JPH0536366B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、実質的に球形のシリカ粒子、該粒子
の製造方法及びその使用、特にクロマトグラフイ
ーに於ける使用に、関するものである。さらに詳
しくは、本発明は非常に小さいアルカリ金属含量
を持ち、よく定まつた粒子寸法とよく定まつた細
孔特性を持つたシリカ粒子に関するものである。 ［従来技術および発明が解決しようとする課題］ シリカ粒子、すなわち無定形SiO₂から形成さ
れた多孔質二酸化ケイ素粒子は、例えば触媒、触
媒担体として、クロマトグラフイー装置の充填材
料として、イオン交換体等として、多くの用途に
用いられる。しかも異つた用途には、例えば粒子
の純度、粒子のアルカリ金属含量、寸法、細孔特
性、機械的強度等に関する要求の如き、異つた要
求がある。 実質的に球形のシリカ粒子を製造する多くの方
法は、ゾル−ゲル変換に基礎を置くものであり、
例えば水ガラス又はSiO₂−ゾルのように重合可
能、ゲル化可能なシリカ材料を含む溶液を機械的
に微細分割して、後に適当なゲル形成処理により
固体のゲル粒子を形成しうる微細液滴にすること
を含む。液滴形成は、例えば噴霧ノズル又は類似
のアトマイザー装置を用いて気相で形成させる、
あるいはシリカ材料の溶液を該溶液を混和しない
液体中に乳化することによつて液相で形成させる
等、数種の方法で実施することができる。ゲル形
成も又数種の方法で実施することができ、その若
干の例として、例えば噴霧乾燥機によるような熱
気体雰囲気中での液滴の脱水熱処理、又はゲル形
成を惹起こす物質を含む液体中への液滴の撒布を
挙げることができる。上述のような乳化技術を利
用した場合には、ゲル化促進物質をエマルシヨン
に加え、次いで固体ゲル粒子を得るために加熱す
る又は蒸発させることができる。シリカを含む材
質の液滴の“固体”ゲル粒子への変換は、瞬間的
に起こるものではなく、むしろ生成粒子の性質の
あるものを制御する可能性を与える継起的過程と
見なすことができる。 本発明は、非常に低いアルカリ金属含量を持
ち、特定の粒子寸法と非常に良好な細孔特性を持
つことを特徴とする、実質的に球形のシリカ粒子
に、関するものである。 シリカ粒子に対する最高の要求は、クロマトグ
ラフイーの用途で設定されている。特に、若し粒
子が生体分子のような鋭敏な物質の分離に、いわ
ゆるHPLCクロマトグラフイー、高性能液体クロ
マトグラフイーで用られるべきものならば、最高
の要求が設定される。この場合には、粒子が分離
に不利な効果を及ぼさないように非常に高い純度
を持つことが要求される。例えばアルカリ金属、
鉄及びアルミニウムである不純物は、タンパク質
のような生体分子の回収に悪影響を及ぼす。粒子
は同時に非常によく定まつた良好な多孔度性質を
持つことを要求される。良好な充填性と流過性を
与えるために、粒子は実質的に球形を持ち、比較
的小さい平均直径と比較的狭い粒度分布を持つこ
とが要求される。多孔性に関しては、粒子はでき
る限り大きな気孔率と細孔溶液を持たねばならな
い。しかも良好な機械的強度を維持していなけれ
ばならない。粒子は狭い細孔径分布を持つべきで
ある。すなわち細孔は平均細孔直径よりの非常に
小さい偏差から外れているものであつてはなら
ず、同時に該平均細孔直径は分離すべき分子の大
きさに従つて制御が可能であるべきである。クロ
マトグラフイーに於ては、シリカ粒子が事実上ミ
クロ細孔、すなわち平均細孔径の1/2より小さい
細孔を持たないことが肝要である。その理由は、
そのような細孔は、例えばクロマトグラフイーの
ピークが鮮明でなくなることを意味する大量輸送
（mass transport）等の幾つかの不利な結果及び
影響を生ずるからである。その上、タンパク質の
ような大きな分子がミクロ細孔の中に捕えられる
ことがありうる。このことは、収率を減少させる
のみでなく、粒子床の再生に問題を生ずる。 本発明のシリカ粒子は、高度の性能のクロマト
グラフイー方法に特に適合するような純度と細孔
特性を持ち、勿論又シリカ粒子の従来の用途に用
いることもできる。 ［課題を解決するための手段］ 本発明に従うシリカ粒子は、実質的に球形であ
り、1μｍ〜100μｍの範囲内の寸法を持ち、ｄを
平均細孔径としたとき0.5d〜1.5dの範囲内の細孔
容積の部分が90％より大きい細孔径分布を持つ。
粒子は更に、100ppm以下のアルカリ金属含量を
持つことで特徴づけられる。 平均の大きさが３〜50μｍ、特に３〜30μｍの
範囲内にある本発明の粒子は、クロマトグラフイ
ーに使用するに好適である。平均細孔径ｄは、６
〜50nｍの範囲（N₂吸収で測定、ｄ＝4000×細孔
容積／BET面積と定義）内にあるのが適当であ
り、0.5d〜1.5dの範囲内にある最高容積を持つた
部分が94％より大きいことが適当である。上に与
