JPH05279012A - クロスフロー方式による濾過方法を用いる合成膨潤性ケイ酸塩の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ケイ酸とマグネシウム塩の均質混合液あるい
は更にアルミニウム塩を配合した均質混合液とアルカリ
溶液より生成されるシリコン・マグネシウム複合体ある
いはシリコン・マグネシウム・アルミニウム複合体を、
副生溶解質から目詰まりをおこすことなく濾過すること
により、経済的に且つ効率良く分離・洗浄及び濃縮し
て、高品質の合成膨潤性ケイ酸塩を製造する方法を開発
する。 【構成】 副生溶解質を除去して該シリコン・マグネシ
ウム複合体あるいはシリコン・マグネシウム・アルミニ
ウム複合体を分離・洗浄及び濃縮するに当たり、クロス
フロー方式による濾過方法を用い、レイノルズ数が５０
〜５０００の範囲に入るように設定して行う合成膨潤性
ケイ酸塩の製造方法により上記目的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高品質の合成膨潤性ケイ
酸塩の製造方法に関するものであり、更に詳しくはチク
ソトロピー的性質を有するため化粧品、医薬品、塗料な
どの添加剤として極めて有用な合成膨潤性ケイ酸塩の製
造において、ケイ酸とマグネシウム塩の均質混合液とア
リカル溶液とからシリコン・マグネシウム複合体（コロ
イド粒子の凝集体）を作り、副生溶解質を除去して該シ
リコン・マグネシウム複合体を効率的に分離・洗浄及び
濃縮して、高品質の合成膨潤性ケイ酸塩を製造する方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】合成膨潤性ケイ酸塩およびその製造方法
として、下記一般式（化２）で表される３−八面体型ス
メクタイトに類似した構造を有する合成膨潤性ケイ酸塩
を合成するに当たり、該一般式の組成を満足するシリコ
ン・マグネシウム比を有するケイ酸とマグネシウム塩の
均質混合溶液と、アルカリ溶液よりシリコン・マグネシ
ウム複合体を作り、副生溶解質を除去して該シリコン・
マグネシウム複合体を分離・洗浄及び濃縮した後、該一
般式の組成を満足する量の陽イオンおよび要すればフッ
素イオンを添加して得たスラリーを１００℃乃至３５０
℃の条件下で水熱反応を行い、次いで反応生成物を乾燥
・粉砕する該一般式で示される合成膨潤性ケイ酸塩およ
びその製造方法（特公昭６１−１２８４８号公報、特公
昭６３−６４８５号公報）が提案されている。

【０００３】

【化２】

【０００４】（式中のａ、ｂ、ｃおよびｙの値は０＜ａ
＜１０、０＜ｂ≦１、０≦ｃ＜２／３ａ＋ｂおよび１≦
ｙ≦２とし、Ｍはアルカリ金属イオン、アルカリ土類金
属イオン、アンモニウムイオンおよびアミンからなる群
から選んだ少なくとも１個の陽イオンである）。

【０００５】これらの方法で合成膨潤性ケイ酸塩を製造
するには、ケイ酸とマグネシウム塩の均質混合液とアル
カリ溶液より生成されるシリコン・マグネシウム複合体
（コロイド粒子の凝集体）を副生溶解質から濾過するこ
とにより分離・洗浄及び濃縮する必要があり、効率よ
く、ほぼ完全に副生溶解質を除去することが製品の合成
膨潤性ケイ酸塩の品位およびコスト低減のうえから極め
て重要である。また、濾過時、濃縮してシリコン・マグ
ネシウム複合体の濃度を高めることは、後工程での装置
の小型化及び乾燥コストの低廉化のために必要である。
このシリコン・マグネシウム複合体のコロイド粒子は凝
集しており、コロイド粒子の濾過に一般的に使われてい
る限外濾過膜を使用して加圧または減圧によりシリコン
・マグネシウム複合体と副生電解質を分離しようとする
と、濾過後、直ちに目詰まりをおこし、濾過及び洗浄が
事実上できなくなり、頻繁に濾過膜を取り替える必要が
あった。

【０００６】その為、濾過膜の孔の径を大きくして、目
詰まりを防止しようとすると、シリコン・マグネシウム
複合体まで濾過されてしまい、副生電解質の分離ができ
なくなるという問題が生じる。それで、実際はシリコン
・マグネシウム複合体はコロイド粒子が凝集しているも
のであるので、若干のロスを無視して、その凝集物の大
部分が捕集できるような孔径の濾過膜を使用して、濾過
・洗浄を行うことになるが、この場合でもすぐに目詰ま
りをおこし、濾過・洗浄速度が大幅に低下するという問
題が生じる。このため、シリコン・マグネシウム複合体
を副生溶解質から濾過することにより経済的に且つ効率
良く分離・洗浄及び濃縮して、高品質の合成膨潤性ケイ
酸塩を製造する方法の出現が望まれていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記の
問題を解決し、ケイ酸マグネシウム塩の均質混合液とア
ルカリ溶液より生成されるシリコン・マグネシウム複合
体を副生溶解質から、目詰まりをおこすことなく濾過す
ることにより、経済的に且つ効率良く分離・洗浄及び濃
縮して、高品質の合成膨潤性ケイ酸塩を製造する方法を
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の問題に鑑み本発明
者等が鋭意研究した結果、上記の方法で合成膨潤性ケイ
酸塩を製造するにあたり、ケイ酸とマグネシウム塩の均
質混合液とアルカリ溶液より生成されるシリコン・マグ
ネシウム複合体を副生溶解質から分離・洗浄及び濃縮す
る時、クロスフロー方式による濾過方法を用いて特定の
条件下で濾過することにより、効率よくほぼ完全に分離
・洗浄及び濃縮ができることを見出し、本発明を成すに
至った。

