JPH0360420A - ヒュームドシリカの水性コロイド分散液 - 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】 〔発明の産業上の利用分野〕 本発明は、ヒユームドシリカ、酸及び安定剤の水性コロ
イド分散液に関する。また、このようなコロイド分散液
の製造方法が開示される。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕極めて
小さい粒径のヒユームドシリカには多くの用途があり、
ここで水性コロイド分散液の形態でヒユームドシリカを
適用することが都合がよい。

このような用途は滑り止め床ワツクス、発泡ゴムラテッ
クス、紙被覆物、光学繊維及び石英ガラス器の製造のた
めのゾル−ゲルプロセス、並びに断熱材を含む。また、
ヒユームドシリカの水性コロイド分散液が、フリクショ
ナイジング（ｆｒｉｃｔｉｏｎ−ｉｚｉｎｇ）及び研摩
に利用される。また、ヒユームドシリカを水と組合せて
水性コロイド分散液を生成することにより、貯蔵または
輸送のためヒユームドシリカを稠密にすることが都合が
よい場合が多くある。

ヒユームドシリカは、一般に水素、酸素炎中で四塩化ケ
イ素の如きクロロシランの気相加水分解により製造され
る。全反応は、次式で表わされる。

５ｉ１４＋２Ｈ，＋Ｏ，−−−−−−・→　ＳｉＯｘ　
＋　４　ＨＣｉ！この方法に於いて、シリカのサブ旦ク
ロンの大きさの溶融球体が生成される。これらの粒子は
、衝突し融合して、長さ０．１〜０．５ミクロンの三次
元の分枝した鎖状の凝集物を形成する。冷却が非常に早
く起こり、粒子の成長を制限し、ヒユームドシリカが無
定形であることを確実にする。これらの凝集物は、順に
０．５〜４４ミクロン（３２５米国メツシュ）の大きさ
の範囲の凝集物を形成する。ヒユームドシリカは、一般
に非常に高い純度を有し、全不純物が多くの場合１００
ｐｐ１１（百万分の−）未満である。この高純度が、ヒ
ユー五ドシリ力水性分散液を多くの用途に特に有利にす
る。

多くの用途に関するその他の考慮事項は、グリッドが不
純物の主な源であることから、グリッドをヒユームドシ
リカの水性分散液から除去することである。また、グリ
ッドは分散液の多くの適用を妨害することがある。例え
ば、ラテックスゴムの凝固に際し、グリッドはゴムの構
造中の欠陥の形成をもたらし、そして半導体の単結晶の
研摩に際し、グリッドは引っかきを生じることがある。

こうして、水性分散液は高純度であることが一般に望ま
しい。純度を上げるための一つの方法は、グリッド及び
その他の不純物を除去するために水性コロイド分散液を
フィルターに通すこと（濾過とも云われる）である。水
性コロイド分散液が濾過可能であるためには、コロイド
分散液は充分低い必要があり、しかもコロイド分散液は
コロイド分散液が所望のフィルターを通過させるために
非グイラタントである必要がある。本発明の目的のため
、非ダイラタン分散液は、１０００ミクロン以下の孔径
を有するフィルターを通過する分散液である。

上記の如く、フィルターを通過する分散液の能力は、ま
た分散液の粘度に関係する。フィルターが微細である程
、即ちフィルターの孔径が小さい程、フィルターを通過
するためには、水性コロイド分散液の粘度は低いことが
必要である。当業者に理解されるように、純度を上げる
ためには、コロイド分散液は、出来るだけ微細なフィル
ターを通されるべきである。こうして、低粘度を有する
水性コロイド分散液を製造することが、一般に有利であ
る。本発明の目的には、低粘度は約１０００センチボイ
ズ未満の粘度である。

また、上記の用途及びその他の潜在的な用途に有益であ
るためには、水性コロイド分散液は固体にゲル化できな
い。ゲル化に抵抗する水性コロイド分散液の能力は、一
般に水性コロイド分散液の安定性と称される。−層安定
な水性コロイド分散液は、−層安定でない水性コロイド
分散液程早くにはゲル化しない。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、ヒユームドシリカ、酸及び安定剤の水性コロ
イド分散液であって、水中に分散された、少なくとも約
４０重量％のヒユームドシリカ、ヒユームドシリカの重
量基準で約０．００２５重量％〜約０．５０重量％の量
の酸、分散液のｐｌ（を約７〜約１２に上げるのに充分
な安定剤を含んでなる、上記の水性コロイド分散液であ
る。

