JPH02258308A - 易分散性ケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物の製造方法 - 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］ 本発明は易分散性を有するケイ酸マグネシウム含有粘土
鉱物の製造方法に関する。ケイ酸マグネシウム含有粘土
本物は、例えばセメント系ボードの製造を中心とした建
材分野や土木工事におけるポーリング用泥水またはセメ
ント混合物等の粘度調整剤として、さらには塗料、接着
剤、あるいは農業用資材に至る広範な分野に利用可能で
ある。

［従来の技術］ セビオライト、アタパルジャイト等のケイ酸マグネシウ
ム含有粘土鉱物は、結晶形状が繊維状であり、さらにそ
の表面に多数の水酸基を有することから、液体中に分散
させると優れた増粘性や揺変性を発揮し、粘度調整剤等
として種々の用途への利用が期待されている。

ところで、ケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物を工業的に
利用するに当たっては、原石を粉砕して粉末状等の使用
しやすい形状に加工する必要がある。ところが、ケイ酸
マグネシウム含有粘土鉱物の原石は固い凝集体となって
おり、単に粉砕しただけでは凝集が容易に解けず、分散
性が低いため、本来の増粘効果を充分発揮することがで
きなかった。

そこで、ケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物を微粉化する
方法につき、従来より様々な研究がなされており、例え
ば特開昭５６−１１８７５１号公報には、原石を粒径約
１論〜１００Ｗ１程度に粗粉砕した後、さらに水等の液
体で膨潤させ、スタンプミル等の装置を用いて叩撃粉砕
することにより微細化する方法が開示されている。

しかしながら、上記従来の方法では、微細化に際し、ス
タンプミル等の装置を用いて叩撃粉砕しているため、液
体をクツションとして衝撃を緩和させてはいるものの、
繊維状結晶の切断や表面の水酸基の離脱を防止できず、
増粘効果に悪影響を及ぼすという問題があった。また、
分散性についても十分ではなかった。

［発明が解決しようとする課題］ しかして、本発明の目的は、液体中に容易に分散し、か
つ優れた増粘性や揺変性を発揮する、易分散性ケイ酸マ
グネシウム含有粘土鉱物の製造方法を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明者等は、上記実情に鑑み鋭意研究した結果、原石
の粗粉砕に引続いて、剪断力、すなわち、すりつぶす、
こするという作用を加えて微粉砕すること、その後注水
して混合、混練を行なうことにより、液体中に容易に分
散し、優れた特性を発揮するケイ酸マグネシウム含有粘
土鉱物が得られることを見出だした。

本発明における、易分散性ケイ酸マグネシウム含有粘土
鉱物の製造工程は以下の４工程、すなわち、 ケイ酸マグネシウム質含有粘土鉱物の原石を粗粉砕する
粗粉砕工程と、 得られた粗粉砕物に剪断力を加えることにより微粉砕す
る微粉砕工程と、 得られた微粉砕物に、水分含有量が５５〜６５重量％に
なるように水または水性溶液を添加し、混合する注水混
合工程と、 得られた混合物を、水分含有量５５〜６５重量％の条件
で混練する混練工程とからなる。

本発明において、ケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物とは
、ケイ酸マグネシウムを主成分とする粘土鉱物で、繊維
状あるいは針状の微結晶の集合体からなり、その表面に
は反応性に富む水酸基を有する。また、ケイ酸マグネシ
ウム含有粘土鉱物は含水性で、それ自身多量の水を吸収
する性質がある。

具体的には、含水マグネシウムシリケートを主成分とす
るセビオライト（Ｓｅｌ）ｉｏｌｉｔｅ　）　、含水マ
グネシウムアルミニウムシリゲートを主成分とするパリ
ゴルスカイト（Ｐｏｔソｇｏｒｓｋｉｔｅ）、アタパル
ジャイト（Ａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅ　）等が挙げられる
。また、通称、マウンテンコルク（Ｍｏｕｎｔａｉｎ　
　ｃｏｒｋ）マウンテンレザ（Ｍｏｕｎｔａｉｎ　　１
ｅａｔｈｅｒ　）　、？ランテンウッド（Ｍｏｕｎｔａ
ｉｎ　　ｗｏｏｄ）等とも呼ばれ、日本における海泡石
もこの一種である。

