JP4101338B2

JP4101338B2 - シラン処理スメクタイトの製造方法

Info

Publication number: JP4101338B2
Application number: JP33434597A
Authority: JP
Inventors: 正伸鬼形; 修古尾
Original assignee: 豊順鉱業株式会社
Priority date: 1997-12-04
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2017-12-04
Also published as: JPH11171533A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水に分散して高度のレオロジー調整機能を有するシラン処理スメクタイトを効率良く、かつ低コストにて製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、スメクタイト原鉱を水に分散させ、自然沈降法や遠心分離法によって好ましくない非粘土質を除去して抽出した精製スメクタイトが、水系塗料、その他各種の水系エマルジョン製品等のレオロジー調整剤として用いられている。しかし、この精製スメクタイトはレオロジー調整機能を有しているとはいえ、概して粘度を増大させる機能が不十分であり、多量に配合する必要があることから、目的製品の色調を損ねる等の不具合を生じることがあり、適用範囲が限定されることがあった。
【０００３】
上記精製スメクタイトの問題を解決するために、本発明者らは、特公平７−２３２１１号公報において、精製スメクタイトをアルキルトリアルコキシシランで表面処理する方法を提案している。この方法により得られるシラン処理スメクタイトは、水に分散した時にそれまでの精製スメクタイトでは達成できない高粘度性を有する、優れたレオロジー調整剤である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した、本発明者らによる方法は、先ず、精製スメクタイトを熱風循環式乾燥機で乾燥して実質的に無水の精製スメクタイトとし、それを流動混合機に移送し、この流動混合機にアルキルトリアルコキシシランを所定量加えて常温常圧下で撹拌反応させた後、反応促進および副生成物であるアルコール除去のために、精製スメクタイトとアルキルトリアルコキシシランとの攪拌混合物を再び熱風循環式乾燥機に移送して再乾燥処理を行っている。
ここで、精製スメクタイトの乾燥が不十分であると、最終製品における粘性が低下し、また攪拌混合物の再乾燥処理が不十分であると、最終製品の水分散液中に気泡が発生する等の不具合が生じるため、最終製品の性能安定のためにも精製スメクタイトの乾燥及び攪拌混合物の再乾燥を十分に行う必要がある。しかしながら、上記の製造方法においては、熱風循環式乾燥機による乾燥と、流動混合機における反応と、熱風循環式乾燥機による再乾燥との３工程に別れており、乾燥のために、精製スメクタイトの熱風循環式乾燥機から流動混合機への移送、並びに攪拌混合物の流動混合機から熱風循環式乾燥機への移送を要し、操作が煩雑であった。また、乾燥方式も精製スメクタイトや攪拌混合物に熱風を吹き付ける方式であるため、乾燥に長時間を要し、製造コストを増加させていた。
【０００５】
このように、本発明者らによる上記方法によれば、優れた粘度調整機能を有するシラン処理スメクタイトが得られるものの、乾燥処理に長時間を要し、また移送操作を要することから、製造工程における更なる改善が望まれていた。
従って、本発明の目的は、簡潔な工程で、短い処理時間で、経済的にシラン処理スメクタイトを製造し得る方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、加熱シャケットを有し、攪拌装置を内蔵する気密式反応容器内で、精製スメクタイト粉末の乾燥と、精製スメクタイト粉末とシランカップリング剤との攪拌混合と、反応促進及び副生成アルコール除去のための乾燥とを全て行うことにより、移送操作を不要にし、かつ効率良く加熱することができることを見い出し、本発明を完成するに至った。
即ち、上記の目的は、本発明の、加熱ジャケットを有し、撹拌装置を内蔵した気密式反応容器に、精製スメクタイト粉末を仕込み、減圧脱気下で加熱撹拌して精製スメクタイトの水分が１重量％以下になるまで乾燥し、次いで該気密式反応容器にシランカップリング剤を添加して常温常圧下で攪拌混合した後、減圧脱気下で加熱撹拌して副生アルコールを除去することを特徴とするシラン処理スメクタイトの製造方法により達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のシラン処理スメクタイトの製造方法に関して詳細に説明する。本発明で原料として用いる精製スメクタイト粉末としては、従来から知られた方法で得られた、非粘土質等が除去された精製スメクタイト粉末を用いることができる。
また、好ましいスメクタイトの例としては、モンモリロナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト等が挙げられる。これらは、必要に応じて複数種を併用しても差し支えない。
【０００８】
本発明で用いるシランカップリング剤としては、アルキルトリアルコキシシランが適当であり、好適にはメチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、ドデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン等が挙げられる。また、これらシランカップリング剤の仕込み量は、精製スメクタイトに対して１〜８重量％が適当であり、好ましくは２〜５重量％である。尚、これらのシランカップリング剤は、必要に応じて複数種を併用しても差し支えない。