えられた細孔径分布はデイジソーブ（Digisorb）
2600又はそれに相当する器機を用いて、液体窒素
の収着で測定されたものである。このことは非常
に微細な細孔も測定されたことを意味し、従つて
与えられた値は原理的には全細孔容積を含むもの
である。粒子のml／ｇSiO₂細孔容積は、N₂収着
で測定して0.50より大きいことが適当であり、好
ましくは0.5〜1.5ml／ｇの範囲内である。本発明
による球形粒子は、均一ではない寸法のゾル粒
子、SiO₂コロイド粒子から形成されることが好
適である。粒子中のアルカリ金属、鉄及びアルミ
ニウムの全量は100ppm以下であることが好適で
ある。アルカリ金属含量は50ppm以下であること
が好適である。粒子にとつて好適な他の性質及び
特性は、該特性を持つ粒子の製法の開示に関する
以下の記載から明らかになるであろう。 このように、本発明は又前述のように高度の純
度と多孔度特性を持つ粒子の製造方法に関するも
のである。本発明の方法は、高性能のクロマトグ
ラフイー方法に用いる粒子に対する極端に高度な
要求を充足するシリカ粒子の製造に特に適するも
のである。本発明の方法は、単独で又は組合わせ
て、粒子の高純度と粒子寸法及び粒子の多孔度の
所望の値への制御とに貢献する複数の工程段階よ
り成るものである。全過程は、初期の段階に於け
るアルカリ金属の除去、及びアルカリ金属が新た
にプロセスにもたらされることのないように配慮
すること、並びに粒子寸法及び多孔度の制御の可
能性ができる限り大きくなるような方法で実施す
ること、に特に向けられている。方法は、ゾル−
ゲル変換を基礎とするものであり、物理的性質、
特に粒子形及び細孔容積の制御の可能性を増加さ
せるための液滴形成にエマルシヨン技術を含むも
のである。気体雰囲気と噴霧乾燥装置を用いると
きは、液滴形成とゲル形成が比較的迅速に多分同
時に行われるから、前記物理的性質の制御をエマ
ルシヨン技術と同様に行うことは不可能である。
アンモニウム又はアミンを基礎とする塩基性環境
を、ゾル成長段階と後処理工程段階の両方に用い
ることが本発明の方法の特徴である。そのような
塩基性環境の利用は、アルカリ金属含量をできる
だけ低く保つにも、最良の粒子性質及び多孔度性
質を得るにも本質的なことである。 シリカ粒子を製造する本発明の方法は次の工程
段階を含む： (1) アルカリ金属含量が100ppm以下であり、粒
子寸法が本質的に3nｍ以下である、少くとも
一種の酸性シリカ水ゾルの製造、 (2) ゾル粒子を50〜500m²／ｇの範囲内の表面積
に相当する寸法へ成長させるための、前記製造
ゾルのアンモニウム又はアミンを基礎とする塩
基性環境中での熱処理、 (3) 必要に応じて濃縮の後、水を混和しない又は
水への溶解又は混和に限度のある有機媒体中で
の、表面活性剤の存在の下に於けるゾルのエマ
ルシヨン化、 (4) 形成されたゾル液滴の、制御された温度とPH
条件の下の脱水による、ゲル化、 (5) 実質的にすべての有機物質を除くための、生
成ゲル粒子の熱処理、 (6) アンモニウム又はアミンを基礎とする塩基性
環境中での処理を含む、ゲル粒子の後処理。 前記のプロセスは、有利な純度と多孔度性質を
うるための基本的工程段階を与える。加えて、そ
れ自体としては従来の工程段階を勿論含むことも
でき、これを以後に検討するであろう。 前記プロセスの工程段階１は非常に純度の高い
酸性シリカゾルを製造するにある。これは本発明
のプロセスの基本的部分であり、アルカリ金属又
は鉄及びアルミニウムのような金属の形の不純物
が新にプロセスに持込まれぬように行われる後続
の工程段階と組合わされる。その結果、最終の製
品は、100ppmより小さい非常に低いアルカリ金
属含量と非常に低い鉄及びアルミニウム含量を持
つに至る。好適には最終製品のアルカリ金属、鉄
及びアルミニウムの合計含量は100ppm以下であ
る。例えば若しゾルに用いた水ガラスの製造の際
にアルミニウムが存在したとすると、後続の工程
段階では除去が極端に困難な不純物を形成する。
純粋なシリカゾルの製造は次のように行うことが
できる。 金属不純物のレベルが低い純粋なSiO₂材料か
ら出発して、アルカリ水ガラス、あるいはカリウ
ム又はナトリウム水ガラス、好適にはナトリウム
水ガラスが、それ自体としては公知の方法で純粋
NaOH又はKOHを用いて製造される。SiO₂対
Na₂O又はK₂Oのモル比は決定的ではなく、よく
知られているように、1.5：１〜4.5：１の範囲内
にありうる。2.5：１〜3.5：１の範囲内にあるこ
とが適当である。次いで生成された水ガラスから
アルカリ金属イオンが除かれ、100ppmより小さ
い、好適には50ppmより小さいアルカリ金属含量
にされる。このことは、H⁺で飽和されたカチオ
ン交換体を用いて適当に行われ、イオン交換後の
溶液のPHが4.5、好適には４以下となるように行
