ホウ珪酸粉末およびその製造法
【課題】 解決しようとする問題点は、従来固体のホウ珪酸ガラス抹に酸を作用させる工程をホウ珪酸ナトリウム水溶液に酸を作用させ脱塩することでエネルギー負荷の少ない工程でホウ珪酸粉末を提供する点にある。
【解決手段】本発明は、ホウ珪酸ナトリウム水溶液に無機酸（硫酸、硝酸、塩酸、リン酸など）あるいは有機酸（シュウ酸、酢酸、ギ酸など）を作用させ溶液のｐＨを３〜１０好ましくはほぼ中性のｐＨ５〜９にする。用いる酸は有機無機何れでも良く、ｐＨをほぼ中性にすることにより水溶液をゲル化させることにある。発生するゲルを破砕して水に分散させたものを水に対し脱塩し、水相の塩濃度を０．１％未満にする。脱塩工程は膜を使用して発生する沈殿物を洗浄しても良く、また遠心分離機を用いて固液分離を繰り返し洗浄脱塩しても良い。このようにして得られる沈降物をろ別して乾燥するとホウ珪酸化合物の粉末が得られる。乾燥には送風しながらの加熱乾燥やスプレードライヤーなどに沈殿物の懸濁液を直接かけて乾燥粉末を得ても良い。さらには、ホウ珪酸ナトリウム水溶液を先にスプレードライヤーなどで乾燥粉末にし、この物に上記記述と同様に酸を作用させて脱塩してもホウ珪酸化合物の粉末が得られる。
【解決手段】本発明は、ホウ珪酸ナトリウム水溶液に無機酸（硫酸、硝酸、塩酸、リン酸など）あるいは有機酸（シュウ酸、酢酸、ギ酸など）を作用させ溶液のｐＨを３〜１０好ましくはほぼ中性のｐＨ５〜９にする。用いる酸は有機無機何れでも良く、ｐＨをほぼ中性にすることにより水溶液をゲル化させることにある。発生するゲルを破砕して水に分散させたものを水に対し脱塩し、水相の塩濃度を０．１％未満にする。脱塩工程は膜を使用して発生する沈殿物を洗浄しても良く、また遠心分離機を用いて固液分離を繰り返し洗浄脱塩しても良い。このようにして得られる沈降物をろ別して乾燥するとホウ珪酸化合物の粉末が得られる。乾燥には送風しながらの加熱乾燥やスプレードライヤーなどに沈殿物の懸濁液を直接かけて乾燥粉末を得ても良い。さらには、ホウ珪酸ナトリウム水溶液を先にスプレードライヤーなどで乾燥粉末にし、この物に上記記述と同様に酸を作用させて脱塩してもホウ珪酸化合物の粉末が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機材料であるホウ珪酸粉末の製造法およびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホウ珪酸ガラスはホウ酸とケイ酸とを主成分として含むガラスの一種である。ガラスの基本的組成はＮａ２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系でこの組成を基本として、使用目的に応じた組成が開発されている。熱やショックに強いホウ珪酸ガラスにはＢ２Ｏ３が含まれている。ガラスの一般的製法は原料配合→溶融→成形→徐冷→加工であり、その主たる原料はケイ砂ＳｉＯ２，ソーダ灰Ｎａ２ＣＯ３、石灰石ＣａＣＯ３、鉛丹Ｐｂ３Ｏ４、ホウ酸Ｂ２Ｏ３、ホウ砂Ｎａ２Ｂ２Ｏ７などである。これらの原料を７００℃以上に加熱し、溶融してガラスとする。
【０００３】
ガラスの強度は基本物質である珪素と酸素との架橋性に依存していると考えられており、珪酸以外の他の酸化物が混在するとその酸化物を取り込んだ珪酸の網目構造が取られ安定化すると考えられている。特にホウ酸も珪酸と同様に網目構造をとる物質であり、珪酸とホウ酸が適度な割合で混合溶融されると強度の強いホウ珪酸ガラスが得られる。このためには原料となる珪酸ソーダやホウ砂は７００℃以上に高温加熱して溶融され均一混合される。ガラスはその性質上非常に粘度が高く、温度の上昇とともにその粘度は低下して流動化する。そのため、異なる固体物質を溶融してほぼ均一に混合する為には非常に高温に加熱する必要がある。Ｎａ２ＳｉＯ３の融点は１０８８℃であり、Ｎａ２Ｂ２Ｏ４の融点は９６６℃（常用化学常数表、廣川書店、１９６３）である。これらの化合物を均一に溶融するには融点付近までの加熱が必要である事が容易に推測される。
【０００４】
