KR19980034990A - 다공성 실리카겔 분말의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 규산 알칼리와 무기산을 정량 펌프로 당량비를 조절하여 회전분무 수단을 사용하여 원료를 투입하고 최대한 균일 반응을 유도시킴으로써, 알칼리성 분위기에서 균질한 겔을 생성시켜 겔의 비표면적과 기공 부피가 각각 최소한 200m2/g, 1.4cc/g (질소 흡착) 이상이 되는 다공성 실리카겔의 합성이 가능하며, 또한 알칼리성 분위기에서 단시간 숙성을 함으로써 기공부피를 1.4 내지 3.5cc/g 정도로 크게 증가시켜 도료의 소광제 및 각종 필름의 첨가제(안티 블록킹제)에 적합한 다공성 실리카겔 분말을 합성하는 것을 특징으로 하며, 이를 위한 제조 장치를 제공하기 위한 것이다.
Description
본 발명은 다공성 실리카겔 분말의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 고순도 다공성 실리카겔 분말을 제조하기 위해 원료인 규산 알칼리 수용액과 산 용액을 회전 분무 형태로 투입 및 반응시켜 반응의 균질성을 확보하여 숙성 및 여과시간을 대폭 줄이고, 용도별 겔특성 제어가 용이한 다공성 실리카겔 분말의 제조방법 및 이를 위한 제조 장치에 관한 것이다.
다공성 실리카 분말은 기공율, 예를 들면 기공 용적, 기공 크기와 비표면적 및 입자 크기를 제어함으로써 각종 필름, 예를 들어 오디오, 비디오 및 포장용 필름 등의 점착 방지제, 도료의 소광제, 맥주용 흡착제, 치약의 점증제 및 연마제, 플라스틱 및 고무의 보강재 등 공업적으로 널리 사용되어 있으며, 또한 우수한 열적, 전기적 특성 및 물리 화학적 안정성이 좋아 응용 분야가 계속 늘어나고 있는 추세이다.
다공성 실리카 분말의 제조 방법으로는 1) 사염화 규소 등을 원료로 한 기상 분해법(일본특개소 58-410,313호, 소 62-3,011호), 2) 규소 알콕사이드를 이용한 솔젤법(일본특개소 63-166,777호), 그리고 3) 규산 알칼리와 산과의 중화 반응에 의해 제조하는 방법(미국 특허 제 4,675,122호, 일본특개평 3-23,487호) 등으로 크게 나눌 수 있다.
그러나, 상기 1)의 방법은 반응시의 유독성과 부식성, 그리고 입자 표면에서 만의 기공 형성 등의 단점이 있으며, 상기 2)의 방법은 고순도 분말을 얻을 수 있는 장점이 있으나 경제성의 문제가 있다. 상기 3)의 제조 방법은 원료 가격이 낮고, 취급이 용이하여 가장 널리 사용되고 있다. 이 방법에 의하면 규산 알칼리 수용액을 강산으로 중화하여 산성 분위기에서 실리카 졸을 생성시킨 다음 겔화시켜 수세 및 건조 후 용도에 따라 분쇄하여 다공성 분말을 제조하고 있다. 그러나, 이러한 방법에 의해 제조된 실리카 분말은 기공 부피(25 내지 0.4cc/g)가 적어 건조제 등 일부 용도로만 사용이 가능하며, 원료간의 혼합 반응을 적하법(Dropping)에 의해 실시하고 있으므로 원료인 규산 알칼리 용액의 농도가 20%이하이어야 하며, 원료간의 접촉이 국부적으로 이루어지므로 반응이 불 균일한 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하애 산성역에서 합성된 겔을 알칼리성 용액으로 장시간(약 60시간 이상)수열 합성시킨 뒤 다시 산 용액으로 약 10시간 이상 세척시킴으로 인해 불균일성을 극복하고, 기공 크기를 증가시켜 세공 용적을 1.2cc/g 이상으로 만드는 방법(일본특개평 2-289,670호)이 개발되었으나, 숙성 및 세척 시간이 길어 1회 공정이 2 내지 3일 이상 되어 대량 생산시 생산 장비의 규모가 커져 장비 가격 및 소요 면적이 크고, 제조 경비가 높으며, 고농도의 원료를 사용치 못하는 단점이 있다. 또한 용도별 겔특성을 조절함에 있어 과다한 시간이 소요되는 단점이 있다.