また、ヒユームドシリカ、酸及び安定剤の水性コロイド
分散液、特に少なくとも約４０重量％のヒユームドシリ
カ濃度を有する水性コロイド分散液が、開示される。本
発明によれば、ヒユームドシリカの安定な非ダイラタン
トの低粘度の濾過可能な水性コロイド分散液は、第一分
散液の重量基準のヒユームドシリカ濃度が最終分散液中
に所望されるシリカの量を越えるような量で、ヒユーム
ドシリカをミキサー中で酸−水溶液中に分散し、ミキサ
ー中の第一分散液を、得られる最終分散液が所望の濃度
のヒユームドシリカを含むように、追加量の水で希釈し
、ついで安定剤を添加してヒユームドシリカ、酸及び安
定剤の最終水性コロイド分散液のｐｉを約７〜１２、好
ましくは約７．５〜約１１に調節することにより製造さ
れる。この得られる最終分散液は、必要により濾過され
てグリッド及び凝集物を除去してもよい。

ヒユームドシリカは、水単独中よりも早く水−醋酸液中
に湿潤し混合する。また、分散液は安定剤の添加により
酸性ｐＨからアルカリ性ｐＨに調節されるので、酸の添
加はミキサー中のヒユームドシリカの水性コロイド分散
液の粘度を低下する。低下された粘度は、分散液のｐＨ
が安定剤により上げられるので、分散液がゲル化するこ
とを防止することを助ける。

ヒユームドシリカの水性コロイド分散液を製造するため
、本発明の方法は、如何なる表面積を有するヒユームド
シリカを用いて使用し得る。しかしながら、本発明に従
って少なくとも４０重量％のヒユームドシリカ濃度を有
するヒユームドシリカの水性コロイド分散液を製造する
ためには、好ましくは約７５ｒｒｒ／ｇ以下、更に好ま
しくは約１０ｎｆ／ｇ〜約７５ｒＩｆ／ｇ、最も好まし
くは約３５ｒｒｆ／ｇ〜約６０ｆｆｌ／ｇの表面積を有
するヒユームドシリカが使用される。

本発明の方法の利点は、ヒユームドシリカ、酸及び安定
剤の得られる水性コロイド分散液が安定であり、しかも
非グイラタントであることである。

本発明の目的のため、“安定な”という用語は、分散液
が少なくとも１日の期間でゲル化しないことを意味する
。典型的には、本発明の方法に従って製造されたヒユー
ムドシリカの水性コロイド分散液は、少なくとも１週間
、好ましくは数週間、更に好ましくは数ケ月〜数年の期
間にわたって安定である。先に説明したように、本発明
の目的のために、“非ダイラタント°′という用語は、
１０００ミクロン以下の孔径のフィルター中をゲル化し
ないで通過する分散液の能力を表わす。典型的には、本
発明の方法に従って製造されたヒユームドシリカの水性
コロイド分散液は、２５０ξクロン以下の孔径のフィル
ター、好ましくは２５ミクロン以下の孔径のフィルター
、更に好ましくは１０ミクロン以下の孔径のフィルター
中を通過する。典型的には、本発明の方法に従って製造
されたヒユームドシリカの水性コロイド分散液の“低粘
度”は、約１０００センチボイズ未満、好ましくは約２
５０センチポイズ未満である。

本発明の別の利点は、少なくとも約４０重量％のヒユー
ムドシリカ濃度を有する、ヒユームドシリカ、酸及び安
定剤の水性コロイド分散液が数ケ月〜数数の期間にわた
って安定であり、低粘度を有し、しかも非グイラタント
であることである。低粘度及び非ダイラタント性は、水
性コロイド分散液が微細なフィルターを通過することを
可能にする。

本発明の更に別の利点は、以下の本発明の更に詳細な説
明から明らかになる。

〔発明の詳細な説明〕

本発明によれば、ミキサーは、一般に約５０％までの量
の水、好ましくは脱イオンされた水が仕込まれ、酸が水
に添加される。使用されるミキサーは、当業界に一般に
知られる高剪断ミキサーのような、分散液を生威し得る
高剪断ミキサーであることが好ましい。酸は塩酸、硫酸
、硝酸、リン酸、酢酸またはマレイン酸の如き、鉱酸ま
たは有機酸であってもよい。水に添加される酸の量は、
水に添加されて最終水性コロイド分散液を生成するヒユ
ームドシリカの量を基準とする。一般に、水に添加され
る酸の量は、水に添加されるヒユームドシリカの重量基
準で約０．００２５重量％〜約０．５０重量％、好まし
くは約０．０２重量％〜約０．１５重量％の量である。

