JPH05294612A - シリカゾル及びその製造方法 - Google Patents
シリカゾル及びその製造方法Info
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Abstract
を提供する。 【構成】 シリカゾル中のナトリウム成分がSiO2 に
対しNa2 Oとして0.05wt%以下の実質的に含有
しないシリカゾルであって、該シリカゾルを粉末とした
とき、次式(1) 【数1】 (S1 はシリカゾルを150℃、3時間乾燥した粉末及
びS2 は乾燥粉末を1100℃、3時間焼成した粉末の
それぞれのBET比表面積(m2 /g)を表わす)で示
される比表面積変化率(R)が50%以下であるシリカ
ゾル。珪酸ソーダ水溶液をイオン交換により脱Na+ し
て活性な珪酸溶液を得る第1工程、該珪酸溶液に第四級
アンモニウム水酸化物を添加した後、加熱熟成してコロ
イド状珪酸を形成する第2工程、次いで該コロイド液を
再びイオン交換により脱カチオン処理を施す第3工程よ
りなるシリカゾルの製造方法。
Description
方法に関し、詳しくはNaの少ないシリカゾルおよびそ
のシリカゾルを珪酸ソーダ水溶液を原料として製造する
方法に関する。そのシリカゾルはセラミックスや触媒の
分野の用途に有用である。
原料としては最も安価なシリカ源であって、通常のシリ
カゾルはほとんど全て珪酸ソーダ水溶液を原料として製
造されおり、Na+ がその性質上不可避的に存在してい
る。しかしながら、多くの場合、特にセラミックや触媒
の分野では、シリカゾル中のNa成分は物性の劣化をも
たらすことから、好ましくない。
なり、この多孔質シリカはゾル中のシリカ粒子の粒径か
ら換算した比表面積とほとんど同じ比表面積を有してい
る。この多孔質シリカはNaが存在すると、500℃以
上の温度で結晶化、ガラス化し比表面積は1000℃近
くでは激減してゼロに近づく。多孔質シリカはNaの含
有量が多いほど低温で比表面積の低下が起こり、セラミ
ックスや触媒の分野に用いた場合、セラミックの収縮や
歪み、クラックの発生、触媒能の低下等が生じる。
は、SiO2 重量に対してNa2 Oを1wt%含有して
おり、アルカリを除去した酸性のシリカゾルやアンモニ
アに置換したシリカゾルではNa2 Oを0.1wt%含
有している。例えば、平均粒子径13Nmのシリカゾル
を乾燥した多孔質シリカは約200m2 /gのBET比
表面積を有するが、1wt%のNa2 Oが存在すると8
00℃のBET比表面積は1m2 /gになり、0.1w
t%のNa2 Oが存在すると1000℃のBET比表面
積は1m2 /gになる。
は、Naの少ないシリカゾルを製造する試みが従来より
数多く行われてきた。基本的な方法としては、特公昭5
5−10535号公報に記載されているように、Naで
安定化したシリカゾルからイオン交換によりNaを除去
する方法がある。
様に、粒子の成長にアルカリイオンとしてアンモニウム
イオンや第4級アンモニウムイオンを使用する方法が挙
げられる。
様なNaの少ないシリカゾルを製造する方法として、特
公昭55−10535号公報に記載されているように、
Naで安定化したシリカゾルからイオン交換によりNa
を除去する方法では、製造されたシリカゾルはSiO2
重量に対してNa2 Oを0.1wt%以上含有してお
り、このようなシリカゾルは加熱焼成すると比表面積の
低下が著しく実用的ではない。
20Nmであって、粒子の成長のためにはアルカリイオ
ンを必要とし、通常はNaOHが使用され、最終製品に
もコロイドの安定化剤としてNaOHが残存している。
