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KR20090034380A - 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 합성 광물 입자를 포함하는탈코스 조성물 제조방법 - Google Patents

실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 합성 광물 입자를 포함하는탈코스 조성물 제조방법 Download PDF

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KR20090034380A
KR20090034380A KR1020097003157A KR20097003157A KR20090034380A KR 20090034380 A KR20090034380 A KR 20090034380A KR 1020097003157 A KR1020097003157 A KR 1020097003157A KR 20097003157 A KR20097003157 A KR 20097003157A KR 20090034380 A KR20090034380 A KR 20090034380A
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조슬린느 페레
쎄드릭 레브르
싸빈느 쁘띠
올리비에 그로비
쟝-삐에르 보니노
디디에 아르쎄귀엘
알렝 데꺄로
에릭 페라즈
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뤼즈낙 외로쁘 에스아에스
쌩뜨레 나티오날 데 라 르세르쉬 생띠끄 (씨. 엔. 알. 에스)
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Abstract

본 발명은 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하며, 결정 및 판상 구조를 가지며, 식 (Si x Ge1- x )4M3O10(OH)2으로 표시되는 합성 광물 입자를 포함하는 탈코스 조성물 제조방법에 관한 것으로, 상기 식에서 M은 하나 이상의 이가 금속이며, 식 Mg y(1) Co y(2) Zn y(3) Cu y(4) Mn y(5) Fe y(6) Ni y(7) Cr y(8) 로 표시되고, x 는 간격 [0; 1]내 실수이다. 본 발법에 따라, 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 액체 상태의 식 (SixGe1-x)4M3O11,n'H2O의 겔은 300℃ 내지 600℃에서 일정 시간 동안 열수 처리되며, 상기 시간 및 온도는 제조될 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 광물 입자에 대해 원하는 입자 크기 및 구조 안정성에 따라 선택된다.
탈코스 조성물, 열수 처리, 합성 광물, 입자 크기, 구조 안정성

Description

실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 합성 광물 입자를 포함하는 탈코스 조성물 제조방법{METHOD FOR PREPARING TALCOSE COMPOSITIONS COMPRISING SYNTHETIC MINERAL PARTICLES CONTAINING SILICON, GERMANIUM AND METAL}
본 발명은 천연 탈크와 화학적으로 그리고 구조적으로 매우 유사한 입자 형태인 식 (Si x Ge1- x )4M3O10(OH)2의 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 합성 광물을 하나 이상 포함하는 탈코스 조성물의 제조방법에 관한 것이다. 상기 광물 입자의 입자 크기는 방법이 수행될 때 적용된 특정 파라미터에 의존적이며 수십 나노미터에서 10 마이크로미터에 이르기 까지 다양하나, 그 입자 크기의 분포는 실질적으로 단일모드(unimodal)이며 단순분산(monodisperse)을 나타낸다. 본 발명은 또한 본 발명 방법을 수행함으로써 수득되는 탈코스 조성물에 관한 것이며, 이 조성물은 천연 탈크와 매우 유사하거나 심지어 더 양호한 기계적, 화학적 성질을 가지며, 따라서 여러 분야에서 천연 탈크에 대한 대체물로 사용될 수 있다.
천연 탈크는 식 Si4Mg3O10(OH)2의 수화 마그네슘 실리케이트 광물로서, 중첩된 판 형태의 구조를 가지며; 각 판(lamina)은 두개의 역 사면체 층사이에 하나의 팔면체 층이 개재되어 구성되는 결정성 구조를 가진다.
탈크는 많은 산업 부문에서 본질적으로 미세 입자 형태로 사용되며, 열가소성제품, 엘라스토머, 종이, 도료, 니스, 직물, 금속, 의약품, 화장품, 위생식품 제품, 비료 등에서 불활성 충전제(화학적 안정성을 위해, 예를 들면 비싼 물질, 활성 물질을 희석하기 위해)로 또는 기능 보조제(예를 들면 다양한 물질의 특정 기계적 또는 전기적 성질을 보정/증강하기 위해)로서, 윤활제, 연화제, 소수제 등으로서 조성물에 혼합된다. 오일을 흡수하는 능력 또한 새로운 오염 조절 기술의 개발 측면에서 조명받고 있다.
이러한 응용에 있어서, 고순도이고 판성(lamellarity)이 높으며 미세한 입자가 바람직하고, 입자 크기 및 판분포는 좁은 것이 바람직한데, 이러한 것들이 최종 제품의 질을 결정하기 때문이다.
그러나 천연 탈크 블록으로부터 가루 조성물을 제조하기 위해 통상적인 그라인딩 기술 및 탈크 처리기술을 사용해서는 전술한 기준이 정확하게 조절될 수 없다.
현재 100% 순수한 천연 탈크 분할 고체 조성물은 존재하지 않는다; 조성물의 모든 입자가 화학식 Si4Mg3O10(OH)2의 조성을 갖는 것은 아니며, 따라서 이는 단지 이론에 불과하다. 천연 탈크의 순도 및 불순물의 성질(다소 높은 함량의 Fe, Al, F 및 미량의 Mn, Ti, Cr, Ni, Ca, Na 및/또는 K)은 모 매장물(parent deposit)에 의존한다.
마찬가지로 입자 크기(분말 입자의 미세 정도 및 입자 크기 분포)는 실질적 으로 사용된 기계적 그라인딩 기술 및 장비에 의존한다. 기계적 그라인딩에 의해 천연 탈크에서 수득한 분말은 일반적으로 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터의 입자 크기를 갖는다.
기계적 그라인딩은 입자 크기 분포에 있어 상당한 변동을 유발할 뿐 아니라 탈크의 점진적이고 상당한 구조적 열화를 초래하며, 그 결정 구조에서 수많은 결점이 생기게 한다. 그라인딩이 미세할 수록 원래 결정 구조는 더 많이 변경된다.
이와 관련해 천연 탈크 분말 조성물 NANOTALC®가 공지되어 있으며, 이는 강력한 기계적 그라인딩 방법에 의해 제조되며 70 내지 120 nm의 입자를 포함한다. 상기 광물의 결정 구조가 상당히 변경된 것은 차치하고, 자연 탈크에서 제조된 다른 조성물과 유사하게, NANOTALC®도 100% 순수하지는 않다.
게다가 합성 탈크 제조는 수년간 이론적이고 과학적인 연구 과제였으나, 만족할만한 실제적인 결과, 특히 산업적 스케일로 사용될 수 있는 정도의 질과 수익성을 갖는 결과는 산출되지 못했다.
