JPS58110416A - シリカゾルの製造方法 - Google Patents

シリカゾルの製造方法

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JPS58110416A
JPS58110416A JP20469881A JP20469881A JPS58110416A JP S58110416 A JPS58110416 A JP S58110416A JP 20469881 A JP20469881 A JP 20469881A JP 20469881 A JP20469881 A JP 20469881A JP S58110416 A JPS58110416 A JP S58110416A
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求 三輪
Shuichi Tada
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は5〜101にμの平均粒子径をもつ安定テ高モ
ル比(810□/R20)のシリカゾル水溶液の製造方
法に関し、詳しくは限外濾過による画線効率を向上させ
九5〜10艷の平均粒子径をもつ安定なシリカゾル水溶
液の製造方法に関するものである。
一般にシリカゾルの襄法は、珪酸ナトリウム。
珪素金属、珪酸エチル、珪酸クロライド等を原料としイ
オン交換、加水分解、電気透析等の手法を用いて一度希
薄なシリカゾル水溶液を作り、次いでこの希薄なシリカ
ゾル水溶液を濃縮して市販に供するa度まで高めている
。現在用いられている濃縮方法は希薄シリカゾル水溶液
を加熱して水分を除くいわゆる蒸発濃縮法である。
他方限外−適法を用いたシリカゾル水溶液の濃縮例はす
でに公知であり、例えば米国特許第394924号明細
書にその例が開示されている。
蒸発崇縮法の利点は、希薄な活性シリカゾル水溶液を直
接安定化濃縮できることであるが。
欠点としては濃縮のエネルギーコスト及び設備費がかか
ることである。又蒸発濃縮は通常希薄シリカゾル水溶液
の沸点近くで水分を蒸発していることから、シリカゾル
粒子の粒子径増大が生じ一般K 10 gvA以下の粒
子径をもつシリカゾル溶液を得ることは困難である。
限外P適法は、蒸発濃縮法にくらべて濃縮のエネルギー
コスト及び設備費において非常に有の優位性をよシ発揮
する、安定でしかも5〜10湛μの平均粒子径を有する
シリカゾル水溶液の製法が見い出されていなかった。
本発明者らは、限外−適法を用い九濃縮効率の良い、安
定でしかも5〜10mμ の平均粒子径を有するシリカ
ゾル水溶液の製造方法を見い出すべく鋭意検討を重ねた
結果、活性な酸性シリカゾル水溶液から安定なシリカゾ
ル水溶液を製造するに際し、該酸性シリカゾル水溶液を
水酸基溢鴎イオン交換樹脂に通し一度活性な中性シリカ
ゾル水溶液を作りこの中性シリカゾル水溶液をあらかじ
め70℃以上のi11度に調整されているアルカリ水溶
液中に1分間当り該中性シリカゾル水溶液中の810□
とアルカリ水溶液中のR20(RはLi、Na、に、O
s等のアルカリ金属又はNH)とのモル比8102/R
20が10以下となる添加速度で連続的に添加し、限外
濾過によシー縮することによジ、濃縮効率の良い安定で
5〜10町の平均粒子径をもつシリカゾル水溶液が得ら
れることを見い出し、本発明に到達した。
即ち、本発明は限外−適法による濃縮効率の良い安定で
5〜1091LIAの平均粒子径をもつシリカゾル水溶
液を製造する方法を提供する亀のであり、本発明で用い
られる活性な酸性シリカゾル水溶液とは例えばアルカリ
金属珪酸塩水溶液を水素型の陽イオン交換樹脂で反応処
理して得られる酸性シリカゾル水溶液等のpH4以下の
非常圧不安定な酸性シリカゾル水溶液をさす。この時の
酸性シリカゾル水溶液中の珪酸(8102)濃度は通常
2〜10参が普通である。
得られ友駿性シリカゾル水溶液中には、不純物として、
塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、炭酸。
