KR920005405B1 - 수성 실리카졸의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

수성 실리카졸의 제조방법

제1도는 랄프킬러(RALPH KILER)의 PH와 실리카졸의 안정성의 관계 도표.

제2도는 본 발명에 의한 수성 실리카졸을 제조하기 위한 설비를 보인 설명도.

본 발명은 유리섬유, 세라믹 화이버, 정밀주조 성형제, 연마제, 코팅(coating)제, 도표 첨가제등 다양한 용도로 사용되는 수성 실리카졸을 제조하는 방법에 관한 것으로, 연속적으로 대량 생산할 수 있도록 한 것이다.

종래에는 수성 실리카졸을 제조하기 위하여 반응조에 물유리를 넣고 이에 염산이나 황산을 첨가하여 중화법으로 염농도 0.3노르말 이하로 졸을 제조하거나, 전기 투석법에 의하여 반응조에 투입된 물유리 용액으로부터 실리콘 화합물을 가수분해하여 순수 실리카졸을 제조하였던 것이다.

그러므로 이러한 종래의 제조 방법들은 모두 반응조에 물유리 용액을 넣고 제조 공정을 1회 실시하여 해당 반응조에서 일정량의 수성 실리카졸을 얻게 되는 이른바, 배치 프로세씽(batch processing)방식이므로, 제조공정이 단속되어 대량생산이 어렵게 되었던 문제점이 있는 것이다.

또한 제1도에 보인 랄프킬러의 연구 결과에서 확인되는 바와같이 실리카졸이 PH3 부근에서는 준안정 영역으로 일전기간 동안 안전성을 유지하고 있으며, 활성 실리카졸인 경우에는 72시간 이하 동안 안정성을 유지하고 있게 되고 이것은 콜로이드의 표면 전하가 등전점을 형성하고 있어 겔(gel)화의 진행이 늦추어지기 때문이다. 그러나 PH3 내지 7까지의 구간에서는 OH기가 겔화의 촉매로 작용하여 1시간 이내에 겔화되고마는 불안정 상태가 되고 PH7 내지 10.5사이에서는 콜로이드 표면 전하의 증가 및 콜로이드를 둘러싸고 있는 양이온에 의한 전기 이중 층을 형성하여 입자간 서로 충분한 반반력을 제공함으로 인하여 장시간 안정한 졸을 형성하게 되며, PH10.5 이상에서는 콜로이드가 용해되면서 물유리로 환원되는 것이다.

본 발명에서는 전술한 바와같은 소위 배치 프로세씽 방식이 갖는 문제점을 해결하여 대량 생산이 가능한 연속공정 체제로 실리카졸을 용이하게 제조할 수 있도록 하고, 이를 신속하게 PH8-10.5로 알카리와 함으로써 장기적으로 안정한 실리카졸을 얻를 수 있게 함을 목적으로 하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적은 나선상으로 궈취되어 코일 파이프에 실리카졸과 물을 정량씩 연속 공급함으로써 혼합시키고 이온 교환수지를 통과시킴으로써 PH3 정도의 준안정 실리카졸을 얻고, 이에 가성소다를 연속 주입함으로써 알칼리화 되어 안정된 실리카졸을 연속적으로 대량 생산할 수 있도록 함으로써 달성될 수 있는 것이며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도에 본 발명에 의한 수성 실리카졸의 제조설비를 도시하였다. 이에서는 물유리 탱크(1) 및 물유리를 정량씩 압송하기 위한 펌프(2)가 설치되어 있고, 그 출구에 물탱크(3)가 연결되어 물을 정량씩 압송하기 위한 펌프(2')의 출구가 연결되어 있으며, 이와 코일 파이프(4) 및 돌기(5)가 내장된 믹싱 파이프(6)를 경유하여 이온 교환수지탑(7)에 접속되어 있고, 이온 교환수지 세척용 물탱크(8)에 연결된 펌프(9)의 출구와 염산 공급탱크(10)와 접속된 염산 공급조절변(11)이 상기 이온 교환탑(7)에 연결되어 있으며 이온 교환탑(7)의 출구배관에 가성소다 탱크(12) 및 가송소다를 정량씩 압송하기 위한 펄프(13)의 출구를 접속하고, 그 종단에 리시브탱크(14)를 설치하며, 이온 교환수지탑(7)의 출구배관 일측에 PIC(PH Indicate ＆ Controller)(15)와 접속된 PH 쎈서(16)를 설치하여서된 것이다.

