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JP5212965B2 - Synthetic clay material and clay film - Google Patents
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Description

本発明は、合成粘土材料及び粘土フィルムに関するものである。   The present invention relates to a synthetic clay material and a clay film.

従来、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなどのディスプレイデバイスは、主にガラス基板上に形成されてきた。しかし、最近これらのディスプレイデバイスについては、曲面表示を可能とすることや軽量大型化の要求が高まっている。そこで、ディスプレイデバイスを可とう性を有するフィルム基材上に形成したいとの要求が高まっている。   Conventionally, display devices such as liquid crystal displays and organic EL displays have been mainly formed on glass substrates. However, these display devices have recently been demanded to enable curved surface display and to be lightweight and large. Therefore, there is an increasing demand for forming a display device on a flexible film substrate.

かかる用途に用いられるフィルム基材には、可とう性と共に優れたガスバリア性を備えることが求められる。このようなガスバリア性を備えるフィルム基材としては、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂フィルム上に、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化珪素等の無機系薄膜を形成することによって、水蒸気や酸素などのガスバリア性を向上させたものが知られている。これらは現在、主に食品や医薬品などの変質を嫌う材料の包装材料として使用されている(例えば特許文献1参照)。   A film substrate used for such applications is required to have excellent gas barrier properties as well as flexibility. As a film substrate with such a gas barrier property, by forming an inorganic thin film such as silicon oxide, aluminum oxide, or silicon nitride on a resin film such as polyethylene terephthalate, the gas barrier property such as water vapor or oxygen is improved. What was made known is known. At present, these are mainly used as packaging materials for materials that dislike alteration such as foods and pharmaceuticals (see, for example, Patent Document 1).

また、この他に、ガスバリア性を有するフィルム基材として、ナイロンなどのポリアミド樹脂中に、粘土材料をナノオーダーで均一に分散させたフィルムが提案されており、これによってガスバリア性や機械強度を向上させることが提案されている(例えば特許文献2、非特許文献1参照)。また、ガスバリア性、耐熱性、可とう性に優れるフィルム基材として、粘土材料を積層して形成される粘土フィルムや、表面にフッ素系膜、シリコン系膜、金属蒸着膜などの防水処理等が施された粘土フィルムが提案されている(特許文献3及び4参照)。
特許第2700019号公報 特開昭62−74957号公報 特開2006−77237号公報 特開2006−188408号公報 野中裕文、工業材料、Vol.51、No.12(52−56)
In addition, as a film base material having gas barrier properties, a film in which clay materials are uniformly dispersed in a nano-order in a polyamide resin such as nylon has been proposed, thereby improving gas barrier properties and mechanical strength. (For example, refer to Patent Document 2 and Non-Patent Document 1). In addition, as a film base with excellent gas barrier properties, heat resistance, and flexibility, clay films formed by laminating clay materials, and waterproof treatments such as fluorine-based films, silicon-based films, metal-deposited films on the surface, etc. An applied clay film has been proposed (see Patent Documents 3 and 4).
Japanese Patent No. 2700019 JP-A-62-74957 JP 2006-77237 A JP 2006-188408 A Hirofumi Nonaka, Industrial Materials, Vol. 51, no. 12 (52-56)

しかしながら、特許文献1のように樹脂フィルムをベースとした樹脂フィルム基板ではガラス基板に比べてガスバリア性が劣るという問題がある。このような樹脂フィルム基板をディスプレイ用途に用いた場合、水蒸気や酸素などが樹脂フィルム基板を透過して液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなどの素子部に侵入し、薄膜トランジスタや液晶材料、発光材料などの特性を劣化させ表示品質の低下を招く。また、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化珪素等の無機系薄膜層を厚く形成すればガスバリア性は向上するが、無機系薄膜層は脆く、曲げ応力が加わるとミクロなクラックが発生してガスバリア性を低下させてしまう。一方で、無機系薄膜層を薄く形成すると、可とう性は向上するものの優れたガスバリア性が得られない。すなわち、可とう性とガスバリア性とがトレードオフの関係にあることから、両性能を満足するフィルムを得ることができず、ディスプレイ用途への適用が困難になっている。また、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂フィルムの耐熱性は高いものであっても300℃以下であり、フィルム上へのポリシリコン膜の形成などの高温処理が必要なディスプレイ用途には適用できない。   However, a resin film substrate based on a resin film as in Patent Document 1 has a problem that gas barrier properties are inferior to a glass substrate. When such a resin film substrate is used for a display application, water vapor, oxygen, etc. permeate the resin film substrate and enter an element portion of a liquid crystal display, an organic EL display, etc., and characteristics such as a thin film transistor, a liquid crystal material, and a light emitting material Which degrades the display quality. In addition, if an inorganic thin film layer such as silicon oxide, aluminum oxide, silicon nitride or the like is formed thick, the gas barrier property is improved. It will decrease. On the other hand, when the inorganic thin film layer is formed thin, the flexibility is improved, but an excellent gas barrier property cannot be obtained. That is, since flexibility and gas barrier properties are in a trade-off relationship, a film satisfying both performances cannot be obtained, making it difficult to apply to display applications. Moreover, even if the heat resistance of resin films, such as a polyethylene terephthalate, is high, it is 300 degrees C or less, and cannot apply to the display use which requires high temperature processes, such as formation of the polysilicon film on a film.

また、特許文献2のように樹脂材料中に粘土材料をナノオーダーで均一に分散させた粘土ナノ分散フィルムの場合、樹脂材料中に粘土材料を高濃度に添加することは難しいため、ガス透過率を粘土材料添加前の1/2程度までにしか低減できない。このため、このようなフィルムは、包装用途等には使用可能であるが、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなどディスプレイに要求されるガスバリア性を満足するものではない。また、この粘土ナノ分散フィルムも樹脂を含むため300℃以上の耐熱性を確保することは困難になっている。   In addition, in the case of a clay nano-dispersed film in which a clay material is uniformly dispersed in the nano order as in Patent Document 2, it is difficult to add the clay material to the resin material at a high concentration. Can be reduced only to about 1/2 before the addition of clay material. For this reason, although such a film can be used for a packaging use etc., it does not satisfy the gas barrier property requested | required of displays, such as a liquid crystal display and an organic electroluminescent display. Moreover, since this clay nano-dispersed film also contains a resin, it is difficult to ensure heat resistance of 300 ° C. or higher.

一方、特許文献3のように粘土材料を積層して形成される粘土フィルムは、ガスバリア性、耐熱性、可とう性に優れている。また、この粘土フィルムはガラスと同等の透明性を有していながら、ガラスよりも軽量である。しかし、このような粘土材料からなる粘土フィルムは水蒸気バリア性が十分ではない。通常、粘土材料の形状は薄片状の粒子であり、これらの粒子が分散した分散液から溶媒を除去して乾燥しフィルム化すると粘土粒子がフィルム状に配向している。そのため、粘土フィルムは、酸素や窒素などのガスに対して優れたバリア性を有する。しかし、従来の粘土フィルムは吸湿性があるために水蒸気に対するバリア性が十分ではない。   On the other hand, a clay film formed by laminating clay materials as in Patent Document 3 is excellent in gas barrier properties, heat resistance, and flexibility. Moreover, this clay film is lighter than glass while having transparency equivalent to glass. However, a clay film made of such a clay material does not have a sufficient water vapor barrier property. Usually, the shape of the clay material is flaky particles, and when the solvent is removed from the dispersion in which these particles are dispersed and dried to form a film, the clay particles are oriented in the form of a film. Therefore, the clay film has an excellent barrier property against gases such as oxygen and nitrogen. However, since the conventional clay film has a hygroscopic property, the barrier property against water vapor is not sufficient.

この点を改善すべく、特許文献4では粘土フィルムの表面にフッ素系膜、シリコン系膜、金属蒸着膜などの防水処理等を施すことが提案されている。しかし、この場合、表面に設けられる膜が有機物であると得られる粘土フィルムの耐熱性が十分ではなく、無機物であると得られる粘土フィルムの可とう性が十分ではない。つまり、上述の表面処理がなされた粘土フィルムでは、粘土フィルムが本来有する耐熱性と可とう性とを両立することができない。   In order to improve this point, Patent Document 4 proposes that the surface of the clay film is subjected to waterproofing treatment such as a fluorine-based film, a silicon-based film, and a metal vapor-deposited film. However, in this case, the heat resistance of the clay film obtained when the film provided on the surface is organic is not sufficient, and the flexibility of the clay film obtained when it is inorganic is not sufficient. In other words, the clay film subjected to the above-described surface treatment cannot achieve both the heat resistance inherent in the clay film and the flexibility.

そこで、本発明は、粘土材料が本来有する優れた可とう性及びガスバリア性を維持しつつ、従来の粘土フィルムよりも水蒸気バリア性に十分優れる粘土フィルムを形成可能な合成粘土材料及び粘土フィルムを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a synthetic clay material and a clay film capable of forming a clay film that is sufficiently excellent in water vapor barrier properties as compared with conventional clay films while maintaining the excellent flexibility and gas barrier properties inherent in clay materials. The purpose is to do.

従来の粘土材料は水に浸漬すると水中に分散することが知られている。例えば、スメクタイト系の粘土材料は薄片状の粒子を含有し水に対する分散性を示す。この分散性を利用して、粘土材料の水分散液を作製し、更に乾燥することで粘土の粒子が配向した粘土フィルムが得られる。この粘土フィルムは、酸素や窒素等のドライガスに対して優れたバリア性を示す。本発明者らは、かかる水への分散性が粘土材料の吸湿性と関連することに着目して鋭意検討した。そして、粘土材料が水への分散性を失えば、吸湿性が低減して水蒸気バリア性を大幅に向上できることを見出した。   Conventional clay materials are known to disperse in water when immersed in water. For example, a smectite clay material contains flaky particles and exhibits dispersibility in water. By utilizing this dispersibility, an aqueous dispersion of clay material is prepared and further dried to obtain a clay film in which clay particles are oriented. This clay film exhibits excellent barrier properties against dry gases such as oxygen and nitrogen. The present inventors diligently studied paying attention to the fact that the dispersibility in water is related to the hygroscopicity of the clay material. And when the clay material lost the dispersibility to water, it discovered that hygroscopicity decreased and water vapor | steam barrier property could be improved significantly.

