JPS6236016A - Clay derivative film having porous structure and its production - Google Patents

Clay derivative film having porous structure and its production

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JPS6236016A
JPS6236016A JP17221985A JP17221985A JPS6236016A JP S6236016 A JPS6236016 A JP S6236016A JP 17221985 A JP17221985 A JP 17221985A JP 17221985 A JP17221985 A JP 17221985A JP S6236016 A JPS6236016 A JP S6236016A
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JP
Japan
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silica
clay
acid
porous structure
hydrosol
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Application number
JP17221985A
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Japanese (ja)
Inventor
Shoji Yamanaka
昭司 山中
Makoto Hattori
信 服部
Fumio Okumura
奥村 文男
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Fuji Chemical Industries Co Ltd
Original Assignee
Fuji Chemical Industries Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide an extremely stable clay deriv. film which has porous structure, is strong and tough and is flexible by incorporating silica.oxide polyvalent metallic hydrate between layers of smectite. CONSTITUTION:A) Silica sol such as polysilicic acid, silica hydrosol or org. silica sol obtd. by hydrolyzing silicon alkoxide Si(OR)4 (R is a straight chain or branched chain alkyl group of 1-6 C). B) A group consisting of water or acid soluble polyvalent metallic salt and Ti(OR)4 (R is the same as above) or TiO2 hydrosol obtd. by peptization with an acid. The silica oxide polyvalent metallic hydrosol formed by acting >=1 kinds of the above-mentioned components A and B is brought into reaction with smectite. The desired clay deriv. incorporated with the silica oxide polyvalent metallic hydrosol between the clay layers is thus obtd. and the clay deriv. film is obtd. when such deriv. is coated and dried.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は多孔質構造を有する粘土誘導体膜およびその製
造法に関するものであり、更に詳しくは、安定で大きい
比表面積と層間距離(X線回折測定より求められる距離
で、粘土ケイm塩層の厚さ約9.8 Aと層間空隙距離
を合わせたもの)を有する粘土鉱物とシリカ・酸化多価
金属類微粒子との複合体の膜およびそれを製造する方法
に関する。目的とするところは、安定な多孔質構造をも
つ新規無機質膜を提供するところにあり、本発明の粘土
誘導体を用いると、簡単に可撓的で強靭なシート状自己
保持膜ないし被膜かえられるので、吸着分離膜、センサ
ー塗膜、触媒、触媒担体、カプセル化剤、断熱あるいは
保温シート、通気性膜として有用であり、更に膜を多層
化して無la、′A基板として用いたり。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a clay derivative film having a porous structure and a method for producing the same. A film of a composite of clay mineral and silica/polyvalent metal oxide fine particles having a distance determined by measurement, which is the sum of the thickness of the clay silicon salt layer (approximately 9.8 A and the interlayer void distance), and its Relating to a method of manufacturing. The purpose is to provide a new inorganic membrane with a stable porous structure, and by using the clay derivative of the present invention, a flexible and strong sheet-like self-retaining membrane or coating can be easily changed. It is useful as an adsorption/separation membrane, a sensor coating, a catalyst, a catalyst carrier, an encapsulating agent, a heat insulating or heat retaining sheet, and a breathable membrane.The membrane can also be multilayered and used as a non-LA or 'A substrate.

多孔質構造を特徴とする無機質接着剤、コーチング剤な
ど多方面に利用でき、産業上有用である。
It has a porous structure and can be used in a wide variety of applications, such as inorganic adhesives and coating agents, and is industrially useful.

[従来技術] モンモリロナイト、バイデライトに代表されるスメクタ
イトは粘土を構成する鉱物の一群であって、層状構造を
有し、その層間にはナトリウム、カリウム、カルシウム
、マグネシウム等の交換性の陽イオンが存在するため、
種々の有機または無機のイオンや極性分子が層間に導入
されることがよく知られている0通常、スメクタイトの
層間には大気中の水分子が吸着されており、層間には3
.0〜5.8A程度のすきま(層間空隙)が存在するが
、このような水分子吸着による層間空隙は、加熱のみな
らず、真空脱気操作だけでも容易に水分が脱着するため
、安定には存在しえない。
[Prior art] Smectite, represented by montmorillonite and beidellite, is a group of minerals that make up clay, and has a layered structure, with exchangeable cations such as sodium, potassium, calcium, and magnesium existing between the layers. In order to
It is well known that various organic or inorganic ions and polar molecules are introduced between the layers. Normally, water molecules in the atmosphere are adsorbed between the layers of smectite.
.. There is a gap (interlayer void) of approximately 0 to 5.8 A, but water is easily desorbed from such interlayer voids due to water molecule adsorption not only by heating but also by vacuum degassing, so it is not stable. It cannot exist.