鉱山で採堀した原石から、ケイ酸マグネシウム含有粘土
鉱物を製造する工程を順を追って説明する。

鉱山で採堀した原石は、頭骨大のものを含むので、粗粉
砕工程で、まず原石を拳大のサイズまで粗粉砕する。こ
こで、使用される粉砕機としては、ショークラッシャ、
ジャイレトリークラッシャ、クラツシングロール、イン
パクトクラッシャ、ディスインテグレータ等が適する。

粗粉砕工程におけるケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物中
の水分含有量は、４０重量％以下とすることが望ましく
、水分含有量が少ない方が粉砕効率は良くなる。

粗粉砕物は、次いで微粉砕工程に付される。この工程で
は剪断力、すなわち、すりつぶす、こするといった作用
によって粉砕することが必要不可欠であり、後工程に多
大な影響を及ぼす条件となる。

微粉砕工程後のケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物の粒径
は、２００μｍ以下、好ましくは４０μｍ〜２００μｍ
の範囲にあることが望ましい。粒径が４０μｍより小さ
い粒子が多いと、粉砕の力によって結晶構造の破壊や表
面にある水酸基の欠落が起きているものが多く含まれる
ことになり、また、後工程で混練を行なう際、小さい粒
子には応力がかかりにくいため、繊維状微結晶の束がほ
ぐれにくくなるので好ましくない。

また、２００μｍより大きい粒子が多いと、後工程の混
練工程において粒子の微細化が進まず、繊維状までほぐ
れずに残るものが含まれるので、易分散性が低下するお
それがある。

微粉砕工程におけるケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物の
水分含有量は、使用する粉砕機の種類によっても異なる
が、約２０〜３５重量％の範囲に保つことが好ましい。

水分含有量が低すぎると粉砕時のショックがケイ酸マグ
ネシウム含有粘土鉱物の結晶組織まで影響し、結晶構造
の破壊が起きやすい。また、水分含有量が高すぎると粒
子が再結合したり、装置内に付着したりして粉砕効率が
低下するので、この場合には、水分含有量が３５重量％
以下となるように、粉砕前に予め乾燥させることが望ま
しい。

なお、ケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物は、前述したよ
うに、その構造中に結晶水あるいは構造水等として水分
を含有し、さらに水を吸着する性質を有するので、通常
状態で水分含有量が上記範囲を下回ることはほとんどな
い。

微粉砕工程で使用される装置としては、ローラミル（レ
イモンドミル、ロッシェミル等）が適する。パンミル（
フレットミル、マラー型粉砕機等）でも良く、いずれも
すりつぶす作用、こする作用で粉砕する方式のものであ
る。

注水混合工程は、混練工程の前工程となり、ケイ酸マグ
ネシウム含有粘土鉱物の微粉砕物に均一に水を含ませて
混練しやすい粘度に調整する工程である。水量外の水性
溶液、例えばアルコール類を含有する水等を用いてもも
ちろんよい。

混練効果が最も発揮されやすい粘度とするために、水分
含有量を５５〜６５重量％の範囲とすることが望ましく
、水分含有量が５５重量％以下になると混練機に負荷が
かかり過ぎたり、粒子が固結してしまい、混練できなく
なる。含有量が６５重量％以上になると、粒子間ですべ
りが生じ、剪断力が加わらず、混練効果が出ない。

