JP2667071B2 - 高比表面積を有する微細沈殿ケイ酸及びその製造法 - Google Patents

高比表面積を有する微細沈殿ケイ酸及びその製造法

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忠行 赤崎
紀夫 石川
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高いBET比表面積を
有しかつ小さい2次粒子径を有する沈殿ケイ酸に関する
ものである。この様な沈殿ケイ酸は特殊紙用充填剤、透
明性に優れた樹脂用充填剤、フィルムブロッキング防止
剤、粘度調整剤、塗料のツヤ消剤、絶縁材料等として有
用な沈殿ケイ酸である。
【0002】さらに、本発明は上記物性を有する沈殿ケ
イ酸の製造法に関するものである。
【0003】
【従来の技術】アルカリ金属ケイ酸塩水溶液と鉱酸の中
和反応により得られる一般的な沈殿ケイ酸は、例えば特
公昭39−1207号等の製造法により製造されるもの
として、従来から公知である。中和反応により一次粒子
から構造性を有するように成長させて得られた沈殿ケイ
酸は、乾燥及び引き続いて粉砕され、一般的に製品とさ
れる。このために従来、静置乾燥あるいは噴霧乾燥によ
り目的に応じた適切な粉砕機、例えばピンなどの間での
衝撃剪断・摩擦作用を利用して粉砕するピンミル、或い
は高圧のジェット気流に粒子を巻き込んで相互衝突によ
り粉砕するジェット粉砕機等(最新超微粉砕プロセス技
術;ソフト技術出版部編、新技術情報センター発行、1
985年、8〜10頁)を用いた粉砕方法が利用されて
いる。これらの方法によって知られる一般的な沈殿ケイ
酸は、BET比表面面積が通常100〜400m2 /g
の範囲であり、主として汎用のゴム補強充填剤、農薬の
吸着担体、塗料の艶消し剤、或は種々の媒体の粘度調整
剤等として使用されている。一方BET比表面積が40
0〜600m2 /gまでの比較的高いBET比表面積を
有する沈殿ケイ酸は、通常の沈殿ケイ酸の製造法におい
ては得ることが出来ない。従来の技術としては特公昭6
1−26492号、特公昭62−12171号等に示さ
れているが、これらはいずれも本発明による600〜8
00m2 /gと言う、更に高いBET比表面積を有する
には至っていない。また、本発明による沈殿ケイ酸と類
似の物性を有する物として、微粉砕シリカゲルがある。
シリカゲルの一般的製造法としてはUSP2,466,
842号等に示されている様な混合ノズルを用いて、硬
い塊状のヒドロゲルを得、次いでそのヒドロゲルを水ま
たは高温のアルカリ水溶液にて36〜48時間と言う長
時間をかけて洗浄を行ない、得られたヒドロゲルをUS
P2,856,268号等に記載の様な過熱蒸気を使用
したジェットミルを用いて<所望の粒度に調整してい
る。この様にして得られたシリカゲルの微粉体は、本発
明による沈殿ケイ酸に類似したBET比表面積を有する
が、本質的にシリカゲルと沈殿ケイ酸という相違点があ
る。
【0004】元来、シリカゲルの製法としては、アルカ
リ金属ケイ酸塩水溶液と鉱酸とをpH1〜2という強酸
性域で反応させる必要があり、更に洗浄工程においては
前述した様に硬い塊状のヒドロゲル中から副生する芒硝
等の塩類を完全に除去するため36〜48時間という長
時間をかけて洗浄する必要がある。この為製造設備的に
は強酸性雰囲気に対する耐食材料が要求され、また長時
間の洗浄を必要とする為、洗浄工程での設備投資が増大
するといった問題点を有していた。
【0005】一方沈殿ケイ酸の製法においては、アルカ
リ金属ケイ酸塩水溶液と鉱酸とをpH7〜10付近の弱
アルカリ性雰囲気で反応させることによって直接微細な
フロック状沈殿物を得ることが出来る。これ故に製造設
備は特別な耐食材料を用いる必要もなく、また濾過・洗
浄工程においても通常のフィルタープレス等が使用さ
れ、洗浄時間的にも2〜10時間で十分であるというメ
リットを有している。
【0006】従って、この沈殿ケイ酸の製造方法に基づ
いた処方で、高BET比表面積沈殿ケイ酸が得られれ
