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JPH0569769B2 - - Google Patents
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JPH0569769B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0569769B2
JPH0569769B2 JP13547086A JP13547086A JPH0569769B2 JP H0569769 B2 JPH0569769 B2 JP H0569769B2 JP 13547086 A JP13547086 A JP 13547086A JP 13547086 A JP13547086 A JP 13547086A JP H0569769 B2 JPH0569769 B2 JP H0569769B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ions
heavy metal
divalent heavy
metal ions
general formula
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP13547086A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS62292616A (en
Inventor
Kazuo Torii
Takashi Iwasaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Priority to JP13547086A priority Critical patent/JPS62292616A/en
Publication of JPS62292616A publication Critical patent/JPS62292616A/en
Publication of JPH0569769B2 publication Critical patent/JPH0569769B2/ja
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  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Colloid Chemistry (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は水中において膨潤し、優れたゲル形
成能、イオン交換能、フイルム形成能などを有
し、更に金属多核水酸化イオンや各種有機物を層
間に包接するなどの特殊機能を持つヘクトライト
型スメクタイトに類似した構造を有する膨潤性ケ
イ酸塩およびその製造方法に関する。 スメクタイトは2層のシリカ四面体層がマグネ
シウム八面体層あるいはアルミニウム八面体層を
間にはさんだサンドイツチ型の三層構造を有する
フイロケイ酸塩の一員であり、水中において陽イ
オン交換能を有し、更に層間に水を取り入れて膨
潤してゆく特異な性質を持つ粘土鉱物である。天
然には八面体層に三価のアルミニウムを含む2−
八面体型スメクタイトであるモンモリロナイト、
バイデライトおよび八面体層に二価のマグネシウ
ムを含む3−八面体型スメクタイトであるヘクト
ライト、サポナイトなどが知られているが、我国
で工業的利用の対象となる程度のまとまつた量が
産出するのはモンモリロナイトを含有するベント
ナイトのみである。純スメクタイトとして、この
ベントナイトより抽出したモンモリロナイト製品
が商品化されており、その膨潤性、ゲル特性など
を活用して化粧品、医薬品、水系塗料などの分野
への用途開発に期待がかけられている。純モンモ
リロナイトは1〜2%程度の希薄ベントナイト分
散水溶液より抽出して製造するため、乾燥費など
精製コストをかなり要し極めて高価格で市販され
ており、しかも天然物であるが故に原料のベント
ナイトの採取場所や採取時期の相違により純モン
モリロナイト製品の特性がかなり変動するきらい
があり、その需要はかなり限定されている。ま
た、化学組成、構造、欠陥、不純物などの材料特
性の変動が大であるため、その特性制御がほとん
ど不可能であり、高度な機能性精密素材としての
適性を欠いている。一方、合成の膨潤性フツ素雲
母系鉱物であるナトリウム型四ケイ素雲母(特開
昭51−24598)製品がゲル化剤などとして市販さ
れているが、構造がもともと水中では膨潤しがた
い雲母構造であるため、市販の純スメクタイト製
品より水中での膨潤特性が劣つていてやはり需要
は限定されている。 本発明の目的は天然産ベントナイトから抽出し
た純モンモリロナイト製品にみられる様な欠点を
有しない、工業的に満足し得る設計された精密素
材として、純モンモリロナイト製品あるいはナト
リウム型四ケイ素雲母製品より更に高機能を有す
る合成膨潤性ケイ酸塩およびその製造技術を提供
することである。 本発明者らは優れた陽イオン交換能あるいはゲ
ル形成能を有する膨潤性ケイ酸塩の合成について
長年鋭意研究を重ねた結果、我国では天然にはほ
とんど産出しないヘクトライト型スメクタイトに
類似した構造を有し、極めて優れたゲル形成能、
イオン交換能、フイルム形成能など特殊機能を有
する新規の合成膨潤性ケイ酸塩およびその製造方
法の発明に至つた。 すなわちこの発明は一般式 〔Si8(M6-a-bMgaLib)O20(OH)4-cFcb-・Ay+ b/y
() (式中のa,b,cおよびyの値は0≦a<
6,0<b≦2,0≦c≦4および1≦y≦2と
し、MはCo,Ni,Zn,Cu,Fe,Mn,Pb,Cd
など2価重金属イオンから選んだ少なくとも1個
の2価重金属イオンであり、またAはアルカリ金
属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウ
ムイオンおよびアルキルアンモニウムイオンから
なる群から選んだ少なくとも1個の陽イオンであ
る)で表されるヘクトライト型スメクタイトに類
似した構造を有する合成膨潤性ケイ酸塩およびそ
の製造方法を提供するものである。 マクエワンによれば3−八面体型スメクタイト
に属するヘクトライトのモデル的化学式は()
式で表されている(Montmorillonite minerals
by D.M.C.MacEwan,The X−ray
identification and crystal structures of clay
minerals edited by G.Brown,Mineralogical
society,London,1972,pp.143−207)。
This invention is a hectorite-type smectite that swells in water, has excellent gel-forming ability, ion-exchange ability, film-forming ability, etc., and also has special functions such as inclusion of metal polynuclear hydroxide ions and various organic substances between layers. This invention relates to a swellable silicate having a structure similar to , and a method for producing the same. Smectite is a member of phyllosilicates that has a three-layer structure of the Sandermansch type, consisting of two silica tetrahedral layers sandwiching a magnesium octahedral layer or an aluminum octahedral layer, and has cation exchange ability in water. Furthermore, it is a clay mineral that has the unique property of absorbing water between its layers and swelling. In nature, 2- contains trivalent aluminum in the octahedral layer.
