JPS63190705A - 合成スチブンサイト及びその製法 - 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、合成スチブンサイト（ＳＴＥＶＥＮＳＩＴＥ
）及びその製造方法に関するもので、より詳細には、Ｍ
ｇ、Ｓｔ及びＮａの３種の金属成分のみから形成され且
つ純度に優れており、増結剤及び吸着剤等の用途に有用
な合成スチブンサイト及びその製法に関する。

（従来の技術） 従来水膨潤性の合成粘土鉱物としては、合成へクトライ
トが知られているが、この合成へクトライトは、１価金
属成分としてリチウム及びアニオン成分としてフッ素イ
オンを含有しており、これらの成分による人体或いは生
物への影響からその用途が制限されている。

スチブンサイトは、下記式 （Ｍｇ２．　ａａ　Ｍｎｏ、　０２　　Ｆｅｏ、　ｏｚ
）Ｓｉ４０１０（ＯＨ）２゜（Ｃａ、Ｍｇ）。。、　　
・・・・・・・・・（１）で表わされる化学組成を有す
る粘土鉱物であり、この鉱物はフィロケイ酸マグネシウ
ム（Ｍｇｓ　５１４０１０（ＯＨ）２）のマグネシウム
成分の一部が他の金属で置換されると共に、他の一部が
空位となった化合物である。

このスチブンサイトを合成しようとする試みも既に知ら
れており、例えばクレイズ・アンド・クレイ・ミネラル
ズ誌、第２７巻、第４号、第２５３乃至２６０頁（１９
７９）には、セビオライト−水系を水熱処理することに
より、スチブンサイトに転化することが記載されている
。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、天然に産出するスチブンサイトは上記式
（１）で示されるように、鉄、マンガン等の着色金属成
分を含有しており、また上記公知の合成法ではセビオラ
イトを完全にスチブンサイトに転化することができず、
生成物中にかなりの量のセビオライトが不純物として混
入するという問題がある。

かくして、本発明者等の知る限り、Ｍｇ、Ｓｉ及びＮａ
の３種の金属成分のみから成りしかも純度に優れた合成
スチブンサイトは未だ知られていない。

従フて、本発明の目的は、実質上Ｍｇ、Ｓｉ及びＮａの
３　ｆｌの金属成分のみから成りしかも不純金属成分を
含まない合成スチブンサイトを提供するにある。

本発明の他の目的は、それ自体白色度に優れていると共
に、水中に分散されたとき透明性に優れた増粘液を形成
し得る合成スチブンサイトを提供するにある。

本発明の他の目的は、上記合成スチブンサイトを高収率
でしかも高純度で合成し得る方法を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、金属成分が実質上゛７グネシウム、ナ
トリウム及びケイ素のみから成るスチブンサイト型フィ
ロケイ酸マグネシウムナトリウムから成り且つエチレン
グリコール処理した状態で面間隔１６乃至２６人にＸ線
回折ピークを有するこ、　とを特徴とする合成スチブン
サイトが提供される。

好適な合成スチブンサイトは、実質上下記式％式％（２
） 式中、Ｘとｙはｘ＋ｙ＜３という条件下でＸは２以上の
数であり、 ｙはＯ乃至０．１の数であり、 ２は０乃至１．０の数である、 で表わされる化学組成を有する。

本発明によればまた、塩基性炭酸マグネシウムとケイ酸
ナトリウム又は非晶質シリカ及び水酸化ナトリウムの組
合せとを含有する水性混合物を水熱処理に賦することを
特徴とする合成スチブンサイトの製造方法が提供される
。

（作　　用） 目的物 本発明の合成スチブンサイトは、スメクタイトに属する
ケイ酸マグネシウム水和物であるという点では、ヘクト
ライトと軌を−にしている。しかしながら、本発明の合
成スチブンサイトでは層内のアルカリ金属分がＮａであ
るのに対して、ヘクトライトでは層内のアルカリ金属分
がＬｉであること、及びヘクトライトでは層内のＭｇと
Ｌｉとの合計原子数（ｘ＋ｙ）が３であるのに対して、
本発明の合成スチブンサイトでは層内のＭｇとＮａとの
合計原子数（ｘ＋ｙ）が３よりも小さいことにおいて相
違することが認められる。

本発明の合成スチブンサイトにおいて、層内のＭｇとＮ
ａとの合計原子数が３よりも小さいという事実は、Ｍｇ
Ｏ，八面体層におけるＭｇ原子の一部がＮａで置換され
ると共に、残りの一部が空位となっていることを物語っ
ている。更には、Ｍｇ原子の他の一部が水素原子で置換
されていることも有り得る。

