JP3221132B2 - 導電性粒子及びその製造法 - Google Patents
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Description
O/Sb2 O5 モル比、5〜500nmの1次粒子径、
及び無水アンチモン酸亜鉛(ZnSb 2 O 6 )の結晶構
造を有する導電性粒子、並びにその製造法に関する。本
発明の導電性粒子はプラスチックスの難燃助剤、発煙低
下剤、プラスチックスやガラスなどの帯電防止剤、抵抗
体など種々の用途に用いられる。
ta Chemica Scandinavia)A2
9巻803〜809頁(1975年)には酸化亜鉛と三
酸化アンチモンを800℃まで4時間〜3週間で昇温
し、粉砕後900〜1000℃で4時間〜2週間アニー
ルし、室温までゆっくり冷却する方法で作成したアンチ
モン酸亜鉛(ZnSb2 O6 )が記載されている。ま
た、ツァイトシュリフト フェアー クリスタログラフ
ィー(Zeitschrift fuer Krist
allographie)98巻185〜190頁(1
937年)には無水アンチモン酸亜鉛{Zn(Sb
O3 )2 }のX線回折測定データが、アメリカンミネラ
ロジスト(American Mineralogis
t)40巻64〜69頁(1955年)やジオロジカル
ソサエティー オブ アメリカ メモワール(Geo
logical Society of Americ
a Memoir)85巻209頁(1962年)には
無水アンチモン酸亜鉛(ZnSb2O6 、Ordone
zite)のX線回折測定データが記載されている。ま
た特開平3−267143号公報には塩基性炭酸亜鉛と
五酸化アンチモンの酸性水性ゾルをZnO/Sb2 O5
モル比が0.5〜10になるように混合して均一スラリ
ーとし、50〜100℃でCO3 /ZnOモル比が1/
5から1/500になるまでスラリー中の塩基性炭酸塩
に脱炭酸反応を起こさせた後、このスラリーを150〜
250℃で乾燥して得た五酸化アンチモンと酸化亜鉛か
ら成る組成物が記載されている。
スカンジナビア(Acta Chemica.Sca
ndinavia)に記載されている方法では、酸化亜
鉛と三酸化アンチモンとを混合し、焼成する方法により
無水のアンチモン酸亜鉛が製造されているが、得られた
無水アンチモン酸亜鉛の粒子径については明らかではな
い。通常の三酸化アンチモンは1次粒子径が大きいため
にこの方法で得られる無水アンチモン酸亜鉛は1次粒子
径が500nm以上になり、難燃助剤、発煙低下剤など
の用途に用いた場合には充分な効果が得られにくい。ま
た、1次粒子径が大きいために粉砕によってもゾルを得
ることはできないなどの欠点を有している。また、特開
平3−267143号公報に記載の方法では、焼成温度
が低いために生成物は1次粒子径は500nm以下であ
るが、X線回折測定では五酸化アンチモンのピークを示
し,無水アンチモン酸亜鉛のピークは認められないこと
から無水アンチモン酸亜鉛ではない。
供しようとするものである。
0.8〜1.2のZnO/Sb2 O5 モル比、5〜50
0nmの1次粒子径、及び無水アンチモン酸亜鉛(Zn
Sb 2 O 6 )の結晶構造を有するものである。
1.2のZnO/Sb2 O5 モル比に亜鉛化合物とコロ
イダル酸化アンチモンを混合した後、500〜680℃
で焼成することを特徴とするものである。
ダル酸化アンチモンが酸化アンチモンゾルである場合
は、酸化アンチモンゾルと亜鉛化合物を混合し、更に乾
燥した後、500〜680℃で焼成する事により製造す
ることができる。
鉛、酸化亜鉛、亜鉛の無機酸塩及び亜鉛の有機酸塩から
なる群より選ばれた少なくとも1種の亜鉛化合物であ
る。
性炭酸亜鉛、硝酸亜鉛、塩化亜鉛、硫酸亜鉛等が挙げら
れる。また、亜鉛の有機酸塩としては、ギ酸亜鉛、酢酸
亜鉛、シュウ酸亜鉛等が挙げられる。これらの亜鉛化合
物は工業薬品として市販されている物を用いることがで
