JP5990162B2 - 多孔質無機酸化物粒子、並びにその製造及び使用方法 - Google Patents
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Description
[0005]幾つかの代表的な態様においては、本発明の多孔質無機酸化物粒子は、(a)少なくとも約650m2/gの一点窒素吸着表面積;及び(b)少なくとも約260mL/100gのDOA吸油量(DOA oil absorption number);を有する。1つの代表的な態様においては、この特性の組合せを有する多孔質無機酸化物粒子はシリカ粒子を含む。
[1]高剪断条件下において混合しながら、反応混合物内に沈殿した無機酸化物粒子を形成し;
反応混合物内の液体から沈殿した無機酸化物粒子を分離し;
沈殿した無機酸化物粒子を洗浄して、洗浄した沈殿無機酸化物粒子を生成させ;
洗浄した沈殿無機酸化物粒子を迅速乾燥して、乾燥した多孔質無機酸化物粒子を形成する;
工程を含む、多孔質無機酸化物粒子の製造方法。
[2]形成工程が、
高剪断条件下において混合しながら、無機酸化物粒子形成性試薬を、第1の反応混合物が得られるように第1の長さの時間の間反応容器中に導入し;
第1の長さの時間の後に、第2の長さの時間の間、高剪断分散力下において混合を継続しながら、無機酸化物粒子形成性試薬の反応容器中への導入を中断し;
第2の長さの時間の後、高剪断下において混合しながら、無機酸化物粒子形成性試薬を、第2の反応混合物が得られるように第3の長さの時間の間反応容器中に導入し;そして
第3の長さの時間の後、第2の反応混合物を、高剪断分散力下において、第2の反応混合物のpHが約4.0に低下して第3の反応混合物が得られるように酸性化する;
ことを含む、[1]に記載の方法。
[3]無機酸化物粒子形成性試薬がアルカリ金属ケイ酸塩及び硫酸を含む、[2]に記載の方法。
[4]高剪断下における混合が、バイパスモードの高剪断粉砕機を用いて、反応容器及び高剪断粉砕機を通して無機酸化物粒子形成性試薬を循環させることを含む、[2]に記載の方法。
[5]第1の長さの時間が約15分間未満であり、第2の長さの時間が約120分間未満であり、第3の長さの時間が約45分間未満である、[2]に記載の方法。
[6]第1の長さの時間が約13分間であり、第2の長さの時間が約90分間であり、第3の長さの時間が約43分間である、[5]に記載の方法。
[7]分離工程からの沈殿した無機酸化物粒子を、フィルターケーキとして、その間に再スラリー化工程を行わないで、迅速乾燥工程において用いられる迅速乾燥機に直接供給する、[1]に記載の方法。
[8]沈殿した無機酸化物粒子を、迅速乾燥工程中において、約300℃〜約700℃の範囲の迅速乾燥温度に約2秒間〜約2分間の迅速乾燥時間の間かける、[1]に記載の方法。
[9]乾燥した多孔質無機酸化物粒子を粉砕又は分級して、約30ミクロン未満の範囲の平均粒径を有する完成多孔質無機酸化物粒子を形成する;
ことを更に含む、[1]に記載の方法。
[10]粉砕工程が、約0.1〜約30ミクロンの範囲の平均粒径、及びおよそ1未満乃至約100ミクロンまでの範囲の粒径分布を有する完成多孔質無機酸化物粒子が得られるように、乾燥した多孔質無酸化物粒子を流体エネルギー粉砕工程にかけることを含む、[9]に記載の方法。
[11]シリカ粒子が、半完成状態であり、
(a)約1.0ミクロンより大きい中央粒径;及び
(b)粒子安定性試験法によって測定して少なくとも約55%の粒子安定性;
を有する、[1]に記載の方法によって形成されるシリカ粒子。
[12]シリカ粒子が、
(a)少なくとも約650m2/gの一点窒素吸着表面積;及び
(b)少なくとも約260mL/100gのDOA吸油量;
を有する、[9]に記載の方法によって形成されるシリカ粒子。
[13]シリカ粒子が、BJH窒素ポロシメトリーによって測定して少なくとも約0.5cc/gの細孔容積が100Å以下の細孔径を有する細孔からのものであるような多孔度を有し、粒子の多孔度が、粒子を200℃において少なくとも2時間乾燥し、次に真空下200℃において2時間活性化した後に測定されるものである、[9]に記載の方法によって形成されるシリカ粒子。
[14]シリカ粒子が約1〜約30ミクロンの範囲の中央粒径を有する、[9]に記載の方法によって形成されるシリカ粒子。
[15]粒子が、
(a)少なくとも約650m2/gの一点窒素吸着表面積;及び
(b)少なくとも約260mL/100gのDOA吸油量;
を有する、複数の多孔質無機酸化物粒子。
[16]粒子が、
(a)約675〜約1000m2/gの一点窒素吸着表面積;及び
(b)約280〜約360mL/100gのDOA吸油量;
を有する、[14]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[17]粒子が、
(a)約650〜約1000m2/gの一点窒素吸着表面積;及び
(b)約290〜約350mL/100gのDOA吸油量;
