This centrifugation operation 2 was repeated a total of 3 times to wash away excess lithium ions. Thereafter, the supernatant was removed from the dispersion under the above centrifugal separation conditions to obtain a synthetic smectite of Comparative Example 3. Further, 0.4 g of the obtained synthetic smectite was put in a beaker, and distilled water (20 ° C.) was added thereto to make a total amount of 20 g, followed by stirring with a Teflon (registered trademark) rotor to contain the synthetic smectite. The ratio was 2% by mass, and a dispersion liquid in which synthetic smectite was dispersed in water was obtained.

[合成スメクタイトの評価]
各実施例及び各比較例で得られた合成スメクタイトのナトリウムイオン含有量、150℃〜300℃加熱時の質量減少率、並びに2質量%合成スメクタイト分散液の粘度及び成膜性を以下の手順で評価した。さらに、上記合成スメクタイトのフィルム状成形体の可とう性の指標となるマンドレル曲げ半径も以下の手順で評価した。また、上記合成スメクタイトと高分子成分とを含有する複合フィルムを作製し、成膜性、光透過率を以下の手順で評価した。
[Evaluation of synthetic smectite]
The sodium ion content of the synthetic smectite obtained in each example and each comparative example, the mass reduction rate when heated at 150 ° C. to 300 ° C., and the viscosity and film-forming property of the 2% by mass synthetic smectite dispersion are as follows. evaluated. Furthermore, the mandrel bending radius, which is an index of the flexibility of the synthetic smectite film-like molded product, was also evaluated by the following procedure. Moreover, the composite film containing the said synthetic smectite and a high molecular component was produced, and the film formability and light transmittance were evaluated in the following procedures.

<ナトリウムイオン含有量>
0.1gの合成スメクタイトと1規定の酢酸アンモニウム10mlとを混合してテフロン(登録商標)製の密閉容器に入れ、100rpmの震とう速度で24時間震とうしてナトリウムイオンを抽出した。抽出液をICP−AES法(セイコーインスツルメンツ株式会社製、装置名:SPS−1500R)により解析し、得られるピークカウント数からナトリウムイオン含有量を定量した。結果を表1に示す。なお、本測定方法における、ナトリウムイオンの検出下限は、1ppmである。したがって、表1に0ppmと示したものには、ナトリウムイオンの含有量が1ppm未満であることを意味する。
<Sodium ion content>
0.1 g of synthetic smectite and 10 ml of 1N ammonium acetate were mixed and placed in a Teflon (registered trademark) sealed container, and the sodium ions were extracted by shaking for 24 hours at a shaking speed of 100 rpm. The extract was analyzed by ICP-AES method (manufactured by Seiko Instruments Inc., apparatus name: SPS-1500R), and the sodium ion content was quantified from the obtained peak count. The results are shown in Table 1. In this measurement method, the lower limit of detection of sodium ions is 1 ppm. Therefore, what is shown as 0 ppm in Table 1 means that the content of sodium ions is less than 1 ppm.

<150℃〜300℃加熱時の質量減少率>
TG−DTA(島津製作所製、装置名:DTG−60H)により乾燥空気50ml/分の気流中、10℃/分の昇温速度で加熱したときの、150℃〜300℃における質量減少率を測定した。なお、結果は、昇温前の質量を基準とした質量%で示した(表1)。
<Mass reduction rate during heating at 150 ° C. to 300 ° C.>
Measures the mass reduction rate at 150 ° C to 300 ° C when heated at a heating rate of 10 ° C / min in an air stream of 50 ml / min with TG-DTA (manufactured by Shimadzu Corporation, device name: DTG-60H) did. In addition, the result was shown in the mass% on the basis of the mass before temperature rising (Table 1).

<2質量%合成スメクタイト分散液の粘度>
B型粘度計(東機産業製、装置名:TV−22)により2質量%合成スメクタイト分散液50gの粘度を測定した。結果を表1に示す。
<Viscosity of 2% by weight synthetic smectite dispersion>
The viscosity of 50 g of a 2% by mass synthetic smectite dispersion was measured with a B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo, apparatus name: TV-22). The results are shown in Table 1.