われる。イオン交換時の水ガラス含量は決定的で
はないが、一般にはSiO₂2〜７重量％の範囲内に
ある。生成された酸性ゾルは、実質的に3nｍ以
下の粒子の寸法を持つ。純粋な酸性ゾルを製造す
る他の可能な方法もある。該ゾルは例えばテトラ
エトキシシランから出発して製造することができ
る。本発明によれば、この早期の段階で既にアル
カリ金属が除去されていることが肝要である。若
干の既知の方法では、アルカリ金属は最終段階で
初めて除かれる。この既知方法では、製造の間に
アルカリ金属がゾル粒子中に組込まれ、後になつ
て工業的経済的方法で本発明に考慮されているよ
うな低いレベルにアルカリ金属含量を低下させる
ことは不可能である。 本発明の方法の次の工程段階は、アンモニウム
又はアミンに基づく塩基性環境中の熱処理によつ
て行われるゾル成長工程段階である。本発明によ
れば、従来のようにNaOH−環境中ではなく、
このような媒体中でゾル成長を行わせることが極
度に重要である。アンモニウム又はアミンを基礎
とする塩基性環境を用いることにより、ナトリウ
ムのゾル粒子への組込みは回避され、同時にこの
塩基の存在が次の乳化工程段階で改良細孔性質を
与える。このゾル成長工程段階で、このようにし
て仕上げの粒子寸法及び粒子寸法分布の制御の第
一の基本的な部分が行われる。この工程段階で、
ゾル粒子は、50〜500m²／ｇの範囲内の面積に相
当する平均寸法に成長すべきである。この平均寸
法は、約55〜約5nｍの粒子寸法に大体相当する。
この段階のゾル粒子は、均一ではなくある程度の
ばらつきのある粒子寸法分布を持つことが特に有
利であることが発見された。従つて、可成り大き
なゾル粒子が可成り小さなゾル粒子と混合して存
在していることが好適である。このような事情
で、後に乳化されゲル化されるゾル中のSiO₂コ
ロイド粒子は多分散系であることが好適である。
一つのゾルから出発して成長工程段階でゾル粒子
の多分散系を実現できる。それには、熱処理間の
PH、時間、及び温度を適当に組合わせる。あるい
は前記記載に従つて製造されアンモニウム又はア
ミンに基づく塩基性環境中で成長させられた少く
とも二種類のゾルを混合する。多分散系を実現す
るために、成長を終つたゾルと、工程段階(1)から
の未だ成長をしていない酸性ゾルと混合すること
も可能である。かくして、乳化工程段階の前のゾ
ルの混合も本発明のプロセスに包含される。工程
段階(2)に於ける熱処理は、ゾル粒子寸法の所望の
増加を与える時間と温度を用いて行われる。従つ
て該時間と温度は、所望の仕上げゾル粒子寸法と
粒度分布に関連させて選ばれる。温度は50〜150
℃の範囲内にあることが適当であり、約0.5〜約
48時間の加熱時間を用いうる。乳化され更に処理
されるゾルは種々の寸法の粒子を含むから、接触
点の数が増加し、より小さい粒子はより大きい粒
子を“接着する”ことになるであろう。均一な寸
法のコロイド粒子のゾルを用いた時と異なつて、
次の製造工程段階中の改良された機械的強度およ
び細孔構造に及ぼすポジチブな影響の両者が得ら
れ、大きな細孔容積を実現する可能性が可成り改
善される。従つて、ゾル中のコロイド粒子が均一
な寸法のものではなく、不均一な寸法のものであ
り、多分散系であることが好適である。多分散系
の尺度として、コロイド粒子の寸法が、最大直径
対最小直径の比が少なくとも３である範囲に分布
していることが適当であると述べることができ
る。又、前記比が上限100の大きさの程度までの
非常に広い分布が優秀な製品を与えることが見出
された。 塩基性環境としては、アンモニアすなわち水酸
化アンモニウムが用いるに適当であるが、適当な
アンモニウム塩、及び第一級、第二級又は第三級
でありうる短鎖アミン、水酸化第四級アンモニウ
ムのような、アンモニウム化合物及びアミンも用
いることができる。本明細書では、短鎖アミン又
は第四級アンモニウム化合物なる術語は、１〜４
個の炭素原子を持つアルキル基又はヒドロキシア
ルキル基を意味する。アンモニアは、立体障害が
小さいことにより粒子表面に良好な効果を与える
から、好適である。アミン又はアンモニウム、好
適には水酸化アンモニウムを基礎とする溶液中に
於ける、SiO₂対塩基化合物のモル比は、広い範
囲内で変動することができ、10：１〜100：１の
範囲内にあることが好適である。 上記のようにして製造されたゾル溶液は、次い
で水と共に二相系を与える有機媒体中で乳化され
る。該媒体は水と混和できないもの、あるいは水
に対し限度のある溶解度又は混和性を持つたもの
である。乳化に先立つて、例えば真空下又は大気
圧下での蒸発又は限外ろ過により、ゾル溶液は、
SiO₂含量が少くとも10重量％になるように濃縮
されることが好適である。乳化は、極性又は無極
性の溶媒又はそれらの混合物中で行うことができ
る。適当な溶倍の例として、脂肪族及び又は芳香
族型の種々の石油留分、ジオールを含むアルコー
