KR0133232B1

KR0133232B1 - 저밀도 다공성 실리카겔 분말의 제조방법

Info

Publication number: KR0133232B1
Application number: KR1019940026821A
Authority: KR
Inventors: 오희갑; 홍창식; 전영관
Original assignee: 우덕창; 쌍용양회공업주식회사
Priority date: 1994-10-20
Filing date: 1994-10-20
Publication date: 1998-04-13
Also published as: FR2725976A1; FR2725976B1; DE19540480A1; KR960013990A; JPH0925113A

Abstract

본 발명은 오디오, 비디오 또는 포장용 등의 각종 필름의 점착 방지제(안티-블록킹제), 도료의 소광제, 치약의 점증제 및 연마제, 플라스틱 및 고무의 보강재, 식품, 의약품의 첨가제로서 사용하기에 적합한 다공성 실리카겔 분말을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 방법은 원료의 혼합과정을 개선시키고, 알칼리성 분위기하에서 실리카겔의 생성 및 숙성과정을 수행하게 되므로 보다 균질하고 기공 크기와 세공 용적이 증가된 실리카분말을 제조할 수 있게 된다.

본 발명은 규산 알카리 수용액과 산용액을 분무 형태로 부분 중화에 의해 1차 혼합하고, 이 혼합물로부터 합성된 실리카겔을 알칼리성 분위기하에서 숙성시켜서 0.05 내지 0.30g/cc의 비중, 10 내지 500 Å의 기공 크기, 0.8 내지 3.5cc/g의 세공 용적 및 200 내지 500㎡/g의 비표면적을 갖는 저밀도 다공성 실리카겔 분말의 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

저밀도 다공성 실리카겔 본말의 제조방법

제1도는 본 발명에 따른 저밀도 다공성 실리카겔 분말의 제조하기 위한 공정도이고,

제2(a)도는 제1도에서의 원료 투입 장치의 확대도이며,

제2(b)도는 제2도의 원료 투입 장치에 설치된 노즐의 분무면의 확대도이고,

제3도는 제1도의 반응조의 확대도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,6,24,27 : 원료 용기 2,3,7,8,11,14,25,26,28,29,31,32 : 밸브

4,9,12 : 노즐 5 : 원료 투입 장치

10:노즐 구멍 13 : 반응조

15:pH 측정기 16 : 프로펠라형 임펠라

17:패들형 임펠라 18 : 터빈형 임펠라

19:교반기 20 : 가열기

21:열매장치 22 : 온도센서

23:방해판 30 : 고액분리기

31:건조기

본 발명은 저밀도 다공성 실리카겔 분말의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알카리 실리카 수용액과 산용액을 분무 형태로 부분 중화에 의해 1차 혼합하고, 이 혼합물로부터 합성된 실리카겔을 알카리 성 분위기하에서 숙성시켜서 0.05 내지 0.30g/cc의 비중, 10 내지 500 A의 기공 크기, 0.8 내지 3.5g/cc의 세공 용적 및 200 내지 500㎡/g의 비표면적을 갖는 저밀도 다공성 실리카겔 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 다공성 실리카 분말은 예를 들면, 기공 용적, 기공 크기 및 비표면적과 같은 기공율과 입자 크기를 제어함으로써 오디오, 비디오 또는 포장용 등의 각종 필름의 점착 방지제(안티-블록킹제)도료의 소광제, 치약의 점증제 및 연마제, 플라스틱 및 고무의 보강재, 식품, 의약품의 첨가제로서 공업적으로 널리 사용되고 있으며, 또한 열적, 전기적 특성 및 화학적 안전성이 우수하여 그 응용분야가 계속 늘어나는 추세에 있다.

종래, 다공성 실리카겔 분말의 제조방법으로는, 사염과 규소 등을 원료로 한 기상분해법(일본특개 소58-410,313호, 일본특개 소62-3,011호), 규소 알콕사이드를 이용한 졸-젤법(일본특개 소63-166,777호), 특정 조성의 붕산 유리를 만든 후 산처리하여 알카리를 추출시키는 방법(미국특허 제 2,106,744호)과 알카리 실리카 수용액과 산과의 중화반응에 의해 제조하는 방법(미국특허 제4,675,122호, 일본특개 평3-23,487호)등이 있다.