【０００９】本発明の請求項１の発明は、下記一般式
（化３）で表される３−八面体型スメクタイトに類似し
た構造を有する合成膨潤性ケイ酸塩を合成するに当た
り、該一般式の組成を満足するシリコン・マグネシウム
比を有するケイ酸とマグネシウム塩の均質混合溶液と、
アルカリ溶液よりシリコン・マグネシウム複合体を作
り、副生溶解質を除去して該シリコン・マグネシウム複
合体を分離・洗浄及び濃縮した後、該一般式の組成を満
足する量の陽イオンおよび要すればフッ素イオンを添加
して得たスラリーを１００℃乃至３５０℃の条件下で水
熱反応を行い、次いで反応生成物を乾燥・粉砕する該一
般式で示される合成膨潤性ケイ酸塩の製造方法におい
て、該副生溶解質を除去して該シリコン・マグネシウム
複合体を分離・洗浄及び濃縮するに当たり、クロスフロ
ー方式による濾過方法を用い、レイノルズ数が５０〜５
０００の範囲に入るように設定して行うことを特徴とす
る合成膨潤性ケイ酸塩の製造方法である。

【００１０】

【化３】

【００１１】（式中のａ、ｂ、ｃおよびｙの値は０＜ａ
＜１０、０＜ｂ≦１、０≦ｃ＜２／３ａ＋ｂおよび１≦
ｙ≦２とし、Ｍはアルカリ金属イオン、アルカリ土類金
属イオン、アンモニウムイオンおよびアミンからなる群
から選んだ少なくとも１個の陽イオンである）。

【００１２】本発明の請求項２の発明は、該シリコン・
マグネシウム複合体の平均粒子径の９５％以上が２００
ｎｍ以下になるようにコントロールし、平均細孔径が
０．１〜５μｍの濾過膜を用いることを特徴とする請求
項１に記載の合成膨潤性ケイ酸塩の製造方法である。

【００１３】次に本発明で用いるクロスフロー方式によ
る濾過方法を詳しく説明する。上記クロスフロー方式に
よる濾過方法は、濾過対象原液を膜フイルターで直接濾
過する一般的に行われている方法に対し、図１と図２に
示したように、濾過対象原液２を濾過膜１の表面に平行
に流しながら濾過液４を原液２とクロスする方向に濾過
膜１を通してフローさせて濾過を行う方法である。図１
は管状の濾過膜１の内部を原液２がフローし、濾過液４
が外部へフローする場合の断面説明図であり、図２は管
状の濾過膜１の外部を原液２がフローし、濾過液４が内
部へフローする場合の断面説明図である。原液２中には
コロイド粒子３が含まれている。図３の（Ａ）および
（Ｂ）は濾過膜の１例であるセラミック製濾過膜の断面
を示す説明図である。

【００１４】図４はクロスフロー方式による濾過方法の
システムの一例を示す説明図である。原液２を原液フィ
ードポンプ６により原液槽７に供給する。原液２は循環
ポンプ６’により熱交換器８を経由して温度、圧力、流
量を制御して送液され、濾過膜１、１’、１”により順
次濾過されライン９から原液槽７に循環され、そしてこ
れが繰り返される。濾過液はライン９’から濾液受槽
７’に送液されてポンプ６”により次工程に送られる。
ライン９”はドレインラインである。副生溶解質の分
離、シリコン・マグネシウム複合体の濃縮が進んだと
き、洗浄液１０を原液槽７に供給して副生溶解質の分離
を完全に行うと共に、水を分離し、シリコン・マグネシ
ウム複合体の水スラリーの濃縮を進める。シリコン・マ
グネシウム複合体の分離・洗浄及び濃縮が完了したら濃
縮液５を系外へ排出する。また、濾過膜１、１’、１”
の詰まりを解消するため、濾液を上記と逆に流して逆洗
を施すこともできるようになっている。

【００１５】本発明においてクロスフロー方式による濾
過方法によりシリコン・マグネシウム複合体と副生溶解
質の濾過・分離を行う際、レイノルズ数が５０〜５００
０、望ましくは１０００〜５０００になるように設定し
て濾過・分離を行うことが肝要である。シリコン・マグ
ネシウム複合体のケーキ層が濾過膜上に生成するのを防
止し、濾過速度の低下を防止し、且つ効率的に洗浄及び
濃縮を行うのに、レイノルズ数を特定の値に設定するこ
とが必須の条件であることが、濾過・洗浄テストを繰り
返すうちに明らかになった。レイノルズ数が５０未満で
はシリコン・マグネシウム複合体のケーキ層が濾過膜上
に生成するのを防止できず、レイノルズ数が５０００を
超える場合は濾過システムの設定が難しくコスト高にな
る。また、シリコン・マグネシウム複合体の濃度を極度
に下げればレイノルズ数を５０００以上にすることもで
きるが、分離はよいが、濃縮の点からは不経済であり好
ましくない。

【００１６】クロスフロー方式による濾過方法が有効な
理由は次のように考えられるが、これらの考えに限定さ
れるものではないことは当然である。ケイ酸とマグネシ
ウム塩の均質混合液とカルカリ溶液より生成されるシリ
コン・マグネシウム複合体（コロイド粒子）は凝集して
おり、凝集物の内部に入り込んでいる副生溶解質の分離
・洗浄を効率的に行うには、この凝集物をより小さく壊
す必要がある。一方、濾過速度の低下を防止するには、
小さく壊されたシリコン・マグネシウム複合体がフイル
ター上に堆積するのを防止し、そしてフイルター上に粘
着性ある凝集塊が生成するのを防止して、フイルターが
目詰まりするのを防止する必要がある。このような相反
する問題を解決するために、クロスフロー方式による濾
過方法でレイノルズ数を５０以上、好ましくは１０００
以上の乱流域に設定し、濾過境界面で渦を生じさせるこ
とが極めて有効であるものと判断される。レイノルズ数
が５０〜１０００の場合は能力的には劣るが、やはり同
様な効果が得られるものと考えられる。

【００１７】しかし、実際の濾過・洗浄を行う場合は、
出来るだけレイノルズ数が１０００以上の状態で行い、
洗浄がほぼ完了したあとの濃縮段階で１０００以下に下
げるのが望ましい。

