KR101110092B1 - 오일 고흡수성 무정형 실리카 입자 - Google Patents

오일 고흡수성 무정형 실리카 입자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오일 고흡수능을 갖는 무정형 실리카 입자, 이의 제조방법 및 이의 용도에 관한 것이다. JISK 6217-4로 측정한 오일 흡수도가 400㎖/100g 초과인 본 발명의 무정형 실리카 입자는 적어도 200 내지 990℃에서 소성처리(baking)시켜 수득할 수 있다.
오일 흡수도, 세공, 질소 흡착 등온법, 무정형 실리카 입자, 벌크 밀도, 평균 입자 크기, 소성처리, 소광제, 담체, 강화제.

Description

오일 고흡수성 무정형 실리카 입자{Highly oil absorbing amorphous silica particles}
본 발명은 높은 오일 흡수능을 갖는 무정형 실리카 입자, 이의 제조방법 및 이의 용도에 관한 것이다. 더욱 상세히, 본 발명은 JISK 6217-4(고무용 카본 블랙 - 기본 특성)로 측정한 오일 흡수도가 400㎖/100g 초과인 무정형 실리카 입자에 관한 것이다. 질소 흡착 등온법으로 수득한 세공 분포 곡선에서 △Vp/△logRp(여기서, Vp는 세공 용적[㎣/g]이고, Rp는 세공 반경[㎚]이다)는 250㎣/㎚?g 이상이다. △Vp/△logRp가 최대인 경우의 세공 피크 반경은 3㎚ 이상이다.
실리카는, 그의 물리적 화학적 특성에 따라, 고무용 강화 충전제, 농약제용 담체, 화학적 흡수제, 제지 제조용 충전제, 특수 제지용 피복제, 수지 혼합제, 피복재용 소광제 등을 포함하는 다양한 분야에서 적용되는데, 각각의 적용 분야마다 요구되는 물리적 화학적 특성이 상이하여 매우 다양한 유형의 실리카가 요구되고 있다.
이러한 적용 분야 중에서도, 약제, 농약제, 동물용 의약품 및 욕제(bathing agent) 같은 화학적 흡수제(흡수 및 오일 흡수), 제지 제조용 충전제, 특수 제지용 피복제, 수지 혼합제, 피복재용 소광제 등에서 사용하기 위해서는 실리카에 오일 고흡수성이 필요하다.
오일 고흡수성을 갖는 무정형 실리카 입자의 예로서, 일본 특허원 제(소)58-88117호(1983)에는 비표면적이 400 내지 600㎡/g이고 DBP 수치가 340 내지 380%인 무정형 실리카가 개시되어 있고, 여기서 무정형 실리카는 pH 6 내지 7에서 전단력을 적용하고, 나트륨 실리케이트 수용액과 황산을 동시에 첨가하고 분무하고 건조시킴으로써 제조됐다. 일본 특허원 제2002-255534호[출원인: 쿨만(Kuhlmann) 등]에는 오일 흡수도가 380 내지 420g/100g(단위가 ㎖/100g인 경우 362 내지 400㎖/100g)인 무정형 실리카 입자가 개시되어 있고, 여기서 무정형 실리카 입자는 여과 케이크 수분 함량 및 건조 방법의 개량에 의해 제조됐다. 또한, 일본 특허원 제(평)01-320215호(1989)에는 비표면적이 150 내지 350㎡/g이고 오일 흡수도가 300 내지 400㎖/100g인 오일 고흡수성 실리카가 개시되어 있고, 여기서 실리카는 나트륨 실리케이트 수용액과 광산(mineral acid)의 제1 반응 단계 후 숙성시 실리카 입자에 전단력을 적용하고 입자의 성장 및 적합한 응집을 가속화하고, 실리카 슬러리를 양이온 계면활성제와 혼합하고 분무하고 건조시킴으로써 제조됐다.
그러나, 약제, 농약제, 동물용 의약품, 욕제 같은 화학적 흡착제(흡수 및 오일 흡수)는 더욱 압축된 크기 및 개선된 기능을 갖도록 요구되기 때문에, 흡착제로서 무정형 실리카 입자의 오일 흡수성을 증가시키는 것이 중요한 과제이다. 즉, 무정형 실리카로의 액체 화학 성분의 흡착을 증대시킴으로써 활성 성분의 증량 및 동일한 화학 성분량을 포함하면서 크기를 압축시키는 것이 실현될 수 있고, 유지비 또는 물류비의 감소 및 소비자의 취급의 개선이 기대될 수 있다. 위에서 언급한 실리카 입자에서, 모든 실리카 입자는 400㎖/100g 이하의 오일 흡수도를 갖지만, 오일 고흡수성 실리카의 관점으로부터 추가의 개선이 요구되어 왔다.
또한, 무정형 실리카, 특히 침강 실리카는 큰 벌크성(bulkiness)을 갖고, 제지 제조용 충전제, 특수 제지용 피복제 또는 피복재용 소광제로서 제지 또는 피복재과 혼합하기 위한 큰 노력을 필요로 한다. 또한, 혼합량도 또한 제한되어 이러한 과제에 대한 해결책을 필요로 한다.
그러므로, 위에서 언급한 과제 중 적어도 일부를 해결할 수 있는 신규 실리카를 제공하는 것이 본 발명의 목적이었다. 본 발명은 마찬가지로 실리카의 제조방법을 제공한다.
위의 과제를 해결하기 위해, 혼신의 연구가 수행됐고, 결과적으로, 340㎖/100g 이상의 오일 흡수도를 갖는 무정형 실리카 입자를 제조하고 이러한 실리카 입자를 200 내지 990℃에서 소성처리(baking)함으로써, 오일 흡수도가 400㎖/100g 초과인 무정형 실리카 입자가 제조될 수 있음을 발견했다.
그러므로, 본 발명은 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명에 정의한 바와 같은 무정형 실리카 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 특히 JISK 6217-4(고무용 카본 블랙 - 기본 특성)로 측정한 오일 흡수도가 400㎖/100g 초과이고, 질소 흡착 등온법으로 수득한 세공 분포 곡선에서 △Vp/△logRp(여기서, Vp는 세공 용적[㎣/g]이고, Rp는 세공 반경[㎚]이다)의 최대값이 250㎣/㎚?g 이상이고, △Vp/△logRp가 최대인 경우의 세공 피크 반경이 3㎚ 이상인 무정형 실리카 입자를 제공한다.
본 발명은 또한 실리카 입자를 200 내지 990℃, 바람직하게는 200 내지 900℃에서 소성처리하는, 무정형 실리카의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 예를 들어 소광제, 흡착제(약제 또는 농약제용 담체), 다양한 고무의 증량제 또는 충전제 등으로서의 본 발명에 따른 무정형 실리카의 용도를 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 무정형 실리카 입자를 포함하는, 약제 및 농약제용 소광제 및 흡착제를 제공한다.
JISK 6217-4(고무용 카본 블랙 - 기본 특성)로 측정한 오일 흡수도가 400㎖/100g 초과이고, 질소 흡착 등온법으로 수득한 세공 분포 곡선에서 △Vp/△logRp(여기서, Vp는 세공 용적[㎣/g]이고, Rp는 세공 반경[㎚]이다)의 최대값이 250㎣/㎚?g 이상이고, △Vp/△logRp가 최대인 경우의 세공 피크 반경이 3㎚ 이상인 무정형 실리카 입자가 발명된다. 이러한 무정형 실리카 입자는 오일 고흡수성을 갖기 때문에, 이러한 입자가 약제, 농약제 또는 피복재용 소광제 등으로서 사용되는 경우, 소량으로 약제 또는 농약제의 흡착 효과 또는 소광 효과를 증가시키는 것이 가능하다.
