JPS63134511A - シリカゲルの製造方法 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シリカゲルを製造する方法に係り、特にテト
ラアルコキシシランを原料としてシリカゲルを製造する
方法に関する。

［従来の技術］ 従来、シリカゲルを製造する方法としては、テトラメト
キシシラン、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキ
シシランを酸の存在下に水／アルコキシシランのモル比
５以上の反応条件でＩＪ口水分解することによりシラノ
ールを経てゾル状シリカとし、次いで静置状態に保持し
ながらゲル状物にした後、室温で数日保持乾燥してシリ
カゲルを得る方法等が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、この従来の方法では、加水分解及び重合
によってゲル構造が完結するのに長い日数がかかり、も
しこのゲル熟成時間を省略すると、製造されたシリカゲ
ル中に未反応のアルコキシ基が残留し、このゲルを乾燥
、焼結した際に有機残基が炭化されて黒色の粒子がシリ
カゲルに混入するという問題が生じる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、かかる観点に鑑みて創案されたもので、テト
ラアルコキシシランを加水分解してシリカゲルを製造す
る方法において、水／テトラアルコキシシランの反応モ
ル比が３以上で、かつ、還流条件下に加水分解反応及び
ゾル・ゲル反応を行うシリカゲルの製造方法である。

本発明方法で使用するテトラアルコキシシランは、一般
式Ｓｉ　（ＯＲ＞４　　（但し、式中Ｒはアルキル基を
示す）で示される化合物であり、例えばテトラメトキシ
シラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシ
シラン等が挙げられる。このテトラアルコキシシランは
、塩化水銀ヤナトリウムアルコラート等を触媒として硅
素とアルコールとを直接接触させて合成する方法、硅素
の塩化物とアルコールとの反応によって合成する方法等
、如何なる方法で製造されたものであってもよい。

また、テトラアルコキシシランの加水分解を促進するた
め、加水分解触媒を使用することが望ましく、このよう
な触媒としては塩酸、硫酸、炭酸ガス、アンモニア等が
挙げられる。

次に、本発明におけるテトラアルコキシシランの加水分
解反応について説明する。テトラアルコキシシランの加
水分解反応はゾル・ゲル反応として古くから知られてい
る。その反応工程は加水分′解と脱水縮合とを繰返しな
がら高分子化することにより進行するため非常に複雑に
なり、これを反応式で完全に記述することは困離である
。そこで、以下に示すような反応式を基に必要水分量を
求めるのが妥当である。

Ｓ　ｉ　（ＯＲ＞４　＋４８２０ →Ｓｉ（ＯＨ）４＋４ＲＯＨ（１） Ｓｉ（ＯＨ）　→５ｔ０２＋２８２０　　　（２＞Ｓｉ
　（ＯＲ）　４＋２８２０ ＼→５ｉ０２　＋４ＲＯＨ（３） すなわち、テトラアルコキシシランの加水分解を定量的
に進めるには、上記反応式（１）に基づき、テトラアル
コキシシラン１モルに対して４モルの水を添加する必要
があるが、反応式（２）に基づき脱水縮合で生成する水
分的を考慮すると、反応式（３）に示されるようにテト
ラアルコキシシランに対して２倍モルの水゛を添加すれ
ばよいことになる。

加水分解反応は、一般には室温若しくは若干の加温下で
行われるが、本発明は良好なシリカゲルを効率的に製造
するため還流条件下に行うものである。このため、加水
分解反応及びゲル構造の完結が極めて速やかに進行する
。

水の添加量は、理論的には上記反応式（３）から明らか
なように、テトラアルコキシシラン１モルに対して２モ
ル必要であるが、添加量が少ないと加水分解反応が不十
分となり、ゲル焼成後シリカ中に炭化物を生成する。ま
た、添加量が多いと加水分解反応はうまく進行するが、
ゲル焼成時に多量の水を除去せねばならず、工業的には
有利とは言えない。従って、水の添加量は加水分解反応
を十分行なわしめるに足る聞であって、可及的に少最で
あることが望ましいが、本発明においてはテトラアルコ
キシシラン１モルに対し３モル以上あれば十分である。

３モルより少ないと非常に長い反応時間を必要とする。

水の添加方法は、加水分解反応を行なうときに一括添加
する方法、所定量を幾つかに分割して適当な時間毎に添
加する方法、あるいは定量ポンプで連続的に添加する方
法等のいずれでも差支えないが、ゲル状物を効率的に得
るためには一括添加する方法が優れている。

加水分解反応を還流条件下で行なうことによりゲル状物
を得るまでの時間が短縮され、また、テトラアルコキシ
シラン１モルに対して３モル以上の水を添加すれば、焼
成後炭化物等のない良好なシリカが得られる。また、水
の添加量の増加に伴いゲル状物を得るまでの時間が短縮
される。さらに、この加水分解反応には溶媒としてアル
コールを添加することが有利で、この場合アルコールの
添加量は、通常テトラアルコキシシラン１モルに対して
０．５〜１モルであるが、特にこの量であ　　□る必要
はない。アルコールの使用串を多くすればゲル状物を得
るまでの時間が長くなり、逆に、アルコールの使用凶を
少くすれば、加水分解反応中白濁するが、ゲル状物を得
るまでの時間は短縮され、生成するシリカの物性にも特
に影響はない。