【００１８】また本発明においては、上記のようにクロ
スフロー方式による濾過方法によりシリコン・マグネシ
ウム複合体を副生溶解質から分離し、洗浄、濃縮した
後、前記一般式の組成を満足する量の陽イオンおよび必
要に応じてフッ素イオンを添加して得たスラリーを、１
００℃乃至３５０℃の条件下で水熱反応を行い、次いで
反応生成物を乾燥・粉砕することにより前記一般式で示
される合成膨潤性ケイ酸塩を得ることができるが、高品
質の合成膨潤性ケイ酸塩を得るためには、即ち、合成膨
潤性ケイ酸塩を水中に分散した分散液の透明度と粘性が
高く、無機または有機塩の水溶液にも分散して高粘度を
示すような合成膨潤性ケイ酸塩を得るためには、シリコ
ン・マグネシウム複合体の粒子径の９５％以上が２００
ｎｍ以下になるようにコントロールして、ケイ酸とマグ
ネシウム塩の前記均質混合溶液と、アルカリ溶液よりシ
リコン・マグネシウム複合体を作ることが好ましいこと
を見いだした。

【００１９】また、殆どが２００ｎｍ以下の粒子径のコ
ロイド粒子のクロスフロー方式による濾過において、濾
過膜の細孔径は、コロイド粒子の大きさや凝集状態及び
濾過時のレイノルズ数の値により最適値は異なるが、経
済的な濾過速度で濾過を行い、そして濾過時のコロイド
粒子の損失を少なくするためには、その細孔径を０．１
〜５μｍの範囲に限定することが好ましいことが判っ
た。

【００２０】

【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明の主旨を逸脱しないかぎり実施例に限定
されるものではない。 （実施例１、比較例１〜２）（クロスフロー方式による
濾過方法を用いたシリコン・マグネシウム複合体の分離
・洗浄・濃縮） １０リットルのビーカーに水４リットルを入れ、３号水
ガラス（ＳｉＯ₂ ２８％、Ｎａ₂ ０ ９％、モル比３．
２２）８６０ｇを溶解し、１２規定塩酸溶液２５０ｍｌ
を攪拌しながら一度に加えてケイ酸溶液を得た。次に水
１リットルに塩化マグネシウム六水和物一級試薬（純度
９８％）５５０ｇを溶解した溶液をケイ酸溶液に加えて
調整したケイ酸−マグネシウム塩均質溶液を２規定水酸
化ナトリウム溶液３．８リットル中に攪拌しながら５分
間で滴下した。一定時間攪拌してシリコン・マグネシウ
ム複合体（粒子径の９０％以上が５００ｎｍ以下）と副
生溶解質から成るスラリー溶液を作り、それを用いて濾
過・洗浄テストを行った。濾過・洗浄後、平均凝集粒子
径を測定した。なお、濾過・洗浄テストにあたり、シリ
コン・マグネシウム複合体のスラリー溶液は１〜１０ｋ
ｇを使用し、洗浄用の純水はその５倍量を使用した。

【００２１】クロスフロー方式による濾過システムは、
図３に示したセラミック膜フィルターを用い、図４に示
した日本ガイシ（株）のシステム［クロスフロー濾過器
（セラミック膜フイルター、チューブラータイプ、濾過
面積４００ｃｍ² ）］を使用した。結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】比較例１の自然濾過法では、直径２０ｃｍ
の漏斗とテトロン製濾布を用いて、自重により濾過を行
った。比較例２の加圧濾過法では、光信理化学（株）製
のＫＳ型加圧濾過器（濾過面積１３０ｃｍ² ）とテトロ
ン製濾布を用いて、加圧して濾過を行った。本発明法に
よる実施例１では濾過・洗浄時、レイノルズ数ができる
だけ１０００〜５０００になるようにして行った。表１
より、比較例１の自然濾過法、比較例２の加圧濾過法と
も平均凝集粒径が５０μｍであるのに対し、実施例１で
は５μｍと１／１０になり、凝集物が壊されているこ
と、また濾過速度が他法に比べ、１０倍以上速いことが
判る。

【００２４】洗浄後のシリコン・マグネシウム複合体の
純水１０％溶液の電気伝導度（ｍＳ／ｃｍ）を測定した
ところ、次の値が得られた。 比較例１ 自然濾過法 ５．７６ 比較例２ 加圧濾過法 ４．０５ 実施例１ 本発明法 ０．５７ 電気伝導度はシリコン・マグネシウム複合体中に含まれ
る副生溶解質濃度にほぼ比例するものと考えられるた
め、上記結果より、本発明の方法によれば凝集物を小さ
く壊して濾過・洗浄を行うため、シリコン・マグネシウ
ム複合体の凝集物に内蔵されている副生溶解質は極めて
除かれがたいものであるにもかかわらず、副生溶解質の
含量が減り、電気伝導度が一桁低くなったものと判断で
きる。このように、本発明の方法によれば、電気伝導度
が低く、言い替えれば副生溶解質含量が少ないシリコン
・マグネシウム複合体を得ることができるので、その結
果、純度の高い高品質の膨潤性ケイ酸塩が得られるもの
と考えられる。

【００２５】（実施例２）（クロスフロー方式による濾
過方法を用いたシリコン・マグネシウム複合体の分離・
洗浄・濃縮） 実施例１と同様な方法でシリコン・マグネシウ複合体を
作ったが、その際、反応温度、反応時間、攪拌速度等を
調整して、粒子の９５％以上が２００ｎｍ以下になるよ
うに調整した。得られたシリコン・マグネシウ複合体の
副生溶解質からの分離・洗浄テストを実施例１と同様な
条件で行った。濾過・洗浄後、平均凝集粒子径を測定し
た。結果を表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】（実施例３〜４、比較例３〜４）（膨潤性
ケイ酸塩の製造およびその物性値） 実施例１、２および比較例１、２で得られたシリコン・
マグネシウム複合体１０８０ｇを濾過、及び充分に水洗
した後、水酸化ナトリウム３ｇを溶解した水溶液２０ｍ
ｌを加えてスラリー状とし、オートクレーブに移し、４
１ｋｇ／ｃｍ²、２５０℃で３時間、水熱反応させた。
冷却後、反応物をとりだし、８０℃で乾燥した後、擂潰
機にて粉砕し、物性測定用の膨潤性ケイ酸塩のサンプル
を得た。膨潤性ケイ酸塩の純水１％溶液を用い波長５０
０ｎｍの光による透過率（％）、同純水２％溶液の粘度
（ｃｐ）（Ｂ型粘度計、６０回転／分の測定値）、陽イ
オン交換容量（ｍｇ当量／１００ｇ）および同純水１％
溶液のｐＨを測定した。結果をまとめて表３に示す。

