JP6198289B1 - Method for preparing silica-containing liquid - Google Patents
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Abstract
【課題】 任意の溶解液に簡便にシリカを含有させてシリカ含有液を作製することができる方法を提供する。【解決手段】 任意の溶解液２にシリカを含有させることによってシリカ含有液を作製する方法であって、溶解液２が電解質水溶液であるとともに、その水素イオン濃度はｐＨ７以上であって、溶解液２に含有させるシリカを抽出するためのシリカ含有材３と、鉄よりもイオン化傾向の小さい金属からなるイオン交換材４とを溶解液２に添加することによって、シリカ含有液１を作製することを特徴とするシリカ含有液の作製方法である。【選択図】 図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method capable of preparing a silica-containing liquid by simply adding silica to an arbitrary solution. SOLUTION: A method for producing a silica-containing liquid by adding silica to an arbitrary dissolving liquid 2, wherein the dissolving liquid 2 is an aqueous electrolyte solution, the hydrogen ion concentration thereof is pH 7 or more, and the dissolving liquid The silica-containing liquid 1 is prepared by adding the silica-containing material 3 for extracting the silica contained in 2 and the ion exchange material 4 made of a metal having a smaller ionization tendency than iron to the solution 2. This is a method for producing a silica-containing liquid. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、水道水や切削液等の任意の溶解液にシリカ（二酸化珪素：ＳｉＯ２）を含有させることによってシリカ含有液を作製する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a silica-containing liquid by adding silica (silicon dioxide: SiO 2) to an arbitrary solution such as tap water or cutting fluid.
従来、以下のような種々のシリカ含有液ないしケイ素含有液が提案されてきたところである。例えば、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン及びモノエタノールアミンよりなる群より選ばれる１又は２以上のエタノールアミン化合物を含有し、ｐＨ８．２〜１１．５であって、酸素と結合したケイ素を二酸化ケイ素換算で少なくとも０．１４ 質量％含有するケイ素含有透明水性液（例えば、特許文献１を参照。）、変性シリコーンを０．０１〜２０質量％含むことを特徴とする水性切削液（例えば、特許文献２を参照。）、少なくともフッ素イオン、炭酸水素イオン、およびケイ素からなる群より選択される１種以上とナトリウムイオンとを含有し、常温において、ｐＨ６．０〜ｐＨ１０であることを特徴とする金属加工用水（例えば、特許文献３を参照。）、植物油、鉱物油、合成油および動物油の一種もしくは二種以上から選ばれる基油４０〜９５重量％と、前記基油に分散させるための平均粒径が１〜５００μｍである層状珪酸塩化合物類の群から選ばれる一種もしくは二種以上の粉末５〜６０重量％とを含有することを特徴とする温熱間塑性加工用油性潤滑剤組成物（例えば、特許文献４を参照。）、そして珪酸カリウム及び分子内に水素原子を有しない縮合リン酸カリウム塩を含有する珪素含有液体肥料（例えば、特許文献５を参照。）等が提案されている。 Conventionally, various silica-containing liquids or silicon-containing liquids as described below have been proposed. For example, it contains 1 or 2 or more ethanolamine compounds selected from the group consisting of triethanolamine, diethanolamine and monoethanolamine, has a pH of 8.2 to 11.5, and is bonded to oxygen in terms of silicon dioxide. A silicon-containing transparent aqueous liquid containing at least 0.14% by mass (see, for example, Patent Document 1), and an aqueous cutting fluid characterized by containing 0.01-20% by mass of modified silicone (for example, Patent Document 2) A metal working water characterized by containing at least one selected from the group consisting of fluorine ions, hydrogen carbonate ions, and silicon and sodium ions, and having a pH of 6.0 to pH 10 at room temperature. (For example, see Patent Document 3), from one or more of vegetable oil, mineral oil, synthetic oil and animal oil 40 to 95% by weight of the selected base oil and 5 to 60% by weight of one or more powders selected from the group of layered silicate compounds having an average particle size of 1 to 500 μm for dispersion in the base oil And an oil-based lubricant composition for hot plastic working (see, for example, Patent Document 4), and potassium silicate and a condensed potassium phosphate salt having no hydrogen atom in the molecule Silicon-containing liquid fertilizers (see, for example, Patent Document 5) have been proposed.