Montmorillonite, an octahedral smectite,
Beidellite and hectorite and saponite, which are 3-octahedral smectites containing divalent magnesium in the octahedral layer, are known, but they are not produced in large quantities in Japan for industrial use. is only bentonite containing montmorillonite. A montmorillonite product extracted from this bentonite has been commercialized as pure smectite, and it is expected that its swelling and gel properties will be utilized to develop applications in fields such as cosmetics, pharmaceuticals, and water-based paints. Pure montmorillonite is manufactured by extracting it from a dilute aqueous bentonite dispersion solution of about 1 to 2%, which requires considerable refining costs such as drying costs, and is commercially available at an extremely high price.Moreover, since it is a natural product, the raw material bentonite is The characteristics of pure montmorillonite products tend to vary considerably due to differences in collection location and collection time, and demand for it is quite limited. Furthermore, because material properties such as chemical composition, structure, defects, and impurities vary widely, it is almost impossible to control the properties, making it unsuitable as a highly functional precision material. On the other hand, sodium-type tetrasilicon mica (JP-A-51-24598) products, which are synthetic swelling fluorinated mica-based minerals, are commercially available as gelling agents, but the mica structure originally makes it difficult to swell in water. Therefore, its swelling properties in water are inferior to commercially available pure smectite products, and its demand is still limited. The purpose of the present invention is to provide an industrially satisfactory engineered precision material that does not have the drawbacks of pure montmorillonite products extracted from naturally occurring bentonite, and which is even higher than pure montmorillonite products or sodium-type tetrasilicon mica products. The object of the present invention is to provide a functional synthetic swellable silicate and a technology for producing the same. As a result of many years of intensive research into the synthesis of swellable silicates with excellent cation exchange ability or gel-forming ability, the present inventors have discovered a structure similar to hectorite-type smectite, which is rarely produced naturally in Japan. has extremely excellent gel-forming ability,
The present invention led to the invention of a new synthetic swellable silicate having special functions such as ion-exchange ability and film-forming ability, and a method for producing the same. That is, this invention has the general formula [Si 8 (M 6-ab Mg a Li b ) O 20 (OH) 4-c F c ] b-・A y+ b/y
() (The values of a, b, c and y in the formula are 0≦a<
6,0<b≦2,0≦c≦4 and 1≦y≦2, M is Co, Ni, Zn, Cu, Fe, Mn, Pb, Cd
At least one divalent heavy metal ion selected from divalent heavy metal ions such as A is at least one cation selected from the group consisting of alkali metal ions, alkaline earth metal ions, ammonium ions, and alkylammonium ions. The present invention provides a synthetic swellable silicate having a structure similar to hectorite-type smectite represented by According to McEwan, the model chemical formula of hectorite, which belongs to the 3-octahedral smectite group, is ()