【００２８】

【表３】

【００２９】表３に示した結果より、膨潤性ケイ酸塩の
重要な物性である透過率及び粘度について、実施例１，
２で得られたシリコン・マグネシウム複合体を用いて作
られた膨潤性ケイ酸塩（実施例３、４）は、比較例１，
２で得られたシリコン・マグネシウム複合体を用いて作
られた膨潤性ケイ酸塩（比較例３、４）に比較して高い
値を示す。しかも実施例２のようにシリコン・マグネシ
ウ複合体の９５％以上の粒径を２００ｎｍ以下にコント
ロールすると、それを用いて作られた膨潤性ケイ酸塩
（実施例４）の光透過率は高品質の一つの目標である９
５％以上になり、粘度も約２倍に高まることが判る。

【００３０】（実施例５〜６、比較例５〜６）（膨潤性
ケイ酸塩の物性値） 実施例３、４および比較例３、４で得られた物性測定用
の膨潤性ケイ酸塩サンプルの２％水溶液を調整し、そこ
へ無機又は有機塩類を０．５或は２％相当量添加し、ス
ターラーでかきまぜて粘度測定用溶液を調整した。二層
に分離しない均質な高粘性液が得られた場合は、粘度
（ｃｐ）（Ｂ型粘度計、６０回転／分の測定値）を測定
した。結果をまとめて表４に示す。表４より、二層分離
せず、均質な高粘性液を生ずるのは実施例３、４で得ら
れた膨潤性ケイ酸塩の場合（実施例５および実施例６）
であり、しかも実施例２のようにシリコン・マグネシウ
ム複合体の９５％以上の粒径を２００ｎｍ以下にコント
ロールすると、それを用いて作られた膨潤性ケイ酸塩は
分散性が非常によくなる（実施例６）ことが判る。比較
例３、４で得られた膨潤性ケイ酸塩の場合は、二層に分
離してしまい、均質な高粘性液が得られなかった（比較
例５および比較例６）。

【００３１】このように無機又は有機塩類の水溶液に分
散して、二層分離せず、均質な高粘性液を生ずる物性
は、膨潤性ケイ酸塩を化粧品、医薬品、塗料などへ、チ
クソトロピー的性質を付与する添加剤として適用する時
の極めて重要な物性である。なお、上記のような無機ま
たは有機塩の水溶液にも分散して高粘性を示す性質は、
市販の合成膨潤性ケイ酸塩にもいくらか認められるもの
もあるが、本発明の方法により製造された膨潤性ケイ酸
塩のように分散性の大きいものは他に見られなかった。

【００３２】

【表４】

【００３３】

【発明の効果】本発明は、合成膨潤性ケイ酸塩を製造す
るにあたり、ケイ酸とマグネシウム塩の均質混合液とア
ルカリ溶液より生成されるシリコン・マグネシウム複合
体を副生溶解質から分離・洗浄及び濃縮する時、クロス
フロー方式による濾過方法でレイノルズ数が５０〜５０
００の範囲に入るように設定して行うと、濾過膜の目詰
まりをおこすことなく濾過でき、経済的に且つ効率良く
シリコン・マグネシウム複合体の分離・洗浄及び濃縮を
行うことができ、高品質の合成膨潤性ケイ酸塩を製造で
きる。更に、シリコン・マグネシウム複合体の粒子径の
９５％以上を２００ｎｍ以下になるようにコントロール
し、濾過膜の細孔径を０．１〜５μｍに限定して、シリ
コン・マグネシウム複合体の分離・洗浄及び濃縮を行う
と、一層経済的に且つ効率良くシリコン・マグネシウム
複合体の分離・洗浄及び濃縮を行うことができ、より高
品質の合成膨潤性ケイ酸塩を製造できる。本発明の方法
により、化粧品、医薬品、塗料などへ、チクソトロピー
的性質を付与する添加剤として極めて有用な高品質の合
成膨潤性ケイ酸塩を安価に製造することができ、産業上
の利用価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 クロスフロー方式濾過の説明図である。

【図２】 他のクロスフロー方式濾過の説明図である。

【図３】 （Ａ）、（Ｂ）はセラミック製濾過膜の断面
説明図である。

【図４】 クロスフロー方式濾過方法のシステムの一例
を示す説明図である。

【符号の説明】

ＰＩ 圧力計 ＴＩＣ 温度指示制御計 ＦＩＣ 流量指示制御計 ＬＳ 液面計 １、１’、１” 濾過膜 ２ 原液 ３ コロイド粒子 ４ 濾過液 ５ 濃縮液 ６、６’、６” ポンプ ７、７’ タンク ８ 熱交換器 ９、９’、９” パイプライン １０ 洗浄液

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年４月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 クロスフロー方式による濾過方法を用
いる合成膨潤性ケイ酸塩の製造方法

【特許請求の範囲】

【化１】［（ＳｉＯ_２）_８・（ＭｇＯ_２／３）_ａ・（Ｏ
Ｈ）_{２／３ａ＋ｂ−ｃ}・Ｆ_ｃ］^ｂ−・Ｍ_ｂ／ｙ ^ｙ＋ （式
中のａ、ｂ、ｃおよびｙの値は０＜ａ＜１０、０＜ｂ≦
１、０≦ｃ＜２／３ａ＋ｂおよび１≦ｙ≦２とし、Ｍは
アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモ
ニウムイオンおよびアミンからなる群から選んだ少なく
とも１個の陽イオンである。）

【化２】［Ｓｉ_８（Ｍｇ_{６−Ｘ−Ｙ}Ｌ_ＩＸＮ_ａＹ）Ｏ
_２０｛（ＯＨ）_４−ＺＦ_Ｚ｝］ ^{（Ｘ ＋Ｙ）−}・（Ｘ＋
Ｙ）Ｍ^＋ （式中のＸ、Ｙ、Ｘの値は０≦Ｘ＜２、０≦Ｙ≦２、０
＜Ｘ＋Ｙ＜２、０≦Ｚ＜４とし、Ｍ^＋はアルカリ金属イ
オン、アンモニウムイオンおよびアミンなどの１価陽イ
オンである。）