すなわち、本発明は、水に対する分散性を示し、かつ400℃での加熱処理により上記分散性を失う合成粘土材料を提供する。ここで、水に対する分散性(以下、「水分散性」という。)の有無は、粘土材料を投入した水を超音波等の物理的エネルギーにより撹拌した後に、水中での粘土材料の層構造を確認することで判断できる。例えばX線回折法により粘土材料の層構造を調べた結果、粘土材料特有の層間隔を示すピークが明らかに確認できれば、水分散性が失われている(又は水分散性がない)と判断できる。一方、粘土材料特有の層間隔を示すピークが確認できない、あるいは、ほとんど確認できなければ、水分散性を示す(又は水分散性がある)と判断できる。   That is, this invention provides the synthetic clay material which shows the dispersibility with respect to water, and loses the said dispersibility by heat processing at 400 degreeC. Here, the presence / absence of dispersibility in water (hereinafter referred to as “water dispersibility”) is determined by determining the layer structure of the clay material in water after stirring the water charged with the clay material with physical energy such as ultrasonic waves. This can be determined by checking. For example, as a result of examining the layer structure of the clay material by the X-ray diffraction method, if the peak indicating the layer interval peculiar to the clay material can be clearly confirmed, it can be determined that the water dispersibility is lost (or no water dispersibility). . On the other hand, if the peak indicating the layer spacing peculiar to the clay material cannot be confirmed or hardly confirmed, it can be determined that water dispersibility is exhibited (or water dispersibility exists).

本発明の合成粘土材料は水に対する分散性(以下、「水分散性」という。)を示すため、この合成粘土材料から作製した粘土フィルムは、酸素や窒素等のドライガスに対して優れたバリア性を有する。また、本発明の合成粘土材料は400℃での加熱処理により水分散性を失うと共に吸湿性も失うため、従来よりも水蒸気バリア性に十分優れた粘土フィルムを形成可能である。   Since the synthetic clay material of the present invention exhibits dispersibility in water (hereinafter referred to as “water dispersibility”), the clay film produced from this synthetic clay material has an excellent barrier against dry gases such as oxygen and nitrogen. Have sex. Moreover, since the synthetic clay material of the present invention loses water dispersibility and hygroscopicity by heat treatment at 400 ° C., it is possible to form a clay film that is sufficiently superior in water vapor barrier properties.

なお、400℃を超える温度で粘土材料を加熱して水分散性を失う場合、同時に粘土材料の主成分が焼結して可とう性を失うため、粘土フィルムとしての形態をも失うこととなる。すなわち、400℃での加熱処理では水分散性を失わず、400℃を超える温度で加熱すると水分散性を失うような粘土材料は、粘土フィルムを形成しない。   In addition, when the clay material is heated at a temperature exceeding 400 ° C. to lose water dispersibility, the main component of the clay material is sintered at the same time and loses flexibility, so that the form as a clay film is also lost. . That is, the heat dispersibility at 400 ° C. does not lose water dispersibility, and a clay material that loses water dispersibility when heated at a temperature exceeding 400 ° C. does not form a clay film.

本発明の合成粘土材料が水分散性及び吸湿性を失う要因は概ね以下のとおりであると、本発明者らは推測している。すなわち、粘土材料は八面体シート及び四面体シートを積層した層を有しており、その層間に交換性陽イオンを有している。水分散性及び吸湿性はその交換性陽イオンの水和力に起因するものである。したがって、交換性陽イオンを何らかの形で水和し難い状態にすれば、粘土材料の水分散性及び吸湿性は失われる。本発明者らは、400℃での加熱処理により、その交換性陽イオンが粘土材料の層内に移動して水和しなくなるため、水分散性及び吸湿性が失われると考えている。   The present inventors presume that the factors that cause the synthetic clay material of the present invention to lose water dispersibility and hygroscopicity are as follows. That is, the clay material has a layer in which an octahedral sheet and a tetrahedral sheet are laminated, and has exchangeable cations between the layers. Water dispersibility and hygroscopicity are due to the hydration power of the exchangeable cation. Therefore, the water dispersibility and hygroscopicity of the clay material are lost if the exchangeable cation is in some form difficult to hydrate. The present inventors believe that the heat dispersibility and hygroscopicity are lost because the exchangeable cation moves into the layer of the clay material and is not hydrated by the heat treatment at 400 ° C.

かかる見地から、本発明は、主としてアルミニウムイオン及び/又はマグネシウムイオンと酸素イオン及び/又は水酸化物イオンとを有する八面体結晶構造からなる八面体シートと、主としてケイ素イオンと酸素イオンとを有する四面体結晶構造からなる四面体シートとを備える層、並びに、上記層の間に挟まれたリチウムイオンを含む合成粘土材料を提供する。   From this point of view, the present invention mainly provides an octahedral sheet having an octahedral crystal structure having aluminum ions and / or magnesium ions and oxygen ions and / or hydroxide ions, and a tetrahedron mainly having silicon ions and oxygen ions. Provided is a layer comprising a tetrahedral sheet having a body crystal structure, and a synthetic clay material containing lithium ions sandwiched between the layers.

また、本発明の合成粘土材料を用いると、粘土材料が本来有する結晶構造を維持した粘土フィルムを形成できる。このような粘土フィルムは、優れた耐熱性及び透明性をも具備している。さらに本発明の合成粘土材料から得られる粘土フィルムは、リチウムイオンを有する場合であっても、高い透明性を維持することができる。そのため、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなどのフィレキシブルディスプレイ用の基板フィルムとして好適に用いることができる。   Moreover, when the synthetic clay material of this invention is used, the clay film which maintained the crystal structure which clay material originally has can be formed. Such a clay film also has excellent heat resistance and transparency. Furthermore, the clay film obtained from the synthetic clay material of the present invention can maintain high transparency even when it has lithium ions. Therefore, it can be suitably used as a substrate film for flexible displays such as liquid crystal displays and organic EL displays.

本発明の合成粘土材料は、交換性陽イオンをイオン交換容量で50〜150ミリ当量/100g含有するものであり、上述の加熱処理によりイオン交換容量が30ミリ当量/100g以下に減少すると好ましい。これにより、本発明の合成粘土材料はより確実に水分散性を示すためフィルム成形性に優れ、上記加熱処理によって更に確実に水蒸気バリア性を高めることができる。   The synthetic clay material of the present invention contains exchangeable cations in an ion exchange capacity of 50 to 150 meq / 100 g, and the ion exchange capacity is preferably reduced to 30 meq / 100 g or less by the heat treatment described above. Thereby, since the synthetic clay material of this invention shows water dispersibility more reliably, it is excellent in film moldability, and can improve water vapor | steam barrier property more reliably by the said heat processing.

本発明の合成粘土材料は、交換性陽イオンの80原子%以上がリチウムイオンであると好適である。リチウムイオンは粘土材料の層間に容易に移動して水和しなくなるため、この合成粘土材料を用いれば、水蒸気バリア性が向上した粘土フィルムを一層確実に形成可能となる。   In the synthetic clay material of the present invention, it is preferable that 80 atomic% or more of the exchangeable cations are lithium ions. Since lithium ions easily move between the layers of the clay material and do not hydrate, using this synthetic clay material makes it possible to more reliably form a clay film with improved water vapor barrier properties.

本発明の合成粘土材料は、主としてモンモリロナイト構造及び/又はスティーブンサイト構造を有すると好ましい。これによって、より一層水蒸気バリア性に優れる粘土フィルムを得ることができる。   The synthetic clay material of the present invention preferably has mainly a montmorillonite structure and / or a stevensite structure. This makes it possible to obtain a clay film that is further excellent in water vapor barrier properties.

本発明の合成粘土材料は、交換性陽イオンとしてのナトリウムイオンのイオン交換容量が20ミリ当量/100g以下であると好適である。粘土材料を加熱処理しても、ナトリウムイオンに起因する水和力は低減され難い。そこで、ナトリウムイオンのイオン交換容量を上述のように少なくすることで、加熱処理に伴って合成粘土材料の水和力は容易に低減し、粘土フィルムの水蒸気バリア性を更に改善することが可能となる。   The synthetic clay material of the present invention preferably has an ion exchange capacity of sodium ions as exchangeable cations of 20 meq / 100 g or less. Even if the clay material is heat-treated, it is difficult to reduce the hydration power caused by sodium ions. Therefore, by reducing the ion exchange capacity of sodium ions as described above, the hydration power of the synthetic clay material can be easily reduced with heat treatment, and the water vapor barrier property of the clay film can be further improved. Become.

本発明の合成粘土材料は、吸水率が10%以上であり、上記加熱処理により吸水率が5%以下に減少すると好適である。このような合成粘土材料から形成される粘土フィルムは水蒸気バリア性に優れたものとなる。なお、吸水率は、相対湿度60%、温度25℃の雰囲気中に放置して十分に吸湿した後の合成粘土材料の質量を基準として、吸湿後の合成粘土材料を25℃から300℃まで昇温した際の質量減少分の百分率で示される。   The synthetic clay material of the present invention has a water absorption rate of 10% or more, and it is preferable that the water absorption rate is reduced to 5% or less by the heat treatment. A clay film formed from such a synthetic clay material has excellent water vapor barrier properties. The water absorption rate was increased from 25 ° C. to 300 ° C. after the moisture absorption, based on the mass of the synthetic clay material after sufficient moisture absorption by leaving it in an atmosphere with a relative humidity of 60% and a temperature of 25 ° C. It is shown as a percentage of mass loss when heated.

本発明は、上述の合成粘土材料をフィルム状に成形してなる粘土フィルムを提供する。本発明の粘土フィルムは、上記合成粘土材料から得られる。そのため、この粘土フィルムに対して更に400℃での加熱処理を施すことで、可とう性及びガスバリア性を維持しつつ、従来の粘土フィルムよりも水蒸気バリア性に十分優れる粘土フィルムが得られる。   The present invention provides a clay film formed by forming the above synthetic clay material into a film. The clay film of the present invention is obtained from the above synthetic clay material. Therefore, a clay film having a water vapor barrier property sufficiently superior to that of a conventional clay film can be obtained by further heating the clay film at 400 ° C. while maintaining flexibility and gas barrier properties.

本発明によれば、粘土材料が本来有する優れた可とう性及びガスバリア性を維持しつつ、従来の粘土フィルムよりも水蒸気バリア性に十分優れる粘土フィルムを形成可能な合成粘土材料及び粘土フィルムを提供することができる。   According to the present invention, there are provided a synthetic clay material and a clay film capable of forming a clay film having a water vapor barrier property sufficiently superior to that of a conventional clay film while maintaining the excellent flexibility and gas barrier property inherent to the clay material. can do.

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as necessary. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.

