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JP7627038B2 - Smectite slurry, clay film, and method for producing smectite slurry - Google Patents
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Description

本発明は、スメクタイトスラリー、粘土膜、及びスメクタイトスラリーの製造方法に関する。 The present invention relates to a smectite slurry, a clay film, and a method for producing a smectite 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スメクタイトが知られている。スメクタ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、スメクタ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)と呼ばれ、スメクタ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.
Smectite is known as a type of industrial clay. The general crystal structure of smectite consists of a 2:1 layer structure of unit crystal layers, in which alumina octahedron sheets are sandwiched between silicic acid tetrahedron sheets, in which a silicic acid network spreads. In many cases, part of the aluminum, which is the central atom of the alumina octahedron sheet, is replaced by magnesium in this crystal layer, 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 exchanged, smectite exhibits cation exchangeability. The amount of exchangeable cations is called the cation exchange capacity (CEC) and is one of the indicators of smectite's properties.

スメクタ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スメクタイトの基本的な特性が低下する。 It is known that when smectite is subjected to heat treatment, the cations between the layers (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 smectite, such as dispersion stability in water, viscosity, swelling, and cation exchangeability, decrease.

上記の加熱処理による層間陽イオンの固定化現象を利用してスメクタ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。
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 smectite can be enhanced by utilizing the phenomenon of fixation of interlayer cations by the above-mentioned heat treatment. For example, Patent Documents 1 and 2 describe that a clay film having 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.
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

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、層間イオンに用いる金属がリチウムに限定されている。リチウムはクラーク数(地殻中の元素の存在割合)が0.006質量%であり、金属元素の多い順からの序列が27番目と資源的に希少である。加えて、リチウムイオン電池の需要も旺盛であり、今後も需要が拡大していくと予測されている。そのためリチウムは資源量が慢性的に不足し、価格的に不安定、且つ高価な傾向にある。リチウム固定型モンモリロナイトと同様の高耐水性を、より資源量が豊富(クラーク数が大きい)な多価元素を層間に持ち、焼成等の処理により部分的に固定化した多価金属固定型スメクタイトで行うことができれば、より安価で汎用な材料とでき、これに伴い多くの適応先に展開することが可能となる。
加えて、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。そのため、安全性、汎用性が高く、汎用の塗料、コーティング材類にも用いることができる有機溶媒に、多価金属固定型スメクタイトを分散させてスラリー化することができれば、さらに技術の汎用性が高くなる。
The techniques of Patent Documents 3 and 4 above make it possible to prepare a slurry in which lithium-fixed montmorillonite is stably dispersed, and it is expected that the industrial application field of lithium-fixed montmorillonite as a functional material will expand. However, in these techniques, the metal used for the interlayer ion is limited to lithium. Lithium has a Clarke number (the proportion of elements present in the earth's crust) of 0.006 mass%, and is the 27th most abundant metal element in the ranking, making it a rare resource. In addition, the demand for lithium-ion batteries is also strong, and it is predicted that the demand will continue to expand in the future. Therefore, lithium is chronically in short supply, and its price tends to be unstable and expensive. If the same high water resistance as lithium-fixed montmorillonite can be achieved with polyvalent metal-fixed smectite, which has a more abundant polyvalent element (large Clarke number) between layers and is partially fixed by a process such as firing, it can be made into a cheaper and more versatile material, which can be applied to many applications.
In addition, the organic solvent required for slurrying may be a concern regarding its safety to living organisms. Therefore, if it were possible to disperse polyvalent metal-immobilized smectite in an organic solvent that is highly safe and versatile and can be used for general-purpose paints and coating materials, and then turn it into a slurry, the versatility of the technology would be further enhanced.

リチウム固定型モンモリロナイトのスラリーを用いて耐水膜などのバリア機能を高めた膜を形成する場合、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。
これまで、多価金属固定型スメクタイトをスラリー化し、上記のような耐水膜として使用した例はない。
When a film with enhanced barrier function such as a water-resistant film is formed using a slurry of lithium-loaded montmorillonite, it is important that the lithium-loaded montmorillonite is dispersed in the form of fine particles in the slurry. For example, if the particle size of the lithium-loaded montmorillonite dispersed in the slurry is large (if it is aggregated), the film formed using this slurry is likely to have fine defects, making it difficult to achieve the desired water resistance.
There has been no report to date of forming a slurry of polyvalent metal-immobilized smectite and using it as a waterproof film as described above.

