JP2651350B2 - 収着剤およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、元来は低い膨潤能力を
有するスメクタイト粘土鉱物に基づく収着剤に関するも
のである。これら収着剤は任意の液体を吸収するのに適
する。しかしながら、これらは特に家畜用寝藁材として
適し、したがって以下の具体例は特にこれら用途分野を
参照する。

【０００２】

【従来の技術】相当に都市化された環境における家畜飼
育は、寝藁材の使用に関連する程度が増大している。こ
れらは、動物から放出される液体を吸収すると共にでき
るだけ悪臭発生を阻止し或いは防止するという課題を有
する。さらに、これらは半固体の濡れた動物の排泄物お
よび分泌物から湿分を除去して悪臭発生を最小限にせね
ばならない。さらに良好な寝藁材は、放出され或いは吸
収された液体を小さい塊を形成しながら吸収して簡単か
つ経済的に除去しうるという性質を有する。したがっ
て、最適な動物寝藁は高度の吸収能力を有する。

【０００３】市販されている製品は、たとえば藁、鋸
屑、木材切屑、樹皮、多孔質プラスチック玉、切断紙、
セルロース繊維、農業廃棄物、ポリアクリレートなどの
或る種の有機物質である。これらは単独で或いは無機物
質と混合して使用される。有機寝藁材の欠点は、しばし
ば満足には塊を形成しないこと或いはその堅牢性、およ
び特に水分と協働したバクテリア分解の傾向である。

【０００４】さらに、たとえばＵＳ−Ａ−５ ０００１
１５号および４ ６５７８８１号から或いはＥＰ−Ａ−
０ ３７８ ４２１号からもベントナイトに基づく寝藁
材が知られ、これらは有機寝藁材と比較して或る種の利
点を有する。水性液で膨潤する能力により、ベントナイ
トは塊を形成する状態にある。この塊形成により液体と
架橋した寝藁材の部分を分離除去することができ、これ
により寝藁材を節約することができる。ベントナイトの
特定構造により、動物の分泌物および排泄物から発生す
る不快な悪臭を吸着する能力も得られる。さらに、ベン
トナイトは容易に環境に優しく処分することができる。

【０００５】上記の従来技術にしたがい、特にナトリウ
ムベントナイトまたはナトリウムベントナイトとカルシ
ウムベントナイトとの混合物が収着剤として、たとえば
家畜用寝藁材として使用される。これら収着剤は粒状で
使用することができる。

【０００６】しかしながら、ナトリウムベントナイトは
或る地方しか入手しえず、この理由から殆ど特殊用途の
み、たとえば鋳造金型砂の結合剤として或いは水性媒体
のための増粘剤およびチキソトローブ剤としてしか使用
されない。他方、多量にカルシウムベントナイトも得ら
れるが、これは主鉱物として低含有量のモンモリロナイ
トを含むためアルカリ活性化の後にもこれら特殊用途に
は適さない。

【０００７】ＥＰ−Ａ−０ ２４２ ６８３号から家畜
用（たとえば猫用）の寝藁材が知られ、これは液体を吸
収するための無機収着剤、たとえば粘土鉱物およびゼオ
ライトを含有する。寝藁材は、粘土粒子もゼオライト粒
子も含有する結合粒子として存在することができる。粘
土鉱物としては、たとえば天然カルシウム−モンモリロ
ナイトのような１５％以下、たとえば０．５〜１５％、
好ましくは２〜１４％の湿分含有量を有するスメクタイ
ト粘土鉱物を使用することができる。これら粒子はゼオ
ライト粒子と混合される。この粒子混合物を次いで圧縮
することができ、たとえはローラ間で５〜５００ＫＮ／
ローラ長さｃｍの圧力にて或いは０．５〜２００ＫＮ／
ｃｍ² の圧力を有するプレスにて圧縮する。次いで圧縮
物を所望寸法の粒子まで粉砕することができる。好まし
くは３〜９オングストロームの有効気孔直径を有するゼ
オライトの使用により、寝藁材は高い悪臭結合能力を有
する。