본 발명의 무정형 실리카 입자의 원료인 알칼리 실리케이트는 특별히 제한되지 않는다. 공업 제품으로서 JIS에 따라 규격화된 물유리(waterglass) 같은 나트륨 실리케이트 또는 칼륨 실리케이트; 산성 점토 등과 같은 점토질 원료로부터 회수되고 용이하게 반응하는 실리카와 알칼리 금속의 수산화물 용액과 반응시킴으로써 제조되는 알칼리 실리케이트 등을 사용할 수 있다. 위의 알칼리 실리케이트가 수용액으로서 사용되는 경우, 수용액 중의 실리카 농도는 특별히 제한되지는 않지만, 일반적으로 1 내지 30중량%, 바람직하게는 2 내지 20중량%, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 10중량%이다. 당해 농도가 1중량% 미만인 경우, 생산율은 낮아지고 경제적 불이익이 증가한다. 당해 농도가 30중량%를 초과하는 경우, 반응 용액의 점도가 증가하고, 반응이 불균일해지며, 반응 후의 실리카 슬러리의 취급이 매우 곤란해진다. 또한, SiO2:M2O의 몰 비(여기서, M은 알칼리 금속이다)는 일반적으로 2:1 내지 4:1, 바람직하게는 2.5:1 내지 3.5:1이다. 이러한 몰 비는 제2 규조(No. 2 diatom), 제3 규조, 제4 규조 등으로 칭명된다. 일반적으로, 제3 규조가 비용 효과를 위해 바람직하게 사용된다.
무정형 실리카 입자를 제조함에 있어 중화를 위해 사용되는 광산으로서, 탄산수, 탄산 기체, 아세트산, 루이스 산, 염산, 황산, 질산 등을 사용할 수 있지만, 이는 특별히 제한되지 않는다. 특히, 황산이 장치 및 경제 관점으로부터 바람직하게 사용된다. 광산 수용액의 농도는 일반적으로 5 내지 75중량%, 바람직하게는 10 내지 60중량%, 더욱 바람직하게는 10 내지 45중량%이다.
본 발명의 무정형 실리카 입자의 제조방법으로서, 특히 제한되지는 않지만, 종래 무정형 실리카의 일반적으로 공지된 방법을 사용할 수 있고, 여기서 알칼리 금속 실리케이트의 수용액은 산으로 중화된다.
예를 들어, 겔 방법, 침강 방법 또는 이러한 방법들의 조합을 사용할 수 있다. 이러한 방법을 함께 사용하는 경우, 제1 반응 단계에 의해 생성된 핵으로서 사용되는 무정형 실리카 입자 및 이러한 생성 후 숙성된 무정형 실리카 입자는 성장 및 응집을 조절하는 것이 필요하다. 즉, 핵으로서 사용되는 실리카 입자의 크기 또는 세공 크기와 숙성 후 실리카 입자의 크기 또는 세공 크기를 고려하여 당해 실리카를 제조하는 조건을 결정하는 것이 필요하다. 2종의 원료를 접촉시킴으로써 중화시키는 방법으로서, 특별히 제한되지는 않지만, 2가지 방법, 즉, 원료 중 1종을 교반 중인 다른 원료의 수용액에 첨가하는 방법 및 2종 원료의 두 용액을 일정 조건하에서 동시에 접촉시키는 방법이 존재한다. 실리카 제조의 몇몇 예는 다음에 개시되어 있다.
본 발명의 하나의 바람직한 양태에서, 본 발명의 무정형 실리카 입자는, 우선 알칼리 실리케이트 수용액과 광산 수용액을 pH 2 내지 10으로 중화시켜 실리카 농도가 2 내지 10중량%인 실리카 슬러리를 직접 제조하는 방법에 의해 제조됐다. 또는, 실리카 슬러리는, 실리카 농도가 5 내지 30중량%인 알칼리 실리케이트 수용액과 광산 수용액을 중화시키고 일반적으로 30분 이상 동안 방치함으로써 제조된다. 중화 온도는 균일한 구조를 갖는 실리카를 형성하기 위해 바람직하게는 50℃ 이하이지만, 특별히 제한되지는 않는다. 또한, 중화는, 필요한 경우, 습식 분쇄기 등에 의해 전단력을 적용하면서 수행할 수 있다.
수득한 실리카를 세척한 후, 필요에 따라 수분 조절 및 세공 조절을 위해 열처리를 수행할 수 있다. 열처리의 온도는 일반적으로 40 내지 200℃, 바람직하게는 70 내지 190℃, 더욱 바람직하게는 100 내지 170℃이다. 열처리는, 예를 들어 가압용기에서 수행될 수 있고, 열처리 시간은 세공 피크 반경에 따라 조절될 수 있다. 당해 시간은 일반적으로 5분 내지 30시간, 바람직하게는 30분 내지 20시간, 더욱 바람직하게는 1 내지 15시간이다.
이 후, 당해 실리카 슬러리는, 필요에 따라, 평균 입자 크기가 500㎛ 이하, 바람직하게는 2 내지 200㎛, 더욱 바람직하게는 3 내지 100㎛가 되도록 습식-분쇄될 수 있다. 당해 실리카 슬러리는, 경우에 따라, 열처리 전에 또는 열처리 동안에 적당히 분쇄될 수 있지만, 여과 효율이 불충분하고, 당해 실리카 슬러리가 여과시 가압할 때 다시 응집할 수 있어, 이러한 경우에는 여과 후 실리카 슬러리를 다시 재분쇄해야 한다.
습식 분쇄에 관하여, 일반적으로 공지된 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 왑 캄파니(WAB Company)에 의한 다이노-분쇄기 같은 비이드(bead) 분쇄기, 실버슨 캄파니(Silverson Company)에 의한 고전단 혼합기, 토쿠스키카 캄파니(Tokushukika Company)에 의한 단일 혼합기 또는 연속 분쇄기 등이 적합할 수 있다. 고속의 전단력이 가능하다면, 기타 습식 분쇄기도 사용할 수 있다.
습식 분쇄시 온도는 특별히 제한되지는 않지만, 분쇄가 반응 또는 열처리 동안에 수행되는 경우, 이는 동일한 온도하에서 수행될 수 있다. 그러나, 분쇄가 세공 크기 조절을 종료한 후에 수행되는 경우, 당해 슬러리의 온도는 입자 간의 응집을 감소시키기 위해 50℃ 미만이어야 한다.
이 후, 실리카 슬러리를 여과하고 건조시킴으로써 예정된 무정형 실리카를 수득할 수 있다. 건조 방법으로서, 공기-건조 또는 분무-건조에 의한 방법과 같은 일반적으로 공지된 방법을 사용할 수 있다. 일반적으로, 오일 고흡수성 실리카가 요구되는 경우, 단시간 동안 건조할 수 있는 분무 건조기 또는 스핀 플러시(spin flush) 건조기가 바람직하게 사용된다. 분무 건조기의 경우, 당해 슬러리를 세밀하게 분무하기 위해 2가지 방법이 일반적으로 사용되는데, 하나는 분무 디스크(분무기)를 사용하는 것이고, 다른 하나는 2-유동 노즐을 사용하는 것이지만, 본 발명에서는 특별히 사용되지는 않는다. 또한, 슬러리가 분무 건조기에 의해 건조되는 경우, 거의 구형의 고체 입자가 제조될 수 있다. 분무 층의 가열 공기의 온도는 80 내지 600℃, 바람직하게는 100 내지 500℃, 더욱 바람직하게는 120 내지 450℃이다. 오일 흡수능을 개선하기 위해, 가열 공기의 온도가 높은 것이 더욱 유리하지만, 당해 온도가 600℃ 이상인 경우, 내열성 및 특수 설비 설계를 갖기 위해 건조기의 제조 비용이 증가한다. 반면, 당해 온도가 100℃ 이하인 경우, 생산효율이 불충분하다. 특히, 이는 분무 건조기의 성능과 분무 속도 간의 관계에 의해 최적화될 수 있지만, 위에서 언급한 온도 범위가 일반적으로 바람직하다. 또한, 필요에 따라 건조 전에 당해 슬러리에 알킬디메틸벤질 암모늄 클로라이드 등과 같은 양이온 계면활성제를 첨가함으로써, 건조 공정 동안의 무정형 실리카 입자의 수축을 효과적으로 조절할 수 있고, 수성 상 내의 입자의 표면으로부터 수분을 용이하게 제거할 수 있으며, 그리하여 오일 흡수능을 증가시킬 수 있다.
