JP2000247646A - 窒化物及び酸化物窒化物を基剤とする赤色乃至黄色顔料の製造方法 - Google Patents

窒化物及び酸化物窒化物を基剤とする赤色乃至黄色顔料の製造方法

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JP2000247646A JP2000043265A JP2000043265A JP2000247646A JP 2000247646 A JP2000247646 A JP 2000247646A JP 2000043265 A JP2000043265 A JP 2000043265A JP 2000043265 A JP2000043265 A JP 2000043265A JP 2000247646 A JP2000247646 A JP 2000247646A
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ヤンセン マルティン
Eberhard Guenther
ギュンター エーバーハルト
Hans-Peter Dr Letschert
レッチェルト ハンス−ペーター
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 工業的規模で容易に実施できる、窒化物及び
酸化物窒化物を基剤とする赤色乃至黄色顔料の製造方法 【解決手段】 該方法は、+3〜+5の範囲の原子価段
階の少なくとも1種の金属を有する窒化物又は酸化物窒
化物を基剤とする赤色乃至黄色顔料を製造するにあた
り、酸化物、水酸化物、混合酸化物、炭酸塩、硝酸塩、
製造すべき酸化物窒化物よりも小さいニトロ化度を有す
る酸化物窒化物、ハロゲン化物、酸化物ハロゲン化物及
び窒化物ハロゲン化物の系列からの粉末状金属化合物又
は金属化合物の混合物を、700〜1250℃で金属化
合物上を流動するアンモニアでニトロ化する前記顔料を
製造する方法において、ニトロ化を回転管反応器又は流
動層反応器でニトロ化すべき金属化合物中に均一に分配
された、SiO2、GeO2、SnO2、TiO2、ZrO
2及びHfO2の系列から選択された少なくとも1種の粉
末状酸化物の存在で行うことによって得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物又は酸化物
窒化物、特にタンタルを含有する窒化物及び酸化物窒化
物(Oxidnitrid)を基剤とする赤色乃至黄色
顔料を、ニトロ化可能の金属化合物を700〜1250
℃で流動するアンモニアでニトロ化することによって製
造する方法に関する。窒化物及び酸化物窒化物は工業的
規模で顔料品質で製造される。
【0002】
【従来の技術】着色顔料は、それによって着色された物
品の使用の種類及び適用に応じて種々の傷害をこおむ
る。酸化物、硫化物又はセレン化物の重金属化合物を基
剤とする顔料で着色されているか又はこれらの化合物の
使用下で装飾されている物品からは酸性又はアルカリ性
溶液、と接触すると毒物学的に危険な成分、例えばスピ
ネルからはニッケル、コバルト又はクロムが、硫化カド
ミウム黄からカドミウムが、カドミウムスルホセレン化
物赤又は橙からはカドミウム及びセレンが遊離される惧
れがある。他の難点は、このように着色された物品のご
み焼却炉における保留又は燃焼の際の毒性重金属の遊離
である。
【0003】前記の難点は、危険のない金属、特にタン
タルを含有する窒化物及び酸化物窒化物を基剤とする窒
化物及び酸化物窒化物顔料の使用によって低減するか又
は除去することができる。。このような顔料は特に黄色
乃至赤色スペクトル範囲をカバーする。
【0004】プラスチック、塗料の着色のためならびに
焼付け可能の装飾塗料及び釉薬の製造のためには、例え
ば窒化タンタル(V)(Ta35)−米国特許第5,5
69,322号明細書参照−ならびにペロブスカイト
(Perowskit)−、スピネル−、黄緑石−及び
エルパソライト(Elpasolit)構造の酸化物窒
化物(その中にはタンタル含有顔料も入る)が公知であ
る−ヨーロッパ特許出願公開第0697373号明細書
参照。このような顔料は、適当な金属化合物、例えば酸
化物、水酸化物、硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩及びハロ
ゲン化物を、700〜1250℃でアンモニアでニトロ
化することによって製造することができる。従来公知に
なったニトロ化法は、窒化物及び酸化物窒化物を工業的
規模で製造するためには適当ではない、それというのも