本発明は、資源的に豊富である多価金属イオンが粘土層に固定化されて陽イオン交換性及び水分散性が低下した多価金属固定型スメクタイトが安定に分散してなり、分散状態の多価金属固定型スメクタイトの粒子径が十分に小さいスラリー、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 polyvalent metal-fixed smectite, which has reduced cation exchangeability and water dispersibility due to polyvalent metal ions, which are abundant resources, being fixed in a clay layer, is stably dispersed, and the particle size of the dispersed polyvalent metal-fixed smectite is sufficiently small, 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、多価金属固定型スメクタイトの分散液を調製するに当たり、分散媒(水)中にアンモニアと、特定の有機溶媒とを混合した上で、この混合液と陽イオン交換性が一定レベル以下の多価金属固定型スメクタイト粉末とを混合し、次いで混合物を加熱処理に付すことにより、当該多価金属固定型スメクタ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, in preparing a dispersion of polyvalent metal-fixed smectite, ammonia and a specific organic solvent are mixed in a dispersion medium (water), this mixture is mixed with polyvalent metal-fixed smectite powder having a cation exchange property of a certain level or less, and the mixture is then subjected to a heat treatment, whereby the polyvalent metal-fixed smectite can be stably dispersed in a finer state in the dispersion medium, and a slurry with excellent dispersion stability over time can be obtained. The present invention was completed after 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〕
アンモニア、水、及び極性有機溶媒を含有する極性媒体中に、陽イオン交換容量が50meq/100g以下の多価金属固定型スメクタイトが分散してなり、該分散状態における前記多価金属固定型スメクタイトの粒子径が20μm以下である、スメクタイトスラリー。
〔2〕
前記多価金属固定型スメクタイトが、2価金属固定型スメクタイト及び/又は3価金属固定型スメクタイトである、〔1〕に記載のスメクタイトスラリー。
〔3〕
前記2価金属固定型スメクタイトが、Ca固定型スメクタイト、Mg固定型スメクタイト、Fe固定型スメクタイト、Zn固定型スメクタイト及びCu固定型スメクタイトの1種又は2種以上である、〔2〕に記載のスメクタイトスラリー。
〔4〕
前記3価金属固定型スメクタイトが、Al固定型スメクタイト及び/又はFe固定型スメクタイトである、〔2〕又は〔3〕に記載のスメクタイトスラリー。
〔5〕
前記スメクタイトがモンモリロナイトである、〔1〕~〔4〕のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリー。
〔6〕
前記極性有機溶媒が、エーテル溶媒、アルコール溶媒、ケトン溶媒、エステル溶媒、及び含窒素溶媒の1種又は2種以上である、〔1〕~〔5〕のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリー。
〔7〕
前記極性媒体中の前記水の含有量が4~90質量%である、〔1〕~〔6〕のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリー。
〔8〕
前記スメクタイトスラリー中の前記アンモニアの含有量が、前記多価金属固定型スメクタイト1g当たり0.1mmol以上である、〔1〕~〔7〕のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリー。
〔9〕
前記スメクタイトスラリーが、35~100℃の加熱処理に付されたものである、〔1〕~〔8〕のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリー。
〔10〕
前記多価金属固定型スメクタイトが、多価金属型スメクタイトを200~700℃の加熱処理に付して得られたものである、〔1〕~〔9〕のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリー。
〔11〕
〔1〕~〔10〕のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリーを用いた粘土膜。
〔12〕
陽イオン交換容量が50meq/100g以下の多価金属固定型スメクタイト、アンモニア、水、及び極性有機溶媒を混合し、この混合物を35~100℃の加熱処理に付して極性媒体中に多価金属固定型スメクタイトを分散してなるスラリーを得ることを含む、スメクタイトスラリーの製造方法。
〔13〕
前記多価金属固定型スメクタイトが、2価金属固定型スメクタイト及び/又は3価金属固定型スメクタイトである、〔12〕に記載のスメクタイトスラリーの製造方法。
〔14〕
前記2価金属固定型スメクタイトが、Ca固定型スメクタイト、Mg固定型スメクタイト、Fe固定型スメクタイト、Zn固定型スメクタイト及びCu固定型スメクタイトの1種又は2種以上である、〔13〕に記載のスメクタイトスラリーの製造方法。
〔15〕
前記3価金属固定型スメクタイトが、Al固定型スメクタイト及び/又はFe固定型スメクタイトである、〔13〕又は〔14〕に記載のスメクタイトスラリーの製造方法。
〔16〕
前記スメクタイトがモンモリロナイトである、〔12〕~〔15〕のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリーの製造方法。
〔17〕
前記極性有機溶媒が、アルコール溶媒、ケトン溶媒、エーテル溶媒、エステル溶媒、及び含窒素溶媒の1種又は2種以上である、〔12〕~〔16〕のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリーの製造方法。
〔18〕
前記極性媒体中の前記水の含有量が4~90質量%である、〔12〕~〔17〕のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリーの製造方法。
〔19〕
前記アンモニアの混合量が、前記多価金属固定型スメクタイト1g当たり0.1mmol以上である、〔12〕~〔18〕のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリーの製造方法。
〔20〕
前記極性媒体中に分散してなる多価金属固定型スメクタイトの粒子径が20μm以下である、〔12〕~〔19〕のいずれか1項に記載のスメクタ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 smectite slurry comprising a polyvalent metal-fixed smectite having a cation exchange capacity of 50 meq/100 g or less dispersed in a polar medium containing ammonia, water, and a polar organic solvent, the polyvalent metal-fixed smectite in the dispersed state having a particle size of 20 μm or less.
[2]
The smectite slurry according to [1], wherein the polyvalent metal-fixed smectite is a divalent metal-fixed smectite and/or a trivalent metal-fixed smectite.
[3]
The smectite slurry according to [2], wherein the divalent metal-fixed smectite is one or more of Ca-fixed smectite, Mg-fixed smectite, Fe-fixed smectite, Zn-fixed smectite and Cu-fixed smectite.
[4]
The smectite slurry according to [2] or [3], wherein the trivalent metal-fixed smectite is an Al-fixed smectite and/or an Fe-fixed smectite.
[5]
The smectite slurry according to any one of [1] to [4], wherein the smectite is montmorillonite.
[6]
The smectite slurry according to any one of [1] to [5], wherein the polar organic solvent is one or more of an ether solvent, an alcohol solvent, a ketone solvent, an ester solvent, and a nitrogen-containing solvent.
[7]
The smectite slurry according to any one of [1] to [6], wherein the content of the water in the polar medium is 4 to 90 mass%.
[8]
The smectite slurry according to any one of [1] to [7], wherein the content of the ammonia in the smectite slurry is 0.1 mmol or more per 1 g of the polyvalent metal-fixed smectite.
[9]
The smectite slurry according to any one of [1] to [8], wherein the smectite slurry is subjected to a heat treatment at 35 to 100 ° C.
[10]
The smectite slurry according to any one of [1] to [9], wherein the polyvalent metal-fixed smectite is obtained by subjecting a polyvalent metal-type smectite to a heat treatment at 200 to 700 ° C.
[11]
A clay film using the smectite slurry according to any one of [1] to [10].
[12]
A method for producing a smectite slurry, comprising mixing a polyvalent metal-fixed smectite having a cation exchange capacity of 50 meq/100 g or less, ammonia, water, and a polar organic solvent, and subjecting the mixture to a heat treatment at 35 to 100° C. to obtain a slurry in which the polyvalent metal-fixed smectite is dispersed in the polar medium.
[13]
The method for producing a smectite slurry according to [12], wherein the polyvalent metal-fixed smectite is a divalent metal-fixed smectite and/or a trivalent metal-fixed smectite.
[14]
The method for producing a smectite slurry according to [13], wherein the divalent metal-fixed smectite is one or more of Ca-fixed smectite, Mg-fixed smectite, Fe-fixed smectite, Zn-fixed smectite and Cu-fixed smectite.
[15]
The method for producing a smectite slurry according to [13] or [14], wherein the trivalent metal-fixed smectite is Al-fixed smectite and/or Fe-fixed smectite.
[16]
The method for producing a smectite slurry according to any one of [12] to [15], wherein the smectite is montmorillonite.
[17]
The method for producing a smectite slurry according to any one of [12] to [16], wherein the polar organic solvent is one or more of an alcohol solvent, a ketone solvent, an ether solvent, an ester solvent, and a nitrogen-containing solvent.
[18]
The method for producing a smectite slurry according to any one of [12] to [17], wherein the content of the water in the polar medium is 4 to 90 mass%.
[19]
The method for producing a smectite slurry according to any one of [12] to [18], wherein the amount of the ammonia mixed is 0.1 mmol or more per 1 g of the polyvalent metal-fixed smectite.
[20]
The method for producing a smectite slurry according to any one of [12] to [19], wherein the particle size of the polyvalent metal-fixed smectite dispersed in the polar medium is 20 μm or less.

本発明のスメクタイトスラリー(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多価金属固定型スメクタイトが、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る。
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。
また本発明のスメクタ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多価金属固定型スメクタイトを、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るスラリーを得ることができる。
The smectite slurry of the present invention (hereinafter also simply referred to as "slurry of the present invention") has polyvalent metal-fixed smectite having low water dispersibility and a cation exchange ability below a specific level, which is finer and more stably dispersed, and also has excellent dispersion stability over time.
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 smectite slurry of the present invention (hereinafter also simply referred to as the "method for producing a slurry of the present invention"), it is possible to obtain a slurry in which polyvalent metal-fixed smectite, which has low water dispersibility and a cation exchange ability below a specific level, is dispersed in a finer, more stably form and further has excellent dispersion stability over time.

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.

[スメクタイトスラリー]
本発明のスラリーは、陽イオン交換容量(CEC:Cation Exchange Capacity)が50meq(ミリ当量)/100g以下である多価金属固定型スメクタイトが極性媒体中に分散してなるスラリーである。この極性媒体はアンモニア、水、及び極性有機溶媒を含有し、前記多価金属固定型スメクタイトは当該極性媒体中に、粒子径が20μm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。
本発明のスメクタ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。
[Smectite slurry]
The slurry of the present invention is a slurry in which a polyvalent metal-immobilized smectite having a cation exchange capacity (CEC) of 50 meq (milliequivalent)/100 g or less is dispersed in a polar medium. This polar medium contains ammonia, water, and a polar organic solvent, and the polyvalent metal-immobilized smectite is dispersed in the polar medium in the form of fine particles having a particle size of 20 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 smectite slurry of the present invention will be described in detail below.

<多価金属固定型スメクタイト>
本発明に用いる多価金属固定型スメクタイトは、本発明のスラリーにおいて分散質を構成する。
<Polyvalent metal fixed smectite>
The polyvalent metal-immobilized smectite used in the present invention constitutes a dispersoid in the slurry of the present invention.

前記スメクタイトの種類は特に限定されず、目的に応じて適宜に設定することができる。当該スメクタイトは、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、及びスチブンサイトから選ばれる1種又は2種以上であることが好ましく、モンモリロナイト、サポナイト、スチブンサイトから選ばれる1種又は2種以上であることがより好ましく、モンモリロナイトであることがさらに好ましい。 The type of smectite is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. The smectite is preferably one or more types selected from montmorillonite, beidellite, nontronite, saponite, hectorite, sauconite, and stevensite, more preferably one or more types selected from montmorillonite, saponite, and stevensite, and even more preferably montmorillonite.

本発明で用いる多価金属固定型スメクタイトとは、多価金属イオンの少なくとも一部が、粘土層の八面体シート、もしくは四面体シートの空きサイト(空席)に固定化されたスメクタイトである。多価金属固定型スメクタイトは、多価金属型スメクタイトの高温処理(後述ように、例えば200~700℃の熱処理)により、層間の多価金属イオンが八面体シート又は四面体シートの空きサイトに固定化されることで得られる。多価金属イオンが固定化されることで、スメクタイトの結晶層間が閉じた構造となり、親水性が大きく低下する。これは、多価金属イオンが粘土結晶の八面体シート又は四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 polyvalent metal-fixed smectite used in the present invention is a smectite in which at least a portion of the polyvalent metal ions are fixed to the vacant sites (vacant seats) of the octahedral or tetrahedral sheets of the clay layers. The polyvalent metal-fixed smectite is obtained by high-temperature treatment of the polyvalent metal smectite (for example, heat treatment at 200 to 700°C as described below) to fix the interlayer polyvalent metal ions to the vacant sites of the octahedral or tetrahedral sheets. Fixation of the polyvalent metal ions results in a closed structure between the crystal layers of the smectite, and the hydrophilicity is greatly reduced. This is thought to be because the polyvalent metal ions move to and are fixed in the vacant seats of the octahedral or tetrahedral sheets of the clay crystals, electrically neutralizing the clay crystals and causing the interlayers to be tightly closed, making it difficult for water molecules to enter (hydration of the interlayer cations is difficult to occur).