【０００８】ＤＥ−Ｃ−３ ８２５ ９０５号は毒性の
液体、エマルジョンもしくは懸濁物を吸収するための鉱
物材料の使用に関するものである。カオリナイト、イラ
イト、セリジットおよび／またはスメクタイトの群の粘
土鉱物からなる鉱物材料が６５０℃以上の温度で焼成さ
れる。さらに、これは少なくとも３０容量％の連続気孔
度を有すると共に、その平均気孔寸法は０．０５〜５０
０μｍの範囲である。活性化用添加物に関する示唆は全
く見られない。

【０００９】ＤＥ−Ｃ−１ ０４０００５号からはモレ
キュラシーブからの成形体の製造方法が知られ、結合剤
としては粘土鉱物が使用される。粘土鉱物の活性化につ
いては全く見られない。

【００１０】ＤＤ−Ａ−２５７ ３９７号からはモレキ
ュラシーブ用の結合剤として粘土を用いることが知ら
れ、これは低級炭化水素の分離に使用される。この場合
も、粘土の活性化については見られない。

【００１１】ＤＥ−Ａ−４ １０９ ５９０号からは、
動物寝藁およびその製造方法が公知である。動物寝藁は
多孔質材料として合成珪酸カルシウム水和物を含有す
る。塩混入により悪臭発生が防止される。スメクタイト
粘土鉱物の活性化に関し何も示唆がない。

【００１２】ＵＳ−Ａ−４ ４３７ ４２９号からは、
ベントナイトおよびゼオライトからなる分離層としての
動物寝藁が知られている。このゼオライトは悪臭結合物
質として作用する。ベントナイトの活性化については見
られない。

【００１３】ＤＥ−Ａ−４ ０２９ ５９１号からは、
耐水性物質を添加するポリマーに基づく吸着剤の製造方
法が知られている。粘土は中性の充填剤として挙げら
れ、これは０〜８０％の量で含有される。活性化につい
ては記載されていない。

【００１４】ＤＥ−Ｃ−２９ ３０ ０６０号からは、
動物性の生物学的に除去された残渣生成物を結合かつ浄
化するための薬剤が知られ、これは有効物質として珪酸
カルシウム水和物を含有する。活性化については全く示
唆がない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、元来
は低い膨潤能力を有し、この理由で従来は収着剤として
使用することができなかったスメクタイト粘土鉱物を高
い吸水能力を有する収着剤まで変換することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】したがって本発明の主題
は、元来は低い吸水能力を有するスメクタイト粘土鉱物
に基づく収着剤である。これらはスメクタイト粘土鉱物
をアルカリ型の少なくとも１種の固体イオン交換体で化
学変化させたことを特徴とする。有機イオン交換体も無
機イオン交換体も使用することができる。

【００１７】ＥＰ−Ａ−０ ２４２ ６８３号の方法に
より得られるモンモリロナイトとゼオライトとの間の混
合物は、恐らくモンモリロナイトの湿分含有量が少過ぎ
ると思われるため化学的に反応しないことが確認され
た。これに対し本発明によれば、アルカリ型における固
体イオン交換体を用いてイオン交換によりスメクタイト
鉱物を活性化させると共に、その膨潤能力（すなわちそ
の吸水能力）を向上させる。

【００１８】好ましくは固体イオン交換体は５０〜１２
００ｍＶａｌ／１００ｇ、特に１００〜１１００ｍＶａ
ｌ／１００ｇのイオン交換能力（ＩＵＦ）を有する。

【００１９】好ましくはイオン交換体はアルカリ型のセ
ラオライトであって、無水状態の収着剤の全重量に対し
０．５〜５０％、好ましくは５〜１０％の量で使用され
る。この量は用いるゼオライトのＩＵＦに依存する。好
ましくはこの種のゼオライトとして天然もしくは合成の
ナトリウム型ゼオライトが重要であり、収着剤の全重量
に対し０．５〜５％、特に０．５〜３％の量で用いられ
る。

【００２０】好ましくは、出発物質として使用されるス
メクタイト粘土鉱物は少なくとも５０重量％、好ましく
は６０〜１３０重量％、特に９０〜１２０重量％の吸水
能力（６％の水分含有量まで乾燥された物質に対し）を
有するカルシウムベントナイトである。

