JPH07291613A - 大きな粒子を含むシリカ・ゾルの連続製造法 - Google Patents
大きな粒子を含むシリカ・ゾルの連続製造法Info
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- JPH07291613A JPH07291613A JP5148360A JP14836093A JPH07291613A JP H07291613 A JPH07291613 A JP H07291613A JP 5148360 A JP5148360 A JP 5148360A JP 14836093 A JP14836093 A JP 14836093A JP H07291613 A JPH07291613 A JP H07291613A
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- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
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- C01B33/141—Preparation of hydrosols or aqueous dispersions
- C01B33/142—Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by acidic treatment of silicates
- C01B33/143—Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by acidic treatment of silicates of aqueous solutions of silicates
- C01B33/1435—Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by acidic treatment of silicates of aqueous solutions of silicates using ion exchangers
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 圧力をかけない簡単な連続法により25〜7
5nmの平均粒径をもつアルカリ性のシリカ・ゾルを製
造する。 【構成】 珪酸アルカリ溶液をH形の陽イオン交換樹脂
と混合してつくられたpHが2〜4において平均粒径が
約2nmの粒子の形でSiO2を4〜8重量%含む酸性
の新しいゾルを原料にし、この新しい酸性のゾルをコロ
イド状シリカ・ゾルのアルカリ性水溶液を含む原料媒質
に加え、この媒質にアルカリ試剤を加え、平均粒径が2
7〜72nmになるまで酸性の新しいゾルおよびアルカ
リ試剤の添加を続け、このようにしてつくられたアルカ
リ性のシリカ水性ゾルを濃縮して非凝縮性の球形のSi
O2粒子を含むアルカリ性シリカ水性ゾルを連続的に製
造する方法。
5nmの平均粒径をもつアルカリ性のシリカ・ゾルを製
造する。 【構成】 珪酸アルカリ溶液をH形の陽イオン交換樹脂
と混合してつくられたpHが2〜4において平均粒径が
約2nmの粒子の形でSiO2を4〜8重量%含む酸性
の新しいゾルを原料にし、この新しい酸性のゾルをコロ
イド状シリカ・ゾルのアルカリ性水溶液を含む原料媒質
に加え、この媒質にアルカリ試剤を加え、平均粒径が2
7〜72nmになるまで酸性の新しいゾルおよびアルカ
リ試剤の添加を続け、このようにしてつくられたアルカ
リ性のシリカ水性ゾルを濃縮して非凝縮性の球形のSi
O2粒子を含むアルカリ性シリカ水性ゾルを連続的に製
造する方法。
Description
【0001】本発明は珪酸塩の酸性活性溶液を大気圧下
においてアルカリ性シリカ・ゾルに連続的に加え平均粒
径が27〜72nmの非凝集性の球形SiO2粒子を含
むシリカ・ゾルを製造する方法に関する。
においてアルカリ性シリカ・ゾルに連続的に加え平均粒
径が27〜72nmの非凝集性の球形SiO2粒子を含
むシリカ・ゾルを製造する方法に関する。
【0002】多くの工業的用途、例えば高温接合剤の用
途に対しては、ゾルの形をした安定なSiO2含有製
品、いわゆるシリカ・ゾルが必要である。製品中の活性
成分であるSiO2は分離した球形の非凝集性粒子の形
で比較的高濃度で存在しなければならない。活性成分が
高濃度で存在する製品の利点は明らかである。例えば輸
送および貯蔵のコストは製品のSiO2濃度に直接比例
する。
途に対しては、ゾルの形をした安定なSiO2含有製
品、いわゆるシリカ・ゾルが必要である。製品中の活性
成分であるSiO2は分離した球形の非凝集性粒子の形
で比較的高濃度で存在しなければならない。活性成分が
高濃度で存在する製品の利点は明らかである。例えば輸
送および貯蔵のコストは製品のSiO2濃度に直接比例
する。
【0003】最近平均粒径が大きい(>25nm)シリ
カ・ゾルに対する需要が増えて来た。多くの用途、例え
ばシリコン・ウェファーの研磨のような用途において
は、製品の性能は液体担体中にコロイド状に分散したシ
リカ・ゾル粒子の大きさと関連がある。しかし従来この
種の粒径(>25nm)のものを加圧しない簡単な装置
で酸性の新しいゾルから簡単で経済的利点をもった連続
法で直接製造する方法はない。
カ・ゾルに対する需要が増えて来た。多くの用途、例え
ばシリコン・ウェファーの研磨のような用途において
は、製品の性能は液体担体中にコロイド状に分散したシ
リカ・ゾル粒子の大きさと関連がある。しかし従来この
種の粒径(>25nm)のものを加圧しない簡単な装置
で酸性の新しいゾルから簡単で経済的利点をもった連続
法で直接製造する方法はない。
【0004】大きな粒子を含むシリカ・ゾルの重要性が
増加していることに対応して、適切な製造法を得るため
の多くの研究が行われて来た。これらの努力の結果、平
均粒径が最大36nmの製品が市販されるようになっ
た。しかしこれらの粒子をつくるためには、最初複雑な