위에서 언급한 제조방법에 의해, 오일 흡수도가 340㎖/100g 이상인 무정형 실리카 입자를 수득할 수 있다. 일반적으로 오일 흡수능과 수분 함량 간의 상호관계가 존재하고, 오일 흡수능은 동일한 무정형 실리카 내의 수분 함량이 감소할수록 증가한다. 그러나, 단순히 수분을 제거하는 것은 오일 흡수능를 증가시키기에 불충분하다. 예의 연구 후, 오일 흡수도가 동일한 방법으로 제조된 무정형 실리카 입자를 소성처리함으로써 현저히 증가되고, 오일 흡수도가 400㎖/100g 초과인 무정형 실리카 입자가 제조될 수 있음을 발견했다. 소성처리 온도는 200 내지 990℃, 바람직하게는 200 내지 950℃, 더욱 바람직하게는 200 내지 900℃, 더욱 바람직하게는 300 내지 900℃이다. 또한, 소성처리 시간은 바람직하게는 1분 내지 10시간, 더욱 바람직하게는 10분 내지 5시간이지만, 이는 소성처리 온도에 따라 변한다. 오일 흡수능이 소성처리에 의해 현저히 증가하는 이유는 명확하지 않다. 그러나, 소성처리함으로써, 무정형 실리카 입자의 기본 구조를 유지하면서 당해 세공이 응집하고, 비교적 큰 크기의 세공이 증가하는 것으로 추정된다. 소성 장치로서는, 소성 노, 회전 가마 등의 종래 장치를 사용할 수 있다.
본 발명의 두번째 바람직한 양태에서, 본 발명의 무정형 실리카 입자는, 알칼리 실리케이트 수용액 및 광산 수용액을 pH 5 내지 10에서 중화시켜 실리카 농도가 2 내지 10중량%인 실리카 슬러리를 제공하는 공정에 의해 제조됐다. 이러한 경우, 알칼리 실리케이트 수용액 및 광산 수용액의 유형, 농도 및 중화 방법은 위에서 언급한 방법에서와 같다. 중화 온도는 바람직하게는 30℃ 이상, 더욱 바람직하게는 50℃ 이상, 더욱 바람직하게는 70℃ 이상이지만, 이는 특별히 제한되지는 않는다. 당해 온도가 30℃ 미만인 경우, 반응 속도가 느려 효율적이지 못하다. 또한, 중화는, 필요에 따라, 위에서 언급한 습식 분쇄기 등에 전단력을 적용하면서 수행할 수 있다. 이 후, 생성된 실리카 슬러리는 이의 물리적 특성에 따라 숙성될 수 있다. 본 발명의 방법에서 중화율, 중화 온도 및 나트륨 실리케이트 수용액의 조건은 숙성 조건과 복잡하게 상호관련되어 있어, 당해 조건은 일괄하여 용이하게 결정할 수 없다.
일반적 숙성 조건은, pH가 6 내지 12이고, 온도가 50 내지 130℃이고, 반응 시간이 3 내지 180분이다. 바람직하게는, pH가 7 내지 11.5이고, 온도가 60 내지 110℃이고, 반응 시간이 3 내지 165분이다. 더욱 바람직하게는, pH가 8 내지 11이고, 온도가 65 내지 100℃이고, 반응 시간이 5 내지 150분이다. 특히 바람직하게는, pH가 8 내지 11이고, 온도가 70 내지 100℃이고, 반응 시간이 5 내지 140분이다. 또한, 실리카는, 필요에 따라, 위에서 언급한 습식 분쇄기 등을 이용하여 전단력을 적용하면서 숙성될 수 있다.
또한, 제2 반응 단계로서, 제1 반응 단계에 의해 제조된 슬러리에 광산을 첨가하면서, 나트륨 실리케이트 수용액도 동시에 첨가할 수 있다. 이러한 경우, 제2 반응 단계 동안 첨가되는 광산의 농도는 제1 반응 단계의 광산의 농도와 동일 범위 내로 하더라도, 나트륨 실리케이트 수용액의 농도는 제1 반응 단계의 나트륨 실리케이트 수용액의 농도 이하인 것이 바람직하다. 또한, 제2 반응 단계에서의 pH는 일반적으로 4 내지 10에서, 바람직하게는 6 내지 10에서, 더욱 바람직하게는 7 내지 9.5에서 일정한 것이 바람직하다.
이 후, 수득한 실리카 슬러리의 pH를 4 이하, 바람직하게는 3 이하로 조절한 후, 제2 반응 단계를 중단한다. 필요에 따라, 당해 슬러리를 물로 희석하고, 필요한 경우, 거친 입자를 회전 펌프 및 하이드로사이클론에 의해 분리하고, 이 후, 당해 슬러리를 여과하고 세척한다. 이러한 여과 및 세척은 여과 프레스(filter press), 회전 여과기 등의 일반적으로 공지된 장치를 이용하여 수행할 수 있다.
이러한 방법으로 수득한 여과 케이크를 적합한 크기를 갖도록 분쇄하고, 물을 첨가하면서 공기-건조 또는 교반을 수행함으로써 다시 슬러리화한다. 이 후, 당해 슬러리 용액은 분무 건조기, 노즐 건조기 등에 의해 건조될 수 있다. 특정 입자 크기 분포는 건조기를 사용함으로써 조절될 수 있다. 이러한 분포는 건조기의 종류 및 적용된 분무압의 선택에 따라 조절될 수 있다. 오일 흡수능이 특히 높은 실리카를 제조하기 위해, 건조는 바람직하게는 분무 건조기에 의해 수행될 수 있다. 분무 건조기를 사용하는 경우, 건조는 위에서 언급한 조건과 동일한 조건하에서 수행될 수 있다.
위에서 언급한 제조방법에 의해, 오일 흡수도가 340㎖/100g 이상인 무정형 실리카 입자를 수득할 수 있다. 오일 흡수도가 400㎖/100g 초과인 무정형 실리카 입자는 수득한 무정형 실리카 입자를 소성처리함으로써 제조할 수 있다. 소성처리 온도는 200 내지 990℃, 바람직하게는 200 내지 950℃, 더욱 바람직하게는 200 내지 900℃, 더욱 바람직하게는 300 내지 900℃, 특히 바람직하게는 400 내지 900℃이다. 또한, 소성처리 시간은 바람직하게는 1분 내지 10시간, 더욱 바람직하게는 10분 내지 5시간이지만, 이는 소성처리 온도에 따라 변한다.
