JP4059365B2 - Method for producing fine-particle silica gel and metal compound-encapsulated particulate silica gel - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小粒子状シリカゲル、微小球状シリカゲル及び金属酸化物等の金属化合物微粒子を粒子内に内包した微小粒子状シリカゲルの製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】
微小球状等の微小粒子状シリカゲルは、液体クロマトグラフィー用分離剤、化粧品用フィラー、樹脂用充填剤、触媒担体およびスペーサー等の各種の用途に使用されている。
【0003】
また、金属化合物微粒子を粒子内に内包した微小球状等の粒子状シリカゲルは、紫外線遮蔽剤、光酸化触媒および抗菌剤などに使用されている。
【0004】
従来、微小球状等の微小粒子状シリカゲルの製法としては、種々の方法が提案されている。
【0005】
例えば、特開平6ー64915号に記載されているように、アルカリ金属珪酸塩水溶液を界面活性剤を含む非極性有機ハロゲン化物溶媒中で乳化・分散させ、次いでゲル化剤によりゲル化させる方法が公知である。これは、生成した微小分散液滴の液/液界面における界面張力を利用して、個々の液滴を球形化せしめ、次いで、その状態で炭酸ガス等のゲル化剤と反応せしめてゲル化・固化せしめるものである。生成したゲルは、pH調整工程や熟成工程を経た後、固/液分離して副生アルカリ金属塩を水洗除去し、乾燥して微小球状シリカゲルが得られる。この方法では、真球形状の粒子を得やすいものの、有機溶媒を使用するので厄介な溶媒の分離、回収工程が必要となり、工程数が多く複雑なプロセスとなる。
【0006】
また、特開平3ー183616号には、アルカリ金属珪酸塩水溶液を酸性ガス中に噴霧して、生成した液滴および/またはゲル化物を捕集し、酸含有液で処理した後水洗することにより、球状シリカゲルを製造する方法が記載されている。しかしながら、液滴と酸性ガスとを接触反応させる方法では、必然的にワンパスでのゲル化剤としての酸性ガスの利用率は低くならざるを得ず経済的に問題のある方法である。
【0007】
また、特開昭62ー128916号、特開昭62ー128917号に記載されているように、アルカリ金属珪酸塩水溶液を噴霧乾燥することにより特定の含水量の微細球状粒子を得、次いでこの粒子を特定の温度条件で酸処理した後、水洗、乾燥して球状多孔質シリカを製造する方法が知られている。しかしながら、これらの方法では、微細球状粒子の含水量やその酸処理の温度を多少変更したとしても、細孔容積の大きな粒子を得るのは難しいという欠点がある。
【0008】
さらに、特公平6ー99135号に記載されているように、アルカリ金属珪酸塩と鉱酸とを反応させて得たシリカヒドロゲルを機械的に湿式粉砕処理した後、このシリカヒドロゲルと水とのスラリーを噴霧乾燥することにより球状シリカゲルを得る方法において、噴霧乾燥する際のスラリー中の水の存在量を、シリカヒドロゲルに対してスラリー状態の確保および粒子強度の点から、0.2〜1.5重量倍、好ましくは0.3〜1.4重量倍に調整する製造方法が公知である。
【0009】
ここでシリカヒドロゲルの粉砕は、通常、ボールミル、振動ミル、攪拌ボールミル、ロッドミル、摩擦円盤ミル、石臼式コロイドミル等を用いて、スラリー中のシリカヒドロゲルが粒子径1〜50μm、好ましくは10〜30μmとなるまで機械的な湿式粉砕により行われる。また、予備的に、衝撃粉砕機、ジェット粉砕機、ボールミル、石臼ミル等の機械式粉砕機で100〜200μm程度に粗粉砕を行ってもよいとされている。
【0010】
なお、湿式粉砕する前に、シリカヒドロゲルを脱塩水中に懸濁させ、アンモニア水などを加える事により系内のpHを1〜10に調整した後、50〜200℃の温度で1〜50時間水熱処理することが好ましいとされている。
【0011】
この製造方法においては、水熱処理後の粒子径は、100〜200μmよりも大きな粒子であり、それを専ら機械的な粉砕によって、1〜50μmまで粉砕することが意図されている。
【0012】
しかしながら、シリカヒドロゲルは、それを構成する個々の粒子が一種の粘弾性体であるため、シリカヒドロゲルを微細粒子にまで湿式粉砕することは、技術的に非常に困難である。にかかわらずこの製造方法においては、粒子径を小さくする方法として、あくまで機械的な粉砕法によって粒子径を所定の50μm以下にまで微細化しようとしており、技術的に難しさを伴う方法であると言わざるを得ない。
【0013】
一方、このような困難を解決するため、特開平7ー196310号においては、アルカリ金属珪酸水溶液と酸水溶液とを反応させ、温度100〜170℃で熱処理して得たシリカヒドロゲルを、SiO2 濃度が15〜25重量%と云う特定のスラリー濃度で、かつ50℃を越えない特定の温度で、高速剪断下に湿式粉砕して、粒子径が4μm以下のシリカヒドロゲルのスラリーを得、それを噴霧乾燥して微小球状シリカ粒状体を製造する方法が提案されている。
【0014】
熱処理後のシリカヒドロゲルを、水洗後、まず機械的な粗粉砕により粒子径を20〜100μmとし、次いでシンマルエンタープライゼズ社製ダイノーミルなどの公知の高速剪断可能な湿式粉砕機を用いて、50℃以下の温度で機械的に湿式粉砕し、粒子径を4μm以下にまで微粉砕した後、噴霧乾燥して微小球状シリカゲルを得るものである。
【0015】
これは上記特定のSiO2 スラリー濃度および温度範囲では、スラリーの粘度が減少するので大きな剪断力を印加できる領域であるからとする。
【0016】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、この製造法においてはスラリー濃度調節等によりマクロ的に見てスラリーの粘度が多少減少したとしても、ミクロ的にはシリカヒドロゲルの個々の粒子が粘弾性体であることは依然として変わらないものであり、このような粘弾性体の粒子を、機械的な粉砕メカニズムのみにより、さらに微細粒子にまで湿式粉砕しようとすることは、原理的に技術的に非常に困難を伴う方法であると言わざるを得ない。もちろん水熱処理によりシリカヒドロゲルを微細粒子にすると云う技術的思想はない。
【0017】
一方、金属化合物微粒子を粒子内に内包した微小粒子状シリカゲルの製造法としては、例えば、特開平8ー104515号に記載されているように、液/液の界面張力を利用して粒子を球形化する方法が知られている。
【0018】
これは、アルカリ金属珪酸塩水溶液に例えば酸化亜鉛微粒子等を添加混合し、高分散させた混合スラリーを界面活性剤を含む有機溶媒中に乳化・分散させ、個々の液滴を球形化せしめ、その状態でゲル化剤と反応せしめてゲル化・固化せしめるものである。生成したゲルは、pH調製工程や熟成工程を経た後、固/液分離して副生アルカリ金属塩を水洗除去し、乾燥して酸化亜鉛微粒子等を内包した微小粒子状シリカゲルが得られる。
【0019】
この方法においては、すでに述べたように、真球形状の粒子を得やすいものの、有機溶媒を使用するので厄介な溶媒の分離、回収工程が必要となり、工程数が多く複雑なプロセスとなる難しさがある。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
従来公知の方法による微小真球状等のシリカゲルの製造法の中では、アルカリ金属珪酸塩と鉱酸とを反応させて得られるシリカヒドロゲルを出発原料とし、次いで、その粒子径を微細化してシリカヒドロゲルスラリーを作り、このシリカヒドロゲルスラリーを噴霧乾燥等の手段で乾燥することにより微小球状シリカゲルを得る方法が、基本的に量産化に適しており、経済性にも優れている。
【0021】
一方、上記の公知の製造法においては、アルカリ金属珪酸塩と鉱酸とを反応させて得られるシリカヒドロゲルを出発原料とするにあたり、通常、反応により生成したシリカヒドロゲル中のアルカリ金属塩を水洗により除去する水洗工程が実施される。
【0022】
かかるシリカヒドロゲルからのアルカリ金属塩の水洗除去工程においては、水洗前のシリカヒドロゲルの粒子径を、0.1mm以上、好ましくは0.5mm以上のある程度以上の粒径とし、水洗槽内にシリカヒドロゲルの充填固定層を形成し、当該充填層中を水洗水を流通させて洗浄する充填固定層式の洗浄操作を行うことが好ましい。このような充填層式水洗方法では、シリカヒドロゲルの平均粒子径が十分大きい場合、安定した充填層が形成でき、大量のシリカヒドロゲルの水洗操作が容易に行われ、しかも、特に濾過装置も必要ないので、量産化に適しており、経済性に優れている。
【0023】
しかしながら、シリカヒドロゲルを例えば、0.1mm未満という小さな粒径にしてから反応による生成塩の水洗を行う場合には、安定した充填層が形成されないので、上記した充填固定層による洗浄操作が困難であり、最終的にはシリカヒドロゲルの濾過が必要となり、しかもかなり大型の濾過装置が必須となり経済性の面で問題が多い。
【0024】
本発明者らの検討によると、アルカリ金属を殆ど含まない十分に水洗されたシリカヒドロゲルを微細化してシリカヒドロゲルスラリーとし、噴霧乾燥等して微小球状シリカゲルを得る方法においても、シリカヒドロゲルの微粉砕を機械的な湿式粉砕で行うことは困難である。
【0025】
例えば、平均粒子径0.5mm以上という粗大な粒子から、平均粒子径数μmという微粒子にまで機械的手段で微粉細しようとしても、すでに述べたように、シリカヒドロゲルの粒子は一種の粘弾性体であるため、機械的な剪断力を印加して粉砕するのは容易でない。現実的には、粉砕工程を多段化して、所定の平均粒子径まで粉砕しなければならないという大きな問題があることを知見した。
【0026】
かくして、本発明の目的は、アルカリ金属珪酸塩と鉱酸とを反応して得られるシリカヒドロゲルを、好ましくは十分水洗して、反応で生成したアルカリ金属塩を殆ど含まないシリカヒドロゲルを得、次いで、そのシリカヒドロゲルの粒子径を微細化したシリカヒドロゲルスラリーとし、そのスラリーを、噴霧乾燥等して微小球状シリカゲルを得る製造方法において、シリカヒドロゲルを微細化する方法を機械的な湿式粉砕によらないで、高い生産性をもって行う製造方法を提供するにある。
【0027】
また、金属化合物微粒子を粒子内に内包する微小粒子状シリカゲルの新規な製造法を提供することにある。
【0028】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる観点から鋭意検討した結果、アルカリ金属珪酸塩と鉱酸とを反応して得られるシリカヒドロゲルを、好ましくは十分に水洗して、反応で生成したアルカリ金属塩を殆ど含まないシリカヒドロゲルを得、次いでそのシリカヒドロゲルの粒子径を微細化したシリカヒドロゲルスラリーにして、そのスラリーを乾燥して微小球状シリカゲルを得る製造法において、水洗後のシリカヒドロゲルの段階で、シリカヒドロゲル中のSiO2 重量に対する、水の重量比率の数値を適正な範囲で選定する事により、平均粒子径が数mmの粗大なシリカヒドロゲルであっても、機械的な湿式粉砕によらないで、平均粒子径を100μm以下、好ましくは50μm以下、さらに好ましくは20μm以下まで容易に微細化できることを見出した。
【0029】
すなわち、H2 O/SiO2 重量比を特定の範囲に調整したシリカヒドロゲルに水を添加したスラリーを、例えば通常の液を攪拌する攪拌羽根を備えたオートクレーブ中で、攪拌しながら適当なシリカ濃度、温度、時間等の条件下で水熱処理することにより、水熱処理前は、平均粒子径数mmのシリカヒドロゲル粒子径を、場合によっては20μm以下まで容易に微細化しうると云う『水熱微粉砕』とも言うべき驚くべき現象を見出した。
【0030】
さらに本発明者らは、この水熱微粉砕処理後のシリカヒドロゲルスラリーを噴霧乾燥等の手段で乾燥することにより、微小粒子状シリカゲルが効率良く得られることを見出した。
【0031】
加えてまた、上記の水熱微粉砕処理され、例えば平均粒子径20μm以下に微細化されたシリカヒドロゲルスラリーは、これをさらに高速剪断下に湿式粉砕する場合は、平均粒子径3.0μm以下までも容易に微粉砕可能であり、このスラリーを噴霧乾燥等する事により、例えば平均粒子径10μm以下の微小粒子状シリカゲルが得られることをも見出した。
【0032】
かくして、水熱微粉砕処理を含む方法を実施することにより、必ずしも機械的粉砕を行うことなく、粒径が1〜100μm、好ましくは1〜50μm、さらに好ましくは1〜30μm、最も好ましくは1〜10μmの微小粒子状シリカゲルを最終的な乾燥シリカゲル製品として製造可能なことを見出した。
【0033】
本発明はかかる知見に基づいてなされるに到ったものである。
なお、本発明においてシリカゲルとは、X線回折分析で非晶質であり、結晶性ピークを実質的に有さない多孔質な粒状シリカである。
【0034】
すなわち、本発明に従えば、
(1) 微小粒子状シリカゲルを製造する方法において、
▲1▼アルカリ金属珪酸塩と鉱酸とを反応させ、SiO2 の重量に対する水の重量の比率が、1.5〜5.0重量倍であるシリカヒドロゲルを得るヒドロゲル化工程、
【0035】
▲2▼得られたシリカヒドロゲルを、SiO2 濃度が5.0〜15.0重量%のスラリー状態で、攪拌下水熱処理し、平均粒子径100μm以下の微細化したシリカヒドロゲルスラリーとする水熱微粉砕工程、及び
【0036】
▲3▼当該微細化したヒドロゲルスラリーを乾燥する乾燥工程からなることを特徴とする微小粒子状シリカゲルの製造方法、が提供される。
【0037】
また、本発明に従えば、
(2) 粒子内に微小金属化合物微粒子を内包する微小粒子状シリカゲルを製造する方法において、
【0038】
▲1▼アルカリ金属珪酸塩と鉱酸とを反応させ、SiO2 の重量に対する水の重量の比率が、1.5〜5.0重量倍であるシリカヒドロゲルを得るヒドロゲル化工程、及び
【0039】
▲2▼得られたシリカヒドロゲルを、SiO2 濃度が5.0〜15.0重量%のスラリー状態で、攪拌下水熱処理し、平均粒子径100μm以下の微細化したシリカヒドロゲルスラリーとする水熱微粉砕工程からなる微細化シリカヒドロゲルスラリーの調製工程とともに、
【0040】
▲3▼当該微細化シリカヒドロゲルスラリー中に金属化合物微粒子を導入しシリカヒドロゲル微粒子と金属化合物微粒子との混合スラリーを得る混合スラリー化工程を有し、さらに、
【0041】
▲4▼当該混合スラリーを乾燥する乾燥工程を実施することを特徴とする微小金属化合物微粒子を内包した微小粒子状シリカゲルの製造方法、が提供される。
【0042】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
最初に、本発明の微小粒子状シリカゲルを製造する方法を説明する。
【0043】
まず、アルカリ金属珪酸塩と鉱酸とを反応させ、SiO2 に対する水の比率が、1.5〜5.0重量倍であるシリカヒドロゲルを得るヒドロゲル化工程を実施するが、このヒドロゲル化工程は例えば、以下のような方法で行われる。すなわち、
【0044】
アルカリ金属珪酸塩の水溶液と鉱酸水溶液とを、放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合し、SiO2 濃度換算で130g/l以上、pH7〜9のシリカゾルを生成せしめ、直ちに上記放出口から、空気等の気体媒体中に放出させて、放物線を描いて滞空させる間に空中でゲル化させる方法である。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて数分〜数十分熟成させる。
【0045】
ここでアルカリ金属としては、Na、K等が挙げられ、経済性上Naが最も好ましい。また鉱酸としては、H2 SO4 、HCl等が挙げられ、経済的にH2 SO4 が最も好ましい。
【0046】
これに適当な酸を添加してpHを下げて熟成を停止させる。得られたシリカヒドロゲルは、平均粒子径数mmの球状粒子である。このシリカヒドロゲルは、反応により生成したNa2 SO4 等のアルカリ金属塩を含有しているので、常法に従って水洗によりこれを十分除去し、アルカリ金属塩を殆ど含まない平均粒子径数mmの球状のシリカヒドロゲルとすることが好ましい。
【0047】
この際、すでに述べたように、かかるシリカヒドロゲルからのアルカリ金属塩の水洗除去工程においては、水洗槽内にこのシリカヒドロゲル粒子を充填して充填固定層を形成させ、該充填層中を水洗水を流通させて洗浄する充填固定層式洗浄操作を行うことが好ましい。このような充填層式水洗方法では、シリカヒドロゲルの平均粒子径が十分大きいので、安定した充填層が形成でき、大量のシリカヒドロゲルの水洗操作が容易に行われ、しかも、特に濾過装置も必要ない。
【0048】
このシリカヒドロゲルを、例えばロールクラッシャーなどで粗粉砕すれば、平均粒径0.1〜5mmの破砕品シリカヒドロゲルが容易に得られる。この粒径は次の水熱微粉砕工程における撹拌操作等を効果的に行うために好ましい範囲である。
【0049】
また、シリカヒドロゲルを得る別な方法としては、アルカリ金属珪酸塩水溶液と鉱酸水溶液とを反応容器内で短時間で均一混合してシリカゾルを生成させた後、該溶液を別の受皿板上でゲル化させる方法でもよい。
【0050】
このゲルを直径数cm〜数mmの大きさに粗砕した後、pHを調整した水を添加して熟成せしめ、酸を添加してpHを下げて熟成を停止させる。得られた平均粒子径数cm〜数mmの不定形のシリカヒドロゲルは、反応で生成したアルカリ金属塩を含有しているので、上記した方法等で水洗してこれを十分に除去し、アルカリ金属塩を殆ど含まない平均粒子径数cm〜数mmの不定形形のシリカヒドロゲルを得る。
【0051】
上記と同様にして、このシリカヒドロゲルを、例えばロールクラッシャーなどで粗粉砕すれば、平均粒径0.1〜5mmの破砕されたシリカヒドロゲルが容易に得られる。
【0052】
本発明においては、水洗後のシリカヒドロゲル中の、SiO2 重量に対する水の重量の比率が1.5〜5.0重量倍であることが好ましい。このSiO2 に対する水の比率は、以下の方法で測定される。すなわち、
【0053】
水洗後のシリカヒドロゲルを2g秤取し、乾燥機を用いて180℃×4hrの乾燥条件で乾燥し、これを絶乾状態とみなしてSiO2 重量とし、その重量減少を含水量とするものである。
【0054】
SiO2 重量に対する水の重量の比率が、1.5重量倍未満の場合には、次の液攪拌下での水熱処理工程において、シリカヒドロゲルの平均粒子径を微細化する効果が小さくなる。おそらく、シリカヒドロゲル中のSiO2 に対する水の重量比率がこれより小さい場合は、シリカヒドロゲルの一次粒子同志の結合が極めて強固となり、水熱処理を行ってもこれをスムースに分離・解砕することが困難になるためと推察される。
【0055】
一方、SiO2 重量に対する水の重量の比率が、5.0重量倍を越える場合には、シリカヒドロゲルの機械的強度がきわめて弱いものとなり、以後のハンドリングに困難を伴ない好ましくない。
【0056】
シリカヒドロゲル中におけるSiO2 重量に対する水の重量の比率は、混合するアルカリ金属珪酸塩水溶液および鉱酸水溶液のそれぞれの濃度条件や生成ゲルの熟成の条件( 温度およびpH )により制御することができる。また、上記範囲を越えている場合には、適当な乾燥操作を施して水分量を調節することも可能である。
【0057】
次に、このようにして得られたシリカヒドロゲルを、SiO2 濃度が5.0〜15.0重量%のスラリー状態で、攪拌下水熱処理し、平均粒子径100μm以下の微細化したシリカヒドロゲルスラリーとする水熱微粉砕工程を行う。
【0058】
水熱処理装置としては、通常、攪拌羽根付きの高圧装置であるオートクレーブが使用される。攪拌羽根としては、一般に液の攪拌に使用されるプロペラ型、パドル型、アンカー型、ファウドラー型、ヘリカルリボン型、ブルマージン型、タービン型、マックスブレンド型などが使用できるが、これらに限定されるものではない。
【0059】
また、オートクレーブの加熱方式としては、ジャケットに高圧水蒸気あるいは熱媒を供給する間接加熱方式、電熱ヒーターによる間接加熱方式、槽内の液に水蒸気を直接吹き込む直接加熱方式など適宜使用できる。
【0060】
オートクレーブに仕込むシリカヒドロゲルの平均粒子径としては、0.1〜5mm、より好ましくは0.5〜5mmである。平均粒子径があまり大きくなって5mmを越える場合は、粒子径が大き過ぎて、オートクレーブ中で液が攪拌されていても、粒子が十分浮遊せず、その一部が槽底に堆積しやすくなり、ハンドリング上の問題を起こすおそれがある。
【0061】
なお、平均粒子径が0.1〜5mmであれば、液攪拌下の水熱処理のみにより平均粒子径100μm以下、すでに述べた条件の選定により20μm以下1μm以上の粒子径まで容易に微粒子化できる。
【0062】
オートクレーブには、水洗後のシリカヒドロゲル粒子と水を仕込み、シリカヒドロゲルスラリーとするのであるが、その際のシリカヒドロゲルスラリー中のSiO2 濃度は、5.0〜15.0重量%が好ましい。SiO2 濃度が15.0重量%を越えると、オートクレーブ槽内で十分にスラリーを撹拌することが困難になる。一方、SiO2 濃度が5.0重量%未満であると、得られるシリカスラリー中の水の量が多く、後工程の噴霧乾燥工程での水分蒸発負荷が大きくなるので望ましくない。
【0063】
本発明において特筆すべきことは、この液攪拌下での水熱処理において、シリカヒドロゲルの化学的粉砕とも称すべき微細化( 水熱微粉砕 )が行われると同時に、シリカヒドロゲルの細孔構造を調節する所謂Ostwald Ripeningのような熟成をも行い得ることである。
【0064】
目標とする細孔構造によって、上記のシリカヒドロゲル−水系スラリーのみで水熱処理することで十分目的を達成しうる。この場合のスラリーのpHは1〜7である。
【0065】
一方、上記のシリカヒドロゲル−水系スラリーに微量のアルカリ金属水酸化物やアンモニアなどのアルカリを添加し、スラリーpHを7〜11程度に調整してから水熱処理する方法も、目標とする細孔構造によっては、適用し得る。
【0066】
なお、水熱微粉砕処理の際のオートクレーブ槽内での攪拌羽根によるシリカヒドロゲルスラリーの攪拌エネルギーとしては、特段に粘度が高くない通常の液やスラリーに対する標準的な攪拌エネルギーのレベルである5〜2,000W/m3 ( 液またはスラリー )程度で十分である。液またはスラリー1m3 当たりの攪拌エネルギーが5W/m3 未満の場合には、水熱処理の際に粗大なシリカヒドロゲル粒子の一部が槽内で十分浮遊せず、槽底に堆積し易くなり、ハンドリング上の問題を生ずる。
【0067】
一方、液またはスラリー1m3 当たりの攪拌エネルギーが2,000W/m3 を越える場合には、水熱処理によるシリカヒドロゲルの粒子径微細化のそれ以上の促進効果は少なく、攪拌エネルギーが増加するのみである。
【0068】
水熱処理の温度範囲は、130〜230℃、好ましくは150〜230℃、さらに好ましくは180〜230℃が望ましい。温度が130℃未満と低い場合には、水熱処理によるシリカヒドロゲルの粒子径微細化の効果が乏しく、一方、230℃を越える場合には、温度レベルの増大に見合う水熱処理によるシリカヒドロゲルの粒子径微細化の促進効果が少なく、単に加熱エネルギーが増加するのみで技術的・経済的に無意味である。
【0069】
