JP3485647B2 - 顔料およびその製造法 - Google Patents

顔料およびその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な無毒無公害の顔
料に関する。より詳しくは熱可塑性樹脂、よう着用トラ
フィックペイント、エナメル、セラミックス、釉薬等の
着色材として有用な無毒無公害の耐熱性黄色顔料に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、無機物質からなる黄色顔料として
は、黄色酸化鉄(含水酸化第2鉄)、亜鉛フェライト、
マグネシウムフェライト、黄鉛、カドミウムイエロ−、
チタンイエロ−等が知られている。しかしながら、黄色
酸化鉄は、200℃を超える温度ではヘマタイトに転移
する為、色調が赤色に変化するとの欠点を有する。ま
た、亜鉛フェライトおよびマグネシウムフェライトは粉
体を大気圧下、250℃程度の温度に加熱した場合には
色調の変化は特に観察されないものの、樹脂に配合混合
しこの温度に加熱すると色調が大幅に変化するとの問題
点を有している。黄鉛、カドミウムイエロ−およびチタ
ンイエロ−等は耐熱性の面では問題はないが、鉛、カド
ミウム、アンチモン、クロム等の有害な金属を含んでい
るため、環境汚染上の問題があり、その使用は制限され
つつある。Al23−Fe23系の化合物としてAlF
eO3 が知られており、この化合物は大気圧下では13
18〜1408℃の範囲で安定に存在すると報告されて
いる(Arnulf Muan、American J
ournal of Science、256、413
−422(1958))。しかし、上記のAlFeO3
は焼結が著しく進行して凝結状態にあり、顔料として使
用できるものではなかった。金子等は硫酸第2鉄と硫酸
アルミニウムの混合水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を
添加してpHが10〜12の範囲に中和して得た水酸化
第2鉄と水酸化アルミニウムの共沈殿物を350〜90
0℃で5時間加熱した場合、AlFeO3 は生成せずに
α−Fe23(ヘマタイト)とα−Al23(コランダ
ム)が生成したと報告した(金子純久、伊藤征司郎、桑
原利秀、近畿大学工学部第20周年記念論文集、15−
21(1978))。
【0003】
【発明の解決しようとする課題】このように、従来の黄
色顔料は耐熱性に問題があったり、あるいは有害元素を
含んでいる等の問題を有していた。また、AlFeO3
は1318℃よりも低い温度では不安定相とされてお
り、この温度以下での合成例はなかった。また、131
8℃以上において得られる生成物は凝結状態にあり、顔
料として使用できるものではなかった。本発明は前記の
有害元素を含む黄色顔料に代替えできる優れた顔料特性
とともに、耐熱性を有する新規な顔料およびその製造法
を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決する手段】本発明者は上記の課題を解決す
る為鋭意研究を行った結果、水溶性鉄化合物と水溶性ア
ルミニウム化合物の混合水溶液から得た水酸化鉄と水酸
化アルミニウムの共沈殿物を600℃以上に加熱する
と、1318℃より低い温度では不安定相とされていた
AlFeO3 が生成すること、この化合物粉末は黄色を
呈し、且つ優れた耐熱性を有すること等を見出し本発明
を完成した。本発明は2〜30m2/gの範囲の比表面積
とAl1-xFe1+x3 (但し、−0.5≦x≦+O.
