JP2732502B2 - 高生成率、球状合成カオリナイト及びその製造法 - Google Patents
高生成率、球状合成カオリナイト及びその製造法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス用原料、
セラミックスの成型用バインダー、製紙用フィラーとし
て多用されており、また新しい機能材料として注目を集
めている生成率の高い、球状カオリナイトおよびその製
造法に関するものである。
セラミックスの成型用バインダー、製紙用フィラーとし
て多用されており、また新しい機能材料として注目を集
めている生成率の高い、球状カオリナイトおよびその製
造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び解決しようとする課題】カオリナイト
を主成分とする天然の粘土は耐火性、可塑性に優れるこ
とから、従来からセラミックスの成形用及び主成分原料
として、大量に用いられている。
を主成分とする天然の粘土は耐火性、可塑性に優れるこ
とから、従来からセラミックスの成形用及び主成分原料
として、大量に用いられている。
【０００３】このカオリナイトはシリコンと４つの酸素
からなる４面体シートとアルミニウムを６つの酸素で囲
む８面体シートが１枚ずつ組み合い、層を構成して層状
構造をもつアルミノケイ酸塩であり、その粒子形状は、
例えばサブミクロンの微細な木節、蛙目粘土から数ミク
ロンの関白カオリン、ジョージアカオリンまでほとんど
すべてが不定形あるいは六角形の板状を示す。
からなる４面体シートとアルミニウムを６つの酸素で囲
む８面体シートが１枚ずつ組み合い、層を構成して層状
構造をもつアルミノケイ酸塩であり、その粒子形状は、
例えばサブミクロンの微細な木節、蛙目粘土から数ミク
ロンの関白カオリン、ジョージアカオリンまでほとんど
すべてが不定形あるいは六角形の板状を示す。
【０００４】このように板状で粒子を一定方向に配向さ
せやすいため、紙の表面に光沢を与える製紙分野の塗工
用顔料として使用されている。
せやすいため、紙の表面に光沢を与える製紙分野の塗工
用顔料として使用されている。
【０００５】しかしながら、上記の天然粘土は石英、金
属酸化物、硫化物、有機物を多く含んでいるため、可塑
性、分散性等の粘土特性の低下及び着色といった問題が
ある。そのため、利用に際しては水簸分級、磁気脱鉄、
焼成等の処理が不可欠である。また鋳込み成形、可塑性
成形においては成形プロセスで粒子の配向が起ると、乾
燥収縮の異方性から歪が存在し、そりやクラックの原因
となりやすい。
属酸化物、硫化物、有機物を多く含んでいるため、可塑
性、分散性等の粘土特性の低下及び着色といった問題が
ある。そのため、利用に際しては水簸分級、磁気脱鉄、
焼成等の処理が不可欠である。また鋳込み成形、可塑性
成形においては成形プロセスで粒子の配向が起ると、乾
燥収縮の異方性から歪が存在し、そりやクラックの原因
となりやすい。
【０００６】一方、球状になると分散性、均一流動性が
向上するため、泥漿調整が容易になり、充填密度を増加
させることができる。さらに成形体の粒子配列が均質に
なるため、形成性の改善が期待できる。このような面か
ら、高純度すなわち高生成率の球状カオリナイトの合成
が望まれている。
向上するため、泥漿調整が容易になり、充填密度を増加
させることができる。さらに成形体の粒子配列が均質に
なるため、形成性の改善が期待できる。このような面か
ら、高純度すなわち高生成率の球状カオリナイトの合成
が望まれている。
【０００７】ところでカオリナイトの製造法としては、
通常水熱合成法が用いられる。この水熱合成法とは、原
材料を水分の存在下でオートクレーブ内に密閉して一定
時間高温高圧状態に保持することによって所望の鉱物を
得る方法であり、各種人工鉱物の合成手段として広く用
いられている。このような水熱合成法によるカオリナイ
トの製造が行われている。
通常水熱合成法が用いられる。この水熱合成法とは、原
材料を水分の存在下でオートクレーブ内に密閉して一定
時間高温高圧状態に保持することによって所望の鉱物を
得る方法であり、各種人工鉱物の合成手段として広く用
いられている。このような水熱合成法によるカオリナイ
トの製造が行われている。
【０００８】球状の合成カオリナイトおよびその製造法
