JPH05254823A - 変性ベントナイト - Google Patents

変性ベントナイト

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JPH05254823A JP4085055A JP8505592A JPH05254823A JP H05254823 A JPH05254823 A JP H05254823A JP 4085055 A JP4085055 A JP 4085055A JP 8505592 A JP8505592 A JP 8505592A JP H05254823 A JPH05254823 A JP H05254823A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 水または有機液体に分散して高度のレオロジ
ー調整機能を有する変性ベントナイトを提供することで
ある。 【構成】 ベントナイトにアルキルトリアルコキシシラ
ン〔ＲＳｉ（ＯＲ′）3〕を添加し、粉砕して得られた
水系流体のレオロジー調整機能を有する変性ベントナイ
ト、およびベントナイトに第四級アンモニウムカチオン
およびアルキルトリアルコキシシラン〔ＲＳｉ（Ｏ
Ｒ′）3 〕を添加して得られた有機液体系流体のレオロ
ジー調整機能を有する変性ベントナイト。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水または有機液体に分
散し高度のレオロジー調整機能を有する表面変性ベント
ナイトに関する。
【０００２】
【従来の技術】ベントナイトは粘土鉱物モンモリロナイ
トを主成分とし、石英、アルファ．クリストバライト、
オパールのような遊離けい酸鉱物、長石、雲母、沸石な
どのけい酸塩鉱物、カルサイト、ドロマイト、石こうの
ようなアルカリ土類金属の炭酸塩あるいは硫酸塩鉱物の
外、鉄化合物や腐植質などをも夾雑した複雑な組成をも
ったベントナイト鉱床を形成している。ベントナイト鉱
床から採掘されたベントナイト原鉱は、普通、水分が１
５ないし３５％ぐらい含まれているので、粗砕されたの
ち、水分が５ないし１０％ぐらいになるまで天日または
熱風により乾燥され乾燥鉱とされる。このような乾燥ベ
ントナイト鉱を遠心ローラミルの如き摩砕型粉砕機やハ
ンマーミルの如き衝撃型粉砕機を用いて粉砕された粉状
ベントナイトは、鋳物砂の粘結剤、石油井、地熱井、温
泉ボーリングなどの掘削泥水剤、また、土木工事におけ
る連続壁工法やアースドリル工法における安定液の主剤
など、その他多くの工業用途に応用されているが、上述
したとおり、これらの用途に用いられるベントナイトは
天然に産する組成を基本的に有し多くの非粘土質を夾雑
している。
【０００３】塗料、印刷インキ、化粧品など多様な流体
状ファインケミカル製品が各種産業で広く用いられてい
るが、これらの流体状製品のレオロジーを調整するため
各種の天然物や化学物質が用いられている。ベントナイ
トを水に分散させ、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沈降除去して抽出した精製ベント
ナイトゾルを蒸発乾燥して粉末とした精製ベントナイト
は、水系塗料、各種水系エマルション製品等のレオロジ
ー調整剤として用いられている。
【０００４】一方、アルキド樹脂塗料その他の合成樹脂
塗料、印刷インキ、シーラントの如き有機溶剤を含有す
る各種流体状製品には、単に精製したベントナイトはそ
れら有機液体に分散しないので、精製ベントナイトに第
四級アンモニウムカチオン（米国特許第２，５３１，４
２７号）、第四級アンモニウムカチオンと非イオン性有
機化合物とからなる複合物（日本特許第２４４３０６
号）、あるいは第四級アンモニウムカチオンと有機アニ
オンとを併用（特開公、昭５７−１１１３７１）して添
加し、親有機性変性ベントナイトとなし、有機液体に分
散しレオロジー調整機能を発揮せしめることが行われて
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の精製ベントナイ
トや親有機性変性ベントナイト製品には以下に述べるよ