【００２１】用いるベントナイトの低い吸水能力は特
に、たとえば石英、カオリン、雲母、蛍石、カルサイト
およびドロマイトのような非膨潤性成分を含有すること
により制限された。さらに、低い吸水能力はモンモリロ
ナイトが主としてカルシウムモンモリロナイトとして存
在することによっても制限された。ベントナイトとアル
カリ型の固体イオン交換体との化学反応に際し、先ず最
初にモンモリロナイトの中間層にてアルカリイオン（特
にナトリウムイオン）によるカルシウムイオンの交換が
生ずる。このイオン交換によりベントナイトの吸水能力
が著しく増大し、乾燥の後に多量の液体を吸収しうる状
態となる。

【００２２】好ましくは収着剤、すなわちベントナイト
とアルカリ型におけるイオン交換体との間の反応生成物
の吸水能力はベントナイトの能力よりも少なくとも２０
％高くなる。

【００２３】本発明による収着剤は、スメクタイト粘土
鉱物を湿潤状態にてアルカリ型の固体イオン交換体と強
力混練によりホモゲナイズし、混合物を乾燥すると共に
粉砕することにより得られる。

【００２４】混練の際のエネルギー吸収は一般に２〜１
０ｋＷｈ／トン、好ましくは３〜６ｋＷｈ／トン混練混
合物である。

【００２５】使用材料の出発混合物は、活性化に必要な
剪断を確保するため、好ましくは約２０〜４０重量％、
特に２５〜３５重量％の水分含有量を有し、使用材料が
この水分含有量に達しなければ所定の水分含有量に達す
るよう出発混合物に水が添加される。

【００２６】スメクタイト粘土鉱物とアルカリ型におけ
るイオン交換体とからの反応生成物の乾燥は慎重に行わ
ねばならない。この条件は材料を１５０℃以下、好まし
くは１２０℃以下で処理すると共に残留水含有量を４重
量％以下、好ましくは６重量％以下に落とさない場合に
設定することができる。乾燥生成物は一般に比較的大き
い塊として存在し、常法で破壊もしくは粒状化される。
粒子寸法は一般に０．５〜１０ｍｍ、好ましくは２〜６
ｍｍである。粉砕の際に生ずる微細部分は、常法で篩分
すると共に混練装置に戻される。

【００２７】出発物質として使用されるスメクタイト粘
土鉱物の一般に１３０％未満である吸水能力は本発明に
よれば倍増することができる。さらに、この処理により
塊形成の向上および液体含浸材料の塊堅牢性の向上も達
成される。

【００２８】本発明による収着剤は、乾燥状態にて好ま
しくは４〜１２重量％、特に４〜１０重量％の水分含有
量と１００％より大、好ましくは１５０％より大の吸水
能力（６％の残留水含有量を有する乾燥物質に対し）と
を有する。

【００２９】本発明の収着剤は、さらにそれ自体公知の
収着剤（たとえば上記の有機収着剤）と配合することも
できる。さらに収着剤は白色顔料および滅菌剤を含有す
ることもできる。動物寝藁として使用する場合は、さら
に動物寝藁につき慣用の添加物、たとえば少なくとも１
種の腐敗防止剤および／または少なくとも１種の動物誘
引剤をも含有することができる。

【００３０】さらに本発明の主題は、液体（たとえば体
液、油、液体薬品）のための吸収剤として、並びに家畜
用寝藁材、特に猫寝藁としての上記収着剤の使用であ
る。

【００３１】本発明による収着剤の水分含有量は次のよ
うに決定される：１０ｇの収着剤を平皿内に０．０１ｇ
の精度で秤量して入れ、１１０℃の乾燥オーブン内で一
定重量になるまで乾燥する（少なくとも２時間）。次い
で試料をデシケータ内で室温まで冷却して秤量する： 評価：