【０００９】
本発明におけるシラン処理スメクタイトの製造は、加熱ジャケットを有し、撹拌装置を内蔵した気密式反応容器（以下、単に反応容器と呼ぶ。）内で全て行われる。以下に製造工程を詳述する。
原料となる精製スメクタイト粉末は、一般に５〜１０重量％程度の水分を含有している。そこで、先ずこの精製スメクタイト粉末を仕込み、減圧脱気下で加熱、撹拌して精製スメクタイトの水分が１重量％以下になるまで乾燥する。この乾燥は、従来の熱風循環方式とは異なり、減圧脱気下で行うために短時間のうちに完了し、製造時間の短縮と製造コストの削減に寄与する。この時の反応容器内の加熱温度は１００〜２００℃が適当であり、反応容器内の減圧の度合は絶対圧力で５００〜７５０ｍｍＨｇが適当である。
尚、最終製品の粘度を考慮すると、この水含有量は低いほど好ましいが、過剰な乾燥は製造コストの増加を招くだけである。
【００１０】
次いで、常温、常圧にて反応容器に所定量のシランカップリング剤を仕込み、攪拌して反応させる。ここで、従来のような熱風循環式乾燥機から流動式混合機への移送が不要となり、操作上の利点となる。
尚、反応時間は従来と同様である。
【００１１】
次いで、反応容器内を減圧脱気し、加熱、撹拌を行って精製スメクタイト粉末とシランカップリング剤との反応の促進と、副生アルコールの除去とを行う。この反応促進とアルコール除去は、移送操作を不要とし、また乾燥も減圧脱気下で行われるために、短時間のうちに完了し、製造時間の短縮と製造コストの削減に寄与する。
尚、この時の反応容器内の加熱温度は１００〜２００℃が適当であり、気密式反応容器内の減圧の度合は絶対圧力で５００〜７５０ｍｍＨｇが適当である。
そして、この乾燥の後、シラン処理スメクタイトが得られる。
【００１２】
上記の一連の工程に使用される反応容器は、精製スメクタイトやシランカップリング剤を気密状態で収容し、かつ前記材料を攪拌する手段を備える容器と、前記容器内を減圧するための手段と、前記容器を加熱するための手段を備えるものであれば、その構造及び構成において何ら制限させるものではないが、市場から容易に入手可能であることから、以下に述べるヘンシェルミキサや円錐型リボン混合真空乾燥機が好適である。その他にも、説明は省略するが、アトライター混合機と呼ばれる装置も好適な装置の一つである。
図１はヘンシェルミキサの概略図であるが、図示されるように、混合槽１は蓋部分と容器部分とに２分割された気密容器であり、容器部分の底部に攪拌羽２を備え、また蓋部分には真空ポンプ（図示せず）に通じるエアー抜き３が接続されている。攪拌羽２は、モータ４によりＶプーリ５を介して所定の回転数で回転される。また、混合槽１は容器部分全体が加熱ジャケット６で包囲されており、攪拌と同時に加熱されるようになっている。加熱ジャケット６は、例えば、混合槽１との空間の配管を設けて水蒸気や温水、更には温度調節のための冷水を通したり、あるいは電熱線を巻装して加熱する構成となっている。更に、混合槽１には、処理後の製品を取り出すための排出部７が容器部分の底部に連結されている。尚、排出部７における気密は弁８により開放または保持される。
【００１３】
図２は円錐型リボン混合真空乾燥機の概略図であるが、図示されるように、円錐型の混合槽１は気密構造で、その内部に螺旋リボン回転翼９を備え、またその大径側上面には材料の投入口（図示せず）及び真空ポンプ（図示せず）に通じるエアー抜き３が接続されている。螺旋リボン回転翼９は混合槽１の軸方向に配置された複数枚の円環状の板をリボン状の薄板により相互に連結したものである。また、リボン幅は混合槽１の大径側（図中上部）に向かうほど広くなっており、軸方向の各断面における材料の輸送割合が略等しくなるように設計されている。この螺旋リボン回転翼９は、モータ４に連結して所定の回転数で回転され、混合槽１に投入された材料は、螺旋リボン回転翼９により、混合槽１の内部を矢印で示される如く循環する。混合槽１の大径側端部には、攪拌に伴う材料の偏析を防止するための渦流ブレーカ１０が付設されている。
また、混合槽１はその概全体を加熱ジャケット６で包囲されており、攪拌と同時に加熱されるようになっている。加熱ジャケット６は、例えば、混合槽１との空間の配管を設けて水蒸気や温水、更には温度調節のための冷水を通したり、あるいは電熱線を巻装して加熱する構成となっている。また、混合槽１の底部には処理後の製品を取り出すための排出部７が付設されている。尚、排出部７における気密は弁８により開放または保持される。
【００１４】
【実施例】
以下に実験例を挙げて本発明を更に明確にするが、本発明はその趣旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
アメリカ・ワイオミング州産ベントナイトを精製して得た精製ベントナイト粉末（水分５．２４重量％）３．５ｋｇを槽温度が１１０℃に設定された流動式混合機（三井三池加工機製ヘンシェルミキサーＦＭ１０Ｂ；槽内容積１０リットル）に仕込み、絶対圧力５００ｍｍＨｇの減圧下で脱気しつつ、回転数２９９５ｒｐｍにて撹拌して乾燥を行い、３０分経過毎に槽内の精製ベントナイト粉末の上層部分および中層部分の水分測定を行った。結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】