ニトロ化が不完全であり、したがって色調及び/又は明
るさが色彩上不十分であり及び/又は従来の方法を実験
室規模から工業的規模へ移行することは極めて費用のか
かる装置を要するからである。
【0005】従来使用されている、米国特許第5,56
9,322号明細書及びヨーロッパ特許出願公開第06
97373号明細書によるニトロ化の場合には、ニトロ
化すべき粉末又は粉末混合物を、鋼玉製容器で外部から
加熱される反応管においてアンモニアを粉末の上に通す
ことによってニトロ化する。成鉱剤(Minerali
sator)の併用によってニトロ化時間及び/又は温
度はなるほど低減されうるが、成鉱剤は多くの使用例の
場合再びニトロ化生成物から溶出されざるをえない。ま
たヨーロッパ特許出願公開第0184951号明細書に
よる方法(これによるとペロブスカイト構造を有する酸
化物窒化物が窒化物、酸化物窒化物又は酸化物金属化合
物をニトロ化しかつ還元する薬剤としてのアンモニアで
ニトロ化することによってニトロ化される))も、実験
室方法が最も有利に工業的規模に変えられうるような示
唆は与えていない。
【0006】ドイツ国特許出願公開第3443622号
明細書によれば、二酸化チタン粉末を工業的規模で80
0℃で発生期の窒素によって黒色のチタン酸化物窒化物
に変えることができる。。発生期窒素の源は3cm/s
ecの速度で撹拌翼を備えた塔反応器中を導通されるア
ンモニアである。この反応ではTi4+が少なくとも部分
的にTi3+に変えられる−つまり赤色乃至黄色顔料は生
じない。米国特許第2,461,020号明細書によれ
ば窒化タンタル(V)を撹拌反応器において製造するこ
とができる:この場合にはタンタル化合物、例えばTa
25がマグネシウムのような容易に酸化できる金属の存
在でアンモニア雰囲気中で反応される。反応生成物を顔
料として使用しうるためには生成された酸化マグネシウ
ムを同生成物から除去しなければならない。
【0007】英国特許第979,277号明細書によれ
ば、ホウ素、アルミニウム及びガリウムの窒化物を相応
のリン化物又はヒ化物からアンモニアを用いて700〜
1200℃で流動層で製造することができる。他の出発
物質は挙げられていない。ドイツ国特許第369298
号明細書及びヨーロッパ特許出願公開第0571251
号明細書からはニトロ化のために回転管炉(Drehr
ohrofen)を使用することが公知である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、適当
な金属化合物を700〜1250℃でアンモニアでニト
ロ化することによって冒頭記載の顔料を製造するため
の、工業的規模で実施できる方法を提案することであ
る。該方法は容易に操作できかつ均質な生成物を生じる
ことが要求される。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題は、請求項1記
載の方法によって解決される。すなわち、+3〜+5の
範囲の原子価段階の少なくとも1種の金属を有する窒化
物又は酸化物窒化物を基剤とする赤色乃至黄色顔料を製
造するにあたり、酸化物、水酸化物、混合酸化物、炭酸
塩、硝酸塩、製造すべき酸化物窒化物よりも小さいニト
ロ化度を有する酸化物窒化物、ハロゲン化物、酸化物ハ
ロゲン化物及び窒化物ハロゲン化物の系列からの粉末状
金属化合物又は金属化合物の混合物を、700〜125
0℃で金属化合物上を流動するアンモニアでニトロ化
し、その際、製造すべき酸化物窒化物の酸素は使用され
る金属化合物から由来することより成る前記顔料を製造
する方法において、ニトロ化を回転管反応器又は流動層
反応器でニトロ化すべき金属化合物中に均一に分配され
た、SiO2、GeO2、SnO2、TiO2、ZrO2
びHfO2の系列から選択された少なくとも1種の粉末
状酸化物の存在で行い、この際選択されたニトロ化温度
は4価金属の前記酸化物のニトロ化を大体において除外
することを特徴とする、窒化物又は酸化物窒化物を基剤
とする赤色乃至黄色顔料の製造方法が見いだされたので
ある。
【0010】ニトロ化すべき金属化合物は回転管反応器
又は流動層反応器で直接反応されうるけれども、ニトロ
化の際有利にはニトロ化すべき金属化合物にSiO2
GeO2、SnO2、ZrO2及びHfO2の系列から選択
される酸化物又はこのような酸化物の混合物を希釈剤と
して添加する;添加される酸化物はニトロ化条件ではそ
れ自体で大体においてニトロ化されるべきではない。好
ましくは1〜20質量%の量で添加することができる、
