JPS60210566A - スメクタイト型鉱物、中性水溶性高分子化合物、シリカより成る微細多孔質粘土材料の製造法 - Google Patents

スメクタイト型鉱物、中性水溶性高分子化合物、シリカより成る微細多孔質粘土材料の製造法

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JPS60210566A
JPS60210566A JP6558184A JP6558184A JPS60210566A JP S60210566 A JPS60210566 A JP S60210566A JP 6558184 A JP6558184 A JP 6558184A JP 6558184 A JP6558184 A JP 6558184A JP S60210566 A JPS60210566 A JP S60210566A
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smectite
clay material
silica
type mineral
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憲司 鈴木
坂見 宏
川瀬 薫
飯田 昌造
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

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】 本発明はスメクタイト型鉱物の層間に水溶性高分子及び
ノリ力が挿入され、且つ層間間隔が20オングストロ一
ム以上であることを特徴とする微細多孔質粘土材料に関
するものである。
スメクタイト型鉱物にはモンモリロナイト、べントナイ
ト、緑泥石、バイデライト、ヘクトライ1〜及び合成マ
イカがある。例えばモンモリロナイ1−の結晶((°4
造は、ケイ酸四面体層−アルミナ八面体層−ケイ酸四面
体層が積重なって結合し、一枚の結晶層を形成している
。また、八面体層の中心金属であるアルミニウムがそれ
よシ陽電荷の小さいマグネシウムによって一部置換され
ており、そのだめに層が負電荷を帯びている。この負電
荷に応じたアルカリ金属イオン(主としてNa”)が層
と層との間に介在し、結晶層の電荷を中和している。従
ってモンモリロナイトは大きなカナオン交換能を有して
いる。まだ、主としてこの交換性カチオンの水和性質に
よって層間に著量の水を吸収するので著しく大きな膨潤
性を現わす。他のスメクタイト型鉱物もモンモリロナイ
トと同様の性質を有している。そして、以上のスメクタ
イト型鉱物はその層間構造を利用して断熱材或いは吸着
剤等に使用する試みがなされている。
従来の多孔質粘土材料、例えば特開昭5グ−Sggy号
及び特開昭5グ一/乙3g乙号ではスメクタイト型鉱物
の層間に陽イオン性ヒドロキシ金属錯体、アルミニウム
クロロヒドロキシド錯体、ケイ酸塩、リン酸塩、ジルコ
ニア等を含有した利料であり、層間間隔は約70オング
ストローム以下である。
しかるに、以上のような層間距離の短いスメクタイト型
鉱物を断熱材材料として使用する場合などにおいては十
分な効果を得られないことがある。
例えば、これを使用して断熱拐を作製した場合、約70
%の相対湿度でもって層間が水で詰まってし1う。従っ
て十分な断熱効果を挙げることができない。
この発明は、」二記実情に鑑み比I咬的層間距離の長い
ヌメクタイ1−型鉱物の微細多孔質粘土材料1を製造す
ることを目的として鋭意研究の結果、主に20オングス
トロ一ム以上の細孔径を有する微細多孔質粘土材料を見
い出したものである。この発明の微細多孔質粘土材料の
構造の断面図を第1図に示す。aはスメクタイト型鉱物
の結晶層であり、その厚さく1.は約10オンゲストロ
ームでアル。
輝線及びbは層間に挿入された水溶性高分子及び無機物
であり、層間を支える柱になっている。そしてd2の層
間間隔を出現する。この発明の微細多孔質粘土材料はI
i2が20オングストロ一ム以上である。