本発明は、水に対する分散性(以下、「水分散性」という。)を示し、かつ400℃での加熱処理により水分散性を失う合成粘土材料を提供する。図1に、その好適な実施形態に係る合成粘土材料の層構造を模式的に示す。本実施形態に係る合成粘土材料100は、八面体結晶構造からなる八面体シート1及び四面体結晶構造からなる一対の四面体シート3を有する層10と、複数の層10間、すなわち層間に存在するリチウムイオンとを含む。層10において、一対の四面体シート3は八面体シート1を挟んでいる。また、八面体結晶構造は、主としてアルミニウムイオン(Al3+)及び/又はマグネシウムイオン(Mg2+)と酸素イオン(O2−)及び/又は水酸化物イオン(OH)とを有するものである。この八面体結晶構造は、アルミニウムイオン及び/又はマグネシウムイオンと酸素イオン及び/又は水酸化物イオンとからなるものであると好ましいが、微量の鉄イオンや亜鉛イオンなどを有していてもよい。一方、四面体結晶構造は主としてケイ素イオン(Si4+)と酸素イオンとを有するものである。この四面体結晶構造はケイ素イオンと酸素イオンとからなるものであると好ましいが、微量のアルミニウムイオンなどを有していてもよい。 The present invention provides a synthetic clay material that exhibits dispersibility in water (hereinafter referred to as “water dispersibility”) and loses water dispersibility by heat treatment at 400 ° C. FIG. 1 schematically shows a layer structure of a synthetic clay material according to the preferred embodiment. A synthetic clay material 100 according to the present embodiment is present between a layer 10 having an octahedral sheet 1 having an octahedral crystal structure and a pair of tetrahedral sheets 3 having a tetrahedral crystal structure, and between a plurality of layers 10, that is, between layers. Lithium ion. In the layer 10, the pair of tetrahedral sheets 3 sandwich the octahedral sheet 1. The octahedral crystal structure mainly has aluminum ions (Al 3+ ) and / or magnesium ions (Mg 2+ ), oxygen ions (O 2− ), and / or hydroxide ions (OH ). The octahedral crystal structure is preferably composed of aluminum ions and / or magnesium ions and oxygen ions and / or hydroxide ions, but may have a small amount of iron ions, zinc ions, and the like. On the other hand, the tetrahedral crystal structure mainly has silicon ions (Si 4+ ) and oxygen ions. The tetrahedral crystal structure is preferably composed of silicon ions and oxygen ions, but may contain a trace amount of aluminum ions.

本実施形態では、合成粘土材料としてスメクタイト構造を有する材料を好適に使用することができる。スメクタイト構造は、四面体シート3または八面体シート1の金属元素の一部に低原子価金属元素との同型置換や欠陥があるため、層10内に負電荷を有している。この負電荷を補償して電気的中性を保つために、合成粘土材料100がスメクタイト構造を有する場合、層10間に交換性陽イオンであるリチウムイオン(Li)を有する。 In the present embodiment, a material having a smectite structure can be suitably used as the synthetic clay material. The smectite structure has a negative charge in the layer 10 because a part of the metal element of the tetrahedral sheet 3 or the octahedral sheet 1 has isomorphous substitution with a low-valent metal element or a defect. In order to compensate for this negative charge and maintain electrical neutrality, when the synthetic clay material 100 has a smectite structure, the layer 10 has lithium ions (Li + ) that are exchangeable cations.

スメクタイトの具体的な構造としては、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、スティーブンサイト、ソーコナイト等の構造が知られている。これらのうち、合成粘土材料の構造としてはモンモリロナイト及び/又はスティーブンサイト構造が好ましい。これらの構造は、金属元素の一部に低原子価金属元素との同型置換や欠陥があるために八面体シート1が負に帯電している。その結果、これらの構造は八面体シート1に空きサイトを有しており、後述の移動後のリチウムイオンが安定して存在できる。   As specific structures of smectite, structures such as montmorillonite, beidellite, saponite, hectorite, stevensite, and soconite are known. Of these, the structure of the synthetic clay material is preferably a montmorillonite and / or a stevensite structure. In these structures, the octahedral sheet 1 is negatively charged due to isomorphous substitution and defects with a low-valent metal element in a part of the metal element. As a result, these structures have vacant sites in the octahedron sheet 1, and lithium ions after movement described later can exist stably.

なお、本明細書における「スメクタイト構造」、「モンモリモナイト構造」及び「スティーブンサイト構造」等は、八面体結晶構造からなる八面体シートを四面体結晶構造からなる一対の四面体シートで挟んだ層の基本構造を意味する。すなわち、リチウムイオンが八面体シート1内に保持されている結晶構造も、「スメクタイト構造」、「モンモリモナイト構造」及び「スティーブンサイト構造」等に含まれ得る。   In this specification, “smectite structure”, “montmorillonite structure”, “Stevensite structure” and the like are layers in which an octahedral sheet composed of an octahedral crystal structure is sandwiched between a pair of tetrahedral sheets composed of a tetrahedral crystal structure. Means the basic structure. That is, a crystal structure in which lithium ions are held in the octahedral sheet 1 can also be included in the “smectite structure”, “montmormonite structure”, “Stevensite structure”, and the like.

合成粘土材料100は、層間に存在する交換性陽イオンとしてリチウムイオンを有している。これにより、合成粘土材料100は、400℃での加熱処理によって分散性を失う。従来の粘土材料において層間に存在する陽イオンの半径は、例えばナトリウムイオンで0.097nmである。一方、リチウムイオンのイオン半径は上述のナトリウムイオンよりも小さく、0.068nmである。本実施形態によると、合成粘土材料100の層10間に存在するリチウムイオンは、イオン半径が小さいため、加熱処理により八面体シート内への移動が可能となる。以上の知見は本発明者らが独自に得たものである。   The synthetic clay material 100 has lithium ions as exchangeable cations existing between layers. Thereby, the synthetic clay material 100 loses dispersibility by heat treatment at 400 ° C. The radius of a cation existing between layers in a conventional clay material is, for example, 0.097 nm for sodium ions. On the other hand, the ionic radius of lithium ions is 0.068 nm, which is smaller than the above sodium ions. According to the present embodiment, lithium ions existing between the layers 10 of the synthetic clay material 100 have a small ionic radius, and thus can be moved into the octahedral sheet by heat treatment. The above knowledge is obtained independently by the present inventors.

図1では交換性陽イオンとしてリチウムイオンを示しているが、合成粘土材料100がその他の交換性陽イオンを更に有していてもよい。その具体例としては、例えば、ナトリウムイオン(Na)、カリウムイオン(K)及びアンモニウムイオン(NH )が挙げられる。合成粘土材料100は、これらの交換性陽イオンの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて有していてもよい。 Although lithium ion is shown as the exchangeable cation in FIG. 1, the synthetic clay material 100 may further have other exchangeable cation. Specific examples thereof include sodium ion (Na + ), potassium ion (K + ), and ammonium ion (NH 3 + ). The synthetic clay material 100 may have one of these exchangeable cations alone or in combination of two or more.

ただし、上記交換性陽イオンの80原子%以上がリチウムイオンであると好ましく、90原子%以上がリチウムイオンであるとより好ましく、95原子%以上がリチウムイオンであると更に好ましい。後述する加熱処理により層10間から八面体シート1内へ移動できない陽イオンが10原子%を超える場合、粘土フィルムの吸水量が多くなり水蒸気バリア性が低減する傾向にある。   However, 80 atomic% or more of the exchangeable cations are preferably lithium ions, more preferably 90 atomic% or more are lithium ions, and still more preferably 95 atomic% or more are lithium ions. When the number of cations that cannot move from between the layers 10 into the octahedral sheet 1 by heat treatment described below exceeds 10 atomic%, the water absorption of the clay film increases and the water vapor barrier property tends to decrease.

合成粘土材料100における交換性陽イオンの含有量は、イオン交換容量で50〜150ミリ当量/100gであることが好ましい。このイオン交換容量が50ミリ当量/100gよりも少ないと水を吸着する交換性陽イオンが少ないため、水中で膨潤して安定な分散液の形成が困難となる結果、配向性の優れた粘土フィルムを形成し難くなる傾向にある。一方、イオン交換容量が150ミリ当量/100gを超える場合、層10の相互間のイオン結合力が強固になるため水中で膨潤して安定な分散液の形成が困難となり、配向性の優れた粘土フィルムを形成し難くなる傾向にある。ここで、「イオン交換容量」とは、八面体シートを含む層(本実施形態における層10)間に存在する陽イオン量であり、Schllenberger法によって測定できる。   The exchangeable cation content in the synthetic clay material 100 is preferably 50 to 150 meq / 100 g in terms of ion exchange capacity. If this ion exchange capacity is less than 50 meq / 100 g, since there are few exchangeable cations that adsorb water, it becomes difficult to form a stable dispersion due to swelling in water. Tends to be difficult to form. On the other hand, when the ion exchange capacity exceeds 150 meq / 100 g, the ionic bond strength between the layers 10 becomes strong, so that it becomes difficult to form a stable dispersion by swelling in water, and clay having excellent orientation It tends to be difficult to form a film. Here, the “ion exchange capacity” is the amount of cations existing between layers including the octahedral sheet (layer 10 in the present embodiment) and can be measured by the Schlenberger method.

また、交換性陽イオンとしてのナトリウムイオンのイオン交換容量が20ミリ当量/100g以下であると好ましく、10ミリ当量/100g以下であることがより好ましい。ナトリウムイオンは交換性陽イオンの中でも特に水和力が高いため、イオン交換容量が20ミリ当量/100gを超えると、最終的に得られる粘土フィルムの水蒸気バリア性が低下する傾向にある。   The ion exchange capacity of sodium ions as exchangeable cations is preferably 20 meq / 100 g or less, and more preferably 10 meq / 100 g or less. Since sodium ions have particularly high hydration power among exchangeable cations, when the ion exchange capacity exceeds 20 meq / 100 g, the water vapor barrier property of the finally obtained clay film tends to be lowered.

本実施形態の合成粘土材料100は、上述の構成を有することにより水分散性を示す。これは、層10の間に存在する交換性陽イオンが水和するためである。また、この合成粘土材料100は、吸水率が10質量%以上であると好ましい。かかる合成粘土材料100は、配向性の高い良好なフィルムを形成できる。   The synthetic clay material 100 of the present embodiment exhibits water dispersibility by having the above-described configuration. This is because the exchangeable cations existing between the layers 10 are hydrated. The synthetic clay material 100 preferably has a water absorption rate of 10% by mass or more. The synthetic clay material 100 can form a good film with high orientation.

