JPH06508096A - 高固体含有量のベントナイトスラリの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １　Ａ　のヘントナイトスラリの　告−ン去発皿臣分野 本発明は、スメクタイトクレー（ベントナイトクレーとも呼ぶ）に関し、より詳 細には固体含有量の高いスメクタイトクレースラリに関する。

発盟卑電量 スメクタイトクレーは商業的に重要な鉱物である。好適な加工を行うと、スメク タイトクレーは卓越した性質を有する粘度増加剤、バインダ、フィルム形成剤、 織物柔軟剤及び製紙の強度保持助剤となる。これらのクレーは雲母構造を有する 平らな物質である。これらは高度にコロイド状であり、水中で膨潤してこれらの クレーを、例えば鋳造成形組成物を含む多くの工業及び用途で粘度上昇剤として 、農業用散布剤の懸濁助剤として、及び化粧品の濃縮用として有用にする粘度の 高いチキソトロープのゲルを形成する。水中での膨潤により形成される高表面積 は更にこれらのクレーを織物柔軟化及び製紙上の用途で有用にする。

殆どのスメクタイトクレーは微粒子として販売される。しかし多くの鉱物の場合 のように、これらの粉末は取扱いが困難で高価である。これらは更にがなりの「 ダスティング」を受け、つまり取扱いの間にダストを発生させ、そしである場合 には環境上の問題をそして健康の危険さえ生じさせることがある。これらの問題 を最小にするために、多くの鉱物が高固体含有水性スラリとして製造者により販 売されている。このような高固体含有量スラリは、前述の通り主要な支出をがな り減少させかつ鉱物ダストに伴う問題を少なくして、例えばボンピングや測定を 通して容易に貯蔵され、船積されかつ輸送されることができる。

それにもかかわらず、多くの用途において船積可能なスラリ中に存在する大量の 水のため、スメクタイトクレースラリを船積することは経済的ではない、スメク タイト類は確かに良好な粘度上昇剤であるため通常の方法で高固体含有量スラリ を生成することは可能でない、一般に約８〜１０％のみの固体を含む良好な品質 の膨潤したスメクタイトのスラリを水中で生成することが可能である。ｆｌかに 約８％より大きいスラリ含有量では、スラリの粘度が高（なり通常のｌｌｇＢで は容易にボンピングができなくなり、放置後のゲル化が問題となる。より高い固 体含有量では、特殊な機器なしに均一なペーストを形成することが実質的に不可 能になる。

従ってボンピングを可能にするために十分低い粘度を有する実質的に８重量％を 越えるクレーを含むスラリか要望されている。更にスラリの全重量がより少ない 水分量を含むことになるため、スラリ中に組み入れることができるクレーの量が 増えるほどクレーを船積することが経済的になる。

ファン・ツイスタの米国特許４，３５９，３３９号は硫酸アルミニウムのような 水溶性アルミニウム塩を添加し、型の製造に使用される鋳造砂組成物に主として 使用される２６重量％までのクレーを含むベントナイトのボンピングできる水性 スラリの製造を可能にすることを提案している。開示された目的に対しては明ら かに適しているが、アルミニウム塩は、特に船積が含まれる多くの目的に対して しばしば望まれるより高い固体含有量のクレースラリを製造するために満足でな いと見られている。ファン・ツイスタも、カルシウムイオンのようなある種の他 の塩が水性スラリ中のベントナイトのゲル化の性質を抑制することが知られてい るが、該性質は後の希釈で容易に逆にできるものでなく従ってこのような使用の 価値を制限すると指摘している。アルミニウムイオンはこの難点を被り難いと思 われるが、かなりの程度で同し問題点による欠点を有する。全ての多価カチオン はクレーの小片を強く結合する傾向があり、これは良好な分散を必要とする用途 （粘度上屏削、織物柔軟剤、保持助剤等）における分散を阻害し、性能を悪化さ せる。

前述のことから長寿命かつ低粘度で固体含有量の高い水性ベントナイトスラリを 製造する方法を提供することが本発明の目的であると認識できる。

使用時点で新鮮な水で希釈後に生成するスラリ中のヘントナイトを、多くの用途 で最大性能の実現に必要な大きな表面積を形成するために容易に分散できる上述 の方法を提供することが本発明の他の目的である。