(Montmorillonite minerals)
by DMCMacEwan, The X-ray
identification and crystal structures of clay
minerals edited by G.Brown, Mineralogical
society, London, 1972, pp. 143-207).

【化】 ここにM+は層間に存在する1価の交換性陽イ
オンである。ヘクトライトは3−八面体型スメク
タイトに属し、四面体層にシリコンおよび八面体
層にマグネシウムが位置している。ヘクトライト
の層電荷は八面体層における2価のマグネシウム
の一部が1価のリチウムと置換して生じたものと
考えられており、その陰電荷と電気的にバランス
する形で層間に陽イオンが入つている。 一般式()で表される本発明の合成膨潤性ケ
イ酸塩は一般式()における八面体層中のマグ
ネシウムの全てあるいは一部がコバルト、ニツケ
ル、亜鉛、銅、鉄、マンガン、鉛、カドミウムな
ど2価の重金属で置換された構造を有し、あるい
は水酸基の一部または全てがフツ素と置換した構
造も存在する。この様な重金属を多く含有するヘ
クトライト型のスメクタイトは天然にはほとんど
知られていず、本発明の合成膨潤性ケイ酸塩は新
規のスメクタイトであると考えられる。本発明の
合成膨潤性ケイ酸塩では層電荷は八面体層中の2
価の重金属あるいはマグネシウムと1価とリチウ
ムの置換により発生していると考えられ、()
式で示されるヘクトライトに類似した構造を有す
るものと推察されうる。 本発明の合成膨潤性ケイ酸塩における八面体層
に入る重金属、マグネシウムおよびリチウムの総
計量は一般式()に示される様に構造的には6
であるのが望ましいが、仕込み組成は6前後の値
であれば総計量をやや多い値にしても、またやや
少ない値にしても本発明は達成され、その値は5
から7の範囲で許容される。リチウムを必要以上
に添加した場合は、八面体層中に入りきれないも
のは交換性陽イオンとして構造にとり込まれ得
る。 本発明を達成するための方法について以下に述
べる。本発明の合成膨潤性ケイ酸塩の製造方法は
次の工程から成る。第1にシリコンと2価重金属
および要すればマグネシウムを含有させた均質複
合沈澱物を調製し、第2にこの均質複合沈澱物に
水とリチウムイオンおよび要すれば交換性陽イオ
ンあるいはフツ素イオンを添加して出発原料スラ
リーとし、第3に該スラリーを水熱反応せしめて
合成膨潤性ケイ酸塩を生成させ、第4にこの水熱
反応物を乾燥後粉砕することによつて本発明製品
を得ることができる。 第1工程においてケイ酸と2価重金属塩および
要すればマグネシウム塩を混合して得た均質溶液
をアルカリ溶液で沈澱させ、濾過、水洗により副
生溶解質を除去することにより均質複合沈澱物が
調整される。ケイ酸と2価重金属塩および要すれ
ばマグネシウム塩を含む均質溶液はケイ酸溶液と
2価重金属塩水溶液を混合し、必要に応じてマグ
ネシウム塩水溶液を加えることにより、あるいは
ケイ酸溶液に直接2価重金属塩および必要に応じ
てマグネシウム塩を溶解することにより得られ
る。ケイ酸と2価重金属塩およびマグネシウム塩
の混合割合は一般式()を満足する範囲のaお
よびbの値を選ぶことにより与えられる。bの値
は0〜2の間であるが、通常好ましい値は0.5〜
1.0の間である。a=0のマグネシウムを全く含
有しない場合でも本発明の合成膨潤性ケイ酸塩は
生成する。aおよびbの値を決定することにより
2価重金属の値は6−a−bで与えられる。仕込
組成は一般式()を満足するのが好ましいが、
2価重金属量の値、マグネシウム量(a)の値およひ
リチウム量(b)の値は計算値から少し変動させても
本発明の合成膨潤性ケイ酸塩は製造可能であり、
上記三者の値の総計量が5〜7の間は許容され
る。ケイ酸溶液はケイ酸ソーダと鉱酸を混合し、
液のPHを酸性とすることにより得られる。ケイ酸
ソーダは一般に市販されている1号ないし4号水
ガラスならびにメタケイ酸ソーダはいずれも使用
できる。鉱酸としては硝酸、塩酸、硫酸などが用
いられる。ケイ酸ソーダと鉱酸を混合する場合、
鉱酸の量が少ないとゲル化する場合が多いので液
のPHが5以下となる様にケイ酸ソーダと鉱酸の割
合を選ぶ必要がある。2価重金属塩はコバルト、
ニツケル、亜鉛、銅、鉄、マンガン、鉛、カドミ
ウムなどの塩化物、硫酸塩、硝酸塩、などから選
ぶことができる。一般式()の組成を満足する
値であれば、重金属は1種類だけでなく、2種類
以上のどの様な組成の組合せでも選ぶことがで
き、用途に応じて組成を設計できる。必要ならば
マグネシウム塩を添加することも可能であり、塩
化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硝酸マグネ
シウムなどから選ぶことができる。次に常温でケ
イ酸と2価重金属塩あるいは要すればマグネシウ
ム塩を含有する均質溶液とアルカリ溶液を混合し
て均質複合沈澱物を得る。アルカリ溶液としては
水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液、ア
ンモニア水などが用いられる。アルカリ溶液の量
は混合後のPHが10以上となる様な量を選ぶのが望
ましい。上記均質溶液とアルカリ溶液を混合する
場合、アルカリ溶液中に均質溶液を滴下して沈澱
せしめてもよく、あるいはその逆の順序にしても
よい。また両者の液を瞬時に混合しても均質複合
沈澱物は得られる。混合の際、特に攪拌を必要と
しないが、攪拌することは一向にさしつかえな
い。次いで濾過、水洗を繰返して副生電解質を充
分に除去する。これらの重金属を含む均質複合沈
澱物はX線粉末回折によりすでに低結晶質のスメ
クタイト様構造を有しており、そのため、第3段
階の工程では比較的低温でしかも短時間の水熱処
理により良好な特性を持つた本発明の合成膨潤性
ケイ酸塩が生成するものと推察される。また上記
均質複合沈澱物は沈澱する時に陽イオンをとり込
んでいる場合が多いので、第2工程の段階で交換
性陽イオンを特に添加する必要はない。 第2工程の出発原料スラリーは第1工程で得た
均質複合沈澱物に水酸化リチウム水溶液および要
すれば陽イオンの水酸化物、フツ化物あるいはそ
れらの混合水溶液を加え、または要すればフツ化
水素酸を添加することによつて調整される。 第3工程の水熱反応は第2工程で得られた出発
原料組成物スラリーをオートクレーブに仕込み、
100℃ないし350℃の温度で反応させ、本発明の合
成膨潤性ケイ酸塩を生成せしめる。反応中特に攪
拌を必要としないが攪拌をすることは一向にさし
つかえない。一般に反応温度が高いほど反応速度
は大となり、反応時間が長いほど結晶は良好とな
るが、反応温度200℃、反応圧力15.9Kg/cm2では
2時間の反応時間で充分である。 第4工程においては、第3工程の水熱反応終了
後オートクレーブ内容物を取り出し、60℃以上
200℃以下の温度で乾燥し、粉砕することにより
最終製品が得られる。 本発明を実施することによつて製造した新規の
合成膨潤性ケイ酸塩はX線回折、示差熱分析、赤
外吸収スペクトル、化学分析、陽イオン交換容量
(C.E.C.)、粘性特性などによつて評価することが
できる。 本発明の新規の合成膨潤性ケイ酸塩はCu−Kα
線を用いた場合の回折角(2θ)が、(hk)反射の
(35,06)について通常60.3度から61.2度の間に
現れ、3−八面体型スメクタイトであることがわ