本実施形態の合成粘土材料100は、400℃での加熱処理により水分散性を失う。これは、層10の間に存在していたリチウムイオンが加熱処理により層10内に移動するため、交換性陽イオンが減少して水和力が低下するためである。また、この合成粘土材料100は、上記加熱処理により吸水率が5質量%以下になると好適であり、1質量%以下となるとより好適である。かかる合成粘土材料100は、水への再分散性がより有効に抑制され、最終的に得られる粘土フィルムの水蒸気バリア性が更に優れたものとなる。   The synthetic clay material 100 of this embodiment loses water dispersibility by heat treatment at 400 ° C. This is because lithium ions existing between the layers 10 move into the layer 10 by the heat treatment, so that exchangeable cations are reduced and hydration power is reduced. In addition, the synthetic clay material 100 has a water absorption rate of 5% by mass or less due to the heat treatment, and more preferably 1% by mass or less. In such a synthetic clay material 100, the redispersibility in water is more effectively suppressed, and the water vapor barrier property of the finally obtained clay film is further improved.

さらには、本実施形態の合成粘土材料100は、上述の加熱処理によりイオン交換容量が30ミリ当量/100g以下になると好ましく、15ミリ当量/100g以下になるとより好ましい。このような合成粘土材料100は、加熱処理により水和性の高い交換性陽イオンの多くが層10内に移動する。その結果、粘土フィルムの水蒸気バリア性が更に向上する。   Furthermore, the synthetic clay material 100 of the present embodiment preferably has an ion exchange capacity of 30 meq / 100 g or less, more preferably 15 meq / 100 g or less by the above-described heat treatment. In such a synthetic clay material 100, most of the highly hydratable exchangeable cations move into the layer 10 by heat treatment. As a result, the water vapor barrier property of the clay film is further improved.

なお、上記加熱処理の温度は、リチウムイオンが層10内に速やかに移動できる150〜400℃であってもよい。   Note that the temperature of the heat treatment may be 150 to 400 ° C. at which lithium ions can move quickly into the layer 10.

合成粘土材料100について、上記加熱処理前後の水分散性、吸水率及びイオン交換容量は、例えば、粘土材料の構造(例えばモンモリロナイト構造を選択する等)、並びに、層10間に存在する交換性陽イオンの種類、及びそれらのイオン交換容量を調整することで制御できる。   For the synthetic clay material 100, the water dispersibility, water absorption and ion exchange capacity before and after the heat treatment are, for example, the structure of the clay material (for example, selecting a montmorillonite structure) and the exchangeable positive existing between the layers 10. It can be controlled by adjusting the types of ions and their ion exchange capacities.

続いて、上記合成粘土材料100の好適な製造方法について説明する。図2は、本実施形態に係る合成粘土材料100の製造方法を模式的に示す工程図である。この合成粘土材料100の製造方法は、八面体シート1及び一対の四面体シート3を有する層10と、層10間に存在する陽イオンとを含有する第1の粘土材料を準備する第1工程と、第1の粘土材料を水に分散させる第2工程と、陽イオンの少なくとも一部をリチウムイオンに置換して第2の粘土材料を得る第3工程と、第2の粘土材料を乾燥して合成粘土材料100を得る第4工程とを備える。以下、各工程について詳細に説明する。   Then, the suitable manufacturing method of the said synthetic clay material 100 is demonstrated. FIG. 2 is a process diagram schematically showing a method for producing the synthetic clay material 100 according to the present embodiment. The method for producing the synthetic clay material 100 is a first step of preparing a first clay material containing a layer 10 having an octahedral sheet 1 and a pair of tetrahedral sheets 3 and a cation existing between the layers 10. A second step of dispersing the first clay material in water, a third step of substituting at least part of the cations with lithium ions to obtain a second clay material, and drying the second clay material. And a fourth step of obtaining the synthetic clay material 100. Hereinafter, each step will be described in detail.

(第1工程)
第1工程では、八面体結晶構造からなる八面体シート1及び四面体結晶構造からなる一対の四面体シート3を有する層10と、層10間、すなわち層間に存在する交換性陽イオンとを含有する第1の粘土材料を準備する。層10において、一対の四面体シート3は八面体シート1を挟んでいる。また、八面体結晶構造は、主としてアルミニウムイオン及び/又はマグネシウムイオンと酸素イオン及び/又は水酸化物イオンとを有するものである。この八面体結晶構造は、アルミニウムイオン及び/又はマグネシウムイオンと酸素イオン及び/又は水酸化物イオンとからなるものであると好ましいが、微量の鉄イオンや亜鉛イオンなどを有していてもよい。一方、四面体結晶構造は主としてケイ素イオンと酸素イオンとを有するものである。この四面体結晶構造はケイ素イオンと酸素イオンとからなるものであると好ましいが、微量のアルミニウムイオンなどを有していてもよい。
(First step)
In the first step, a layer 10 having an octahedral sheet 1 composed of an octahedral crystal structure and a pair of tetrahedral sheets 3 composed of a tetrahedral crystal structure, and exchangeable cations existing between the layers 10, that is, between the layers, are included. A first clay material is prepared. In the layer 10, the pair of tetrahedral sheets 3 sandwich the octahedral sheet 1. The octahedral crystal structure mainly has aluminum ions and / or magnesium ions and oxygen ions and / or hydroxide ions. The octahedral crystal structure is preferably composed of aluminum ions and / or magnesium ions and oxygen ions and / or hydroxide ions, but may have a small amount of iron ions, zinc ions, and the like. On the other hand, the tetrahedral crystal structure mainly has silicon ions and oxygen ions. The tetrahedral crystal structure is preferably composed of silicon ions and oxygen ions, but may contain a trace amount of aluminum ions.

本実施形態において、第1の粘土材料は、例えば金属酸化物の共沈ゲルに交換性陽イオンを添加したスラリーを水熱合成することにより得られる。より詳細には、まず、硫酸マグネシウムや塩化マグネシウムなどのマグネシウム塩溶液及び/又は硫酸アルミニウム、塩化アルミニウムなどのアルミニウム塩溶液とケイ酸ナトリウム溶液とを所定のpHに保持して沈殿を生成する。次いで、沈殿物を水洗、ろ過することで共沈ゲルが得られる。   In the present embodiment, the first clay material is obtained, for example, by hydrothermal synthesis of a slurry in which exchangeable cations are added to a metal oxide coprecipitated gel. More specifically, first, a magnesium salt solution such as magnesium sulfate or magnesium chloride and / or an aluminum salt solution such as aluminum sulfate or aluminum chloride and a sodium silicate solution are maintained at a predetermined pH to generate a precipitate. Next, the precipitate is washed with water and filtered to obtain a coprecipitation gel.

共沈ゲルに添加される交換性陽イオンとしては特に限定されないが、例えばナトリウムイオン、カリウムイオン及びアンモニウムイオンが挙げられる。これらの交換性陽イオンは、水酸化ナトリム、水酸化カリウム及びアンモニアの水溶液として共沈ゲルに添加され、更に攪拌される。こうしてスラリーが得られる。   Although it does not specifically limit as an exchangeable cation added to a coprecipitation gel, For example, a sodium ion, potassium ion, and ammonium ion are mentioned. These exchangeable cations are added to the coprecipitation gel as an aqueous solution of sodium hydroxide, potassium hydroxide and ammonia and further stirred. A slurry is thus obtained.

次に、得られたスラリーをオートクレーブに仕込み、100℃〜450℃、自生圧力の条件下で数時間から数日間水熱処理を行う。これにより所望の第1の粘土材料が得られる。   Next, the obtained slurry is charged into an autoclave and subjected to hydrothermal treatment for several hours to several days under conditions of 100 ° C. to 450 ° C. and an autogenous pressure. Thereby, a desired first clay material is obtained.

なお、このようにして合成された第1の粘土材料は水分散性を示し、その水分散液を乾燥することによりフィルムを作製することができる。ただし、得られる粘土フィルムには耐水性に劣り、水に浸漬すると容易に再分散し、水分散溶液となってしまう。従来、粘土フィルムの水に対する分散を防止するには、粘土の層状構造を破壊するまでの加熱処理(例えば600℃以上)を施さなければならない。このことは、粘土フィルムが水分散性と共に可とう性を有しなくなることを意味し、粘土フィルムとして安定的に存在できなくなる。   In addition, the 1st clay material synthesize | combined in this way shows water dispersibility, and a film can be produced by drying the aqueous dispersion. However, the obtained clay film is inferior in water resistance, and when it is immersed in water, it is easily redispersed and becomes an aqueous dispersion. Conventionally, in order to prevent dispersion of the clay film in water, heat treatment (for example, 600 ° C. or more) until the clay layered structure is destroyed must be performed. This means that the clay film does not have flexibility as well as water dispersibility, and cannot be stably present as a clay film.

上述の所望の第1の粘土材料として、従来の合成粘土材料であるスメクタイトを好適に使用することができる。スメクタイトは、四面体シート3または八面体シート1の金属元素の一部に低原子価金属元素との同型置換や欠陥があるため、層10内に負電荷を有している。この負電荷を補償して電気的中性を保つために、スメクタイトは層10間にナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの陽イオンを1種以上有する。   As the above-mentioned desired first clay material, smectite, which is a conventional synthetic clay material, can be suitably used. Smectite has a negative charge in the layer 10 because some of the metal elements of the tetrahedral sheet 3 or the octahedral sheet 1 have isomorphous substitution and defects with the low-valent metal element. In order to compensate for this negative charge and maintain electrical neutrality, the smectite has at least one kind of cation such as sodium ion, potassium ion, calcium ion, magnesium ion between the layers 10.

スメクタイトとしては、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、スティーブンサイト、ソーコナイト等が知られている。これらのうち、モンモリロナイト及び/又はスティーブンサイトが好ましい。これらのスメクタイトは、金属元素の一部に低原子価金属元素との同型置換や欠陥があるために八面体シート1が負に帯電している。その結果、これらのスメクタイトは八面体シート1に空きサイトを有しており、後述の粘土フィルム形成の際に移動後のリチウムイオンが安定して存在できる。   Known smectites include montmorillonite, beidellite, saponite, hectorite, stevensite, and soconite. Of these, montmorillonite and / or stevensite are preferred. In these smectites, the octahedral sheet 1 is negatively charged because some of the metal elements have isomorphous substitution and defects with low-valent metal elements. As a result, these smectites have vacant sites in the octahedron sheet 1, and lithium ions after migration can exist stably when forming a clay film described later.

