JPS62502257A - 安定化シリカゲル及びこれの製造方法 - Google Patents
安定化シリカゲル及びこれの製造方法Info
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- JPS62502257A JPS62502257A JP61501782A JP50178286A JPS62502257A JP S62502257 A JPS62502257 A JP S62502257A JP 61501782 A JP61501782 A JP 61501782A JP 50178286 A JP50178286 A JP 50178286A JP S62502257 A JPS62502257 A JP S62502257A
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- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
- C01B33/14—Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
- C01B33/152—Preparation of hydrogels
- C01B33/154—Preparation of hydrogels by acidic treatment of aqueous silicate solutions
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】
安定化シリカゲル及びこれの製造方法
不発明は改良されたシリカゲルに関し、さらに詳しくは、処理中の孔隙量保持特
性が従来の処理シリカゲルよシも高められたことを特徴とする改良されたシリカ
ゲルに関する。その製造方法は、中和及び化学処理(″′養生“)後の硝酸アル
ミニウム、硫酸アルミニウム等のアルミニウム塩の水溶液によるシリカゲルの処
理に特徴を有す。
発明の背景及び従来技術
ヒドロゲル、エアロゲル等のシリカゲルは周知である。
(l1er、 ’ The Chemistry of 5ilica ’ 、
John Wiley& 5ons 1979 、 l5BN 0−471
02404−X参照)。本願の処理に適したヒドロゲルの調製についてはり、0
゜Youngの1958年10月14日付の米国特許第2,856.268号を
参照されたい。いわゆるエアロゲル又はキ七ロゲルは乾燥したヒドロゲルであシ
、又、これらはアモルファスである。また、1966年6月4日のChemis
try andIndustryの924〜932頁に印刷されたMitche
ll (7)記事’ The 5urface Properties of
Amorphous 5ilicas ’も参照されたい。上記参照文献は参考
として不順に引用シリカゲルの形成後にこれに物理的処理を施すと、はとんどの
場合、孔隙量(pv)が減少することが経験的に示されている。尚、ここで孔隙
量は、該ゲルの体積と該ゲル中の5in2の体積との差と考える。出発時に形成
されるシリカゲルは、当業界での多種のファクターによって約2乃至約50 c
xs/gmといった広範囲の孔隙量を有する。特に商業的に関心が持たれている
のは、10αkm以下、例えば4.5 crrt”79mの孔隙量を有するシリ
カゲルである。しかるに、酸を除去するために水洗を行なうと孔隙量が減少する
。養生を行なうとさらに孔隙量が減少する。出発時の孔隙量が例えば4.5 c
IrL’79mであるシリカゲルを乾燥して2乃至15ミクロンの微細な粒径に
粉砕するまでには、その孔隙量は最初の孔隙量の20%乃至39%まで減少する
。
不発明によれば、孔隙量を安定させることができ、孔隙量は不発明によって処理
されない同様のゲルについて経験上水されたそれよシも物理的処理の間において
減少が実質的に少なくなる。このことは、本発明のゲルの用途範囲の少なくとも
1つ、例えば、ペンキ、フェノ、ラッカー、エナメル等の被覆用組成物の艶消し
く Flatting )において商業的に意義がある。孔隙量が高いほどゲル
粒子の密度は低下する。所定の寸法9シリ力粒子の場合、重量が小さいものを用
いるほど効果的に所望の艶消しを生成することができる。
発明の詳細な説明
簡単に述べれば、不発明は従来のシリカゲルに比して改良された孔隙量を有する
シリカゲルを生成する方法に関し、アルカリ金属ケイ酸塩の水溶液を酸性水溶液
