JPH0558616A - 高濃度かつ低粘度のシリカゾル - Google Patents

高濃度かつ低粘度のシリカゾル

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JPH0558616A
JPH0558616A JP21725691A JP21725691A JPH0558616A JP H0558616 A JPH0558616 A JP H0558616A JP 21725691 A JP21725691 A JP 21725691A JP 21725691 A JP21725691 A JP 21725691A JP H0558616 A JPH0558616 A JP H0558616A
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JP
Japan
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sol
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silica sol
sio
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JP21725691A
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Toru Kuramoto
透 倉本
Takanori Hamana
孝徳 濱名
Mikio Yoshino
幹雄 芳野
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Central Glass Co Ltd
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Central Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高濃度で使用される接着剤、結合剤および塗料
等の用途に利用される、高濃度かつ低粘度のシリカゾル
を提供する。 【構成】シリカ濃度30〜50wt%のシリカゾルに、減
粘剤としてNa2 SO3 を0.01〜0.50wt%含有
させたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は低粘度でかつ高濃度のSi
O2を含有するシリカゾルに関するものである。
【0002】
【従来の技術とその解決しようとする課題】シリカゾル
は約4〜100nmのSiO2粒子が水に分散した水性コロイドで
ある。通常、汎用とされるものはNa2Oで安定化され、粒
子径10〜20nmのSiO2粒子約30%を含んだ、PH9〜10を示
すアルカリ性のシリカゾルである。
【0003】シリカゾルは結合性、接着性および造膜性
に優れており、膜は硬度および耐熱性に優れるシリ
カ粒子は非晶質かつ球形で研磨作用を有し、高比表面積
で活性であるゲル化時間の制御が容易である、等の特
徴がある。
【0004】これらの特徴を利用した用途は、まず結合
剤および接着剤としてロストワックスのシェル型バイン
ダーや無機繊維の結合剤に用いられる。また表面処理剤
として紙やダンボール等のスリップ防止や研磨作用を生
かして半導体用シリコンウェハーの研磨剤として利用さ
れている。
【0005】その中でもSiO2濃度30〜50wt%を含有する
低粘度シリカゾルは高濃度の状態で使用される無機系の
接着剤、結合剤および塗料等の用途に特に有効である。
シリカゾルの製造法としてはイオン交換法、酸中和法お
よび電気透析法等が知られているが、通常、工業的に利
用されるシリカゾルの製造法は経済的に有利なイオン交
換法が主流である。
【0006】同製造法はまずSiO2濃度換算で2〜 8wt%
に希釈したケイ酸ソーダ水溶液を陽イオン交換樹脂を充
填したカラムを通液させることによりNaを除去した後、
60℃以上の温度でシリカ粒子を粒成長させ、得られた希
釈ゾルを蒸発法または限外濾過法により濃縮することに
より、粒子径10〜20nmでSiO2濃度30wt%を含有するシリ
カゾルを得るものである。しかし同製造法で得られるシ
リカゾルはSiO2濃度30wt%以上であると一般的に高粘度
かつ不安定であり、ポンプ輸送や工業的な処方における
他の薬剤との混合等で困難な結果を生じる。