ホウ珪酸ガラスを細かに砕き、酸を用いて多孔質化したものはバイコール型ホウ珪酸ガラスとして知られている。この際ホウ珪酸ガラス中に異なる無機化合物を含めたガラスを作製して、酸処理により多孔質ガラスを作製することにより異なる性質のバイコール型ホウ珪酸ガラスを作ることが出来る。バイコール型ホウ珪酸ガラスは特殊ガラスとして知られており、電極膜や光学的用途さらには生化学的用途と広範囲に利用されている。これらはいずれも固体のガラスを処理することにより作成している。
【０００５】
水ガラスは珪酸ナトリウムの濃厚水溶液であり、一般に無機接着剤や土壌改良剤、洗剤、撥水剤などと広範囲に利用されている。水ガラスは水と任意に混合する事が出来る。珪酸ナトリウムは日本工業規格に収載されており（日本工業規格、Ｋ１４０８）、水あめ状の１号、２号、３号及び固形のメタ珪酸ナトリウムに分類規定されている。ホウ砂は水に可溶な結晶で、加温する事により水への溶解度を増す事が出来る。ホウ砂は日本薬局方に収載されており、工業的にも多方面で使用されている。
【０００６】
水ガラスを加熱すると水が沸騰するとともに水ガラスは泡立ち発泡体となる。この時点では水ガラスは単に水分を失って珪酸ナトリウムに成ったのである。したがって、水ガラスその物を接着剤として用いると乾燥した状態では接着機能を果たしているが、水や湿気に接触すると乾燥したはずの水ガラスは再度水に溶解して接着性能を失う。
【０００７】
珪酸ナトリウム水溶液とホウ砂よりホウ珪酸ナトリウム水溶液を作成し、強熱することによりこのホウ珪酸ナトリウム水溶液は発泡するが水ガラスと異なり、充分強熱した（５５０℃以上）発泡体は水に接触しても溶解することがないことを見出した。このホウ珪酸ナトリウム水溶液はスプレードライヤーなどを用いて乾燥させることによりホウ珪酸ナトリウムの粉末を与える。この粉末を加熱すると発泡してホウ珪酸ガラスを与える。このホウ珪酸ガラスの製法は従来法とは異なり、固体溶融ではなく水溶液から作成するものである。
【特許文献１】特開２００７−２８４３２５
【０００８】
シリカは工業的に、例えば研磨剤、帯電防止剤、流動化助剤、インク吸収剤、印刷補助剤、沈降防止剤、艶消し剤、接着剤、シリコーンゴム物性向上剤、電気絶縁材、難燃剤等、多方面で用いられている。シリカの製造法としては大きくは乾式法と湿式法の２種類の方法が取られている。乾式法には四塩化ケイ素を酸素・水素炎中で燃焼させる燃焼法と金属シリコン製造時の副生物を利用するなどがあり、湿式法にはケイ酸ナトリウムを鉱酸で中和する沈殿法やゲル法とアルコキシシランを加水分解するゾルゲル法などがある。
【特許文献２】特開昭５９−５４６３２
【特許文献３】特開平１１−１１９３１
【特許文献４】特開２００６−０７６８６６
バイコール型ホウ珪酸の用途はガラス電極など広範囲におよび多いのでその容易な作製法が求められていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、従来固体のホウ珪酸ガラス抹に酸を作用させる工程をホウ珪酸ナトリウム水溶液に酸を作用させ脱塩することでエネルギー負荷の少ない工程でホウ珪酸粉を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ホウ珪酸ナトリウム水溶液に無機酸（硫酸、硝酸、塩酸、リン酸など）あるいは有機酸（シュウ酸、酢酸、ギ酸など）を作用させ溶液のｐＨを３〜１０好ましくはｐＨ５〜９のほぼ中性にする。用いる酸は有機無機何れでも良く、ｐＨほぼ中性にすることにより水溶液をゲル化させることが出来る。発生するゲルを破砕して水に分散させたものを水に対し脱塩し、水相の塩濃度を０．１％未満にする。脱塩工程は膜を使用して発生する沈殿物を洗浄しても良く、また遠心分離機を用いて固液分離を繰り返し洗浄脱塩しても良い。このようにして得られる沈降物をろ別して乾燥するとホウ珪酸の粉末が得られる。乾燥には送風しながらの加熱乾燥やスプレードライヤーなどに沈殿物の懸濁液を直接かけて乾燥粉末を得ても良い。
【００１１】