水熱微粉砕処理の時間は、水熱処理温度によって変わりうるが、通常0.2〜24hrが適当である。水熱処理時間が0.2hrに満たない場合には、水熱処理によるシリカヒドロゲルの粒子径微細化の十分な効果が得られない。また水熱処理時間が24hrを越えると、粒子の再凝集現象が生じるようになり、水熱処理によりシリカヒドロゲルの粒子径を微細化するという水熱微粉砕処理の目的から外れてくることになり好ましくない。
【0070】
なお、本発明においてシリカヒドロゲルの粒子径分布は、コールターカウンター(コールターエレクトロニクス社製)などによって測定された値である。
【0071】
シリカヒドロゲルスラリーを乾燥することにより、コールターカウンター測定による平均粒子径100μm以下の微粒子状の乾燥シリカゲル粒子製品を得るためには、噴霧乾燥等の乾燥工程に供されるシリカヒドロゲル粒子のコールターカウンター測定による粒子体積基準の平均粒子径を100μm以下とする。平均粒子径は、好ましくは1〜50μm、より好ましくは1〜20μm、さらに好ましくは1〜10μm、最も好ましくは1〜5μmである。
【0072】
特に、平均粒子径100μm以下の微小な球状の粒子( 真球状粒子 )を得ようとする場合には、乾燥工程に供給するシリカヒドロゲルの平均粒子径が、1〜10μmであることが好ましく、1〜5μmであることがさらに好ましく、1〜3μmであることが最も好ましい。平均粒径がこの値を越えると、得られる微小球状粒子の形状の真球性および粒子表面の平滑性が相対的に低下する。
【0073】
一方、平均粒径が1μm未満では、粒子径微細化に見合う乾燥粒子の真球性および粒子表面の平滑性の顕著な向上が認められず、シリカヒドロゲル粒子の微細化に要するエネルギーが過大になるだけであり、好ましくない。
【0074】
また、目標とする細孔構造によっては、シリカヒドロゲル−水系スラリーに微量のアルカリ金属水酸化物やアンモニアなどのアルカリを添加し、シリカヒドロゲルスラリーのpHを8〜11程度に調整してから水熱微粉砕処理する場合もありうる。その場合は、シリカヒドロゲルスラリーを乾燥して得られる微小球状シリカゲル中のアルカリ金属不純物の許容含有量が、製品の用途によって定まる許容値を満足するように、噴霧乾燥等の乾燥工程の前あるいは後でシリカヒドロゲルの水洗操作を行えばよい。
【0075】
また、シリカヒドロゲルスラリーを乾燥して得られる微小球状シリカゲルの目標平均粒子径が100μm以下、好ましくは10μm以下のより小さな粒子を得ようとする場合には、水熱微粉砕処理により平均粒子径20μm以下に微細化したシリカヒドロゲルスラリーを、機械的に湿式粉砕して、シリカヒドロゲルの平均粒子径を、1〜3μmまでさらに微細化することが好ましい。このような粉砕処理により、噴霧乾燥等で得られる微小球状シリカゲルが、一層真球形状に近く、また粒子表面がより滑らかなものが得られる。
【0076】
ここで用いられる湿式粉砕機としては、粒子径1mm以下のビーズを用いる湿式媒体攪拌ミルであるビーズミル、粒子径数mmのボールを用いる湿式媒体攪拌粉砕機や湿式ボールミルなどが適用されるが、これらの粉砕機に限定されるものではない。
【0077】
なお上記のように、シリカヒドロゲルスラリーをまず水熱微粉砕処理して得られた平均粒子径20μm以下の微細化シリカヒドロゲルスラリーをさらに湿式粉砕して、平均粒子径1〜3μmにまで微細化する工程を併用する場合においても、平均粒子径数mmのシリカヒドロゲルを水熱微粉砕処理なしに機械的湿式粉砕のみにより平均粒子径1〜3μmに微細化する場合に比較して、機械的な湿式粉砕の負荷が遥かに小さくなりずっと容易に実施できる。
【0078】
次に、以上のごとくして微細化したヒドロゲルスラリーを乾燥する乾燥工程を行う。
シリカヒドロゲルスラリーを乾燥して、単分散した微小シリカゲル粒子を得る乾燥装置としては、粒子同志の凝集を防止するため固定層を形成しないで粒子や液滴が熱風中で分散する形式が好ましく、例えば噴霧乾燥機、媒体流動層乾燥機、気流乾燥機などが適している。
【0079】
特に、微小球状のシリカゲルを得ようとする場合には、乾燥装置としては、噴霧乾燥機が適しており、噴霧乾燥機のスラリー液の噴霧微粒化の方式としては、特に限定するものではないが、高速回転円盤、一流体圧力ノズル、二流体ノズル、超音波ノズルなどが適用される。
【0080】
以下、乾燥装置として噴霧乾燥機を使用する場合を例として説明するが、他の乾燥機であっても適宜変更を加えてそのまま適用することが可能である。
【0081】
シリカヒドロゲルスラリーを噴霧乾燥機に供給する際には、シリカヒドロゲルの濃度としては、水熱微粉砕処理後のシリカヒドロゲルスラリーの濃度のまま供給することが可能であるし、また必要に応じて、水を添加して濃度調整を行ってもよい。
【0082】
噴霧乾燥機に供給されるシリカヒドロゲルスラリー中のシリカヒドロゲルと水の量測定は、以下の方法で実施される。
【0083】
すなわち、シリカヒドロゲルスラリー50gをビーカーに取り、孔径0.45μmのミリポアフィルターを用いて、絶対圧5mmHgの減圧下で全量を濾過し、40分間脱水する。濾液の重量を水の量とし、得られたウエットケーキの重量をシリカヒドロゲルの重量とする。
【0084】
なお、ウエットケーキ中のSiO2 重量は、すでに述べたように乾燥機で、温度180℃で4hr乾燥後の重量から求められる。
【0085】
噴霧乾燥機に供給されるシリカヒドロゲルスラリーとしては、特に限定するものではないが、上記の測定方法で求められるシリカヒドロゲル重量に対する水の重量の比率が1.5〜5.0重量倍のものが好ましい。
【0086】
シリカヒドロゲル重量に対する水の重量の比率が1.5重量倍に満たない場合は、噴霧乾燥により得られる球状シリカゲルの粒子形状における真球性や粒子表面の滑らかさが低下する。
【0087】
一方、シリカヒドロゲル重量に対する水の重量の比率が5.0重量倍を越える場合は、噴霧乾燥における水分蒸発負荷が大きくなり望ましくない。
【0088】
以上のごとくして、シリカヒドロゲル重量に対する水の重量の比率が1.5〜5.0重量倍のシリカヒドロゲルスラリーを噴霧乾燥機に供給し、噴霧乾燥機の操作条件を選定する事により、粒子形状の真球性に優れ、粒子表面が滑らかな微小球状シリカゲルが得られる。
【0089】
従来、シリカヒドロゲルの微細化を機械的な湿式粉砕のみで行うことが開示されている特公平6ー99135号などの公知技術においては、噴霧乾燥されるシリカヒドロゲルスラリーに関し、スラリー状態の確保および粒子強度の点から、スラリー中のシリカヒドロゲル重量に対する水の重量比率はすでに述べたように0.2〜1.5重量倍で行われている。
【0090】
これに対し本発明においては、噴霧乾燥機に供給されるシリカヒドロゲルスラリーとして、平均粒子径100μm以下、好ましくは20μm以下まで水熱微粉砕処理したスラリーを使用するので、スラリー中のシリカヒドロゲル重量に対する水の重量比率は、1.5〜5.0重量倍程度で行われることが好ましい。
【0091】
このように本発明においては、あらかじめ水熱微粉砕処理した上記重量比率のシリカヒドロゲルスラリーを噴霧乾燥することによって、上記公知例等に比較して、遥かに真球形状に近く、粒子表面が滑らかな微小球状シリカゲルが得られる。
【0092】
次に、本発明の別の態様である、金属化合物微粒子を粒子内に内包する微小球状シリカゲルの製造法について述べる。
【0093】
この場合は、上記した、 (1) アルカリ金属珪酸塩と鉱酸とを反応させ、SiO2 に対する水の比率が、1.5〜5.0重量倍であるシリカヒドロゲルを得るヒドロゲル化工程、及び
【0094】
(2) 得られたシリカヒドロゲルを、SiO2 濃度が5〜15重量%のスラリー状態で、攪拌下水熱処理し、平均粒子径100μm以下の微細化したシリカヒドロゲルスラリーとする水熱微粉砕工程からなる微細化シリカヒドロゲルスラリーの調製工程とともに、
【0095】
(3) 当該微細化シリカヒドロゲルスラリー中に金属化合物微粒子を導入しシリカヒドロゲル微粒子と金属化合物微粒子との混合スラリーを得る混合スラリー化工程を有することを特徴とする。
【0096】
シリカヒドロゲルスラリー中に金属化合物微粒子を導入する態様は任意である。例えば、(2) の水熱微粉砕工程を金属化合物微粒子の共存下に行うこともできるし、また水熱微粉砕工程に引続き湿式粉砕工程を実施する場合は、当該湿式粉砕を金属化合物微粒子の共存下に行うこともできる。
【0097】
金属化合物微粒子としては、微細粒子が好ましく、特に所謂超微粒子と称するものが好ましい。
【0098】
金属化合物微粒子として使用可能なものは、例えば金属酸化物微粒子であって、酸化チタン、過酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化銀、酸化第一銅、酸化第二銅、酸化第一コバルト、四三酸化コバルト、酸化第二コバルト、酸化第一ニッケル、酸化第二ニッケル、酸化トリウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、二酸化マンガン、三酸化マンガン、酸化ウラン、酸化トリウム、酸化ゲルマニウム、酸化第一錫、酸化第二錫、一酸化鉛、四三酸化鉛、二酸化鉛、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、三酸化ビスマス等が好ましいものとして挙げられる。このうち、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化鉄及び酸化ジルコニウムからなる群より選択される微粒子が特に好ましいものとして挙げられる。
【0099】
また、金属酸化物以外に、硫化カドミウム、硫化亜鉛、硫化アンチモン、硫化鉛、硫化ニッケル、硫酸ストロンチウム、硫酸バリウム等の硫化物微粒子や硫酸塩微粒子;ピロ燐酸銅等の燐酸塩;炭化タンタル、炭化ジルコニウム、炭化タングステン、炭化バナジウム、炭化チタン、炭化珪素、フッ化カルシウム等の炭化物微粒子やハロゲン化物微粒子を使用することもできる。また、金、銀、白金、銅、アルミニウム等の金属またはその合金の微粒子も場合によっては使用可能である。
【0100】
本発明における金属化合物微粒子とは、上記のように所謂超微粒子と称するものをも包含するもので、一次粒子の大きさ( 粒径 )が、0.002〜0.5μmのものである。そして、0.01〜0.5μmが好ましく、0.01〜0.3μmであるものがさらに好ましい。0.002μm未満では、比表面積が増大してはじめから凝集状態にあり、微粒子を十分分散した状態でシリカヒドロゲルスラリー中に導入することができない。また0.5μmを越えると、シリカゲルの粒子径に比較して相対的に大きすぎて、シリカゲル粒子内に良好に分散した状態で内包されることが困難になり好ましくない。
【0101】
また導入された金属化合物微粒子の混合スラリー中におけるSiO2 に対する割合は、5〜80重量%、好ましくは5〜45重量%であることが望ましい。
【0102】
具体的な実施の態様としては、上記の水熱微粉砕工程により微細化されたシリカヒドロゲルスラリー中に、または必要に応じてさらに湿式粉砕によりいっそう微細化されたシリカヒドロゲルスラリー中に、例えば平均粒子径0.002〜0.5μmの二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化鉄、酸化ジルコニウムなどの金属化合物微粒子をSiO2 重量に対して、上記したように5〜80重量%添加導入して十分に分散させ、シリカヒドロゲル微粒子と金属化合物微粒子との混合スラリーを得るのである。この場合、凝集を防止して十分に分散を行うため、スラリーのpHを調整してもよい。この分散は、上記したように水熱微粉砕処理を行うオートクレーブや湿式粉砕機中で行うことが好ましい。
【0103】
このようにして得られた混合スラリーを、微小粒子状シリカゲルを得る場合と同様に、噴霧乾燥等することにより、微小金属化合物微粒子を内包した微小粒子状シリカゲルが得られるのである。
【0104】
シリカゲル中に内包された金属化合物微粒子は、その粒径がシリカゲル粒子の粒径に対してはるかに微小なものであり、一個のシリカゲル中に一個以上、通常数個好ましくは多数の金属化合物微粒子が分散した状態で包含されている。本発明に云う「内包」とは、このような状態で金属化合物微粒子がシリカゲル粒子中に含まれていることを意味する。
【0105】
おそらく、多数の細孔を有するシリカゲル粒子においては、シリカゲル粒子が乾燥する過程において、当該細孔内を満たしているスラリーの液相のみが揮発して乾燥し、不揮発の金属化合物微粒子がシリカゲル内部の細孔に担持された状態で残留するものと推定される。これがシリカゲル粒子中に金属化合物微粒子が内包されている態様ではないかと考えられる。
【0106】
このような金属化合物微粒子が内包された粒子状シリカゲルは、種々の用途に有用なものであり、例えば紫外線遮蔽剤として好適に用いる事ができる。また、金属化合物がアナターゼ型の酸化チタンの場合は、光酸化触媒用途に好適に用いることができる。
【0107】
【実施例】
以下、実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、本発明の技術的範囲がこれに限定されるものではない。
【0108】
〔実施例1〕
( ヒドロゲル化工程 )
SiO2 /Na2 O= 3.0(モル比)、SiO2 濃度= 21.0重量%である珪酸ナトリウム水溶液を2.0l/minおよび硫酸濃度= 20.0重量%の硫酸水溶液とを放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合して、放出口から空気中に放出される液のpHが7.5〜8.0になるように2液の流量比を調整し、均一混合されたシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させた。放出された液は、空気中で球形液滴となり、放物線を描いて約1秒間滞空する間に空中でゲル化する。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させた。
【0109】
熟成後、pHを6に調整し、さらに十分水洗して、シリカヒドロゲルを得た。得られたシリカヒドロゲル粒子は、粒子形状が、球状であり、平均粒子径が6mmであった。このシリカヒドロゲル粒子中のSiO2 重量に対する水の重量比率は、4.5重量倍であり、シリカヒドロゲル粒子中の残存ナトリウムは、103ppmであった。
【0110】
( 水熱微粉砕処理工程 )
次にシリカヒドロゲルを、ロールクラッシャーを用いて、平均粒子径1.0mmに粗粉砕した。アンカー型攪拌羽根を備えた内容量50リットルのオートクレーブに上記の粗粉砕されたシリカヒドロゲル22,000gおよび水18,000gを仕込み、SiO2 濃度10.0重量%のスラリー状態で、温度200℃で時間3hr、攪拌回転数90rpmで水熱微粉砕処理を行った。シリカヒドロゲルスラリーのpHは6であった。
【0111】
水熱微粉砕処理後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子は、微粉砕化されており、コールターカウンター(MAII型、コールターエレクトロニクス社製、アパーチャーチューブ径280μm使用) による粒子径測定では、平均粒子径15μmであった。また、水熱処理後のスラリー中のSiO2 濃度は、10.3重量%であった。
【0112】
( 湿式粉砕工程 )
次いで、上記スラリーを、その濃度のまま湿式粉砕機( シンマルエンタープライゼス社製ダイノ−ミル、直径0.5mmビーズ使用 )を用いて、さらに微粉砕した。微粉砕後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子のコールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、1.6μmであった。
【0113】
また、上記微粉砕後のシリカヒドロゲルスラリー中のシリカヒドロゲルと水の量の測定は以下の方法で行った。
【0114】
シリカヒドロゲルスラリー50gをビーカーに取り、孔径0.45μmのミリポアフィルターを用いて、絶対圧5mmHgの減圧下で全量を濾過し、40分間脱水する。得られた濾液の重量を水の量とし、得られたウエットケーキの重量をシリカヒドロゲルの重量とする。なお、得られたウエットケーキ中のSiO2 重量は、乾燥機で、温度180Cで、4hr乾燥後の重量から求められる。
【0115】
この測定方法で求められたスラリー中のシリカヒドロゲル重量に対する水の重量の比率は、4.4重量倍であった。
【0116】
( 乾燥工程 )
次いで、上記スラリーを、その濃度のまま小型のスプレードライヤー(ヤマト科学社製GA32型)を用いて、スラリー供給量13ml/min、噴霧圧力1.2Kg/cm2 (G)、熱風温度200℃で、噴霧乾燥を行い微小乾燥シリカゲル粒子を得た。得られた乾燥粒子のコールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、4.5μmであった。粒子形状は、ほぼ真球状であり、粒子表面は滑らかであった。
この乾燥シリカゲル粒子の走査型電子顕微鏡写真を図1に示す。
【0117】
〔実施例2〕
( ヒドロゲル化工程 )
SiO2 /Na2 O= 3.0(モル比)、SiO2 濃度= 21.0重量%である珪酸ナトリウム水溶液を2.0l/minおよび硫酸濃度= 20.0重量%の硫酸水溶液とを放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合して、放出口から空気中に放出される液のpHが7.5〜8.0になるように2液の流量比を調整し、均一混合されたシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させた。放出された液は、空気中で球形液滴となり、放物線を描いて約1秒間滞空する間に空中でゲル化する。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させた。
【0118】
熟成後、pHを6に調整し、さらに十分水洗して、シリカヒドロゲルを得た。得られたシリカヒドロゲル粒子は、粒子形状が、球状であり、平均粒子径が5mmであった。このシリカヒドロゲル粒子中のSiO2 重量に対する水の重量比率は、4.5重量倍であり、シリカヒドロゲル粒子中の残存ナトリウムは、100ppmであった。
【0119】
( 水熱微粉砕処理工程 )
次にシリカヒドロゲルを、ロールクラッシャーを用いて、平均粒子径1.0mmに粗粉砕した。アンカー型攪拌羽根を備えた内容量50リットルのオートクレーブに上記の粗粉砕されたシリカヒドロゲル22,000gおよび水18,000gを仕込み、SiO2 濃度10.0重量%のスラリー状態で、温度200℃で時間20hr、攪拌回転数50rpmで水熱微粉砕処理を行った。シリカヒドロゲルスラリーのpHは6であった。
【0120】
水熱微粉砕処理後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子は、微粉砕化されており、コールターカウンター(MAII型、コールターエレクトロニクス社製、アパーチャーチューブ径280μm 使用) による粒子径測定では、平均粒子径13μmであった。また、水熱処理後のスラリー中のSiO2 濃度は、10.3重量%であった。
【0121】
( 湿式粉砕工程 )
次いで、上記スラリーを、その濃度のまま実施例1と同一の湿式粉砕機を用いて、さらに微粉砕した。微粉砕後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子のコールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、1.5μmであった。
【0122】
また、実施例1と同様にして、上記微粉砕後のシリカヒドロゲルスラリー中のシリカヒドロゲルと水の量の測定を行ったが、シリカヒドロゲル重量に対する水の重量の比率は、4.4重量倍であった。
【0123】
( 乾燥工程 )
次いで、上記スラリーを、その濃度のまま小型のスプレードライヤー(ヤマト科学社製GA32型)を用いて、スラリー供給量13ml/min、噴霧圧力1.2Kg/cm2 (G)、熱風温度200℃で、噴霧乾燥を行い微小乾燥シリカゲル粒子を得た。得られた乾燥粒子のコールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、4.5μmであった。粒子形状は、ほぼ真球状であり、粒子表面は滑らかであった。
【0124】
〔実施例3〕
( ヒドロゲル化工程 )
SiO2 /Na2 O= 3.0(モル比)、SiO2 濃度= 21.0重量%である珪酸ナトリウム水溶液を2.0l/minおよび硫酸濃度= 20.0重量%の硫酸水溶液とを放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合して、放出口から空気中に放出される液のpHが7.5〜8.0になるように2液の流量比を調整し、均一混合されたシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させた。放出された液は、空気中で球形液滴となり、放物線を描いて約1秒間滞空する間に空中でゲル化する。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させた。
【0125】
熟成後、pHを6に調整し、さらに十分水洗して、シリカヒドロゲルを得た。得られたシリカヒドロゲル粒子は、粒子形状が、球状であり、平均粒子径が4mmであった。このシリカヒドロゲル粒子中のSiO2 重量に対する水の重量比率は、4.5重量倍であり、シルカヒドロゲル粒子中の残存ナトリウムは、95ppmであった。
【0126】
( 水熱微粉砕処理工程 )
次にシリカヒドロゲルを、ロールクラッシャーを用いて、平均粒子径0.8mmに粗粉砕した。アンカー型攪拌羽根を備えた内容量50リットルのオートクレーブに上記の粗粉砕されたシリカヒドロゲル22,000gおよび水18,000gを仕込み、SiO2 濃度10.0重量%のスラリー状態で、温度は185℃で時間20hr、攪拌回転数100rpmで水熱微粉砕処理を行った。シリカヒドロゲルスラリーのpHは6であった。
【0127】
水熱微粉砕処理後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子は、微粉砕化されており、コールターカウンター(MAII型、コールターエレクトロニクス社製、アパーチャーチューブ径280μm 使用) による粒子径測定では、平均粒子径17μmであった。また、水熱処理後のスラリー中のSiO2 濃度は、10.3重量%であった。
【0128】
( 湿式粉砕工程 )
次いで、上記スラリーを、その濃度のまま実施例1と同じ湿式粉砕機を用いて微粉砕した。微粉砕後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子のコールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、1.7μmであった。
【0129】
また、実施例1と同様にして、上記微粉砕後のシリカヒドロゲルスラリー中のシリカヒドロゲルと水の量の測定を行ったが、シリカヒドロゲル重量に対する水の重量の比率は、4.4重量倍であった。
【0130】
( 乾燥工程 )
