JPH0859225A - 非晶質珪酸カリウム粉末及びその製造方法 - Google Patents

非晶質珪酸カリウム粉末及びその製造方法

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JPH0859225A
JPH0859225A JP19422294A JP19422294A JPH0859225A JP H0859225 A JPH0859225 A JP H0859225A JP 19422294 A JP19422294 A JP 19422294A JP 19422294 A JP19422294 A JP 19422294A JP H0859225 A JPH0859225 A JP H0859225A
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JP
Japan
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potassium silicate
amorphous
silicate powder
molar ratio
powder
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JP19422294A
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Yoshiki Fukuyama
良樹 福山
Genji Taga
玄治 多賀
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Tokuyama Corp
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Tokuyama Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】優れた水軟化能を示し、洗剤ビルダーとして有
用な非晶質珪酸カリウム粉末を得る。 【構成】SiO2/K2Oのモル比をnとし、比表面積を
S(m2/g)としたとき、下記式 1.35≦n≦1.75 且つ 0.1≦S≦0.7 を満足することを特徴とする非晶質珪酸カリウム粉末。
SiO2/K2Oのモル比nが1.35≦n≦1.75で
ある珪酸カリウムカレットを粉砕することにより製造す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水軟化性を有し、洗剤
ビルダーとして有用な非晶質珪酸カリウム粉末及びその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】非晶質珪酸カリウムは非晶質珪酸ナトリ
ウムとともに古くから知られている。その代表である珪
酸カリウムカレット(珪酸カリウムガラス小片)は、珪
砂と炭酸カリウムまたは水酸化カリウムとを加熱溶融し
て得られ、SiO2/K2Oのモル比は通常n=3.5〜
3.8のものが一般的となっている。カレット自体は中
間製品的な色彩が強く、カレットを水に高圧下で溶解し
た水ガラス溶液が工業上多くの用途を有している。しか
しながら、珪酸ナトリウム水ガラス溶液が多方面にわた
る用途をもっているのに対して、珪酸カリウム水ガラス
溶液の用途は数少ないものであった。ましてや、洗剤ビ
ルダーとして有用な非晶質珪酸カリウム粉末の報告例は
なかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、水軟化性能が大きい非晶質珪酸カリウム粉末を提供
し、さらにその非晶質珪酸カリウム粉末を簡略化された
プロセスで製造する方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記した問
題に鑑み、プロセスを簡略化するためカレットを粉砕し
た微粉について鋭意研究を重ねてきた。その結果、カレ
ットのモル比nと比表面積がある範囲に有れば水軟化性
能が大きくなることを発見し、本発明を提案するに到っ
た。
【0005】即ち、本発明の非晶質珪酸カリウム粉末
は、SiO2/K2Oのモル比をnとし、比表面積をS
(m2/g)としたとき、下記式 1.35≦n≦1.75 且つ 0.1≦S≦0.7 を満足することを特徴とする非晶質珪酸カリウム粉末で
ある。
【0006】本発明者らは、珪酸カリウムが水へ溶解す
る場合、まずKイオンが溶出し、次いでシリカ成分が溶
出すると考えている。また、珪酸カリウムの水軟化機構