ば、工業的意義は大きいものと考えられる。しかしなが
ら、後述するような理由によるためか、本発明による6
00〜800m2 /gという高いBET比表面積を有す
る沈殿ケイ酸は得られていなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来600m2 /g以
上の高い比表面積を有する沈殿ケイ酸が得られていなか
った理由としては次の如き点が考えられる。
【0008】一般に非常に重合速度の速い領域である、
アルカリ側で反応を行なう沈殿ケイ酸は、1次粒子の成
長が速く、単位重量当りの表面積が急速に小さくなる
為、高いBET比表面積を保つのが困難である。また高
いBET比表面積を有する沈殿ケイ酸を濾過・洗浄する
工程において、通常使用されるフィルタープレスでは濾
布の目づまり等により非常に濾過・洗浄が困難である。
さらに乾燥・粉砕においても上述したような通常の方法
ではスラリー化時の粘度上昇により高濃度のスラリーを
得ることができず、多大な乾燥エネルギーを必要とする
ばかりか、乾燥時の収縮により非常に強固な凝集粒子を
形成するため、微細な沈殿ケイ酸を得ることが出来な
い。
【0009】そこで本発明者等は、前述の如き種々の問
題を持ち従来製造し得なかった新規な沈殿ケイ酸につい
て、兼ねてより鋭意研究を重ね、体系的な検討を進めた
ところ、驚くほど簡易な方法によって一挙に解決できる
ことを見出すに至った。本発明は、高いBET比表面積
を有しながら平均2次粒子径が小さい新規な沈殿ケイ酸
を提供することを目的とする。また本発明は、かかる新
規な沈殿ケイ酸を製造する方法を提供することを目的と
する。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者等は、
上記物性を有する沈殿ケイ酸について鋭意研究検討を重
ねた結果、本発明で特定される条件の下で反応・濾過・
洗浄・乾燥・粉砕することにより、従来製造するに至ら
なかった新規な沈殿ケイ酸を容易に製造できると言う知
見を見いだし、本発明を完成するに至ったものである。
【0011】本発明の沈殿ケイ酸の特徴は、BET比表
面積が600〜800m2 /g、好ましくは700〜8
00m2 /gであり、コールターカウンター法で測定し
た時の平均2次粒子径が0.1〜5.0μmであり、更
に微細なものとしては0.1〜2.0μmという粒子特
性を有するところにある。そしてこの様な特性を有する
沈殿ケイ酸は、アルカリ金属ケイ酸塩水溶液と硫酸との
同時添加中和沈殿反応において、反応中の温度を、5〜
40℃に維持して行ない、該反応スラリー液を酸性化後
濾過・洗浄し、過熱蒸気又は加熱空気を用いたジェット
ミル中で同時に乾燥・粉砕する事により得ることができ
る。
【0012】更に上述の内容について詳細に説明する。
【0013】アルカリ金属ケイ酸塩と硫酸の同時添加中
和沈殿反応において、反応系の温度を、5〜40℃好ま
しくは20〜25℃に維持して行なう。ここで同時添加
とはアルカリ金属ケイ酸塩と硫酸を反応系中に一定流量
同時に添加する事をいう。
【0014】この時の温度コントロールはアルカリ金属
ケイ酸塩水溶液或は硫酸を冷却して用いても良いし、反
応系を直接冷却する事によっても行なう事ができる。反
応温度が高すぎる場合、高いBET比表面積を保つ事が
できなくなり、逆に反応温度を極端に低くしてもBET
比表面積は大差なく特別なメリットは見られない。
【0015】次に該反応液を酸性化する。酸性化の方法
は、例えば反応液に硫酸の如き酸を添加する事により行
なわれる。例えば反応終了時にアルカリ金属ケイ酸塩の
添加を停止し、硫酸をのみを続けて添加することによっ
て行なうことができる。
【0016】この酸性化は、上記反応の終了後、0.5
時間以内に行なうのが好ましいが、この限りではない。
【0017】この工程において、pH3.0〜7.0更
に好ましくはpH3.5〜5.5に調整する事により後
の濾過・洗浄工程を効率よく行なうことができる。この
理由は定かではないがおそらく析出したシリカ粒子がこ
の域において軽い凝集体を形成するため、フィルタープ