水への酸の添加後、ミキサーが運転されて酸及び水を混
合して水−酸溶液を生威し得る。

ミキサー中に初期に仕込まれる水の比率（％）は、明ら
かに変化し得る。しかしながら、以下の説明から明らか
なように、ヒユームドシリカ及び追加の水を添加する余
地が、ミキサー中に残されるべきである。選ばれる水の
初期の量は、通常、添加されるヒユームドシリカの量及
び水性コロイド分散液中のヒユームドシリカの所望の最
終濃度を基準とする。例えば、ヒユームドシリカの水性
コロイド分散液の所望の最終濃度が約５０本量％のヒユ
ームドシリカであり、ヒユームドシリカ１００ポンド（
４５，４ｋｇ）がミキサーに添加される場合、水の初期
の量は、ミキサー中に５０重量％より大きいヒユームド
シリカの濃度を生じる量である。典型的には、本発明の
方法では、希釈前のミキサー中の分散液は、ヒユームド
シリカの水性コロイド分散液中のヒユームドシリカの所
望の最終濃度よりも少なくとも約５％大きいヒユームド
シリカ濃度を有する。その後、ミキサー中の水性コロイ
ド分散液は、追加量の水の添加により希釈されて、分散
液中のヒユームドシリカの所望の最終濃度約５０重量％
を得る。

ミキサーに水が仕込まれ、酸が水に添加された後、ヒユ
ームドシリカがミキサー中の水−酸溶液に添加される。

ヒユームドシリカは、旦キサ−が運転している間に、ヒ
ユームドシリカを水−酸混合物中に混合することにより
添加されてもよく、あるいはヒユームドシリカを水−酸
混合物に添加し、ついでミキサーを運転することにより
添加されてもよい。また、ヒユームドシリカは、ミキサ
ーが各工程間で運転している一連の工程に於いて、漸増
的に添加されてもよい。

前記の如く、本発明の方法は、如何なる表面積を有する
ヒユームドシリカを用いて利用し得る。

少なくとも約４０１ｆＸＩ−％のヒユームドシリカ濃度
を有する、ヒユームドシリカの水性コロイド分散液を製
造するためには、約７５ｎ（／　ｇ未満の表面積を有す
るヒユームドシリカが使用されることが好ましい。約１
０ｒｒｆ／ｇ〜約７５ｎｆ／ｇの表面積を有するヒユー
ムドシリカが使用されることが更に好ましく、少なくと
も約４０重量％のヒユームドシリカ濃度を有するヒユー
ムドシリカの水性コロイド分散液を生成するためには、
約３５ｒｒｆ／ｇ〜約６０％／ｇの表面積を有するヒユ
ームドシリカが使用されることが最も好ましい。

ミキサーへのヒユームドシリカの添加または夫々の添加
の直接の効果は、ミキサー中のヒユームドシリカの水性
コロイド分散液を増粘することである。しかしながら、
ミキサーが運転し続けると、ミキサー中のヒユームドシ
リカの水性分散液は低粘度になる。

ミキサー中のヒユームドシリカの水性コロイド分散液中
のヒユームドシリカの濃度（重量基準）がヒユームドシ
リカの所望の最終濃度（重量基準）より高い点まで上昇
された後、ミキサー中の分散液が低粘度になるまでミキ
サーが運転される。先に説明したように、希釈前の電キ
サー中の分散液は、ヒユームドシリカの水性コロイド分
散液中のヒユームドシリカの所望の最終濃度より少なく
とも約５％大きいヒユームドシリカ濃度を有する。

ついで、追加量の水がミキサーに添加されてミキサー中
の分散液を希釈する。この追加の水は脱イオンされてい
ることが好ましい、ついで、追加の水が、ミキサーを運
転することにより、巣キサー中の水性コロイド分散液に
混合される。添加される水の量は、分散液に添加される
安定剤を考慮して、ミキサー中のヒユームドシリカの水
性コロイド分散液のヒユームドシリカの濃度（重量基４
Ｉりを所望の最終濃度に低下する量である。