그러나, 종래 기술에서 상기의 기상분해법은 기상 합성시 발생하는 염소가스의 부식성 및 가연성으로 인해 장치의 부식 및 인체에 해가 있어 취급에 어려움이 많으며, 형성되는 기공이 입자 표면에만 존재하여 용도에 제약이 있는 문제점이 있다.

또한, 종래기술에서 상기의 졸-젤법은 생성된 분말 특성이 고순도이며, 기공제어가 가능하나, 출발 원료가 고가인 관계로 생산비용이 높아 공업화가 어려워 일부 분야를 제외하고는 경제성이 없어 사용이 되지 않고 있는 실정이다.

또한, 종래기술에서 상기의 산처리하여 알카리를 추출하는 방법은 특정 조성의 붕산 유리를 용융 및 성형한 후 일정 온도 범위내에서 열처리하여 상분리를 시킨 다음, 산처리, 수세 및 건조하여 제조하는 방법으로, 이 방법으로 제조된 분말 특성은 순도가 낮아 내약품성에 한계가 있으며, 일반적으로 기공크기가 극히 미세하고, 세공용적이 적어 특수 용도에만 사용되고 있다.

또한 상기의 종래기술에서, 알카리 실리카 수용액과 산과의 중화방법은 원료 가격이 낮고 취급이 용이하여 공업적으로 가장 넓게 사용되고 있다. 이 방법을 이용하여 다공성 실리카를 제조할 때 원료의 농도, 원료 및 산 첨가속도, 반응 온도, 반응 pH, 숙성 온도 및 시간 등 많은 변수가 있어서, 이러한 조건을 변화시켜 기공율을 제어 할 수 있다. 그러나, 상기의 방법에 의한 다공성 실리카 분말의 제조방법은 알카리 실리카 수용액에 강산을 첨가하여 pH를 1.5까지 내려 강산성 분위기하에서 실리카 졸을 생성시킨 다음, 겔화시켜 수세 및 건조 후 용도에 따라 분쇄 및 입도분리를하여 다공성 실리카 분말을 제조하고 있다. 이러한 방법에 의해 제조된 다공성 실리카 분말은 구조가 치밀하여 기공 크기가 적고(예를 들면, 20 내지 40Å), 세공용적도 적으며(예를 들면, 0.25 내지 0.4 cc/g), 비표면적이 500 내지 800㎡/g정도로서, 건조제 등 일부 용도로만 사용이 가능하다.

또한, 상기의 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 합성된 겔을 알카리성 용액으로 장시간(예를 들면, 10시간 이상)세척 시킴으로 인해 기공크기를 증가시켜 세공 용적을 1.2cc/g이상으로 만드는 방법(일본특개 평2-289,670호)이 개발되어 있다. 그러나, 이 방법은 세척 시간이 많이 소요되고 한공정이 2 내지 3일간 이상 소요되어 대량생산시 장비의 규모가 커지고, 이로 인한 장비의 가격 및 소요 면적이 크고, 제조 비용이 높은 단점이 있다.

이외에 알카리 성 분위기에서 겔화시켜 제조공정을 짧게 하는 방법을 기술한 특허가 있으나, 원료 투입시 산, 알카리 의 급격한 반응에 의해 반응의 제어기 어려워 균질한 실리카 분말을 얻기 어렵고, 제품의 롯드별 균일도가 떨어지는 단점이 있다.

즉, 상기와 같은 종래의 방법에 의해 제조되는 다공성 실리카 분말은 세공용적이 적어 용도에 제한이 있거나, 세공용적을 증가시키기 위해서는 장시간 세척이 필요하여 제조원가의 상승등 문제점이 있다.