従って、アルコールは全く添加しなくてもよいが、反応
を効率的に行なわしめるために適当量加えることが望ま
しい。

加水分解反応によりゾルが生成し、続いてゲル化が進行
するが、本発明においてはこのゾル・ゲル反応も還流条
件下に行い反応を速やかに完結させる。ゾル又はゲル状
物をそのまま還流条件下に保持することにより加水分解
が促進され、アルコールが放出される。これによりアル
コキシ基の残沼分の少ないシリカゲルを短時間で得るこ
とができる。また、還流を行なうことにより加水分解工
程に必要な水を有効に確保できるので、水／テトラアル
コキシシランのモル比３以上で乾燥・焼結工程後に炭化
物が全く混っていないシリカゲルを得ることができる。

［実施例］ 以下、実施例及び比較例に基いて、本発明方法を具体的
に説明する。

実施例１ ガラス製反応容器にテトラメトキシシラン１００重量部
とメタノール１６．７重量部とを仕込み、これに純水３
５．７重口部を一括添加し、次いで炭酸ガスを吹込んだ
。その後２０Ｏｒ、Ｉ）、ｍ、で撹拌しながら加熱し、
還流条件下で加水分解反応を行い、約１００分でゲル状
物を得た。さらに還流条件下で３時間保持しゲル構造の
完結を行なった。

得られたゲル状物を乾燥し、さらに１．１００″Ｃで焼
結したところ、炭化物の混じらない白色の良好なシリカ
が得られた。

実施例２ 実施例１と同様の反応容器を使用し、テトラメトキシ２
９２１００重檗部とメタノール１７重量部とを仕込み、
さらに純水４７．３重量部を一括添加し、次いで炭酸ガ
スを吹込んだ。実施例１と同様に加水分解反応を行なっ
たところ、約３０分でゲル状物が得られた。さらに還流
条件下で約１時間保持し、実施例１と同様にして白色の
良好なシリカを得た。

実施例３ テトラメトキシシラン１００重量部とメタノール６６．
７重層部とを仕込み、ざらに純水５８゜７重量部を一括
添加し、次いで炭酸ガスを吹込んだ。実施例１と同様に
加水分解反応を行ない、約９０分でゲル状物を得た。ざ
らに還流条件下で１時間保持し、実施例１と同様にして
白色の良好なシリカを得た。

実施例４ テトラメトキシシラン１００重量部とメタノール８．３
重口部とを仕込み、ざらに純水５８．７重量部を一括添
加し、次いで炭酸ガスを吹込んだ。

実施例１と同様に加水分解反応を行ない、約２０分で白
濁したゲル状物を得た。さらに還流条件下で１時間保持
し、実施例１と同様にして白色の良好なシリカを１９だ
。

実施例５ テトラメトキシシラン１００重量部とメタノール１６．
７重量部とを仕込み、炭酸ガスを吹き込みながら２０Ｏ
ｒ、ｐ、ｍ、で撹拌し、還流条件下に純水５８．７重口
部を４分割し１時間毎に添加して加水分解反応を行なっ
た。約２６０分程でゲル状物が得られた。さらに還流条
件下で１時間保持し、実施例１と同様にして白色の良好
なシリカを得た。

実施例６ テトラメトキシシラン１００ｆｆ１１部とメタノール１
６．７重口部とを仕込み、炭酸ガスを吹き込みながら２
０Ｏｒ、ｐ、ｍ、で撹拌し還流条件下に保った。これに
純水５８．７重口部を５．２ｄ／分の速度で定量ポンプ
で連続添加して加水分解反応を行なった。約３０分でゲ
ル状物が得られた。そのまま還流条件下で１時間保持し
、実施例１と同様にして白色の良好なシリカを得た。

比較例１ ガラス製反応容器にテトラメトキシ９９２１００重ω部
とメタノール１６．７重量部とを仕込み、ざらに純水３
３．０重口部を一括添加し、次いで炭酸ガスを吹込んだ
。その後実施例１と同様にして加水分解反応を行なった
。約１５０分でゲル状物を得た。ざらにそのまま還流条
件下で３時間保持し、実施例１と同様に乾燥・焼結した
ところ、シリカ中に異色炭化物が発生した。

比較例２ テトラメトキシシラン１００重１部とメタノール１７重
量部とを仕込み、さらに純水５８．７重量部を一括添加
し、次いで炭酸ガスを吹込んだ。

室温で撹拌しながら加水分解反応を行なった。ゲル状物
を得るのに約２５０分を要した。得られたゲル状物をざ
らに室温で１日間保持して乾燥し、さらに１，１００℃
で焼結したところ、炭化物が少量混ざっているシリカを
得た。この方法で良好なシリカを得るには、ゲル状物を
室温で３日間以上保持する必要があった。

［発明の効果］ 本発明によれば、従来に比べ加水分解反応時に添加する
水の母が少なく、また、極めて短時間にゲル構造の完結
したシリカゲルを得ることができるので、プロセス経済
上極めて有利であり、工業上効率的にシリカゲルをｌＪ
！造することができる。

また、本発明方法で得られたシリカゲルは焼結後に炭化
物が生成せず、白色の良好な物性を有するシリカとなる
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）テトラアルコキシシランを加水分解してシリカゲ
   ルを製造する方法において、水／テトラアルコキシシラ
   ンのモル比３以上、かつ、還流条件下に加水分解反応及
   びゾル・ゲル反応を行うことを特徴とするシリカゲルの
   製造方法。
2. （２）加水分解反応をアルコールの存在下に行う特許請
   求の範囲第１項記載のシリカゲルの製造方法。