JPH08283013A - 非晶質ケイ酸銅、その製法及びその用途 - Google Patents

非晶質ケイ酸銅、その製法及びその用途

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JPH08283013A
JPH08283013A JP11108895A JP11108895A JPH08283013A JP H08283013 A JPH08283013 A JP H08283013A JP 11108895 A JP11108895 A JP 11108895A JP 11108895 A JP11108895 A JP 11108895A JP H08283013 A JPH08283013 A JP H08283013A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 抗菌剤及び防汚塗料に用いる銅イオンの徐放
性非晶質ケイ酸銅とその製法を提供する。 【構成】 SiO2 の固形分濃度が0.1乃至6重量%
のアルカリケイ酸水溶液に、温度20乃至60℃下に反
応終了pHが6.8乃至7.5に成るように銅塩の水溶
液を注加して得られる非晶質ケイ酸銅は、CuO/Si
2 の酸化物基準のモル比が0.5乃至2で、BET比
表面積が300m2 /g以下、吸油量が130ml/1
00g以下で且つ1規定のアンモニア水によるCuイオ
ンの溶出量が全Cu当たり1.5%以下から成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非晶質ケイ酸銅、その
製法及びその用途に関するもので、より詳細には銅イオ
ンの徐放性に優れた非晶質ケイ酸銅及びその製法に関す
る。本発明は、特に抗菌剤及び防汚塗料として有用な非
晶質ケイ酸銅及びその製法に関する。
【0002】
【従来の技術】銅ケイ酸塩鉱物としては、天然に産出す
る数種のもの(Shattuckite,Planch
eite,Dioptase,Chrysocoll
a)が知られているが、河村等の報文(鉱物学雑誌第1
2巻第6号403〜414頁、1976年5月)には、
硫酸銅、シリカゲル及び炭酸銅を原料とし、350℃で
2000kg/cm2 の水熱合成でプランヘアイト(C
7 Si8 22(OH)・2〜3H2 O)を合成したこ
とが報告されている。
【0003】銅イオンが抗菌性を有することから、銅を
含有するケイ酸塩を抗菌剤や防汚塗料に用いることにつ
いても多くの提案があり、例えば特開平3−19370
7号公報には、層状ケイ酸塩に含有されるイオン交換可
能な金属の少なくとも一部を、銅イオンと有機配位子と
の配位化合物で置換してなる抗菌性ケイ酸塩が記載され
ている。
【0004】また、特開平3−252308号公報に
は、シリカゲルの表面に、銅等の抗菌性金属イオンを含
むアルミノケイ酸塩の皮膜を設けた抗菌性組成物が開示
されている。
【0005】更に、特開平4−182312号公報に
は、ZSM−5類似構造を有し且つ結晶内に所望量の銅
及びアルカリ土類金属が高度に分散した結晶性銅ケイ酸
塩が記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ケイ酸銅の合成では、1000kg/cm2 以上の高い
圧力を必要とすると共に、合成に数日を必要とするた
め、工業的製造には未だ難点がある。また、層状ケイ酸
塩鉱物にイオン交換で銅イオンを導入する方法や、担体
の表面に銅含有化合物を被覆する方法では、導入できる
銅成分の濃度が低く、抗菌性等の効果の点でやはり不満
足なものである。
【0007】本発明者らは、水溶性銅塩とケイ酸アルカ
リとを特定の条件下で加水分解すると、銅成分を高濃度
で含有する非晶質ケイ酸銅が得られ、この非晶質ケイ酸
銅は銅イオンの徐放性に優れており、抗菌性等の持続性
にも優れていることを見出した。
【0008】即ち、本発明の目的は、銅成分の含有量の