이에, 본 발명의 목적은 원료로서 사용되는 알카리 실리카 수용액과 산용액의 원료 혼합시 급격한 반응이 발생되지 않도록하여 용도별 다공성 실리카 분말의 균질도를 높혀서 제품 생산시 롯드별 균일도를 증가시킬 수 있는 보다 간단한 공정으로 치밀한 다공성 실리카 분말을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적을 실리카겔의 생성과 숙성을 알카리 성 분위기하에서 실시하여 장시간의 세척공정 없이도 기공 크기와 세공 용적을 크게 증가시킬 수 있는 저밀도 다공성 실리카겔의 제조방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 오디오, 비디오 또는 포장용 등의 각종 필름의 점착 방지제(안티-블록킹제), 도료의 소광제, 치약의 점증제 및 연마제, 플라스틱 및 고무의 보강재, 식품, 의약품의 첨가제로서 사용하기에 적합한 저밀도 다공성 실리카겔의 제조방법을 제공하는데 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 알카리 수용액에 산용액으로 중화반응에 의해 저밀도 다공성 실리카겔 분말을 제조하는데 있어서, (a)실리카 농도가 전체 수용액의 20 ~ 26중량%인 알카리 실리카 수용액과, 산농도가 7~15중량%인 산용액을 분무 형태로 부분 중화 반응에 의해 pH가 11.6이상으로 유지된 상태에서 반응 혼합물을 제조하는 단계와, (b)상기 반응 혼합물에 추가로 산용액을 첨가하여 pH 10 ~ 11.4로 조절된 상태에서 실리카 겔 슬러리를 제조하는 단계와, (c)상기 반응으로 제조된 실리카겔 슬러리를 세척하기 전에 pH 2.5가 될때까지 산성 용액을 첨가하연 잔존하는 알카리 성분을 제거한 후에, 분리, 세척, 건조 및 분쇄시키는 것을 특징으로 하는 저밀도 다공성 실리카겔 분말을 제조하는 방법이다.

본 발명의 방법에 따르면, 알카리 실리카 수용액은 실리카 농도가 전체 수용액에 대해 20 내지 26중량%로 하고, 산용액에서의 산농도는 전체 용액에 대해 7 내지 15중량%이다.

본 발명에 의하면, 상기 단계(c)에서 실리카겔 슬러리를 세척하기 전에 잔존하는 알카리 성분을 중화에 의해 제거하기 위해 실리카겔 슬러리의 pH가 2.5가 될때까지 산용액을 추가로 첨가하며, 이로부터 얻어진 실리카겔 슬러리는 기공 크기 및 세공 용적을 조절하기 위해 알카리 성 가스, 예를 들면 NaOH, NH₄OH 또는 NH₃가스 분위기하에서 추가로 숙성한다. 이때, 숙성조건은 60 내지 100℃의 온도와, pH 7.5 내지 10.5의 범위에서, 30분 내지 3시간 동안 실시하게 된다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 실리카겔 분말은 비중이 0.05 내지 0.30g/cc, 기공 크기가 10 내지 500Å, 세공 용적이 0.8 내지 3.5g/cc 및 비표면적이 200 내지 500㎡/g을 갖게 된다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 저밀도 실리카겔의 제조방법은 먼저, 원료인 알카리 실리카 용액과 무기산 용액을 원료 투입 장치에 분무형태로 투입하여 부분 중화 반응에 의해 1차 혼합물을 제조한다.

본 발명에서 원료로 사용하는 알카리 실리카 수용액으로는 예를 들면, 규산 소다 수용액 또는 규산 칼륨 수용액 등이 가능하며, 대량을 저가로 쉽게 공급받을 수 있다는 측면에서 특히, 규산 소다 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 원료로 사용하는 알카리 실리카 수용액에서의 실리카 농도는 예를 들면, 전체 수용액에 대해 20 내지 26중량%이다. 만일, 실리카 농도를 20중량% 미만으로 할 경우에는 생산성이 떨어지게 되며, 반대로, 26중량%를 초과할 경우에는 점도가 커져서 이송파이프 또는 분사노즐의 막힘 현상이 발생하는 등 공정 트러블의 원인이 되어 바람직하지 못하다.

