CN114555719A - 复合颗粒和复合颗粒的制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种含钼(Mo)的氧化铝颗粒和设置在所述氧化铝颗粒的表面上的无机被覆部。
Description
技术领域
本发明涉及复合颗粒和复合颗粒的制造方法,并特别地涉及被覆部设置在氧化铝颗粒上的复合颗粒。
背景技术
充当无机填料的氧化铝颗粒用于各种应用。特别地,高纵横比的片状氧化铝颗粒具有比球状氧化铝颗粒更优异的热特性和光学特性等,并且已要求特性的进一步改进。
在相关技术中,为了改进片状氧化铝颗粒固有的上述特性和分散性等,已知具有如长径或厚度等形状特性的各种片状氧化铝颗粒(专利文献1和专利文献2)。另外,作为以增加片状氧化铝颗粒的纵横比为目的的用于控制形状的方法,已知有通过添加磷酸化合物作为形状控制剂来进行水热合成的方法(专利文献3)、在添加氟硅化物后进行烧结的方法(专利文献4)等。
进而,还已知有在片状氧化铝的制造时,使用硅或含硅元素的硅化合物作为结晶控制剂的片状氧化铝的制造方法(专利文献5)。
关于被覆的氧化铝颗粒,已知有其中将氧化锆纳米颗粒均匀施涂至颗粒表面的氧化铝颗粒(专利文献6)。被覆的氧化铝颗粒通过将平均粒径为100nm以下的氧化锆纳米颗粒施涂至平均粒径为0.1μm以上的氧化铝颗粒的表面来获得。
另外,关于其它被覆的颗粒,已知有包括基础粉末和球状硫酸钡颗粒的复合粉末(专利文献7)。并且,球状硫酸钡颗粒的数均粒径为0.5~5.0μm,且以突起状粘附至基础粉末的表面。球状硫酸钡颗粒相对于基础粉末的表面积的被覆率为10~70%。
引用列表
专利文献
[专利文献1]日本未审专利申请,第一次公开No.2003-192338
[专利文献2]日本未审专利申请,第一次公开No.2002-249315
[专利文献3]日本未审专利申请,第一次公开No.H9-59018
[专利文献4]日本未审专利申请,第一次公开No.2009-35430
[专利文献5]日本未审专利申请,第一次公开No.2016-222501
[专利文献6]日本未审专利申请,第一次公开No.2005-306635
[专利文献7]日本未审专利申请,第一次公开No.2004-300080
发明内容
发明要解决的问题
然而,专利文献1~5都未公开关于氧化铝颗粒和被覆部的被覆性的任何内容。
另外,专利文献6公开了具有少量孔的烧结氧化铝是致密的,且具有高韧性并可获得高挠曲强度,但专利文献6未公开关于氧化铝颗粒和被覆部的被覆性的任何内容。
此外,专利文献7公开了,如果球状硫酸钡颗粒相对于基础粉末的表面积的被覆率为10~70%,当复合颗粒混入化妆品时,可以修正表面上的人类皮肤不均匀或颜色缺陷并可获得自然的妆容(finish),但专利文献7未公开关于氧化铝颗粒和被覆部的被覆性的任何内容,且仍有改进的空间。
有鉴于上述情况而完成了本发明,且本发明的目的为提供具有优异的被覆性的复合颗粒和复合颗粒的制造方法。
用于解决问题的方案
发明人进行了深入的研究以便解决上述问题,结果发现,如果莫来石和钼中的至少之一存在于充当构成复合颗粒的基体的氧化铝颗粒的表面上,则氧化铝颗粒用无机被覆部被覆时的被覆效率得到改进,且氧化铝颗粒容易被覆,从而完成了本发明。即,本发明提供以下方面以便解决上述问题。
[1]一种复合颗粒,其包括含钼(Mo)的氧化铝颗粒和设置在所述氧化铝颗粒的表面上的无机被覆部。
[2]根据[1]所述的复合颗粒,其中所述无机被覆部由氧化物制成。
[3]根据[2]所述的复合颗粒,其中所述氧化物包括选自由氧化钛、氧化铁和二氧化硅组成的组的一种以上。
[4]根据[1]所述的复合颗粒,其中所述无机被覆部由金属制成。
[5]根据[4]所述的复合颗粒,其中所述金属包括选自由银、镍、铜、金和铂组成的组的一种以上。
[6]根据[1]所述的复合颗粒,其中所述氧化铝颗粒还含有选自由硅和锗组成的组的一种以上。
[7]根据[6]所述的复合颗粒,其中所述氧化铝颗粒在表层中含有莫来石。
[8]根据[1]至[7]中任一项所述的复合颗粒,其中所述复合颗粒具有片状形状或多面体形状。
[9]根据[1]至[8]中任一项所述的复合颗粒,其中所述复合颗粒具有片状形状,所述复合颗粒的厚度为0.01μm以上且5μm以下,所述复合颗粒的粒径为0.1μm以上且500μm以下,和所述复合颗粒的纵横比为2以上且500以下。
[10]一种涂料,其包括根据[1]至[9]中任一项所述的复合颗粒。
[11]一种复合颗粒的制造方法,其包括:
通过对
包括含铝元素的铝化合物和含钼元素的钼化合物的混合物,或者
包括含铝元素的铝化合物、含钼元素的钼化合物和用于控制氧化铝颗粒的形状的形状控制剂的混合物
进行烧结来制造氧化铝颗粒;和
在所述氧化铝颗粒的表面上形成无机被覆部。
[12]根据[11]所述的复合颗粒的制造方法,其中所述形状控制剂包括选自由硅、含硅元素的硅化合物和含锗元素的锗化合物组成的组的一种以上。
[13]根据[11]或[12]所述的复合颗粒的制造方法,其中所述混合物还包括含钾元素的钾化合物。
[14]根据[11]所述的复合颗粒,其中所述无机被覆部由氧化物制成。
[15]根据[14]所述的复合颗粒的制造方法,其中所述氧化物包括选自由氧化钛、氧化铁和二氧化硅组成的组的一种以上。
[16]根据[11]所述的复合颗粒的制造方法,其中所述无机被覆部由金属制成。
[17]根据[16]所述的复合颗粒的制造方法,其中所述金属包括选自由银、镍、铜、金和铂组成的组的一种以上。
发明的效果
根据本发明,可以提供具有优异的被覆性的复合颗粒。
附图说明
图1为示出作为根据本发明实施方案的复合颗粒的构造实例的实施例1中得到的复合颗粒的电子显微镜图像。
图2为通过将图1中复合颗粒的表面放大而得的放大图像。
图3为示出作为根据本发明实施方案的复合颗粒的构造实例的实施例2中得到的复合颗粒的电子显微镜图像。
图4为通过将图3中复合颗粒的端部放大而得的放大图像。
图5为通过将图3中复合颗粒的表面放大而得的放大图像。
具体实施方案
以下将参考附图详细描述本发明的实施方案。
《第一实施方案》
<复合颗粒>
根据第一实施方案的复合颗粒包括含钼(Mo)的氧化铝颗粒和设置在氧化铝颗粒的表面上的无机被覆部。本实施方案的氧化铝颗粒具有片状形状,复合颗粒也具有片状形状。下文中,在本实施方案中,具有片状形状的氧化铝颗粒将称为“片状氧化铝颗粒”、“片状氧化铝”或简称“氧化铝颗粒”。
<片状氧化铝颗粒>
本发明中的表述“片状”是指通过将氧化铝颗粒的平均粒径除以厚度而得的纵横比为2以上的事实。本说明书中,“氧化铝颗粒的厚度”是指从通过扫描电子显微镜(SEM)得到的图像中随机选出的至少50个片状氧化铝颗粒测定的厚度的算术平均值。另外,“氧化铝颗粒的平均粒径”是指如下值:由通过激光衍射粒径测定设备测定的体积基准的累积粒度分布,以体积基准中值半径D50算出的值。
对于该实施方案的氧化铝颗粒,下述厚度、粒径和纵横比的条件可以以任何方式组合,只要氧化铝颗粒具有片状形状即可。另外,在这些条件下例示的数值范围的上限和下限的组合可以自由设定。
片状氧化铝颗粒的厚度优选0.01μm以上且5μm以下,优选0.03μm以上且5μm以下,优选0.1μm以上且5μm以下,更优选0.3μm以上且3μm以下,和最优选0.5μm以上且1μm以下。
当使用粒径较大的片状氧化铝颗粒时,厚度优选3μm以上,厚度更优选5μm以上且60μm以下。
具有上述厚度的氧化铝颗粒由于高纵横比和优异的机械强度而是优选的。
片状氧化铝颗粒的平均粒径(D50)优选0.1μm以上且500μm以下,更优选0.5μm以上且100μm以下,最优选1μm以上且50μm以下。
当使用粒径较大的片状氧化铝颗粒时,平均粒径(D50)优选10μm以上,更优选20μm以上,更优选22μm以上,最优选25μm以上,且特别优选31μm以上。平均粒径的上限值没有特别限制,且作为一个实例,根据实施方案的片状氧化铝颗粒的平均粒径(D50)优选10μm以上且500μm以下,优选20μm以上且300μm以下,更优选22μm以上且100μm以下,最优选25μm以上且100μm以下,且特别优选31μm以上且50μm以下。
平均粒径(D50)为上述下限值以上的氧化铝颗粒由于光反射面的面积大而特别具有优异的亮度。另外,平均粒径(D50)为上述上限值以下的氧化铝颗粒最适合用作填料。
片状氧化铝颗粒的纵横比即平均粒径与厚度之比优选2以上且500以下,优选5以上且500以下,优选15以上且500以下,更优选10以上且300以下,更优选17以上且300以下,且最优选33以上且100以下。当片状氧化铝颗粒的纵横比为2以上时,片状氧化铝颗粒能够具有二维的制剂特性,这是优选的,当片状氧化铝颗粒的纵横比为500以下时,机械强度优异,这是优选的。当纵横比为15以上时,片状氧化铝颗粒当用作颜料时成为高亮度,这是优选的。
当使用粒径较大的片状氧化铝颗粒时,纵横比即平均粒径与厚度之比优选2以上且50以下,更优选3以上且30以下。
根据实施方案的片状氧化铝颗粒可具有圆盘形状或椭圆片状形状,但从处理性或制造的容易性的观点来看,颗粒形状优选例如多边形片状形状。
根据实施方案的片状氧化铝颗粒可通过任何种类的制造方法获得,但从纵横比更高、分散性和生产性进一步得到改进的观点来看,优选通过在钼化合物和形状控制剂的存在下对铝化合物进行烧结来获得。作为形状控制剂,优选使用由硅、硅化合物和锗化合物组成的组的至少一种。形状控制剂充当下述莫来石的Si供给源,因此,更优选使用硅或含硅元素的硅化合物。
在上述制造方法中,钼化合物用作助熔剂。下文中,在本说明书中,有时会将其中钼化合物用作助熔剂的制造方法简称为“助熔剂法”。助熔剂法将在下文详细描述。认为由于烧结,钼化合物与铝化合物在高温下反应并形成钼酸铝,然后在该钼酸铝在更高的温度下进一步分解为氧化铝和氧化钼的同时钼化合物掺入片状氧化铝颗粒。还可以升华、回收和再利用氧化钼。
在实施方案的片状氧化铝颗粒在表层中包括莫来石的情况下,莫来石被认为在上述过程中通过作为形状控制剂配混的硅或含硅元素的化合物与铝化合物之间借助钼进行的反应而形成在片状氧化铝颗粒的表层中。关于莫来石的生成机制,更详细而言,认为在氧化铝的板表面,通过钼和Si原子之间的反应形成Mo-O-Si,通过钼和Al原子之间的反应形成Mo-O-Al,高温下的烧结吸收Mo并形成具有Si-O-Al键的莫来石。
未掺入片状铝颗粒的氧化钼优选通过升华回收和再利用。在此类情况下,可以降低附着至片状氧化铝的表面的氧化钼的量,结果,当分散至待分散介质例如如树脂等有机粘结剂或如玻璃等无机粘结剂中时,变得可以不将氧化钼混入粘结剂中,并最大限度地赋予片状氧化铝的固有性能。
在本说明书中,将可以在后述制造方法中升华的物质和不能升华的物质分别称为助熔剂和形状控制剂。
由于氧化铝颗粒具有高α-结晶化率并具有自形晶体(euhedral crystal),在片状氧化铝颗粒的制造中钼和形状控制剂的使用使得能够实现优异的分散性、优异的机械强度、高导热性和亮度。
在实施方案的片状氧化铝颗粒在表层中包括莫来石的情况下,片状氧化铝颗粒的表层中生成的莫来石的量可以通过调节钼化合物和形状控制剂的百分比来控制。特别地,片状氧化铝颗粒的表层中生成的莫来石的量可以通过调节用作形状控制剂的硅或含硅元素的硅化合物的百分比来控制。片状氧化铝颗粒的表层中生成的莫来石的量的优选值和所使用的原料的优选百分比将在下文中描述。
从改进亮度的观点来看,实施方案的片状氧化铝颗粒优选纵横比为5~500的片状氧化铝颗粒,其中,在固态27Al NMR分析中,在14.1T的静磁场强度下,相对于10~30ppm处的六次配位铝的峰,纵向弛豫时间T1为5秒以上。
纵向弛豫时间T1为5秒以上意指片状氧化铝颗粒的结晶性高。据报道,当固态中的纵向弛豫时间长时,晶体的对称性是有利的,且结晶性高(该报道为“Susumu Kitagawa等人:“Solutions of Polynuclear Species and Solid NMR”,Japan Society ofCoordination Chemistry Library 4,Sankyo Shuppan Co.,Ltd.,第80~82页)。
在实施方案的片状氧化铝颗粒中,纵向弛豫时间T1优选为5秒以上,更优选6秒以上,且仍更优选7秒以上。
在实施方案的片状氧化铝颗粒中,纵向弛豫时间T1的上限值没有特别限制,并可以为例如22秒以下、15秒以下或12秒以下。
上述例示的纵向弛豫时间T1的数值范围的实例可以为5秒以上且22秒以下,6秒以上且15秒以下,或7秒以上且12秒以下。
在实施方案的片状氧化铝颗粒中,在固态27Al NMR分析中,在14.1T的静磁场强度下,优选未检出60~90ppm处的四次配位铝的峰。这样的片状氧化铝颗粒被认为不容易发生起源于晶体对称性畸变的破裂或脱落,而晶体对称性畸变的原因是包含了具有不同配位数的晶体。因此,片状氧化铝颗粒在形状稳定性方面趋于优越。
在相关技术中,通常通过使用XRD分析结果等来评价无机物质的结晶度。然而,本发明人发现,通过使用纵向弛豫时间T1作为评价氧化铝颗粒的结晶性的指标而获得的分析结果,具有比相关技术中的XRD分析更好的精度。对于根据实施方案的片状氧化铝颗粒,可以说当纵向弛豫时间T1为5秒以上时氧化铝颗粒的结晶性高。即,认为很可能由于根据实施方案的片状氧化铝颗粒具有高结晶性,可以通过抑制晶面上的漫反射来改进光反射,结果可以获得具有优异的亮度的片状氧化铝颗粒。
此外,本发明人发现,纵向弛豫时间T1的值、片状氧化铝颗粒的形状保持率和树脂组合物的加工稳定性彼此极其高度相关。特别地,在平均粒径为10μm以下且纵横比为30以下的片状氧化铝颗粒中(例如,实施例1和2),纵向弛豫时间T1的值和片状氧化铝颗粒的形状保持率之间、纵向弛豫时间T1的值和树脂组合物的加工稳定性之间显著相关。当通过将纵向弛豫时间T1为5秒以上的实施方案的片状氧化铝颗粒配混至树脂中制造树脂组合物时,树脂组合物还具有有利的加工稳定性和加工成期望形状的容易性的优点。根据实施方案的片状氧化铝颗粒具有长的纵向弛豫时间T1的值并因此具有高结晶性。因此,认为由于氧化铝的高结晶性而使颗粒的强度高,且当在树脂组合物的制造过程中将树脂和片状氧化铝颗粒混合在一起时,板不容易断裂,且进一步地,很可能由于氧化铝的高结晶性,颗粒表面上的凹凸轻微,片状氧化铝颗粒在对树脂的粘附性方面优异。出于上述原因,根据实施方案的片状氧化铝颗粒被认为给树脂组合物提供了有利的加工稳定性。根据实施方案的片状氧化铝颗粒,即使在将片状氧化铝颗粒配混至树脂组合物等的情况下也有利地发挥片状氧化铝颗粒的固有性能。
在相关技术中,相比于球状氧化铝颗粒,从片状氧化铝颗粒获得具有高结晶性的氧化铝颗粒更难。认为这是因为对于片状氧化铝颗粒而言,不像球状氧化铝颗粒,必须在氧化铝颗粒的制造过程中使晶体生长的取向偏向。
与此相对,满足纵向弛豫时间T1的值的根据实施方案的片状氧化铝颗粒在具有片状形状的同时具有高结晶性。因此,片状氧化铝颗粒是极其有用的氧化铝颗粒,其具有片状氧化铝颗粒的优点例如发挥优异的导热性,并进一步地具有高形状保持率和有利的树脂组合物的加工稳定性。
另外,关于实施方案的片状氧化铝颗粒,其中通过使用Cu-Kα射线的X射线衍射测定获得的衍射峰的对应于(006)面的2θ=41.6±0.3度处的峰强度I(006)与对应于(113)面的2θ=43.3±0.3度处的峰强度I(113)之比I(006)/I(113)(下文中,I(006)/I(113)将简写为(006/113)比)优选0.2以上且30以下,更优选1以上且20以下,最优选3以上且10以下,且特别优选7.5以上且10以下。在此情况下的片状氧化铝颗粒具有例如10μm以上的平均粒径(D50)和0.1μm以上的厚度。
(006/113)比的值大理解为意指(006)面与(113)面的比大,也意指对应于(006)面取向上的晶体的面在平片状氧化铝颗粒中显著发展。由于此类平片状氧化铝颗粒不仅具有在片状氧化铝的片状表面上发展出的大面积的上表面或下表面,结果,由上表面或下表面反射的反射光的可见性增加;而且,对应于(113)面取向上的晶体的面的形成受到抑制,尽管每个颗粒的质量小,但发挥出高亮度。