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高品質の合成膨潤性ケイ
酸塩の製造方法に関するものであり、更に詳しくはチク
ソトロピー的性質を有するため化粧品、医薬品、塗料な
どの添加剤として極めて有用な合成膨潤性ケイ酸塩の製
造において、ケイ酸とマグネシウム塩の均質混合液ある
いは更にアルミニウム塩を配合した均質混合溶液とアリ
カル溶液とからシリコン・マグネシウム複合体あるいは
シリコン・マグネシウム・アルミニウム複合体（コロイ
ド粒子の凝集体、以下、コロイド複合体と略す）を作
り、副生溶解質を除去して該コロイド複合体を効率的に
分離・洗浄及び濃縮して、高品質の合成膨潤性ケイ酸塩
を製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】合成膨潤性ケイ酸塩およびその製造方法
として、下記一般式（化３）あるいは（化４）などで表
される３−八面体型スメクタイトに類似した構造を有す
る合成膨潤性ケイ酸塩を合成するに当たり、該一般式の
組成を満足するシリコン・マグネシウム比を有するケイ
酸とマグネシウム塩の均質混合溶液と、アルカリ溶液よ
りコロイド複合体を作り、副生溶解質を除去して該コロ
イド複合体を分離・洗浄及び濃縮した後、該一般式の組
成を満足する量の陽イオンおよび／又はリチウムイオン
および要すればフッ素イオンを添加して得たスラリーを
１００℃乃至３５０℃の条件下で水熱反応を行い、次い
で反応生成物を乾燥・粉砕する該一般式で示される合成
膨潤性ケイ酸塩およびその製造方法（特公昭６１−１２
８４８号公報、特公昭６３−６４８５号公報、特公昭６
３−６４８６号公報）が提案されている。

【０００３】

【化３】［（ＳｉＯ_２）_８・（ＭｇＯ_２／３）_ａ・（Ｏ
Ｈ）_{２／３ａ＋ｂ−ｃ}・Ｆ_ｃ］^ｂ−・Ｍ_ｂ／ｙ ^ｙ＋

【０００４】（式中のａ、ｂ、ｃおよびｙの値は０＜ａ
＜１０、０＜ｂ≦１、０≦ｃ＜２／３ａ＋ｂおよび１≦
ｙ≦２とし、Ｍはアルカリ金属イオン、アルカリ土類金
属イオン、アンモニウムイオンおよびアミンからなる群
から選んだ少なくとも１個の陽イオンである）。

【０００５】

【化４】［Ｓｉ_８（Ｍｇ_{６−Ｘ−Ｙ}Ｌ_ｉＸＮ_ａＹ）Ｏ
_２０｛（ＯＨ）_４−ＺＦ_Ｚ｝］^{（Ｘ＋Ｙ）−}・（Ｘ＋
Ｙ）Ｍ^＋

【０００６】（式中のＸ、Ｙ、Ｘの値は０≦Ｘ＜２、０
≦Ｙ≦２、０＜Ｘ＋Ｙ＜２、０≦Ｚ＜４とし、Ｍ^＋はア
ルカリ金属イオン、アンモニウムイオンおよびアミンな
どの１価陽イオンである。）

【０００７】これらの方法で合成膨潤性ケイ酸塩を製造
するには、ケイ酸とマグネシウム塩の均質混合液とアル
カリ溶液より生成されるコロイド複合体（コロイド粒子
の凝集体）を副生溶解質から濾過することにより分離・
洗浄及び濃縮する必要があり、効率よく、ほぼ完全に副
生溶解質を除去することが製品の合成膨潤性ケイ酸塩の
品位およびコスト低減のうえから極めて重要である。ま
た、濾過時、濃縮してコロイド複合体の濃度を高めるこ
とは、後工程での装置の小型化及び乾燥コストの低廉化
のために必要である。このコロイド複合体のコロイド粒
子は凝集しており、コロイド粒子の濾過に一般的に使わ
れている限外濾過膜を使用して加圧または減圧によりコ
ロイド複合体と副生電解質を分離しようとすると、濾過
後、直ちに目詰まりをおこし、濾過及び洗浄が事実上で
きなくなり、頻繁に濾過膜を取り替える必要があった。

【０００８】その為、濾過膜の孔の径を大きくして、目
詰まりを防止しようとすると、コロイド複合体まで濾過
されてしまい、副生電解質の分離ができなくなるという
問題が生じる。それで、実際はコロイド複合体はコロイ
ド粒子が凝集しているものであるので、若干のロスを無
視して、その凝集物の大部分が捕集できるような孔径の
濾過膜を使用して、濾過・洗浄を行うことになるが、こ
の場合でもすぐに目詰まりをおこし、濾過・洗浄速度が
大幅に低下するという問題が生じる。このため、コロイ
ド複合体を副生溶解質から濾過することにより経済的に
且つ効率良く分離・洗浄及び濃縮して、高品質の合成膨
潤性ケイ酸塩を製造する方法の出現が望まれていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記の
問題を解決し、ケイ酸マグネシウム塩の均質混合液とア
ルカリ溶液より生成されるコロイド複合体を副生溶解質
から、目詰まりをおこすことなく濾過することにより、
経済的に且つ効率良く分離・洗浄及び濃縮して、高品質
の合成膨潤性ケイ酸塩を製造する方法を提供することで
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の問題に鑑み本発明
者等が鋭意研究した結果、上記の方法で合成膨潤性ケイ
酸塩を製造するにあたり、ケイ酸とマグネシウム塩の均
質混合液あるいは更にアルミニウム塩を配合した均質混
合溶液とアルカリ溶液より生成されるコロイド複合体を
副生溶解質から分離・洗浄及び濃縮する時、クロスフロ
ー方式による濾過方法を用いて特定の条件下で濾過する
ことにより、効率よくほぼ完全に分離・洗浄及び濃縮が
できることを見出し、本発明を成すに至った。