多段工程を行わなければならず、一部を酸性の新しいゾ
ルから前以てつくられたアルカリ性の予備生成物をさら
に処理しなければならない。
増加していることに対応して、適切な製造法を得るため
の多くの研究が行われて来た。これらの努力の結果、平
均粒径が最大36nmの製品が市販されるようになっ
た。しかしこれらの粒子をつくるためには、最初複雑な
多段工程を行わなければならず、一部を酸性の新しいゾ
ルから前以てつくられたアルカリ性の予備生成物をさら
に処理しなければならない。
【0005】即ち例えば大きな粒子を含む製品をつくる
ためには、小さい粒子を希釈した形で含むアルカリ性の
シリカ・ゾル(SiO22〜20重量%)を138〜3
70℃において加圧してバッチ法で処理を行う(米国特
許第3,012,972号)。また米国特許第4,35
6,107号においては、バッチ法で高温高圧において
アルカリ性シリカ・ゾルをさらに処理することが記載さ
れている。
ためには、小さい粒子を希釈した形で含むアルカリ性の
シリカ・ゾル(SiO22〜20重量%)を138〜3
70℃において加圧してバッチ法で処理を行う(米国特
許第3,012,972号)。また米国特許第4,35
6,107号においては、バッチ法で高温高圧において
アルカリ性シリカ・ゾルをさらに処理することが記載さ
れている。
【0006】米国特許第2,680,721号において
は、連続法が記載されている。この方法では小さな粒子
を含むアルカリ性シリカ・ゾルを160〜300℃の温
度においてバッチ試験で決定された時間の間連続的な加
圧ループの中で加熱する。
は、連続法が記載されている。この方法では小さな粒子
を含むアルカリ性シリカ・ゾルを160〜300℃の温
度においてバッチ試験で決定された時間の間連続的な加
圧ループの中で加熱する。
【0007】この特許に記載された方法の欠点は高温高
圧で作業を行うために装置のコストが高くなり、また方
法も数個の製造段階を含む複雑なものになることであ
る。
圧で作業を行うために装置のコストが高くなり、また方
法も数個の製造段階を含む複雑なものになることであ
る。
【0008】酸性の新しくつくられたゾルを添加するこ
とから始めなければならないこの方法の一つの重要な進
歩は、アルカリ性のシリカ・ゾルによって提供される。
これにより上記の方法と比べ、小さい粒子を含むアルカ
リ性のゾルを別に製造する工程を省くことができる。
とから始めなければならないこの方法の一つの重要な進
歩は、アルカリ性のシリカ・ゾルによって提供される。
これにより上記の方法と比べ、小さい粒子を含むアルカ
リ性のゾルを別に製造する工程を省くことができる。
【0009】即ちドイツ特許公開明細書第1,667,
645号には、平均粒径が15〜150nmで、SiO
2含量が45〜55重量%のシリカ・ゾルの製造法が記
載されている。この方法ではアルカリ性水溶液から高圧
(472〜9443kPa)で水を蒸発させ、同時に平
均粒径が5nmより小さい酸性の活性シリカ・ゾルを加
えて容積を一定に保つ。
645号には、平均粒径が15〜150nmで、SiO
2含量が45〜55重量%のシリカ・ゾルの製造法が記
載されている。この方法ではアルカリ性水溶液から高圧
(472〜9443kPa)で水を蒸発させ、同時に平
均粒径が5nmより小さい酸性の活性シリカ・ゾルを加
えて容積を一定に保つ。
【0010】ドイツ特許公開明細書第1,667,67
5号には、ナトリウム含量が低く粒径が増加したシリカ
・ゾルを製造する不連続的な方法が記載されている。こ
の方法ではアルカリ性のシリカ・ゾルの原料媒質に酸性
の新しいゾルを加え、pHが8.5〜9.5になるよう
に珪酸ナトリウムの溶液を加える。水を蒸発させて濃縮
する。
5号には、ナトリウム含量が低く粒径が増加したシリカ
・ゾルを製造する不連続的な方法が記載されている。こ
の方法ではアルカリ性のシリカ・ゾルの原料媒質に酸性
の新しいゾルを加え、pHが8.5〜9.5になるよう
に珪酸ナトリウムの溶液を加える。水を蒸発させて濃縮
する。
【0011】酸性の新しいゾルから粒径が大きいシリカ
・ゾルを大気圧下で製造するうまくゆきそうな試みもな
されている。米国特許第3,440,174号、同第
3,673,104号および同第3,947,376号
には、好ましくはSiO2含量が少なくとも35重量%
の水性媒質中でアルカリ性のシリカ・ゾルを製造する単
一工程のバッチ法が記載されている。この方法で得られ
るSiO2粒子は平均粒径が45〜100nmであり、
球形であって且つ非凝集性である。
・ゾルを大気圧下で製造するうまくゆきそうな試みもな
されている。米国特許第3,440,174号、同第
3,673,104号および同第3,947,376号
には、好ましくはSiO2含量が少なくとも35重量%
の水性媒質中でアルカリ性のシリカ・ゾルを製造する単
一工程のバッチ法が記載されている。この方法で得られ
るSiO2粒子は平均粒径が45〜100nmであり、
球形であって且つ非凝集性である。
【0012】この方法の欠点は、原料のゾルが非常に希
薄な濃度で使用され、従って工業的に有利な濃度を得る
ためには長い反応時間および大量のエネルギーを必要と
することである。他の欠点はバッチ法であって、経済的
な利点が得られないことである。
薄な濃度で使用され、従って工業的に有利な濃度を得る
ためには長い反応時間および大量のエネルギーを必要と
することである。他の欠点はバッチ法であって、経済的
な利点が得られないことである。
【0013】バッチ法ではその工程中SiO2、活性珪
酸塩およびナトリウム・イオンの濃度、pHおよび粒径
は常に変動するから、この方法を連続法の特徴であるよ
うな操作パラメータが時間的に変化しない連続法へと移
行させることは不可能であり、従ってそのようなことは
行われておらず、また記載されてもいない。
酸塩およびナトリウム・イオンの濃度、pHおよび粒径
は常に変動するから、この方法を連続法の特徴であるよ
うな操作パラメータが時間的に変化しない連続法へと移
行させることは不可能であり、従ってそのようなことは
行われておらず、また記載されてもいない。