かる。X線回折パターンはヘクトライトのものに
類似しているが、全般的にピークがややブロード
となつている場合が多い。水溶液中では通常60〜
120ミリ当量/100gの高い陽イオン交換容量を示
し、あるいは水中において優れた膨潤特性および
分散性を示し、重金属の種類に対応した着色した
水系ゾルあるいはゲルを生成し、チクソトロピー
的な性質を有するため、水溶性塗料、セラミツク
ス原料、触媒などの添加剤、スラリー安定剤、増
粘剤、粘結剤、懸濁安定剤、チクソトロピー付与
剤などとして極めて有用である。本発明の新規合
成膨潤性ケイ酸塩は本質的に2価重金属を含有す
るため、殺菌、抗菌、消毒などの目的に使用され
得る。また構造中に重金属を含有するため触媒、
触媒担体として有用であり、更に種々の金属多核
水酸化イオンとの層間複合体を形成し、新たな触
媒、触媒担体、吸着剤などとして利用され得る。
更に有機化合物複合体とすることにより親油性粘
土として用いることもできる。また、焼成により
セラミツク化してセンサー、電磁遮蔽剤、半導体
材料などの原料としても有用である。 次に実施例をあげて説明する。 実施例 1 1のビーカーに水400mlを入れ、3号水ガラ
ス(SiO2 28%、Na2O 9%、モル比3.22)
86gを溶解し、16規定硝酸23mlを攪拌しながら一
度に加えてケイ酸溶液を得る。次に水100mlに塩
化マグネシウム一級試薬(純度98%)28gおよび
塩化コバルト六水和物特級試薬(純度99%)
32.1gを溶解した溶液をケイ酸溶液に加えて調整
したケイ酸−コバルト塩−マグネシウム塩均質混
合溶液を2規定水酸化ナトリウム溶液400ml中に
攪拌しながら5分間で滴下する。直ちに得られた
反応均質複合沈澱物を濾過し、充分に水洗した
後、水酸化リチウム一水和物特級試薬(純度98
%)1.47gを溶解した水溶液30mlを加えてスラリ
ー状とし、オートクレーブに移す。15.9Kg/cm2
200℃で2時間反応させる。冷却後、反応生成物
をとりだし、80℃で乾燥した後、擂潰機にて粉砕
する。 本品はMとしてコバルトを含有し、a=2.7,
b=0.7,c=0に相当し、交換性陽イオンとし
てナトリウムを含み、その陽イオン交換容量は86
ミリ当量/100gであつた。X線粉末回折図は3
−八面体方スメクタイトであるヘクトライトに類
似したパターンを示すが、全体的にはピークはブ
ロードであり、(35,06)反射ピークのd値は
1.522Åであつた。粉末の色調は淡紫色であり、
2%水系分散液は淡紫色の半透明の固体ゲルを形
成し、極めて強いクチソトロピー性を示した。 実施例 2 原料物質の仕込量を次の通りとして実施例1と
同様に操作した。 3号水ガラス 86g 塩化コバルト六水和物特級試薬 64g 水酸化リチウム一水和物特級試薬 1.5g 得られた製品は紫色を呈し、Mとしてコバルト
を含有し、a=0,b=0.7,c=0に相当し、
交換性陽イオンはナトリウムで陽イオン交換容量
は72ミリ当量/100gであつた。X線粉末回折図
は実施例1の本発明製品のパターンに類似してお
り、(35,06)反射ピークのd値は1.527Åであつ
た。2%水系分散液は紫色の半透明のチクソトロ
ピツクなゲルを形成した。 実施例1および実施例2で得られた本発明製品
と純モンモリロナイト製品のクニピアFおよび水
系分散剤として市販されている合成ナトリウム型
四ケイ素雲母製品を用いて2.5%水系分散液を調
整し、その流動学適性質を回転粘度計である
Fann VGメーターで測定した結果を表に示す。
[C] Here, M + is a monovalent exchangeable cation that exists between the layers. Hectorite belongs to the tri-octahedral smectites, with silicon located in the tetrahedral layer and magnesium in the octahedral layer. It is thought that the layer charge of hectorite is generated when part of the divalent magnesium in the octahedral layer is replaced with monovalent lithium, and cations are formed between the layers to electrically balance the negative charge. Contains. In the synthetic swellable silicate of the present invention represented by the general formula (), all or part of the magnesium in the octahedral layer in the general formula () is cobalt, nickel, zinc, copper, iron, manganese, lead, or cadmium. There are also structures in which the hydroxyl groups are substituted with divalent heavy metals, or in which some or all of the hydroxyl groups are substituted with fluorine. Such hectorite-type smectites containing large amounts of heavy metals are hardly known in nature, and the synthetic swellable silicate of the present invention is considered to be a new smectite. In the synthetic swellable silicate of the present invention, the layer charge is 2 in the octahedral layer.
It is thought to be generated by the substitution of valent heavy metals or magnesium with monovalent lithium, ()
It can be inferred that it has a structure similar to hectorite shown by the formula. The total amount of heavy metals, magnesium and lithium in the octahedral layer in the synthetic swellable silicate of the present invention is structurally 6 as shown in the general formula ().
However, as long as the preparation composition has a value of around 6, the present invention can be achieved even if the total amount is made slightly larger or smaller, and the value is 5.