は、Kイオンが溶出した後も溶解せず残存するシリカ成
分にCaイオンまたはMgイオンと結合するサイトが存
在し、そのサイトに水中のCaイオンまたはMgイオン
が結合することによると考えている。そこで本発明者ら
は、珪酸カリウムの水軟化性能を向上させるためには、
Kイオンの溶出を多くし、一方、シリカ成分の溶解を抑
制し、シリカ成分によるCaイオンまたはMgイオンの
結合サイトを増加すればよいと考えた。
【0007】このためには、本発明における非晶質珪酸
カリウム粉末のSiO2/K2Oのモル比をnとすると、
下記式 1.35≦n≦1.75 を満足しなければならない。nが1.35より小さくな
ると、非晶質珪酸カリウム粉末のシリカ成分の溶解が速
くなり、一度結合したCaイオンやMgイオンが再度水
中へ溶出してしまうために水軟化性に乏しくなり好まし
くない。逆にnが1.75より大きくなると、Kイオン
溶出量が減少し、CaイオンやMgイオンと結合するサ
イトが少なくなるので、結果として水軟化性が小さくな
り好ましくない。さらに良好な水軟化性を発揮させる場
合には、1.4≦n≦1.7を満足することが好まし
く、さらには、1.5≦n≦1.6を満足することが好
ましい。
【0008】また、非晶質珪酸カリウム粉末の溶解性
は、その比表面積にも影響を受ける。本発明において、
非晶質珪酸カリウム粉末の比表面積をS(m2/g)と
すると、 0.1≦S≦0.7 でなければならず、好ましくは0.2≦S≦0.6であ
る。比表面積の値が0.1m2/gより小さくなると、
Kイオン溶出量が少なくなり、水軟化性能が低下するた
めに好ましくない。一方、比表面積の値が0.7m2
gより大きくなると、Kイオン溶出と同時にシリカ成分
の溶解も速くなり、上記したモル比nが低い場合と同様
に水軟化性が悪くなるために好ましくない。
【0009】本発明の珪酸カリウムは非晶質である。た
だし、これは完全な非晶質であることのみをいうのでは
なく、微結晶が含まれている場合をも含む。一般に、微
結晶を含んだ非晶質物質のX線回折パターンは、非晶質
物質に起因するハローパターン中にブロードなピークが
認められる。このブロードなピークは、非晶質中に含ま
れる微結晶によるものである。微結晶の量はハローパタ
ーン中に占めるブロードピークの面積から求められ、さ
らにブロードピークの半価幅から微結晶の粒子径を求め
ることができる。
【0010】本発明においては、ハローパターン中に占
めるブロードピークの面積から求めた微結晶量は50体
積%未満であることが好ましく、また、ブロードピーク
の半価幅から計算した微結晶の粒子径は5nm以下であ
ることが好ましい。
【0011】本発明の非晶質珪酸カリウム粉末の平均粒
子径は液相自然沈降法粒度分布計による測定で、1〜1
00μmの範囲となることが好ましい。
【0012】本発明の非晶質珪酸カリウム粉末はどのよ
うな方法で製造されてもよいが、下記の方法で製造する
ことが簡単なプロセスとなるため好適である。即ち、S
iO2/K2Oのモル比nが1.35≦n≦1.75であ
る珪酸カリウムカレットを粉砕する方法である。
【0013】この方法において、SiO2/K2Oのモル
比nが1.35≦n≦1.75である珪酸カリウムカレ
ットは次のような方法で製造することができる。例え
ば、SiO2と炭酸カリウムまたは水酸化カリウムとを
混合し、SiO2/K2Oのモル比nが1.35≦n≦
1.75となるように加熱溶融し、その後冷却する方法
である。
【0014】原料のSiO2としては珪石、珪砂、クリ
ストバライト石、溶融シリカ、無定形シリカ、シリカゾ
ルなどのSiO2を主成分とする公知の物質を何等制限
なく使用できる。工業的には、安価で取扱いが容易な点
で珪砂が好ましく用いられる。一方の原料である炭酸カ
リウムまたは水酸化カリウムは各々を単独で用いても良
いし、任意の割合で混合して用いることもできる。
【0015】これらの原料は加熱溶融される。その際の
温度、時間などの条件は、原料が溶融し珪酸カリウム溶
融物が生成しさえすればいかなる条件をも採用すること
ができる。好適な温度条件は、炉壁の耐アルカリ性及び
経済性の点で1000〜1400℃であり、加熱溶融時
間は短い方が経済的に好ましく、10時間以下で十分に
均一な珪酸カリウム溶融物が生成する。
【0016】珪酸カリウム溶融物の冷却方法は、生成す
る珪酸カリウムカレットが非晶質となるような条件であ
ればよい。一般には、溶融状態から室温の環境へ取り出
す程度の冷却で十分である。水冷等の方法で冷却速度を