Ｍｇ原子の一部がＮａで置換されていること及びＭｇ原
子の残りの一部が空位となっていることによる価電荷の
不足を補う形で、Ｈｇ（Ｎａ）Ｏｓ八面体層−５ｉｎ４
四面体層−Ｍｇ　（Ｎａ）　０６人面体層から成る基本
層構造の積層層間には、Ｎａイオンが存在している。

前記式（２）の化学組成の決定は次のように行われる。

合成鉱物の組成分析からＳｉ４原子当りのＭｇの原子数
（ｘ）及びＮａの全原子数（ｙ＋ｚ）が求められる。次
いで合成鉱物の陽イオンをアンモニウムイオンでイオン
交換したものの組成分析から層内に存在するＮａの原子
数（ｙ）が求められる。

かくして、式（２）の各原子数（ｘ、ｙ、ｚ）を求める
ことができる。ここで、２は眉間に存在する交換性Ｎａ
の原子数と車に付着しているＮａの原子数（α）の和で
ある。

本発明において、ｘ＋ｙは３よりも小さく、特に２以上
の範囲が好ましい。Ｘは、この条件を満足する範囲内で
２以上の値であり、２．６乃至２．８の範囲が好適であ
る。ｙも、前記条件を満足する範囲内で０乃至０．１の
値であり、特に０乃至０．０５の範囲が好適である。２
の値は一般に０乃至１の範囲である。理論上、陽イオン
交換容量（ｚ−α）の値は、下記式 ％式％（３） ただし、αは単に付着しているＮａの原子数を表わす。

で表わされる。

本発明の合成スチブンサイトは、スメクタイト粘土鉱物
に特有のＸ線回折像を示す。添付図面第１図は本発明に
よる合成スチブンサイトのＸ線回折像である。

また、スメクタイトおよび含スメクタイト混合層鉱物に
エチレングリコール処理したものはＸ線底面反射が、１
６乃至２６人に現われる０本発明の合成スチブンサイト
は、添付図面第２図に示すようにこの特徴を有する。

さらに本発明の合成スチブンサイトは示差熱分析におい
て７５０乃至８２０℃に最大の発熱ピークを有するのに
対して合成ヘクトライトは７００乃至７５０℃に最大の
発熱ピークを有するという相違がある。添付図面第３．
４図は本発明による合成スチブンサイトと合成ヘクトラ
イト（ラポート社製ラポナイトＸＬＧ）の示差熱曲線で
ある。

本発明による合成スチブンサイトは不純金属成分を含ま
ない形で得られ、一般にハンター白色度が８０％以上、
特に９０％以上の白色粉末である。

合成スチブンサイトの陽イオン交換容量は、一般に０．
２０乃至１．５８ミリイクイバレント（ｍｅｑ）７ｇ。

特に０．２乃至１．Ｏｍｅｑ／Ｈの範囲内にある。この
イオン交換容量により、本発明の合成スチブンサイトは
、種々のカチオン類に対するイオン交換材或いはカチオ
ン性物質に対するイオン的吸着剤として用いることがで
きる。

また、この合成スチブンサイトは、微細な層状化合物の
特性として比較的大きな比表面積を有しており、ＢＥＴ
比表面積は一般に２００乃至５ｏｏｒｎ”７ｇ、特に３
５０乃至４５０ｍ”７ｇの範囲内にある。この特性を利
用して、本発明の合成スチブンサイトを色素類、有臭成
分等に対する吸着剤として利用できると共に、触媒担体
としての用途も期待される。

更に、この合成スチブンサイトは、水により膨潤し、透
明な増粘液を与える。特に、この合成スチブンサイトは
、有害と思われる金属成分やアニオン類を含有していず
、純度にも優れていることから、各種増粘剤、膨潤剤、
粘結剤、ゲル基剤等の用途に有用である。

鼠−抹 本発明によれば、上記合成スチブンサイトは塩基性炭酸
マグネシウムと、ケイ酸ナトリウム又は非晶質シリカ及
び水酸化ナトリウムの組合せとを含有する水性混合物を
水熱処理に賦することにより得られる。

マグネシウム原料として塩基性炭酸マグネシウムを選択
することにより、スチブンサイトの合成が可能となり、
更に高収率及び高純度での製造が可能となる。塩基性炭
酸マグネシウムとしては、任意のものを使用し得るが、
炭酸マグネシウムや、水酸化マグネシウム或いはこれら
の混合物を使用したのではスチブンサイトの高収率及び
高純度での製造は期待できない、塩基性炭酸マグネシウ
ムとしては、ハイドロマグネサイトを使用するのが特に
望ましく、このものは下記式 ４式％（４） で示される化学組成と、ＡＳＴＭ　　Ｎｏ２５−５１３
に帰属されるＸ−線回折像とを有する。