【0014】圧力をかけないで行われる連続法は経済的
および工業的利点が極めて大きいから、このような連続
法を行い得るかどうかが試験された。しかし簡単な方法
で粒径の大きなシリカ・ゾルを製造することはできなか
った。
および工業的利点が極めて大きいから、このような連続
法を行い得るかどうかが試験された。しかし簡単な方法
で粒径の大きなシリカ・ゾルを製造することはできなか
った。
【0015】酸性の新しいゾルからシリカ・ゾルを製造
する連続法は例えば米国特許第3,440,175号に
記載されている。この場合直径が最高せいぜい40nm
の粒径を含むシリカ・ゾルが製造される。また米国特許
第2,574,902号においても連続法が簡単に記載
されているが、詳細な工程パラメータは記述されていな
い。
する連続法は例えば米国特許第3,440,175号に
記載されている。この場合直径が最高せいぜい40nm
の粒径を含むシリカ・ゾルが製造される。また米国特許
第2,574,902号においても連続法が簡単に記載
されているが、詳細な工程パラメータは記述されていな
い。
【0016】従って圧力をかけない簡単な連続法により
予め決められた25〜75nmの平均粒径をもつアルカ
リ性のシリカ・ゾルを製造することはこれまで不可能で
あった。
予め決められた25〜75nmの平均粒径をもつアルカ
リ性のシリカ・ゾルを製造することはこれまで不可能で
あった。
【0017】従って本発明の目的は公知方法の上記欠
点、例えば高温高圧で工程を行わなければならないこ
と、反応時間が長いこと、高度に希釈された溶液を使用
しなければならないこと、および複雑なバッチ法で行わ
なければならないこと等の欠点をもたず、特定のあらか
じめ決められた25〜75nmの平均粒径をもった大量
のシリカ・ゾルを経済的に製造でき、且つパラメータを
簡単に調節するだけで大きな粒子を含むシリカ・ゾルを
製造し得る連続法を提供することである。この目的は本
発明方法により達成することができる。
点、例えば高温高圧で工程を行わなければならないこ
と、反応時間が長いこと、高度に希釈された溶液を使用
しなければならないこと、および複雑なバッチ法で行わ
なければならないこと等の欠点をもたず、特定のあらか
じめ決められた25〜75nmの平均粒径をもった大量
のシリカ・ゾルを経済的に製造でき、且つパラメータを
簡単に調節するだけで大きな粒子を含むシリカ・ゾルを
製造し得る連続法を提供することである。この目的は本
発明方法により達成することができる。
【0018】本発明によれば珪酸塩のアルカリ性溶液を
H形の陽イオン交換樹脂と混合してつくられたpHが2
〜4において平均粒径が約2nmの粒子の形でSiO2
を4〜8重量%含む酸性の新しいゾルを原料にし、この
新しい酸性のゾルをpHが8より高くSiO2含量が2
〜20重量%で平均粒径が14〜27nmのコロイド状
シリカ・ゾルのアルカリ性水溶液を含む原料媒質に加
え、この媒質に沸点付近の温度において全工程中pH値
が8より低くならないような量のアルカリ試剤を加え、
平均粒径が27〜72nmになるまで酸性の新しいゾル
およびアルカリ試剤の添加を続け、このようにしてつく
られたアルカリ性のシリカ水性ゾルを濃縮して平均粒径
が27〜72nmの非凝縮性の球形のSiO2粒子を含
むアルカリ性シリカ水性ゾルを連続的に製造する方法に
おいて、(a)該酸性の新しいゾルを直列式多段反応器
に連続的に導入し、この際第1段階の反応器に原料媒質
を加え、以後の反応器の各々には前の反応器から溢流管
を通じて媒質が供給され、各反応器中のpH値が8より
低下しないようにし、(b)アルカリ試剤、好ましくは
アルカリ性珪酸ナトリウム溶液、アルカリ性珪酸カリウ
ム溶液、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液
を、反応器中のpH値が8〜12.5になるような量で
連続的に第1の反応器に導入し、(c)酸性の新しいゾ
ルが装入された直列式反応器の各段における平均滞在時
間を、直列式反応器の最後の反応器において27〜72
nmの平均粒径が得られるように調節することを特徴と
する方法が提供される。
H形の陽イオン交換樹脂と混合してつくられたpHが2
〜4において平均粒径が約2nmの粒子の形でSiO2
を4〜8重量%含む酸性の新しいゾルを原料にし、この
新しい酸性のゾルをpHが8より高くSiO2含量が2
〜20重量%で平均粒径が14〜27nmのコロイド状
シリカ・ゾルのアルカリ性水溶液を含む原料媒質に加
え、この媒質に沸点付近の温度において全工程中pH値
が8より低くならないような量のアルカリ試剤を加え、
平均粒径が27〜72nmになるまで酸性の新しいゾル
およびアルカリ試剤の添加を続け、このようにしてつく
られたアルカリ性のシリカ水性ゾルを濃縮して平均粒径
が27〜72nmの非凝縮性の球形のSiO2粒子を含
むアルカリ性シリカ水性ゾルを連続的に製造する方法に
おいて、(a)該酸性の新しいゾルを直列式多段反応器
に連続的に導入し、この際第1段階の反応器に原料媒質
を加え、以後の反応器の各々には前の反応器から溢流管
を通じて媒質が供給され、各反応器中のpH値が8より
低下しないようにし、(b)アルカリ試剤、好ましくは
アルカリ性珪酸ナトリウム溶液、アルカリ性珪酸カリウ
ム溶液、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液
を、反応器中のpH値が8〜12.5になるような量で
連続的に第1の反応器に導入し、(c)酸性の新しいゾ
ルが装入された直列式反応器の各段における平均滞在時
間を、直列式反応器の最後の反応器において27〜72
nmの平均粒径が得られるように調節することを特徴と
する方法が提供される。
【0019】本発明方法においては満足な操作条件は反
応器中で調節される。これらの条件は例えば5個の反応
器から成る直列式反応器においては次のようになる。
応器中で調節される。これらの条件は例えば5個の反応
器から成る直列式反応器においては次のようになる。
【0020】