追加の水が添加された後、アルカリまたはアミンの如き
安定剤が、最終分散液のｐＨを約７〜約１２、好ましく
は約７．５〜約１１に調節する量でヒユームドシリカの
水性のコロイド分散液に添加される。

最終分散液に選ばれる特別なｐＨは、ヒユームドシリカ
の水性コロイド分散液が設計される用途に依存する。好
適な安定剤は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水
酸化リチウム、水酸化アンモニウム、トリエチルアミン
、及びジメチルエタノ−ルアξンの如き、アルカリまた
はアミンを含むが、これらに限定されない。

安定剤の添加後、ヒユームドシリカの水性コロイド分散
液が、ミキサーから取り出され、当業界で一般に知られ
ている方法のいずれかで、貯蔵され、または輸送のため
に包装し得る。また、所望により、ヒユームドシリカの
水性コロイド分散液が、フィルターに通されグリッド及
び凝集したヒユームドシリカ粒子を除去してもよい。

本発明の方法は、あらゆるヒユームドシリカ濃度の、ヒ
ユームドシリカ、酸及び安定剤の安定な非グイラタント
の低粘度の高純度の濾過可能な水性コロイド分散液の製
造を可能にする。少なくとも約４０重量％のヒユームド
シリカ濃度、更に好ましくは約４０！！１％〜約６５重
量％のヒユームドシリカ濃度を有する水性コロイド分散
液が調製し得ることは、特に注目にイ直する。ヒユーム
ドシリカ、酸及び安定剤の得られる水性コロイド分散液
は、非グイラタントであり、低粘度を有し、しかも数ヶ
月〜１年以上の期間にわたって安定である。

本発明の有効性及び利点は、以下の実施例により更に説
明される。以下の実施例は、夫々約４０重量％及び約６
５重量％のヒユームドシリカ濃度を有する、ヒユームド
シリカ、酸及び安定剤の水性コロイド分散液の製造を説
明する。しかしながら、これらの実施例に使用されるヒ
ユームドシリカ、酸、安定剤、及び水の量は、４５重量
％、５帽１％、５５重量％、及び６０重景気のような異
なるヒユームドシリカ濃度を有するヒユームドシリカの
水性コロイド分散液を製造するように変え得ることが明
らかである。

実施例１ 以下の実施例は、分散液を生威し得る１００ガロン（３
７９ｆｆｉ）の容量の高剪断ミキサーを用いる、約４０
重量％のヒユームドシリカ濃度を有するヒユームドシリ
カ、酸、及び安定剤の水性コロイド分散液の調製を説明
する。

高剪断ミキサーに４０ガロン（１５２１）の水を最初に
仕込み、約１．３５ボンド（０，６１３ｋｇ）の３７％
ＦＩＣｆ溶液（これはごキサ−に添加されるヒユームド
シリカの重量基準で約０６２７重量％の量である）を水
に添加する。約５０ｎｆ／ｇの表面積を有するヒユーム
ドシリカ約５００ボンド（２２７ｋｇ）を、ミキサーが
運転している間に、１回に１００ポンド（４５，４ｋｇ
）ずつミキサーに徐々に添加して、約６０重量％のヒユ
ームドシリカ濃度を有するヒユームドシリカの水性コロ
イド分散液をミキサー中に生成する。この時点で、４７
ガロン（１７８ｆ）の追加の水を、ミキサーが運転して
いる間に、ミキサーに徐々に添加して、約４１重量％の
ヒユームドシリカ濃度を有するヒユームドシリカの水性
コロイド分散液を生成する。充分な量の水酸化アンモニ
ウム（この場合には、約２．８ガロン（１０，６ｆ）の
３０％の水酸化アンモニウム溶液である）を、ヒユーム
ドシリカのこの水性コロイド分散液に添加して、分散液
のｐｎを約１０．４に調節する。水酸化アンモニウムの
添加後、得られたヒユームドシリカの水性コロイド分散
液は約４０ｆｉ量％のヒユームドシリカ濃度を有し、必
要により濾過されてグリッドまたは凝集粒子を除去して
もよい。水性コロイド分散液の濾過は、ヒユームドシリ
カ濃度を約０．５重量％未満だけ変化する。濾過もしく
は未濾過の、ヒユームドシリカ、酸及び安定剤の水性コ
ロイド分散液は、当業界で一般に知られている方法のい
ずれかで、貯蔵され、及び／または輸送のために包装さ
れてもよい。