根据实施方案的片状氧化铝颗粒在等电点的pH例如为2~6的范围,优选2.5~5的范围,更优选3~4的范围。在等电点的pH在上述范围的片状氧化铝颗粒具有强静电排斥力,能够增强配混到上述待分散介质时的分散稳定性,并进一步促进通过借助于偶联处理剂的表面处理的改造,这旨在进一步改进性能。
在等电点的pH值可以通过以下来获得:(i)通过获得混合物的上清液来制备测定用样品,所述混合物的上清液是通过使用AWATORI RENTARO(Thinky Corporation,ARE-310)在搅拌和消泡模式下搅拌样品(20mg)和10mM KCl水溶液(10mL)3分钟并将混合物静置5分钟而得的;(ii)通过自动滴定装置向样品加入0.1N HCl,在zeta电位测定装置(MalvernPanalytical Ltd.,ZETASIZER NANO ZSP)中,在高至2的pH范围内测定zeta电位(施加电压为100V,单峰模式);(iii)评价电位达到零时在等电点的pH。
在根据实施方案的片状氧化铝颗粒中,例如密度为3.70g/cm3以上且4.10g/cm3以下,密度优选为3.72g/cm3以上且4.10g/cm3以下,密度更优选为3.80g/cm3以上且4.10g/cm3以下。
可以在300℃和3小时的条件下进行片状氧化铝颗粒的预处理之后,在测定温度25℃并将氦气用作载气的条件下,通过使用MICROMERITICS INSTRUMENT CORP.制造的干式自动密度计AccuPyc II 1330测定密度。
[氧化铝]
根据实施方案的片状氧化铝颗粒中所包括的“氧化铝”为铝氧化物并可为例如γ、δ、θ或k等各种晶型的过渡型氧化铝,或者可在过渡型氧化铝中包括水合氧化铝。然而,从进一步改进的机械强度或光学特性的观点来看,氧化铝优选基本上具有α-晶型(α-型)。α-晶型为氧化铝的致密晶体结构且有利于改进实施方案的片状氧化铝的机械强度或光学特性。
α结晶化率优选尽可能接近于100%,这是因为其变得容易发挥α-晶型的固有性能。根据实施方案的片状氧化铝颗粒的α结晶化率例如为90%以上,优选95%以上,更优选99%以上。
[硅和锗]
根据实施方案的片状氧化铝颗粒可包括硅和/或锗。
硅或锗可源自可用作形状控制剂的硅、硅化合物和/或锗化合物。在使用硅或锗的情况下,在下述制造方法中,可以制造具有优异的亮度的片状氧化铝颗粒。
(硅)
根据实施方案的片状氧化铝颗粒可包括硅。根据实施方案的片状氧化铝颗粒可在表层中含有硅。
就这一点而言,″表层″意指自根据实施方案的片状氧化铝颗粒的表面起10nm内的层。该距离对应于用于实施例中的测定的XPS的检测深度。
在根据实施方案的片状氧化铝颗粒中,硅可不均匀地分布在表层中。就这一点而言,″不均匀地分布在表层中″意指其中表层的每单位体积的硅质量大于除表层之外的其它部分的每单位体积的硅质量的状态。表层中硅的不均匀分布可通过比较基于XPS的表面分析结果和基于XRF的总体分析结果来确定。
根据实施方案的片状氧化铝颗粒中所含的硅可为硅单质或硅化合物中的硅。根据实施方案的片状氧化铝颗粒可含有选自由莫来石、Si、SiO2、SiO和通过与氧化铝反应而生成的硅酸铝组成的组的至少一种作为硅或硅化合物,上述物质可包括在表层中。下文中将描述莫来石。
在使用硅或含硅元素的硅化合物作为形状控制剂的情况下,从根据实施方案的片状氧化铝颗粒中,Si可通过XRF分析来检测。在根据实施方案的片状氧化铝颗粒中,通过XRF分析获取的Si与Al的摩尔比[Si]/[Al]例如为0.04以下,优选0.035以下,更优选0.02以下。
另外,摩尔比[Si]/[Al]的值没有特别限制,且例如为0.003以上,优选0.004以上,更优选0.005以上。
在根据实施方案的片状氧化铝颗粒中,通过XRF分析获取的Si与Al的摩尔比[Si]/[Al]例如为0.003以上且0.04以下,优选0.004以上且0.035以下,更优选0.005以上且0.02以下。
通过XRF分析获取的Si与Al的摩尔比[Si]/[Al]的值在上述范围内的片状氧化铝颗粒满足上述(006/113)比的值并具有更优选的亮度,且有利地形成片状形状。另外,附着物(attachment substance)不容易附着至片状氧化铝颗粒的表面,且品质优异。该附着物被认为是SiO2粒(grain),并且认为是由于片状氧化铝颗粒的表层中莫来石的生成饱和而变得过量的Si生成的。
当使用粒径较大的片状氧化铝颗粒时,在片状氧化铝颗粒中,通过XRF分析获取的Si与Al的摩尔比[Si]/[Al]优选0.0003以上且0.01以下,优选0.0005以上且0.0025以下,更优选0.0006以上且0.001以下。
根据实施方案的片状氧化铝颗粒能够包括对应于在其制造方法中使用的硅或含硅元素的硅化合物的硅。相对于根据实施方案的片状氧化铝颗粒100质量%的硅的含量,以二氧化硅的形式计,优选10质量%以下,更优选0.001质量%~5质量%,仍更优选0.01质量%~4质量%,且特别优选0.3质量%~2.5质量%。
当硅的含量在上述范围内时,片状氧化铝颗粒满足上述(006/113)比的值并具有更优选的亮度,且有利地形成片状形状。另外,被认为是SiO2粒的附着物不容易附着至片状氧化铝颗粒的表面,且品质优异。
当使用粒径较大的片状氧化铝颗粒时,相对于片状氧化铝颗粒100质量%的硅的量,以二氧化硅的形式计,优选10质量%以下,更优选0.001质量%~3质量%,最优选0.01质量%~1质量%,且特别优选0.03质量%~0.3质量%。
(莫来石)
根据实施方案的片状氧化铝颗粒可含有莫来石。认为当片状氧化铝颗粒的表层含有莫来石时,构成无机被覆部的无机材料的选择性得到改进,无机被覆部可有效地形成在片状氧化铝颗粒中。
当莫来石包括在片状氧化铝颗粒的表层中时,装置的显著磨耗降低得到提高。根据实施方案的片状氧化铝颗粒可在表层中包括的“莫来石”为Al和Si的复合氧化物并由AlxSiyOz表示,但x、y和z的值没有特别限制。更优选的范围为Al2Si1O5~Al6Si2O13。在后述实施例中,确认了包括Al2.85Si1O6.3、Al3Si1O6.5、Al3.67Si1O7.5、Al4Si1O8或Al6Si2O13的片状氧化铝颗粒的XRD峰强度。根据实施方案的片状氧化铝颗粒可在表层中包括选自由Al2.85Si1O6.3、Al3Si1O6.5、Al3.67Si1O7.5、Al4Si1O8和Al6Si2O13组成的组的至少一种化合物。这里,“表层”是指自根据实施方案的片状氧化铝颗粒的表面起10nm以下的区域。该距离对应于用于实施例中的测定的XPS的检测深度。
在根据实施方案的片状氧化铝颗粒中,莫来石优选不均匀地分布在表层中。这里,表述“不均匀地分布在表层中”是指其中表层的每单位体积的莫来石质量大于除表层之外的其它区域的每单位体积的莫来石质量的状态。莫来石不均匀地分布在表层中可通过比较如后述实施例中记载的基于XPS的表面分析结果和基于XRF的总体分析结果来确定。
另外,表层中的莫来石可形成莫来石层或可处于其中莫来石和氧化铝混合的状态。表层中莫来石和氧化铝之间的界面可处于其中莫来石和氧化铝彼此物理接触的状态,莫来石和氧化铝可形成化学键如Si-O-Al。
(锗)
根据实施方案的片状氧化铝颗粒可包括锗。根据实施方案的片状氧化铝颗粒可在表层中包括锗。
虽然取决于所使用的原料而变化,但根据实施方案的片状氧化铝颗粒可包括作为锗或锗化合物的、选自由例如化合物如Ge、GeO2、GeO、GeCl2、GeBr4、GeI4、GeS2、AlGe、GeTe、GeTe3、As2、GeSe、GeS3As、SiGe、Li2Ge、FeGe、SrGe和GaGe、及其氧化物等组成的组的至少一种;并可在表层中包括上述物质。
根据实施方案的片状氧化铝颗粒所包括的“锗或锗化合物”以及用作原料的形状控制剂的“原料锗化合物”可为相同种类的锗化合物。例如,从通过将GeO2加入原料而制造的片状氧化铝颗粒中,可以检测到GeO2。
当锗或锗化合物包括在片状氧化铝颗粒的表层中时,装置的显著磨耗降低得到提高。这里,“表层”是指自根据实施方案的片状氧化铝颗粒的表面起10nm以下的区域。
在根据实施方案的片状氧化铝颗粒中,锗或锗化合物优选不均匀地分布在表层中。这里,表述“不均匀地分布在表层中”是指其中表层的每单位体积的锗或锗化合物质量大于除表层之外的其它区域的每单位体积的锗或锗化合物质量的状态。锗或锗化合物不均匀地分布在表层中可通过比较如后述实施例中记载的基于XPS的表面分析结果和基于XRF的总体分析结果来确定。
片状氧化铝颗粒含有对应于制造方法中使用的原料锗化合物的锗。相对于片状氧化铝颗粒100质量%的锗的量,以二氧化锗计,优选为10质量%以下,更优选0.001质量%~5质量%,最优选0.01质量%~4质量%,且特别优选0.1质量%~3.0质量%。当锗的量在上述范围内时,这是优选的,因为锗或锗化合物的量是合适的,满足(006/113)比的值,且获得更优选的亮度。锗的量可通过XRF分析来确定。
XRF分析在与后述实施例中所记载的测定条件相同的条件下或在其中得到同样测定结果的同等条件下进行。
另外,表层中的锗或锗化合物可形成层或可处于其中锗或锗化合物与氧化铝混合的状态。表层中的锗或锗化合物与氧化铝之间的界面可处于其中锗或锗化合物与氧化铝彼此物理接触的状态,锗或锗化合物与氧化铝可形成化学键如Ge-O-Al。
[钼]
根据实施方案的片状氧化铝颗粒可含有钼。另外,在片状氧化铝颗粒中,钼优选包含在表层中。从而,构成无机被覆部的无机材料的选择性得到改进,无机被覆部可有效地形成在片状氧化铝颗粒中。
钼可源自在后述氧化铝颗粒的制造方法中用作助熔剂的钼化合物。
钼具有催化功能和光学功能。另外,当使用钼时,在后述制造方法中,可以制造具有片状形状、高结晶性和优异的亮度的片状氧化铝颗粒。
有下述趋势:当钼的使用量增加时,满足粒径和(006/113)比的值,所得氧化铝颗粒的亮度得到进一步改进。此外,钼的使用加速了莫来石的形成并使得能够制造具有高纵横比和优异的分散性的片状氧化铝颗粒。另外,变得可以通过使用在片状氧化铝颗粒中包括的钼的特性而将片状氧化铝颗粒应用于作为氧化反应催化剂和光学材料的用途。
钼没有特别限制,且不仅包括金属钼还包括氧化钼、部分还原的钼化合物或钼酸盐等。
钼可以以钼化合物能够具有的多种形式或组合中的任意者包括,并且可以作为α-MoO3、β-MoO3、MoO2、MoO或钼簇状结构等包括在片状氧化铝颗粒中。
所含有的钼的形式没有特别限制,钼可以以附着至片状氧化铝颗粒的表面的形式、以置换了氧化铝的晶体结构中的铝的一部分的形式、或以其组合形式被包含。
通过XRF分析获取的相对于片状氧化铝颗粒100质量%的钼的量,以三氧化钼计,优选为10质量%以下,且通过调节烧结温度、烧结时间和钼化合物升华速度,更优选0.001质量%~5质量%,最优选0.01质量%~5质量%,且特别优选0.1质量%~1.5质量%。当钼的量为10质量%以下时,由于氧化铝的α单晶品质改进而是优选的。
当使用粒径较大的片状氧化铝颗粒时,相对于根据实施方案的片状氧化铝颗粒100质量%的钼的量,以三氧化钼计,优选为10质量%以下,且通过调节烧结温度、烧结时间和钼化合物升华速度,更优选0.1质量%~5质量%,且最优选0.3质量%~1质量%。
钼的量可以通过XRF分析确定。XRF分析在与后述实施例中所记载的测定条件相同的条件下或在其中得到同样测定结果的同等条件下进行。
另外,氧化铝颗粒表面上的Mo的量的确定可以使用上述X射线光电子能谱(XPS)设备来进行。
[钾]
片状氧化铝颗粒可进一步含有钾。
钾可源自可在后述氧化铝颗粒的制造方法中用作助熔剂的钾。
通过利用钾,氧化铝颗粒的粒径可以在后述氧化铝颗粒的制造方法中得到适当改进。
钾没有特别限制,除了金属钾以外,可以使用氧化钾和部分还原的钾化合物等。
所含有的钾的形式没有特别限制,钾可以以钾粘附至具有片状氧化铝颗粒的扁平氧化铝(tabular alumina)的表面的形式、其中氧化铝的晶体结构中的一些铝被钾替换的形式、或其组合被包含。
通过XRF分析获取的相对于氧化铝颗粒100质量%的钾的量,以氧化钾(K2O)计,优选0.01质量%以上,更优选0.01质量%~1.0质量%,更优选0.03质量%~0.5质量%,且特别优选0.05质量%~0.3质量%。其中钾的量在上述范围内的氧化铝颗粒是优选的,这是因为它们具有多面体形状和适当的平均粒径值等。
(其它原子)
其它原子是指在不影响本发明的效果的情况下有意添加至氧化铝颗粒以赋予机械强度或者电磁功能的原子。
其它原子没有特别限制,其实例包括锌、锰、钙、锶和钇。这些其它原子可单独使用或者其两种以上可以组合使用。
相对于氧化铝颗粒的质量,氧化铝颗粒中的其它原子的量优选5质量%以下,更优选2质量%以下。
[不可避免的杂质]
氧化铝颗粒可含有不可避免的杂质。
不可避免的杂质是指源自制造中使用的金属化合物的杂质,尽管它们存在于原料中,但在制造步骤中不可避免地掺入氧化铝颗粒中,且基本上是不必要的,它们以少量包含但不影响氧化铝颗粒的特性。
不可避免的杂质没有特别限制,其实例包括镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧、铈和钠。这些不可避免的杂质可单独或以其两种以上的组合包含。
相对于氧化铝颗粒的质量,氧化铝颗粒中不可避免的杂质的量优选10,000ppm以下,更优选1,000ppm以下,且最优选10~500ppm。
<无机被覆部>
无机被覆部被覆了氧化铝颗粒的表面的至少一部分,且优选由被覆氧化铝颗粒的表面的至少一部分的无机被覆层构成。换言之,复合颗粒的表面的至少一部分被覆有无机被覆部,且优选复合颗粒的表面的至少一部分被覆有无机被覆层。
如上所述,无机被覆部设置在氧化铝颗粒的表面上。“氧化铝颗粒的表面上”是指在氧化铝颗粒的表面的外侧。因此,将形成在氧化铝颗粒的表面的外侧的无机被覆部与形成在氧化铝颗粒的表面的内侧且含有莫来石和锗的表层清楚地区分开。
构成无机被覆部的无机化学物种(species)可以相对大于氧化铝颗粒。然而,优选化学物种相对小于氧化铝颗粒,原因在于可以根据所期望的目的而可靠地设置具有任意被覆量(或被覆厚度)的无机被覆部。组合的实例包括微米量级的氧化铝颗粒和150nm以下的无机化学物种。当使用小于氧化铝颗粒的无机化学物种而将无机被覆部设置在氧化铝颗粒的表面的外侧时,无机被覆部可以通过使用少量无机化学物种设置在氧化铝颗粒的表面的外侧的一部分上,从而可以清楚地观察到氧化铝表面的表面。可选地,无机被覆部可以以如下状态设置在氧化铝颗粒的表面上:其中通过使用大量无机化学物种而使无机化学物种堆叠在氧化铝颗粒的表面上,从而使氧化铝颗粒的表面不可观察。构成无机被覆部的无机化学物种的形状没有限制。例如,其形状优选球状或多面体状,原因在于可以用最小用量的无机化学物种形成最密堆积结构并可靠地掩蔽氧化铝颗粒的表面。
本发明的复合颗粒由含钼的氧化铝颗粒和由无机化学物种制成的无机被覆部构成,且具有由氧化铝颗粒和无机化学物种的简单混合物无法发挥的优异性能。在本发明的复合颗粒中,在微米量级的含钼的氧化铝颗粒和150nm以下的非聚集的无机化学物种的组合的情况中,例如,由于分子间作用力或在某些情况下的局部化学反应,氧化铝颗粒和无机化学物种之间的相互作用增加。结果,可以可靠地发挥特别优异的性能,例如更高的被覆特性、更均匀的无机被覆部、和所得无机被覆部难以从氧化铝颗粒剥离。还可以预期氧化铝颗粒中所含的钼的贡献。纳米量级的独立的无机物种可以通过例如机械破碎微米量级的无机物种来获得。然而,由于其再聚集立即发生,化学物种不易处理。当使用不含钼的氧化铝颗粒或聚集的无机物种时,仅形成氧化铝颗粒和无机化学物种的简单混合物。这种氧化铝颗粒和无机化学物种的简单混合物不发挥本发明的复合颗粒的性能。根据后述本发明的复合颗粒的制造方法,可以更可靠地制造具有更高被覆效率的复合颗粒。