でゲル化し、生成したゲルを水洗して塩又は塩及び酸を除去し、該ゲルを水溶性
アルミニウム塩の水溶液に浸漬して乾燥時基準で0.1乃至7重量%のアルミニ
ウムを該ゲルに与え、乾燥して粒径′2.0乃至15ミクロンの乾燥ゲルに粉砕
し、孔隙量1.25乃至2.25 m7gramの粒子を得るものである。本発
明は前述の方法によって生成された物をも包含する。
発明の詳細な説明及び特定の実施例
微細な粒状シリカゲルの生成については、ヒドロゲル型のものについてもエアロ
ゲル型のものについても周知であシ、これは、アルカリ金属ケイ酸塩の水溶液を
硫酸等の鉱酸で酸化し、該ゲルを細分(breaking up ) l、、水
洗、養生し、その後、乾燥して粉砕するか、又は、流体エネルギーミル中で同時
に乾燥・粉砕して行なわれる。
本発明は、養生工程の後に追加工程、即ち、ゲルを%乃至8時間硝酸アルミニウ
ム、硫酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、蟻酸アルミニウム、蓚酸アルミニウ
ム、塩化アルミニウム等の水溶性アルミニウム塩の水溶液中に浸漬する工程を挿
入するものである。アルミン酸ナトリウム等の陰イすンアルミニウムを含む塩は
作用しない。
最終製品は金属換算で少量のアルミニウム、即ち、0.1乃至0.7%のアルミ
ニウムを含有する。かかる少量のアルミニウム含量は未だ知られていない型式の
ものであり、ゲルの微細孔(m1cropore )を強化し、乾燥、粉砕等の
物理的処理に対して孔隙量に大きな減少を生じせしめることなく耐えることがで
きるようにするものと思われる。
このことを1安定化“と称する。
以下の説明ではアルミニウム安定化ヒドロゲル(ASH)及ヒアルミニウム安定
化エアロゲル(ASA)を引用する。ASHゲル゛は、ASAゲルよりも幾分高
い孔隙量を呈し、また、従来ASAゲルに見られたような過粉砕に対する敏感さ
を示さないことがわかった。又、養生したゲルを水洗してアンモニア残分を除去
することが、アルミニウム塩との反応によりアンモニア塩が形成されるのを防止
し、かつ、後の処理において一定のゲルの孔隙量にばらつきが生じるのを防ぐた
めに望ましいことがわかった。ゲルをアルミニウム塩水溶液で処理した後、さら
に水洗して過剰のアルミニウム塩陰イオンを除去することが環境上の理由から望
ましいことがわかった。非常に速い瞬間的な乾燥を行なうことが孔隙の保持に好
ましいことがわかった。粉砕中の孔隙量の減少は軽く養生されたゲル、例えば、
18時間以上に対して9時間養生されたゲルを使用することでかなシ抑制された
。
改良の方法によって生成されたASH生成物の孔隙量は、従来の標準ヒドロゲル
及びエアロゲルが1.1 乃至1.7cc/g、、であったのに対し、約2.0
CC/りm(立方センナメートル毎ダラム)であった。瞬時乾燥によって得ら
れた孔隙量はP H1,Q乃至4.5の間のアルミニウム塩浸漬溶液ではPHと
は無関係であシ、正確なPH制御は不必要であることがわかった。2つの乾燥方
法、1)ゲルの薄層を500乃至600℃のマツフル炉中の予熱された皿中で乾
燥する方法、及び2)粒子を鉄製の溝を通過させながらゲルをバーナーの炎に直
接曝すか、又は、直火式ロータリーキルン中を飛走させる方法によれば、−貫し
た高い孔隙量が捲られることがわかった。
熱流体エネルギー粉砕(hot fluid energy milling)
によってASHの粒度を減少させると、PV(孔隙量)に多大な低下をもたらす
通常の粉砕方法に較べて、通常、PVの低下が小さくなることがわかった。約3
時間程度の短い養生時間を養生溶液の温度及びPHLだいで達成することができ
る。このASH生成物はポリエステルコイルの被覆の艶消し用には最良のASH
である。(下記実施例I参照)。
次の表1はASAゲル例の特性を示す。全ての例は、gleアルミニウム9水塩
を5.19/l含有する硝酸アルミニウム溶液に浸漬したものである。10リツ
トルの硝酸アルミニウム溶液に1000グラムの湿潤ゲルを加えて用ζ
次の表■は本発明に従って処理されたASH及びASAゲルの特性をポリエステ
ルフィル被覆の領域において市販されているゲルと対比して示したものである。
好ましいASA材料は以下の物理的特性を有する。
試料1 試料2
孔隙量 1.8 crrr7り 1.85 cm’/り表面積 283 rtV
9m 252 rrl/りm遠心密度 0.17り/c c 01189/CC
アルミニウム 0.20 % 0.40 %粒度(El zone) 3.25