きるが、水酸化亜鉛や酸化亜鉛を用いる場合は、1次粒
子径が500nm以下のものが好ましい。特に焼成によ
り揮散する酸を持った塩、すなわち炭酸塩、有機酸塩が
好ましく、これらは一種または数種混合して使用するこ
とができる。
ンチモンは例えば1次粒子径が300nm以下の酸化ア
ンチモンであり、五酸化アンチモンゾル、十三酸化六ア
ンチモンゾル、水和四酸化アンチモンゾル、コロイド状
三酸化アンチモンなどがある。五酸化アンチモンゾルは
公知の方法、例えば三酸化アンチモンを酸化する方法
(特公昭57−11848号公報)、アンチモン酸アル
カリをイオン交換樹脂で脱アルカリする方法(米国特許
第4110247号明細書)、アンチモン酸ソーダを酸
処理する方法(特開昭60ー41536号公報、特開昭
62−182116号公報)などにより製造することが
できる。十三酸化六アンチモンゾルは三酸化アンチモン
を酸化する方法(特開昭62−125849号公報)
で、また水和四酸化アンチモンゾルも三酸化アンチモン
を酸化する方法(特開昭52−21298号公報)で製
造することができる。コロイド状三酸化アンチモンは気
相法(特公昭61−3292号公報)によって製造する
ことができる。本発明において使用する酸化アンチモン
ゾルは、1次粒子径が2〜200nmでアミンやナトリ
ウムのような塩基を含有していない酸性のゾルが特に好
ましい。酸化アンチモンゾルは酸化アンチモン(Sb2
O5 あるいはSb6 O13あるいはSb2 O4 )濃度が1
〜60重量%のものを使用できるが、これをスプレード
ライ、真空乾燥又は、凍結乾燥などの方法により乾燥し
た酸化アンチモンゾルの乾燥物として使用することもで
きる。上記コロイダル酸化アンチモンは五酸化アンチモ
ンゾル、五酸化アンチモン粉末、又は超微粒子三酸化ア
ンチモン粉末の形態で工業薬品として市販されているも
のを使用することができる。
合はサタケ式撹拌機、ファウドラー型撹拌機、ディスパ
ーなどの装置を用い、混合温度は0℃〜100℃、混合
時間は0.1〜30時間で行うことができる。上記亜鉛
化合物と酸化アンチモンゾルの乾燥物あるいはコロイド
状三酸化アンチモンの混合は乳鉢、V型ミキサー、ヘン
シェルミキサー、ボールミルなどの装置により行うこと
ができる。
/Sb2 O5 モル比に、上記亜鉛化合物と酸化アンチモ
ンゾル或いはその乾燥物又はコロイド状三酸化アンチモ
ンを混合することが好ましい。本発明において上記亜鉛
化合物と酸化アンチモンゾルの混合物(スラリー)の乾
燥はスプレードライヤー、ドラムドライヤー、箱型熱風
乾燥器、真空乾燥器、凍結乾燥器などにより、500℃
以下で行うことができる。またこのスラリーを吸引濾
過、遠心濾過、フィルタープレス等で分離し、場合によ
っては原料からくる可溶性不純物(焼成により揮散しに
くいSO4 など)を注水洗浄によって除去し、ウェット
ケーキとした後、このケーキを上記の箱型熱風乾燥器な
どにより室温〜500℃で乾燥することもできる。上記
乾燥は装置あるいは操作から考えて300℃以下で行う
のが好ましい。
チモンゾルの混合物の乾燥物又は、上記亜鉛化合物と酸
化アンチモンゾルの乾燥物或いはコロイド状三酸化アン
チモンとの混合物の焼成は500℃〜680℃で0.5
時間〜50時間好ましくは2時間〜20時間で行われ
る。この焼成によって固相反応により、本発明の導電性
粒子が得られる。
白色〜青緑色となる。
X線回折測定の結果、ASTM(Index to t
he X−ray Powder Data File
Inorganic)に記載されているアンチモン酸
亜鉛{ASTM No.3−0455はZnSb
2 O6 、No.11−214はZn(SbO3 )2 }と
X線回折ピークが一致し、酸化亜鉛および無水五酸化ア
ンチモンの回折ピークは認められず、ZnSb2 O6 構
造を有していると判定した。ただし焼成温度が500〜
680℃の場合にはX線回折ピークが、ASTM記載の
ピーク位置より、低回折角側にあり、オープン構造を有
