JP3694627B2

JP3694627B2 - 薄片状ベーマイト粒子の製造方法

Info

Publication number: JP3694627B2
Application number: JP37436899A
Authority: JP
Inventors: 晃小野; 隆一紫藤; 雄史福田
Original assignee: Kinsei Matec Co Ltd
Current assignee: Kinsei Matec Co Ltd
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP2001180930A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム・プラスチック用フィラー及び顔料、塗工材、研磨剤、セラミックス原料として使用される、薄肉粗大でかつ分散性の良い薄片状ベーマイト粒子を効率よく製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バイヤー法によって得られる水酸化アルミニウムからベーマイトを製造する方法として、水酸化アルミニウムを大気中で加熱処理する方法がある。しかし、当処理粉体中には凝集粒子が多く存在し、粒子形状も粒状で不均−である。さらに、加熱処理品はχ、γ等のアルミナとの混合物となりやすく単相は得られにくい。
【０００３】
そこで水酸化アルミニウムを水性スラリーにし、オートクレーブ中で水熱処理することにより粒子形状の整ったべ一マイトが得られている。
さらに水熱処理により製造する方法において、粒子の形状制御を目的とした研究が行われている。板状ベーマイトの結晶外形を第１図に示す。従来の粒子形状制御技術において微細化させるもの（特開平５−２７９０１９号公報参照）はあるが、ａ軸、ｃ軸共に成長した広大な面を持つ薄片状粒子は実現されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
加熱処理法によって製造されたベーマイト粒子をフィラーとして用いると、粒子形状が粒状や不定形の為、ゴムやプラスチックの補強効果は得られにくい。顔料として塗料に添加した時には塗膜の表面平滑性が悪いなどの問題が生じる。また、加熱処理法による粒子は遷移アルミナ又は活性アルミナなどを多く含み粒子の比表面積が大きいため、塗料にしたときの粘度上昇が大きく塗工性に悪影響を及ぼすことがある。研磨剤として用いた場合研磨効果はあるが、被研磨物の平滑性、光沢性が得られにくい。さらに、セラミックス原料として使用した場合粒子が不定形や凝集のため焼結体の緻密性が上がらない問題があった。
【０００５】
熱合成法で作製される従来の板状ベーマイト粒子をフイラーや顔料として使用した場合、粒径が小さいために、ゴム、プラスチック、塗料中で分散、均一化しにくい問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的はベーマイト粒子が持つ板状形に注目し、扁平性を維持しながら粒子径の粗大な粒子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記（１）〜（５）の構成よりなる。
（１）水酸化アルミニウム又はアルミナ水和物を合成温度１５０〜３５０℃、合成圧力０．１〜１０ＭＰａの範囲で水熱合成を行うベーマイト粒子の製造方法において、合成温度までの昇温に際し、少なくとも１００℃以上の範囲の昇温速度を２００℃／ｈ以下で行うことを特徴とする薄片状ベーマイト粒子の製造方法。
【０００８】
（２）水酸化アルミニウム又はアルミナ水和物が平均粒径０．２〜５０μｍである上記（１）記載の薄片状ベーマイト粒子の製造方法。
（３）アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属塩の存在下で水熱合成を行う上記（１）記載の薄片状ベーマイト粒子の製造方法。
【０００９】
（４）水酸化アルミニウム、アルミナ水和物１ｍｏｌに対し、アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属塩を２×１０^-3ｍｏｌ〜３×１０^-1ｍｏｌの範囲で添加し、水熱合成を行うことを特徴とする上記（３）記載の薄片状ベーマイト粒子の製造方法。
【００１０】
（５）スラリー濃度（スラリー中の水酸化アルミニウム、アルミナ水和物濃度）を１ｗｔ％〜６０ｗｔ％に調整して水熱合成を行う上記（１）記載の薄片状ベーマイト粒子の製造方法。
【００１１】
即ち本発明は、水と原料粉体とをオートクレープに充填密封し昇温速度を制御し、加熱して水熱処理することにより、少なくとも粒子径が５μｍを超えアスペクト比が３〜２００である薄肉板状ベーマイト粒子及びその形状を制御する製造方法を提供することである。本発明において製造される板状ベーマイトの形状は第１図のようになる。ここで言う粒子径とはａ軸長（長径）を示し、アスペクト比はａ軸長／ｂ軸長で表わされる。具体的にはａ軸長が５μｍを超え、さらにｃ軸長（短径）が３μｍを超える広大な結晶面を有するのに対し、厚みを規定するｂ軸長が小さい扁平粒子となる。