Ｓｉ及びＮａ成分原料としては、ケイ酸ナトリウム水溶
液が有利に使用されるが、非晶質シリカと水酸化ナトリ
ウムとの組合せを使用することもできる。ケイ酸ナトリ
ウムとしては式 ％式％（５） 式中、ｎは１乃至５の数、特に２．０乃至３．５の数で
ある、 のケイ酸ナトリウムが使用される。また、非晶質シリカ
としては、シリカのヒドロシル、ヒドロゲル、キセロゲ
ルや、湿式性非晶質シリカ或いは気相法非晶質シリカ等
が使用される。

塩基性炭酸マグネシウムとケイ酸ナトリウム或いは非晶
質シリカ及び水酸化ナトリウムとの使用割合いは、マグ
ネシウム分とケイ酸分とが実質上化学量論的量で用いる
のがよく、またナトリウム分は化学量論酌量以上に用い
るのがよい。ケイ酸ナトリウムを使用するときには、格
別の水酸化ナトリウムを添加しなくともナトリウム分が
系中に過剰に存在することになる。

水熱反応に先立って、用いる原料を可及的に均一に混合
させて、均質化した水性スラリーを形成させることが、
収率及び純度向上の見地から望ましい。この均質混合は
強剪断攪拌下に行なうのがよく、この目的に、高速剪断
ミキサー、ボールミル、サンドミル、コロイドミル、超
音波照射等を用いることができる。水性混合物中の固形
分濃度は、一般に１乃至３０！ｉ量％、特に５乃至１５
重量％の範囲内にあることが望ましい。

この混合物をオートクレーブに仕込み、水熱処理を行な
う。水熱処理条件は、従来法に比して比較的温和な条件
であってよく、例えば一般に１００乃至３００℃、特１
．：１５０乃至２００ｔ＋７）温度で、０乃至１００に
ｇ／ｃｍ’　（ゲージ）、特に６乃至４０　Ｋｇ／ｃｍ
２Ｇの圧力下に行なうのがよい。反応時間は一般に０．
５乃至２０時間のオーダーで十分である。反応により得
られる合成スチブンサイトは母液から固−液分離し、水
洗し、乾燥して製品とする。

（発明の効果） 本発明によれば、実質上Ｍｇ、Ｓｔ及びＮａの３ｆ！の
金属成分のみから成りそかも不純金属成分を含まない合
成スチブンサイトを始めて提供できた。また、本発明に
よれば、安価に且つ容易に人手し得る原料を用いて、比
較的温和な水熱合成条件で、高収率及び高純度で合成ス
チブンサイトを合成することが可能となった。

本発明を次の例で説明する。

区腋方迭 本明細書における各項目の試験方法は下記によった。

１、　　Ｘ線回折 本実施例においては、理学電機■製Ｘ線回折装置（Ｘ線
発生装置４０３６Ａ１、ゴニオメータ−２１２５Ｄ１、
計数装置５０７１）を用いた。

回折条件は下記のとおりである。

ターゲット　　　　Ｃｕ フィルター　　　　Ｎｉ 検出器　　ＳＣ 電　　　　圧　　　　　３５ｋＶＰ 電　　　　流　　　　　１５ＩＩＩＡ カウント・フルスケール　　　　　　　８　０　０　０
　ｃ／ｓ時定数　　１　ｓｅｃ 走査速度　　　２°／ｍｉｎ チャート速度　　　２ｃｍ／ｍｉｎ 放射角　　１゜ スリット巾　　　　０．３　ｍｍ 照　　　　角　　　　　　６゜ ２、エチレングリコール処理した試料のＸ線回折１１０
℃で２時間乾燥した試料を１．０ｇ採取する。これに１
０％エチレングリコール水溶液をホールとベットで５　
ｍｌ加える。撹拌棒で良くかき混ぜてから６０℃で１２
時間乾燥する。乾燥物をメノウ乳針ですりつぶしてでき
た粉末を下記の条件でＸ線回折測定した。

ａ、　Ｘ線回折の条件 ターゲット　　　　Ｃｕ フィルター　　　　　Ｎｉ 検出器　　ＳＣ 電　　　　圧　　　　　４０ｋＶＰ 電　　　　流　　　　　　２０ｍＡ カウント・フルスケール　　　　　　　　２　０　０　
０　ｃ／ｓ時定数　　２　ｓｅｃ 走査速度　　　１°／ｌｌ１ｉｎ チャート速度　　　１ｃｍ／ｌｌ１ｉｎ放射角　　１／
６゜ スリット巾　　　　０．３　ｍｍ 照　　　　　角　　　　　　６゜ 測定回折角範囲　　１°〜９°　（２θ）面間隔（ｄ）
は、半価幅の中点から求めた回折角度（２θ）から下記
式（６）によって算出した。

λ ｄ　＝　（−）　５ｉｎ−’　（２θ）　　　−・・・
−・−（６）ま ただしλはＸ線波長　１．５４２人 ３、組成分析 １１０℃で乾燥した試料についてＳｔＯ，は重量法、Ｍ
ｇＯはキレート滴定法、Ｎａ、０とＬ１２０は炎光光度
法で濃度測定した。