<成膜性>
合成スメクタイトが分散した2質量%分散液20gを、5.0cm×3.2cm四方のポリプロピレントレー(アズワン製)上に流し込み、均一に広げた後、箱型乾燥機(光洋サーモシステム株式会社製、装置名:KLO−45M)を用いて、30℃で24時間乾燥し、水分を除去してフィルム状成形体を得た。得られたフィルム状成形体に亀裂がなく、シート状の固形物を形成している場合を成膜性「有り」、フィルム状成形体を形成せず、粉末状などに分離している場合を成膜性「無し」と判定した。結果を表1に示す。
<Film forming properties>
After pouring 20 g of a 2% by weight dispersion liquid in which synthetic smectite is dispersed onto a 5.0 cm × 3.2 cm square polypropylene tray (manufactured by ASONE) and spreading it uniformly, a box dryer (manufactured by Koyo Thermo System Co., Ltd.) Using a device name: KLO-45M), the film was dried at 30 ° C. for 24 hours to remove moisture and obtain a film-like molded product. When the obtained film-like molded product has no cracks and a sheet-like solid is formed, the film formability is “Yes”, and when the film-shaped molded product is not formed, it is separated into powder or the like. The film forming property was judged as “None”. The results are shown in Table 1.

<マンドレル曲げ半径>
合成スメクタイトを成膜することにより得られた膜厚50μmのフィルム状成形体を、マンドレル試験棒(コーテック株式会社製、装置名:BD−2000)に巻きつけ、フィルム状成形体に亀裂又は切断が発生しない最小の試験棒の半径(マンドレル曲げ半径)を決定した。なお、フィルム状成形体の膜厚は、マイクロメーター(ミツトヨ社製、装置名:2−10N)を用いて測定した。結果を表1に示す。
<Mandrel bending radius>
A film-like molded product having a film thickness of 50 μm obtained by forming a synthetic smectite film is wound around a mandrel test rod (Cortech Co., Ltd., device name: BD-2000), and the film-like molded product is cracked or cut. The smallest test bar radius (mandrel bend radius) that did not occur was determined. In addition, the film thickness of the film-shaped molded object was measured using the micrometer (the Mitutoyo company make, apparatus name: 2-10N). The results are shown in Table 1.

[合成スメクタイトと高分子成分との複合フィルムの作製]
得られた合成スメクタイト7.0gをビーカーに入れ、これに蒸留水(20℃)を加えて全量70gとした後、テフロン(登録商標)回転子で攪拌することにより、合成スメクタイトが水に分散した10質量%合成スメクタイト分散液を得た。
[Preparation of composite film of synthetic smectite and polymer component]
7.0 g of the obtained synthetic smectite was placed in a beaker, and distilled water (20 ° C.) was added thereto to make a total amount of 70 g, followed by stirring with a Teflon (registered trademark) rotor to disperse the synthetic smectite in water. A 10 mass% synthetic smectite dispersion was obtained.

次いで、エタノール(和光純薬工業株式会社製、試薬特級)175gと、高分子成分として水溶性ナイロン(ナガセケムテックス社製、トレジン、FS−350E5AS、ナイロン含有率20質量%)8.75gと、上記10質量%合成スメクタイト分散液70gとを混合し、シャフトジェネレーターを用いて10分間攪拌して生成物を得た(混合操作)。   Next, 175 g of ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent special grade), 8.75 g of water-soluble nylon (manufactured by Nagase ChemteX Corporation, Toresin, FS-350E5AS, nylon content 20% by mass) as a polymer component, The above 10% by mass synthetic smectite dispersion (70 g) was mixed and stirred for 10 minutes using a shaft generator to obtain a product (mixing operation).

上記混合操作で得た生成物100gを、攪拌脱泡装置(株式会社シンキー製、装置名:あわとり練太郎、AR100)に入れ、攪拌速度2000rpmで10分間攪拌した後、2200rpmで10分間脱泡した(脱泡操作)。   100 g of the product obtained by the above mixing operation is put into a stirring deaerator (made by Shinky Co., Ltd., apparatus name: Awatori Nertaro, AR100), stirred at a stirring speed of 2000 rpm for 10 minutes, and then defoamed at 2200 rpm for 10 minutes. (Defoaming operation).

上記脱泡操作で得た生成物を、A4サイズ四方、深さ1mmのテフロン(登録商標)基材上に流し込み、均一に広げた後、乾燥機中25℃で3時間乾燥し、合成スメクタイトと高分子成分とを含有する複合フィルムを得た。   The product obtained by the above defoaming operation was poured onto a Teflon (registered trademark) base material having a square size of A4 and a depth of 1 mm, spread uniformly, and then dried in a dryer at 25 ° C. for 3 hours to obtain synthetic smectite and A composite film containing a polymer component was obtained.