レスの様な設備を用いた場合、濾過・洗浄が行ないやす
くなるものと考えられる。pH3.0以下では濾過性が
悪くなり、7.0以上ではBET比表面積の低下を引き
起こす。
【0018】更に過熱蒸気又は加熱空気を用いた同時乾
燥粉砕の工程において、得られたフィルターケーキをス
ラリー化するか或はスラリー化することなしに過熱蒸気
又は加熱空気を用いたジェットミル中にフィードする事
が出来る。ここで過熱蒸気とは、高圧蒸気を、加熱装置
(例えば、灯油を用いた炉)を利用して、加熱した蒸気
をいう。また加熱空気とは、同様にして空気を加熱した
ものを言う。同時乾燥粉砕機としては、加熱蒸気又は加
熱空気をジェットミル中に、圧縮エアの代わりに吹込
み、粉砕しながら同時に乾燥する公知の装置を用いる事
ができる。
【0019】この際フィードを安定化する為にはスラリ
ー状で供給するのが好ましい。この際のスラリー濃度は
乾燥に必要なエネルギーに大きく影響する為、より高濃
度に出来る事が望ましい。そこで例えば往復撹拌機を有
する乳化機を用いて水等を加え(再)スラリー化する工
程において該スラリーのpHを2.0〜5.0好ましく
は2.0〜4.0に調整する事により高濃度のスラリー
を得ることが出来る。pHが2.0以下では低粘度化の
効果が低くなり、装置材料に於ても耐酸材料が必要にな
るなど問題がある。また5.0以上になると粘度低下効
果が小さくなる。しかしながら過熱蒸気または加熱空気
を用いたジェットミル中で、同時に乾燥粉砕する事が重
要であり、上述の方法に限定されるものではない。例え
ば得られたフィルターケーキを、スラリー化すること無
く、他の装置例えば押し出し機等を用いて適切な形状に
加工して過熱蒸気または加熱空気を用いたジェットミル
中に投入する方法によってもよい。かかる同時乾燥粉砕
を行なう事により、乾燥時に自己収縮を起こし粉砕困難
な600〜800m2 /gの比表面積を有する沈殿ケイ
酸を0.1〜5.0μmという微細な粉体として容易に
得ることが出来る。この様にして上記物性を有する新規
な沈殿ケイ酸を得ることが出来る。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、高い比表面積を有しか
つ小さい2次粒子径を有する新規な沈殿ケイ酸を提供す
ることができる。
【0021】また本発明の製造方法によれば、上記物性
を有する新規な沈殿ケイ酸を極めて容易に製造すること
ができる。
【0022】このようにして得られた上記物性を有する
新規な沈澱ケイ酸は、例えば透明性に優れた樹脂用充填
剤として有用である。
【0023】
【実施例】以下本発明を、より具体的に実施例及び比較
例を上げて説明する。なお各物性値の測定は次に示す方
法により実施した。
【0024】(1)BET比表面積 カンターソーブ(米国Quantachrome社製)
を用いて1点法により測定した。
【0025】(2)2次粒子の平均粒子径(体積平均
径) コールターカウンターTA−II(Coulterele
ctronicsInc.製)を用いて、30μmアパ
ーチャーチューブにより測定した。
【0026】試料の分散は、40秒間の超音波分散を行
ない、分散媒は付属のIsotonII液を使用した。
【0027】(3)粘度 粘度の測定は、室温(約20℃)でBL型粘度計(No
3ローターを使用)により、6rpm・120秒後の粘
度を測定した。
【0028】実施例1 冷却ジャケット付き200リットル反応槽に、予め水8
5リットルとNa2 O濃度4.0wt% SiO2 /N
2 Oのモル比が3.3のケイ酸ソーダ水溶液1.83
リットルを仕込み、撹拌しながら液温を10〜15℃に
調整した。以後全工程を通じて撹拌を維持するものと
し、次いで上記と同一組成のケイ酸ソーダ水溶液(以下
同様)34.00リットルと濃硫酸(濃度98%,以下
同様)1.35リットルを90分間に亘り常に同量を同
時に添加して中和反応を行なった。この間反応系の温度
を約10〜15℃に保持した。この後ケイ酸ソーダ水溶
液の供給を停止し、反応液のpHを硫酸を用いて、3.
