JP2549857B2 - 粒子径が制御された炭酸カルシウムの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、平均粒子径が制御された立方体状のカルサ
イト型炭酸カルシウムの製造法に関するものである。

［発明の背景］ 炭酸カルシウムは、紙、ゴム、プラスチックスおよび
塗料などの充填材として広く使用されている。このよう
な炭酸カルシウムには、天然の白色石灰石を微粉砕して
製造される重質炭酸カルシウムと、化学的に合成される
軽質炭酸カルシウムとがある。上記のような用途に用い
られる炭酸カルシウムとしては、従来は重質炭酸カルシ
ウムが主流であったが、昨今は、これに代わり立方体状
のカルサイト型の軽質炭酸カルシウムが多くなってきて
いる。

一般に、立方体状のカルサイト型の軽質炭酸カルシウ
ムは、水酸化カルシウムの水性懸濁液を調製し、これに
二酸化炭素を導入して炭酸化することにより製造されて
いる。

しかしながら、上記の方法を利用した場合には、二酸
化炭素の導入速度および炭酸化の反応温度などを調整す
ることにより、比較的粒子径の大きなものおよび粒子径
の非常に小さなものは容易に製造することができるが、
例えば平均粒子径が0.1〜0.6μｍの範囲内にあるものの
ようなその中間に位置するものを製造する場合の制御条
件が非常に難しいとの問題がある。

一方、上記のような、紙、ゴム、プラスチックスおよ
び塗料などの充填材としては、平均粒子径が0.1〜0.6μ
ｍの範囲内にあるものが使用し易く、従って、簡単な操
作により立方体状のカルサイト型炭酸カルシウムの平均
粒子径をこのような範囲内に制御する技術の開発が望ま
れている。

［発明の目的］ 本発明は、平均粒子径が制御された立方体状のカルサ
イト型の炭酸カルシウムを製造するために有用な新規な
方法を提供することを目的とする。

［発明の要旨］ 本発明は、20℃の水100gに対する溶解度が50g以上で
あるカルシウム塩を水に溶解した水溶液に、立方体状の
カルサイト型炭酸カルシウム種結晶を、該水溶液中のカ
ルシウム塩の炭酸カルシウム換算重量と炭酸カルシウム
種結晶の重量との比が15:85〜95:5の範囲内となるよう
に添加した後、該水溶液に二酸化炭素を導入して該水溶
液中のカルシウム分を、炭酸カルシウムとして種結晶の
表面に定量的に（すなわち、水溶液中のカルシウム塩の
ほぼ全量に当たる量を）析出させて、平均粒子径が0.1
〜0.6μｍで、種結晶の平均粒子径の1.1〜3.5倍の範囲
内にある立方体状のカルサイト型炭酸カルシウムを形成
させることを特徴とする粒子径が制御された立方体状の
カルサイト型炭酸カルシウムの製造法にある。

［発明の効果］ 本発明によれば、立方体状のカルサイト型の炭酸カル
シウム製造のためのカルシウム塩の水溶液中に添加する
種結晶の添加量を変化させることによって、この種結晶
の表面に析出する炭酸カルシウム量を変えて種結晶の平
均粒子径に対して1.1〜3.5倍の範囲内に平均粒子径が制
御された炭酸カルシウムを容易に得ることができる。従
って、従来の石灰乳の炭酸化法では製造条件の設定が非
常に困難であった平均粒子径が0.1〜0.6μｍの範囲内に
あり、粒子径が揃った立方体状のカルサイト型炭酸カル
シウムを容易に製造することができる。

［発明の詳細な記述］ 本発明は、基本的には、易溶性のカルシウム塩の水溶
液に添加する種結晶の量を変化させることにより、種結
晶の表面に析出する炭酸カルシウムの量を調整して、得
られる立方体状のカルサイト型炭酸カルシウムの平均粒
子径を制御するものである。

易溶性のカルシウム塩としては、20℃の水100gに対す
る溶解度が50g以上であるカルシウム塩を用いる。この
ような易溶性カルシウム塩の例としては、塩化カルシウ
ム、硝酸カルシウムおよび酢酸カルシウムを挙げること
ができる。特に本発明においては、溶解度の高い硝酸カ
ルシウムの使用が好ましい。

本発明においては、まず易溶性のカルシウム塩の水溶
液を調製する。易溶性カルシウム塩は、通常は、単独で
使用するが、二種以上の易溶性カルシウム塩を用いて水
溶液を調製することもできる。

カルシウム塩の水溶液は、通常は、水100gに対して5g
以上（好ましくは10g以上）であって、用いる易溶性カ
ルシウム塩の飽和量（好ましくは飽和量の90重量％）ま
での易溶性カルシウム塩を添加して調製する。