は柴崎、渡村（１９８３、Ｃｌａｙｓ＆Ｃｌａｙ ｍｉ
ｎｅｒａｌｓ）らにより報告されている。しかしなが
ら、この球状合成カオリナイトは板状との混合物であ
り、また、非晶質物との混合物で生成率が低いという問
題がある。このように水分を多く含む未反応の非晶質物
質が多ければ、成形乾燥時の収縮が大きく、さらにひび
割れを生じることがある。また、カオリナイト本来の成
形性を阻害する。そこで生成率を向上させるため、反応
温度を上昇させる及び／または、水熱処理時間を延長す
ると、生成率は増加するが、球状から板状へ変化する。
このように高生成率で球状のカオリナイトは提供されて
いなかった。
は柴崎、渡村（１９８３、Ｃｌａｙｓ＆Ｃｌａｙ ｍｉ
ｎｅｒａｌｓ）らにより報告されている。しかしなが
ら、この球状合成カオリナイトは板状との混合物であ
り、また、非晶質物との混合物で生成率が低いという問
題がある。このように水分を多く含む未反応の非晶質物
質が多ければ、成形乾燥時の収縮が大きく、さらにひび
割れを生じることがある。また、カオリナイト本来の成
形性を阻害する。そこで生成率を向上させるため、反応
温度を上昇させる及び／または、水熱処理時間を延長す
ると、生成率は増加するが、球状から板状へ変化する。
このように高生成率で球状のカオリナイトは提供されて
いなかった。
【０００９】本発明の目的は、従来、製造が不可能であ
った、スラリー・成形特性に優れる高生成率を有し、か
つ球状の合成カオリナイト及びその製造法を提供するも
のである。
った、スラリー・成形特性に優れる高生成率を有し、か
つ球状の合成カオリナイト及びその製造法を提供するも
のである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は生成率が９５％
以上であり、球状である合成カオリナイトおよび、Ｓｉ
化合物とＡｌ化合物の均一混合物を２２０℃以下の温度
で１時間以上水熱処理した後、さらに２２０℃を越える
温度で１日間以上水熱処理することを特徴とする高生成
率、球状合成カオリナイトの製造に関するものである。
以上であり、球状である合成カオリナイトおよび、Ｓｉ
化合物とＡｌ化合物の均一混合物を２２０℃以下の温度
で１時間以上水熱処理した後、さらに２２０℃を越える
温度で１日間以上水熱処理することを特徴とする高生成
率、球状合成カオリナイトの製造に関するものである。
【００１１】
【作用】以下、本発明を具体的に説明する。本発明にお
ける生成率はカオリナイトの構造水の脱水に伴う重量減
少から評価するもので、化学量論組成からの理想値１
３．９６％を基準として下記の式１から算出した。
ける生成率はカオリナイトの構造水の脱水に伴う重量減
少から評価するもので、化学量論組成からの理想値１
３．９６％を基準として下記の式１から算出した。
【００１２】式１ 生成率 ％＝｛ＷＬａ／（１００−ＷＬｂ）｝／１３．
９６×１０，０００ ＷＬａ：４００〜１１５０℃の重量減少量％ ＷＬｂ：室温〜１５０℃の重量減少量％ １３．６９：理論重量減少％
９６×１０，０００ ＷＬａ：４００〜１１５０℃の重量減少量％ ＷＬｂ：室温〜１５０℃の重量減少量％ １３．６９：理論重量減少％
【００１３】本発明におけるカオリナイトの形状は、図
１に示されるように走査型電子顕微鏡観察で容易に球状
と確認できる。粒子径は０．１〜０．２μｍでほぼ均一
な分布である。また、Ｘ線回折測定において回折パター
ンの非底面反射がブロードになることからも確認でき
る。例えば、図３に示すように２θ＝２０〜２４°（Ｃ
ｕＫα）の３本のピークは板状カオリナイトでは明確に
区別されるが、球状カオリナイトではこれらのピークは
一つのブロードなピークとなる。これはこのカオリナイ
トの形態が天然のカオリナイトの板状結晶と異なること
を示すものである。
１に示されるように走査型電子顕微鏡観察で容易に球状
と確認できる。粒子径は０．１〜０．２μｍでほぼ均一
な分布である。また、Ｘ線回折測定において回折パター
ンの非底面反射がブロードになることからも確認でき
る。例えば、図３に示すように２θ＝２０〜２４°（Ｃ
ｕＫα）の３本のピークは板状カオリナイトでは明確に
区別されるが、球状カオリナイトではこれらのピークは
一つのブロードなピークとなる。これはこのカオリナイ
トの形態が天然のカオリナイトの板状結晶と異なること
を示すものである。
【００１４】本発明で使用されるＳｉ化合物としては、