大きい非晶質ケイ酸銅、特に銅イオンの徐放性に優れて
いる非晶質ケイ酸銅及びその製法を提供するにある。本
発明の他の目的は、高圧での水熱処理を必要とすること
なく、温和な条件でしかも比較的短時間の内に、非晶質
ケイ酸銅を製造しうる方法を提供するにある。本発明の
更に他の目的は、効果の持続性に優れた抗菌剤及び防汚
塗料を提供するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、酸化物
基準のCuO/SiO2 で表わすモル組成が0.5乃至
2の範囲にあって、BET比表面積が100乃至300
2 /gで、吸油量が50乃至120ml/100gで
あり且つ1規定のアンモニア水による銅イオンの溶出量
が全Cu当たり1%以下である非晶質ケイ酸銅が提供さ
れる。
【0010】本発明によればまた、SiO2 の固形分濃
度が0.1乃至6重量%のアルカリケイ酸水溶液に、銅
塩の水溶液を、CuO/SiO2 モル組成が0.5乃至
2の範囲となる量比で、温度20乃至60℃の条件下に
且つ反応終了pHが6.8乃至7.5に成るように、撹
拌下に注加し、得られる生成物をpH6.5乃至8.5
の条件で水洗することを特徴とする非晶質ケイ酸銅の製
造方法が提供される。
【0011】本発明の別の態様では、上記非晶質ケイ酸
銅を含有して成る抗菌剤が提供される。本発明の更に別
の態様では、塗膜形成樹脂成分と上記非晶質ケイ酸銅と
を含有して成る防汚塗料が提供される。
【0012】
【作用】本発明によるケイ酸銅は、酸化物基準のCuO
/SiO2 のモル比が0.5乃至2の範囲にあるように
銅成分の含有量が高濃度であり、しかも非晶質であるこ
とが重要な特徴である。
【0013】CuO/SiO2 のモル比が上記範囲内に
ある公知のケイ酸塩はシャッツカイト、プランヘアイ
ト、ジオプテーズ、クリソコラ(珪孔雀石)等の何れも
結晶性の鉱物であるのに対して、本発明によるケイ酸銅
は非晶質であり、明らかに相違している。添付図面図1
は本発明による非晶質ケイ酸銅(実施例1)のX線(C
u−Kα)回折像である。
【0014】本発明の目的物が、非晶質であっても、ケ
イ酸銅であり、非晶質ケイ酸と水酸化銅(II)との混合
物でないことは、赤外吸収スペクトル、アンモニア水抽
出及び色相等から確認できる。
【0015】図2は、A.水酸化銅(II)、B.本発明
による非晶質ケイ酸銅(実施例1)及びC.非晶質ケイ
酸の赤外吸収スペクトル(IR)である。このIR図か
ら、本発明による非晶質ケイ酸銅では、水酸化銅(II)
による特有のピーク、例えば波数692cm-1のピーク
が表われていなく、また非晶質ケイ酸のSi−Oの伸縮
振動に基づく波数1087cm-1のピークが波数100
5乃至1025cm-1にシフトしていること、及び非晶
質ケイ酸に特有の804cm-1のピークが消失している
ことから、水酸化銅及び非晶質ケイ酸は実質上含有され
ていなく、これらが化学結合したケイ酸銅を生成してい
ることがわかる。
【0016】また、遊離の銅イオンはアンモニアと反応
して錯イオンとなり容易に溶出されるが、本発明の非晶
質ケイ酸銅では1規定アンモニア水による銅イオンの溶
出量は、全Cu成分の1.5%以下であり、銅イオンが
ケイ酸と結合していることが確認される。また、この非
晶質ケイ酸銅は、青緑色の色相を呈し、銅イオンが結合
していることを示している。
【0017】本発明によるケイ酸銅は、非晶質であるこ
とに関連して、BET比表面積が100〜300m2
gと比較的大きく、抗菌作用はケイ酸銅粒子の表面をと
おして発現されるものであるから、抗菌作用の点で望ま
しいものである。また、吸油量は、50乃至130ml
/100gと、上記比表面積に比してやや小さく、樹脂
や塗料への配合の点で好適な範囲となっている。
【0018】更に、図3の1規定アンモニア水による溶
出曲線に示されるように、このケイ酸銅は銅成分の徐放
性を有しており、抗菌作用の持続性にも優れている。