【表1】 pH値 平均粒径 平均滞在時間 SiO2濃度 [nm] [時間] [重量%] 第1の反応器 10.7-11.7 14-27 0.5-2 9-16 第2の反応器 9.8-11.3 15-41 0.5-2 11-30 第3の反応器 9.9-10.8 18-49 0.5-2 16-40 第4の反応器 9.4-10.5 20-67 1.5-2 22-45 第5の反応器 9.0-10.5 27-72 1.5-2 28-50 反応器中の濃度は導入された水よりも少ない一定量の水
を蒸発させて調節される。
を蒸発させて調節される。
【0021】水の沸点付近の好適な操作温度範囲に対
し、新しいゾルを装入したすべての反応器において所望
の比表面積を得るのに必要な滞在時間は次の関係により
決定される。
し、新しいゾルを装入したすべての反応器において所望
の比表面積を得るのに必要な滞在時間は次の関係により
決定される。
【0022】
【数1】滞在時間[時間単位] =14.5 − 1/
9(比表面積)[m2/g単位]) 本発明方法の原料化合物は酸性の新しいゾル、およびア
ルカリ試剤である。本発明方法に使用する酸性の新しい
ゾルは通常平均粒径が5nmより小さく、pHは好まし
くは2〜3、SiO2濃度は4〜8重量%、好ましくは
6.0〜6.3重量%である。小さい粒子を含んだ上記の
酸性の新しいゾルを製造するためには、適当に希釈した
ソーダ水ガラス溶液を例えば米国特許第2,244,3
25号および同第3,468,813号記載の強い酸性
の陽イオン交換樹脂で処理する。
9(比表面積)[m2/g単位]) 本発明方法の原料化合物は酸性の新しいゾル、およびア
ルカリ試剤である。本発明方法に使用する酸性の新しい
ゾルは通常平均粒径が5nmより小さく、pHは好まし
くは2〜3、SiO2濃度は4〜8重量%、好ましくは
6.0〜6.3重量%である。小さい粒子を含んだ上記の
酸性の新しいゾルを製造するためには、適当に希釈した
ソーダ水ガラス溶液を例えば米国特許第2,244,3
25号および同第3,468,813号記載の強い酸性
の陽イオン交換樹脂で処理する。
【0023】これらの米国特許に記載された酸性の新し
いゾルの製造法が好適であるが、必要な粒径と所望のp
Hをもつ酸性の新しいゾルを製造する他の任意の方法を
使用することができる。
いゾルの製造法が好適であるが、必要な粒径と所望のp
Hをもつ酸性の新しいゾルを製造する他の任意の方法を
使用することができる。
【0024】粒子の平均粒径Dはジー・ダブリュー・セ
アーズ(G.W.Sears)の方法[アナリティカル
・ケミストリー(Analytical Chemis
try)誌28巻1981〜1983頁(1956
年)]により決定される比表面積Oを用い、下記式を使
用して計算される[米国ニューヨーク、ウィリー(Wi
ley)社発行、アール・ケイ・イラー(R.K.Il
er)著、「シリカの化学(The Chemistr
y of Silica)」参照]。
アーズ(G.W.Sears)の方法[アナリティカル
・ケミストリー(Analytical Chemis
try)誌28巻1981〜1983頁(1956
年)]により決定される比表面積Oを用い、下記式を使
用して計算される[米国ニューヨーク、ウィリー(Wi
ley)社発行、アール・ケイ・イラー(R.K.Il
er)著、「シリカの化学(The Chemistr
y of Silica)」参照]。
【0025】
【数2】D = (6/f×O)×1000 ここでDは分割された表面の平均粒径(nm単位)、O
は比表面積(m2/g単位)、fはSiO2粒子の密度
(g/ml)である。簡単のために無定形SiO2の理
想的な密度の値2.2g/mlを計算に使用する。
は比表面積(m2/g単位)、fはSiO2粒子の密度
(g/ml)である。簡単のために無定形SiO2の理
想的な密度の値2.2g/mlを計算に使用する。
【0026】pH、平均粒径、Na2O含量およびSi
O2濃度に関し多段装置の反応器の形をした空間的に分
離された定常状態がつくられることが本発明方法を実施
する上において極めて重要である。
O2濃度に関し多段装置の反応器の形をした空間的に分
離された定常状態がつくられることが本発明方法を実施
する上において極めて重要である。
【0027】本発明方法の他の重要なパラメータはこれ
らの反応器中の滞在時間である。新しいゾルを加えた反
応器中の滞在時間は特に重要である。何故ならこれらの
反応器の中で大きな粒子への成長過程が選択的に起こる
からである。平均滞在時間は蒸発した、または蒸発する
水の量、および各反応器に添加する新しいゾルの量によ
り調節される。
らの反応器中の滞在時間である。新しいゾルを加えた反
応器中の滞在時間は特に重要である。何故ならこれらの
反応器の中で大きな粒子への成長過程が選択的に起こる
からである。平均滞在時間は蒸発した、または蒸発する
水の量、および各反応器に添加する新しいゾルの量によ
り調節される。
【0028】本発明方法に使用される装置は数個の、少
なくとも2個の溢流式反応器から成り、これらの反応器
は直列に配列され互いに連結されている。各反応容器の
内容物を十分に撹拌する。適当な熱源により一定量の蒸
溜物を反応器から運び去る。供給原料である新しいゾル
およびアルカリ試剤の反応器への添加は計量装置を用い
て行われ、原料の流れる方向に向いて少なくとも最初の
2個の反応器へ添加する。
なくとも2個の溢流式反応器から成り、これらの反応器
は直列に配列され互いに連結されている。各反応容器の
内容物を十分に撹拌する。適当な熱源により一定量の蒸
溜物を反応器から運び去る。供給原料である新しいゾル
およびアルカリ試剤の反応器への添加は計量装置を用い
て行われ、原料の流れる方向に向いて少なくとも最初の
2個の反応器へ添加する。
【0029】貯蔵安定性、即ち酸性の新しいゾルを貯蔵
できる時間を増加させるためには、上記溶液を0〜15
℃、好ましくは4〜10℃の温度まで冷却しなければな
らない。
できる時間を増加させるためには、上記溶液を0〜15
℃、好ましくは4〜10℃の温度まで冷却しなければな