を有する、[14]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[18]多孔質無機酸化物粒子がシリカ粒子を含む、[14]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[19]多孔質無機酸化物粒子が沈殿粒子を含む、[14]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[20]粒子が約1〜約30ミクロンの範囲の中央粒径を有する、[14]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[21]粒子が、BJH窒素ポロシメトリーによって測定して少なくとも約0.6cc/gの細孔容積が160Å以下の細孔径を有する細孔からのものであるような多孔度を有し、粒子の多孔度が、粒子を200℃において少なくとも2時間乾燥し、次に真空下200℃において2時間活性化した後に測定されるものである、[14]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[22]粒子が、BJH窒素ポロシメトリーによって測定して少なくとも約0.5cc/gの細孔容積が100Å以下の細孔径を有する細孔からのものであるような多孔度を有し、粒子の多孔度が、粒子を200℃において少なくとも2時間乾燥し、次に真空下200℃において2時間活性化した後に測定されるものである、複数の多孔質無機酸化物粒子。
[23]粒子が、BJH窒素ポロシメトリーによって測定して少なくとも約0.6cc/gの細孔容積が160Å以下の細孔径を有する細孔からのものであるような多孔度を有し、粒子の多孔度が、粒子を200℃において少なくとも2時間乾燥し、次に真空下200℃において2時間活性化した後に測定されるものである、[21]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[24]粒子が約1〜約30ミクロンの範囲の中央粒径を有する、[21]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[25]粒子がBJH窒素ポロシメトリーによって測定して少なくとも約1.5cc/gの細孔容積の全多孔度を有する、[21]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[26]粒子がBJH窒素ポロシメトリーによって測定して少なくとも約1.7cc/gの細孔容積の全多孔度を有する、[21]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[27]多孔質無機酸化物粒子がシリカ粒子を含む、[21]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[28]多孔質無機酸化物粒子が沈殿粒子を含む、[21]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[29]粒子が約1〜約30ミクロンの範囲の中央粒径を有する、[21]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[30]粒子が、
(a)約1ミクロンよりも大きい中央粒径;及び
(b)粒子安定性試験法を用いて測定して少なくとも約55%の粒子安定性;
を有する、複数の半完成多孔質無機酸化物粒子。
[31]粒子安定性が少なくとも約60%である、[29]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[32]粒子安定性が少なくとも約70%である、[29]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[33]粒子が、BJH窒素ポロシメトリーによって測定して少なくとも約0.6cc/gの細孔容積が100Å以下の細孔径を有する細孔からのものであるような多孔度を有し、粒子の多孔度が、粒子を200℃において少なくとも2時間乾燥し、次に真空下200℃において2時間活性化した後に測定されるものである、[29]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[34]多孔質無機酸化物粒子がシリカ粒子を含む、[29]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[35]多孔質無機酸化物粒子が沈殿粒子を含む、[29]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[36]粒子が約1〜約30ミクロンの範囲の中央粒径を有する、[29]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[37]粒子が少なくとも約650m2/gの一点窒素吸着表面積を有する、複数の沈殿多孔質無機酸化物粒子。