간행물 Decarreau 등., 1989 ("Synthese et stabilite des stevensites kerolites et talcs, magnesiens and nickeliferes, entre 80 et 240℃" - R. Acad. Scie. Paris - t. 308, series II, p. 301-306)에는 적용된 작동 조건에 의존하여 다소 특이적인 스티벤사이트(stevensites), 케롤라이트(kerolites) 및/또는 탈크를 형성하는 방법을 개시하고 있다.
상기 방법은 소듐 메타실리케이트 용액 및 마그네슘(또는 니켈) 클로라이드 용액간의 반응에 의해 수득되는 초기 공침전물의 형성으로 시작된다. 이후 젤라틴성 점조도를 가지는 화학식 Si4Mg3O11,n'H2O (또는 Si4Ni3O11,n'H2O)의 고수화 실리콘금속겔을 수득한다. 원심분리 및 증류수 세척에 의해 상기 실리콘금속 겔로부터 공침전 반응에 따라 형성된 NaCl을 제거한다.
이후 상기 실리콘금속겔을 건조하여 상기 젤라틴성 조직의 고 수화 조성물을 화학식 Si4Mg3O11·nH2O를 갖는 고형 탈수 실리콘금속 조성물로 전환시키며, 상기 식에서 n은 고형 물질과 특히 안정한 복합체를 형성하는 물 분자를 가르키며, 이는 고형 물질의 기공내에 갇혀있다(여기에서 n<<n'이다). 상기 고형의 탈수 실리콘금속 조성물은 그라인딩/분말화되어 미세 분말로 되고, 이후 포화 수증기압에서 열수처리된다. 이를 위해 분말은 증류수에 분산된다(예를 들어 분말 200 mg을 30 cm3에 가함). 상기 혼합물을 내부를 폴리테트라플루오로에틸렌(테플론®)으로 라이닝 처리한 금속 오토클레이브 내에 위치시킨다. 2주일 내지 수개월 동안 열수처리를 지속하며, 처리 온도는 80℃ 내지 240℃로 다양하게 할 수 있다.
상기 간행물은 100℃ 이하의 온도에서 2주간 열수처리하였을때, 스티벤사이트가 형성됨을 개시한다. 110 내지 140℃의 온도에서는 케롤라이트가 산출되며, 170 내지 240℃의 온도에서는 탈크가 수득된다.
상기 방법으로 제조된 탈크에 대한 퇴행변이 실험결과(특히 135℃에서 수행됨), 상기 간행물 저자는 결정성 감소 및 케롤라이트 형성으로의 변이 특징으로 나 타나는 구조적 불안정성을 발견하였다.
따라서 상기 간행물 Decarreau 등., 1989에 개시된 열수 합성 방법에 의해서는 특히 결정성 및 열적 안정성에 있어 만족스러운 품질의 탈크 조성물이 수득되지 못한다.
본 발명은 양호한 판성 및 미세하고 저 분산의 입자 크기를 가지며 열적으로 안정한 결정 구조를 갖는 합성 광물 입자를 포함하는 고순도 탈코스 조성물을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 간단하며 신속하게 수행할 수 있고, 산업적 사용에 수반되는 각종 제한들과 양립될 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 다양한 응용 분야에서 천연 탈크 조성물에 대한 대체제로 사용될 수 있는 탈코스 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명에 의해 제안된 탈코스 조성물은 천연 탈크의 구조와 실질적으로 매우 유사한 결정성 및 판 구조를 갖는 광물 입자를 함유한다.
본 발명의 다른 목적은 합성 탈크 뿐 아니라 게르마늄-함유 탈크 아날로그, 즉 천연 탈크와 결정 구조는 유사하나 결정 격자의 일부 Si4+ 양이온이 Ge4+ 양이온으로 대체된 화합물의 제조에 사용될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
유사하게, 본 발명은 천연 탈크와 비교시 특정 색조 및/또는 전기 및/또는 열 전도성질을 갖는 입자를 포함하는 탈코스 조성물의 제조를 허용하는 방법을 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명은 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하며, 결정 구조 및 판상 구조를 가지며, 식 (Si x Ge1- x )4M3O10(OH)2으로 표시되는 합성 광물 입자를 포함하는 조성물, 즉 탈코스 조성물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 식에서
- M은 하나 이상의 이가 금속이며, 식 Mg y(1) Co y(2) Zn y(3) Cu y(4) Mn y(5) Fe y(6) Ni y(7) Cr y(8) ;으로 표시되고, 각 y(i) 는 간격 [0; 1]내 실수로서,
Figure 112009009482972-PCT00001
를 만족하며; y(i) 는 하기 비율을 나타내며:
Figure 112009009482972-PCT00002
- x 는 간격 [0; 1]내 실수이며; 하기 비율에 해당한다:
Figure 112009009482972-PCT00003
본 발명에 따른 방법은 식 (Si x Ge1- x )4M3O11,n'H2O의 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔을 액체 상태에서 열수처리(hydrothermal treatment)하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 열수처리는 300℃ 내지 600℃의 온도에서 제조될 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 광물 입자에 요망되는 입자 크기 및 구조적 안정성에 따라 선택되는 시간 동안 수행된다.
본 발명에 따르면, 상기 열수 처리될 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 출발 제품은 겔의 형태, 즉 젤라틴성 점조도를 갖는 고 수화 물질이다. 이러한 요변성 행동으로 인해 상기 겔은 단순한 기계적 교반에 의해 액체로 될 수 있다.
본 발명에 따라 상기 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 겔의 열수 처리를 수행하기 위해, 추가적으로 물을 첨가하여 고체 분획(출발 겔, 최종 제품, 중간 제품)의 하소를 예방할 수 있다. 물을 추가할 필요 및 하소를 피하기 위해 가해져야 할 물의 최소량은 실질적으로 초기 겔의 수화 정도, 처리 온도 및 처리 지속 기간에 의존한다.
열수 처리는 하루 내지 수일 동안 지속할 수 있으며, 최종적으로 얻어지는 합성 물질의 결정성에 중요하게 영향을 미친다.
따라서, 본 발명은 아래와 같은 중요하고 놀라운 발견의 결과물이다:
- 첫째, 비교적 고온(간행물 Decarreau 등., 1989에서 추천된 110-240℃에 비하여)인 300℃ 내지 600℃에서 열수처리를 수행하는 경우 천연 탈크와 매우 유사한 구조적 특징(특히 판성, 결정성) 및 우수한 열적 안정성을 갖는 합성 광물 입자가 형성된다.