微粉砕物に注水すると、急激な粘度上昇が起こる。従っ
てこの工程では捏和や混練操作を行なう装置が適する。

このような装置としては各種型式のものが使用でき、具
体的にはブレード型に分類されるニーダ−ミキサやスパ
イラルミキサが適する。

混練工程は、均一に水を含ませ適当な粘度に調整した微
粉砕物に、強力な圧縮、剪断、圧延、折りたたみ等の作
用を加えて、繊維状微結晶の凝集をほぐす工程である。

混練効果が最も発揮されやすい粘度とするためには、水
分含有量を５５〜６５重１％の範囲とすることが望まし
い、水分含有量が５５重１％以下になると高い粘性のた
めに混練機に負荷がかかり過ぎたり、粒子が固結してし
まい、混練できなくなる。含有量が６５重量％以上にな
ると、粒子間ですべりが生じ、剪断力が加わらず、混練
効果が出ない。

混練工程では、高粘性用の混練機を用いることが好まし
く、オーガ型混練機またはニーダのようなブレード型の
ものがよい。混練効果、連続作業メリット等を考慮する
とオーガ型混練機が最適である。オーガ型混練・機は真
空土練機とも呼ばれていたもので強力な混練作用を有し
、オーガによる圧縮、スクリーン状ダイスから押出され
ることによる剪断、オーガとトラフ壁との摩擦によるへ
らなでが強力に行なわれる。

このように、注水混合後、水を含ませた状態で強力に混
練を行なうことにより、凝集していた繊維状微結晶の束
がほぐれ、良好な分散性を示すケイ酸マグネシウム含有
粘土鉱物が得られる。

混練工程を経た段階で得られるケイ酸マグネシウム含有
粘土鉱物は、水分含有量が５５〜６５重量％の粘土状で
ある。

得られたケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物を工業的に利
用する場合には、この粘土状のものをそのまま用いるこ
とができる。具体的には、例えばセメント系混合物を製
造する場合に粘土状のケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物
を添加して混合することにより、混合物の粘度調整を行
なうことができる。この場合には取扱い作業中に粉塵が
でないメリットがある。

また、混練工程を経た粘土状のケイ酸マグネシウム含有
粘土鉱物を乾燥させ、粉末状あるいは柱状の製品として
もよく、軽量化するので運搬作業や取扱い作業が容易に
なる。

この場合には、まず、乾燥性を良くするために、粘土状
のケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物を、押出し造粒する
。押出し造粒は、直径３〜６■の穴を有するダイスを用
いて行なうと後の乾燥性、取扱い性が向上する。

乾燥は、押出し造粒したものを、室温で自然乾燥するこ
とが望ましい。１００℃以上の高温での急激な乾燥は、
繊維状結晶の変形や収縮が急に起きるため、分散性が低
下するおそれがある。乾燥によりケイ酸マグネシウム含
有粘土鉱物の水分含有量が約５０重量％以下になると、
柱状晶相互の粘着性が低減し、取扱いやすくなる。好ま
しくは、水分含有量が約１５〜３０重量％の範囲となる
ようにする。

粉末状とする場合には、乾燥後、再びローラミルまたは
パンミルを用いて粉砕し、所望の粉末を得る。ただし、
この場合も繊維状微結晶の破壊等を考慮すると、粒径は
４０μｍ以下にならないようにすることが好ましい。

［作用］ ケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物の示す優れた増粘性は
、その繊維状の結晶構造や、反応性に富む表面の水酸基
が大きく寄与している。

本発明においては、粗粉砕物を微粉砕する工程を、剪断
力を利用してすりつぶすことにより行なっており、これ
によりケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物の繊維状の結晶
構造や表面の水酸基を破壊することなく微粉化できるも
のと思われる。

また、微粉砕工程に引続いて、注水混合工程、混練工程
に供することにより、凝集固化している繊維状結晶の束
が十分にほぐれて、分散性を向上させる。しかも注水混
合工程、混練工程における水分含有量を所定範囲とする
ことでこの混練効果が促進され、ケイ酸マグネシウム含
有粘土鉱物の有する増粘性を有効に発揮できるものと思
われる。

［実施例］ 次に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明
はその要旨を越えない限り以下の実施例により何等限定
されるものではない。

