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JP7601386B2 - Montmorillonite slurry, clay film, and method for producing montmorillonite slurry - Google Patents
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Montmorillonite slurry, clay film, and method for producing montmorillonite slurry Download PDF

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Description

本発明は、モンモリロナイトスラリー、粘土膜、及びモンモリロナイトスラリーの製造方法に関する。 The present invention relates to a montmorillonite slurry, a clay film, and a method for producing the montmorillonite slurry.

工業用粘土は増粘剤、粘結剤、レオロジー改質剤、無機バインダー、土木泥水、止水材、化粧品原料等、様々な分野で利用されている。
工業用粘土の一種としてモンモリロナイトが知られている。モンモリロナイトの一般的な結晶構造は、ケイ酸のネットワークが広がるケイ酸四面体シートがアルミナ八面体シートを挟んで存在する、2:1層構造の単位結晶層からなる。多くの場合、この結晶層中においてアルミナ八面体シートの中心原子であるアルミニウムの一部がマグネシウムに置換され、これにより結晶層は負に帯電し、この負電荷を中和する形で層間には陽イオンが取り込まれている。また、この陽イオンはイオン交換が可能であるため、モンモリロナイトは陽イオン交換性を示す。イオン交換可能な陽イオン量は陽イオン交換容量(CEC:Cation Exchange Capacity)と呼ばれ、モンモリロナイトの特性を示す指標の一つとなっている。
Industrial clays are used in a wide range of fields, including as thickeners, binders, rheology modifiers, inorganic binders, civil engineering muds, waterproofing materials, and cosmetic ingredients.
Montmorillonite is known as a type of industrial clay. The general crystal structure of montmorillonite consists of a 2:1 layer structure of unit crystal layers, in which alumina octahedral sheets are sandwiched between silicic acid tetrahedral sheets in which a silicic acid network spreads. In many cases, part of the aluminum, which is the central atom of the alumina octahedral sheets in this crystal layer, is replaced by magnesium, which makes the crystal layer negatively charged, and cations are incorporated between the layers to neutralize this negative charge. In addition, since these cations can be ion-exchanged, montmorillonite exhibits cation exchangeability. The amount of cations that can be ion-exchanged is called the cation exchange capacity (CEC) and is one of the indicators of the characteristics of montmorillonite.

モンモリロナイトを加熱処理に付すると、脱水に伴い層間の陽イオン(プロトン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、セシウムイオン、アンモニウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン等)が固定化されることが知られている。陽イオンが固定化されると、水に対する分散安定性、増粘性、膨潤性、陽イオン交換性といったモンモリロナイトの基本的な特性が低下する。特にリチウムイオンは、200℃程度あるいはそれ以上の温度をかけることにより固定化される。従って、層間にリチウムイオンを一定量以上含むモンモリロナイトは、200℃程度あるいはそれ以上の加熱処理によって陽イオン交換性が大幅に低下し、水を加えても元の状態に戻らず水分散性が著しく低下する。上記加熱処理によるリチウムイオンの固定化は、層間に存在するリチウムイオンがモンモリロナイト結晶の八面体シートの空席に移動することで生じると考えられている。この現象はHofmann-Klemen効果と呼ばれ、層電荷密度をコントロールするために利用されている(例えば、非特許文献1参照)。 It is known that when montmorillonite is subjected to a heat treatment, the interlayer cations (protons, sodium ions, potassium ions, lithium ions, cesium ions, ammonium ions, calcium ions, magnesium ions, etc.) are fixed as a result of dehydration. When the cations are fixed, the basic properties of montmorillonite, such as dispersion stability in water, viscosity, swelling, and cation exchangeability, decrease. In particular, lithium ions are fixed by applying a temperature of about 200°C or higher. Therefore, when montmorillonite containing a certain amount or more of lithium ions between the layers is heated to about 200°C or higher, its cation exchangeability is significantly reduced, and even when water is added, it does not return to its original state and its water dispersibility is significantly reduced. It is believed that the fixation of lithium ions by the heat treatment occurs when the lithium ions present between the layers move to vacant sites in the octahedral sheets of the montmorillonite crystal. This phenomenon is called the Hofmann-Klemen effect, and is used to control the layer charge density (see, for example, Non-Patent Document 1).

上記の加熱処理によるリチウムイオンの固定化現象を利用してモンモリロナイトの機能性を高めることが報告されている。例えば、特許文献1及び2には、層間にリチウムイオンを有するモンモリロナイトの水分散液を用いて成膜した後、これを乾燥機中で加熱処理に付することで、耐水性(水蒸気バリア性)に優れた粘土膜が得られることが記載されている。
層間にリチウムイオンを一定量以上有するモンモリロナイトは、上述のとおり特定温度以上の加熱処理に付すと水に対する分散性が低下するため、その水分散液(スラリー)を用いて粘土膜を形成することが困難となる。実際、特許文献1及び2に記載の耐水性粘土膜は、層間にリチウムイオンを有するモンモリロナイトの水分散液を用いて成膜した後に、これを乾燥機中で高温に加熱してリチウムイオンを固定化し、調製される。しかしながら、特許文献1及び2に記載の方法では、膜を形成してから加熱処理に付す必要があるため、製造効率の向上には制約がある。
加熱してリチウムイオンが固定化されたリチウム型モンモリロナイト(リチウム固定型モンモリロナイト)の水分散性(分散安定性)を高めることができれば、当該リチウム固定型モンモリロナイトのスラリーの調製が可能となり、このスラリーを塗布し、乾燥するだけで、耐水性(本明細書において「耐水性」とは「水蒸気ガスバリア性」を意味する)に優れた粘土膜の形成が可能になる。そして実際に、リチウム固定型モンモリロナイトの水分散性を高める技術がいくつか報告されている。
例えば特許文献3には、陽イオン交換容量が50meq/100g以下のリチウム固定型モンモリロナイトと、アンモニアと、水と、ホルムアミド基を有する極性有機溶媒とを各特定量配合してなるスラリーが、リチウム固定型モンモリロナイトの分散安定性に優れることが記載されている。また特許文献4には、陽イオン交換容量が50meq/100g以下のリチウム固定型モンモリロナイトと、アンモニアと、水と、少なくともアセトニトリル及びメチルエチルケトンから選択される有機溶媒とを各特定量含有するスラリーが、リチウム固定型モンモリロナイトの分散安定性に優れることが記載されている。
It has been reported that the functionality of montmorillonite can be enhanced by utilizing the phenomenon of lithium ion fixation by the above-mentioned heat treatment. For example, Patent Documents 1 and 2 describe that a clay film with excellent water resistance (water vapor barrier property) can be obtained by forming a film using an aqueous dispersion of montmorillonite having lithium ions between layers and then subjecting the film to a heat treatment in a dryer.
Montmorillonite having a certain amount or more of lithium ions between layers is subject to heat treatment at a specific temperature or higher, as described above, and thus its dispersibility in water is reduced, making it difficult to form a clay film using its aqueous dispersion (slurry). In fact, the water-resistant clay film described in Patent Documents 1 and 2 is prepared by forming a film using an aqueous dispersion of montmorillonite having lithium ions between layers, and then heating the film to a high temperature in a dryer to fix the lithium ions. However, the methods described in Patent Documents 1 and 2 require a heat treatment after forming a film, so there are limitations to improving the production efficiency.
If the water dispersibility (dispersion stability) of lithium-type montmorillonite in which lithium ions are fixed by heating (lithium-loaded montmorillonite) can be improved, it becomes possible to prepare a slurry of the lithium-loaded montmorillonite, and a clay film with excellent water resistance (in this specification, "water resistance" means "water vapor gas barrier property") can be formed simply by applying and drying this slurry. In fact, several techniques for improving the water dispersibility of lithium-loaded montmorillonite have been reported.
For example, Patent Document 3 describes that a slurry containing specific amounts of lithium-loaded montmorillonite having a cation exchange capacity of 50 meq/100 g or less, ammonia, water, and a polar organic solvent having a formamide group has excellent dispersion stability of the lithium-loaded montmorillonite. Patent Document 4 describes that a slurry containing specific amounts of lithium-loaded montmorillonite having a cation exchange capacity of 50 meq/100 g or less, ammonia, water, and an organic solvent selected from at least acetonitrile and methyl ethyl ketone has excellent dispersion stability of the lithium-loaded montmorillonite.

特開2008-247719号公報JP 2008-247719 A 特開2009-107907号公報JP 2009-107907 A 特開2015-147300号公報JP 2015-147300 A 特開2018-83728号公報JP 2018-83728 A

「粘土ハンドブック」,第三版,日本粘土学会編,2009年5月,p.125"Clay Handbook", Third Edition, Edited by the Clay Science Society of Japan, May 2009, p. 125

上記特許文献3及び4の技術により、リチウム固定型モンモリロナイトが安定に分散したスラリーの調製が可能になり、リチウム固定型モンモリロナイトの機能性材料としての工業的利用分野の拡大が期待される。しかし、これらの技術では、リチウム固定型モンモリロナイトのスラリー化において必須となる有機溶媒の、生体に対する安全性が問題視される場合がある。すなわち、一般的な工業的利用においては問題が生じないとしても、例えば、リチウム固定型モンモリロナイトのスラリーを用いて形成した耐水膜(水蒸気ガスバリア膜)を食品保存用のケースないしフィルムとして用いる場合には、必ずしも適したスラリー組成であるとはいえない。 The techniques of Patent Documents 3 and 4 above make it possible to prepare a slurry in which lithium-loaded montmorillonite is stably dispersed, and it is expected that the industrial use of lithium-loaded montmorillonite as a functional material will expand. However, with these techniques, the safety of the organic solvent, which is essential for making a slurry of lithium-loaded montmorillonite, to living organisms may be a problem. In other words, even if no problems arise in general industrial use, for example, when a water-resistant film (water vapor gas barrier film) formed using a slurry of lithium-loaded montmorillonite is used as a case or film for food storage, the slurry composition is not necessarily suitable.

リチウム固定型モンモリロナイトは、特許文献1及び2に記載される通り、耐水性に優れた機能性膜材料としても利用が期待されている。しかし、この耐水膜として十分な機能を有するには、リチウム固定型モンモリロナイトのスラリー中において、リチウム固定型モンモリロナイトが微粒状に分散して存在することが重要である。例えば、スラリー中に分散したリチウム固定型モンモリロナイトの粒子径が大きいと(凝集していると)、このスラリーを用いて形成した膜には微細な欠陥が生じやすく、目的の耐水性を発現することが難しくなる。本発明者らの検討により、スラリー中に分散したリチウム固定型モンモリロナイトの粒子径(メディアン径、体積基準)を15μm以下まで小さくすれば、通常の膜厚(5~50μm)で十分な耐水性を実現でき、粒子径が小さくなるほど、耐水膜をより薄膜状としてもより高い耐水性を達成できることが分かってきた。 As described in Patent Documents 1 and 2, lithium-fixed montmorillonite is expected to be used as a functional membrane material with excellent water resistance. However, in order to have sufficient functionality as a water-resistant membrane, it is important that the lithium-fixed montmorillonite is dispersed in fine particles in the lithium-fixed montmorillonite slurry. For example, if the particle size of the lithium-fixed montmorillonite dispersed in the slurry is large (if it is aggregated), fine defects are likely to occur in the membrane formed using this slurry, making it difficult to achieve the desired water resistance. Through the study of the present inventors, it has been found that sufficient water resistance can be achieved with a normal membrane thickness (5 to 50 μm) if the particle size (median diameter, volume basis) of the lithium-fixed montmorillonite dispersed in the slurry is reduced to 15 μm or less, and that the smaller the particle size, the higher the water resistance can be achieved even if the water-resistant membrane is made thinner.