또한, 수득한 실리카의 pH로서, 적합한 pH는 용도에 따라 변한다. 더욱 상세히, 실리카가 약제 또는 농약제용 흡착제로서 시용되는 경우, 당해 pH는 비타민 E 등과 같은 약제학적 활성 성분 또는 유기인 성분 등과 같은 농약제학적 활성 성분의 안정성에 영향을 미치므로, 매우 중요하다. 약제 또는 농약제의 흡착제로서 사용되는 무정형 실리카 입자의 pH는 일반적으로 3 내지 10, 바람직하게는 4 내지 9, 더욱 바람직하게는 5 내지 8이다. 그러나, 각각의 경우에 따라 조절된 실리카를 적용함으로써, 즉, 산 내에서 안정한 화합물의 경우에는 산성으로 조절된 실리카를 적용하고, 알칼리 내에서 안정한 화합물의 경우에는 알칼리성으로 조절된 실리카를 적용함으로써, 실리카 내에 흡착된 약제 또는 농약제를 안정화시킬 수 있다. pH 조절방법으로서는, 2가지 방법, 즉, 건조 전에 실리카 슬러리의 pH를 조절하는 방법 및 건조 후 암모니아 가스 등을 첨가함으로써 pH를 조절하는 방법이 있다.
본 발명의 무정형 실리카는 위에서 언급한 방법에 의해 수득할 수 있고, JISK 6217-4(고무용 카본 블랙 - 기본 특성)로 측정한 오일 흡수도가 400㎖/100g 초과이고, 질소 흡착 등온법으로 수득한 세공 분포 곡선에서 △Vp/△logRp(여기서, Vp는 세공 용적[㎣/g]이고, Rp는 세공 반경[㎚]이다)의 최대값이 250㎣/㎚?g 이상이고, △Vp/△logRp가 최대인 경우의 세공 피크 반경이 3㎚ 이상임을 특징으로 한다.
질소 흡착 등온법으로 수득한 세공 분포 곡선에서, △Vp/△logRp(여기서, Vp는 세공 용적[㎣/g]이고, Rp는 세공 반경[㎚]이다)의 최대값은 250㎣/㎚?g 이상, 바람직하게는 500㎣/㎚?g 이상, 더욱 바람직하게는 1000㎣/㎚?g 이상, 더욱 바람직하게는 1500㎣/㎚?g 이상, 가장 바람직하게는 2000㎣/㎚?g 이상, 특히 바람직하게는 2500㎣/㎚?g 이상이다. △Vp/△logRp(여기서, Vp는 세공 용적[㎣/g]이고, Rp는 세공 반경[㎚]이다)의 최대값이 250㎣/㎚?g 미만인 경우, 현저히 높은 개방 구조가 존재하여 소성처리에 의해 오일 흡수능을 증가시키는 효과가 감소한다.
또한, 세공 피크 반경은 3㎚ 이상, 바람직하게는 10㎚ 이상, 더욱 바람직하게는 15㎚ 이상, 더욱 바람직하게는 20㎚ 이상, 가장 바람직하게는 25㎚ 이상, 특히 바람직하게는 30㎚ 이상이다. 세공 피크 반경이 3㎚ 미만인 경우, 입자 크기는 작아지고, 세공은 소성처리 동안 사라진다. 또한, 세공 피크 반경의 최대값은 당해 측정에 따라 100㎚이다.
본 발명의 무정형 실리카 입자는 DBP(디부틸프탈레이트)의 오일 흡수도를 측정하는 JISK 6217-4[브라벤더(Brabender) 방법]에 의해 측정된 오일 흡수도를 나타낼 수 있다. 본 발명의 무정형 실리카의 오일 흡수도(적가 속도는 4㎖/분이다)는 무정형 실리카 입자 100g당 400㎖(400㎖/100g) 초과, 바람직하게는 405㎖(405㎖/100g) 이상, 더욱 바람직하게는 410㎖(410㎖/100g) 이상이다.
BET 비표면적은 무정형 실리카의 기본 특성 중의 하나이고, 오일 흡수능, 입자의 투명성 및 무정형 실리카 입자의 취급에 영향을 미친다. 본 발명의 무정형 실리카는 50 내지 800㎡/g, 바람직하게는 100 내지 700㎡/g, 더욱 바람직하게는 140 내지 650㎡/g, 더욱 바람직하게는 150 내지 600㎡/g의 BET 비표면적을 나타낼 수 있다. BET 비표면적이 50㎡/g 미만인 경우, 무정형 실리카 입자의 투명성을 감소시키는 거대한 크기의 세공이 거의 존재하지 않기 때문에, 소광 효과는 감소될 수 있다. 한편, BET 비표면적이 800㎡/g 이상인 경우, 세공 크기는 매우 작아지고, 투명도는 증가하지만, 오일 흡수능은 감소한다.
위에서 기술한 방법에 의해 수득한 무정형 실리카는 자체로서 상품화될 수 있지만, 당해 실리카의 입자 크기는 용도에 따라 조절될 수 있다. 입자 크기는 분쇄 후 건식 분급(dry classification)을 수행함으로써 조절될 수 있다. 분쇄기로서, 특별히 제한되지는 않으며, 일반적으로 공지된 모든 분쇄기를 사용할 수 있고, 예를 들어 제트-오-마이저(Jet-O-Mizer) 등과 같은 기류 충격식 분쇄기, 아토마이저(atomizer) 등과 같은 해머 밀(hammer mill), 원심 분쇄기 등과 같은 핀 분쇄기를 사용할 수 있다. 분급기로서, 특별히 제한되지는 않지만, 정확한 분급이 필요한 경우, 마이크로플렉스(microplex) 같은 건식 분급기, 터보 분급기 등이 적합하다. 반면, 세척 후 실리카 슬러리는 침강 분급기, 수력 분급기, 기계적 분급기, 원심 분급기 등과 같은 습식 분급기에 의해 분급한 후 건조될 수 있다. 본 발명에서, 분무 건조 방법이 효과적이다.
더욱 상세히, 실리카가 잉크젯 기록지용 충전제, 소광제, 블로킹 방지제 등으로서 사용되는 경우, 입자 크기의 조절은 다수의 특허 및 문헌에 개시된 바와 같이 중요하다.
그러므로, 본 발명의 무정형 실리카는 용적에 기초한 중간(median) 크기를 나타내고, 평균 입자 크기는 0.5 내지 40㎛, 바람직하게는 0.75 내지 30㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 25㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 20㎛, 가장 바람직하게는 1 내지 15㎛, 특히 바람직하게는 1 내지 9㎛이다.
벌크 밀도는 무정형 실리카 입자의 취급에서 매우 중요한 물리적 특성이다. 그러므로, 본 발명의 실리카는 20 내지 200g/ℓ, 바람직하게는 30 내지 150g/ℓ, 더욱 바람직하게는 40 내지 125g/ℓ, 더 더욱 바람직하게는 50 내지 120g/ℓ의 벌크 밀도에 의해 특화될 수 있다. 벌크 밀도가 20g/ℓ미만인 경우, 벌크가 매우 증가하기 때문에, 취급이 곤란하고, 벌크 밀도가 200g/ℓ이상인 경우, 오일 흡수능이 감소할 수 있다.
위에서 언급한 본 발명의 무정형 실리카의 물리적 화학적 특성은 독립적으로 조합될 수 있다. 특히 바람직한 조합을 다음 문단에 기술한다.
본 발명의 무정형 실리카 입자의 물리적 특성은 바람직하게는 다음과 같다. 즉, JISK 6217-4(고무용 카본 블랙 - 기본 특성)로 측정한 오일 흡수도가 400㎖/100g 초과이고, 질소 흡착 등온법으로 수득한 세공 분포 곡선에서 △Vp/△logRp(여기서, Vp는 세공 용적[㎣/g]이고, Rp는 세공 반경[㎚]이다)의 최대값이 250㎣/㎚?g 이상이고, 세공 피크 반경이 3㎚ 이상이다. 더욱 바람직하게는, 오일 흡수도가 405㎖/100g이고, △Vp/△logRp의 최대값이 500㎣/㎚?g 이상이고, 세공 피크 반경이 10㎚ 이상이다. 더 더욱 바람직하게는, 오일 흡수도가 410㎖/100g이고, △Vp/△logRp의 최대값이 1000㎣/㎚?g 이상이고, 세공 피크 반경이 15㎚ 이상이다.