따라서 먼저 생산량, 이온 교환 속도등 여러가지 설비 조건을 감안하여 펌프(2), (2')(9), (13)의 압송량을 조절하며, 펌프(9)를 제외한 나머지 펌프(2), (2'), (13)의 작동을 개시하면 물유리탱크(1)의 물유리가 펌프(2)에 의하여 코일 파이프(4)로 압송되고, 이와동시에 물탱크(3)의 물 역시 펌프(2')에 의하여 코일 파이프(4)로 압송되므로 코일 파이프(4)에서 물유리와 물은 회전되면서 섞이므로 희석된 물유리로 되는 것이며, 이는 믹싱 파이프(6)내의 돌기(5)에 부딪히면서 더욱 고르게 희석될 수 있는 것이다. 이때의 화학 반응식을 기재하여 보면 다음과 같다.

Na₂O.3 SiO₂×H₂O+H₂O→2Na⁺+20H^-+3 Si(OH)₄+yH₂O

이러한 희석 물유리는 이온 교환수지탑(7)에 공급되어 중력에 의하여 낙하되면서 이온 교환수지를 통과하므로 물유리중 Na⁺이온이 제어되어 PH3 정도의 준안정 산성 실리카졸을 얻게 되며, 이때의 화학반응식응 다음과 같다.

Na⁺+OH^-+Si(OH)₄+AH₂O+R-SO₃H→R-SO₃Na+Si(OH)₄+BH₂O

이와같이 하여 얻어진 실리카졸의 PH의 PH 쎈서(16)에 의하여 검출되어 PIC(15)는 펌프(13)를 가동시키는데, 이때 펌프(13)에 의하여 공급되는 량은 리시브탱크(14)에 저장되는 실리카졸의 PH가 8-10.5에서 유지되도록 하기 위하여 SiO₂/Na₂O 몰비가 60-130이 되도록 PIC(15)가 펌프(13)의 작동을 조절하게 되는 것이다.

이와같이 하여 본 발명은 실리카졸의 제조시에 Na⁺이온은 제거하여 준안정 영역에 있는 PH3의 산성실리카졸로 제조하여 우선 안정시킨후 수초 이내에 장기적으로 안정될 수 있도록 가성소다를 투입함으로써 PH8-10.5의 고농도이면서도 안정된 양질의 실리카졸을 제조할 수 있게 되는 것이다.

아울러 제조설비의 이온 교환수지탑(7)의 출구배관을 코일 파이프로 하거나 돌기가 내장된 믹싱 파이프로하면 가성소다와 실리카졸의 교반효과를 높일 수 있음은 물론이다.

그리고 이온 교환수지탑(7)의 이온 교환수지는 그 용량 만큼의 희석 물유리를 통액시킨 후에는 공정을 잠시 중단하고 이온 교환수지 세척용 물탱크(8)의 물을 펌프(9)에 의하여 압송하여 세척하고 배수관(17)으로 배출시킨후 염산 공급 조절변(11)을 제어하여 일정량의 염산이 이온 교환수지에 침윤되어 재생되도록 하여야 하며 이때의 반응식은 다음과 같다.

P-SO₃Na+HCl→R-SO₃H+NaCl

이와같이 하여 이온 교환수를 재생한 후에는 전술한 바의 과정으로 실리카졸을 연속 반복적으로 생산할 수 있게 됨은 물론이다.