일반적으로, 실리카 겔 합성 반응시 원료로 사용하는 알카리 실리카 수용액의 실리카 농도가 높으면(SiO₂20중량% 이상), 중화 반응을 일으키는 산용액의 농도도 함께 높아져야 하며, 이로 인해 알카리 실리카 수용액과 산용액의 혼합이 균일하게 이루어지지 않아 제품별 균질도가 떨어지며, 또한 제품생산시 롯드별 제품의 재현성이 없어 상품의 가치가 저하된다.

하지만, 본 발명에서는 첨부 도면 제1도와 제2(a)도에서와 같은 원료 투입 장치를 사용함으로써 알카리 실리카 수용액과 산용액을 교반 혼합시키기 전에 1차로 분무 형태로 충분한 혼합이 가능하여 상술한 바와 같은 범위로 알카리 실리카 수용액의 실리카 농도를 높여도 실리카 겔의 합성 반응시 혼합이 일정하게 이루어지게 되어 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서 원료로 사용하는 무기산 용액으로는 예를 들면, 황산, 질산 또는 초산이 있으며, 알카리 실리카 수용액과의 반응성을 고려할 때 특히, 황산을 사용하는 것이 바람직하다.

무기산 용액에서의 산의 농도는 전체 용액에 대해 7 내지 15중량%로 하는 것이 바람직하다. 만일, 산의 농도를 7중량% 미만으로 할 경우에는, 반응이 균일하게 수행도리 수 있는 장점이 있으나, 반응조의 크기를 크게 해야하는 단점이 있고, 반대로 산의 농도가 15중량%를 초과할 경우에는 알카리 실리카 수용액과의 충분한 혼합이 어려워 균일한 반응을 기대할 수 없게 된다.

본 발명에 따르면, 원료 투입 장치 내에서의 알카리 실리카 수용액과 무기산 용액의 1차 혼합물의 pH를 예를 들면, 11.6이상으로 유지시키는 것이 바람직하다. 만일 pH를 11.6보다 낮게 유지시킬 경우에는 순간적으로 겔화현상이 일어나 투입구의 막힘 현상 등 공정상에 문제가 발생하게 된다.

상술한 바와 같이 원료 투입 장치에서 얻어진 알카리 실리카 수용액과 무기산 용액의 부분 중화 반응에 의한 1차 혼합물은 교반기를 겸비한 반응조에 투입된 후 실리카겔 하이드로 졸을 형성하게 되고, 수분내에 겔화되어 실리카겔 하이드로 겔로 전환된다. 이렇게 전환된 실리카겔 하이드로 겔은 굳기 전에 교반기에 의해 해쇄되어 실리카겔 슬러리가 만들어지게 된다.

특히, 본 발명에 따르면, 상기한 1차 혼합물이 반응조에 투입될 때, 무기산 수용액을 첨가할 수 있는데, 이것은 혼합물의 pH를 낮추기 위한 것으로, 혼합물의 pH가 예를 들면, 10.8 내지 11.4로 유지될 때까지 무기산 용액을 계속 첨가하게 된다. 만일, 반응조 내에서의 혼합물의 pH를 10.8 미만으로 할 경우에는 급격한 겔이 발생하게 되며, 반대로 pH가 11.4를 초과하게 되면 겔화시간이 오래 걸려 공정이 길어지게 된다.

한편, 실리카 하이드로 겔의 해쇄시간은 최종적으로 제조되는 겔 입자 크기와 관계가 있으므로 용도에 따라 선택적으로 변화시킬 수 있으나, 일반적으로 20 ~ 30분이 적당하다.

상기한 바와 같이, 부분 중화 및 해쇄 공정에 의해서 제조된 미세겔이 포함된 실리카겔 슬러리는 부분 중화에 의해 남아 있는 알카리 성분을 완전히 제거하기 위해 산 용액이 추가로 첨가되어 완전 중화에 의해 순수한 실리카겔 슬러리로 된다. 이때 산 용액의 첨가량은 실리카겔 슬러리 용액의 pH가 예를 들면, 2.5가 될 때까지 첨가하는 것이 바람직하다.