无机被覆部可以由例如氧化物或金属制成。氧化物的实例包括选自由氧化钛(TiO2)、氧化铁(Fe2O3)和二氧化硅(SiO2)组成的组的一种以上。金属的实例包括选自由银(Ag)、镍(Ni)、铜(Cu)、金(Au)和铂(Pt)组成的组的一种以上。
构成无机被覆部的氧化物或金属的形式没有特别限制,其实例包括例如球状、针状、多面体形状、盘状、中空状和多孔形态等颗粒形式。由具有颗粒形式的氧化物或金属制成的颗粒的平均粒径例如优选为1nm以上且500nm以下,更优选5nm以上且200nm以下。由氧化物或金属制成的颗粒可以为结晶的或无定形的。
当无机被覆部为无机被覆层时,在氧化铝颗粒的表面上形成的一层无机被覆层的厚度优选20nm以上且400nm以下,优选30nm以上且300nm以下,且特别优选30nm以上且200nm以下。
当无机被覆层由氧化钛制成时,期望的干涉色可以通过改变无机被覆层的厚度来获得。当无机被覆层的厚度增加时,颜色强度增加。
当无机被覆层由氧化铁制成时,复合颗粒的颜色为红色或红褐色。
无机被覆部可以由一层构成或可以由多层构成。另外,当无机被覆部由多层构成时,多层可以由不同的材料构成。
[复合颗粒的XRF被覆率]
根据实施方案的复合颗粒的XRF被覆率(%)可以使用例如后述X射线荧光(XRF)分析设备来获得。
XRF被覆率(%)基于例如构成无机被覆部的金属氧化物的量相对于构成氧化铝颗粒的氧化铝的量来获得,并且可以例如由XRF分析结果得到的[MOx]/[Al2O3](质量比)来获得。
[复合颗粒的被覆效率]
根据实施方案的复合颗粒的被覆效率可以由后述XRF被覆率相对于理论被覆率的比率来获得。被覆效率优选30%以上,更优选80%以上,且最优选90%以上。
[复合颗粒表面上的有机化合物层]
在一个实施方案中,有机化合物层可以设置在复合颗粒的表面上。构成有机化合物层的有机化合物存在于复合颗粒的表面上且具有调节复合颗粒的表面物性的功能。例如,在表面上包含有机化合物的复合颗粒可以改进与树脂的亲和性以便可以最大水平地发挥氧化铝颗粒作为填料的功能。
有机化合物没有特别限制,其实例包括有机硅烷、烷基膦酸和聚合物。
有机硅烷的实例包括例如甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正丙基三乙氧基硅烷、异丙基三甲氧基硅烷、异丙基三乙氧基硅烷、戊基三甲氧基硅烷和己基三甲氧基硅烷等具有碳原子数为1~22的烷基的烷基三甲氧基硅烷类,和烷基三氯硅烷类,3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷,十三氟-1,1,2,2-(四氢辛基)三氯硅烷,苯基三甲氧基硅烷,苯基三乙氧基硅烷,对氯甲基苯基三甲氧基硅烷和对氯甲基苯基三乙氧基硅烷。
膦酸的实例包括甲基膦酸、乙基膦酸、丙基膦酸、丁基膦酸、戊基膦酸、己基膦酸、庚基膦酸、辛基膦酸、癸基膦酸、十二烷基膦酸、十八烷基膦酸、2-乙基己基膦酸、环己基甲基膦酸、环己基乙基膦酸、苄基膦酸、苯基膦酸和十二烷基苯膦酸。
关于聚合物,例如,可以适当地使用聚(甲基)丙烯酸酯类。其具体实例包括聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚(甲基)丙烯酸乙酯、聚(甲基)丙烯酸丁酯、聚(甲基)丙烯酸苄酯、聚(甲基)丙烯酸环己酯、聚(甲基)丙烯酸叔丁酯、聚(甲基)丙烯酸缩水甘油酯和聚(甲基)丙烯酸五氟丙酯,另外,还包括例如通用的聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、环氧树脂、聚酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯等聚合物。
这里,可以包含一种或两种以上的上述有机化合物。
其中包含有机化合物的形式没有特别限制,且有机化合物可以共价连接至氧化铝或可被覆氧化铝或无机被覆部的材料。
相对于氧化铝颗粒的质量,有机化合物的量优选20质量%以下,更优选10质量%以上且0.01质量%以下。当有机化合物的量为20质量%以下时,因为可以容易地发挥源自复合颗粒的物性而是优选的。
<复合颗粒的制造方法>
接下来,将详细例示根据第一实施方案的复合颗粒的制造方法。根据本实施方案的复合颗粒的制造方法不限于以下复合颗粒的制造方法。
根据本实施方案的复合颗粒的制造方法包括通过对包括含铝元素的铝化合物、含钼元素的钼化合物和用于控制氧化铝颗粒的形状的形状控制剂的混合物进行烧结来制造氧化铝颗粒;和在氧化铝颗粒的表面上形成无机被覆部。
<片状氧化铝颗粒的制造方法>
构成复合颗粒的片状氧化铝颗粒的制造方法没有特别限制,并适当地应用已知的技术。然而,优选应用根据使用钼化合物的助熔剂法的制造方法,这是因为可以在相对低的温度下适当地控制具有高α-结晶化率的氧化铝颗粒。
更详细地,优选的片状氧化铝颗粒的制造方法包括在钼化合物和形状控制剂的存在下对铝化合物进行烧结的步骤(烧结步骤)。烧结步骤可为对在得到烧结对象的混合物的步骤(混合步骤)中获得的混合物进行烧结的步骤。
[混合步骤]
混合步骤为混合铝化合物、钼化合物和形状控制剂而制成混合物的步骤。以下,将在下文中对混合物的含量进行说明。
(铝化合物)
本实施方案中的铝化合物为包含铝元素的化合物,且为根据实施方案的片状氧化铝颗粒的原料。铝化合物没有特别限制,只要铝化合物通过热处理转变为氧化铝颗粒即可,可以使用例如氯化铝、硫酸铝、碱式乙酸铝、氢氧化铝、勃姆石、拟勃姆石、过渡型氧化铝(γ-氧化铝、δ-氧化铝或θ-氧化铝等)、α-氧化铝、或具有两种以上晶相的混合氧化铝颗粒等,作为前体的铝化合物的诸如形状、粒径、比表面积等物理形态没有特别限制。
根据以下详细描述的助熔剂法,无论实施方案中的铝化合物的形状如何,可以优选使用铝化合物,例如球状结构、不规则形状、具有高纵横比的结构(例如丝、纤维、带或管等)、和片材等中的任一者。
类似地,根据以下详细描述的助熔剂法,关于铝化合物的粒径,可以优选使用粒径为几纳米至几百微米的铝化合物的固体。
铝化合物的比表面积没有特别限制。为了使钼化合物有效地起作用,优选比表面积大,但通过调节烧结条件或钼化合物的用量,铝化合物可用作原料而无论比表面积如何。
另外,铝化合物可为仅铝化合物或者铝化合物和有机化合物的复合体。例如,还可以优选使用:通过使用有机硅烷将铝化合物改性而得到的有机/无机复合体、吸附有聚合物的铝化合物复合体等。在使用这些复合体的情况下,有机化合物的含有率没有特别限制,由于可以有效地制造片状氧化铝颗粒,该含有率优选为60质量%以下,更优选为30质量%以下。
(形状控制剂)
为了形成根据实施方案的片状氧化铝颗粒,可以使用形状控制剂。形状控制剂在通过在钼化合物的存在下烧结氧化铝化合物的氧化铝的片状晶体生长中起重要作用。
形状控制剂的存在状态没有特别限制,并可以优选使用形状控制剂和铝化合物的物理混合物、包括均匀或局部地存在于铝化合物的表面或内部的形状控制剂的复合体等。
另外,形状控制剂可添加至铝化合物,并可作为杂质包含在铝化合物中。
形状控制剂在片状晶体生长中起重要作用。在通常进行的氧化钼助熔剂法中,氧化钼与铝化合物反应,从而形成钼酸铝,然后在该钼酸铝的分解过程中,化学势的变化充当结晶的驱动力,因此形成自形面(euhedral face)(113)高度发展的六方双锥型多面体颗粒。认为,在实施方案的制造方法中,在α-氧化铝生长过程中,形状控制剂定位在颗粒表面附近,从而显著抑制了自形面(113)的生长,因此,晶体取向在面方向的生长变得比较快,(001)面或(006)面生长,可以形成片状形式。通过使用钼化合物作为助熔剂,可以更容易地形成具有高α-结晶化率并且包含钼的片状氧化铝颗粒。
这里,上述机制仅为推测,即使通过与上述机制不同的机制获得本发明的效果,该机制也包括在本发明的技术范围内。
关于形状控制剂的类型,优选使用选自由硅、硅化合物和锗化合物组成的组中的至少一种,因为其允许制造具有更高的纵横比、优越的分散性和优越的生产性的片状氧化铝颗粒。可以组合使用硅或硅化合物和锗化合物。关于形状控制剂,优选使用硅或含硅元素的硅化合物,因为其充当莫来石的Si供给源并且有效地产生莫来石。另外,关于形状控制剂,优选使用锗化合物,因为与使用硅或硅化合物时相比,其允许制造具有更高的纵横比和更大的粒径的片状氧化铝颗粒。
根据上述使用硅或硅化合物作为形状控制剂的助熔剂法,可以容易地制造在表层中含有莫来石的片状氧化铝颗粒。
根据上述使用原料锗化合物作为形状控制剂的助熔剂法,可以容易地制造含有锗或锗化合物的片状氧化铝颗粒。
·硅或硅化合物
硅或含硅元素的硅化合物没有特别限制,且可以使用公知的那些。作为硅或含硅元素的硅化合物的具体实例,例举如金属硅、有机硅烷、硅树脂、硅细颗粒、硅胶、介孔二氧化硅、SiC、莫来石等人工合成硅化合物;以及如生物二氧化硅等天然硅化合物;等等。其中,优选使用有机硅烷、硅树脂和硅细颗粒,因为可以更均匀地与铝化合物形成组合物并混合。硅或含硅元素的硅化合物可单独使用或者其两种以上可以组合使用。另外,该形状控制剂可以与其它形状控制剂并用,只要不损害本发明的效果即可。
硅或含硅元素的硅化合物的形状没有特别限制,并且可以优选使用例如球状结构、不规则形状、具有高纵横比的结构(例如线、纤维、带或管等)、和片材等。
·锗化合物
用作形状控制剂的原料锗化合物没有特别限制,并可使用公知的锗化合物。作为原料锗化合物的具体实例,例举锗金属、二氧化锗、一氧化锗、四氯化锗、和具有Ge-C键的有机锗化合物等。原料锗化合物可单独使用或者其两种以上可以组合使用。另外,该形状控制剂可以与其它形状控制剂并用,只要不损害本发明的效果即可。
原料锗化合物的形状没有特别限制,并且可以优选使用例如球状结构、不规则形状、具有高纵横比的结构(例如线、纤维、带或管等)、和片材等。
(钼化合物)
如后所述,钼化合物在氧化铝的α晶体生长中起到助熔剂功能。
钼化合物没有特别限制,其实例包括氧化钼和含有由金属钼与氧结合形成的酸根阴离子(MoOx n-)的化合物。
含有酸根阴离子(MoOx n-)的化合物没有特别限制,其实例包括钼酸(molybdate)、钼酸钠、钼酸钾、钼酸锂、H3PMO12O40、H3SiMO12O40、NH4MO7O12、二硫化钼等。
钼化合物可含有硅。在此情况下,含硅的钼化合物充当助熔剂和形状控制剂二者。
上述的钼化合物中,考虑到易于升华和成本而优选使用氧化钼。另外,上述的钼化合物可单独使用或者其两种以上可以组合使用。
另外,由于钼酸钾(K2MonO3n+1,n=1~3)含有钾,因此其还具有作为后述钾化合物的功能。在根据实施方案的制造方法中,使用钼酸钾作为助熔剂与使用钼化合物和钾化合物作为助熔剂是同义的。
(钾化合物)
钾化合物可与形状控制剂一起附加使用。
钾化合物没有特别限制,例举氯化钾、亚氯酸钾、氯酸钾、硫酸钾、硫酸氢钾、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾、硝酸钾、碳酸钾、碳酸氢钾、乙酸钾、氧化钾、溴化钾、溴酸钾、氢氧化钾、硅酸钾、磷酸钾、磷酸氢钾、硫化钾、硫化氢钾、钼酸钾和钨酸钾等。此时,钾化合物以与钼化合物相同的方式包含异构体。其中,优选使用碳酸钾、碳酸氢钾、氧化钾、氢氧化钾、氯化钾、硫酸钾、钼酸钾,更优选使用碳酸钾、碳酸氢钾、氯化钾、硫酸钾、钼酸钾。
钾化合物可单独使用或者其两种以上可以组合使用。
钾化合物有助于氧化铝表层中莫来石的有效形成。另外,钾化合物有助于氧化铝表层中含锗的层的有效形成。
另外,钾化合物优选与钼化合物一起用作助熔剂。
上述化合物中,由于钼酸钾含有钼,因此其具有作为上述钼化合物的功能。当钼酸钾用作助熔剂时,可以获得与钼化合物和钾化合物用作助熔剂时相同的效果。
作为在烧结期间的升温过程的反应中制备或制造原料时使用的钾化合物,例如钼酸钾等水溶性钾化合物可通过烧结后的清洗容易地回收,即使在烧结温度范围内也不会蒸发。因此,钼化合物释放到烧结炉外的量也减少,并可以显著降低生产成本。
当钼化合物和钾化合物用作助熔剂时,钼化合物的钼元素与钾化合物的钾元素的摩尔比(钼元素/钾元素)优选5以下,更优选0.01~3,且最优选0.5~1.5,这是因为可进一步降低生产成本。当摩尔比(钼元素/钾元素)在上述范围内时,由于可以获得具有大粒径的片状氧化铝颗粒而是优选的。
(金属化合物)
如下文将描述的,金属化合物具有促进氧化铝的晶体生长的功能。金属化合物可根据需要在烧结期间使用。这里,由于金属化合物用于促进α-氧化铝的晶体生长,金属化合物不是用于制造根据本发明的片状氧化铝颗粒的必要构成成分。
金属化合物没有特别限制,优选包括选自由II族金属化合物和III族金属化合物组成的组的至少一种。
II族金属化合物的实例包括镁化合物、钙化合物、锶化合物和钡化合物。
III族金属化合物的实例包括钪化合物、钇化合物、镧化合物和铈化合物。
这里,上述金属化合物是指金属元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、氯化物。例如,在钇化合物的情况下,可以例举氧化钇(Y2O3)、氢氧化钇、碳酸钇等。其中,金属化合物优选为金属元素的氧化物。这里,这种金属化合物包括异构体。
其中,优选第3周期元素的金属化合物、第4周期元素的金属化合物、第5周期元素的金属化合物或第6周期元素的金属化合物,更优选第4周期元素的金属化合物或第5周期元素的金属化合物,最优选第5周期元素的金属化合物。具体地,优选使用镁化合物、钙化合物、钇化合物或镧化合物,更优选使用镁化合物、钙化合物或钇化合物,特别优选使用钇化合物。
金属化合物的添加量相对于铝化合物中的以铝原子质量计的值优选为0.02质量%~20质量%,更优选0.1质量%~20质量%。当金属化合物的添加量为0.02质量%以上时,由于可以适当地进行含钼的α-氧化铝的晶体生长而是优选的。另一方面,当金属化合物的添加量为20质量%以下时,由于可以获得源自金属化合物的杂质的量少的片状氧化铝颗粒而是优选的。
[钇]
当在钇化合物作为金属化合物的存在下烧结铝化合物时,在该烧结步骤中,更适当地进行晶体生长,且产生α-氧化铝和水溶性钇化合物。在此情况下,由于水溶性钇化合物很可能定位在作为片状氧化铝颗粒的α-氧化铝的表面上,因此根据需要进行用水、碱水、或这些为温热的液体等的清洗,因此可从片状氧化铝颗粒除去钇化合物。
上述铝化合物、钼化合物、硅或硅化合物、锗化合物和钾化合物等的用量没有特别限制。例如,当将原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,可以对以下混合物进行烧结。
1)其中混合了以下的混合物:
以Al2O3计,优选50质量%以上的铝化合物,更优选70质量%以上且99质量%以下的铝化合物,且最优选80质量%以上且94.5质量%以下的铝化合物;
以MoO3计,优选40质量%以下的钼化合物,更优选0.5质量%以上且20质量%以下的钼化合物,且最优选1质量%以上且7质量%以下的钼化合物;和
以SiO2计或以GeO2计,优选0.1质量%以上且10质量%以下的硅、硅化合物或锗化合物,更优选0.5质量%以上且小于7质量%的硅、硅化合物或锗化合物,且最优选0.8质量%以上且4质量%以下的硅、硅化合物或锗化合物。
为了获得粒径较大的片状氧化铝颗粒,在上述混合物中,以MoO3计,优选使用7质量%以上且40质量%以下的钼化合物,更优选使用9质量%以上且30质量%以下的钼化合物,且最优选使用10质量%以上且17质量%以下的钼化合物。
为了获得粒径较大的片状氧化铝颗粒,在上述混合物中,以SiO2计和/或以GeO2计,使用优选0.4质量%以上且小于10质量%、更优选0.5质量%以上且10质量%以下、特别优选1质量%以上且3质量%以下的硅、硅化合物和/或锗化合物。
形状控制剂中的硅、硅化合物和/或锗化合物可为硅或硅化合物或者可为锗化合物。
关于形状控制剂,可以单独使用硅或硅化合物;可以单独使用锗化合物;或可以使用硅或硅化合物与锗化合物的组合。
如果锗化合物用作形状控制剂,则当将原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,以GeO2计,优选0.4质量%以上且小于1.5质量%、更优选0.7质量%以上且1.2质量%以下的锗化合物可添加到混合物。