A range of 7 to 7 is acceptable. If more lithium is added than necessary, the lithium that cannot fit into the octahedral layer may be incorporated into the structure as exchangeable cations. A method for achieving the present invention will be described below. The method for producing a synthetic swellable silicate of the present invention consists of the following steps. First, a homogeneous composite precipitate containing silicon, divalent heavy metals, and optionally magnesium is prepared, and second, this homogeneous composite precipitate is mixed with water, lithium ions, and exchangeable cations or fluorine ions if necessary. is added to form a starting material slurry, thirdly, the slurry is subjected to a hydrothermal reaction to produce a synthetic swellable silicate, and fourthly, this hydrothermally reacted product is dried and pulverized to produce the product of the present invention. can be obtained. In the first step, a homogeneous solution obtained by mixing silicic acid, a divalent heavy metal salt, and if necessary, a magnesium salt is precipitated with an alkaline solution, and by-product solutes are removed by filtration and water washing to obtain a homogeneous composite precipitate. be adjusted. A homogeneous solution containing silicic acid and a divalent heavy metal salt and, if necessary, a magnesium salt can be prepared by mixing the silicic acid solution and a divalent heavy metal salt aqueous solution and adding an aqueous magnesium salt solution if necessary, or by directly adding divalent heavy metal salt to the silicic acid solution. Obtained by dissolving a heavy metal salt and, if necessary, a magnesium salt. The mixing ratio of silicic acid, divalent heavy metal salt, and magnesium salt is determined by selecting the values of a and b within a range that satisfies the general formula (). The value of b is between 0 and 2, but usually preferred values are between 0.5 and 2.
It is between 1.0. The synthetic swellable silicate of the present invention is produced even when a=0 and no magnesium is contained. By determining the values of a and b, the value of divalent heavy metal is given by 6-a-b. It is preferable that the charging composition satisfies the general formula (),
The synthetic swellable silicate of the present invention can be produced even if the values of the amount of divalent heavy metals, the amount of magnesium (a), and the amount of lithium (b) are slightly varied from the calculated values,
A total metric of the above three values is allowed between 5 and 7. Silicic acid solution is made by mixing sodium silicate and mineral acid,
Obtained by making the pH of the liquid acidic. As the sodium silicate, any of commercially available No. 1 to No. 4 water glass and sodium metasilicate can be used. Nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, etc. are used as mineral acids. When mixing sodium silicate and mineral acid,
If the amount of mineral acid is small, gelation often occurs, so it is necessary to select the ratio of sodium silicate and mineral acid so that the pH of the liquid is 5 or less. Divalent heavy metal salts are cobalt,
You can choose from chlorides, sulfates, nitrates, etc. of nickel, zinc, copper, iron, manganese, lead, cadmium, etc. As long as the value satisfies the composition of the general formula (), not only one type of heavy metal but also any combination of two or more types can be selected, and the composition can be designed according to the application. If necessary, it is also possible to add a magnesium salt, which can be selected from magnesium chloride, magnesium sulfate, magnesium nitrate, and the like. Next, a homogeneous solution containing silicic acid and a divalent heavy metal salt or, if necessary, a magnesium salt, and an alkaline solution are mixed at room temperature to obtain a homogeneous composite precipitate. As the alkaline solution, sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution, aqueous ammonia, etc. are used. It is desirable to select the amount of alkaline solution such that the pH after mixing is 10 or higher. When the above-mentioned homogeneous solution and alkaline solution are mixed, the homogeneous solution may be dropped into the alkaline solution to cause precipitation, or the reverse order may be used. A homogeneous composite precipitate can also be obtained by instantaneously mixing both liquids. Stirring is not particularly required during mixing, but stirring is absolutely prohibited. Next, filtration and washing with water are repeated to sufficiently remove by-product electrolytes. These homogeneous composite precipitates containing heavy metals already have a low-crystalline smectite-like structure as determined by X-ray powder diffraction, and therefore, in the third step, hydrothermal treatment at a relatively low temperature and for a short period of time is effective. It is presumed that the synthetic swellable silicate of the present invention having the characteristics is produced. Furthermore, since the homogeneous composite precipitate often incorporates cations during precipitation, it is not necessary to particularly add exchangeable cations in the second step. The starting material slurry for the second step is prepared by adding a lithium hydroxide aqueous solution and, if necessary, a cationic hydroxide, fluoride, or a mixed aqueous solution thereof to the homogeneous composite precipitate obtained in the first step. Adjusted by adding hydrogen acid. For the hydrothermal reaction in the third step, the starting material composition slurry obtained in the second step is charged into an autoclave.
The reaction is carried out at a temperature of 100°C to 350°C to form the synthetic swellable silicate of the present invention. Although stirring is not particularly required during the reaction, stirring is absolutely prohibited. In general, the higher the reaction temperature, the faster the reaction rate, and the longer the reaction time, the better the crystal formation, but at a reaction temperature of 200°C and a reaction pressure of 15.9 kg/cm 2 , a reaction time of 2 hours is sufficient. In the fourth step, after the completion of the hydrothermal reaction in the third step, the contents of the autoclave are taken out and heated to a temperature above 60℃.
The final product is obtained by drying at a temperature below 200°C and grinding. The novel synthetic swellable silicate produced by carrying out the present invention was determined by X-ray diffraction, differential thermal analysis, infrared absorption spectrum, chemical analysis, cation exchange capacity (CEC), viscosity properties, etc. can be evaluated. The novel synthetic swellable silicate of the present invention is Cu-Kα
It can be seen that the diffraction angle (2θ) when using a line normally appears between 60.3 degrees and 61.2 degrees for (35,06) of the (hk) reflection, indicating that it is a 3-octahedral smectite. The X-ray diffraction pattern is similar to that of hectorite, but the peaks are generally somewhat broader in many cases. Usually 60~ in aqueous solution
It exhibits a high cation exchange capacity of 120 milliequivalents/100g, or exhibits excellent swelling and dispersibility in water, produces a colored aqueous sol or gel corresponding to the type of heavy metal, and has thixotropic properties. It is extremely useful as an additive for water-soluble paints, ceramic raw materials, catalysts, etc., slurry stabilizers, thickeners, binders, suspension stabilizers, thixotropy imparting agents, etc. Since the novel synthetic swellable silicate of the present invention essentially contains divalent heavy metals, it can be used for purposes such as sterilization, antibacterial, and disinfection. In addition, since the structure contains heavy metals, the catalyst
It is useful as a catalyst carrier, and can also form interlayer complexes with various metal polynuclear hydroxide ions and be used as new catalysts, catalyst carriers, adsorbents, etc.
