JP4553112B2 - 酸性水性ギブサイトゾルの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電子顕微鏡観察によると、５０〜３００ｎｍの一辺の長さと１０〜４０ｎｍの厚さとを有する板状１次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、５０〜５００ｎｍの長さを有する２次粒子を含有する安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法である。
既に種々の製造方法で、種々のアルミナ水和物のコロイド粒子が製造されている。ここでコロイド粒子とは、１〜１０００ｎｍの粒子径、つまりコロイド次元の粒子径を有する粒子の総称である。これら製造されたコロイド粒子は、結晶構造としてベーマイト（boehmite）構造又は擬ベーマイト（pseudo boehmite）構造を有するアルミナ水和物、非晶質ともいわれる無定形のアルミナ水和物などがほとんどであり、そしてその形状としては、板状、リボン状、紡錘状、針状、繊維状などを有することが知られている。
また、ギブサイト（gibbsite）構造を持った水酸化アルミニウムの微細な粒子の製造方法が開示されている。
アルミン酸溶液に酸（好ましくはアルミニウム塩）を加えてアルカリを部分中和し、核を発生させた後、過飽和アルミン酸塩溶液に投入することからなるギブサイトの製造方法が開示されている。（例えば、特許文献１参照。）
アルミン酸ナトリウム溶液を７０〜７５℃の温度で、Ａｌ2Ｏ3濃度が７５〜１００ｇ／Lで炭酸ガス処理することによりギブサイトのみの結晶構造を持つ水酸化アルミニウムが得られることが表記されている。（例えば、非特許文献１参照。）
特許文献１によると、アルミン酸塩溶液に酸（望ましくはアルミニウム塩）を加えて一旦ギブサイトの核を発生させ、それを再度アルミン酸ナトリウムなどの過飽和アルミン酸塩溶液に添加することにより、０．１５μｍ以下の一次粒子径を有する凝集性の低い水酸化アルミニウムが生成されることが開示されている。
アルミン酸ナトリウム溶液を７０〜７５℃の温度で、Ａｌ2Ｏ3濃度が７５〜１００ｇ／Lで炭酸ガス処理することによりギブサイトのみの結晶構造を持つ水酸化アルミニウムが得られることが表記されている。（例えば、非特許文献１参照。）
特許文献１によると、アルミン酸塩溶液に酸（望ましくはアルミニウム塩）を加えて一旦ギブサイトの核を発生させ、それを再度アルミン酸ナトリウムなどの過飽和アルミン酸塩溶液に添加することにより、０．１５μｍ以下の一次粒子径を有する凝集性の低い水酸化アルミニウムが生成されることが開示されている。
非特許文献１によると、Ａｌ2Ｏ3濃度が７５〜１００ｇ／Ｌで、炭酸ガスとの反応温度が７０〜７５℃のときにギブサイトが生成すると記載がある。その生成したギブサイト粒子の大きさには述べられていない。
特許文献１の発明では晶析により微小な核を発生させ、それを成長させる工程を採用している。通常の過飽和溶液からの核発生を行ったのでは、できた核が大きすぎて、一次粒子の平均径が０．５μｍ以下とはならないことと、種子を添加した場合でも同様に細かくならないことを記載している。また、アルミン酸溶液に酸（好ましくはアルミニウム塩）を用いて中和した後に洗浄工程を入れる必要性を述べている。その洗浄において、純水を用いて行うが、発生する塩量が多いため、洗浄完了までに時間がかかるため、洗浄・濾別後の生成物（無定形アルミナゲル）の放置によりの老化が起こり、通常の温度では粒子成長が起こる。そのため、本来目的とする微粒子のギブサイト構造を有する水和物粒子とならない。この老化の進行を防ぐために炭酸塩またはガス状二酸化炭素などを用いて添加反応が通常行われている。二酸化炭素は弱酸であるため中和に要する量が多く必要であり、ｐＨを中性付近にすることは経済的に不利である。
特開平０３−００８７１５号公報（特許請求の範囲、明細書）
「アメリカン・セラミック・ソサエテイ・ブリテン（Am. Ceram. Soc. Bull.）」、（米国）、アメリカン・セラミック・ソサエテイ、１９９７年６月、第７６巻、第６号、ｐ．５５−５９
現在市販されているギブサイト構造を有する水酸化アルミニウムはその粒子径が大きいためにそれぞれの用途の中で性能が充分に発揮できないことが多い。
例えばゴム・プラスチック用のフィラーや加工紙用水系スラリーなどでは粒子径が小さいほど分散性が良く光沢も出やすいため、より粒子径の小さい水酸化アルミニウムが要望されている。本発明は従来のギブサイト構造を有する水酸化アルミニウムにはない粒子径の小さな水酸化アルミニウムを、安価で簡易にかつ効率よく製造する方法を提供しようとするものである。具体的には、一次粒子の粒子径がサブミクロンメーター次元である、塩類の少ない安定な酸性水性ギブサイトゾルを提供する。そしてその酸性水性ギブサイトゾルは分散性が良く、そしてその乾燥ゲルが堅牢であることを特徴とする。