5に調整した。得られた反応液をフィルタープレスを用
いて濾過、洗浄した。洗浄時間は7時間であった。ま
た、このケーキのSiO2 4%水分散液のpHは6.8
であった。ついで得られたフィルターケーキを再スラリ
ー化し、pHを3.0に調整した後過熱蒸気を使用した
ジェットミルを用いて、同時に乾燥粉砕し製品沈殿ケイ
酸とした。得られた沈殿ケイ酸の物性値を表1に示し
た。またこの時のフィルタープレス中のケーキの状態を
目視により判断した結果を表2に示した。さらにジェッ
トミルに供給する前のスラリーの粘度を表3にしめす。
【0029】実施例2 反応温度を20〜25℃とした以外は、実施例1と同様
の操作により行なった。
【0030】得られた沈殿ケイ酸の物性値を表1に示し
た。
【0031】実施例3 反応温度を25〜30℃とした以外は、実施例1と同様
の操作により行なった。
【0032】得られた沈殿ケイ酸の物性値を表1に示し
た。
【0033】比較例1 反応温度を40〜45℃とした以外は実施例1と同様の
操作により行なった。得られた沈殿ケイ酸の物性値を表
1に示した。
【0034】比較例2 反応温度を55〜60℃とした以外は実施例1と同様の
操作により行なった。得られた沈殿ケイ酸の物性値を表
1に示した。
【0035】比較例3 pHとフィルタープレス中のケーク詰まりの関係を調べ
るため、中和反応終了直後の反応液pHを2.5にした
以外は実施例1と同様の操作により行なった。この時の
フィルタープレス中のケークの状態を目視により判断し
た結果を表2に示した。
【0036】実施例4 中和反応終了直後の反応液pHを5.0にした以外は実
施例1と同様の操作により行なった。この時のフィルタ
ープレス中のケークの状態を目視により判断した結果を
表2に示した。
【0037】比較例4 再スラリー化時のpHを5.5にした以外は実施例1と
同様の操作により行なった。
【0038】この時のスラリーの粘度を測定した結果を
表3に示した。
【0039】
【表1】
【0040】
【表2】
【0041】
【表3】

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記の物性を有することを特徴とする沈
    殿ケイ酸 BET比表面積 600〜800m2 /g 平均2次粒子径 0.1〜5.0μm。
  2. 【請求項2】 アルカリ金属ケイ酸塩水溶液と硫酸との
    同時添加中和沈殿反応において、反応中の温度を、5〜
    40℃に維持して行ない、該反応スラリー液を酸性化後
    濾過・洗浄し、過熱蒸気又は加熱空気を用いたジェット
    ミル中で同時に乾燥・粉砕する事を特徴とする請求項1
    に記載の物性を有する沈殿ケイ酸の製造法。
  3. 【請求項3】 同時添加反応終了時の酸性化がpH3.
    0〜7.0である、請求項2に記載の製造法。
  4. 【請求項4】 濾過・洗浄をフィルタープレスを用いて
    行なう請求項2に記載の製造法。
  5. 【請求項5】 洗浄後の濾過ケークを乳化・スラリー化
    する工程からなる請求項2に記載の製造法。
  6. 【請求項6】 洗浄後の濾過ケークを乳化・スラリー化
    する工程において酸又はアルカリを用いて、pHを2.
    0〜5.0に調整する請求項2に記載の製造法。
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KR100740346B1 (ko) * 2005-12-01 2007-07-19 이엔비나노텍(주) 나노기공 실리카의 제조장치 및 그 제조방법

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