- 둘째, 본 발명에 따른 방법은 특히 선택된 온도에 의존하여, 극히 간단한 방식으로 안정하고, 순수하며, 크기 및 결정 특성이 매우 정확하게 정의되고 예측가능한 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 합성 광물 입자의 제조가 가능하다.
바람직하게 본 발명에 따르면, 상기 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔의 열수 처리는 오토클레이브에 의해 수행된다. 티타늄이나 스테인레스 스틸 내부 라이닝이 된 스틸 오토클레이브(steel autoclave)가 바람직하게 사용된다.
바람직하게 본 발명에 따르면, 상기 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔을 가지고 있는 오토클레이브에, 처리온도까지 상승된 오토클레이브 내부에서 포화증기압을 생성하기에 충분한 양의 물(바람직하게 증류수)을 가한다.
바람직한 본 발명의 변형 실시예에 따르면, 상기 열수처리는 16 바(bar)로 조절된 압력에서 수행된다.
바람직하게 본 발명에 따르면, 상기 열수 처리는 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하며, 액체/고체 비율이 0.83인(여기에서, 액체량은 cm3 로 표시되며, 고체 양은 그램으로 표시됨) 액화 겔(liquefied gel)에 수행된다. 필요한 경우, 상기 비율을 성취하기에 적당한 양의 물을 상기 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 액화 겔에 첨가할 수 있다.
바람직하게 본 발명에 따르면, 상기 열수처리는 교반하면서 수행된다. 이를 위해 예를 들면 오토클레이브내에 막대 자석을 위치시킬 수 있다.
본 발명에 따른 열수 처리가 끝날 때 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 합성 광물 입자를 포함하는 콜로이드성 용액의 형태인 탈코스 조성물이 수득된다. 상기 합성 광물 입자는 물 용액에서 다소 서로에 대해 개별화된 상태 또는 서로 결합되는 단위 합성 광물 입자로 형성되는 조 응집물로 배열된 상태로 존재할 수 있다. 이러한 기초적인 입자의 입자 크기는 열수처리 온도에 의존하여 수십 나노미터 내지 10 마이크로미터로 다양할 수 있으며, 상기 열수처리 온도는 300℃ 내지 600℃에서 선택된다.
바람직하게 본 발명에 따르면, 상기 열수 처리 후 콜로이드성 탈코스 조성물을 회수하고, 상기 콜로이드성 탈코스 조성물을 건조하고 이어 기계적으로 그라인딩하여 실리콘, 게르마늄 및 금속을 포함하는 개별화된 광물 입자를 포함하는 탈코스 조성물을 수득한다. 상기 조성물 응집체는 개별화된 단위 입자로 된다. 이러한 단위 입자의 크기 분포는 실질적으로 단일 모드(unimodal)이며, 단순분산(monodisperse)을 나타낸다.
바람직하게 본 발명에 따르면, 건조는 예를 들면 60℃에서 하루 또는 이틀 동안 오븐에서 수행된다. 바람직하게 상기 그라인딩은 기계적으로 수행되는데, 예를 들면, 탈코스 조성물이 오염되는 위험을 피하기 위해 바람직하게 마노로 제조된 절구를 사용하여 기계적으로 수행된다.
바람직하게 본 발명에 따르면, 상기 열수 처리는 300℃에서 3일간 수행된다. 최종적으로 입자 크기가 20 nm 내지 100 nm인 단위 입자들이 수득된다.
바람직하게 본 발명에 따라, 상기 열수처리는 400℃에서, 1.5일간 수행된다. 최종적으로 입자 크기가 3 ㎛인 단위 입자들이 수득된다.
바람직하게 본 발명에 따라, 상기 열수처리는 500℃ 내지 600℃에서 하루(즉 약 24시간) 수행된다. 생성된 합성 광물 입자는 수 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터의 입자 크기를 갖는다.
본 발명은 이렇게 제조된 탈코스 조성물에 관한 것이며, 이는 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 합성 입자를 포함하는 콜로이드성 용액의 형태-예를 들면 개별적인 형태로 액체내에서 분산되어 존재하는 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 합성 입자 조성물- 또는 고체 탈수 조성물의 형태로 존재할 수 있으며, 상기 고체 탈수 조성물에서 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 합성 입자는 응집물로 배열되거나 개별적인 단위 입자로서 분산되어 존재한다.
특히 이들 조성물은 광물 고체 입자들이 모두 동일한 화학적 실체를 갖는다. 본 경우 이들은 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하며, 식 (Si x Ge1- x )4M3O10(OH)2에 해당하는 합성 광물 입자들이다. 상기 식에서,
- M은 하나 이상의 이가 금속이며, 식 Mg y(1) Co y(2) Zn y(3) Cu y(4) Mn y(5) Fe y(6) Ni y(7) Cr y(8) ;으로 표시되고, 각 y(i) 는 간격 [0; 1]내 실수로서,
Figure 112009009482972-PCT00004
를 만족하며,
- x 는 간격 [0; 1]내 실수이다.
본 발명에 따라 제조될 수 있는 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 합성 광물 식 (Si x Ge1- x )4M3O10(OH)2에서, Si 및 Ge는 결정 격자의 사면체위치 (tetrahedral site)를 점유하는 실리콘 이온 및/또는 게르마늄 이온을 지칭한다. M은 팔면체 위치(octahedral sites)의 2가 금속이온(예컨대, Mg2+, Co2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+, Ni2+ 및/또는 Cr2+)을 지칭한다.
따라서, 본 발명의 범위내 탈코스 조성물로서, 예컨대 합성 탈크 조성물을 들 수 있다; 광물 입자는 화학식 Si4Mg3O10(OH)2에 해당한다.
이들은 탈크 조성물과 유사한 조성물, 예를 들면 소위 "게르마늄-함유"조성물, 즉 탈크와 결정 구조는 유사하나 사면체 위치의 Si4+ 양이온의 일부가 Ge4+ 양이온으로 대체된 입자를 포함하는 조성물일 수 있다. 유사하게 이들은 소위 "유도된" 또는 "기능화된" 조성물일 수 있으며, 천연 탈크 입자에 비교하여 물리적 성질, 특히 광학적 성질 및/또는 전기적 성질이 개선된 입자를 얻기 위해, 예를 들면 팔면체 위치의 마그네슘 이온이 다양한 비율로 다른 2가 양이온으로 대체된 조성물일 수 있다.