本発明の第一観点は、下記の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）工程を含む、
電子顕微鏡観察によると、５０〜３００ｎｍの一辺の長さと１０〜４０ｎｍの厚さとを有する板状１次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、５０〜５００ｎｍの長さを有する２次粒子を含有する安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法である。
電子顕微鏡観察によると、５０〜３００ｎｍの一辺の長さと１０〜４０ｎｍの厚さとを有する板状１次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、５０〜５００ｎｍの長さを有する２次粒子を含有する安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法である。
（Ａ）：５〜３５℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、当該二酸化炭素の添加終了直後において１２．０〜１２．５のｐＨを有する反応混合物を生成させる工程、
（Ｂ）：（Ａ）工程で得られた当該反応混合物を１００〜１２０℃の温度で水熱処理することにより、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程、及び
（Ｃ）：（Ｂ）工程で得られた当該水性懸濁液を、限外濾過法にて水と酸とを添加して脱塩処理することにより、３〜７のｐＨを有する酸性水性ギブサイトゾルを形成させる工程。
（Ｂ）：（Ａ）工程で得られた当該反応混合物を１００〜１２０℃の温度で水熱処理することにより、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程、及び
（Ｃ）：（Ｂ）工程で得られた当該水性懸濁液を、限外濾過法にて水と酸とを添加して脱塩処理することにより、３〜７のｐＨを有する酸性水性ギブサイトゾルを形成させる工程。
本発明の第二観点は、第一観点の製造方法において、（Ｂ）工程において、水熱処理する前に（Ａ）工程で得られた反応混合物を２〜２４時間の攪拌で前処理する安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法である。
本発明の第三観点は、下記の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）工程を含む、
電子顕微鏡観察によると、５０〜３００ｎｍの一辺の長さと１０〜４０ｎｍの厚さとを有する板状１次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、５０〜５００ｎｍの長さを有する２次粒子を含有する安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法である。
電子顕微鏡観察によると、５０〜３００ｎｍの一辺の長さと１０〜４０ｎｍの厚さとを有する板状１次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、５０〜５００ｎｍの長さを有する２次粒子を含有する安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法である。
（ａ）：５〜３５℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、当該二酸化炭素の添加終了直後において１２．０〜１２．５のｐＨを有する反応混合物を生成させる工程、
（ｂ）：（ａ）工程で得られた当該反応混合物を１００〜１２０℃の温度で水熱処理することにより、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程、及び
（ｃ）：（ｂ）工程で得られた当該水性懸濁液を、ケーク濾過法にて水と酸とを添加して脱塩処理することにより、３〜７のｐＨを有する酸性水性ギブサイトゾルを形成させる工程。
（ｂ）：（ａ）工程で得られた当該反応混合物を１００〜１２０℃の温度で水熱処理することにより、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程、及び
（ｃ）：（ｂ）工程で得られた当該水性懸濁液を、ケーク濾過法にて水と酸とを添加して脱塩処理することにより、３〜７のｐＨを有する酸性水性ギブサイトゾルを形成させる工程。