例えばケイ酸ナトリウム、ケイ酸、コロイダルシリカ、
シリカ微粉末、また、Ａｌ化合物としては、例えば水酸
化アルミニウム、アルミナ、硫酸アルミニウム、塩化ア
ルミニウム、硝酸アルミニウム等の水溶液が挙げられ
る。上記ＳｉおよびＡｌ化合物を均一混合したのち、水
熱処理を行う。混合が不均一の場合は、ベーマイト等の
不純物の副生、または粒子形状が変化することがある。
そのため、均一に混合しなければならない。
例えばケイ酸ナトリウム、ケイ酸、コロイダルシリカ、
シリカ微粉末、また、Ａｌ化合物としては、例えば水酸
化アルミニウム、アルミナ、硫酸アルミニウム、塩化ア
ルミニウム、硝酸アルミニウム等の水溶液が挙げられ
る。上記ＳｉおよびＡｌ化合物を均一混合したのち、水
熱処理を行う。混合が不均一の場合は、ベーマイト等の
不純物の副生、または粒子形状が変化することがある。
そのため、均一に混合しなければならない。
【００１５】混合方法は特に限定されるものではない
が、シリカ微粉末と水酸化アルミニウム等の固体混合の
場合は、必要により紛砕しながら混合行う。特に好まし
くは原子レベルでの混合が可能な液体同志の混合、例え
ば、ケイ酸ナトリウムと硫酸アルミニウム水溶液の混合
が好ましい。
が、シリカ微粉末と水酸化アルミニウム等の固体混合の
場合は、必要により紛砕しながら混合行う。特に好まし
くは原子レベルでの混合が可能な液体同志の混合、例え
ば、ケイ酸ナトリウムと硫酸アルミニウム水溶液の混合
が好ましい。
【００１６】さらに、ＳｉとＡｌの混合原子比は水熱処
理での生成率を向上させるため、カオリナイトの論理化
学組成であるＳｉ／Ａｌ＝１近傍であることが好まし
い。
理での生成率を向上させるため、カオリナイトの論理化
学組成であるＳｉ／Ａｌ＝１近傍であることが好まし
い。
【００１７】本発明における水熱反応は、通常のオート
クレーブまたは耐圧カップを用いて行うことができる。
水熱反応におけるスラリー濃度は特に制限されないが、
１〜３０wt％で行うことが好ましい。
クレーブまたは耐圧カップを用いて行うことができる。
水熱反応におけるスラリー濃度は特に制限されないが、
１〜３０wt％で行うことが好ましい。
【００１８】水熱反応温度及び反応時間は、まず球状粒
子を得るために２２０℃以下の温度で１時間以上水熱処
理した後、次に生成率を上げるために２２０℃を越える
温度で１日間以上再水熱処理するものである。最初の水
熱処理は、好ましくは１８０℃〜２２０℃の温度で１〜
５日間行なう。再水熱処理は、２２０℃を越える温度で
あれば制限はないが、高温、長時間だと形状の変化、凝
集の促進につながるため好ましくは２３０℃〜３００℃
の温度で３〜７日間行う。
子を得るために２２０℃以下の温度で１時間以上水熱処
理した後、次に生成率を上げるために２２０℃を越える
温度で１日間以上再水熱処理するものである。最初の水
熱処理は、好ましくは１８０℃〜２２０℃の温度で１〜
５日間行なう。再水熱処理は、２２０℃を越える温度で
あれば制限はないが、高温、長時間だと形状の変化、凝
集の促進につながるため好ましくは２３０℃〜３００℃
の温度で３〜７日間行う。
【００１９】このような水熱処理により、生成率が９５
％以上であり、粒子形状が球である合成カオリナイトを
製造することがきる。
％以上であり、粒子形状が球である合成カオリナイトを
製造することがきる。
【００２０】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に述べる
が、本発明はこれらに限定されものではない。
が、本発明はこれらに限定されものではない。
【００２１】（実施例１）原料としてケイ酸ナトリウム
（ＳｉＯ2 ＝２９．３wt％、Ｎａ2 Ｏ＝９．３wt％）と
硫酸アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ＝８．０２wt％）を用
い、モル比でＳｉ／Ａｌ＝１となるように攪拌しながら
原料を連続的に混合した。同時に反応ｐＨが１０〜１２
となるように水酸化ナトリウムを添加し中和することに
よりシリカ・アルミナゲルを調整した。
（ＳｉＯ2 ＝２９．３wt％、Ｎａ2 Ｏ＝９．３wt％）と
硫酸アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ＝８．０２wt％）を用