ホウ珪酸粉末を可燃性の樹脂に１０〜３０％添加すると自己消火することを見出した。ホウ珪酸粉末のほかに難燃助剤例えば水酸化マグネシウムや水酸化アルミニウムなどを可燃性樹脂に加えると着火しないことを見出した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、ホウ珪酸ナトリウム水溶液からホウ珪酸粉末を製造するエネルギー負荷の少ない製造方法を提供する。ホウ珪酸粉末の提供は難燃剤のみならず新しい素材として期待が持たれる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれにより何ら限定される物ではない。
【実施例１】
【００１４】
ホウ珪酸ナトリウム水溶液１０．２ｇを電子レンジで５００Ｗ５分間処理して発砲体４．８ｇを得た。発泡体を乳鉢で粉砕し、粉末に８．５％リン酸を加えｐＨ７とした後、ろ過水洗乾燥してホウ珪酸粉末を３．１ｇ得た。
【実施例２】
【００１５】
ホウ珪酸ナトリウム水溶液１ｋｇに３０％硫酸を徐々に加えｐＨを６とた。ゲル中に発生する硫酸ナトリウム塩を水洗により塩濃度が０．１％未満まで除去した後、乾燥させてホウ珪酸の粉末を０．５ｋｇ得た。この粉末の粒径は３〜１２００μｍであった。その嵩密度は０．４９であった。
【実施例３】
【００１６】
ホウ珪酸ナトリウム水溶液１ｋｇに３５％塩酸を徐々に加えｐＨを３とした。発生したゲルを破砕し水で脱塩してゲル中の塩化ナトリウムを水相の塩濃度が０．１％未満まで除去し、ビーズミルを用いて更に粉砕して粒径０．１〜３μｍのホウ珪酸粉末を乾燥重量で０．３５ｋｇ得た。
【実施例４】
【００１７】
ホウ珪酸ナトリウム水溶液から得たホウ珪酸粉末４５ｇをエポキシ樹脂１００ｇに混和して加熱作成した樹脂は着火せず難燃性を持っていた。
【実施例５】
【００１８】
ホウ珪酸ナトリウム水溶液から得たホウ珪酸粉末４５ｇをポリエステルアクリレート樹脂１００ｇに混和して加熱作成した樹脂は着火せず難燃性を持っていた。
【実施例６】
【００１９】
ホウ珪酸粉末１５ｇ水酸化マグネシウム１５ｇおよび水酸化アルミニウム１５ｇを混合した粉体を脂環式ジアミン硬化エポキシ樹脂原料に添加し硬化した樹脂は着火しなかった。
【実施例７】
【００２０】
ホウ珪酸ナトリウム水溶液１ｋｇをスプレードライヤーにかけ球状粉末０．５ｋｇを得た。この粉末を２．５％硫酸液にサスペンド攪拌しｐＨ４として沈殿物を得た。この沈殿物を脱塩乾燥してホウ珪酸末０．４ｋｇを得た。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機材料であるホウ珪酸粉末の製造法およびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホウ珪酸ガラスはホウ酸とケイ酸とを主成分として含むガラスの一種である。ガラスの基本的組成はＮａ２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系でこの組成を基本として、使用目的に応じた組成が開発されている。熱やショックに強いホウ珪酸ガラスにはＢ２Ｏ３が含まれている。ガラスの一般的製法は原料配合→溶融→成形→徐冷→加工であり、その主たる原料はケイ砂ＳｉＯ２，ソーダ灰Ｎａ２ＣＯ３、石灰石ＣａＣＯ３、鉛丹Ｐｂ３Ｏ４、ホウ酸Ｂ２Ｏ３、ホウ砂Ｎａ２Ｂ２Ｏ７などである。これらの原料を７００℃以上に加熱し、溶融してガラスとする。
【０００３】
ガラスの強度は基本物質である珪素と酸素との架橋性に依存していると考えられており、珪酸以外の他の酸化物が混在するとその酸化物を取り込んだ珪酸の網目構造が取られ安定化すると考えられている。特にホウ酸も珪酸と同様に網目構造をとる物質であり、珪酸とホウ酸が適度な割合で混合溶融されると強度の強いホウ珪酸ガラスが得られる。このためには原料となる珪酸ソーダやホウ砂は７００℃以上に高温加熱して溶融され均一混合される。ガラスはその性質上非常に粘度が高く、温度の上昇とともにその粘度は低下して流動化する。そのため、異なる固体物質を溶融してほぼ均一に混合する為には非常に高温に加熱する必要がある。Ｎａ２ＳｉＯ３の融点は１０８８℃であり、Ｎａ２Ｂ２Ｏ４の融点は９６６℃（常用化学常数表、廣川書店、１９６３）である。これらの化合物を均一に溶融するには融点付近までの加熱が必要である事が容易に推測される。