本発明の第四観点は、第三観点の製造方法において、（ｂ）工程において、水熱処理する前に（ａ）工程で得られた反応混合物を２〜２４時間の攪拌で前処理する安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法である。
本発明の第五観点は、下記の（Ａ’）、（Ｂ’）及び（Ｃ’）工程を含む、
電子顕微鏡観察によると、５０〜３００ｎｍの一辺の長さと１０〜４０ｎｍの厚さとを有する板状１次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、５０〜５００ｎｍの長さを有する２次粒子を含有する安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法である。
電子顕微鏡観察によると、５０〜３００ｎｍの一辺の長さと１０〜４０ｎｍの厚さとを有する板状１次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、５０〜５００ｎｍの長さを有する２次粒子を含有する安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法である。
（Ａ’）：５〜３５℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、当該二酸化炭素の添加終了直後において１２．０〜１２．５のｐＨを有する反応混合物を生成させる工程、
（Ｂ’）：（Ａ’）工程で得られた当該反応混合物を１００〜１２０℃の温度で水熱処理することにより、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程、及び
（Ｃ’）：（Ｂ’）工程で得られた当該水性懸濁液を、水素型酸性陽イオン交換樹脂と水酸型強塩基性陰イオン交換樹脂とを接触させることにより、３〜７のｐＨを有する酸性水性ギブサイトゾルを形成させる工程。
（Ｂ’）：（Ａ’）工程で得られた当該反応混合物を１００〜１２０℃の温度で水熱処理することにより、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程、及び
（Ｃ’）：（Ｂ’）工程で得られた当該水性懸濁液を、水素型酸性陽イオン交換樹脂と水酸型強塩基性陰イオン交換樹脂とを接触させることにより、３〜７のｐＨを有する酸性水性ギブサイトゾルを形成させる工程。
本発明の第六観点は、第五観点の製造方法において、（Ｂ’）工程において、水熱処理する前に（Ａ’）工程で得られた反応混合物を２〜２４時間の攪拌で前処理する安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法である。
本発明の第七観点は、第一観点、第三観点又は第五観点の製造方法で得られる安定なギブサイトを機械的分散処理後、濃縮することを特徴とする高濃度かつ安定な酸性水性酸性水性ギブサイトゾルの製造方法である。
本発明の第八観点は、下記の（Ａ）及び（Ｂ）工程を含む、
ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液の製造方法である。
ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液の製造方法である。
（Ａ）：５〜３５℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、当該二酸化炭素の添加終了直後において１２．０〜１２．５のｐＨを有する反応混合物を生成させる工程、及び
（Ｂ）：（Ａ）工程で得られた当該反応混合物を１００〜１２０℃の温度で水熱処理することにより、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程。
（Ｂ）：（Ａ）工程で得られた当該反応混合物を１００〜１２０℃の温度で水熱処理することにより、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程。
本発明の酸性水性ギブサイトゾルは、高い安定性を示し、その媒体の除去によって終局的に粉体に変わる性質を有するが、この粉体に含有される２次粒子は５０〜５００ｎｍの長さを有するので、このゾルが乾燥する際に、又は硬化後には、このゾルに由来する独特の性質を示す。
本発明によって得られる安定な酸性水性ギブサイトゾル及び高濃度かつ安定な酸性水性ギブサイトゾルは、従来のギブサイトに比較すると、粒子の大きさが小さいため種々の用途に従来得られなかった改良をもたらす。組成物をつくるために従来のアルミナゾルに加えられた成分は、本発明の酸性水性ギブサイトゾルに対しても加えることができる。それは、シリカゾル、アルキルシリケートの加水分解液、その他の金属酸化物ゾル、水溶性樹脂、樹脂エマルジョン、ゴム、増粘剤、消泡剤、界面活性剤、耐火物粉末、金属粉末、顔料、カップリング剤などが挙げられる。