ル、塩基化炭化水素、ケトン、及び酢酸エステル
を挙けることができる。水に部分的に溶ける溶媒
は、不都合なゾル液滴からの直接の水蒸気形成の
ように、ゾル液滴上のネガチブ効果を防止するか
ら、該溶媒の使用は特に適当であることが見出さ
れた。更に、仕上げ粒子の性質に関連して、エマ
ルシヨン液滴の間に集塊化の傾向が殆どない、球
形液滴の安定エマルシヨンをつくるには、水と大
体同程度の密度を持つ乳化相を用いることが有利
である。従つて、乳化相としては約980〜約1100
Kg／m³の密度を持つ溶媒又は溶媒混合物を用いる
ことが適当であり、水の溶解度が１重量％を越え
上限約10重量％までであることが有利である。乳
化は、アニオン性、カチオン性、ノニオン性、又
は両性乳化剤、あるいは増粘剤又は保護コロイド
でありうる表面活性剤の存在の下に、行われる。
過去に於てシリカ粒子の製造に使用され、本発明
の方法に於ても使用されうるイオン性乳化剤の例
として、脂肪酸と脂肪族アミンを挙げることがで
きる。ノニオン性乳化剤の例としては、多価アル
コールの部分的脂肪酸エステル、及びこれらの無
水誘導体を挙げることができる。一般に増粘剤又
は保護コロイドとして分類される適当な表面活性
剤の例としては、ポリビニルアルコール、ポリビ
ニルピロリドン、水溶性セルロース誘導体、ゼラ
チン、デンプン等のような合成及び天然ポリマー
を挙げることができる。勿論、適当な表面活性剤
の混合物も又使用することができる。表面活性剤
の量は、ゾル容積、１あたり通常0.5ｇ〜10ｇ
の範囲内にある。ゾル成長はアンモニウム又はア
ミンを基礎とする塩基性環境中で行われるので、
そのような塩基の少量が乳化工程段階に存在し、
粒子の性質にポジチブな影響を与えるであろう。
乳化は所望の液滴寸法になるまで行われる。液滴
寸法は、撹拌速度を変える、絞り弁を通る又は混
合機の固定素子を通る流速を変えることにより、
撹拌強さを通して制御される。 製造方法の次の工程段階は、形成された液滴の
ゲル化であり、このゲル化は制御された温度とPH
条件の下に脱水することにより遂行される。温度
は30と100℃の間に適当に保たれる。PHは、アン
モニアの蒸発又は酸の添加により、５〜９の範囲
内に調整される。この目的に適当な酸は、クエン
酸、酢酸、シユウ酸等の有機酸である。ゲル化工
程段階は、好適にはゲル化を促進する物質の存在
下に行われる。この物質は、既に乳化工程段階で
加えて置くことが適当である。そのような物質の
存在により、ゲル化はより迅速に進行し、それに
よりゲル化前にゾル粒子が密な充填状態になり粒
子と多孔度の上にネガチブな影響を及ぼすことを
避けることができる。ゲル化促進性物質として
は、金属不純物を導入しない、SiO₂材質の上に
ネガチブな効果をもたらさないものを用いること
ができる。ゲル化促進剤の若干の例として、塩化
３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル−トリメチ
ルアンモニウムのような第四級アンモニウム化合
物、ヘキサメチレンテトラミンを挙げることがで
きる。 次に、製造されたゲル粒子は有機物除去のため
に加熱処理されなければならない。この工程段階
の前に、先ず粒子から水が除かれ、それらは溶媒
相から分離される。実質的にすべての有機物を除
くために仮焼が行われる。仮焼は、すべての有機
炭素が除かれるように、高温で、好適には少くと
も500℃の温度で、特に少くとも600℃の温度で行
われる。仮焼は650℃以上、上限約850℃の温度で
行われることが適当である。仮焼の間に、シラノ
ール基が脱水されるからシリカの表面も影響さ
れ、このことは製品の表面性質に影響する。シリ
カ表面が200〜1000℃の温度範囲で徐々に脱水さ
れることはよく知られている。この脱水に反対作
用を働かせるために、この工程段階の熱処理は、
水蒸気をある程度混合して750℃以下の温度で行
うことが有利である。前記方法で製造された
SiO₂粒子は非常に高い純度を持つから、仮焼は
充分に高い温度で行うことができる。ゾルが
NaOH環境で成長した場合がそうであるが、若
し粒子が大きいアルカリ金属含量を持つ場合に
は、SiO₂材料の融点が低くなるために、仮焼を
要求される高温度で行うことができない。 本発明の方法は、アンモニウム又はアミンに基
づく塩基性溶液による粒子の後処理を含む。この
後処理によつて狭い細孔径分布と機械的強度が確
保されるから、この工程段階は本質的なことであ
る。後処理は又、製品の優秀なクロマトグラフイ
ー性質に貢献する。先に述べたように、アンモニ
ウム又はアミンに基づく塩基性溶液は、アンモニ
ア、アンモニウム塩、あるいは短鎖のアミン又は
第四級アンモニウム化合物によつて塩基性にされ
ることができる。この場合アンモニアが好適であ
る。シリカ粒子を水相又は気相のアンモニアで後
処理すること自体は既に知られている。本発明に