<複合フィルムの成膜性>
複合フィルムに亀裂がなく、シート状の固形物を形成している場合を成膜性「有り」、シート状の固形物を形成せず、粉末状などに分離している場合を成膜性「無し」と判定した。結果を表1に示す。
<Film formability of composite film>
When the composite film has no cracks and a sheet-like solid is formed, the film formability is “Yes”, and when the sheet-like solid is not formed and is separated into a powder form, the film formability is “ "None". The results are shown in Table 1.

<複合フィルムの光透過率>
膜厚30μmの複合フィルムの波長550nmにおける全光線透過率を濁度計(日本電色工業株式会社製、製品名:NDH5000)を用いて測定した。なお、複合フィルムの膜厚は、マイクロメーター(ミツトヨ社製、装置名:2−10N)を用いて測定した。結果を表1に示す。
<Light transmittance of composite film>
The total light transmittance of the composite film having a thickness of 30 μm at a wavelength of 550 nm was measured using a turbidimeter (manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd., product name: NDH5000). In addition, the film thickness of the composite film was measured using the micrometer (Mitutoyo company make, apparatus name: 2-10N). The results are shown in Table 1.

Figure 2011057486
Figure 2011057486

比較例1〜3の合成スメクタイトは、フィルム状成形体を形成することができなかったために、マンドレル曲げ半径を測定することができなかった。また、比較例1〜3の合成スメクタイトは、複合フィルムを形成することができなかったために、光透過率を測定することができなかった。   Since the synthetic smectites of Comparative Examples 1 to 3 could not form a film-like molded product, the mandrel bending radius could not be measured. Moreover, since the synthetic smectites of Comparative Examples 1 to 3 could not form a composite film, the light transmittance could not be measured.

1・・・八面体シート、3・・・四面体シート、10・・・層構造、100・・・合成スメクタイト、200・・・カードハウス構造、Xb+・・・交換性陽イオン。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Octahedral sheet, 3 ... Tetrahedral sheet, 10 ... Layer structure, 100 ... Synthetic smectite, 200 ... Card house structure, Xb + ... Exchangeable cation.

Claims (11)