尚、pH6〜8.5の範囲での溶解度はCuイオンとし
て1ppm以下である。
【0019】本発明の非晶質ケイ酸銅は、水溶性銅塩
(II)とケイ酸アルカリとの水性媒体中での複分解によ
り製造されるが、この複分解反応は、ケイ酸アルカリ水
溶液中に銅塩の水溶液を徐々に注加して行うことが重要
である。後述する比較例2に示すとおり、逆に銅塩の水
溶液中にケイ酸アルカリを注加したのでは、本発明の非
晶質ケイ酸塩を得ることができない。
【0020】この一方注加反応に際し、ケイ酸アルカリ
中のSiO2 濃度は0.1乃至6重量%の範囲にあるの
が適当であり、上記範囲以外の場合には、CuO/Si
2モル比が0.5〜2のケイ酸銅の収率が低下した
り、組成が不均一になったりする傾向がある。反応温度
は20乃至60℃の範囲が適当であり、この範囲より低
いと複分解が円滑に進行せず、またこの範囲より高いと
組成が不均一になる傾向がある。反応終了時のpHが
6.8乃至7.5の範囲となるように、注加反応を行う
ことも重要であり、上記pH範囲外では、未反応の銅成
分(遊離の銅成分)の割合いが増大する傾向がある。反
応混合物中には、銅塩のアニオンのアルカリ金属塩が生
成しているので、この塩類を水洗除去することが必要に
なるが、この水洗時のpHも銅成分が遊離するのを防止
する上で重要であり、pHが上記範囲以外では遊離銅成
分が増大する。
【0021】
【発明の好適態様】本発明においては、水溶性銅塩(I
I)であれば何れでも使用できるが、硝酸銅、硫酸銅、
塩化銅等の無機酸塩や、酢酸銅等の有機酸塩が好適であ
る。水溶性銅塩の濃度は3乃至60重量%、特に4乃至
35重量%の範囲が適当である。
【0022】ケイ酸アルカリとしては、ケイ酸ナトリウ
ムやケイ酸カリウム等が使用され、特に式 MO・nSiO2 式中、Mはアルカリ金属であり、nは2乃至3.5の
数、特に2.6乃至3.5の数である、の組成を有する
ものが使用される。
【0023】ケイ酸アルカリ溶液中への水溶性銅塩の注
加反応は、前述した条件下に行われるが、この銅塩の注
加は全体が均一に維持されるように、十分な撹拌下に且
つ全反応時間の約1/2乃至1/8で注加が終了するよ
うに行うのがよい。注加終了後、反応混合物を前記温度
範囲内に維持して0.5乃至10時間程度熟成を行うの
がよい。
【0024】反応終了後生成物を濾過し、水洗し、乾燥
し、必要により粉砕し、分級して製品とする。水洗は前
述した条件で行うべきであるが、水洗時の温度も反応温
度と同じ温度であるのが好ましく、洗液の電気抵抗が1
0,000Ωcm以上となるように水洗を行うのがよ
い。乾燥は、ケイ酸銅の分解が生じるような高温での乾
燥は避けるべきであり、一般に100乃至150℃での
乾燥が適当である。
【0025】本発明による非晶質ケイ酸銅は、図4の走
査型電子顕微鏡写真に示すとおり、不定形の粒子である
が、その粒径は一般に体積基準メジアン径で、0.2乃
至10μm、特に0.2乃至5μmの範囲にあるのがよ
い。この非晶質ケイ酸銅は、嵩密度が0.5乃至0.8
g/mlで、25℃での5%水性懸濁液としたときのp
Hが6乃至8.5の範囲にある。この非晶質ケイ酸銅
は、粒子特性、顔料特性、分散性、表面特性等を向上さ
せるために、種々の無機材料、有機材料等を用いて改質
処理することができる。
【0026】無機材料として、例えばエアロジル、コロ
イダルシリカ等の微細非晶質シリカ、微細アルミナ、微
細チタニア、炭酸カルシウム等の少なくとも1種をまぶ
し(外添)により配合して、その流動性、分散性を向上
させることができる。その配合量は0.01乃至10重
量%の範囲がよい。
【0027】また、有機材料として、高級脂肪酸、金属
石ケン、シランカップリング剤、チタンカップリング
剤、各種ワックス類、界面活性剤をコーティングして、
樹脂塗料中への分散性を改善することができる。その量
は、改質の程度或いは用途によっても相違するが、0.