図2(a)は、第1工程で準備される第1の粘土材料の層構造を模式的に示す図である。第1の粘土材料は、複数の層10と層10間に存在する交換性陽イオンであるナトリウムイオンとを有する。層10は八面体シート1と、その八面体シート1を挟む四面体シート3とを備えている。八面体シート1は、主としてアルミニウムイオン及び/又はマグネシウムイオンと酸素イオン及び/又は水酸化物イオンとを有する八面体結晶構造からなる。一方、四面体シート3は、主としてケイ素イオンと酸素イオンとを有する四面体結晶構造からなる。ナトリウムイオンは、負電荷を有する八面体シート1を含む層10間に存在して、第一の粘土材料の電気的中性を保っている。   Fig.2 (a) is a figure which shows typically the layer structure of the 1st clay material prepared at a 1st process. The first clay material has a plurality of layers 10 and sodium ions that are exchangeable cations existing between the layers 10. The layer 10 includes an octahedral sheet 1 and a tetrahedral sheet 3 that sandwiches the octahedral sheet 1. The octahedral sheet 1 is mainly composed of an octahedral crystal structure having aluminum ions and / or magnesium ions and oxygen ions and / or hydroxide ions. On the other hand, the tetrahedral sheet 3 is mainly composed of a tetrahedral crystal structure having silicon ions and oxygen ions. Sodium ions exist between the layers 10 including the octahedral sheet 1 having a negative charge, and maintain the electrical neutrality of the first clay material.

(第2工程)
第2工程では、第1の粘土材料を水に分散させて粘土分散液を得る。図2(b)は、水に分散させた際の第1の粘土材料の層構造を模式的に示す図である。第1の粘土材料は層10間に水和力の高い交換性陽イオンであるナトリウムイオンを有するため水に容易に分散し、粘土分散液を得ることができる。この際、層10間のナトリウムイオンには水(吸着水)が吸着する。また、第1の粘土材料をリチウムイオンと共に水中に分散させることが好ましく、第2工程と後述の第3工程とを同時に行うことが好ましい。
(Second step)
In the second step, the first clay material is dispersed in water to obtain a clay dispersion. FIG. 2B is a diagram schematically showing the layer structure of the first clay material when dispersed in water. Since the first clay material has sodium ions which are exchangeable cations having high hydration power between the layers 10, it can be easily dispersed in water to obtain a clay dispersion. At this time, water (adsorbed water) is adsorbed to sodium ions between the layers 10. Moreover, it is preferable to disperse | distribute a 1st clay material in water with lithium ion, and it is preferable to perform a 2nd process and the 3rd process mentioned later simultaneously.

(第3工程)
第3工程では、上述の粘土分散液において、層10間に存在する交換性陽イオンの少なくとも一部をリチウムイオンに置換して第2の粘土材料を得る。第1の粘土材料による粘土分散液に、リチウム化合物を加えると、層10間にある陽イオンとリチウムイオンとがイオン交換する。これにより、第1の粘土材料の層10間に存在した陽イオンの少なくとも一部がリチウムイオンに置換された第2の粘土材料を得ることができる。
(Third step)
In the third step, in the above clay dispersion, at least a part of the exchangeable cations existing between the layers 10 is replaced with lithium ions to obtain a second clay material. When a lithium compound is added to the clay dispersion liquid of the first clay material, the cation and lithium ion between the layers 10 are ion-exchanged. Thereby, the 2nd clay material by which at least one part of the cation which existed between the layers 10 of the 1st clay material was substituted by the lithium ion can be obtained.

ここで用いるリチウム化合物としては、水酸化リチウムや塩化リチウム、硫酸リチウムなどの1種類以上のリチウム化合物が挙げられる。これらのうち、不純物となる陰イオンを含まないことから水酸化リチウムが最も好ましい。リチウム化合物は、イオン交換を十分に行う観点から、第1の粘土材料のイオン交換容量に対して、1倍から30倍の量を添加することが好ましい。   Examples of the lithium compound used here include one or more lithium compounds such as lithium hydroxide, lithium chloride, and lithium sulfate. Among these, lithium hydroxide is most preferable because it does not contain an anion that becomes an impurity. The lithium compound is preferably added in an amount of 1 to 30 times the ion exchange capacity of the first clay material from the viewpoint of sufficient ion exchange.

図2(c)は、水に分散されている第2の粘土材料の層構造を模式的に示す図である。第2の粘土材料は、上述のイオン交換によって、層10間にリチウムイオンを有している。層10間のリチウムイオンには水(吸着水)が吸着している。当該イオン交換の際、リチウム化合物を粘土分散液に加えてから5分間〜3時間放置することが好ましい。イオン交換における放置時間が5分未満であると、イオン交換反応が平衡に達し難くなり、第1の粘土材料に当初から含まれる交換性陽イオンが層10間に多く残ってしまう傾向にある。放置時間が3時間を超えると、イオン交換反応は平衡に達し、それ以上放置しても、当初から含まれる交換性陽イオンからリチウムイオンへのイオン交換率は向上しない。   FIG. 2C is a diagram schematically showing the layer structure of the second clay material dispersed in water. The second clay material has lithium ions between the layers 10 by the ion exchange described above. Water (adsorbed water) is adsorbed on the lithium ions between the layers 10. In the ion exchange, it is preferable to leave the lithium compound for 5 minutes to 3 hours after adding the lithium compound to the clay dispersion. If the standing time in the ion exchange is less than 5 minutes, the ion exchange reaction hardly reaches an equilibrium, and a large amount of exchangeable cations contained in the first clay material from the beginning tend to remain between the layers 10. When the standing time exceeds 3 hours, the ion exchange reaction reaches an equilibrium, and even if it is left for a longer time, the ion exchange rate from the exchangeable cation contained in the beginning to the lithium ion is not improved.

イオン交換の温度は室温でもよく、80℃程度まで加温してもよい。加温によりイオン交換速度を向上させ放置時間を短縮することができる。   The ion exchange temperature may be room temperature or may be heated to about 80 ° C. Heating increases the ion exchange rate and shortens the standing time.

また、イオン交換の際、更に下記操作を行ってもよい。まず、上述の放置の後に遠心沈降等により粘土分散液を上澄み液及び沈降した第2の粘土材料に分離する。次いで、上澄み液を廃棄した後、沈降物である第2の粘土材料に再度水を加えて粘土分散液を調製する。そして、その粘土分散液にリチウム化合物を加えて放置する。この一連の操作を繰り返し行うことにより、イオン交換率が向上する。   Moreover, you may perform the following operation further in the case of ion exchange. First, after the above-mentioned standing, the clay dispersion is separated into a supernatant and a sedimented second clay material by centrifugal sedimentation or the like. Next, after discarding the supernatant, water is added again to the second clay material, which is a sediment, to prepare a clay dispersion. Then, a lithium compound is added to the clay dispersion and left to stand. By repeating this series of operations, the ion exchange rate is improved.

(第4工程)
そして、第4工程において、第2の粘土材料から水分を乾燥除去することにより合成粘土材料100が得られる。この際、リチウムイオンを含む交換性陽イオンに水和していた水分が除去される。合成粘土材料100は、通常フィルム状に形成されるが、その後に粉砕されてもよい。
(4th process)
In the fourth step, the synthetic clay material 100 is obtained by drying and removing moisture from the second clay material. At this time, the water hydrated with the exchangeable cation containing lithium ions is removed. The synthetic clay material 100 is usually formed in a film shape, but may be pulverized thereafter.

このようにして得られた合成粘土材料100は、水分散性を示し、かつ400℃での加熱処理により水分散性を失う。これは、交換性陽イオンであるリチウムイオンが加熱処理により層10内に移動し、水が吸着できなくなるからである。よって、この合成粘土材料100を原料として得られる粘土フィルムは、本来の優れた可とう性及びガスバリア性を維持しつつ、従来の粘土フィルムよりも十分に良好な水蒸気バリア性を示すという有利な効果を奏する。   The synthetic clay material 100 thus obtained exhibits water dispersibility and loses water dispersibility by heat treatment at 400 ° C. This is because lithium ions, which are exchangeable cations, move into the layer 10 by heat treatment, and water cannot be adsorbed. Therefore, the clay film obtained using the synthetic clay material 100 as a raw material has an advantageous effect of exhibiting a water vapor barrier property sufficiently better than the conventional clay film while maintaining the original excellent flexibility and gas barrier property. Play.

また、この合成粘土材料100は、粘土材料が本来有するものと同等以上に優れた耐熱性並びに酸素や窒素等のドライガスに対するガスバリア性を示す。さらに、合成粘土材料100は、天然粘土材料とは異なるため、実質的に不純物を含まない。その結果、この合成粘土材料100は着色が少なく透明性に優れているので、ディスプレイデバイス用途の透明フィルムの製造に適している。   In addition, the synthetic clay material 100 exhibits heat resistance that is equal to or better than that originally possessed by the clay material and gas barrier properties against dry gas such as oxygen and nitrogen. Furthermore, since the synthetic clay material 100 is different from the natural clay material, it is substantially free of impurities. As a result, the synthetic clay material 100 is less colored and excellent in transparency, and is suitable for the production of a transparent film for display device applications.

特に、合成粘土材料100は、上述のように一対の四面体シート3と、その一対の四面体シート3に挟まれた八面体シート2とを基本構成単位とする層10が積層されているため、上述の有利な効果をより高めることができる。更に、その層10間に50〜150ミリ当量/100gの交換性陽イオンを有し、そのうちの80原子%以上がリチウムイオンであることで、上記有利な効果がより格別なものとなる。   In particular, the synthetic clay material 100 is formed by laminating the layer 10 whose basic structural unit is the pair of tetrahedral sheets 3 and the octahedral sheet 2 sandwiched between the pair of tetrahedral sheets 3 as described above. The advantageous effects described above can be further enhanced. Furthermore, 50 to 150 milliequivalents / 100 g of exchangeable cations are present between the layers 10, and 80 atomic% or more of them are lithium ions, so that the above advantageous effect becomes more remarkable.

次に、上記合成粘土材料100を原料とした、好適な粘土フィルムの製造方法について説明する。この実施形態に係る粘土フィルムの製造方法は、合成粘土材料100をフィルム状に成形する第5工程と、フィルム状の合成粘土材料100に加熱処理を施して粘土フィルムを製造する第6工程とを有する。   Next, a suitable method for producing a clay film using the synthetic clay material 100 as a raw material will be described. The clay film manufacturing method according to this embodiment includes a fifth step of forming the synthetic clay material 100 into a film shape, and a sixth step of manufacturing the clay film by subjecting the film-like synthetic clay material 100 to heat treatment. Have.