これらのスメクタイトの膜は粘土の二次元性を反映して
容易に作れることが古くから知られている。しかしこれ
らの膜は水で再膨潤するため安定な形状を保ちえない、
また簡単に層間が収縮するため多孔性の膜はできない。
It has been known for a long time that these smectite films can be easily created reflecting the two-dimensional nature of clay. However, these membranes cannot maintain a stable shape because they reswell with water.
Furthermore, the interlayers easily contract, making it impossible to form a porous membrane.

一方、層間にかさ高い多核金属イオンを柱として挿入し
て層間を支え、安定な多孔体をえる試みがなされている
。即ち、この方法は水可溶性多核全屈イオン、あるいは
金属イオンをアルカリで加水分解して生じる多核水酸化
金属イオンをスメクタイトの層間に導入したのち、加熱
分解して層間に酸化物の柱を構築する方法であって、ア
ルミニウム(Clay Miner、、 12.229
〜238(1977)、) 、クロム(Amer、 M
iner、、 84゜830〜835(1979)、)
 、  ジルコニウム(C1aysClay Mine
r、、 27.119〜124(1979)、) 、鉄
〔特開昭58−55,332 )などの多核金属イオン
を使用して層間空隙5〜8λ、比表面繕200〜400
m2/gの多孔体をえる方法が知られている。
On the other hand, attempts have been made to insert bulky polynuclear metal ions between the layers as pillars to support the interlayers and obtain a stable porous body. That is, in this method, water-soluble polynuclear total ions or polynuclear hydroxide metal ions produced by hydrolyzing metal ions with alkali are introduced between the layers of smectite, and then thermally decomposed to build oxide pillars between the layers. A method comprising: aluminum (Clay Miner, 12.229
~238 (1977), ), chromium (Amer, M
iner,, 84°830-835 (1979),)
, Zirconium (Clays Clay Mine
r,, 27.119-124 (1979), ), using polynuclear metal ions such as iron [JP-A-58-55,332], the interlayer void is 5-8λ, and the specific surface repair is 200-400.
A method of obtaining a porous body of m2/g is known.

この種の多孔体では、酸化物支柱の導入により膨潤性が
小さくなると同時に、細孔も形成されるが、製膜機能が
全く失われ、また大きな細孔をえることができなかった
In this type of porous material, the swelling property is reduced by the introduction of oxide supports, and at the same time pores are formed, but the film forming function is completely lost, and large pores cannot be formed.

[発明が解決しようとする問題] 前記多孔体を実際に吸着剤、触媒、触媒担体カプセル化
剤および断熱剤等として用いる場合には、その層間空隙
が5〜8Aと小さすぎ、有効径の大きい分子への応用に
は不充分であった。また、従来法には使用する金属種に
制約があり、例えば、シリカや高い屈折率を41するた
め顔料として賞月されている酸化チタンを層間に導入さ
せることはできなかった。
[Problems to be Solved by the Invention] When the porous body is actually used as an adsorbent, a catalyst, a catalyst carrier encapsulating agent, a heat insulating agent, etc., the interlayer voids are too small at 5 to 8 A, and the effective diameter is too large. It was insufficient for molecular applications. In addition, the conventional method has limitations on the types of metals that can be used, and for example, it has not been possible to introduce silica or titanium oxide, which is prized as a pigment because of its high refractive index of 41, between the layers.

また吸着剤、触媒、触媒担体やカプセル化剤等としての
機能の優劣は、素材本来が持つ特性は勿論、その形状に
も影響される0例えば薄膜化による気体の透過・拡散速
度の増大、接触面蹟の増大に伴って、吸着性能の増大や
触媒活性の向上が期待される。更に薄膜化することによ
り、素材使用量が減少してコスト低減がはかれるととも
に、透光性がでるなどの新たな性質も付与できる。こう
した機能性薄膜は可撓性、緻密性、強靭性が要求される
にも拘らず、それらの要求特性の全てを具備した無機性
薄膜はえられていない0本発明はここに述べたこれらの
問題を一挙に解決し、多孔質構造を有する1強靭で且つ
可撓性のある粘土誘導体膜およびその製造法を提供しよ
うとするものである。
In addition, the functionality of adsorbents, catalysts, catalyst carriers, encapsulating agents, etc. is influenced not only by the inherent properties of the material, but also by its shape. As the surface area increases, adsorption performance and catalyst activity are expected to increase. Furthermore, by making the film thinner, the amount of material used can be reduced and costs can be reduced, and new properties such as transparency can be imparted. Although such functional thin films are required to have flexibility, density, and toughness, no inorganic thin film that has all of these required properties has been obtained. The present invention aims to solve the problems at once and provide a strong and flexible clay derivative film having a porous structure and a method for producing the same.