X-선 회절 및 적외선 분광법에 의해 분석한 결과, 본 발명에 따른 화학식 Si4Mg3O11,n'H2O의 실리코 금속겔(즉 실리콘, 게르마늄 및 금속을 포함하는 식 (Si x Ge1- x )4M3O11,n'H2O 의 겔(상기 식에서, x는 1이고, M은 마그네슘))에 직접 열수처리를 수행함으로써 합성 탈크 콜로이드 조성물이 생성되며, 상기 분산된 입자는 천연 탈크와 특히 결정성 및 판성에서 매우 유사하다는 것을 보여주었다(이러한 발견은 특히 중간-적외선 투과 스펙트럼 및 근적외선 확산 반사 스펙트럼에 기초하여 이루어졌다).
이들 분석은 특히 본 발명의 방법이 일반적으로 본 발명의 모든 실리콘, 게르마늄 및 금속을 포함하는 식 (Si x Ge1- x )4M3O11,n'H2O 에 해당하는 겔에 적용될 수 있음을 보여준다. 본 발명의 방법에 의해 실리콘, 게르마늄 및 금속을 포함하는 식 (Si x Ge1- x )4M3O10(OH)2 의 합성 금속 입자를 포함하는 탈코스 조성물을 합성할 수 있으며, 상기 입자는 천연 탈크와 매우 구조적으로 유사하다. 상기 실리콘, 게르마늄 및 금속을 포함하는 합성 광물 입자는 중첩된 막 형태의 나노미터 구조체를 가지며; 각 막은 두 개의 역 사면체층(Si4+ 및/또는 Ge4+ 이온에 의해 점유됨)사이에 개재된 하나의 팔면체층(이가 금속 이온에 의해 점유됨: Mg2+, Co2+, Zn2+, Cu2+, Mn2+, Fe2+ 및/또는 Ni2+)으로 구성되는 결정 구조를 갖는다.
그러나 본 발명에 따라 제조된 합성 탈크 조성물 즉 식 (Si x Ge1- x )4M3O10(OH)2 (여기에서, x 는 1이고, M은 마그네슘이다)의 탈코스 조성물은 순도에 있어서 천연 탈크 조성물과 다름이 주목되어야 한다. 본 발명에 따른 합성 탈크 조성물에서, 광물 입자는 전적으로 화학식 Si4Mg3O10(OH)2의 입자이다. 그러나 현재까지도 천연 탈크에서 제조된 가루 조성물로서 100% 순수한 것은 존재하지 않는다.
특히 X-선 회절의 경우, 해당 회절도는 (001)면에 상응하는 9.40-9.70 Å 거리에 위치하는 특징적인 회절 피크를 나타낸다. 천연 탈크의 경우, 상응하는 회절 피크는 9.35 Å 거리에 위치한다.
유사하게, 본 발명에 따른 합성 탈크 조성물에서, 합성 광물 입자는 모두 양호한 질의 결정성 및 극히 미세한 입자 크기를 나타내며, 입자 크기는 10 마이크로미터를 초과하지 않는다. 바람직하게 본 발명에 따른 탈코스 조성물의 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 합성 입자는 10 nm 내지 10 ㎛의 단일 모드이며 단순 분산 분포의 입자 크기를 갖는다.
그러나 현재의 그라인딩 기술로는 이러한 미세성을 갖는 입자(10 내지 200 nm)는 천연 탈크로부터 오직 극심한 "무정형화"(amorphization; 결정성의 감소)에 의해서 수득될 수 있다. X-선 회절에서, 이러한 무정형화는 특징적인 회절 피크, 특히 (001)면에 대해서는 9.35Å, (020)면에 대해서는 4.55Å, (003)면에 대해서는 3.14Å 및 (060)면에 대해서는 1.52Å에 위치하는 피크의 강도 감소로 나타난다.
본 발명에 따른 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 광물은 X-선 회절 방법 뿐 아니라, 적외선 분석에 의해서도 천연 탈크 및 예컨대 케롤라이트, 스티벤사이트, 스멕타이트(smectites)와 같은 필로실리케이트(phyllosillicate)에 대해 동정할 수 있다.
본 경우에 있어 본 발명에 따른 탈코스 조성물은 바람직하게 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 그 합성 광물 입자의 결정 및 판구조에 의해 동정될 수 있으며, X-선 회절 분석시 하기의 특징적인 회절 피크를 갖는 회절도가 수득된다:
- (001)면에 대해 9.40-9.68 Å 거리에 위치하는 피크;
- (020)면에 대해 4.50-4.75 Å 거리에 위치하는 피크;
- (003)면에 대해 3.10-3.20 Å 거리에 위치하는 피크;
- (060)면에 대해 1.50-1.55 Å 거리에 위치하는 피크.
바람직하게 본 발명에 따르면, (001)면의 회절 피크가 9.55-9.65 Å 거리에 위치한다.
상기 광물 입자는 극히 미세한 입자 크기, 높은 결정 안정성과 순도를 가지며, 많은 응용 분야에서 종래의 탈크에 대한 대체제로 역할 할 수 있는 이외에도, 본 발명에 따른 일부 탈코스 조성물은 이가 금속 이온의 성질(Mg2+, Co2+, Zn2+, Cu2+, Mn2+, Fe2+, Ni2+, Cr2+) 및 결정 격자내에서 이들의 비율에 따라 다소 강한 색조(color shade)를 나타내는 특징을 갖는다.
예를 들면, 본 발명에 따른 탈코스 조성물은 결정 격자의 팔면체 위치의 점유에 있어, Mg2+ 양이온 (통상의 탈크의) 보다 최소한 부분적으로 Ni2+ 양이온이 우선되는 경우, 강한 녹색이나 약한 녹색을 나타낸다.
유사하게, 결정 격자의 팔면체 위치가, 최소한 부분적으로
- Co2+ 양이온에 의해 점유될 때, 탈코스 조성물은 다소 현저한 분홍색을 가지며,
- Cu2+ 양이온에 의해 점유될 때, 탈코스 조성물은 다소 현저한 청색을 가지며,
- Mn2+ 양이온에 의해 점유될 때, 탈코스 조성물은 쵸코렛색을 가지며,
- Fe2+ 양이온에 의해 점유될 때, 탈코스 조성물은 회색에서 녹빛까지 다양한 색을 가지며,
- Zn2+ 양이온에 의해 점유될 때, 탈코스 조성물은 흰색을 가지며,
- Cr2+ 양이온에 의해 점유될 때, 탈코스 조성물은 녹색에서 청색에 이르기까지 다양한 색을 가진다.