うな欠点を有する。精製ベントナイトに関しては、有機
高分子、例えばカルボキシメチルセルローズ、ポリアク
リル酸ナトリウム、ポリアクリルアミドなどと異なった
レオロジー特性を有するものの概して粘性を増大させる
機能が不十分であり、多量の配合部数を要するので製品
の色調を害する外さまざまな副作用が現われ応用範囲が
限定されている。
【０００６】親有機性変性ベントナイトに関しては、炭
化水素単独系では分散が不良であり、メタノール、エタ
ノール、アセトンなどの低分子量の高極性有機化合物の
適当量を系に添加することによって初めて分散が達成さ
れるので、そのような方法が実用されているが、使用方
法が複雑であるばかりでなく、好ましくない極性化合物
を系に導入させてしまうという問題がある。
【０００７】本発明の一つの目的は、水系に分散し従来
の精製ベントナイトでは達成できない高増粘性を有する
変性ベントナイトを提供することである。他の一つの目
的は、炭化水素溶剤系に対して高極性有機化合物の併用
を必要としない易分散性でかつ高い増粘性を有する親有
機性の変性ベントナイトを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するためには、精製ベントナイトをアルキルトリ
アルコキシシランで表面処理して変性ベントナイトにす
ることが効果的であることを見出した。すなわち、水系
に分散し、高い増粘作用を発揮し得る変性ベントナイト
としては、ベントナイト懸濁液を自然沈降法または遠心
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
た精製ベントナイトゾルを蒸発乾燥し、最終的に１５０
ないし２００℃の温度で十分に乾燥して実質的に無水精
製ベントナイトとなし、次に無水雰囲気中でアルキルト
リアルコキシシランを、生成物が撥水性を呈しない範囲
の量で添加し攪拌したのち粉砕してアルキルシリコ基を
ベントナイト表面に部分的に付加せしめた変性ベントナ
イトとなすことによって達成される。
【０００９】本発明の目的達成に用いるアルキルトリア
ルコキシシランのベントナイトに対する添加量は、生成
した変性ベントナイトが撥水性を示さず水に濡れ分散す
る程度から決定することが出来、多くの場合、ベントナ
イト１００重量部に対し１ないし１０重量部の範囲であ
るが、特にこれに限定されるものではない。次に有機液
体、とくに炭化水素系溶剤に易分散性を示し高い増粘性
を発揮する親有機性変性ベントナイトとしては、上記無
水系で生成させたアルキルトリアルコキシシラン処理ベ
ントナイトを水に再分散させ、第四級アンモニウムカチ
オンを添加して親有機性変性ベントナイトを生成させる
ことができるが、再び脱水し粉砕を要するので高コスト
となり実用的でない。経済的に本発明の目的を達成する
ためには、第四級アンモニウムカチオン溶液にアルキル
トリアルコキシシランを溶解したのち、直ちに精製ベン
トナイトゾルに添加して反応せしめ、脱水、乾燥、粉砕
することによってアルキルシリコ基を含有した親有機性
の変性ベントナイトとなすことが効果的であり、アルキ
ルトリアルコキシシランのベントナイトに対する添加量
は、ベントナイト１００重量部に対し１ないし１０重量
部の範囲である。
【００１０】本発明の目的を達成するために用いるアル
キルトリアルコキシシランとしては、化学式ＲＳｉ（Ｏ
Ｒ′）3 で表示され、式中Ｒは炭素数１ないし２２から
なる飽和アルキル基、Ｒ′はメチル基、エチル基、プロ
ピル基またはブチル基の何れかである。親有機性の変性
ベントナイトの生成に用いる第四級アンモニウムカチオ
ンとしては、化学式Ｒ・Ｒ′Ｎ+ Ｒ″2 で表示され、式
中Ｒは炭素数１２ないし２２よりなる長鎖アルキル基、
Ｒ′はメチル基、ベンジル基または炭素数１２ないし２
２よりなる長鎖アルキル基、Ｒ″はメチル基であり、第
四級アンモニウムクロリドの形で用いることが出来、第
四級アンモニウムカチオンのベントナイトに対する添加
量は該ベントナイトの陽イオン交換容量の１ないし１．
２５当量の範囲である。
【００１１】
【作 用】本発明によって達成されたアルキルトリアル
コキシシラン添加によるベントナイトの表面変性は、精