【００１１】本発明の請求項１の発明は、３−八面体型
スメクタイトに類似した構造を有する合成膨潤性ケイ酸
塩を合成するに当たり、ケイ酸とマグネシウム塩の均質
混合溶液あるいは更にアルミニウム塩を配合した均質混
合溶液と、アルカリ溶液よりコロイド複合体を作り、副
生溶解質を除去して該コロイド複合体を分離・洗浄及び
濃縮した後、陽イオンおよび／又はリチウムイオン、お
よび要すればフッ素イオンを添加して得たスラリーを１
００℃乃至３５０℃の条件下で水熱反応を行い、次いで
反応生成物を乾燥・粉砕する合成膨潤性ケイ酸塩の製造
方法において、該副生溶解質を除去して該コロイド複合
体を分離・洗浄及び濃縮するに当たり、クロスフロー方
式による濾過方法を用い、レイノルズ数が５０〜５００
０の範囲に入るように設定して行うことを特徴とする合
成膨潤性ケイ酸塩の製造方法である。

【００１２】本発明の請求項２の発明は、合成膨潤性ケ
イ酸塩が前記一般式（化３）で表されることを特徴とす
る請求項１記載の合成膨潤性ケイ酸塩の製造方法であ
る。

【００１３】本発明の請求項３の発明は、合成膨潤性ケ
イ酸塩が前記一般式（化４）で表されることを特徴とす
る請求項１記載の合成膨潤性ケイ酸塩の製造方法であ
る。

【００１４】本発明の請求項４の発明は、該コロイド複
合体の平均粒子径の９５％以上が２００ｎｍ以下になる
ようにコントロールし、平均細孔径が０．１〜５μｍの
濾過膜を用いることを特徴とする請求項１に記載の合成
膨潤性ケイ酸塩の製造方法である。

【００１５】次に本発明で用いるクロスフロー方式によ
る濾過方法を詳しく説明する。上記クロスフロー方式に
よる濾過方法は、濾過対象原液を膜フイルターで直接濾
過する一般的に行われている方法に対し、図１と図２に
示したように、濾過対象原液２を濾過膜１の表面に平行
に流しながら濾過液４を原液２とクロスする方向に濾過
膜１を通してフローさせて濾過を行う方法である。図１
は管状の濾過膜１の内部を原液２がフローし、濾過液４
が外部へフローする場合の断面説明図であり、図２は管
状の濾過膜１の外部を原液２がフローし、濾過液４が内
部へフローする場合の断面説明図である。原液２中には
コロイド粒子３が含まれている。図３の（Ａ）および
（Ｂ）は濾過膜の１例であるセラミック製濾過膜の断面
を示す説明図である。

【００１６】図４はクロスフロー方式による濾過方法の
システムの一例を示す説明図である。原液２を原液フィ
ードポンプ６により原液槽７に供給する。原液２は循環
ポンプ６’により熱交換器８を経由して温度、圧力、流
量を制御して送液され、濾過膜１、１’、１”により順
次濾過されライン９から原液槽７に循環され、そしてこ
れが繰り返される。濾過液はライン９’から濾液受槽
７’に送液されてポンプ６”により次工程に送られる。
ライン９”はドレインラインである。副生溶解質の分
離、コロイド複合体の濃縮が進んだとき、洗浄液１０を
原液槽７に供給して副生溶解質の分離を完全に行うと共
に、水を分離し、コロイド複合体の水スラリーの濃縮を
進める。コロイド複合体の分離・洗浄及び濃縮が完了し
たら濃縮液５を系外へ排出する。また、濾過膜１、
１’、１”の詰まりを解消するため、濾液を上記と逆に
流して逆洗を施すこともできるようになっている。

【００１７】本発明においてクロスフロー方式による濾
過方法によりコロイド複合体と副生溶解質の濾過・分離
を行う際、レイノルズ数が５０〜５０００、望ましくは
１０００〜５０００になるように設定して濾過・分離を
行うことが肝要である。コロイド複合体のケーキ層が濾
過膜上に生成するのを防止し、濾過速度の低下を防止
し、且つ効率的に洗浄及び濃縮を行うのに、レイノルズ
数を特定の値に設定することが必須の条件であること
が、濾過・洗浄テストを繰り返すうちに明らかになっ
た。レイノルズ数が５０未満ではコロイド複合体のケー
キ層が濾過膜上に生成するのを防止できず、レイノルズ
数が５０００を超える場合は濾過システムの設定が難し
くコスト高になる。また、コロイド複合体の濃度を極度
に下げればレイノルズ数を５０００以上にすることもで
きるが、分離はよいが、濃縮の点からは不経済であり好
ましくない。

【００１８】クロスフロー方式による濾過方法が有効な
理由は次のように考えられるが、これらの考えに限定さ
れるものではないことは当然である。ケイ酸とマグネシ
ウム塩の均質混合液とカルカリ溶液より生成されるコロ
イド複合体（コロイド粒子）は凝集しており、凝集物の
内部に入り込んでいる副生溶解質の分離・洗浄を効率的
に行うには、この凝集物をより小さく壊す必要がある。
一方、濾過速度の低下を防止するには、小さく壊された
コロイド複合体がフイルター上に堆積するのを防止し、
そしてフイルター上に粘着性ある凝集塊が生成するのを
防止して、フイルターが目詰まりするのを防止する必要
がある。このような相反する問題を解決するために、ク
ロスフロー方式による濾過方法でレイノルズ数を５０以
上、好ましくは１０００以上の乱流域に設定し、濾過境
界面で渦を生じさせることが極めて有効であるものと判
断される。レイノルズ数が５０〜１０００の場合は能力
的には劣るが、やはり同様な効果が得られるものと考え
られる。

【００１９】しかし、実際の濾過・洗浄を行う場合は、
出来るだけレイノルズ数が１０００以上の状態で行い、
洗浄がほぼ完了したあとの濃縮段階で１０００以下に下
げるのが望ましい。