上記スラリーを、その濃度のまま小型のスプレードライヤー(ヤマト科学社製GA32型)を用いて、スラリー供給量13ml/min、噴霧圧力1.2Kg/cm2 (G)、熱風温度200℃で、噴霧乾燥を行い微小乾燥シリカゲル粒子を得た。得られた乾燥粒子のコールターカウンター(アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、4.5μmであった。粒子形状は、ほぼ真球状であり、粒子表面は滑らかであった。
【0131】
〔実施例4〕
( ヒドロゲル化工程 )
SiO2 /Na2 O= 3.0(モル比)、SiO2 濃度= 21.0重量%である珪酸ナトリウム水溶液を2.0l/minおよび硫酸濃度= 20.0重量%の硫酸水溶液とを放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合して、放出口から空気中に放出される液のpHが7.5〜8.0になるように2液の流量比を調整し、均一混合されたシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させる。放出された液は、空気中で球形液滴となり、放物線を描いて約1秒間滞空する間に空中でゲル化する。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させる。熟成後、pHを6に調整し、さらに十分水洗して、シリカヒドロゲルを得た。得られたシリカヒドロゲル粒子は、粒子形状が、球状であり、平均粒子径が5mmであった。このシリカヒドロゲル粒子中のSiO2 重量に対する水の重量比率は、4.0重量倍であり、シリカヒドロゲル粒子中の残存ナトリウムは、98ppmであった。
【0132】
( 水熱微粉砕処理工程 )
次にシリカヒドロゲルを、ロールクラッシャーを用いて、平均粒子径1.5mmに粗粉砕した。アンカー型攪拌羽根を備えた内容量50リッターのオートクレーブに上記の粗粉砕されたシリカヒドロゲル20,000gおよび水20,000gを仕込みスラリー状態とし、水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pHを10に調整したSiO2 濃度10.0重量%のシリカヒドロゲルスラリーを温度200℃で、時間3hr、攪拌回転数90rpmで水熱微粉砕処理を行った。
【0133】
水熱微粉砕処理後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子は、微粉砕化されており、コールターカウンター(MAII型、コールターエレクトロニクス社製、アパーチャーチューブ径280μm使用) による粒子径測定では、平均粒子径13μmであった。また水熱処理後のスラリー中のSiO2 濃度は10.2重量%であった。
【0134】
( 湿式粉砕工程 )
次いで、上記スラリーを、その濃度のまま実施例1と同じ湿式粉砕機を用いて湿式粉砕した。湿式粉砕後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子のコールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、1.4μmであった。
【0135】
また、実施例1と同じ測定方法で求められた上記微粉砕後のスラリー中のシリカヒドロゲル重量に対する、水の重量の比率は、3.5重量倍であった。
【0136】
( 乾燥工程 )
上記スラリーを、その濃度のまま小型のスプレードライヤー(ヤマト科学社製GA32型)を用いて、スラリー供給量13ml/min、噴霧圧力1.2Kg/cm2 (G)、熱風温度200℃で、噴霧乾燥を行い微小乾燥シリカゲル粒子を得た。得られた乾燥粒子は、コールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、5.2μmであり、粒子形状は、ほぼ真球状であり、粒子表面は滑らかであった。
この乾燥シリカゲル粒子の走査型電子顕微鏡写真を図2に示す。
【0137】
〔実施例5〕
( ヒドロゲル化工程 )
SiO2 /Na2 O= 3.0(モル比)、SiO2 濃度= 23.0重量%である珪酸ナトリウム水溶液を2.0l/minおよび硫酸濃度= 20.0重量%の硫酸水溶液とを放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合して、放出口から空気中に放出される液のpHが7.5〜8.0になるように2液の流量比を調整し、均一混合されたシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させる。放出された液は、空気中で球形液滴となり、放物線を描いて約1秒間滞空する間に空中でゲル化する。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させる。熟成後、pHを6に調整し、さらに十分水洗して、シリカヒドロゲルを得た。得られたシリカヒドロゲル粒子の、粒子形状は、球状であり、平均粒子径が3mmであった。シリカヒドロゲル粒子中のSiO2 重量に対する水の重量比率は、1.7重量倍であり、シリカヒドロゲル粒子中の残存ナトリウムは、108ppmであった。
【0138】
( 水熱微粉砕処理工程 )
次にシリカヒドロゲルを、ロールクラッシャーを用いて、平均粒子径0.2mmに粗粉砕した。アンカー型攪拌羽根を備えた内容量50リッターのオートクレーブに上記の粗粉砕されたシリカヒドロゲル20,000gおよび水30,000gを仕込み、SiO2 濃度14.8重量%のスラリー状態で、温度210℃で、時間24hr、攪拌回転数120rpmで水熱微粉砕処理を行った。シリカヒドロゲルスラリーのpHは6であった。
【0139】
水熱処理後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子は、微細化され、コールターカウンター(MAII型、コールターエレクトロニクス社製、アパーチャーチューブ径280μm使用) による粒子径測定では、平均粒子径20μmであった。また、水熱処理後のスラリー中のSiO2 濃度は、14.5重量%であった。
【0140】
( 湿式粉砕工程 )
上記スラリーを、その濃度のまま実施例1と同じ湿式粉砕機を用いて湿式粉砕した。湿式粉砕後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子のコールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、2.0μmであった。
【0141】
また、実施例1と同じ測定方法で求められた上記微粉砕後のスラリー中のシリカヒドロゲル重量に対する、水の重量の比率は、1.7重量倍であった。
【0142】
( 乾燥工程 )
次いで、上記スラリーを、その濃度のまま小型のスプレードライヤー(ヤマト科学社製GA32型)を用いて、スラリー供給量13ml/min、噴霧圧力1.2Kg/cm2 (G)、熱風温度200℃で、噴霧乾燥を行い微小乾燥シリカゲル粒子を得た。得られた乾燥粒子のコールターカウンター(アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、9.0μmであり、粒子形状は、球状であった。
【0143】
〔実施例6〕
( ヒドロゲル化工程 )
SiO2 /Na2 O= 3.0(モル比)、SiO2 濃度= 21.0重量%である珪酸ナトリウム水溶液を2.0l/minおよび硫酸濃度= 20.0重量%の硫酸水溶液とを放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合して、放出口から空気中に放出される液のpHが7.5〜8.0になるように2液の流量比を調整し、均一混合されたシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させる。放出された液は、空気中で球形液滴となり、放物線を描いて約1秒間滞空する間に空中でゲル化する。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させる。熟成後、pHを6に調整し、さらに十分水洗して、シリカヒドロゲルを得た。得られたシリカヒドロゲル粒子は、粒子形状が、球状であり、平均粒子径が5mmであった。このシリカヒドロゲル粒子中のSiO2 重量に対する水の重量比率は、4.2重量倍であり、シリカヒドロゲル粒子中の残存ナトリウムは、100ppmであった。
【0144】
( 水熱微粉砕処理工程 )
シリカヒドロゲルを、ロールクラッシャーを用いて、平均粒子径2.0mmに粗粉砕した。アンカー型攪拌羽根を備えた内容量50リッターのオートクレーブに上記の粗粉砕されたシリカヒドロゲル22,000gおよび水18,000gを仕込み、SiO2 濃度10.0重量%のスラリー状態で、温度200℃で、時間3hr、攪拌回転数100rpmで水熱微粉砕処理を行った。シリカヒドロゲルスラリーのpHは6であった。
【0145】
水熱処理後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子は、微細化され、コールターカウンター(MAII型、コールターエレクトロニクス社製、アパーチャーチューブ径280μm使用) による粒子径測定では、平均粒子径18μmであった。また、水熱処理後のスラリー中のSiO2 濃度は、10.2重量%であった。
【0146】
実施例1と同様にして、上記水熱処理後のシリカヒドロゲルスラリー中のシリカヒドロゲルと水の量の測定を行ったが、シリカヒドロゲル重量に対する水の重量の比率は、2.0重量倍であった。
【0147】
( 乾燥工程 )
次いで、上記スラリーを、その濃度のまま媒体流動層乾燥機(大川原製作所製SFDーミニ型)を用いて、スラリー供給量65ml/min、熱風温度255℃で、噴霧乾燥を行い微小乾燥シリカゲル粒子を得た。得られた乾燥粒子のコールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、8.9μmであり、粒子形状は、不定形であった。
この乾燥シリカゲル粒子の走査型電子顕微鏡写真を図3に示す。
【0148】
〔実施例7〕
( ヒドロゲル化工程 )
SiO2 /Na2 O= 3.0(モル比)、SiO2 濃度= 21.0重量%である珪酸ナトリウム水溶液を2.0l/minおよび硫酸濃度= 20.0重量%の硫酸水溶液とを放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合して、放出口から空気中に放出される液のpHが7.5〜8.0になるように2液の流量比を調整し、均一混合されたシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させる。放出された液は、空気中で球形液滴となり、放物線を描いて約1秒間滞空する間に空中でゲル化する。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させる。熟成後、pHを6に調整し、さらに十分水洗して、シリカヒドロゲルを得た。得られたシリカヒドロゲル粒子は、粒子形状が、球状であり、平均粒子径が6mmであった。このシリカヒドロゲル粒子中のSiO2 重量に対する水の重量比率は、4.5重量倍であり、シリカヒドロゲル粒子中の残存ナトリウムは、98ppmであった。
【0149】
( 水熱微粉砕処理工程 )
次にシリカヒドロゲルを、ロールクラッシャーを用いて、平均粒子径0.7mmに粗粉砕した。アンカー型攪拌羽根を備えた内容量50リッターのオートクレーブに上記の粗粉砕されたシリカヒドロゲル20,000gおよび水7,970gを仕込み、スラリー状態とし、水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pHを10に調整したSiO2 濃度13.0重量%のシリカヒドロゲルスラリーを温度200℃で、時間24hr、攪拌回転数90rpmで水熱微粉砕処理を行った。
【0150】
水熱処理後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子は、微細化され、コールターカウンター(MAII型、コールターエレクトロニクス社製、アパーチャーチューブ径280μm使用) による粒子径測定では、平均粒子径19μmであった。また、水熱処理後のスラリー中のSiO2 濃度は13.2重量%であった。
【0151】
( 湿式粉砕工程 )
上記スラリーを、その濃度のまま実施例1と同じ湿式粉砕機を用いて湿式粉砕した。湿式粉砕後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子のコールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、1.7μmであった。
【0152】
また、実施例1と同じ測定方法で求められた上記微粉砕後のスラリー中のシリカヒドロゲル重量に対する水の重量の比率は、3.5重量倍であった。
【0153】
( 乾燥工程 )
次いで、上記スラリーを、その濃度のまま小型のスプレードライヤー(ヤマト科学社製GA32型)を用いて、スラリー供給量13ml/min、噴霧圧力1.2Kg/cm2 (G)、熱風温度200℃で、噴霧乾燥を行い微小乾燥シリカゲル粒子を得た。得られた乾燥粒子のコールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、9.8μmであり、粒子形状は、ほぼ真球状であり、粒子表面は滑らかであった。
【0154】
〔実施例8〕
( ヒドロゲル化工程 )
SiO2 /Na2 O= 3.0(モル比)、SiO2 濃度= 21.0重量%である珪酸ナトリウム水溶液を2.0l/minおよび硫酸濃度= 20.0重量%の硫酸水溶液とを放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合して、放出口から空気中に放出される液のPHが7.5〜8.0になるように2液の流量比を調整し、均一混合されたシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させる。放出された液は、空気中で球形液滴となり、放物線を描いて約1秒間滞空する間に空中でゲル化する。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させる。熟成後、PHを6に調整し、さらに十分水洗して、シリカヒドロゲルを得た。得られたシリカヒドロゲル粒子は、粒子形状が、球状であり、平均粒子径が5mmであった。このシリカヒドロゲル粒子中のSiO2 重量に対する水の重量比率は、4.5重量倍であり、シリカヒドロゲル粒子中の残存ナトリウムは、100ppmであった。
【0155】
( 水熱微粉砕処理工程 )
次にシリカヒドロゲルを、ロールクラッシャーを用いて、平均粒子径0.2mmに粗粉砕した。アンカー型攪拌羽根を備えた内容量50リッターのオートクレーブに上記の粗粉砕されたシリカヒドロゲル22,000gおよび水18,000gを仕込んでスラリー状態とし、水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pHを10に調整したSiO2 濃度10.0重量%のシリカヒドロゲルスラリーを温度210Cで、時間24hr、攪拌回転数120rpmで水熱微粉砕処理を行った。シリカヒドロゲルスラリーのpHは10であった。
【0156】
水熱微粉砕処理後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子は、微細化され、コールターカウンター(MAII型、コールターエレクトロニクス社製、アパーチャーチューブ径280μm使用) による粒子径測定では、平均粒子径6μmであった。また水熱処理後のスラリー中のSiO2 濃度は、10.3重量%であった。
【0157】
実施例1と同じ測定方法で求められた上記水熱微粉砕後のスラリー中のシリカヒドロゲル重量に対する水の重量の比率は、1.6重量倍であった。
【0158】
( 乾燥工程 )
次いで、上記スラリーを、その濃度のまま噴霧乾燥機(直径1.5m、噴霧部は、高速回転円盤方式)を用いて、スラリー供給量80ml/min、熱風温度200Cで、噴霧乾燥を行った。
【0159】
得られた乾燥粒子は、コールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径280μm使用)による平均粒子径は、52μmであり、粒子形状は球状であった。
【0160】
〔実施例9〕
( ヒドロゲル化工程 )
SiO2 /Na2 O= 3.0(モル比)、SiO2 濃度= 21.0重量%である珪酸ナトリウム水溶液を2.0l/minおよび硫酸濃度= 20.0重量%の硫酸水溶液とを放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合して、放出口から空気中に放出される液のPHが7.5〜8.0になるように2液の流量比を調整し、均一混合されたシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させる。放出された液は、空気中で球形液滴となり、放物線を描いて約1秒間滞空する間に空中でゲル化する。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させる。熟成後、PHを6に調整し、さらに十分水洗して、シリカヒドロゲルを得た。得られたシリカヒドロゲル粒子は、粒子形状が、球状であり、平均粒子径が4mmであった。このシリカヒドロゲル粒子中のSiO2 重量に対する水の重量比率は、4.5重量倍であり、シリカヒドロゲル粒子中の残存ナトリウムは、101ppmであった。
【0161】
( 水熱微粉砕処理工程 )
次にシリカヒドロゲルを、ロールクラッシャーを用いて、平均粒子径1.0mmに粗粉砕した。アンカー型攪拌羽根を備えた内容量50リッターのオートクレーブに上記の粗粉砕されたシリカヒドロゲル22,000gおよび水18,000gを仕込み、SiO2 濃度10.0重量%のスラリー状態で、温度200℃での時間3hr、攪拌回転数90rpmで水熱微粉砕処理を行った。シリカヒドロゲルスラリーのpHは6であった。
【0162】
水熱処理後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子は、微細化され、コールターカウンター(MAII型、コールターエレクトロニクス社製、アパーチャーチューブ径280μm使用) による粒子径測定では、平均粒子径17μmであった。また、水熱処理後のスラリー中のSiO2 濃度は、10.2重量%であった。
【0163】
( 湿式粉砕工程 )
上記スラリーを、その濃度のまま実施例1と同じ湿式粉砕機を使用して湿式粉砕した。微粉砕後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子のコールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、1.6μmであった。
【0164】
( 混合スラリー化工程 )
上記湿式粉砕後のシリカヒドロゲルスラリー17,000gに、石原産業(株)製の酸化チタン(品名TTOー51A、平均粒子径0.02μm、ルチル型)200g、住友大阪セメント(株)製の酸化亜鉛(品名ZnOー310、平均粒子径0.03μm)600gを添加し、スラリーのpHを10に調整した後、上記と同じ湿式粉砕機を用いて、シリカヒドロゲル、酸化チタン、酸化亜鉛の3つを、混合・分散させた。
【0165】
( 乾燥工程 )
上記分散後のスラリーを、その濃度のまま小型のスプレードライヤー(ヤマト科学社製GA32型)を用いて、スラリー供給量13ml/min、噴霧圧力1.2Kg/cm2 (G)、熱風温度200℃で噴霧乾燥を行い、シリカゲル粒子中に酸化チタンおよび酸化亜鉛の微粒子が分散内包された微小球状粒子を得た。得られた粒子形状は、ほぼ真球状で、粒子表面は、滑らかであった。
【0166】
コールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、5.6μmであった。
【0167】
粒子の化学組成を分析した結果は、SiO2 68.2重量%、TiO2 7.9重量%、ZnO23.9重量%であった。
【0168】
( 分光透過率の測定 )
上記微小球状粒子0.4gに、ワセリン1.12g、流動パラフィン0.48gを添加し、3本ロールを用いて良く分散させて得たペーストを、厚さ2mmの石英板2枚に挟み込み、層厚が25μmになるまで展着させ、自記式分光光度計を用いて分光透過率を測定した。
【0169】
400nm以上は可視光領域、400〜280nmは紫外光領域である。紫外光領域における透過率が小さい程、紫外線遮蔽効果が良いことを示し、可視光領域での透過率が大きい程、肉眼で観察される透明性が高いことを示す。
【0170】
500nmでは透過率81.3%、400nmでは透過率69.4%、360nmでは透過率21.2%、320nmでは透過率18.0%、290nmでは透過率17.6%であった。
【0171】
この金属酸化物微粒子を内包する乾燥シリカゲル粒子の走査型電子顕微鏡写真を図4に示す。
【0172】
〔実施例10〕
( ヒドロゲル化工程 )
SiO2 /Na2 O= 3.0(モル比)、SiO2 濃度= 21.0重量%である珪酸ナトリウム水溶液を2.0l/minおよび硫酸濃度= 20.0重量%の硫酸水溶液とを放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合して、放出口から空気中に放出される液のPHが7.5〜8.0になるように2液の流量比を調整し、均一混合されたシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させる。放出された液は、空気中で球形液滴となり、放物線を描いて約1秒間滞空する間に空中でゲル化する。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させる。熟成後、PHを6に調整し、さらに十分水洗して、シリカヒドロゲルを得た。得られたシリカヒドロゲル粒子は、粒子形状が、球状であり、平均粒子径が6mmであった。このシリカヒドロゲル粒子中のSiO2 重量に対する水の重量比率は、4.5重量倍であり、シリカヒドロゲル粒子中の残存ナトリウムは、97ppmであった。
【0173】
( 水熱微粉砕処理工程 )
次にシリカヒドロゲルを、ロールクラッシャーを用いて、平均粒子径1.0mmに粗粉砕した。アンカー型攪拌羽根を備えた内容量50リッターのオートクレーブに上記の粗粉砕されたシリカヒドロゲル22,000gおよび水18,000gを仕込み、SiO2 濃度10.0重量%のスラリー状態で、温度200℃での時間3hr、攪拌回転数90rpmで水熱微粉砕処理を行った。シリカヒドロゲルスラリーのpHは6であった。
【0174】
水熱処理後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子は、微細化され、コールターカウンター(MAII型、コールターエレクトロニクス社製、アパーチャーチューブ径280μm使用) による粒子径測定では、平均粒子径15μmであった。また、水熱処理後のスラリー中のSiO2 濃度は、10.3重量%であった。
【0175】
( 湿式粉砕工程 )
上記スラリーを、その濃度のまま実施例1と同一の湿式粉砕機を使用して湿式粉砕した。微粉砕後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子は、コールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、1.4μmであった。