らない。
【0030】特定のpHを保証しゲル化を減少させるた
めには、本発明方法の工程においてアルカリ試剤を加え
る。この添加はすべての反応器に対して行うことができ
るが、好ましくは第1の反応器だけに添加する。金属の
水酸化物または金属の珪酸塩の溶液、好ましくは珪酸ナ
トリウム、珪酸カリウム、水酸化ナトリウム、または水
酸化カリウムの溶液を使用する。取り扱いを容易にする
ためには、例えばSiO2:Na2Oの重量比が約3.3
5に対応するSiO227重量%、Na2O8重量%の珪
酸ナトリウム溶液を脱イオン水で希釈しなければならな
い。希釈はSiO2が約6重量%になるまで行うことが
好ましい。本発明の特徴をなす前記の直列式反応器の操
作を開始する場合、pH、平均滞在時間、粒径およびS
iO2濃度に関する定常状態を設定しなければならな
い。操作を開始する際多段装置のすべての反応器に適当
な原料ゾルを満たす必要はない。第1の反応器に適当な
原料ゾルを入れるか、その中でつくるだけで十分であ
る。
めには、本発明方法の工程においてアルカリ試剤を加え
る。この添加はすべての反応器に対して行うことができ
るが、好ましくは第1の反応器だけに添加する。金属の
水酸化物または金属の珪酸塩の溶液、好ましくは珪酸ナ
トリウム、珪酸カリウム、水酸化ナトリウム、または水
酸化カリウムの溶液を使用する。取り扱いを容易にする
ためには、例えばSiO2:Na2Oの重量比が約3.3
5に対応するSiO227重量%、Na2O8重量%の珪
酸ナトリウム溶液を脱イオン水で希釈しなければならな
い。希釈はSiO2が約6重量%になるまで行うことが
好ましい。本発明の特徴をなす前記の直列式反応器の操
作を開始する場合、pH、平均滞在時間、粒径およびS
iO2濃度に関する定常状態を設定しなければならな
い。操作を開始する際多段装置のすべての反応器に適当
な原料ゾルを満たす必要はない。第1の反応器に適当な
原料ゾルを入れるか、その中でつくるだけで十分であ
る。
【0031】本発明方法を使用する場合、SiO2を3
0重量%以上含む安定なアルカリ性の濃厚水性シリカ・
ゾルをつくることができる。本発明で得られるシリカ・
ゾルの粒子は大きく、球形であり、均一で且つ非凝集性
をもっている。
0重量%以上含む安定なアルカリ性の濃厚水性シリカ・
ゾルをつくることができる。本発明で得られるシリカ・
ゾルの粒子は大きく、球形であり、均一で且つ非凝集性
をもっている。
【0032】本発明方法で製造されたシリカ・ゾルを試
験した結果、これらの生成物はヘップラー(Hoepp
ler)の落下球粘度計で20℃において測定された粘
度がSiO2含量30重量%において10mPasより
も低いことが示された。これらの生成物は粘度が1.5
〜9mPas、pHが8〜10.5であり、溶液中のN
a2O含量が0.1重量%より少ない。このシリカ・ゾ
ルは+80℃における貯蔵安定性が少なくとも10週間
であり、粘度の変化はない。
験した結果、これらの生成物はヘップラー(Hoepp
ler)の落下球粘度計で20℃において測定された粘
度がSiO2含量30重量%において10mPasより
も低いことが示された。これらの生成物は粘度が1.5
〜9mPas、pHが8〜10.5であり、溶液中のN
a2O含量が0.1重量%より少ない。このシリカ・ゾ
ルは+80℃における貯蔵安定性が少なくとも10週間
であり、粘度の変化はない。
【0033】下記実施例により本発明を詳細に例示す
る。
る。
【0034】
実施例 1 本実施例および下記実施例に使用した装置は、互いに連
結されて直列に配置されたガラス製の5個の溢流式反応
器から成っている。反応器の容積は沸点における溢流点
の所まで測定して第1の反応器で783ml、第2の反
応器で617ml、第3の反応器で644ml、第4の
反応器で1174ml、第5の反応器で1308mlで
あった。
結されて直列に配置されたガラス製の5個の溢流式反応
器から成っている。反応器の容積は沸点における溢流点
の所まで測定して第1の反応器で783ml、第2の反
応器で617ml、第3の反応器で644ml、第4の
反応器で1174ml、第5の反応器で1308mlで
あった。
【0035】各反応容器の内容物をプロペラ式撹拌機で
十分に撹拌する。水蒸気を用いて反応器の内容物を間接
的に加熱する。この目的のためにVA鋼からつくられた
金属製のコイルを反応器の内部に入れる。使用済みの水
蒸気は水凝縮器を通して凝縮させ、計測する。個々の反
応器から蒸溜してくる水の量を調節する加熱用の水蒸気
の蒸気圧は、適当なニードル・バルブおよびそれに対応
する凝縮物分離器を用いて一定の値に保たなければなら
ない。
十分に撹拌する。水蒸気を用いて反応器の内容物を間接
的に加熱する。この目的のためにVA鋼からつくられた
金属製のコイルを反応器の内部に入れる。使用済みの水
蒸気は水凝縮器を通して凝縮させ、計測する。個々の反
応器から蒸溜してくる水の量を調節する加熱用の水蒸気
の蒸気圧は、適当なニードル・バルブおよびそれに対応
する凝縮物分離器を用いて一定の値に保たなければなら
ない。
【0036】反応器の中にある加熱用のコイルは平行に
結合されて主水蒸気パイプに連結されている。上記の5
個の反応器の各々には固有の凝縮物分離器が備えられて
おり、各反応器からそれぞれ異なった一定量の水を蒸発
させることができるようになっている。
結合されて主水蒸気パイプに連結されている。上記の5
個の反応器の各々には固有の凝縮物分離器が備えられて
おり、各反応器からそれぞれ異なった一定量の水を蒸発
させることができるようになっている。
【0037】5個の反応器の各々には例えば米国特許第
2,244,325号方法でつくられた新しい酸性のゾ
ルの溶液が添加装置を介して添加される。この添加装置
は特定の個々の反応器に添加できるように選ばれる。計
量装置を用い、アルカリ試剤の溶液、例えば金属水酸化
物または金属珪酸塩溶液、例えば珪酸ナトリウム溶液を
すべての反応器に添加することもできる。
2,244,325号方法でつくられた新しい酸性のゾ
ルの溶液が添加装置を介して添加される。この添加装置