3)の組成を有することを特徴とする顔料を提供するも
のである。本発明の顔料は組成により、AlFeO3
独相、AlFeO3 とα−Fe23、あるいはAlFe
3 と非晶質のAl23あるいはα−Al23の各相か
ら構成される。各構成相は固溶体を有しており、例え
ば、α−Fe23にはAlFeO3 が固溶し、α−Al
23にはAlFeO3 が固溶する。また、AlFeO3
はFe23に富む側およびAl23に富む側に固溶体領
域を有している。
【0005】本発明にかかる顔料の比表面積は2〜30
2/gの範囲にあればよいが、 3〜25m2/gの範
囲がより好ましい。 又、平均粒子径は好ましくは1μ
m以下、より好ましくは0.05〜1.0μm、最も好
ましくは0.1〜0.8μmである。粒子径は顔料を水
中に分散し、粒度計で測定することにより求めることが
できる。本発明にかかる顔料の粒子形状は粒状ないし柱
状である。含水酸化物生成後、中和により生じた塩を洗
浄せずに焼成した場合に、柱状形態をとる傾向がある。
Al1-xFe1+x3 のxの値は−0.5≦x≦+0.3
の範囲であればよいが、−0.4≦x≦+0.2の範
囲、更には−0.3≦x≦+0.1の範囲がより好まし
い。すなわち、xがこの値よりも大きいと粉末の色調が
赤褐色を呈して黄色顔料としての利用価値が減少するた
め好ましくなく、また、小さいと屈折率が低下するため
に着色力や隠蔽力の小さい顔料となる為好ましくない。
【0006】本発明の顔料は無毒無公害であることおよ
び耐熱性に優れることを特徴とするが、焼結粒子が少な
い為、水中での分散性および分散安定性にも優れている
ので、各種の水溶性樹脂に混合して容易に塗料化でき
る。本発明にかかる顔料は、優れた耐熱性を有し、例え
ば、200℃以上の温度で処理される有機プラスチック
ス(ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ABS、ポリスチ
レンなど)、あるいは500℃以上の温度までに加熱さ
れるエナメル、セラミックス、セラミックス塊状物また
はコンクリ−ト屋根タイル粒状物に対する無機うわぐす
りなどの製造に使用することができる。
【0007】本発明にかかる顔料は代表的には以下の方
法で製造される。すなわち、水溶性アルミニウム化合物
と水溶性鉄化合物との混合水溶液とアルカリを、原料混
合水溶液のpHが4〜10望ましくは5〜9の範囲にな
るような割合で混合して得た含水酸化鉄と含水アルミナ
の共沈澱物を濾過、洗浄、乾燥、焼成すればよい。水溶
性アルミニウム化合物としては、塩化アルミニウム、ポ
リアルミニウムクロライド、硝酸アルミニウム等が使用
でき、水溶性鉄化合物としては、塩化第1鉄、塩化第2
鉄、硝酸第1鉄および硝酸第2鉄等が使用できる。
【0008】上記の製造方法において、pHが4−10
よりも高いpH領域、および低いpH領域ではアルミウ
ニムの溶解度が大きくなる為好ましくない。中和後50
〜80℃で0.5〜3時間熟成するとAlFeO3 の生
成割合が多くなり、黄味の強い粉末が得られる。熟成温
度はこれより高くしても特に効果はない。また、温度が
高い方がより短い時間で熟成効果が現れる。pH調整さ
れたスラリ−は噴霧乾燥しても良いし、もしくは、濾過
による固液分離後乾燥しても良い。尚、焼成試料に引き
続きケイ素および/またはアルミニウムの含水酸化物の
被覆処理を施す場合には固液分離後の洗浄操作は特に必
要としない。焼成温度は600〜1200℃望ましくは
800〜1100℃が適切である。すなわち、これより
も低い温度では反応の完結に長時間を必要とする為好ま
しくなく、また、高温度では粒子の焼結が進み、分散性
が悪く且つ赤味の強い顔料粉末が得られるので好ましく
ない。
【0009】更に、本発明は前記の粒子の表面に被覆
層、好ましくはケイ素の含水酸化物およびアルミニウム
の含水酸化物から成る群より選ばれた少なくとも1種の
含水酸化物の被覆層を設けた顔料を提供するものであ
る。本発明の顔料は、水分散性に優れてはいるが、塗料
中での分散性や分散安定性については分散媒樹脂や溶剤
との馴染みが問題となり、樹脂や溶剤の種類によっては
分散安定性に問題が生ずる場合がある。このような場合
には公知の方法で、粒子表面をケイ素やアルミニウムの
含水酸化物等で被覆処理して馴染みを改善することが好
ましい。本発明の顔料は水分散性に優れているので、こ
のような被覆処理が特に有効に活用される。被覆材の種
類は特に限定するものではなく、使用される樹脂や溶剤