Furthermore, it can also be used as a lipophilic clay by forming an organic compound composite. It is also useful as a raw material for sensors, electromagnetic shielding agents, semiconductor materials, etc. by turning it into ceramics by firing. Next, an example will be given and explained. Example 1 Put 400 ml of water into the beaker from 1 and add a No. 3 water glass (SiO 2 28%, Na 2 O 9%, molar ratio 3.22).
Dissolve 86 g and add 23 ml of 16N nitric acid at once while stirring to obtain a silicic acid solution. Next, add 28 g of magnesium chloride first grade reagent (98% purity) and cobalt chloride hexahydrate special grade reagent (99% purity) to 100 ml of water.
A homogeneous mixed solution of silicic acid-cobalt salt-magnesium salt prepared by adding 32.1 g of dissolved solution to the silicic acid solution was added dropwise to 400 ml of 2N sodium hydroxide solution over 5 minutes with stirring. The reaction homogeneous composite precipitate immediately obtained was filtered, thoroughly washed with water, and treated with lithium hydroxide monohydrate special grade reagent (purity 98
Add 30 ml of an aqueous solution containing 1.47 g of %) to form a slurry, and transfer to an autoclave. 15.9Kg/ cm2 ,
React at 200°C for 2 hours. After cooling, the reaction product is taken out, dried at 80°C, and then crushed using a grinder. This product contains cobalt as M, a=2.7,
It corresponds to b = 0.7, c = 0, contains sodium as an exchangeable cation, and its cation exchange capacity is 86
It was milliequivalent/100g. The X-ray powder diffraction pattern is 3
-It shows a pattern similar to hectorite, which is an octahedral smectite, but the overall peak is broad, and the d value of the (35,06) reflection peak is
It was 1.522 Å. The color of the powder is light purple;
The 2% aqueous dispersion formed a pale purple translucent solid gel and exhibited extremely strong cutisotropy. Example 2 The same procedure as in Example 1 was carried out except that the amounts of raw materials charged were as follows. No. 3 water glass 86g Cobalt chloride hexahydrate special grade reagent 64g Lithium hydroxide monohydrate special grade reagent 1.5g The obtained product has a purple color and contains cobalt as M, a=0, b=0.7, c =0,
The exchangeable cation was sodium, and the cation exchange capacity was 72 meq/100g. The X-ray powder diffraction pattern was similar to the pattern of the inventive product of Example 1, and the d value of the (35,06) reflection peak was 1.527 Å. The 2% aqueous dispersion formed a purple translucent thixotropic gel. A 2.5% aqueous dispersion was prepared using the products of the present invention obtained in Examples 1 and 2, the pure montmorillonite product Knipia F, and a commercially available synthetic sodium tetrasilicon mica product as an aqueous dispersant. Rheological properties are rotational viscometer
The results measured with a Fann VG meter are shown in the table.

【表】 表から明らかなごとく、実施例1および実施例
2で得られたコバルトを含む本発明製品の水系分
散液は市販の純モンモリロナイト製品クニピアF
および合成ナトリウム型四ケイ素雲母製品の水系
分散液と比較して、極めて高い粘度、降伏値およ
びゲル強度を有し、チクソトロピー性が強く、水
系に対するゲル化剤として優れた性能を有するこ
とがわかる。 実施例 3 原料物質の仕込量を次の通りとして実施例1と
同様に操作した。 3号水ガラス 86g 塩化ニツケル()六水和物特級試薬(純度98
%) 64.1g 水酸化リチウム一水和物特級試薬 1.26g 10%フツ化水素酸溶液 10ml 得られた製品は淡緑色を呈し、Mとしてニツケ
ルを含有し、a=0,b=0.6,c=1に相当し、
交換性陽イオンとしてナトリウムを含み、陽イオ
ン交換容量は72ミリ当量/100gであつた。X線
粉末回折図は実施例1の本発明製品のパターンに
類似しており、(35,06)反射ピークのd値は
1.522Åであつた。2%水系分散液はチクソトロ
ピー性の淡緑色の半透明固体ゲルを形成した。
Fann VGメーターで測定した2.5%水系分散液の
流動学的性質は次の通りで、見掛粘度(600rpm)
=8cp、見掛粘度(6rpm)=150cp、塑性粘度=
4cp、降伏値=7lb/100ft2、10秒後ゲル強度=
4lb/100ft2および10分後ゲル強度=32lb/100ft2
であつた。 実施例 4 原料物質の仕込量を次の通りとして実施例1と
同様に操作した。 3号水ガラス 86g 塩化マグネシウム六水和物一級試薬 42g 硝酸亜鉛六水和物特級試薬(純度99%) 20g 水酸化リチウム一水和物特級試薬 1.47g 得られた製品は純白を呈し、Mとして亜鉛を含
有し、a=4.05,b=0.7,c=0に相当し、交
換性陽イオンとしてナトリウムを含み、陽イオン
交換容量は80ミリ当量/100gであつた。X線粉
末回折図は実施例1の本発明製品のパターンに類
似しており、(35,06)反射ピークのd値は1.523
Åであつた。2%水系分散液はチクソトロピー性
のある白色の半透明固体ゲルを形成した。Fann
VGメーターで測定した2.5%水系分散液の流動学
的性質は次の通りで、見掛粘度(600rpm)=
10cp、見掛粘度(6rpm)=150cp、塑性粘度=
6cp、降伏値=7lb/100ft2、10秒後ゲル強度=
4lb/100ft2および10分後ゲル強度=41lb/100ft2
であつた。 実施例 5 原料物質の仕込量を次の通りとして実施例1と
同様に操作した。 3号水ガラス 86g 塩化マグネシウム六水和物一級試薬 54g 水酸化第1鉄七水和物特級試薬(純度99%)