더욱 상세히, 본 발명의 무정형 실리카 입자의 물리적 특성은 다음과 같다. 즉, JISK 6217-4(고무용 카본 블랙 - 기본 특성)로 측정한 오일 흡수도가 400㎖/100g 초과이고, 질소 흡착 등온법으로 수득한 세공 분포 곡선에서 △Vp/△logRp(여기서, Vp는 세공 용적[㎣/g]이고, Rp는 세공 반경[㎚]이다)의 최대값이 250㎣/㎚?g 이상이고, 세공 피크 반경이 3㎚ 이상이고, BET 비표면적이 50 내지 800㎡/g이고, 평균 입자 크기가 0.5 내지 40㎛이고, 벌크 밀도가 20 내지 200g/ℓ이다. 바람직하게는, 오일 흡수도가 405㎖/100g 이상이고, △Vp/△logRp의 최대값이 500㎣/㎚?g 이상이고, 세공 피크 반경이 10㎚ 이상이고, BET 비표면적이 100 내지 700㎡/g이고, 평균 입자 크기가 0.75 내지 30㎛이고, 벌크 밀도가 30 내지 150g/ℓ이다. 더욱 바람직하게는, 오일 흡수도가 410㎖/100g 이상이고, △Vp/△logRp의 최대값이 1000㎣/㎚?g 이상이고, 세공 피크 반경이 15㎚ 이상이고, BET 비표면적이 140 내지 650㎡/g이고, 평균 입자 크기가 1 내지 25㎛이고, 벌크 밀도가 40 내지 125g/ℓ이다. 더 더욱 바람직하게는, 오일 흡수도가 410㎖/100g 이상이고, △Vp/△logRp의 최대값이 1500㎣/㎚?g 이상이고, 세공 피크 반경이 20㎚ 이상이고, BET 비표면적이 150 내지 600㎡/g이고, 평균 입자 크기가 1 내지 20㎛이고, 벌크 밀도가 50 내지 100g/ℓ이다.
오일 고흡수성 무정형 실리카 입자가 발명됐다. 본 발명의 무정형 실리카 입자에 관하여, 이는 높은 흡수능을 갖기 때문에, 농약제, 사료, 화장품, 향수, 세제, 액체 비타민(특히, 비타민 E) 등과 같은 액체의 많은 양이 소량의 무정형 실리카 입자를 사용함으로써 분말화될 수 있다. 본 발명의 실리카 입자는 높은 흡수능을 갖기 때문에, 이들은 피복재 등을 위한 소광제, 농약제의 증량제, 또는 다양한 고무의 강화제로서 사용될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 무정형 실리카 입자의 주된 용도는 소광제, 액체에 각각 흡착성인 담체 및 다양한 고무의 강화제로서의 용도이다.
본 발명의 실리카는 특히 약제, 농약제 및 욕제의 분야에서 비타민 A, 비타민 E, 피레트로이드, 유기인 성분, 약초 추출 성분 등의 액체 성분의 분말화제, 증량제, 고결(caking) 억제제, 유동성 개질제 또는 분쇄 보조제로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 비타민 E를 분말화하는 경우, 바람직하게는 중량비 2.4배 이상, 더욱 바람직하게는 2.6배 이상, 더 더욱 바람직하게는 2.8배 이상의 비타민 E가 본 발명의 무정형 실리카 입자 100g에 흡착될 수 있다. 또한, 실리카 입자는 주성분의 안정성에 따라 실리카의 pH를 조절함으로써 안정화제로서 사용될 수 있다. 농약제 분야에서, 실리카 입자는, 위에서 언급한 약제 및 욕제에서의 사용법 이외에, 각각의 부양성 약제에서의 침강 억제제 및, 필요에 따라, 효력 강화제로서 사용될 수 있다.
또한, 실리카 입자는 분말화제, 계면활성제의 유동성 개선제 및 고결 억제제, 전지 분리막의 충전제, 접착 보조제, 치약에서의 증점제 및 보조제, 나트륨 실리케이트의 몰 비 조절용 기재, 고무용 화학물질의 분말화제, 내화물의 분체 유동성 개선제 또는 보온재, 벽의 습도 조절제 또는 피복제, 음식물에서의 분출 유동성 개선제, 고결 억제제 및 질감 개선제 등으로서 사용된다.
또한, 본 발명의 무정형 실리카 입자는 크로마토그래피 담체, 화장품 기초물질, 전자 부품용 피복재, 전자 부품용 수분 흡수제 및 기타 무정형 실리카 입자의 용도로서 사용될 수 있다.
본 발명의 무정형 실리카 입자가 농약제용 담체로서 사용되는 경우, 이는 농약제학적 기술의 생성물과 혼합함으로써 공지된 모든 투여 형태에 적용될 수 있고, 특별히 제한되지는 않는다. 또한, 종래의 침강 실리카가 사용되는 분야에서, 무정형 실리카 입자는 만족스럽게 사용될 수 있다. 예를 들어, 분말 입자, 수화가능 입자 등과 같은 미세 분말류 제형, 입자, 분말 입자, 입자의 수화가능 입자 등과 같은 분말류 제형, 용액, 오일 용액, 에멀젼, 마이크로 에멀젼 등과 같은 균일 용액류 제형, 또는 수 중 현탁액, 유 중 현탁액, 수 중 에멀젼, 유 중 에멀젼, 마이크로캡슐 등과 같은 에멀젼화 또는 현탁액화 제형을 사용할 수 있다. 각각의 제형은 일반적으로 공지된 합성 및 제조방법에 의해 제조할 수 있다.
예를 들어, 고체 제형의 경우에, 농약제학적 기술의 생성물이 고체이고, 다른 보조 성분이 고체인 경우, 실리카 입자는, 예를 들어 분쇄 보조제, 유동성 개선제, 분말 파쇄 감소제, 고결 억제제 등으로서 사용될 수 있다. 농약제학적 기술의 생성물이 액체 또는 반고체이거나, 제형 내에 용매 등을 함유하는 경우, 실리카 입자는, 예를 들어 농약제학적 기술의 생성물, 용매 등의 흡착제로서 사용될 수 있다. 또한, 액체 제형의 경우에, 실리카 입자는, 예를 들어 침강 억제를 위한 점도 조절제 또는 액체 내에 혼합된 고체 성분의 유동성 개선제로서 사용될 수 있다. 또한, 분쇄 후 고체 성분을 혼합하는 경우, 실리카 입자는, 예를 들어 분쇄 보조제, 유동성 개선제, 분말 파쇄 감소제 등으로서 사용될 수 있다.
본 발명의 실리카의 추가적으로 특히 바람직한 용도는 소광제로서의 용도이다. 무정형 실리카 입자 자체는 일반적으로 공지된 피복재와 혼합되어 소광 피복 조성물로 될 수 있다. 피복재로서, 일반적으로 공지되고 사용되는 오일 피복재, 니트로셀룰로스 피복재, 알키드 수지 피복재, 아미노 알키드 피복재, 비닐 수지 피복재, 아크릴레이트 수지 피복재, 에폭시 수지 피복재, 폴리에스테르 수지 피복재, 염화 고무계 피복재 등을 사용할 수 있다. 또한, 이러한 물질 이외에, 로진, 에스테르검, 펜타수지, 쿠마론 인덴 수지, 페놀계 수지, 개질된 페놀계 수지, 말레산계 수지, 알키드계 수지, 아미노계 수지, 비닐계 수지, 페트롤럼 수지, 에폭시계 수지, 폴리에스테르계 수지, 스티렌계 수지, 알킬계 수지, 실리콘계 수지, 고무계 수지, 염소계 수지, 우레탄계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 불소계 수지, 천연 또는 합성 일본 래커(Japanese lacquer) 등 중의 1종 이상을 함유하는 피복재를 사용할 수 있다.