[問題点を解決するための手段] 本発明者らは、多孔質構造を有する粘土誘導体膜を提供
するために粘土層間に導入する支柱としては、500℃
以上でも安定で、且つ、様々な重合形態を持ち、大きな
重合度即ち高分子量を有する酸化物かえられるシリカが
適当と考えた。しかしながら種々の水酸化物、酸化物に
ついて1表面型位を持たないpH即ちゼロ電荷点を比較
すると、Al(OH)35.1、 Zr0210.5、
〒+02′6.7.SiO21,8であり、従って、シ
リカはPH1,8以上では負に荷電するため1本来負に
荷電している粘土層間へは静電的な反撥により導入され
なかった。そこで、シリカ表面に正電荷を保持させるべ
く、種々検討した結果。
[Means for Solving the Problems] The present inventors have determined that the struts to be introduced between the clay layers in order to provide a clay derivative film having a porous structure are heated at 500°C.
In view of the above, it was considered that silica which is stable, has various polymerization forms, and can be converted into an oxide having a large degree of polymerization, that is, a high molecular weight, is suitable. However, when comparing the pH of various hydroxides and oxides that do not have one surface type position, that is, the zero charge point, Al(OH) 35.1, Zr0210.5,
〒+02'6.7. Therefore, since silica is negatively charged at a pH of 1.8 or higher, it was not introduced between the clay layers, which are originally negatively charged, due to electrostatic repulsion. Therefore, we conducted various studies in order to maintain positive charges on the silica surface.

反応■ シリコンアルコキシドSi(OR)a  (R
は炭素数1〜5の直鎖または分枝鎖状のアルキル基を示
す〕を加水分解してえられるポリケイ酸(市販のシリカ
ヒドロゾルや有機シリカゾルと区別するため、便宜上シ
リコンアルコキシドの加水分解によってえられるケイ酸
の重合体をポリケイ酸と称する)、シリカヒドロゾル、
有機シリカゾルなどのシリカゾル類と、水または酸可溶
性多価金属塩およびTi(OR)e  (Rは既に述べ
た通り〕またはこれを加水分解し1次いで酸で解膠する
ことによってえられた酸化チタンヒドロゾルから成る群
(以下酸化多価金属源と称する)より選ばれた1種また
はそれ以上とを作用させて生成するシリカ・酸化多価金
属ヒドロシルをスメクタイトと反応させる、 反応■ スメクタイトと酸化多価金属源より選ばれた1
種またはそれ以上とを作用させ、次いでシリカゾル類と
反応させる、 反応■ スメクタイトにシリカゾル類を加え、次いで酸
化多価金属源と反応させる、反応■から反応■までのい
ずれかの反応を行えば所望の粘土誘導体かえられ、更に
、えられた粘土誘導体を例えばテフロン製の型枠やアル
ミ箔上に流延ないしは塗布した後に乾燥すれば、本発明
の目的とする大きい層間距離と広い比表面積を有する多
孔質構造の粘土誘導体膜が製造できることを見出し、本
発明を完成させた。
Reaction■ Silicon alkoxide Si(OR)a (R
represents a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. The resulting polymer of silicic acid is called polysilicic acid), silica hydrosol,
Silica sol such as organic silica sol, a water- or acid-soluble polyvalent metal salt, and Ti(OR)e (R is as described above), or titanium oxide obtained by hydrolyzing this and then peptizing it with an acid. A reaction in which smectite is reacted with silica/polyvalent metal oxide hydrosyl produced by reacting one or more selected from the group consisting of hydrosols (hereinafter referred to as polyvalent metal oxide sources) with smectite. 1 selected from valent metal sources
Reaction ■ Adding silica sols to smectite and then reacting with an oxidized polyvalent metal source, Reaction ■ to Reaction ■ can be carried out to achieve the desired result. If the obtained clay derivative is further cast or coated on, for example, a Teflon mold or aluminum foil and then dried, it will have a large interlayer distance and a large specific surface area as the object of the present invention. The present invention was completed by discovering that it is possible to produce a clay derivative membrane with a porous structure.

即ち1本発明はシリカ・酸化多価金属水和物をスメクタ
イト層間に含有していることを特徴とする多孔質構造を
有する粘土誘導体膜とその製造法を提供するものである
Specifically, the present invention provides a clay derivative film having a porous structure characterized by containing silica/polyvalent metal oxide hydrate between smectite layers, and a method for producing the same.