また層内のＮａ２Ｏ，ｅｉ、ｏ、については水で充分膨
潤させた試料に膨潤させた試料の交換性および付着陽イ
オンをＩＮ酢酸アンモニウム水溶液で流去し、水洗、１
１０℃乾燥したものについて濃度測定した。

４、熱分析 熱分析装置は、理学電機■製　示差熱天秤（標準形ＴＧ
−ＤＴＡ８０７８Ｇりを用いた。測定条件は下記のとお
りである。

試料重量　　１５ｍｇ ＤＴＡレンジ　　　１００μｖ 昇温速度　　１０℃／ｍｉｎ 雰　　囲　　気　　　　空気 実施例　１ 市販塩基性炭酸マグネシウム（徳山曹達製ＴＴ）２５．
６ｇと３号ケイ酸ナトリウム１０８．０ｇ　（シリカ分
２４ｇ）とを４００ｍｐの水に加え家庭用ミキサーで３
分間混合する。この液に水を加えてＢｏｏｍｙとし、内
容積１ｊのオートクレーブに入れる。攪拌器にて攪拌し
ているところへ炭酸ガスを吹込む。液の流動性が無くな
った時点で吹込を止める。つぎに１８０℃で３時間水熱
処理をしてから放冷する。内容物をデ過、水洗した後、
乾燥して３８．２ｇの生成物を得た。

このものの組成分析を行なったところ一般式（２）にお
けるｘ、ｙ、ｚは下記の値であった。

ｘ　＝　２．６９８ ｙ＝　０．０１４ Ｚ千０．７７７ 内容積５０ｍｇのサンプルビンに０．５ｇの生成物を採
取し、２５ｍｐの水を加えた。時々振とうさせることに
よって水中に充分分散させたところ、透明な水性ゲルと
なった。このビンをおだやかに倒立させても中の水性ゲ
ルは流動しないが、激しく振とうしてから倒立させると
流動し、ビンガム流体の特徴を示した。

実施例　２ 市販塩基性炭酸マグネシウム（神島化学製　金ｉ）　２
５．６ｇとシリカヒドロゲル（水澤化学製ミズカソーブ
）　５４６．２ｇ　（シリカ分２４ｇ）とを家庭用ミキ
サーに入れて３分間混合する。この液に力性ソーダ水溶
液（水酸化ナトリウム分２．７ｇ）　　と水とを加えて
８００ｍｐとし、内容積１７１！のオートクレーブに入
れる。攪拌しながら１７５℃で３時間水熱処理をする。

途中発生する気体を時々排気する。放冷してから内容物
を取り出し、更通してから乾燥し３８．９ｇの生成物を
得た。

このものの組成分析を行なったところ一般式（２）にお
けるｘ、ｙ、ｚは下記の値であった。

ｘ＝２．６７ ｙ＝ｏ、ｏｔ Ｚ　＝　０．０５ このものは実施例１と同様に水中では透明な水性ゲルと
なり、その液性はビンガム液体の特徴を示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例１による合成スチブンサイトのＣ
ｕ−にα線によるＸ線回折スペクトルである。 第２図は本発明実施例１による合成スチブンサイトをエ
チレングリコール処理したもののＣｕ−にα線によるＸ
線底面反射スペクトルである。 第３図は本発明実施例２による合成スチブンサイトの熱
分析曲線である。 第４図は合成へクトライト（ラポート社製ラポナイトＸ
ＬＧ）の熱分析曲線である。 特許出願人　　　水澤化学工業株式会社−′Ｌ　続　負
）３　　ＸＥ　　書（自発）昭和６２年１２月１乙日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属成分が実質上マグネシウム、ナトリウム及び
   ケイ素のみから成るスチブンサイト型フイロケイ酸マグ
   ネシウムナトリウムから成り且つエチレングリコール処
   理した状態で面間隔１６乃至２６ÅにＸ線回折ピークを
   有することを特徴とする合成スチブンサイト。
2. （２）実質上下記式 Ｍｇ＿ｘＮａ＿ｙＳｉ＿４Ｏ＿１＿０（ＯＨ）＿２・Ｎ
   ａ＿ｚ式中、ｘとｙはｘ＋ｙ＜３という条件下 で、ｘは２以上の数であり、 ｙは０乃至０．１の数であり、 ｚは０乃至１．０の数である、 で表わされる化学組成を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の合成スチブンサイト。
3. （３）塩基性炭酸マグネシウムとケイ酸ナトリウム又は
   非晶質シリカ及び水酸化ナトリウムの組合せとを含有す
   る水性混合物を水熱処理に賦することを特徴とする合成
   スチブンサイトの製造方法。