其中添加上述原料(质量%)的条件可以针对各原料自由组合,且所添加的各原料的下限值和上限值(质量%)也可自由组合。
当使用在上述范围内的各种化合物时,可以容易地制造满足(006/113)比的值且具有优异的亮度的片状氧化铝颗粒。
当混合物还含有上述钾化合物时,钾化合物的用量没有特别限制。这里,当原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,可以添加以K2O计优选5质量%以下、更优选0.01质量%以上且3质量%以下、最优选0.05质量%以上且1质量%以下的钾化合物。
认为当使用钾化合物时,根据与钼化合物反应所形成的钼酸钾通过发挥Si扩散作用而有助于促进莫来石形成在片状氧化铝颗粒的表面上。
类似地,认为当使用钾化合物时,根据与钼化合物反应所形成的钼酸钾通过发挥原料锗扩散作用而有助于促进锗或锗化合物形成在片状氧化铝颗粒的表面上。
作为在烧结期间的升温过程的反应中制备或制造原料时使用的钾化合物,例如钼酸钾等水溶性钾化合物可通过烧结后的清洗容易地回收,即使在烧结温度范围内也不会蒸发。因此,钼化合物释放到烧结炉外的量也减少,并可以显著降低生产成本。
在助熔剂法中,钼化合物和钾化合物优选用作助熔剂。
这里,作为助熔剂的含钼和钾的化合物可以例如在烧结过程中使用较廉价且容易获得的钼化合物和钾化合物作为原料来制造。这里,在其中钼化合物和钾化合物用作助熔剂的情况和其中含钼和钾的化合物用作助熔剂的情况两种情况之中,将描述其中钼化合物和钾化合物用作助熔剂的实例。
为了获得粒径较大的片状氧化铝颗粒,当将原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,上述铝化合物、钼化合物、钾化合物和硅或硅化合物的用量可优选如下。
2)其中混合以Al2O3计的10质量%以上的铝化合物、以MoO3计的20质量%以上的钼化合物、以K2O计的1质量%以上的钾化合物、和以SiO2计的小于1质量%的硅或硅化合物的混合物。
当将原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,更优选地,因为可以进一步增加六方片状氧化铝的量而可以使用以下混合物。
3)其中混合以Al2O3计的20质量%以上且70质量%以下的铝化合物、以MoO3计的30质量%以上且80质量%以下的钼化合物、以K2O计的5质量%以上且30质量%以下的钾化合物、和以SiO2计的0.001质量%以上且0.3质量%以下的硅或硅化合物的混合物。
当将原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,最优选地,因为可以进一步增加六方片状氧化铝的量而可以使用以下混合物。
4)其中混合以Al2O3计的25质量%以上且40质量%以下的铝化合物、以MoO3计的45质量%以上且70质量%以下的钼化合物、以K2O计的10质量%以上且20质量%以下的钾化合物、和以SiO2计的0.01质量%以上且0.1质量%以下的硅或硅化合物的混合物。
为了使晶体生长得以更适当地进行并使六方片状氧化铝的量最大化,特别优选可以使用以下混合物。
5)其中当将原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,混合以Al2O3计的35质量%以上且40质量%以下的铝化合物、以MoO3计的45质量%以上且65质量%以下的钼化合物、以K2O计的10质量%以上且20质量%以下的钾化合物、和以SiO2计的0.02质量%以上且0.08质量%以下的硅或硅化合物的混合物。
当添加上述范围内的各种化合物时,可以制造具有片状形状和大粒径以及优异亮度的片状氧化铝颗粒。特别地,通过增加钼的用量并在一定程度上减少硅的用量可以容易地获得粒径较大、晶粒尺寸较大的六方片状氧化铝颗粒。当添加上述更优选的范围内的各种化合物时,可以容易地获得六方片状氧化铝颗粒,可以进一步增加其含量,所得氧化铝颗粒趋于具有优异的亮度。
当混合物进一步含有上述钇化合物时,钇化合物的用量没有特别限制。这里,当将原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,以Y2O3计,可以添加优选5质量%以下、更优选0.01质量%以上且3质量%以下的钇化合物。为了晶体生长得以更适当地进行,当将原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,以Y2O3计,可以添加更优选0.1质量%以上且1质量%以下的钇化合物。
上述原料的用量的数值范围可以适当地组合,只要其总含量不超过100质量%即可。
[烧结步骤]
烧结步骤是在钼化合物和形状控制剂的存在下对铝化合物进行烧结的步骤。烧结步骤可以为对混合步骤中得到的混合物进行烧结的步骤。
片状氧化铝颗粒可以通过例如在钼化合物和形状控制剂的存在下对铝化合物进行烧结来获得。如上所述,该制造方法称为助熔剂法。
助熔剂法归类为溶液法。更详细而言,助熔剂法是其中利用晶体-助熔剂2元相图为共晶型相图的事实的晶体生长方法。如下所述推测助熔剂法的机制。即,当对熔质及助熔剂的混合物进行加热时,熔质及助熔剂呈液相。此时,助熔剂为熔剂,换言之,熔质-助熔剂2元相图为共晶型相图,因此熔质在低于熔质熔点的温度下熔化并构成液相。当在该状态下使助熔剂蒸发时,助熔剂的浓度降低,换言之,助溶剂降低熔质熔点的效果变弱,助熔剂的蒸发成为驱动力,从而引起熔质的晶体生长(助熔剂蒸发法)。熔质和助熔剂也能够通过对液相进行冷却来引起熔质的晶体生长(缓冷法)。
助熔剂法具有如下优点:在远低于熔点的温度下使晶体生长,精确地控制晶体结构,和形成具有自形面的多面体晶体。
关于通过钼化合物用作助熔剂的助熔剂法的α-氧化铝颗粒的制造,其机制并不明确,但推测例如如下所述。即,当在钼化合物的存在下对铝化合物进行烧结时,首先形成钼酸铝。此时,如从上述的描述清楚地看出,该钼酸铝在低于氧化铝的熔点的温度下使α-氧化铝晶体生长。另外,通过例如钼酸铝的分解和助熔剂的蒸发等使晶体生长加速,由此可以得到氧化铝颗粒。即,钼化合物起到助熔剂的功能,经由钼酸铝中间体,制造α-氧化铝颗粒。
关于通过钾化合物还用作助熔剂的助熔剂法的α-氧化铝颗粒的制造,其机制并不明确,但推测例如如下所述。首先,钼化合物与铝化合物彼此反应,从而形成钼酸铝。另外,例如,该钼酸铝分解而形成氧化钼和氧化铝,同时,包含通过分解得到的氧化钼的钼化合物与钾化合物反应而形成钼酸钾。在包含该钼酸钾的钼化合物的存在下,氧化铝晶体生长,由此可以得到根据实施方案的片状氧化铝颗粒。
满足(006/113)比且具有优异的亮度的片状氧化铝颗粒可以通过助熔剂法制造。
烧结方法没有特别限制,可以通过公知的常规方法进行烧结。当烧结温度超过700℃时,铝化合物和钼化合物彼此反应,从而形成钼酸铝。进一步地,当烧结温度达到900℃以上时,钼酸铝分解,通过形状控制剂的作用形成片状氧化铝颗粒。另外,认为,在片状氧化铝颗粒中,当钼酸铝分解而形成氧化铝和氧化钼时,钼化合物掺入氧化铝颗粒。
另外,认为,当烧结温度达到900℃以上时,通过钼酸铝的分解而得的钼化合物(例如,三氧化钼)与钾化合物反应,从而形成钼酸钾。
进一步地,认为,当烧结温度达到1000℃以上时,与在钼的存在下片状氧化铝颗粒的晶体生长一起,片状氧化铝颗粒的表面上的Al2O3和SiO2彼此反应,从而高效率地形成莫来石。
类似地,认为,当烧结温度达到1000℃以上时,与在钼的存在下片状氧化铝颗粒的晶体生长一起,片状氧化铝颗粒的表面上的Al2O3和Ge化合物彼此反应,从而高效率地形成具有二氧化锗或Ge-O-Al的化合物等。
另外,在烧结期间,铝化合物、形状控制剂、和钼化合物的状态没有特别限制,钼化合物和形状控制剂需要存在于钼化合物和形状控制剂能够作用于铝化合物的相同的空间内。具体而言,钼化合物、形状控制剂和铝化合物可以通过将钼化合物、形状控制剂和铝化合物的粉末混合的简单混合、通过研磨机或混合机等的机械混合、或通过研钵等的混合来混合在一起,并且钼化合物、形状控制剂和铝化合物可以以干式状态或湿式状态混合在一起。
烧结温度的条件没有特别限制且通过目标片状氧化铝颗粒的(006/113)比的值、平均粒径和纵横比,莫来石的形成,纵向弛豫时间T1的值和分散性等来适当地确定。通常,关于烧结温度,峰值温度优选是作为钼酸铝(Al2(MoO4)3)的分解温度的900℃以上,更优选莫来石或锗化合物高效率地形成的1000℃以上,更优选可以容易地获得纵向弛豫时间T1为5秒以上(高度结晶)的片状氧化铝颗粒的1,200℃以上。
通常,当旨在控制烧结后得到的α-氧化铝的形状时,必须在接近α-氧化铝的熔点的2000℃以上的高温下进行烧结,从对烧结炉的负担或燃料成本的观点来看,存在工业上利用的巨大问题。
本实施方案的制造方法即使在超过2000℃的高温下也可实施;然而,即使在1600℃以下的远低于α-氧化铝的熔点的温度下,不论前体的形状如何,也都可以形成α结晶化率高且纵横比高的具有片状形状的α-氧化铝颗粒。
根据本发明的一个实施方案,即使最高烧结温度条件为900~1600℃,也可以低成本且有效地形成纵横比高且α结晶化率为90%以上的片状氧化铝颗粒。更优选最高温度为950~1500℃的烧结,仍更优选最高温度为1000~1400℃的范围的烧结,最优选最高温度为1,200~1,400℃的烧结。
关于烧结时间,以达到预定最高温度的升温时间为15分钟~10小时的范围、并优选以烧结最高温度下的保持时间为5分钟~30小时的范围来进行烧结。为了有效地形成片状氧化铝颗粒,更优选约10分钟~15小时的烧结保持时间。
当选择最高温度1000~1400℃且烧结保持时间10分钟~15小时的条件时,α晶型的致密的多边形片状氧化铝颗粒不易彼此粘附并可容易地得到。
当选择最高温度1,200~1,400℃且烧结保持时间10分钟~15小时的条件时,可容易地得到纵向弛豫时间T1为5秒以上的片状氧化铝颗粒(高结晶性)。
烧结气氛没有特别限制,只要获得本发明的效果即可。例如,优选例如空气或氧气等含氧气氛,或者例如氮气、氩气、或二氧化碳等非活性气氛,从成本方面考虑时,更优选空气气氛。
不总是限制用于烧结的装置,并可以使用所谓的烧结炉。烧结炉优选由不与升华的氧化钼反应的材料构成,优选使用气密性高的烧结炉以更有效地利用氧化钼。
氧化铝颗粒优选通过在钼化合物和形状控制剂的存在下或者在钼化合物、形状控制剂、钾化合物和金属氧化物的存在下对铝化合物进行烧结来获得。
即,优选的氧化铝颗粒的制造方法包括在钼化合物和形状控制剂的存在下或者在钼化合物、形状控制剂和钾化合物的存在下对铝化合物进行烧结的步骤(烧结步骤)。优选地,混合物还含有上述金属化合物。关于金属化合物,优选钇化合物。
在使用钼化合物的助熔剂法中,氧化钼与铝化合物反应形成钼酸铝,接下来,在钼酸铝分解期间的化学势的变化充当结晶的驱动力,因此形成具有高度发展的自形面(113)的六方双锥型多面体颗粒。因此,认为,当形状控制剂在α-氧化铝生长过程中定位在颗粒表面附近时,显著抑制了自形面(113)的生长,结果,晶体取向在面方向上的生长比较快,(001)面或(006)面生长,可以形成片状形式。因此,当钼化合物用作助熔剂时,可以更容易地形成具有高α-结晶化率并且包含钼的片状氧化铝颗粒。
[冷却步骤]
当钼化合物和钾化合物用作助熔剂时,氧化铝颗粒的制造方法可以包括冷却步骤。冷却步骤为对烧结步骤中晶体生长的氧化铝进行冷却的步骤。更具体地,其可以为冷却包括烧结步骤中得到的氧化铝和液相的助熔剂的组合物的步骤。
冷却速度没有特别限制,且优选1~1,000℃/小时,更优选5~500℃/小时,最优选50~100℃/小时。当冷却速度为1℃/小时以上时,由于可以缩短制造时间而是优选的。另一方面,当冷却速度为1,000℃/小时以下时,由于烧结容器不太可能因热冲击而破坏并可长时间使用而是优选的。
冷却方法没有特别限制,并可使用自然冷却或冷却装置。
[后处理步骤]
根据实施方案的片状氧化铝颗粒的制造方法可以包括后处理步骤。后处理步骤为针对片状氧化铝颗粒的后处理步骤且为除去助熔剂的步骤。后处理步骤可以在上述烧结步骤之后进行,可以在上述冷却步骤之后进行,或可以在烧结步骤和冷却步骤之后进行。另外,根据需要,该步骤可以重复两次以上。
后处理方法的实例包括清洗和高温处理。这些可组合进行。
清洗方法没有特别限制,并可通过用水、氨水溶液、氢氧化钠水溶液或酸性水溶液清洗来除去助熔剂。
在此情况下,可以通过适当地改变所用的水、氨水溶液、氢氧化钠水溶液或酸性水溶液的浓度和量;清洗部位;和清洗时间;等等来控制钼的量。
另外,高温处理方法的实例包括升温至助熔剂的升华点或沸点以上的方法。
[粉碎步骤]
在烧结产物中,片状氧化铝颗粒彼此粘附并可能不具有本发明的合适的粒径范围。因此,片状氧化铝颗粒可以根据需要被粉碎以使它们具有本发明的合适的粒径范围。
烧结产物粉碎方法没有特别限制,可以应用使用球磨机、颚式破碎机、喷磨机、盘磨机、高效研磨机(spectromill)、研磨机、混合磨等在相关技术中已知的粉碎方法。
[分级步骤]
片状氧化铝颗粒优选进行分级处理以便调节平均粒径并改进粉末的流动性或抑制配混在用于形成基质的粘接剂中时的粘度增加。“分级处理”是指基于颗粒的大小对颗粒进行分组的操作。
分级可为任意的湿式和干式,从生产性的观点来看,优选干式分级。干式分级的实例不仅包括通过筛子的分级,而且还包括通过离心力与流体阻力之间的差异进行分级的风力分级,从分级精度的观点来看,优选风力分级,可以使用例如利用附壁效应的气流分级机、回旋气流式分级机、强制涡旋离心分级机、或半自由涡旋离心分级机等的分级机来进行风力分级。
粉碎步骤或分级步骤可以在包括有机化合物层形成步骤的前后在内的、根据需要的任何阶段进行。例如,通过有无粉碎或分级及其条件选择,可以调节得到的片状氧化铝颗粒的平均粒径。
本实施方案的片状氧化铝颗粒或通过本实施方案的制造方法获得的片状氧化铝颗粒优选聚集少或不聚集,这是由于容易地发挥固有性能,当在待分散的介质中分散的状态下使用时进一步改进处理性和分散性。在片状氧化铝颗粒的制造方法中,优选在不进行粉碎步骤和分级步骤的情况下而得到的聚集少或不聚集的片状氧化铝颗粒,这是由于不需要进行上述步骤,并且可以高生产率地制造具有目标优异性能的片状氧化铝颗粒。
[无机被覆部形成步骤]
接下来,在上述获得的片状氧化铝颗粒的表面上形成无机被覆部。在本实施方案中,可以形成由氧化物制成的无机被覆部。层形成方法没有特别限制,其实例包括液相法和气相法。
作为用于形成无机被覆部的无机化学物种,可以使用上述那些中的任意者。在本发明的优选实施方案中,无机物种可以包括金属氧化物。在氧化铝颗粒的表面上形成金属氧化物被覆的方法可包括将氧化铝颗粒的液体介质分散体与金属氧化物本身或其分散体混合。如有必要,可以进行进一步的过滤和干燥。另外,为了获得特别杰出的性能,例如增加氧化铝颗粒和金属氧化物之间的相互作用;获得更高的被覆性;获得更均匀的无机被覆部;和防止所得无机被覆部从氧化铝颗粒剥离,在氧化铝颗粒的表面上形成金属氧化物被覆的方法可以优选包括将在液体介质中具有溶解度并对应于金属氧化物的前体的无机金属盐的溶液与氧化铝颗粒或其液体介质分散体混合;在溶解的无机金属盐分子与氧化铝颗粒充分接触后将150nm以下的细无机金属盐沉积在氧化铝颗粒上;和将无机金属盐转化为金属氧化物。如有必要,可以进行进一步的过滤和干燥。在将无机金属盐转化成金属氧化物的步骤中,如果由于低温或pH变化而不容易将无机金属盐转化成金属氧化物,则如有必要可以进行烧结。如此,可以获得氧化铝颗粒和金属氧化物之间的强相互作用,这无法在简单混合物中获得。并且,可以容易地获得上述特别杰出的性能。通过参考针对氧化铝颗粒的条件适当选择最佳条件,可以采用无机被覆部形成步骤中的烧结条件。