【0176】
( 混合スラリー化工程 )
上記湿式粉砕後のシリカヒドロゲルスラリー17,000gに、石原産業(株)製の酸化チタン(品名TTOー51A、平均粒子径0.02μm、ルチル型)915gを添加し、上記と同じ湿式粉砕機を用いて、シリカヒドロゲル、酸化チタンの2つを、混合・分散させた。
【0177】
( 乾燥工程 )
上記分散後のスラリーを、その濃度のまま小型のスプレードライヤー(ヤマト科学社製GA32型)を用いて、スラリー供給量13ml/min、噴霧圧力1.2Kg/cm2 (G)、熱風温度200℃で噴霧乾燥を行い、シリカゲル粒子中に酸化チタン微粒子が分散内包された微小球状粒子が得られた。粒子形状は、ほぼ真球状であり、粒子表面は、滑らかであった。
【0178】
コールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、5.2μmであった。
粒子の化学組成を、分析した結果は、SiO2 64.8重量%、TiO2 35.2重量%であった。
【0179】
( 分光透過率の測定 )
上記微小球状粒子0.4gに、ワセリン1.12g、流動パラフィン0.48gを添加し、3本ロールを用いて良く分散させて得たペーストを、厚さ2mmの石英板2枚に挟み込み、層厚が25μmになるまで展着させ、自記式分光光度計を用いて分光透過率を測定した。
【0180】
500nmでは透過率56.3%、400nmでは透過率41.9%、360nmでは透過率13.0%、320nmでは透過率7.5%、290nmでは透過率7.8%であった。
この金属酸化物微粒子を内包する乾燥シリカゲル粒子の走査型電子顕微鏡写真を図5に示す。
【0181】
〔実施例11〕
( ヒドロゲル化工程 )
SiO2 /Na2 O= 3.0(モル比)、SiO2 濃度= 21.0重量%である珪酸ナトリウム水溶液を2.0 l/minおよび硫酸濃度= 20.0重量%の硫酸水溶液とを放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合して、放出口から空気中に放出される液のPHが7.5〜8.0になるように2液の流量比を調整し、均一混合されたシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させる。放出された液は、空気中で球形液滴となり、放物線を描いて約1秒間滞空する間に空中でゲル化する。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させる。熟成後、PHを6に調整し、さらに十分水洗して、シリカヒドロゲルを得た。得られたシリカヒドロゲル粒子は、粒子形状が、球状であり、平均粒子径が4mmであった。このシリカヒドロゲル粒子中のSiO2 重量に対する水の重量比率は、4.5重量倍であり、シリカヒドロゲル粒子中の残存ナトリウムは、108ppmであった。
【0182】
( 水熱微粉砕処理工程 )
次にシリカヒドロゲルを、ロールクラッシャーを用いて、平均粒子径1.0mmに粗粉砕した。アンカー型攪拌羽根を備えた内容量50リッターのオートクレーブに上記の粗粉砕されたシリカヒドロゲル22,000gおよび水18,000gを仕込み、SiO2 濃度10.0重量%のスラリー状態で、温度200℃での時間4hr、攪拌回転数90rpmで水熱微粉砕処理を行った。シリカヒドロゲルスラリーのpHは6であった。
【0183】
水熱処理後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子は、微細化され、コールターカウンター(MAII型、コールターエレクトロニクス社製、アパーチャーチューブ径280μm使用) による粒子径測定では、平均粒子径15μmであった。また、水熱微粉砕処理後のスラリー中のSiO2 濃度は、10.3重量%であった。
【0184】
( 湿式粉砕工程 )
上記スラリーを、その濃度のまま実施例1と同一の湿式粉砕機を使用して湿式粉砕した。微粉砕後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子のコールターカウンター(MAII型、アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、1.6μmであった。
【0185】
( 混合スラリー化工程 )
上記湿式粉砕後のシリカヒドロゲルスラリー17,000gに、平均粒子径0.02μmのアナターゼ型酸化チタン915gを添加し、上記と同じ湿式粉砕機を用いて、シリカヒドロゲル、酸化チタンの2つを、混合・分散させた。
【0186】
( 乾燥工程 )
上記分散後のスラリーを、その濃度のまま小型のスプレードライヤー(ヤマト科学社製GA32型)を用いて、スラリー供給量13ml/min、噴霧圧力1.2Kg/cm2 (G)、熱風温度200℃で噴霧乾燥を行い、シリカゲル粒子中に酸化チタン微粒子が分散内包された微小球状粒子が得られた。粒子形状は、ほぼ真球状で、粒子表面は、滑らかであった。
【0187】
コールターカウンター(アパーチャーチューブ径50μm使用) による平均粒子径は、4.5μmであった。
粒子の化学組成を分析した結果は、SiO2 65.1重量%、TiO2 34.9重量%であった。
【0188】
〔参考例1〕
( ヒドロゲル化工程 )
SiO2 /Na2 O= 3.0(モル比)、SiO2 濃度= 21.0重量%である珪酸ナトリウム水溶液を2.0 l/minおよび硫酸濃度= 20.0重量%の硫酸水溶液とを放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合して、放出口から空気中に放出される液のpHが7.5〜8.0になるように2液の流量比を調整し、均一混合されたシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させる。放出された液は、空気中で球形液滴となり、放物線を描いて約1秒間滞空する間に空中でゲル化する。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させる。熟成後、pHを6に調整し、さらに十分水洗して、シリカヒドロゲルを得た。得られたシリカヒドロゲル粒子は、粒子形状が、球状であり、平均粒子径が6mmであった。このシリカヒドロゲル粒子中のSiO2 重量に対する、水の重量比率は、4.0重量倍であり、シリカヒドロゲル粒子中の残存ナトリウムは、100ppmであった。
【0189】
次に、このシリカヒドロゲル粒子を、乾燥機で50℃で、シリカヒドロゲル粒子中の水を蒸発させ、シリカヒドロゲル粒子中のSiO2 重量に対する、水の重量比率が、1.3重量倍のシリカヒドロゲル粒子を得た。得られたシリカヒドロゲル粒子の形状は、球形であった。
【0190】
( 水熱微粉砕処理工程 )
次に上記シリカヒドロゲルを、ロールクラッシャーを用いて、平均粒子径1.0mmに粗粉砕した。アンカー型攪拌羽根を備えた内容量50リッターのオートクレーブに上記の粗粉砕されたシリカヒドロゲル12,000gおよび水38,000gを添加して、SiO2 濃度10.4重量%のスラリー状態で、温度200℃で時間24hr、攪拌回転数90rpmで水熱処理を行った。シリカヒドロゲルスラリーのpHは6であった。
【0191】
水熱処理後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子は、SiO2 重量に対する水の重量比率が低すぎるためほとんど微細化されておらず、スラリーを210μmの金網に通したところ、粒子の大部分が金網を通過しないで残ってしまった。
【0192】
〔参考例2〕
( ヒドロゲル化工程 )
SiO2 /Na2 O= 3.0(モル比)、SiO2 濃度= 21.0重量%である珪酸ナトリウム水溶液を2.0 l/minおよび硫酸濃度= 20.0重量%の硫酸水溶液とを放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合して、放出口から空気中に放出される液のPHが7.5〜8.0になるように2液の流量比を調整して、均一混合されたシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させる。放出された液は、空気中で球形液滴となり、放物線を描いて約1秒間滞空する間に空中でゲル化する。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させる。熟成後、PHを6に調整し、さらに十分水洗して、シリカヒドロゲルを得た。得られたシリカヒドロゲル粒子は、粒子形状が、球状であり、平均粒子径が6mmであった。このシリカヒドロゲル粒子中のSiO2 重量に対する水の重量比率は、4.5重量倍であり、シルカヒドロゲル粒子中の残存ナトリウムは、105ppmであった。
【0193】
( 水熱微粉砕処理工程 )
次にシリカヒドロゲルを、ロールクラッシャーを用いて、平均粒子径1.0mmに粗粉砕した。アンカー型攪拌羽根を備えた内容量50リッターのオートクレーブに上記の粗粉砕されたシリカヒドロゲル22,000g、水18,000gを添加して、SiO2 濃度10.0重量%のスラリー状態で、温度120℃での時間24hr、攪拌回転数90rpmで水熱処理を行った。シリカヒドロゲルスラリーのpHは6であった。
【0194】
水熱処理後のスラリー中のシリカヒドロゲル粒子は、水熱処理の温度が十分高くないためかほとんど微細化されておらず、スラリーを210μmの金網に通したところ、粒子の大部分が金網を通過しないで残ってしまった。
【0195】
【発明の効果】
本発明に従えば、シリカヒドロゲルを水熱微粉砕し、これを噴霧乾燥等の手段で乾燥することにより、微小粒子状のシリカゲルを高い生産性で得ることができる製造方法が提供される。
【0196】
また、本発明に従えば、溶媒を使用することのない金属化合物微粒子を粒子内に内包する微小粒子状シリカゲルの新規な製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】乾燥シリカゲル粒子の表面構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図2】乾燥シリカゲル粒子の表面構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図3】乾燥シリカゲル粒子の表面構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図4】金属酸化物微粒子を内包する乾燥シリカゲル粒子の表面構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図5】金属酸化物微粒子を内包する乾燥シリカゲル粒子の表面構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a microparticulate silica gel in which metal compound fine particles such as microparticulate silica gel, microspherical silica gel and metal oxide are encapsulated in the particles.
[0002]
[Prior art]
Microparticulate silica gels such as microspheres are used in various applications such as liquid chromatography separation agents, cosmetic fillers, resin fillers, catalyst carriers and spacers.
[0003]
In addition, particulate silica gel such as microspheres in which metal compound fine particles are encapsulated in particles is used for ultraviolet shielding agents, photooxidation catalysts, antibacterial agents, and the like.
[0004]
Conventionally, various methods have been proposed as a method for producing a microparticulate silica gel such as a microsphere.
[0005]
For example, as described in JP-A-6-64915, there is a method in which an alkali metal silicate aqueous solution is emulsified and dispersed in a nonpolar organic halide solvent containing a surfactant and then gelled with a gelling agent. It is known. This uses the interfacial tension at the liquid / liquid interface of the generated finely dispersed droplets to spheroidize individual droplets, and then react with a gelling agent such as carbon dioxide gas in that state to form a gel. It will solidify. The produced gel is subjected to a pH adjustment step and an aging step, and then solid / liquid separation is performed to wash away and remove the by-product alkali metal salt, followed by drying to obtain a fine spherical silica gel. In this method, although spherical particles can be easily obtained, since an organic solvent is used, a troublesome solvent separation / recovery step is required, resulting in a complicated process with many steps.
[0006]
Japanese Patent Laid-Open No. 3-183616 discloses that an alkali metal silicate aqueous solution is sprayed into an acidic gas to collect the generated droplets and / or gelled product, and after being treated with an acid-containing solution, washed with water. A method for producing spherical silica gel is described. However, the method in which the liquid droplets and the acid gas are brought into contact with each other inevitably has a low utilization rate of the acid gas as a gelling agent in one pass and is an economically problematic method.
[0007]
Further, as described in JP-A-62-128916 and JP-A-62-129717, fine spherical particles having a specific water content are obtained by spray drying an alkali metal silicate aqueous solution, and then the particles There is known a method of producing spherical porous silica after acid treatment under specific temperature conditions, followed by washing with water and drying. However, these methods have a drawback that it is difficult to obtain particles having a large pore volume even if the water content of the fine spherical particles and the temperature of the acid treatment are slightly changed.
[0008]
Further, as described in JP-B-6-99135, a silica hydrogel obtained by reacting an alkali metal silicate with a mineral acid is mechanically wet pulverized, and then a slurry of the silica hydrogel and water is obtained. In the method of obtaining spherical silica gel by spray drying, the amount of water in the slurry at the time of spray drying is 0.2 to 1.5 from the viewpoint of securing the slurry state and particle strength with respect to the silica hydrogel. A production method for adjusting the weight by weight, preferably 0.3 to 1.4 times by weight, is known.
[0009]
Here, the silica hydrogel is usually pulverized using a ball mill, vibration mill, stirring ball mill, rod mill, friction disk mill, stone mill colloid mill, etc., and the silica hydrogel in the slurry has a particle size of 1 to 50 μm, preferably 10 to 30 μm. Until it becomes a mechanical wet grinding. In addition, it is said that preliminary pulverization may be performed to about 100 to 200 μm with a mechanical pulverizer such as an impact pulverizer, a jet pulverizer, a ball mill, or a stone mill.
[0010]
Before wet pulverization, the silica hydrogel is suspended in demineralized water, and the pH in the system is adjusted to 1 to 10 by adding aqueous ammonia and then at a temperature of 50 to 200 ° C. for 1 to 50 hours. Hydrothermal treatment is preferred.
[0011]
In this production method, the particle diameter after hydrothermal treatment is larger than 100 to 200 μm, and it is intended to pulverize it to 1 to 50 μm exclusively by mechanical pulverization.
[0012]
However, since the silica hydrogel is composed of a kind of viscoelastic body, the silica hydrogel is technically very difficult to wet pulverize the silica hydrogel into fine particles. Regardless of this, in this production method, as a method for reducing the particle size, the particle size is to be refined to a predetermined 50 μm or less by a mechanical pulverization method, and this is a method with technical difficulties. I must say.
[0013]
On the other hand, in order to solve such difficulties, in JP-A-7-196310, a silica hydrogel obtained by reacting an alkali metal silicic acid aqueous solution with an acid aqueous solution and heat-treating at a temperature of 100 to 170 ° C. 2 At a specific slurry concentration of 15 to 25% by weight and at a specific temperature not exceeding 50 ° C., wet grinding is performed under high-speed shear to obtain a silica hydrogel slurry having a particle size of 4 μm or less. A method of producing fine spherical silica particles by spray drying has been proposed.