本発明は、リチウムイオンが固定化されて陽イオン交換性及び水分散性が低下したリチウム固定型モンモリロナイトを安定に分散してなり、分散状態のリチウム固定型モンモリロナイトの粒子径が十分に小さく、工業的利用において安全上の問題も生じにくいスラリー、当該スラリーを用いた粘土膜、及び当該スラリーの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention aims to provide a slurry in which lithium-immobilized montmorillonite, in which lithium ions have been immobilized and the cation exchangeability and water dispersibility have been reduced, is stably dispersed, the particle size of the dispersed lithium-immobilized montmorillonite is sufficiently small, and safety problems are unlikely to occur in industrial use, a clay film using the slurry, and a method for producing the slurry.

本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた。その結果、リチウム固定型モンモリロナイト粉末の水分散液を調製するに当たり、分散媒(水)中にアセトンを特定量混合した上で、この混合液とリチウム固定型モンモリロナイト粉末とを混合することにより、当該リチウム固定型モンモリロナイトをより微粒化した状態で分散媒中に安定に分散でき、経時的な分散安定性にも優れたスラリーが得られることを見出した。本発明はこれらの知見に基づきさらに検討を重ね、完成させるに至ったものである。 The present inventors have conducted extensive research in light of the above problems. As a result, they have found that when preparing an aqueous dispersion of lithium-loaded montmorillonite powder, by mixing a specific amount of acetone into a dispersion medium (water) and then mixing this mixture with lithium-loaded montmorillonite powder, the lithium-loaded montmorillonite can be stably dispersed in the dispersion medium in a finer state, and a slurry with excellent dispersion stability over time can be obtained. The present invention was completed through further research based on these findings.

本発明の上記課題は下記の手段により達成された。
〔1〕
水とアセトンとを含有してなる極性媒体中に、陽イオン交換容量が50meq/100g以下のリチウム固定型モンモリロナイトが分散してなり、該分散状態における前記リチウム固定型モンモリロナイトの粒子径が15μm以下である、モンモリロナイトスラリー。
〔2〕
前記極性媒体が、ホルムアミド基を有する極性有機溶媒、アセトニトリル及びメチルエチルケトンのいずれも含まない、〔1〕に記載のモンモリロナイトスラリー。
〔3〕
前記極性媒体中、水の含有量とアセトンの含有量の合計に占める水の割合が80質量%以下である、〔1〕又は〔2〕に記載のモンモリロナイトスラリー。
〔4〕
前記極性媒体がアンモニアを含む極性媒体であり、当該アンモニアの含有量が、前記モンモリロナイトスラリー中の前記リチウム固定型モンモリロナイト1g当たり0.1mmol以上である、〔1〕~〔3〕のいずれか1項に記載のモンモリロナイトスラリー。
〔5〕
前記モンモリロナイトスラリーが30~100℃の加熱処理に付されたものである、〔1〕~〔4〕のいずれか1項に記載のモンモリロナイトスラリー。
〔6〕
前記リチウム固定型モンモリロナイトが、リチウム型モンモリロナイトを180~600℃の加熱処理に付して得られたものである、〔1〕~〔5〕のいずれか1項に記載のモンモリロナイトスラリー。
〔7〕
〔1〕~〔6〕のいずれか1項に記載のモンモリロナイトスラリーを用いた粘土膜。
〔8〕
陽イオン交換容量が50meq/100g以下のリチウム固定型モンモリロナイトと、水とアセトンを含む極性媒体とを混合し、極性媒体中にリチウム固定型モンモリロナイトを分散してなるスラリーを得ることを含む、モンモリロナイトスラリーの製造方法。
〔9〕
前記極性媒体がホルムアミド基を有する極性有機溶媒、アセトニトリル及びメチルエチルケトンのいずれも含まない、〔8〕に記載のモンモリロナイトスラリーの製造方法。
〔10〕
前記水の混合量と前記アセトンの混合量の合計に占める水の割合が80質量%以下である、〔8〕又は〔9〕に記載のモンモリロナイトスラリーの製造方法。
〔11〕
前記極性媒体がアンモニアを含み、当該アンモニアの混合量が、前記リチウム固定型モンモリロナイト1g当たり0.1mmol以上である、〔8〕~〔10〕のいずれか1項に記載のモンモリロナイトスラリーの製造方法。
〔12〕
前記リチウム固定型モンモリロナイトと前記極性媒体との混合物を、30~100℃の加熱処理に付す工程を有する、〔8〕~〔11〕のいずれか1項に記載のモンモリロナイトスラリーの製造方法。
〔13〕
前記極性媒体中に分散してなるリチウム固定型モンモリロナイトの粒子径が15μm以下である、〔8〕~〔12〕のいずれか1項に記載のモンモリロナイトスラリーの製造方法。
The above object of the present invention has been achieved by the following means.
[1]
A montmorillonite slurry comprising lithium-loaded montmorillonite having a cation exchange capacity of 50 meq/100 g or less dispersed in a polar medium containing water and acetone, the lithium-loaded montmorillonite in the dispersed state having a particle size of 15 μm or less.
[2]
The montmorillonite slurry according to [1], wherein the polar medium does not contain any of a polar organic solvent having a formamide group, acetonitrile, and methyl ethyl ketone.
[3]
The montmorillonite slurry according to [1] or [2], wherein a ratio of water to a total content of water and acetone in the polar medium is 80 mass% or less.
[4]
The montmorillonite slurry according to any one of [1] to [3], wherein the polar medium contains ammonia, and the content of the ammonia is 0.1 mmol or more per 1 g of the lithium-loaded montmorillonite in the montmorillonite slurry.
[5]
The montmorillonite slurry according to any one of [1] to [4], wherein the montmorillonite slurry is subjected to a heat treatment at 30 to 100° C.
[6]
The montmorillonite slurry according to any one of [1] to [5], wherein the lithium-fixed montmorillonite is obtained by subjecting lithium-type montmorillonite to a heat treatment at 180 to 600° C.
[7]
A clay film using the montmorillonite slurry according to any one of [1] to [6].
[8]
A method for producing a montmorillonite slurry, comprising mixing lithium-loaded montmorillonite having a cation exchange capacity of 50 meq/100 g or less with a polar medium containing water and acetone to obtain a slurry in which the lithium-loaded montmorillonite is dispersed in the polar medium.
[9]
The method for producing a montmorillonite slurry according to [8], wherein the polar medium does not contain any of a polar organic solvent having a formamide group, acetonitrile, and methyl ethyl ketone.
[10]
The method for producing a montmorillonite slurry according to [8] or [9], wherein a ratio of water to a total amount of the mixed water and the mixed amount of acetone is 80 mass% or less.
[11]
The method for producing a montmorillonite slurry according to any one of [8] to [10], wherein the polar medium contains ammonia, and the mixed amount of the ammonia is 0.1 mmol or more per 1 g of the lithium-loaded montmorillonite.
[12]
The method for producing a montmorillonite slurry according to any one of [8] to [11], comprising a step of subjecting a mixture of the lithium-immobilized montmorillonite and the polar medium to a heat treatment at 30 to 100° C.
[13]
The method for producing a montmorillonite slurry according to any one of [8] to [12], wherein the particle size of the lithium-fixed montmorillonite dispersed in the polar medium is 15 μm or less.

本発明のモンモリロナイトスラリー(以下、単に「本発明のスラリー」ともいう。)は、陽イオン交換性が特定レベル以下にある水分散性の低いリチウム固定型モンモリロナイトが、より微粒化されて安定に分散され、経時的な分散安定性にも優れ、工業的利用における安全上の問題も生じにくい。
また本発明の粘土膜は、本発明のスラリーを用いて形成された膜であり、耐水性に優れ、生産効率にも優れる。
また本発明のモンモリロナイトスラリーの製造方法(以下、単に「本発明のスラリーの製造方法」ともいう。)によれば、陽イオン交換性が特定レベル以下にある水分散性の低いリチウム固定型モンモリロナイトを、より微粒子状に、かつ安定に分散してなり、さらに経時的な分散安定性にも優れ、工業的利用において安全上の問題も生じにくいスラリーを得ることができる。
In the montmorillonite slurry of the present invention (hereinafter also simply referred to as "slurry of the present invention"), lithium-immobilized montmorillonite having low water dispersibility and a cation exchange ability of not more than a specific level is finely divided and stably dispersed, has excellent dispersion stability over time, and is unlikely to cause safety problems in its industrial use.
Furthermore, the clay film of the present invention is a film formed using the slurry of the present invention, and is excellent in water resistance and production efficiency.
Furthermore, according to the method for producing a montmorillonite slurry of the present invention (hereinafter also simply referred to as the "slurry production method of the present invention"), it is possible to obtain a slurry in which lithium-immobilized montmorillonite having low water dispersibility and a cation exchange ability below a specific level is dispersed in a finer, more stably form, has excellent dispersion stability over time, and is unlikely to cause safety problems in industrial use.

本発明の好ましい実施の形態について以下に説明するが、本発明は、本発明で規定すること以外はこれらの形態に限定されるものではない。 Preferred embodiments of the present invention are described below, but the present invention is not limited to these embodiments except as specified in the present invention.

[モンモリロナイトスラリー]
本発明のモンモリロナイトスラリーは、陽イオン交換容量が50meq(ミリ当量)/100g以下であるリチウム固定型モンモリロナイトが極性媒体中に分散してなるスラリーである。この極性媒体は水とアセトンとを含有し、リチウム固定型モンモリロナイトは当該極性媒体中に、粒子径が15μm以下の微粒子状に分散している。
本発明のスラリーは、本発明の効果を損なわない範囲で、上記の各成分以外の成分を含有していてもよい。
本発明のモンモリロナイトスラリーを構成する各成分について、以下に詳細に説明する。
[Montmorillonite slurry]
The montmorillonite slurry of the present invention is a slurry in which lithium-loaded montmorillonite having a cation exchange capacity of 50 meq (milliequivalent)/100 g or less is dispersed in a polar medium. This polar medium contains water and acetone, and the lithium-loaded montmorillonite is dispersed in the polar medium in the form of fine particles having a particle size of 15 μm or less.
The slurry of the present invention may contain components other than the above-mentioned components within the range that does not impair the effects of the present invention.
Each component constituting the montmorillonite slurry of the present invention will be described in detail below.