実施例１ 頭骨大のトルコ産セピオライト原石をインパクトクラッ
シャ（ハゼマグ社、インペラータイプ）で拳大のサイズ
に粗粉砕した。

粗粉砕物をリングローラーミル（検氷工業（株）製）で
風力分級を同時に行ないながら微粉砕し、粒度１００メ
ツシユ（２００μｍ）アンダーの微粉末を得た。この時
、微粉砕後の微粉末の水分含有量は、約２３重量％であ
った。

得られた微粉末をスパイラルミキサタイプの万能混合撹
拌機に入れ、水を注入した後、３分間撹拌して粘土状の
粘稠な混合物を得た。この一部を分取して電子式水分計
〈島津製作所（株）製、ＥＢ−２８０ＭＯＣ型）で測定
した水分含有量は６１重量％であった。

次いで、この混合物を真空式土練成形機（高浜工業（株
）製、ＭＰＭ−１２ＯＮ型）の投入口に入れ、オーガに
よる圧縮、剪断力を加えて混練した。この作用により、
よく混練された粘土状のセビオライトを得た。これを、
乾燥しやすくするために双軸造粒機（不二パウダル（株
）製、ＥＸＤＦ−前押出型）に直径３ｒｌｎの穴を有す
るダイスをセットして押出造粒を行なった。押出された
柱状晶は互いに付着しやすいので、１０】程度押出され
る毎に切取って乾燥用金網の上に静かに載せた。

この柱状晶を室内に放置して自然乾燥しな。２日間放置
し、乾燥固化させた後、これを平板で押さえて、２〜１
０Ｗ１程度のセとオライド柱状品を得た。このものの水
分含有量を測定したところ１７重１％であった。また、
得られた柱状晶の収量は、原石の重量に対して９３％で
あった。

上記のようにして得たセビオライト柱状晶１５ｇを、水
３００ｇに添加し、ホモディスパ（特殊機化工業（株）
製）を用いて、撹拌回転数１１００Ｏｒｐで水懸濁液を
調製したときの撹拌時間と懸濁液粘度の関係を第１図に
示す。粘度はＢ型粘度計を使用し、ロータ回転数６Ｏｒ
ｐｍで測定した。

なお、比較例１として、セビオライト原石を粗粉砕した
後、リングローラーミルを用いて１００メツシユアンダ
ーの微粉末としたものにつき、同様の試験を行ない、結
果を第１図に併せて示した。

図において、本発明の方法で得られたセビオライトを用
いた場合には（実施例１）、撹拌直後から急激に粘度が
上昇して５分以内に３００ｃＰの粘度に達し、優れた増
粘特性を示しな。これに対し、注水混合および混練の工
程を行なわない比較例１のものでは、粘度の上昇は緩や
かで、３０分間撹拌しても粘度は２０ｃＰであった。

また、実施例１および比較例１で得たセとオライド表面
の結晶構造を、走査型電子顕微鏡にて観察し、写真を撮
影してそれぞれ第２図、第３図として示した（倍率１０
０００倍）、注水混合および混練の工程を行なわない比
較例１のものは、繊維状結晶の凝集が見られるのに対し
く第３図）、実施例１のものは（第２図）、凝集してい
たセとオライドの結晶が、繊維状によくほぐれた状態に
変化していることがわかる。

次に、実施例１のセとオライドを、土木分野で使用され
るセメントミルクに添加した場合の増粘効果を調べた。

セメント４００ｇと水８００ｇからなるセメントミルク
に、セビオライトを所定量添加し、ホモディスパを用い
て撹拌しな。撹拌条件は、現場での条件に合わせて１５
００ｒｐｍ、３分間とした場合と、よりハイレベルな条
件である４０００ｒｐｍ、３分間とした場合のそれぞれ
につき、添加量に対するセメントミルクの粘度の変化を
第４図に示した。粘度はファンネル粘度計で計測した値
で、５００　ｍｌのセメントミルクが計測容器から流れ
落ちる時間で示した。

また、市販の粘度調整剤であるＮａ型ベントナイト（ク
ニミネ工業（株）製、商品名「クニミネボンド」）を用
いた場合のセメントミルクの増粘効果を調べ、比較例２
として第４図に併記した。