従来から用いられている種々の塗料成分と共に本発明の酸性水性ギブサイトゾルを配合することにより、無機塗料、耐熱塗料、防食塗料、無機-有機複合塗料などを容易に調製することができる。本発明の酸性水性ギブサイトゾルを含有する塗料から形成された乾燥塗膜にはピンホールが少なく、クラックも殆ど見られない。この理由は、塗膜形成において、酸性水性ギブサイトゾルに含有されるの５０〜５００ｎｍの２次粒子は一般のコロイド粒子に見られる塗膜中での偏析現象を起こさず、塗膜中内に２次粒子による堅牢な架橋構造を形成するためと考えられる。また２次粒子が小さく塗料中の分散が良いために、従来のギブサイトでは成し得なかった塗膜の艶を出すことが出来る。
本発明の第一観点の（Ａ）工程、第三観点の（ａ）工程、第五観点の（Ａ’）工程及び第八観点の（Ａ）工程は、５〜３５℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、当該二酸化炭素の添加終了直後において１２．０〜１２．５のｐＨを有する反応混合物を生成させる工程である。
使用される原料のアルミン酸アルカリ塩又は濃縮液のアルカリ種としては、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｂａ、Ｂｅ等が挙げられるが、これらのアルミン酸アルカリ塩又は濃縮液は公知の方法により容易に得られ、また市販の工業薬品としても入手することができる。特に安価なアルミン酸ナトリウム塩又は濃縮液が好ましい。通常、市販のアルミン酸ナトリウムとしては、高濃度の粉末品とＡｌ2Ｏ3濃度として１０〜２５質量％の濃縮液があるが、次工程の二酸化炭素添加時の均一な反応を考えると濃縮液が扱いやすく好ましい。
本発明において液状又は気体状二酸化炭素の添加時において、アルミン酸アルカリ水溶液のＡｌ2Ｏ3濃度としては特に制限を受けない。二酸化炭素添加時の均一な反応及び生産効率等を考えると、Ａｌ2Ｏ3濃度として好ましくは１〜１０質量％、より好ましくは２〜８質量％である。純水等で希釈した水溶液を用いる。
この希釈したアルミン酸アルカリ水溶液は加水分解を受け易いため、希釈後速やかに本発明の工程に使用する必要がある。特に二酸化炭素添加前に５０℃以上の高温で保持されたアルミン酸アルカリを希釈した水溶液を使用すると目的の１次粒子が得られにくい。
希釈されたアルミン酸アルカリ水溶液は均一化のために当該業者に公知の機械的撹拌方法で攪拌される。アルミン酸アルカリ塩又は濃縮液の希釈のために行われる純水等の投入時に、部分的な攪拌が行われるが、機械的な攪拌を行わないとアルミン酸アルカリ水溶液の希釈液の不均一を生み、二酸化炭素による反応が不均一になるため好ましくない。
そして、この原料となるアルミン酸アルカリ塩又は濃縮液には、アルミン酸アルカリのＡｌ2Ｏ3量１００部に対してＡｌ2Ｏ3量５〜２００部の塩基性アルミニウム塩及び／又はアルミニウム正塩を溶解さたせたアルミン酸アルカリも包含される。この混合溶液においても、本発明の目的が達成される。
用いられる塩基性アルミニウム塩及び／又はアルミニウム正塩は公知の製造方法により容易に得られ、市販の工業薬品としても入手することができる。塩基性アルミニウム塩としては、水溶性の塩基性アルミニウム塩として、塩基性塩化アルミニウム、塩基性硝酸アルミニウム、塩基性酢酸アルミニウム、塩基性乳酸アルミニウムなどが挙げられる。また用いられるアルミニウム正塩としては、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、酢酸アルミニウムなどが挙げられる。
また本発明の目的が達成される限り、任意の成分、例えばアルミン酸アルカリの安定性を維持している陽イオンなどを含有することができる。
本発明のアルミン酸アルカリ水溶液には、二酸化炭素が用いられる。装置の腐食、臭いなどの作業環境や価格などを考慮して好ましくはガス状二酸化炭素が用いられる。液状又は気体状の二酸化炭素はアルミン酸アルカリ水溶液に添加したときに大きな塊ができないような濃度としてから添加されるべきであり、添加される酸の濃度及び添加速度は添加時の攪拌の強さにより決定される。
アルミン酸アルカリ水溶液に二酸化炭素を添加して反応を行うと、中和熱により発熱を起こす。この発熱により、生成したアルミニウム反応生成物が老化を起こし、結晶性の水酸化アルミニウムとなり易くなる。この発熱によって出来た結晶性の水酸化アルミニウムは、後の工程で水熱処理を行った後も残るため、本発明の主目的であるギブサイト構造を有するアルミナ水和物の水性懸濁液のみを得ることができない。また本発明のギブサイト構造を有するアルミナ水和物の粒子形態は、板状１次粒子が凝結した２次粒子である。この際、反応時の温度が高いと分散性が向上して、粒子径の大きい単分散粒子が生成しやすくなる。従って、アルミン酸アルカリ水溶液への二酸化炭素の添加時の温度を低く保つことで結晶性水酸化アルミニウムの核の生成を抑えることができ、目的の粒子形状と結晶構造をもったアルミナ水和物（コロイド状粒子）を得ることが出来る。ここで結晶性の水酸化アルミニウムとはＸ線回折による分析で明らかにピークが存在しているものを指す。