い、モル比でＳｉ／Ａｌ＝１となるように攪拌しながら
原料を連続的に混合した。同時に反応ｐＨが１０〜１２
となるように水酸化ナトリウムを添加し中和することに
よりシリカ・アルミナゲルを調整した。
【００２２】つぎに硝酸アンモニウム水溶液を用いゲル
中のナトリウムをアンモニウムにイオン交換した。硝酸
アンモニウムをゲル中のナトリウムに対して２倍当量用
い、室温にてイオン交換した。ついで、交換したアンモ
ニウムを６００℃、２ｈｒの焼成により除去した。さら
に乾式紛糾し、原料粉体とした。上記原料粉体をスラリ
ー濃度１０wt％になるようにオートクレーブに仕込み、
２００℃、１日間さらに２５０℃、３日間水熱反応を行
った。冷却後、水洗・濾過・乾燥し、生成物を得た。
中のナトリウムをアンモニウムにイオン交換した。硝酸
アンモニウムをゲル中のナトリウムに対して２倍当量用
い、室温にてイオン交換した。ついで、交換したアンモ
ニウムを６００℃、２ｈｒの焼成により除去した。さら
に乾式紛糾し、原料粉体とした。上記原料粉体をスラリ
ー濃度１０wt％になるようにオートクレーブに仕込み、
２００℃、１日間さらに２５０℃、３日間水熱反応を行
った。冷却後、水洗・濾過・乾燥し、生成物を得た。
【００２３】得られた生成物の電子顕微鏡写真を図１
に、Ｘ線回折結果を図３のＡに示す。電子顕微鏡写真よ
り明らかなように生成物は球状粒子のみであった。Ｘ線
回折図より生成物はカオリナイト単相であり、２θ＝２
０〜２４°（ＣｕＫα）のピークが球状特有のブロード
なものであった。
に、Ｘ線回折結果を図３のＡに示す。電子顕微鏡写真よ
り明らかなように生成物は球状粒子のみであった。Ｘ線
回折図より生成物はカオリナイト単相であり、２θ＝２
０〜２４°（ＣｕＫα）のピークが球状特有のブロード
なものであった。
【００２４】また、熱重量分析（ＴＧ）によってカオリ
ナイトの構造水の脱水にともなう重量減少から求めた生
成率は９６．４％であった。化学分析からも、Ｓｉ、Ａ
ｌ、Ｏ、Ｈ以外の不純物は検出されなかった。
ナイトの構造水の脱水にともなう重量減少から求めた生
成率は９６．４％であった。化学分析からも、Ｓｉ、Ａ
ｌ、Ｏ、Ｈ以外の不純物は検出されなかった。
【００２５】以上のことより、本実施例で得られた生成
物は高生成率、球状カオリナイトである。
物は高生成率、球状カオリナイトである。
【００２６】（実施例２）実施例１において、水熱処理
を２２０℃、１日間さらに２５０℃、３日間とした以外
は同様の操作を行い生成物を得た。生成物を実施例１と
同様に確認分析したところ、生成率９７．２％の高生成
率、球状カオリナイトであった。
を２２０℃、１日間さらに２５０℃、３日間とした以外
は同様の操作を行い生成物を得た。生成物を実施例１と
同様に確認分析したところ、生成率９７．２％の高生成
率、球状カオリナイトであった。
【００２７】（実施例３）実施例１において、水熱処理
を２００℃、３日間さらに２２５℃、５日間とした以外
は同様の操作を行い生成物を得た。生成物を実施例１と
同様に確認分析したところ、生成率９５．８％の高生成
率、球状カオリナイトであった。
を２００℃、３日間さらに２２５℃、５日間とした以外
は同様の操作を行い生成物を得た。生成物を実施例１と
同様に確認分析したところ、生成率９５．８％の高生成
率、球状カオリナイトであった。
【００２８】（比較例１）実施例１において、水熱処理
を２００℃で９日間行い、再水熱処理は行わなかった以
外は同様の操作を行い生成物を得た。得られた生成物を
実施例１と同様に確認分析したところ、電子顕微鏡観
察、Ｘ線回折から球状カオリナイトであったが、生成率
は８４．１％と低かった。
を２００℃で９日間行い、再水熱処理は行わなかった以
外は同様の操作を行い生成物を得た。得られた生成物を
実施例１と同様に確認分析したところ、電子顕微鏡観
察、Ｘ線回折から球状カオリナイトであったが、生成率
は８４．１％と低かった。
【００２９】（比較例２）実施例１において、水熱処理
を最初から２５０℃で５日間行った以外は同様の操作を
行い生成物を得た。得られた生成物の電子顕微鏡写真を
図２に、Ｘ線回折結果を図３のＢに示す。
を最初から２５０℃で５日間行った以外は同様の操作を
行い生成物を得た。得られた生成物の電子顕微鏡写真を
図２に、Ｘ線回折結果を図３のＢに示す。
【００３０】Ｘ線回折測定、熱重量分析より生成率９