2.8g 水酸化リチウム一水和物特級試薬 1.47g 得られた製品は淡い肌色を呈した白色で、Mと
して鉄を含有し、a=5.2,b=0.7,c=0に相
当し、交換性陽イオンとしてナトリウムを含有し
陽イオン交換容量は98ミリ当量/100gであつた。
X線粉末回折図は実施例1の本発明製品のパター
ンに類似しており、(35,06)反射ピークのd値
は1.524Åであつた。2%水系分散液はチクソト
ロピー性のわずかに淡い肌色を呈した透明の固体
ゲルを形成した。Fann VGメーターで測定した
2.5%水系分散液の流動学的性質は次の通りで、
見掛粘度(600ppm)=14cp、見掛粘度(6ppm)
=500cp、塑性粘度=7cp、降伏値=13lb/
100ft2、10秒後ゲル強度=10lb/100ft2および10
分後ゲル強度=53lb/100ft2であつた。 実施例 6 原料物質の仕込量を次の通りとして実施例1と
同様に操作した。 3号水ガラス 86g 塩化マグネシウム六水和物一級試薬 42g 塩化第2銅二水和物特級試薬(純度99%)
11.6g 水酸化リチウム一水和物特級試薬 1.47g 得られた製品は灰色を呈し、Mとして銅を含有
し、a=4.05,b=0.7,c=0に相当し、交換
性陽イオンとしてナトリウムを含有し陽イオン交
換容量は76ミリ当量/100gであつた。X線粉末
回折図は実施例1の本発明製品のパターンに類似
しており、(35,06)反射ピークのd値は1.518Å
であつた。Fann VGメーターで測定した2.5%水
系分散液の流動学的性質は次の通りで見掛粘度
(600ppm)=14cp、見掛粘度(6ppm)=350cp、
塑性粘度=7cp、降伏値=13lb/100ft2、10秒後
ゲル強度=8lb/100ft2および10分後ゲル強度=
53lb/100ft2であつた。
[Table] As is clear from the table, the aqueous dispersion of the product of the present invention containing cobalt obtained in Example 1 and Example 2 is the commercially available pure montmorillonite product Knipia F.
It can be seen that it has extremely high viscosity, yield value, and gel strength, has strong thixotropy, and has excellent performance as a gelling agent for aqueous systems, compared to aqueous dispersions of synthetic sodium tetrasilicon mica products. Example 3 The same procedure as in Example 1 was carried out except that the amount of raw materials charged was as follows. No. 3 water glass 86g Nickel chloride () hexahydrate special grade reagent (purity 98
%) 64.1g Lithium hydroxide monohydrate special grade reagent 1.26g 10% hydrofluoric acid solution 10ml The obtained product has a pale green color and contains nickel as M, a=0, b=0.6, c= corresponds to 1,
It contained sodium as an exchangeable cation, and the cation exchange capacity was 72 meq/100g. The X-ray powder diffraction pattern is similar to the pattern of the inventive product in Example 1, and the d value of the (35,06) reflection peak is
It was 1.522 Å. The 2% aqueous dispersion formed a thixotropic pale green translucent solid gel.
The rheological properties of the 2.5% aqueous dispersion measured with a Fann VG meter were as follows: apparent viscosity (600 rpm)
= 8 cp, apparent viscosity (6 rpm) = 150 cp, plastic viscosity =
4cp, yield value = 7lb/100ft 2 , gel strength after 10 seconds =
4lb/100ft 2 and gel strength after 10 minutes = 32lb/100ft 2
It was hot. Example 4 The same procedure as in Example 1 was carried out except that the amount of raw materials charged was as follows. No. 3 water glass 86g Magnesium chloride hexahydrate first-class reagent 42g Zinc nitrate hexahydrate special-grade reagent (99% purity) 20g Lithium hydroxide monohydrate special-grade reagent 1.47g The obtained product was pure white and was designated as M. It contained zinc, corresponding to a = 4.05, b = 0.7, c = 0, contained sodium as an exchangeable cation, and had a cation exchange capacity of 80 meq/100g. The X-ray powder diffraction pattern is similar to the pattern of the inventive product in Example 1, and the d value of the (35,06) reflection peak is 1.523.
It was Å. The 2% aqueous dispersion formed a white translucent solid gel with thixotropic properties. Fann
The rheological properties of the 2.5% aqueous dispersion measured with a VG meter are as follows: Apparent viscosity (600 rpm) =
10cp, apparent viscosity (6rpm) = 150cp, plastic viscosity =
6cp, yield value = 7lb/100ft 2 , gel strength after 10 seconds =
4lb/100ft 2 and gel strength after 10 minutes = 41lb/100ft 2
It was hot. Example 5 The same procedure as in Example 1 was carried out except that the amount of raw materials charged was as follows. No. 3 water glass 86g Magnesium chloride hexahydrate first-class reagent 54g Ferrous hydroxide heptahydrate special-grade reagent (99% purity)
2.8g Lithium hydroxide monohydrate special grade reagent 1.47g The obtained product is white with a pale skin color, contains iron as M, corresponds to a = 5.2, b = 0.7, c = 0, and has good exchangeability. It contained sodium as a cation and had a cation exchange capacity of 98 meq/100g.