よる後処理は、大気圧の下で室温から上限還流温
度までの温度で、１〜150時間の期間行うことが
できる。あるいは加圧下で行うことができる。本
発明の方法の後処理は、二酸化ケイ素のある程度
の再分布を与えその結果細孔径分布がより狭くな
つて、全細孔容積は一定に維持しながらシリカ粒
子の細孔径をより狭くするものでなければならな
い。構造は更に堅固になり、良好な機械的強度に
達する。使用される溶液中の塩基の濃度は、表面
からのSiO₂の所望の溶解を与えるに充分でなけ
ればならない。アンモニアの場合は、濃度は１〜
15重量％の範囲内にあることが適当であり、２〜
８重量％の範囲内にあることが好適である。１％
アンモニア溶液は約11.3のPH値を持ち、他のアミ
ン及びアンモニウム塩基は、相当するPH値又はそ
れより大きいPH値を与える濃度で使用される。後
処理によりシリカ表面の改質が得られる。この改
質は、シリカ表面の性質と親和性に支配される多
くのシリカ粒子用途に叶う良好な性質を与える。 本発明のプロセスに従つて、工程段階(3)及び(4)
でゾル溶液の液滴の寸法を制御することにより、
１〜100μｍの範囲内の寸法を持つた粒子を製造
することができ、しかもこの範囲内で狭い粒子寸
法分布を持つたものを製造することができる。所
望の場合には、希望のフラクシヨンを機械的に分
離することにより、仕上げ製品を希望の粒子寸法
分布にしうることは勿論のことである。上に公開
されたプロセスは、特定の純度と多孔度性質を備
えた粒子を得るための本質的な工程段階である。
勿論、前記のもの以外の工程段階を組入れること
も本発明の範囲内にある。ただし、それらの工程
段階は望ましからぬ金属を添加するものであつて
はならない。例えば、よく知られているように、
乳化の前に、シリカゾルを例えば蒸発により濃縮
することができる。更に、高温処理の前に、例え
ばアルコール及び水で粒子を洗うことも適当であ
り、所望の場合には高温処理後に純粋な水蒸気で
処理して、ある程度の再ヒドロキシル化を行うこ
ともできる。塩基性環境中でゲル粒子を処理する
前及び又は後に、塩酸、硫酸、硝酸のような酸、
クエン酸、酢酸、シユウ酸のようなより弱い酸、
及びEDTAのような錯化剤を以つてする、それ
自体としては公知の後処理を行うこともできる。
前述のように、仕上げの製品は更に、例えばふる
い分けにより、粒度に関し分級することができ
る。 又本発明は、実質的に球形であり、1μｍ〜
100μｍの範囲内の寸法を持ち、ｄを平均細孔径
とするとき0.5〜1.5dの範囲内の細孔容積の部分
が90％より大きく、アルカリ金属含量が100ppm
以下のシリカ粒子を、分離プロセス及び表面吸着
を基礎とするプロセスに使用する方法に、関する
ものである。 既に述べたように、本発明によるシリカ粒子
は、特にクロマトグラフイーに応用するに適した
ものであり、該粒子の充填材としての使用は好適
な用途である。この用途では、本発明のシリカ粒
子は、吸着クロマトグラフイー、イオン交換クロ
マトグラフイー、ゲルパーミエーシヨンクロマト
グラフイー、アフイニテイクロマトグラフイーの
ようなすべての型のクロマトグラフイーで使用す
ることができる。良好な多孔度性質、高純度、及
び粒子が本質的にミクロ細孔を免れている事実
は、粒子の機械的安定性と相俟つて、このシリカ
粒子はクロマトグラフイー用途の非常に高度な要
求を充足することを意味する。本発明のシリカ粒
子は、タンパク質および酵素のような生体分子の
分離に用いることができ、HPLCクロマトグラフ
イーで用いることができる。シリカ粒子の実際の
使用方法は、それ自体としては既知のものであ
る。すなわち時として、実施すべき分離に関する
シラン化のように誘導体化をした後、粒子を使用
すべきカラム中に又は反応帯中に充填し、クロマ
トグラフイーはそれ自体として知られた方法で行
う。本発明の粒子は、この用途では非常に優れた
耐老化安定性を示す。すなわち何回かの同じ実験
を相次いで行つたとき同じ良好なクロマトグラフ
イー結果を与える。このことは極度に重要な利点
である。 酵素はしばしば触媒として用いられる。例えば
酵素を酵素より大きい粒子の表面に付着させるこ
とにより、酵素が作用している溶液から容易に分
離できるならば非常に有利なことである。本発明
の粒子は、その大きな表面と細孔構造の故に、酵
素その他の大きな生体分子によく適合する。シリ
カ粒子表面に酵素を付着させるには、よく知られ
たシラン化試薬を有利に用いることができる。 本発明のシリカ粒子を触媒又触媒担体として用
いるときは、これもまた公知の方法で用い、既知
の用途に用いることができる。例えば、化学工業
に触媒として、又排気ガス触媒としてシリカ粒子
を用いることができる。その場合、一種又は多種
の触媒活性成分は既知の方法でシリカ粒子に添加
される。例えば粒子に触媒活性物質の溶液を含浸