本発明で用いる多価金属固定型スメクタイトのCECは、低極性溶剤、低極性樹脂への分散性、発色、水蒸気バリア性等を付与する観点から、50meq/100g以下であり、好ましくは45meq/100g以下でり、より好ましくは40meq/100gである。また、上記の多価金属固定型スメクタイトのCECは、通常は1meq/100g以上であり、5meq/100g以上でもよく、8meq/100g以上でもよい。
例えば、2価及び/又は3価の多価金属型スメクタイトは、通常、CECは80~150meq/100g程度であるが、後述する高温処理により多価金属イオンの少なくとも一部が固定化され、CECを50meq/100g以下に低下させることができる。
なお、本発明において、多価金属固定型スメクタイトのCECは、極性媒体中に分散している多価金属固定型スメクタイトのCECを意味する。
The CEC of the polyvalent metal-fixed smectite used in the present invention is 50 meq/100g or less, preferably 45 meq/100g or less, and more preferably 40 meq/100g, from the viewpoint of imparting dispersibility in low-polarity solvents and low-polarity resins, color development, water vapor barrier properties, etc. The CEC of the above-mentioned polyvalent metal-fixed smectite is usually 1 meq/100g or more, and may be 5 meq/100g or more, or 8 meq/100g or more.
For example, divalent and/or trivalent polyvalent metal smectite usually has a CEC of about 80 to 150 meq/100 g, but at least a portion of the polyvalent metal ions can be fixed by high-temperature treatment described below, thereby reducing the CEC to 50 meq/100 g or less.
In the present invention, the CEC of polyvalent metal-fixed smectite means a CEC of polyvalent metal-fixed smectite dispersed in a polar medium.

本発明で用いる多価金属固定型スメクタイトは、前述したように多価金属イオンが粘土層間に固定された状態で存在するスメクタイトである。中でも当該スメクタイトは、2価及び/又は3価の多価金属固定型スメクタイト(すなわち、2価金属固定型スメクタイト及び3価金属固定型スメクタイトから選ばれる1種又は2種以上の多価金属固定型スメクタイト)であることが好ましい。 The polyvalent metal-fixed smectite used in the present invention is a smectite in which polyvalent metal ions are present in a state fixed between clay layers, as described above. In particular, the smectite is preferably a divalent and/or trivalent polyvalent metal-fixed smectite (i.e., one or more types of polyvalent metal-fixed smectite selected from divalent metal-fixed smectite and trivalent metal-fixed smectite).

前記2価の多価金属固定型スメクタイトの多価金属の種類に特に制限はなく、例えば、Ca固定型スメクタイト、Mg固定型スメクタイト、Ba固定型スメクタイト、Cu固定型スメクタイト、Zn固定型スメクタイト、Sn固定型スメクタイト、Fe固定型スメクタイト、Pb固定型スメクタイト、Co固定型スメクタイト、及びMn固定型スメクタイトから選ばれる1種又は2種以上の2価金属固定型スメクタイトを用いることができる。なかでも入手が容易である点や、機能性、安全性の観点から、Ca固定型スメクタイト、Mg固定型スメクタイト、Ba固定型スメクタイト、Fe固定型スメクタイト、Cu固定型スメクタイト、及びZn固定型スメクタイトから選ばれる1種又は2種以上の2価金属固定型スメクタイトを用いることが好ましく、Ca固定型スメクタイト、Mg固定型スメクタイト、Fe固定型スメクタイト、Cu固定型スメクタイト、及びZn固定型スメクタイトから選ばれる1種又は2種以上の2価金属固定型スメクタイトを用いることがより好ましい。 There are no particular limitations on the type of polyvalent metal in the divalent polyvalent metal-fixed smectite, and one or more divalent metal-fixed smectites selected from, for example, Ca-fixed smectite, Mg-fixed smectite, Ba-fixed smectite, Cu-fixed smectite, Zn-fixed smectite, Sn-fixed smectite, Fe-fixed smectite, Pb-fixed smectite, Co-fixed smectite, and Mn-fixed smectite can be used. Among these, from the viewpoints of easy availability, functionality, and safety, it is preferable to use one or more divalent metal-fixed smectites selected from Ca-fixed smectite, Mg-fixed smectite, Ba-fixed smectite, Fe-fixed smectite, Cu-fixed smectite, and Zn-fixed smectite, and it is more preferable to use one or more divalent metal-fixed smectites selected from Ca-fixed smectite, Mg-fixed smectite, Fe-fixed smectite, Cu-fixed smectite, and Zn-fixed smectite.

また、前記3価の多価金属固定型スメクタイトの多価金属の種類にも特に制限はなく、例えば、Al固定型スメクタイト、Fe固定型スメクタイト、Mn固定型スメクタイト、Co固定型スメクタイト、Sn固定型スメクタイト、及びCr固定型スメクタイトから選ばれる1種又は2種以上の3価金属固定型スメクタイトを挙げることができる。なかでも入手が容易である点や、機能性、安全性の観点から、Al固定型スメクタイト及び/又はFe固定型スメクタイトから選ばれる3価金属固定型スメクタイトを用いることが好ましい。 The type of polyvalent metal in the trivalent polyvalent metal-fixed smectite is not particularly limited, and examples include one or more trivalent metal-fixed smectites selected from Al-fixed smectite, Fe-fixed smectite, Mn-fixed smectite, Co-fixed smectite, Sn-fixed smectite, and Cr-fixed smectite. Among these, it is preferable to use a trivalent metal-fixed smectite selected from Al-fixed smectite and/or Fe-fixed smectite, from the viewpoints of ease of availability, functionality, and safety.

また、上記多価金属固定型スメクタイトは、通常は、浸出陽イオンとして多価金属イオン以外に、ナトリウムイオン(Na)、カリウムイオン(K)等を含んでいる。本発明に用いる多価金属固定型スメクタイトにおいて、Na及びK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。 Moreover, the polyvalent metal-fixed smectite usually contains sodium ions (Na + ), potassium ions (K + ), etc. as leached cations in addition to the polyvalent metal ions. In the polyvalent metal-fixed smectite used in the present invention, the total amount of leached Na + and K + ions 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.

本発明で用いる多価金属固定型スメクタイトは、例えば多価金属型スメクタイトの結晶構造の層間に存在する多価金属イオン(多価の陽イオン)を、高温処理等により固定化して得ることができる。
多価の陽イオンを固定する高温処理の温度条件は、多価の陽イオンを少なくとも部分的に固定化できれば特に制限はない。前述のように、CECが小さいほど、多価金属固定型スメクタイトを含有する水性分散物を用いて形成された層の水蒸気バリア性及び酸素バリア性がより向上する傾向にある。そこで、多価金属イオンを効率的に固定化し、CECを小さくする観点から、200℃以上で加熱することが好ましい。上記加熱処理の温度は、より好ましくは200~700℃であり、更に好ましくは250~650℃であり、特に好ましくは300~650℃であり、最も好ましくは350~600℃である。上記温度範囲で加熱することにより、CECをより効率的に低下させることができると同時に、スメクタ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は、多価の陽イオンを固定できれば特に制限はない。上記加熱処理の時間は、生産の効率性の観点から、0.5~48時間とすることが好ましく、1~24時間とすることがより好ましい。
The polyvalent metal-fixed smectite used in the present invention can be obtained, for example, by fixing polyvalent metal ions (polyvalent cations) present between layers of the crystal structure of the polyvalent metal-type smectite by high-temperature treatment or the like.
The temperature conditions of the high-temperature treatment for fixing the polyvalent cations are not particularly limited as long as the polyvalent cations can be at least partially fixed. As described above, the smaller the CEC, the more the water vapor barrier property and oxygen barrier property of the layer formed using the aqueous dispersion containing the polyvalent metal-fixed smectite tend to be improved. Therefore, from the viewpoint of efficiently fixing the polyvalent metal ions and reducing the CEC, it is preferable to heat at 200°C or higher. The temperature of the heat treatment is more preferably 200 to 700°C, even more preferably 250 to 650°C, particularly preferably 300 to 650°C, and most preferably 350 to 600°C. By heating within the above temperature range, the CEC can be more efficiently reduced and at the same time, the dehydration reaction of the hydroxyl groups in the smectite can be suppressed. The heat treatment is preferably performed 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 not particularly limited as long as the polyvalent cations can be fixed. From the viewpoint of production efficiency, the time for the heat treatment is preferably 0.5 to 48 hours, and more preferably 1 to 24 hours.