粒子の成長工程でNaイオンの一部はシリカ粒子内部に
取り込まれる。取り込まれたNaはイオン交換などの処
理では除くことが不可能である。
ように、シリカの粒子の成長にアルカリイオンとしてア
ンモニウムイオンを使用すればNaの含有量を少なくす
ることが出来るが、この場合には粒子径は5Nm以下ま
でしか成長しない。そして、粒子径が5Nmのシリカゾ
ルはSiO2 濃度10wt%までしか濃縮できず、市販
品のような20wt%以上のシリカゾルが得られない。
また、第4級アンモニウム水酸化物を使用することはで
きるが、高価なことと高温でアミン類の有害ガスが発生
することが実用上の障害となり、多用されていない。
の少ないシリカゾルを製造することは非常に難しいこと
から、特開昭60−127216号公報のように珪酸ソ
ーダ以外の原料に頼らなくてはならないのが現状であ
る。
するためになされたものであり、Naの少ないシリカゾ
ルおよびそのシリカゾルを容易に製造する方法を提供す
ることを目的とするものである。
うとするものは、シリカゾル中のナトリウム成分がSi
O2 に対しNa2 Oとして0.05wt%以下の実質的
に含有しないシリカゾルであって、該シリカゾルを粉末
としたとき、次式(1)
時間乾燥した粉末及びS2 は乾燥粉末を1100℃、3
時間焼成した粉末のそれぞれのBET比表面積(m2 /
g)を表わす)で示される比表面積変化率(R)が50
%以下であることを特徴とするシリカゾルに係わる。
ン交換により脱Na+ して活性な珪酸溶液を得る第1工
程、該珪酸溶液に第四級アンモニウム水酸化物を添加し
た後、加熱熟成してコロイド状珪酸を形成する第2工
程、次いで該コロイド液を再びイオン交換により脱カチ
オン処理を施す第3工程よりなることを特徴とするシリ
カゾルの製造方法に係わる。
ルのシリカ粒子径は一般に10〜20Nmであって、粒
子の成長のためにはアルカリイオンを必要とし、通常は
NaOHが使用されており、LiやKのようなアルカリ
金属でも良いが、LiやKを使用することは通常は行わ
れていない。しかしながら、本発明者らは、粒子の成長
工程でNaイオンの一部はシリカ粒子内部に取り込まれ
るが、NaOHの代わりに第四級アンモニウム水酸化物
を使用すると、ナトリウム成分の含有量が極めて少な
い、実質的に含有しないシリカゾルが得られることがで
きることを見出した。
トリウム成分がSiO2 に対しNa2 Oとして0.05
wt%以下、好ましくは0.03wt%以下であり、ア
ルカリ成分を実質的に含有しないシリカゾルである。
き、次式(1)
時間乾燥した粉末及びS2 は乾燥粉末を1100℃、3
時間焼成した粉末のそれぞれのBET比表面積(m2 /
g)を表わす。但し、粉末は粒子径100〜500μm
の範囲のものである。)で示される比表面積変化率
(R)が50%以下、好ましくは40%以下であること
が望ましい。
50wt%、好ましくは30〜40wt%である。
有しないシリカゾルは、耐熱性を付与するために、アル
ミナ成分がSiO2 に対しAl2 O3 として多くとも2
wt%、好ましくは0.05〜1.0wt%含有するも
のが好ましい。
いて説明する。本発明のシリカゾルを製造する始めの工
程は、希釈した珪酸ソーダ水溶液をイオン交換してNa
を除いた活性な珪酸溶液を得る工程であるが、工業的な
製造スケールでは、この工程ではNaは完全には抜けき
らず、SiO2 に対してNa2Oが0.04wt%程度
残存する。第四級アンモニウム水酸化物で粒子成長させ
たシリカゾルはイオン交換処理でこのNaの含有量を1
/3程度まで除去することが出来る。
ける粒子成長工程で第四級アンモニウム水酸化物を使用