の種類に合わせて処理することができる。例えば、前述
のケイ素および/またはアルミニウムの含水酸化物によ
る処理をしても良いし、スズの含水酸化物および/また
はジルコニウムの含水酸化物を最内層に被覆し、次にケ
イ素の含水酸化物を中間層に被覆し、最後にアルミニウ
ムの含水酸化物で被覆しても良い。その他、チタニウ
ム、セリウムまたは亜鉛等の含水酸化物で被覆すること
もできる。更に、公知の有機被覆材、例えばステアリン
酸アルミニウム、ドデシルベンゼンスルホン酸、アルカ
ノ−ルアミンのような界面活性剤、多価アルコ−ル、オ
ルガノシロキサン化合物、シラン系、チタネ−ト系およ
びアルミニウム系のカップリング剤なども使用できる。
一般的には、ケイ素および/またはアルミニウムの含水
酸化物による処理が好適に行われる。
【0010】この被覆処理は公知の方法で行うことがで
きる。例えば、ケイ素および/またはアルミニウムの含
水酸化物により処理する場合には、前記の焼成工程で得
られた顔料を、50〜250g/リットル、望ましくは
100〜200g/リットルの濃度となるよう水中に分
散させて水性スラリ−とし、このスラリ−に水溶性のケ
イ酸塩やアルミニウム化合物を添加後、アルカリや酸を
添加して中和することでなされる。すなわち、水溶性の
ケイ酸塩として、ケイ酸ナトリウムを使用した場合に
は、硫酸、硝酸、塩酸などの酸を上記の水性スラリ−に
添加して、該スラリーのpHを7に調整する。また、水
溶性のアルミニウム化合物として硫酸アルミニウムを使
用した場合には、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等
のアルカリを添加して顔料粒子を分散させた水性スラリ
ーのpHを7に調整する。ケイ素やアルミニウムの含水
酸化物の処理は、SiO2 およびAl23に換算して焼
成品に対しそれぞれ1〜20重量%が適当である。処理
量が多すぎると返って分散性が低下する。また、各種無
機・有機被覆材による処理方法も公知であり、必要に応
じ適当な方法により処理することができる。
【0011】本発明にかかる顔料は、無毒無公害な顔料
として公知の全ての分野に使用することができ、熱可塑
性樹脂、熱硬化性樹脂、よう着用トラフィックペイン
ト、エナメル、セラミックス、釉薬等の着色材として特
に好適に使用される。以下に実施例を挙げて本発明を更
に詳細に説明する。以下の実施例は単に例示の為に記す
ものであり、発明の範囲がこれらによって制限されるも
のではない。
【0012】実施例1〜5 Fe23として250g/リットルの塩化第2鉄水溶液
を撹拌しながら、Al23として120g/リットルの
塩化アルミニウム水溶液を表1に示す組成に相当する量
添加した後、200g/リットルの水酸化ナトリウム水
溶液を滴下して該スラリ−のpHを8.5に調整した。
液温を60℃に上昇させた後、該温度に1時間保持し
た。濾過、洗浄後、110℃で乾燥した。乾燥物をアル
ミナるつぼに入れ電気炉に挿入して、300℃/時の速
度で950℃まで昇温した後、該温度に1時間保持し
た。250℃/時の速度で200℃まで降温した後、電
気炉より焼成物を取り出した。石川式擂潰機で粉砕した
後、935kg/cm2 の圧力で加圧成形した試料の色
調をスガ試験機株式会社製カラ−テスタ−SC−2−C
Hにより測色した。測色値を表1に示す。尚、この表に
はBET法による比表面積の測定値を併記した。
【0013】
【表1】 表 1 色 調 比表面積 実施例 組 成 * * * (m2/g) 1 Al1.25Fe0.75O3 58.3 20.5 53.3 8.5 2 Al1.15Fe0.85O3 58.1 21.4 52.8 7.3 3 Al1.05Fe0.95O3 56.3 22.3 52.6 6.5 4 Al1.00Fe1.00O3 55.4 23.0 51.2 5.2 5 Al0.95Fe1.05O3 54.2 24.5 50.1 4.9
【0014】実施例6および7 Fe23として200g/リットルの硝酸第2鉄水溶液
を撹拌しながら、Al23として110g/リットルの
ポリアルミニウムクロライド水溶液を表2に示す組成に
相当する量添加した後、180g/リットルの水酸化ナ
トリウム水溶液を滴下して該スラリーのpHを6.0に
調整した。液温を70℃に上昇させた後、該温度に2時
間保持した。濾過、洗浄後、110℃で乾燥した。乾燥
物をアルミナるつぼに入れ電気炉に挿入して、250℃
/時の速度で1000℃まで昇温した後、該温度に0.