关于液相法,例如,制备其中分散有片状氧化铝颗粒的分散液,根据需要调节分散液的pH并进行加热。然后,含有金属氯化物例如氯化钛的水溶液则逐滴加入分散液。在此情况下,优选用碱性水溶液维持pH恒定。然后,搅拌分散液预定的时间,进行过滤、清洗和干燥以获得粉末。因此,由氧化物如氧化钛制成的无机被覆部形成在具有片状形状的氧化铝颗粒的表面上。另外,无机被覆部可以由作为其它氧化物的氧化铁或二氧化硅形成。此外,无机被覆部可以由选自氧化钛、氧化铁和二氧化硅中的多种氧化物形成。
在该步骤中,可以形成由金属代替氧化物制成的无机被覆部。在此情况下,无机被覆部可以根据液相法或气相法等形成,由例如银、镍、铜、金或铂制成的无机被覆部形成在具有片状形状的氧化铝颗粒的表面上。另外,可以形成由选自银、镍、铜、金和铂中的多种金属制成的无机被覆部。
另外,在该步骤中,可以形成无机被覆层,以便被覆片状氧化铝颗粒的表面的至少一部分。在此情况下,例如,在由金属氧化物或金属制成的颗粒彼此粘附的状态下形成层。
[有机化合物层形成步骤]
在一个实施方案中,复合颗粒的制造方法可以进一步包括有机化合物层形成步骤,其中在无机被覆部形成步骤之后在无机被覆部的表面(也称为复合颗粒的表面)上形成有机化合物层。有机化合物层形成步骤通常在烧结步骤或后处理步骤之后进行。
有机化合物层的形成方法没有特别限制,适当使用已知的方法。其实例包括其中使包含有机化合物的溶液与复合颗粒接触并干燥的方法。
这里,用于形成有机化合物层的有机化合物的实例包括有机硅烷化合物。
(有机硅烷化合物)
当复合颗粒含有硅原子和/或无机硅化合物时,可以预期上述表面改性效果,不像其中它们不含硅原子和/或无机硅化合物的情况那样。此外,含有硅原子和/或无机硅化合物的复合颗粒还可用于与有机硅烷化合物反应以获得反应产物。与含有硅原子和/或无机硅化合物的复合颗粒相比,优选所得含有硅原子和/或无机硅化合物的复合颗粒与有机硅烷化合物之间的反应产物,这是因为基于定位在复合颗粒表面上的硅原子和/或无机硅化合物与有机硅烷化合物之间的反应,可以进一步改进与基质的亲和性。
有机硅烷化合物的实例包括如甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正丙基三乙氧基硅烷、异丙基三甲氧基硅烷、异丙基三乙氧基硅烷、戊基三甲氧基硅烷和己基三甲氧基硅烷等具有碳原子数为1~22的烷基的烷基三甲氧基硅烷类,烷基三氯硅烷类,3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷,十三氟-1,1,2,2-(四氢辛基)三氯硅烷,苯基三甲氧基硅烷,苯基三乙氧基硅烷,对氯甲基苯基三甲氧基硅烷,对氯甲基苯基三乙氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷,γ-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷,如β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷等环氧硅烷,如γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-脲基丙基三乙氧基硅烷等氨基硅烷,如3-巯基丙基三甲氧基硅烷等巯基硅烷,如对苯乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等乙烯基硅烷,并另外包括环氧系、氨基系、乙烯基系高分子型硅烷。这里,有机硅烷化合物可单独包含,或者可包含其两种以上。
有机硅烷化合物由于反应可共价连接至复合颗粒表面上的硅原子和/或无机硅化合物的至少一部分或全部,不仅是一部分而且是全部的复合颗粒可以被覆有反应产物。关于将有机硅烷化合物提供至氧化铝表面的方法,可以使用通过浸渍或化学气相沉积(CVD)的粘附。
相对于复合颗粒表面所含的硅原子或无机硅化合物的质量,有机硅烷化合物的用量基于硅原子优选20质量%以下且更优选0.01质量%~10质量%。当有机硅烷化合物的用量为20质量%以下时,由于可以容易地发挥源自复合颗粒的物性而是优选的。
含有硅原子和/或无机硅化合物的复合颗粒与有机硅烷化合物之间的反应可以根据已知的和常规的填料的表面改性方法来进行。例如,可以使用利用流体喷嘴的喷雾方法;使用利用剪切力的搅拌法、球磨机、混合机的干法;或者使用水性或有机溶剂的湿法。期望在本实施方案中使用的复合颗粒不破裂的程度进行使用剪切力的处理。
干法中的体系内温度或湿法处理后的干燥温度根据有机硅烷化合物的种类而在不发生热分解的范围内适当确定。例如,当如上所述处理有机硅烷化合物时,期望80~150℃的温度。
<树脂组合物>
在一个实施方案中,提供根据实施方案的含有树脂和复合颗粒的树脂组合物。树脂没有特别限制,其实例包括热固性树脂和热塑性树脂。
树脂组合物可以固化以得到树脂组合物的固化物,并可以固化成形以得到树脂组合物的成形物。对于成形,树脂组合物可以适当地进行如熔融混炼等处理。成形方法的实例包括压缩成形、注射成形、挤出成形和发泡成形。其中,优选使用挤出成形机的挤出成形,更优选使用双轴挤出机的挤出成形。
当树脂组合物用作涂布剂或涂料等时,将树脂组合物施涂至施涂对象并可形成具有树脂组合物的固化物的涂层。
<树脂组合物的制造方法>
根据本发明的一个实施方案,提供树脂组合物的制造方法。
制造方法包括将根据实施方案的复合颗粒和树脂混合的步骤。关于复合颗粒,使用上述的那些,因此将省略其描述。
这里,可以使用经表面处理的复合颗粒。
另外,所使用的复合颗粒可单独使用或者其两种以上可以组合使用。
此外,可以使用复合颗粒和其它填料(氧化铝、尖晶石、氮化硼、氮化铝、氧化镁、碳酸镁等)的组合。
复合颗粒的含量优选5质量%~95质量%,更优选10质量%~90质量%,仍更优选30质量%~80质量%,相对于树脂组合物100质量%。由于可以有效地发挥复合颗粒的高导热性,复合颗粒的含量优选5质量%以上。另一方面,由于可以获得具有优异的成形性的树脂组合物,树脂组合物的含量优选95质量%以下。
在其中树脂组合物用作涂布剂或涂料等的情况中,从发挥优异的亮度和促进涂膜形成的观点来看,复合颗粒的含量优选0.1质量%~95质量%,更优选1质量%~50质量%,仍更优选3质量%~30质量%,相对于树脂组合物的固成分的质量100质量%。
(树脂)
树脂没有特别限制,其实例包括热塑性树脂和热固性树脂。
热塑性树脂没有特别限制,并且可以使用已知的和常规的用于成形材料的树脂等。其具体实例包括聚乙烯树脂,聚丙烯树脂,聚甲基丙烯酸甲酯树脂,聚乙酸乙烯酯树脂,乙烯-丙烯共聚物,乙烯-乙酸乙烯酯共聚物,聚氯乙烯树脂,聚苯乙烯树脂,聚丙烯腈树脂,聚酰胺树脂,聚碳酸酯树脂,聚缩醛树脂,聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂,聚苯醚树脂,聚苯硫醚树脂,聚砜树脂,聚醚砜树脂,聚醚醚酮树脂,聚烯丙基砜树脂,热塑性聚酰亚胺树脂,热塑性聚氨酯树脂,聚氨基双马来酰亚胺树脂,聚酰胺-酰亚胺树脂,聚醚酰亚胺树脂,双马来酰亚胺三嗪树脂,聚甲基戊烯树脂,氟化树脂,液晶聚合物,烯烃-乙烯醇共聚物,离聚物树脂,聚芳酯树脂,丙烯腈-乙烯-苯乙烯共聚物,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和丙烯腈-苯乙烯共聚物。
热固性树脂为具有如下特性的树脂:该树脂可以在由于加热、辐射或存在催化剂而发生固化时变成实质上不溶和不熔的,并且通常使用已知的和常规的用于成形材料的树脂。其具体实例包括酚醛清漆型酚醛树脂,例如苯酚酚醛清漆树脂和甲酚酚醛清漆树脂;酚醛树脂,例如甲阶型酚醛树脂,例如未改性的甲阶型酚醛树脂、以及用桐油、亚麻籽油或核桃油等改性的油改性的甲阶型酚醛树脂;双酚型环氧树脂,例如双酚A环氧树脂和双酚F环氧树脂;酚醛清漆型环氧树脂,例如脂肪链改性的双酚型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂和甲酚酚醛清漆型环氧树脂;环氧树脂,例如联苯型环氧树脂和聚亚烷基二醇型环氧树脂;具有三嗪环的树脂,例如尿素树脂和三聚氰胺树脂;乙烯基树脂,例如(甲基)丙烯酸类树脂和乙烯基酯树脂;和不饱和聚酯树脂,双马来酰亚胺树脂,聚氨酯树脂,邻苯二甲酸二烯丙酯树脂,有机硅树脂,具有苯并噁嗪环的树脂和氰酸酯树脂。
上述树脂可单独使用或者其两种以上可以组合使用。在此情况下,可以使用两种以上的热塑性树脂,可以使用两种以上的热固性树脂,可以使用一种以上的热塑性树脂和一种以上的热固性树脂。
树脂的量优选5质量%~90质量%,更优选10质量%~70质量%,相对于树脂组合物100质量%。当树脂的量为5质量%以上时,由于优异的成形性可以赋予至树脂组合物而是优选的。另一方面,当树脂的量为90质量%以下时,由于可以通过成形得到配混物的高导热性而是优选的。
(固化剂)
根据需要,可以将固化剂混入树脂组合物中。
固化剂没有特别限制,并可使用已知的试剂。
其具体实例包括胺系化合物,酰胺系化合物,酸酐系化合物和酚系化合物。
胺系化合物的实例包括二氨基二苯基甲烷,二亚乙基三胺,三亚乙基四胺,二氨基二苯基砜,异佛尔酮二胺,咪唑,BF3-胺配合物和胍衍生物。
酰胺系化合物的实例包括由双氰胺和亚麻酸的二聚体、和乙二胺合成的聚酰胺树脂。
酸酐系化合物的实例包括邻苯二甲酸酐,偏苯三酸酐,均苯四酸酐,马来酸酐,四氢邻苯二甲酸酐,甲基四氢邻苯二甲酸酐,甲基降冰片烯二酸酐(methylnadicanhydride),六氢邻苯二甲酸酐和甲基六氢邻苯二甲酸酐。
酚系化合物的实例包括多酚系化合物,例如苯酚酚醛清漆树脂,甲酚酚醛清漆树脂,芳族烃甲醛树脂改性的酚醛树脂,二环戊二烯苯酚加合物型树脂,苯酚芳烷基树脂(新酚醛树脂(xylok resin)),由间苯二酚酚醛清漆树脂所代表的多羟基化合物和甲醛合成的多酚酚醛清漆树脂,萘酚芳烷基树脂,三羟甲基甲烷树脂,四苯酚基乙烷树脂,萘酚酚醛清漆树脂,萘酚-苯酚共缩合酚醛清漆树脂,萘酚-甲酚共缩合酚醛清漆树脂,联苯改性的酚醛树脂(其中酚核通过双亚甲基连接的多酚化合物)、联苯改性的萘酚树脂(其中酚核通过双亚甲基连接的多萘酚化合物)、氨基三嗪改性的酚醛树脂(其中酚核通过三聚氰胺、或苯并胍胺(benzoguanamine)等连接的多酚化合物)、和含烷氧基的芳环改性的酚醛清漆树脂(其中酚核和含烷氧基的芳环通过甲醛连接的多酚化合物)。
可以使用上述固化剂的一种或两种以上。
(固化促进剂)
根据需要,可以将固化促进剂混入树脂组合物中。
固化促进剂具有在使组合物固化时促进固化的功能。
固化促进剂没有特别限制,其实例包括磷系化合物、叔胺类、咪唑类、有机酸金属盐、路易斯酸和胺配合物盐。
可以使用上述固化剂促进剂的一种或两种以上。
(固化催化剂)
根据需要,可以将固化催化剂混入树脂组合物中。
固化催化剂代替固化剂具有使具有环氧基的化合物的固化反应进行的功能。
固化催化剂没有特别限制,使用已知的和常规的热聚合引发剂和活性能量射线聚合引发剂。
这里,固化催化剂可单独使用或者其两种以上可以组合使用。
(粘度调节剂)
根据需要,可以将粘度调节剂混入树脂组合物中。
粘度调节剂具有调节组合物粘度的功能。
粘度调节剂没有特别限制,其实例包括有机聚合物、聚合物颗粒和无机颗粒。
这里,可以使用粘度调节剂的一种或两种以上的组合。
(增塑剂)
根据需要,可以将增塑剂混入树脂组合物中。
增塑剂具有改进热塑性合成树脂的加工性、挠性和耐候性等的功能。
增塑剂没有特别限制,其实例包括邻苯二甲酸酯、己二酸酯、磷酸酯、偏苯三酸酯、聚酯、聚烯烃或聚硅氧烷。
这里,可以使用上述增塑剂的一种或两种以上的组合。
[混合步骤]
根据本实施方案的树脂组合物可通过将复合颗粒和树脂、和根据需要的其它混合物混合来获得。混合方法没有特别限制,已知的和常规的方法用于混合。
当树脂为热固性树脂时,关于通常的热固性树脂和复合颗粒的混合方法,可以例举如下方法:其中将预定添加量的热固性树脂、复合颗粒和根据需要的其它组分在混合机等中充分地混合,然后使用三辊等混炼,从而得到具有流动性的液体组合物。另外,在另一实施方案中,关于热固性树脂和复合颗粒等的混合方法,如下方法为示例性实例:其中将预定添加量的热固性树脂、复合颗粒和根据需要的其它组分在混合机等中充分地混合,然后在混合辊或挤出机等中熔融混炼,然后冷却,从而得到固体组合物。
关于混合状态,当添加固化剂或催化剂时,足以使固化性树脂及其混合物充分均匀地混合,更优选的是复合颗粒均匀地分散和混合。
当树脂为热塑性树脂时,关于通常的热塑性树脂和复合颗粒等的混合方法,如下方法为示例性实例:其中将热塑性树脂、复合颗粒和根据需要的其它组分使用如转盘和亨舍尔混合机等各种混合机预先混合,然后在如班伯里密炼机、辊、布拉本德(Brabender)、单螺杆混炼挤出机、双螺杆混炼挤出机、混炼机或混合辊等混合机中熔融混炼。这里,熔融混炼温度没有特别限制,并且通常在100~320℃的范围内。
为了进一步改进树脂组合物的流动性和如复合颗粒等填料的填充性能,偶联剂可以外部添加至树脂组合物。这里,当外部添加偶联剂时,进一步改进树脂和复合颗粒之间的粘附,降低树脂和复合颗粒之间的界面热阻,并且改进树脂组合物的导热性。
上述偶联剂可单独使用或者其两种以上可以组合使用。
偶联剂的添加量没有特别限制,并且相对于树脂的质量优选0.01质量%~5质量%且更优选0.1~3质量%。
根据一个实施方案,树脂组合物用于导热材料。
由于树脂组合物中所含的复合颗粒为树脂组合物提供优异的导热性,因此树脂组合物优选用作绝缘散热构件。因此,可以改进装置的散热功能,可以减小装置的尺寸和重量,并且它们可以有助于高性能化。
由于树脂组合物中所含的复合颗粒具有优异的亮度,因此树脂组合物适合用作涂布剂或涂料等。
<固化物的制造方法>
根据本发明的一个实施方案,提供固化物的制造方法。制造方法包括将以上制造的树脂组合物固化。
固化温度没有特别限制,20~300℃是优选的,50~200℃是更优选的。
固化时间没有特别限制,0.1~10小时是优选的,0.2~3小时是更优选的。
固化物的形状根据期望的应用变化,并可由本领域技术人员适当地设计。
尽管具有片状形状的复合颗粒用于上述树脂组合物、树脂组合物的制造方法、和固化物,但本发明不限于此,可以使用后述具有多面体形状的复合颗粒。
《第二实施方案》
<复合颗粒>
根据第二实施方案的复合颗粒包括含钼(Mo)的氧化铝颗粒和设置在氧化铝颗粒的表面上的无机被覆部。本实施方案的氧化铝颗粒具有多面体形状且复合颗粒也具有多面体形状。下文中,在本实施方案中,具有多面体形状的氧化铝颗粒将被称为“多面体氧化铝颗粒”、“多面体氧化铝”或简称为“氧化铝颗粒”。
<多面体氧化铝颗粒>
本实施方案的多面体氧化铝颗粒为尺寸在微米以下量级的含钼的颗粒。微米以下量级意指平均粒径为1,000μm以下,并包括1μm~1,000μm的微米范围和小于1,000nm的纳米范围。
通常已知纯度越高的氧化铝发挥越高的热导率。其原因是杂质组分引起声子散射并降低热导率。本实施方案的氧化铝颗粒尽管含有钼但表现出高热导率,在一些情况下,还含有源自原料的杂质,并具有少量的氧化铝组分。
可以例如基于着色的存在与否来确定未知的氧化铝是否对应于本发明使用的氧化铝颗粒。本实施方案的氧化铝颗粒不是通常的氧化铝的白色颗粒而是浅蓝色至接近于黑色的深蓝色,且具有当钼的量增加时变深的特性。另外,当添加少量其它金属时,例如,当添加铬时,颗粒变红,而当添加镍时,颗粒变黄,本实施方案的氧化铝颗粒为不是白色的着色颗粒。
[晶型和α-结晶化率]
氧化铝颗粒为氧化铝,晶型没有特别限制,例如,可以使用如γ、δ、θ和κ等各种晶型的过渡型氧化铝,或者可以使用掺入有氧化铝水合物的过渡型氧化铝。从优异的机械强度和热导率的观点来看,基本上优选α晶型。
氧化铝颗粒的α-结晶化率可以通过如上所述的XRD测定来确定。α-结晶化率根据烧结条件和所使用的原料而变化,为了提高氧化铝颗粒的粉碎强度和流动性,α-结晶化率优选90%以上且更优选95%以上。
[平均粒径]
氧化铝颗粒的平均粒径优选3μm以上且300μm以下且更优选10μm以上100μm以下。
这里,在本说明书中,“氧化铝颗粒的平均粒径”为由使用激光衍射型干式粒径分布分析仪测定的体积基准的累积粒径分布,以体积基准中值粒径D50的形式算出的值。