本発明の上記反応■から反応■までのいずれの反応を行
っても、シリカ拳酸化多価金属永和物が粘土層間に導入
されるが、本発明に用いられる粘土鉱物としては、モン
モリロナイトなどの水に膨潤性のスメクタイトが適して
いるが、天然の粘土鉱物に限らず、合成のものでもよい
、また、水にlIl潤性であり、イオン交換能を有する
各種の人工フッ素層状ケイ酸塩なども利用できる。これ
ら天然および合成の粘土鉱物は、約8.8Aの厚さを有
する二次元ケイ酸塩が互いに積み重なることにより、そ
の結晶構造が構成されているが、結晶子の形状は結合の
二次元性を反映して板状であり、結晶粒子同志が重なる
粒界にも結晶内部の層間に類似の二次元間隙が形成され
る。なお、本発明でいう「層間」とは、結晶子内部のケ
イ酸塩層間だけでなく、このような結晶子の間の粒界も
含めた概念である。
In any of the reactions from reaction (1) to reaction (2) of the present invention, a polyvalent metal oxide oxide is introduced between the clay layers. Swellable smectite is suitable for this purpose, but it is not limited to natural clay minerals, and synthetic ones may also be used.Also, various artificial fluorine layered silicates that are wettable with water and have ion exchange ability are also suitable. Available. The crystal structure of these natural and synthetic clay minerals is composed of two-dimensional silicates with a thickness of about 8.8 A stacked on top of each other, but the shape of the crystallites reflects the two-dimensionality of the bonds. In reflection, it is plate-shaped, and similar two-dimensional gaps are formed between layers inside the crystal at grain boundaries where crystal grains overlap. Note that the term "interlayer" as used in the present invention includes not only the silicate layers inside the crystallites but also the grain boundaries between such crystallites.

本発明に用いられるシリカゾル類のうち、Si(OR)
s としては、安価で入手容易なRがエチル基であるシ
リコンテトラエトキシドが好ましい。
Among the silica sols used in the present invention, Si(OR)
As s, silicon tetraethoxide in which R is an ethyl group is preferred because it is inexpensive and easily available.

シリコンテトラエトキシドの加水分解は、これに溶媒で
あるエタノール、分解剤である水および触媒である酸か
ら成る混合液を加えて、室温ないし80℃まで加熱して
実施される。加水分解の条件は、調製すべきポリケイ酸
の重合形態や重合度即ち分子量によって任意に選択され
る(窯業協会誌、鱈、242〜247(1984) )
 、即ち回報文は、H2O/ Si(OC2Hs)n 
=2以下では鎖状ポリマーを生成し、H2O/ Si(
OC2H5)*−5では重合初期に鎖状ポリマーが生成
するが、後期では三次元網目ポリマーを生成する。また
、H70/Si(OC2Hs)a −20では初期から
三次元網目ポリマーを生成すると報じている0本発明に
おけるシリコンテトラエトキシドの加水分解重合は、上
記の)!20/ Si(OC2Hs)i−2〜20の範
囲外の条件にても実施可能であるが、急速な粘度上昇と
ゲル化を生じないで、実施しやすい適度の重合時間でお
こないうるH2O/ Si(OG2Hs)n−2〜20
が望ましく、また、同様の理由でSi(OC2Hs)a
の濃度は30〜70%が好ましい、また、触媒である酸
としては安価な塩酸、硝隙および硫酸の鉱酸が用いられ
る。
Hydrolysis of silicon tetraethoxide is carried out by adding a mixture of ethanol as a solvent, water as a decomposition agent, and acid as a catalyst and heating the mixture from room temperature to 80°C. The conditions for hydrolysis are arbitrarily selected depending on the polymerization form and degree of polymerization, i.e., molecular weight, of the polysilicic acid to be prepared (Journal of Ceramics Association, Cod, 242-247 (1984)).
, that is, the circular is H2O/Si(OC2Hs)n
= 2 or less, a chain polymer is generated and H2O/Si(
In OC2H5)*-5, a chain polymer is produced in the early stage of polymerization, but a three-dimensional network polymer is produced in the latter stage. Furthermore, it has been reported that in H70/Si(OC2Hs)a-20, a three-dimensional network polymer is formed from the initial stage. 20/Si (OC2Hs) Although it can be carried out under conditions outside the range of i-2 to 20, H2O/Si can be carried out in a suitable polymerization time without causing rapid viscosity increase and gelation. (OG2Hs)n-2~20
is desirable, and for the same reason, Si(OC2Hs)a
The concentration of is preferably 30 to 70%, and as the catalytic acid, inexpensive mineral acids such as hydrochloric acid, nitric acid, and sulfuric acid are used.

更に、シリカゾル類としては、上記のようにシリコンテ
トラエトキシドを加水分解してえられるポリケイ酸ばか
りでなく、水を分散媒としたコロイド粒子径 1−1−
1O0の市販のシリカヒドロゾルや、メタノール、エタ
ノールまたはイソプロピルアルコールなどの有機溶媒を
分散媒とした有機シリカゾルを用いることが可能である
。更に、当然のことながらポリケイ酸、シリカヒドロゾ
ルおよび有機シリカゾルの内の数種を併用しても本発明
の目的は達成される。
Furthermore, silica sols include not only polysilicic acid obtained by hydrolyzing silicon tetraethoxide as described above, but also colloidal particle diameters using water as a dispersion medium.
It is possible to use a commercially available 100 silica hydrosol or an organic silica sol using an organic solvent such as methanol, ethanol or isopropyl alcohol as a dispersion medium. Furthermore, it goes without saying that the object of the present invention can also be achieved by using several types of polysilicic acid, silica hydrosol and organic silica sol in combination.