001乃至5重量%の範囲が適当である。
【0028】本発明の非晶質ケイ酸銅は、紙、木材、各
種繊維製品、各種コーティング、プラスチック製品等に
塗布、含浸、配合等の手段で含有せしめて、抗菌性製品
の製造に利用できる。また、この非晶質ケイ酸銅は、各
種塗料、例えば塩化ビニル樹脂、塩化ビニル−イソブチ
ルエーテル共重合樹脂、塩化ゴム樹脂、塩素化ポリエチ
レン樹脂、アクリル樹脂、スチレン−ブタジエン系樹
脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、石油系樹
脂、ロジェエステル系樹脂、トリブチル錫含有アクリル
共重合樹脂、シリコンゴム、等に配合して防汚塗料とし
て用いることができる。このような用途に、本発明の非
晶質ケイ酸銅は、5乃至60重量%、特に10乃至30
重量%の量で用いるのがよい。
【0029】
【実施例】本発明を次の例で説明する。尚、非晶質ケイ
酸銅の粉末物性の測定と、評価試験は次の方法によっ
た。 (1)X線解析 理学電機(株)製RAD−IBシステムを用いてCu−
Kαにて測定した。 (2)色相 目視によった。 (3)比表面積 湯浅アイオニクス(株)製QUANTA SORBを用
いてBET比表面積を測定した。 (4)吸油量 JIS K−5101に準拠した。 (5)かさ密度(石山式比容積試験方法によった。) 試料2.5gを20ml目盛り付き試験管に秤取り、石
山化学機械製作所製比容積試験器にて、20分落下衝撃
を行った後、容積を0.1mlまで読みとり、次式によ
りかさ密度を算出した。 (6)pH 試料5gを200mlビーカーに秤取り、イオン交換水
100ml加え25℃で10分間撹拌2時間放置後濾別
し、濾液のpHをpHメーターで測定した。 (7)メジアン径 コールター(社)製LS130型機を用いて、レーザー
粒度分布測定法によった。 (8)Cu溶解度 前記(7)の濾液を、原子吸光法にてCuを測定した。 (9)抗菌テスト 厚生省指定検査機関の新潟県環境衛生研究所で食品衛生
検査指針微生物検査必携により評価した。
【0030】〔実施例1〕ケイ酸ソーダ3号品(北越化
学工業(株)製)42gと、試薬の水酸化ナトリウム2
9.5gと、イオン交換水500mlを秤取り、1lの
ビーカーに入れ撹拌しながら30℃に保ち、別の1lの
ビーカーに試薬硝酸銅3水和物97gをイオン交換水2
50mlに加えて溶解させ、前記ケイ酸ソーダに1時間
かけて滴下し、30℃に保ったまま4時間撹拌を続けて
熟成させ、青緑色の生成物を得た。得られたスラリーの
吸引濾過した。濾液のpHは7.1、Cuは0.15p
pmであった。次に30℃のイオン交換水1lを加え生
成物の洗浄を行った。この洗浄操作を6回行った処、洗
浄液の比抵抗は20100Ωcm、pHは7.1〜8.
2、Cuは0.02〜0.4ppmであった。洗浄終了
ケーキを110℃恒温乾燥機にて乾燥させ、小型サンプ
ルミルで粉砕し、メジアン径3.0μmの青緑色粉末を
得た。
【0031】〔実施例2〕ケイ酸ソーダ3号品(北越化
学工業(株)製)52gと試薬水酸化ナトリウム15.
2gと、イオン交換水600mlを秤取り、1lのビー
カーに入れ撹拌しながら50℃に保ち、別の1lのビー
カーに試薬硫酸銅5水和物62.4gをイオン交換水3
00mlに加えて、溶解させ、前記ケイ酸ソーダに2時
間かけて滴下し、20℃に保ったまま5時間撹拌を続け
て熟成させ、青緑色の生成物を得た。得られたスラリー
を吸引濾過した。濾液のpHは6.9、Cuは0.2p
pmであった。次に50℃のイオン交換水を1l加え、
生成物の洗浄を行った。この洗浄操作を7回繰り返した
処、洗浄液の比抵抗は23300Ωcm、pHは7.