【０００４】
ホウ珪酸ガラスを細かに砕き、酸を用いて多孔質化したものはバイコール型ホウ珪酸ガラスとして知られている。この際ホウ珪酸ガラス中に異なる無機化合物を含めたガラスを作製して、酸処理により多孔質ガラスを作製することにより異なる性質のバイコール型ホウ珪酸ガラスを作ることが出来る。バイコール型ホウ珪酸ガラスは特殊ガラスとして知られており、電極膜や光学的用途さらには生化学的用途と広範囲に利用されている。これらはいずれも固体のガラスを処理することにより作成している。
【０００５】
水ガラスは珪酸ナトリウムの濃厚水溶液であり、一般に無機接着剤や土壌改良剤、洗剤、撥水剤などと広範囲に利用されている。水ガラスは水と任意に混合する事が出来る。珪酸ナトリウムは日本工業規格に収載されており（日本工業規格、Ｋ１４０８）、水あめ状の１号、２号、３号及び固形のメタ珪酸ナトリウムに分類規定されている。ホウ砂は水に可溶な結晶で、加温する事により水への溶解度を増す事が出来る。ホウ砂は日本薬局方に収載されており、工業的にも多方面で使用されている。
【０００６】
水ガラスを加熱すると水が沸騰するとともに水ガラスは泡立ち発泡体となる。この時点では水ガラスは単に水分を失って珪酸ナトリウムに成ったのである。したがって、水ガラスその物を接着剤として用いると乾燥した状態では接着機能を果たしているが、水や湿気に接触すると乾燥したはずの水ガラスは再度水に溶解して接着性能を失う。
【０００７】
珪酸ナトリウム水溶液とホウ砂よりホウ珪酸ナトリウム水溶液を作成し、強熱することによりこのホウ珪酸ナトリウム水溶液は発泡するが水ガラスと異なり、充分強熱した（５５０℃以上）発泡体は水に接触しても溶解することがないことを見出した。このホウ珪酸ナトリウム水溶液はスプレードライヤーなどを用いて乾燥させることによりホウ珪酸ナトリウムの粉末を与える。この粉末を加熱すると発泡してホウ珪酸ガラスを与える。このホウ珪酸ガラスの製法は従来法とは異なり、固体溶融ではなく水溶液から作成するものである。
【特許文献１】特開２００７−２８４３２５
【０００８】
シリカは工業的に、例えば研磨剤、帯電防止剤、流動化助剤、インク吸収剤、印刷補助剤、沈降防止剤、艶消し剤、接着剤、シリコーンゴム物性向上剤、電気絶縁材、難燃剤等、多方面で用いられている。シリカの製造法としては大きくは乾式法と湿式法の２種類の方法が取られている。乾式法には四塩化ケイ素を酸素・水素炎中で燃焼させる燃焼法と金属シリコン製造時の副生物を利用するなどがあり、湿式法にはケイ酸ナトリウムを鉱酸で中和する沈殿法やゲル法とアルコキシシランを加水分解するゾルゲル法などがある。
【特許文献２】特開昭５９−５４６３２
【特許文献３】特開平１１−１１９３１
【特許文献４】特開２００６−０７６８６６
バイコール型ホウ珪酸の用途はガラス電極など広範囲におよび多いのでその容易な作製法が求められていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、従来固体のホウ珪酸ガラス抹に酸を作用させる工程をホウ珪酸ナトリウム水溶液に酸を作用させ脱塩することでエネルギー負荷の少ない工程でホウ珪酸粉を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ホウ珪酸ナトリウム水溶液に無機酸（硫酸、硝酸、塩酸、リン酸など）あるいは有機酸（シュウ酸、酢酸、ギ酸など）を作用させ溶液のｐＨを３〜１０好ましくはｐＨ５〜９のほぼ中性にする。用いる酸は有機無機何れでも良く、ｐＨほぼ中性にすることにより水溶液をゲル化させることが出来る。発生するゲルを破砕して水に分散させたものを水に対し脱塩し、水相の塩濃度を０．１％未満にする。脱塩工程は膜を使用して発生する沈殿物を洗浄しても良く、また遠心分離機を用いて固液分離を繰り返し洗浄脱塩しても良い。このようにして得られる沈降物をろ別して乾燥するとホウ珪酸の粉末が得られる。乾燥には送風しながらの加熱乾燥やスプレードライヤーなどに沈殿物の懸濁液を直接かけて乾燥粉末を得ても良い。