固体含有蓋が増加した改良されたスメクタイトクレースラリを提供することが本 発明の他の目的である。

増加した固体含有量でもゲル化を抑止することなくボンピングでき船積できる上 述の特性のスメクタイトクレースラリを提供することが本発明の更に他の目的で ある。

発剪Ｑ概要 本発明によると、スメクタイトクレー（ベントナイトクレーとも呼ぶ）が、カチ オンが１価であり水性媒体が効果的な塩濃度を有する該水性媒体中にスラリ化さ れあるいは分散されたスメクタイトクレーを含んで成る例えば５０％までの固体 を含む増加した固体含有量の水性スラリとして提供される。このような塩がクレ ースラリ中に存在すると、該クレーはあまり膨潤せず、本質的に不活性で、かつ 該スラリはゲル化の問題点を生ずることなく船積しかつ貯蔵することができる。

使用の時点でこのスラリを新鮮な水で希釈して所望の固体含有量の例えば１％の 固体含有量のものを形成すると、スメクタイトクレーは殆どの用途において、織 物柔軟剤、保持剤等のような全ての望ましい性質を示すことができる。

本発明方法による好ましい操作では、長寿命で低粘度で高い固体含有量の水性ベ ントナイトスラリが、１価の塩の水溶液をまず調製し、その後この溶液中に少な くとも８重量％の粉末状のベントナイトを分散させて同時に低ジャリング混合す ることにより調製される。ベントナイトは好ましくはベントナイトナトリウムで あり、これは８から５０重量％溶液中に添加される。前記１価の塩は前記溶液の 約１から３５重量％、好ましくは３から１５％である。該」価の塩は好ましくは 塩化ナトリウムである。前記塩及びクレーは同時に水相に添加することもできる 。これは塩を分散したクレースラリに添加することに対し重大な改良を与えるが 、第１に塩を溶解し次いでクレー蕃添加することほど効果的でない。

好末旦鮫態様Ω詳ｋｌ説朋 本発明によると、比較的安定で濃縮されたスメクタイトクレーの水性スラリが効 果的な輸送のための５０％までの固体含有量で製造することができる。低固体含 有量のスラリは例えば上述の列挙した多くの用途で通常使用され、これらは′ａ 縮されたスラリを単に新鮮な水で所望の程度に希釈することにより調製すること ができる。このような希釈後にベントナイトのゲル化の性質と他の有用な特性が 現れつまりヘンｌナイトが「活性化」されて水の存在下で通常以上の性質を有す るようになる。多くのスメクタイトスラリでそうであるように、ジャリングは希 釈されたスラリ中の分散度を従って最終的な性能を向上させることができる。

上述の通り、使用される塩はカチオンが１価の塩である。好ましいのはナトリウ ム塩のようなアルカリ金属塩であり、特に好ましいのは塩化ナトリウｌ、つまり 「通常の塩」である。

−４にヘントナイトのようなスメクタイトクレーは採鉱後に約１０％未満の湿気 に乾燥され粉末化される。分散体又はスラリを形成するために、粉末化されたク レーは迅速な撹拌下で水中に分散される。

本発明の好ましい方法の態様によると、所望量の粉末クレーは１価のカチオン塩 の前もって調製された水溶液に添加される。最良の結果では水が約１から３５重 量％の好ましくは約５から１５重景％の濃度の塩化ナトリウｌ、を含んでしする 。

クレー−塩溶液混合物は最小のジャリングで攪拌され、好ましくはクレーを添加 しながら行う。混合のジャリングが低くなるほど到達できる固体含有量が高くな ることが見出された。低ジャリング混合物を生成できる任意の混合機器を使用す ることができる。周知の「ライトニン」攪拌器が特に効果的であることが見出さ れた。種々のペダルホイールミキサーも好適である。

非水性媒体も存在することができるが、該非水性媒体は最終的な使用のための希 釈後も残存し、これはある用途には問題となることがある。従ってその中にクレ ーがスラリ化される１価のカチオンの塩を含む媒体は完全に水性であることが実 施例１ わ〕末状のヘン１−ナイトナトリウムを１５％の塩化ナトリウム水溶液に加えて 種々の固体含有量のヘントナイトのスラリを形成した。前記溶液は３００部の塩 化ナトリウムを１７００部の脱イオン水に溶解して２０００部の溶液とすること により調製した。

脱イオン水中の１０％ベントナイトを含むスラリもコントロールとして作製した 。

各スラリを１５分間ライトニンミキザーで混合した。

初期のブルックフィールド粘度を各スラリにつき２０ＲＰＭ及び５０ＰＰＭで測 定した。

下記の表１はスラリ評価の結果を示すものである。これらのスラリを１日放置し た後、再度粘度測定を行いその結果を表２に示した。スラリを１週間放置した後 、粘度測定を再度行い、その結果を表３に示した。

（＊）　脱イオン水スラリ、塩化ナトリウムなしく＊）　脱イオン水スラリ、塩 化ナトリウムなし友−」− 丈旌叶λ ５％、７．５％、１０％及び１２．５％の濃度の水性ＮａＣ＋溶液を使用し、３ ０％のベントナイトスラリのみを調製しナス１ルたこと以外は実施例１を繰り返 した。