していることが明らかになった。また焼成温度が680
℃以上の場合のX線回折ピークは回折角もASTM記載
と一致した。また本発明の導電性粒子は示差熱分析(D
TA−TG)の結果、室温〜1000℃で重量減はなく
結晶水のない無水アンチモン酸亜鉛の結晶構造を有する
導電性粒子であることを確認した。
察の結果、1次粒子径が5〜500nmであり、コロイ
ドレベルの微粒子であることを確認した。
〜680℃で得られた本発明の導電性粒子は0.1kΩ
〜1MΩの抵抗値を示し、電子電導による導電性を有す
ることを見いだした。
による焼結が著しく小さい為ジェット・オ・マイザー、
ピンディスクミル、ボールミルなどの乾式粉砕法によ
り、凝集体粒子であっても容易に2μm以下に粉砕する
ことができる。また本発明の導電性粒子を水または有機
溶媒中でサンドグラインダー、ボールミル、ホモジナイ
ザー、ディスパー、コロイドミルなどにより湿式粉砕す
ることで容易に水性ゾルまたは有機溶媒ゾルを得ること
ができる。また本発明の導電性粒子は、水中で粉砕や加
温することによっても含水塩とはならず無水のままであ
ることを確認した。
は有機溶媒の無水アンチモン酸亜鉛ゾルとする場合、必
要に応じてエチルアミン、プロピルアミン、イソプロピ
ルアミン、ジイソブチルアミンなどのアルキルアミン、
トリエタノールアミン、モノエタノールアミンなどのア
ルカノールアミン、エチレンジアミンなどのジアミンお
よび乳酸、酒石酸、リンゴ酸、クエン酸などのオキシカ
ルボン酸を加えて安定化することができる。有機溶媒と
してはメチルアルコール、エチルアルコール、プロピル
アルコール、ブチルアルコール、などのアルコール類、
エチレングリコール、ジエチレングリコール、ヘキシレ
ングリコール等のグリコール類、エチルセロソルブ、プ
ロピルセロソルブなどのセロソルブ類、ジメチルホルム
アミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド類などを用
いることができる。上記水性ゾルまたは有機溶媒ゾルで
の無水アンチモン酸亜鉛の粒子径は500nm以下であ
る。
Sb2 O5 モル比が0.8未満であると未反応の酸化ア
ンチモンが残存し、無水アンチモン酸亜鉛と酸化アンチ
モンとの混合物となり好ましくない。またZnO/Sb
2 O5 モル比が1.2を越えるとアンチモン酸亜鉛(Z
nSb2 O6 )とアンチモン酸亜鉛(Zn7 Sb
2 O12)との混合物となり好ましくない。
化アンチモンとの混合時間は0.1時間〜30時間であ
り、0.1時間未満でも良いが混合が不充分となる可能
性がある為好ましくない。また30時間を越えて行って
も良いが、製造時間が必要以上に長くなり効率的でな
い。また混合温度は0℃〜100℃で、0℃以下では酸
化アンチモンゾルの凍結が起こるために好ましくなく、
100℃を越えて行うこともできるが、酸化アンチモン
ゾルを用いる場合オートクレーブを使用しなければなら
ない等の製造装置上の制約がある。
ンゾルとの混合物の乾燥物、又は亜鉛化合物と酸化アン
チモンゾルの乾燥物あるいはコロイド状三酸化アンチモ
ンとの混合物の焼成温度は500℃〜680℃で、50
0℃未満であると、固相反応が起こらず、酸化亜鉛と酸
化アンチモンとの混合物のままで本発明の導電性粒子は
生成しないので好ましくない。また680℃を越える場
合、特に1100℃以上では焼成時に五酸化アンチモン
の揮散が起こりやすく、また焼結による大粒子化を引き
起こしやすいので好ましくない。
させ、次いでこれに撹拌しながら35%塩酸2570g
を添加し、30℃に加温し、3時間反応させた。次いで
反応より生成した五酸化アンチモンゲルスラリーを吸引
濾過し、3.5%塩酸水溶液15000gで注液し、更
に水54000gを注液して洗浄を行った。得られた五
酸化アンチモンウェットケーキ2880gを水1025
0gに分散させ、これに85%燐酸96gを加えた後、
80℃に加温し、2時間解膠を行った。得られたゾル
は、比重1.132、pH1.75、粘度2.3c.