上記加熱処理により多価金属イオンが固定化されていることは、CEC及び対象イオンのイオン溶出量(Lc: Liquid Chromatography)を測定することにより判定することができる。部分固定化処理(例えば上記加熱処理等)を行った後のCEC及び対象イオンのLc値が、部分固定化処理前のCEC及び対象イオンのLc値よりも低い場合には、少なくとも対象イオンの一部分が、スメクタイトの結晶構造の層間に固定化されたことを示している。 Whether polyvalent metal ions have been immobilized by the above heat treatment can be determined by measuring the ion elution amount (Lc: Liquid Chromatography) of the CEC and the target ions. If the Lc value of the CEC and the target ions after the partial immobilization treatment (e.g., the above heat treatment) is lower than the Lc value of the CEC and the target ions before the partial immobilization treatment, this indicates that at least a portion of the target ions has been immobilized between the layers of the smectite crystal structure.

本明細書において、多価金属固定型スメクタイトの製造に用いることができる「多価金属型スメクタイト」とは、スメクタ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)に占める多価金属イオンの量(すなわち浸出多価金属イオン量、単位:meq/100g、以下同様)が60%以上の多価金属型スメクタイトであることが好ましく、より好ましくは、浸出陽イオン量に占める浸出多価金属イオン量が70%以上、さらに好ましくは80%以上の多価金属型スメクタイトである。多価金属型スメクタイトの浸出陽イオン量に占める浸出多価金属イオン量は100%であってもよいが、通常は99%以下である。
なお本明細書において「X固定型スメクタイト」(Xは多価金属の種類)という場合、原料とする多価金属型スメクタイトの浸出陽イオン量に占める浸出Xイオンの量が60%以上の多価金属型スメクタイトを用いて得た多価金属固定型スメクタイトであることが好ましい。より好ましくは、前記多価金属型スメクタイトの浸出陽イオン量に占める浸出Xイオンの量が70%以上、さらに好ましくは80%以上の多価金属型スメクタイトを用いて得た多価金属固定型スメクタイトである。多価金属型スメクタイトの浸出陽イオン量に占める浸出Xイオン量は100%であってもよいが、通常は99%以下である。
また、本明細書において「多価金属型スメクタイト」とは、そのCECが50meq/100gを越えるものであることが好ましい。当該多価金属型スメクタイトのCECは、より好ましくは60~150meq/100gであり、さらに好ましくは70~120meq/100gであり、よりさらに好ましくは80~110meq/100gである。
In this specification, the "polyvalent metal smectite" that can be used for producing polyvalent metal-fixed smectite is preferably a polyvalent metal smectite in which the amount of polyvalent metal ions (i.e., amount of leached polyvalent metal ions, unit: meq/100 g, the same below) in the amount of leached cations of the smectite (i.e., total amount of leached cations, unit: meq/100 g, the same below) is 60% or more, more preferably a polyvalent metal smectite in which the amount of leached polyvalent metal ions in the amount of leached cations is 70% or more, and even more preferably 80% or more. The amount of leached polyvalent metal ions in the amount of leached cations of the polyvalent metal smectite may be 100%, but is usually 99% or less.
In this specification, when referring to "X-fixed smectite" (X being a type of polyvalent metal), it is preferable that the polyvalent metal-fixed smectite is obtained by using a polyvalent metal-type smectite in which the amount of leached X ions in the amount of leached cations of the raw material polyvalent metal-type smectite is 60% or more. More preferably, the polyvalent metal-fixed smectite is obtained by using a polyvalent metal-type smectite in which the amount of leached X ions in the amount of leached cations of the polyvalent metal-type smectite is 70% or more, and even more preferably 80% or more. The amount of leached X ions in the amount of leached cations of the polyvalent metal-type smectite may be 100%, but is usually 99% or less.
In the present specification, the term "polyvalent metal smectite" preferably has a CEC of more than 50 meq/100g. The CEC of the polyvalent metal smectite is more preferably 60 to 150 meq/100g, even more preferably 70 to 120 meq/100g, and even more preferably 80 to 110 meq/100g.

前記多価金属型スメクタイト(例えば、2価金属型スメクタイト又は3価金属型スメクタイト)の製造方法に特に制限はなく、例えば、天然や合成のナトリウム型スメクタイトの水性分散液に、目的の多価金属イオンの塩水溶液(例えば、ハロゲン化物、硫化物、硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、リン酸塩、亜リン酸塩、過塩素酸塩、塩素酸塩)を添加し、陽イオン交換させることにより得ることができる。分散液中に添加する塩の量を調節することにより、得られるスメクタイトの浸出陽イオン量に占める、目的の多価金属イオンの割合を適宜に調節することができる。また、例えば多価金属型スメクタイトは、陽イオン交換樹脂を用いたカラム法やバッチ法によっても得ることができる。 There is no particular restriction on the method for producing the polyvalent metal smectite (e.g., divalent metal smectite or trivalent metal smectite). For example, the polyvalent metal smectite can be obtained by adding an aqueous salt solution of the target polyvalent metal ion (e.g., halide, sulfide, sulfate, carbonate, nitrate, acetate, phosphate, phosphite, perchlorate, chlorate) to an aqueous dispersion of natural or synthetic sodium smectite and carrying out cation exchange. By adjusting the amount of salt added to the dispersion, the ratio of the target polyvalent metal ion to the amount of leached cations in the obtained smectite can be appropriately adjusted. In addition, for example, polyvalent metal smectite can also be obtained by a column method or a batch method using a cation exchange resin.

本発明のスラリー中の多価金属固定型スメクタ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、本発明のスメクタイトスラリー中の多価金属固定型スメクタイトの含有量は、1~30質量%が好ましく、2~28質量%がより好ましく、5~25質量%がさらに好ましく、9~21質量%がさらに好ましい。
当該スメクタイトの形態は特に制限されないが、例えば粉末状又は脱水ケーキの形態のものを用いてもよい。
The content of the polyvalent metal-fixed smectite in the slurry of the present invention is not particularly limited and can be appropriately adjusted depending on the purpose. From the viewpoint of ensuring the fluidity of the slurry and making the kneading and stirring steps practically possible, the content of the polyvalent metal-fixed smectite in the smectite slurry of the present invention is preferably 1 to 30 mass%, more preferably 2 to 28 mass%, even more preferably 5 to 25 mass%, and even more preferably 9 to 21 mass%.
The form of the smectite is not particularly limited, and for example, smectite in the form of powder or dehydrated cake may be used.

本発明のスラリー中において、多価金属固定型スメクタイトは粒子径が20μm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15.0μm以下、より好ましくは13.0μm以下、さらに好ましくは10.0μm以下、さらに好ましくは8.0μm以下である。また、本発明のスラリー中、多価金属固定型スメクタイトの粒子径の下限に特に制限はなく、通常は1.0μm以上であり、1.5μm以上でもよく、2.0μm以上でもよい。
本発明において、スラリー中の多価金属固定型スメクタイトの「粒子径」とは、体積基準のメディアン径である。この粒子径は、例えばレーザー回析/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 polyvalent metal-fixed smectite is dispersed in a state in which the particle size is 20 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 15.0 μm or less, more preferably 13.0 μm or less, even more preferably 10.0 μm or less, and even more preferably 8.0 μm or less. In the slurry of the present invention, there is no particular restriction on the lower limit of the particle size of the polyvalent metal-fixed smectite, which is usually 1.0 μm or more, may be 1.5 μm or more, or may be 2.0 μm or more.
In the present invention, the "particle size" of the polyvalent metal-immobilized smectite in the slurry is a volume-based median size. This particle size can be determined, for example, by a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device.

<アンモニア>
本発明のスラリーを構成する極性媒体は、アンモニアを含有する。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。
本発明のスラリー中のアンモニアの含有量は、スラリー中の多価金属固定型スメクタイト1g当たり、0.1mmol以上であることが好ましく、より好ましくは0.2mmol以上、さらに好ましくは0.5mmol以上、さらに好ましくは0.8mmol以上であり、1.0mmol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、多価金属固定型スメクタ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、多価金属固定型スメクタ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、本発明のスラリー中のアンモニアの含有量は、当該スラリー中の多価金属固定型スメクタイト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2mmol以下である。
本明細書において「多価金属固定型スメクタイト1g当たり」とは、具体的には、スラリー中に含まれる多価金属固定型スメクタイト1g当たり、を意味する。より詳細には、スラリー中に含まれる多価金属固定型スメクタイトをスラリー中から取り出し、取り出したスメクタイトを、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、多価金属固定型スメクタイト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、スラリー中の多価金属固定型スメクタイトの質量(すなわち、スラリー中に存在する多価金属固定型スメクタイトを取り出し、取り出したスメクタイトを温度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。
<Ammonia>
The polar medium constituting the slurry of the present invention contains ammonia. As the ammonia source, any of ammonia water, gaseous ammonia, and liquid ammonia may be used, but when the slurry is produced under atmospheric pressure, it is preferable to use ammonia water.
The content of ammonia in the slurry of the present invention is preferably 0.1 mmol or more per 1 g of polyvalent metal-fixed smectite in the slurry, more preferably 0.2 mmol or more, even more preferably 0.5 mmol or more, even more preferably 0.8 mmol or more, and also preferably 1.0 mmol or more. By setting the content of ammonia to the above-mentioned preferred value, a sufficient number of molecules of ammonia penetrate between the layers of the clay crystals of the polyvalent metal-fixed smectite, and the solution dispersibility of the polyvalent metal-fixed smectite can be further improved. In addition, in consideration of the generation of ammonia odor and production costs, the content of ammonia in the slurry of the present invention is preferably 10 mmol or less per 1 g of polyvalent metal-fixed smectite in the slurry, more preferably 5 mmol or less, and even more preferably 2 mmol or less.
In this specification, "per gram of polyvalent metal-fixed smectite" specifically means per gram of polyvalent metal-fixed smectite contained in the slurry. More specifically, it means per gram of mass of a treated product obtained by removing the polyvalent metal-fixed smectite contained in the slurry from the slurry and treating the removed smectite 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 polyvalent metal-fixed smectite is obtained by dividing the amount of ammonia (mmol) in the slurry by the mass of the polyvalent metal-fixed smectite in the slurry (i.e., the mass of the treated product obtained by extracting the polyvalent metal-fixed smectite present in the slurry and heat-treating the extracted smectite 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.