アルミン酸及びこれらのLi、Ha、に、Os、アンモ
ニウム塩が金型れている。
この不純物は、主に原料(例えばアルカリ金属珪酸塩と
水)と陽イオン交換樹脂再生工程からくるものである。
これらの不純物の存在は、安定化槽内でのアルカリ中和
、消費につながるばかりでなく、シリカゾル粒子径の増
大ひいては、限外濾過の効率を低下させる。本発明では
酸性シリカゾル水溶液を水酸基型の隙イオン交換樹脂に
通し中性シリカゾル水溶液を得ることにより不純物を減
少させ、微細なシリカゾルを容易に得ることができる。
この中性シリカゾル水溶液は通常pH4〜8を示し、不
純物の論量はS Oppm以下とするのがよい。
本発明においてアルカリ勢の存在下で活性な中性シリカ
ゾル水溶液を安定なシリカゾル水溶液に変える安定化槽
は通常、槽容量の1/10〜1/2の水溶液を満九し、
70℃以上の温度で十分攪拌する。安定化槽中の水溶液
としてはモル比810□/R20が0〜200.810
□濃度0〜40憾、R20濃度0.01〜1.0III
Oものが良い。R,O源としてはNaOH、LiOH、
KOH、0sOH、Nil、OH。
四級アルキルアンモニウムハイドライド及びこれらの珪
酸塩等が挙げられる。又とこに含まれる不純物としては
、やはりLi、NaJ、Os、アンモニアの塩酸、硫酸
、リン酸、硝酸、炭酸、アルにン酸塩が挙げられ、単独
もしくは複数の総量が50 ppm以下が好ましい。さ
ら□に又本発明の方法によシ得られた安定なシリカゾル
水溶液を安定化槽に一部残し更に珪酸ナトリウム等のア
ルカリを添加し、この中に中性シリカゾル水溶液を上記
810□/R20のモル比で連続的に添加していくこと
もできる。
かかる安定化槽に活性な中性シリカゾル水溶液を連続的
に添加する速度は、安定化槽の水溶液中のR2O濃度と
密接な関係があ如、1分間当り、中性シリカゾル水溶液
中の8102とアルカリ水溶液中のR,O(R#i前記
のとお))とのモル比(810,/R20)が10以下
となる速度で添加されることが必要である。
該モル比の下限は0.1以上であることが好ましくこれ
以下であると奥際的に添加が困難となる。
更に好ましくは、骸モル比1〜8の範囲で添加するのが
よい。
この場合の8102とはあく壕でも連続的に安定化槽に
添加される中性シリカゾル水溶液中の珪酸をさし、すで
に安定化槽中に存在する水溶液中のケイ酸分は含まない
。なぜならば、安定化槽中の水溶液中に存在する珪酸は
すぐに安定化され5〜1(lyxμの平均粒子径をもつ
コロイド粒子に生長しているからである1、 モル比(S102/’R201で1分間当り10を越え
九速度で中性シリカゾル水溶液を添加[また場合は中性
シリカゾルのゲル化が起こり、生じたゲル体を解こうす
るのに長時間の攪拌が必要であるとともに最終的に安定
化されたシリカゾルは、限外濾過を用いて濃縮する場合
の効率がおちる。
安定化槽中の水溶液の温度は、常時70℃以上、好オし
くは80℃以上でコントロールするのが良く、かかる温
度よシ低い温度で中性シリカゾル水溶液を添加した場合
中性シリカゾルのコロイド粒子への生長がおそく、安定
化に長時間を必要とするとともに中性シリカゾル水溶液
の添加速度が1分間当りモル比(810□/R,O) 
10以下で添加されても時として全体がゲル化する場合
があ如製造上問題である。
安定化槽への中性シリカゾル水溶液の添加は最終製品と
して望みうるモル比のところで止めればよいが、限外−
過動率の点から最終製品としてモル比(8102/R2
0) 20〜1000が好ましく、40〜1000がよ
り好ましい。
安定化槽中で安定化された5〜10惰μの平均粒子径を
もつシリカゾル水溶液は、そのまま冷却しても十分安定
であるが、好オしくは0.5〜4時間、70℃以上の温
度で更に熱処理した方がより限外−過動率が良くなる。
このようKして得られた5〜10艷の平均粒子径を屯つ
シリカゾル水溶液を常法の限外P適法により濃縮して、
本発明の安定な5〜tOWμの平均粒子径を4つシリカ
ゾル水溶液を得る。
本発明は、安定なIs〜10シの平均粒子径をもつシリ
カゾル水溶液を限外−過液を用いて濃縮する場合、よ抄