【0007】シリカゾルは一般的に電解質を含まないも
のであり、もしシリカゾルにNaClの様な電解質の塩を加
えたならば、シリカ粒子表面のマイナスの帯電が中和さ
れ電気的反発がなくなり、その分散系は凝集してしま
う。しかしながら塩が微量に存在すると逆に安定化され
る場合がある。すなわちシリカ粒子の表面積とアルカリ
の量に関係したある範囲内の塩を加えてシリカゾルを濃
縮した場合、粘度上昇が起こらずに30wt%以上のSiO2
含有する高濃度なシリカゾルが得られることが知られて
いる。これはシリカ粒子表面のOHイオンと重合して粒子
を大きくするOHイオンの適当な範囲を見出したものであ
ると考えられる。
【0008】またゾルの粘度はゾル中でのシリカ粒子の
占める割合によって決定される。その粒子の占める部分
はシリカに結合した水やあるいはその水と同時に表面に
吸着された陽イオンも含むと考えてよい。ゾルの粘度は
その表面に水和されている水と粒子の凝集によって大き
く変化し、特に水和の度合は、シリカ表面のシラノール
基と更に水和した水によってその粒子の体積が増加する
し、あるいはシリカの凝集によってその内面に水が包含
されると考えれば、それが最も粘度に影響する。すなわ
ちなんらかの塩を適量添加することにより粒子表面の水
和に寄与する水の双極子とイオンの静電気結合および水
素結合を防ぐことが出来れば粒子の占める部分容積が小
さくなるので粘度の低減が可能となるものと考えられ
る。
【0009】公知のシリカゾル減粘剤としてはNa2SO4
知られており(R.K.ILER,The Chemistry of Silica (19
79) p.326 )、Na2SO4もしくはNaClの様な塩0.01〜0.04
Nをシリカゾルに添加することにより直径15〜40nmの範
囲を持つアルカリ性で安定なシリカゾルを得ることが出
来る。またゾルを濃縮する際にシリカ表面に少なくとも
0.003wt%のNH4HCO3を加えることにより塩を加えない
で過度の粘度上昇をなくすことも可能とされている。
【0010】しかし高濃度ゾルにNaClおよびNH4HCO3
添加した場合、確かにゾルの粘度は低減できるがNaClで
はゾルの安定性に支障をきたし実用的ではない。またNH
4HCO 3添加の場合、SiO2濃度40wt%を含む粒径9〜20nmの
ゾルの粘度を10c.p程度とするために0.1%以上の多量の
添加を必要とした。
【0011】また、Na2SO4はシリカゾルの減粘剤として
その効果が比較的顕著であり入手容易であることから市
販の高濃度ゾルにはこれと同様の添加剤が使用されてい
るようであるが、この場合も同様に多量の添加を必要と
した。
【0012】本発明の目的は、イオン交換法またはその
他の製造方法を経て得たシリカゾルが、高濃度(35wt
%以上)になるにつれて、高粘度かつ不安定で、ゲル状
物質を析出しやすいため、ゲル状物質の析出を生じるこ
となく高濃度かつ低粘度のゾルを安定に提供することに
ある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点を鑑み、鋭意検討の結果、シリカゾルにNa2SO3を添加
することにより高濃度かつ低粘度で安定なシリカゾルを
提供し得ることを見出し、本発明に到達した。
【0014】すなわち本発明は、シリカ濃度30〜50wt%
のシリカゾルに、0.01〜0.50wt%のNa2SO3を含有させた
ことを特徴とする高濃度かつ低粘度のシリカゾルを提供
するものである。
【0015】本発明において対象とするシリカゾルはイ
オン交換法にて製造されたゾルでも良いし、酸中和法で
製造されたゾルでも良いし、その他ゾルの製法を限定す
るものではない。また、シリカゾルの粒径は、特に限定
されないが4 〜100nm の範囲のものが対象となる。特
に、シリカ粒径30nm以下で添加剤無しの場合はSiO2濃度
は30wt%がほぼ上限値であり、これ以上になるとゾルは
流動性を失い、粒子が凝集しゲル化しやすい傾向とな
る。
【0016】本発明において、各方法により得られる減
粘剤無添加の高濃度シリカゾルは、非常に高粘度で流動
性が皆無であり攪拌やポンプ輸送等が非常に困難とな
る。本発明者らは高濃度シリカゾルの粘度を一般的に使
い易いとされる汎用ゾル程度(10c.p.以下)まで低減
し、なおかつ安定なゾルとするため種々の検討を行った
結果、SiO2濃度30〜50wt%を含む高濃度ゾルに室温で0.