또한, 피복재의 사용에 관하여, 용액형 피복재, 수성 피복재, 자외선 경화성 피복재, 분말 피복재 등을 임의로 사용할 수 있음에도 불구하고, 본 발명은 특히 용액형 피복재 및 수성 피복재에 적합하다.
용액형 피복재의 유기 용매로서, 톨루엔, 크실렌 등과 같은 방향족 탄화수소계 용매; n-헵탄, n-헥산, 동중체 등과 같은 지방족 탄화수소계 용매; 사이클로헥산 등과 같은 지방족 고리탄화수소계 용매; 아세톤 메틸에틸 케톤, 메틸이소부틸 케톤, 사이클로헥사논 등과 같은 케톤계 용매; 에탄올, 프로판올, 부탄올, 디아세톤 알코올 등과 같은 알코올계 용매; 테트라하이드로푸란, 디옥산 등과 같은 에테르계 용매; 에틸 셀로솔브, 부틸 셀로솔브 등과 같은 셀로솔브계 용매; 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트 등과 같은 에스테르계 용매; 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드 등과 같은 비양성자 극성 용매 중 1종 이상을 사용할 수 있다. 원료 용액 내의 수지 함량 농도는 일반적으로 5 내지 70중량%, 적합하게는 10 내지 60중량%이다.
또한, 수성 피복재로서, 수성 용액형 피복 조성물 이외에 자가-에멀젼화 또는 계면활성제-에멀젼화 피복재가 사용된다. 수성 피복재의 수지로서, 수성 용매로 수용성 또는 자가-에멀젼화 알키드 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지 또는 이들 수지 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 자가-에멀젼화 수지에서, 자가-에멀젼화 특성은 카복실 그룹을 암모니아 또는 아민으로 중화시키거나, 함유된 아민을 사급화함으로써 제공된다. 또한, 다양한 라텍스 수지도 사용된다. 수지 함량 농도는 일반적으로 10 내지 70중량%, 특히 적합하게는 20 내지 60중량%이다.
자외선(UV) 경화성 피복재로서, 고밀도 수지, 예를 들어 UV 경화성 아크릴 수지, UV 경화성 에폭시 수지, UV 경화성 비닐 우레탄 수지, UV 경화성 아크릴 우레탄 수지 또는 UV 경화성 폴리에스테르 수지를 사용할 수 있다. 이러한 수지는 독립적으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용된다.
분말 피복재로서, 폴리아미드, 폴리에스테르, 아크릴 수지, 올레핀 수지, 셀룰로스 유도체, 폴리에테르, 염화비닐 수지 등과 같은 열가소성 수지, 에폭시 수지, 에폭시/노볼락 수지, 이소시아네이트 또는 에폭시 경화성 폴리에스테르 수지 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 무정형 실리카 입자에 관하여, 실리카 입자의 표면은 산화티탄, 산화규소, 산화지르코늄, 산화아연, 산화바륨, 산화마그네슘 또는 산화칼슘 같은 무기 산화물 또는 실란계, 티탄계 또는 지르코늄계 결합제 같은 결합제로 피복되거나 표면처리될 수 있다.
또한, 본 발명의 무정형 실리카에 관하여, 왁스의 피복은 금속 비누, 수지산 비누 또는 다양한 수지를 이용하여 요구에 따라 수행할 수 있다. 더욱 상세히, 폴리에틸렌 왁스, 산화 폴리에틸렌 왁스 또는 산개질된 폴리에틸렌 왁스, 동물성 및 식물성 왁스, 광물계 왁스 등 같은 올레핀계 수지 왁스에 의한 왁스 처리는 소광 효과를 증가시키거나 내스크래치성을 개선하는 데 효과적이다. 피복 처리는 왁스의 수성 에멀젼을 세척된 무정형 실리카에 첨가하고 혼합함으로써 용이하게 수행될 수 있다. 무정형 실리카 100%에 대한 표면 처리된 왁스의 중량비는 1 내지 20%, 바람직하게는 3 내지 15%이다.
본 발명에서, 무정형 실리카 입자는 독립적으로 소광제로서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 기타 충전제 또는 안료와 함께 피복재와 혼합하는데 사용될 수 있다. 피복재과 혼합되는 무기 성분으로서, 알루미나, 애터펄자이트, 카올린, 카본 블랙, 흑연, 미세 분말 규산, 칼슘 실리케이트, 규조토, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 슬레이트 분말, 견운모, 플린트, 탄산칼슘, 활석, 장석, 이황화몰리브덴, 중정석, 질석, 백석, 운모, 납석 점토, 석고, 실리콘 카바이드, 지르콘, 유리 비이드, 시라스(shirasu) 기구, 석면, 유리 섬유, 카본 섬유, 암면, 슬래그면(slag wool), 붕소 위스커(whisker), 스테인레스 강 섬유, 티탄 화이트, 아연 화이트, 적색 산화물, 아이언 블랙, 황색 산화철, 제올라이트, 하이드로탈시트, 리튬, 알루미늄, 카보네이트, 티탄 옐로우, 산화크롬 그린, 울트라마린 블루, 프러시안 블루 등을 사용할 수 있다.
열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 다양한 고무를 혼합하기 위한 충전제로서, 특히 블로킹 방지제로서 본 발명의 무정형 실리카 입자의 사용도 바람직하다. 무정형 실리카가 블로킹 방지제로서 혼합되는 열가소성 수지로서, 올레핀계 수지가 적합하고, 특히 저 밀도, 중간 밀도 또는 고 밀도를 갖는 폴리에틸렌, 동일배열 폴리프로필렌 또는 교대배열 폴리프로필렌을 사용할 수 있고, 폴리프로필렌계 중합체는 이러한 에틸렌 및 □-올레핀의 공중합체, 선형 저 밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리부텐-1, 에틸렌-부텐-1 공중합체, 에틸렌-프로필렌-부텐-1 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 철 가교결합 올레핀 공중합체(이오노머), 에틸렌-아크릴산 에스테르 공중합체 등이다. 이러한 수지는 독립적으로 사용하거나 또는 2종 이상을 혼합하여 혼합 상태로 사용될 수 있다. 본 발명의 무정형 실리카 입자는 메탈로센 촉매를 이용하여 제조된 올레핀계 수지 필름의 블로킹 방지제로서 유용하고, 종래 블로킹 방지제의 착색 경향을 해결할 수 있다.
물론, 본 발명의 블로킹 방지제는 일반적으로 공지된 기타 수지 필름과 혼합될 수 있다. 예를 들어, 블로킹 방지제는 나일론 6, 나일론 6-6, 나일론 6-10, 나일론 11, 나일론 12 등과 같은 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등과 같은 열가소성 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리설폰, 염화비닐 수지, 비닐리덴 클로라이드 수지, 불화물첨가 비닐 수지 등과 혼합될 수 있다.
블로킹 방지제를 활용하는 경우, 열가소성 수지 100%에 대한 실리카 입자의 혼합비는 0.005 내지 10중량%, 바람직하게는 0.05 내지 3.0중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1.0중량%이다.
본 발명의 무정형 실리카 입자는 충전제로서 열가소성 수지, 다양한 고무 또는 열경화성 수지와 혼합될 수 있다.
고무용 탄성중합체로서, 예를 들어 니트릴-부타디엔 고무(NBR), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 폴리부타디엔(BR), 폴리이소프렌(IIB), 부틸 고무, 천연 고무, 에틸렌 프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 폴리우레탄, 실리콘 고무, 아크릴 고무 등 및, 또한 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체, 수소화 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 수소화 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체 등과 같은 열가소성 엘레스토머를 사용할 수 있다.