工業的、経済的に有利な中性シリカゾル水溶液の安定化
法についてのものであり、以下の画線前の安定な5〜1
0s#IO平均粒子径を4つシリカゾル水溶液の馬造例
及び該水溶液の限外濾過による濃縮の実施例をもって本
発明を説明するが、本発明はこれらの範囲にとどまるも
のではない。尚、例中の憾は特配しない限り重量基準で
ある。
製造例 1 珪酸ソーダJI85号(地竜化工業(株)製品、810
、29,0 嗟、Na2O9,o % )を水で希釈し
slo、 5.81G、Na2O1,8−の希薄珪酸ソ
ーダ水溶液を作った。この希薄珪酸ソーダ水溶液をあら
かじめ10嚢塩mを用いて通常の方法で調整され九水素
渥−陽イオン変換樹脂(オルガノ(株)製品、アンバー
ライトエR−120B )に過液し810. 5.8参
の酸性シリカゾル水醪液を得九(pH2,5)。酸性シ
リカゾル水溶液中の不純物として、 )10t20Pp
m 、  HaCl 10100pp含んでイア’(。
これを酸性シリカゾル水溶液■とする。
酸性シリカゾル水溶液!をあらかじめ1011M101
l水溶液を用い通常の方法で1整され九水酸基履−陰イ
オン交換樹脂(オルガノ(株)製品アンバーy イ) 
xgi−4oo ) K通11[L、s 102 5 
、 a f4 spH4,0の中性シリカゾル水溶液を
得九。この中性シリカゾル水#I液中の不純物としてN
a042 ppm含んでいた。
これを中性シリカゾル水溶液Iとする。
中性シリカゾル水溶液I 400 Fを90℃に保ちつ
つ十分攪拌されているlia、OO,25嚢水濤液10
0tの中に1分間当k)1sf/+の這直で添加した。
添加は約27分で終わり、次いでその壕オ90℃、go
分間攪拌して冷却し安定なシリカゾル水溶液をsoo 
を得た。
製造例、2 珪酸ソーダ;fXB 1号〔地竜化工業(株)製品。
Bib22?、01g、Nano ? 、 011 )
を水で希釈し81025.8優、Ma、01.II−の
希薄珪酸ソーダ水溶液を作つ九、この希薄珪酸ソーダ水
溶液をあらかじめ1o11H1”*水**を用い通常の
方法で調整された水嵩蓋−陽イオン交換樹脂(オルガ2
1株)製品、アンバーライトIR−1ffiOB )に
通液し8102s、a @の酸性シリカゾル水溶液を得
喪(pH12,7)。
仁の酸性シリカゾル水溶液中の不義物としてH2B01
110 ppm 1Ha280.50 ppm  を含
んでい工・これを酸性シリカゾル水浴液■とする。
酸性シリカゾル水溶液■をあらかじめ1011NaO3
i水溶液を用い通常の方法で調整され走水酸基■−陰イ
オン交換樹脂に通液し810□5.811に、 pH5
,5の中性シリカゾル水溶液を得た。この中性シリカゾ
ル中の不純物としてはHa、80.10 PI>1mを
含んでいた。
これを中性シリカゾル水溶液■とする。
中性シリカゾル水溶液II 40口fを90℃に保ちつ
つ十分攪拌されているに200,2 多水S液100f
中に1分間当り20tl分の速度で添加し友。添加は約
20分で終り次いでその壕t90℃で1時間攪拌しその
後冷却して安定なシリカゾル水溶液500tを得た。
製造例 S 製造例1の中性シリカゾル水溶液I 5GOfを80t
l:に保ちつつ十分Kl1件されているN120Q、0
9g、 81020,2?嚢水WI液(不純物としてN
a0j  20 PpII、 Na200.  S p
p!Elを含む) 100 を中に1分間当J)10t
l分の速度で添加し友。添加は約50分で終り、その後
90℃で2時間熱処理し死後冷却して安定なシリカゾル
水溶液400 Fを得た。
製造例 4 製造例1で得られ九安定化されたシリカゾル水溶液10
0Fを安定化槽にへれ90℃で攪拌しながら5号珪酸ソ
ーダ1fを添加し、次いで中性シリカゾル水溶液I 4
00 Fを20tl分の速度で添加し九、添加は約20
分で終りそottで2時間撹拌熱461mを続け、その
後冷却して安定なシリカゾル水S液5111 tを得え
比較製造例  1 中性シリカゾル水溶液1400 fを80℃に保ちつつ
十分に攪拌されている)ra20 D、25−水溶液1
00fK1分間!IDl0F/分の適度で添加し九。約