表４は放置後に幾分かの粘度の増加があることを示しているが、１週間後でさえ もこれは塩の使用なしに得られた粘度より実質的に小さい。実際に、塩なしにこ のスメクタイトから３０％スラリを調製することは不可能である。初期粘度だけ でなく粘度上昇のパーセンテージも水性媒体中のＮａＣｌ濃度の増加につれて減 少することに注意すべきである。換言すると、粘度はクレー固体の量により又は ＮａＣ１のレベルによりコントロールすることができる。更に注目すべきことは 固体含有量が増加するにつれ減少する傾向のある幾分かの固体分離があることで ある。しかしこれは最小の攪拌で再分散できる小さいソフトな沈澱物である。

実施例１ １０％又は２０％（クレー重量に基づく）のいずれかの塩を有する２５％のスメ クタイトを含むスラリを実施例１で使用した混合操作により調製した。この際幾 つかの異なった塩を使用した。スラリを調製した後、２ＯＲＰＭでブルックフィ ールド粘度針を使用して粘度を測定した。２４時間後に幾つかのスラリで清澄な 上部液層が形成された。この層の深さを測定しミリメートルの単位で示した。該 スラリはこの際に流動性のテストも行った。このテストではスラリを含むジャー をそのサイドに接続した。スラリかジャーから外に流れると「ＯＫ」と評価し７ こ、スラリか流れないと「ゲル」と評価した。

流動性テストの後に、各スラリを塩を含まない水で５％の固体含有量になるまで 希釈し１５分間ワーリングプレンダー中でジャリングを行った。２０ＰＰＭのブ ルックフィールド粘度をサイド記録した０次いでこれらのスラリの製紙で使用さ れる祇パルプスラリからの水難れを改良する能力をテストした。該技術は米国特 許４．３０５，７８１号に記載されている。このテストでは、排水時間（秒）が 短いほど良（なる。

これらの実験の結果を表５に示す。最適のスラリは低粘度、低液体分離及び高固 体含有量で良好な流動性を与える。商業的な用途での使用のための希釈後の最適 なスラリはレオロジー的な適用に対して５％の固体含有量で高い粘度及び製紙用 の低排水速度を与える。

このデータから、全体として１価のカチオンはカルシウムより良い傾向を示しナ トリウムはＬｉ又はＫより良いことが判る。カルラシムのような多価カチオンは 初期の高固体含有スラリを生成するためには良好であるが、スメクタイトの適用 のための性質の多くを阻害する。リチウムは良好に機能するが、かなりの健康的 な危険がある。カリウムは１価であるが偶然にも多くのスメクタイトの表面と強 く錯体を形成する特殊なサイズである。この錯体形成はスメクタイトの商業的用 途の多くに対して有害である。全体として好ましい塩は塩化ナトリウムである。

腐食に対し鋭敏なシステムのように塩素イオンが問題となる用途では、他の塩の １種を選択することができる。

実施例凍 クレー固体を３０％に増加しかつ塩をスメクタイトクレーの重量の２０％添加し たこと以外は実施例３と同じようにしてスラリを調製した。これらの高固体含有 スラリのデータを表６に示す。

実施倒立 スメクタイトースラリの粘度を減少させるために分散剤がしばしば使用される。

表７はスメクタイトスラリの粘度に対する分散剤の効果をスラリ中のスメクタイ トの固体の及び分散剤の添加のオーダーの関数とし”Ｃ比較するものである。こ の検討ではビロリン酸四ナトリウムを分散剤として使用した。

分散剤がないと得られる最大固体含有量は１３がら１５％である６分散剤とクレ ーを一緒に添加すると、固体含有量は２０％より幾分低い値にまで増加すること ができる。まず分散剤を水に完全に分散させると、２０％を越える固体含有量を 達成することができる。分散剤を使用して得られる最大固体含有量を増加させる ことができるとしても、その効果は前の実施例より１に劣っている。これはナト リウムを含む分散剤を使用しても又水にスメクタイトの前に添加しても同じであ る。これは、ビロリン酸の場合には結晶量領域が膨潤できない場合でも分子の分 散端がスメクタイトの緩い凝集体を分散させる傾向にあるがらである。これは他 のナトリウム塩を使用した場合よりもスラリの粘度の増加を招く。