The X-ray powder diffraction pattern was similar to the pattern of the inventive product of Example 1, and the d value of the (35,06) reflection peak was 1.524 Å. The 2% aqueous dispersion formed a transparent solid gel with a thixotropic, slightly pale flesh color. Measured with Fann VG meter
The rheological properties of the 2.5% aqueous dispersion are as follows:
Apparent viscosity (600ppm) = 14cp, apparent viscosity (6ppm)
= 500cp, plastic viscosity = 7cp, yield value = 13lb/
100ft 2 , gel strength after 10 seconds = 10lb/100ft 2 and 10
Gel strength after minutes was 53 lb/100 ft 2 . Example 6 The same procedure as in Example 1 was conducted except that the amount of raw materials charged was as follows. No. 3 water glass 86g Magnesium chloride hexahydrate first-class reagent 42g Cupric chloride dihydrate special-grade reagent (99% purity)
11.6g Lithium hydroxide monohydrate special grade reagent 1.47g The obtained product has a gray color and contains copper as M, corresponding to a=4.05, b=0.7, c=0, and sodium as an exchangeable cation. The cation exchange capacity was 76 meq/100g. The X-ray powder diffraction pattern is similar to the pattern of the inventive product in Example 1, and the d value of the (35,06) reflection peak is 1.518 Å.
It was hot. The rheological properties of the 2.5% aqueous dispersion measured with a Fann VG meter are as follows: apparent viscosity (600 ppm) = 14 cp, apparent viscosity (6 ppm) = 350 cp,
Plastic viscosity = 7cp, yield value = 13lb/100ft 2 , gel strength after 10 seconds = 8lb/100ft 2 and gel strength after 10 minutes =
It was 53lb/100ft 2 .

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 一般式 〔Si8(M6-a-bMgaLib)O20(OH)4-cFcb-・Ay+ b/y (式中のa,b,cおよびyの値は0≦a<
6,0<b≦2,0≦c≦4および1≦y≦2と
し、MはCo,Ni,Zn,Cu,Fe,Mn,Pb,Cd
など2価重金属イオンから選んだ少なくとも1個
の2価重金属イオンであり、またAはアルカリ金
属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウ
ムイオンおよびアルキルアンモニウムイオンから
なる群から選んだ少なくとも1個の陽イオンであ
る)で表されるヘクトライト型スメクタイトに類
似した構造を有する合成膨潤性ケイ酸塩。 2 一般式 〔Si8(M6-a-bMgaLib)O20(OH)4-cFcb-・Ay+ b/y (式中のa,b,cおよびyの値は0≦a<
6,0<b≦2,0≦c≦4および1≦y≦2と
し、MはCo,Ni,Zn,Cu,Fe,Mn,Pb,Cd
など2価重金属イオンから選んだ少なくとも1個
の2価重金属イオンであり、またAはアルカリ金
属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウ
ムイオンおよびアルキルアンモニウムイオンから
なる群から選んだ少なくとも1個の陽イオンであ
る)で表されるヘクトライト型スメクタイトに類
似した構造を有する合成膨潤性ケイ酸塩を合成す
るにあたり、一般式の組成を満足するケイ酸塩、
2価重金属塩およびマグネシウム塩の均質混合液
とアルカリ溶液より均質複合沈澱物を調製し、副
生溶解質を除去した後、上記組成を満足する量の
リチウムイオンおよび要すれば陽イオンとフツ素
イオンを添加して得たスラリーをオートクレーブ
に移し、100℃ないし350℃の条件下で水熱反応を
行い、次いで反応生成物を乾燥・粉砕することを
特徴とする一般式で示される合成膨潤性ケイ酸塩
の製造方法。
[Claims] 1 General formula [Si 8 (M 6-ab Mg a Li b ) O 20 (OH) 4-c F c ] b-・A y+ b/y (a, b, c in the formula and the value of y is 0≦a<
6,0<b≦2,0≦c≦4 and 1≦y≦2, M is Co, Ni, Zn, Cu, Fe, Mn, Pb, Cd
At least one divalent heavy metal ion selected from divalent heavy metal ions such as A is at least one cation selected from the group consisting of alkali metal ions, alkaline earth metal ions, ammonium ions, and alkylammonium ions. A synthetic swellable silicate with a structure similar to hectorite-type smectite. 2 General formula [Si 8 (M 6-ab Mg a Li b ) O 20 (OH) 4-c F c ] b-・A y+ b/y (The values of a, b, c and y in the formula are 0 ≦a<
6,0<b≦2,0≦c≦4 and 1≦y≦2, M is Co, Ni, Zn, Cu, Fe, Mn, Pb, Cd
At least one divalent heavy metal ion selected from divalent heavy metal ions such as A is at least one cation selected from the group consisting of alkali metal ions, alkaline earth metal ions, ammonium ions, and alkylammonium ions. In order to synthesize a synthetic swellable silicate having a structure similar to the hectorite-type smectite represented by
A homogeneous composite precipitate is prepared from a homogeneous mixture of divalent heavy metal salts and magnesium salts and an alkaline solution, and after removing by-product solutes, lithium ions and, if necessary, cations and fluorine, are added in an amount that satisfies the above composition. Synthetic swelling property represented by the general formula characterized by transferring the slurry obtained by adding ions to an autoclave, performing a hydrothermal reaction under conditions of 100°C to 350°C, and then drying and pulverizing the reaction product. Method for producing silicates.
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