상기에서 얻어진 실리카겔 슬러리는 입자간의 공극을 크게하여 기공 크기 및 세공 용적으로 조절하기 위해 알카리 분위기 하에서 숙성되게 된다.

알카리 분위기를 위해 투입되는 알카리 로는 NaOH, NH₄OH 또는 NH₃가스를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 불순물의 혼입이 없는 암모니아가 좋으며, 가장 바람직한 형태는 암모니아 수(NH₄OH)를 사용하는 것이 좋다.

알카리의 투입방식은 노즐을 통해 분무형태로 실리카겔 슬러리에 첨가하는 것이 바람직하다.

한편, 알카리 분위기하에서의 숙성조건은 60 내지 100℃의 온도와, pH 7.5 내지 10.5의 범위에서, 30분 내지 3시간 동안 실시하는 것이 좋으며, 원하는 특성에 따라 조건을 변화시켜 용도에 적합한 겔을 제조할 수 있다.

특히, 숙성온도와 pH는 높을수록, 숙성시간은 길수록, 공극의 크기가 커지는 특성을 나타나게 된다.

구체적인 예를 들면, 페인트의 소광제 및 필름의 첨가제용 실리카 겔을 제조하기 위해서는 온도 85 내지 95℃, pH 8.5 내지 9.0에서 40분 내지 80분 숙성시 세공 용적이 1.2~2.2cc/g, 비표면적이 250~350㎡/g인 실리카 겔을 제조할 수 있다.

상기와 같이 숙성되어진 합성 실리카겔 슬러리는 고액 분리 장치에 의해 분리될 수 있다. 고액 분리 장치로는 예를 들면, 원심분리기, 필터프레스, 데칸테이션 또는 여과방법 등이 사용될 수 있으나 공업화의 경우 대량생산이 용이하며, 세척도 간편한 원심분리기를 사용하는 것이 좋다.

고액분리된 실리카겔 입자는 겔 입자에 포함되어 있는 망초(Na₂SO₄) 및 미반응 산용액을 제거하기 위해 세척을 실시할 수 있다. 세척시 사용하는 물로는 예를 들면, 일반 공업용수 또는 순수(純粹) 모두 가능하고, 용도 및 등급에 따라 공업용수와 순수를 선택적으로 사용할 수 있다.

특히, 세척수의 온도가 높을수록 세정효과가 높으며, 바람직하기로는 암모니아염을 제거하는데 효과가 있는 암모늄 카보네이트 등을 소량 혼합하여 사용하면 세척효과를 증가시킬 수 있다.

최종적으로, 상기와 같이 세척된 습윤상태의 실리카겔을 건조한다.

건조 이전 공정까지 실리카겔의 합성이 잘 실행되었을지라도 건조방법 및 조건이 적절하지 못하면 실리카겔의 세공수축에 의하여 목표로 하는 저밀도 다공성 실리카겔의 제조가 어렵게 된다.

즉, 실리카겔의 건조시간이 길어지면 건조시 표면장력에 의한 겔체의 수축에 의해 실리카겔의 가공크기 및 세공용적이 크게 변화하게 된다.

따라서, 저밀도 실리카 건조겔체를 제조하기 위해서는 건조 시간이 짧을수록 바람직하다. 상기의 짧은 시간에 건조가 가능한 건조기로는 분무건조기, 건조와 분쇄를 동시에 행할 수 있는 유체 에너지 밀(핫가스 젯트밀) 및 진공 건조기를 사용할 수 있다. 분무건조기나 유체 에너지 밀의 경우 수초내 건조가 이루어지며, 진공 건조기의 경우 수분내 건조가 가능하다.

이렇게하여 제조된 건조겔체는 용도에 따라 공기에 의한 분쇄방식(젯트밀)에 의해 입도가 조절되어 본 발명에 따른 저밀도 다공성 실리카 겔 분말이 제조되게 된다.