この発明におけるスメクタイト型鉱物は、例えばモンモ
リロナイト、ベントナイト、緑泥石、バイデライト、ヘ
クトライト、合成マイカ及び置換せしめたこれ等の類似
体の7種又は2種以上の混合物より選択することができ
る。
まだ、水溶性高分子はデンプン、こんにゃく、茫天、ト
ロロアオイ、アラビアゴム、にかわ、ゼラチン等の天然
高分子とポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール
q・の合成高分子がある。この発明では天然及び合成を
問わず、水に溶けた状態で電荷が中性である水溶性高分
子を使用する。
無機物は重合体状シリカ(シリカシ/I/)を乾燥して
得たゲル化物である。
本発明の微細多孔質粘土材料の層間間隔を窒素吸脱着法
で調べた結果、第Ω図で示した通り主として20オング
ストローム以」二、60オングストローム以下の層間間
隔を有している。また、層間間隔が20オングストロ一
ム以上の表面積は約2701ノi/7、全表面積は約3
、.2 On? / pであり、窒素容量は約02 /
 me / !i’、比容は約06/ car /2、
空孔率は約035である。
本発明はスメクタイト型鉱物の層間に水溶性高分子、無
機物及び水を挿入したのち、乾燥することにより主とし
て20オングストロ一ム以上の層間間隔を有する微細多
孔質粘土材料の製造法に関するものである。
スメクタイト型鉱物にはモンモリロナイト、ベントナイ
ト、緑泥石、バイデライト、ヘクトライト及び合成マイ
カがあり、これらの性質は前述の「微細多孔質粘土材料
」で説明したが、さらに詳しく説明する。第3図はスメ
クタイト型鉱物を水と混合した場合の状態を示し、aは
結晶層、dlは結晶層の厚さく約70オングストローム
)であり、この場合層間に水を含んだ状態における層間
距ヌ1[山はスメクタイトm鉱物と水との混合比によっ
て変化し、水が多量に存在すれば最大300オングヌト
ロ一ム程度の値をとり得る。しかしスメクタイト型鉱物
k Ca”’ s A工3+などの陽イオンを含んだ水
と混合した場合は、層間の陽電荷が高まってd3は小さ
くなる。そして陽イオン量が多くなればd3は遂には約
70オングストロームになる。
従来の製造法、例えば特開昭s1.l−5gg<を号及
び特開昭5グ一/乙3g6号ではヌメクタイト型鉱物を
水及び陽イオン性無機物と混合し、陽イオン性無機物を
層間の交換性カチオンとイオン交換させたのち加水分解
させる製造法であるので、生成物の層間距離は約70オ
ンクストローム以下である。
しかるに以」二のような層間距離の短いスメクタイト型
鉱物を断熱利材料として使用する場合などにおいては十
分な効果を得られないことがあることを前述のr@細細
多孔質粘土科料で説明した。
この発明は上記実情に鑑み比較的層間距離の長いヌメク
タイ1−型鉱物の微細多孔質粘土材料を製造すること’
c l的として鋭意(iff究の結果、スメクタイト型
鉱物、水溶性高分子、無機物及び水を混合したのち、乾
燥することによシ主に20オンクストローム以」二の細
孔径を有する微細多孔質粘土材料が得られることを見い
出したものである。
この発明におけるスメクタイト型鉱物は、例えばモンモ
リロナイト、ベントナイト、緑泥石、バイデライト、ヘ
クトライト、合成マイカ及び置換せしめたこれらの類似
体の7種又はΩ種以上の混合物より選択することができ
る。
まだ、この発明における水溶性高分子はデンプン、こん
にゃく、寒天、トロロアオイ、アラビアゴム、にかわ、
ゼラチン等の天然高分子とポリエチレンオキシド、ポリ
ビニルアルコール等の合成高分子があるが、天然及び合
成を問わず、水に溶けた状態で電荷が中性である水溶性
高分子を使用する。
また、無機物は重合体状シリカ(シリカシ)v )であ
る。
この発明の製造に際しては、先ずヌメクタイ1−型鉱物
、水、水溶性高分子及び無機物全混合する。
水の量はスメクタイト型鉱物/yあたシ04tme以−
1−―とする。また、水溶性高分子の水溶液濃度は液を