바위 형태의 천연 탈크는 다양한 색(녹색, 분홍색, 벌꿀색 등)을 나타내지만, 이를 미세한 입자로 그라인딩한 경우에는 항상 흰색 분말 산물이 산출된다는 것이 주목된다. 천연 탈크 블록의 색은 실제로 물질의 화학적 조성에 특이적인 채색 중심에 기인하는 것이 아니라, 탈크 입자의 서로에 대한 특정한 배열에 기인하며; 따라서 미세한 입자로 그라인딩하는 경우 전부 균일해져 색을 잃게 된다.
본 발명에 의해 구성 합성 광물 입자는 극히 미세하면서도 색채를 띠는 탈코스 조성물을 얻을 수 있다.
유사하게, Mg2+ 양이온을 다른 2가 양이온으로 대체하는 동일한 원리에 기초하여, 결정 격자의 팔면체 위치를 점유하기 위해 선택되는 2가 양이온에 의존하여, 본 발명에 따른 탈코스 조성물은 그 전기적 및/또는 열적 전도성에 있어 천연 탈크 조성물과 현저히 상이하다.
본 발명에 따른 탈코스 조성물은 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 합성 입자가 서로 결합하여 응집물을 형성하는, "벌크(bulk)" 형태로 존재할 수 있다. 이러한 탈코스 조성물은 특히 그라인딩 순서를 수행하기 전 본 발명에 따른 열수처리로부터 직접 수득할 수 있다.
본 발명에 따른 탈코스 조성물은 바람직하게 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 합성 입자가 개별화되어(individualized), 가루 및 탈수 조성물 형태로 존재할 수 있다. 이러한 입자의 분말 성질에서 볼때, 입자 크기가 작기 때문에(수십 나노미터 내지 10 마이크로미터), 이들은 사용되기전에 바람직하게 보존 목적으로 용액상으로 될 수 있다. 이러한 맥락에서 본 발명에 따른 탈코스 조성물은 바람직하게 콜로이드성 조성물의 형태이다.
특정 일 실시예에 따라, 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 출발 겔은 바람직하게 하기 물질간의 공침전 반응에 의해 제조된다:
- 염산 용액의 존재하에,
- 소듐 메타실리케이트(Na2OSiO2) 용액 및 소듐 메타게르마네이트(Na2OGeO2) 용액에서 선택되는 하나 이상의 염용액을 포함하는 액체 조성물; 상기 두 용액의 각량은 상기 액체 조성물이
Figure 112009009482972-PCT00005
,
Figure 112009009482972-PCT00006
의 몰농도비율을 갖도록 선택된다; 및
- 염화 마그네슘(MgCl2), 염화 니켈(NiCl2), 염화 코발트(CoCl2), 염화 아연 (ZnCl2), 염화 구리(CuCl2), 염화 망간(MnCl2), 염화철(FeCl2), 염화 크롬(CrCl2) 중에서 선택되는 하나 이상의 이가 염화 금속을 포함하는 염화 금속 용액(MCl2); 상기 각 염화 금속의 몰농도는
Figure 112009009482972-PCT00007
이다.
상기 과정 중에, 하기 화학 반응이 수행된다:
Figure 112009009482972-PCT00008
m, n' 및 (m-n'+1)은 양의 정수이다.
이러한 타입의 겔의 제조는 공지되어 있고, 예로서, 간행물 Decarreau 등., 1989 ("Synthese et stabilite des stevensites, kerolites and talcs, magnesiens et nickeiferes, entre 80 et 240℃"-R. Acad. Scie. Paris-, t. 308, series II, p. 301-306)에 주어진 지시를 따를 수 있다.
바람직하게 실제로 식 (Si x Ge1- x )4M3O11,n'H2O의 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 겔을 제조하기 위해, 하기 반응을 연속하여 수행할 수 있다:
- 염화 마그네슘(MgCl2), 염화 니켈(NiCl2), 염화 코발트(CoCl2), 염화 아연 (ZnCl2), 염화 구리(CuCl2), 염화 망간(MnCl2), 염화철(FeCl2), 염화 크롬(CrCl2) 중에서 선택되는 하나 이상의 흡습성 염화 금속 결정 조성물 적량을 1 부피의 물에 용해시키고, 염산(HCl)을 가하여 산성 염화 금속 조성물(MCl2,nH2O)을 제조하는 단계;
- 소듐 메타실리케이트 및 소듐 메타게르마네이트에서 선택되는 하나 이상의 염을 적절한 부피의 물에 용해시켜 액체조성물을 제조하는 단계;
- 상기 두 수성 조성물을 선택된 비율로 혼합(탈크 (Si-Ge)4/M3의 화학양론)하여 공침전 겔의 형성을 유발하는 단계.
사용되는 다양한 시약의 양은 후속되는 공침전 반응에서 Na+ 및 Cl- 이온이 등몰량(equimolar amount)으로 존재하도록 선택된다. 형성된 염 용액(Na+ , Cl- )은 액체/고체 분리를 수행함으로써 간단하게 제거될 수 있다.
일단 공침전이 일어나면, 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔은 예를 들어 원심분리나 여과에 의해 회수하고 본 발명에 따른 열수 처리를 시행한다. 이러한 방식으로 공침전 겔을 회수함으로써, 동시에 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 광물 입자의 성공적인 결정화에 특히 유해한 Na+ 및 Cl- 이온을 제거한다.
바람직한 본 발명에 따르면, 공침전 겔을 회수하고, 이를 증류수로 1회 이상 세척하여 반응에서 형성된 모든 Na+ 및 Cl- 이온을 제거한다. 이러한 세척은 삼투처리된 물 또는 단순히 수도물로 수행될 수 있다.
본 발명은 또한 탈코스 조성물 제조 방법 및 전술한 또는 후술할 특징들을 모두 또는 일부 조합하여 갖는 것을 특징으로 하는 탈코스 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적, 이점 및 특징은 첨부하는 도면과 하기 기재 및 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 세개의 서로 다른 탈코스 조성물에 대한 중-적외선 범위에서 기록된 세개의 흡수 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 2는 선행한 스펙트럼에서 3850 cm-1 내지 3500 cm-1영역 부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 3은 전술한 세개의 합성 광물 조성물의 근-적외선 범위에서 기록된 흡수 스펙트럼의 6000 cm-1 내지 8000 cm-1 영역을 도시한 것이다.
도 4 및 도 5는 전술한 세 합성 광물 조성물 및 제4의 특정 합성 광물 조성물의 RX 회절도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 합성 탈크 조성물의 주사전자현미경 사진이다.