본 발명의 방법에 따라 얻어진 저밀도 다공성 실리카겔 분말은 비중이 0.05 내지 0.30g/cc, 기공 크기가 10 내지 500Å, 세공 용적이 0.8 내지 3.5g/cc 및 비표면적이 200 내지 500㎡/g을 갖는 고순도의 실리카겔 분말이다.

본 발명의 저밀도 다공성 실리카겔의 제조방법의 잇점은 다음과 같다.

첫째, 본 발명의 방법은 원료로 사용하는 알카리 실리카 수용액과 산용액을 원료 혼합 장치내에서 분무 형태로 1차로 혼합시키게 되므로 원료 혼합 효과를 최대로 할 수 있고, 용도별 다공성 분말의 균질도를 높히게 되고 또한, 제품 생산 사이클을 줄여 제조 경비를 절감할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 본 발명의 방법에서는 알카리 실리카 수용액과 산용액을 원료 혼합 장치내에서 분무 형태로 교반전에 1차적으로 충분한 혼합이 가능하므로 알카리 실리카의 실리카 농도를 26중량%까지 높혀서 반응을 수행할 수 있고, 그로 인하여 최소한 생산성을 10% 정도 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

셋째, 본 발명의 방법은 알카리 실리카 수용액과 무기산을 이용하여 알카리 성 분위기하에서 겔을 생성시키 또한 숙성을 시키게 되므로 기공 크기 및 세공 용적을 용도에 맞게 조절하여 다공성 실리카겔을 합성할 수 있는 장점이 있다.

이와 같은 본 발명의 방법을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부 도면 제1도는 본 발명의 저밀도 다공성 실리카겔의 제조방법을 수행하기 위한 공정도로서, 먼저, 원료 용기(1)에 저장되어 있는 알카리 실리카 수용액은 밸브(2)와 밸브(3)를 통과하여 노즐(4)에 의해 원료 투입 장치(5)로 분무 투입된다. 이와 동시에 원료 용기(6)에 장되어 있는 무기산 용액은 밸브(7)와 밸브(8)를 통과하여 노즐(9)에 의해 원료 투입 장치(5)로 본무 투입된다. 원료 투입 장치(5)로 투입된 원료들은 부분 중화에 의해 1차 혼합물을 형성하게 된다.

본 발명에 따른 원료 투입 장치(5)는 첨부 도면 제2(a)도에 확대하여 나타낸 바와 같이, 양측면에서 상부쪽으로 원료를 분무 형태로 공급하게 되는 노즐(4, 9)이 각각 설치되어 있으며, 이 노즐(4, 9)의 분무면은 제2(b)도에 나타낸 바와 같이 일반적으로 노즐 구멍(10)이 방사형태로 형성되어 있는 것을 사용할 수 있다.

한편, 노즐(4)의 원료 투입 압력은 약 3기압 이상이 되게 설정하는 것이 바람직하고, 노즐(9)의 원료 투입 압력은 약 2기압 이상이 되게 설정하는 것이 바람직하다. 만일, 원료 투입 압력을 상기 범위 이하로 할 경우에는 원료 투입 장치(5)로의 분무 토출량이 충분하지 못하게 되고, 분무 각도가 55°이하로 되어 균일한 혼합이 일어나지 않게 된다.

본 발명에서 사용하는 노즐(4, 9)의 재질은 내산성 및 내마모성이 우수한 세라믹스를 사용하는 것이 좋으며, 원료 투입 장치(5)는 혼합 정도를 확인하여 노즐(4, 9)에 의한 원료 투입 압력을 조절할 수 있도록 투명한 것으로 제작하는 것이 바람직하다.

상기 원료 투입 장치(5) 내에서 1차로 혼합된 원료는 밸브(11)를 통과하여 노즐(12)에 의해 반응조(13)에 투입된다. 이와 동시에 상기 1차 원료 혼합무의 pH를 낮추기 위하여 원료 용기(6)에 남아있는 산용액이 밸브(7)와 밸브(14)를 통과하여 노즐(12)에 의해 반응조(13)에 적당량이 투입된다.