한편, 반응조 외부에 원료 반응 탱크를 설치하고, 그 안에서 원료를 분사 노즐을 통하여 분무하는 특허가 있으나, 별도의 탱크를 제작해야 하고, 탱크와 반응기와의 열결관 사이에 막힘 현상이 있을 수 있어 원료 투입시 농도 및 압력의 조절에 주의해야 하는 문제가 있다.
본 발명에서는 개선된 원료 투입 장치를 도입, 응용하여 별도의 반응 탱크없이 동일한 반응기내에서 회전 분무 방식으로 고농도의 원료를 투입, 혼합하여 원료 혼합의 균일 효과를 최대로 하고, 숙성 및 세척 공정을 대폭 줄이며, 용도별 다공성 분말의 균질도를 높여서 제품 생산시 롯드별 균일도를 높이고 또한 용도별 제품 생산 소요시간을 줄여 양산성이 향상되어 제조원가를 절감할 수 있는 다공성 실리카겔 분말의 제조 방법과 제조 장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 다공성 실리카겔 분말을 제조하는 반응 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 장치에서의 원형 원료 투입 노즐 및 투입판의 개략도이다.
도 3는 본 발명에 따른 원형 회전 분사판의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 원형 회전 분사판의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 또 다른 원형 회전 분사판의 개략도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10---- 반응조11---- 회전 분무 원료 투입 수단
12---- 투시창13---- 반응조 가열 자켓
14---- 온도 센서15---- pH 센서
16---- 교반기17---- 임펠러
18----- 방해판19---- 반응물 인출 밸브
20---- 규산 알칼리 용액 투입관
21---- 산 용액 투입관23---- 회전 분무 원료 투입 수단
24---- 회전판 속도 조절 모터
본 발명은 규산 알칼리 수용액과 무기산 용액의 원료를 서로 혼합 반응시켜서 실리카 졸을 생성시킨 다음 겔화시켜 조쇄, 세척, 건조 및 분쇄시켜서 다공성 실리카겔 분말을 제조하는 방법으로서, 그 개선점은 고농도의 규산 알칼리 수용액과 무기산 수용액 원료를 분사시키되 회전 분무 혼합 방식에 의해 균일하게 혼합 반응시켜서 합성한 실리카겔을 알칼리성 분위기 하에서 30분 내지 3시간의 단시간 내에 숙성시킨 뒤 세척, 건조 및 분쇄하여서 비표면적이 200 내지 900㎡, 기공 부피가 1.4 내지 3.5cc/g, 기공 크기가 10 내지 500Å인 다공성 실리카겔 분말을 제조하는 방법을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 규산 알칼리 수용액과 무기산 용액의 원료를 투입하고 분무하기 수단, 상기 분무된 원료를 혼합 및 교반에 의해 졸을 만들고 생성된 겔을 해쇄시키기 위한 수단, 상기 원료의 혼합 및 겔해쇄를 도와주기 위한 수단, 상기 원료의 혼합시 온도와 pH를 조절하고 측정하기 위한 수단 및 상기 해쇄된 겔을 배출하기 위한 수단을 포함하는 반응조로 이루어진 다공성 실리카겔 분말의 제조장치에서, 상기 원료를 투입하고 분무하는 수단은 각각의 원료를 상기 반응조 내부로 투입하기 위한 원료 투입관, 상기 투입관들과 연결되어 있으면서 하부면에 원료를 분사할 수 있는 노즐을 갖는 원형관, 상기 