<有機溶媒>
本発明のスラリーを構成する極性媒体は極性有機溶媒を含有する。極性有機溶媒は極性基(炭素原子以外かつ水素原子以外のヘテロ原子を含む基)を有し、水と混じり合うものであれば特に制限なく用いることができる。極性有機溶媒として例えば、エーテル溶媒、アルコール溶媒、ケトン溶媒、エステル溶媒、及び含窒素系溶媒を挙げることができ、これらの1種又は2種以上の有機溶媒を用いることができる(以降、極性有機溶媒を単に「有機溶媒」と称する場合がある)。上記例示の各有機溶媒は極性が比較的高く、多価金属固定型スメクタイトを膨潤させるのに適する。
<Organic solvent>
The polar medium constituting the slurry of the present invention contains a polar organic solvent. The polar organic solvent can be used without any particular limitation as long as it has a polar group (a group containing a heteroatom other than carbon atom and hydrogen atom) and is miscible with water. Examples of the polar organic solvent include ether solvents, alcohol solvents, ketone solvents, ester solvents, and nitrogen-containing solvents, and one or more of these organic solvents can be used (hereinafter, the polar organic solvent may be simply referred to as "organic solvent"). Each of the organic solvents exemplified above has a relatively high polarity and is suitable for swelling the polyvalent metal-fixed smectite.

本発明に用いられる有機溶媒は、水溶性の高い(親水性の)有機溶媒(有機溶剤)であることが好ましい。多価金属固定型スメクタイトを極性媒体に分散させる際には、一定量の水が共存していると分散効率が高い。そのため前記有機溶媒は、25℃において水を、好ましくは5質量%以上、より好ましくは7質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上、より更に好ましくは20質量%以上の濃度で溶解するものであることが好ましい。また、前記有機溶媒は、水と無限混和できる有機溶媒であることも好ましい。
また本発明に用いられる有機溶媒は、多価金属固定型スメクタイトとゲル化などの反応を生じない、酸基を有しない有機溶媒であることが好ましい。
また、上記の有機溶媒は常温で液体であることが好ましい。
The organic solvent used in the present invention is preferably a highly water-soluble (hydrophilic) organic solvent (organic solvent). When dispersing the polyvalent metal-fixed smectite in a polar medium, the dispersion efficiency is high if a certain amount of water is present. Therefore, the organic solvent is preferably one that dissolves water at a concentration of preferably 5% by mass or more, more preferably 7% by mass or more, even more preferably 10% by mass or more, and even more preferably 20% by mass or more at 25° C. In addition, the organic solvent is also preferably an organic solvent that is infinitely miscible with water.
The organic solvent used in the present invention is preferably an organic solvent having no acid group and which does not undergo any reaction, such as gelation, with the immobilized polyvalent metal smectite.
In addition, the organic solvent is preferably liquid at room temperature.

前記エーテル溶媒としては、分子内に少なくとも1つのエーテル結合を持つ化合物で、上記の水溶性を示す化合物を好適に用いることができる。このようなエーテル溶媒としては、例えばテトラヒドロフラン、トリオキサン、テトラヒドロピラン、ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、メチラール、アセタール、低分子量のポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、クラウンエーテル等が挙げられる。 As the ether solvent, a compound having at least one ether bond in the molecule and exhibiting the above-mentioned water solubility can be suitably used. Examples of such ether solvents include tetrahydrofuran, trioxane, tetrahydropyran, dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, methylal, acetal, low molecular weight polyethylene glycol, polypropylene glycol, crown ether, etc.

前記アルコール溶媒としては、分子内に少なくとも1つの水酸基を持つ化合物で、上記の水溶性を示す化合物を好適に用いることができる。このようなアルコール溶媒としては、例えば1価の直鎖型アルコールとしてはメタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、tert―ブチルアルコール、1-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、2-メチルー1―ブタノール、イソペンチルアルコール、tert―ペンチルアルコール、3-メチルー2―ブタノール、ネオペンチルアルコール等が挙げられる。また、多価のアルコールとしては1,2-エタンジオール、1,2―プロパンジオール、1,3―プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,5―ペンタンジオール、2-ブテンー1,4―ジオール、2-メチルー2,4―ペンタンジオール、2-エチルー1,3―ヘキサンジオール、グリセロール、2-エチルー2-(ヒドロキシメチル)―1,3-プロパンジオール、1,2,6-ヘキサントリオール、グリセロール等が挙げられる。
なお、水酸基とともにエーテル結合を有する有機溶媒は、本発明ではアルコール溶媒ではなく、エーテル溶媒に包含されるものとする。
As the alcohol solvent, a compound having at least one hydroxyl group in the molecule and exhibiting the above-mentioned water solubility can be suitably used. Examples of such alcohol solvents include monohydric straight-chain alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, isopentyl alcohol, tert-pentyl alcohol, 3-methyl-2-butanol, and neopentyl alcohol. Examples of polyhydric alcohols include 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 2-butene-1,4-diol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, glycerol, 2-ethyl-2-(hydroxymethyl)-1,3-propanediol, 1,2,6-hexanetriol, and glycerol.
In the present invention, an organic solvent having an ether bond as well as a hydroxyl group is not considered to be an alcohol solvent but is included in an ether solvent.

前記ケトン溶媒としては、分子内に少なくとも1つのケトン基を持つ化合物で、上記の水溶性を示す化合物を好適に用いることができる。このようなケトン溶媒としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、2-ペンタノン、3-ペンタノン、アセトニルアセトン、アセチルアセトン等が挙げられる。
なお、ケトン基を有していても、上記のエーテル溶媒やアルコール溶媒にも該当するものは、本発明ではケトン溶媒には包含されないものとする。
As the ketone solvent, a compound having at least one ketone group in the molecule and exhibiting the above-mentioned water solubility can be suitably used, such as acetone, methyl ethyl ketone, 2-pentanone, 3-pentanone, acetonylacetone, acetylacetone, etc.
In addition, even if a solvent has a ketone group, the solvents which fall under the above-mentioned ether solvents and alcohol solvents are not included in the ketone solvents of the present invention.

前記エステル溶媒としては、分子内に少なくとも1つのエステル結合を持つ化合物で、上記の水溶性を示す化合物を好適に用いることができる。このようなエステル溶媒としては、例えばギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、3―メトキシブチルアセタート、γ―ブチロラクトン、エチレングリコールモノアセテート、二酢酸エチレン、モノアセチレン、エチレングリコールモノアセテート、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、低分子ポリエステル等が挙げられる。
なお、エステル結合を有していても、上記のエーテル溶媒、アルコール溶媒又はケトン溶媒にも該当するものは、本発明ではエステル溶媒には包含されないものとする。
As the ester solvent, a compound having at least one ester bond in the molecule and exhibiting the above-mentioned water solubility can be suitably used, such as methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, γ-butyrolactone, ethylene glycol monoacetate, ethylene diacetate, monoacetylene, ethylene glycol monoacetate, ethylene carbonate, propylene carbonate, low molecular weight polyester, etc.
In addition, even if a solvent has an ester bond, the solvent also falls under the above-mentioned ether solvent, alcohol solvent, or ketone solvent, and is not included in the ester solvent in the present invention.