반응조(13) 내부의 원료 혼합물의 pH는 pH 측정기(15)에 의해서 측정한다.

상기의 반응조(13)는 첨부 도면 제3도에 확대하여 나타낸 바와 같이, 원료 혼합물의 반응시 혼합도를 높힐 수 있고, 반응시 겔이 발생될 때 해쇄 가능하도록 프로펠라형 임펠라(16), 페들형 임펠라(17) 및 터빈형 임펠라(18)로 이루어진 3가지 형태의 교반날개가 설치된 교반기(19)가 부착되어 있다.

또한, 상기 반응조(13)에는 반응시 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 가열기(20)가 반응조(13)의 외부를 감싸고 있다. 이 가열기(20)는 제1도에 나타낸 바와 같이, 열매장치(21)로부터 열매가 유입되어 반응조(13) 외부를 가열시키는 역할을 하게 된다. 그리고, 반응조(13)의 측면에는 반응조(13)의 내부에 있는 반응물의 pH를 측정할 수 있는 pH측정기(15)와 반응조(1)의 온도를 측정할 수 있는 온도센서(22)가 부착되어 있다.

필요에 따라서, 반응조(13)의 내부 측면에는 제3도에 나타낸 바와 같이 반응물의 혼합을 더욱 증진시키기 위하여 방해판(23)을 부착시킬 수도 있다.

한편, 상기 반응조(13)의 재질로는 내산성이 있으며, 열에 견디는 내열성 재질일 필요가 있고, 구체적으로 예를 들면, 스텐레스 316L이 바람직하다.

상기와 같은 반응조(13)에 투입된 반응 혼합물은 실리카겔 하이드로졸을 형성하게 되고, 수분내에 실리카겔 하이드로겔을 형성하게 된다.

생성된 실리카 하이드로겔은 겔이 굳기전에 상기의 제3도에 나타낸 바와 같은 교반기(19)의 강력한 교반에 의해 해쇄되어 실리카겔 슬러리로 된다.

반응조(13)에서 형성된 미세겔이 포함된 실리카겔 슬러리에서 부분 중화에 의해 남아 있는 알카리 성분을 제거하기 위하여, 원료 용기(24)에 저장되어 있는 산용액을 밸브(25)와 밸브(26)을 통해서 반응조(13)에 추가로 첨가시켜서 상기 슬러리를 완전중화시켜 순수 실리카겔 슬러리로 만든다.

이렇게 제조된 실리카겔 슬러리는 염기성 분위기에서 숙성시켜 기공을 조절하기 위하여, 원료 용기(27)에 저장되어 있는 암모니아수를 밸브(28)와 밸브(14)를 통해서 노즐(12)에 의해 반응조(13)에 첨가한다.

반응조(1)내에서 숙성된 실리카겔은 인출 밸브(29)를 통해서 고액 분리기(30)에 인가되어 분리 및 세척된 후에 건조기(31)로 보내져서 건조된다.

이렇게하여 제조된 건조겔체는 용도에 따라 공기에 의해 분쇄방식(젯트밀)에 의해 입도가 조절되어 저밀도 다공성 실리카 겔 분말로 제조되게 된다.

한편, 미설명 부호 32와 33는 열매 장치(21)로부터 공급되는 열매를 조절하기 위한 밸브이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