<リチウム固定型モンモリロナイト>
本発明に用いるリチウム固定型モンモリロナイトは、リチウム型モンモリロナイトの結晶構造の層間に存在するリチウムイオン(Li)を、後述する加熱処理等により固定化して得られる。本発明のスラリーにおいて、リチウム固定型モンモリロナイトは分散質を構成する。
本明細書において、「リチウム型モンモリロナイト」とは、モンモリロナイトの浸出陽イオン量(すなわち浸出陽イオンの総量、単位:meq/100g、以下同様)に占めるリチウムイオンの量(すなわち浸出リチウムイオン量、単位:meq/100g、以下同様)が60%以上のモンモリロナイトであり、好ましくは、浸出陽イオン量に占める浸出リチウムイオン量が70%以上、より好ましくは80%以上のモンモリロナイトである。リチウム型モンモリロナイトの浸出陽イオン量に占める浸出リチウムイオン量は100%でもよいが、通常は99%以下である。加えて、本明細書において「リチウム型モンモリロナイト」とは、その陽イオン交換容量が50meq/100gを越えるものである。リチウム型モンモリロナイトの陽イオン交換容量は好ましくは60~150meq/100gであり、より好ましくは70~120meq/100gであり、さらに好ましくは80~110meq/100gである。
<Lithium-fixed montmorillonite>
The lithium-loaded montmorillonite used in the present invention is obtained by fixing lithium ions (Li + ) present between layers of the crystal structure of the lithium-loaded montmorillonite by a heat treatment etc. described later. In the slurry of the present invention, the lithium-loaded montmorillonite constitutes a dispersoid.
In this specification, "lithium-type montmorillonite" refers to montmorillonite in which the amount of lithium ions (i.e., amount of leached lithium ions, unit: meq/100g, the same below) in the amount of leached cations of montmorillonite (i.e., total amount of leached cations, unit: meq/100g, the same below) is 60% or more, preferably, the amount of leached lithium ions in the amount of leached cations is 70% or more, more preferably, 80% or more. The amount of leached lithium ions in the amount of leached cations of lithium-type montmorillonite may be 100%, but is usually 99% or less. In addition, in this specification, "lithium-type montmorillonite" refers to montmorillonite whose cation exchange capacity exceeds 50 meq/100g. The cation exchange capacity of the lithium-montmorillonite is preferably 60 to 150 meq/100 g, more preferably 70 to 120 meq/100 g, and further preferably 80 to 110 meq/100 g.

本明細書において、「リチウム固定型モンモリロナイト」とは、その陽イオン交換容量が50meq/100g以下である。リチウム固定型モンモリロナイトの陽イオン交換容量は好ましくは5~50meq/100gであり、より好ましくは7~46meq/100g、さらに好ましくは8~40meq/100gである。なお、本発明において、リチウム固定型モンモリロナイトの陽イオン交換容量は、極性媒体中に分散しているリチウム固定型モンモリロナイトの陽イオン交換容量を意味する。
本明細書において「リチウム固定型モンモリロナイト」とは、その調製において原料として用いたリチウム型モンモリロナイト(上述のように、リチウム固定型モンモリロナイトはリチウム型モンモリロナイトを後述の加熱処理に付して得ることができる。)の浸出リチウムイオン量と、当該リチウム固定型モンモリロナイトの浸出リチウムイオン量との差(単位:meq/100g)が、上記の原料として用いたリチウム型モンモリロナイトの陽イオン交換容量(単位:meq/100g)に対して60%以上であることが好ましく、より好ましくは60~99%であり、より好ましくは65~95%である。
本発明に用いる上記リチウム固定型モンモリロナイトは粉末状であることが好ましい。
In this specification, the "lithium-loaded montmorillonite" has a cation exchange capacity of 50 meq/100g or less. The cation exchange capacity of the lithium-loaded montmorillonite is preferably 5 to 50 meq/100g, more preferably 7 to 46 meq/100g, and further preferably 8 to 40 meq/100g. In the present invention, the cation exchange capacity of the lithium-loaded montmorillonite means the cation exchange capacity of the lithium-loaded montmorillonite dispersed in a polar medium.
In this specification, the "lithium-loaded montmorillonite" refers to a lithium-loaded montmorillonite in which the difference (unit: meq/100 g) between the amount of leached lithium ions of the lithium-loaded montmorillonite used as a raw material in its preparation (as described above, the lithium-loaded montmorillonite can be obtained by subjecting the lithium-loaded montmorillonite to a heat treatment described below) is preferably 60% or more, more preferably 60 to 99%, and even more preferably 65 to 95% of the cation exchange capacity (unit: meq/100 g) of the lithium-loaded montmorillonite used as the raw material.
The lithium-loaded montmorillonite used in the present invention is preferably in powder form.

また、上記リチウム固定型モンモリロナイトは、通常は、浸出陽イオンとしてリチウムイオン以外に、ナトリウムイオン(Na)、カリウムイオン(K)、マグネシウムイオン(Mg2+)、カルシウムイオン(Ca2+)等を含んでいる。本発明に用いるリチウム固定型モンモリロナイトにおいて、Na、K、Mg2+及びCa2+の浸出イオン量は、総量で1~30meq/100gが好ましく、1~20meq/100gがより好ましく、1~10meq/100gがさらに好ましい。 The lithium-loaded montmorillonite usually contains, in addition to lithium ions, sodium ions (Na + ), potassium ions (K + ), magnesium ions (Mg 2+ ), calcium ions (Ca 2+ ), etc. as leached cations. In the lithium-loaded montmorillonite used in the present invention, the total amount of leached ions of Na + , K + , Mg 2+ and Ca 2+ is preferably 1 to 30 meq/100 g, more preferably 1 to 20 meq/100 g, and even more preferably 1 to 10 meq/100 g.

モンモリロナイトの陽イオン交換容量は、Schollenberger法(粘土ハンドブック第三版,日本粘土学会編,2009年5月,453~454頁)に準じた方法で測定することができる。より具体的には、日本ベントナイト工業会標準試験方法JBAS-106-77に記載の方法で測定することができる。
モンモリロナイトの浸出陽イオン量は、モンモリロナイトの層間陽イオンをモンモリロナイト0.5gに対して100mLの1M酢酸アンモニウム水溶液を用いて4時間以上かけて浸出させ、得られた溶液中の各種陽イオンの濃度を、ICP発光分析や原子吸光分析等により測定し、算出することができる。
The cation exchange capacity of montmorillonite can be measured by a method based on the Scholenberger method (Clay Handbook, Third Edition, edited by the Clay Science Society of Japan, May 2009, pp. 453-454). More specifically, it can be measured by the method described in the Japan Bentonite Industry Association Standard Test Method JBAS-106-77.
The amount of leached cations in montmorillonite can be calculated by leaching interlayer cations in montmorillonite using 100 mL of 1 M ammonium acetate aqueous solution per 0.5 g of montmorillonite for 4 hours or more, and measuring the concentrations of various cations in the obtained solution by ICP emission spectrometry, atomic absorption spectrometry, or the like.

本発明に用いるリチウム固定型モンモリロナイトは、リチウム型モンモリロナイトを加熱処理に付して結晶構造の層間に存在するリチウムイオンを固定化することで得ることができる。
リチウム型モンモリロナイトは、例えば、天然のナトリウム型モンモリロナイトの分散液に、水酸化リチウム、塩化リチウム等のリチウム塩を添加し、陽イオン交換させることで得ることができる。分散液中に添加するリチウムの量を調節することで、得られるリチウム型モンモリロナイトの浸出陽イオン量に占めるリチウムイオンの量を適宜に調節することができる。また、リチウム型モンモリロナイトは、陽イオン交換樹脂をリチウムイオンにイオン交換した樹脂を用いたカラム法、またはバッチ法によっても得ることができる。
また、リチウム型モンモリロナイトは商業的に入手することもできる。リチウム型モンモリロナイトの市販品として、例えば、クニピア-M(商品名、クニミネ工業社製)が挙げられる。
The lithium-immobilized montmorillonite used in the present invention can be obtained by subjecting lithium-type montmorillonite to a heat treatment to immobilize lithium ions present between layers of the crystal structure.
Lithium-type montmorillonite can be obtained, for example, by adding a lithium salt such as lithium hydroxide or lithium chloride to a dispersion of natural sodium-type montmorillonite and carrying out cation exchange. By adjusting the amount of lithium added to the dispersion, the amount of lithium ions in the amount of leached cations in the obtained lithium-type montmorillonite can be appropriately adjusted. Lithium-type montmorillonite can also be obtained by a column method or a batch method using a resin in which a cation exchange resin is ion-exchanged with lithium ions.
Lithium-type montmorillonite is also commercially available, for example, Kunipia-M (trade name, manufactured by Kunimine Kogyo Co., Ltd.).

本発明に用いるリチウム固定型モンモリロナイトは、リチウム型モンモリロナイトに比べて陽イオン交換性及び水分散性が低い。これは、リチウム固定型モンモリロナイトにおいて、リチウムイオンが粘土結晶の八面体シートの空席に移動して固定化されることで、粘土結晶が電気的に中和されて層間が密に閉じた状態になり、水分子が進入しにくくなる(層間陽イオンの水和が生じにくくなる)ためと考えられる。 The lithium-loaded montmorillonite used in the present invention has lower cation exchangeability and water dispersibility than lithium-type montmorillonite. This is thought to be because in lithium-loaded montmorillonite, lithium ions migrate to and are fixed in vacant spaces in the octahedral sheets of the clay crystals, electrically neutralizing the clay crystals and creating a tightly closed space between the layers, making it difficult for water molecules to penetrate (making it difficult for hydration of the interlayer cations to occur).