【００１２】
本発明において原料である水酸化アルミニウム、アルミナ水和物はとくに限定されるものではなく、バイヤー法工程より得られたギブサイト型水酸化アルミニウムやアモルファス状のものが使用できる。これらの原料はあらかじめ粒度調整を行ない、平均粒径にて０．２μｍ〜５０μｍ好ましくは０．４μｍ〜１０μｍ、さらには１μｍを超えるようにするとよい。原料の微細化（平均粒径＜０．２μｍ）は合成後の、ベーマイトの微細化につながり、ａ軸長で５μｍを超える粒子径が得られない。平均粒径５０μｍ以上の原料を使用した場合、粒子の厚みが増大し、アスペクト比３未満の粒子が現れる。また合成後の粒子は凝集の多いものになり、板状粒子を１次粒子化出来ない。
【００１３】
原料粉体の粒度調整方法はボールミル、媒体攪拌ミルが主に用いられるが、これに限定されるものではない。
本発明は上記原料と水を混合したスラリーを水熱合成する。このスラリーの濃度は１ｗｔ％〜６０ｗｔ％好ましくは２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％である。６０ｗｔ％を超えると粒子径が微細化の傾向を示し５μｍを超える形の良い板状粒子は合成できない。つまり、合成される粒子における板状形の陵や辺の形が崩れる。より形状の整った粒子を得るためには、スラリー濃度を２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％の範囲にすることが好ましい。
【００１４】
板状粒子の厚さを薄くし、アスペクト比を大きくするにはアルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属塩を添加することが好ましい。特に水酸化ナトリウム，水酸化カリウムが適当であるが必ずしもこれに限られるものではない。ＮａＣＯ₃、ＫＣＯ₃、Ｎａ₂Ｓ等の様に加水分解して塩基性を示す塩として添加することも可能である。
【００１５】
反応温度は１５０℃〜３５０℃であり好ましくは１７０℃〜３００℃である。スラリーの最高温度を１５０〜１７０℃で行う場合、べーマイト化の反応を完了させるために昇温後、長時間の保持を要するため、効率的に製造する上では、１７０〜３００℃で行うことが好ましい。
【００１６】
ここで、反応温度に到るまでの昇温速度は１００℃以上の水熱条件下において２００℃／ｈ以下に調整しなければいけない。好ましくは１００℃／ｈ以下の範囲で行うのがよい。昇温速度２００℃／ｈを超えると、ベーマイト粒子は、微細な粒子となりやすく、凝集粒子も多く発生する。なお、室温からの昇温に際し、上記のような昇温速度にて行っても良い。
【００１７】
合成圧力は０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａ好ましくは０．５ＭＰａ〜７ＭＰａとする。合成温度・圧力の関係はＡｌ₂Ｏ₃−Ｈ₂Ｏ系状態図でγ−ＡｌＯＯＨ（ベーマイト）の範囲でなければならない。合成圧力０．１ＭＰａ以上を要するのは、この範囲を外れた低圧下では、ベーマイトが合成できず、生成物が凝集した塊状の形状を有するからである。また合成圧力１０ＭＰａ以上になると粒子はｂ軸方向にも成長し厚肉化の傾向を示すので好ましくない。
【００１８】
【作用】
本発明により、具体的にはａ軸長（長径）５μｍを超え５０μｍ、ｃ軸長（短径）３μｍ以上５０μｍ、ｂ軸長が１５μｍ以下でアスペクト比３〜２００，比表面積０．１ｍ²／ｇ〜１５ｍ²／ｇの粗大薄片状ベーマイト粒子を合成することが出来る。上記の範囲で原料粒度，添加剤の添加量，昇温速度を規定することによって粒子径（ａ軸長）とｃ軸長が、添加剤の添加量，合成圧力を規定することによって厚み（ｂ軸長）が制御できる。
【００１９】
このように粒径５μｍを超え５０μｍまでの粗大薄片状粒子は下記の材料中で配向しやすい特徴があり、さらに好ましくは６μｍ以上でその効果がより期待できる。
この粒子をフィラーとしてプラスチック及びゴムの中に充填したとき、板状粒子は良分散状態となる。また配向性が高い事も併せ、引張強度，引張応力等の補強性が向上する。さらに、成形後の収縮率も低下する。
【００２０】
また、塗料用顔料、印刷用シート等の塗工剤として使用した場合、塗料の粘度上昇が抑えられることにより、流動性，塗工性が維持できる。塗装後、板状粒子は塗膜中に平行に配向することにより、塗膜の劣化を防ぎ、また塗膜内部への腐食物質の侵入防止効果が期待できる。塗膜表面への粒子の突出は確認されないことから、優れた表面平滑性を持ち、光沢性を示す塗膜とすることが出来る。