は特定の個々の反応器に添加できるように選ばれる。計
量装置を用い、アルカリ試剤の溶液、例えば金属水酸化
物または金属珪酸塩溶液、例えば珪酸ナトリウム溶液を
すべての反応器に添加することもできる。
【0038】貯蔵安定性、即ち活性珪酸塩の酸性溶液を
貯蔵できる期間を増加させるためには、新しいシリカ・
ゾルを温度4〜10℃に冷却する。
貯蔵できる期間を増加させるためには、新しいシリカ・
ゾルを温度4〜10℃に冷却する。
【0039】5個の反応器の定常状態は、5個の各反応
器に6重量%を含む新しいシリカ・ゾルを毎時960m
l加え、第1の反応器にアルカリ性ソーダ水ガラスの希
薄溶液(SiO26重量%含有)を毎時105ml加
え、且つ水を第1の反応器では毎時634ml、第2の
反応器では毎時1030ml、第3の反応器では毎時9
50ml、第4の反応器では毎時737ml、第5の反
応器では毎時900ml蒸発させることにより、平均滞
在時間は第1の反応器では1.8時間、第2および第3
の反応器では1.7時間、第4および第5の反応器では
2時間に保たれる。従って全体としての平均滞在時間は
9.2時間である。
器に6重量%を含む新しいシリカ・ゾルを毎時960m
l加え、第1の反応器にアルカリ性ソーダ水ガラスの希
薄溶液(SiO26重量%含有)を毎時105ml加
え、且つ水を第1の反応器では毎時634ml、第2の
反応器では毎時1030ml、第3の反応器では毎時9
50ml、第4の反応器では毎時737ml、第5の反
応器では毎時900ml蒸発させることにより、平均滞
在時間は第1の反応器では1.8時間、第2および第3
の反応器では1.7時間、第4および第5の反応器では
2時間に保たれる。従って全体としての平均滞在時間は
9.2時間である。
【0040】連続装置の定常的な操作状態では、5個の
すべての反応器に対して特定のpH値が存在する。pH
値は第1の反応器では11.2、第2の反応器では1
0.8、第3の反応器では10.3、第4および第5の
反応器では9.9である。定常状態におけるSiO2濃
度は第1の反応器では14重量%、第2の反応器では2
9重量%、第3の反応器では39重量%、第4の反応器
では34重量%、第5の反応器では37重量%である。
すべての反応器に対して特定のpH値が存在する。pH
値は第1の反応器では11.2、第2の反応器では1
0.8、第3の反応器では10.3、第4および第5の
反応器では9.9である。定常状態におけるSiO2濃
度は第1の反応器では14重量%、第2の反応器では2
9重量%、第3の反応器では39重量%、第4の反応器
では34重量%、第5の反応器では37重量%である。
【0041】ゾルの比表面積は第1の反応器では172
m2/g、第2の反応器では92m2/g、第3の反応器
では69m2/g、第4の反応器では54m2/g、第5
の反応器では53m2/g(平均粒径51nmに対応)
に成るように調節される。
m2/g、第2の反応器では92m2/g、第3の反応器
では69m2/g、第4の反応器では54m2/g、第5
の反応器では53m2/g(平均粒径51nmに対応)
に成るように調節される。
【0042】これらの条件下において全操作時間80時
間で得られたシリカ・ゾルの比表面積は50m2/gで
あった。またpHは9.9、SiO2濃度30重量%で
20℃において測定された粘度は3.5mPasであっ
た。
間で得られたシリカ・ゾルの比表面積は50m2/gで
あった。またpHは9.9、SiO2濃度30重量%で
20℃において測定された粘度は3.5mPasであっ
た。
【0043】実施例 2 平均滞在時間が第1の反応器では1.9時間、第2の反
応器では0.8時間、第3の反応器では0.7時間、第
4の反応器では0.9時間、第5の反応器では2.1時
間にして定常状態が保たれる。すべての反応器における
平均滞在時間は6.4時間であった。
応器では0.8時間、第3の反応器では0.7時間、第
4の反応器では0.9時間、第5の反応器では2.1時
間にして定常状態が保たれる。すべての反応器における
平均滞在時間は6.4時間であった。
【0044】この滞在時間を設定するためには、SiO
2を6重量%含む新しいシリカ・ゾルを、第1の反応器
に対し毎時963ml、第2の反応器に対し毎時127
7ml、第3の反応器に対し毎時1259ml、第4の
反応器に対し毎時1293ml加えた。また第1の反応
器から毎時651ml、第2の反応器から毎時952m
l、第3の反応器から毎時1125ml、第4の反応器
から毎時807ml、第5の反応器から毎時738ml
の水を蒸発させた。SiO2を6重量%含むソーダ水ガ
ラスの溶液を毎時106ml計量して第1の反応器に加
えた。
2を6重量%含む新しいシリカ・ゾルを、第1の反応器
に対し毎時963ml、第2の反応器に対し毎時127
7ml、第3の反応器に対し毎時1259ml、第4の
反応器に対し毎時1293ml加えた。また第1の反応
器から毎時651ml、第2の反応器から毎時952m
l、第3の反応器から毎時1125ml、第4の反応器
から毎時807ml、第5の反応器から毎時738ml
の水を蒸発させた。SiO2を6重量%含むソーダ水ガ
ラスの溶液を毎時106ml計量して第1の反応器に加
えた。
【0045】この装置のSiO2濃度は第1の反応器で
は15重量%、第2の反応器では18重量%、第3の反
応器では23重量%、第4の反応器では20重量%、第
5の反応器では39重量%であった。
は15重量%、第2の反応器では18重量%、第3の反
応器では23重量%、第4の反応器では20重量%、第
5の反応器では39重量%であった。
【0046】これらの試験条件下でつくられた生成物は
比表面積が75m2/g(36nmの粒径に対応)、p
Hが9.5、SiO2含量が39重量%、20℃におい
てSiO2含量30重量%で測定された粘度が3.5m
Pasであった。この生成物はアルカリ性が極めて低
く、Na2O含量は0.1重量%より少ない。
比表面積が75m2/g(36nmの粒径に対応)、p
Hが9.5、SiO2含量が39重量%、20℃におい