(第5工程)
まず、第5工程において、合成粘土材料100を水に分散させて分散液を得た後、水分を乾燥除去してフィルム状の合成粘土材料100を得る。分散液中の合成粘土材料100の含有量は0.5〜10質量%であることが好ましい。分散液中の合成粘土材料100の含有量が0.5質量%未満の場合には乾燥に長時間を所要する傾向がある。また、合成粘土材料100の含有量が10質量%を超える場合には、合成粘土材料100の分散性が低下し、均一な膜厚を有するフィルム状のものを形成するのが困難になる傾向がある。また、より均一な膜厚を有し緻密なフィルム状の合成粘土材料100を得る観点から、乾燥の温度は水の沸点未満とすることが好ましい。乾燥速度は、乾燥装置内の温度、相対湿度を制御等することにより、分散液表面からの水の蒸発速度として0.01〜1.0g/cm2・hとすることが好ましい。蒸発速度が0.01g/cm・h未満の場合、水分の乾燥除去に長時間を所要する傾向がある。蒸発速度が1.0g/cm・hを超える場合、緻密なフィルム状のものが得られ難くなる傾向がある。
(5th process)
First, in the fifth step, the synthetic clay material 100 is dispersed in water to obtain a dispersion, and then moisture is removed by drying to obtain a film-like synthetic clay material 100. The content of the synthetic clay material 100 in the dispersion is preferably 0.5 to 10% by mass. When the content of the synthetic clay material 100 in the dispersion is less than 0.5% by mass, drying tends to require a long time. Further, when the content of the synthetic clay material 100 exceeds 10% by mass, the dispersibility of the synthetic clay material 100 is lowered, and it tends to be difficult to form a film having a uniform film thickness. is there. Further, from the viewpoint of obtaining a dense film-like synthetic clay material 100 having a more uniform film thickness, the drying temperature is preferably less than the boiling point of water. The drying rate is preferably 0.01 to 1.0 g / cm 2 · h as the evaporation rate of water from the surface of the dispersion by controlling the temperature and relative humidity in the drying apparatus. When the evaporation rate is less than 0.01 g / cm 2 · h, it tends to require a long time to dry and remove moisture. When the evaporation rate exceeds 1.0 g / cm 2 · h, it tends to be difficult to obtain a dense film.

(第6工程)
次に、第6工程において、フィルム状の合成粘土材料100に加熱処理を施して粘土フィルムを製造する。合成粘土材料100に加熱処理を施すことによって、層10間にあるリチウムイオンの少なくとも一部を八面体シート1内に移動することができる。加熱処理の条件は、加熱温度150〜600℃である。加熱時間1分間〜1時間とすることが好ましい。加熱処理の温度が150℃よりも低い場合、リチウムイオンの層10間から八面体シート1内への移動が起こりにくい傾向がある。加熱処理の温度が600℃を超える場合、合成粘土材料100中の構造水が脱水し、スメクタイトとは異なる結晶相となるため、可とう性がなくなりやすくなる傾向がある。なお、加熱処理の時間が1時間を超えても問題はないものの、実用的ではない。一方、加熱処理の時間が1分間未満であると、層10間から八面体シート1内へのリチウムイオンの移動に要する時間として短いため、層10間にリチウムイオンが多く残る傾向にある。加熱処理は通常の空気中で行うことができる。
(6th process)
Next, in a sixth step, the film-like synthetic clay material 100 is subjected to heat treatment to produce a clay film. By subjecting the synthetic clay material 100 to heat treatment, at least part of the lithium ions between the layers 10 can be moved into the octahedral sheet 1. Conditions of the heat treatment, the heating temperature is 150 to 600 ° C.. The heating time is preferably 1 minute to 1 hour. When the temperature of the heat treatment is lower than 150 ° C., movement from the lithium ion layer 10 into the octahedral sheet 1 tends not to occur. When the temperature of the heat treatment exceeds 600 ° C., the structural water in the synthetic clay material 100 is dehydrated and becomes a crystalline phase different from smectite, so that flexibility tends to be lost. Although there is no problem if the heat treatment time exceeds 1 hour, it is not practical. On the other hand, if the heat treatment time is less than 1 minute, the time required for the movement of lithium ions from between the layers 10 into the octahedral sheet 1 is short, so that a lot of lithium ions tend to remain between the layers 10. The heat treatment can be performed in normal air.

図3は、上述の製造方法により得られた粘土フィルムの層構造を模式的に示す図である。粘土フィルムは、主としてアルミニウムイオン及び/又はマグネシウムイオンと酸素イオン及び/又は水酸化物イオンとを有する八面体結晶構造からなる八面体シート2が、主としてケイ素イオンと酸素イオンとを有する四面体結晶構造からなる一対の四面体シート3に挟まれている層20を複数含有する。また、少なくとも一部の八面体シート2内にリチウムイオンを有する。   FIG. 3 is a diagram schematically showing the layer structure of the clay film obtained by the above-described production method. The clay film has a tetrahedral crystal structure in which an octahedral sheet 2 composed mainly of an octahedral crystal structure having aluminum ions and / or magnesium ions and oxygen ions and / or hydroxide ions has mainly silicon ions and oxygen ions. A plurality of layers 20 sandwiched between a pair of tetrahedral sheets 3 made of Further, at least some of the octahedral sheets 2 have lithium ions.

かかる層構造を有する粘土フィルムは、粘土フィルムを構成する層20間への水の吸着量、すなわち粘土フィルムの吸水率を十分低くすることができ、水蒸気バリア性に優れる。また、水に浸漬しても膨潤・溶解することは殆どなく、耐水性にも優れる。   The clay film having such a layer structure can sufficiently reduce the amount of water adsorbed between the layers 20 constituting the clay film, that is, the water absorption of the clay film, and is excellent in water vapor barrier properties. Further, even when immersed in water, it hardly swells or dissolves, and is excellent in water resistance.

加熱処理された粘土フィルムのイオン交換容量は、30ミリ当量/100g以下であることが好ましく、20ミリ当量/100g以下であることがより好ましい。イオン交換容量が30ミリ当量/100gを越える場合、吸水量が大きくなり、水蒸気バリア性が低下する傾向がある。   The ion exchange capacity of the heat-treated clay film is preferably 30 meq / 100 g or less, and more preferably 20 meq / 100 g or less. When the ion exchange capacity exceeds 30 meq / 100 g, the amount of water absorption increases and the water vapor barrier property tends to decrease.

粘土フィルムに含有される層10は、モンモリモナイト構造及び/又はスティーブンサイト構造を有することが好ましい。   The layer 10 contained in the clay film preferably has a montmorillonite structure and / or a stevensite structure.

本実施形態により得られる粘土フィルムは、粘土フィルムが本来有する可とう性及びガスバリア性を維持しつつ、水蒸気バリア性に十分優れるという有利な効果を奏する。更に、この粘土フィルムは、粘土材料が本来有する結晶構造を維持しつつ、リチウムイオンを八面体シート2中に取り込んだものであるため、優れた耐熱性及び透明性をも具備するという有利な効果を奏する。   The clay film obtained by the present embodiment has an advantageous effect that the water vapor barrier property is sufficiently excellent while maintaining the flexibility and gas barrier property inherent to the clay film. Furthermore, since this clay film is obtained by incorporating lithium ions into the octahedron sheet 2 while maintaining the crystal structure inherent to the clay material, it has the advantageous effect of having excellent heat resistance and transparency. Play.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。すなわち、合成粘土材料が水分散性を示し、かつ400℃以下の温度での加熱処理により水分散性を失うものであれば特に限定されない。   The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. That is, there is no particular limitation as long as the synthetic clay material exhibits water dispersibility and loses water dispersibility by heat treatment at a temperature of 400 ° C. or lower.

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
<第1の粘土材料の調製(第1工程)>
まず、3号水ガラス(SiO含有割合:28質量%)17.2gを水100gに添加して希釈溶液を調製した。次いで、16規定の硝酸6mLをその希釈溶液に加えた後、更に1モル/リットル濃度の塩化アルミニウム水溶液33mL、1モル/リットル濃度の塩化マグネシウム水溶液7mLを添加した。次いで、1規定の水酸化ナトリウム水溶液を更に加えてpHを10に調整した。これにより生じた共沈ゲルをろ過し、300mLの純水で5回洗浄した後、更に全体量が120mLとなるよう水を添加した。そこに、1規定の水酸化ナトリウム水溶液を加えpHを10.5に調整してスラリーを得た。
Example 1
<Preparation of the first clay material (first step)>
First, 17.2 g of No. 3 water glass (SiO 2 content ratio: 28% by mass) was added to 100 g of water to prepare a diluted solution. Next, 6 mL of 16 N nitric acid was added to the diluted solution, and then 33 mL of 1 mol / liter aqueous aluminum chloride solution and 7 mL of 1 mol / liter aqueous magnesium chloride solution were further added. Subsequently, 1N aqueous sodium hydroxide solution was further added to adjust the pH to 10. The coprecipitated gel thus produced was filtered, washed 5 times with 300 mL of pure water, and then water was added so that the total amount became 120 mL. A 1N aqueous sodium hydroxide solution was added thereto to adjust the pH to 10.5 to obtain a slurry.

続いてステンレス製オートクレーブ中にスラリーを仕込み、350℃、24時間、自生圧力の条件下で水熱反応させた。得られた反応生成物を、80℃で乾燥し、更に粉砕した。こうして、交換性陽イオンとしてナトリウムイオンを有するモンモリロナイト型合成粘土材料である第1の粘土材料を得た。   Subsequently, the slurry was placed in a stainless steel autoclave and subjected to a hydrothermal reaction at 350 ° C. for 24 hours under a self-generated pressure condition. The obtained reaction product was dried at 80 ° C. and further pulverized. Thus, a first clay material which is a montmorillonite type synthetic clay material having sodium ions as exchangeable cations was obtained.

<イオン交換(第2、第3及び第4工程)>
得られた第1の粘土材料2gをビーカー中に入れ、これに50gの純水(20℃)を加えてテフロン(登録商標)回転子で撹拌することにより、第1の粘土材料が水に分散した分散液を得た。この分散液に、水酸化リチウム一水和物を0.8g加えて、25℃、大気中で1時間放置した。
<Ion exchange (second, third and fourth steps)>
2 g of the obtained first clay material is put in a beaker, 50 g of pure water (20 ° C.) is added thereto, and the mixture is stirred with a Teflon (registered trademark) rotor, whereby the first clay material is dispersed in water. A dispersion was obtained. To this dispersion, 0.8 g of lithium hydroxide monohydrate was added and left at 25 ° C. in the air for 1 hour.