[0014]
The silica hydrogel after the heat treatment is washed with water, first, the particle diameter is adjusted to 20 to 100 μm by mechanical coarse pulverization, and then, using a known high-speed shearing wet pulverizer such as Dynomill manufactured by Shinmaru Enterprises, 50 ° C. or less The mixture is mechanically wet pulverized at a temperature of 5 μm, pulverized to a particle size of 4 μm or less, and then spray-dried to obtain microspherical silica gel.
[0015]
This is the specific SiO 2 This is because, in the slurry concentration and temperature range, the viscosity of the slurry decreases, so that a large shear force can be applied.
[0016]
However, according to the study of the present inventors, in this production method, even if the viscosity of the slurry is slightly reduced by adjusting the slurry concentration or the like when viewed macroscopically, the individual particles of the silica hydrogel are microscopically microscopic. However, it is technically very difficult to wet crush particles of such viscoelastic bodies into fine particles only by a mechanical crushing mechanism. It must be said that this is a difficult method. Of course, there is no technical idea that silica hydrogel is made into fine particles by hydrothermal treatment.
[0017]
On the other hand, as a method for producing a microparticulate silica gel in which metal compound fine particles are encapsulated, for example, as described in JP-A-8-104515, particles are formed into a spherical shape by utilizing the liquid / liquid interfacial tension. There is a known method to make it.
[0018]
This is because, for example, zinc oxide fine particles are added and mixed in an alkali metal silicate aqueous solution, and the highly dispersed mixed slurry is emulsified and dispersed in an organic solvent containing a surfactant to make individual droplets spherical. It is made to react with a gelling agent in a state to be gelled and solidified. The produced gel is subjected to a pH adjustment step and an aging step, followed by solid / liquid separation to wash away and remove the by-product alkali metal salt, and then dried to obtain fine particulate silica gel containing zinc oxide fine particles and the like.
[0019]
As described above, in this method, it is easy to obtain spherical particles, but since an organic solvent is used, troublesome solvent separation and recovery steps are required, and it is difficult to have a complicated process with many steps. There is.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
Among the conventionally known methods for producing silica gel such as microspheres, silica hydrogel obtained by reacting alkali metal silicate and mineral acid is used as a starting material, and then the particle diameter is refined to obtain silica hydrogel. A method of obtaining a fine spherical silica gel by making a slurry and drying the silica hydrogel slurry by means such as spray drying is basically suitable for mass production and is also economical.
[0021]
On the other hand, in the known production method described above, when a silica hydrogel obtained by reacting an alkali metal silicate with a mineral acid is used as a starting material, the alkali metal salt in the silica hydrogel produced by the reaction is usually washed with water. The water washing process to remove is implemented.
[0022]
In the step of washing and removing the alkali metal salt from the silica hydrogel, the particle size of the silica hydrogel before washing is 0.1 mm or more, preferably 0.5 mm or more, and the silica hydrogel is contained in the washing tank. It is preferable to perform a packed fixed bed type washing operation in which a packed fixed layer is formed, and the packed bed is washed by circulating washing water. In such a packed bed type water washing method, when the average particle diameter of the silica hydrogel is sufficiently large, a stable packed bed can be formed, a large amount of silica hydrogel can be easily washed with water, and no filtration device is required. Therefore, it is suitable for mass production and is economical.
[0023]
However, when the silica hydrogel is washed with the salt produced by the reaction after making the particle size smaller than, for example, less than 0.1 mm, a stable packed bed is not formed. In the end, it is necessary to filter silica hydrogel, and a considerably large filter is essential, which is problematic in terms of economy.
[0024]
According to the study by the present inventors, the silica hydrogel containing almost no alkali metal and finely pulverized into the silica hydrogel slurry by pulverizing the silica hydrogel into a silica hydrogel slurry by spray drying etc. Is difficult to perform by mechanical wet grinding.
[0025]
For example, as described above, silica hydrogel particles are a kind of viscoelastic material, even when trying to finely pulverize from coarse particles having an average particle size of 0.5 mm or more to fine particles having an average particle size of several μm. Therefore, it is not easy to pulverize by applying a mechanical shearing force. In reality, it has been found that there is a big problem that the pulverization process must be multistaged and pulverized to a predetermined average particle size.
[0026]
Thus, an object of the present invention is to obtain a silica hydrogel containing almost no alkali metal salt produced by the reaction, preferably by sufficiently washing the silica hydrogel obtained by reacting an alkali metal silicate with a mineral acid, In the production method of obtaining a fine spherical silica gel by making the silica hydrogel into a silica hydrogel slurry having a fine particle diameter of the silica hydrogel and spray drying, the method for refining the silica hydrogel is not based on mechanical wet grinding. Therefore, it is to provide a manufacturing method with high productivity.
[0027]
It is another object of the present invention to provide a novel method for producing fine particulate silica gel in which metal compound fine particles are encapsulated.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies from such a viewpoint, the present inventors have found that silica hydrogel obtained by reacting an alkali metal silicate with a mineral acid is preferably washed thoroughly with water and contains almost no alkali metal salt produced by the reaction. In the production method of obtaining a silica hydrogel slurry in which the silica hydrogel has a finer particle size and then drying the slurry to obtain a microspherical silica gel, in the silica hydrogel stage after washing, SiO 2 By selecting the numerical value of the weight ratio of water to the weight within an appropriate range, even if the silica hydrogel is a coarse silica hydrogel having an average particle diameter of several mm, the average particle diameter is 100 μm without using mechanical wet grinding. In the following, it was found that it can be easily miniaturized to preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less.
[0029]
That is, H 2 O / SiO 2 A slurry obtained by adding water to a silica hydrogel having a weight ratio adjusted to a specific range, for example, in an autoclave equipped with a stirring blade for stirring a normal liquid, under conditions such as suitable silica concentration, temperature, and time while stirring. As a result of the hydrothermal treatment, a surprising phenomenon that can be referred to as “hydrothermal pulverization” is that the hydrogel particle diameter can be easily refined to 20 μm or less in some cases before the hydrothermal treatment. I found it.
[0030]
Furthermore, the present inventors have found that finely particulate silica gel can be obtained efficiently by drying the silica hydrogel slurry after the hydrothermal pulverization treatment by means such as spray drying.
[0031]
In addition, the silica hydrogel slurry that has been hydrothermally pulverized as described above and refined to an average particle diameter of 20 μm or less, for example, when further wet-pulverized under high-speed shearing, has an average particle diameter of 3.0 μm or less. It was also found that finely pulverized silica gel having an average particle diameter of 10 μm or less can be obtained by spray-drying the slurry.
[0032]
Thus, by carrying out the method including the hydrothermal pulverization treatment, the particle size is 1 to 100 μm, preferably 1 to 50 μm, more preferably 1 to 30 μm, and most preferably 1 to 1 μm without necessarily performing mechanical pulverization. It has been found that 10 μm microparticulate silica gel can be produced as the final dry silica gel product.
[0033]
The present invention has been made based on such knowledge.
In the present invention, silica gel is porous granular silica that is amorphous by X-ray diffraction analysis and has substantially no crystalline peak.
[0034]
That is, according to the present invention,
(1) In a method for producing fine particulate silica gel,
(1) Reaction of alkali metal silicate with mineral acid to produce SiO 2 Hydrogelation step of obtaining a silica hydrogel having a ratio of water weight to weight of 1.5 to 5.0 times by weight;
[0035]
(2) The resulting silica hydrogel is converted into SiO 2 A hydrothermal pulverization step in which the slurry is hydrothermally treated with stirring in a slurry state having a concentration of 5.0 to 15.0% by weight to obtain a refined silica hydrogel slurry having an average particle size of 100 μm or less, and
[0036]
(3) There is provided a method for producing a microparticulate silica gel comprising a drying step of drying the refined hydrogel slurry.
[0037]
Also, according to the present invention,
(2) In a method for producing a fine particulate silica gel containing fine metal compound fine particles in a particle,
[0038]
(1) Reaction of alkali metal silicate with mineral acid to produce SiO 2 A hydrogelation step to obtain a silica hydrogel having a ratio of the weight of water to the weight of 1.5 to 5.0 times by weight; and
[0039]
(2) The resulting silica hydrogel is converted into SiO 2 A process for preparing a refined silica hydrogel slurry comprising a hydrothermal pulverization process in which a hydrothermal heat treatment is performed under stirring in a slurry state having a concentration of 5.0 to 15.0% by weight to obtain a refined silica hydrogel slurry having an average particle size of 100 μm or less. With
[0040]
(3) A mixed slurrying step for obtaining a mixed slurry of silica hydrogel fine particles and metal compound fine particles by introducing metal compound fine particles into the fine silica hydrogel slurry,
[0041]
(4) A method for producing a fine particulate silica gel containing fine metal compound fine particles, characterized by carrying out a drying step of drying the mixed slurry.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
First, a method for producing the microparticulate silica gel of the present invention will be described.
[0043]
First, an alkali metal silicate and a mineral acid are reacted to form SiO 2 The hydrogelation step is carried out to obtain a silica hydrogel having a ratio of water to water of 1.5 to 5.0 times by weight. This hydrogelation step is performed, for example, by the following method. That is,
[0044]
An aqueous solution of an alkali metal silicate and an aqueous mineral acid solution are introduced into a container equipped with a discharge port through a separate inlet and instantaneously and uniformly mixed. 2 This is a method in which a silica sol having a concentration of 130 g / l or more and a pH of 7 to 9 is generated and immediately discharged into a gaseous medium such as air from the above-mentioned outlet and gelled in the air while drawing a parabola and making it stay in the air. . An aged tank filled with water is placed at the dropping point, and it is dropped here and aged for several minutes to several tens of minutes.
[0045]
Here, examples of the alkali metal include Na and K, and Na is most preferable in terms of economy. As mineral acids, H 2 SO Four , HCl, etc., and economically H 2 SO Four Is most preferred.
[0046]
Appropriate acid is added to this to lower the pH and to stop ripening. The obtained silica hydrogel is spherical particles having an average particle diameter of several mm. This silica hydrogel is formed by reaction with Na. 2 SO Four Since it contains an alkali metal salt such as, it is preferable to remove it sufficiently by washing with water according to a conventional method to obtain a spherical silica hydrogel having an average particle diameter of several millimeters and containing almost no alkali metal salt.
[0047]
At this time, as already described, in the step of washing and removing the alkali metal salt from the silica hydrogel, the silica hydrogel particles are filled in the washing tank to form a filling fixed layer, and the filling layer is washed with water. It is preferable to carry out a packed fixed bed type washing operation in which the washing is carried out by circulating. In such a packed bed type water washing method, since the average particle size of the silica hydrogel is sufficiently large, a stable packed bed can be formed, a large amount of silica hydrogel can be easily washed with water, and no filtration device is required. .
[0048]
If this silica hydrogel is roughly pulverized with, for example, a roll crusher, a crushed product silica hydrogel having an average particle size of 0.1 to 5 mm can be easily obtained. This particle size is a preferable range in order to effectively perform the stirring operation and the like in the subsequent hydrothermal pulverization step.
[0049]
As another method for obtaining silica hydrogel, an alkali metal silicate aqueous solution and a mineral acid aqueous solution are uniformly mixed in a reaction vessel in a short time to form a silica sol, and then the solution is placed on another saucer plate. A gelling method may be used.
[0050]
After this gel is crushed to a size of several centimeters to several millimeters in diameter, water adjusted for pH is added and ripened, and acid is added to lower pH to stop ripening. Since the obtained amorphous silica hydrogel having an average particle diameter of several centimeters to several millimeters contains an alkali metal salt produced by the reaction, it is washed with water by the above-described method or the like to sufficiently remove the alkali metal salt. An amorphous silica hydrogel having an average particle diameter of several centimeters to several millimeters containing almost no salt is obtained.
[0051]
If the silica hydrogel is roughly pulverized with, for example, a roll crusher in the same manner as described above, a crushed silica hydrogel having an average particle size of 0.1 to 5 mm can be easily obtained.
[0052]
In the present invention, SiO in the silica hydrogel after washing with water. 2 The ratio of the weight of water to the weight is preferably 1.5 to 5.0 times by weight. This SiO 2 The ratio of water to water is measured by the following method. That is,
[0053]
2 g of silica hydrogel after washing with water is weighed and dried using a dryer under the drying conditions of 180 ° C. × 4 hr. 2 The weight is the water content.
[0054]
SiO 2 When the ratio of the weight of water to the weight is less than 1.5 times, the effect of refining the average particle size of the silica hydrogel is reduced in the subsequent hydrothermal treatment step with liquid stirring. Probably SiO in silica hydrogel 2 If the weight ratio of water to water is smaller than this, the primary particles of silica hydrogel are strongly bonded, and it is assumed that even if hydrothermal treatment is performed, it is difficult to separate and disintegrate them smoothly. .
[0055]
On the other hand, SiO 2 When the ratio of the weight of water to the weight exceeds 5.0 times by weight, the mechanical strength of the silica hydrogel becomes extremely weak, which is not preferable because it causes difficulty in subsequent handling.
[0056]
SiO in silica hydrogel 2 The ratio of the weight of water to the weight can be controlled by the concentration conditions of the alkali metal silicate aqueous solution and mineral acid aqueous solution to be mixed and the aging conditions (temperature and pH) of the resulting gel. Moreover, when it exceeds the said range, it is also possible to perform a suitable drying operation and to adjust a moisture content.
[0057]
Next, the silica hydrogel thus obtained is converted into SiO 2. 2 In a slurry state having a concentration of 5.0 to 15.0% by weight, a hydrothermal pulverization step is performed by hydrothermal treatment with stirring to obtain a refined silica hydrogel slurry having an average particle size of 100 μm or less.
[0058]
As the hydrothermal treatment apparatus, an autoclave that is a high-pressure apparatus with stirring blades is usually used. As the stirring blade, a propeller type, a paddle type, an anchor type, a fiddler type, a helical ribbon type, a bull margin type, a turbine type, a max blend type, etc. that are generally used for stirring liquids can be used, but are not limited thereto. It is not a thing.
[0059]
In addition, as an autoclave heating method, an indirect heating method in which high-pressure steam or a heat medium is supplied to the jacket, an indirect heating method using an electric heater, or a direct heating method in which steam is directly blown into the liquid in the tank can be used as appropriate.
[0060]
The average particle size of the silica hydrogel charged in the autoclave is 0.1 to 5 mm, more preferably 0.5 to 5 mm. If the average particle size is too large and exceeds 5 mm, the particle size is too large, and even if the liquid is stirred in the autoclave, the particles will not float sufficiently and some of them will easily accumulate on the bottom of the tank. May cause handling problems.
[0061]
If the average particle size is 0.1 to 5 mm, the particles can be easily made into fine particles only by hydrothermal treatment under liquid agitation to an average particle size of 100 μm or less, and by selection of the conditions described above, 20 μm or less and 1 μm or more.
[0062]
In the autoclave, silica hydrogel particles after washing with water and water are charged to form a silica hydrogel slurry. 2 The concentration is preferably 5.0 to 15.0% by weight. SiO 2 When the concentration exceeds 15.0% by weight, it becomes difficult to sufficiently stir the slurry in the autoclave tank. On the other hand, SiO 2 If the concentration is less than 5.0% by weight, the amount of water in the resulting silica slurry is large, and the moisture evaporation load in the subsequent spray drying step is increased, which is not desirable.
[0063]
What should be noted in the present invention is that in this hydrothermal treatment under liquid agitation, refinement (hydrothermal pulverization), which is also referred to as chemical pulverization of silica hydrogel, is performed, and at the same time, the pore structure of silica hydrogel is adjusted. It is possible to perform aging such as so-called Ostwald Ripening.
[0064]
Depending on the target pore structure, the objective can be sufficiently achieved by hydrothermal treatment only with the silica hydrogel-water-based slurry. The pH of the slurry in this case is 1-7.
[0065]
On the other hand, a method of adding a trace amount of alkali metal hydroxide or ammonia or the like to the silica hydrogel-water slurry and adjusting the slurry pH to about 7 to 11 and then hydrothermally treating the silica pores is also a target pore structure. Some may apply.
[0066]
The stirring energy of the silica hydrogel slurry by the stirring blades in the autoclave tank during the hydrothermal pulverization treatment is a standard stirring energy level for normal liquids and slurries that are not particularly high in viscosity. 2,000W / m Three (Liquid or slurry) is sufficient. Liquid or slurry 1m Three The stirring energy per hit is 5 W / m Three If it is less than this, some of the coarse silica hydrogel particles will not float sufficiently in the tank during the hydrothermal treatment, and will be easily deposited on the bottom of the tank, resulting in handling problems.
[0067]
On the other hand, liquid or slurry 1m Three The stirring energy per hit is 2,000 W / m Three In the case of exceeding 1, the effect of further promoting the refinement of the particle size of silica hydrogel by hydrothermal treatment is small, and only the stirring energy is increased.
[0068]
The temperature range of the hydrothermal treatment is desirably 130 to 230 ° C, preferably 150 to 230 ° C, and more preferably 180 to 230 ° C. When the temperature is lower than 130 ° C., the effect of reducing the particle size of silica hydrogel by hydrothermal treatment is poor, whereas when it exceeds 230 ° C., the particle size of silica hydrogel by hydrothermal treatment commensurate with the increase in temperature level. There is little promotion effect of miniaturization, and it is meaningless technically and economically only by increasing heating energy.
[0069]
The hydrothermal pulverization time may vary depending on the hydrothermal treatment temperature, but is usually 0.2 to 24 hours. When the hydrothermal treatment time is less than 0.2 hr, a sufficient effect of reducing the particle diameter of silica hydrogel by hydrothermal treatment cannot be obtained. Further, when the hydrothermal treatment time exceeds 24 hours, the reaggregation phenomenon of the particles occurs, which is not preferable because it deviates from the purpose of the hydrothermal pulverization treatment of refining the particle size of the silica hydrogel by the hydrothermal treatment. .
[0070]
In the present invention, the particle size distribution of the silica hydrogel is a value measured by a Coulter counter (manufactured by Coulter Electronics) or the like.
[0071]
By drying the silica hydrogel slurry, in order to obtain a fine dry silica gel particle product having an average particle diameter of 100 μm or less by Coulter counter measurement, by Coulter counter measurement of silica hydrogel particles subjected to a drying process such as spray drying. The average particle diameter based on the particle volume is set to 100 μm or less. The average particle diameter is preferably 1 to 50 μm, more preferably 1 to 20 μm, still more preferably 1 to 10 μm, and most preferably 1 to 5 μm.
[0072]
In particular, when obtaining fine spherical particles (true spherical particles) having an average particle size of 100 μm or less, the silica hydrogel supplied to the drying step preferably has an average particle size of 1 to 10 μm. More preferably, it is -5 micrometers, and it is most preferable that it is 1-3 micrometers. When the average particle diameter exceeds this value, the sphericity of the shape of the obtained microspherical particles and the smoothness of the particle surface are relatively lowered.
[0073]
On the other hand, if the average particle size is less than 1 μm, no significant improvement in the sphericity of the dry particles and the smoothness of the particle surface commensurate with the refinement of the particle size is observed, and the energy required for refinement of the silica hydrogel particles becomes excessive. It is only unfavorable.
[0074]
Depending on the target pore structure, a small amount of alkali metal hydroxide or ammonia such as ammonia is added to the silica hydrogel-water slurry, and the pH of the silica hydrogel slurry is adjusted to about 8 to 11 before hydrothermal heat. There may be a case where fine grinding is performed. In that case, before or after the drying step such as spray drying so that the allowable content of alkali metal impurities in the fine spherical silica gel obtained by drying the silica hydrogel slurry satisfies the allowable value determined by the use of the product. The silica hydrogel may be washed with water.