させる。 ［実施例］ 実施例 １ （シリカヒドロゾルの製造） 1.2Kgの化学的に純粋な水酸化ナトリウムを10
Kgの脱イオン水中に溶解した。次に、テトラエト
キシシランの加水分解によつて得られた純シリカ
3.1Kgを溶液中に溶解した。溶解は75℃の温度で
激しい撹拌の下に行われ、ケイ酸ナトリウムの透
明な均一溶液が得られるまで溶解が続けられた。 ケイ酸ナトリウム溶液6.3Kgを、脱イオン水で
希釈して10Kgの溶液とした。次いで溶液中のケイ
酸ナトリウムを、登録商標名アンバーライト ア
イアールエー（Amberlite IRA）120を充填した
カチオン交換器中でイオン交換して、シリカゾル
に転化させた。製造されたゾルは３のPHを持ち、
5.5重量％のSiO₂を含むものであつた。ゾルのア
ルカリ金属含量は25ppmであり粒子の寸法は約１
〜2nｍであつた （ゾルの成長） 前記のように製造されたゾルを用い、二三の異
つた方法でゾルの成長を行わせた。 ａ に従つて製造されたゾル4240ｇに、90ｇ
の５％水酸化アンモニウム溶液を加え、次いで
該混合物をかきまぜつつ95℃に加熱した。次に
温度を一定に170分間保つた。しかる後ゾルを
室温に冷却した。ゾルを真空蒸発により
SiO₂12.5重量％に濃縮した。 製造されたゾルのPHを測定して9.20を得た。
比表面積は450m²／ｇSiO₂であつた。粒子寸法
分布をHPGPC（高性能ゲルパーミエーシヨン
クロマトグラフイー）で測定した。測定はシヨ
デエツクス アール オーエツチ パツク ビ
ー（Shodex Ｒ OH pak Ｂ）806型のカラム
で行つた。移動相は、NaOHでPH9.2に調節し
た0.05MのNaHCO₃溶液であつた。移動相の流
速は１ml／分の一定に保ち、室温を保つた。カ
ラムの長さは500mmであつた。検出手段として
はRI（屈折率）を用いた。次にゾルの粒子寸法
分布を次の溶離容積（elution volume）で特
徴づけた：ゾル試料の注入から最高ピーク高さ
までの溶離容積、ピーク高さの0.5倍の高さで
測られたピークの両フランクの間の溶離容積、
及び基線からピークの0.1倍の高さで測られた
ピークの両フランクの間の溶離容積。ゾルは次
の溶離容積を持つことが見出された：極大ピー
ク高さで16.24ml、極大ピーク高さの0.5倍の点
のピーク幅に対して2.09ml、極大ピーク高さの
0.1倍の点のピーク幅に対して3.80ml。 ｂ 40.5ｇの５％水酸化アンモニウム溶液を反
応容器に装入し、50℃に加熱した。次いでかき
まぜつつ、に従つて製造されたゾル4.79を２
時間にわたつて連続的に加えた。しかる後、追
加して270ｇの５％水酸化アンモニウムと57.4
Kgの酸性ゾルを７時間にわたつて50℃の一定温
度で加えた。添加が完了したとき、温度を95℃
に上昇させ、約30分間この温度に保つた。次い
でゾルを室温に急冷した。 仕上げゾルSiO₂含量は5.48％であり、PHは
8.88であり、比表面積は130m²／ｇSiO₂と測定
された。粒子寸法分布は前記のようにHPGPC
で測定され、次の溶離容積で特徴づけられた：
極大ピーク高さで14.65ml、極大ピーク高さの
0.5倍の点のピーク幅に対して1.69ml、極大ピ
ーク高さの0.1倍の点のピーク幅に対して3.18
ml。 ｃ より小さい工業用反応器に、600ｇの濃水
酸化アンモニウムとに従つて製造された酸性
ゾル95ｇをかきまぜつつ装入し、混合物を室温
から95℃に加熱した。これには約60分間を必要
とした。次いで加熱と撹拌を180分間一定に保
つた。しかる後、混合物を室温に冷却した。真
空中の蒸発により、ゾルを濃縮して、SiO₂含
量を13重量％とした。ゾルのPHは9.00であつ
た。比表面積は380m²／ｇSiO₂と測定された。 ゾルの少量を蒸発して固体ゲルとし、次いで
該ゲルを、普通の金属不純物を測るために、
AAS（原子吸光スペクトロスコピー）で分析し
た。 Na、Al、Feの含量はそれぞれ25、15、15ppm
と決定された。これらの値は、固体シリカ物質
を基礎として計算されたものである。 ゾル粒子の平均の寸法は7.2nｍであり、溶離
容積で特徴づけられた粒子寸法分布は次のよう
であつた：極大ピーク高さで16.09ml、極大ピ
ーク高さの0.5倍、0.1倍の高さの点でのピーク
幅はそれぞれ2.37ml及び4.35ml。 （ゲル製造） 上記のようにして製造されたゾルから出発し
て、二三の異つた方法でゲル粒子を製造した。 ａ 容量１の丸底フラスコ中で次のものを混
合した：ベンジルアルコール200ｇ、1.7％のセ
ルロースエーテル（登録商標名ベルモコール
230 ジー：Bermocoll 230 Ｇ）の水溶液８
ｇ、脱イオン水10ｇ、濃アンモニア水溶液１
ｇ、水で飽和されたベンジルアルコール中に溶
解されたヘキサメチレンテトラミンを19重量％
含む溶液10ｇ。混合は、均一で透明な溶液が得