傾けてわずかに流れる程度の粘度以下で流動性を示す範
囲とする。無機物はスメクタイト型鉱物/gあたりoo
sy〜/7の;俺囲であり、0052以下では層間隔を
拡げるのに十分な大きさの柱にならない、77以上では
空孔率が減少する等の理由から使用することは不利であ
る。混合の順序は水溶性高分子と無機物の混合水溶液を
スメクタイト型鉱物と混合する、或いはスメクタイト型
鉱物と水溶性高分子水溶Gりの混合物に無機物を混合す
る方法のいずれでもよい。混合後の状態を第7図に示す
。ここでCは無機物である。この発明における無機物は
重合体状シリカ(シリカシ)v )であり、これは、負
に帯電した無定形シリカ粒子が水中に分散してコロイド
状になっており、粒子の形状は球形である。粒子の表面
は一8iOH基及び−0H−イオンが存在し、安定剤と
して添加しであるアルカリイオンにより電気二重層が形
成され、J’ff1f子間の反発により安定化されてい
る。乾燥により粒子間距離が短くなれば増粘、ゲル化、
凝集等が起こる。ゲル化物を乾燥すると含水ゲルから乾
燥ゲルに変化するが、この場合ゆるやかに乾燥したほど
、また粒子が小さいほど、且つ粒子の充填度を高める粒
子分布を与えるほど(大粒子、中粒子、小粒子の組合せ
)強固な乾燥ゲル固型物が得られる。
第り図の輝線は水溶1!IE 、t、’、i分子を表わ
している。
この状態では水溶性高分子の構造粘性の出現により層間
を押し拡げている。これを更に詳しく説明すれば、一般
に高分子水溶液は高分子の分子I11が大きくなり、ま
だ濃度が高くなれば粘度が」二昇して流れにくくなる。
これは高分子の糸まりどうしがもつれ合う、いわゆるゞ
からみ合い′現象から生ずる網目構造の形成による構造
粘性の出現による。そしてゴム弾性を示すようになる。
この発明はこれらの水溶性高分子の特徴をスメクタイト
型鉱物の層間に応用し、層間距離が無機物の挿入により
・トさくならないようにした点に特徴を有している。
次に第7図の状態にて室温或いは200°Cまでの温度
で乾燥することにより層間の水が排除され、水溶性高分
子の拡がりは小さくなり、層間に無機物の柱が出来上る
(第1図)。
したがってこの発明の他の特徴は、これらの水溶性高分
子及び無機物をスメクタイト型鉱物の層間に固定し、つ
いで乾燥することにより層間距離の長いスメクタイト型
鉱物の微細多孔質粘土材料が得られる点にある。
なお、この発明の生成物を窒素吸脱着法で調べた結果、
第2図で示した通り、主として20オングストロ一ム以
上の層間間隔を有する微細多孔質粘土材料である。また
、層間間隔が20オングストローム以」二の表面積は最
大約2 / Oyd / 9 、全表面積は最大約32
On//9である。窒素容量は最大約02 / yl 
/ !、比容は最大約0乙/ cA / 9、空孔率は
最大約03−iである。
これらの微細多孔質粘土材料は配向させることにより高
性能断熱利に有用である。
以下、この発明の実施例金示す。
実施例/ 重合度37,000−30,000(7)ボ’)工fV
:/オキシド00362を水’7 mlに溶解する。溶
解した0グ重量パーセントポリエチレンオキシド水溶液
7me中に37重量パーセントシリカゾル水溶6ダ(触
媒化成工業時、Sニー360)09mlを添加し、撹拌
、混合する。混合水溶液中ヘナトリウムモンモリロナイ
ト700gを添加し、さらに攪J゛1′、混合したのち
SO″Cの乾燥器中で2日間放置して乾燥した。生成物
の細孔径、表面積、窒素界iik、比容、空孔率を窒素
吸脱着法で調べた結果、細孔分布がピークを示す細孔径
は3/オングストローム、表面積は、20オングストロ
一ム以上の細孔径において770ツメ/g−1まだ全表
面積は、2417 nl、/’1m素容i(’Hは0 
/ 7me/ ! 、比容は0.67 oil/!、空
孔率は02′?であった。
実施例Ω 重合度39,000〜30,000のポリエチレンオキ
シド0.073 fl’ff:水/gyttlに溶解す
る。溶解した0グ重量パーセントポリエチレンオキシド
