JP2921958B2 - δ型アルカリ金属二珪酸塩の製造方法 - Google Patents

δ型アルカリ金属二珪酸塩の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、δ型アルカリ金属二珪酸塩を安定して製造
する方法に関する。
従来の技術 式Na2Si2O5の結晶性珪酸ナトリウムの種々の結晶変態
のうち、δ型は最高のカチオン交換能を有し、Caイオン
やMgイオンを含む水の軟化に適し、洗剤用ビルダーとし
て好適である(特開昭60−227895号公報参照)。
そして、このようなδ型二珪酸ナトリウムの製造方法
としては、例えばW.Hoffmanらの方法が知られており、S
iO2/Na2O=2モル付近に調製した珪酸ナトリウム水溶液
を、単に脱水・焼成して結晶化することにより、二珪酸
ナトリウムが得られる。
また、特開昭60−161324号公報には、無定形アルカリ
金属珪酸塩を含む反応混合物中に、硫酸、リン酸等の酸
性化合物を混合して加熱し、結晶性珪酸塩を晶出させる
ことが記載されている。一方、特開昭61−286215号公報
には、非晶質アルカリ金属珪酸塩を含む反応混合物を加
熱して結晶珪酸塩を結晶、析出させるに際して、結晶化
の開始後に硫酸、リン酸等の酸性化合物を添加すること
が提案されている。さらに、上記2つの公報には、反応
混合物中に、あるいはその結晶化の開始後に、種結晶と
して結晶性珪酸塩を接種することにより、生成物の純度
を改善し、反応速度を大きくできることが記載されてい
る。
さらに、米国特許第4,585,642号明細書には、珪酸ナ
トリウム反応混合物を脱水し、結晶化まで焼成して結晶
性珪酸ナトリウムを製造するに際し、少量の結晶性珪酸
ナトリウムを種結晶として添加することにより、結晶性
を改善できることが記載されている。
また、特開昭63−310717号公報では、20〜65重量%の
水ガラス溶液を噴霧乾燥したのち、500〜800℃で灼熱結
晶化し、ついで粉砕して結晶性珪酸ナトリウムを製造し
ている。そして、この場合に、粉砕された結晶化物の一
部を結晶化工程に戻しながら結晶化を行なうことによ
り、結晶化を高められることが記載されている。
しかしながら、これら公知の製造方法では、α型やβ
型が副生しやすく、δ型二珪酸塩はこれらを比較的多く
含んだ混合物として得られ、そのためカチオン交換能が
低下し、洗剤ビルダーとしては好ましくない。また、上
記公知方法でも、結晶化温度や時間を制御すればある程
度α型等の副生を抑えることができるが、その場合にお
いても、結晶化工程での厳密な制御が必要となり、プロ
セスも非常に煩雑となり、設備費が掛かり不経済であ
る。また、公知方法のままでは、製造条件の変動によ
り、得られる結晶化物の組成のバラツキが生じやすく、
δ型二珪酸塩は安定に得られない。
発明が解決しようとする課題 本発明は、簡略化されたプロセスで、α型、β型の副
生を抑えてδ型二珪酸塩を製造することを目的とする。
発明の構成 本発明のδ型アルカリ金属二珪酸塩の製造方法は、Si
O2/M2O(Mはアルカリ金属を表わす)のモル比が1〜3
のアルカリ金属珪酸塩水溶液に、シリカ分(SiO2)に対
してB2O5基準にて0.05〜5モル%のホウ素化合物を混合
した後、乾燥、焼成することを特徴とする。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
アルカリ金属珪酸塩としては、SiO2/M2Oのモル比が1
〜3、好ましくは1.5〜2.5のものが用いられる。ここ
で、Mはナトリウム、カリウム等のアルカリ金属であ
る。上記モル比が1未満では、アルカリ分が多くなりす
ぎ、α型二珪酸塩、結晶性一珪酸(Na2O・SiO2)が生成
し、δ型二珪酸塩は生成しない。一方、SiO2/M2O比が3
を超えると、アルカリ分が少なく、クリストバライトが
生成しやすくなり、δ型二珪酸塩は生成し難い。
アルカリ金属珪酸塩水溶液は、例えば、式Na2O・nSiO
2で表わされる珪酸ナトリウムや、シリカゲル、コロイ
ド状シリカ、エアロジルなどを用いNaOHと反応せしめる
ことにより、所望のSiO2/Na2Oモル比を有するものが得
られる。
アルカリ金属珪酸塩水溶液に添加、混合されるホウ素
化合物としては、ホウ酸、ホウ砂、四ホウ酸塩などの水
溶性化合物が挙げられる。
ホウ素化合物は、シリカ分(SiO2)に対してB2O5基準
にて0.05〜5モル%の量で添加することが好ましく、よ
り好ましくは0.1〜1モル%である。この混合量が0.05
モル%未満の場合は、ホウ素化合物の添加効果が十分に
発揮されない。一方、5モル%を超えると、得られる乾