本発明に用いられる酸化多価金属源としては、チタニウ
ムテトライソプロポキシドまたはこれを加水分解した後
、酸を用いて解膠してえられる酸化チタンヒドロゾルの
他に、四塩化チタン、オキシ硫酸チタンなどの安価で入
手容易な水可溶性チタニウム塩も利用できる。更に、当
然のことながら、上記チタン源の内の数種を併用しても
差支えない。
The polyvalent metal oxide sources used in the present invention include titanium tetraisopropoxide or titanium oxide hydrosol obtained by hydrolyzing it and peptizing it with acid, titanium tetrachloride, oxysulfuric acid, etc. Cheap and readily available water-soluble titanium salts such as titanium can also be used. Furthermore, it goes without saying that several of the above titanium sources may be used in combination.

酸化チタンヒドロゾルの調製はチタニウムアルコキシド
Ti(OR)n (Rは既に述べた通り〕、一般には安
価で入手容易なRがイソプロピル基のイソプロポキシド
を用いるが、これをチタニウムに対し、2〜4倍モルの
酸溶液中に添加することにより生成した白色沈殿が徐々
に酸に溶解して、透明な溶液をえることによってなされ
る。上記のように酸溶液中にチタニウムアルコキシドを
加え、加水分解と解膠反応を同時に進行させる方法に加
えて、チタニウムアルコキシドを予め加水分解した後に
所定量の酸を加えて解膠する方法も採用される。更に、
解膠に必要とされる酸を予め含んだポリケイ酸溶液の中
ヘチタニウムアルコキシドを投入した場合も、所望の酸
化チタンヒドロゾルかえられる。
Titanium oxide hydrosol is prepared by using titanium alkoxide Ti(OR)n (R is as mentioned above), generally cheap and easily available isopropoxide in which R is an isopropyl group. The white precipitate generated by adding the titanium alkoxide to a 4 times molar acid solution is gradually dissolved in the acid to obtain a transparent solution.As described above, titanium alkoxide is added to the acid solution and hydrolyzed. In addition to a method in which the titanium alkoxide and peptizing reaction proceed simultaneously, a method is also adopted in which titanium alkoxide is hydrolyzed in advance and then a predetermined amount of acid is added to peptize the titanium alkoxide.Furthermore,
The desired titanium oxide hydrosol can also be obtained when hetitanium alkoxide is added to a polysilicic acid solution that previously contains the acid required for peptization.

解膠に使用する酸は有機酸であっても無機酸であっても
良いが、塩酸、硝酸および硫酸などの鉱酸が好ましく、
その時の反応温度は室温でも充分である。
The acid used for peptization may be an organic acid or an inorganic acid, but mineral acids such as hydrochloric acid, nitric acid and sulfuric acid are preferred;
Room temperature is sufficient for the reaction temperature at that time.

前記水または酸可溶性金属塩としては1例えハチタニウ
ム、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、錫、鉛
、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、ス
カンジウム、イツトリウム、ランタン、アクチニウム、
マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム
、亜鉛、カド″ミウム、水銀、銅、ニッケル、コバルト
、鉄、マンガン、クロムおよびモリブデンの塩化物、硝
酸塩、硫酸塩、オキシ塩化物、オキシ硫酸塩、オキシ硝
酸塩および有機酸塩を挙げることができる。
Examples of the water- or acid-soluble metal salts include hatinium, zirconium, hafnium, germanium, tin, lead, aluminum, gallium, indium, thallium, scandium, yttrium, lanthanum, actinium,
Magnesium, calcium, strontium, barium, zinc, cadmium, mercury, copper, nickel, cobalt, iron, manganese, chromium and molybdenum chloride, nitrate, sulfate, oxychloride, oxysulfate, oxynitrate and organic Mention may be made of acid salts.

本発明が前記反応■から反応■のいずれかの方法で実施
される場合の反応温度は室温ないし80℃が望ましく、
えられた反応生成物を必要に応じ、常法により洗浄、脱
水することによって純粋な粘土誘導体とすることができ
るが、反応生成物をそのまま膜状にした後、乾燥させ、
次いで必要ならば洗浄してもよい、また、必要に応じ脱
水した後、水fi7溶性の有機溶媒例えばメタノール、
エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、テト
ラヒドロフラン等の何れかを分散媒として使用すること
ができ、この場合、膜状になすとき早い乾燥が期待され
る。
When the present invention is carried out by any of the methods from reaction (1) to reaction (2) above, the reaction temperature is preferably room temperature to 80°C;
A pure clay derivative can be obtained by washing and dehydrating the obtained reaction product according to a conventional method, if necessary.
Then, if necessary, it may be washed, and after dehydration if necessary, a water-fi7-soluble organic solvent such as methanol,
Any of ethanol, isopropyl alcohol, acetone, tetrahydrofuran, etc. can be used as a dispersion medium, and in this case, rapid drying is expected when formed into a film.