원형관의 노즐로부터 분사되는 원료를 혼합 반응시키기 위하여 고속으로 회전하도록 구성된 회전 분사판으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 규산 알칼리와 무기산을 정량 펌프로 당량비를 조절하여 회전분무 장치를 사용하여 원료를 투입하고 최대한 균일 반응을 유도시킴으로써, 알칼리성 분위기에서 균질한 겔을 생성시켜 겔의 비표면적과 기공 부피가 각각 최소한 200㎡/g, 1.4cc/g(질소 흡착)이상이 되는 다공성 실리카겔의 합성이 가능하며, 또한 알칼리성 분위기에서 단시간 숙성을 함으로써 기공부피를 1.4 내지 3.5cc/g 정도로 크게 증가시켜 도료의 소광제 및 각종 필름의 첨가재(안티 블록킹제)에 적합한 다공성 실리카겔 분말을 합성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 원료료 사용하는 규산 알칼리는 규산 소다 용액 또는 규산 칼륨 용액 등 여러 종류가 가능하나 대량으로 저가에 쉽게 공급받을 수 있는 규산 소다 용액을 사용하는 것이 좋다. 규산 소다 용액의 농도(실리카 기준)는 10 내지 28%까지 사용 가능하며, 10%이하는 희석비가 낮아 반응조가 커지는 단점이 있으며 28%를 초과할 경우에는 규산 소다 공급액의 원래 농도이므로 더 농축하여 사용하는 것은 무의미한다.
또한 사용되는 무기산으로는 황산, 염산, 질산 또는 초산 등 여러 가지 산을 사용할 수 있으나, 원료와의 반응성을 고려할 때 황산을 사용하는 것이 특히 효과가 있다. 이때 사용되는 적정 산 농도는 황산 4 내지 15%가 좋다. 산 농도를 4%미만으로 할때 반응을 균일하게 발생시킬 수 있는 장점이 있으나 반응조의 크기가 커지는 단점이 있으며, 농도가 15%를 초과할 경우 원료와의 충분한 혼합이 어려워 균일한 반응을 시키기 어렵다.
종래의 일반적인 제조방법은 원료와 강산과의 혼합을 급격히 반응시켜 산성 분위기에서 겔화시켜 케익상의 겔체를 제조한 후 조쇄시켜 세척 및 건조 후 분쇄를 거쳐 다공성 겔분말을 제조한다. 그러나, 이때 생성되는 겔체는 구조가 치밀하여 기공크기가 적고 (20 내지 40Å), 기공 부피(0.25 내지 0.4cc/g)가 적으며, 비표면적이 500 내지 800㎡/g으로 건조제 등으로 사용이 되나, 용도가 극히 제한된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 산성 분위기에서 합성한 실리카겔을 알칼리성 용액으로 장시간 세척시키거나, 수열 숙성을 시키는 방법을 사용하여 세공용적이 증가시키는 방법이 있으나, 제조시간이 2 내지 3일 이상이 되어 좋지 않다.
또한, 원료인 규소 소다의 농도가 높으면(SiO2, 20%이상) 중화 반응을 일으키는 산의 농도도 높아지며, 따라서 실리카겔 합성 반응시 원료인 규소 소다와 산의 혼합이 균일하게 이루어지지 않아 제품별 균질도가 떨어지며, 원료 자체의 점도가 높아져 원활한 원료 투입이 곤란하다. 또한 제품 생산시 롯드별 제품의 재현성이 없어 상품의 가치가 떨어지게 된다.
따라서, 본 발명에서와 같이 개선된 원료 투입 장치를 이용하여 규산 소다용액과 산 용액을 투입하면, 교반전 1차적으로 충분한 혼합이 가능하여 규산 소다의 농도를 실리카 농도 기준으로 28%까지 향상시킬 수 있으며, 별도의 혼합탱크의 설치없이 동일 반응기내에서 다공성 실리카겔 분말의 제조가 가능하게 된다.