し、粒子成長後のシリカゾルからイオン交換によって第
四級アンモニウムイオンを除去する方法であり、Naや
その他のアルカリ金属の少ないシリカゾルを製造する方
法である。
部分のNaを除いた活性な珪酸溶液を得る第1工程、 第1工程で得た活性珪酸溶液に第四級アンモニウム水
酸化物を添加しアルカリ性とした後、加熱熟成してコロ
イド状珪酸を形成する第2工程、 次いで該コロイド液を再びイオン交換により脱カチオ
ン処理を施し、必要に応じて限外瀘過により固形分の濃
縮を行い、あるいはNH3 成分を添加する第3工程 の各工程よりなる。
は、SiO2 に対してNa2 Oが0.03wt%以下
で、実質的に含有しないことを特徴とする。
加して第2工程及び第3工程を行うと得られるシリカの
耐熱性を向上させることができる。また、第2工程で得
られたコロイド状の活性珪酸にAl塩を添加して第3工
程を行うことによってもシリカの耐熱性を向上させるこ
とができる。Al塩にアルミン酸ソーダを使用するとこ
れに基因したNaが入るため、Alを添加する方法によ
って製造したシリカゾルではSiO2 に対してNa2 O
が0.05wt%以下である。即ち、Al塩を添加する
方法によって製造したシリカゾルは、SiO2 に対して
Na2 Oが0.05wt%以下含有し、かつAl2 O3
が0.05wt%以上で多くとも2wt%含有する。以
上の方法によって製造したシリカゾルの乾燥粉末は、1
50℃、3時間乾燥したものは100m2 /g以上の比
表面積を有し、かつ1100℃での比表面積変化率
(R)が50%以下であることが特徴である。
販品のいずれでもよいが、通常は3号珪酸ソーダを用い
ることができる。第1工程では、珪酸ソーダ水溶液をイ
オン交換により脱Na+ して大部分のNaを除去する
が、イオン交換は、通常、H+ 型にしたカチオン交換樹
脂を充填したカラム中に希釈した珪酸ソーダ水溶液を通
過させることにより行なう。
第四級アンモニウム水酸化物を添加しアルカリ性とした
後、加熱熟成してコロイド状珪酸を形成する。第四級ア
ンモニウム水酸化物にはごく一般的な工業薬品を用いる
ことができ、例えばテトラエタノールアンモニウム水酸
化物、モノメチルトリエタノールアンモニウム水酸化物
等を使用することができる。
としてはアルミン酸ソーダ溶液、塩化アルミニウムなど
が工業薬品グレードで使用できるが、周知のようにシリ
カのゲルの発生を防止するために希薄水溶液の形で添加
する方がよい。塩化アルミニウムを添加する時期は第1
工程の後がよく、アルミン酸ソーダ溶液の添加時期は第
1工程または第2工程の後がよい。Al塩の添加量はS
iO2 に対してAl2O3 が0.05wt%以上がよ
く、0.05wt%未満では顕著な耐熱性の向上がみら
れない。
除去のためカチオン交換を行う。カチオン交換は如何な
る方法でも良いが、H+ 型にしたカチオン交換樹脂を充
填したカラム中にシリカゾルを通過させる方法が一般的
である。カチオン交換樹脂はポリスチレン−DVB共重
合体のスルホン基型強酸性樹脂が一般的に用いられる
が、特にこれらに限定するものではない。不純物のアニ
オンを除去するために、OH- 型にしたアニオン交換樹
脂によってアニオン交換を行っても良く、アニオン交換
後に再度カチオン交換を行ってもよい。
法などの常法によって目的濃度まで濃縮する。得られる
シリカゾルはPH2〜5の酸性であって、用途目的によ
ってはこのままでもよく、アルカリ性が好ましい場合に
はアンモニア、アミン、4級アンモニウムなどの揮発性
のアルカリ剤を添加すればよい。
する。
a2 O=9.5wt%)を水で希釈してSiO2 =4.