リチウム型モンモリロナイトを加熱処理に付してリチウム固定型モンモリロナイトを調製する場合において、加熱処理の温度条件は、リチウム型モンモリロナイトをリチウム固定型モンモリロナイトとすることができれば特に制限はない。リチウムイオンを効率的に固定化し、陽イオン交換容量を大きく低下させる観点から、150℃以上に加熱することが好ましい。上記加熱処理の温度は150~600℃がより好ましく、さらに好ましくは180~600℃であり、さらに好ましくは200~500℃であり、さらに好ましくは220~400℃である。上記温度に加熱することで、陽イオン交換容量をより効率的に低下させることができると同時に、モンモリロナイト中の水酸基の脱水反応等を抑えることができる。上記加熱処理は開放系の電気炉で実施することが好ましい。この場合、加熱時の相対湿度は5%以下となり、圧力は常圧となる。上記加熱処理の時間も、リチウム固定型モンモリロナイトを上記の陽イオン交換容量とすることができれば特に制限はなく、生産の効率性の観点から、0.5~48時間が好ましく、1~24時間がより好ましい。
加熱処理前のリチウム型モンモリロナイトの含水率は1~12質量%であることが好ましく、加熱処理後のリチウム固定型モンモリロナイトの含水率は0.1~5質量%となることが好ましい。
In the case where the lithium-type montmorillonite is subjected to a heat treatment to prepare the lithium-immobilized montmorillonite, the temperature condition of the heat treatment is not particularly limited as long as the lithium-type montmorillonite can be made into the lithium-immobilized montmorillonite. From the viewpoint of efficiently immobilizing lithium ions and greatly reducing the cation exchange capacity, it is preferable to heat to 150°C or higher. The temperature of the heat treatment is more preferably 150 to 600°C, even more preferably 180 to 600°C, even more preferably 200 to 500°C, and even more preferably 220 to 400°C. By heating to the above temperature, the cation exchange capacity can be more efficiently reduced and at the same time, the dehydration reaction of the hydroxyl groups in the montmorillonite can be suppressed. The heat treatment is preferably carried out in an open electric furnace. In this case, the relative humidity during heating is 5% or less, and the pressure is normal pressure. The time of the heat treatment is also not particularly limited as long as the lithium-immobilized montmorillonite can be made into the above cation exchange capacity, and from the viewpoint of production efficiency, 0.5 to 48 hours is preferable, and 1 to 24 hours is more preferable.
The moisture content of the lithium-type montmorillonite before the heat treatment is preferably 1 to 12 mass%, and the moisture content of the lithium-fixed montmorillonite after the heat treatment is preferably 0.1 to 5 mass%.

本発明のスラリー中のリチウム固定型モンモリロナイトの含有量に特に制限はなく、目的に応じて適宜に調節することができる。スラリーとしての流動性を確保し、混練、および撹拌工程が実際的に可能なものとする観点から、本発明のモンモリロナイトスラリー中のリチウム固定型モンモリロナイトの含有量は、1~30質量%が好ましく、2~25質量%がより好ましく、2~20質量%がさらに好ましく、2~15質量%がさらに好ましく、3~12質量%とすることも好ましい。 The content of lithium-immobilized montmorillonite in the slurry of the present invention is not particularly limited, and can be adjusted appropriately depending on the purpose. From the viewpoint of ensuring the fluidity of the slurry and making the kneading and stirring processes practically possible, the content of lithium-immobilized montmorillonite in the montmorillonite slurry of the present invention is preferably 1 to 30 mass%, more preferably 2 to 25 mass%, even more preferably 2 to 20 mass%, even more preferably 2 to 15 mass%, and also preferably 3 to 12 mass%.

本発明のスラリー中において、リチウム固定型モンモリロナイトは粒子径が15μm以下の状態で分散している。スラリーを用いて形成した膜の欠陥を防いで耐水性等の機能性をより高める観点から、上記粒子径は好ましくは12.0μm以下、より好ましくは10.0μm以下、さらに好ましくは9.5μm以下、さらに好ましくは8.0μm以下、さらに好ましくは6.0μm以下、さらに好ましくは5.0μm以下、さらに好ましくは4.0μm以下であり、3.0μm以下とすることが特に好ましい。また、本発明のスラリー中、リチウム固定型モンモリロナイトを粒子径の下限に特に制限はなく、通常は1.0μm以上であり、1.2μm以上でもよく、1.5μm以上でもよく、1.8μm以上でもよい。
本発明においてスラリー中のリチウム固定型モンモリロナイトの「粒子径」は、体積基準のメディアン径である。この粒子径は、レーザー回析/散乱式粒子径分布測定装置により決定することができる。
In the slurry of the present invention, the lithium-fixed montmorillonite is dispersed in a state in which the particle size is 15 μm or less. From the viewpoint of preventing defects in the film formed using the slurry and further enhancing functionality such as water resistance, the particle size is preferably 12.0 μm or less, more preferably 10.0 μm or less, even more preferably 9.5 μm or less, even more preferably 8.0 μm or less, even more preferably 6.0 μm or less, even more preferably 5.0 μm or less, even more preferably 4.0 μm or less, and particularly preferably 3.0 μm or less. In the slurry of the present invention, the lithium-fixed montmorillonite has no particular lower limit for the particle size, which is usually 1.0 μm or more, may be 1.2 μm or more, may be 1.5 μm or more, or may be 1.8 μm or more.
In the present invention, the "particle size" of the lithium-loaded montmorillonite in the slurry is a volume-based median size. This particle size can be determined by a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device.

<アセトン>
本発明のスラリーを構成する極性媒体にはアセトンが含まれる。使用するアセトンは、試薬、工業用品の公知慣用の一般的なものを用いることができる。
本発明のスラリー中のアセトンの含有量は、スラリー中のリチウム固定型モンモリロナイト1質量部当たり、1質量部以上であることが好ましく、2質量部以上であることがより好ましく、3質量部以上であることがさらに好ましい。また、前記アセトンの含有量は、通常10質量部以下であり、6質量部以下とすることもできる。アセトンの含有量を上記の好ましい範囲とすることにより、水の存在下でリチウム固定型モンモリロナイトに作用してその層間に侵入し、リチウム固定型モンモリロナイトがより微粒化した状態で安定的に分散してなるスラリーが得られる。
<Acetone>
The polar medium constituting the slurry of the present invention includes acetone. The acetone used may be any commonly known and commonly used acetone used as a reagent or industrial product.
The content of acetone in the slurry of the present invention is preferably 1 part by mass or more, more preferably 2 parts by mass or more, and even more preferably 3 parts by mass or more per part by mass of lithium-loaded montmorillonite in the slurry. The content of acetone is usually 10 parts by mass or less, and can be 6 parts by mass or less. By setting the content of acetone within the above preferred range, it acts on the lithium-loaded montmorillonite in the presence of water and penetrates between its layers, thereby obtaining a slurry in which the lithium-loaded montmorillonite is stably dispersed in a finer state.

本発明者らの検討により、水とアセトンとの混合液を含む極性媒体を用いて、これにリチウム固定型モンモリロナイトを混合して、30~100℃の加熱処理に付してリチウム固定型モンモリロナイトに当該極性媒体を作用させることにより、当該極性媒体が後述のアンモニアを含んでいるか否かに関わらず、水の存在下でアセトンがリチウム固定型モンモリロナイトに作用するなどして、スラリー中におけるリチウム固定型モンモリロナイトを十分に微細化できることが明らかとなった。
また、アセトンは、それ自体が生体安全性が比較的高く、また乾燥処理により除去しやすいため、生体安全性が求められる利用分野においても適合性が高い。
As a result of the investigations made by the present inventors, it has become clear that by using a polar medium containing a mixed liquid of water and acetone, mixing the lithium-loaded montmorillonite with this, and subjecting the mixture to a heat treatment at 30 to 100°C to cause the polar medium to act on the lithium-loaded montmorillonite, the lithium-loaded montmorillonite in the slurry can be sufficiently finely divided, for example, by the action of acetone on the lithium-loaded montmorillonite in the presence of water, regardless of whether the polar medium contains ammonia as described below.
Furthermore, acetone itself is relatively safe for living organisms and is easily removed by drying treatment, making it highly suitable for use in fields where safety for living organisms is required.

<水>
本発明のスラリーを構成する極性媒体は水を含む。使用する水に特に制限はないが、蒸留水、イオン交換水等の水中のイオン成分を除去したものが好ましい。イオン除去度合としては、水のイオン伝導度が10μS/m以下が好ましく、5μS/m以下がより好ましく、2μS/m以下が更に好ましい。
また前記極性媒体が水とアセトン以外の成分を含有する場合、水とアセトン以外の、極性媒体に混合した成分由来の水も、スラリー中の水を構成するものとする。例えば本発明のスラリーを構成する極性媒体が下記のアンモニアを含有する場合、アンモニア源としてアンモニア水を用いたときのアンモニア水中の水は、スラリー中の水を構成する。
<Water>
The polar medium constituting the slurry of the present invention includes water. There is no particular limitation on the water used, but it is preferable to use water from which ion components have been removed, such as distilled water or ion-exchanged water. As for the degree of ion removal, the ionic conductivity of the water is preferably 10 μS/m or less, more preferably 5 μS/m or less, and even more preferably 2 μS/m or less.
In addition, when the polar medium contains components other than water and acetone, the water derived from the components mixed in the polar medium other than water and acetone also constitutes the water in the slurry. For example, when the polar medium constituting the slurry of the present invention contains ammonia as described below, the water in the ammonia water when ammonia water is used as the ammonia source constitutes the water in the slurry.

本発明のスラリーを構成する極性媒体において、水の含有量とアセトンの含有量の合計に占める水の割合は、リチウム固定型モンモリロナイトの分散性向上の観点から、80質量%以下が好ましく、75質量%以下とすることも好ましく、70質量%以下としてもよい。また、同様の観点から、本発明のスラリーにおいて水の含有量とアセトンの含有量の合計に占める水の割合は、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、20質量%以上がさらに好ましく、25質量%以上がさらに好ましい。 In the polar medium constituting the slurry of the present invention, the proportion of water in the total of the water content and the acetone content is preferably 80 mass% or less, more preferably 75 mass% or less, and may be 70 mass% or less, from the viewpoint of improving the dispersibility of the lithium-fixed montmorillonite. From the same viewpoint, the proportion of water in the total of the water content and the acetone content in the slurry of the present invention is preferably 5 mass% or more, more preferably 10 mass% or more, even more preferably 20 mass% or more, and even more preferably 25 mass% or more.

本発明のスラリーを構成する極性媒体に占める、水とアセトンの各含有量の合計の割合は、50質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、80質量%以上がさらに好ましく、90質量%以上がさらに好ましく、95質量%以上とすることも好ましい。極性媒体のすべてが水とアセトンで構成されていることも好ましい。 The total content of water and acetone in the polar medium constituting the slurry of the present invention is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, and also preferably 95% by mass or more. It is also preferable that the polar medium is entirely composed of water and acetone.

<アンモニア>
本発明のスラリーを構成する極性媒体は、さらにアンモニアを含んでいても良い。当該極性媒体がアンモニアを含む場合には、加熱処理を行うことなく分散粒子径が小さいスラリーを得ることができる。当該極性媒体がアンモニアを含まない場合でも、加熱処理をすることにより、リチウム固定型モンモリロナイトの微粒化を達成することができる。本発明のスラリー中にアセトンとアンモニアが共存する場合、アセトンのカルボニル基の酸素原子がアンモニアに一部置き換えられるケチミン反応が生じることで、黄色~オレンジ色に強く呈色する場合がある。従って、本発明のスラリーがアンモニアを含有する場合は、呈色が問題にならない用途に用いることが好ましい。
<Ammonia>
The polar medium constituting the slurry of the present invention may further contain ammonia. When the polar medium contains ammonia, a slurry having a small dispersed particle size can be obtained without performing a heat treatment. Even when the polar medium does not contain ammonia, the lithium-immobilized montmorillonite can be micronized by performing a heat treatment. When acetone and ammonia coexist in the slurry of the present invention, a ketimine reaction occurs in which the oxygen atoms of the carbonyl group of acetone are partially replaced by ammonia, and the slurry may be strongly colored yellow to orange. Therefore, when the slurry of the present invention contains ammonia, it is preferable to use it for applications in which coloring is not a problem.