【００２０】また本発明においては、上記のようにクロ
スフロー方式による濾過方法によりコロイド複合体を副
生溶解質から分離し、洗浄、濃縮した後、前記一般式の
組成を満足する量の陽イオンおよび／又はリチウムイオ
ンおよび必要に応じてフッ素イオンを添加して得たスラ
リーを、１００℃乃至３５０℃の条件下で水熱反応を行
い、次いで反応生成物を乾燥・粉砕することにより前記
一般式で示される合成膨潤性ケイ酸塩を得ることができ
るが、高品質の合成膨潤性ケイ酸塩を得るためには、即
ち、合成膨潤性ケイ酸塩を水中に分散した分散液の透明
度と粘性が高く、無機または有機塩の水溶液にも分散し
て高粘度を示すような合成膨潤性ケイ酸塩を得るために
は、コロイド複合体の粒子径の９５％以上が２００ｎｍ
以下になるようにコントロールして、ケイ酸とマグネシ
ウム塩の前記均質混合溶液と、アルカリ溶液よりコロイ
ド複合体を作ることが好ましいことを見いだした。

【００２１】また、殆どが２００ｎｍ以下の粒子径のコ
ロイド粒子のクロスフロー方式による濾過において、濾
過膜の細孔径は、コロイド粒子の大きさや凝集状態及び
濾過時のレイノルズ数の値により最適値は異なるが、経
済的な濾過速度で濾過を行い、そして濾過時のコロイド
粒子の損失を少なくするためには、その細孔径を０．１
〜５μｍの範囲に限定することが好ましいことが判っ
た。

【００２２】

【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明の主旨を逸脱しないかぎり実施例に限定
されるものではない。 （実施例１、比較例１〜２）（クロスフロー方式による
濾過方法を用いたコロイド複合体の分離・洗浄・濃縮） １０リットルのビーカーに水４リットルを入れ、３号水
ガラス（ＳｉＯ_２２８％、Ｎａ_２Ｏ ９％、モル比３．
２２）８６０ｇを溶解し、１２規定塩酸溶液２５０ｍｌ
を攪拌しながら一度に加えてケイ酸溶液を得た。次に水
１リットルに塩化マグネシウム六水和物一級試薬（純度
９８％）５５０ｇを溶解した溶液をケイ酸溶液に加えて
調整したケイ酸−マグネシウム塩均質溶液を２規定水酸
化ナトリウム溶液３．０リットル中に攪拌しながら５分
間で滴下した。一定時間攪拌してコロイド複合体（粒子
径の９０％以上が５００ｎｍ以下）と副生溶解質から成
るスラリー溶液を作り、それを用いて濾過・洗浄テスト
を行った。濾過・洗浄後、平均凝集粒子径を測定した。
なお、濾過・洗浄テストにあたり、コロイド複合体のス
ラリー溶液は１〜１０ｋｇを使用し、洗浄用の純水はそ
の５倍量を使用した。

【００２３】クロスフロー方式による濾過システムは、
図３に示したセラミック膜フィルターを用い、図４に示
した日本ガイシ（株）のシステム［クロスフロー濾過器
（セラミック膜フイルター、チューブラータイプ、濾過
面積４００ｃｍ^２）］を使用した。結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】比較例１の自然濾過法では、直径２０ｃｍ
の漏斗とテトロン製濾布を用いて、自重により濾過を行
った。比較例２の加圧濾過法では、光信理化学（株）製
のＫＳ型加圧濾過器（濾過面積１３０ｃｍ^２）とテトロ
ン製濾布を用いて、加圧して濾過を行った。本発明法に
よる実施例１では濾過・洗浄時、レイノルズ数ができる
だけ１０００〜５０００になるようにして行った。表１
より、比較例１の自然濾過法、比較例２の加圧濾過法と
も平均凝集粒径が５０μｍであるのに対し、実施例１で
は５μｍと１／１０になり、凝集物が壊されているこ
と、また濾過速度が他法に比べ、１０倍以上速いことが
判る。

【００２６】洗浄後のコロイド複合体の純水１０％溶液
の電気伝導度（ｍＳ／ｃｍ）を測定したところ、次の値
が得られた。 比較例１ 自然濾過法 ５．７６ 比較例２ 加圧濾過法 ４．０５ 実施例１ 本発明法 ０．５７ 電気伝導度はコロイド複合体中に含まれる副生溶解質濃
度にほぼ比例するものと考えられるため、上記結果よ
り、本発明の方法によれば凝集物を小さく壊して濾過・
洗浄を行うため、コロイド複合体の凝集物に内蔵されて
いる副生溶解質は極めて除かれがたいものであるにもか
かわらず、副生溶解質の含量が減り、電気伝導度が一桁
低くなったものと判断できる。このように、本発明の方
法によれば、電気伝導度が低く、言い替えれば副生溶解
質含量が少ないコロイド複合体を得ることができるの
で、その結果、純度の高い高品質の膨潤性ケイ酸塩が得
られるものと考えられる。

【００２７】（実施例２）（クロスフロー方式による濾
過方法を用いたコロイド複合体の分離・洗浄・濃縮）
実施例１と同様な方法でコロイド複合体を作ったが、そ
の際、反応温度、反応時間、攪拌速度等を調整して、粒
子の９５％以上が２００ｎｍ以下になるように調整し
た。得られたコロイド複合体の副生溶解質からの分離・
洗浄テストを実施例１と同様な条件で行った。濾過・洗
浄後、平均凝集粒子径を測定した。結果を表２に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】（実施例３〜４、比較例３〜４）（膨潤性
ケイ酸塩の製造およびその物性値） 実施例１、２および比較例１、２で得られたコロイド複
合体１０８０ｇを濾過、及び充分に水洗した後、水酸化
リチウム１水和物［Ｌｉ（ＯＨ）・Ｈ_２Ｏ］２０ｇを溶
解した水溶液１００ｍｌを加えてスラリー状とし、オー
トクレーブに移し、４１ｋｇ／ｃｍ^２、２５０℃で３時
間、水熱反応させた。冷却後、反応物をとりだし、８０
℃で乾燥した後、擂潰機にて粉砕し、物性測定用の膨潤
性ケイ酸塩のサンプルを得た。膨潤性ケイ酸塩の純水１
％溶液を用い波長５００ｎｍの光による透過率（％）、
同純水２％溶液の粘度（ｃｐ）（Ｂ型粘度計、６０回転
／分の測定値）、陽イオン交換容量（ｍｇ当量／１００
ｇ）および同純水１％溶液のｐＨを測定した。結果をま
とめて表３に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】表３に示した結果より、膨潤性ケイ酸塩の
重要な物性である透過率及び粘度について、実施例１，
２で得られたコロイド複合体を用いて作られた膨潤性ケ
イ酸塩（実施例３、４）は、比較例１，２で得られたコ
ロイド複合体を用いて作られた膨潤性ケイ酸塩（比較例
３、４）に比較して高い値を示す。しかも実施例２のよ
うにコロイド複合体の９５％以上の粒径を２００ｎｍ以
下にコントロールすると、それを用いて作られた膨潤性
ケイ酸塩（実施例４）の光透過率は高品質の一つの目標
である９５％以上になり、粘度も約２倍に高まることが
判る。