実施例１ 幾つかの場合には、クレーを添加する前に水中に全ての塩を溶解することなく受 け入れられる程度に固体含有量が高いスメクタイトスラリを調製することができ る。この実施例では塩を粒子中に組み入れたつまり粒子を各成分を含むように配 合したスメクタイト粒子を調製した（粒子化を通して）、低シ＋リングでこれら の粒子を新鮮な水に分散させると適度に高い固体含有量が得られた。これは明ら かに塩がクレーが分散されるより速く溶解するという事実に起因する。結果を表 ８に示す。塩／スメクタイト粒子の使用は、スメクタイト加工設備がスラリ生成 機器と異なって位置している状況で有用である。前記粒子は船積されようとして いる粉末より問題点が少ない。

本発明をその特定の態様に関して特別に述べてきたが、本開示に基づいてそれが 依然として本教示の範囲内にある本発明に対する種々の変化が当業者にとって可 能である。従って本発明は広く解釈されるべきであり、添付した請求の範囲の範 囲及び精神によってのみ限定されるべきである。

国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　ハンロン、　ダビット　ジェイ。

アメリカ合衆国　７８６２９　テキサス、　ゴンザレス、　ボックス　１６４　 エイ、　ルート＃２ （７２）発明者　メンキング、　ウィリアム　アール。

アメリカ合衆国　７８６２９　テキサス、　ゴンザレス、　タンゲルウッド・ト レイル（７２）発明者　ルイス、　パトリシア　エム。

アメリカ合衆国　７８６２９　テキサス、　ゴンザレス、　ボックス　１４３、 　ルート＃４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．長寿命で低粘度で高固体含有量の水性ベントナイトスラリの製造方法におい て、 １価のカチオンの塩の水溶液を調製し、かつ少なくとも８重量％の粉末ベントナ イトを、該粉末と前記溶液との低シャリング相互混合により前記水溶液中に分散 することを含んで成る方法。 ２．前記水性塩溶液が初期ステップとして調製され、次いで前記ベントナイト粉 末が同時に行われる低シャリング混合により前記溶液に添加される請求の範囲第 １項に記載の方法。 ３．前記水性塩溶液の調製及び前記ベントナイトの分散が実質的に同じステップ として行われる請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．前記ベントナイトがベントナイトナトリウムであり、８から５０重量％が前 記溶液に添加される請求の範囲第２項に記載の方法。 ５．ベントナイトナトリウムが１５から４０重量％の範囲で添加される請求の範 囲第４項に記載の方法。 ６．前記１価のカチオン塩が前記溶液の１から３５重量％である請求の範囲第４ 項に記載の方法。 ７．前記塩が前記溶液の５から１５重量％である請求の範囲第６項に記載の方法 。 ８．前記塩が塩化ナトリウムを含んで成る請求の範囲第６項に記載の方法。 ９．前記塩及び前記ベントナイトが配合された粒子として前記スラリの水相へ添 加される請求の範囲第３項に記載の方法。 １０．ベントナイトを製造地点から利用地点へ船積し該利用地点で水性膨潤ベン トナイトスラリを提供する方法において、その中に少なくとも８重量％の粉末ベ ントナイトが分散された１価の塩の水溶液を含んで成る高固体含有量で低粘度の スラリを前記製造地点で調製し、該スラリを前記利用地点へ船積し、かつ該利用 地点で前記高固体含有量スラリを新鮮な水で希釈することにより前記ベントナイ トを活性化しかつ膨潤させるステップを含んで成ることを特徴とする方法。 １１．前記ベントナイトがベントナイトナトリウムであり、高固体含有量スラリ 中に８から５０重量％存在する請求の範囲第１０項に記載の方法。 １２．利用地点における高固体含有スラリの希釈が前記クレーの固体含有量を１ ％まで低くする請求の範囲第１１項に記載の方法。 １３．前記ベントナイトナトリウムが１５から４０重量％の範囲で存在する請求 の範囲第１１項に記載の方法。 １４．前記１価のカチオン塩が前記水溶液の１から３５重量％含まれている請求 の範囲第１１項に記載の方法。 １５．前記塩が前記水溶液の５から１５重量％の量の塩化ナトリウムを含んで成 る請求の範囲第１３項に記載の方法。 １６，固体含有量が増加したスメクタイトクレーの水性スラリにおいて、１価の カチオンを有する塩の水溶液、及び前記スラリの約８から５０重量％のスメクタ イトクレーを含んで成ることを特徴とするスメクタイトクレーの水性スラリ。 １７．スメクタイトクレーがベントナイトである請求の範囲第１６項に記載の水 性スラリ。 １８．前記塩が、水溶液の約１から約３５重量％のアルカリ金属塩である請求の 範囲第１６項に記載の水性スラリ。 １９．前記塩が、水溶液の約１から１５重量％の塩化ナトリウムである請求の範 囲第１８項に記載の水性スラリ。