水溶R11gm1中に37重量パーセントシリカゾル水
溶液(触媒化成工業時、Sニー360)/、g肩tを添
加し、攪拌、混合する。混合水溶液中ヘナトリウムモン
モリロナイト/、00P−f添加し、さらに撹拌、混合
したのち、5′0°Cの乾燥器中で2日間放置して乾燥
した。生成物の細孔径、表面積、窒素界1119、比容
、空孔率を窒素吸脱着法で調べた結果、細孔分布がピー
クを示す細孔径は3/オングストローム、表面積は20
オングストロ一ム以上の細孔径において2 / / n
l / 9、また全表面積は32/ノl/ / fj 
、窒素容量は0..2 / M/ / 9、比容は01
./c/j/ jit、空孔率は033であった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の微細多孔質粘土材料の構造の断面図を
示す。 第2図は本発明の微細多孔質粘土材料の窒素吸脱着法に
よる細孔分布曲線である。 第3図はスメクタイト型鉱物の層間に水を含んで膨潤し
ている状態を示したものである。 第7図はスメクタイト型鉱物の層間に水溶性高分子及び
無機物を挿入して行う製造法の乾燥前の状態を示したも
のである。 0 10 20 30 40 50 ω 70層目川向
隔、オ〉7゛スト0−ム

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (12スメクタイト型鉱物の中間層に水溶性高分子及び
    無機物を包含し、且つ、!0オングストローム以上の層
    間間隔を有することを特徴とする微細多孔質粘土拐料。 (2) 核スメクタイト型鉱物はモンモリロナイト、ベ
    ントナイト、緑泥石、バイプライ1−、ヘクトライト、
    合成マイカ及び置換せしめた類似体ならびにそれらの混
    合物から成る群より選択される、特許請求の範囲第1項
    記載の微細多孔質粘土材料。 (3)該水溶性高分子は水に溶けて電荷が中性を示すも
    の及びそれらの混合物から成る群より選択される、特許
    請求の範囲第1項記載の微細多孔質粘土材料。 (4)該無機物は重合体状シリカ(シリカシ)v )の
    ゲル化物である、特許請求の範囲第1項記載の微細多孔
    質粘土材料。 (5) スメクタイト型鉱物、水溶性高分子、無機物及
    び水を混合したのち、乾燥することを特徴とする微細多
    孔質粘土拐料の製造法。 (6)該スメクタイト型鉱物はモンモリロナイト、ベン
    トナイト、緑泥石、バイデライト、ヘクトライト、合成
    マイカ及び置換せしめた類似体ならびにそれらの混合物
    から成る群より選択される、特許請求の範囲第5項記載
    の製造法。 (7)該水溶性高分子は水に溶けて電荷が中性を示すも
    の及びそれらの混合物から成る群より選択される、特許
    請求の範囲第5項記載の製造法。 <S> 該無機物は重合体状シリカ(シリカシ/I/)
    である、特許請求の範囲第S項記載の製造法。
JP6558184A 1984-01-20 1984-04-02 スメクタイト型鉱物、中性水溶性高分子化合物、シリカより成る微細多孔質粘土材料の製造法 Granted JPS60210566A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006135010A1 (ja) * 2005-06-16 2006-12-21 Akebono Brake Industry Co., Ltd. 多孔質機能性フィラー及びその製造方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60200822A (ja) * 1984-03-27 1985-10-11 Agency Of Ind Science & Technol スメクタイト型鉱物、中性水溶性高分子化合物、シリカより成る微細多孔質粘土材料

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