[最大粒径]
另外,氧化铝颗粒的体积基准的最大粒径(下文中简称为“最大粒径”)没有特别限制,通常为1,000μm以下,更优选500μm以下。
如果氧化铝颗粒的最大粒径大于上限,这是不优选的,因为当颗粒通过添加至作为基质的溶剂或粘结剂而使用时,根据最终应用的形式,存在氧化铝颗粒从粘结剂层的表面突起的风险,以及出现外观缺陷的风险。
另外,上述氧化铝颗粒的平均粒径和最大粒径可以通过例如将颗粒分散在适当的溶剂中的湿法来估算,具体地,使用激光衍射/散射型粒度分布测定装置测定其中将氧化铝颗粒分散在含有六偏磷酸钠等作为分散稳定剂的纯水介质中的样品。
另外,平均粒径和最大粒径可通过其中使用激光衍射型粒径分布分析仪测定氧化铝颗粒本身的干法来确定。
[钼]
根据实施方案的氧化铝颗粒可含有钼。另外,在多面体氧化铝颗粒中,钼优选包含在颗粒的表层中。因此,认为通过在颗粒中或在其表层中含有钼,构成无机被覆部的无机材料的选择性得到改善,无机被覆部可有效地形成在多面体氧化铝颗粒中。
在后述氧化铝颗粒的制造方法中,钼可源自用作助熔剂的钼化合物。
钼具有催化功能和光学功能。另外,当使用钼时,在后述制造方法中,可以制造具有优异的导热性的氧化铝颗粒。
钼没有特别限制,除了金属钼以外,还可以使用氧化钼、部分还原的钼化合物和钼酸盐等。钼化合物可以具有的多种形式中的任何形式或其组合中的钼可以包含在多面体氧化铝颗粒中,并且可以作为α-MoO3、β-MoO3、MoO2、MoO或钼簇状结构等掺入多面体氧化铝颗粒中。
所含有的钼的形式没有特别限制,钼可以以钼附着至多面体氧化铝的表面的形式、以用钼置换了氧化铝的晶体结构中的铝的一部分的形式、或以其组合被包含。
通过XRF分析获取的相对于多面体氧化铝颗粒100质量%的钼的量,以三氧化钼(MoO3)计,优选为20质量%以下,且通过调节烧结温度、烧结时间和助熔条件,优选为0.01质量%以上且18质量%以下,更优选为0.01质量%以上且10质量%以下,且最优选为0.05质量%以上且5质量%以下。当钼的量为5质量%以下时,这由于氧化铝的α单晶品质可以得到改进而是优选的。
另外,氧化铝颗粒的表面上的Mo的量的确定可以使用上述X射线光电子能谱(XPS)设备来进行。
[钾]
氧化铝颗粒可进一步含有钾。
钾可源自可在后述氧化铝颗粒的制造方法中用作助熔剂的钾。
当使用钾时,在后述氧化铝颗粒的制造方法中,可以以高效率制造具有优异的被覆效率的氧化铝颗粒。
钾没有特别限制,除了金属钾以外,还可以使用氧化钾和部分还原的钾化合物等。
所含有的钾的形式没有特别限制,钾可以以钾附着至多面体氧化铝的表面的形式、以用钾置换了氧化铝的晶体结构中的铝的一部分的形式、或以其组合被包含。
通过XRF分析获取的相对于100质量%的多面体氧化铝颗粒的钾的量,以氧化钾(K2O)计,优选为0.01质量%以上,更优选为0.01~1质量%,更优选为0.03~0.5质量%,且特别优选为0.05~0.3质量%。其中钾的量在上述范围内的氧化铝颗粒是优选的,这是因为它们具有多面体形状和适当的平均粒径值等。
[其它原子]
其它原子是指有意添加至氧化铝颗粒以赋予机械强度或者电磁功能的原子,只要不影响本发明的效果即可。
其它原子没有特别限制,其实例包括锌、锰、钙、锶和钇。这些其它原子可单独使用或者其两种以上可以组合使用。
相对于氧化铝颗粒的质量,氧化铝颗粒中的其它原子的量优选5质量%以下,更优选2质量%以下。
<无机被覆部>
无机被覆部被覆氧化铝颗粒的表面的至少一部分,且优选由被覆氧化铝颗粒的表面的至少一部分的无机被覆层构成。换言之,复合颗粒的表面的至少一部分被覆有无机被覆部,且优选地,复合颗粒的表面的至少一部分由无机被覆层被覆。
如上所述,无机被覆部设置在氧化铝颗粒的表面上。“氧化铝颗粒的表面上”是指在氧化铝颗粒的表面的外侧。因此,将形成在氧化铝颗粒的表面的外侧的无机被覆部与形成在氧化铝颗粒的表面的内侧且含有莫来石和锗的表层清楚地区分开。
构成无机被覆部的无机化学物种可以相对大于氧化铝颗粒。然而,优选化学物质相对小于氧化铝颗粒,这是因为可以根据所期望的目的而可靠地设置具有任意被覆量(或被覆厚度)的无机被覆部。组合的实例包括微米量级的氧化铝颗粒和150nm以下的无机化学物种。当使用小于氧化铝颗粒的无机化学物种而将无机被覆部设置在氧化铝颗粒的表面的外侧时,无机被覆部可以通过使用少量无机化学物种设置在氧化铝颗粒的表面的外侧的一部分上,从而可以清楚地观察到氧化铝表面的表面。可选地,无机被覆部可以以如下状态设置在氧化铝颗粒的表面上:其中通过使用大量无机化学物种而使无机化学物种堆叠在氧化铝颗粒的表面上,从而使氧化铝颗粒的表面不可观察。构成无机被覆部的无机化学物种的形状没有限制。例如,形状优选球状或多面体状,这是因为可以用最小用量的无机化学物种形成最密堆积的结构并可靠地掩蔽氧化铝颗粒的表面。
本发明的复合颗粒由含钼的氧化铝颗粒和由无机化学物种制成的无机被覆部构成,且具有氧化铝颗粒和无机化学物种的简单混合物无法发挥的优异性能。在本发明的复合颗粒中,在微米量级的含钼的氧化铝颗粒和150nm以下的非聚集的无机化学物种的组合的情况中,例如,由于分子间作用力或在某些情况下的局部化学反应,氧化铝颗粒和无机化学物种之间的相互作用增加。结果,可以可靠地发挥特别优异的性能,例如更高的被覆特性、更均匀的无机被覆部、和所得无机被覆部难以从氧化铝颗粒剥离。还可以预期氧化铝颗粒中所含的钼的贡献。纳米量级的独立的无机物种可以通过例如机械粉碎微米量级的无机物种来获得。然而,由于其再聚集立即发生,化学物质不易处理。当使用不含钼或聚集的无机物种的氧化铝颗粒时,仅形成氧化铝颗粒和无机化学物种的简单混合物。氧化铝颗粒和无机化学物种的这种简单混合物不发挥本发明的复合颗粒的性质。根据后述本发明的复合颗粒的制造方法,可以更可靠地制造具有更高被覆效率的复合颗粒。
无机被覆部可以由例如氧化物或金属制成。氧化物的实例包括选自由氧化钛(TiO2)、氧化铁(Fe2O3)和二氧化硅(SiO2)组成的组的一种以上。金属的实例包括选自由银(Ag)、镍(Ni)、铜(Cu)、金(Au)和铂(Pt)组成的组的一种以上。
构成无机被覆部的氧化物或金属的形式没有特别限制,其实例包括例如球形状、针形状、多面体形状、圆盘形状、中空形状和多孔形状等颗粒形式。由具有颗粒形式的氧化物或金属制成的颗粒的平均粒径例如优选为1nm以上且500nm以下,更优选为5nm以上且200nm以下。由氧化物或金属制成的颗粒可以为结晶的或无定形的。
无机被覆部可以由一层构成或可以由多层构成。另外,当无机被覆部由多层构成时,多层可以由不同的材料构成。
[复合颗粒的XRF被覆率]
根据实施方案的复合颗粒的XRF被覆率(%)可以使用例如后述X射线荧光(XRF)分析装置来获得。
XRF被覆率(%)基于例如构成无机被覆部的金属氧化物的量相对于构成氧化铝颗粒的氧化铝的量来获得,并且可以例如由XRF分析结果得到的[MOx]/[Al2O3](质量比)来获得。
[复合颗粒的被覆效率]
根据实施方案的复合颗粒的被覆效率可以由后述XRF被覆率相对于理论被覆率的比率来获得。被覆效率优选为30%以上,更优选为80%以上,且最优选为90%以上。
<复合颗粒的制造方法>
接下来,将详细例示根据第一实施方案的复合颗粒的制造方法。根据本实施方案的复合颗粒的制造方法不限于以下复合颗粒的制造方法。
根据本实施方案的复合颗粒的制造方法包括通过对包括含铝元素的铝化合物、含钼元素的钼化合物和用于控制氧化铝颗粒的形状的形状控制剂的混合物进行烧结来制造氧化铝颗粒的步骤;和在所述氧化铝颗粒的表面上形成无机被覆部的步骤。
构成根据实施方案的复合颗粒的氧化铝颗粒可以基于任何制造方法获得,只要它们含钼即可。氧化铝颗粒可以通过将具有毫米以上量级的大尺寸的含钼的氧化铝粉碎至微米量级来获得,但由于获得它们需要更高的能量,粒径分布变宽,因而这并不是优选的。
因此,氧化铝颗粒优选为在钼化合物的存在下烧结铝化合物的步骤中获得的氧化铝,这是因为之后可以使粒径分布锐化而不分级,热导率优异且生产率优异。即,具体而言,关于本实施方案中使用的氧化铝颗粒,在烧结步骤中,优选包括其中钼化合物与铝化合物在高温下反应形成钼酸铝的步骤和其中该钼酸铝在更高的温度下进一步分解为氧化铝和氧化钼的步骤。在这样的步骤中,钼化合物包含在氧化铝颗粒中,氧化铝成为粒径和形状受控的高纯度晶体。下文中,该制造方法将称为助熔剂法。下面将详细描述助熔剂法。
氧化铝颗粒的形状、大小和比表面积等可以通过选择所使用的铝化合物与钼化合物的比例、烧结温度和烧结时间来控制。
例如,氧化铝颗粒可以具有如β、γ、δ和θ等各种晶型,从优异的导热性的观点来看,基本上优选α晶型。一般α-型氧化铝的晶体结构为密排六方晶格,热力学最稳定的晶体结构为具有发达的[001]面的片状形状。然而,在以下详细描述的助熔剂法中,通过在钼化合物的存在下烧结铝化合物,钼化合物起到助熔剂的作用,以[001]面以外的晶面作为主晶面的α-结晶化率高,特别地,可以更容易地形成α-结晶化率为90%以上的含钼的氧化铝颗粒。[001]面以外的晶面作为主晶面意指[001]面的面积相对于细颗粒的总面积为20%以下。
根据实施方案的氧化铝颗粒具有如上所述的多面体形状。当氧化铝颗粒为多面体颗粒时,有利之处在于,它们可以容易填充至树脂组合物中。例如,在以下详细描述的助熔剂法中,当钼化合物用作助熔剂时,可以获得基本上接近于球体的多面体颗粒,接近于球体的多面体颗粒的形式是有利的,这是因为它们容易填充至树脂组合物中。特别地,适当地获得其中最大平面面积为结构体面积的1/8以下、特别是最大平面面积为结构体面积的1/16以下的颗粒。
另外,如果氧化铝颗粒为多面体颗粒,则认为当颗粒在树脂组合物中彼此接触时,会发生热导率高的面接触,即使填充率与球状颗粒相同,也认为可以获得高热导率。
此外,通过通常进行的使用大量助熔剂的助熔剂法获得的氧化铝具有六方双锥形状并具有锐角。因此,当制造含有根据本实施方案的复合颗粒的树脂组合物时,发生诸如对器件的损伤等问题。然而,由于本实施方案中所使用的氧化铝基本上不具有六方双锥形状,因此不太可能发生诸如对器件的损伤等问题。另外,由于本实施方案的氧化铝基本上为八面以上的多面体并具有接近于球体形状的形状,因此具有不太可能发生对器件的损伤等问题的特征。
氧化铝颗粒的平均粒径只要为1,000μm以下则没有特别限制,考虑到用作树脂组合物,优选0.1μm(100nm)~100μm。如果氧化铝颗粒的平均粒径为0.1μm以上,当它们填充至树脂组合物中时,树脂组合物的粘度保持得低,对于加工性等是优选的。另外,当本发明中所用的氧化铝的平均粒径为100μm以下时,例如,在热塑性树脂组合物中,成形品的表面不易粗糙并可容易地获得有利的成形品。另外,例如,因为当基材与基材接合时,固化物和基材之间的界面的粘合强度不会降低,冷热循环中的耐开裂性等和在粘合界面处的剥离性是优异的,因而热固性树脂组合物是优选的。出于与上述同样的理由,本发明中使用的氧化铝的更优选的平均粒径为1μm~50μm。
另外,例如,在以下详细描述的助熔剂法中,与铝化合物相比,由铝化合物作为原料获得的氧化铝颗粒的比表面积通过烧结而显著降低。取决于铝化合物的性质和烧结条件,所得氧化铝颗粒的比表面积在0.0001m2/g~50m2/g的范围内,并适当地获得具有0.001m2/g~10m2/g范围的那些。
在使用钼化合物作为助熔剂的助熔剂法中,尽管大多数所用钼化合物由于高温下的烧结处理而升华,一些钼残留并获得含钼的氧化铝。氧化铝颗粒中的钼的量优选10质量%以下,通过调节烧结温度、烧结时间和钼化合物升华速度而降低至1质量%以下的量是更合适的。
氧化铝颗粒中所含钼的形式没有特别限制,其实例包括钼化合物如金属钼、三氧化钼和部分还原的二氧化钼,以及其中钼置换了氧化铝的结构中的铝的一部分的形式。
(铝化合物)
本实施方案中的铝化合物为包含铝元素的化合物,且为根据实施方案的片状氧化铝颗粒的原料。铝化合物没有特别限制,只要铝化合物通过热处理转变为氧化铝颗粒即可,可以使用例如氯化铝、硫酸铝、碱式乙酸铝、氢氧化铝、勃姆石、拟勃姆石、过渡型氧化铝(γ-氧化铝、δ-氧化铝或θ-氧化铝等)、α-氧化铝、或具有两种以上晶相的混合氧化铝颗粒等,作为前体的铝化合物的诸如形状、粒径、比表面积等物理形态没有特别限制。
根据以下详细描述的助熔剂法,无论实施方案中的铝化合物的形状如何,可以优选使用铝化合物,例如球状结构、不规则形状、具有高纵横比的结构(例如丝、纤维、带或管等)、和片材等中的任一者。
类似地,根据以下详细描述的助熔剂法,关于铝化合物的粒径,可以优选使用粒径为几纳米至几百微米的铝化合物的固体。
铝化合物的比表面积没有特别限制。优选较大的比表面积,这是因为其使钼化合物有效地起作用。然而,通过调节烧结条件和钼化合物的用量,具有任何比表面积的那些可用作原料。
另外,铝化合物可为仅铝化合物或者铝化合物和有机化合物的复合体。例如,还可以优选使用:通过使用有机硅烷将铝化合物改性而得到的有机/无机复合体、吸附有聚合物的铝化合物复合体等。在使用这些复合体的情况下,有机化合物的含有率没有特别限制,由于可以有效地制造片状氧化铝颗粒,该含有率优选为60质量%以下,更优选为30质量%以下。
(钼化合物)
钼化合物可为例如氧化钼或含有由金属钼与氧结合形成的酸根阴离子(MoOx n-)的化合物。
含有由金属钼与氧结合形成的酸根阴离子的化合物没有特别限制,只要其可由于高温下的烧结转化为三氧化钼即可。关于此类钼化合物,可以适当地使用例如钼酸(molybdic acid)、七钼酸六铵、钼酸二铵、磷钼酸和二硫化钼等。
钼化合物的用量没有特别限制,且优选0.01~1mol,更优选0.015~0.8mol,且最优选0.02~0.6mol,以钼化合物中的金属钼计,相对于铝化合物中的1mol的金属铝。另外,如果使用助熔剂法,当钼化合物用作助熔剂时,由于氧化铝颗粒中含有钼,以此作为证据,可以确定制造未知氧化铝颗粒的制造方法。
(钾化合物)
在助熔剂法中,混合物可以进一步含有含钾的钾化合物。即,钼化合物和钾化合物优选用作助熔剂。
当钼化合物和钾化合物用作助熔剂时,钾化合物没有特别限制,其实例包括氯化钾、亚氯酸钾、氯酸钾、硫酸钾、硫酸氢钾、亚硫酸氢钾、酸式亚硫酸钾、硝酸钾、碳酸钾、碳酸氢钾、乙酸钾、氧化钾、溴化钾、溴酸钾、氢氧化钾、硅酸钾、磷酸钾、磷酸氢钾、硫化钾、硫化氢钾、钼酸钾和钨酸钾等。在此情况下,钾化合物与钼化合物类似地包含异构体。其中,优选使用碳酸钾、碳酸氢钾、氧化钾、氢氧化钾、氯化钾、硫酸钾或钼酸钾,更优选使用碳酸钾、碳酸氢钾、氯化钾、硫酸钾或钼酸钾。
这里,上述钾化合物可单独使用或者其两种以上可以组合使用。
钾化合物有助于氧化铝表层中莫来石的有效形成。另外,钾化合物有助于氧化铝表层中含锗的层的有效形成。
另外,钾化合物优选与钼化合物一起用作助熔剂。
上述化合物中,由于钼酸钾含有钼,因此其具有作为上述钼化合物的功能。当钼酸钾用作助熔剂时,可以获得与钼化合物和钾化合物用作助熔剂时相同的效果。
作为在烧结期间的升温过程的反应中制备或制造原料时使用的钾化合物,例如钼酸钾等水溶性钾化合物,可通过烧结后的清洗容易地回收,即使在烧结温度范围内也不会蒸发。因此,钼化合物释放到烧结炉外的量也减少,并可以显著降低生产成本。
当钼化合物和钾化合物用作助熔剂时,钼化合物的钼元素与钾化合物的钾元素的摩尔比(钼元素/钾元素)优选为5以下,更优选为0.01~3,且最优选为0.5~1.5,这是因为可进一步降低生产成本。当摩尔比(钼元素/钾元素)在上述范围内时,由于可以获得具有大粒径的氧化铝颗粒而是优选的。
(金属化合物)
如下文将描述的,金属化合物具有促进氧化铝的晶体生长的功能。金属化合物可根据需要在烧结期间使用。这里,由于金属化合物用于促进α-氧化铝的晶体生长,金属化合物不是用于制造根据本发明的氧化铝颗粒的必要成分。
金属化合物没有特别限制,优选包括选自由II族金属化合物和III族金属化合物组成的组的至少一种。
II族金属化合物的实例包括镁化合物、钙化合物、锶化合物和钡化合物。
III族金属化合物的实例包括钪化合物、钇化合物、镧化合物和铈化合物。