01〜0.50wt%、好ましくは0.05〜0.10wt%のNa2SO3を粉
末あるいは水溶液の状態で、ゾルの濃縮前または濃縮ゾ
ルに直接添加することにより終始安定でゲル状物質を析
出する事なく、ゾルの粘度を10c.p.程度まで低減出来る
ことを見出した。
【0017】すなわち本発明においては高濃度ゾルの濃
縮過程でNa2SO3粉末あるいは水溶液をゾル濃縮後換算で
0.01〜0.50wt%となるように加えた後濃縮するか、また
は高濃度ゾルの状態で直接添加することを必須とする。
【0018】Na2SO3濃度が0.50wt%以上では必要以上の
電解質が多くなりゾルの保存安定性を損なうばかりでな
く、高導電率となり精密鋳造等の用途には好ましくな
い。逆にNa2SO3濃度が0.01wt%以下であればその減粘効
果は顕著ではなく、使い易い高濃度ゾルを得ることはで
きない。
【0019】濃縮前ゾルに添加する場合は、室温にてあ
らかじめ攪拌されているSiO2濃度30wt%以下のゾルにNa
2SO3の粉末あるいは水溶液を添加し5分間程度攪拌した
後、蒸発法または限外濾過法により濃縮する。この場合
SiO2濃度30wt%以下のシリカゾルは粘度は10c.p.以下で
あり流動性も高いのでNa2SO3添加後の粘度低下は顕著で
はないが、蒸発法または限外濾過法により濃縮する際、
過度の粘度上昇を起こす事なく終始安定な状態で高濃度
かつ低粘度なゾルを得ることが出来る。
【0020】また高濃度ゾルに直接添加する場合も同様
にNa2SO3の粉末あるいは水溶液を室温にてあらかじめ攪
拌されている高濃度ゾルに添加する。この場合、添加後
に粘度低下を確認するまでに5〜10分の攪拌を必要とす
る。
【0021】以上のようにして得られるSiO2濃度30〜50
wt%を含む、粒径9〜20nmのアルカリ性で安定な低粘度
シリカゾルはそのままでも十分シリカゾル製品としての
価値を持つが、特に必要であればNa2SO3濃度を変化させ
ることにより粘度を自由にコントロール出来る。
【0022】また、Na2SO3は水に対して殺菌効果があ
り、藻などの生成を抑えるので長期貯蔵安定性を大きく
向上させることができる。
【0023】
【実施例】次に本発明を実施例により、更に具体的に説
明する。 実施例 1 イオン交換法および蒸発濃縮法により得られた高濃度か
つ高粘度なシリカゾル(SiO2濃度41wt%、Na2O濃度0.50
wt%、平均粒径14.5nm、PH9.8、粘度200c.p.)270gに室
温および攪拌下でNa2SO3粉末0.135gを添加し、約10分間
攪拌した。得られたシリカゾル約270gはSiO2濃度41wt
%、Na2O濃度0.51wt%、PH9.7、粒径14.5nmであり、粘
度は8c.p.であった。
【0024】実施例 2 イオン交換法および蒸発濃縮法により得られた高濃度か
つ高粘度なシリカゾル(SiO2濃度41wt%、Na2O濃度0.50
wt%、平均粒径9.5nm、PH9.8、粘度280c.p.)250gに室
温および攪拌下で10wt%のNa2SO3水溶液2.5gを添加し、
約10分間攪拌した。得られたシリカゾル約252gはSiO2
度40wt%、Na2O濃度0.54wt%、PH9.7、粒径9.5nmであ
り、粘度は9c.p. であった。
【0025】実施例 3 酸中和法により得られた濃縮前シリカゾル(SiO2濃度29
wt%、Na2O濃度0.30wt%、平均粒径14.3nm、PH9.5、粘
度6c.p.)557gに室温および攪拌下でNa2SO3粉末1.21gを
添加し、約10分間攪拌した後、蒸発濃縮によりSiO2濃度
40wt%まで濃縮した。得られたシリカゾル約404gはSiO2
濃度40wt%、Na2O濃度0.56wt%、PH9.8、粒径14.5nmで
あり、粘度は8c.p.であった。
【0026】実施例 4 イオン交換法により得られた濃縮前シリカゾル(SiO2
度31wt%、Na2O濃度0.30wt%、平均粒径19.8nm、PH9.