られるまで室温で行つた。 ａに従つて製造されたヒドロゾル50ｇを、激
しくかきまぜつつ混合物に加えた。撹拌を約５分
間行つた後、10と30μｍの間のヒドロゾル液滴寸
法を持つたエマルシヨンが得られるように、撹拌
を調整した。次いで撹拌を防止し、混合物を約15
分間放置した。しかる後、穏やかにかきまぜつつ
エマルシヨンを加熱して約58℃とし、真空蒸留に
より、フラスコ中の混合物の容積を約45〜50mlと
した。 この時点で、混合物は球形のシリカ粒子を含
み、これをろ別した。シリカ粒子をエタノールと
水で洗つた後、600℃の炉中で３時間仮焼した。
仮焼の間に80mlの水が加えられた。 仮焼後の細孔容積は0.70ml／ｇと測定された。 ｂ この実験はａに従つて行われたが、加熱
と蒸留の直前にエマルシヨンに33％酢酸３mlを
混入したことと、蒸留を大気圧下で行いその際
の温度は99℃であつたこと、がａとは相違し
ていた。水の添加なしで行つた仮焼の後の細孔
容積は2.04ml／ｇであつた。 ｃ この実験はａに従つて行われたが、加熱
と蒸留の前にエマルシヨン中に33％酢酸３mlを
混入したことが相違した。この場合は、水の添
加なしに行つた仮焼の後の細孔容積は1.03ml／
ｇであつた。 ｄ この実験はａに従つて行われたが、加熱
と蒸留の前にエマルシヨン中に33％酢酸2.5ml
を混入したことが相違している。このときエマ
ルシヨンのPHは9.20から6.28に低下した。 仮焼後の細孔容積は0.96ml／ｇであつた。 ｅ この実験はａに従つて行われたが、加熱
と蒸留の直前に、エマルシヨン中に33％酢酸
3.5mlを添加したことが相違している。このと
きエマルシヨンのPHは9.20から5.86に変化し
た。この場合は、水の添加なしに行われた仮焼
の後の細孔容積は1.26ml／ｇであつた。 ｆ 容量250の反応容積に次のものを装入し
た：ベンジルアルコール98.5Kg、脱イオン水５
Kg、1.7％水溶液としてのセルロースエーテル
（登録商標名ベルモコール イー：Bermocoll
Ｅ）４Kg、水で飽和されたベンジルアルコール
３Kg中に溶解されたヘキサメチレンテトラミン
0.5Kg。反応器の内容物を、均一な透明な溶液
になるまで、室温でかきまぜた。 ｃに従つて製造されたゾル20.3Kgをベンジ
ルアルコール溶液を激しくかきまぜつつ混合し
た。該撹拌は、約15分後に10と30μｍの間の寸
法を持つたヒドロゾル液滴のエマルシヨンが得
られるように、調整した。次いで、撹拌を停止
し、混合物を約60分間放置した。 穏やかにかきまぜつつ、エマルシヨン中に33
％酢酸150mlを混入した。それによりPHは8.85
から7.50に変化した。酢酸を添加して後間もな
く混合物を加熱し、約34℃で真空中で蒸留し
た。反応器中の混合物から約26の水が留去さ
れたとき、蒸留を停止し、この時点でベンジル
アルコール溶液中に球形シリカ粒子を有する懸
濁液となつた混合物を遠心分離した。遠心機中
のシリカ材料を、25のエタノール次いで100
の脱イオン水で洗つた。 次いで、シリカ材料を真空乾燥キヤビネツト
中で乾燥し、炉の中で約750℃で16時間仮焼し
た。このシリカ材料の比表面積は360m²／ｇと
測定され、細孔容積は0.98ml／ｇと測定され
た。 仮焼の間の高温度が細孔特性に及ぼす影響を
示すために、次の実験を行つた。シリカ材料は
ｃに従つて製造した。ただし、乳化の際に、
比表面積が500m²／ｇでありNaOHでPH9.3にし
て安定化された市販のシリカゾルを用いた。シ
リカゾルは15重量％のSiO₂を含んでいた。シ
リカ材料の中の金属含量はAASで測定され
た：Na660ppm、Al320ppm、Fe155ppm。こ
のシリカ材料Ａと、金属含量がNa25ppm、
Al30ppm、Fe20ppmであるｃに記載された
方法で製造された本発明によるシリカ材料Ｂ
を、共に一つの炉の中で600℃で３時間仮焼し
た。両方のシリカ材料から試料を採取し、仮焼
を更に21時間続行した。同じ操作を750℃で繰
返した。各仮焼試料に就いて、細孔容積と比表
面積を測定した。

【表】 （後処理） ｆに従つて製造されたシリカ材料を0.1Mの
純HCl溶液中、約98℃で約３時間、後処理した。
次に脱イオン水を用いて酸がなくなるまで洗い、
約150℃で乾燥した。次に６％NH₄OH溶液を用
い室温で約80時間、追加の後処理を行つた。次
に、このように処理したシリカ材料を、洗浄液の
PHが約7.5になるまで洗い、次いで150℃で乾燥し
た。 次の表に、アンモニア環境中での後処理が多孔
度性に及ぼす影響が示されている。ｆに従つて
製造され前記のように塩酸で後処理されたアンモ
ニア溶液は後処理されなかつたシリカ粒子、及び
二三の市販のクロマトグラフイー用級のシリカ材
料との比較が行われている。市販品の登録商標名
と平均粒子寸法を次に与える：(A)ヌクレオシル