その後、市販の遠心分離器を用いて、3000Gの遠心加速度で10分間回転して分散液から上澄み液を除去し、純水を50g加えた(遠心分離操作1)。この遠心分離操作1を合計3回繰り返し行って、第1の粘土材料の層間にあるナトリウムイオンの少なくとも一部がリチウムイオンに置換された分散液を得た。   Thereafter, using a commercially available centrifuge, the supernatant was removed from the dispersion by rotating at a centrifugal acceleration of 3000 G for 10 minutes, and 50 g of pure water was added (centrifugation operation 1). This centrifugal separation operation 1 was repeated a total of three times to obtain a dispersion in which at least a part of sodium ions between the layers of the first clay material was replaced with lithium ions.

次いで、上述の遠心分離器を用いて、3000Gの遠心加速度で10分間回転して該分散液から上澄み液を除去し、再び純水を50g加えた(遠心分離操作2)。この遠心分離操作2を合計3回繰り返し行って、過剰のリチウムイオンを洗浄除去した。その後、分散液から、上記遠心分離条件によって上澄み液を除去し沈降物を得た。この沈降物を80℃で乾燥して、更に粉砕することにより、交換性陽イオンの少なくとも一部がリチウムイオンである合成粘土材料を得た。   Next, using the above-mentioned centrifuge, the supernatant was removed from the dispersion by rotating at a centrifugal acceleration of 3000 G for 10 minutes, and 50 g of pure water was added again (centrifugation operation 2). This centrifugation operation 2 was repeated a total of 3 times to wash away excess lithium ions. Thereafter, the supernatant was removed from the dispersion under the above centrifugal separation conditions to obtain a precipitate. The sediment was dried at 80 ° C. and further pulverized to obtain a synthetic clay material in which at least a part of the exchangeable cation was lithium ion.

<粘土フィルムの作製(第5及び第6工程)>
得られた合成粘土材料0.5gをビーカー中に入れ、これに25gの純水(20℃)を加えてテフロン(登録商標)回転子で撹拌することにより、合成粘土材料が水に分散した分散液を得た。この分散液を5cm角の底面を有する直方体形状のポリプロピレン製容器に高さ5mmまで注いだ。次に、その容器を熱風循環式の乾燥機(いすゞ株式会社製、製品名:EPFH)中に収容し、60℃で4時間加熱して、分散液中の水分を乾燥除去した。こうして、層間にリチウムイオンを有する厚さ約80μmのフィルム状の合成粘土材料を得た。
<Production of clay film (5th and 6th steps)>
0.5 g of the obtained synthetic clay material was put in a beaker, 25 g of pure water (20 ° C.) was added thereto, and the mixture was stirred with a Teflon (registered trademark) rotor to disperse the synthetic clay material in water. A liquid was obtained. This dispersion was poured into a rectangular parallelepiped polypropylene container having a 5 cm square bottom to a height of 5 mm. Next, the container was housed in a hot-air circulating dryer (product name: EPFH, manufactured by Isuzu Co., Ltd.) and heated at 60 ° C. for 4 hours to dry and remove moisture in the dispersion. Thus, a film-like synthetic clay material having a thickness of about 80 μm having lithium ions between layers was obtained.

次いで同じ熱風循環式の乾燥機中で300℃、30分間の加熱処理を上記合成粘土材料に施し、層間のリチウムイオンを層の内部に移動させて粘土フィルムを得た。   Next, the synthetic clay material was subjected to a heat treatment at 300 ° C. for 30 minutes in the same hot air circulation dryer, and lithium ions between the layers were moved into the layer to obtain a clay film.

(実施例2)
水酸化リチウム一水和物0.8gの代わりに塩化リチウム0.8gを使用したこと以外は実施例1と同様にして合成粘土材料及び粘土フィルムを作製した。
(Example 2)
A synthetic clay material and a clay film were prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.8 g of lithium chloride was used instead of 0.8 g of lithium hydroxide monohydrate.

(実施例3)
合成粘土材料に施す加熱処理の条件を、300℃、30分間から、150℃、1時間に変更したこと以外は実施例1と同様にして粘土フィルムを作製した。
(Example 3)
A clay film was produced in the same manner as in Example 1 except that the conditions of the heat treatment applied to the synthetic clay material were changed from 300 ° C. for 30 minutes to 150 ° C. for 1 hour.

(実施例4)
第1の粘土材料の調製(第1工程)を下記のとおりに変更した以外は、実施例1と同様にして合成粘土材料及び粘土フィルムを作製した。
Example 4
A synthetic clay material and a clay film were produced in the same manner as in Example 1 except that the preparation of the first clay material (first step) was changed as follows.

まず、3号水ガラス(SiO含有割合:28質量%)17.2gを水100gに添加して希釈溶液を調製した。次いで、16規定の硝酸6mLをその希釈溶液に加えた後、更に1モル/リットル濃度の塩化マグネシウム水溶液56mLを添加した。次いで、1規定の水酸化ナトリウム水溶液を更に加えてpHを10に調整した。これにより生じた共沈ゲルをろ過し、300mLの純水で5回洗浄した後、更に全体量が120mLとなるよう水を添加した。そこに、1規定の水酸化ナトリウム水溶液を加えpHを10.5に調整してスラリーを得た。 First, 17.2 g of No. 3 water glass (SiO 2 content ratio: 28% by mass) was added to 100 g of water to prepare a diluted solution. Next, 6 mL of 16 N nitric acid was added to the diluted solution, and then 56 mL of a 1 mol / liter aqueous magnesium chloride solution was further added. Subsequently, 1N aqueous sodium hydroxide solution was further added to adjust the pH to 10. The coprecipitated gel thus produced was filtered, washed 5 times with 300 mL of pure water, and then water was added so that the total amount became 120 mL. A 1N aqueous sodium hydroxide solution was added thereto to adjust the pH to 10.5 to obtain a slurry.

続いてステンレス製オートクレーブ中にスラリーを仕込み、250℃、3時間、自生圧力の条件下で水熱反応させた。得られた反応生成物を、80℃で乾燥し、更に粉砕した。こうして、交換性陽イオンとしてナトリウムイオンを有するスティーブンサイト型合成粘土材料である第1の粘土材料を得た。   Subsequently, the slurry was charged into a stainless steel autoclave and subjected to a hydrothermal reaction under the conditions of 250 ° C. and 3 hours of autogenous pressure. The obtained reaction product was dried at 80 ° C. and further pulverized. In this way, the 1st clay material which is a steven site type | mold synthetic clay material which has a sodium ion as an exchangeable cation was obtained.

(比較例1)
イオン交換(第2、第3及び第4工程)を省略し、粘土フィルムの作製(第5及び第6工程)を下記のようにした以外は実施例1と同様にして粘土フィルムを得た。
(Comparative Example 1)
A clay film was obtained in the same manner as in Example 1 except that ion exchange (second, third and fourth steps) was omitted and the production of the clay film (fifth and sixth steps) was as follows.

第1の粘土材料0.5gをビーカー中に入れ、これに25gの純水(20℃)を加えてテフロン(登録商標)回転子で撹拌することにより、第1の粘土材料が水に分散した分散液を得た。この分散液を5cm角の底面を有する直方体形状のポリプロピレン製容器に高さ5mmまで注いだ。次に、その容器を熱風循環式の乾燥機(いすゞ株式会社製、製品名:EPFH)中に収容し、60℃で4時間加熱して、分散液中の水分を乾燥除去した。こうして、層間にナトリウムイオンを有する厚さ約80μmのフィルム状の第1の粘土材料を得た。   The first clay material was dispersed in water by adding 0.5 g of the first clay material into a beaker, adding 25 g of pure water (20 ° C.) to the beaker, and stirring with a Teflon (registered trademark) rotor. A dispersion was obtained. This dispersion was poured into a rectangular parallelepiped polypropylene container having a 5 cm square bottom to a height of 5 mm. Next, the container was housed in a hot-air circulating dryer (product name: EPFH, manufactured by Isuzu Co., Ltd.) and heated at 60 ° C. for 4 hours to dry and remove moisture in the dispersion. Thus, a film-like first clay material having a thickness of about 80 μm having sodium ions between layers was obtained.

次いで同じ熱風循環式の乾燥機中で300℃、30分間の加熱処理を上記第1の粘土材料に施して粘土フィルムを得た。   Next, the first clay material was subjected to a heat treatment at 300 ° C. for 30 minutes in the same hot air circulation dryer to obtain a clay film.

<合成粘土材料の評価>
上記合成粘土材料について、加熱処理前後の水分散性をX線回折測定により評価した。また、合成粘土材料の加熱処理前後の吸水率及びイオン交換容量も評価した。
<Evaluation of synthetic clay materials>
About the said synthetic clay material, the water dispersibility before and behind heat processing was evaluated by the X ray diffraction measurement. In addition, the water absorption and ion exchange capacity of the synthetic clay material before and after the heat treatment were also evaluated.

[水分散性評価]
水中に合成粘土材料を投入し、超音波により十分撹拌した。その後、合成粘土材料が混在した状態の水をX線回折装置((株)リガク製、商品名「ATX−G」)セルにセットして、水中での合成粘土材料のX線回折を測定した。測定は、CuKα線を使用して、2θを2度から70度まで2度/分でスキャンして行った。その結果、合成粘土材料が本来有すべき(001)面の面間隔に起因するピークが認められない場合を水分散性「あり」と判断し、そのようなピークが認められた場合を水分散性「なし」と判断した。結果を表1に示す。
[Evaluation of water dispersibility]
A synthetic clay material was put into water and sufficiently stirred by ultrasonic waves. Thereafter, the water in which the synthetic clay material was mixed was set in an X-ray diffractometer (trade name “ATX-G”, manufactured by Rigaku Corporation), and the X-ray diffraction of the synthetic clay material in water was measured. . The measurement was performed using CuKα rays by scanning 2θ from 2 degrees to 70 degrees at 2 degrees / minute. As a result, when the peak due to the spacing of the (001) plane that the synthetic clay material should have is not recognized, it is judged that water dispersibility is “present”, and when such a peak is recognized, water dispersion It was judged that there was no sex. The results are shown in Table 1.

次に、合成粘土材料に対して、上記熱風循環式の乾燥機中で、400℃、30分間の加熱処理を施した。加熱処理後の合成粘土材料を上記と同様に水に投入して撹拌した後、水中でのX線回折を測定した。その結果、上記と同様にして水分散性の有無を判断した。結果を表1に示す。   Next, the synthetic clay material was subjected to heat treatment at 400 ° C. for 30 minutes in the above-described hot-air circulating dryer. The synthetic clay material after the heat treatment was put into water and stirred in the same manner as described above, and then X-ray diffraction in water was measured. As a result, the presence or absence of water dispersibility was determined in the same manner as described above. The results are shown in Table 1.