上記のような種々のシリカ含有液ないしケイ素含有液は、種々の有用な目的のために用いられているが、例えば機械加工に伴う発熱の抑止及び摩擦の軽減あるいは錆の発生等を防止するために使用する切削液として用いられている。このような切削液としてのシリカ含有液ないしケイ素含有液は、砥粒の分散安定性、粘度安定性、冷却性ないし潤滑性に優れており、かつ、腐敗しにくく、機械加工に伴う発熱による発色を防止し、切削加工による切断面も滑らかであるといったように、機械加工の精度を高める効果があることが知られている（例えば、特許文献２、３、及び４を参照。）。
Various silica-containing liquids or silicon-containing liquids as described above are used for various useful purposes. For example, in order to suppress heat generation, reduce friction, or prevent rusting associated with machining. It is used as a cutting fluid used in Silica-containing liquid or silicon-containing liquid as such a cutting fluid is excellent in dispersion stability, viscosity stability, cooling property and lubricity of abrasive grains, is resistant to decay, and develops color due to heat generated by machining. It is known that there is an effect of improving the accuracy of machining such that the cut surface by cutting is smooth and the like (see, for example,
また、上記のような種々のシリカ含有液ないしケイ素含有液は、これを植物の育成に使用する液体肥料として用いると、該植物の有する病虫害抵抗性が高まる効果のあることも知られている（例えば、特許文献５を参照。）。 Moreover, it is also known that the various silica-containing liquids or silicon-containing liquids as described above have the effect of increasing the disease and insect resistance of the plants when used as liquid fertilizers used for plant growth ( For example, see Patent Document 5.)
上記のように、シリカ含有液は、種々の有用な目的のために用いられている。しかしながら、シリカのようなケイ素原子（Ｓｉ）と酸素原子（Ｏ）から構成された骨格を有する物質は、ケイ素原子（Ｓｉ）と酸素原子（Ｏ）の化学結合（シロキサン結合）からなる構成単位が三次元的に巨大であるため、通常であれば各種の溶解液に含有させることは困難である。そこで、各種の溶解液にシリカを含有させるためには、該溶解液の水素イオン濃度をｐＨ１２ないし１３に調節したり、あるいは該溶解液の温度を約８０℃に調節したりしなければならず、シリカを溶解液に含有させるための各種の作業が煩雑であるという問題があった。 As described above, silica-containing liquids are used for various useful purposes. However, a substance having a skeleton composed of silicon atoms (Si) and oxygen atoms (O), such as silica, has a structural unit composed of chemical bonds (siloxane bonds) of silicon atoms (Si) and oxygen atoms (O). Since it is three-dimensionally large, it is usually difficult to contain it in various dissolved solutions. Therefore, in order to include silica in various dissolved solutions, the hydrogen ion concentration of the dissolved solution must be adjusted to pH 12 to 13, or the temperature of the dissolved solution must be adjusted to about 80 ° C. There was a problem that various operations for incorporating silica into the solution were complicated.
そこで、本発明の解決しようとする課題は、任意の溶解液に簡便にシリカを含有させてシリカ含有液を作製することができる方法を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a method capable of preparing a silica-containing liquid by simply adding silica to an arbitrary solution.
本発明は、上記の課題を解決するために提案されたものであり、以下の構成を有するものである。以下では、本発明の構成を理解するのを補助するため、本願に添付した図面に表示した番号及び符号をあわせて記載する。 The present invention has been proposed to solve the above-described problems, and has the following configuration. Hereinafter, in order to assist in understanding the configuration of the present invention, numbers and symbols displayed in the drawings attached to the present application will be described together.