製ベントナイトにおいて、ベントナイトの表面にあるシ
ラノールの如き親水性水酸基にアルキルシリコ基が付加
し部分的に表面を疎水化することにより、水分散系中で
該変性ベントナイトの分散粒子が疎水性基による会合に
よって塑性構造を形成し、系の見掛粘度を顕著に増大す
ると共に好ましいチクソトロピー性をも付与するレオロ
ジー特性を発揮するものである。
【００１２】また、親有機性の変性ベントナイトにおい
ては、界面活性を有する第四級アンモニウム塩によって
アルキルトリアルコキシシランが可溶化されると共に一
部が加水分解を受けてアルキルシリコポリマーとなった
ものが、ベントナイトの表面の親水位置に第四級アンモ
ニウムカチオンと共に付加し、単に第四級アンモニウム
カチオンのみでは達成できない疎水化を完成し、炭化水
素系有機液体に易分散して粒子間の会合に基づく塑性構
造を形成し、高い見掛粘度と好ましいチクソトロピー性
を付与するレオロジー特性を発揮するものである。
【００１３】
【実施例】
実施例１ アメリカ・ワイオミング州産ベントナイト１ｋｇを５０
ｋｇの脱イオン水に投入し、一夜放置して膨潤させたの
ちディスパーで１時間攪拌して分散させた。このベント
ナイト懸濁液を４，０００rpm の遠心分離機に１０分間
掛けて上層の精製ベントナイトゾル（固形分濃度１．０
３％）４３．５ｋｇを得た。この精製ベントナイトゾル
を熱風循環式乾燥器中１００℃で乾燥し水分６％のフレ
ーク状乾燥物に仕上げた。次にこのフレーク状精製ベン
トナイトをバンダムミルに通し、２５０メッシュに粉砕
したのち２００℃で２時間乾燥して無水ベントナイト４
２５ｇを得た。
【００１４】上記無水ベントナイト５０ｇを１０００ｍ
ｌの磁性ポットミルに投入し、各種アルキルトリアルコ
キシシラン１ｇを加え、密封して３０分間回転させて、
アルキルトリアルコキシシラン処理変性ベントナイト
（以下、本発明製品という）を調製した。本発明製品＃
１〜＃８と無処理の精製ベントナイトの水分散液をハミ
ルトンビーチミキサーを用いて調製し、ファン回転粘度
計を用いてレオロジー測定を行った。測定温度は２３℃
であり、チクソトロピー性は３００rpm 見掛粘度（Ｖ
300）と６００r.p.m 見掛粘度（Ｖ600 ）の比（Ｖ300
／Ｖ600 ）で表示した。結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】表１の結果から、本発明製品の水分散液
は、本実施例の無処理精製ベントナイトおよび市販の精
製ベントナイト製品に比較して著しく高い見掛粘度、降
伏値およびチクソトロピー性を示しており、本発明製品
が水系流体に対して優れたレオロジー調整機能を有する
ことが明らかである。 実施例２ アメリカ・ワイオミング州産ベントナイト４００ｇを脱
イオン水２０ｋｇに投入し、一夜放置して膨潤させたの
ちディスパーで１時間攪拌し分散させた。このベントナ
イト懸濁液を３日間静置して非粘土質を沈降させ、傾瀉
法により上層の精製ベントナイトゾル（固形分濃度１．
３９％）１６ｋｇを得た。
【００１７】上記精製ベントナイトゾル１，４４０ｇ
（無水ベントナイトとして２０ｇ）を５０００ｍｌのス
テンレスビーカーに入れ、ディスパーで攪拌しながら６
０℃に加温した。別にジメチル・オクタデシル・ベンジ
ルアンモニウムクロリド７．０ｇを６０℃の脱イオン水
７０ｍｌに溶解し、２種のアルキルトリアルコキシシラ
ンをそれぞれ加えてかきまぜ溶解させた溶液を加え、３
０分間攪拌した後、濾過、洗浄、脱水したケーキを６０
℃で水分５％に乾燥し、バンダムミルで粉砕した（以
下、本発明製品という）。精製ベントナイトの陽イオン
交換容量は７２ミリ当量／１００ｇベントナイトであ
り、第四級アンモニウムカチオンの添加率は８３ミリ当
量／１００ｇベントナイトである。
【００１８】上記で得た本発明製品ＡおよびＢと、市販
の親有機性変性ベントナイト製品のトルエン中における
膨潤力並びに分散液のレオロジーを比較した結果を表２
に示す。ただし膨潤力の測定は、トルエン１００ｍｌを
メスシリンダーに入れ、試料２．０ｇを投入し２４時間
後の試料容積で示す。粘度の測定はトルエン１５０ｇに
試料３．０ｇを投入し、ホモジナイザー１０，０００r.