次いで、このようにして調製したカルシウム塩の水溶
液に立方体状のカルサイト型の炭酸カルシウム種結晶を
添加する。

添加する炭酸カルシウム種結晶の量は、水溶液中に含
有されるカルシウム塩の炭酸カルシウム換算重量と炭酸
カルシウム種結晶との重量比が15:85〜95:5の範囲内に
なるようにする。即ち、種結晶の添加率を、この種結晶
粒子表面に炭酸カルシウムが析出することにより得られ
る炭酸カルシウム重量の５〜85重量％の範囲内に設定す
る。種結晶が５重量％より少ないと、種結晶と独立に析
出した炭酸カルシウムが独立して粒子を形成することが
多くなり、炭酸カルシウムが有効に種結晶粒子表面に析
出しないので、粒子径の制御を有効に行なうことができ
ない。また、種結晶の添加量を85重量％より多くして
も、生成する炭酸カルシウムの粒子径の変化が少なく工
業的な製造法としての有効性に乏しい。

添加する炭酸カルシウム種結晶としては、通常平均粒
子径が0.05〜0.5μｍの範囲内にある立方体状のカルサ
イト型炭酸カルシウムを使用する。このような平均粒子
径を有する立方体状のカルサイト型炭酸カルシウム種結
晶を用いることにより、得られる炭酸カルシウムの平均
粒子径を0.1〜0.6μｍの範囲内に制御し易くなる。種結
晶として使用する炭酸カルシウムは、例えば、従来の石
灰乳を立方体状のカルサイト型炭酸化して得られたもの
などを使用することができる。さらに、本発明に従って
製造された立方体状のカルサイト型炭酸カルシウムも種
結晶として使用することができる。

炭酸カルシウム種結晶の添加方法に特に制限はない
が、炭酸カルシウム種結晶を粉末として添加する方法よ
りも水性懸濁液として添加する方法が種結晶を良好に分
散させることができ好ましい。

このように炭酸カルシウム種結晶を添加したカルシウ
ム塩水溶液に、二酸化炭素を導入する。二酸化炭素の導
入により、水溶液中のカルシウム塩のカルシウム分が、
導入された二酸化炭素と反応して炭酸カルシウムとして
析出する。そして、この炭酸カルシウムは、添加した炭
酸カルシウム種結晶の表面に析出し、種結晶が成長す
る。

二酸化炭素の導入速度は、通常は、水溶液中に溶解し
ている易溶性カルシウム塩1kgに対して１〜30／分
（好ましくは、５〜20／分）の範囲内の速度に設定さ
れる。１／分より遅いと反応に長時間を要するように
なることがあり、また、30／分より速いと、析出した
炭酸カルシウムが独立した粒子を形成することが多くな
り種結晶粒子表面に炭酸カルシウムが有効に析出しにく
くなる。

本発明では、上述のように炭酸カルシウム種結晶の添
加量を変えることにより、添加した種結晶の平均粒子径
の1.1〜3.5倍の範囲内に立方体状のカルサイト型炭酸カ
ルシウムの平均粒子径を制御する。

第１図に添加した炭酸カルシウム種結晶の平均粒子径
と、生成する炭酸カルシウムの平均粒子径との関係の例
を示す。

第１図は、後述の製造例１〜５で示すように易溶性カ
ルシウム塩として硝酸カルシウムを100gの水に対し15g
添加して調製した水溶液に、得られる炭酸カルシウム粒
子に対して炭酸カルシウム種結晶の添加率が10重量％に
なるように添加した後、二酸化炭素を硝酸カルシウム1k
gに対して10／分の速度で導入した際に得られる炭酸
カルシウムと、添加した炭酸カルシウム種結晶の平均粒
子径との関係を示すものである。

この条件においては、生成する炭酸カルシウムは、添
加した炭酸カルシウム種結晶の平均粒子径とは無関係
に、種結晶の平均粒子径の約二倍の平均粒子径を有して
いる。すなわち、本発明の制御法は、条件を一定にすれ
ば、添加した種結晶の平均粒子径に対して一定の範囲内
に平均粒子径を制御することができる。

第２図に炭酸カルシウム種結晶の添加量と生成する炭
酸カルシウムの平均粒子径との関係の例を示す。

すなわち、第１図は、後述の製造例２および６乃至９
で示すように上記の水溶液に平均粒子径が0.2μｍの炭
酸カルシウム種結晶を添加した場合の種結晶の添加量と
生成する炭酸カルシウムの平均粒子径との関係を示すも
のである。

この条件においては、第２図から明らかなように、炭
酸カルシウム種結晶の添加率の低下によって得られる炭
酸カルシウムの平均粒子径が大きくなり、添加率が５重
量％の時点では、添加した種結晶の平均粒子径の約３倍
になる。そして、炭酸カルシウム種結晶の添加率の上昇
によって、得られる炭酸カルシウムの平均粒子径は種結
晶の平均粒子径に近似するようになり、そして、得られ
る炭酸カルシウムの重量に対して炭酸カルシウム種結晶
の添加率が80重量％の段階では、得られる炭酸カルシウ
ムの平均粒子径は、種結晶の平均粒子径の約1.1倍とな
る。