5、Cuは0.2〜0.5ppmであった。洗浄終了ケ
ーキを120℃恒温乾燥機にて乾燥させ、小型サンプル
ミルで粉砕し、メジアン径3.5μmの青緑色粉末を得
た。
【0032】〔実施例3〕試薬ケイ酸カリウム溶液76
gと試薬水酸化カリウム7.3gとイオン交換水400
mlを秤取り1lのビーカーに入れ、撹拌しながら20
℃に保ち、別の1lのビーカーに試薬酢酸銅1水和物2
5gをイオン交換水550mlに加えて溶解させ、前記
ケイ酸カリウム溶液に2時間かけて滴下し、20℃に保
ったまま、5時間撹拌を続けて熟成させ、青色の生成物
を得た。得られたスラリーを吸引濾過した。濾液のpH
は7.4、Cuは0.2ppmであった。次に20℃の
イオン交換水を1lを加え生成物の洗浄を行った。この
洗浄操作を6回繰り返した処、濾液の比抵抗は2100
0Ωcm、pHは8.4、Cuは0.5ppmであっ
た。洗浄終了ケーキを110℃恒温乾燥機にて乾燥さ
せ、小型サンプルミルで粉砕し、メジアン径2.5μm
の青色の粉末を得た。
【0033】〔実施例4〕ケイ酸ソーダ3号品(北越化
学工業(株)製)52gと試薬水酸化ナトリウム24g
を秤取り、1lのビーカーに入れイオン交換水を加え5
00mlとし、撹拌溶解し保つ、又試薬硫酸銅5水和物
94gを1lのビーカーに秤取り、イオン交換水を加え
て、500mlとし撹拌溶解し保つ。これらとは別に2
lビーカーにイオン交換水800ml秤取り、撹拌下6
0℃に保つ。これに前記ケイ酸ソーダ溶液と硫酸銅溶液
を等量ずつ3時間かけて滴下し60℃に保ったまま3時
間撹拌熟成し青緑色の生成物を得た。得られたスラリー
を吸引濾過した。濾液のPHは7.1、Cuは0.1p
pmであった。次に60℃のイオン交換水1lを加え生
成物の洗浄を行った。この洗浄操作を7回繰り返し行っ
た処、濾液の比抵抗は25000Ωcm、pHは7.
6、Cuは0.2ppmであった。洗浄ケーキを130
℃恒温乾燥機にて乾燥させ、小型サンブルで粉砕し、メ
ジアン径3.1μmの青緑色の粉末を得た。
【0034】〔比較例1〕実施例1を80℃にて滴下反
応させ、以下同様の操作を行った処、黒緑色の粉末を得
た。
【0035】〔比較例2〕実施例2を硫酸銅溶液にケイ
酸ソーダ溶液を滴下反応させた以外、同様の操作を行っ
た処、灰緑色の粉末を得た。
【0036】〔比較例3〕ケイ酸ソーダ3号品(北越化
学工業(株)製)4.2gと試薬水酸化ナトリウム38
gとイオン交換水500mlを秤取り、1lのビーカー
に入れ撹拌下30℃に保つ。別のビーカーに試薬硝酸銅
3水和物120gをイオン交換水300mlに溶解さ
せ、前記ケイ酸ソーダ溶液に1.5時間かけて滴下し、
30℃に保ったまま2時間撹拌下熟成させ、灰緑色の生
成物を得た。得られたスラリーを吸引濾過した。濾液の
pHは7.5、Cuは0.4ppmであった。以下実施
例1と同様の操作を行い黒緑色の粉末を得た。
【0037】粉末物性を表1に抗菌試験の結果を表2に
示す。
【0038】
【表1】
【0039】
【表2】 Test−1:滅菌生理食塩水9mlに各検体1gを入れて10倍液とし、これ から50倍液を作り、0.5mlを使用した。 Test−2:滅菌生理食塩水9mlに各検体1gを入れて10倍液とし、これ から150倍液を作り、0.5mlを使用した。
【0040】〔実施例5〕長油性アルキド樹脂塗料10
0部に、実施例1で得られた本発明の非晶質ケイ酸銅粉
末30部の割合で配合し、デイスパーで20分分散し
た。粘度はシンナーを加えて調製し、防汚塗料を得た。
厚さ2mm、面積1m2 の正方形の鉄板に上記の通り調
製した防汚塗料を、表裏に塗布し、乾固した後更に塗布
し、2回塗りした。この防汚塗料塗布板を海岸より水深
約2mの処に立て、海水中に6カ月間浸漬して、船舶の