p.m で２分間攪拌して分散させ、直ちにＢＬ型粘度計を
用い６r.p.m および６０r.p.m の見掛粘度（夫々、
Ｖ6 、Ｖ60）を測定し、チクソトロピー性はＶ6 ／Ｖ60
の比で表示する。
【００１９】
【表２】
【００２０】表２に示したとおり、本発明製品はトルエ
ン単独溶剤中で市販の親有機性変性ベントナイト製品の
何れよりも高い膨潤力と見掛粘度および十分なチクソト
ロピー性を示し、優れたレオロジー調整機能を発揮し
た。
【００２１】
【発明の効果】本発明による一つの効果はベントナイト
をアルキルトリアルコキシシランで撥水性の生じない範
囲で処理し、ベントナイト表面の一部を疎水化すること
により水中に分散して水系流体の見掛粘度を顕著に増大
し、優れたレオロジー調整機能を発揮する変性ベントナ
イトを提供できることである。
【００２２】他の一つの効果は、第四級アンモニウムカ
チオンとベントナイトとの反応によって生成する親有機
性変性ベントナイトに関し、アルキルトリアルコキシシ
ランを併用処理することにより、トルエンの如き炭化水
素単独系に対して優れた分散性とレオロジー調整機能を
有する親有機性変性ベントナイトを提供できることであ
る。
【００２３】そして、産業上、多種多様の水系あるいは
有機液体系の流体製品、たとえば塗料、印刷インキ、セ
ラミックスラリー、シーラント、化粧品などが利用され
ているが、これら製品のレオロジー調整は不可欠要素で
あり、本発明製品はそれらの要求を満足させることがで
きる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ベントナイトに対しアルキルトリアルコ
    キシラン〔ＲＳｉ（ＯＲ′）3 、ここにＲは炭素数が１
    ないし２２からなる飽和アルキル基、Ｒ′はメチル基、
    エチル基、プロピル基またはブチル基である〕の１種ま
    たは２種以上を生成物が水中分散性を消失しない範囲の
    量で添加し、無水雰囲気下で攪拌、粉砕してベントナイ
    トの表面に部分的にアルキルシリコ基を付加させたこと
    を特徴とする水に分散して水系流体のレオロジーを調整
    する機能を有する変性ベントナイト。
  2. 【請求項２】 ベントナイトに該ベントナイトの陽イオ
    ン交換容量の１ないし１．２５当量の第四級アンモニウ
    ムカチオン（Ｒ・Ｒ′Ｎ+ Ｒ″2 、ここにＲは炭素数１
    ２ないし２２よりなる長鎖アルキル基、Ｒ′はメチル
    基、ベンジル基または炭素数１２ないし２２よりなる長
    鎖アルキル基、Ｒ″はメチル基である）と該ベントナイ
    ト１００重量部に対しアルキルトリアルコキシシラン
    〔ＲＳｉ（ＯＲ′）3 、ここにＲは炭素数１ないし２２
    からなる飽和アルキル基、Ｒ′はメチル基、エチル基、
    プロピル基またはブチル基である〕の１種または２種以
    上を１ないし１０重量部添加して疎水化したことを特徴
    とする有機液体に易分散性を有し有機液体系流体のレオ
    ロジーを調整する機能を有する変性ベントナイト。
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