열경화성 수지로서, 페놀 포름알데히드 수지, 푸란-포름알데히드 수지, 크실렌-포름알데히드 수지, 케톤-포름알데히드 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 알키드 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 비스말레이미드 수지, 트리알릴 시아누레이트 수지, 열경화성 아크릴 수지, 실리콘 수지 또는 이러한 수지 중 2종 이상이 혼합된 수지를 사용할 수 있다.
무정형 실리카 입자를 강화제로서 사용하는 경우, 실리카 입자는 열경화성 수지 또는 탄성중합체 100%에 대해 0.5 내지 20중량%, 바람직하게는 2 내지 10중량%로 혼합될 수 있다.
위에서 언급한 용도 이외에, 본 발명의 무정형 실리카는 소포 물질용 소포 효과 강화제, 분말 소화제의 유동성 개선제 또는 고결 억제제, 다양한 분말 등의 유동성 개선제 또는 고결 억제제 등의 저장 안정성 개선제, 인쇄용 잉크의 충전제, 신문 잉크의 얼룩 억제제, 정화용(purification) 흡착제, 비어(beer) 등과 같은 단백질 흡착용 충전 보조제, 사료 내의 액체 성분의 분말화제, 우유 증량제, 지방 증점제, 우유 분말, 음료용 우레아, 천연 혼합물 등과 같은 고결물의 고결 억제제, 어류용 사료의 오일 또는 지방의 흡착제, 소결 억제제, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVC, HTV 실리콘 고무, 멜라민 수지, 페놀 수지, 페놀-멜라민 수지 등과 같은 플라스틱 산업용 또는 취입 필름용 블로킹방지제, 플레이트 아웃(plate out) 억제제, 폴리클로로프렌 고무, 열가소성 고무, 실리콘 고무 또는 위에서 언급한 수지용 충전제, 이러한 물질의 기계적 특성의 개선제, 계량 특성 개선제, 이러한 생성 화합물의 점결 억제제, 접착 보조제, 내후성 개선제, 내열성/TR 크레이프 솔(crepe sole)의 입체적 안정성 개선제, 발포 폴리스티렌 입자의 예비 생성된 물질의 점결 억제제 및 스티렌 발포체의 제2 성형 필름으로 이루어진 패턴의 핵 생성체로서 사용될 수 있다. 또한, 래커, 니스 페인트 및 이러한 페인트의 혼합물에서, 본 발명의 무정형 실리카 입자는 산화티탄의 일부 대체물, 또는 에멀젼 페인트 또는 장식용 페인트에서의 백색 안료, 피복재, 잉크 등의 소광제, 침강 억제제, 점도 조절제 및 점결 억제제로서 사용된다.
또한, 제지 제조 산업에서, 무정형 실리카 입자는 이산화티탄에 대한 일부 대체물, 청색 인쇄지용 명암대비 개선제, 제지용 피복제, 잉크젯 기록지용 충전제 및 제지용 삭제 방지제로서 유용하다.
이하에 실시예를 기재하지만, 본 발명이 이들 실시예로 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
95℃에서 전단력을 적용하면서 20% 황산을 21.5ℓ/분의 속도로 30분 동안 3.8% 나트륨 실리케이트 용액 9000ℓ에 적가하고, 90분 동안 이를 숙성하여 실리카 슬러리를 수득하는 동시에, 9.8% 나트륨 실리케이트 용액을 38.3ℓ/분의 속도로, 20% 황산을 8.3ℓ/분의 속도로 75분 동안 당해 슬러리에 첨가하고, 이를 95℃에서 30분 동안 적치하고, 즉시 pH를 4로 조절했다. 수득한 실리카 슬러리를 여과하고 세척하여 약 10% 슬러리로 조절했고, 이를, 아토마이저형 분무 건조기[제조원: 오카와라 카고키 캄파니 리미티드(Ohkawara Kakohki Co. Ltd.)]를 이용하여, 분무하고 건조하여 사이클론 수집 입자를 수득했다. 수득한 사이클론 수집 입자를 400℃에서 1시간 동안 소성처리했다.
실시예 2
실시예 1에서 분무 및 건조한 후, 샘플을 집진기로부터 추출하고, 700℃에서 1시간 동안 세척하고 소성처리했다.
비교 실시예 1
실시예 1에서 소성처리되지 않은 사이클론 수집 입자를 사용했다.
비교 실시예 2
밤새 115℃에서 건조시킨, 비교 실시예 1의 무정형 실리카 입자를 사용했다.
비교 실시예 3
실시예 2에서 소성처리되지 않은 샘플 입자를 사용했다.
비교 실시예 4
밤새 115℃에서 건조시킨, 비교 실시예 3의 무정형 실리카 입자를 사용했다.
비교 실시예 5
시판되고 있는 실리시아(Sylysia) 350[제조원: 후지 실리시아 케미칼 리미티드(Fuji Silysia Chemical Ltd.)]을 사용했다.
비교 실시예 6
시판되고 있는 시퍼넷(SIPERNAT) 50S[제조원: 데구사 캄피니 리미티드(Degussa Co. Ltd)]를 사용했다. 다음에, 다양한 물리적 특성의 측정법은 기재한 다.
시험 실시예 1
오일 흡수도 측정법
오일 흡수도는 JISK 6217-4(고무용 카본 블랙 - 기초 특성)에 기초하여 측정했다. JISK 6217-4에 따른 오일 흡수도는 무수성, 건조 실리카에 관한 것이다. 그러나, 본 발명에서, 오일 흡수도는 상업적 유통을 위한 건조 처리를 수행한 후에 수득한 습한 실리카 입자(건조시 손실 포함)에 관한 것이다. 목적은 현재 사용 형태의 특성들을 인지하는 것이다.
시험 실시예 2
질소 흡착 등온선 측정법
질소 흡착 등온선 측정에 관하여, 160℃에서 90분 동안 진공-탈가스된 샘플의 질소 가스의 흡착 등온선은 비표면적/세공 분포 자동 측정 장치 벨소프(BELSORP) 28[제조원: 니폰 벨 캄피니 리미티드(Nippon Bel Co. Ltd)]을 이용하여 측정했다.
측정 온도: -196℃
흡착 평형 시간: 5분
세공 직경 분석 범위[돌리모어(Dollimore)와 힐(Heal)에 의한 분석법]: 1.0 내지 100.0㎚
세공 분포곡선의 분석
질소 흡착 등온선은 위의 측정법에 의해 측정했고, 세공 분포곡선은 JIS-K1150에 기초한 흡착면 데이터를 이용하고, 돌리모어와 힐의 분석법[참조: D. Dollimore, G.R. Heal, J. Appl. Chem., 14.109(1964)]을 이용하여 수득했다.
세공 피크 및 세공 피크 반경의 측정: 세공 분포곡선에서, △Vp/△logRp의 최대값을 나타내는 부분은 세공 피크로 정의되고, 세공 피크에서의 반경은 세공 피크 반경으로 정의되고, "㎚"로 표시된다.
시험 실시예 3
비표면적 측정법(질소 흡착법)
본 발명의 무정형 실리카 입자의 세공 구조를 측정함에 있어서, 세공 피크 반경은 질소 흡착 등온법에 의해 측정했다.
비표면적은, 샘플을 160℃에서 90분 동안 진공-탈가스화하고, 비표면적/세공 분포 자동 측정 장치 벨소프 28(제조원: 니폰 벨 캄파니 리미티드)을 이용하여 샘플의 질소 가스의 흡착 등온선을 측정하고, BET 방법에 의해 비표면적을 계산함을 포함하는 질소 흡착법에 의해 측정했다.
시험 실시예 4
평균 입자 크기(용적 평균 크기) 측정법
평균 입자 크기는 적합한 구경 튜브를 선택하고 멀티사이저(multisizer)-II[제조원: 코울터 캄파니(Coulter Company)]를 이용하여 측정했다.