본 바명에서 사용하는 다공성 실리카겔 분말 제조 장치는 도 1에 예시한 바와 같으며, 크게 반응조(10)와 회전 분무 원료 투입 수단(11)으로 구성되어 있다. 상기 반응조(10)와 회전 분무 원료 투입 수단(11)은 기본적으로 내산, 알칼리성이 있고 열에 견딜 수 있는 스테인레스로 제작하는 것이 바람직하다.
상기 반응조(10)의 상단에는 반응물을 육안으로 확인할 수 있는 투시창(12)이 장착되어 있으며, 열매유로 충진되어 있는 반응조 가열 자켓(13)이 상기 반응조(10) 외부를 감싸고 있다. 이 반응조 가열 자켓(13)에 의해서 반응조(10)의 온도 조절이 200℃까지 가능하게 된다. 상기 열매유는 도면에 나타낸 바와 같이 반응조 가열 자켓(13)의 하부에서 투입된 후 상부 배출구로 순환되도록 되어 있으며, 별도의 열매유 저장소에서 온도가 조절된다.
상기 반응조(10)의 하부 부근에는 온도 센서(14)와 pH 센서(15)가 설치되어 있어 반응조(10)내의 온도와 pH를 자동 측정하게 된다.
상기 반응조(10) 하부에 설치되어 있는 교반기(16)는 최대 150rpm까지 회전이 가능하여 원심 분무 혼합에 이어 2차 혼합 및 겔 해쇄가 가능하다. 또한 교반기(16)에는 임펠러(17)가 부착되어 있으며, 혼합의 효과를 증진시키기 위하여 2가지 형태, 패들이나 프로펠라형으로 제작할 수 있으며, 반응조(10) 내부에 충진된 혼합물 혹은 수화 겔을 충분히 교반 혼합시키게 된다.
상기 반응조(10) 내부면 양측에는 방해판(18)이 각각 설치되어 있으며, 이 방해판(18)은 혼합 및 겔해쇄시 그 효과를 증진시킬 수 있게 된다. 본 발명에서 사용하는 반응조(10)는 내부 청소 및 원심 분무판의 교체 및 수리를 위해 상판부를 들어올릴 수 있는 구조로 제작되어 있다.
또한, 상기 반응조(10) 하부에는 해쇄된 수화 겔을 인출할 수 있는 반응물 인출 밸브(19)가 설치되어 있으며, 세척 장비로의 수송이 가능하도록 되어 있다.
한편, 반응조(10)의 회전 분무 원료 투입 수단(11)은 도 2 내지 도 5에 확대하여 나타낸 바와 같이, 두개의 원료 투입관, 즉 규산 알칼리 용액 투입관(2)과 산 용액 투입관(21), 이것과 연결된 원형관(201, 211), 원형관 하부의 노즐 (202, 212), 그리고 회전판(23)으로 구성되어 있다.
원료 투입관인 규산 알칼리 용액 투입관(20)과 산 용액 투입관(21)을 통해 원료인 규산 알칼리 용액과 산 용액이 반응조(10) 내부로 들어오면서 도 2a에 예시한 바와 같이 이것과 연결되어 있는 각각의 규산 알칼리 용액 투입 원형관(201)과 산 용액 투입 원형관(211)으로 투입된다.
상기 원형관(201, 211)으로 투입된 원료들은 도 2b에 예시한 바와 같이 원형관(201, 211)의 밑면에 형성되어 있는 각각의 규산 알칼리 용액 투입 노즐(202)과 산 용액 투입 노즐(212)을 통해 반응조(10) 내부로 분사된다. 도 2b에서는 노즐(202, 212)이 각 8개씩 동일 간격으로 배치되어 있으나, 필요에 따라서 이들의 노즐 수를 조절할 수 있으며, 원료간의 혼합 효과를 증대시키기 위해 규산 알칼리 용액 투입 노즐(202)과 산 용액 투입 노즐(212)을 서로 엇갈리게 배열하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 회전 분사판(23)은 반응조(10)의 정부에 위치하는 모터(24)와 연결된 구동축(25)에 의해 구동되며 분당 약 600회 정도로 고속회전을 한다. 상기 회전 분사판(23)은 도 3에 예시한 바와 같이 원뿔형일 수 있으며, 구동축(25)과 나사식으로 조립하여 결합시킬 수 있다.