0wt%の希釈珪酸ソーダを調製した。あらかじめ希硫
酸でH+ 型にしたカチオン交換樹脂を充填したカラム中
に希釈珪酸ソーダを通して、SiO2 =3.3wt%の
活性珪酸液を回収した。交換樹脂はポリスチレン−DV
B共重合体のスルホン基型強酸性樹脂を使用した。この
活性珪酸液1.12kgに、撹拌下モノメチルトリエタ
ノールアンモニウム水酸化物の20wt%水溶液を12
0g添加しPH9.0とし、100℃に加熱して15分
間保持した。液温を100℃に保持したまま活性珪酸液
を22g/分で9.0kg添加した。放冷後このシリカ
ゾルは限外ロ過によりSiO2 =30wt%に濃縮し、
分析と比表面積の測定を行った。シリカゾルの組成、B
ET比表面積を表1に比較例1として示す。
ルアンモニウム水酸化物で安定化したシリカゾルを作成
し、H+ 型のカチオン交換樹脂(ポリスチレン−DVB
共重合体のスルホン基型強酸性樹脂)を充填したカラム
中にシリカゾルを通してカチオンを除去し、限外ロ過に
よりSiO2 =31wt%に濃縮後、28wt%アンモ
ニア水を添加してPHを9.4とした。これを正確にS
iO2 =30wt%に調整し、分析と比表面積の測定を
行った。シリカゾルの組成、BET比表面積を表1に実
施例1として示す。
a2 O=9.5wt%)を水で希釈してSiO2 =4.
0wt%の希釈珪酸ソーダを調製した。あらかじめ希硫
酸でH+ 型にしたカチオン交換樹脂を充填したカラム中
に希釈珪酸ソーダを通して、SiO2 =3.3wt%の
活性珪酸液を回収した。交換樹脂はポリスチレン−DV
B共重合体のスルホン基型強酸性樹脂を使用した。この
活性珪酸液1.12kgに撹拌下モノメチルトリエタノ
ールアンモニウム水酸化物の20wt%水溶液を120
g添加してPH9.0とし、100℃に加熱して15分
間保持した。液温を100℃に保持したまま活性珪酸液
を22g/分で9.0kg添加した。活性珪酸液の添加
後、アルミン酸ソーダ水溶液(Al2 O3 =20wt
%、Na2 O=19wt%)9.5gを水160gで希
釈して添加した。放冷後、このシリカゾルは限外ロ過に
よりSiO2 =30wt%に濃縮し、分析とBET比表
面積の測定を行った。シリカゾルの組成、BET比表面
積を表1に比較例2として示す。
ルトリエタノールアンモニウム水酸化物で安定化シリカ
ゾルを作成し、H+ 型のカチオン交換樹脂(ポリスチレ
ン−DVB共重合体のスルホン基型強酸性樹脂)を充填
したカラム中にシリカゾルを通してカチオンを除去し、
限外ロ過によりSiO2 =31wt%に濃縮後、28w
t%アンモニア水を添加してPHを9.4とした。これ
を正確にSiO2 =30wt%に調整し、分析と比表面
積の測定を行った。シリカゾルの組成、BET比表面積
を表1に実施例2として示す。
りに10wt%NaOH水溶液を使用した以外は実施例
1と同様にして、Naで安定化したSiO2 =30wt
%のシリカゾルを作成した。シリカゾルの組成、BET
比表面積を表1に比較例3として示す。
成し、H+ 型のカチオン交換樹脂を充填したカラム中に
シリカゾルを通してカチオンを除去し、限外ロ過により
SiO2 =30wt%に濃縮後、分析とBET比表面積
の測定を行った。シリカゾルの組成、BET比表面積を
表1に比較例4として示す。
a2 O=9.5wt%)を水で希釈してSiO2 =4.
0wt%の希釈珪酸ソーダを調製した。あらかじめ希硫
酸でH+ 型にしたカチオン交換樹脂を充填したカラム中
に希釈珪酸ソーダを通して、SiO2 =3.3wt%の
活性珪酸液を回収した。交換樹脂はポリスチレン−DV
B共重合体のスルホン基型強酸性樹脂を使用した。1.