4、粘度5c.p.)600gに室温および攪拌下で10wt%のNa2S
O3水溶液7.2gを添加し、約10分間攪拌した後、蒸発濃縮
によりSiO2濃度50wt%まで濃縮した。得られたシリカゾ
ル約370gはSiO2濃度50wt%、Na2O濃度0.58wt%、PH9.
5、粒径19.8nmであり、粘度は 9c.p.であった。
【0027】実施例 5 イオン交換法により得られた濃縮前シリカゾル(SiO2
度 7.0wt%、Na2O濃度0.09wt%、平均粒径14.3nm、PH9.
2、粘度1c.p.)50000gに室温および攪拌下で10wt%のNa
2SO3水溶液88gを添加し、約10分間攪拌した後、限外濾
過器(中空糸モジュール仕様、膜面積0.1m2、中空糸径
1.4mm、分画分子量10000)によりSiO2濃度40wt%まで濃
縮した。
【0028】得られたシリカゾル約8700gはSiO2濃度40w
t%、Na2O濃度0.52wt%、PH9.7、粒径14.3nmであり、粘
度は7c.p.であった。なお膜処理の際、全Na2O量の約10
%および全Na2SO3量の約50%が透過液側へ流出(ロス)
した。
【0029】比較例 1 イオン交換法および蒸発濃縮法により得られた高濃度か
つ高粘度なシリカゾル(SiO2濃度41wt%、Na2O濃度0.50
wt%、平均粒径14.5nm、PH9.8、粘度200c.p.)270gに室
温および攪拌下でNa2SO4粉末0.135gを添加し、約10分間
攪拌した。得られたシリカゾル約270gはSiO2濃度41wt
%、Na2O濃度0.51wt%、PH9.6、粒径14.5nmであり、粘
度は15c.p.であった。
【0030】比較例 2 イオン交換法により得られた濃縮前シリカゾル(SiO2
度30wt%、Na2O濃度0.35wt%、平均粒径9.5nm、PH9.6、
粘度6c.p.)400gに室温および攪拌下で10wt%のNa2SO4
水溶液3.0gを添加し、約10分間攪拌した後、蒸発濃縮に
よりSiO2濃度40wt%まで濃縮した。
【0031】得られたシリカゾル約300gはSiO2濃度40wt
%、Na2O濃度0.52wt%、PH9.7、粒径9.5nmであり、粘度
は21c.p.であった。
【0032】
【表1】
【0033】
【発明の効果】本発明は、シリカゾルに所定量のNa2SO3
を含有させることにより高濃度かつ低粘度のシリカゾル
を容易に提供することができるものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリカ濃度30〜50wt%のシリカゾルに、
    0.01〜0.50wt%のNa2SO3を含有させたことを特徴とする
    高濃度かつ低粘度のシリカゾル。
JP21725691A 1991-08-28 1991-08-28 高濃度かつ低粘度のシリカゾル Pending JPH0558616A (ja)

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JPH0558616A true JPH0558616A (ja) 1993-03-09

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2483024C2 (ru) * 2011-06-22 2013-05-27 Учреждение Российской академии наук Институт геологии Карельского научного центра Российской академии наук Способ обогащения природного кварцевого сырья

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RU2483024C2 (ru) * 2011-06-22 2013-05-27 Учреждение Российской академии наук Институт геологии Карельского научного центра Российской академии наук Способ обогащения природного кварцевого сырья

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