본 발명에서는 상기 회전 분사판(23)을 도 4와 도 5에 예시한 바와 같은 형상을 것을 사용할 수도 있다. 즉, 도 4a의 회전 분사판(23)은 원판 형상을 가지되 가장자리를 따라서 돌출부(231)가 일정 간격으로 돌출되어 있다. 도 4b는 상기 회전 분사판(23)의 평면도로서 중앙 부위는 구동축(25)과 나사식으로 결합되는 부위이고 가장 자리를 따라 돌출부(231)가 돌출되게 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명에서는 상기 회전 분사판(23)의 형상을 도 5a와 도 5b와 같이 속이 비여 있는 역원뿔 형상을 갖도록 하되 역시 그 비여 있는 내부면에 돌출부(231)가 돌출되게 형성되어 있는 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 원료간의 혼합은 도 1에 예시한 원료 반응 장치에 의해서 이루어지게 된다. 즉, 원료인 규산 알칼리 용액(10 내지 28% 실리카 기준)과 산 용액(4 내지 15%)이 원료 탱크에서 정량 펌프에 의해 각각의 원료 투입관(20,21)과 원형관(201, 202)을 통해서 투입 노즐(202, 212)에 의해 반응조(10) 내부로 투입되게 된다. 투입되는 원료는 고속으로 회전하고 있는 회전 분사판(23)에 충돌하면서 분산되면서 원료간의 1차 혼합 반응이 이루어진다. 상술한 바와 같이 규산 알칼리 용액과 산 용액의 투입관(20, 21)은 서로 엇갈리면서 배치되어 있으므로 혼합의 효과는 더욱 크게 될 수 있다. 이렇게 하여 1차 혼합 반응된 원료는 반응조(10) 하부에 위치하는 교반기(16)에 의해 회전하는 임펠러(17)에 의해서 2차 혼합이 이루어지게 된다.
회전 분무 원료 투입 수단에 의해 원료의 투입 및 분사가 이루어진 후 실리카 하이드로 젤을 제조하기 위해 규산 알칼리 수용액의 투입을 중지하고, 산 용액은 계속 투입하여 혼합물의 농도가 겔화 점에 이를 때 산 용액의 투입을 중단한다. 겔화 점은 대개 pH 10.8 내지 11.4의 범위에서 이루어진다. 이렇게 제조된 하이드로 졸은 수분 내에 하이드로 겔로 변한다.
생성된 하이드로 겔은 겔이 굳기 전에 가능한 강력한 교반에 의해 해쇄시켜 슬러리로 만든다. 이때 해쇄 시간은 20 내지 30분이 적당하다. 이렇게 하여 부분 중화 및 해쇄에 의해 생성된 겔 슬러리는 잔류 미반응 알칼리 성분을 제거하기 위해 산 용액(pH 2)을 재차 첨가하여 완전 중화시켜 순수한 실리카 겔슬러리를 제조한다. 완전 중화된 겔 슬러리는 알칼리 분위기에서 숙성하여 입자간 공극을 키움으로써 용도에 맞게 비표면적 및 기공부피의 조절이 가능하다. 알칼리 숙성시 사용되는 알칼리는 NaOH, NH4OH, HN3가스 등이 사용 가능하나, 불순물의 혼입 등의 이류로 암모니아수가 가장 좋다.