[38]粒子が約660〜約1000m2/gの一点窒素吸着表面積を有する、[36]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[39]粒子が約670〜約1000m2/gの一点窒素吸着表面積を有する、[36]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[40]粒子が少なくとも約260mL/100gのDOA吸油量を有する、[36]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[41]粒子が約280〜約360mL/100gのDOA吸油量を有する、[36]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[42]粒子が約290〜約350mL/100gのDOA吸油量を有する、[36]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[43]多孔質無機酸化物粒子がシリカ粒子を含む、[36]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[44]多孔質無機酸化物粒子が沈殿粒子を含む、[36]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[45]粒子が約1〜約30ミクロンの範囲の中央粒径を有する、[36]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[46]粒子が有機材料で処理されている、[36]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[47]粒子がワックスで処理されている、[36]に記載の複数の多孔質無機酸化物粒子。
[0011]本発明のこれら及び他の特徴及び有利性は、以下の開示されている態様の詳細な記載及び特許請求の範囲を検討した後に明らかとなるであろう。
[0021]本明細書において用いる「細孔径」という用語は細孔の直径を意味する。
[0026]本発明の多孔質無機酸化物粒子は、多孔質無機酸化物粒子が公知の沈殿多孔質無機酸化物粒子と比べて1以上の有利性を与えることを可能にする物理的構造及び特性を有する。
[0038]本発明はまた、多孔質無機酸化物粒子の製造方法にも関する。本発明の多孔質無機酸化物粒子を形成するために用いる原材料、及び本発明の多孔質無機酸化物粒子を形成するための方法工程を下記において議論する。
[0039]本発明の多孔質無機酸化物粒子の製造方法においては、数多くの多孔質無機酸化物粒子形成性の原材料を用いることができる。好適な無機酸化物粒子形成性原材料としては、アルカリ金属ケイ酸塩(文献においてしばしば水ガラスとして言及されている)、及び硫酸が挙げられるが、これらに限定されない。任意の商業的に入手できる水ガラス及び硫酸を本発明において用いることができる。1つの代表的な態様においては、Woellner GmbH&Co.KG, Ludwigshafen,ドイツからケイ酸ナトリウム38/40の商品名で商業的に入手できる水ガラスを用いて多孔質シリカ粒子を形成する。或いは、無機酸化物を製造するために用いるアルカリ金属ケイ酸塩は、二酸化ケイ素とアルカリ金属炭酸塩とを溶融状態で反応させてアルカリ金属ケイ酸塩及び二酸化炭素を形成することによって製造することができる。得られるアルカリ金属ケイ酸塩は、通常は溶融体から冷却した後に固体の塊状になるが、これは粉末形態又は更には水溶液に変化させることができる。
[0040]本発明の多孔質無機酸化物粒子は、通常は、多孔質無機酸化物粒子を高剪断下において沈殿させ、濾過して反応スラリーから多孔質無機酸化物粒子を取り出し、粗フィルターケーキとして洗浄して反応残渣を除去し、次に粒子を再スラリー化する必要なしにフィルターケーキから直接迅速乾燥する多工程沈殿プロセスを用いて製造される。迅速乾燥工程は得られる粒子の細孔構造を制御するのに特に重要であることが見出された。得られる多孔質無機酸化物粒子は次に、そのままで使用するか、又は種々の手段(例えば機械分級機粉砕又は流体エネルギー粉砕)によって適度に狭い粒径分布に寸法調整(例えば粉砕)することができる。
[0053]本発明は更に、多孔質無機酸化物粒子を使用する方法に関する。多孔質無機酸化物粒子を使用する幾つかの代表的な方法においては、この方法は、開示する方法によって形成される半完成(例えば、未粉砕の粒子;乾燥機から排出された後の更なる処理を行っていない「そのままの」粒子)多孔質無機酸化物粒子を所定の用途において使用することを含む。半完成多孔質無機酸化物粒子を使用することができる用途としては、半完成粒子をビール清澄化剤として使用すること、半完成粒子を触媒担体として使用すること、及び半完成粒子を乾燥剤として使用することが挙げられるが、これらに限定されない。
材料:
実施例においては以下の材料を用いた。