アンモニア源としては、アンモニア水、気体アンモニア、液体アンモニアのいずれを使用してもよいが、大気圧下でスラリーを製造する場合には、アンモニア水を用いることが好ましい。
本発明のスラリーがアンモニアを含有する場合、スラリー中のアンモニアの含有量は、スラリー中のリチウム固定型モンモリロナイト1g当たり、好ましくは0.1mmol以上とすることが好ましく、より好ましくは0.2mmol以上であり、さらに好ましくは0.5mmol以上であり、0.8mmol以上とすることも好ましい。アンモニアの含有量を上記好ましい値とすることで、リチウム固定型モンモリロナイトの粘土結晶の層間に十分な分子数のアンモニアが侵入し、リチウム固定型モンモリロナイトの溶液分散性をより向上させることができる。また、アンモニア臭気の発生や製造コストを考慮すると、モンモリロナイトスラリー中へのアンモニアの含有量は、モンモリロナイトスラリー中のリチウム固定型モンモリロナイト1g当たり、10mmol以下が好ましく、より好ましくは5mmol以下、さらに好ましくは4mmol以下、さらに好ましくは2mmol以下である。
本明細書において「リチウム固定型モンモリロナイト1g当たり」とは、具体的には、スラリー中に配合されたリチウム固定型モンモリロナイト1g当たり、を意味する。より詳細には、スラリーが含有するリチウム固定型モンモリロナイトをスラリー中から取り出し、取り出したモンモリロナイトを、温度200℃で24時間処理して得られる処理物の質量1g当たり、を意味する。上記加熱処理は開放系の電気炉で実施することが好ましい。この場合、加熱時の相対湿度は5%以下となり、圧力は常圧となる。
また、リチウム固定型モンモリロナイト1g当たりのアンモニアの量は、スラリー中のアンモニアの量(mmol)を、スラリー中のリチウム固定型モンモリロナイトの質量(すなわち、スラリー中に存在する、配合されたリチウム固定型モンモリロナイトを取り出し、取り出したモンモリロナイトを温度200℃で24時間加熱処理して得られる処理物の質量)(単位:g)で除することで得られる。
スラリー中のアンモニアの含有量はインドフェノール法、ケルダール法、ガスクロマトグラフィー、イオンクロマトグラフィーにより測定することができる。
As the ammonia source, any of aqueous ammonia, gaseous ammonia, and liquid ammonia may be used. When the slurry is produced under atmospheric pressure, however, it is preferable to use aqueous ammonia.
When the slurry of the present invention contains ammonia, the content of ammonia in the slurry is preferably 0.1 mmol or more, more preferably 0.2 mmol or more, even more preferably 0.5 mmol or more, and even more preferably 0.8 mmol or more per gram of lithium-loaded montmorillonite in the slurry. By setting the content of ammonia to the above-mentioned preferred value, a sufficient number of molecules of ammonia can penetrate between the clay crystal layers of the lithium-loaded montmorillonite, and the solution dispersibility of the lithium-loaded montmorillonite can be further improved. In addition, in consideration of the generation of ammonia odor and production costs, the content of ammonia in the montmorillonite slurry is preferably 10 mmol or less, more preferably 5 mmol or less, even more preferably 4 mmol or less, and even more preferably 2 mmol or less per gram of lithium-loaded montmorillonite in the montmorillonite slurry.
In this specification, "per gram of lithium-loaded montmorillonite" specifically means per gram of lithium-loaded montmorillonite blended in the slurry. More specifically, it means per gram of mass of a treated product obtained by extracting the lithium-loaded montmorillonite contained in the slurry from the slurry and treating the extracted montmorillonite at a temperature of 200°C for 24 hours. The heat treatment is preferably carried out in an open electric furnace. In this case, the relative humidity during heating is 5% or less, and the pressure is normal pressure.
The amount of ammonia per 1 g of lithium-loaded montmorillonite can be obtained by dividing the amount of ammonia (mmol) in the slurry by the mass of the lithium-loaded montmorillonite in the slurry (i.e., the mass of a treated product obtained by extracting the blended lithium-loaded montmorillonite present in the slurry and heat-treating the extracted montmorillonite at a temperature of 200°C for 24 hours) (unit: g).
The ammonia content in the slurry can be measured by the indophenol method, the Kjeldahl method, gas chromatography, or ion chromatography.

<その他の成分>
本発明のスラリーを構成する極性媒体は、水及びアセトンに加え、本発明の効果を損なわない範囲でさらに各種成分を含有することができる。リチウム固定型モンモリロナイトの分散性向上を考慮すれば、例えば、特開2015-147300号公報に記載されるホルムアミド基を有する極性有機溶媒や、特開2018-83728号公報に記載されるアセトニトリルやメチルエチルケトンを含有することができる。
本発明のスラリーの用途によるが、例えば生体安全性の観点からは、本発明のスラリーを構成する極性媒体は、ホルムアミド基を有する極性有機溶媒、アセトニトリル及びメチルエチルケトンのいずれも含まないことが好ましい。
<Other ingredients>
The polar medium constituting the slurry of the present invention may further contain various components in addition to water and acetone within a range that does not impair the effects of the present invention. In consideration of improving the dispersibility of the lithium-fixed montmorillonite, for example, the polar medium may contain a formamide group-containing polar organic solvent described in JP-A-2015-147300, or acetonitrile or methyl ethyl ketone described in JP-A-2018-83728.
Although it depends on the use of the slurry of the present invention, from the viewpoint of biological safety, for example, it is preferable that the polar medium constituting the slurry of the present invention does not contain any of a polar organic solvent having a formamide group, acetonitrile, and methyl ethyl ketone.

また、本発明のスラリーは、本発明の効果を実質的に損なわない範囲で、さらにシランカップリング剤、架橋剤、有機高分子、非膨潤性ケイ酸塩化合物、シリカ、界面活性剤、無機ナノ粒子等を含んでいてもよい。 The slurry of the present invention may further contain a silane coupling agent, a crosslinking agent, an organic polymer, a non-swelling silicate compound, silica, a surfactant, inorganic nanoparticles, etc., within a range that does not substantially impair the effects of the present invention.

本発明のスラリーは粘土濃度が高濃度であれば目的の濃度に希釈して用いることができる。 If the slurry of the present invention has a high clay concentration, it can be diluted to the desired concentration before use.

[モンモリロナイトスラリーの製造方法]
続いて本発明のスラリーの製造方法について説明する。
本発明のスラリーを構成する極性媒体がアンモニアを含まない場合、本発明のスラリーは、スラリーを構成する各成分(原料)を混合し、30~100℃で加熱処理することにより得ることができる。すなわち、上記加熱処理を経ることにより、極性媒体中のアセトンが、水の存在下でリチウム固定型モンモリロナイトに作用してその層間に侵入し、リチウム固定型モンモリロナイトがより微粒化した状態で安定的に分散してなるスラリーが得られる。
[Method for producing montmorillonite slurry]
Next, a method for producing the slurry of the present invention will be described.
When the polar medium constituting the slurry of the present invention does not contain ammonia, the slurry of the present invention can be obtained by mixing the components (raw materials) constituting the slurry and heat-treating them at 30 to 100° C. That is, by undergoing the above-mentioned heat treatment, acetone in the polar medium acts on the lithium-loaded montmorillonite in the presence of water to penetrate between the layers, thereby obtaining a slurry in which the lithium-loaded montmorillonite is stably dispersed in a finer particle state.

各原料の混合方法(加熱処理前の混合方法)は特に制限されるものではなく、各原料を同時にあるいは任意の順序で混合することができる。また、混合に際しては、一般的な羽根つき撹拌機、ホモミキサー、万能混合機、自転公転ミキサー、アイリッヒミキサーなどを用いることができる。なかでも、モンモリロナイト濃度が20質量%を超えるような場合でも効率的に混合することができる万能混合機、自転公転ミキサーを好適に用いることができる。各原料を混合する温度は30℃未満が好ましく、27℃未満とすることが好ましい。 The method of mixing the raw materials (mixing method before heat treatment) is not particularly limited, and the raw materials can be mixed simultaneously or in any order. In addition, when mixing, a general bladed agitator, homomixer, universal mixer, planetary mixer, Eirich mixer, etc. can be used. Among them, a universal mixer and planetary mixer, which can mix efficiently even when the montmorillonite concentration exceeds 20 mass%, can be preferably used. The temperature at which the raw materials are mixed is preferably less than 30°C, and more preferably less than 27°C.

上記の各原料の混合後の30~100℃の加熱処理は、30~100℃の温度に加熱する処理であれば特に制限はない。リチウム固定型モンモリロナイトの分散性、ハンドリング性の両面から、加熱処理温度は30~90℃がより好ましく、35~90℃がより好ましく、40~90℃がより好ましく、45~85℃がさらに好ましく、50~85℃がさらに好ましい。また、この加熱温度は80℃以下でもよく、70℃以下でもよく、65℃以下とすることも好ましい。
また、30~100℃の加熱処理の時間は、リチウム固定型モンモリロナイトを目的の粒子径へと微細化できれば特に制限はなく、加熱温度等に応じて適宜に設定される。加熱処理時間は、通常は2時間以上であり、4時間以上がより好ましく、6時間以上がさらに好ましい。加熱処理時間が長い方が、リチウム固定型モンモリロナイトをより微粒化できる傾向にあり、例えば加熱処理温度が30~50℃の比較的低温であっても、加熱処理時間を10時間以上、好ましくは15時間以上、さらに好ましくは20時間以上、さらに好ましくは24時間以上とすることにより、リチウム固定型モンモリロナイトの目的の微粒化をより確実に達成することができる。また、加熱処理時間の上限に特に制限はなく、通常は50時間以下であり、30時間以下であっても十分な分散性を実現することができる。また、オートクレーブ等を用いて高温高圧処理を施すことにより、加熱処理時間を短縮できる傾向にある。
30~100℃の加熱処理時間は、通常は2~50時間であり、4~40時間が好ましく、6~30時間とすることも好ましく、10~30時間とすることも好ましい。
この加熱処理は静止状態で行ってもよく、撹拌しながら行ってもよい。
The heat treatment at 30 to 100° C. after mixing of the above-mentioned raw materials is not particularly limited as long as it is a treatment in which heating is performed at a temperature of 30 to 100° C. From the viewpoints of both dispersibility and handleability of the lithium-fixed montmorillonite, the heat treatment temperature is preferably 30 to 90° C., more preferably 35 to 90° C., more preferably 40 to 90° C., even more preferably 45 to 85° C., and still more preferably 50 to 85° C. In addition, this heating temperature may be 80° C. or less, 70° C. or less, and is also preferably 65° C. or less.
The time of the heat treatment at 30 to 100°C is not particularly limited as long as the lithium-fixed montmorillonite can be finely divided to the desired particle size, and is appropriately set according to the heating temperature and the like. The heat treatment time is usually 2 hours or more, more preferably 4 hours or more, and even more preferably 6 hours or more. The longer the heat treatment time, the more likely the lithium-fixed montmorillonite can be finely divided. For example, even if the heat treatment temperature is a relatively low temperature of 30 to 50°C, the heat treatment time can be set to 10 hours or more, preferably 15 hours or more, more preferably 20 hours or more, and even more preferably 24 hours or more to more reliably achieve the desired fine particle size of the lithium-fixed montmorillonite. There is no particular upper limit to the heat treatment time, which is usually 50 hours or less, and sufficient dispersibility can be achieved even if the heat treatment time is 30 hours or less. The heat treatment time tends to be shortened by performing high-temperature and high-pressure treatment using an autoclave or the like.
The heat treatment time at 30 to 100° C. is usually 2 to 50 hours, preferably 4 to 40 hours, more preferably 6 to 30 hours, and even more preferably 10 to 30 hours.
This heat treatment may be carried out either statically or with stirring.