第４図に明らかなように、例えば粘度を２０（秒）から
目標値２５（秒）まで上げたいとき、比較例２では、１
５００ｒｐｍで８０ｇ要したのに対し、実施例１ではそ
の半分の４０ｇで目標値に達した。また、４００Ｏｒｐ
ｍでは、さらに効果の違いが著しく、実施例１では比較
例２の３分の１量で目標値に達した。このことから本発
明の方法で得られたセビオライトはセメントミルクの粘
度調整剤として優れた性能を有することがわかった。

比較例３、比較例４ 微粉砕工程で使用する粉砕機を、ホンカワミクロン（株
）製スーパーミクロンミルに変更した以外は、実施例１
と同様の方法でセとオライド柱状品を調製し、比較例３
とした。この粉砕機は衝撃式微粉砕機であり、軸方向に
気流ととしに原料を送り、高速回転するハンマで粉砕す
る。

同様に、粉砕機を、ホンカワミクロン（株）製ＡＣＭパ
ルベライザに変更した場合を比較例４とした。この粉砕
機も衝撃式微粉砕機であり、原料を高速回転するビンデ
ィスクで粉砕する。

このようにして得られたセビオライト各１５ｇを、水３
００ｇにそれぞれ添加し、実施例１と同様にして、ホモ
ディスパで１１０００ｒｐにて１０分間撹拌して懸濁液
を調製し、Ｂ型粘度計にて粘度を測定した。結果を、実
施例１における結果とともに第１表に示した。

また、水３００ｇの代わりに、３％濃度の食塩水３００
ｇを用いて同様の試験を行なった結果を第１表に併記し
た。

口ワヨ 第 表 第１表の結果より、得られるセとオライドの特性は、微
粉砕工程における粉砕方法により大きく左右されること
がわかる。すなわち、高速回転するハンマやビンディス
クによる衝撃式粉砕では十分な粘度上昇が生じず、すり
つぶし等の剪断力による粉砕が有効であることがわかっ
た。これは、衝撃式粉砕では、衝撃力によるセとオライ
ドの繊維状結晶構造の切断や局部的に高温化することに
よる水酸基の離脱が生じ、増粘効果が十分発揮できなく
なるものと考えられる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、凝集固化している繊維
状結晶の束が十分にほぐされ、優れた分散性を示すケイ
酸マグネシウム含有粘土鉱物が得られる。しかも、繊維
状の結晶構造を破壊することなく微粉化することができ
るので、増粘性等の特性を著しく向上させることができ
、粘土調整剤等として優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例における水懸濁液の撹拌時間と懸
濁液粘度の関係を示す図、第２図は本発明により得られ
たケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物の結晶構造を示す走
査型電子顕微鏡写真（倍率１００００倍）、第３図は従
来のケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物の結晶構造を示す
走査型電子顕微鏡写真（倍率１００００倍〉、第４図は
ケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物の添加量とセメントミ
ルクの粘度の関係を示す図である。 第 図 撹拌時間　（ｍｉｎ） 第 図 滲 加 暑 （Ｃｌ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物の原石を粗粉砕
   する粗粉砕工程と、 得られた粗粉砕物に剪断力を加えることにより微粉砕す
   る微粉砕工程と、 得られた微粉砕物に、水分含有量が５５〜６５重量％に
   なるように水あるいは水性溶液を添加し、混合する注水
   混合工程と、 得られた混合物を、水分含有量５５〜６５重量％の条件
   で混練する混練工程とからなることを特徴とする易分散
   性ケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物の製造方法。
2. （２）微粉砕工程で得られる微粉砕物の粒径が２００μ
   ｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の易分散性
   ケイ酸マグネシウム含有粘土鉱物の製造方法。
3. （３）混練工程において、強力な圧縮、剪断、圧延、折
   たたみ、またはへらなでによる作用で混練を行なうこと
   を特徴とする請求項１記載の易分散性ケイ酸マグネシウ
   ム含有粘土鉱物の製造方法。