粒径試験法:
[0058]複数の粒子の平均粒径は、ISO/FSD−13320−1に記載されている粒径試験法を用いて求める。
[0059]複数の粒子の平均表面積は、ISO−5794−1:2005に記載されているようにして求める。
[0060]複数の粒子の吸油量は、ASTM−D2414方法Bに記載されている吸油量試験法を用い、浸透油としてDOA(ジオクチルアジペート)を用いて求める。
[0061]この試験においては、複数の半完成粒子を粉砕後のそれらの安定性に関して試験する。粒子安定性指数は、ISO/FSD−13320−1にしたがう同じ試料に対する2つの粒径測定値からの中央粒径の割合である。試料の調製は、2つの異なる強度の超音波予備処理を用いて行う。約1gのシリカを150mLのビーカー中に配置し、100〜120mLの脱イオン水をそれに加える。超音波共振器(Branson Sonifier W250D)の先端をビーカーの中央で流体中に2cm浸漬する。測定1については10秒、測定2については60秒の間、55%の動力設定で音波処理を行う。粒子安定性指数は次式:
安定性指数(%)=(d0.560s)/(d0.510s)*100
のようにして計算する。
[0062]複数の粒子の平均細孔容積は、DIN−66134に記載されているBJH窒素ポロシメトリーを用いて求める。
[0063]反応容器に、40℃の温度を有する175.5Lの蒸留脱イオン(イオン交換による)水を充填した。反応容器はDISPAX反応器(即ち、IKA Works (Wilmington,NC)からDISPAX反応器DR2000の商品名で商業的に入手できるインライン高剪断粉砕機)と流体接続していた。DISPAX反応器DR2000は、以下の設定:先端速度=23m/秒、流速=2500L/時を用いてバイパスモードで運転した。
がシステム中に加えられたら、高剪断下において反応混合物のpHを4.0のpHに低下させた。膜フィルタープレスを用いて得られた酸性化反応混合物を濾過して、沈殿した無機酸化物粒子を酸性化反応混合物から分離した。分離した沈殿無機酸化物粒子を洗浄し、次にSoeborg,デンマークからAnhydroの商品名で商業的に入手できる乾燥機(実験室スケールのフラッシュドライヤー)中に導入し、350℃において迅速乾燥して、粒子が粒子の重量を基準として10%未満の湿分を有するようにした。試料1の粒子は11.7ミクロンの平均粒径を有する。試料2の粒子は23.7ミクロンの平均粒径を有する。試料3の粒子は12.9ミクロンの平均粒径を有する。試料4に関しては、半完成沈殿シリカを選択した(粉砕後にGrace GmbH & Co. KGからPerkasil KS408シリカとして商業的に入手できる)。
実施例2:多孔質完成シリカ粒子の製造:
[0070]実施例1において形成された半完成シリカ粒子を、次のような流体エネルギー粉砕工程にかけた。実施例1からの半完成シリカを、Netzsch-Condux Mahltechnik GmbHから入手できるエアジェットミル中に250kg/時の速度で供給する。ミルは、400m3/時の空気流速及び200℃より高い温度において運転し、粒子は平均粒径が10ミクロン未満になるまで粉砕する。粒子をバグハウス内に回収し、それらの特性を測定する。Evonik Industriesから入手できるAcematt HK400を比較試料8として用いる。
[0073]実施例1において形成された半完成シリカ粒子を、次のような機械分級機粉砕工程にかけた。実施例1からの半完成シリカを、Netzsch-Condux Mahltechnik GmbHから入手できるCSM分級機ミル中に750kg/時の速度で供給する。ミルは最高円周速度で運転し、粒子は平均粒径が10ミクロン未満になるまで粉砕する。粒子をバグハウス内に回収し、それらの特性を測定する。PPG Industriesから入手できるLo-vel 600を比較試料12として用いる。
Claims (25)
- 半完成多孔質シリカ粒子であって、
シリカ粒子が、半完成状態であり、
(a)1.0ミクロンより大きい中央粒径;及び
(b)粒子安定性試験法によって測定して少なくとも55%の粒子安定性;
を有する、上記半完成多孔質シリカ粒子。 - 30ミクロン未満の範囲の平均粒径を有する完成多孔質シリカ粒子であって、
(a)少なくとも650m2/gの一点窒素吸着表面積;及び
(b)少なくとも260mL/100gのDOA吸油量;
を有する、上記完成多孔質シリカ粒子。 - 完成多孔質シリカ粒子が、BJH窒素ポロシメトリーによって測定して少なくとも0.5cc/gの細孔容積が100Å以下の細孔径を有する細孔からのものであるような多孔度を有し、粒子の多孔度が、粒子を200℃において少なくとも2時間乾燥し、次に真空下200℃において2時間活性化した後に測定されるものである、請求項2に記載の完成多孔質シリカ粒子。
- 完成多孔質シリカ粒子が1〜30ミクロンの範囲の中央粒径を有する、請求項2に記載の完成多孔質シリカ粒子。