【００１６】
表１の結果から明らかなように、１２０分の撹拌で上層部分および中層部分の水分が１重量％以下になった。
比較のため、上記と同様の精製ベントナイト粉末を熱風循環式乾燥機にて１１０℃で乾燥したところ、水分量が０．９９重量％になるのに８時間を要した。従って、本発明によれば、精製ベントナイト粉末の乾燥に要する時間を短縮できることは明らかである。
【００１７】
次に上記１１０℃に設定した流動式混合機にて、回転数２９９５ｒｐｍで、１２０分攪拌して得た乾燥ベントナイトを室温にて冷却した後、その３．０ｋｇを秤量して槽温度が１１０℃に設定された同流動式混合機に投入し、乾燥ベントナイトに対して４重量％のメチルトリメトキシシランを投入し、絶対圧力５００ｍｍＨｇの減圧下で脱気しつつ、回転数２９９５ｒｐｍにて撹拌し、撹拌時間３０経過分毎に槽内のベントナイト粉末のサンプルを採取した。
そして、採取した各サンプルの２重量％濃度水分散液をハミルトンビーチミキサーを用いて調製し、ファン回転粘度計を用いて、測定温度２３℃にて、レオロジー測定を行った。また、分散液の泡の発生の有無を目視にて調べた。その結果を表２に示す。
【００１８】
【表２】