규산소다 3호 용액(실리카 농도 28%) 40kg을 물 16kg과 희석하여 실리카 농도 약 23중량%함유 수용액을 제조하였다. 또한 황산(98%) 1.5ℓ를 희석하여, 희석 황산 수용액을 제조하여 원료투입장치의 노즐을 통하여 규산소다 수용액 56kg과 황산 수용액 30.5ℓ를 6분간에 걸쳐 분무 투입하였다. 상기의 원료투입장치에 투입되어 부분중화에 의해 혼합된 1차 혼합물을 반응조의 노즐을 통해 혼합함과 동시에 반응조의 분무노즐을 통해 희석 황산 수용액 5ℓ를 첨가하여 반응조내의 반응 혼합물의 pH 농도를 11.06으로 조절하여 실리카 하이드로졸을 생성하였다. 이어서, 생성된 하이드로졸은 수분내 실리카 하이드로겔로 전환되었다. 이때 강력한 교반으로 겔을 해쇄시켜 미세겔일 포함된 슬러리를 제조하였다. 해쇄시간은 20분간 실시하였다. 그후, 반응조내의 겔에 포함되어 있는 미반응 알카리를 제거하기 위해 황산(98%) 3ℓ와 물 30ℓ를 혼합한 황산 희석 용액을 15분간에 걸쳐 반응조내로 분무투입하였다. 이때 실리카겔 슬러리의 pH는 2.2를 나타내었다. 이어서, 세공용적을 키우기 위해 암모니아수 10ℓ(28%)를 첨가하여 pH 9.8로 유지하며, 온도를 80℃까지 올려 50분간 숙성시켰다.

이후 여과분리 및 진공건조시켜 다공성 실리카겔을 제조하였다.

[비교예 1]

규산소다 3호 용액(실리카 농도 28%) 40kg을 물 16kg과 희석하여 실리카 농도 약 23중량%함유 수용액을 제조하였다. 또한 황산(98%) 6ℓ와 물 60ℓ를 희석하여 황산 희석 수용액을 제조하여, 교반하면서 규산소다 수용액에 첨가하였다. 첨가후 혼합물의 농도는 pH 1.5이었다. 이렇게 제조된 하이드로졸은 수분내 겔화되었다. 제조된 겔을 세공용적을 증가시키기 위해 pH 8의 암모니아 수용액으로 10시간 세정후 여과분리 및 건조시켰다.

[비교예 2]

pH 8의 암모니아 수용액으로 30시간 세정하는 것을 제외하고는 비교 1과 동일하게 실시하였다.

이상의 조건에서 제조된 건조겔의 특성을 다음의 표에 나타냈다.

Claims

알카리 수용액에 산용액으로 중화반응에 의해 저밀도 다공성 실리카겔 분말을 제조하는데 있어서, (a) 실리카 농도가 전체 수용액의 20∼26중량%인 알카리 실리카 수용액과, 산농도가 7∼15중량%인 산용액을 분무 형태로 부분 중화 반응에 의해 pH가 11.6이상으로 유지된 상태에서 반응 혼합물을 제조하는 단계와, (b) 상기 반응 혼합물에 추가로 산용액을 첨가하여 pH 10∼11.4로 조절된 상태에서 실리카 겔 슬러리를 제조하는 단계와, (c) 상기 반응으로 제조된 실리카겔 슬러리를 세척하기 전에 pH 2.5가 될 때까지 산성 용액을 첨가하여 잔존하는 알카리 성분을 제거한 후에, 분리, 세척, 건조 및 분쇄시키는 것을 특징으로 하는 저밀도 다공성 실리카겔 분말을 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 실리카 겔 슬러리는 기공 크기 및 세공 용적을 조절하기 위해 알카리 분위기하에서 추가로 숙성되어지는 것을 특징으로 하는 저밀도 다공성 실리카겔 분말을 제조하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 알카리는 NaOH, NH₄OH 또는 NH₃가스중 선택 사용하고 알카리 분위기하에서의 숙성은 60 내지 100℃의 온도와, pH 7.5 내지 10.5의 범위에서, 30분 내지 3시간 동안 실시하여서 되는 것을 특징으로 하는 저밀도 다공성 실리카겔 분말을 제조방법.
비중이 0.05 내지 0.30g/cc의 비중, 기공 크기가 10 내지 500 Å, 세공 용적이 0.8 내지 3.5g/cc및 비표면적이 200 내지 500㎡/g을 갖는 제1항에 의해 제조된 저밀도 다공성 실리카겔 분말.