도 7, 8, 9a 및 9b는 본 발명에 따른 세 특정 조성물의 합성 광물 입자가 나노미터 크기를 가지며 실질적으로 단일 모드 및 단순 분산 분포를 가짐을 보여주는 투과전자현미경 사진이다.
A - 본 발명에 따른 탈코스 조성물 합성을 위한 일반적인 프로토콜
1- 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔의 제조
실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔은 하기 반응식에 따른 공침전에 의해 제조된다:
Figure 112009009482972-PCT00009
이러한 공침전 반응에 의해, 탈크 화학양론 (3 M에 대해 4 Si/Ge)을 갖는 실리콘, 게르마늄, 금속 함유 수화 겔을 수득할 수 있다. 이는 하기에서 출발하여 수행된다:
1. 5 수화된 소듐 메타실리케이트 수성 용액 또는 소듐 메타게르마네이트 수성 용액 또는 x:(1-x) 몰 비율의 상기 두 용액의 혼합물
2. 증류수에 희석된 하나 이상의 염(흡습성 결정 형태)으로 제조된 염화 금속 용액, 및
3. 1N 염산 용액.
실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔은 하기 프로토콜에 따라 제조된다:
1. 염산 용액 및 염화 금속 용액을 혼합하고,
2. 상기 혼합물을 소듐 메타실리케이트 및/또는 메타게르마네이트 용액에 가하고; 공침전 겔이 즉시 형성되고,
3. 원심분리(최소 1분당 3000 내지 7000 속도로 15분간)로 겔을 회수하고, 상등액(형성된 염화 나트륨 용액)을 제거하고,
4. 상기 겔을 증류수 또는 삼투처리된 물 또는 수도물로 세척한다(최소한 2회의 세척/원심분리 사이클이 필요하다).
이러한 제1상이 끝난 후, 고도로 수화된 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔 (Si x Ge1- x )4M3O11,n'H2O,이 수득되며, 이는 젤라틴성 점조도를 가진다. 상기 겔은 요변성(thixotropic behavior)을 가지며, 즉 교반시 점성 상태에서 액체 상태로 통과하며, 약간의 휴식 기간이 지나면 초기 상태로 돌아간다.
2- 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔의 열수 처리
상기와 같이 수득된 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔을 300 ℃ 내지 600 ℃의 온도에서 열수처리(hydrothermal treatment)한다.
이를 위해:
1. 액화 형태의 겔을 반응기/오토클레이브내에 위치시킨다; 이때 액체/고체 비율은 임의로 0.83(액체량은 cm3 로 고체량은 그램으로 표시)로 조정한다;
2. 상기 반응기/오토클레이브를 오븐내 위치시키며, 처리 동안 반응 온도(300 ℃ 내지 600 ℃로 확립됨)로 둔다.
본 발명자들은 입자의 입자 크기가 열수 처리의 온도에 의존적임을 발견하였다. 온도가 낮을 수록 합성된 입자는 작았다(300℃에서는 수십 나노미터인 반면, 600℃에서는 약 십 마이크로미터이었다).
본 발명자는 또한 합성된 입자의 결정성 및 열적 안정성은 처리 시간에 의존적임을 발견하였다. 열수 처리는 초기의 젤라틴성 덩어리가 결정화되고 열적으로 안정한 고체 물질로 전환되기에 충분할 정도로 지속되어야 한다.
열수 처리 동안, 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔은 점차 젤라틴성 점조도를 소실하고 특정한 결정 구조로 되며, 그 결정성은 시간이 흐름에 따라 증가된다. 이러한 점진적인 물질의 결정화는 X-선 회절 분석에 의해 검출될 수 있으며, 해당 회절도에서 특징적인 피크의 외양이 더욱 날카로와지고 처리가 계속 되는 동안 강화되는 것으로 나타난다.
열수 처리는 물 내에 분산되는 실리콘, 게라늄 및 금속 함유 입자를 포함하 는 콜로이드성 탈코스 조성물을 산출한다. 열수 처리 종말에는:
3. 반응기 함유물을 여과하여 이로부터 고형상을 회수하고,
4. 상기 고체 조성물을 오븐내 60℃에서 하루 동안 건조하고,
5. 건조 후 상기 고체 조성물을 마노 절구(agate mortar)를 사용하여 그라인딩한다.
최종적으로 분리된 고체 조성물을 수득하며, 색은 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔의 제조에 사용된 염화 금속의 성질(및 적절한 경우, 이들 염화 금속의 각각의 비율)에 의존한다.
B-수득된 일부 산물의 구조 분석 및 특성화
전술한 프로토콜에 따라 수득된 다양한 탈코스 조성물 중 일부에 대한 분석 결과를 하기에 기술하였다. 이러한 결과는 본 발명에 의해 천연 탈크와 매우 유사한 구조적 특징(특히 판성 및 결정성)을 갖는 합성 광물 입자를 효과적으로 형성할 수 있음을 확인해 준다. 이들은 또한 특히 온도 및 시행 시간을 선택하여 본 발명을 실시함으로써, 안정하고 순수하며, 잘 정의되고 예측가능한 크기 및 결정 특성을 갖는 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 합성 광물 입자를 극히 간단하게 제조할 수 있음을 보여준다.
이들 분석은 특히 적외선 투과 분광법, X-선 회절 및 전자 현미경하 관찰에 의해 수행되었다. 수득된 데이타는 도면과 함께 나타내었으며 하기에 개시되었다.
1-적외선 분석
참조로 천연 탈크의 적외선상에서 특징적인 진동 밴드는 하기와 같다(분해능 4 cm-1):
- 3678 cm-1 : Mg3-OH 결합 진동;
- 1018 cm-1 : Si-O-Si 결합 진동;
- 669 cm-1 : Mg-O-Si 결합 진동;
- 7185 cm-1 : Mg3-OH 결합 진동.
도 1 및 3은 각각 하기의 세 탈코스 조성물에 대한 중-적외선 범위 및 근-적외선 범위에서 수행된 분석 결과를 도시한 것이다:
- 300℃에서 3일간 열수 처리 하여 상기 전술한 방법(팔면체 위치 양이온으로서 Mg2+사용)으로 제조한 식 Si4Mg3O10(OH)2의 합성 탈크 조성물(본 화합물은 도면에서 탈크 Mg 300℃로 표시),
- 300℃에서 3일간 열수 처리 하여 상기 전술한 방법(팔면체 위치 양이온으로서 Ni2+ 사용)으로 제조한 식 Si4Ni3O10(OH)2의 합성 탈크 조성물(본 화합물은 도면에서 탈크 Ni 300℃로 표시),
- 300℃에서 3일간 열수 처리 하여 상기 전술한 방법(팔면체 위치 양이온으 로서 Co2+ 및 Ni2+를 동일한 몰 비율로 사용)으로 제조한 식 Si4(Co0.5Ni0.5)3O10(OH)2의 합성 탈크 조성물(본 화합물은 도면에서 탈크 Co Ni 300℃로 표시).