【００１９】
表２の結果から明らかなように、撹拌時間６０分で得られたシラン処理ベントナイトの２重量％濃度水分散液の粘度は６ｒｐｍで２０００ｃｐ、６０ｒｐｍで４１０ｃｐであった。また、分散液の泡の発生は認められず、アルコール除去も完全に行われていた。
比較のため、上記と同様の精製ベントナイト粉末を熱風循環式乾燥機にて１１０℃で７２時間乾燥して水分が１重量％以下になった乾燥ベントナイト粉末を磁製ポットミルに投入し、更に乾燥ベントナイト粉末に対して４重量％のメチルトリメトキシシランを添加して３０分撹拌した。次いで、この攪拌混合物を熱風循環式乾燥機にて１１０℃で７２時間乾燥した。
そして、得られたシラン処理ベントナイトについて、上記と同様にしてレオロジー測定を行ったところ、その粘度は６ｒｐｍで２５００ｃｐ、６０ｒｐｍで５００ｃｐであった。また、分散液の泡の発生の有無を目視にて調べたところ、認められなかった。
この実験例により、従来の方法によるシラン処理ベントナイトは、本発明の方法によるシラン処理ベントナイトと同等の性能を得るために長時間にわたる乾燥を要することが判る。
【００２０】
（実施例２）
アメリカ・ワイオミング州産ベントナイトを精製して得た精製ベントナイト粉末（水分６．３６重量％）２２．８６ｋｇを槽温度が１１０℃に設定された円錐型リボン混合真空乾燥機（大川原製作所製ＲＭ−５０ＶＤ型；槽内容積５０リットル）に投入し、リボン回転数７６ｒｐｍにて１２０分間、真空下脱気しつつ、撹拌した。この乾燥ベントナイトの水分は０．３５重量％であった。次いで、槽内の乾燥ベントナイトを１９０分かけて常温（２６℃）に冷却後、メチルトリメトキシシランを乾燥ベントナイトに対して４重量％加え、リボン回転数７６ｒｐｍにて６０分間、常圧にて撹拌した。しかる後、再び槽温度を１１０℃に昇温し、リボン回転数７６ｒｐｍにて１２０分間、真空下脱気しつつ、撹拌した。
かくして得られたシラン処理ベントナイトについて、実施例１と同様にしてレオロジー測定を行った。その結果、このシラン処理ベントナイトの２重量％濃度水分散液の粘度は６ｒｐｍで３２００ｃｐ、６０ｒｐｍで６６０ｃｐであった。また、分散液の泡の発生の有無を目視にて調べたところ、泡の発生は認められず、アルコール除去も完全に行われていた。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高品質なシラン処理スメクタイトを簡素化された工程で容易に、製造所要時間を短縮して経済的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法に使用される装置の一例（ヘンシェルミキサ）を示す概略構成図である。
【図２】本発明の製造方法に使用される装置の他の例（円錐型リボン混合真空乾燥機）を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１混合槽
２攪拌羽
３エアー抜き
６加熱ジャケット
９螺旋リボン回転翼

Claims

加熱ジャケットを有し、撹拌装置を内蔵した気密式反応容器に、精製スメクタイト粉末を仕込み、減圧脱気下で加熱撹拌して精製スメクタイトの水分が１重量％以下になるまで乾燥し、次いで該気密式反応容器にシランカップリング剤を添加して常温常圧下で攪拌混合した後、減圧脱気下で加熱撹拌して副生アルコールを除去することを特徴とするシラン処理スメクタイトの製造方法。
前記精製スメクタイトが、精製されたモンモリロナイト、バイデライト、ヘクトライトおよびサポナイトから選択された少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載のシラン処理スメクタイトの製造方法。
シランカップリング剤が、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、ドデシルトリエトキシシランおよびオクタデシルトリエトキシシランから選択された少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２に記載のシラン処理スメクタイトの製造方法。