p.、Sb2 O5 12.8重量%、P2 O5 0.45重
量%、Na2 O 0.02重量%、透過型電子顕微鏡観
察による粒子径10〜20nm、BET法による比表面
積105m2 /gであった。
5587gに分散させ、次いで35%過酸化水素水95
3.7gを添加し、90〜100℃に加温し、2時間反
応させ、五酸化アンチモンゾルを得た。得られたゾルは
比重1.198、PH1.80、粘度19.5c.
p.、Sb2 O5 18.4重量%、透過型電子顕微鏡観
察による粒子径20〜30nm、BET法による比表面
積55.0m2 /gであった。
濃度18.4重量%)3711gを水3400gで希釈
し、撹拌下、塩基性炭酸亜鉛(堺化学(株)製、ZnO
に換算して70重量%含有)220.9gを添加混合
し、95℃で6時間撹拌を行った。得られたスラリーは
ZnO 2.11重量%、Sb2 O5 9.31重量%、
ZnO/Sb2 O5 モル比0.90であった。このスラ
リーを熱風乾燥器で150℃にて蒸発乾固し乾燥物を得
た。この乾燥物を乳鉢で粉砕した後電気炉で620℃で
12時間焼成し、青緑色の粉末を得た。この粉末のX線
回折測定の結果、無水アンチモン酸亜鉛(ZnSb2 O
6 )のピークと一致した。この粉末のBET法による比
表面積は35m2 /gで、比表面積より算出した粒子径
は26nmであった。また透過型電子顕微鏡観察により
1次粒子径が20〜50nmの角ばったコロイド粒子で
あった。
濃度18.4重量%)3711gを水3400gで希釈
し、撹拌下、塩基性炭酸亜鉛(堺化学(株)製、ZnO
に換算して70重量%含有)280.7gを添加混合
し、95℃で4.5時間撹拌を行った。得られたスラリ
ーはZnO 2.66重量%、Sb2 O59.24重量
%、ZnO/Sb2 O5 モル比1.14であった。この
スラリーを熱風乾燥器で150℃にて蒸発乾固し乾燥物
を得た。この乾燥物を乳鉢で粉砕した後、電気炉で62
0℃で12時間焼成し、青緑色の粉末を得た。この粉末
のX線回折測定の結果、無水アンチモン酸亜鉛(ZnS
b2 O6 )のピークと一致した。またこの粉末のBET
法による比表面積は30m2 /gで、比表面積より算出
した粒子径は31nmであった。また透過型電子顕微鏡
観察により1次粒子径が20〜70nmの角ばったコロ
イド粒子であった。
濃度18.4重量%)3600gを水3000gで希釈
し、撹拌下、塩基性炭酸亜鉛(堺化学(株)製、ZnO
に換算して70重量%含有)238.1gを添加混合
し、100℃(還流下)で11時間撹拌を行った。得ら
れたスラリーはZnO 2.44重量%、Sb2 O
5 9.69重量%、ZnO/Sb2 O5 モル比1.0で
あった。このスラリーを吸引濾過し、次いで注水洗浄を
行い、ウェットケーキを得た。このウェットケーキを熱
風乾燥器で150℃にて乾燥後、ヘンシェルミキサーで
粉砕し粉末とした。得られた粉末をX線回折測定した結
果、含水五酸化アンチモン(Sb2 O5 ・xH2 O)の
ピークと一致し他のピークは認められなかった。得られ
た粉末を電気炉で630℃で13時間焼成を行い青緑色
の粉末を得た。この粉末のX線回折測定の結果、無水ア
ンチモン酸亜鉛(ZnSb2 O6 )のピークと一致し
た。またこの粉末を100kg/cm2 でプレス成形し
たものは比抵抗値100Ωcmの導電性を示した。また
この粉末118gを水400gに添加しガラスビーズ
(2〜3mmφ)でボールミルにて96時間分散を行