実施例２ 以下の実施例は、分散液を生成し得る１００ガロン（３
７９ｆ）の容量の高剪断丞キサ−を用いる、約６５重量
％のヒユームドシリカ濃度を有する、ヒユームドシリカ
、酸及び安定剤の水性コロイド分散液の調製を説明する
。

高剪断ミキサーに、水２６ガロン（９９４２）を最初に
仕込み、約１．３５ボンド（０，６１３ｋｇ）の３７％
Ｈｉ溶液（これはミキサーに添加されるヒユームドシリ
カの重量基準で約０．２７重量％の量である）を水に添
加する。約５０ｒｒｆ／ｇの表面積を有するヒユームド
シリカ約５００ボンド（２２７ｋｇ）を、ミキサーが運
転している間に、１回に１００ボンド（４５，４ｋｇ）
ずつ、ミキサーに徐々に添加して、約７０重量％のヒユ
ームドシリカ濃度を有するヒユームドシリカの水性コロ
イド分散液をごキサ−中に生成する。

この時点で、４．２ガロン（１５，９ｆｆｉ）の追加の
水を、ミキサーが運転している間に、ミキサーに徐々に
添加して、約６６．５重量％のヒユームドシリカ濃度を
有するヒユームドシリカの水性コロイド分散液を生成す
る。充分な量の水酸化アンモニウム（この場合には、約
２．８ガロン（１０，６Ｎ）の３０％の水酸化アンモニ
ウム溶液である）を、ヒユームドシリカのこの水性コロ
イド分散液に添加して、分散液のｐＨを約１０．４に調
節する。水酸化アンモニウムの添加後、得られたヒユー
ムドシリカの水性コロイド分散液は、約６５重量％のヒ
ユームドシリカ濃度を有し、必要により濾過されてグリ
ッドまたは凝集粒子を除去してもよい。水性コロイド分
散液の濾過は、ヒユームドシリカ濃度を約０．５重量％
未満だけ変化する。濾過もしくは未濾過のヒユームドシ
リカ、酸及び安定剤の水性コロイド分散液は、当業界で
一般に知られた方法のいずれかにより、貯蔵されてもよ
く、及び／または輸送のために包装されてもよい。

同様の結果が、実施例１及２の操作に従うことにより、
かつミキサーに仕込まれる水の初期の量、酸の量、及び
ミキサーに添加される水の量を変えて４５重量％、５０
重量％、５５重量％、及び６帽１％のヒユームドシリカ
濃度を有する、ヒユームドシリカ、酸及び安定剤の水性
コロイド分散液を製造することにより、得られた。

多くの改良及び変化が、本発明から逸脱しないで、上記
の実施例になし得ることが明らかである。

従って、本明細書に記載された本発明の形態は例示であ
るにすぎず、本発明の範囲を限定することを目的とする
ものではないことが明らかに理解されるべきである。本
発明は、特許請求の範囲に入る全ての改良を含む。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コロイド分散液であって、 　水中に分散された、少なくとも約４０重量％のヒュー
   ムドシリカ、ヒュームドシリカの重量基準で約０．００
   ２５重量％〜約０．５０重量％の量の酸、分散液のｐＨ
   を約７．０〜約１２．０に上げる重量の安定剤を含んで
   なるコロイド分散液。 ２、酸が鉱酸及び有機酸からなる群から選ばれる、請求
   項１記載のコロイド分散液。 ３、酸が塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸及びマレイン
   酸からなる群から選ばれる、請求項１記載のコロイド分
   散液。 ４、酸が塩酸である、請求項１記載のコロイド分散液。 ５、酸がヒュームドシリカの重量基準で０．０２重量％
   〜約０．１５重量％の量で存在する、請求項１記載のコ
   ロイド分散液。 ６、安定剤がアルカリ及びアミンからなる群から選ばれ
   る、請求項１記載のコロイド分散液。 ７、安定剤が水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸
   化リチウム、水酸化アンモニウム、トリエチルアミン、
   及びジメチルエタノールアミンからなる群から選ばれる
   、請求項１記載のコロイド分散液。 ８、安定剤が水酸化アンモニウムである、請求項１また
   は４記載のコロイド分散液。 ９、ヒュームドシリカが約７５ｍ＾２／ｇ未満の表面積
   を有する、請求項１記載のコロイド分散液。