5時間保持した。200℃/時の速度で300℃まで降
温した後、電気炉より焼成物を取り出した。実施例1〜
5と同様な条件で加圧成形体の色調およびBET比表面
積を測定した。結果を表2に示す。
【0015】
【表2】 表 2 色 調 比表面積 実施例 組 成 * * * (m2/g) 6 Al1.21Fe0.79O3 59.3 22.5 55.3 11.3 7 Al1.08Fe0.92O3 58.6 21.4 52.8 9.8
【0016】実施例1〜7の生成物と宇部サイコン製A
BS樹脂サイコラックUT−30をナカタニ機械製2軸
2べント型押出機を使用して280℃で混錬した後、山
城精機製縦型射出成形機SAV−30−30により同温
度で射出成形した。射出試験機での滞留時間を5〜60
分まで変化させて試験片を作製し、色調を調べたとこ
ろ、試験片の色調には特に有意差はなく、耐熱性には何
ら問題のないことが分かった。
【0017】実施例8 実施例6で得られた焼成粉末200gを150g/リッ
トルの水性スラリーとし、Al23として200g/リ
ットルのアルミン酸ナトリウム水溶液130ミリリット
ルを添加した後、塩酸を滴下して、該スラリ−のpHを
6.5に調整した。濾過、洗浄して110℃で乾燥し
た。得られた顔料の平均粒子径を株式会社セイシン企業
製SK LASER MICRON SIZER PR
O−7000Sで測定したところ、0.32μmであっ
た。得られた顔料を以下の割合で配合した。 粉末 8.0g オイルフリ−アルキッド 40.0g (大日本インキ化学工業製M−6401) トルエン/酢酸ブチル(1/1) 4.0ミリリッ
トル 3mmφのアルミナビーズ60.0gを使用してレッド
デビル社製ペイントコンディショナーで分散させ、アル
キッド樹脂塗料を作製する際の各分散時間における塗料
中の粒を5分毎にグラインドゲージで調べたところ、1
0μm以下になるまでの分散時間は10−15分であ
り、分散性に優れていた。
【0018】実施例9 実施例7で得られた焼成粉末300gを250g/リッ
トルの水性スラリーとし、SiO2 として85g/リッ
トルのケイ酸ナトリウム水溶液280ミリリットルを添
加した後、更にAl23として107g/リットルの硫
酸アルミニウム水溶液240ミリリットルを添加した。
該スラリーに水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを
7.0に調整した。得られた顔料の平均粒径を株式会社
セイシン企業製SK LASER MICRON SI
ZER PRO−7000Sで測定したところ、0.3
7μmであった。得られた顔料を以下の割合で配合し
た。 粉末 5.8g ニトロセルロ−ス溶剤 22.1g 溶剤 10.1g DBP 1.9g ニトロセルロ−ス溶剤は、重量比でニトロセルロ−ス:
酢酸ブチル:酢酸エチル:エチルセロソルブ:トルエン
=10:8:5:4:6の混合溶剤であり、溶剤は重量
部で酢酸ブチル:エチルセロソルブ:トルエン=8:
5:4:6の混合溶剤である。80ミリリットルのマヨ
ネーズ瓶に上記の配合物と3mmφのアルミナビーズ6
5.0gを投入し、レッドデビル社製ペイントコンディ
ショナーで分散させ、ニトロセルロース塗料を作製し、
各分散時間における塗料中の粒を5分毎にグラインドゲ
ージで調べたところ、10μm以下になるまでの分散時
間は15−20分であり、分散性に優れていた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09C 3/06

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 比表面積が2〜30m/gであり、組
    成式Al1−xFe1+x(但し、−0.5≦x≦
    +0.3)で示され、AlFeO3 単独相、AlFe
    O3 とα−Fe2O3、あるいはAlFeO3 と非晶
    質のAl2O3あるいはα−Al2O3の各相から構成
    される、顔料。
  2. 【請求項2】 粒子表面に被覆層を有する請求項1記載
    の顔料。
  3. 【請求項3】 粒子表面に、ケイ素の含水酸化物および
    アルミニウムの含水酸化物からなる群から選ばれた少な
    くとも1種の含水酸化物の被覆層を有する請求項1記載
    の顔料。
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