また、前記極性媒体がアンモニアを含む場合には、本発明のスラリーは、スラリーを構成する各成分(原料)を混合し、前記加熱処理に付すことで分散粒子径が小さいスラリーを得ることもできるし、前記加熱処理に付さずに分散粒子径が小さいスラリーを得ることもできる。
各原料の混合方法は特に制限されず、上述した混合方法を適宜適用できる。また、混合時間も特に制限されず、本発明のスラリーの分散状態を見て適宜設定することができるが、1時間以上混合することが好ましく、2時間以上混合することがより好ましく、4時間以上混合することも好ましく、10時間以上混合することも好ましい。
各原料を混合する温度も特に制限されず、上記の加熱温度を適用することもできる。また、ケチミン反応による呈色を抑制する観点から、通常は30℃未満とすることが好ましく、27℃未満とすることがより好ましい。
In addition, when the polar medium contains ammonia, the slurry of the present invention can be obtained by mixing the components (raw materials) constituting the slurry and subjecting the mixture to the heat treatment to obtain a slurry having a small dispersed particle size, or can be obtained without subjecting the mixture to the heat treatment to obtain a slurry having a small dispersed particle size.
The method of mixing the raw materials is not particularly limited, and the above-mentioned mixing methods can be appropriately applied. The mixing time is also not particularly limited, and can be appropriately set in consideration of the dispersion state of the slurry of the present invention, but mixing for 1 hour or more is preferable, mixing for 2 hours or more is more preferable, mixing for 4 hours or more is also preferable, and mixing for 10 hours or more is also preferable.
The temperature at which the raw materials are mixed is not particularly limited, and the above heating temperatures can be applied. In addition, from the viewpoint of suppressing coloration due to the ketimine reaction, the temperature is usually preferably less than 30° C., and more preferably less than 27° C.

上記加熱処理、又はアンモニアを混合する混合処理により、得られる本発明のスラリー中において、リチウム固定型モンモリロナイトを粒子径が15μm以下の微細な粒子(分散質)として分散媒中に安定に分散させることができる。スラリー中のリチウム固定型モンモリロナイトの好ましい粒子径の説明は上述した通りである。 By the above-mentioned heating treatment or the mixing treatment of mixing with ammonia, the lithium-fixed montmorillonite can be stably dispersed in the dispersion medium as fine particles (dispersoid) having a particle diameter of 15 μm or less in the slurry of the present invention. The preferred particle diameter of the lithium-fixed montmorillonite in the slurry is as described above.

本発明のスラリーは、これを基板上に成膜し、所望のレベルまで乾燥させるだけで、耐水性に優れた粘土膜を形成することができる。すなわち、本発明のスラリーは、水分と接触しても吸水しにくく、耐久性の高い粘土膜の形成に好適に用いることができる。
本発明のスラリーを用いて調製した粘土膜は、例えば、包装フィルム、電子基盤、難燃フィルム、水蒸気バリアフィルム、絶縁フィルム、コートフィルム等として用いることができる。
The slurry of the present invention can form a clay film with excellent water resistance simply by forming the slurry on a substrate and drying it to a desired level. In other words, the slurry of the present invention is unlikely to absorb water even when it comes into contact with moisture, and can be suitably used for forming a clay film with high durability.
The clay film prepared using the slurry of the present invention can be used, for example, as a packaging film, an electronic substrate, a flame retardant film, a water vapor barrier film, an insulating film, a coated film, and the like.

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these.

<リチウム固定型モンモリロナイトの調製>
原料とするリチウム型モンモリロナイトとして、天然モンモリロナイトのイオン交換処理によって得られたリチウム型モンモリロナイト(商品名:クニピア-M、クニミネ工業社製)を用いた。
このリチウム型モンモリロナイト800gを電気炉(マッフル炉、FO410、ヤマト科学社製)に入れ、110℃で1時間加熱処理した後、250℃で1.5時間の加熱処理に付した。こうしてリチウム固定型モンモリロナイト1の粉末を得た。
また、別サンプルとして、上記イオン交換処理後のリチウム型モンモリロナイト800gを電気炉(マッフル炉、FO410、ヤマト科学社製)に入れ、110℃で1時間加熱処理した後、180℃で24時間の加熱処理に付した。こうしてリチウム固定型モンモリロナイト2の粉末を得た。
<Preparation of lithium-fixed montmorillonite>
The lithium-type montmorillonite used as the raw material was lithium-type montmorillonite (trade name: Kunipia-M, manufactured by Kunimine Kogyo Co., Ltd.) obtained by ion-exchange treatment of natural montmorillonite.
800 g of this lithium-type montmorillonite was placed in an electric furnace (muffle furnace, FO410, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) and subjected to heat treatment at 110° C. for 1 hour and then to heat treatment at 250° C. for 1.5 hours, thereby obtaining a powder of lithium-fixed montmorillonite 1.
As another sample, 800 g of the lithium-type montmorillonite after the ion exchange treatment was placed in an electric furnace (muffle furnace, FO410, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) and subjected to heat treatment at 110° C. for 1 hour and then to heat treatment at 180° C. for 24 hours to obtain a powder of lithium-fixed montmorillonite 2.

原料としたリチウム型モンモリロナイト並びに加熱処理品(リチウム固定型モンモリロナイト1及び2)について、陽イオン交換容量(CEC)を測定した。
CECの測定は、日本ベントナイト工業会標準試験方法JBAS-106-77に記載の方法により行なった。
その結果、原料として用いたリチウム型モンモリロナイトのCECが105meq/100gであり、リチウム固定型モンモリロナイト1のCECが7.7meq/100gであり、リチウム固定型モンモリロナイト2のCECが45.2meq/100gであった。
The cation exchange capacity (CEC) of the raw material lithium-type montmorillonite and the heat-treated products (lithium-fixed montmorillonites 1 and 2) was measured.
The CEC was measured according to the method described in the Japan Bentonite Industry Association Standard Test Method JBAS-106-77.
As a result, the CEC of the lithium-type montmorillonite used as the raw material was 105 meq/100 g, the CEC of the lithium-loaded montmorillonite 1 was 7.7 meq/100 g, and the CEC of the lithium-loaded montmorillonite 2 was 45.2 meq/100 g.

[スラリーの調製]
<実施例1>
蒸留水45.0g、リチウム固定型モンモリロナイト1を10.0g、アセトン(関東化学社製)45.0gをビーカーに入れ、攪拌機(商品名:TORNAD PM-201、AS ONE社製)を用いて回転数700rpmとして、25℃で1時間撹拌した。得られた混合物をガラス容器(KIMAX(登録商標)耐熱広口びん100ml、KIMBLE社製)へ全量移し入れ、送風定温恒音器(商品名:DKM400、ヤマト科学社製)にて40℃で24時間加熱処理を施した。こうして実施例1のモンモリロナイトスラリーを得た。
[Preparation of slurry]
Example 1
45.0 g of distilled water, 10.0 g of lithium-fixed montmorillonite 1, and 45.0 g of acetone (Kanto Chemical Co., Ltd.) were placed in a beaker and stirred at 25° C. for 1 hour at a rotation speed of 700 rpm using a stirrer (product name: TORNAD PM-201, manufactured by AS ONE Co., Ltd.). The entire amount of the resulting mixture was transferred into a glass container (KIMAX (registered trademark) heat-resistant wide-mouth bottle 100 ml, manufactured by KIMBLE Co., Ltd.) and subjected to heat treatment at 40° C. for 24 hours in a constant temperature and sound oscillating machine (product name: DKM400, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.). In this way, the montmorillonite slurry of Example 1 was obtained.

<実施例2>
蒸留水67.1g、リチウム固定型モンモリロナイト1を5.0g、アセトン(関東化学社製)27.9gをビーカーに入れ、攪拌機(商品名:TORNAD PM-201、AS ONE社製)を用いて回転数700rpmとして、25℃で1時間撹拌した。得られた混合物をガラス容器(KIMAX(登録商標)耐熱広口びん100ml、KIMBLE社製)へ全量移し入れ、送風定温恒音器(商品名:DKM400、ヤマト科学社製)にて50℃で24時間加熱処理を施した。こうして実施例2のモンモリロナイトスラリーを得た。
Example 2
67.1 g of distilled water, 5.0 g of lithium-fixed montmorillonite 1, and 27.9 g of acetone (Kanto Chemical Co., Ltd.) were placed in a beaker and stirred at 25° C. for 1 hour at a rotation speed of 700 rpm using a stirrer (product name: TORNAD PM-201, manufactured by AS ONE Co., Ltd.). The entire amount of the resulting mixture was transferred into a glass container (KIMAX (registered trademark) heat-resistant wide-mouth bottle 100 ml, manufactured by KIMBLE Co., Ltd.) and subjected to heat treatment at 50° C. for 24 hours in a constant temperature and sound oscillating machine (product name: DKM400, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.). In this way, a montmorillonite slurry of Example 2 was obtained.