このように、本発明によれば、二酸化炭素を導入して
炭酸化することにより生成する炭酸カルシウムの殆ど全
量が種結晶の粒子表面に析出する。そして、二酸化炭素
の導入によって析出した炭酸カルシウムが新たな結晶を
形成することが殆どない。すなわち、水溶液中のカルシ
ウム分が全量炭酸カルシウムとして種結晶粒子表面に析
出すると仮定すると、易溶性カルシウム塩の水溶液中に
溶解している易溶性カルシウム塩の炭酸カルシウム換算
重量と、炭酸カルシウム種結晶の添加量とから、得られ
る炭酸カルシウムの平均粒子径を計算により求めること
ができるが、本発明の炭酸カルシウムの製造法によれ
ば、得られる炭酸カルシウムの平均粒子径は、この計算
値とほぼ一致する。従って、炭酸カルシウム種結晶の添
加量を水溶液中に溶解されているカルシウム塩に対して
変化させることにより、ほぼ定量的に種結晶を成長させ
ることができるので、容易に一定範囲内の平均粒子径の
炭酸カルシウムを得ることができる。

従って、従来の石灰乳の炭酸化反応では、生成条件の
決定が非常に難しかった0.1〜0.6μｍの平均粒子径を有
する炭酸カルシウム結晶も水溶液中に溶解しているカル
シウム塩に対する炭酸カルシウム種結晶の量を調整する
ことにより容易に製造することができるようになる。

次に本発明の実施例を示す。

［製造例１（実施例１）］ 15重量％の硝酸カルシウムの水溶液1.25に平均粒子
径0.1μｍの立方体状のカルサイト型炭酸カルシウム種
結晶の水性懸濁液0.25を添加した。この炭酸カルシウ
ム種結晶の水性懸濁液中には、得られる炭酸カルシウム
に対して10重量％に相当する炭酸カルシウム種結晶が含
まれている。

次いで、種結晶を添加した水溶液に二酸化炭素を水溶
液中の硝酸カルシウム1kgに対して10／分の速度で導
入した。

硝酸カルシウムの全量が炭酸化されるまで二酸化炭素
を導入した後炭酸カルシウムを濾取した。

得られた炭酸カルシウムを電子顕微鏡で観察して粒子
径を測定したところ、粒子径が非常に揃っていることが
確かめられた。

得られた炭酸カルシウムの平均粒子径および種結晶の
平均粒子径に対する炭酸カルシウムの平均粒子径の倍率
を第１表に示す。また、用いた種結晶の平均粒子径を併
記する。

［製造例２（実施例２）〜製造例５］ 実施例１において、種結晶として以下に記載する平均
粒子径を有する炭酸カルシウムを用いた以外は同様にし
て炭酸カルシウムを製造した。

製造例２（実施例２）・・・0.2μｍ 製造例３（実施例３）・・・0.3μｍ 製造例４・・・0.4μｍ 製造例５・・・0.5μｍ 得られた炭酸カルシウムの平均粒子径および種結晶の
平均粒子径に対する炭酸カルシウムの平均粒子径の倍率
を第１表に示す。また、種結晶の添加率を併記する。

上記第１表の結果を第１図にグラフで示した。

［製造例６〜９（実施例３〜６）］ 実施例２において、炭酸カルシウム種結晶（平均粒子
径0.2μｍ）の添加率を下記の量とした以外は同様にし
て炭酸カルシウムを製造した。

製造例６（実施例３）・・・５重量％ 製造例７（実施例４）・・・20重量％ 製造例８（実施例５）・・・50重量％ 製造例９（実施例６）・・・80重量％ 得られた炭酸カルシウムの平均粒子径を第２表に示
す。

上記第２表の結果を第２図にグラフで示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、添加した炭酸カルシウム種結晶の平均粒子径
と、生成する炭酸カルシウムの平均粒子径との関係の例
を示すグラフである。 第２図は、炭酸カルシウム種結晶の添加量と、生成する
炭酸カルシウムの平均粒子径との関係の例を示すグラフ
である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】20℃の水100gに対する溶解度が50g以上で
   あるカルシウム塩を水に溶解した水溶液に、立方体状の
   カルサイト型炭酸カルシウム種結晶を、該水溶液中のカ
   ルシウム塩の炭酸カルシウム換算重量と炭酸カルシウム
   種結晶の重量との比が15:85〜95:5の範囲内となるよう
   に添加した後、該水溶液に二酸化炭素を導入して該水溶
   液中のカルシウム分を、炭酸カルシウムとして種結晶の
   表面に定量的に析出させて、平均粒子径が0.1〜0.6μｍ
   で、種結晶の平均粒子径の1.1〜3.5倍の範囲内にある立
   方体状のカルサイト型炭酸カルシウムを形成させること
   を特徴とする粒子径が制御された立方体状のカルサイト
   型炭酸カルシウムの製造法。
2. 【請求項２】カルシウム塩の水溶液が、塩化カルシウ
   ム、硝酸カルシウムおよび酢酸カルシウムよりなる群か
   ら選ばれる少なくとも一種のカルシウム塩の水溶液であ
   る特許請求の範囲第１項記載の立方体状のカルサイト型
   炭酸カルシウムの製造法。
3. 【請求項３】二酸化炭素の導入速度が、該水溶液中のカ
   ルシウム塩1kgに対して１〜30リットル／分の範囲内に
   ある特許請求の範囲第１項記載の立方体状のカルサイト
   型炭酸カルシウムの製造法。