这里,上述金属化合物是指金属元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、氯化物。例如,在钇化合物的情况下,可以例举氧化钇(Y2O3)、氢氧化钇、碳酸钇等。其中,金属化合物优选为金属元素的氧化物。这里,这种金属化合物包括异构体。
其中,优选第3周期元素的金属化合物、第4周期元素的金属化合物、第5周期元素的金属化合物或第6周期元素的金属化合物,更优选第4周期元素的金属化合物或第5周期元素的金属化合物,最优选第5周期元素的金属化合物。具体地,优选使用镁化合物、钙化合物、钇化合物或镧化合物,更优选使用镁化合物、钙化合物或钇化合物,特别优选使用钇化合物。
金属化合物的添加量相对于铝化合物中的以铝原子质量计的值优选为0.02~20质量%,更优选为0.1~20质量%。当金属化合物的添加量为0.02质量%以上时,由于可以适当地进行含钼的α-氧化铝的结晶生长而是优选的。另一方面,当金属化合物的添加量为20质量%以下时,由于可以获得源自金属化合物的杂质少的氧化铝颗粒而是优选的。
(钇)
当在作为金属化合物的钇化合物的存在下烧结铝化合物时,在该烧结步骤中,更适当地进行晶体生长,且产生α-氧化铝和水溶性钇化合物。在此情况下,由于水溶性钇化合物易于位于作为氧化铝颗粒的α-氧化铝的表面上,因此根据需要进行用水、碱水、或这些为温热的液体等的清洗,因此可从氧化铝颗粒除去钇化合物。
当钼化合物用作助熔剂时,铝化合物和钼化合物的用量没有特别限制。例如,当将原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,可以对以下混合物进行烧结。
1)其中混合
以Al2O3计的70质量%以上的含铝元素的铝化合物、和
以MoO3计的1质量%以上的钼化合物
的混合物。
在上述1)中,当将原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,以MoO3计的钼化合物的量优选1质量%以上,更优选1质量%以上且10质量%以下,且最优选2质量%以上且8质量%以下。
当钼化合物和钾化合物用作助熔剂时,铝化合物、钼化合物、钾化合物和钇化合物的用量没有特别限制,例如,当将原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,可以对以下混合物进行烧结。
2)其中混合
以Al2O3计的30质量%以上的含铝元素的铝化合物、
以MoO3计的30质量%以上的钼化合物、
以K2O计的10质量%以上的钾化合物、和
以Y2O3计的0.05质量%以上的钇化合物
的混合物。
在上述2)中,当将原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,以MoO3计的钼化合物的量优选30质量%以上,更优选30质量%以上且60质量%以下,且最优选40质量%以上且50质量%以下。
在上述2)中,当将原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,以K2O计的钾化合物的量优选10质量%以上,更优选10质量%以上且30质量%以下,且最优选12质量%以上且20质量%以下。
另外,在上述2)中,当将原料的总量以氧化物计设定为100质量%时,以Y2O3计的钇化合物的量优选0.05质量%以上,更优选0.05质量%以上且1质量%以下,且最优选0.1质量%以上且0.5质量%以下。
[烧结步骤]
烧结步骤是在钼化合物的存在下对铝化合物进行烧结的步骤。如上所述,该制造方法称为助熔剂法。在本发明的树脂组合物中,含有微米以下量级的含钼的氧化铝。因此,其中大量钼化合物用作助熔剂且花费相当长时间的制造方法是不优选的,因为产生了具有毫米以上量级的大尺寸的含钼的氧化铝。
烧结方法没有特别限制,并可以使用已知的和常规的方法。当烧结温度超过700℃时,铝化合物与钼化合物反应形成钼酸铝。另外,当烧结温度为900℃以上时,当钼酸铝分解成氧化铝和氧化钼时,通过将钼化合物掺入氧化铝颗粒来获得钼酸铝。
另外,在烧结期间,铝化合物和钼化合物的状态没有特别限制,只要在同样的空间提供钼化合物以使其能够作用于铝化合物即可。具体而言,即使在其中二者不混合的状态下,可以使用混合粉末的简单混合、使用研磨机等的机械混合、或使用研钵等的混合,并且可以进行以干式状态或湿式状态的混合。
烧结温度条件没有特别限制,且根据期望的氧化铝颗粒的粒径和形式等等来适当地确定。通常,烧结温度可以为900℃以上,其为等于或高于钼酸铝(Al2(MoO4)3)的分解温度的温度。特别地,在接近于球体的多面体颗粒中,为了有效地形成α-结晶化率为90%以上的本发明中使用的氧化铝颗粒,烧结优选在950~1,100℃的范围内,且最优选在970~1,050℃的范围内进行。
通常,当意欲控制烧结后得到的α-氧化铝的形状时,必须进行接近α-氧化铝的熔点的2000℃以上的高温下的烧结,从对烧结炉的负担或燃料成本的观点来看,工业上的利用存在巨大问题。
氧化铝颗粒也可以在超过2,000℃的高温下制造。然而,当使用助熔剂法时,具有高α-结晶化率和多面体形状的氧化铝可以同样在1,600℃以下的比α-氧化铝的熔点低得多的温度下形成,而无论前体的形状如何。
在上述助熔剂法中,即使最高烧结温度条件为900℃~1,600℃,也可以以低成本有效地形成近似球形的并具有90%以上的α结晶化率和高热导率的氧化铝颗粒。更优选最高温度为950~1,500℃下的烧结,最优选最高温度为1,000~1,400℃的范围的烧结。
关于烧结时间,以达到规定最高温度的升温时间为15分钟~10小时的范围、并优选以烧结最高温度下的保持时间为5分钟~30小时的范围来进行烧结。为了有效地形成氧化铝颗粒,更优选约10分钟~5小时的烧结保持时间。
烧结气氛没有特别限制,只要获得本发明的效果即可。例如,优选例如空气或氧气等含氧气氛,例如氮、氩、或二氧化碳等非活性气氛,从成本方面考虑时,更优选空气气氛。
不总是限制用于烧结的装置,并可以使用所谓的烧结炉。烧结炉优选由不与升华的氧化钼反应的材料构成,优选使用密闭性高的烧结炉以更有效地利用氧化钼。
另外,为了调节氧化铝颗粒的晶体状态或除去颗粒表面上的杂质,在形成含钼的氧化铝之后,可在等于或高于形成氧化铝颗粒的温度的高温下进行另外的烧结。
氧化铝颗粒优选通过在钼化合物和钾化合物的存在下或者在钼化合物、钾化合物和金属氧化物的存在下对铝化合物进行烧结来获得。
即,氧化铝颗粒的优选的制造方法包括在钼化合物和钾化合物的存在下或者在钼化合物、钾化合物和金属氧化物的存在下对铝化合物进行烧结的步骤(烧结步骤)。优选地,混合物还含有上述金属化合物。关于金属化合物,优选钇化合物。
在使用钼化合物的助熔剂法中,氧化钼与铝化合物反应以形成钼酸铝,接下来,钼酸铝分解期间的化学势的变化充当结晶化的驱动力,因此形成具有发达的自形面(113)的六方双锥型多面体颗粒。因此,当使用钼化合物作为助熔剂时,可以更容易地形成具有高α-结晶化率并特别地由α-结晶化率为90%以上的含钼的多面体氧化铝制成的氧化铝颗粒。
这里,即使本发明的效果通过不同于上述机理的机理获得,该机理也包括在本发明的技术范围内。
[冷却步骤]
当钼化合物和钾化合物用作助熔剂时,氧化铝颗粒的制造方法可以包括冷却步骤。冷却步骤为对烧结步骤中晶体生长的氧化铝进行冷却的步骤。更具体地,其可以为冷却包括烧结步骤中得到的氧化铝和液相的助熔剂的组合物的步骤。
冷却速度没有特别限制,且优选1~1,000℃/小时,更优选5~500℃/小时,最优选50~100℃/小时。当冷却速度为1℃/小时以上时,这由于可以缩短制造时间而是优选的。另一方面,当冷却速度为1,000℃/小时以下时,这由于烧结容器不太可能因热冲击而被破坏并可长时间使用而是优选的。
冷却方法没有特别限制,并可使用自然冷却或冷却装置
[后处理步骤]
根据实施方案的复合颗粒的制造方法可以包括后处理步骤。后处理步骤为针对多面体颗粒的后处理步骤且为去除助熔剂的步骤。后处理步骤可以在上述烧结步骤之后进行,可以在上述冷却步骤之后进行,或可以在烧结步骤和冷却步骤之后进行。另外,根据需要,该步骤可以重复两次以上。
后处理方法的实例包括清洗和高温处理。这些可组合进行。
清洗方法没有特别限制,并可通过用水、氨水溶液、氢氧化钠水溶液或酸性水溶液清洗来去除助熔剂。
在此情况下,可以通过适当地改变所用的水、氨水溶液、氢氧化钠水溶液或酸性水溶液的浓度和量;清洗部位;和清洗时间;等等来控制钼的量。
另外,高温处理方法的实例包括升温至助熔剂的升华点或沸点以上的方法。
[无机被覆部形成步骤]
接下来,在上述获得的多面体颗粒的表面上形成无机被覆部。在本实施方案中,可以形成由氧化物制成的无机被覆部。层形成方法没有特别限制,其实例包括液相法和气相法。
作为用于形成无机被覆部的无机化学物种,可以使用上述那些中的任意者。在本发明的优选实施方案中,无机物种可以包括金属氧化物。在氧化铝颗粒的表面上形成金属氧化物涂层的方法可包括将氧化铝颗粒的液体介质分散体与金属氧化物本身或其分散体混合。如有必要,可以进行进一步的过滤和干燥。另外,为了获得特别杰出的性能,例如增加氧化铝颗粒和金属氧化物之间的相互作用;获得更高的被覆性;获得更均匀的无机被覆部;和防止所得无机被覆部从氧化铝颗粒剥离,在氧化铝颗粒的表面上形成金属氧化物涂层的方法可以优选包括将在液体介质中具有溶解性并对应于金属氧化物的前体的无机金属盐的溶液与氧化铝颗粒或其液体介质分散体混合;在溶解的分子无机金属盐与氧化铝颗粒充分接触后将150nm以下的细无机金属盐沉积在氧化铝颗粒上;和将无机金属盐转化为金属氧化物。如有必要,可以进行进一步的过滤和干燥。在将无机金属盐转化成金属氧化物的步骤中,如果由于低温或pH变化而不容易将无机金属盐转化成金属氧化物,则如有必要可以进行烧结。如此,可以获得氧化铝颗粒和金属氧化物之间的强相互作用,这无法在简单混合物获得。并且,可以容易地获得上述特别杰出的性质。通过参考针对氧化铝颗粒的条件适当选择最佳条件,可以采用无机被覆部形成步骤中的烧结条件。
关于液相法,例如,制备其中分散有氧化铝颗粒的分散液,根据需要调节分散液的pH并进行加热。然后,含有金属氯化物例如氯化钛的水溶液则逐滴加入分散液。在此情况下,优选用碱性水溶液维持pH恒定。然后,搅拌分散液预定的时间,进行过滤、清洗和干燥以获得粉末。因此,由氧化物如氧化钛制成的无机被覆部在具有多面体形状的氧化铝颗粒的表面上形成。另外,无机被覆部可以由作为其它氧化物的氧化铁或二氧化硅形成。此外,无机被覆部可以由选自氧化钛、氧化铁和二氧化硅中的多种氧化物形成。
在该步骤中,可以形成由金属代替氧化物制成的无机被覆部。在此情况下,无机被覆部可以根据液相法或气相法等形成,由例如银、镍、铜、金或铂制成的无机被覆部在具有多面体形状的氧化铝颗粒的表面上形成。另外,可以形成由选自银、镍、铜、金和铂中的多种金属制成的无机被覆部。
另外,在该步骤中,可以形成无机被覆层,以便被覆氧化铝颗粒的表面的至少一部分。在此情况下,例如,在由金属氧化物或金属制成的颗粒彼此附着的状态下形成层。
[实施例]
虽然将参考实施例更详细地描述本发明,但本发明不限于以下实施例。
<实施例1>
首先,制造充当复合颗粒的基材的片状氧化铝。在研钵中混合146.2g(92.2质量%,以氧化物Al2O3计)的氢氧化铝(平均粒径为10μm,商购自Nippon Light Metal Co.,Ltd.)、5.0g(4.9质量%,以氧化物MoO3计)的三氧化钼(商购自Taiyo Koko Co.,Ltd.)和3.0g(2.9质量%,以氧化物SiO2计)的二氧化硅(平均粒径为3μm,商购自Fuji SilysiaChemical,Ltd.)以得到混合物。将得到的混合物放入坩埚中,在5℃/分钟的条件下在陶瓷电炉中加热至1,100℃,在1,100℃下保持10小时,并烧结。然后,在5℃/分钟的条件下,降温至室温,然后取出坩埚,得到98.0g的浅蓝色的粉末。在研钵中将得到的粉末破碎至其通过2mm筛。
随后,将95.0g得到的浅蓝色粉末分散在300mL的0.25%氨水中,将分散液在室温(25~30℃)下搅拌3小时,然后通过106μm筛,通过过滤去除氨水,进行用水清洗和干燥,从而去除颗粒表面残留的钼,因而得到90.0g的浅蓝色的粉末。得到D50值为5μm的片状氧化铝颗粒。
接下来,5g的D50值为5μm的片状氧化铝颗粒分散在45mL的水中以得到分散液。使用1Mol HCl将分散液的pH调整至1.8,同时,将分散液的温度调整至70℃。在搅拌分散液的同时,在8小时内滴加23g的1.5%TiCl4水溶液(理论被覆率为11.1%)。同时,使用39g的2%NaOH水溶液将分散液的pH维持在1.8。在滴加TiCl4水溶液之后,另外搅拌分散液4小时,过滤分散液并用水清洗。110℃下干燥10小时后,获得5.32g的粉末。
在800℃下对5.32g的粉末进行烧结2小时。从而,得到5.30g的被覆有氧化钛的片状氧化铝颗粒样品。
<实施例2>
以与实施例1相同的制造方法制造D50值为5μm的片状氧化铝颗粒。将7.5g的片状氧化铝分散在75mL的水中以得到分散液。使用1Mol HCl将分散液的pH调整至2.7,同时,将分散液的温度调整至75℃。在搅拌分散液的同时,以0.17g/min的速度在2小时内滴加8.1%FeCl3水溶液(理论被覆率为11.1%)。同时,使用20g的5%NaOH水溶液将分散液的pH维持在2.7。在滴加FeCl3水溶液之后,另外搅拌分散液4小时,过滤分散液并用水清洗。110℃下干燥10小时后,获得8.25g的粉末。
在800℃下对5g的粉末进行烧结2小时。从而,得到4.90g的被覆有氧化铁(III)的片状氧化铝颗粒样品。这些复合颗粒的颜色为红褐色[郑1]。
<实施例3>
除了使用D50值为13μm的片状氧化铝颗粒以外,以与实施例1相同的方式得到5.0g的被覆有氧化钛的片状氧化铝颗粒样品。
<实施例4>
以与实施例3相同的制造方法制造D50值为13μm的片状氧化铝颗粒。
除了使用D50值为13μm的片状氧化铝颗粒以外,以与实施例2相同的方式得到5.0g的被覆有氧化铁(III)的片状氧化铝颗粒样品。这些复合颗粒的颜色为红褐色。
<实施例5>
除了将FeCl3水溶液的滴加时间改为4小时内以外,以与实施例4相同的方式得到5.0g的被覆有氧化铁(III)的片状氧化铝颗粒样品。这些复合颗粒的颜色为红褐色。
<实施例6>
除了将FeCl3水溶液的滴加时间改为7小时内以外,以与实施例4相同的方式得到5.0g的被覆有氧化铁(III)的片状氧化铝颗粒样品。这些复合颗粒的颜色为红褐色。
<实施例7>
制造充当复合颗粒的基材的片状氧化铝颗粒。在研钵中混合100g(90.1质量%,以氧化物Al2O3计)的一般商购的氢氧化铝(平均粒径为1~2μm)、6.5g(9.0质量%,以氧化物MoO3计)的三氧化钼(商购自Taiyo Koko Co.,Ltd.)和0.65g(0.9质量%,以氧化物SiO2计)的硅二氧化硅(特级,商购自Kanto Chemical Co.,Inc.)以得到混合物。将得到的混合物放入坩埚中,在5℃/分钟的条件下在陶瓷电炉中加热至1,200℃,在1,200℃下保持10小时,并烧结。然后,在5℃/分钟的条件下,降温至室温,然后取出坩埚,得到67.0g的浅蓝色的粉末。在研钵中将得到的粉末破碎至其通过2mm筛。
随后,将65.0g得到的浅蓝色粉末分散在250mL的0.25%氨水中,将分散液在室温(25~30℃)下搅拌3小时,然后通过106μm筛,通过过滤去除氨水,进行用水清洗和干燥,从而去除颗粒表面残留的钼,因而得到60.0g的浅蓝色的粉末。得到D50值为28μm的片状氧化铝颗粒。
根据SEM观察,确认得到的粉末为具有多边片状形状的片状氧化铝颗粒,其中聚集体非常少,且具有优异的操作性。另外,当进行XRD测定时,出现源自α-氧化铝的尖锐的散射峰,未观察到除α晶体结构以外的氧化铝晶体峰,且片状氧化铝具有致密的晶体结构。另外,基于X射线荧光定量分析结果确认得到的颗粒含有以三氧化钼计为0.61%的钼。