運航条件を想定し、1カ月毎に生物の付着状態を観察し
た。鉄板全面積に対する生物の占有面積(%)によって
性能を評価した。Blankとしてケイ酸銅を配合しな
い塗料を前記と同じ条件で塗布した鉄板を並べて立て
た。結果を表3に示す。
【0041】
【表3】
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、アルカリケイ酸水溶液
に、硝酸銅等の銅塩水溶液を、CuO/SiO2 モル組
成が0.5乃至2の範囲となるように、60℃以下の条
件下に注加することにより、新規な特性を有する非晶質
ケイ酸銅が得られる。この非晶質ケイ酸銅は、BET比
表面積が100乃至300m2 /gと比較的大きく、吸
油量が50乃至130ml/100gであり、比較的に
顔料性に優れた粉体であり、銅イオンの溶解度は低く環
境基準を十分に満足し、しかもCuイオンが水性媒体系
で徐々に放出されるため、Cuイオンの作用を利用し
て、安価な抗菌剤や防汚塗料に有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】非晶質ケイ酸銅(実施例1)のX線(Cu−K
α)回折像である。
【図2】図中のA,B,Cはそれぞれ水酸化銅(II)、
本発明による非晶質ケイ酸銅(実施例1)及び非晶質ケ
イ酸の赤外線吸収スペクトル(IR)曲線である。
【図3】各種ケイ酸銅粉末の1規定アンモニア水による
Cu溶出曲線である。
【図4】本発明の非晶質ケイ酸銅粉末(実施例1)の粒
子構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化物基準のCuO/SiO2 で表わす
    モル組成が0.5乃至2の範囲にあって、BET比表面
    積が100乃至300m2 /gで、吸油量が50乃至1
    30ml/100gであり且つ1規定のアンモニア水に
    よる銅イオンの溶出量が全Cu当たり1.5%以下であ
    る非晶質ケイ酸銅。
  2. 【請求項2】 上記ケイ酸銅の嵩密度が0.5乃至0.
    8g/mlで、25℃での5%水性懸濁液のpHが6乃
    至8.5である請求項1記載の非晶質ケイ酸銅。
  3. 【請求項3】 上記ケイ酸銅がpH6乃至8.5範囲の
    水性媒体での溶解度がCuイオンとして1ppm以下で
    ある請求項1記載の非晶質ケイ酸銅。
  4. 【請求項4】 SiO2 の固形分濃度が0.1乃至6重
    量%のアルカリケイ酸水溶液に、銅塩の水溶液を、Cu
    O/SiO2 モル組成が0.5乃至2の範囲となる量比
    で、温度20乃至60℃の条件下に且つ反応終了pHが
    6.8乃至7.5に成るように、撹拌下に注加し、得ら
    れる生成物をpH6.5乃至8.5の条件で水洗するこ
    とを特徴とする非晶質ケイ酸銅の製造方法。
  5. 【請求項5】 上記銅塩が硝酸銅、硫酸銅、塩化銅及び
    酢酸銅の少なくとも何れか1種以上の水溶液である請求
    項4記載のケイ酸銅の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至3の何れかに記載の非晶質
    ケイ酸銅を含有して成る抗菌剤。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至3の何れかに記載の非晶質
    ケイ酸銅を含有して成る防汚塗料。
JP11108895A 1995-04-13 1995-04-13 非晶質ケイ酸銅、その製法及びその用途 Expired - Fee Related JP3519168B2 (ja)

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