膜状となす場合には、上記反応生成物を遠心分離、脱水
の後、テフロン製型枠やアルミ箔上べ流延または塗布す
るか、あるいはドクターブレード法やリバースロール法
によって連続的に展延するかして1次いで温風乾燥する
ことにより、可撓的で、緻密な膜を製することができる
。使用目的に応じ、えられた膜を 300〜800℃に
加熱しても良い。
When forming a film, the reaction product is centrifuged, dehydrated, and then cast or coated on a Teflon mold or aluminum foil, or continuously spread using a doctor blade method or reverse roll method. By first drying with warm air, a flexible and dense film can be produced. Depending on the purpose of use, the obtained film may be heated to 300 to 800°C.

本発明の粘土誘導体は、例えば反応■でシリカ会酸化多
価金属ヒドロシルとスメクタイトと反応すればえられる
が、この際スメクタイトの懸濁液の濃度は0.1〜5w
/マ%(以下単に%で示す)が好ましく、また、シリカ
争酸化多価金届ヒドロシルの添加量は、スメクタイトの
陽イオン交換容量(以下CECと略称する)1 ミリ当
量に対して(S i + 金J! )として 5〜40
ミリモルになるよう加えるのが望ましい0反応■、反応
■の場合でも全く同様にして行うことができる。
The clay derivative of the present invention can be obtained, for example, by reacting polyvalent metal oxide hydrosyl oxide with smectite in reaction (1), in which the concentration of the smectite suspension is 0.1 to 5 w.
/ma% (hereinafter simply expressed as %) is preferable, and the amount of silica-competitively oxidized polyvalent gold hydrosil added is (S i + Gold J!) as 5-40
In the case of 0 reaction (1) and reaction (2), where it is desirable to add the compound in millimole, it can be carried out in exactly the same manner.

なお本発明の方法においてえられる粘土誘導体膜が多孔
質構造を有していることは実施例1から明らかである。
It is clear from Example 1 that the clay derivative film obtained by the method of the present invention has a porous structure.

即ち、えられた粘土誘導体膜は35λの大きな層間距離
と420m2/gの大表面積を有していた。
That is, the resulting clay derivative film had a large interlayer distance of 35λ and a large surface area of 420 m2/g.

[発明の効果] この様にしてえられる本発明の多孔質構造を有する粘土
誘導体膜は、極めて安定であり、且つ耐水性、耐熱性が
高いため、またその膜は可撓的で1強靭なシート状自己
保持膜ないし被膜を与えるので、吸着分離膜、センサー
塗膜、触奴、触媒担体、カプセル化剤、断熱あるいは保
温シート、通気性膜として有用であり、また膜を多層化
して無機質基板として用いたり、多孔質構造を特徴とす
る無機質バインダー、コーチング剤など産業上多方面に
広く使用することができる。
[Effects of the Invention] The clay derivative membrane having a porous structure of the present invention obtained in this manner is extremely stable, and has high water resistance and heat resistance. Since it provides a sheet-like self-retaining film or coating, it is useful as an adsorption/separation film, a sensor coating, a catalyst support, an encapsulating agent, a heat insulating or heat-retaining sheet, and a breathable film.The film can also be multilayered to form an inorganic substrate. It can be used in a wide range of industrial applications, such as as an inorganic binder with a porous structure, and as a coating agent.

[実施例] 以下に実施例により本発明を説明するが、本発明はその
要旨をこえない限り、これらの例に限定されるものでは
ない。
[Examples] The present invention will be explained below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples unless the gist thereof is exceeded.

実施例1 エタノール31と2N塩酸2.51の混合液をシリコン
テトラエトキシド10.4 gに加え、室温で2時間攪
拌してポリケイ酸の溶液をえた。別に、チタニウムテト
ライソプロポキシド 1.4.をIN塩酸201の中に
加え、生じた白色沈殿が溶解するまで30分攪拌し透明
なゾルをえた。このゾルを先に調製したポリケイ酸の溶
液に加えて、室温で10分間攪拌し、透明なシリカ・酸
化チタンヒドロゾルをえた。このゾルを、山形県産モン
モリロナイト(クニミネ工業製、商品名「クニピアF」
カチオン交換容量100ミリ当量7100g) 5.0
gを6001の水に分散させた液に攪拌しながら10分
間かけて注入し、更に50℃で 1時攪拌を続けた0反
応生成物を遠心分離、水洗してえたケーキを攪拌して粘
土誘導体スラリーを調製した。このスラリーをガラス板
上に塗布し、室温で乾燥後にX線回折法により分析した
結果、粘土誘導体の層間距離は35Aであり、また窒素
ガス吸着法による比表面積は420層27gであったΦ 上記の粘土誘導体スラリーをテフロン製型枠の中へ塗り
込み1次いで温風乾燥させて膜厚60Bmの膜をえた。
Example 1 A mixed solution of 31 parts of ethanol and 2.5 parts of 2N hydrochloric acid was added to 10.4 g of silicone tetraethoxide and stirred at room temperature for 2 hours to obtain a solution of polysilicic acid. Separately, titanium tetraisopropoxide 1.4. was added to IN hydrochloric acid 201 and stirred for 30 minutes until the resulting white precipitate was dissolved to obtain a transparent sol. This sol was added to the previously prepared polysilicic acid solution and stirred at room temperature for 10 minutes to obtain a transparent silica/titanium oxide hydrosol. This sol was mixed with montmorillonite from Yamagata Prefecture (manufactured by Kunimine Industries, product name: Kunipia F).
Cation exchange capacity 100 milliequivalent 7100g) 5.0
The mixture was injected over 10 minutes with stirring into a solution of 6001 in water, and stirring was continued for 1 hour at 50°C.The reaction product was centrifuged, washed with water, and the resulting cake was stirred to obtain a clay derivative. A slurry was prepared. This slurry was coated on a glass plate and analyzed by X-ray diffraction after drying at room temperature. As a result, the interlayer distance of the clay derivative was 35A, and the specific surface area by nitrogen gas adsorption method was 420 layers and 27gΦ The clay derivative slurry was poured into a Teflon mold and then dried with warm air to obtain a film with a thickness of 60 Bm.