ミクロン 9.1 ミクロン一般的に、本発明の生成物は以下の物理的性質を
有する。孔隙量は、標準の市販ゲル(例えば、S CM Corp。
の’ 5ilcrons ’製品−広くは1.2乃至1.5 cc/qmの顔料
)に比して高く、かつ、はとんど通常1.54乃至1.86cc79mである。
表面積は、広くは、150乃至400畝簡、望ましくは、220乃至292 n
?/9mの範囲内にある。
製品の酸度は広くは5%水スラリーにてpH3,0乃至4.5であシ、好ましく
は、pH3,0乃至3.6である。メジアン粒度は2.0乃至15ミクロンであ
シ、好ましくは5乃至8ミクロンである。(遠心)密度は0.14乃至0.25
g/c cである。油吸収は、シリカ100グラムあたシ、広くは、亜麻仁油で
175乃至350グラム(又は、シリカ生成物100ボンドあたシのポンド値)
、望ましくは225乃至300である。化学的には、これらの生成物は乾燥基準
(真空下200℃で乾燥)で少なくとも99%がシリカである。これらの生成物
は未洗浄のサンプルで0.28乃至0.8%のアルミニウムを含有し、洗浄後の
サンプルで0.10乃至0.30%のアルミニウムを含有する。最良のサンプル
におけるアルミニウム量は0.17 乃至0.19%である。
本発明のエアロゲルを製造する方法では、35°又は36゜B6の硫酸溶液と3
2°Bるのケイ酸ナトリウム(SiO2/Na2Oの比が3.22/1)溶液と
を反応させて形成した混合物を放置してポリマー化しゲルを形成させることが必
要である。該ゲルは約1時間で硬化せしめられ、その後、分級(5ize )さ
れ、水で洗浄して過剰の酸及び硫酸ナトリウムが除去される。水をアンモニア溶
液と交換し、該ゲルを3乃至36時間、例えば、9又は18時間養生する。その
後、溶液から水分を排し、湿潤ゲルを500℃以上の比較的高温の熱風(又は蒸
気)で流体エネルギー粉砕し、急速に水を除去し、ゲルを崩壊させることなく水
と空気とを交換する。この結果、孔隙量は1.5乃至1.6c c/(iとなる
。流体エネルギー粉砕前に試料を硝酸アルミニウム溶液に浸漬することによって
は、孔隙量が増加することはない。しかし、ゲルをアンモニアで養生する時間を
減らすと孔隙量が1.74 cc/9に増加する。そして、試料を硝酸アルミニ
ウム溶液で処理すると孔隙量が1、86 cc79以上に増加した。
実施例■
35°B= (Baume )硫酸3420 ccと32°B6ケイ酸ナトリウ
ム8000 ccとを室温で19分間反応させたところ、温度F143℃に達し
た。この酸及びケイ酸塩の溶液を吸引式のプラスチック管を介して酸を297
ccZ分及びティ酸塩を814 ccZ分の流速でポンプを用いて吸引し混合し
た。酸の運転時間は11.5分、ケイ酸塩の運転時間は9分50秒であった。ゲ
ルを固まらせ、切断し、これを従来の方法でチョッパー内で洗浄において取扱い
易い寸法に分断した。
得られたヒドロシルは透明であった。これを120下(48,9℃)の水でpH
6,51で洗浄した。このゲルを各々1B2”F(83,3℃)、pH9,75
、及び180T(82,2℃)、pI−f9.6のアンモニア水溶液で2回洗浄
した。2回洗浄した後の該洗浄液のpHは45℃にて9.05であった。その後
、ゲルを150?(65,6℃)の水道水をオーバーフローさせて洗浄した。そ
の後の上部から採取した水のpHは8.3であったが、ゲルを通って戻った水の
pHは9,3であった。その後、ゲルを養生した。
18時間養生した後、湿潤したゲルを4時間水道水中の硝酸アルミニウム9水塩
の水溶液中に浸漬した。次の取りによる孔隙量(blot pore volu
me )を示す。吸取シによる孔隙量の測定に際しては、秤量した(脱イオン水
で)湿潤したゲルのサンプルをろ紙表面上に置いて該ゲルが乾燥するまで該ろ紙
の乾燥部分をころがした。該サンプルを再び秤量して水分の損失重量を測定した
。これによりサンプル1グラムあたりの水分損失な孔隙量の測定値とし、単純に
cc/9m単位へ変換し、これを吸取り法によって測定した孔隙量とした。
士 定 誉 寥
ポンプを用いて硝酸アルミニウム溶液中への浸漬を行なった。4時間後、ポンプ
を停止して硝酸アルミニウム溶液を貯蔵槽へ回収した。浸漬後乾燥前にゲルサン
プルを14時間放置した。
浸漬槽から(そのまま)得られた物の吸取シによる孔隙量は2.30であった。
2回水で洗浄した後、吸取シによる孔隙量は2.31であった。流体エネルギー