然后,除了得到D50值为28μm的片状氧化铝颗粒以外,以与实施例1相同的方式得到5.0g的被覆有氧化钛的片状氧化铝颗粒样品。
<实施例8>
以与实施例7相同的制造方法制造D50值为28μm的片状氧化铝颗粒。
除了使用D50值为28μm的片状氧化铝颗粒,并将FeCl3水溶液的滴加时间改为1小时内以外,以与实施例2相同的方式得到5.0g的被覆有氧化铁(III)的片状氧化铝颗粒样品。这些复合颗粒的颜色为红褐色。
<实施例9>
以与实施例7相同的制造方法制造D50值为28μm的片状氧化铝颗粒。
除了使用D50值为28μm的片状氧化铝颗粒以外,以与实施例2相同的方式得到5.0g的被覆有氧化铁(III)的片状氧化铝颗粒样品。这些复合颗粒的颜色为红褐色。
<实施例10>
除了将FeCl3水溶液的滴加时间改为4小时内以外,以与实施例9相同的方式得到5.0g的被覆有氧化铁(III)的片状氧化铝颗粒样品。这些复合颗粒的颜色为红褐色。
<实施例11>
除了将FeCl3水溶液的滴加时间改为7小时内以外,以与实施例9相同的方式得到5.0g的被覆有氧化铁(III)的片状氧化铝颗粒样品。这些复合颗粒的颜色为红褐色。
<实施例12>
除了将FeCl3水溶液的滴加时间改为11小时内以外,以与实施例9相同的方式得到5.0g的被覆有氧化铁(III)的片状氧化铝颗粒样品。这些复合颗粒的颜色为红褐色。
<实施例13>
除了使用二氧化锗代替二氧化硅,并在研钵中混合100g(90.1质量%,以氧化物Al2O3计)的一般商购的氢氧化铝(平均粒径为1~2μm)、6.5g(9.0质量%,以氧化物MoO3计)的三氧化钼(商购自Taiyo Koko Co.,Ltd.)和0.65g(0.9质量%,以氧化物GeO2计)的二氧化锗(商购自Mitsubishi Materials Electronic Chemicals Co.,Ltd.)以得到混合物以外,以与实施例1相同的方式得到5.0g的被覆有氧化钛的片状氧化铝颗粒样品。
<实施例14>
制造充当复合颗粒的基材的片状氧化铝颗粒。在研钵中混合50g(35.9质量%,以氧化物Al2O3计)的氢氧化铝(CHALCO,商购自Shandong,过渡型氧化铝,平均粒径为45μm)、67g(48.2质量%,以氧化物MoO3计)的三氧化钼(商购自Taiyo Koko Co.,Ltd.)、0.025g(0.0质量%,以氧化物SiO2计)的二氧化硅(商购自Kanto Chemical Co.,Inc.)、32g(15.7质量%,以氧化物K2O计)的碳酸钾(商购自Kanto Chemical Co.,Inc.)和0.25g(0.2质量%,以氧化物Y2O3计)的氧化钇(商购自Kanto Chemical Co.,Inc.)以得到混合物。将得到的混合物放入坩埚中,在5℃/分钟的条件下在陶瓷电炉中加热至1,000℃,在1,000℃下保持24小时,并烧结。然后,在5℃/分钟的条件下,降温至室温,然后取出坩埚,得到136g的浅蓝色的粉末。
随后,将136g得到的浅蓝色粉末用约1%氢氧化钠水溶液清洗。接下来,进行用纯水的清洗,同时继续真空过滤。在110℃下进行干燥并得到47g的作为浅蓝色粉末的由α-氧化铝制成的片状氧化铝颗粒。得到D50值为50μm的片状氧化铝颗粒。
然后,除了使用D50值为50μm的片状氧化铝颗粒以外,以与实施例1相同的方式得到5.0g的被覆有氧化钛的片状氧化铝颗粒样品。
<实施例15>
制造充当复合颗粒的基材的多面体氧化铝颗粒。在研钵中混合50g(35.7质量%,以氧化物Al2O3计)的氢氧化铝(CHALCO,商购自Shandong,过渡型氧化铝,平均粒径为45μm)、66.75g(47.7质量%,以氧化物MoO3计)的三氧化钼(商购自Aladdin IndustrialCorporation)、33.75g(16.4质量%,以氧化物K2O计)的碳酸钾(商购自AladdinIndustrial Corporation)和0.25g(0.2质量%,以氧化物Y2O3计)的氧化钇(商购自AladdinIndustrial Corporation)以得到混合物。将得到的混合物放入坩埚中,在5℃/分钟的条件下在陶瓷电炉中加热至950℃并保持10小时,并烧结。然后,在5℃/分钟的条件下,降温至室温,然后取出坩埚,并用去离子水清洗内容物。最终,在150℃下进行干燥2小时,并得到蓝色含钼的α-氧化铝粉末。得到D50值为50μm的多面体氧化铝颗粒。
然后,除了使用D50值为50μm的多面体氧化铝颗粒以外,以与实施例1相同的方式得到5.0g的被覆有氧化钛的多面体氧化铝颗粒样品。
<实施例16>
制造充当复合颗粒的基材的多面体氧化铝。在研钵中混合146.2g(95.0质量%,以氧化物Al2O3计)的氢氧化铝(平均粒径为12μm,商购自Nippon Light Metal Co.,Ltd.)和5.0g(5.0质量%,以氧化物MoO3计)的三氧化钼(商购自Taiyo Koko Co.,Ltd.)以得到混合物。将得到的混合物放入坩埚中,在5℃/分钟的条件下在陶瓷电炉中加热至1,000℃,在1,000℃下保持10小时,并烧结。然后,在5℃/分钟的条件下,降温至室温,然后取出坩埚,并用去离子水清洗内容物。最终,在150℃下进行干燥2小时,并得到98.0g蓝色含钼的α-氧化铝粉末。得到D50值为5μm的多面体氧化铝颗粒。
然后,除了使用D50值为5μm的多面体氧化铝颗粒以外,以与实施例1相同的方式得到5.0g的被覆有氧化钛的多面体氧化铝颗粒样品。
<实施例17>
以与实施例16相同的制造方法制造D50值为5μm的多面体氧化铝颗粒。
除了使用D50值为5μm的多面体氧化铝颗粒以外,以与实施例2相同的方式得到5.0g的被覆有氧化铁(III)的多面体氧化铝颗粒样品。这些复合颗粒的颜色为红褐色。
<比较例1>
除了使用D50值为30μm的商购氧化铝颗粒(商品名“A-SF-60”商购自Chalco的Zhengzhou Research institute)以外,以与实施例2相同的方式得到5.0g的被覆有氧化铁(III)的多面体氧化铝颗粒样品。这些复合颗粒的颜色为浅红色。
《评价》
实施例1~17和比较例1的复合颗粒粉末样品、以及实施例1、3、7、13~16中得到的氧化铝颗粒、和比较例1中使用的氧化铝颗粒进行以下评价。测定方法如下。
[氧化铝颗粒的长径L的测定]
使用激光衍射粒径测定装置(SALD-7000,商购自Shimadzu Corporation),将1mg氧化铝粉末分散在0.2wt%的六偏磷酸钠(商购自FUJIFILM Wako Pure ChemicalCorporation)水溶液中,使总共获得18g,并将其用作测量样品,将平均粒径D50值(μm)确定为长径L。
[氧化铝颗粒的厚度D的测定]
将通过使用扫描电子显微镜(SEM)在50个位置处测定厚度而得的平均值确定为厚度D(μm)。
[纵横比L/D]
使用下式确定纵横比:
纵横比=氧化铝颗粒的长径L/氧化铝颗粒的厚度D。
[莫来石在氧化铝颗粒表面上的存在与否的确定]
在氧化钛的情况下使用热浓硫酸和在氧化铁(III)的情况下使用硫酸将复合颗粒的无机被覆层溶解,以露出氧化铝颗粒,将所制得的样品置于深度为0.5mm的测量样品架上并填充,使其以一定的载荷压平,并将其设置在广角X射线衍射(XRD)装置(Ultima IV,商购自Rigaku Corporation)中,在Cu/Kα射线、40kV/30mA、扫描速度2度/分钟、扫描范围10~70度的条件下进行测定。
将2θ=26.2±0.2度处观察到的莫来石的峰高设为A,将2θ=35.1±0.2度处观察到的(104)面上的α-氧化铝的峰高设为B,并将2θ=30±0.2度处的基线值设为C,并根据下式确定是否存在莫来石。
当R的值为0.02以上时,确认莫来石“存在”于氧化铝颗粒的表面上,当R的值小于0.02时,确认莫来石“不存在”于氧化铝颗粒的表面上。如下式所示,R为莫来石的峰的高度A与α-氧化铝的(104)面上的峰的高度B的比。
R=(A-C)/(B-C)
[氧化铝颗粒的表面上的Mo量的确定]
将所制得的样品按压固定在双面胶带上并在以下条件下使用X射线光电子能谱(XPS)设备(Quantera SXM,商购自ULVAC-PHI,Inc.)进行组成分析。
·X射线源:单色AlKα,束直径100μmφ,输出25W
·测定:区域测定(1,000μm见方)、n=3
·带电校正:C1s=284.8eV
将通过XPS分析结果得到的[Mo]/[Al]设为氧化铝颗粒的表面上的Mo量。当Mo量为0.0005以上时,确定Mo“存在”于氧化铝颗粒的表面上,当Mo量小于0.0005时,确定Mo“不存在”于氧化铝颗粒的表面上。
[理论被覆率]
由Fe2O3或TiO2的投料质量与氧化铝的投料质量的比(无机被覆层质量/氧化铝质量)计算复合颗粒的理论被覆率(%)。Fe2O3和TiO2的投料质量可分别由FeCl3和TiCl4的投料量获得。
[XRF被覆率]
约70mg的所制得的样品置于滤纸上并用PP膜覆盖,使用X射线荧光(XRF)分析装置(Primus IV,商购自Rigaku Corporation)进行组成分析。
复合颗粒的XRF被覆率(%)由得自XRF分析结果的[TiO2]/[Al2O3]或[Fe2O3]/[Al2O3](质量比)确定。
[被覆效率]
复合颗粒的被覆效率(%)由XRF被覆率与上述理论被覆率的比获得。
[被覆评价]
当复合颗粒的被覆效率(%)为90%以上时,将其评价为非常良好“A”,当被覆效率(%)为80%以上且小于90%时,将其评价为良好“B”,当被覆效率(%)为30%以上且小于80%时,将其评价为近于良好“C”,当被覆效率(%)小于30%时,将其评价为差“D”。评价结果示于表1和表2。
首先,如表1所示,在实施例1~12中得到的粉末中,确认XRD峰强度比的值为0.02以上且存在莫来石。另一方面,在实施例13~17中得到的粉末中,没有确认到莫来石的存在。
另外,确认实施例1~17和比较例1中得到的粉末具有表1所记载的粒径(D50)、厚度和纵横比的值。
实施例1的片状氧化铝颗粒的SEM观察图像示于图1和图2。
如图1和图2所示,确认实施例1的片状氧化铝的表面被覆有粒状氧化钛(TiO2)。
实施例2的片状氧化铝颗粒的SEM观察图像示于图3~图5。
如图3~图5所示,确认实施例2的片状氧化铝的表面被覆有粒状氧化铁(III)(Fe2O3)。
另外,在实施例1~12的复合颗粒中,使用D50值为5μm、13μm或28μm的片状氧化铝颗粒,确认了片状氧化铝的表面上Mo和Si的存在,并确认了片状氧化铝的表面上莫来石的存在。因此,当无机被覆层由氧化钛或氧化铁(III)形成时,在任何情况下的被覆效率为80%以上,这是良好的或非常良好的。因此发现,当Mo和莫来石存在于片状氧化铝的表面上时,容易在片状氧化铝上形成氧化钛和氧化铁(III)的无机被覆层二者。特别是在实施例2、5、6和8~12中,当无机被覆层由氧化铁(III)形成时,在任何情况下的被覆效率为90%以上,这是非常良好的。因此发现,当Mo和莫来石存在于片状氧化铝的表面上时,非常容易在片状氧化铝上形成氧化铁(III)的无机被覆层。另外,在实施例7中,当无机被覆层由氧化钛形成时,被覆效率为90%以上,这是非常良好的。因此发现,当Mo和莫来石存在于片状氧化铝的表面上时,非常容易在片状氧化铝上形成氧化钛的无机被覆层。
在实施例13的复合颗粒中,使用D50值为22μm的片状氧化铝颗粒,并确认了片状氧化铝的表面上Mo的存在。因此,当无机被覆层由氧化钛形成时,被覆效率为87.5%以上,这是良好的。因此发现,当Mo存在于片状氧化铝的表面上时,容易在片状氧化铝上形成氧化钛的无机被覆层。
在实施例14的复合颗粒中,使用D50值为50μm的片状氧化铝颗粒,并确认了片状氧化铝的表面上Mo的存在。因此,当无机被覆层由氧化钛形成时,被覆效率为33.3%,这是近于良好的。因此发现,当Mo存在于片状氧化铝的表面上时,容易在片状氧化铝上形成氧化钛的无机被覆层。
在实施例15的复合颗粒中,使用D50值为50μm的多面体氧化铝颗粒,并确认了多面体氧化铝的表面上Mo的存在。因此,当无机被覆层由氧化钛形成时,被覆效率为90%,这是非常良好的。因此发现,当Mo存在于多面体氧化铝的表面上时,非常容易在多面体氧化铝上形成氧化钛的无机被覆层。
在实施例16的复合颗粒中,使用D50值为5μm的多面体氧化铝颗粒,并确认了多面体氧化铝的表面上Mo的存在。因此,当无机被覆层由氧化钛形成时,被覆效率为91.7%,这是非常良好的。因此发现,当Mo存在于多面体氧化铝的表面上时,非常容易在多面体氧化铝上形成氧化钛的无机被覆层。
在实施例17的复合颗粒中,使用D50值为5μm的多面体氧化铝颗粒,并确认了多面体氧化铝的表面上Mo的存在。因此,当无机被覆层由氧化铁(III)形成时,被覆效率为34.8%,这是近于良好的。因此发现,当Mo存在于多面体氧化铝的表面上时,容易在多面体氧化铝上形成氧化钛的无机被覆层。
另外,在被覆有氧化铁(III)的实施例2、4~6、8~12和17中,确认表现出红色或红褐色。
另一方面,在比较例1的复合颗粒中,使用D50值为30μm的商购片状氧化铝颗粒,并根据XRD测定确认片状氧化铝具有α-晶体结构。另外,没有确认到片状氧化铝的表面上Mo和Si的存在,也没有确认到片状氧化铝上莫来石的存在。因此,当无机被覆层由氧化铁(III)形成时,被覆效率为2.30%,这是差的。
产业上的可利用性
由于本发明的复合颗粒具有无机被覆部的高的被覆效率,它们可以适当地用于印刷墨、涂料、汽车涂料、工业涂料、导热填料、化妆品材料、抛光材料、高亮度颜料、润滑剂、导电粉末基材和陶瓷材料等。
Claims (17)
1.一种复合颗粒,其包括含钼(Mo)的氧化铝颗粒和设置在所述氧化铝颗粒的表面上的无机被覆部。
2.根据权利要求1所述的复合颗粒,其中所述无机被覆部由氧化物制成。
3.根据权利要求2所述的复合颗粒,其中所述氧化物包括选自由氧化钛、氧化铁和二氧化硅组成的组的一种以上。
4.根据权利要求1所述的复合颗粒,其中所述无机被覆部由金属制成。
5.根据权利要求4所述的复合颗粒,其中所述金属包括选自由银、镍、铜、金和铂组成的组的一种以上。
6.根据权利要求1所述的复合颗粒,其中所述氧化铝颗粒还包括选自由硅和锗组成的组的一种以上。
7.根据权利要求6所述的复合颗粒,其中所述氧化铝颗粒在所述氧化铝颗粒的表层中包括莫来石。
8.根据权利要求1至7任一项所述的复合颗粒,其中所述复合颗粒具有片状形状或多面体形状。
9.根据权利要求1至8任一项所述的复合颗粒,其中所述复合颗粒具有片状形状,所述复合颗粒的厚度为0.01μm以上且5μm以下,所述复合颗粒的粒径为0.1μm以上且500μm以下,所述复合颗粒的纵横比为2以上且500以下。
10.一种涂料,其包括根据权利要求1至9任一项所述的复合颗粒。
11.一种复合颗粒的制造方法,其包括:
通过对
包括含铝元素的铝化合物和含钼元素的钼化合物的混合物,或者
包括含铝元素的铝化合物、含钼元素的钼化合物和用于控制氧化铝颗粒的形状的形状控制剂的混合物
进行烧结来制造氧化铝颗粒;和
在所述氧化铝颗粒的表面上形成无机被覆部。
12.根据权利要求11所述的复合颗粒的制造方法,其中所述形状控制剂包括选自由硅、含硅元素的硅化合物和含锗元素的锗化合物组成的组的一种以上。
13.根据权利要求11或12所述的复合颗粒的制造方法,其中所述混合物还包括含钾元素的钾化合物。
14.根据权利要求11所述的复合颗粒,其中所述无机被覆部由氧化物制成。
15.根据权利要求14所述的复合颗粒的制造方法,其中所述氧化物包括选自由氧化钛、氧化铁和二氧化硅组成的组的一种以上。
16.根据权利要求11所述的复合颗粒的制造方法,其中所述无机被覆部由金属制成。
17.根据权利要求16所述的复合颗粒的制造方法,其中所述金属包括选自由银、镍、铜、金和铂组成的组的一种以上。
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