【００３２】（実施例５〜６、比較例５〜６）（膨潤性
ケイ酸塩の物性値） 実施例３、４および比較例３、４で得られた物性測定用
の膨潤性ケイ酸塩サンプルの２％水溶液を調整し、そこ
へ無機又は有機塩類を０．５或は２％相当量添加し、ス
ターラーでかきまぜて粘度測定用溶液を調整した。二層
に分離しない均質な高粘性液が得られた場合は、粘度
（ｃｐ）（Ｂ型粘度計、６０回転／分の測定値）を測定
した。結果をまとめて表４に示す。表４より、二層分離
せず、均質な高粘性液を生ずるのは実施例３、４で得ら
れた膨潤性ケイ酸塩の場合（実施例５および実施例６）
であり、しかも実施例２のようにコロイド複合体の９５
％以上の粒径を２００ｎｍ以下にコントロールすると、
それを用いて作られた膨潤性ケイ酸塩は分散性が非常に
よくなる（実施例６）ことが判る。比較例３、４で得ら
れた膨潤性ケイ酸塩の場合は、二層に分離してしまい、
均質な高粘性液が得られなかった（比較例５および比較
例６）。

【００３３】このように無機又は有機塩類の水溶液に分
散して、二層分離せず、均質な高粘性液を生ずる物性
は、膨潤性ケイ酸塩を化粧品、医薬品、塗料などへ、チ
クソトロピー的性質を付与する添加剤として適用する時
の極めて重要な物性である。なお、上記のような無機ま
たは有機塩の水溶液にも分散して高粘性を示す性質は、
市販の合成膨潤性ケイ酸塩にもいくらか認められるもの
もあるが、本発明の方法により製造された膨潤性ケイ酸
塩のように分散性の大きいものは他に見られなかった。

【００３４】

【表４】

【００３５】

【発明の効果】本発明は、合成膨潤性ケイ酸塩を製造す
るにあたり、ケイ酸とマグネシウム塩の均質混合液ある
いは更にアルミニウム塩を配合した均質混合溶液と、ア
ルカリ溶液より生成されるコロイド複合体を副生溶解質
から分離・洗浄及び濃縮する時、クロスフロー方式によ
る濾過方法でレイノルズ数が５０〜５０００の範囲に入
るように設定して行うと、濾過膜の目詰まりをおこすこ
となく濾過でき、経済的に且つ効率良くコロイド複合体
の分離・洗浄及び濃縮を行うことができ、高品質の合成
膨潤性ケイ酸塩を製造できる。更に、コロイド複合体の
粒子径の９５％以上を２００ｎｍ以下になるようにコン
トロールし、濾過膜の細孔径を０．１〜５μｍに限定し
て、コロイド複合体の分離・洗浄及び濃縮を行うと、一
層経済的に且つ効率良くコロイド複合体の分離・洗浄及
び濃縮を行うことができ、より高品質の合成膨潤性ケイ
酸塩を製造できる。本発明の方法により、化粧品、医薬
品、塗料などへ、チクソトロピー的性質を付与する添加
剤として極めて有用な高品質の合成膨潤性ケイ酸塩を安
価に製造することができ、産業上の利用価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 クロスフロー方式濾過の説明図である。

【図２】 他のクロスフロー方式濾過の説明図である。

【図３】 （Ａ）、（Ｂ）はセラミック製濾過膜の断面
説明図である。

【図４】 クロスフロー方式濾過方法のシステムの一例
を示す説明図である。

【符号の説明】 ＰＩ 圧力計 ＴＩＣ 温度指示制御計 ＦＩＣ 流量指示制御計 ＬＳ 液面計 １、１’、１” 濾過膜 ２ 原液 ３ コロイド粒子 ４ 濾過液 ５ 濃縮液 ６、６’、６” ポンプ ７、７’ タンク ８ 熱交換器 ９、９’、９” パイプライン １０ 洗浄液

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記一般式（化１）で表される３−八面
   体型スメクタイトに類似した構造を有する合成膨潤性ケ
   イ酸塩を合成するに当たり、該一般式の組成を満足する
   シリコン・マグネシウム比を有するケイ酸とマグネシウ
   ム塩の均質混合溶液と、アルカリ溶液よりシリコン・マ
   グネシウム複合体を作り、副生溶解質を除去して該シリ
   コン・マグネシウム複合体を分離・洗浄及び濃縮した
   後、該一般式の組成を満足する量の陽イオンおよび要す
   ればフッ素イオンを添加して得たスラリーを１００℃乃
   至３５０℃の条件下で水熱反応を行い、次いで反応生成
   物を乾燥・粉砕する該一般式で示される合成膨潤性ケイ
   酸塩の製造方法において、該副生溶解質を除去して該シ
   リコン・マグネシウム複合体を分離・洗浄及び濃縮する
   に当たり、クロスフロー方式による濾過方法を用い、レ
   イノルズ数が５０〜５０００の範囲に入るように設定し
   て行うことを特徴とする合成膨潤性ケイ酸塩の製造方
   法。 【化１】 （式中のａ、ｂ、ｃおよびｙの値は０＜ａ＜１０、０＜
   ｂ≦１、０≦ｃ＜２／３ａ＋ｂおよび１≦ｙ≦２とし、
   Ｍはアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ア
   ンモニウムイオンおよびアミンからなる群から選んだ少
   なくとも１個の陽イオンである）。
2. 【請求項２】 該シリコン・マグネシウム複合体の平均
   粒子径の９５％以上が２００ｎｍ以下になるようにコン
   トロールし、平均細孔径が０．１〜５μｍの濾過膜を用
   いることを特徴とする請求項１に記載の合成膨潤性ケイ
   酸塩の製造方法。