主成分が下記式(1);
b+ a/bAl4+aSi8−a20(OH1−c ・・・(1)
[式中、Xb+はアルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンを示し、a、b及びcはそれぞれ下記式(2)〜(4)を満たす数値を示す。
0<a<2 ・・・(2)
1≦b≦2 ・・・(3)
0≦c≦1 ・・・(4)]
で表され、ナトリウムイオン含有量が10ppm以下である合成スメクタイト。
The main component is the following formula (1);
X b + a / b Al 4 + a Si 8-a O 20 (OH 1-c F c) 4 ··· (1)
[Wherein, X b + represents an alkali metal ion or an alkaline earth metal ion, and a, b and c each represent a numerical value satisfying the following formulas (2) to (4).
0 <a <2 (2)
1 ≦ b ≦ 2 (3)
0 ≦ c ≦ 1 (4)]
A synthetic smectite having a sodium ion content of 10 ppm or less.
乾燥空気中で、150℃から300℃まで10℃/分で昇温したときの質量減少率が、昇温前の質量を基準として、2〜5質量%である、請求項1に記載の合成スメクタイト。   The synthesis | combination of Claim 1 whose mass decreasing rate when it heats up at 10 degrees C / min from 150 degreeC to 300 degreeC in dry air is 2-5 mass% on the basis of the mass before temperature rising. Smectite. 含有率が2質量%となるように水中に分散させたときの分散液の粘度が、2000mPa・s以上である、請求項1又は2に記載の合成スメクタイト。   The synthetic smectite according to claim 1 or 2, wherein the dispersion has a viscosity of 2000 mPa · s or more when dispersed in water such that the content is 2% by mass. 成膜性を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の合成スメクタイト。   The synthetic smectite according to any one of claims 1 to 3, which has film-forming properties. 合成スメクタイトのみからなる膜厚50μmのフィルム状成形体のマンドレル曲げ半径が5mm以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の合成スメクタイト。   The synthetic smectite according to any one of claims 1 to 4, wherein a mandrel bending radius of a film-like molded product having a film thickness of 50 µm made of only synthetic smectite is 5 mm or less. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の合成スメクタイトと、高分子成分と、を含有する複合フィルム。   A composite film containing the synthetic smectite according to any one of claims 1 to 5 and a polymer component. 前記高分子成分が水溶性である、請求項6に記載の複合フィルム。   The composite film according to claim 6, wherein the polymer component is water-soluble. 膜厚30μmにおける、波長550nmの光透過率が80%以上である、請求項6又は7に記載の複合フィルム。   The composite film of Claim 6 or 7 whose light transmittance of wavelength 550nm is 80% or more in film thickness of 30 micrometers. ケイ素及びアルミニウムを含有する溶液と、アルカリ溶液と、を混合して複合水酸化物スラリーを得る第一工程と、
前記複合水酸化物スラリー、アルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンを含有する溶液、及び水を混合して前駆体スラリーを調製する第二工程と、
前記前駆体スラリーを水熱反応させて、生成物スラリーを得る第三工程と、
前記生成物スラリーを撹拌した後、前記生成物スラリーを固液分離して、主成分が下記式(1);
b+ a/bAl4+aSi8−a20(OH1−c ・・・(1)
[式中、Xb+はアルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンを示し、a、b及びcはそれぞれ下記式(2)〜(4)を満たす数値を示す。
0<a<2 ・・・(2)
1≦b≦2 ・・・(3)
0≦c≦1 ・・・(4)]
で表され、ナトリウムイオン含有量が10ppm以下である合成スメクタイトを得る第四工程と、を有する、合成スメクタイトの製造方法。
A first step of mixing a solution containing silicon and aluminum and an alkaline solution to obtain a composite hydroxide slurry;
A second step of preparing a precursor slurry by mixing the composite hydroxide slurry, a solution containing alkali metal ions or alkaline earth metal ions, and water;
A third step of hydrothermally reacting the precursor slurry to obtain a product slurry;
After stirring the product slurry, the product slurry is subjected to solid-liquid separation, and the main component is represented by the following formula (1);
X b + a / b Al 4 + a Si 8-a O 20 (OH 1-c F c) 4 ··· (1)
[Wherein, X b + represents an alkali metal ion or an alkaline earth metal ion, and a, b and c each represent a numerical value satisfying the following formulas (2) to (4).
0 <a <2 (2)
1 ≦ b ≦ 2 (3)
0 ≦ c ≦ 1 (4)]
And a fourth step of obtaining a synthetic smectite having a sodium ion content of 10 ppm or less.
ケイ素源が、テトラメチルオルトシリケート、テトラエチルオルトシリケート、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ及びアモルファスシリカからなる群より選ばれる一種以上であり、
アルミニウム源が、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、酢酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムからなる群より選ばれる一種以上であり、
アルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオン源が、アルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンを含有する硝酸塩、酢酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、塩化物、水酸化物及びフッ化物からなる群より選ばれる一種以上である、請求項9に記載の合成スメクタイトの製造方法。
The silicon source is at least one selected from the group consisting of tetramethylorthosilicate, tetraethylorthosilicate, colloidal silica, fumed silica, and amorphous silica;
The aluminum source is at least one selected from the group consisting of aluminum nitrate, aluminum chloride, aluminum acetate, aluminum sulfate, aluminum oxide and aluminum hydroxide;
The alkali metal ion or alkaline earth metal ion source is selected from the group consisting of nitrates, acetates, carbonates, oxalates, chlorides, hydroxides and fluorides containing alkali metal ions or alkaline earth metal ions. The method for producing a synthetic smectite according to claim 9, wherein the synthetic smectite is one or more of the above.
前記第一工程における、前記複合水酸化物スラリーのpHが4.0〜11.0であり、
前記第二工程における、前記前駆体スラリーのpHが8.0〜12.6であり、
前記第三工程では、前記前駆体スラリーを200〜370℃の自生圧力条件下で24時間以上水熱反応させ、
前記第四工程では、前記生成物スラリーを遠心分離法によって固液分離する、
請求項9又は10に記載の合成スメクタイトの製造方法。
In the first step, the pH of the composite hydroxide slurry is 4.0 to 11.0,
The pH of the precursor slurry in the second step is 8.0 to 12.6,
In the third step, the precursor slurry is subjected to a hydrothermal reaction for 24 hours or more under an autogenous pressure condition of 200 to 370 ° C.
In the fourth step, the product slurry is solid-liquid separated by centrifugation.
The method for producing a synthetic smectite according to claim 9 or 10.
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