- 完成多孔質シリカ粒子が、
(a)675〜1000m2/gの一点窒素吸着表面積;及び
(b)280〜360mL/100gのDOA吸油量;
を有する、請求項4に記載の完成多孔質シリカ粒子。 - 完成多孔質シリカ粒子が、
(a)650〜1000m2/gの一点窒素吸着表面積;及び
(b)290〜350mL/100gのDOA吸油量;
を有する、請求項4に記載の完成多孔質シリカ粒子。 - 完成多孔質シリカ粒子が沈殿粒子を含む、請求項4に記載の完成多孔質シリカ粒子。
- 完成多孔質シリカ粒子が、BJH窒素ポロシメトリーによって測定して少なくとも0.6cc/gの細孔容積が160Å以下の細孔径を有する細孔からのものであるような多孔度を有し、粒子の多孔度が、粒子を200℃において少なくとも2時間乾燥し、次に真空下200℃において2時間活性化した後に測定されるものである、請求項4に記載の完成多孔質シリカ粒子。
- 完成多孔質シリカ粒子がBJH窒素ポロシメトリーによって測定して少なくとも1.5cc/gの細孔容積の全多孔度を有する、請求項8に記載の完成多孔質シリカ粒子。
- 完成多孔質シリカ粒子がBJH窒素ポロシメトリーによって測定して少なくとも1.7cc/gの細孔容積の全多孔度を有する、請求項8に記載の完成多孔質シリカ粒子。
- 半完成多孔質シリカ粒子を製造する方法であって、
本質的に水からなる反応媒質を反応容器内に提供し;
高剪断条件下において混合しながら、シリカ粒子形成性試薬を、第1の反応混合物が得られるように第1の長さの時間の間反応容器中に導入し;
第1の長さの時間の後に、第2の長さの時間の間、高剪断分散力下において混合を継続しながら、シリカ粒子形成性試薬の反応容器中への導入を中断し;
第2の長さの時間の後、高剪断下において混合しながら、シリカ粒子形成性試薬を、第2の反応混合物が得られるように第3の長さの時間の間反応容器中に導入し;
第3の長さの時間の後、第2の反応混合物を、高剪断分散力下において、第2の反応混合物のpHが低下して第3の反応混合物が得られるように酸性化し;
第3の反応混合物内の水性液体から沈殿した沈殿シリカ粒子を分離し;
沈殿シリカ粒子を洗浄して、洗浄した沈殿シリカ粒子を生成させ;そして
300〜800℃の温度で、5分間未満の時間の間、洗浄した沈殿シリカ粒子を迅速乾燥して、乾燥した半完成多孔質シリカ粒子を形成すること
を含み、
半完成多孔質シリカ粒子が、(a)1.0ミクロンより大きい中央粒径;及び(b)粒子安定性試験法によって測定して少なくとも55%の粒子安定性;を有する、
方法。 - シリカ粒子形成性試薬がアルカリ金属ケイ酸塩及び硫酸を含む、請求項11に記載の方法。
- 高剪断下における混合が、バイパスモードの高剪断粉砕機を用いて、反応容器及び高剪断粉砕機を通してシリカ形成性試薬を循環させることを含む、請求項11に記載の方法。
- 第1の長さの時間が20分間未満であり、第2の長さの時間が120分間未満であり、第3の長さの時間が45分間未満である請求項11に記載の方法。
- 分離工程からの沈殿シリカ粒子を、フィルターケーキとして、その間に再スラリー化工程を行わないで、迅速乾燥工程において用いられる迅速乾燥機に直接供給する、請求項11に記載の方法。
- 沈殿シリカ粒子を、迅速乾燥工程中において、400℃〜700℃の範囲の迅速乾燥温度に2秒間〜2分間の迅速乾燥時間の間かける、請求項11に記載の方法。
- ビール清澄化剤としての、請求項1に記載の半完成多孔質シリカ粒子の使用。
- 前記半完成多孔質シリカ粒子が、50ミクロン未満の平均最大粒子寸法を有する不規則形状を有する、請求項17に記載の半完成多孔質シリカ粒子の使用。
- 前記半完成多孔質シリカ粒子が、15ミクロン〜30ミクロンの平均最大粒子寸法を有する、請求項17に記載の半完成多孔質シリカ粒子の使用。
- 前記半完成多孔質シリカ粒子が、1ミクロン〜300ミクロンの粒径分布を有する、請求項17に記載の半完成多孔質シリカ粒子の使用。
- ビール安定化における濾過剤としての、請求項2に記載の完成多孔質シリカ粒子の使用。
- 前記完成多孔質シリカ粒子が、20ミクロン未満の平均最大粒子寸法を有する不規則形状を有する、請求項21に記載の完成多孔質シリカ粒子の使用。
- 前記完成多孔質シリカ粒子が、1ミクロン〜20ミクロンの平均最大粒子寸法を有する不規則形状を有する、請求項21に記載の完成多孔質シリカ粒子の使用。
- 前記完成多孔質シリカ粒子が、0.1ミクロン〜100ミクロンの粒径分布を有する、請求項21に記載の完成多孔質シリカ粒子の使用。
- さらに、乾燥させた多孔質半完成を粉砕又は分級して30ミクロン未満の範囲の平均粒径を有する完成多孔質シリカ粒子を形成することをさらに含み、完成多孔質シリカ粒子が、
(a)少なくとも650m 2 /gの一点窒素吸着表面積;及び
(b)少なくとも260mL/100gのDOA吸油量
を有する、請求項11に記載の方法。
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