請求項１に係るシリカ含有液の作製方法は、各種の溶解液（２）にシリカを含有させることによってシリカ含有液を作製する方法であって、溶解液（２）が電解質水溶液であるとともに、その水素イオン濃度はｐＨ７以上であって、溶解液（２）に含有させるシリカを抽出するためのシリカ含有材（３）と、鉄よりもイオン化傾向の小さい金属からなるイオン交換材（４）とを溶解液（２）に添加することによって、イオン交換材（４）に係る金属イオンが溶解液（２）へと溶出して、該金属イオンが還元し、該金属イオンがシリカ含有材（３）に含有されるシリカから電子を取得し、その結果該シリカがイオン化して溶解液（２）へと溶出することで、 イオン状シリカないしコロイド状シリカを含有するシリカ含有液（１）を作製することを特徴とするシリカ含有液の作製方法である。
The method for producing a silica-containing liquid according to
請求項２に係るシリカ含有液の作製方法は、各種の溶解液（２）にシリカを含有させることによってシリカ含有液を作製する方法であって、溶解液（２）が電解質水溶液であるとともに、その水素イオン濃度はｐＨ７以上であって、溶解液（２）に含有させるシリカを抽出するためのシリカ含有材（３）と、鉄よりもイオン化傾向の小さい金属からなるイオン交換材（４）とを溶解液（２）に添加し、更にこれらを撹拌することによって、イオン交換材（４）に係る金属イオンが溶解液（２）へと溶出して、該金属イオンが還元し、該金属イオンがシリカ含有材（３）に含有されるシリカから電子を取得し、その結果該シリカがイオン化して溶解液（２）へと溶出することで、イオン状シリカないしコロイド状シリカを含有するシリカ含有液（１）を作製することを特徴とするシリカ含有液の作製方法である。
The method for producing a silica-containing liquid according to
請求項３に係るシリカ含有液の作製方法は、請求項１又は２に記載したシリカ含有液の作製方法であって、イオン交換材（４）として銅を用いてシリカ含有液（１）を作製することを特徴とするシリカ含有液の作製方法である。
The method for producing a silica-containing liquid according to
本発明に係るシリカ含有液の作製方法は、上記の通りの構成であるから、以下のような効果を奏することができる。 Since the method for producing a silica-containing liquid according to the present invention is configured as described above, the following effects can be achieved.
まず、各種のタンク等の任意の容器内に水道水や切削液等の任意の溶解液（２）を収容する。ここで、溶解液（２）は、上記の通り、電解質水溶液であるとともに、その水素イオン濃度はｐＨ７以上である。次に、溶解液（２）にシリカ含有材（３）とイオン交換材（４）とを添加する。そうすると、イオン交換材（４）に係る金属イオンが溶解液（２）へと溶出して、該金属イオンが還元し、該金属イオンはシリカ含有材（３）に含有されるシリカから電子を取得する。その結果、シリカはイオン化して上記のような本来の特性を失って溶解液（２）へと溶出し、シリカ含有液（１）を得ることができるのである。 First, arbitrary solution (2), such as a tap water and a cutting fluid, is accommodated in arbitrary containers, such as various tanks. Here, the solution (2) is an aqueous electrolyte solution as described above, and the hydrogen ion concentration thereof is pH 7 or higher. Next, the silica-containing material (3) and the ion exchange material (4) are added to the solution (2). Then, the metal ions related to the ion exchange material (4) are eluted into the solution (2), the metal ions are reduced, and the metal ions acquire electrons from the silica contained in the silica-containing material (3). To do. As a result, the silica is ionized and loses its original characteristics as described above, and is eluted into the solution (2) to obtain the silica-containing solution (1).
尚、シリカ含有液（１）を得るためには、溶解液（２）へのシリカ含有材（３）及びイオン交換材（４）の添加は同時に行っても異時に行ってもよく、また異時に行った場合にあってはそれらの添加の順序も特に問題とはならない。 In order to obtain the silica-containing liquid (1), the silica-containing material (3) and the ion exchange material (4) may be added to the dissolving liquid (2) at the same time or at different times. In some cases, the order of addition is not particularly problematic.
そうすると、請求項１に記載した発明によれば、上記のようにして、任意の溶解液に簡便にシリカを溶け込ませてシリカ含有液を作製することができるため、上記の本発明の解決しようとする課題を解決することができるのである。
Then, according to the invention described in
また、請求項２に記載した発明は、シリカ含有材（３）とイオン交換材（４）とを溶解液（２）に添加し、更にこれらを撹拌することによって、シリカ含有液（１）を作製するシリカ含有液の作製方法であるところ、上記のような反応を更に促進して、より迅速に溶解液（２）にシリカを含有させることができるため、一層好適である。
Moreover, the invention described in
そして、請求項３に記載した発明は、イオン交換材（４）として銅を用いてシリカ含有液（１）を作製するシリカ含有液の作製方法であるところ、銅は、鉄よりもイオン化傾向の小さい金属であるとともに、安価で手軽に入手することができ、かつ、無害な物質であるから、任意の溶解液に簡便にシリカを溶け込ませてシリカ含有液を作製するのには更に好適である。
The invention described in
そして、請求項１ないし３に記載したシリカ含有液の作製方法によって作製したシリカ含有液（１）は、上記のように、各種の有用な目的のために用いることができる。即ち、シリカ含有液（１）を切削液として用いると、砥粒の分散安定性、粘度安定性、冷却性ないし潤滑性に優れており、かつ、腐敗しにくく、機械加工に伴う発熱による発色を防止し、切削加工による切断面も滑らかであるといったように機械加工の精度を高める効果がある。また、シリカ含有液（１）を液体肥料として用いると、該植物の病虫害抵抗性を高めることができるのである。
The silica-containing liquid (1) produced by the method for producing a silica-containing liquid described in
本発明の一実施形態に係るシリカ含有液の作製方法について添付図面に基づいて説明する。 A method for producing a silica-containing liquid according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
まず、溶解液（２）は、電解質水溶液であり、その水素イオン濃度はｐＨ７以上であって、例えば水道水や各種の切削液を使用することができる。その水素イオン濃度がｐＨ７未満である液体を溶解液（２）として用いる場合には、該液体に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を加えて苛性化等することによって、その水素イオン濃度をｐＨ７以上に調節した溶解液（２）を得ることができる。 First, the solution (2) is an aqueous electrolyte solution, and its hydrogen ion concentration is pH 7 or higher. For example, tap water or various cutting fluids can be used. When a liquid having a hydrogen ion concentration of less than pH 7 is used as the solution (2), the hydrogen ion concentration is adjusted to pH 7 or more by adding sodium hydroxide (NaOH) to the liquid and causticizing the liquid. The dissolved solution (2) can be obtained.
次に、シリカは自然界ではそれ単体で存在することが稀有であるから、シリカ含有材（３）を溶解液（２）に溶け込ませるためのシリカを抽出するための材料として用いる。シリカ含有材（３）としては、例えばシリカが結晶化した鉱物である石英を成分とするケイ砂等を用いることができる。 Next, since silica rarely exists alone in nature, it is used as a material for extracting silica for dissolving the silica-containing material (3) in the solution (2). As the silica-containing material (3), for example, silica sand containing quartz, which is a mineral crystallized from silica, can be used.
また、イオン交換材（４）は、鉄よりもイオン化傾向の小さい金属からなる粒状物を使用し、例えば微細な銅粒等を使用することができる。銅粒は安価で手軽に入手することができ、かつ、無害な物質であるから、イオン交換材（４）として用いるのには更に好適である。 Moreover, the ion exchange material (4) uses the granular material which consists of a metal with a smaller ionization tendency than iron, for example, can use a fine copper grain etc. Since copper particles are inexpensive, easily available, and harmless, they are more suitable for use as an ion exchange material (4).
そして、図１に図示するように各種のタンク等の任意の容器内に収容した溶解液（２）にシリカ含有材（３）であるケイ砂とイオン交換材（４）である銅粒を添加する。ここで、本願発明の発明者の得た知見によれば、該銅粒に係る銅イオンが溶解液（２）へと溶出して、該銅イオンが還元し、該銅イオンはケイ砂に含有されるシリカから電子を取得する。その結果、シリカはイオン化して前述のような本来の特性を失って溶解液（２）へと溶出し、シリカ含有液（１）を得ることができるのである。 As shown in FIG. 1, silica sand (3) as silica-containing material (3) and copper particles as ion exchange material (4) are added to the solution (2) contained in various containers such as various tanks. To do. Here, according to the knowledge obtained by the inventors of the present invention, the copper ions related to the copper particles are eluted into the solution (2), the copper ions are reduced, and the copper ions are contained in the silica sand. Get electrons from the silica. As a result, the silica is ionized and loses its original characteristics as described above, and is eluted into the solution (2) to obtain the silica-containing solution (1).
また、シリカ含有材（３）とイオン交換材（４）とを溶解液（２）に添加した後、公知の各種のスターラー等を用いて撹拌することによって、上記の反応を更に促進し、より迅速に溶解液（２）にシリカを含有させることができ、一層好適である。 Moreover, after adding a silica containing material (3) and an ion exchange material (4) to a solution (2), it stirs using well-known various stirrers etc., further promotes said reaction, and more Silica can be rapidly contained in the solution (2), which is more preferable.