い、ガラスビーズを分離し無水アンチモン酸亜鉛水性ゾ
ル1131.2gを得た。得られた水性ゾルをロータリ
ーエバポレーターで522gまで濃縮した。得られた無
水アンチモン酸亜鉛水性ゾルは透明性を有する青緑色
で、比重1.228、pH8.32、粘度2.0c.
p.、電導度411μs/cm、ZnSb2 O6 22.
6重量%であった。またこのゾルは50℃に1ケ月にお
いても安定であった。このゾルは透過型電子顕微鏡観察
〔図1を参照〕により1次粒子径が10〜50nmで、
レーザー散乱法粒度分布測定機による測定では97.5
nm、遠心沈降法による測定では70nmであった。ま
たこのゾルの乾燥物のBET法による比表面積は37.
6m2 /g、比表面積より算出した粒子径は25nmで
あった。
98、Sb 2 O 5 濃度18.4重量%)1171.0g
に水400gを添加希釈し室温(25℃)撹拌下、塩基
性炭酸亜鉛(堺化学(株)製、ZnOに換算して70重
量%含有)77.44gを添加混合し3時間撹拌を行っ
た。得られたスラリーはZnO 3.29重量%、Sb
2 O 5 13.07重量%、ZnO/Sb 2 O 5 モル比
1.0であった。このスラリーをスプレードライヤーで
乾燥し粉末を得た。この粉末のX線回折測定の結果、含
水五酸化アンチモン(Sb 2 O 5 ・xH 2 O)のピーク
と一致した。この 粉末を電気炉で450℃で15時間焼
成を行い淡黄色の粉末を得た。この得られた粉末は、X
線回折測定の結果、五酸化アンチモン(Sb2 O5 )の
ピークと一致し、無水アンチモン酸亜鉛の生成は認めら
れなかった。
濃度18.4重量%)1171gを水400gで希釈
し、撹拌下、塩基性炭酸亜鉛(堺化学(株)製、ZnO
に換算して70重量%含有)54.2gを添加混合し、
95℃で6時間撹拌を行いスラリーを得た。得られたス
ラリーはZnO 2.33重量%、Sb2O5 13.3
重量%、ZnO/Sb2 O5 モル比0.70であった。
このスラリーを熱風乾燥器で150℃にて蒸発乾固し乾
燥物を得た。この乾燥物を乳鉢で粉砕した後電気炉で8
00℃で12時間焼成し、灰白色の粉末を得た。この粉
末のX線回折測定の結果、無水アンチモン酸亜鉛(Zn
Sb2 O6 )のピークと過剰の五酸化アンチモンの脱酸
素によって生成した四酸化アンチモン(Sb2 O4 )の
ピークを示し、これらの混合物であった。
ドWHITE、BET法による比表面積1.0m2 /
g、1次粒子径0.6μm)58.3gと酸化亜鉛(堺
化学(株)製、亜鉛華1号、BET法による比表面積
4.2m2 /g、1次粒子径0.5μ)16.3gを乳
鉢で混合し,次いでこの混合物を電気炉にて700℃で
12時間焼成を行い一部焼結した灰白色の粉末を得た。
このものはX線回折測定の結果、無水アンチモン酸亜鉛
(ZnSb2 O6 )のピークと一致した。しかしこの粉
末のBET法による比表面積は1.0m2 /gであり、
比表面積から算出した1次粒子径は920nmであっ
た。
〜500nmの超微粒子であり、ZnO/Sb2 O5 モ
ル比が0.8〜1.2である化合物である。本発明の導
電性粒子は、五酸化アンチモンに起因する難燃助剤とし
ての機能を持ち、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオ
レフィン系樹脂;ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレ
ン、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリ
ル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS樹脂)等のスチ
レン系樹脂;アクリル樹脂;ポリカーボネート;ポリエ
チレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートな
どのポリエステル;ポリアセタール;ポリフェニレンオ
キサイド;ポリサルフォン;ポリアミド等の熱可塑性樹
脂;エポキシ樹脂;フェノール樹脂;不飽和ポリエステ
ル樹脂等の熱硬化性樹脂;ポリウレタン樹脂などに有機
ハロゲン化合物と併用することにより、またハロゲン含
有ビニル樹脂、モダアクリル繊維、塩ビ系繊維などに添
加することによりこれらの樹脂を難燃化することができ
る。
するハロゲン含有樹脂などの発煙低下剤としての機能を
持っている。本発明の導電性粒子は導電性を有すること
からプラスチックス成形品やフィルム、プラスチックス
繊維、ガラス、紙などの帯電防止剤として使用すること
ができ、特にそのゾルは透明性が高いことから、シラン
カップリング剤の部分加水分解液、エチルシリケートや
メチルシリケートの加水分解液、樹脂エマルジョンなど
と混合して用いることにより透明性帯電防止剤、高屈折
率ハードコート剤、反射防止剤などとして用いることが
できる。また導電性を有することからシリコーンオイル
などに分散することにより電気粘性流体として用いるこ
とができる。さらにセラミックス抵抗体として使用する
こともできる。本発明の導電性粒子は1次粒子径が5〜
500nmであり、特にそのゾルは1次粒子径に近い分
散が得られることから、金属の表面処理剤、特にクロム
酸クロム水溶液や有機樹脂液と混合し亜鉛メッキ鋼板の
防食剤として、酸化物分散亜鉛メッキ用マイクロフィラ
ーとして用いることができる。また紙や繊維の処理剤、
不燃性塗料などに用いることができる。本発明の導電性
粒子は金属、プラスチックス、セラミックス等の複合材
料用のマイクロフィラーとしても使用することができ
る。
過型電子顕微鏡写真であって、倍率は20万倍である。
線回折図。
Claims (5)
- 【請求項1】 0.8〜1.2のZnO/Sb2 O5 モ
ル比、5〜500nmの1次粒子径、及び無水アンチモ
ン酸亜鉛(ZnSb 2 O 6 )の結晶構造を有する導電性
粒子。 - 【請求項2】 0.8〜1.2のZnO/Sb2 O5 モ
ル比に亜鉛化合物とコロイダル酸化アンチモンを混合し
た後、500〜680℃で焼成することを特徴とする請
求項1に記載の導電性粒子の製造法。 - 【請求項3】 下記(A)成分及び(B)成分: (A)成分:0.8〜1.2のZnO/Sb2 O5 モル
比、5〜500nmの1次粒子径、及び無水アンチモン
酸亜鉛(ZnSb 2 O 6 )の結晶構造を有する導電性粒
子、並びに (B)成分:シランカップリング剤の部分加水分解液、
エチルシリケート又はメチルシリケートの加水分解液、
樹脂エマルジョン、又はこれらの混合物、を含有するコ
ート剤。 - 【請求項4】 プラスチックス、ガラス、又は紙に使用
する請求項3に記載のコート剤。 - 【請求項5】 帯電防止剤、高屈折率ハードコート剤、
又は反射防止剤として使用する請求項3又は請求項4に
記載のコート剤。
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