1種以上の前記酸化物の添加は、ニトロ化を有利にしか
つニトロ化を妨害する粉末状反応混合物の焼結を減少さ
せる。これによって均質生成物が得られる。本発明方法
は特にタンタル化合物を含有する粉末混合物のニトロ化
のために好適である。
【0011】回転管反応器及び流動層反応器は当業界で
はそれ自体公知であるが、従来は窒化物又は酸化物窒化
物を基剤とする黄色乃至赤色顔料の製造のために考慮さ
れたことはなかった。本発明にとって好ましい回転管反
応器はニトロ化すべき粒子の連続的遊離をもたらし、そ
の結果均質な生成物が得られる。粉末混合物は有利には
ニトロ化前に強力ミル、例えばボールミルで均質化し、
その結果個々の成分が密接に接触され、回転管反応器中
の成分分解が避けられる。このようにしてまた少なくと
も2種の異なる金属原子を有する酸化物窒化物が2種の
金属化合物から製造されうる。しかし好ましくは回転管
反応器には均質の物質、例えば2種以上の金属化合物か
ら製造された噴霧乾燥粉末、混合酸化物又はゾル−ゲル
法により製造されたキセロゲル粉末を供給する。本発明
方法は、従来公知の方法で冒頭記載の赤色乃至黄色顔料
を製造する際に可能であった空時収率よりも高い空時収
率をもたらす。
【0012】流動層反応器においては、ニトロ化すべき
粒子状出発物質とアンモニアとの間の妨げられない接触
が保証されているが、顔料用途に使用される粒子の粉末
度はダストを分離しかつそれを再循環させる後続の装置
を必要とする。。流動層ニトロ化の場合には出発物質は
均質であることが要求される。つまり個々の粒子は、1
種以上の金属原子を有する酸化物窒化物を製造しようと
する場合には、すべての金属原子を形状に適する(fo
rmgemaess)原子比で含有する。
【0013】ニトロ化は、アンモニア又はアンモニアを
含有する乾燥ガスの使用下で実施することができるが、
好ましくはアンモニア又はアンモニア少なくとも90%
を含有するアンモニア−窒素−混合ガスを使用する。ニ
トロ化の間アンモニア又はアンモニアを含有するニトロ
化ガスを反応器中を導通させる。アンモニアを使用する
場合には、流速は少なくとも0.5cm/sec、好ま
しくは少なくとも1cm/secであり、特に2〜3c
m/secの流速が好ましい。
【0014】当業者はニトロ化温度を使用される出発金
属化合物に適合させる。好ましい温度範囲は800〜1
000℃である。低い温度の場合にはしばしば長い反応
時間が必要である。高い温度の場合には、窒化物の金属
及び窒素への再分解の危険、したがって製造された窒化
物−又は酸化物窒化物顔料の望ましくない品質低下の危
険も生じる。
【0015】窒化物−又は酸化物窒化物を基剤とする赤
色乃至黄色顔料は特にTa35−、スピネル−、ペロブ
スカイト−、エルパソライト−又は黄緑石−構造を有す
るが、他の結晶系も除外されない。本発明方法は、特に
赤色の窒化タンタル(V)ならびに式Ta3-xZrx
5-xx(式中xは0より大きく、Ta35の格子の飽和
限界までの数である)で示される赤色〜橙色の酸化物窒
化物の製造のために好適である。前記の酸化物窒化物は
(Ta,Zr)−キセロゲルからJ.Mater.Ch
em.1994,4(8),1293〜1301により
得られる;飽和限界はほぼx=0.16である。
【0016】また該方法は、ヨーロッパ特許出願公開第
0697373号明細書に記載されているような酸化物
窒化物を製造するためにも適当である。この例は次の通
りである: a)ペロブスカイト構造で存在する、一般式: A1-uA′uBO2-u1+u又は A′B1-wB′w1+w2-w を有する酸化物窒化物(その窒素:酸素の原子比は色彩
にとって決定的である);前記式中A、A′、B及び
B′は、次の系列: A:Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+ A′:Ln3+(希土類金属)、Bi3+、Al3+、Fe3+ B:V5+、Nb5+、Ta5+ B′:Ti4+、Zr4+、Hf4+、Sn4+、Ge4+ から選択される1個以上の陽イオンを表し、u及びwは
0〜1の範囲の数を表す。
【0017】b)黄緑石構造で結晶化された、次の一般
式: AxA′2-x25+x2-x又は A′22-yB′y5+y2-y で示される酸化物窒化物;前記式中A、A′、B及び
B′は、次の系列: A:Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+; A′:Ln3+(希土類金属)、Bi3+、Al3+、F
3+; B:V5+、Nb5+、Ta5+、Mo5+、W5+; B′:Ti4+、Zr4+、Hf4+、Sn4+、Ge4+、Si