<実施例3>
蒸留水23.0g、28%アンモニア水(関東化学社製)1.0g、リチウム固定型モンモリロナイト1を20.0g、アセトン(関東化学社製)56.0gをビーカーに入れ、攪拌機(商品名:TORNAD PM-201,AS ONE社製)を用いて回転数700rpmとして、25℃で1時間撹拌の後、加熱は行わずに25℃下で24時間放置し、実施例3のモンモリロナイトスラリーを得た。
実施例3のモンモリロナイトスラリーにおいて、リチウム固定型モンモリロナイト1g当たりのアンモニアの配合量は0.83mmolであった。
Example 3
23.0 g of distilled water, 1.0 g of 28% ammonia water (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), 20.0 g of lithium-immobilized montmorillonite 1, and 56.0 g of acetone (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) were placed in a beaker and stirred at 25° C. for 1 hour at a rotation speed of 700 rpm using a stirrer (product name: TORNAD PM-201, manufactured by AS ONE Corporation). The mixture was then allowed to stand at 25° C. for 24 hours without heating, to obtain a montmorillonite slurry of Example 3.
In the montmorillonite slurry of Example 3, the amount of ammonia blended per 1 g of the lithium-loaded montmorillonite was 0.83 mmol.

<実施例4>
蒸留水45.0g、リチウム固定型モンモリロナイト2を10.0g、アセトン(関東化学社製)45.0gをビーカーに入れ、攪拌機(商品名:TORNAD PM-201、AS ONE社製)を用いて回転数700rpmとして、25℃で1時間撹拌した。得られた混合物をガラス容器(KIMAX(登録商標)耐熱広口びん100ml、KIMBLE社製)へ全量移し入れ、送風定温恒音器(商品名:DKM400、ヤマト科学社製)にて35℃で24時間加熱処理を施した。こうして実施例4のモンモリロナイトスラリーを得た。
Example 4
45.0 g of distilled water, 10.0 g of lithium-fixed montmorillonite 2, and 45.0 g of acetone (Kanto Chemical Co., Ltd.) were placed in a beaker and stirred at 25° C. for 1 hour at a rotation speed of 700 rpm using a stirrer (product name: TORNAD PM-201, manufactured by AS ONE Co., Ltd.). The entire amount of the resulting mixture was transferred into a glass container (KIMAX (registered trademark) heat-resistant wide-mouth bottle 100 ml, manufactured by KIMBLE Co., Ltd.) and subjected to heat treatment at 35° C. for 24 hours in a constant temperature and sound oscillating machine (product name: DKM400, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.). In this way, the montmorillonite slurry of Example 4 was obtained.

<実施例5>
蒸留水24.0g、リチウム固定型モンモリロナイト2を20.0g、アセトン(関東化学社製)56.0gをビーカーに入れ、攪拌機(商品名:TORNAD PM-201、AS ONE社製)を用いて回転数700rpmとして、50℃で1時間撹拌した.得られた混合物をガラス容器(KIMAX(登録商標)耐熱広口びん100ml、KIMBLE社製)へ全量移し入れ、送風定温恒音器(商品名:DKM400、ヤマト科学社製)にて50℃で24時間加熱処理を施した。こうして実施例5のモンモリロナイトスラリーを得た。
Example 5
24.0 g of distilled water, 20.0 g of lithium-fixed montmorillonite 2, and 56.0 g of acetone (Kanto Chemical Co., Ltd.) were placed in a beaker and stirred at 50°C for 1 hour at a rotation speed of 700 rpm using a stirrer (product name: TORNAD PM-201, AS ONE Co., Ltd.). The entire amount of the resulting mixture was transferred into a glass container (KIMAX (registered trademark) heat-resistant wide-mouth bottle 100 ml, KIMBLE Co., Ltd.) and subjected to heat treatment at 50°C for 24 hours in a constant temperature and sound oscillating device (product name: DKM400, Yamato Scientific Co., Ltd.). In this way, the montmorillonite slurry of Example 5 was obtained.

<実施例6>
蒸留水65.5g、28%アンモニア水(関東化学社製)1.0g、リチウム固定型モンモリロナイト2を5.0g、アセトン(関東化学社製)28.5gをビーカーに入れ、攪拌機(商品名:TORNAD PM-201,AS ONE社製)を用いて回転数700rpmとして、25℃で1時間撹拌の後、加熱は行わずに25℃下で24時間放置し、実施例6のモンモリロナイトスラリーを得た。
実施例6のモンモリロナイトスラリーにおいて、リチウム固定型モンモリロナイト1g当たりのアンモニアの配合量は3.30mmolであった。
Example 6
65.5 g of distilled water, 1.0 g of 28% ammonia water (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), 5.0 g of lithium-immobilized montmorillonite 2, and 28.5 g of acetone (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) were placed in a beaker and stirred at 25° C. for 1 hour at a rotation speed of 700 rpm using a stirrer (product name: TORNAD PM-201, manufactured by AS ONE Corporation). The mixture was then allowed to stand at 25° C. for 24 hours without heating, to obtain a montmorillonite slurry of Example 6.
In the montmorillonite slurry of Example 6, the amount of ammonia blended per 1 g of the lithium-loaded montmorillonite was 3.30 mmol.

<比較例1>
蒸留水90.0g、リチウム固定型モンモリロナイト1の10.0gをビーカーに入れ、攪拌機(商品名:TORNAD PM-201、AS ONE社製)を用いて回転数700rpmとして、25℃で1時間撹拌した。得られた混合物をガラス容器(KIMAX(登録商標)耐熱広口びん100ml、KIMBLE社製)へ全量移し入れ、送風定温恒音器(商品名:DKM400、ヤマト科学社製)にて80℃で24時間加熱処理を施した。こうして比較例1のモンモリロナイトスラリーを得た。
<Comparative Example 1>
90.0 g of distilled water and 10.0 g of lithium-fixed montmorillonite 1 were placed in a beaker and stirred at 25° C. for 1 hour at a rotation speed of 700 rpm using a stirrer (product name: TORNAD PM-201, manufactured by AS ONE). The entire amount of the resulting mixture was transferred into a glass container (KIMAX (registered trademark) heat-resistant wide-mouth bottle 100 ml, manufactured by KIMBLE) and subjected to heat treatment at 80° C. for 24 hours in a constant temperature and sound oscillating device (product name: DKM400, manufactured by Yamato Scientific). In this way, a montmorillonite slurry of Comparative Example 1 was obtained.

<比較例2>
蒸留水89.0g、28%アンモニア水(関東化学社製)1.0g、リチウム固定型モンモリロナイト1の10.0gをビーカーに入れ、攪拌機(商品名:TORNAD PM-201、AS ONE社製)を用いて回転数700rpmとして、25℃で1時間撹拌した。得られた混合物をガラス容器(KIMAX(登録商標)耐熱広口びん100ml、KIMBLE社製)へ入れ、送風定温恒音器(商品名:DKM400、ヤマト科学社製)にて80℃で24時間加熱処理を施した。こうして比較例2のモンモリロナイトスラリーを得た。
比較例2のモンモリロナイトスラリーにおいて、リチウム固定型モンモリロナイト1g当たりのアンモニアの配合量は1.65mmolであった。
<Comparative Example 2>
89.0 g of distilled water, 1.0 g of 28% ammonia water (Kanto Chemical Co., Ltd.), and 10.0 g of lithium-fixed montmorillonite 1 were placed in a beaker and stirred at 25° C. for 1 hour at a rotation speed of 700 rpm using a stirrer (product name: TORNAD PM-201, AS ONE Co., Ltd.). The resulting mixture was placed in a glass container (KIMAX (registered trademark) heat-resistant wide-mouth bottle 100 ml, KIMBLE Co., Ltd.) and subjected to heat treatment at 80° C. for 24 hours in a constant temperature and sound oscillating machine (product name: DKM400, Yamato Scientific Co., Ltd.). In this way, a montmorillonite slurry of Comparative Example 2 was obtained.
In the montmorillonite slurry of Comparative Example 2, the amount of ammonia blended per 1 g of the lithium-loaded montmorillonite was 1.65 mmol.

<比較例3>
蒸留水90.0g、リチウム固定型モンモリロナイト2の10.0gをビーカーに入れ、攪拌機(商品名:TORNAD PM-201、AS ONE社製)を用いて回転数700rpmとして、25℃で1時間撹拌した。得られた混合物をガラス容器(KIMAX(登録商標)耐熱広口びん100ml、KIMBLE社製)へ全量移し入れ、送風定温恒音器(商品名:DKM400、ヤマト科学社製)にて50℃で24時間加熱処理を施した。こうして比較例3のモンモリロナイトスラリーを得た。
<Comparative Example 3>
90.0 g of distilled water and 10.0 g of lithium-fixed montmorillonite 2 were placed in a beaker and stirred at 25° C. for 1 hour at a rotation speed of 700 rpm using a stirrer (product name: TORNAD PM-201, manufactured by AS ONE). The entire amount of the resulting mixture was transferred into a glass container (KIMAX (registered trademark) heat-resistant wide-mouth bottle 100 ml, manufactured by KIMBLE) and subjected to heat treatment at 50° C. for 24 hours in a constant temperature and sound oscillating device (product name: DKM400, manufactured by Yamato Scientific). In this way, a montmorillonite slurry of Comparative Example 3 was obtained.

<比較例4>
蒸留水89.0g、28%アンモニア水(関東化学社製)1.0g、リチウム固定型モンモリロナイト2の10.0gをビーカーに入れ、攪拌機(商品名:TORNAD PM-201、AS ONE社製)を用いて回転数700rpmとして、25℃で1時間撹拌した。得られた混合物をガラス容器(KIMAX(登録商標)耐熱広口びん100ml、KIMBLE社製)へ全量移し入れ、送風定温恒音器(商品名:DKM400、ヤマト科学社製)にて50℃で24時間加熱処理を施した。こうして比較例4のモンモリロナイトスラリーを得た。
比較例4のモンモリロナイトスラリーにおいて、リチウム固定型モンモリロナイト1g当たりのアンモニアの配合量は1.65mmolであった。
<Comparative Example 4>
89.0 g of distilled water, 1.0 g of 28% ammonia water (Kanto Chemical Co., Ltd.), and 10.0 g of lithium-fixed montmorillonite 2 were placed in a beaker and stirred at 25° C. for 1 hour at a rotation speed of 700 rpm using a stirrer (product name: TORNAD PM-201, AS ONE Co., Ltd.). The entire amount of the resulting mixture was transferred into a glass container (KIMAX (registered trademark) heat-resistant wide-mouth bottle 100 ml, KIMBLE Co., Ltd.) and subjected to heat treatment at 50° C. for 24 hours in a constant temperature and sound oscillating machine (product name: DKM400, Yamato Scientific Co., Ltd.). In this way, a montmorillonite slurry of Comparative Example 4 was obtained.
In the montmorillonite slurry of Comparative Example 4, the amount of ammonia blended per 1 g of the lithium-immobilized montmorillonite was 1.65 mmol.