【００３２】

【数１】

【００３３】本発明による収着剤の吸水能力は、フィル
マ・ウエスチングハウス社の方法（Ｎｏ．１７−Ａ）
（インダストリアル・ミネラルス、１９９２年８月、第
５７頁）にしたがって測定される。この場合、６重量％
の残留水含有量まで乾燥された収着剤を細目金網（メッ
シュ幅０．２５ｍｍ＝６０メッシュ、直径６ｃｍ、高さ
７．６ｃｍ）からなる円錐容器に秤量して入れる（導入
重量Ｅ＝２０ｇ）。次いで全重量（金網＋導入重量Ｅ＝
Ｅ₁ （ｇ））を測定する。充填した試料を、水が充填さ
れたガラス皿内に収着剤を完全に浸漬するよう２０分間
にわたり懸垂する。２０分間の後、金網を水から外して
２０分間にわたり滴り落とす。その直後に内容物を含む
容器の重量を測定する（Ｅ₂ （ｇ））。評価を次のよう
に行う：

【００３４】

【数２】

【００３５】

【実施例】以下、限定はしないが実施例により本発明を
さらに説明する。

【００３６】例１（比較） 乾燥重量に基づき６０重量％のモンモリロナイト含有量
と１１０％の吸水能力（６％の残留湿分を有する乾燥材
料に対し）とを有する約２ｋｇの採掘したＣａ−粗ベン
トナイト（約３０重量％水分）を、剪断作用を有する混
練機（ウェルナー・プファイデラー混合器）にて５分間
にわたり強力に混練した。エネルギー吸収は４ｋＷｈ／
トンであった。得られた凝集体を７５℃にて４時間にわ
たり慎重に乾燥し、６重量％の水分含有量にてジョーク
ラッシャで破壊した。１〜５ｍｍのフラクションを篩分
し、＞５ｍｍの粒子寸法を有する物質を新たに破壊する
と共に篩分した。＜１ｍｍの微細部分を混練装置に戻し
た。

【００３７】得られた数値を後記の表に示す。

【００３８】実施例２ 例１の操作手順を反復したが、ただし採掘した粗ベント
ナイトに１５ｇ、３０ｇもしくは６０ｇのＮａ₂ Ｓｉ₂
Ｏ₅ の組成を有する層状構造の合成ナトリウムシリケー
ト（ヘキストＡＧ社の市販製品ＳＫＳ−６）を添加し
た。層状シリケートＳＫＳ−６は１２２％の吸水能力と
１０００〜１１００ｍＶａｌ／１００ｇのＩＵＦとを有
した。水分含有量および吸水能力の数値を後記の表に示
す。

【００３９】実施例３ 例１の操作手順を反復したが、ただし採掘したカルシウ
ムベントナイトに３４ｇ、６８ｇ、１３８ｇまたは２０
６ｇのナトリウム型の合成ゼオライトＡ（デグッサ社の
市販名ウェサリスＰ）を添加した。ウェサリスＰの吸水
能力は５７％であり、そのＩＵＦは５７０ｍＶａｌ／１
００ｇであった。

【００４０】結果を後記の表に示す。

【００４１】実施例４ 例１の操作手順を反復したが、ただし採掘したカルシウ
ムベントナイトに１００ｇの合成Ｎａ−マガジイット
（層状構造と式Ｎａ₇ Ｏ₁₃（ＯＨ）₃ ×３Ｈ₂ Ｏとを有
するナトリウムシリケート）を添加した。このマガジイ
ットは１２４％の吸水能力と約８０ｍＶａｌ／１００ｇ
のＩＵＦとを有した。

【００４２】結果を後記の表に示す。

【００４３】実施例５ 例１の操作手順を反復したが、ただし採掘したカルシウ
ムベントナイトに１００ｇまたは２００ｇのＮａ型にお
けるポリスチレンスルホン酸に基づく有機イオン交換体
（バイエルＡＧ社の市販名レバチットＳ １００）を添
加した。このイオン交換体は２％の吸水能力と１７０ｍ
Ｖａｌ／１００ｇのＩＵＦとを有した。

【００４４】結果を後記の表に示す。

【００４５】例６（比較） ＥＰ−Ａ−０ ２４２ ６８３号の操作手順にしたが
い、１５％の湿分含有量を有する２ｋｇのカルシウムベ
ントナイトと６０ｇのウェサリスＰとを用いて混合物を
作成した。この混合物を液圧プレスにて３５もしくは７
０ｋＮ／ｃｍ² の圧力で圧縮し、例１と同様に後処理し
た。