９．１％のカオリナイトであったが、図３のＸ線回折パ
ターンＢにおける２θ＝２０〜２４°（ＣｕＫα）のピ
ークが板状特有に３本に分かれており、さらに図２の電
子顕微鏡写真より明らかなように粒子形状は板状であっ
た。以上の結果をまとめて表１に示す。
９．１％のカオリナイトであったが、図３のＸ線回折パ
ターンＢにおける２θ＝２０〜２４°（ＣｕＫα）のピ
ークが板状特有に３本に分かれており、さらに図２の電
子顕微鏡写真より明らかなように粒子形状は板状であっ
た。以上の結果をまとめて表１に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【発明の効果】以上述べた通り、Ｓｉ化合物とＡｌ化合
物の均一混合物を２２０℃以下の温度で１時間以上水熱
処理した後、さらに２２０℃を越える温度で１日間以上
再水熱処理することにより製造される高生成率、球状合
成カオリナイトは、従来において存在し得ない物質であ
り、今後セラミックス、製紙、医薬品などの分野で応用
可能な物質である。
物の均一混合物を２２０℃以下の温度で１時間以上水熱
処理した後、さらに２２０℃を越える温度で１日間以上
再水熱処理することにより製造される高生成率、球状合
成カオリナイトは、従来において存在し得ない物質であ
り、今後セラミックス、製紙、医薬品などの分野で応用
可能な物質である。
【図１】本発明の球状合成カオリナイトの電子顕微鏡写
真である。
真である。
【図２】比較例２で得られる板状カオリナイトの電子顕
微鏡写真である。
微鏡写真である。
【図３】球状合成カオリナイト及び板状カオリナイトの
Ｘ線回折測定の結果を示す実測図である。
Ｘ線回折測定の結果を示す実測図である。
フロントページの続き (72)発明者 大崎 恭 山口県新南陽市政所４丁目10番３−306 (72)発明者 吉田 節夫 山口県新南陽市長田町23番３号 (72)発明者 里川 重夫 愛知県名古屋市北区田幡２丁目14番８号
Claims (2)
- 【請求項１】 生成率が９５％以上であり、粒子形状が
球である合成カオリナイト。 - 【請求項２】 Ｓｉ化合物とＡｌ化合物の均一混合物を
２２０℃以下の温度で１時間以上水熱処理した後、さら
に２２０℃を越える温度で１日間以上再水熱処理するこ
とを特徴とする請求項１記載の高生成率、球状合成カオ
リナイトの製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3356467A JP2732502B2 (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 高生成率、球状合成カオリナイト及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3356467A JP2732502B2 (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 高生成率、球状合成カオリナイト及びその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06191829A JPH06191829A (ja) | 1994-07-12 |
| JP2732502B2 true JP2732502B2 (ja) | 1998-03-30 |
Family
ID=18449164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3356467A Expired - Lifetime JP2732502B2 (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 高生成率、球状合成カオリナイト及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2732502B2 (ja) |
-
1991
- 1991-12-25 JP JP3356467A patent/JP2732502B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06191829A (ja) | 1994-07-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |