JPH01126216A - シリカゾルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリカゾル０製造法に関するものである。

シリカゾルはシリカの微小粒子が水に分散した水性コロ
イドであり、接着剤、研磨剤、繊維処理剤、ロストワッ
クス鋳造用バインダー等として種々の工業分野において
広く利用されている。

〔従来の技術〕

シリカゾルの製造法としては、酸中和法、イオン交換法
、電気透析法、解膠法などが知られている。

これらの方法では、高濃度のシリカシ・ルな直接得るこ
とは困難であって、通常５１０２濃度２〜４ｗｔ％糧度
の低濃度のシリカゾルを生成させ、安定化した後実用的
な濃度まで濃縮することが必要である。

例えば、通常のイオン交換法においては、５ＩＯ２濃度
２〜４ｗｔ％のアルカリ金属ケイ酸塩水溶液と水素型の
イオン交換体を接触させ、希薄なシリカゾルを生成させ
た後、市販に供する２０ｗｔ％以上のシリカ濃度まで濃
縮しなければならない。

濃縮方法としては、一般に希薄なシリカゾルを加熱して
水分を除くいわゆる蒸発ｅｘａ法が知られているが、濃
縮のエネルギーコスト及び設備費がかかるという欠点が
ある。

これに対して、アルカリ金属ケイ酸塩水溶液とシリカゾ
ルの混合物を連続的に水素型のイオン交換体中に通過さ
せ、流出するシリカゾルにアルカリ金属ケイ酸塩水溶液
を混合し、この混合物を該イオン交換体へ繰り返し循環
する事によりＳ　１０２濃度１０ｗｔ％以上の高濃度シ
リカゾルを得る方法が提案されている。例えば、特開昭
４７−１７１３号において、少なくとも最初は一定速度
で循環中の水にアルカリ金属ケイ酸塩水溶液を添加し、
少なくとも最初は一定速度でこの混合物を連続的にイオ
ン交換体に通過させ、連続的に導入されるアルカリ金属
ケイ酸水溶液忙よって流出するシリカゾルのｐＨを６な
いし１０に調節し、この混合物が６０℃ないし１００℃
以下の温度を有し、かつ４ｗｔ％Ｃ達するまでのシリカ
濃度の増加する速度を規定し、流出液が必要とされるシ
リカ含有量に達するまで循環を繰り返すことによって、
濃厚なシリカゾルを製造する方法が開示されている。

この様な方法では最終的に得られるシリカゾルの濃度は
、循環開始時に用いる循環液の濃度及び量と添加するア
ルカリ金属ケイ酸塩水ｍ液の濃度及び量によって決まる
。しかしながら添加するアルカリ金属ケイ酸塩水溶液の
濃度及び量は、イオン交換体の交換容量によって制限さ
れるので、より高い濃度のシリカゾルを得るには循環液
の濃度を出来るだけ高くしなければならない。しかしな
がら、開始時忙使用できるアルカリ金属ケイ酸塩水溶液
の５ｉＯｚ濃度を高くするとゲル化しやすくなり、４ｗ
ｔ％を越えると安定にイオン交換する事が困難になる。

従って、前記の方法により高濃シリカゾルを得ようとす
ると低濃度から出発して循環を繰り返し徐々忙濃度を上
昇させる煩雑な操作が必要となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、濃厚なアルカリ金属ケイ酸塩水溶液を
、ゲル状物の析出を生ずることな（イオン交換し、濃縮
工程を全く要しないかあるいは、濃縮コストの低い高濃
度シリカゾルを簡単なプロセスで得ることができる方法
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の要旨は、アルカリ金属ケイ酸塩水ｍ液を水素型
のイオン交換体と接触させて、シリカゾルを製造する方
法において、アルカリ金属ケイ酸塩水浴液をシリカゾル
または、ケイ酸水溶液と混合した後、イオン交換繊維と
接触させてイオン交換することによる高濃度シリカゾル
の製造方法であり、以下その詳細について説明する。

本発明において使用するアルカリ金属ケイ酸塩としては
、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム等が挙げられるが
ケイ酸ナトリウムが一般的である。

シリカゾルとは、前述した様にシリカの微小粒子が水に
分散した水性コロイドである。市販されているシリカゾ
ルの多くは、粒子の直径が５５−５０ｎで、Ｓ　ｉｏ２
濃度は２０〜５０ｗｔ％であり、微量の水酸化ナトリウ
ム又はアンモニアでｐＨ８〜１０にして安定化している
。本発明の原料として用いるシリカゾルとしては特に限
定されない、上記の市販のシリカゾルでも良いし、市販
のシリカゾルを希釈したものでも良い、あるいは酸中和
、イオン交換等の方法により得たシリカゾルでも良い。

のちに述べるように本発明によってえられた製品の一部
を原料のシリカゾルとして使用してもよい。

しかしながら原料のシリカゾルは、最終的に得られるシ
リカゾルの物性に影響する。例えば、原料のシリカゾル
により得られるシリカゾルの粒子径の異なる事があるが
、粒子径をコントロールする事は可能である。例えば、
得られたシリカゾルの粒子を核とし、生長させて粒子径
を増大させたリ、粒子を溶解しより微小な粒子にしたり
、あるいは原料のシリカゾルの粒子径と同じにする事も
できるし、異なった粒子径分布を持たせる事もできる。

本発明に使用するケイ酸水溶液とは、モノケイ酸および
ジケイ酸、トリケイ酸等の低分子量のケイ酸の水浴液で
あり、例えばアルカリ金属ケイ酸塩水溶液と水素型のイ
オン交換体を接触させて、ケイ酸が重合して粒子化する
事なくイオン交換する事により、得る事ができる。

本発明においては、これらアルカリ金属ケイ酸塩水溶液
とシリカゾルまたはケイ酸水溶液を混合した後、イオン
交換繊維によってイオン交換することが必須である。

シリカゾルあるいは、ケイ酸水溶液と混合する事なくア
ルカリ金属ケイ酸塩水浴液乞単独でイオン交換させる場
合、５１０２濃度が４ｗｔ％を越えるとイオン交換体と
してイオン交換繊維を用いてもイオン交換時にゲル化す
る事があり、濃厚なアルカリ金属ケイ酸塩水浴ｅ、を直
接イオン交換し、高濃度シリカゾルを得ることはできな
い。これに対してその理由は明らかではないが、シリカ
ゾルあるいはケイ酸水溶液とアルカリ金属ケイ酸塩水溶
液を混合することＫより、ＳｉＯ２６度が４ｗｔ％を越
える場合でもゲル化を生じる事なく、イオン交換するこ
とができる。

アルカリ金属ケイ酸塩水溶液とシリカゾル又はケイ酸水
溶液の混合法については特に限定されない。例えば、ア
ルカリ金属ケイ酸塩水溶液にシリカゾルあるいは、ケイ
酸水溶液を添加しても良いし、逆にシリカゾルあるいは
ケイ酸水溶液にアルカリ金属ケイ酸塩水ｍ液を添加して
も良い、又連続的に混合しても差し支えない。

この混合割合については、高濃度シリカゾルを得る場合
、アリカリ金属ケイ酸塩水浴液のＳｉＯ２１重量部に対
して、シリカゾル又はケイ酸水溶液のＳｉＯ２を０．１
重量部以上にする。Ｓ　ｉｏ２濃度１０ｗｔ％未満の希
薄なアルカリ金属ケイ酸塩水溶液の場合は、この混合割
合は特に問題にならないが、ＳｉＯ２濃度ＩＧｗｔチ以
上の高濃度７リカゾルな直接得ようとする場合、０．１
重量部未満であるとシリカゾル又はケイ酸水溶液を添加
した効果が少な（、イオン交換繊維層内にゲル状物の析
出あるいはゲル化を生じる。

混合物のＳｉＯ２濃度は１０〜５０ｗｔ％とすることが
望ましい。１ｏｗｔ％未満でも本発明の方法を実施する
ことはできるが、高濃度のシリカゾルを直接得るという
、本願発明の主旨からいって好ましくない。一方、３０
ｗｔ％を越えるとイオン交換繊維層内にゲル状物の析出
あるいは、ゲル化を生じやすくなる。

続いて、水素型のイオン交換繊維に上記アルカリ金属ケ
イ酸塩水溶液とシリカゾル又はケイ酸水溶液の混合物を
通過させる。

イオン交換体としては、古くからポリスチロール樹脂、
フェノール樹脂、ポリアクリル樹脂等の合成樹脂にイオ
ン交換基を導入したゲル状イオン交換摘脂並びＫＭＲ型
イオン交換樹脂等の樹脂状イオン交換体の他にゼオライ
トの様な無機イオン交換体が知られている。これらイオ
ン交換体を用いてアルカリ金属ケイ酸塩とシリカゾルま
たはケイ酸の混合水溶液からシリカゾルの製造を試みた
が、イオン交換体内にゲル状物が析出したり、イオン交
換体全体がゲル化することがしばしばあり、５１０２濃
度１０ｗｔ％以上の高濃度シリカゾルを直接得ることは
困難であった。

これら従来のイオン交換体に対して特異な形状を有する
イオン交換体として、イオン交換繊維の利用が最近いく
つかの分野で試みられている。上述した様な従来のイオ
ン交換体に対して、イオン交換繊維を使用した場合、そ
の理由は明らかではないが、５１０２濃度１０ＷｔＩ％
以上の高濃度においても、ゲル状物の析出あるいはゲル
化を生じることなく、イオン交換できることを見い出し
た。

即ち、５１０２濃度Ｉ　Ｑ〜５０　ｗｔ　％　１７）７
＃カリ金属ケイ酸塩水溶液とシリカゾル又はケイ酸水溶
液の混合物をイオン交換繊維と接触させることにより、
直接高濃度シリカゾルを得ることができる。

イオン交換法としては、特に限定されない。例えば、回
分的方法により、アルカリ金属ケイ酸塩水溶液とシリカ
ゾル又はケイ酸水溶液の混合物をイオン交換繊維と接触
させても良い。あるいは上記方法により得られた高濃度
シリカゾル全量とアルカリ金属ケイ酸塩水溶液を混合し
、この混合物をイオン交換繊維と接触させる。この操作
を繰り返しても良いし、得られた高濃度シリカゾルの一
部を製品として回収し、残りをアルカリ金属ケイ酸塩水
溶液と混合し、この混合物をイオン交換繊維と接触させ
る操作を繰り返しても良い。又、連続的方法として、ア
ルカリ金属ケイ酸塩水浴液とシリカゾル又はケイ酸水溶
液の混合物を連続的にイオン交換繊維に通過させ、流出
するシリカゾルの一部又は全部をアルカリ金属ケイ酸塩
水浴液と混合し、この混合物を連続的に該イオン交換繊
維に１回ないし、多数回循環することもできる。あるい
は、その際に製品の一部を回収し循環することもできる
。

イオン交換完了の後、イオン交換繊維層内のシリカゾル
はイオン交換繊維と分離し回収する。分離方法としては
、例えば水およびガスによる押し出し、あるいは吸引等
がある。

得られる高濃度シリカゾルは、そのまま製品とすること
もできるし、更に安定化処理することもできる。安定化
法としては特に限定されないが、その安定性はｐＨに大
きく左右される。例えば、アルカリ性では安定であり長
期間の保存に対してゲル化しない。又、酸性でも比較的
安定であるが、中性附近では比較的ゲル化しやすいので
、長期保存のためには安定化処理を必要とする。

更に必要に応じて、蒸発濃縮あるいは限外濾過等により
濃縮することもできる。

以上の方法により、ゲル状物の析出あるいはゲル化を生
じることなく直接高濃度シリカゾルを得ることができる
。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば濃厚な
アルカリ金属ケイ酸塩水溶液をゲル状物の析出を生ずる
ことな（イオン交換し、濃縮工程を全く要しないかある
いは濃縮コストの低い、高濃度シリカゾルを簡単なプロ
セスにより得ることができる。

〔実施例〕

次に本発明を実施例圧より、更に具体的に説明する。

実施例１ Ｓ１０２２９．７　ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ９，６ｗｔ％の３
号ケイ酸ソーダ水靜液９０Ｉを入れたガラス襄容器忙攪
拌下において、５ｉＯ２１５，Ｏｗｔ％のシリカゾル６
１０ｇ（日産化学■、スノーテックスＳ）を加え、この
混合物を水素型のイオン交換繊維１５０ｇにチビ■製Ｉ
ＥＦ−８Ｃ０，５ミリカット）を充てんしたガラス製カ
ラム九通過させた。これによりＳｉＯ２　ｊ　４８ｗｔ
％のシリカシに７１５ｇを得た。

続いて、上記方法により得たシリカゾルと、上記ケイ酸
ソーダ水溶液９０Ｉを混合し、この混合物を該イオン交
換繊維光てんカラムへ通過させ、５１０２１８．　Ｏｗ
ｔチのシリカゾル８２０ｙを得た。

イオン交換中ゲル状物の析出等の異常は観察されなかっ
た。

実施例２ 水素型に調製したイオン交換繊維にチビ社製ＩＥＦ−８
ＣＯ，５ミリカツト）を充填したカラムに水を循環させ
ながら、該循環水に５ｉＯ２２９，７ｗｔ％の３号ケイ
酸ソーダ水浴液を徐々に添加する事により、ＳｉＯ２濃
度２０ｗｔ％のケイ酸水溶液を得た。得られたケイ酸水
溶液６１０ｇとＳ　１０２濃度２９７　ｗｔ％の３号ケ
イ酸ソーダ水浴液ＩＣＩとを混合した後、その一部を前
記と同様のイオン交換繊維充填カラムに通過させ、酸性
シリカゾルを生成させた。得られたシリカゾルと３号ケ
イ酸ソーダ水浴液とを、その混合割合が、シリカゾルの
５ｉＯ２１重量部に対して、３号ケイ酸ソーダ水浴液の
Ｓ　ｉ０２を４１重量部となる様に調整しながら、前記
混合液残部に添加混合した。引き続き、その混合液の一
部をイオン交゛換繊維充填カラムに通過させる。この様
な混合及びイオン交換操作を連続的に繰り返す事により
、ＳｉＯ２２　ｔ　Ｏｗｔ％、Ｎａ２０α４ｗｔ％のシ
リカゾル８８０Ｉｉを得た。

上述のイオン交換操作中にゲル状物の析出等の異常は観
察されなかった。

比較例１ 実施例１と同様に、ただしイオン交換樹脂（オルガノ■
製品、アンバーライトＩＢ−１２４）９使用し実施した
。

イオン交換中、イオン交換樹脂層内にゲル状物の析出が
観察された。

比較例２ 実施例２と同様に、ただしイオン交換樹脂（オルガノ■
製品、アンバーライトＩＢ−１２４）を使用し実施した
。循環を繰り返し濃度を上昇させる途中、５ｉ０２濃度
が１０ｗｔ％に達するとイオン交換樹脂層白和ゲル状物
が観察された。

比較例３ 実施例１と同様に、ただし５１０２５５　ｗｔ％のシリ
カゾル（日型化学■、スノーテックス４０）を使用し実
施した。イオン交換中イオン交換樹脂層内にゲル状物の
析出が観察された。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルカリ金属ケイ酸塩水溶液を水素型のイオン交
   換体と接触させてシリカゾルを製造する方法において、
   アルカリ金属ケイ酸塩水溶液をシリカゾル又はケイ酸水
   溶液と混合した後、イオン交換繊維と接触させてイオン
   交換することを特徴とする高濃度シリカゾルの製造方法
   。
2. （２）アルカリ金属ケイ酸塩水溶液とシリカゾル又はケ
   イ酸水溶液の混合液のシリカ濃度をＳｉＯ＿２換算で１
   ０〜３０ｗｔ％とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   方法。
3. （３）アルカリ金属ケイ酸塩水溶液とシリカゾル又はケ
   イ酸水溶液との混合割合を、アルカリ金属ケイ酸塩水浴
   液のＳｉＯ＿２　１重部に対してシリカゾル又はケイ酸
   水溶液のＳｉ＿Ｏ＿２を０．１重量部以上にする、特許
   請求の範囲第（１）又は（２）項記載の方法。