前記含窒素溶媒としては、分子内に少なくとも1つの窒素原子を含んでいる化合物で、上記の水溶性を示す化合物を好適に用いることができる。このような含窒素溶媒としては、例えばN-メチルピロリドン、ε-カプロラクタム、2-ピロリドン、N-N-ジメチルアセトアミド、N-N-ジエチルホルムアミド、N-メチルホルムアミド、N-メチルアセトアミド、アセトアミド、アセトニトリリル、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチレンジアミン、ヒドラジン等が挙げられる。
なお、窒素原子を有していても、上記のエーテル溶媒、アルコール溶媒、ケトン溶媒又はエステル溶媒にも該当するものは、本発明では含窒素溶媒には包含されないものとする。
As the nitrogen-containing solvent, a compound containing at least one nitrogen atom in the molecule and exhibiting the above-mentioned water solubility can be suitably used, such as N-methylpyrrolidone, ε-caprolactam, 2-pyrrolidone, N-N-dimethylacetamide, N-N-diethylformamide, N-methylformamide, N-methylacetamide, acetamide, acetonitrile, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylenediamine, and hydrazine.
In addition, even if a solvent has a nitrogen atom, the solvents that fall under the above-mentioned ether solvents, alcohol solvents, ketone solvents, or ester solvents are not included in the nitrogen-containing solvents of the present invention.

本発明で用いることができる有機溶媒としては、複数の官能基を有する化合物からなる有機溶媒(例えば、上記に例示した官能基を2種類以上有する化合物からなる有機溶媒)も好適に用いることができる。このような有機溶媒としては、例えば2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、2-(メトキシ)エタノール、2-イソプロポキシエタノール、2-ブトキシエタノール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、ポリエチレングリコール、1-メトキシー2-プロパノール、1-エトキシー2-プロパノール、ポリプロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジアセトンアルコール等が挙げられる。これらの有機溶媒は、上記の説明に従って、各有機溶媒種にカテゴライズされる。 As the organic solvent that can be used in the present invention, an organic solvent consisting of a compound having multiple functional groups (for example, an organic solvent consisting of a compound having two or more of the functional groups exemplified above) can also be suitably used. Examples of such organic solvents include 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-(methoxy)ethanol, 2-isopropoxyethanol, 2-butoxyethanol, furfuryl alcohol, tetrahydrofurfuryl alcohol, diethylene glycol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol, triethylene glycol monoethyl ether, polyethylene glycol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, polypropylene glycol, dipropylene glycol, dipropylene glycol monomethyl ether, and diacetone alcohol. These organic solvents are categorized into the various organic solvent types according to the above explanation.

<水>
本発明のスラリーを構成する極性媒体は水を含む。アンモニア源としてアンモニア水を用いた場合には、アンモニア水中の水は、スラリー中の水を構成する。また、スラリー中の水はアンモニア水以外に別途混合した水を含んでいてもよい。
使用する水には特に制限はないが、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。
<Water>
The polar medium constituting the slurry of the present invention contains water. When ammonia water is used as the ammonia source, the water in the ammonia water constitutes the water in the slurry. The water in the slurry may contain water other than ammonia water that is mixed separately.
Although there is no particular limitation on the water used, it is preferable to use water from which ionic components have been removed, such as distilled water, ion-exchanged water, etc. The degree of ion removal is preferably such that the ionic conductivity of the water is 10 μS/m or less, more preferably 5 μS/m or less, and even more preferably 2 μS/m or less.

本発明のスラリーを構成する極性媒体に占める水の割合(含有量:質量%)は、多価金属固定型スメクタイトの分散性向上の観点から、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましく、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、本発明のスラリーを構成する極性媒体に占める水の割合は、4質量%以上が好ましく、7質量%以上がより好ましく、10質量%以上がさらに好ましく、15質量%以上がさらに好ましい。 The proportion of water (content: mass%) in the polar medium constituting the slurry of the present invention is preferably 90 mass% or less, more preferably 80 mass% or less, also preferably 75 mass% or less, and may be 70 mass% or less, from the viewpoint of improving the dispersibility of the polyvalent metal-fixed smectite. From the same viewpoint, the proportion of water in the polar medium constituting the slurry of the present invention is preferably 4 mass% or more, more preferably 7 mass% or more, even more preferably 10 mass% or more, and even more preferably 15 mass% or more.

本発明のスラリーを構成する極性媒体に占める、水と有機溶媒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。前記極性媒体のうち、アンモニアを除いた残部のすべてが水と有機溶媒で構成されていることも好ましい。 The total content of water and organic solvent 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 entire remainder of the polar medium, excluding ammonia, is composed of water and organic solvent.

アンモニアと水と有機溶媒を含む極性媒体を用いて、これに多価金属固定型スメクタイトを混合して、後述するように、35~100℃の加熱処理に付して多価金属固定型スメクタイトに当該極性媒体を作用させることにより、水の存在下で有機溶媒がアンモニアと連鎖的に多価金属固定型スメクタイトに作用するなどして、スラリー中における多価金属固定型スメクタイトを十分に微細化できる。 By using a polar medium containing ammonia, water, and an organic solvent, mixing this with polyvalent metal-fixed smectite, and subjecting it to a heat treatment at 35 to 100°C as described below to cause the polar medium to act on the polyvalent metal-fixed smectite, the organic solvent acts in a chain reaction with the ammonia in the presence of water, thereby sufficiently finely refining the polyvalent metal-fixed smectite in the slurry.

<その他の成分>
本発明のスラリーを構成する極性媒体は、アンモニア、有機溶媒及び水に加え、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。多価金属固定型スメクタ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 contain, in addition to ammonia, an organic solvent, and water, various other components within the scope of the present invention without impairing the effects of the present invention. In consideration of improving the dispersibility of the polyvalent metal-fixed smectite, for example, the polar organic solvent having a formamide group described in JP 2015-147300 A, or acetonitrile or methyl ethyl ketone described in JP 2018-83728 A may be contained.
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.

[スメクタ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。
本発明のスラリーは、スラリーを構成する各成分(原料)を混合し、35~100℃の加熱処理に付す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、極性媒体中の有機溶媒とアンモニアが、水の存在下で多価金属固定型スメクタイトに作用してその層間に高効率に侵入し、多価金属固定型スメクタ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。すなわち、本発明のスラリーを得るには、現状では、この加熱処理は必須の工程である。
[Method for producing smectite slurry]
Next, a method for producing the slurry of the present invention will be described.
The slurry of the present invention can be obtained by mixing the components (raw materials) constituting the slurry and subjecting the mixture to a heat treatment at 35 to 100° C. That is, through the above heat treatment, the organic solvent and ammonia in the polar medium act on the polyvalent metal-fixed smectite in the presence of water and penetrate between the layers with high efficiency, thereby obtaining a slurry in which the polyvalent metal-fixed smectite is stably dispersed in a finer particle state. That is, in order to obtain the slurry of the present invention, the heat treatment is currently an essential step.

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、スメクタイト濃度が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40℃未満が好ましく、30℃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 smectite concentration exceeds 20 mass%, can be preferably used. The temperature at which the raw materials are mixed is preferably less than 40°C, and more preferably less than 30°C.

上記の各原料の混合後の35~100℃の加熱処理は、35~100℃の温度に加熱する処理であれば特に制限はない。多価金属固定型スメクタイトの分散性、ハンドリング性の両面から、加熱処理温度は40~90℃がより好ましく、50~90℃がより好ましく、55~85℃がさらに好ましく、60~85℃がさらに好ましい。
また、35~100℃の加熱処理の時間は、多価金属固定型スメクタ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、多価金属固定型スメクタ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35~50℃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、多価金属固定型スメクタ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。また、オートクレーブ等の高温、高圧容器を用いない場合には、スラリーが含有する有機溶媒及び、水の沸点以下に加熱温度を設定しても良い。
35~100℃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 35 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 35 to 100° C. From the viewpoints of both dispersibility and handleability of the polyvalent metal-immobilized smectite, the heat treatment temperature is more preferably 40 to 90° C., more preferably 50 to 90° C., even more preferably 55 to 85° C., and even more preferably 60 to 85° C.
The time of the heat treatment at 35 to 100°C is not particularly limited as long as the polyvalent metal-fixed smectite can be finely divided into 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 it is that the polyvalent metal-fixed smectite can be finely divided. For example, even if the heat treatment temperature is a relatively low temperature of 35 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, so that the desired fine particle size of the polyvalent metal-fixed smectite can be more reliably achieved. There is also no particular limit to the upper limit of 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. In addition, when a high-temperature, high-pressure vessel such as an autoclave is not used, the heating temperature may be set to a temperature equal to or lower than the boiling point of the organic solvent and water contained in the slurry.
The heat treatment time at 35 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.

上記加熱処理により、得られる本発明のスラリー中において、多価金属固定型スメクタイトを粒子径が20μm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。スラリー中の多価金属固定型スメクタ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 heat treatment, the polyvalent metal-fixed smectite can be stably dispersed in the dispersion medium as fine particles (dispersoid) having a particle diameter of 20 μm or less in the slurry of the present invention obtained. The preferred particle diameter of the polyvalent metal-fixed smectite 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.