えられた膜は半透明な可撓性を有する膜であった。The resulting membrane was a translucent and flexible membrane.

実施例2 実施例1において、エタノール18m1、水0.8膳l
および0.5N硝酸1.01の混合液をシリコンテトラ
エトキシド10.4gに加え、80℃4時間攪拌してポ
リケイ酸の溶液をえた。また0、5N塩酸20鵬1の代
りに0.5N硝酸10m1を用い、透明な酸化チタンヒ
ドロゾルをえた。以下実施例1と同様にして行い、粘土
誘導体反応生成液をえた。この反応生成液を遠心分離後
攪拌してえた粘土誘導体スラリーを用い、実施例1と同
様にして製した膜を500℃1時間加熱した。えられた
膜は可撓性を有していた。
Example 2 In Example 1, 18ml of ethanol, 0.8ml of water
A mixed solution of 1.01 g of silicone tetraethoxide and 0.5N nitric acid was added to 10.4 g of silicone tetraethoxide, and the mixture was stirred at 80° C. for 4 hours to obtain a solution of polysilicic acid. In addition, 10 ml of 0.5N nitric acid was used in place of 20 ml of 0.5N hydrochloric acid to obtain a transparent titanium oxide hydrosol. The following procedure was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a clay derivative reaction product liquid. Using a clay derivative slurry obtained by centrifuging and stirring this reaction product solution, a membrane prepared in the same manner as in Example 1 was heated at 500° C. for 1 hour. The resulting membrane was flexible.

実施例3 実施例1において、エタノール1.51と2N塩酸1.
31の混合液とシリコンテトラエトキシド5.2gを用
いてえたポリケイ酸の溶液に4NIj;if!11で希
釈した25w/w%四塩化チタン溶液1.9gを加えて
シリカ・酸化チタンヒドロゾルを調製した。
Example 3 In Example 1, 1.51% of ethanol and 1.51% of 2N hydrochloric acid were added.
4NIj; if! A silica/titanium oxide hydrosol was prepared by adding 1.9 g of a 25 w/w % titanium tetrachloride solution diluted with No. 11.

このゾルを、ナトリウムフッ素へクトライト(Na+z
3Mga/3Li+z3Si40+oF2) 2.5g
を含有する水懸濁液4001に加え、以下実施例1と同
様にして行い、可撓性を有する膜をえた。
This sol was mixed with sodium fluorine hectorite (Na+z
3Mga/3Li+z3Si40+oF2) 2.5g
The following procedure was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a flexible membrane.

実施例4 有機シリカゾル(触媒化成工業型、商品名09GAL−
1232,SiO2含量31.4w/w%) 9.8g
にオキシ塩化ジルコニウム溶液(ZrC1a として2
0%含有) 5.8gを加えて40℃で20分間攪拌し
てシリカ・ジルコニアヒドロシルをえた。このゾルを用
い、以下実施例1と同様にして行い、可撓性を有する膜
をえた。この膜を水中に 1週間浸漬したが、殆ど膨潤
することがなく、元の形状が保たれた。
Example 4 Organic silica sol (catalyst chemical industry type, trade name 09GAL-
1232, SiO2 content 31.4w/w%) 9.8g
zirconium oxychloride solution (ZrC1a as 2
0% content) was added and stirred at 40°C for 20 minutes to obtain silica-zirconia hydrosil. Using this sol, the same procedure as in Example 1 was carried out to obtain a flexible film. This membrane was immersed in water for one week, but it hardly swelled and maintained its original shape.