[0075]
Further, when the target average particle size of the microspherical silica gel obtained by drying the silica hydrogel slurry is to be smaller than 100 μm, preferably 10 μm or less, the average particle size is 20 μm by hydrothermal pulverization. It is preferable that the silica hydrogel slurry refined below is mechanically wet pulverized to further refine the average particle size of the silica hydrogel to 1 to 3 μm. By such pulverization treatment, a fine spherical silica gel obtained by spray drying or the like can be obtained which has a more nearly spherical shape and a smoother particle surface.
[0076]
As the wet pulverizer used here, a bead mill which is a wet medium agitation mill using beads having a particle diameter of 1 mm or less, a wet medium agitation pulverizer using a ball having a particle diameter of several mm, a wet ball mill, etc. are applied. It is not limited to the pulverizer.
[0077]
As described above, the silica hydrogel slurry is first hydrothermally pulverized to obtain a refined silica hydrogel slurry having an average particle size of 20 μm or less, which is further wet pulverized to refine the average particle size to 1 to 3 μm. Even in the case where the steps are used in combination, compared with a case where a silica hydrogel having an average particle diameter of several mm is refined to an average particle diameter of 1 to 3 μm only by mechanical wet pulverization without hydrothermal pulverization, it is mechanically wet. The grinding load is much smaller and can be implemented much more easily.
[0078]
Next, the drying process which dries the hydrogel slurry refined | miniaturized as mentioned above is performed.
As a drying apparatus for drying a silica hydrogel slurry to obtain monodispersed fine silica gel particles, a form in which particles and droplets are dispersed in hot air without forming a fixed layer in order to prevent aggregation of the particles is preferable. Spray dryers, medium fluidized bed dryers, air dryers, and the like are suitable.
[0079]
In particular, when trying to obtain microspherical silica gel, a spray dryer is suitable as the drying device, and the method of spray atomization of the slurry liquid of the spray dryer is not particularly limited. High-speed rotating disk, one-fluid pressure nozzle, two-fluid nozzle, ultrasonic nozzle, etc. are applied.
[0080]
Hereinafter, although the case where a spray dryer is used as a drying device will be described as an example, other dryers can be applied as they are with appropriate modifications.
[0081]
When the silica hydrogel slurry is supplied to the spray dryer, the silica hydrogel concentration can be supplied as the concentration of the silica hydrogel slurry after the hydrothermal pulverization treatment, and if necessary, The concentration may be adjusted by adding water.
[0082]
The amount of silica hydrogel and water in the silica hydrogel slurry supplied to the spray dryer is measured by the following method.
[0083]
That is, 50 g of silica hydrogel slurry is taken in a beaker, and the whole amount is filtered using a Millipore filter having a pore diameter of 0.45 μm under a reduced pressure of 5 mmHg and dehydrated for 40 minutes. The weight of the filtrate is the amount of water, and the weight of the obtained wet cake is the weight of the silica hydrogel.
[0084]
In addition, SiO in the wet cake 2 The weight is obtained from the weight after drying for 4 hours at a temperature of 180 ° C. with a dryer as described above.
[0085]
The silica hydrogel slurry to be supplied to the spray dryer is not particularly limited, but a silica water gel ratio of 1.5 to 5.0 times the weight of the silica hydrogel weight determined by the above measurement method is used. preferable.
[0086]
When the ratio of the weight of water to the weight of silica hydrogel is less than 1.5 times, the sphericity and particle surface smoothness in the particle shape of the spherical silica gel obtained by spray drying are lowered.
[0087]
On the other hand, if the ratio of the weight of water to the weight of silica hydrogel exceeds 5.0 times, the water evaporation load in spray drying becomes large, which is not desirable.
[0088]
As described above, the silica hydrogel slurry having a ratio of water weight to silica hydrogel weight of 1.5 to 5.0 times by weight is supplied to the spray dryer, and the operating conditions of the spray dryer are selected. A fine spherical silica gel having excellent shape sphericity and a smooth particle surface can be obtained.
[0089]
In known techniques such as Japanese Examined Patent Publication No. 6-99135, in which the refinement of silica hydrogel is conventionally performed only by mechanical wet pulverization, the slurry state is ensured and the particles are related to the silica hydrogel slurry to be spray-dried. From the viewpoint of strength, the weight ratio of water to the weight of silica hydrogel in the slurry is 0.2 to 1.5 times by weight as described above.
[0090]
In contrast, in the present invention, a slurry hydrothermally pulverized to an average particle size of 100 μm or less, preferably 20 μm or less is used as the silica hydrogel slurry supplied to the spray dryer. The weight ratio of water is preferably about 1.5 to 5.0 times by weight.
[0091]
As described above, in the present invention, the silica hydrogel slurry having the above-mentioned weight ratio that has been hydrothermally pulverized in advance is spray-dried, so that it is much closer to a sphere and has a smooth particle surface compared to the above-mentioned known examples. Microspherical silica gel is obtained.
[0092]
Next, a method for producing a microspherical silica gel in which metal compound fine particles are encapsulated in another particle according to another embodiment of the present invention will be described.
[0093]
In this case, the above-mentioned (1) alkali metal silicate and mineral acid are reacted to form SiO. 2 Hydrogelation step to obtain a silica hydrogel having a ratio of water to water of 1.5 to 5.0 times by weight; and
[0094]
(2) The obtained silica hydrogel was converted into SiO 2 In a slurry state with a concentration of 5 to 15% by weight, hydrothermal treatment with stirring, together with a preparation process of a refined silica hydrogel slurry comprising a hydrothermal pulverization process to make a refined silica hydrogel slurry having an average particle size of 100 μm or less,
[0095]
(3) It is characterized by having a mixed slurrying step of introducing metal compound fine particles into the fine silica hydrogel slurry to obtain a mixed slurry of silica hydrogel fine particles and metal compound fine particles.
[0096]
The mode of introducing the metal compound fine particles into the silica hydrogel slurry is arbitrary. For example, the hydrothermal pulverization step (2) can be performed in the presence of metal compound fine particles, and when the wet pulverization step is performed subsequent to the hydrothermal pulverization step, the wet pulverization is performed on the metal compound fine particles. It can also be performed in the coexistence.
[0097]
As the metal compound fine particles, fine particles are preferable, and so-called ultrafine particles are particularly preferable.
[0098]
Examples of usable metal compound fine particles include metal oxide fine particles, such as titanium oxide, titanium peroxide, zinc oxide, cerium oxide, ferrous oxide, ferric oxide, zirconium oxide, chromium oxide, and aluminum oxide. , Magnesium oxide, silver oxide, cuprous oxide, cupric oxide, cuprous oxide, cobalt trioxide, cupric oxide, cuprous oxide, cuprous nickel oxide, cupric oxide, thorium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide , Manganese dioxide, manganese trioxide, uranium oxide, thorium oxide, germanium oxide, stannous oxide, stannic oxide, lead monoxide, lead trioxide, lead dioxide, antimony trioxide, antimony pentoxide, bismuth trioxide And the like are preferable. Among these, fine particles selected from the group consisting of titanium oxide, zinc oxide, cerium oxide, iron oxide, and zirconium oxide are particularly preferable.
[0099]
In addition to metal oxides, sulfide fine particles and sulfate fine particles such as cadmium sulfide, zinc sulfide, antimony sulfide, lead sulfide, nickel sulfide, strontium sulfate, and barium sulfate; phosphates such as copper pyrophosphate; tantalum carbide, carbonized Carbide fine particles and halide fine particles such as zirconium, tungsten carbide, vanadium carbide, titanium carbide, silicon carbide, and calcium fluoride can also be used. In addition, fine particles of a metal such as gold, silver, platinum, copper, and aluminum or an alloy thereof can be used depending on circumstances.
[0100]
The metal compound fine particles in the present invention include those referred to as so-called ultrafine particles as described above, and the primary particle size (particle size) is 0.002 to 0.5 μm. And 0.01-0.5 micrometer is preferable and what is 0.01-0.3 micrometer is more preferable. If it is less than 0.002 μm, it is in an agglomerated state from the beginning when the specific surface area is increased, and cannot be introduced into the silica hydrogel slurry in a sufficiently dispersed state. On the other hand, if it exceeds 0.5 μm, it is relatively unfavorable compared to the particle size of silica gel, and it becomes difficult to encapsulate the silica gel particles in a well dispersed state.
[0101]
In addition, SiO in the mixed slurry of the introduced metal compound fine particles 2 The ratio to is 5 to 80% by weight, preferably 5 to 45% by weight.
[0102]
Specific embodiments include, for example, average particles in the silica hydrogel slurry refined by the hydrothermal pulverization step, or in the silica hydrogel slurry further refined by wet pulverization as necessary. Metal compound fine particles such as titanium dioxide, zinc oxide, cerium oxide, iron oxide and zirconium oxide having a diameter of 0.002 to 0.5 μm are made of SiO. 2 As described above, 5 to 80% by weight is added and dispersed sufficiently with respect to the weight to obtain a mixed slurry of silica hydrogel fine particles and metal compound fine particles. In this case, the pH of the slurry may be adjusted in order to prevent aggregation and sufficiently disperse. This dispersion is preferably performed in an autoclave or wet pulverizer that performs hydrothermal pulverization as described above.
[0103]
The mixed slurry thus obtained is spray-dried in the same manner as in the case of obtaining fine particulate silica gel, thereby obtaining fine particulate silica gel containing fine metal compound fine particles.
[0104]
The metal compound fine particles encapsulated in the silica gel have a particle size far smaller than that of the silica gel particles, and one or more, usually several, preferably many metal compound fine particles are contained in one silica gel. It is included in a distributed state. The “encapsulation” in the present invention means that the metal compound fine particles are contained in the silica gel particles in such a state.
[0105]
Probably, in silica gel particles having a large number of pores, in the process of drying the silica gel particles, only the liquid phase of the slurry filling the pores is volatilized and dried. It is presumed that it remains in the state of being supported on the pores. This is considered to be an embodiment in which fine metal compound particles are encapsulated in silica gel particles.
[0106]
The particulate silica gel in which such metal compound fine particles are encapsulated is useful for various applications, and can be suitably used, for example, as an ultraviolet shielding agent. Moreover, when a metal compound is an anatase type titanium oxide, it can use suitably for a photo-oxidation catalyst use.
[0107]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the technical scope of the present invention is not limited thereto.
[0108]
[Example 1]
(Hydrogelation process)
SiO 2 / Na 2 O = 3.0 (molar ratio), SiO 2 An aqueous solution of sodium silicate having a concentration = 21.0% by weight of 2.0 l / min and an aqueous solution of sulfuric acid having a sulfuric acid concentration = 20.0% by weight are introduced into a container equipped with a discharge port through a separate inlet, and instantaneously The flow rate of the two liquids is adjusted so that the pH of the liquid discharged from the discharge port into the air becomes 7.5 to 8.0, and the uniformly mixed silica sol solution is continuously discharged from the discharge port. Were released into the air. The discharged liquid becomes spherical droplets in the air and gels in the air while staying in a parabola for about 1 second. A ripening tank filled with water was placed at the dropping point, and it was dropped and aged here.
[0109]
After aging, the pH was adjusted to 6 and washed thoroughly with water to obtain a silica hydrogel. The obtained silica hydrogel particles had a spherical particle shape and an average particle diameter of 6 mm. SiO in the silica hydrogel particles 2 The weight ratio of water to weight was 4.5 times by weight, and the residual sodium in the silica hydrogel particles was 103 ppm.
[0110]
(Hydrothermal pulverization process)
Next, the silica hydrogel was coarsely pulverized to a mean particle size of 1.0 mm using a roll crusher. An autoclave having an internal volume of 50 liters equipped with an anchor type stirring blade is charged with 22,000 g of the above coarsely pulverized silica hydrogel and 18,000 g of water, and SiO 2 2 In a slurry state with a concentration of 10.0% by weight, hydrothermal pulverization was performed at a temperature of 200 ° C. for 3 hours at a stirring rotation speed of 90 rpm. The pH of the silica hydrogel slurry was 6.
[0111]
The silica hydrogel particles in the slurry after the hydrothermal pulverization treatment are finely pulverized. In the particle size measurement using a Coulter counter (MAII type, manufactured by Coulter Electronics, 280 μm aperture tube diameter), the average particle size is 15 μm. there were. In addition, SiO in the slurry after hydrothermal treatment 2 The concentration was 10.3% by weight.
[0112]
(Wet grinding process)
Subsequently, the slurry was further finely pulverized using the wet pulverizer (Dyno-Mill manufactured by Shinmaru Enterprises Co., Ltd., using beads having a diameter of 0.5 mm) while maintaining the concentration. The average particle size of the silica hydrogel particles in the slurry after pulverization was 1.6 μm using a Coulter counter (MAII type, aperture tube diameter of 50 μm used).
[0113]
Moreover, the measurement of the quantity of the silica hydrogel and water in the silica hydrogel slurry after the said fine grinding | pulverization was performed with the following method.
[0114]
50 g of silica hydrogel slurry is taken in a beaker, and the whole amount is filtered using a Millipore filter having a pore diameter of 0.45 μm under a reduced pressure of 5 mmHg and dehydrated for 40 minutes. The weight of the obtained filtrate is the amount of water, and the weight of the obtained wet cake is the weight of the silica hydrogel. In addition, SiO in the obtained wet cake 2 The weight is obtained from the weight after drying for 4 hours at a temperature of 180 C with a dryer.
[0115]
The ratio of the weight of water to the weight of silica hydrogel in the slurry determined by this measurement method was 4.4 times by weight.
[0116]
(Drying process)
Next, the slurry was supplied at a slurry supply rate of 13 ml / min and a spraying pressure of 1.2 kg / cm using a small-sized spray dryer (GA32 type manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd.) while maintaining its concentration. 2 (G) Spray drying was performed at a hot air temperature of 200 ° C. to obtain fine dry silica gel particles. The average particle diameter of the obtained dried particles by a Coulter counter (MAII type, using an aperture tube diameter of 50 μm) was 4.5 μm. The particle shape was almost spherical, and the particle surface was smooth.
A scanning electron micrograph of the dried silica gel particles is shown in FIG.
[0117]
[Example 2]
(Hydrogelation process)
SiO 2 / Na 2 O = 3.0 (molar ratio), SiO 2 An aqueous solution of sodium silicate having a concentration = 21.0% by weight of 2.0 l / min and an aqueous solution of sulfuric acid having a sulfuric acid concentration = 20.0% by weight are introduced into a container equipped with a discharge port through a separate inlet, and instantaneously The flow rate of the two liquids is adjusted so that the pH of the liquid discharged from the discharge port into the air becomes 7.5 to 8.0, and the uniformly mixed silica sol solution is continuously discharged from the discharge port. Were released into the air. The discharged liquid becomes spherical droplets in the air and gels in the air while staying in a parabola for about 1 second. A ripening tank filled with water was placed at the dropping point, and it was dropped and aged here.
[0118]
After aging, the pH was adjusted to 6 and washed thoroughly with water to obtain a silica hydrogel. The obtained silica hydrogel particles had a spherical particle shape and an average particle diameter of 5 mm. SiO in the silica hydrogel particles 2 The weight ratio of water to weight was 4.5 times by weight, and the residual sodium in the silica hydrogel particles was 100 ppm.
[0119]
(Hydrothermal pulverization process)
Next, the silica hydrogel was coarsely pulverized to a mean particle size of 1.0 mm using a roll crusher. An autoclave having an internal volume of 50 liters equipped with an anchor type stirring blade is charged with 22,000 g of the above coarsely pulverized silica hydrogel and 18,000 g of water, and SiO 2 2 Hydrothermal pulverization was performed in a slurry state having a concentration of 10.0% by weight at a temperature of 200 ° C. for 20 hours at a stirring rotation speed of 50 rpm. The pH of the silica hydrogel slurry was 6.
[0120]
The silica hydrogel particles in the slurry after the hydrothermal pulverization treatment are pulverized, and the average particle size is 13 μm in the particle size measurement with a Coulter counter (MAII type, manufactured by Coulter Electronics, using an aperture tube diameter of 280 μm). there were. In addition, SiO in the slurry after hydrothermal treatment 2 The concentration was 10.3% by weight.
[0121]
(Wet grinding process)
Next, the slurry was further finely pulverized using the same wet pulverizer as in Example 1 while maintaining the concentration. The average particle size of the silica hydrogel particles in the finely pulverized slurry by a Coulter counter (MAII type, using an aperture tube size of 50 μm) was 1.5 μm.
[0122]
Further, the amount of silica hydrogel and water in the finely pulverized silica hydrogel slurry was measured in the same manner as in Example 1, but the ratio of the weight of water to the weight of silica hydrogel was 4.4 times by weight. there were.
[0123]
(Drying process)
Next, the slurry was supplied at a slurry supply rate of 13 ml / min and a spraying pressure of 1.2 kg / cm using a small-sized spray dryer (GA32 type manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd.) while maintaining its concentration. 2 (G) Spray drying was performed at a hot air temperature of 200 ° C. to obtain fine dry silica gel particles. The average particle diameter of the obtained dried particles by a Coulter counter (MAII type, using an aperture tube diameter of 50 μm) was 4.5 μm. The particle shape was almost spherical, and the particle surface was smooth.
[0124]
Example 3
(Hydrogelation process)
SiO 2 / Na 2 O = 3.0 (molar ratio), SiO 2 An aqueous solution of sodium silicate having a concentration = 21.0% by weight of 2.0 l / min and an aqueous solution of sulfuric acid having a sulfuric acid concentration = 20.0% by weight are introduced into a container equipped with a discharge port through a separate inlet, and instantaneously The flow rate of the two liquids is adjusted so that the pH of the liquid discharged from the discharge port into the air becomes 7.5 to 8.0, and the uniformly mixed silica sol solution is continuously discharged from the discharge port. Were released into the air. The discharged liquid becomes spherical droplets in the air and gels in the air while staying in a parabola for about 1 second. A ripening tank filled with water was placed at the dropping point, and it was dropped and aged here.
[0125]
After aging, the pH was adjusted to 6 and washed thoroughly with water to obtain a silica hydrogel. The obtained silica hydrogel particles had a spherical particle shape and an average particle diameter of 4 mm. SiO in the silica hydrogel particles 2 The weight ratio of water to the weight was 4.5 times by weight, and the residual sodium in the silica hydrogel particles was 95 ppm.
[0126]
(Hydrothermal pulverization process)
Next, the silica hydrogel was coarsely pulverized to a mean particle size of 0.8 mm using a roll crusher. An autoclave having an internal volume of 50 liters equipped with an anchor type stirring blade is charged with 22,000 g of the above coarsely pulverized silica hydrogel and 18,000 g of water, and SiO 2 2 In a slurry state having a concentration of 10.0% by weight, hydrothermal pulverization was performed at a temperature of 185 ° C. for 20 hours at a stirring rotation speed of 100 rpm. The pH of the silica hydrogel slurry was 6.
[0127]
The silica hydrogel particles in the slurry after the hydrothermal pulverization treatment are finely pulverized, and the average particle size is 17 μm in the particle size measurement with a Coulter counter (MAII type, manufactured by Coulter Electronics, using an aperture tube diameter of 280 μm). there were. In addition, SiO in the slurry after hydrothermal treatment 2 The concentration was 10.3% by weight.
[0128]
(Wet grinding process)
Next, the slurry was finely pulverized using the same wet pulverizer as in Example 1 while maintaining the concentration. The average particle diameter of the silica hydrogel particles in the finely pulverized slurry by a Coulter counter (MAII type, using an aperture tube diameter of 50 μm) was 1.7 μm.