本願発明の発明者は、上記のようなシリカ含有液の作製方法によって、シリカ含有液（１）を作製できることを実証すべく、以下のような実験を行った。まず、実験の公正を期するために蒸留水１０００ｍｌを使用し、これに水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を加えて苛性化し、その水素イオン濃度をｐＨ１０に調整した溶解液（２）を作製した。次に、溶解液（２）にシリカ含有材（３）として２０ｍｇのケイ砂を用いるとともに、イオン交換材（４）として５ｍｇの微細な銅粒を用いて、これらを溶解液（２）に添加し、市販されているスターラーを用いて３週間連続して撹拌することによってシリカ含有液（１）を得た。 The inventor of the present invention conducted the following experiment in order to demonstrate that the silica-containing liquid (1) can be produced by the method for producing a silica-containing liquid as described above. First, in order to ensure the fairness of the experiment, 1000 ml of distilled water was used, and sodium hydroxide (NaOH) was added thereto to make it caustic, and a solution (2) in which the hydrogen ion concentration was adjusted to pH 10 was prepared. Next, 20 mg of silica sand is used as the silica-containing material (3) in the solution (2), and 5 mg of fine copper particles are used as the ion exchange material (4), and these are added to the solution (2). And the silica containing liquid (1) was obtained by stirring continuously for 3 weeks using the commercially available stirrer.
上記のシリカ含有液（１）について、以下の表に記載するように、ＪＩＳＫ０１０１−４４．１に定める工業用水試験方法に基づく測定を行ったところ、４．３ｍｇ／Ｌのイオン状シリカが含まれているとともに、ＪＩＳＫ０１０１−４４．２に定める工業用水試験方法に基づく測定を行ったところ、４．６ｍｇ／Ｌの溶存及びコロイド状シリカが含まれており、ＪＩＳＫ０１０１−４４．３に定める工業用水試験方法に基づく測定を行ったところ、８．４ｍｇ／Ｌの全シリカが含まれているとの結果が得られた。従って、上記のようなシリカ含有液の作製方法で得られたシリカ含有液（１）にはシリカが含有されていることが実証されたところである。 As described in the following table, the silica-containing liquid (1) was measured based on the industrial water test method specified in JIS K0101-14.1, and 4.3 mg / L ionic silica was contained. In addition, when the measurement was performed based on the industrial water test method specified in JISK0101-44.2, it contained 4.6 mg / L of dissolved and colloidal silica, and the industrial water test specified in JISK0101-44.3. As a result of measurement based on the method, it was found that 8.4 mg / L of total silica was contained. Therefore, it has been proved that silica is contained in the silica-containing liquid (1) obtained by the method for producing a silica-containing liquid as described above.
尚、本願発明の発明者は、上記の実験を行った際に、上記のような方法でシリカ含有液（１）を得るためには、溶解液（２）へのシリカ含有材（３）とイオン交換材（４）の添加は同時に行っても異時に行ってもよく、また異時に行った場合にあってはそれらの添加の順序も特に問題とならないとの知見も得た。 In order to obtain the silica-containing liquid (1) by the above-described method when the inventor of the present invention conducted the above-described experiment, the silica-containing material (3) to the solution (2) and The addition of the ion exchange material (4) may be performed at the same time or at different times, and when it is performed at different times, the knowledge that the order of addition is not particularly problematic was also obtained.
そうすると、上記のようなシリカ含有液の作製方法によれば、簡便に液体にシリカを含有させてシリカ含有液（１）を作製することができるのである。 Then, according to the method for producing a silica-containing liquid as described above, the silica-containing liquid (1) can be produced by simply adding silica to the liquid.
そして、上記のようなシリカ含有液の作製方法により作製したシリカ含有液（１）は、上記のように、各種の有用な目的のために用いることができる。即ち、シリカ含有液（１）を切削液として用いると、砥粒の分散安定性、粘度安定性、冷却性ないし潤滑性に優れており、かつ、腐敗しにくく、機械加工に伴う発熱による発色を防止し、切削加工による切断面も滑らかであるといったように機械加工の精度を高める効果がある。また、シリカ含有液（１）を液体肥料として用いると、該植物の病虫害抵抗性を高めることができるのである。 And the silica containing liquid (1) produced with the preparation methods of the above silica containing liquids can be used for various useful purposes as mentioned above. That is, when the silica-containing liquid (1) is used as a cutting liquid, it is excellent in dispersion stability, viscosity stability, cooling property and lubricity of abrasive grains, is resistant to decay, and develops color due to heat generated by machining. This has the effect of improving the accuracy of machining, such as preventing the cutting surface from being cut and smoothing. Moreover, when the silica-containing liquid (1) is used as a liquid fertilizer, the disease resistance of the plant can be enhanced.
１ シリカ含有液
２ 溶解液
３ シリカ含有材
４ イオン交換材
1 Silica-containing
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