알칼리 숙성조건은 온도 60 내지 100℃, pH 7.5 내지 10.5의 범위에서 숙성 시간은 30분 내지 3시간이 좋으며, 원하는 특성에 따라 조건을 변화시켜 용도에 맞는 겔을 제조할 수 있다. 숙성 온도와 pH는 높을수록, 숙성 시간은 길수록, 비표면적은 감소하고 기공 부피는 증가하는 경향이 있다. 페인트용 소광제 및 필름용 점착 방지제의 경우, 온도 80 내지 95℃, pH 8.5 내지 9.0에서 30 내지 80분 숙성이 세공 용적이 1.2 내지 2.2cc/g, 비표면적이 250 내지 350㎡/g의 실리카겔 제조가 가능하다.
숙성 후 합성 슬러리는 원심 분리기에 의해 고액 분리된다. 고액 분리된 겔케익은 겔내에 잔류되어 있는 망초(Na2SO4) 등의 불순물을 제거하기 위해 원심분리기 내에서 세척이 이루어진다. 세척수는 공업용수, 혹은 순수 등이 사용될 수 있으며, 용도에 요구되는 품위에 따라 선택적으로 사용된다. 세척 효과를 증대시키기 위해 온수(50℃이상), 세척제(암모늄 카보네이트, 산성 용수 등을 사용할 수도 있다.
세척된 습윤 실리카 케익은 플래시 그라인딩 건조기를 사용하여 건조가 진행된다. 건조 방법 및 수단은 다양하지만 건조 시간이 길어지면 건조시 발생하는 건조 응력에 의해 기공 구조가 붕괴되므로 다공성의 실리카를 제조하기 위해서는 급속 건조가 필수적이다. 급속 건조기로는 진공 건조기, 분무 건조기, 플래시 그라인딩 건조기 등이 사용 가능하며, 수초내 건조가 이루어지고 대량 생산 및 연속 공정에 적합한 플래시 그라인딩 건조기가 적합하다.
건조된 건조 겔체는 용도에 맞는 입도에 따라 분쇄한다. 분쇄기로는 볼밀, 함마밀, 그라인드밀, 제트밀 등이 사용 가능하지만, 평균 입경 4㎛이하의 미세한 다공성 실리카 분말을 제조할 경우에는 제트 밀을 사용하는 것이 좋다.
본 발명은 회전 분무 원료 투입 수단을 사용하여 기공 부피 1.4 내지 3.5cc/g, 비표면적 200 내지 900㎡/g의 다공성이 큰 실리카 겔분말을 단시간 내에 제조가 가능하며, 또한 고농도(28%) 규산 알칼리 수용액을 사용할 수 있으면서도 원료인 규산 알칼리 용액과 산 용액의 균질 혼합도를 최대한 증가시켜 생산성 향상 및 제조원가를 낮출 수 있으며, 용도별 겔 특성 조절이 용이한 다공성 실리카겔 제조가 가능하다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
출발 물질로서 규소 소다 3호(실리카 농도 28%)와 황산(98%)을 사용하며, 황산의 경우 물로 희석하여 황산 수용액(6%)을 제조하였다.
스테인레스(SUS 361)로 제작되고, 내경이 640mm, 높이가 760mm, 용량이 250ℓ인 반응조 내에 설치되어 있는 직경이 400mm이고 밑면의 각도가 30도인 원뿔형의 회전 분사판과 직경이 400mm이고 프로펠러형의 임펠러가 장착된 교반기를 각각 분당 600회, 150rpm으로 가동시키면서 구경이 25mm이고 전체 직경이 각각 275mm, 300mm인 원형관과 직경이 5mm이고 8개의 노즐을 갖는 원료 투입 노즐을 통하여 2kg/㎠의 분사압으로 규산 소다 수용액 37.2ℓ와 황산 수용액 20.9ℓ를 4분간에 걸쳐 투입하였다.
투입이 끝난 후 황산 수용액(6%) 8.3ℓ를 추가 투입하여 실리카 하이드로겔을 생성시켰다. 이때의 반응 혼합물의 pH는 11이었다. 겔이 생성되자마자 강력한 교반에 의해 겔을 30분간 해쇄시켜 미세한 겔입자가 포함된 겔 슬러리를 제조하였다. 미반응된 알칼리 성분을 중화시키기 위하여 추가로 황산(6%)을 25.1ℓ투입하여 겔슬러리의 pH를 1까지 내렸다.