적외선 스펙트럼은 4000 내지 400 cm-1의 범위에서 니콜렛 510-FTIR 분광기를 사용하여 기록하였다.
중-적외선 범위에서 수득된 스펙트럼(도 1 및 2)는 합성 탈크 조성물-탈크 Mg 300℃-가 천연 탈크와 구조적으로 매우 유사한 광물 조성물임을 보여준다. 특히 이는 결합 진동 Mg3-OH (3678 cm-1), Si-O-Si (1018 cm-1) 및 Mg-O-Si (669 cm-1)을 나타내는 피크의 존재에 의해 보여진다.
근-적외선 범위에서 확산 반사에 의해 수행된 측정에서 얻어진 결과 중 도 3은 8000 cm-1 내지 6000 cm-1사이에 포함된 영역을 확대한 것이며, 이는 7185 cm-1에서 특히 현저한 피크의 존재를 보여준다. 7185 cm-1 에 위치한 피크는 천연 탈크의 4개의 기준 피크 중 하나이다.
기준 피크의 근처에 위치하는 7265 cm-1에서의 피크는 합성 탈크 입자가 약간 수화되었음을 보여준다.
예시로서 주어진 다른 두 칼코스 조성물(탈크 Ni 300℃/탈크 Co Ni 300℃)에 대한 적외선 흡수 수펙트럼은 천연 탈크의 4개의 기준 피크와 중첩하거나 매우 인접하여 존재하는 네개의 피크의 존재를 위시하여 상기 합성 탈크 조성물(탈크 Mg 300℃)과 많은 유사성을 가진다.
적외선 스펙트럼에서의 이러한 유사성은 본 발명에 따른 탈코스 조성물의 합성 광물 입자와 천연 탈크 간에 매우 큰 구조적 유사성이 존재함을 보여준다. 특정 피크에 대해 관찰될 수 있는 모든 변위(예를 들면 7300 cm-1 내지 7000 cm-1 사이에 포함된 영역에서)는 근본적으로 결정 격자의 팔면체 위치의 양이온간의 크기 차이에서 결과한다.
2-X-선 회절 분석
X-선 회절에서, 천연 탈크는 4개의 특징적인 회절 피크를 갖는 것으로 알려져 있다:
- (001)면에 대해 9.35Å에 위치하는 피크;
- (020)면에 대해 4.55Å에 위치하는 피크;
- (003)면에 대해 3.14Å에 위치하는 피크;
- (060)면에 대해 1.52Å에 위치하는 피크.
RX 회절도는 XPERT-MPD 장치(PanAnalytical)상에서 기록되었다.
2θ 측정 단계는 0.01°이고 축적시간은 2초/단계이다. 가속 전압은 40 kV이고, 강도는 55 mA이다. 구조 등위(structural equidistance)를 주는 브래그식은: dhkl = 0.7703/sinθ이다.
도 4는 전술한 세 조성물에 수행된 분석 결과를 도시한 것이다:
- Si4Mg3O10(OH)2: 탈크 Mg 300℃로 표시,
- Si4Ni3O10(OH)2: 탈크 Ni 300℃로 표시,
- Si4(Co0.5Ni0.5)3O10(OH)2: 탈크 Co Ni 300℃로 표시.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 조성물 Ge4Fe3O10(OH)2의 RX 회절도를 도시한 것이다.
이러한 분석 결과는 적외선 분광법에 의해 이루어진 관찰을 더욱 확인해 준다. 본 발명에 따라 제조된 탈코스 조성물의 합성 광물 입자와 천연 탈크 입자는 구조적으로 매우 유사하다.
특히 (020), (003) 및 (060)면에 해당하는 회절 피크는 천연 탈크에 대한 기존 회절 피크와 완전히 동일한 위치이다.
단지 (001)면의 회절 피크 위치만이 기준 피크의 위치와 약간 다르다(9.35Å 대신 9.57-9.64 Å이다). 이러한 값의 차이는 본질적으로 하기에 의해 설명된다:
- 천연 탈크에 대조적인 나노미터 입자 크기,
- 합성 광물 입자의 매우 미소한 잔여 수화 및
- 임의로 결정 격자의 팔면체 위치 양이온의 성질.
그러나 잔여 수화에 의한 차이는 반응 시간이 길어질 수록 그리고 건조가 많이 될 수록 작아지는 것이 주목된다.
최종적으로 (001), (020), (003) 및(060) 면의 피크의 최대치의 반에서의 전체 너비는 본 발명에 따른 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 광물 입자의 양호한 결 정성을 입증한다.
입자 Ge4Fe3O10(OH)2 을 표시하는 RX 회절도(도 5)에 대하여, (003) 면에 해당하는 회절 피크의 높은 강도는 부분적으로 게르마늄 옥사이드에 의한 오염에 기인되는 것이 주목된다.
3- 입자에 대한 현미경 관찰 및 입자 크기 평가
본 발명에 따른 탈코스 조성물 분말의 상당한 미세성의 관점에서, 이를 구성하는 합성 광물 입자의 크기 및 입자 크기 분포를 전계 방사형 주사 전자 현미경 및 투과 전자 현미경 하에서 관찰하여 평가하였다. 이들 일부를 관찰한 결과 사진을 도 6, 7, 8, 9a 및 9b에 나타내었다.
도 6 및 7은 본 발명에 따라 300℃에서 3일간 열수 처리로 제조한 두 탈코스 조성물을 관찰한 결과이다. 이들은 각각 식 Si4Mg3O10(OH)2 및 식 Si4Ni3O10(OH)2의 의 합성 탈크 조성물이다.
두 경우 모두 단위 입자의 입자 크기는 20　nm 내지 100 nm로 다양하였다.
입자 밀도 때문에, 두 사진은 입자들이 서로 응집되어 있는 것 같은 착각을 준다. 실제는 각 단위 입자들은 개별화된 상태로 있다. 입자 사이에 결합이 가능한 것은 어느 정도의 잔여 습도 때문으로 설명될 수 있다.
도 8은 400℃에서 30일간 열수 처리로 수득한 식 Si4Mg3O10(OH)2 의 합성 탈크 조성물을 관찰한 것이다.