[0129]
Further, the amount of silica hydrogel and water in the finely pulverized silica hydrogel slurry was measured in the same manner as in Example 1, but the ratio of the weight of water to the weight of silica hydrogel was 4.4 times by weight. there were.
[0130]
(Drying process)
The slurry is supplied at a concentration of 13 ml / min and a spray pressure of 1.2 kg / cm using a small spray dryer (GA32 type manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd.) with its concentration. 2 (G) Spray drying was performed at a hot air temperature of 200 ° C. to obtain fine dry silica gel particles. The average particle diameter of the obtained dried particles by a Coulter counter (using an aperture tube diameter of 50 μm) was 4.5 μm. The particle shape was almost spherical, and the particle surface was smooth.
[0131]
Example 4
(Hydrogelation process)
SiO 2 / Na 2 O = 3.0 (molar ratio), SiO 2 An aqueous solution of sodium silicate having a concentration = 21.0% by weight of 2.0 l / min and an aqueous solution of sulfuric acid having a sulfuric acid concentration = 20.0% by weight are introduced into a container equipped with a discharge port through a separate inlet, and instantaneously The flow rate of the two liquids is adjusted so that the pH of the liquid discharged from the discharge port into the air becomes 7.5 to 8.0, and the uniformly mixed silica sol solution is continuously discharged from the discharge port. To the air. The discharged liquid becomes spherical droplets in the air and gels in the air while staying in a parabola for about 1 second. Place a ripening tank filled with water at the dropping point, drop it here and let it mature. After aging, the pH was adjusted to 6 and washed thoroughly with water to obtain a silica hydrogel. The obtained silica hydrogel particles had a spherical particle shape and an average particle diameter of 5 mm. SiO in the silica hydrogel particles 2 The weight ratio of water to weight was 4.0 times by weight, and the residual sodium in the silica hydrogel particles was 98 ppm.
[0132]
(Hydrothermal pulverization process)
Next, the silica hydrogel was coarsely pulverized to a mean particle size of 1.5 mm using a roll crusher. 20,000 g of the above coarsely pulverized silica hydrogel and 20,000 g of water are charged into an autoclave having an internal volume of 50 liters equipped with an anchor-type stirring blade to prepare a slurry, and an aqueous sodium hydroxide solution is added to adjust the pH to 10. SiO 2 A hydrothermal pulverization treatment was performed on a silica hydrogel slurry having a concentration of 10.0% by weight at a temperature of 200 ° C. for 3 hours at a stirring rotation speed of 90 rpm.
[0133]
The silica hydrogel particles in the slurry after the hydrothermal pulverization treatment are finely pulverized. In the particle size measurement using a Coulter counter (MAII type, manufactured by Coulter Electronics, 280 μm aperture tube diameter), the average particle size is 13 μm. there were. SiO in the slurry after hydrothermal treatment 2 The concentration was 10.2% by weight.
[0134]
(Wet grinding process)
Next, the slurry was wet pulverized using the same wet pulverizer as in Example 1 while maintaining the concentration. The average particle diameter of the silica hydrogel particles in the slurry after the wet pulverization by a Coulter counter (MAII type, using an aperture tube diameter of 50 μm) was 1.4 μm.
[0135]
The ratio of the weight of water to the weight of silica hydrogel in the finely pulverized slurry obtained by the same measurement method as in Example 1 was 3.5 times the weight.
[0136]
(Drying process)
The slurry is supplied at a concentration of 13 ml / min and a spray pressure of 1.2 kg / cm using a small spray dryer (GA32 type manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd.) with its concentration. 2 (G) Spray drying was performed at a hot air temperature of 200 ° C. to obtain fine dry silica gel particles. The obtained dried particles had an average particle size of 5.2 μm by a Coulter counter (MAII type, using an aperture tube diameter of 50 μm), the particle shape was almost spherical, and the particle surface was smooth.
A scanning electron micrograph of the dried silica gel particles is shown in FIG.
[0137]
Example 5
(Hydrogelation process)
SiO 2 / Na 2 O = 3.0 (molar ratio), SiO 2 An aqueous solution of sodium silicate having a concentration of 23.0% by weight and an aqueous solution of sulfuric acid having a sulfuric acid concentration of 20.0% by weight are introduced into a container equipped with a discharge port through a separate inlet, and instantaneously The flow rate of the two liquids is adjusted so that the pH of the liquid discharged from the discharge port into the air becomes 7.5 to 8.0, and the uniformly mixed silica sol solution is continuously discharged from the discharge port. To the air. The discharged liquid becomes spherical droplets in the air and gels in the air while staying in a parabola for about 1 second. Place a ripening tank filled with water at the dropping point, drop it here and let it mature. After aging, the pH was adjusted to 6 and washed thoroughly with water to obtain a silica hydrogel. The obtained silica hydrogel particles had a spherical particle shape and an average particle diameter of 3 mm. SiO in silica hydrogel particles 2 The weight ratio of water to weight was 1.7 times by weight, and the residual sodium in the silica hydrogel particles was 108 ppm.
[0138]
(Hydrothermal pulverization process)
Next, the silica hydrogel was coarsely pulverized to a mean particle size of 0.2 mm using a roll crusher. In a 50 liter autoclave equipped with an anchor type stirring blade, 20,000 g of the above coarsely pulverized silica hydrogel and 30,000 g of water were charged, and SiO 2 2 Hydrothermal pulverization treatment was performed in a slurry state with a concentration of 14.8% by weight at a temperature of 210 ° C. for 24 hours with a stirring rotation speed of 120 rpm. The pH of the silica hydrogel slurry was 6.
[0139]
The silica hydrogel particles in the slurry after the hydrothermal treatment were refined, and the average particle size was 20 μm in the particle size measurement using a Coulter counter (MAII type, manufactured by Coulter Electronics Co., Ltd., aperture tube diameter 280 μm). In addition, SiO in the slurry after hydrothermal treatment 2 The concentration was 14.5% by weight.
[0140]
(Wet grinding process)
The slurry was wet crushed using the same wet pulverizer as in Example 1 while maintaining the concentration. The average particle diameter of the silica hydrogel particles in the slurry after the wet pulverization by a Coulter counter (MAII type, using an aperture tube diameter of 50 μm) was 2.0 μm.
[0141]
Further, the ratio of the weight of water to the weight of silica hydrogel in the finely pulverized slurry obtained by the same measurement method as in Example 1 was 1.7 times by weight.
[0142]
(Drying process)
Next, the slurry was supplied at a slurry supply rate of 13 ml / min and a spraying pressure of 1.2 kg / cm using a small-sized spray dryer (GA32 type manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd.) while maintaining its concentration. 2 (G) Spray drying was performed at a hot air temperature of 200 ° C. to obtain fine dry silica gel particles. The average particle diameter of the obtained dried particles by a Coulter counter (using an aperture tube diameter of 50 μm) was 9.0 μm, and the particle shape was spherical.
[0143]
Example 6
(Hydrogelation process)
SiO 2 / Na 2 O = 3.0 (molar ratio), SiO 2 An aqueous solution of sodium silicate having a concentration = 21.0% by weight of 2.0 l / min and an aqueous solution of sulfuric acid having a concentration of sulfuric acid = 20.0% by weight are introduced into a container equipped with a discharge port through a separate inlet, and instantaneously The flow rate of the two liquids is adjusted so that the pH of the liquid discharged into the air from the discharge port is 7.5 to 8.0, and the uniformly mixed silica sol solution is continuously discharged from the discharge port. To the air. The discharged liquid becomes spherical droplets in the air and gels in the air while staying in a parabola for about 1 second. Place a ripening tank filled with water at the dropping point, drop it here and let it mature. After aging, the pH was adjusted to 6 and washed thoroughly with water to obtain a silica hydrogel. The obtained silica hydrogel particles had a spherical particle shape and an average particle diameter of 5 mm. SiO in the silica hydrogel particles 2 The weight ratio of water to weight was 4.2 times by weight, and the residual sodium in the silica hydrogel particles was 100 ppm.
[0144]
(Hydrothermal pulverization process)
The silica hydrogel was coarsely pulverized to a mean particle size of 2.0 mm using a roll crusher. An autoclave with an internal volume of 50 liters equipped with an anchor type stirring blade is charged with 22,000 g of the above-ground silica hydrogel and 18,000 g of water, and SiO 2 2 Hydrothermal pulverization was performed in a slurry state having a concentration of 10.0% by weight at a temperature of 200 ° C. for 3 hours at a stirring rotation speed of 100 rpm. The pH of the silica hydrogel slurry was 6.
[0145]
The silica hydrogel particles in the slurry after the hydrothermal treatment were refined and measured with a Coulter counter (MAII type, manufactured by Coulter Electronics, using an aperture tube diameter of 280 μm), and the average particle diameter was 18 μm. In addition, SiO in the slurry after hydrothermal treatment 2 The concentration was 10.2% by weight.
[0146]
In the same manner as in Example 1, the amount of silica hydrogel and water in the silica hydrogel slurry after the hydrothermal treatment was measured, but the ratio of the weight of water to the weight of silica hydrogel was 2.0 times by weight. .
[0147]
(Drying process)
Next, the slurry is spray-dried at a slurry supply rate of 65 ml / min and a hot air temperature of 255 ° C. using a fluidized bed dryer (SFD-mini type manufactured by Okawara Seisakusho) at the same concentration to obtain fine dry silica gel particles. It was. The average particle diameter of the obtained dried particles by a Coulter counter (MAII type, using an aperture tube diameter of 50 μm) was 8.9 μm, and the particle shape was indefinite.
A scanning electron micrograph of the dried silica gel particles is shown in FIG.
[0148]
Example 7
(Hydrogelation process)
SiO 2 / Na 2 O = 3.0 (molar ratio), SiO 2 An aqueous solution of sodium silicate having a concentration = 21.0% by weight of 2.0 l / min and an aqueous solution of sulfuric acid having a concentration of sulfuric acid = 20.0% by weight are introduced into a container equipped with a discharge port through a separate inlet, and instantaneously The flow rate of the two liquids is adjusted so that the pH of the liquid discharged into the air from the discharge port is 7.5 to 8.0, and the uniformly mixed silica sol solution is continuously discharged from the discharge port. To the air. The discharged liquid becomes spherical droplets in the air and gels in the air while staying in a parabola for about 1 second. Place a ripening tank filled with water at the dropping point, drop it here and let it mature. After aging, the pH was adjusted to 6 and washed thoroughly with water to obtain a silica hydrogel. The obtained silica hydrogel particles had a spherical particle shape and an average particle diameter of 6 mm. SiO in the silica hydrogel particles 2 The weight ratio of water to weight was 4.5 times by weight, and the residual sodium in the silica hydrogel particles was 98 ppm.
[0149]
(Hydrothermal pulverization process)
Next, the silica hydrogel was coarsely pulverized to a mean particle diameter of 0.7 mm using a roll crusher. In a 50 liter autoclave equipped with an anchor-type stirring blade, 20,000 g of the above coarsely pulverized silica hydrogel and 7,970 g of water are charged to form a slurry, and an aqueous sodium hydroxide solution is added to adjust the pH to 10. Adjusted SiO 2 A hydrothermal pulverization treatment was performed on a silica hydrogel slurry having a concentration of 13.0% by weight at a temperature of 200 ° C. for 24 hours with a stirring rotation speed of 90 rpm.
[0150]
The silica hydrogel particles in the slurry after the hydrothermal treatment were refined, and the average particle size was 19 μm as measured by a Coulter counter (MAII type, manufactured by Coulter Electronics, using an aperture tube diameter of 280 μm). In addition, SiO in the slurry after hydrothermal treatment 2 The concentration was 13.2% by weight.
[0151]
(Wet grinding process)
The slurry was wet crushed using the same wet pulverizer as in Example 1 while maintaining the concentration. The average particle diameter of the silica hydrogel particles in the slurry after the wet pulverization by a Coulter counter (MAII type, using an aperture tube diameter of 50 μm) was 1.7 μm.
[0152]
Further, the ratio of the weight of water to the weight of silica hydrogel in the finely pulverized slurry obtained by the same measurement method as in Example 1 was 3.5 times the weight.
[0153]
(Drying process)
Next, the slurry was supplied at a slurry supply rate of 13 ml / min and a spraying pressure of 1.2 kg / cm using a small-sized spray dryer (GA32 type manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd.) while maintaining its concentration. 2 (G) Spray drying was performed at a hot air temperature of 200 ° C. to obtain fine dry silica gel particles. The average particle size of the obtained dried particles by a Coulter counter (MAII type, using an aperture tube diameter of 50 μm) was 9.8 μm, the particle shape was almost spherical, and the particle surface was smooth.
[0154]
Example 8
(Hydrogelation process)
SiO 2 / Na 2 O = 3.0 (molar ratio), SiO 2 An aqueous solution of sodium silicate having a concentration = 21.0% by weight of 2.0 l / min and an aqueous solution of sulfuric acid having a sulfuric acid concentration = 20.0% by weight are introduced into a container equipped with a discharge port through a separate inlet, and instantaneously The flow rate of the two liquids is adjusted so that the pH of the liquid discharged from the discharge port into the air becomes 7.5 to 8.0, and the uniformly mixed silica sol solution is continuously supplied from the discharge port. To the air. The discharged liquid becomes spherical droplets in the air and gels in the air while staying in a parabola for about 1 second. Place a ripening tank filled with water at the dropping point, drop it here and let it mature. After aging, the pH was adjusted to 6 and further washed with water to obtain a silica hydrogel. The obtained silica hydrogel particles had a spherical particle shape and an average particle diameter of 5 mm. SiO in the silica hydrogel particles 2 The weight ratio of water to weight was 4.5 times by weight, and the residual sodium in the silica hydrogel particles was 100 ppm.
[0155]
(Hydrothermal pulverization process)
Next, the silica hydrogel was coarsely pulverized to a mean particle size of 0.2 mm using a roll crusher. Into a 50 liter autoclave equipped with an anchor type stirring blade, 22,000 g of the above coarsely pulverized silica hydrogel and 18,000 g of water were charged to form a slurry, and an aqueous sodium hydroxide solution was added to adjust the pH to 10. Adjusted SiO 2 A hydrothermal pulverization treatment was performed on a silica hydrogel slurry having a concentration of 10.0% by weight at a temperature of 210C for 24 hours at a stirring rotation speed of 120 rpm. The pH of the silica hydrogel slurry was 10.
[0156]
The silica hydrogel particles in the slurry after the hydrothermal pulverization treatment were refined, and the average particle size was 6 μm in the particle size measurement with a Coulter counter (MAII type, manufactured by Coulter Electronics, using an aperture tube diameter of 280 μm). SiO in the slurry after hydrothermal treatment 2 The concentration was 10.3% by weight.
[0157]
The ratio of the weight of water to the weight of silica hydrogel in the slurry after hydrothermal pulverization obtained by the same measurement method as in Example 1 was 1.6 times the weight.
[0158]
(Drying process)
Next, the slurry was spray-dried at a slurry supply rate of 80 ml / min and a hot air temperature of 200 C using a spray dryer (diameter: 1.5 m, spraying part is a high-speed rotating disk system) with the concentration being kept.
[0159]
The obtained dried particles had an average particle size of 52 μm and a spherical shape by a Coulter counter (MAII type, aperture tube diameter 280 μm used).
[0160]
Example 9
(Hydrogelation process)
SiO 2 / Na 2 O = 3.0 (molar ratio), SiO 2 An aqueous solution of sodium silicate having a concentration = 21.0% by weight of 2.0 l / min and an aqueous solution of sulfuric acid having a sulfuric acid concentration = 20.0% by weight are introduced into a container equipped with a discharge port through a separate inlet, and instantaneously The flow rate of the two liquids is adjusted so that the pH of the liquid discharged from the discharge port into the air becomes 7.5 to 8.0, and the uniformly mixed silica sol solution is continuously supplied from the discharge port. To the air. The discharged liquid becomes spherical droplets in the air and gels in the air while staying in a parabola for about 1 second. Place a ripening tank filled with water at the dropping point, drop it here and let it mature. After aging, the pH was adjusted to 6 and further sufficiently washed with water to obtain a silica hydrogel. The obtained silica hydrogel particles had a spherical particle shape and an average particle diameter of 4 mm. SiO in the silica hydrogel particles 2 The weight ratio of water to weight was 4.5 times by weight, and the residual sodium in the silica hydrogel particles was 101 ppm.
[0161]
(Hydrothermal pulverization process)
Next, the silica hydrogel was coarsely pulverized to a mean particle size of 1.0 mm using a roll crusher. An autoclave with an internal volume of 50 liters equipped with an anchor type stirring blade is charged with 22,000 g of the above-ground silica hydrogel and 18,000 g of water, and SiO 2 2 Hydrothermal pulverization was performed in a slurry state having a concentration of 10.0% by weight at a temperature of 200 ° C. for 3 hours at a stirring rotation speed of 90 rpm. The pH of the silica hydrogel slurry was 6.
[0162]
The silica hydrogel particles in the slurry after the hydrothermal treatment were refined, and the average particle size was 17 μm as measured by a Coulter Counter (MAII type, manufactured by Coulter Electronics, using an aperture tube diameter of 280 μm). In addition, SiO in the slurry after hydrothermal treatment 2 The concentration was 10.2% by weight.
[0163]
(Wet grinding process)
The slurry was wet crushed using the same wet pulverizer as in Example 1 while maintaining the concentration. The average particle size of the silica hydrogel particles in the slurry after pulverization was 1.6 μm using a Coulter counter (MAII type, aperture tube diameter of 50 μm used).
[0164]
(Mixed slurry process)
To 17,000 g of the silica hydrogel slurry after wet pulverization, 200 g of titanium oxide (product name: TTO-51A, average particle size: 0.02 μm, rutile type) manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., zinc oxide manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. (Product name: ZnO-310, average particle size: 0.03 μm) After adding 600 g and adjusting the pH of the slurry to 10, using the same wet pulverizer as above, silica hydrogel, titanium oxide, and zinc oxide were added. , Mixed and dispersed.
[0165]
(Drying process)
Using a small spray dryer (GA32 type manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd.) with the concentration of the dispersed slurry, the slurry supply rate is 13 ml / min, and the spray pressure is 1.2 kg / cm 2 (G) Spray drying was performed at a hot air temperature of 200 ° C. to obtain fine spherical particles in which fine particles of titanium oxide and zinc oxide were dispersed and included in silica gel particles. The obtained particle shape was almost spherical and the particle surface was smooth.
[0166]
The average particle size by a Coulter counter (MAII type, using an aperture tube diameter of 50 μm) was 5.6 μm.
[0167]
The result of analyzing the chemical composition of the particles is SiO 2 2 68.2% by weight, TiO 2 They were 7.9 wt% and ZnO 23.9 wt%.
[0168]
(Measurement of spectral transmittance)
A paste obtained by adding 1.12 g of petroleum jelly and 0.48 g of liquid paraffin to 0.4 g of the fine spherical particles and dispersing well using three rolls is sandwiched between two 2 mm thick quartz plates, The film was spread until the thickness reached 25 μm, and the spectral transmittance was measured using a self-recording spectrophotometer.
[0169]
400 nm or more is a visible light region, and 400 to 280 nm is an ultraviolet light region. The smaller the transmittance in the ultraviolet light region, the better the ultraviolet shielding effect, and the larger the transmittance in the visible light region, the higher the transparency observed with the naked eye.
[0170]
The transmittance was 81.3% at 500 nm, 69.4% at 400 nm, 21.2% at 360 nm, 18.0% at 320 nm, and 17.6% at 290 nm.
[0171]
A scanning electron micrograph of the dried silica gel particles enclosing the metal oxide fine particles is shown in FIG.