비표면적과 기공량을 조절하기 위해 완전 중화된 순수한 실리카겔 슬러리(pH 1)를 100℃로 승온한 뒤 암모니아수(28%) 9.5ℓ를 첨가하여 pH 10까지 증가시킨 뒤 1시간 유지하였다. 이어서, 합성 슬러리를 원심 분리기를 사용하여 고액 분리하였다. 고액 분리된 겔 케익을 약 70℃의 온수를 사용하여 세척하고, 수초 내에 건조가 이루어지도록 플래시 그라인딩 건조기를 이용하여 건조하여 다공성 실리카겔 분말을 제조하였다. 여기서 제조한 실리카겔 분말을 맥주용 흡착제용으로 사용하였으며, 다공성 실라카겔 분말의 비표면적, 세공 용적 및 기공 크기를 다음 표1에 나타내었다.
[실시예 2]
실시예 1에서 비표면적과 기공량을 조절하기 위하여 완전 중화된 겔 슬러리(pH 1)를 80℃로 승온한 뒤 암모니아수(28%) 10.82ℓ를 첨가하여 pH 9까지 증가시킨뒤 1시간 유지하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 다공성 실리카겔을 제조하였다. 여기서 제조한 실리카겔 분말을 필름용 첨가제 및 페이트용 소광제용으로 사용하였으며, 다공성 실리카겔 분말의 비표면적, 세공 용적 및 기공 크기를 다음 표 1에 나타내었다.
[실시예 3]
실시예 1에서 비표면적과 기공량을 조절하기 위하여 완전 중화된 겔 슬러리(pH 1) 를 상온(20℃)에서 암모니아수(28%) 8.5ℓ를 첨가하여 pH 8까지 증가시킨 뒤 1시간 유지하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 다공성 실리카겔을 제조하였다. 여기서 제조한 실리카겔 분말을 촉매용 담체용으로 사용하였으며, 다공성 실리카겔 분말의 비표면적, 세공 용적 및 기공 크기를 다음 표 1에 나타내었다.
[비교예 3]
규산 소다 3호(실리카 농도 28%) 용액 40kg을 물 16kg과 희석하여 실리카농도 약 20% 함유 수용액을 제조하였다. 또한 황산(98%) 1.5ℓ와 물 35ℓ를 희석하여 희석 황산 수용액(6%)을 제조하여 원료 투입 스프레이 노즐을 통해 규산 소다 용액 56kg과 황상 수용액 30.5ℓ를 6분간에 걸쳐 투입하였다. 투입이 끝난 후 나머지 황산 수용액 5ℓ를 반응조내에 부착되어 있는 분무 노즐을 통해 첨가하여 실리카 하이드로 졸을 생성하였다. 이때 반응 혼합물의 pH는 11.06을 나타내었다. 생성된 하이드로 졸은 수분내 겔로 변화하였으며, 이때 강력한 교반으로 겔을 해쇄시켜 미세겔이 포함된 슬러리를 제조하였다. 해쇄시간은 30분간 실시하였다. 다음 추가로 황산(6%)을 25.1ℓ투입하여 슬러리의 pH를 1까지 내렸다. 완전 중화된 겔 슬러리를 80℃로 승온한 뒤 암모니아수(28%) 10.82ℓ를 첨가하여 pH 9까지 증가시킨 뒤 1시간 유지한다. 이후 여과 분리 및 세척후 건조하여 다공성 실리카겔을 제조하였다. 여기서 제조된 다공성 실리카겔 분말의 비표면적, 세공 용적 및 기공 크기를 다음 표 1에 나타내었다.