てSiO2含量30重量%で測定された粘度が3.5m
Pasであった。この生成物はアルカリ性が極めて低
く、Na2O含量は0.1重量%より少ない。
【0047】この直列式反応器を始動させるには、実施
例1または2でシリカ・ゾルをつくった最終操作時期に
おいて第1の反応器でとっておいた内容物を第1の反応
器に満たす。
例1または2でシリカ・ゾルをつくった最終操作時期に
おいて第1の反応器でとっておいた内容物を第1の反応
器に満たす。
【0048】実施例1(原料ゾルは実施例1で得られ
る)または実施例2(原料ゾルは実施例2で得られる)
と同様にして、一定量の新しいゾルおよびソーダ水ガラ
スを加え、特定の量の水を蒸発させて定常的な操作状態
が得られ、溢流管を通じて第2の反応器に充填を行う。
第2の反応器が充填されたら、ここで定常状態をつく
り、溢流管を通じて次の反応器の充填を行い、以下同様
の操作をする。直列式の5個のすべての反応器をこの方
法で充填し、すべての反応器中で適切な原料ゾルをつく
る。
る)または実施例2(原料ゾルは実施例2で得られる)
と同様にして、一定量の新しいゾルおよびソーダ水ガラ
スを加え、特定の量の水を蒸発させて定常的な操作状態
が得られ、溢流管を通じて第2の反応器に充填を行う。
第2の反応器が充填されたら、ここで定常状態をつく
り、溢流管を通じて次の反応器の充填を行い、以下同様
の操作をする。直列式の5個のすべての反応器をこの方
法で充填し、すべての反応器中で適切な原料ゾルをつく
る。
【0049】実施例 3(原料の製造) SiO2含量30〜31重量%、pH9.5〜10.
5、粘度は3mPasより小、密度1.202〜1.2
10g/ml、比表面積100〜135m2/g、アル
カリ度Na2Oとして0.12〜0.18重量%のレヴ
ァシル(Levasil)100/30%(R)シリカ・
ゾル[ドイツ、レーフェルクーゼン(Leverkus
en)バイヤー社(Bayer AG)製]を、脱イオ
ン水を用いてSiO2含量2.3重量%まで希釈する。
この希薄溶液10.960リットルを、SiO227重
量%、Na2O8.0重量%含むSiO2:Na2Oの重
量比が約3.35の濃厚ソーダ水ガラス220mlを用
いて室温において撹拌しながら処理する。
5、粘度は3mPasより小、密度1.202〜1.2
10g/ml、比表面積100〜135m2/g、アル
カリ度Na2Oとして0.12〜0.18重量%のレヴ
ァシル(Levasil)100/30%(R)シリカ・
ゾル[ドイツ、レーフェルクーゼン(Leverkus
en)バイヤー社(Bayer AG)製]を、脱イオ
ン水を用いてSiO2含量2.3重量%まで希釈する。
この希薄溶液10.960リットルを、SiO227重
量%、Na2O8.0重量%含むSiO2:Na2Oの重
量比が約3.35の濃厚ソーダ水ガラス220mlを用
いて室温において撹拌しながら処理する。
【0050】この方法でつくられた原料ゾルを直列式5
段反応器の第1の反応器に入れる。次に第1の反応器で
定常的な操作状態を設定するために、毎時一定量の水を
蒸発させ、正確に決定された量の新しいシリカ・ゾル
(SiO2を6重量%含有)およびソーダ水ガラス溶液
を加える。溢流管を通じて第2の反応器に充填を行い、
ここで毎時一定量の新しいゾルを加え、また毎時一定量
の水を蒸発させて、pH、平均滞在時間、粒径およびS
iO2濃度に関して定常状態をつくる。溢流管を通じて
次の反応器に充填を行い、以下同様に操作する。定常状
態を得るに必要な蒸溜物および新しいゾルの量、並びに
これらの条件下で最高5時間の平均滞在時間後に得られ
たシリカ・ゾルの比表面積、および定常操作状態を特徴
付ける特性量を下記表1および表2に掲げる。
段反応器の第1の反応器に入れる。次に第1の反応器で
定常的な操作状態を設定するために、毎時一定量の水を
蒸発させ、正確に決定された量の新しいシリカ・ゾル
(SiO2を6重量%含有)およびソーダ水ガラス溶液
を加える。溢流管を通じて第2の反応器に充填を行い、
ここで毎時一定量の新しいゾルを加え、また毎時一定量
の水を蒸発させて、pH、平均滞在時間、粒径およびS
iO2濃度に関して定常状態をつくる。溢流管を通じて
次の反応器に充填を行い、以下同様に操作する。定常状
態を得るに必要な蒸溜物および新しいゾルの量、並びに
これらの条件下で最高5時間の平均滞在時間後に得られ
たシリカ・ゾルの比表面積、および定常操作状態を特徴
付ける特性量を下記表1および表2に掲げる。
【0051】
【表2】 表 1 蒸溜物 新しいゾル SiO2含量 BET 反応器 [ml/時間] [ml/時間] pH [重量%] [m2/g] 1 634 960 11.2 14 172 2 1030 960 10.8 29 92 3 950 960 10.3 39 69 4 737 960 9.9 34 54 5 900 960 9.9 37 53 反応器1にSiO2を6重量%含むソーダ水ガラス溶液
を毎時105ml加えた。
を毎時105ml加えた。
【0052】
【表3】 反応器1にSiO2を6重量%含むソーダ水ガラス溶液
を毎時105ml加えた。SiO2:Na2Oの比 =
1:3.3。
を毎時105ml加えた。SiO2:Na2Oの比 =
1:3.3。
【0053】明らかに本発明の上記説明および実施例は
単に例示のためであって本発明を限定するものではな
く、本発明の精神および範囲内に入る他の具体化例も当
業界の専門家には明白であろう。
単に例示のためであって本発明を限定するものではな
く、本発明の精神および範囲内に入る他の具体化例も当
業界の専門家には明白であろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス−ハインリヒ・モレツト ドイツ連邦共和国デー5090レーフエルクー ゼン・ズエルダーシユトラーセ50 (72)発明者 ペーター・シユミツト ドイツ連邦共和国デー5090レーフエルクー ゼン・ドロツセルベーク6 (72)発明者 ペーター・シヨバー ドイツ連邦共和国デー5090レーフエルクー ゼン・ミユルハイマーシユトラーセ93 (72)発明者 ベルナー・ルードフイヒ ドイツ連邦共和国デー5068オーデンター ル・グリユナーベーク26