이와같이 하여 본 발명은 이온 교환수지를 사용하여 희석물 유리의 NA⁺이온을 제거함으로써 산성의 준안정 상태인 실리카졸을 제조하고 이에 즉시 가성소다를 투입하여 PH를 8-10.5까지 단번에 상승시켜 안정된 양질의 실리카졸을 제조함으로써 이온 교환수지의 재생에 소요되는 짧은 시간을 제외하고는 연속적인 제조공정이 이루어져 생산능률을 대폭 향상시킬 수 있으며, 펌프들의 압송량 조절을 통하여 작업 공정의 표준화가 용이하므로 균일한 품질의 실리카졸을 대량생산 할 수 있게 되는 것으로, 이를 첨부된 실시예에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

본 실시예에서는 이온 교환수지탑(7)의 직경을 45.65cm로 하고 이온 교환수지로 앰버라이트(Amberlite) IR -120 양이온 교환수지 400ℓ를 넣음으로써 그 높이가 24.45cm로 되도록 하며 물유리의 유속을 매분당 66ℓ로 하며, 물과 물유리의 혼합비를 10 : 1로 되도록 한 결과 이온 교환수지탑(7)의 출구배관으로 나오는 실리카졸의 PH는 2.85, 분단 이온 교환량은 1710ℓ, 실리카졸의 실리카 함량은 3.6% 이었고, 입자 크기는 1-2㎛ 겔화에 24시간 소요되는 준안정 상태의 것을 얻었고, 이에 가성소다를 적량 주입하여 출구 배관중에서 혼합하였을시 SiO₂/Na₂O 몰비가85-100 : 1이 되도록 하면 리시브탱크(14)에서 얻어진 PH는 8.2였고, 안정성은 반영구적임을 알수 있었다.

[실시예 2]

본 실시예에서는 이온 교환수지탑(7)의 직경을 실시예 1보다 크게 하여 55cm로 하고 동일한 이온 교환수지 400ℓ를 168cm 높이로 채워넣고 물과 물유리의 혼합비를 10 : 1이 되도록 하며, 물유리의 유속을 실시예 1보다 높여 133ℓ로 함으로써 증가시킨 결과 이온 교환수지탑(7)의 출구 배관으로 나오는 실리카졸의 PH는 2.85였고, 매분당 1590ℓ의 이온 교환이 이루어졌으며, 실리카졸의 실리카 함량은 3.6%이었고, 입자크기는 1-2㎛이고 이에 가성소다를 주입하여 SiO₂/Na₂O 몰비가 85-100 : 1이 되도록 하면 리시브탱크(14)에서 얻어지는 실리카졸의 PH는 8.2였고, 안정성은 반영구적임을 확인할 수 있었다.

[실시예 3]

본 실시예에서는 실시예 1과 같이 이온 교환수지탑(7)의 직경을 45.65cm로 하고, 같은 이온 교환수지 300ℓ를 181cm 높이로 채운후 물과 물유리를 8 : 1로 하고 유속 100ℓ로 하여 투입하면 실리카졸의 PH가 2.9, 이온 교환량은 1165ℓ로 되었으며, 실리카졸의 실리카 함량은 4.54%이고, 이에 가성소다를 주입하여 SiO₂/Na₂O 몰비가 85-100 : 1이 되도록 하면 리시브탱크(14)에서 얻어지는 실리카졸의 OH는 8.2였고, 안정성은 반영구적임을 알수 있었다.

Claims (2)

1. 물과 물유리 8 : 1-10 : 1로 혼합하여 양이온 교환수지를 통과시킴으로써 Na⁺이온을 제거하여 PH3정도의 산성실리카졸을 얻고, 이에 가성소다를 투입하되, SiO₂/Na₂O을 몰비가 85-100으로 되도록 함으로써 PH8-10.5가 유지되도록 함을 특징으로 하는 수성실리카졸의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 양 이온 교환수지의 높이 대 직경 비가 2-4.1로 되도록한 수성실리카졸의 제조방법.

Images