粉砕に供する試料は、アルミニウム含有量0.30%、孔隙量2.03、表面積
233 m’/9mであった。
流体エネルギー粉砕供給用の特定試料は18時間養生されたゲルであって、養生
後15分間66℃の水道水で洗浄した後、8.67喧で、u(No、)3・9)
L、O中にこれを1g妙分でゲル中を流しながら2時間・浸漬した。少量の薄い
バッチ単位を600℃で瞬間乾燥した。この時点での平均の吸取りによる孔隙量
は2.20 cc79mであった。
その後、今述べた特定サンプルをスターチバント17m1目)中で600℃の蒸
気を用い、第1のサンプルについては1分10秒間、第2のサンプルについては
1分8秒間粉砕した。この粉砕機の温度は530℃であった。
流量は、入口圧力s o psi及び圧力降下I Q psiにおいて5.2及
び5.4立方フィート/秒であった。ゲルの供閉であった。得られた製品は、メ
ジアン粒径5.2ミクロン、デジソープ孔隙量(Digisorb P V )
1.97 、比表 −面積237 m’/りm及び分析によるAt含量0.3
0%を有していた。遠心密度は0.17 VcrrL’であった。(デジソーブ
とは市販の孔隙量、表面積測定器のMi cromer i t i csCo
rp、製Digisorb 2500 テある。)同様にして得たサンプルにお
いては、蒸気温度は600℃、流体エネルギー粉砕機温度は5100であった。
流量は4.4ft3/秒であシ、入口/出口圧力は60150であった。ゲルの
供給量は13.5り715秒であった。他の条件は同一であった。得られた製品
は、メジアン粒度6.1ミクロン、デジソープ孔隙量2.03 cc/りm1比
表面積238mン′gm及び遠心密度0.189m/ccであった。M含有量は
0.30%Mであった。これは本発明を実施する上で現在知られる最良の形態を
代表する。
実施例■
35°B6硫酸溶液と32°B6ケイ酸ナトリウム浴液(Na20: 5in2
モル比1:3.22)とを組合わせてシリカヒドロシルを調製した。このヒドロ
シルを固まらせてヒドロゲルとし、分級し、熱水で洗浄した後、18時間熱アン
モニア溶液で養生した。溶液を排水し、ケイ酸塩を500℃上に加熱された流体
エネルギー粉砕機中でエアロゲルに変えた。80M社(D ’y ルクo ン(
5ilcron ) G−100(標準品)として使用されているこの市販エア
ロゲルの孔隙量は1.37 cc/9であシ、当社ニトロセルロースラッカー処
方において5ヘゲマン(Hegman )を有する。
実施例■
実施例Iと同様の方法で調製したヒドロゲルを洗浄し、分級し、その後、熱アン
モニア溶液中で9時間養生し、排水し、530℃に加熱された流体エネルギー粉
砕機中で粉砕し、孔隙量1.74 cc/gのシリカエアロゲルを得た。これは
、実施例■で示した市販の標準品よりもニトロセルロースラッカーにおいて良好
な艶消し剤であった。
この製品は5−!−ヘゲマンを有し、標準品(実施例■)よりも60°において
12ポイント、85@において30ポイントm消し度が多い光沢値を有していた
。
: 5i02モル比1:3.22)とを組合わせてシリカヒドロシルを調製した
。該ヒドロシルを固まらせてヒドロゲルにし11分級し、熱水で洗浄した後、1
8時間熱アンモニア溶液で養生した。該ヒドロゲルから排水をした。排水後のヒ
ドロゲル2000グラムに硝酸アルミニウム9水塩溶液(5,19/l ) 2
0 !7ツトルを加えた。該混合物を2時間、時折撹拌しながら浸漬した。この
アルミニウム処理したヒドロゲルの水を切り、試料を約510℃に加熱した流体
エネルギー粉砕機中で粉砕した。該アルミニウムで安定化されたエアロゲルの孔
atは1.56 cc/9 テアル。ニトロセルロースラッカー処方において、
該エアロゲルは3ヘゲマンを有し、光沢は実施例■の標準品に比較して60°に
おいて+3.85″において+8であった。
実施例V
ヒドロゲルを実施例■で示したようにして調製し、9時間アンモニアで養生した
。排水したヒドロゲル2000グラムに硝酸アルミニウム9水塩溶液(5,19
/l ) 20リツトルを加え、2時間時折撹拌しながら浸漬した。このアルミ
ニウムで安定化したヒドロゲルから排水し、加熱された流体エネルギー粉砕機中
で微粉砕した。孔隙量は1.86 cc/9でアシ、ニトロセルロースラッカー
処方ニオイて5丁ヘゲマンを有し、6o6において4ポイント大きな艶消し度を
示し、高ぜん断システム(high shearsystem ) 力’) l