3gのAlCl3 ・6H2 Oを水100gに溶解し、活
性珪酸液10.12kgに撹拌下添加した。このAlを
添加した活性珪酸液1.12kgに撹拌下モノメチルト
リエタノールアンモニウム水酸化物の20wt%水溶液
を120g添加しPH9.0とし、100℃に加熱して
15分間保持した。液温を100℃に保持したままAl
を添加した活性珪酸液を22g/分で9.0kg添加し
た。放冷後H+ 型のカチオン交換樹脂(ポリスチレン−
DVB共重合体のスルホン基型強酸性樹脂)を充填した
カラム中にシリカゾルを通してカチオンを除去し、28
%アンモニア水を添加してpHを9.4とし、限外ロ過
によりSiO2 =30wt%に濃縮後、このシリカゾル
の分析とBET比表面積の測定を行った。シリカゾルの
組成、BET比表面積を表1に実施例3として示す。
ニウム水酸化物で安定化したシリカゾルを作成し、放冷
後H+ 型のカチオン交換樹脂を充填したカラム中にシリ
カゾルを通してカチオンを除去し、アンモニアは添加せ
ずに限外ロ過によりSiO2 =30wt%に濃縮し酸性
のシリカゾルを得た。このシリカゾルの分析とBET比
表面積の測定を行った。シリカゾルの組成、BET比表
面積を表1に実施例4として示す。
で乾燥し乳鉢で粉砕したもの、及び電気炉中で所定温度
で3時間加熱した後、同じく粉砕したもの(いずれも粒
子径100〜500μmの範囲にあるもの)につき、フ
ローソープ2300型(島津製作所社製)を用いて測定
した。測定前の脱気条件は150℃、3時間である。 (2)%はwt%を示す。
含有量0.027wt%は初めのイオン交換で珪酸ソー
ダから抜けきらなかったNa2 Oである。実施例1のよ
うに第四級アンモニウム水酸化物を使用して粒子成長工
程を行ったものは、2回目のイオン交換時にもNaが除
去され、Na2 O成分の含有量は0.0079wt%に
なる。
工程を行ったものは、Naを大量に使用しているので、
当然2回目のイオン交換後にもNa2 O成分の含有量は
0.092wt%になる。
ダの添加によるAl成分の導入の耐熱性の向上が示され
ている。ただし、比較例2は2回目のイオン交換を行な
っていないためアルミン酸ソーダに基因するNaの存在
により、耐熱性は低い。
ニウムを使用した例で、極めて高い耐熱性が得られてい
る。
は、ナトリウム成分がSiO2 に対しNa2 Oとして
0.05wt%以下の実質的に含有しないために、15
0℃および1100℃で処理した焼成粉末の比表面積変
化率(R)が50%以下となり、セラミックや触媒など
の分野に用いるシリカゾルとしての性能を一段と向上さ
せることが可能になる。
ゾルの粒子成長工程でのアルカリ剤に第四級アンモニウ
ム水酸化物を使用するという極めて簡単な方法で、珪酸
ソーダからナトリウム成分がSiO2 に対しNa2 Oと
して0.05wt%以下の実質的に含有しないシリカゾ
ルを容易に製造することができる。
Claims (4)
- 【請求項1】 シリカゾル中のナトリウム成分がSiO
2 に対しNa2 Oとして0.05wt%以下の実質的に
含有しないシリカゾルであって、該シリカゾルを粉末と
したとき、次式(1) 【数1】 (式中、S1 はシリカゾルを150℃、3時間乾燥した
粉末及びS2 は乾燥粉末を1100℃、3時間焼成した
粉末のそれぞれのBET比表面積(m2 /g)を表わ
す)で示される比表面積変化率(R)が50%以下であ
ることを特徴とするシリカゾル。 - 【請求項2】 ナトリウム成分が実質的に含有しないシ
リカゾルはアルミナ成分がSiO2 に対しAl2 O3 と
して多くとも2wt%含有する請求項1記載のシリカゾ
ル。 - 【請求項3】 珪酸ソーダ水溶液をイオン交換により脱
Na+ して活性な珪酸溶液を得る第1工程、該珪酸溶液
に第四級アンモニウム水酸化物を添加した後、加熱熟成
してコロイド状珪酸を形成する第2工程、次いで該コロ
イド液を再びイオン交換により脱カチオン処理を施す第
3工程よりなることを特徴とするシリカゾルの製造方
法。 - 【請求項4】 第1工程又は第2工程で得られる活性な
珪酸溶液又はコロイド状珪酸にアルミニウム塩を添加す
る請求項3記載のシリカゾルの製造方法。
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