（Nucleosil）100−５、5μｍ；(B)リクロスフアー
（Lichrospher）、5μｍ；(C)ゾーバツクス
（Zorbax）、5μｍ；(D)パーテイシル（Partisil）、
5μｍ。前記の塩酸のみで後処理される方法によ
つた粒子をＥと表示し、塩酸およびアンモニア溶
液で処理した粒子をＦと表示する。

【表】 実施例 ２ 本実施例では、本発明によるシリカ粒子の誘導
体化と、これらのクロマトグラフイーに於ける使
用が示される。 本発明に従つて製造され、9μｍの平均粒子寸
法と、ｄ＝11.6nｍの平均細孔直径と、細孔容積
の95％が0.5〜1.5dの範囲内にある細孔径分布と
を持ち、アルカリ金属含量が30ppmである、シリ
カ粒子が使用された。粒子は次のようにオクタデ
シルクロロシランで誘導体化された。ジメチルオ
クタデシルクロロシラン（4.72ｇ、13.6ミリモ
ル）とイミダゾール（3.7ｇ、54.4ミリモル）を、
シリカ粒子のスラリー（無水トルエン50ml中に
4.7ｇ）に加え、混合物を18時間還流した。トリ
メチルクロロシラン（1.7ml、13.6ミリモル）を
加え、還流を更に８時間続行した。改質オーデイ
ーエス（ODS）−シリカ材料をろ別し、トルエ
ン、塩化メチレン、アセトン、及びメタノールで
洗つた。カーボンカバーリング（carbon
covering）は元素分析により19.06％すなわち
2.93μmol／m²と測定された。 誘導体化されたシリカ材料を、下の表が示す試
験物質の標準混合物の分離に用いた。クロマトグ
ラフイーカラム（200×4.6mm）にスラリー充填技
術を用いて充填した。水（30％）と混合したアセ
トニトリル（70％）である溶離剤を、２ml／分の
流速で用いた。試験物質 保持時間 非対称フア 分 クター ベンザミド 1.08 1.1 ベンジルアルコール 1.26 1.1 ベンズアルデヒド 1.61 1.0 安息香酸メチル 1.99 1.0 トルエン 3.01 1.0 メチルベンゼン 3.88 1.0 ｎ−プロピルベンゼン 5.40 1.0 ｎ−ブチルベンゼン 7.67 1.0 この表から、疎水性物質と親水性物質は、はつ
きり区別のある保持時間で分離され、すべての試
験物質は対称性のピークを与えることが明らかで
ある。非対称フアクターは（ｔ tail−ｔ
max）／（ｔ max−ｔ front）で定義される。
この式で、ｔ maxはピーク頂点の時間に相当
し、ｔ frontとｔ tailは、それぞれ、極大ピー
ク高さの10％の高さに於けるフロント側の時間と
バツク側の時間に相当する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (1) アルカリ金属含量が100ppm以下であり、
   粒子寸法が本質的に3nｍ以下である、酸性シ
   リカ水ゾルの少なくとも一種を製造し、 (2) 50〜500m²／ｇの範囲内の比表面積に相当す
   る寸法にゾル粒子を成長させるために、アンモ
   ニウム又はアミンを基礎とする塩基性環境中で
   前記製造ゾルを熱処理し、 (3) 必要に応じて濃縮した後、水と混和しない、
   又は水に対して制限のある混和性又は溶解度を
   持つ有機媒体中で、表面活性剤の存在の下に、
   ゾルを乳化し、 (4) 形成されたゾル液滴を、制御された温度とPH
   条件下で脱水することにより、ゲル化し、 (5) 得られたゲル粒子を、実質的にすべての有機
   物質を除去するために、熱処理し、 (6) アンモニウム又はアミンを基礎とする塩基性
   環境中でゲル粒子を後処理する、 諸工程段階を含むことを特徴とする、シリカ粒子
   の製造方法。 ２ ゲル化が、ゲル化を促進する物質の存在の下
   に行われることを特徴とする、請求項１に記載の
   方法。 ３ 工程段階(2)及び(6)で、水酸化アンモニウム溶
   液が用いられることを特徴とする、請求項１に記
   載の方法。 ４ 乳化されたゾルが多分散系であることを特徴
   とする、請求項１に記載の方法。 ５ ゲル粒子の熱処理が、少くとも600℃の温度
   で行われることを特徴とする、請求項１に記載の
   方法。 ６ アンモニウム又はアミンを基礎とする塩基性
   環境での後処理が、少くとも約11.3のPHで行われ
   ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに
   記載の方法。 ７ 得られるシリカ粒子が実質的に球形であり、
   かつ１〜100μｍの範囲内の粒子寸法、ｄを平均
   細孔直径としたとき0.5d〜1.5dの範囲内の細孔容
   積の部分が90％より大きい細孔径分布、並びに
   100ppm以下のアルカリ金属含量を有することを
   特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方
   法。