<多価金属型スメクタイトの調製>
原料とする多価金属型スメクタイトを、天然Na型モンモリロナイト(商品名:クニピアF、クニミネ工業社製)のイオン交換処理によって得た。得られた各陽イオンを持つ多価金属型スメクタイトを、浸出陽イオン分析に付し、交換性陽イオン組成を調べた。より詳細には、層間に存在する陽イオンの浸出を1M酢酸アンモニウム、あるいは1M硫酸(Al型モンモリロナイトのみ)を用いて4時間かけて行い、その浸出液を、4100MP-AES分光分析装置(AgilentTechnologies社製)により分析し、交換性陽イオン組成を調べた。
また、同じく、得られた多価金属型スメクタイトを陽イオン交換容量測定試験に付し、CECを測定した。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。より詳細には、層間に存在する陽イオンを1M酢酸アンモニウムで完全にアンモニウムイオンへ交換した後、再び該アンモニウムイオンをKCl(塩化カリウム)溶液由来のカリウムイオンで追い出し、その量をアンモニウム電極により定量する方法により測定し、CECを定量した。
結果を下記表1に示す。
<Preparation of polyvalent metal smectite>
The raw material polyvalent metal smectite was obtained by ion exchange treatment of natural Na-montmorillonite (product name: Kunipia F, manufactured by Kunimine Kogyo Co., Ltd.). The obtained polyvalent metal smectite having each cation was subjected to leaching cation analysis to examine the exchangeable cation composition. More specifically, leaching of cations present between layers was carried out using 1M ammonium acetate or 1M sulfuric acid (only Al-montmorillonite) for 4 hours, and the leaching solution was analyzed by a 4100MP-AES spectrometer (manufactured by Agilent Technologies) to examine the exchangeable cation composition.
Similarly, the polyvalent metal smectite obtained was subjected to a cation exchange capacity measurement test to measure the CEC. The measurement was performed according to the method described in the Japan Bentonite Industry Association Standard Test Method JBAS-106-77. More specifically, the cations present between the layers were completely exchanged for ammonium ions using 1M ammonium acetate, and then the ammonium ions were expelled again using potassium ions derived from a KCl (potassium chloride) solution, and the amount of potassium ions was measured using an ammonium electrode to quantify the CEC.
The results are shown in Table 1 below.

Figure 0007627038000001
Figure 0007627038000001

<多価金属固定型スメクタイトの調製>
上記の方法で得た多価金属型スメクタイト各100gを電気炉(マッフル炉、FO410、ヤマト科学社製)に入れ、昇温速度10℃/分で昇温し、それぞれ表2に記載の焼成温度に到達させたのち、同温度で24時間保持して加熱処理を行った。その後、放冷し50℃以下で焼成サンプルを回収することにより、多価金属固定型スメクタイトを得た。
得られた多価金属固定型スメクタイトのCECを、前記のCEC測定方法に従って定量した。結果を下記表2に示す。
<Preparation of polyvalent metal-fixed smectite>
100 g of each of the polyvalent metal-type smectites obtained by the above method was placed in an electric furnace (muffle furnace, FO410, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) and heated at a rate of 10° C./min until the firing temperature shown in Table 2 was reached, and then the same temperature was maintained for 24 hours for heat treatment. Thereafter, the samples were allowed to cool and the fired samples were collected at 50° C. or less to obtain polyvalent metal-fixed smectites.
The CEC of the obtained polyvalent metal-immobilized smectite was quantified according to the above-mentioned CEC measurement method. The results are shown in Table 2 below.

[スラリーの調製]
<実施例1>
蒸留水38.0g、28%アンモニア水(関東化学社製)2.0g、Mg固定型モンモリロナイト(CEC:35meq/100g)20g、アセトン(関東化学社製)40.0g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50℃で24時間加熱処理を施した。こうして実施例1の多価金属固定型スメクタイトスラリーを得た。
実施例1のスメクタイトスラリーにおいて、Mg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(後述の各実施例及びアンモニア未添加以外の各比較例も同様)。
[Preparation of slurry]
Example 1
38.0 g of distilled water, 2.0 g of 28% ammonia water (Kanto Chemical Co., Ltd.), 20 g of Mg-fixed montmorillonite (CEC: 35 meq/100 g), and 40.0 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, 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 50 ° C. for 24 hours in a constant temperature sound oscillating machine (product name: DKM400, Yamato Scientific Co., Ltd.). Thus, the polyvalent metal-fixed smectite slurry of Example 1 was obtained.
In the smectite slurry of Example 1, the amount of ammonia blended per 1 g of Mg-fixed montmorillonite was 1.65 mmol (the same applies to each of the Examples and Comparative Examples described below except for those in which ammonia was not added).

以下、実施例2~9及び比較例1~9のスメクタイトスラリーを、下記の方法により得た。なお、使用した有機溶媒はいずれも関東化学社製の試薬を用いた。
<実施例2~9>
多価金属固定型スメクタイト及び有機溶媒の種類、各主成分の配合量、並びに加熱温度を下記表2に記載の条件に変更した以外は、実施例1と同様にして各種多価金属固定型スメクタイトスラリーを得た。
The smectite slurries of Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 to 9 were obtained by the following methods. The organic solvents used were all reagents manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.
<Examples 2 to 9>
Various polyvalent metal-fixed smectite slurries were obtained in the same manner as in Example 1, except that the types of polyvalent metal-fixed smectite and organic solvent, the amounts of each main component, and the heating temperature were changed to the conditions shown in Table 2 below.

<比較例1、8>
多価金属固定型スメクタイトスラリーの作製の際に有機溶媒を用いず、実施例1及び8で用いた有機溶媒と同量の蒸留水をさらに加えることでスラリー中のスメクタイトの含有量を同じにした以外は、実施例1及び8と同様にして、多価金属固定型スメクタイトを得た。
<Comparative Examples 1 and 8>
Polyvalent metal-fixed smectite was obtained in the same manner as in Examples 1 and 8, except that no organic solvent was used when preparing the polyvalent metal-fixed smectite slurry, and the same amount of distilled water as the organic solvent used in Examples 1 and 8 was further added to make the smectite content in the slurry the same.

<比較例2、5、7>
多価金属固定型スメクタイトスラリーの作製の際に蒸留水を用いず、実施例2、5及び7で用いた蒸留水と同量の有機溶媒をさらに加えることでスラリー中のスメクタイトの含有量を同じにした以外は、実施例2、5及び7と同様にして、多価金属固定型スメクタイトを得た。
<Comparative Examples 2, 5, and 7>
Polyvalent metal-fixed smectite was obtained in the same manner as in Examples 2, 5, and 7, except that distilled water was not used when preparing the polyvalent metal-fixed smectite slurry, and the same amount of organic solvent as the distilled water used in Examples 2, 5, and 7 was further added to make the smectite content in the slurry the same.

<比較例3、9>
多価金属固定型スメクタイトスラリーの作製の際に加温処理を行わずに、室温25℃で24時間放置後に評価を行った以外は、実施例3及び9と同様にして、多価金属固定スメクタイトを得た。
<Comparative Examples 3 and 9>
A polyvalent metal-fixed smectite was obtained in the same manner as in Examples 3 and 9, except that the polyvalent metal-fixed smectite slurry was prepared without heating and was left at room temperature of 25° C. for 24 hours before evaluation.

<比較例4、6>
多価金属固定スメクタイトスラリーの作製の際にアンモニア水を用いず、実施例4及び6で用いたアンモニア水と同量の水をさらに加えることでスラリー中のスメクタイトの含有量を同じにした以外は、実施例4及び6と同様の方法で、多価金属固定スメクタイトを得た。
<Comparative Examples 4 and 6>
Polyvalent metal-fixed smectite was obtained in the same manner as in Examples 4 and 6, except that ammonia water was not used when preparing the polyvalent metal-fixed smectite slurry, and the same amount of water as the ammonia water used in Examples 4 and 6 was further added to make the smectite content in the slurry the same.

[試験例1] 多価金属固定型スメクタイト(分散質)の粒子径
実施例1~9及び比較例1~9のスラリーを水で固形分2質量%になるまで希釈し、湿式粒度測定により多価金属固定型スメクタ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。結果を下記表2に示す。
[Test Example 1] Particle diameter of polyvalent metal-fixed smectite (dispersoid) The slurries of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 9 were diluted with water to a solid content of 2% by mass, and the median diameter of the polyvalent metal-fixed smectite 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. The results are shown in Table 2 below.