<比較例5>
蒸留水44.0g、28%アンモニア水(関東化学社製)1.0g、リチウム固定型モンモリロナイト1を10.0g、エタノール(Ethanol、関東化学社製、試薬特級)45.0gをビーカーに入れ、攪拌機(商品名:TORNAD PM-201、AS ONE社製)を用いて回転数700rpmとして25℃で1時間撹拌の後、加熱は行わずに25℃下で24時間放置した。こうして比較例5のモンモリロナイトスラリーを得た。
比較例5のモンモリロナイトスラリーにおいて、リチウム固定型モンモリロナイト1g当たりのアンモニアの配合量は1.65mmolであった。
<Comparative Example 5>
44.0 g of distilled water, 1.0 g of 28% ammonia water (Kanto Chemical), 10.0 g of lithium-fixed montmorillonite 1, and 45.0 g of ethanol (Kanto Chemical, special grade reagent) were placed in a beaker and stirred at 25° C. for 1 hour using a stirrer (product name: TORNAD PM-201, AS ONE) at a rotation speed of 700 rpm, and then allowed to stand at 25° C. for 24 hours without heating. In this way, a montmorillonite slurry of Comparative Example 5 was obtained.
In the montmorillonite slurry of Comparative Example 5, the amount of ammonia blended per 1 g of the lithium-immobilized montmorillonite was 1.65 mmol.

<比較例6>
蒸留水62.0g、28%アンモニア水(関東化学社製)1.0g、リチウム固定型モンモリロナイト1を10.0g、2-プロパノール(IPA、山一化学工業社製)27.0gをビーカーに入れ、攪拌機(商品名:TORNAD PM-201、AS ONE社製)を用いて回転数700rpmとして、25℃で1時間撹拌の後、加熱は行わずに25℃下で24時間放置した。こうして比較例6のモンモリロナイトスラリーを得た。
比較例6のモンモリロナイトスラリーにおいて、リチウム固定型モンモリロナイト1g当たりのアンモニアの配合量は1.65mmolであった。
<Comparative Example 6>
62.0 g of distilled water, 1.0 g of 28% ammonia water (Kanto Chemical), 10.0 g of lithium-immobilized montmorillonite 1, and 27.0 g of 2-propanol (IPA, Yamaichi Chemical Industry Co., Ltd.) were placed in a beaker and stirred at 25° C. for 1 hour at a rotation speed of 700 rpm using a stirrer (product name: TORNAD PM-201, AS ONE Corporation), and then allowed to stand for 24 hours at 25° C. without heating. In this way, a montmorillonite slurry of Comparative Example 6 was obtained.
In the montmorillonite slurry of Comparative Example 6, the amount of ammonia blended per 1 g of the lithium-immobilized montmorillonite was 1.65 mmol.

<比較例7>
蒸留水44.0g、28%アンモニア水(関東化学社製)1.0g、リチウム固定型モンモリロナイト1を10.0g、N-メチル-2-ピロリジノン(N-Methyl-2-pyrrolidinone、NMP、関東化学社製)45.0gをビーカーに入れ、攪拌機(商品名:TORNAD PM-201、AS ONE社製)を用いて回転数700rpmとして、25℃で1時間撹拌した。得られた混合物をガラス容器(KIMAX(登録商標)耐熱広口びん100ml、KIMBLE社製)へ入れ、送風定温恒音器(商品名:DKM400、ヤマト科学社製)にて80℃で24時間加熱処理を施した。こうして比較例7のモンモリロナイトスラリーを得た。
比較例7のモンモリロナイトスラリーにおいて、リチウム固定型モンモリロナイト1g当たりのアンモニアの配合量は1.65mmolであった。
<Comparative Example 7>
44.0 g of distilled water, 1.0 g of 28% ammonia water (Kanto Chemical), 10.0 g of lithium-fixed montmorillonite 1, and 45.0 g of N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP, Kanto Chemical) were placed in a beaker and stirred at 25° C. for 1 hour at a rotation speed of 700 rpm using a stirrer (product name: TORNAD PM-201, AS ONE). The resulting mixture was placed in a glass container (KIMAX (registered trademark) heat-resistant wide-mouth bottle 100 ml, KIMBLE) and subjected to heat treatment at 80° C. for 24 hours in a constant temperature sound oscillating machine (product name: DKM400, Yamato Scientific). In this way, a montmorillonite slurry of Comparative Example 7 was obtained.
In the montmorillonite slurry of Comparative Example 7, the amount of ammonia blended per 1 g of the lithium-immobilized montmorillonite was 1.65 mmol.

[試験例1] リチウム固定型モンモリロナイト(分散質)の粒子径
実施例1~6及び比較例1~7のスラリーを水で固形分2質量%に希釈し、湿式粒度測定によりリチウム固定型モンモリロナイトのメディアン径を測定した。このメディアン径は体積基準である。メディアン径の測定にはレーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(LA-950V2、HORIBA社製)を使用した。
[Test Example 1] Particle diameter of lithium-loaded montmorillonite (dispersoid) The slurries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 were diluted with water to a solid content of 2 mass%, and the median diameter of the lithium-loaded montmorillonite was measured by wet particle size measurement. This median diameter is based on volume. A laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device (LA-950V2, manufactured by HORIBA) was used to measure the median diameter.

[試験例2] 分散安定性
得られた実施例1~6及び比較例1~7のスラリーを、ガラス容器に入った状態で、25℃で24時間静置した。この24時間静置後のリチウム固定型モンモリロナイトの分散状態を目視で観察し、分散安定性を下記評価基準により評価した。

-分散安定性の評価基準-
○:層分離が生じておらず、安定した分散状態にある。
×:層分離が生じ、沈殿が認められる。
Test Example 2 Dispersion Stability The obtained slurries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 were placed in glass containers and allowed to stand for 24 hours at 25° C. After standing for 24 hours, the dispersion state of the lithium-immobilized montmorillonite was visually observed, and the dispersion stability was evaluated according to the following evaluation criteria.

- Evaluation criteria for dispersion stability -
◯: No layer separation occurs and the dispersion is stable.
×: Layer separation occurred and precipitation was observed.

得られた結果を下記表1に示す。 The results are shown in Table 1 below.

Figure 0007601386000001
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上記表1に示される通り、極性媒体が水のみの場合には、スラリーを加熱しても分散質であるリチウム固定型モンモリロナイトの粒子径を所望の小粒径(15μm以下)とすることができず、分散安定性にも劣る結果となった(比較例1、3)。また、比較例1及び3の極性媒体にアンモニアを添加しても上記の結果は変わらなかった(比較例2、4)。
他方、水とともにアルコールとアンモニアとを組み合わせて分散媒とし、スラリーを加熱しなかった場合には、分散質であるリチウム固定型モンモリロナイトの分散安定性に優れていた。しかし、リチウム固定型モンモリロナイトの粒子径を測定するとその粒子径は大きく、所望の小粒径として分散しているものではなかった(比較例5~6)。
さらに、低級アルコールでない極性有機溶媒(NMP)を用いた場合もまた、分散質であるリチウム固定型モンモリロナイトの粒子径を所望の小粒径とすることができず、かつ分散安定性にも劣る結果となった(比較例7)。
これに対し、極性媒体として水とともにアセトンを組み合わせて配合し、スラリーを加熱処理に付すことにより、分散質であるリチウム固定型モンモリロナイトの粒子径を所望の小粒径とすることができ、かつ分散安定性にも優れたスラリーが得られた(実施例1、2、4、5)。また、極性媒体として水とアセトンに加えて、アンモニアを添加することにより、加熱処理を行わなくても、分散質であるリチウム固定型モンモリロナイトの粒子径を所望の小粒径とすることができ、かつ分散安定性にも優れたスラリーが得られた(実施例3、6)。
As shown in Table 1, when the polar medium was only water, the particle size of the lithium-loaded montmorillonite, which is the dispersoid, could not be made small (15 μm or less) even when the slurry was heated, and the dispersion stability was also poor (Comparative Examples 1 and 3). Furthermore, the above results were not changed even when ammonia was added to the polar medium in Comparative Examples 1 and 3 (Comparative Examples 2 and 4).
On the other hand, when the dispersion medium was a combination of water, alcohol, and ammonia and the slurry was not heated, the dispersion stability of the dispersoid lithium-loaded montmorillonite was excellent. However, when the particle size of the lithium-loaded montmorillonite was measured, the particle size was large and the lithium-loaded montmorillonite was not dispersed with the desired small particle size (Comparative Examples 5 and 6).
Furthermore, when a polar organic solvent that is not a lower alcohol (NMP) was used, the particle size of the lithium-loaded montmorillonite, which is the dispersoid, could not be made small as desired, and the dispersion stability was also poor (Comparative Example 7).
In contrast, by combining water and acetone as a polar medium and subjecting the slurry to heat treatment, the particle size of the lithium-loaded montmorillonite as the dispersoid could be made small to the desired size, and a slurry with excellent dispersion stability was obtained (Examples 1, 2, 4, and 5). Furthermore, by adding ammonia in addition to water and acetone as a polar medium, the particle size of the lithium-loaded montmorillonite as the dispersoid could be made small to the desired size, and a slurry with excellent dispersion stability was obtained (Examples 3 and 6).

Claims (5)

水とアセトンとを含有してなる極性媒体中に、陽イオン交換容量が50meq/100g以下のリチウム固定型モンモリロナイトが分散してなり、該分散状態における前記リチウム固定型モンモリロナイトの粒子径が15μm以下である、モンモリロナイトスラリー。 A montmorillonite slurry in which lithium-fixed montmorillonite having a cation exchange capacity of 50 meq/100 g or less is dispersed in a polar medium containing water and acetone, and the particle size of the lithium-fixed montmorillonite in the dispersed state is 15 μm or less. 前記極性媒体が、ホルムアミド基を有する極性有機溶媒、アセトニトリル及びメチルエチルケトンのいずれも含まない、請求項1に記載のモンモリロナイトスラリー。 The montmorillonite slurry according to claim 1, wherein the polar medium does not include any of a polar organic solvent having a formamide group, acetonitrile, and methyl ethyl ketone. 前記極性媒体中、水の含有量とアセトンの含有量の合計に占める水の割合が80質量%以下である、請求項1又は2に記載のモンモリロナイトスラリー。 The montmorillonite slurry according to claim 1 or 2, wherein the proportion of water in the polar medium is 80 mass% or less of the total content of water and acetone. 前記極性媒体がアンモニアを含む極性媒体であり、当該アンモニアの含有量が、前記モンモリロナイトスラリー中の前記リチウム固定型モンモリロナイト1g当たり0.1mmol以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載のモンモリロナイトスラリー。 The montmorillonite slurry according to any one of claims 1 to 3, wherein the polar medium is a polar medium containing ammonia, and the content of the ammonia is 0.1 mmol or more per 1 g of the lithium-fixed montmorillonite in the montmorillonite slurry. 請求項1~のいずれか1項に記載のモンモリロナイトスラリーを用いた粘土膜。 A clay film using the montmorillonite slurry according to any one of claims 1 to 4 .
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