燥、焼成物中で、カチオン交換能の低いホウ素化合物の
濃度が増加し、これに伴いδ型二珪酸塩の濃度が低くな
ってカチオン交換能が低下し、洗剤ビルダーとしては好
ましくない。
ついで、ホウ素化合物が添加された珪酸塩水溶液を乾
燥、焼成して、結晶化せしめることによりδ型アルカリ
金属二珪酸塩が得られる。このδ型二珪酸塩は、好まし
くはM2O・mSiO2(M:アルカリ金属、m=1.7〜2.5)の組
成を有する。焼成方法としては、公知の方法をそのまま
用いることができ、しかも、広い焼成条件範囲にわたっ
て、安定にδ型二珪酸塩を得ることができる。焼成温度
は500〜800℃が好適であり、好ましくは650〜800℃、さ
らに好ましくは700〜750℃である。焼成温度が500℃未
満であると結晶化が十分に進行せず、一方、800℃を超
えると溶融するようになり、十分に結晶化しない。
発明の効果 本発明によれば、ホウ素化合物を含む珪酸塩水溶液
を、乾燥、焼成して結晶化することにより、α型、β型
等の他の結晶型の副生を抑えて、δ型アルカリ金属二珪
酸塩を製造することができる。
しかも、この製造方法では、原料珪酸塩の組成や結晶
化条件に大きく左右されずにδ型珪酸塩を得ることがで
きるので、安定な製造が可能となり、プロセスも簡略化
できることから、工業的に有利である。
本発明で得られるδ型珪酸塩は、カチオン交換能に優
れており、洗剤用ビルダーなどとして好適である。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する
が、これに先立って実施例で採用した測定方法を説明す
る。
測定方法 (1)結晶化率 得られた結晶性二珪酸ナトリウムについて、下記条件
にて粉末X線測定(XRD)を行なう。
測定条件 ステップ・スキャンモード ターゲット/フィルター(モノクロ):λCuKα 電圧/電流:40kv,20mA 開始角度:5deg 停止角度:50deg 走査幅:0.02deg 計数率:1kcps 計数時間:0.4sec 発散スリット(DS/1st):1deg 受光スリット(RS/2nd):0.15mm 散乱スリット(SS/3rd):1deg 250℃で1時間脱水後の結晶化前試料のX線回折図に
ついて、非晶質に帰因するベースラインの盛り上がりに
対し、2θ=20(deg)の強度I0を求め、非晶質100%と
する。結晶化が進むに従い、この非晶質部分は減少し、
結晶化完了後はベースラインと一致する。この点を非晶
質0%、即ち結晶化率100%として、結晶性珪酸ナトリ
ウムのX線回折図から2θ=20(deg)にてベースライ
ンの上昇値I(cps)を読みとり、次式により結晶化率
を求める。
(2)δ型結晶化率 得られた結晶性シリケートがδ+αあるいはδ+βの
場合、それぞれ100%結晶化物を混合し、配合比とX線
強度比との検量線を求める。そして求める結晶のX線強
度から、δ型、α型あるいβ型の比率を求め、これを結
晶化率に掛けてδ型結晶化率を求める。従って、δ型結
晶化率は全珪酸塩に対する値を示している。
(3)結晶形 粉末回折標準に関する合同委員会(Joint Commitee o
n Powder Diffraction Standards,1975)において示さ
れているX線回折スペクトル(α型Na2Si2O5:File No.1
8−1241,β型Na2Si2O5:File No.23−529,δ型Na2Si2O5:
File No.22−1396)について、α型、β型およびδ型が
互いに重ならないピークを求めたところ、以下のものが
好ましい。
α型Na2Si2O5:d=3.31(Å) β型Na2Si2O5:d=2.97(Å) δ型Na2Si2O5:d=2.83(Å) そこで、これらのピークが認められる場合、結晶が存
在するとした。また、非晶質(amor.)は、全珪酸塩に
対する結晶化率が100%に満たない場合非晶質が存在す
るとした。そして、上記のそれぞれのピークについてピ
ーク強度を求め、δ型に対する比率より、α型、β型の
含有率の目安とした。
(4)結晶性 δ型の最も強い強度を有する(111)面について、比
較例1の試料のピーク強度をI0(111)100としたときの
試料の相対強度から結晶性を求めた。
結晶性(%)=(I(111)/I(111))×100 (5)カチオン交換能(CEC) CaO濃度300mg/の塩化カルシウム水溶液1に試料1
g(無水物換算)を添加し、20℃で撹拌して反応させ、1
0分後試料を別した後、液中の残存カルシウムイオ
ン濃度を分析し、これより、結晶性二珪酸塩に吸着した
カルシウムイオン量を算出し、CECとした。
実 施 例 実施例1 5のステンレス製容器に、珪酸ナトリウム(SiO2:2