[試験例2] 分散安定性
得られた実施例1~9及び比較例1~9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時間静置後の多価金属固定型スメクタ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。結果を下記表2に示す。

-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 9 and Comparative Examples 1 to 9 were placed in glass containers and allowed to stand at 25° C. for 24 hours. After standing for 24 hours, the dispersion state of the polyvalent metal-immobilized smectite was visually observed, and the dispersion stability was evaluated according to the following evaluation criteria. The results are shown in Table 2 below.

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

Figure 0007627038000002
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上記表2に示される通り、極性媒体が有機溶媒を含まない場合には、スラリーを加熱しても、分散質である多価金属固定型スメクタイトの粒子径を所望の小粒径(20μm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、8)。また、極性媒体が有機溶媒を含む場合でも、水を配合しない場合には比較例1及び8と同様に粒子径を所望の小粒径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2、5、7)。また、極性媒体が水と有機溶媒を含む場合でも、アンモニアを含まない場合には、上記比較例と同様に、粒子径を所望の小粒径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4及び6)。さらに、極性媒体が水、有機溶媒及びアンモニアを含有していても、加温処理を行わなかった場合には、粒子径が大きく、分散安定性に劣る結果となった(比較例3及び9)。
これに対し、極性媒体に、水とともに有機溶媒とアンモニア水と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、分散質である多価金属固定型スメクタ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1~9)。
As shown in Table 2 above, when the polar medium does not contain an organic solvent, the particle size of the polyvalent metal-fixed smectite, which is the dispersoid, cannot be made the desired small particle size (20 μm or less) even when the slurry is heated, and the dispersion stability is also poor (Comparative Examples 1 and 8). In addition, even when the polar medium contains an organic solvent, when water is not blended, the particle size cannot be made the desired small particle size as in Comparative Examples 1 and 8, and the dispersion stability is also poor (Comparative Examples 2, 5, and 7). In addition, even when the polar medium contains water and an organic solvent, when it does not contain ammonia, the particle size cannot be made the desired small particle size as in the above comparative examples, and the dispersion stability is also poor (Comparative Examples 4 and 6). Furthermore, even when the polar medium contains water, an organic solvent, and ammonia, when the heating treatment is not performed, the particle size is large and the dispersion stability is poor (Comparative Examples 3 and 9).
In contrast, by combining water with an organic solvent and aqueous ammonia in a polar medium and subjecting the slurry to a heat treatment, the particle size of the polyvalent metal-fixed smectite, which is the dispersoid, can be made small to the desired size, and a slurry with excellent dispersion stability can be obtained (Examples 1 to 9).

Claims (15)

アンモニア、水、及び極性有機溶媒を含有する極性媒体中に、陽イオン交換容量が50meq/100g以下の多価金属固定型スメクタイトが分散してなり、該分散状態における前記多価金属固定型スメクタイトの粒子径が20μm以下であり、前記スメクタイトがモンモリロナイトである、スメクタイトスラリー。 A smectite slurry comprising a polyvalent metal-fixed smectite having a cation exchange capacity of 50 meq/100 g or less dispersed in a polar medium containing ammonia, water, and a polar organic solvent, the polyvalent metal-fixed smectite in the dispersed state having a particle size of 20 μm or less, and the smectite being montmorillonite . 前記多価金属固定型スメクタイトが、2価金属固定型スメクタイト及び/又は3価金属固定型スメクタイトである、請求項1に記載のスメクタイトスラリー。 The smectite slurry according to claim 1, wherein the polyvalent metal-fixed smectite is a divalent metal-fixed smectite and/or a trivalent metal-fixed smectite. 前記2価金属固定型スメクタイトが、Ca固定型スメクタイト、Mg固定型スメクタイト、Fe固定型スメクタイト、Zn固定型スメクタイト及びCu固定型スメクタイトの1種又は2種以上である、請求項2に記載のスメクタイトスラリー。 The smectite slurry according to claim 2, wherein the divalent metal-fixed smectite is one or more of Ca-fixed smectite, Mg-fixed smectite, Fe-fixed smectite, Zn-fixed smectite, and Cu-fixed smectite. 前記3価金属固定型スメクタイトが、Al固定型スメクタイト及び/又はFe固定型スメクタイトである、請求項2又は3に記載のスメクタイトスラリー。 The smectite slurry according to claim 2 or 3, wherein the trivalent metal-fixed smectite is Al-fixed smectite and/or Fe-fixed smectite. 前記極性有機溶媒が、エーテル溶媒、アルコール溶媒、ケトン溶媒、エステル溶媒、及び含窒素溶媒の1種又は2種以上である、請求項1~のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリー。 The smectite slurry according to any one of claims 1 to 4 , wherein the polar organic solvent is one or more of an ether solvent, an alcohol solvent, a ketone solvent, an ester solvent, and a nitrogen-containing solvent. 前記極性媒体中の前記水の含有量が4~90質量%である、請求項1~のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリー。 The smectite slurry according to any one of claims 1 to 5 , wherein the content of the water in the polar medium is 4 to 90 mass%. 前記スメクタイトスラリー中の前記アンモニアの含有量が、前記多価金属固定型スメクタイト1g当たり0.1mmol以上である、請求項1~のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリー。 7. The smectite slurry according to claim 1, wherein the content of said ammonia in said smectite slurry is 0.1 mmol or more per 1 g of said polyvalent metal-fixed smectite. 請求項1~のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリーを用いた粘土膜。 A clay film using the smectite slurry according to any one of claims 1 to 7 . 陽イオン交換容量が50meq/100g以下の多価金属固定型スメクタイト、アンモニア、水、及び極性有機溶媒を混合し、この混合物を35~100℃の加熱処理に付して極性媒体中に多価金属固定型スメクタイトを分散してなるスラリーを得ることを含み、前記極性媒体に占める水の割合が4質量%以上であり、前記極性媒体中に分散してなる多価金属固定型スメクタイトの粒子径が20μm以下であり、前記スメクタイトがモンモリロナイトである、スメクタイトスラリーの製造方法。 A method for producing a smectite slurry includes mixing a polyvalent metal-fixed smectite having a cation exchange capacity of 50 meq/100 g or less, ammonia, water, and a polar organic solvent, and subjecting the mixture to a heat treatment at 35 to 100° C. to obtain a slurry in which the polyvalent metal-fixed smectite is dispersed in the polar medium, wherein the proportion of water in the polar medium is 4 mass % or more, the particle size of the polyvalent metal-fixed smectite dispersed in the polar medium is 20 μm or less, and the smectite is montmorillonite . 前記多価金属固定型スメクタイトが、2価金属固定型スメクタイト及び/又は3価金属固定型スメクタイトである、請求項に記載のスメクタイトスラリーの製造方法。 10. The method for producing a smectite slurry according to claim 9 , wherein the polyvalent metal-fixed smectite is a divalent metal-fixed smectite and/or a trivalent metal-fixed smectite. 前記2価金属固定型スメクタイトが、Ca固定型スメクタイト、Mg固定型スメクタイト、Fe固定型スメクタイト、Zn固定型スメクタイト及びCu固定型スメクタイトの1種又は2種以上である、請求項10に記載のスメクタイトスラリーの製造方法。 The method for producing a smectite slurry according to claim 10 , wherein the divalent metal-fixed smectite is one or more of Ca-fixed smectite, Mg-fixed smectite, Fe-fixed smectite, Zn-fixed smectite and Cu-fixed smectite. 前記3価金属固定型スメクタイトが、Al固定型スメクタイト及び/又はFe固定型スメクタイトである、請求項10又は11に記載のスメクタイトスラリーの製造方法。 The method for producing a smectite slurry according to claim 10 or 11 , wherein the trivalent metal-fixed smectite is Al-fixed smectite and/or Fe-fixed smectite. 前記極性有機溶媒が、アルコール溶媒、ケトン溶媒、エーテル溶媒、エステル溶媒、及び含窒素溶媒の1種又は2種以上である、請求項12のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリーの製造方法。 The method for producing a smectite slurry according to any one of claims 9 to 12 , wherein the polar organic solvent is one or more of an alcohol solvent, a ketone solvent, an ether solvent, an ester solvent, and a nitrogen-containing solvent. 前記極性媒体中の前記水の含有量が4~90質量%である、請求項13のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリーの製造方法。 The method for producing a smectite slurry according to any one of claims 9 to 13 , wherein the content of the water in the polar medium is 4 to 90 mass%. 前記アンモニアの混合量が、前記多価金属固定型スメクタイト1g当たり0.1mmol以上である、請求項14のいずれか1項に記載のスメクタイトスラリーの製造方法。 The method for producing a smectite slurry according to any one of claims 9 to 14 , wherein the amount of the ammonia mixed is 0.1 mmol or more per 1 g of the polyvalent metal-immobilized smectite.
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