Figure 0005212965
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[吸水率測定]
合成粘土材料を相対湿度60%、温度25℃の雰囲気中に放置して十分に吸湿させた。その吸湿後の合成粘土材料の質量を測定した。次いで、吸湿後の合成粘土材料を熱重量分析装置のセルにセットして熱重量分析を行った。測定条件は、昇温速度10℃/分、系内の空気流量50cc/分、測定温度範囲25℃〜300℃とした。熱重量分析による質量減少率から吸水率を導出した。結果を表1に示す。
[Water absorption measurement]
The synthetic clay material was left in an atmosphere with a relative humidity of 60% and a temperature of 25 ° C. to sufficiently absorb moisture. The mass of the synthetic clay material after the moisture absorption was measured. Subsequently, the synthetic clay material after moisture absorption was set in a cell of a thermogravimetric analyzer, and thermogravimetric analysis was performed. The measurement conditions were a heating rate of 10 ° C./min, an air flow rate in the system of 50 cc / min, and a measurement temperature range of 25 ° C. to 300 ° C. The water absorption rate was derived from the mass loss rate by thermogravimetric analysis. The results are shown in Table 1.

次に、合成粘土材料に対して、上記熱風循環式の乾燥機中で、400℃、30分間の加熱処理を施した。加熱処理後の合成粘土材料について上記と同様にして吸水率を導出した。結果を表1に示す。   Next, the synthetic clay material was subjected to heat treatment at 400 ° C. for 30 minutes in the above-described hot-air circulating dryer. The water absorption was derived in the same manner as described above for the synthetic clay material after the heat treatment. The results are shown in Table 1.

[イオン交換容量の測定]
まず、Schllenberger法で合成粘土材料中の交換性陽イオンをアンモニウムイオンに交換した。その後、さらにアンモニウムイオンをナトリウムイオンに交換し、その際に溶出したアンモニウムイオンを定量することにより行った。具体的には、まず、1gの合成粘土材料を秤量し、5gのシリカ分と混合して浸出管に充填した。次いで、その浸出管に1Nの酢酸アンモニウム溶液100mLを10時間かけて滴下して、交換性陽イオンをアンモニウムイオンに交換した。その後、その浸出管に80質量%のエタノール水溶液を1時間かけて滴下して、過剰のアンモニウムイオンを洗浄除去した。次に、その浸出管に10%塩化ナトリウム溶液を5時間かけて滴下して、アンモニウムイオンを抽出した。そして、抽出したアンモニウムイオンをイオンクロマト法により定量し、イオン交換容量を算出した。結果を表1に示す。
[Measurement of ion exchange capacity]
First, the exchangeable cation in the synthetic clay material was exchanged with ammonium ion by the Schlenberger method. Thereafter, the ammonium ions were further exchanged with sodium ions, and the ammonium ions eluted at that time were quantified. Specifically, first, 1 g of synthetic clay material was weighed, mixed with 5 g of silica, and filled into a leaching tube. Next, 100 mL of 1N ammonium acetate solution was dropped into the leaching tube over 10 hours to exchange exchangeable cations with ammonium ions. Thereafter, an 80 mass% ethanol aqueous solution was dropped into the leaching tube over 1 hour to wash away excess ammonium ions. Next, a 10% sodium chloride solution was dropped into the brewing tube over 5 hours to extract ammonium ions. Then, the extracted ammonium ions were quantified by ion chromatography, and the ion exchange capacity was calculated. The results are shown in Table 1.

次に、合成粘土材料に対して、上記熱風循環式の乾燥機中で、400℃、30分間の加熱処理を施した。加熱処理後の合成粘土材料について上記と同様にしてイオン交換容量を測定した。結果を表1に示す。   Next, the synthetic clay material was subjected to heat treatment at 400 ° C. for 30 minutes in the above-described hot-air circulating dryer. The ion exchange capacity of the synthetic clay material after the heat treatment was measured in the same manner as described above. The results are shown in Table 1.

<粘土フィルムの評価>
上記粘土フィルムを試料フィルムとして、浸漬試験、X線回折測定及び水蒸気透過率測定を行った。また、実施例1の粘土フィルムの作製(第5及び第6工程)の途中で得られたフィルム状の合成粘土材料を試料フィルムとして、同様に浸漬試験、X線回折測定及び水蒸気透過率測定を行った。
<Evaluation of clay film>
Using the clay film as a sample film, an immersion test, an X-ray diffraction measurement, and a water vapor transmission rate measurement were performed. Moreover, the film-like synthetic clay material obtained in the middle of the production of the clay film of Example 1 (fifth and sixth steps) was used as a sample film, and the immersion test, the X-ray diffraction measurement, and the water vapor transmission rate measurement were similarly performed. went.

[浸漬試験]
100gの純水中に試料フィルム4cmを浸漬し、25℃で24時間放置した後、試料フィルムを純水中に保持したまま目視で形状観察を行い、変形の有無を判定した。結果を表1に示す。
[Immersion test]
After immersing 4 cm 2 of the sample film in 100 g of pure water and allowing it to stand at 25 ° C. for 24 hours, the shape was visually observed while the sample film was held in pure water to determine the presence or absence of deformation. The results are shown in Table 1.

[X線回折測定(XRD)]
上記と同じX線回折装置を用いて試料フィルムのX線回折を測定した。測定は、CuKα線を使用して、2θを2度から70度まで2度/分でスキャンして行った。測定結果から、試料フィルムの(001)面の面間隔を求めた。原料として用いたNa型モンモリロナイトの(001)面の面間隔と測定結果から得られる(001)面の面間隔とを比較した。結果を表1に示す。
[X-ray diffraction measurement (XRD)]
The X-ray diffraction of the sample film was measured using the same X-ray diffractometer as described above. The measurement was performed using CuKα rays by scanning 2θ from 2 degrees to 70 degrees at 2 degrees / minute. From the measurement results, the surface spacing of the (001) plane of the sample film was determined. The interplanar spacing of the (001) plane of Na-type montmorillonite used as a raw material was compared with the interplanar spacing of the (001) plane obtained from the measurement results. The results are shown in Table 1.

[水蒸気透過率測定]
感湿センサー(Lyssy社製、商品名:L80−5000型)を用いて水蒸気透過率測定を行った。50cmの試料フィルムで上下に隔てられた空間の下側の雰囲気を相対湿度100%に、上側の雰囲気を相対湿度9.9%以下にそれぞれ調整した。そして、この粘土フィルムを透過する水蒸気によって、試料フィルムの上側の雰囲気の相対湿度が9.9%から10.1%になるまでの時間から水蒸気透過率(g/(m・day))を算出した。結果を表1に示す。
[Water vapor permeability measurement]
Water vapor permeability was measured using a humidity sensor (Lyssy, trade name: L80-5000 type). The lower atmosphere was adjusted to a relative humidity of 100% and the upper atmosphere was adjusted to a relative humidity of 9.9% or less, respectively, with a 50 cm 2 sample film vertically separated. Then, the water vapor transmission rate (g / (m 2 · day)) is calculated from the time until the relative humidity of the atmosphere on the upper side of the sample film is changed from 9.9% to 10.1% by the water vapor passing through the clay film. Calculated. The results are shown in Table 1.

実施形態に係る合成粘土材料の層構造を部分的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows partially the layer structure of the synthetic clay material which concerns on embodiment. 実施形態に係る合成粘土材料の製造方法を模式的に示す工程図である。It is process drawing which shows typically the manufacturing method of the synthetic clay material which concerns on embodiment. 実施形態に係る合成粘土材料から得られる粘土フィルムの層構造を部分的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows partially the layer structure of the clay film obtained from the synthetic clay material which concerns on embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1、2…八面体シート、3…四面体シート、10、20…層、100…合成粘土材料。   1, 2 ... octahedron sheet, 3 ... tetrahedron sheet, 10, 20 ... layer, 100 ... synthetic clay material.

Claims (7)

モンモリロナイト構造及び/又はスティーブンサイト構造を主として有する合成粘土材料であって、
水に対する分散性を示し、かつ400℃での加熱処理により前記分散性を失う合成粘土材料をフィルム状に成形し、150〜600℃で加熱処理して形成した、粘土フィルム
A synthetic clay material mainly having a montmorillonite structure and / or a stevensite structure,
A clay film formed by forming a synthetic clay material which exhibits dispersibility in water and loses the dispersibility by heat treatment at 400 ° C. into a film shape and heat-treats at 150 to 600 ° C.
前記合成粘土材料が交換性陽イオンをイオン交換容量で50〜150ミリ当量/100g含有し、前記400℃での加熱処理により前記イオン交換容量が30ミリ当量/100g以下に減少する、請求項1記載の粘土フィルム The synthetic clay material contains exchangeable cations in an ion exchange capacity of 50 to 150 meq / 100 g , and the heat treatment at 400 ° C. reduces the ion exchange capacity to 30 meq / 100 g or less. The clay film described. 前記合成粘土材料において、前記交換性陽イオンの80原子%以上がリチウムイオンである、請求項2記載の粘土フィルムThe clay film according to claim 2, wherein in the synthetic clay material, 80 atomic% or more of the exchangeable cations are lithium ions. 水蒸気透過率が5.7(g/(m ・day))以下である、請求項1〜3いずれか1項記載の粘土フィルム The clay film according to any one of claims 1 to 3, which has a water vapor transmission rate of 5.7 (g / (m 2 · day)) or less . 前記合成粘土材料において、前記交換性陽イオンとしてのナトリウムイオンのイオン交換容量が20ミリ当量/100g以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の粘土フィルムThe clay film as described in any one of Claims 1-4 whose ion exchange capacity of the sodium ion as the said exchangeable cation is 20 meq / 100g or less in the said synthetic clay material . 前記合成粘土材料において、吸水率が10%以上であり、前記400℃での加熱処理により前記吸水率が5%以下に減少する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の粘土フィルムThe clay film according to any one of claims 1 to 5, wherein the synthetic clay material has a water absorption rate of 10% or more, and the water absorption rate is reduced to 5% or less by the heat treatment at 400 ° C. モンモリロナイト構造及び/又はスティーブンサイト構造を主として有する合成粘土材料であって、  A synthetic clay material mainly having a montmorillonite structure and / or a stevensite structure,
水に対する分散性を示し、かつ400℃での加熱処理により前記分散性を失う合成粘土材料をフィルム状に成形し、150〜600℃で加熱処理して形成する粘土フィルムの製造方法。  A method for producing a clay film, wherein a synthetic clay material that exhibits dispersibility in water and loses the dispersibility by heat treatment at 400 ° C. is formed into a film and heat-treated at 150 to 600 ° C.
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