/ スf ソルバー (Cowles Dissolver )を用いた85°
においては標準品と同じであった。しかし、高い孔隙量はシリカゲルに対し低せ
ん断における上り良好なスターイン特性(5tir −in qualitie
s )を与えることになった。このことは、高せん断撹拌と対比して低せん断撹
拌を15分間行ないスターイン特性を測定した時に証明された。標準品(実施例
■)が3−!−ヘゲマンを示したのに対し、この製品は5ヘゲマンを有し、光沢
層も60°で11ポイント、85@でアポインド高い艶消し性上記実施例■に従
って、標準のシルクロン(5ilcron )型の材料を作った。乾燥及び粉砕
前に、4000グラムのシリカゲルをローラーミル中で2時間硫酸塩を2.79
71含む硫酸アルミニウム水溶液20リツトルとともに混合した。製品を溶液と
分離し、空気乾燥したところ、70,0%の乾燥減量を示した。供給物の孔隙率
は2.2であった。
310℃乃至240℃の温度で6分間、空気入口圧力60psi 、出口圧力5
Q psiにて粉砕した後、バイパスを5,0開にした。供給量は48乃至5
01分であった。リング寸法は、4.5インチ、+ 0.25ティンプル位置(
timbleposition )及び十%インジェクタ位置であった。製品の
孔隙量は1.74儂”79m 、及び表面積は100りのエアロゾルあたシ亜麻
仁油にして246グラムであった。
ヘゲマン摩擦は4.5Dであった。11グラムを140グラムのニトロセルロー
スラッカーに混合した。フィルムの組織(texture )は標準(未処理の
シルクロンG −100)と同じであった。光沢は606において標準よシ3単
位良好であり、85°においても標準よ!l13単位良好(よシ艶消されている
)であった。
本発明の高い孔隙量を有するシリカを用いて、現在使ができる。これらのシリカ
は容易に被覆組成物中に混ぜ込まれる。シリカ艶消し剤を被覆組成物に添加する
ことの詳細については、C0henの特許第4,097,302号を参照された
い。
国際調査報告
Claims (16)
- 1.アルカリ金属ケイ酸塩水溶液を酸性水溶液でゲル化し、得られたゲルを洗浄 して塩又は塩及び酸を除去し、該ゲルをアンモニア水溶液で3乃至36時間養生 し、該ゲルを水溶性アルミニウム塩の水溶液中に浸漬して該ゲルの乾燥基準で0 .1重量%乃至07重量%のアルミニウムを付与し、乾燥及び粉砕して孔隙量1 .25乃至225cm3/gram、粒度20乃至15ミクロンの乾燥ゲルとす ることを特徴とする従来のシリカゲルに比べて改良された孔隙量を有するシリカ ゲルの製造方法。
- 2.請求の範囲第1項に記載の方法によつて製造された物。
- 3.アルカリ金属ケイ酸塩がケイ酸ナトリウムである請求の範囲第1項に記載の 方法。
- 4.酸性水溶液が鉱酸の水溶液である請求の範囲第1項に記載の方法。
- 5.鉱酸が塩酸である請求の範囲第4項に記載の方法。
- 6.鉱酸が硫酸である請求の範囲第4項に記載の方法。
- 7.酸が35°B■である請求の範囲第6項に記載の方法。
- 8.フルミニウム塩が硝酸アルミニウムである請求の範囲第1項に記載の方法。
- 9.ゲルがアルミニウム塩の水溶液に少なくとも約2時間浸漬される請求の範囲 第1項に記載の方法。
- 10.アルミニウム塩が硝酸アルミニウム9水塩である請求の範囲第9項に記載 の方法。
- 11.アルミニウム塩が硫酸アルミニウム12水塩である請求の範囲第10項に 記載の方法。
- 12.シリカゲルがシリカハイドロゲルである請求の範囲第1項に記載の方法。
- 13.シリカゲルがシリカエアロゲルである請求の範囲第1項に記載の方法。
- 14.アルミニウム塩処理したゲルの乾燥温度が200−‘600℃である請求 の範囲第1項に記載の方法。
- 15.アルミニウム塩処理したゲルの乾燥温度が500−‘600℃である請求 の範囲第14項に記載の方法。
- 16.乾燥及び粉砕を流体エネルギー粉砕機中で同時に行なう請求の範囲第1項 に記載の方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US714799 | 1985-03-22 | ||
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JPH0468245B2 JPH0468245B2 (ja) | 1992-10-30 |
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