4+、Nb4+、Ta4+ から選択される1個以上の陽イオンを表し、x及びyは
0〜2の範囲の数を表す。
【0018】c)スピネル構造で結晶化された、一般
式: CD2-mD′m4-mm又は C1-nC′n24-nn で示される酸化物窒化物;前記式中C、C′D及びD′
は、次の系列: C:Mg2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、N
2+、Zn2+; D:Al3+、Ga3+、In3+、Ti3+、V3+、Cr3+
Fe3+、Co3+、Ni3+; D′:Ti4+、Zr4+、Hf4+、Sn4+、Ge4+、Si
4+、Nb4+、Ta4+; C′:Al3+、Ga3+、In3+、Ti3+、V3+、C
3+、Fe3+、Co3+、Ni3+ から選択される1個以上の陽イオンを表し、mは0〜2
の数を表し、nは0〜1の数を表す。
【0019】d)エルパソライト構造で結晶化された、
一般式: A′2QB′O5-z1+z で示される酸化物窒化物;前記式中zは0、1又は2を
表し、zが0に等しい場合にはQは2価の金属イオンC
であり、zが1に等しい場合にはQは3価の金属イオン
A′′であり、z=2の場合にはQは4価の金属イオン
Dであり、これはA′2CBO5N又はA′2A′′BO4
2に相当し、ここでA′、B、C及びDは前記のもの
を表し、A′′はLn3+又はBi3+を表す。
【0020】酸化物窒化物形成金属化合物としては、請
求項1で記載した物質が適当である。酸化物、混合酸化
物、水酸化物、炭酸塩及び硝酸塩が好ましい。生成物中
に含有された金属原子は1種以上の出発物質の形で分子
量論的原子比で使用する。
【0021】他の実施態様によれば、ニトロ化を回転管
で炭酸、低級カルボン酸又はホウ酸のアンモニウム塩、
ホウ酸、無水ホウ酸、アルカリ金属ハロゲン化物又はア
ルカリ土類金属ハロゲン化物の系列から選択される1種
の融剤の存在で行う。融剤は20質量%までの量、好ま
しくは0.5〜5質量%の量で添加することができる。
【0022】選択された反応温度及びニトロ化すべき粉
末状の物質混合物に応じて回転管中に部分的な焼結が起
こる可能性がある。ニトロ化を回転管で2段階で行う
と、ニトロ化時間を短縮し及び/又は顔料品質を改良で
きることが判明した。この場合第1段階の反応生成物は
粉砕し、次に第2の回転管段階に供給する。
【0023】本発明方法は極めて容易に実施することが
できる。赤色乃至黄色顔料は高い色品質で工業的規模で
得られる。
【0024】次の実施例により本発明方法を説明する。
【0025】
【実施例】顔料の製造 例1(B1) 商用の酸化タンタル(V)(純度>99.9%、d50
0.5μm)300gに、二酸化ケイ素(クバルツベル
ケ・フレッヘン(Quarzwerke Freche
n)社製F500、D50=3.4μm)6質量%を加
え、均質化した。次にこの混合物をアンモニア(130
0l/h)と一緒に石英ガラス製回転管(di=14c
m、l=50cm)で12時間910℃に加熱した(回
転管の回転速度:1回/min)。次表に記載された表
色値(Farbwert)を有する赤色粉末が得られ
た。
【0026】例2(B2) 商用の酸化タンタル(V)(純度>99.9%)300
gに、沈殿ケイ酸(デグッサ (Degussa)社製
シペルナート(Sipernat)22S)4質量%を
加え、均質化した。次にこの混合物をアンモニア(13
00l/h)と一緒に石英ガラス製回転管で12時間9
10℃に加熱した(回転管の回転速度:1回/mi
n)。生成物として赤色粉末が得られた−次表参照。
【0027】例3(B3) 商用の酸化タンタル(V)(純度>99.9%)300
gに、塩基性炭酸ジルコニウム(キノッチ・カープスト
リーク(kynoch Kaapstreek)社製)
5質量%及び沈殿ケイ酸(シペルナート22S)6質量
%を加え、均質化した。次にこの混合物をアンモニア
(1300l/h)と一緒に石英ガラス製回転管で12
時間910℃に加熱した(回転管の回転速度:1回/m
in)。生成物として赤色粉末が得られた−次表参照。
【0028】比較例1(VB1) a)水酸化タンタルの製造:塩化タンタル(V)10g
を沸騰熱で濃塩酸400ml中に溶かす。次に水80m
lで希釈し、pH7の濃アンモニア溶液で水酸化タンタ
ルを沈殿させる。沈殿物を塩化物不含まで洗浄し、エタ
ノールで懸濁し、120℃で乾燥する。エックス線非晶
質(roentgenamorph)の生成物は残留水