8分で添加は終了したが、局部的ゲル化が生じ九。その
後tSCで40分間熱鵡履して安定なシリカゾル水@l
1500tを得え。
比較製造例  2 酸性シリカゾル水溶液1400 fを製造例1の中性シ
リカゾル水浴液Iに代えて用い、同様に処場し安定なシ
リカゾル水溶液500tを得九。
比較製造例  S 酸性シリカゾル水溶液II 400 tを製造例2の中
性シリカゾル水溶液…に代えて用い同様に旭通し安定な
シリカゾル水溶液500tを得た。
比較製造例 4 中性シリカゾル水溶液■40Otを90℃に保ちつつ十
分に攪拌されてお如不純物としてMaOjを150 p
pm含むHa200.1−水溶液100 f中に1分間
当如1ot/分の速度で添加した。添加は約40分で終
如その後90℃で2時間熱島通し良。
その後冷却して安定なシリ・カゾル水浩液500tを得
え。
以上の製造例1〜4及び比較製造例1〜40結果を表−
IKiとめて示す。
製造例1〜4及び比較製造例1〜4によって得られ九シ
リカゾル水濤液中のシリカゾル粒子の粒子径を測定する
方法としては幾多知られているが、そのうち電子顕微鏡
法及びメチルレッド吸着法によ如測定した結果を表−1
に示す。
表−1から明らかな橡に製造例1〜4は比較製造例1〜
4に比べて高モル比のシリカゾルがゲル化なしで得られ
る。さらにシリカゾル粒子の平均粒子径が5〜1011
L/IIの範囲に人力、小さいことが明らかである。
実施例1〜S、比較例1〜2 上記の製造例、比$11造例で得られた安定なシリカゾ
ル水溶液を湊縮前のシリカamが4.0’lkKなる様
に蒸留水で濃度調整し限外−過装置を用いて濃縮した。
又、一部はフラスコを用いて蒸発澱縮した。用%/h九
限外−過装置はバイオエンジニアリング(株)製小製限
外−過装置を使用、−過膜はアルパックサービス(株)
製8−407を使用した(−過面積0,004!Is 
、fl過圧力2.0kj/lI2−0 20士1℃)。
又、得られた安定なシリカゾル濃縮液のシリカゾル粒子
径をメチルレッド法で調定した。結果を表−2に示す。
表−2から明らかな様に本発明の方法は比較例に比べて
限外−適時間が短かく、加えて蒸発#Im等にみられる
シリカゾル粒子の粒子径増大も生じず安定でしかも5〜
10惧μの平均粒子径をもつシリカゾル濃縮液を得るこ
とができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 活性な酸性シリカゾル水溶液から安定なシリカゾ
    ル水溶液を製造するに際し、鋏酸性シリカゾル水溶液を
    水酸基蓋陰イオン交換樹脂に通し、活性な中性シリカゾ
    ル水溶液を作シ、この中性シリカゾル水溶液をあらかじ
    め70℃以上の温度に調整されて匹るアルカリ水溶液中
    に1分間当如、腋中性シリカゾル水溶液中の810□と
    アルカリ水溶液中のR20(R#′iアルカリ金属又は
    II!、 )とのモル比810./R,0が10以下と
    なる添加速度で連続的に添加し、限外濾過によシ濃縮し
    てシリカゾル水溶液を製造することを特徴とするシリカ
    ゾルの製造方法。 2、 アルカリ金属がLi 、 Ha 、 K又は0−
    である特許請求の範囲第1項記載の製造方法。 S、 中性シリカゾル水溶液中の不純物(塩酸。 硝酸、硫酸、リン酸1脚酸、アルミン酸及びこれらのL
    i 、 Na 、 K 、 Os 、アンモニウム塩)
    が、単独もしくは複数で総量が50ppm以下である特
    許請求の範囲第1項記載の製造方法。 4、 アルカリ水溶液中の不純物塩(Li 、 Na 
    。 X、aS、アンモニアの塩酸、硫酸、リン酸。 炭酸、硝酸、アルミン酸塩)が単独もしくは複数で総量
    がs o ppm以下である特許請求の範囲第1項記載
    の製造方法。 5、 中性シリカゾル水溶液をアルカリ水溶液中に連続
    的に添加し喪後、熱処理を行なう特許請求の範囲第1項
    記載の製造方法。
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