표 1에는 실시예 1 및 2, 및 비교 실시예 1 내지 4의 오일 흡수도, 세공 피크 반경, 비표면적 및 평균 입자 크기의 측정결과가 나타나 있다. 도 1 내지 3에는, 실시예 1 및 2, 및 비교 실시예 1의 무정형 실리카 입자의 흡착 등온선이 나타나 있다.
측정 대상 실시예 1 실시예 2 비교 실시예 1 비교 실시예 2 비교 실시예 3 비교 실시예 4
오일 흡수도
(㎖/100g)		 401 411 343 373 359 375
세공 피크 반경
(㎚)		 82.4 44.6 29.0 - - -
비표면적
(㎡/g)		 178 164 175 - - -
평균 입자 크기
(㎛)		 5.3 3.4 5.8 5.2 - 2.7
시험 결과로서, 오일 흡수도는 샘플을 비교 실시예 1에서 탈수소화하고, 비교 실시예 2에서 건조시킴으로써 증가했지만, 오일 흡수도는 동일한 샘플을 실시예 1에서 소성처리함으로써 더욱 증가했다. 또한, 오일 흡수도는 비교 실시예 3에서 샘플을 탈수소화하고, 비교 실시예 4에서 건조시킴으로써 증가했지만, 오일 흡수도는 동일한 샘플을 실시예 2에서 소성처리함으로써 더욱 증가했다. 결과적으로, 실시예 1 및 2의 오일 흡수도는 400㎖/100g 초과이었다.
시험 실시예 5
비타민 E의 오일 흡수도 측정법
파이프 구경이 1㎜인 비타민 E 적가용 파이프를 총용량 2ℓ의 벤치 니더(BENCH KNEADER)에 설치했다. 다음으로, 약 1ℓ실리카를 당해 반죽기에 충전시켰고, 60℃에서의 가열에 의해 점도가 감소한 비타민 E를 교반하면서 오일-흡수 실리카에 적가했다. 오일 흡수에서 생성된 응집물을 분쇄하기 위해, 오일 흡수 후, 당해 실리카를 액즙 혼합기로 30 내지 60초 동안 교반했다.
측정법: 비타민 E 흡수된 입자 2 내지 5g을 소형 분쇄기[제조원: 시바타 사이언스 캄파니(Shibata Science Company)](개인용 분쇄기, SCM-40A 타입) 내로 주입하고, 약 30초 동안 교반했다. 입자 상태를 관찰했고, 입자들의 외관이 미세 분말에서 미립자 또는 백색에서 황색으로 변화하기 직전의 오일 흡수도를 최대 오일 흡수도로서 정의했다. 이 후, 비타민 E의 오일 흡수도를 다음 수학식으로부터 계산했다.
최대 오일 흡수도 = 비타민 E 흡수량(g) / 흡수 전 실리카 중량(g)
시험 실시예 5의 결과는 표 2에 주어진다.
측정 대상 실시예 2 비교 실시예 1 비교 실시예 5 비교 실시예 6
비타민 E 최대 흡수량 3.0 2.7 2.1 2.2
비타민 E의 흡수에 관하여, 소성처리된, 실시예 2의 무정형 실리카 입자의 비타민 E 흡수는 비교 실시예 1, 5 및 6의 무정형 실리카 입자에 비해 높았다.
시험 실시예 6
측정법 "벌크 밀도"
장치
1. 스테인레스 강 체(인증된 JIS 표준 체) 체눈 폭: 850μ, 직경: 200㎜
2. 체 홀더(스테인레스 또는 플라스틱) 측면: 250㎜, 길이: 250㎜, 높이: 150㎜
3. 수용기(플라스틱) 측면: 330㎜, 길이: 270㎜, 깊이: 10㎜
4. 측정 용기(투명, 플라스틱) 용량: 100 ±1㎖, 보어(bore): 50.0 ±10.2㎜, 깊이: 51.0 ±0.2㎜, 두께: 5㎜
5. 스패튤라(플라스틱) 측면: 120㎝, 길이: 40㎜, 두께: 5㎜
6. 스패튤라(스테인레스) 길이: 230㎜
수용기를 놓는다. 체 홀더를 수용기 위에 놓는다. 체를 체 홀더 위에 놓는다. 공지된 중량 측정 용기를 수용기 중앙에 놓는다. 샘플을 체 위로 이송시킨다. 당해 샘플을 스패튤라(스테인레스)로 적가한다(폭: 60 내지 70㎜, 속도: 초당 2회). 당해 샘플을 측정 용기 내에서 원뿔형으로 축적한다. 저울을 이용하여 샘플의 측정 용기의 중량을 측정한다.
벌크 밀도 = (S/100) S: 샘플 중량
도 1은 실시예 1에서의 무정형 실리카 입자의 질소 흡착 등온선을 도시한 것이다.
도 2는 실시예 2에서의 무정형 실리카 입자의 질소 흡착 등온선을 도시한 것이다.
도 3은 비교 실시예 1에서의 무정형 실리카 입자의 질소 흡착 등온선을 도시한 것이다.

Claims (15)

  1. JISK 6217-4(고무용 카본 블랙 - 기본 특성)로 측정한 오일 흡수도가 400㎖/100g 초과이고, 질소 흡착 등온법으로 수득한 세공 분포 곡선에서 △Vp/△logRp(여기서, Vp는 세공 용적[㎣/g]이고, Rp는 세공 반경[㎚]이다)의 최대값이 250㎣/㎚?g 이상이고, △Vp/△logRp가 최대인 경우의 세공 피크 반경이 3㎚ 이상인 무정형 실리카 입자.
  2. 제1항에 있어서, 질소 흡착 등온법으로 수득한 세공 분포 곡선에서 △Vp/△logRp(여기서, Vp는 세공 용적[㎣/g]이고, Rp는 세공 반경[㎚]이다)의 최대값이 500㎣/㎚?g 이상이고, △Vp/△logRp가 최대인 경우의 세공 피크 반경이 10㎚ 이상인 무정형 실리카 입자.
  3. 제2항에 있어서, 질소 흡착 등온법으로 수득한 세공 분포 곡선에서 △Vp/△logRp(여기서, Vp는 세공 용적[㎣/g]이고, Rp는 세공 반경[㎚]이다)의 최대값이 1000㎣/㎚?g 이상이고, △Vp/△logRp가 최대인 경우의 세공 피크 반경이 15㎚ 이상인 무정형 실리카 입자.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 평균 입자 크기가 0.5 내지 40㎛인 무정형 실리카 입자.
  5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 벌크 밀도가 20 내지 200g/ℓ인 무정형 실리카 입자.
  6. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 소성처리(baking)에 의해 수득되는 무정형 실리카 입자.
  7. 오일 흡수도가 340㎖/100g 이상인 무정형 실리카 입자를 200 내지 990℃에서 소성처리하는 것을 포함하는, 제1항에 기재된 무정형 실리카 입자의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서, 소성처리 시간이 10분 내지 5시간인 방법.
  10. 제7항에 있어서, 생성된 무정형 실리카 입자가 400㎖/100g 초과의 오일 흡수도를 나타내는 방법.
  11. 제7항에 있어서, 하나 이상의 알칼리 금속 실리케이트와 하나 이상의 광산(mineral acid)을 반응시키는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제7항에 있어서, 최종 실리카의 pH를, 실리카 슬러리의 건조 전 또는 후에, pH 3 내지 10으로 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 소광제로서, 약제 또는 농약제용 담체로서, 또는 다양한 고무용 강화제로서 사용되는, 무정형 실리카 입자.
  14. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 기재된 무정형 실리카 입자를 포함하는, 약제 또는 농약제용 흡착제.
  15. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 기재된 무정형 실리카 입자를 포함하는 소광제.
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