大きくすれば、微結晶の割合を減少でき、より完全な非
晶質とすることができる点で好ましい。
【0017】冷却して得られた非晶質珪酸カリウムカレ
ットは比表面積Sが前記した数値範囲を満足するように
粉砕される。粉砕は公知の粉砕方法を採用できる。例え
ば、ボールミル、攪拌ミル、高速回転微粉砕機、ジェッ
ト粉砕機、せん断ミル、コロイドミル等の微粉砕機を用
いることができる。このなかで、最も一般的な粉砕機と
してはボールミルを挙げることができる。その具体例と
しては、ポットミル、チューブミル、コニカルミルなど
の転動ミル;円形振動ミル、旋動振動ミル、遠心ミルな
どの振動ボールミル;そして遊星ミル等を挙げることが
できる。
【0018】また、上記した微粉砕機による微粉砕の効
率を上げるために、微粉砕操作の前にジョークラッシャ
ー、ジャイレトリークラッシャー、コーンクラッシャ
ー、ハンマークラッシャーなどの中砕機あるいは粗砕機
により数mm程度の粒に砕いておくことが好ましい。
【0019】
【発明の効果】本発明の非晶質珪酸カリウム粉末は、S
iO2/K2Oのモル比nと比表面積Sとが特定の数値範
囲を満足することにより、優れた水軟化能を示す。ま
た、その製造方法は、特定のモル比の非晶質珪酸カリウ
ムカレットを微粉砕するだけであるので、ビルダーとし
て好適な非晶質珪酸カリウム粉末の製造プロセスを簡略
化することができた。
【0020】
【実施例】以下、実施例、比較例により本発明をさらに
詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に制限される
ものではない。尚、本実施例及び比較例における測定値
は次に示す方法により測定した。
【0021】(1)非晶質珪酸カリウム粉末中に含まれ
る微結晶の量及び微結晶の粒子径 本発明の非晶質珪酸カリウム粉末のX線回折パターンは
全て2θ=30゜付近にブロードなピークが認められ
る。このピークは2θ=24゜付近と2θ=35゜付近
でハローパターンから屈曲している。これら両屈曲点を
直線で結び、その直線をバックグラウンドとしてブロー
ドピークの積分強度を計算した(この値をNIBとす
る)。また同時にブロードピークの半価幅D(単位:ラ
ジアン)とピーク位置2θP(単位:゜)を測定した。
一方、全パターンの積分強度は、2θ=16゜のときの
点と2θ=100゜のときの点とを直線で結び、その直
線をバックグラウンドとして計算した(この値をNIT
とする)。以上の値を用いて微結晶の量を計算し、さら
にシェラーの式より微結晶の粒子径を求めた。
【0022】 微結晶の量(%)=(NIB/NIT)×100 微結晶の粒子径=(K×λ)/(D×cosθP) ただし、K=0.94、λはX線波長で0.15405
6nmとした。
【0023】(2)非晶質珪酸カリウム粉末のモル比n 非晶質珪酸カリウム粉末を水に完全に溶解させ、溶液中
の酸化カリウム量及びシリカ量を個別に測定して、その
比からモル比nを計算した。
【0024】・酸化カリウム量 メチルオレンジ溶液を指示薬とし、塩酸溶液で中和滴定
した。
【0025】・シリカ量 フッ化ナトリウムを試料と反応させ、遊離した水酸化ナ
トリウムを塩酸で中和滴定した。塩酸の所要量から酸化
カリウムに相当する分を差し引いてシリカ量を求めた。
【0026】H2SiO3+6NaF+H2O→Na2Si
6+4NaOH 即ち、シリカ1molに対し4molの水酸化ナトリウ
ムが析出する。
【0027】(3)非晶質珪酸カリウム粉末の比表面積 透過法(恒圧式空気透過法)を用いて測定した。具体的
には、下式のKozeny−Carmanの式から、質
量Wと時間tを測定することにより比表面積Swを求め
た。
【0028】Sw=(140/ρ)×((△P×A×t)/(η
×L×Q)×ε3/(1-ε)2)1/2 ただし、 ε :試料充填層の空隙率で、ε=1−W/(ρ×A×
L) ρ :粉体の密度 (g/cm3) η :空気の粘性係数 (mPa sec) L :試料層の厚さ (cm) Q :試料層透過空気量 (cm3) △P:試料層両端の圧力差 (g/cm2) A :試料層の断面積 (cm2) t :Qcm3の空気が試料層を透過するのに要する時間
(sec) W :試料の重量 (g) である。ここで、L=1.2cm、Q=20cm3、△P=
10g/cm2、A=2cm2、ρは、粉砕前のカレットの真比
重であり、ηは化学便覧(改訂3版基礎編II)から1a
tm、25℃の値である0.0182mPa secを採用し
た。
