品質

合成シリカの内、乾式シリカであるヒュームドシリカは、四塩化ケイ素に水素と酸素を吹き込んで燃焼させる火炎加水分解法で製造されるため、金属不純物量は非常に低いものとなります。 一方、シリカゲルや沈降性シリカなどの湿式シリカは、フュームドシリカに比べて金属不純物が多く、ケイ酸ソーダや硫酸からの原料由来が多くを占めます。特に、ナトリウムについては、ケイ酸ソーダ製造時に添加する炭酸ナトリウムからのものになります。更に、ケイ砂からの由来として、鉄、チタン、マグネシウム、アルミニウム、カルシウムなどが挙げられます。

合成シリカの細孔は、シリカゲルのように一次粒子が集まって形成されるもの、ヒュームドシリカ、沈降性シリカのように二次粒子が集まって形成されるものがあります。また、メソポーラスシリカのように鋳型を用いる方法、多孔質ガラスのように金属をリーチアウトさせる方法と、さまざまな方法があります。合成シリカは、粒状や粉状のものが多く、これらの細孔容積や細孔径を測定する方法には、細孔にガスや液体を入れて測定を行う方法がありますが、どれも一長一短ですべてに対応できる方法は現在ありません。このため、細孔容積や細孔径を測定する場合、適切な測定法を選択する必要があります。

一般に合成シリカの比表面積は、BET吸着法を用いて測定されます。 BET吸着法は比表面積のほか細孔容積、細孔径、細孔径分布を求めることができるため、比表面積とあわせて合成シリカの構造決定に不可欠な分析方法となります。 また、化学工業で使われる反応触媒、コピー機のトナー、電池、インクなどさまざまな化学製品にも用いられています。

シリカは、表面や細孔を利用して物質を吸着します。この吸着機能を利用して水をはじめとして、有害ガスや重金属などの有害物を吸着、最近では二酸化炭素の吸着担体としても注目されています。 なかでもシリカゲルのような固体は、吸着等温線を用いることでその細孔構造などの物性情報を得ることができます。

シラノール基は化学式ではSi-OHと表され、シリカを理解する上で非常に重要な結合になります。 更に、シリカやシロキサン結合と密接な関係があります。また、シラノール基は、シリカ単体の性質にとどまらず、材料全体の性能を作用する重要な因子でもあります。通常、シラノールは弱酸性ですが、水中で塩化マグネシウム等の２価の金属塩を添加することでプロトン（H+）を放出します。このようなプロトン放出を利用して筆者は宮崎大学との共同研究を経て、より安全性の高い湿度インジケーターの開発に成功して商品化に結び付けることができました。今後は、このの知見をプロトン輸送体に展開することで、プロトンポンプ機能を利用したATP合成や、燃料電池への利用ができるものと考えております。