[비교예 2]
규산 소다 3호(실리카 농도 28%) 용액 40kg을 물 16kg과 희석하여 실리카농도 약 20% 함유 수용액을 제조하였다. 또한 황산(98%) 6ℓ와 물 60ℓ를 희석 황산 수용액을 제조하여, 교반하면서 규산 소다 수용액에 첨가하였다. 첨가 후 혼합물의 농도는 pH 1.5이었다. 이렇게 제조된 하이드로 겔을 수분내 겔화되었다. 제조된 겔을 세공 용적을 증가시키기 위해 pH 8의 암모니아 수용액으로 10시간 세정 후 여과 분리 및 세척후 건조하여 다공성 실리카겔을 제조하였다. 여기서 제조된 다공성 실리카겔 분말의 비표면적, 세공 용적 및 기공 크기를 다음 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Claims (7)
- 규산 알칼리 수용액과 무기산 용액의 원료를 서로 혼합 반응시켜서 실리카 졸을 생성시킨 다음 겔화시켜 조쇄, 세척, 건조 및 분쇄시켜서 다공성 실리카겔 분말을 제조하는 방법에 있어서,고농도의 규산 알칼리 수용액과 무기산 수용액 원료를 분사시키되 회전분무 혼합 방식에 의해 균일하게 혼합 반응시켜서 합성한 실리카겔을 알칼리성 분위기 하에서 30분 내지 3시간의 단시간 내에 숙성시킨 뒤 세척, 건조 및 분쇄하여서 됨을 특징으로 하는 비표면적이 200 내지 900㎡, 기공 부피가 1.4 내지 3.5cc/g, 기공 크기가 10 내지 500Å인 다공성 실리카겔 분말의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 규산 알칼리 수용액의 농도는 실리카를 기준으로 하여 10 내지 28%로 하고, 무기산 수용액의 농도는 4 내지 15%로 하여서 사용하는 것을 특징으로 하는 다공성 실리카겔 분말의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 회전 분무 혼합 방식은 반응조 내부로 노즐을 통해 분사되는 상기 원료를 고속으로 회전하는 회전 분사판에 충돌시켜서 1차로 혼합시키고 추가로 교반기의 교반에 의해 2차로 혼합시키는 것을 특징으로 하는 다공성 실리카겔 분말의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 알칼리 숙성 온도는 60 내지 100℃의 온도에서 pH 7.5 내지 10.5의 범위에서 실시하는 것을 특징으로 하는 다공성 실리카겔 분말의 제조 방법.
- 규산 알칼리 수용액과 무기산 용액의 원료를 투입하고 분무하기 수단, 상기 분무된 원료를 혼합 및 교반에 의해 졸을 만들고 생성된 겔을 해쇄시키기 위한 수단, 상기 원료의 혼합 및 겔해쇄를 도와주기 위한 수단, 상기 원료의 혼합시 온도와 pH를 조절하고 측정하기 위한 수단 및 상기 해쇄된 겔을 배출하기 위한 수단을 포함하는 반응조로 이루어진 다공성 실리카겔 분말의 제조 장치에 있어서, 상기 원료를 투입하고 분무하는 수단은 각각의 원료를 상기 반응조 내부로 투입하기 위한 원료 투입관, 상기 투입관들과 연결되어 있으면서 하부면에 원료를 분사할 수 있는 노즐을 갖는 원형관, 상기 원형관의 노즐로부터 분사되는 원료를 혼합 반응시키는 위하여 고속으로 회전하도록 구성된 회전 분사판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다공성 실리카겔 분말의 제조 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 원료 투입관과 상기 원형관의 노즐은 원료간의 혼합 효과를 증대시키기 위하여 서로 엇갈리게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 다공성 실리카겔 분말의 제조 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 회전 분사판은 원뿔형, 가장자리에 일정 간격으로 돌출부를 갖는 원판형, 속이 빈 내부에 돌출부를 갖는 역원뿔형이며, 그 중앙 부위는 모터에 의해 회전하는 구동축과 나사식으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 다공성 실리카겔 분말의 제조 장치.
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1996
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