【００２１】
研磨剤として使用した場合研磨中に粒子の配向が起こり、その効果によって被研磨物の表面平滑性の向上が出来る。
さらに、セラミックス原料として使用した場合、粒子配向状態で焼結できることにより、緻密性を向上することが出来る。
【００２２】
【実施例】
以下、具体的な実施例について述べる。
〔実施例１］
出発原料である水酸化アルミニウムを予めボールミル等で粉砕し平均粒径４．０μｍに粒度調整を行った。上記原料と水を混合し４０ｗｔ％のスラリーを作製した後、水酸化ナトリウムを添加せず庄力容器に充填し、昇温速度５℃／ｈで３００℃まで昇温し、２時間保持した。容器を冷却後生成物を純水にて洗浄、濾過を行ない１００℃の乾燥器で１２時間乾燥して白色の粉体を得た。
【００２３】
本粉体はＸ線回折分析の結果ベーマイトの結晶構造を有し、粒子形状測定結果は粒子径６．０μｍ、厚さ１．５０μｍ，アスペクト比４である。
［実施例２］
上記実施例１において、水酸化アルミニウム１ｍｏｌにつき水酸化ナトリウム４×１０^-2ｍｏｌ添加して水熱合成を行い白色の粉体を得た。
【００２４】
本粉体はＸ線回折分析の結果ベーマイトの結晶構造を有し、粒子形状測定結果は粒子径８．０μｍ，厚さ０．２５μｍ，アスペクト比３２である。
［実施例３］
上記実施例２における水酸化ナトリウムの添加量を、水酸化アルミニウム１ｍｏｌにつき８×１０^-2ｍｏｌと増量して水熱合成を行い、白色の粉体を得た。
【００２５】
本粉体はＸ線回折分析の結果ベーマイトの結晶構造を有し、粒子形状測定結果は粒子径６μｍ，厚さ０．１０μｍ，アスペクト比６０である。
［実施例４］
上記実施例１の水熱合成において昇温速度を１℃／ｈで２００℃まで昇温し、２時間保持し、白色の粉体を得た。
【００２６】
本粉体はＸ線回折分析の結果ベーマイトの結晶構造を有し、粒子形状測定結果は粒子径１２．０μｍ，厚さ４．００μｍ，アスペクト比３である。
［実施例５］
上記実施例２の水熱合成において昇温速度を１℃／ｈで２００℃まで昇温し、２時間保持し、白色の粉体を得た。
【００２７】
本粉体はＸ線回折分析の結果ベーマイトの結晶構造を有し、粒子形状測定結果は粒子径１０．０μｍ，厚さ０．３０μｍ，アスペクト比３３である。
［比較例１］
上記実施例２において昇温速度３００℃／ｈに急速昇温して３００℃，２時間保持を行い、白色の紛体を得た。
【００２８】
本粉体はＸ線回折分析の結果ベーマイトの結晶構造を有し、粒子形状測定結果は粒子径１．５μｍ，厚さ０．０８μｍ，アスペクト比１９である。
以上実施例１〜５、比較例１で得られた板状ベーマイト粒子の粒子径及び厚さ、アスペクト比を表１に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【発明の効果】
以上の様に本発明の効果として、粒子径５．０μｍを超え、且つアスペクト比３〜２００の板状ベーマイトの粒子形状を得ることが出来る。粒子形状が均一で、かつ分散性も良いベーマイト粒子が、本発明によって高収率で製造することが出来る。この粉体をフィラーとして混練したプラスチックやゴム等は、その優れた分散性、配向性により補強効果が得られる。この粉体を顔料、塗工材として分散した塗料は優れた腐食物質の侵入防止効果を示す。また表面の平滑性が高く、光沢性のある塗膜を得ることができる。研磨剤として使用すると、粉体の配向によって被研磨物の平滑性向上が得られる。さらにセラミック用原料として使用した場合、緻密な焼結体を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造される板状粒子の形状を表す模式図である。

Claims

水酸化アルミニウム又はアルミナ水和物を合成温度１５０〜３５０℃、合成圧力０．１〜１０ＭＰａの範囲で水熱合成を行うベーマイト粒子の製造方法において、合成温度までの昇温に際し、少なくとも１００℃以上の範囲の昇温速度を２００℃／ｈ以下で行うことを特徴とする薄片状ベーマイト粒子の製造方法。
水酸化アルミニウム又はアルミナ水和物が平均粒径０．２〜５０μｍである請求項１記載の薄片状ベーマイト粒子の製造方法。
アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属塩の存在下で水熱合成を行う請求項１記載の薄片状ベーマイト粒子の製造方法。
水酸化アルミニウム、アルミナ水和物１ｍｏｌに対し、アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属塩を２×１０^-3ｍｏｌ〜３×１０^-1ｍｏｌの範囲で添加し、水熱合成を行うことを特徴とする請求項３記載の薄片状ベーマイト粒子の製造方法。
スラリー濃度（スラリー中の水酸化アルミニウム、アルミナ水和物濃度）を１ｗｔ％〜６０ｗｔ％に調整して水熱合成を行う請求項１記載の薄片状ベーマイト粒子の製造方法。