8.5wt%、Na2O:9.55wt%)2100gをとり、95.7wt%の水
酸化ナトリウム147.5gを溶解させSiO2/Na2O=2.00モル
比の珪酸ナトリウム水溶液を調製する。次いで、別に水
500gにホウ酸(H3BO3:100%)6.2gを完全に溶解したホ
ウ酸水溶液を調製し、これを上記の珪酸ナトリウム水溶
液に加え、互いに完全に溶解させる。なお、ホウ酸の添
加量は、SiO2に対してB2O5基準で0.5%である。
さらに、この珪酸ナトリウム水溶液を200℃に加熱し
たホットプレートに移し乾燥する。次いで、250℃の乾
燥機中で1時間脱水した後、電気炉に移し、730℃にて
3時間結晶化を行なった。
得られた結晶性珪酸ナトリウムの性状を、下記比較例
1とともに表−1に示した。また、X線回折図を第1図
に示した。
比較例1 実施例1でホウ酸を添加しない外は全く同じ条件で実
験を行なった。
得られた結晶性珪酸ナトリウムの性状を、同じく表−
1に示した。また、X線回折図を第2図に示した。
表−1より明らかに、本発明の実施例1ではα型およ
びβ型の副生がほとんど無く、δ型のみが得られる。ま
た、δ型の(111)面のピーク強度比も向上し、結晶性
が向上している。これにともないCECもむしろ向上する
傾向にある。
実施例2 1のビーカーに珪酸ナトリウム(SiO2:27.22wt%、
NA2O:12.78wt%)250gをとり、95.7wt%の水酸化ナトリ
ウム4.33gを完全に溶解させ、SiO2/Na2O=2.00モル比の
珪酸ナトリウム水溶液を調製した。別にホウ酸(H3BO3:
100%)1.41gを50gの純水に溶かした後、上記の珪酸ナ
トリウム水溶液に加え、よく混合してから、200℃のホ
ットプレート上で、混合水溶液を3分割し乾燥した。次
いで、乾燥物をステンレス製のバットに取り、250℃の
脱脂炉に移し、脱水した。なお、ホウ酸の混合量は、Si
O2に対してB2O5基準で1.0モル%である。
脱水後、粉砕し、均一に混ぜ合わせた後、粉末をルツ
ボに取り電気炉を用いて、所定の温度で3時間結晶化を
行なった。得られたδ型二珪酸ナトリウムの性状を表−
2に示した。
比較例2 実施例2において、ホウ酸を加えない珪酸水溶液を用
いた外は、実施例2と全く同じ条件で製造した。得られ
たδ型二珪酸ナトリウムの性状を表−2に示した。
表−2において、ホウ素化合物を含まない珪酸ナトリ
ウムを結晶化した比較例2の場合、温度700℃〜740℃に
て、高いCECのものが得られたが、680℃以下または760
℃以上では、極端に全珪酸塩に対するδ型の結晶化率が
低下し、CECも実質的にないものが得られた。すなわ
ち、δ型が、90%以上生成する温度範囲が40℃と狭く、
実際の製造時の温度のバラツキにより、δ型以外の結晶
性二珪酸塩が副生し、CECが低く洗剤ビルダーとして好
ましくない。
これに対し、ホウ素化合物をSiO2に対して、B2O5基準
で1モル%含有する組成を結晶化した実施例2の場合、
660℃〜780℃と120℃もの広い温度範囲に渡ってδ型が
生成し、CECも高い。このことから、本発明の範囲内の
組成では、δ型の生成温度範囲が広く、安定した製造が
可能であることは明らかである。
実施例3 ホウ酸の添加量を変化させ、下記表−3に示した量で
それぞれ珪酸ナトリウム水溶液に添加し、かつ、焼成温
度を750℃に変更する以外は、実施例1と同様にしてδ
型珪酸ナトリウムを製造し、その性状を測定して表−3
に示した。
ホウ酸を添加した好ましい範囲内の組成では、δ型結
晶化率は向上し、CECも高くなった。しかし、B2O5基準
で6モル%添加した場合にはδ型結晶化率は低下し、そ
れに伴ないCECも低くなる傾向がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例1で得られた結晶性珪酸ナトリウムの
X線回折図である。 第2図は、比較例1で得られた結晶性珪酸ナトリウムの
X線回折図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C01B 33/20 - 39/54

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】SiO2/M2O(Mはアルカリ金属を表わす)の
    モル比が1〜3のアルカリ金属珪酸塩水溶液に、シリカ
    分(SiO2)に対してB2O5基準にて0.05〜5モル%のホウ
    素化合物を混合した後、乾燥、焼成することを特徴とす
    るδ型アルカリ金属二珪酸塩の製造方法。
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