【００４６】結果を下表に示す。得られた生成物の吸水
能力は本発明による生成物よりも低いことが判るであろ
う。

【００４７】

【表１】

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 元来は６０〜１３０重量％の低い吸水
   能力を有するスメクタイト粘土鉱物から調製した液体を
   吸収する収着剤であって、スメクタイト粘土鉱物を、ア
   ルカリ型の少なくとも１種の固体イオン交換体と該イオ
   ン交換体を無水状態の収着剤の全重量に対して０．５〜
   ５０重量％の量を用いて反応させ、化合したスメクタイ
   ト粘土鉱物およびイオン交換体は乾燥に先立ち２０〜４
   ０重量％の水分を含有し、前記収着剤は前記粘土鉱物を
   アルカリ型の少なくとも１種の固体イオン交換体と２〜
   １０ｋＷｈ／トン混練混合物で強力混練することにより
   ホモゲナイズして混合物を形成し、次いで混合物を乾燥
   すると共に粉砕する方法で製造されたものであることを
   特徴とする収着剤。
2. 【請求項２】 スメクタイト粘土鉱物が、６％の水分
   まで乾燥したスメクタイトに対し６０〜１３０重量％の
   吸水能力を有するカルシウムベントナイトであることを
   特徴とする請求項１に記載の収着剤。
3. 【請求項３】 スメクタイト粘土鉱物から調製する液
   体を吸収する収着剤を製造するにあたり、 （ａ） ６０〜１３０重量％の吸水力を有するスメクタ
   イト粘土鉱物を供給し、 （ｂ） スメクタイト粘土鉱物をアルカリ型の少なくと
   も１種の固体イオン交換体と混練し、前記イオン交換体
   は無水状態の収着剤の全重量に対して０．５〜５０重量
   ％の量を用いて混練した混合物を生成し、混練中のエネ
   ルギー消費が２〜１０ｋＷｈ／トン混練混合物であり、 （ｃ）混合物を乾燥すると共に粉砕して収着剤を形成す
   ることを特徴をする収着剤の製造方法。
4. 【請求項４】 固体イオン交換体が５０〜１２００ｍ
   Ｖａｌ／１００ｇのイオン交換能力を有することを特徴
   とする請求項３記載の収着剤の製造方法。
5. 【請求項５】 イオン交換体がアルカリゼオライトで
   あることを特徴とする請求項３記載の収着剤の製造方
   法。
6. 【請求項６】 イオン交換体がナトリウムゼオライト
   であることを特徴とする請求項３記載の収着剤の製造方
   法。
7. 【請求項７】 スメクタイト粘土鉱物が、６％の水分
   まで乾燥した際に、少なくとも５０重量％の吸水能力を
   有するカルシウムベントナイトであることを特徴とする
   請求項３記載の収着剤の製造方法。
8. 【請求項８】 スメクタイト粘土鉱物が、６％の水分
   まで乾燥した際に、６０〜１３０重量％の吸水能力を有
   するカルシウムベントナイトであることを特徴とする請
   求項３記載の収着剤の製造方法。
9. 【請求項９】 収着剤が、出発物質として使用するス
   メクタイト粘土鉱物の吸水能力より少なくとも２０％高
   い吸水能力を有することを特徴とする請求項３記載の収
   着剤の製造方法。
10. 【請求項１０】 収着剤が、乾燥状態において４〜１
    ２重量％の水分を含有しかつ１００％より大の吸水能力
    を有する、および前記収着剤が６％の残留する水の量を
    含有することを特徴とする請求項３記載の収着剤の製造
    方法。
11. 【請求項１１】 収着剤が、乾燥状態において４〜１
    ２重量％の水分を含有しかつ前記収着剤が６％の残留水
    分を含有する際に１５０％より大の吸水能力を有するこ
    とを特徴とする請求項３記載の収着剤の製造方法。
12. 【請求項１２】 収着剤を、０．５〜１０ｍｍの粒子
    寸法まで粉砕することを特徴とする請求項３記載の収着
    剤の製造方法。
13. 【請求項１３】 収着剤を、２〜６ｍｍの粒子寸法ま
    で粉砕することを特徴とする請求項３記載の収着剤の製
    造方法。
14. 【請求項１４】 少なくとも１種の動物誘引剤を収着
    剤と混合することを特徴とする請求項３記載の収着剤の
    製造方法。