Claims (1)
- 【請求項1】 珪酸アルカリ溶液をH形の陽イオン交換
樹脂と混合してつくられたpHが2〜4において平均粒
径が約2nmの粒子の形でSiO2を4〜8重量%含む
酸性の新しいゾルを原料にし、この新しい酸性のゾルを
pHが8より高くSiO2含量が2〜20重量%で平均
粒径が14〜27nmのコロイド状シリカ・ゾルのアル
カリ性水溶液を含む原料媒質に加え、この媒質に沸点付
近の温度において全工程中pH値が8より低くならない
ような量のアルカリ試剤を加え、平均粒径が27〜72
nmになるまで酸性の新しいゾルおよびアルカリ試剤の
添加を続け、このようにしてつくられたアルカリ性のシ
リカ水性ゾルを濃縮して平均粒径が27〜72nmの非
凝縮性の球形のSiO2粒子を含むアルカリ性シリカ水
性ゾルを連続的に製造する方法において、 (a)該酸性の新しいゾルを直列式多段反応器に連続的
に導入し、この際第1段階の反応器が原料媒質を含み、
以後の反応器の各々には前の反応器から溢流が供給さ
れ、各反応器中のpH値が8より低下しないようにし、 (b)アルカリ試剤、好ましくはアルカリ性珪酸ナトリ
ウム溶液、アルカリ性珪酸カリウム溶液、水酸化ナトリ
ウム溶液、水酸化カリウム溶液を、反応器中のpH値が
8〜12.5になるような量で連続的に第1の反応器に
導入し、 (c)酸性の新しいゾルが装入された直列式反応器の各
段における平均滞在時間を、直列式反応器の最後の反応
器において27〜72nmの平均粒径が得られるように
調節することを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4218306.5 | 1992-06-03 | ||
DE4218306A DE4218306C2 (de) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung großpartikulärer Kieselsole |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07291613A true JPH07291613A (ja) | 1995-11-07 |
Family
ID=6460306
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5148360A Pending JPH07291613A (ja) | 1992-06-03 | 1993-05-28 | 大きな粒子を含むシリカ・ゾルの連続製造法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5964693A (ja) |
EP (1) | EP0572888B1 (ja) |
JP (1) | JPH07291613A (ja) |
BR (1) | BR9302206A (ja) |
DE (2) | DE4218306C2 (ja) |
ES (1) | ES2081163T3 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US7629392B2 (en) * | 2004-04-07 | 2009-12-08 | Akzo Nobel N.V. | Silica-based sols and their production and use |
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CN102372273B (zh) * | 2011-08-23 | 2014-10-08 | 江苏天恒纳米科技股份有限公司 | 双粒径二氧化硅溶胶及其制备方法 |
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WO2014052072A1 (en) | 2012-09-26 | 2014-04-03 | 3M Innovative Properties Company | Coatable composition, soil-resistant composition, soil-resistant articles, and methods of making the same |
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EP2986680B1 (en) | 2013-04-18 | 2017-05-17 | 3M Innovative Properties Company | Buried clay/nanosilica static dissipative coatings |
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RU2634447C1 (ru) * | 2016-06-28 | 2017-10-30 | Закрытое акционерное общество "Русский Хром 1915" | Состав для антикоррозийного покрытия |
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WO2019202453A1 (en) | 2018-04-20 | 2019-10-24 | 3M Innovative Properties Company | Method of applying an hvof-resistant tape |
JP2021522361A (ja) | 2018-04-20 | 2021-08-30 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | エラストマーバッキング層を有するテープ |
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