分14.9質量%を有している(1000℃に灼熱した
後)。
【0029】b)ニトロ化:次にこの生成物1gを鋼玉
製容器中に入れ、アンモニア流(9l/h)中で80時
間820℃に加熱する。赤色生成物が得られる−次表参
照。
【0030】例4(B4) VBa)による水酸化タンタル300gを、回転管(d
i=14cm;l=50cm;1回/min)で130
0l/hのNH3流中で12時間910℃でニトロ化し
た。表色値は次表から判る;表色値は比較例の値よりも
優れている。
【0031】得られた粉末の色試験(Colorist
ische Pruefung):上記の処方に従って
製造した粉末をPVC−プラスチゾル中に混入し、色彩
について試験した。このためにそれぞれの試料0.7g
及びプラスチゾル2gを混合し、顔料摩擦機(Farb
ausreibemaschine)中に分散した。練
り顔料(Paste)からスライダー(Schlitt
en)を用いて厚さ300μmの塗膜(Aufstri
che)を製造した。140℃で10分以内に加熱して
ゲル化を行った。分光光度計を用いて表色値L***
を測定し、系の価(DIN5033、Teil 3)に
換算した。表色値は次表から判る。
【0032】
【表1】
【0033】比較例2(VB2) 例1を反復したが、二酸化ケイ素を加えなかった点が異
なる。PVC−プラスチゾルにおける表色値(上記のよ
うに試験)は次のとおりである: L* 37.99 a* 29.68 b* 35.78 表色値は、低いa*の値及びb*の値によって本発明の例
B1とは著しく異なる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルティン ヤンセン ドイツ連邦共和国 レオンベルク ベルク ハルデ 18/1 (72)発明者 エーバーハルト ギュンター ドイツ連邦共和国 ニーダーカッセル ベ ルクハイマー シュトラーセ 35 (72)発明者 ハンス−ペーター レッチェルト ドイツ連邦共和国 ハナウ フィリップス ルーアー アレー 13アー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 +3〜+5の範囲の原子価段階の少なく
    とも1種の金属を有する窒化物又は酸化物窒化物を基剤
    とする赤色乃至黄色顔料を製造するにあたり、酸化物、
    水酸化物、混合酸化物、炭酸塩、硝酸塩、製造すべき酸
    化物窒化物よりも小さいニトロ化度を有する酸化物窒化
    物、ハロゲン化物、酸化物ハロゲン化物及び窒化物ハロ
    ゲン化物の系列からの粉末状金属化合物又は金属化合物
    の混合物を、700〜1250℃で金属化合物上を流動
    するアンモニアでニトロ化し、その際、製造すべき酸化
    物窒化物の酸素は使用される金属化合物から由来するこ
    とより成る前記顔料を製造する方法において、ニトロ化
    を回転管反応器又は流動層反応器でニトロ化すべき金属
    化合物中に均一に分配された、SiO2、GeO2、Sn
    2、TiO2、ZrO2及びHfO2の系列から選択され
    た少なくとも1種の粉末状酸化物の存在で行い、この際
    選択されたニトロ化温度は4価金属の前記酸化物のニト
    ロ化を大体において除外することを特徴とする、窒化物
    又は酸化物窒化物を基剤とする赤色乃至黄色顔料の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 ニトロ化を、炭酸、低級カルボン酸又は
    ホウ酸のアンモニウム塩、ホウ酸、無水ホウ酸、アルカ
    リ金属ハロゲン化物又はアルカリ土類金属ハロゲン化物
    の系列から選択される1種の融剤の存在で行う、請求項
    1記載の方法。
  3. 【請求項3】 アンモニアを少なくとも1cm/sec
    の流速で反応器中を通す、請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 ニトロ化を回転管で2段階で行い、第1
    段階のニトロ化生成物を粉砕し、次いで第2段階に供給
    する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
JP2000043265A 1999-02-23 2000-02-21 窒化物及び酸化物窒化物を基剤とする赤色乃至黄色顔料の製造方法 Pending JP2000247646A (ja)

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