해당 사진을 관찰한 결과 합성 탈크 입자는 3 ㎛의 입자 크기를 가진다.
도 9a 및 9b는 600℃에서 30일간 열수 처리로 수득한 식 Si4Mg3O10(OH)2의 합성 탈크 조성물을 관찰한 것이다. 두 해당 사진은 합성 탈크 입자가 6 ㎛의 평균 크기를 가짐을 보여준다.

Claims (18)

  1. 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하며, 결정 및 판상 구조를 가지며, 식 (Si x Ge1- x )4M3O10(OH)2으로 표시되는 합성 광물 입자를 포함하는 탈코스 조성물 제조방법으로서, 상기 식에서
    - M은 하나 이상의 이가 금속이며, 식 Mg y(1) Co y(2) Zn y(3) Cu y(4) Mn y(5) Fe y(6) Ni y(7) Cr y(8) ;으로 표시되고, 각 y(i) 는 간격 [0; 1]내 실수로서,
    Figure 112009009482972-PCT00010
    를 만족하며,
    - x 는 간격 [0; 1]내 실수이며,
    상기 방법은 액체 상태의 식 (Si x Ge1- x )4M3O11,n'H2O의 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔을 열수처리하는 단계를 포함하며, 상기 열수처리는 300℃ 내지 600℃의 온도에서 제조될 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 광물 입자에 요망되는 입자 크기 및 구조적 안정성에 따라 선택되는 시간 동안 수행되는 것인 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열수처리단계에 후속하여, 콜로이드성 탈코스 조성물을 회수하고, 상기 콜로이드성 탈코스 조성물을 건조하는 단계 및 후속하여 기계적으로 그라인딩하여 실리콘, 게르마늄 및 금속을 포함하는 개별화된 광물 입자를 포함하는 탈코스 조성물을 수득하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에서, 상기 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 겔은
    - 소듐 메타실리케이트(Na2OSiO2) 용액 및 소듐 메타게르마네이트(Na2OGeO2) 용액에서 선택되는 하나 이상의 염용액을 포함하며, 하기 몰 농도 비율을 갖는 액체 조성물:
    Figure 112009009482972-PCT00011
    ,
    Figure 112009009482972-PCT00012
    ; 및
    - 염화 마그네슘(MgCl2), 염화 니켈(NiCl2), 염화 코발트(CoCl2), 염화 아연 (ZnCl2), 염화 구리(CuCl2), 염화 망간(MnCl2), 염화철(FeCl2), 염화 크롬(CrCl2) 중에서 선택되는 하나 이상의 이가 염화 금속을 포함하고, 각 염화 금속의 몰농도는
    Figure 112009009482972-PCT00013
    인 염화 금속 용액(MCl2);간의
    - 염산 용액 존재하 공침전 반응에 의해 제조되는 것인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔의 열수 처리는 오토클레이브에 의해 수행되는 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열수 처리는 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하며, 액체/고체 비율이 0.83인(여기에서, 액체량은 cm3 로 표시되며, 고체 양은 그램으로 표시됨) 액화 겔에 수행되는 것인 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열수처리는 300℃의 온도에서 수행되는 것인 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열수처리는 400℃의 온도에서 수행되는 것인 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열수처리는 500℃ 내지 600℃의 온도에서 수행되는 것인 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열수처리는 16 바의 조절된 압력에서 수행되는 것인 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열수처리는 교반하면서 수행되는 것인 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 식 (Si x Ge1- x )4M3O11,n'H2O의 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔을 제조하기 위해 하기 단계를 연속하여 수행하는 것인 방법:
    - 염화 마그네슘(MgCl2), 염화 니켈(NiCl2), 염화 코발트(CoCl2), 염화 아연 (ZnCl2), 염화 구리(CuCl2), 염화 망간(MnCl2), 염화철(FeCl2), 염화 크롬(CrCl2) 중에서 선택되는 하나 이상의 흡습성 염화 금속 결정 조성물을 물에 용해시키고, 염산(HCl)을 가하여 산성 염화 금속 조성물을 제조하는 단계;
    - 소듐 메타실리케이트 및 소듐 메타게르마네이트에서 선택되는 하나 이상의 염을 물에 용해시켜 액체 조성물을 제조하는 단계;
    - 상기 두 수성 조성물을 공침전 겔의 형성을 유발하도록 선택된 비율로 혼합하는 단계; 각 시약의 량은 후속하는 공침전 반응에서 Na+ 및 Cl- 이온이 등몰량으로 존재하도록 선택됨.
  12. 제11항에 있어서, 상기 실리콘, 게르마늄 및 금속 함유 겔을 열수처리하기 전에, 상기 겔을 증류수로 세척하여 공침전 반응 동안 형성된 염화나트륨을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 식 (Si x Ge1- x )4M3O10(OH)2으로 표시되는 합성 광물 입자를 포함하는 탈코스 조성물로서, 상기 식에서
    - M은 하나 이상의 이가 금속이며, 식 Mg y(1) Co y(2) Zn y(3) Cu y(4) Mn y(5) Fe y(6) Ni y(7) Cr y(8) ;으로 표시되고, 각 y(i) 는 간격 [0; 1]내 실수로서,
    Figure 112009009482972-PCT00014
    를 만족하며,
    - x 는 간격 [0; 1]내 실수이며,
    상기 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 합성 광물 입자의 X-선 회절 분석시 하기 특징적인 회절 피크를 나타내는 회절도가 수득되는 것을 특징으로 하는 탈코스 조성물:
    - (001)면에 대해 9.40-9.68 Å 거리에 위치하는 피크;
    - (020)면에 대해 4.50-4.75 Å 거리에 위치하는 피크;
    - (003)면에 대해 3.10-3.20 Å 거리에 위치하는 피크;
    - (060)면에 대해 1.50-1.55 Å 거리에 위치하는 피크.
  14. 제13항에 있어서, 상기 (001)면에 상응하는 회절 피크가 9.55-9.65 Å 거리에 위치하는 탈코스 조성물.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 합성 입자는 10 nm 내지 10 ㎛의 단일모드 및 단순분포의 입자 크기 분포를 갖는 것인 탈코스 조성물.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 합성 입자는 개별화된 분말 형태로 존재하는 것인 탈코스 조성물.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 합성 입자는 액체내 분산된 개별화된 형태로 존재하는 것인 탈코스 조성물.
  18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘, 게르마늄 및 금속을 함유하는 합성 입자는 서로 응집된 형태로 존재하며 응집물을 형성하는 것인 조성물.
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