[0172]
Example 10
(Hydrogelation process)
SiO 2 / Na 2 O = 3.0 (molar ratio), SiO 2 An aqueous solution of sodium silicate having a concentration = 21.0% by weight of 2.0 l / min and an aqueous solution of sulfuric acid having a sulfuric acid concentration = 20.0% by weight are introduced into a container equipped with a discharge port through a separate inlet, and instantaneously The flow rate of the two liquids is adjusted so that the pH of the liquid discharged from the discharge port into the air becomes 7.5 to 8.0, and the uniformly mixed silica sol solution is continuously supplied from the discharge port. To the air. The discharged liquid becomes spherical droplets in the air and gels in the air while staying in a parabola for about 1 second. Place a ripening tank filled with water at the dropping point, drop it here and let it mature. After aging, the pH was adjusted to 6 and further sufficiently washed with water to obtain a silica hydrogel. The obtained silica hydrogel particles had a spherical particle shape and an average particle diameter of 6 mm. SiO in the silica hydrogel particles 2 The weight ratio of water to weight was 4.5 times by weight, and the residual sodium in the silica hydrogel particles was 97 ppm.
[0173]
(Hydrothermal pulverization process)
Next, the silica hydrogel was coarsely pulverized to a mean particle size of 1.0 mm using a roll crusher. An autoclave with an internal volume of 50 liters equipped with an anchor type stirring blade is charged with 22,000 g of the above-ground silica hydrogel and 18,000 g of water, and SiO 2 2 Hydrothermal pulverization was performed in a slurry state having a concentration of 10.0% by weight at a temperature of 200 ° C. for 3 hours at a stirring rotation speed of 90 rpm. The pH of the silica hydrogel slurry was 6.
[0174]
The silica hydrogel particles in the slurry after the hydrothermal treatment were refined and measured with a Coulter counter (MAII type, manufactured by Coulter Electronics, using an aperture tube diameter of 280 μm), and the average particle diameter was 15 μm. In addition, SiO in the slurry after hydrothermal treatment 2 The concentration was 10.3% by weight.
[0175]
(Wet grinding process)
The slurry was wet crushed using the same wet pulverizer as in Example 1 while maintaining the concentration. The silica hydrogel particles in the finely pulverized slurry had an average particle size of 1.4 μm using a Coulter counter (MAII type, aperture tube diameter of 50 μm used).
[0176]
(Mixed slurry process)
915 g of titanium oxide (product name: TTO-51A, average particle size: 0.02 μm, rutile type) manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd. was added to 17,000 g of the silica hydrogel slurry after the wet pulverization, and the same wet pulverizer as above was used. Two silica hydrogels and titanium oxide were mixed and dispersed.
[0177]
(Drying process)
Using a small spray dryer (GA32 type manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd.) with the concentration of the dispersed slurry, the slurry supply amount is 13 ml / min, and the spraying pressure is 1.2 kg / cm. 2 (G) Spray drying was performed at a hot air temperature of 200 ° C. to obtain fine spherical particles in which titanium oxide fine particles were dispersed and included in silica gel particles. The particle shape was almost spherical and the particle surface was smooth.
[0178]
The average particle size by a Coulter counter (MAII type, using an aperture tube diameter of 50 μm) was 5.2 μm.
The analysis result of the chemical composition of the particles is SiO 2 2 64.8% by weight, TiO 2 It was 35.2% by weight.
[0179]
(Measurement of spectral transmittance)
A paste obtained by adding 1.12 g of petroleum jelly and 0.48 g of liquid paraffin to 0.4 g of the fine spherical particles and dispersing well using three rolls is sandwiched between two 2 mm thick quartz plates, The film was spread until the thickness reached 25 μm, and the spectral transmittance was measured using a self-recording spectrophotometer.
[0180]
The transmittance was 56.3% at 500 nm, the transmittance was 41.9% at 400 nm, the transmittance was 13.0% at 360 nm, the transmittance was 7.5% at 320 nm, and the transmittance was 7.8% at 290 nm.
A scanning electron micrograph of the dried silica gel particles enclosing the metal oxide fine particles is shown in FIG.
[0181]
Example 11
(Hydrogelation process)
SiO 2 / Na 2 O = 3.0 (molar ratio), SiO 2 An aqueous solution of sodium silicate having a concentration = 21.0% by weight of 2.0 l / min and an aqueous solution of sulfuric acid having a sulfuric acid concentration = 20.0% by weight were introduced into a container equipped with a discharge port through a separate inlet, and instantly The flow rate of the two liquids is adjusted so that the pH of the liquid discharged from the discharge port into the air is 7.5 to 8.0, and the uniformly mixed silica sol solution is discharged from the discharge port. Discharge continuously into the air. The discharged liquid becomes spherical droplets in the air and gels in the air while staying in a parabola for about 1 second. Place a ripening tank filled with water at the dropping point, drop it here and let it mature. After aging, the pH was adjusted to 6 and further sufficiently washed with water to obtain a silica hydrogel. The obtained silica hydrogel particles had a spherical particle shape and an average particle diameter of 4 mm. SiO in the silica hydrogel particles 2 The weight ratio of water to weight was 4.5 times by weight, and the residual sodium in the silica hydrogel particles was 108 ppm.
[0182]
(Hydrothermal pulverization process)
Next, the silica hydrogel was coarsely pulverized to a mean particle size of 1.0 mm using a roll crusher. An autoclave with an internal volume of 50 liters equipped with an anchor type stirring blade is charged with 22,000 g of the above-ground silica hydrogel and 18,000 g of water, and SiO 2 2 Hydrothermal pulverization was performed in a slurry state having a concentration of 10.0% by weight at a temperature of 200 ° C. for 4 hours at a stirring rotation speed of 90 rpm. The pH of the silica hydrogel slurry was 6.
[0183]
The silica hydrogel particles in the slurry after the hydrothermal treatment were refined and measured with a Coulter counter (MAII type, manufactured by Coulter Electronics, using an aperture tube diameter of 280 μm), and the average particle diameter was 15 μm. In addition, SiO in the slurry after the hydrothermal pulverization treatment 2 The concentration was 10.3% by weight.
[0184]
(Wet grinding process)
The slurry was wet crushed using the same wet pulverizer as in Example 1 while maintaining the concentration. The average particle size of the silica hydrogel particles in the slurry after pulverization was 1.6 μm using a Coulter counter (MAII type, aperture tube diameter of 50 μm used).
[0185]
(Mixed slurry process)
915 g of anatase-type titanium oxide having an average particle size of 0.02 μm is added to 17,000 g of the silica hydrogel slurry after the wet pulverization, and the silica hydrogel and titanium oxide are mixed using the same wet pulverizer as described above.・ Dispersed.
[0186]
(Drying process)
Using a small spray dryer (GA32 type manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd.) with the concentration of the dispersed slurry, the slurry supply amount is 13 ml / min, and the spraying pressure is 1.2 kg / cm. 2 (G) Spray drying was performed at a hot air temperature of 200 ° C. to obtain fine spherical particles in which titanium oxide fine particles were dispersed and included in silica gel particles. The particle shape was almost spherical and the particle surface was smooth.
[0187]
The average particle diameter by a Coulter counter (using an aperture tube diameter of 50 μm) was 4.5 μm.
The result of analyzing the chemical composition of the particles is SiO 2 2 65.1% by weight, TiO 2 It was 34.9% by weight.
[0188]
[Reference Example 1]
(Hydrogelation process)
SiO 2 / Na 2 O = 3.0 (molar ratio), SiO 2 An aqueous solution of sodium silicate having a concentration = 21.0% by weight of 2.0 l / min and an aqueous solution of sulfuric acid having a sulfuric acid concentration = 20.0% by weight were introduced into a container equipped with a discharge port through a separate inlet, and instantly The flow rate ratio of the two liquids is adjusted so that the pH of the liquid discharged from the discharge port into the air is 7.5 to 8.0, and the uniformly mixed silica sol solution is discharged from the discharge port. Discharge continuously into the air. The discharged liquid becomes spherical droplets in the air and gels in the air while staying in a parabola for about 1 second. Place a ripening tank filled with water at the dropping point, drop it here and let it mature. After aging, the pH was adjusted to 6 and washed thoroughly with water to obtain a silica hydrogel. The obtained silica hydrogel particles had a spherical particle shape and an average particle diameter of 6 mm. SiO in the silica hydrogel particles 2 The weight ratio of water to the weight was 4.0 times by weight, and the residual sodium in the silica hydrogel particles was 100 ppm.
[0189]
Next, the silica hydrogel particles are evaporated in a dryer at 50 ° C. to evaporate the water in the silica hydrogel particles, and the SiO2 in the silica hydrogel particles is evaporated. 2 Silica hydrogel particles having a weight ratio of water to weight of 1.3 times by weight were obtained. The shape of the obtained silica hydrogel particles was spherical.
[0190]
(Hydrothermal pulverization process)
Next, the silica hydrogel was coarsely pulverized to a mean particle size of 1.0 mm using a roll crusher. To the autoclave having an internal volume of 50 liters equipped with an anchor type stirring blade, 12,000 g of the above coarsely pulverized silica hydrogel and 38,000 g of water were added, and SiO 2 2 Hydrothermal treatment was performed in a slurry state having a concentration of 10.4% by weight at a temperature of 200 ° C. for 24 hours and at a stirring rotation speed of 90 rpm. The pH of the silica hydrogel slurry was 6.
[0191]
Silica hydrogel particles in the slurry after hydrothermal treatment are SiO 2 Since the weight ratio of water to weight was too low, it was hardly refined, and when the slurry was passed through a 210 μm wire mesh, most of the particles remained without passing through the wire mesh.
[0192]
[Reference Example 2]
(Hydrogelation process)
SiO 2 / Na 2 O = 3.0 (molar ratio), SiO 2 An aqueous solution of sodium silicate having a concentration = 21.0% by weight of 2.0 l / min and an aqueous solution of sulfuric acid having a sulfuric acid concentration = 20.0% by weight were introduced into a container equipped with a discharge port through a separate inlet, and instantly The two liquids are adjusted so that the pH of the liquid discharged from the discharge port into the air is 7.5 to 8.0, and the uniformly mixed silica sol solution is discharged from the discharge port. Continuously released into the air. The discharged liquid becomes spherical droplets in the air and gels in the air while staying in a parabola for about 1 second. Place a ripening tank filled with water at the dropping point, drop it here and let it mature. After aging, the pH was adjusted to 6 and further sufficiently washed with water to obtain a silica hydrogel. The obtained silica hydrogel particles had a spherical particle shape and an average particle diameter of 6 mm. SiO in the silica hydrogel particles 2 The weight ratio of water to the weight was 4.5 times by weight, and the residual sodium in the silica hydrogel particles was 105 ppm.
[0193]
(Hydrothermal pulverization process)
Next, the silica hydrogel was coarsely pulverized to a mean particle size of 1.0 mm using a roll crusher. To the autoclave having an internal volume of 50 liters equipped with an anchor type stirring blade, 22,000 g of the above coarsely pulverized silica hydrogel and 18,000 g of water were added, and SiO 2 2 Hydrothermal treatment was performed in a slurry state having a concentration of 10.0% by weight at a temperature of 120 ° C. for 24 hours at a stirring rotation speed of 90 rpm. The pH of the silica hydrogel slurry was 6.
[0194]
The silica hydrogel particles in the slurry after the hydrothermal treatment are hardly refined because the temperature of the hydrothermal treatment is not sufficiently high. When the slurry is passed through a 210 μm wire mesh, most of the particles do not pass through the wire mesh. It has remained.
[0195]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a production method in which fine particles of silica gel can be obtained with high productivity by hydrothermally pulverizing silica hydrogel and drying it by means such as spray drying.
[0196]
Moreover, according to this invention, the novel manufacturing method of the microparticulate silica gel which encloses the metal compound fine particle which does not use a solvent in a particle | grain is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a scanning electron micrograph showing the surface structure of dry silica gel particles.
FIG. 2 is a scanning electron micrograph showing the surface structure of dry silica gel particles.
FIG. 3 is a scanning electron micrograph showing the surface structure of dry silica gel particles.
FIG. 4 is a scanning electron micrograph showing the surface structure of dry silica gel particles enclosing metal oxide fine particles.
FIG. 5 is a scanning electron micrograph showing the surface structure of dry silica gel particles enclosing metal oxide fine particles.

Claims (12)

微小粒子状シリカゲルを製造する方法において、(1) アルカリ金属珪酸塩と鉱酸とを反応させ、SiO2 の重量に対する水の重量の比率が、1.5〜5.0重量倍であるシリカヒドロゲルを得るヒドロゲル化工程、(2) 得られたシリカヒドロゲルを、SiO2 濃度が5.0〜15.0重量%のスラリー状態で攪拌下水熱処理し、平均粒子径100μm以下の微細化したシリカヒドロゲルスラリーとする水熱微粉砕工程、及び(3) 当該微細化したヒドロゲルスラリーを乾燥する乾燥工程からなることを特徴とする微小粒子状シリカゲルの製造方法。In the method for producing a microparticulate silica gel, (1) a silica hydrogel in which an alkali metal silicate is reacted with a mineral acid, and the ratio of the weight of water to the weight of SiO 2 is 1.5 to 5.0 times by weight. (2) The obtained silica hydrogel is hydrothermally treated with stirring in a slurry state having a SiO 2 concentration of 5.0 to 15.0% by weight to obtain a refined silica hydrogel slurry having an average particle size of 100 μm or less. And a hydrothermal pulverization step, and (3) a drying step of drying the refined hydrogel slurry. ヒドロゲル化工程で平均粒子径0.1mm以上のシリカヒドロゲルを得、これを水熱微粉砕工程で平均粒子径20μm以下に微細化したシリカヒドロゲルスラリーとする請求項1記載の製造方法。 The process according to claim 1, wherein a silica hydrogel having an average particle size of 0.1 mm or more is obtained in the hydrogelation step, and this is made into a silica hydrogel slurry refined to an average particle size of 20 µm or less in the hydrothermal pulverization step. ヒドロゲル化工程で平均粒子径0.5mm以上のシリカヒドロゲルとする請求項2記載の製造方法。 The production method according to claim 2, wherein a silica hydrogel having an average particle diameter of 0.5 mm or more is formed in the hydrogelation step. ヒドロゲル化工程で得られたシリカヒドロゲルを水熱微粉砕工程を行う前に水洗する工程を含む請求項1〜3の何れかに記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 3, comprising a step of washing the silica hydrogel obtained in the hydrogelation step with water before performing the hydrothermal pulverization step. 乾燥工程を、気流乾燥機、噴霧乾燥機または媒体流動層乾燥機により行う請求項1〜4の何れかに記載の製造方法。 The manufacturing method in any one of Claims 1-4 which performs a drying process with an airflow dryer, a spray dryer, or a medium fluidized bed dryer. 粒子内に、酸化チタン、過酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化銀、酸化第一銅、酸化第二銅、酸化第一コバルト、四三酸化コバルト、酸化第二コバルト、酸化第一ニッケル、酸化第二ニッケル、酸化トリウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、二酸化マンガン、三酸化マンガン、酸化ウラン、酸化トリウム、酸化ゲルマニウム、酸化第一錫、酸化第二錫、一酸化鉛、四三酸化鉛、二酸化鉛、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン及び三酸化ビスマスからなる群より選択される微小金属化合物微粒子を内包する微小粒子状シリカゲルを製造する方法において、(1) アルカリ金属珪酸塩と鉱酸とを反応させ、SiO2 の重量に対する水の重量の比率が、1.5〜5.0重量倍であるシリカヒドロゲルを得るヒドロゲル化工程、及び(2) 得られたシリカヒドロゲルを、SiO2 濃度が5.0〜15.0重量%のスラリー状態で攪拌下水熱処理し、平均粒子径100μm以下の微細化したシリカヒドロゲルスラリーとする水熱微粉砕工程からなる微細化シリカヒドロゲルスラリーの調製工程とともに、(3) 当該微細化シリカヒドロゲルスラリー中に上記金属化合物微粒子を導入しシリカヒドロゲル微粒子と金属化合物微粒子との混合スラリーを得る混合スラリー化工程を有し、さらに、(4) 当該混合スラリーを乾燥する乾燥工程を実施することを特徴とする上記微小金属化合物微粒子を内包した微小粒子状シリカゲルの製造方法。In the particles, titanium oxide, titanium peroxide, zinc oxide, cerium oxide, ferrous oxide, ferric oxide, zirconium oxide, chromium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, silver oxide, cuprous oxide, second oxide Copper, Cobalt oxide, Cobalt tetroxide, Cobalt oxide, Nickel oxide, Nickel oxide, Thorium oxide, Tungsten oxide, Molybdenum oxide, Manganese dioxide, Manganese trioxide, Uranium oxide, Thorium oxide, Oxidation Microscopically encapsulating fine metal compound fine particles selected from the group consisting of germanium, stannous oxide, stannic oxide, lead monoxide, lead trioxide, lead dioxide, antimony trioxide, antimony pentoxide and bismuth trioxide. a method for producing a particulate silica, (1) reacting an alkali metal silicate and a mineral acid, relative to the weight of SiO 2 The ratio of the weight, hydrogel step of obtaining the silica hydrogel is from 1.5 to 5.0 times by weight, and (2) obtained silica hydrogel, SiO 2 concentration of 5.0 to 15.0 wt% Along with the preparation process of a refined silica hydrogel slurry consisting of a hydrothermal pulverization process that is hydrothermally treated with stirring in a slurry state to obtain a refined silica hydrogel slurry having an average particle size of 100 μm or less, (3) In the refined silica hydrogel slurry It has a mixed slurry to obtain a mixed slurry of silica hydrogel particles and metal compound particles by introducing the metal compound fine particles, further, above which comprises carrying out the drying step of drying (4) the mixed slurry A method for producing a fine particulate silica gel containing fine metal compound fine particles. ヒドロゲル化工程で平均粒子径0.1mm以上のシリカヒドロゲルを得、これを水熱微粉砕工程で平均粒子径20μm以下に微細化したシリカヒドロゲルスラリーとする請求項6記載の製造方法。 The process according to claim 6, wherein a silica hydrogel having an average particle size of 0.1 mm or more is obtained in the hydrogelation step, and this is made into a silica hydrogel slurry refined to an average particle size of 20 µm or less in the hydrothermal pulverization step. ヒドロゲル化工程で平均粒子径0.5mm以上のシリカヒドロゲルとする請求項7記載の製造方法。 The production method according to claim 7, wherein the hydrogelation step is carried out to obtain a silica hydrogel having an average particle size of 0.5 mm or more. ヒドロゲル化工程で得られたシリカヒドロゲルを水熱微粉砕工程を行う前に水洗する工程を含む請求項6〜8の何れかに記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 6 to 8, comprising a step of washing the silica hydrogel obtained in the hydrogelation step with water before performing the hydrothermal pulverization step. 乾燥工程を気流乾燥機、噴霧乾燥機または媒体流動層乾燥機により行う請求項6〜9の何れかに記載の製造方法。 The manufacturing method in any one of Claims 6-9 which performs a drying process with an airflow dryer, a spray dryer, or a medium fluidized bed dryer. 混合スラリー中における、金属化合物微粒子の重量のシリカヒドロゲルのSiO2 重量に対する割合が5〜80重量%である請求項6〜10の何れかに記載の製造方法。In the mixed slurry, the production method according to any one of claims 6-10 ratio SiO 2 by weight of the weight of the silica hydrogel of the metal compound fine particles is 5 to 80 wt%. 金属化合物微粒子が、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化鉄及び酸化ジルコニウムからなる群より選択される微粒子である請求項6〜11の何れかに記載の製造方法。 The method according to any one of claims 6 to 11, wherein the metal compound fine particles are fine particles selected from the group consisting of titanium oxide, zinc oxide, cerium oxide, iron oxide and zirconium oxide.
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