実施例5 実施例1において、エタノール31、水3.5mlおよ
び0.5N塩酸 11の混合液をシリコンテトラエトキ
シド10.4gに加え、80℃90分間攪拌してえたポ
リケイ酸の溶液をモンモリロナイト懸濁液に添加した0
次いで20w/w%塩化第二鉄溶液4.1gを加え、5
0℃で1時間攪拌し、以下実施例1と同様にして行い、
可撓性を有する半透明な褐色の膜をえた。
Example 5 In Example 1, a mixed solution of 31 ml of ethanol, 3.5 ml of water, and 11 ml of 0.5N hydrochloric acid was added to 10.4 g of silicon tetraethoxide, and the resulting polysilicic acid solution was stirred at 80°C for 90 minutes. 0 added to the suspension
Next, 4.1 g of 20 w/w% ferric chloride solution was added, and
Stir at 0°C for 1 hour, and proceed in the same manner as in Example 1.
A flexible, translucent brown film was obtained.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、シリカ・酸化多価金属水和物をスメクタイトの層間
に含有していることを特徴とする多孔質構造を有する粘
土誘導体膜。 2、シリカがSi(OR)_4 〔Rは炭素数1〜5の直鎖または分枝鎖状のアルキル基
を示す〕を加水分解することによってえられるポリケイ
酸、シリカヒドロゾルおよび有機シリカゾルから成る群
より選ばれる特許請求の範囲第1項記載の多孔質構造を
有する粘土誘導体膜。 3、酸化多価金属がTi(OR)_4 〔Rは炭素数1〜5の直鎖または分枝鎖状のアルキル基
を示す〕またはこれを加水分解し、次いで酸で解膠する
ことによってえられる酸化チタンヒドロゾルから選ばれ
る特許請求の範囲第1項記載の多孔質構造を有する粘土
誘導体膜。 4、酸化多価金属が水または酸可溶性の金属塩から選ば
れる特許請求の範囲第1項記載の多孔質構造を有する粘
土誘導体膜。 5、シリカ・酸化多価金属水和物をスメクタイトの層間
に含有している粘土誘導体を用いることを特徴とする多
孔質構造を有する粘土誘導体膜の製造法。 6、粘土誘導体がシリカゾル類と酸化多価金属源とスメ
クタイトとを作用させてえられる特許請求の範囲第5項
記載の多孔質構造を有する粘土誘導体膜の製造法。 7、シリカゾル類がSi(OR)_4 〔Rは炭素数1〜5の直鎖または分枝鎖状のアルキル基
を示す〕を加水分解することによってえられるポリケイ
酸、シリカヒドロゾルおよび有機シリカゾルから成る群
より選ばれる特許請求の範囲第6項記載の多孔質構造を
有する粘土誘導体膜の製造法。 8、酸化多価金属源が水または酸可溶性の多価金属塩お
よび酸化チタンヒドロゾルから成る群より選ばれる特許
請求の範囲第6項記載の多孔質構造を有する粘土誘導体
膜の製造法。 9、酸化チタンヒドロゾルがTi(OR)_4 〔Rは炭素数1〜5の直鎖または分枝鎖状のアルキル基
を示す〕またはこれを加水分解し、次いで酸で解膠して
えられる特許請求の範囲第8項記載の多孔質構造を有す
る粘土誘導体膜の製造法。
[Scope of Claims] 1. A clay derivative film having a porous structure characterized by containing silica/polyvalent metal oxide hydrate between layers of smectite. 2. Silica consists of polysilicic acid, silica hydrosol, and organic silica sol obtained by hydrolyzing Si(OR)_4 [R represents a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms] A clay derivative membrane having a porous structure according to claim 1 selected from the group. 3. The polyvalent metal oxide is Ti(OR)_4 [R represents a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms] or by hydrolyzing it and then peptizing it with acid. A clay derivative membrane having a porous structure according to claim 1, which is selected from titanium oxide hydrosols. 4. The clay derivative membrane having a porous structure according to claim 1, wherein the polyvalent metal oxide is selected from water- or acid-soluble metal salts. 5. A method for producing a clay derivative film having a porous structure, characterized by using a clay derivative containing silica/polyvalent metal oxide hydrate between smectite layers. 6. A method for producing a clay derivative film having a porous structure according to claim 5, wherein the clay derivative is obtained by reacting a silica sol, a polyvalent metal oxide source, and smectite. 7. Silica sols are obtained from polysilicic acid, silica hydrosol and organic silica sol obtained by hydrolyzing Si(OR)_4 [R represents a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms] 7. A method for producing a clay derivative membrane having a porous structure according to claim 6, which is selected from the group consisting of: 8. The method for producing a clay derivative film having a porous structure according to claim 6, wherein the oxidized polyvalent metal source is selected from the group consisting of water- or acid-soluble polyvalent metal salts and titanium oxide hydrosol. 9. Titanium oxide hydrosol is obtained by hydrolyzing Ti(OR)_4 [R represents a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms] or by peptizing it with an acid. A method for producing a clay derivative membrane having a porous structure according to claim 8.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006188418A (en) * 2004-12-10 2006-07-20 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Porous clay film and method of manufacturing the same

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