【0029】(4)水軟化性能(Ca封鎖能) 非晶質珪酸カリウム粉末の水軟化性能は、Ca封鎖能で
代表させた。
【0030】エタノールアミンと塩酸にてpH=10に
調節した5mmol/Lの塩化カルシウム水溶液1Lを
350rpmで攪拌しながら20℃で恒温とした。次
に、試料である非晶質珪酸カリウム粉末約0.2gを精
秤(m、単位:g)し、上記溶液に添加した。350r
pmで15分間攪拌した後、10mlをサンプリング
し、0.2μmのフィルターでろ過した。得られたろ液
中のCa濃度を誘導結合プラズマ発光分光分析装置(I
CP−AES)により測定して、この値からCaイオン
量C(単位:mg)を計算した。Ca封鎖能は次の式で
計算した値で評価した。
【0031】Ca封鎖能 = [(20−C)/m]
単位:mg/試料g 実施例1 珪砂(SiO2 99.8%)78.9g、水酸化カリウ
ム(50wt%水溶液)196.6gを混合し、オーブ
ン中一夜乾燥した。混合物を白金製坩堝に入れ、電気炉
中にて、室温から1300℃まで1.5時間で昇温し、
その後1300℃で5時間保持した。加熱熔融の後、灼
熱状態の内容物の入った坩堝を電気炉から取り出し、水
浴中に坩堝を浸して急冷却し、無色透明の珪酸カリウム
カレット得た。合成したカレットをジョークラッシャー
(間隙5mm)にて粉砕した。続いて、ボールミル(ポ
ット;内径135mm,2L,ボール;直径30mm×
33個,Al23)にて、回転速度60rpmで23時
間粉砕した。
【0032】回収した非晶質珪酸カリウム粉末の結晶性
は、ハローパターン中に占めるブロードピークの面積か
ら求めた微結晶量は30体積%であり、ブロードピーク
の半価幅から計算した微結晶の粒子径は2.5nmであ
った。非晶質珪酸カリウム粉末の物性を表1にまとめ
た。
【0033】実施例2〜4 珪砂と水酸化カリウムの仕込量、及びボールミルによる
粉砕時間を変えた以外は実施例1と同様にして非晶質珪
酸カリウム粉末を得た。その物性を表1に示した。ま
た、これら粉末の結晶性は、ハローパターン中に占める
ブロードピークの面積から求めた微結晶量は実施例2で
は28体積%、実施例3では30体積%、実施例4では
26体積%となり、ブロードピークの半価幅から計算し
た微結晶の粒子径は実施例2では3.0nm、実施例3
では2.1nm、実施例4では3.3nmであった。
【0034】比較例1、2 珪砂と水酸化カリウムの仕込量、及びボールミルによる
粉砕時間を変えた以外は実施例1と同様にして非晶質珪
酸カリウム粉末を得た。その物性を表1に示した。ま
た、これら粉末の結晶性は、ハローパターン中に占める
ブロードピークの面積から求めた微結晶量は比較例1で
は25体積%、比較例2では22体積%となり、ブロー
ドピークの半価幅から計算した微結晶の粒子径は比較例
1では1.9nm、比較例2では2.7nmであった。
【0035】
【表1】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】SiO2/K2Oのモル比をnとし、比表面
    積をS(m2/g)としたとき、下記式 1.35≦n≦1.75 且つ 0.1≦S≦0.7 を満足することを特徴とする非晶質珪酸カリウム粉末。
  2. 【請求項2】SiO2/K2Oのモル比nが1.35≦n
    ≦1.75である珪酸カリウムカレットを粉砕すること
    を特徴とする請求項1記載の非晶質珪酸カリウム粉末の
    製造方法。
JP19422294A 1994-08-18 1994-08-18 非晶質珪酸カリウム粉末及びその製造方法 Pending JPH0859225A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999002643A1 (es) * 1997-07-09 1999-01-21 Vitro Corporativo, S.A. De C.V. Un solo producto multifunctional para formulaciones de detergente
JP2003048710A (ja) * 2001-08-02 2003-02-21 Nippon Chem Ind Co Ltd 結晶質含水珪酸カリウムおよびその製造方法
JP2016190694A (ja) * 2015-03-31 2016-11-10 日本化学工業株式会社 粉粒体の搬送方法及び粉粒体搬送装置

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