【００１１】
ホウ珪酸粉末を可燃性の樹脂に１０〜３０％添加すると自己消火することを見出した。ホウ珪酸粉末のほかに難燃助剤例えば水酸化マグネシウムや水酸化アルミニウムなどを可燃性樹脂に加えると着火しないことを見出した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、ホウ珪酸ナトリウム水溶液からホウ珪酸粉末を製造するエネルギー負荷の少ない製造方法を提供する。ホウ珪酸粉末の提供は難燃剤のみならず新しい素材として期待が持たれる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれにより何ら限定される物ではない。
【実施例１】
【００１４】
ホウ珪酸ナトリウム水溶液１０．２ｇを電子レンジで５００Ｗ５分間処理して発砲体４．８ｇを得た。発泡体を乳鉢で粉砕し、粉末に８．５％リン酸を加えｐＨ７とした後、ろ過水洗乾燥してホウ珪酸粉末を３．１ｇ得た。
【実施例２】
【００１５】
ホウ珪酸ナトリウム水溶液１ｋｇに３０％硫酸を徐々に加えｐＨを６とた。ゲル中に発生する硫酸ナトリウム塩を水洗により塩濃度が０．１％未満まで除去した後、乾燥させてホウ珪酸の粉末を０．５ｋｇ得た。この粉末の粒径は３〜１２００μｍであった。その嵩密度は０．４９であった。
【実施例３】
【００１６】
ホウ珪酸ナトリウム水溶液１ｋｇに３５％塩酸を徐々に加えｐＨを３とした。発生したゲルを破砕し水で脱塩してゲル中の塩化ナトリウムを水相の塩濃度が０．１％未満まで除去し、ビーズミルを用いて更に粉砕して粒径０．１〜３μｍのホウ珪酸粉末を乾燥重量で０．３５ｋｇ得た。
【実施例４】
【００１７】
ホウ珪酸ナトリウム水溶液から得たホウ珪酸粉末４５ｇをエポキシ樹脂１００ｇに混和して加熱作成した樹脂は着火せず難燃性を持っていた。
【実施例５】
【００１８】
ホウ珪酸ナトリウム水溶液から得たホウ珪酸粉末４５ｇをポリエステルアクリレート樹脂１００ｇに混和して加熱作成した樹脂は着火せず難燃性を持っていた。
【実施例６】
【００１９】
ホウ珪酸粉末１５ｇ水酸化マグネシウム１５ｇおよび水酸化アルミニウム１５ｇを混合した粉体を脂環式ジアミン硬化エポキシ樹脂原料に添加し硬化した樹脂は着火しなかった。
【実施例７】
【００２０】
ホウ珪酸ナトリウム水溶液１ｋｇをスプレードライヤーにかけ球状粉末０．５ｋｇを得た。この粉末を２．５％硫酸液にサスペンド攪拌しｐＨ４として沈殿物を得た。この沈殿物を脱塩乾燥してホウ珪酸末０．４ｋｇを得た。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ珪酸ナトリウム水溶液を酸で中和し脱塩して得られる固形物およびその製造法
【請求項２】
請求項１のホウ珪酸ナトリウム水溶液を乾燥粉末とし酸溶液で中和し脱塩して得られる固形物およびその製造法
【請求項３】
上記請求項を可燃性ポリマーに添加し、難燃性ポリマーを得る方法
【請求項１】
ホウ珪酸ナトリウム水溶液を酸で中和し脱塩して得られる固形物およびその製造法
【請求項２】
請求項１のホウ珪酸ナトリウム水溶液を乾燥粉末とし酸溶液で中和し脱塩して得られる固形物およびその製造法
【請求項３】
上記請求項を可燃性ポリマーに添加し、難燃性ポリマーを得る方法
【公開番号】特開２０１０−２６５１５９（Ｐ２０１０−２６５１５９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３４４６９（Ｐ２００９−１３４４６９）
【出願日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（５０１３３２６８８）株式会社 エー・イー・エル (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（５０１３３２６８８）株式会社 エー・イー・エル (6)
【Ｆターム（参考）】
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