二酸化炭素の添加時の温度を低くする方法としては、アルミン酸アルカリ水溶液の温度を予め冷却した後に酸を添加する方法、更に添加する二酸化炭素の温度を予め低くして添加する方法、添加の最中に外部冷却装置などを用いて反応混合液を冷却する方法などが挙げられる。
最も好ましい方法は上記温度制御方法をすべて行う方法であるが、設備投資費用が嵩むなどの理由から、これら方法の１つ又は２つの方法を選択することもできる。
本発明においてアルミン酸アルカリ水溶液の反応温度としては５〜３５℃、好ましくは１０〜２５℃が良い。５℃以下では反応に用いる二酸化炭素の量が多くなることや反応混合物（スラリー）の粘度が高くなるなどが起こり好ましくない。また、３５℃を超えるとアルミナ水和物の１次粒子が所望の大きさより大きくなるため好ましくない。
アルミン酸アルカリ水溶液の二酸化炭素による反応に要する時間は、生成する水酸化アルミニウムの結晶化を防ぐために３時間以内が有効であり、好ましくは１．５時間以内が良い。
当該二酸化炭素の添加終了直後における反応混合物（スラリー）のｐＨとしては１２．０〜１２．５の間が好ましい。１２未満のｐＨを有する反応混合物では、次工程の水熱処理を実施しても目的とするギブサイト構造のみを有するアルミナ水和物を含有する水性ギブサイトゾルを得ることはできない。また、１２．５を超えるｐＨでは、次工程の水熱処理を実施すると、アルミン酸塩が残り、反応収率が悪くなるため好ましくない。つまり、水熱合成後において最も効率的にギブサイト構造を有するアルミナ水和物が得られる反応混合液のｐＨは１２．０〜１２．５の範囲である。
反応後に得られる反応混合物を５０℃での減圧乾燥法で乾燥して、得られた乾燥物をＸ線回折にて分析すると特定のピークを示さない無定形であり、この時に水酸化アルミニウムのピークが観察されると、後に行う水熱合成反応後には大きな粒子径を持つギブサイトが生成される。
反応後の反応混合物は、二酸化炭素の添加時における攪拌の方式及び撹拌強度によっては粗い粒子が混同する。粗い粒子が存在すると次工程の水熱処理時に不均一な反応を起こすため、より均一な細かい粒子が必要となる。ここでより細かい粒子とは目視で明らかな粒状の粒子が観察できない程度の粒子であり、特に数値で制限するものではない。この細かい粒子を得るためには攪拌及び分散が行われる。より均一な細かい粒子を得るために行われる攪拌及び分散方式は特に限定はされない。一例を挙げれば媒体ミル処理、コロイドミル処理、高速剪断攪拌処理及び高圧衝撃分散処理等が用いられる。攪拌及び分散は用いる装置の能力によって時間は異なるが、大きな塊がなくなるまで行えば良い。攪拌及び分散時間を長く行うほど反応混合物中の固形物は微細化・均一化するが、生産効率的に見ると２時間から２４時間以内が好ましい。攪拌時の温度については特に限定しないが、通常５〜４０℃であり、常温でよい。
次に、本発明の第一観点の（Ｂ）工程、第三観点の（ｂ）工程、第五観点の（Ｂ’）工程及び第八観点の（Ｂ）工程は、前工程で得られた当該反応混合物を１００〜１２０℃の温度で水熱処理することにより、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程である。
微細化・均一化した後にその反応混合物の水熱処理を行うことによって、透過型電子顕微鏡による観察において、５０ｎｍから３００ｎｍの一辺の長さと１０〜４０ｎｍの厚さとを有する板状１次粒子が面−面間で凝結することにより形成される５０ｎｍから５００ｎｍの長さを有する２次粒子とギブサイト構造とを有するアルミナ水和物（２次粒子）の水性懸濁液が得られる。
ここでは２次粒子（凝結体）の長さとは、２次粒子の長軸の長さを表す。
板状１次粒子としては、矩形状と六角形状とが観察される。そしてその板状１次粒子が凝結して２次粒子を形成している。
水熱処理の温度は１００〜１２０℃で行うことができる。反応混合物を１００℃未満の温度で水熱処理すると、水性懸濁液中において無定形アルミナ水和物から水酸化アルミニウムの他の結晶構造であるバイヤライト（bayerite）構造を有するアルミナ水和物を多く含むため、好ましくない。一方、１２０℃を超える水熱処理では、装置的に急冷設備、超高圧容器などを必要とするので好ましくない。装置の腐食や耐圧構造による装置費用を考慮すると１００〜１２０℃で行うのが好ましい。水熱処理において、より高温を選択することにより、水熱処理で得られる１次粒子径及び粒子の厚みをより増加させることができる。
水熱処理装置としては、公知の装置である攪拌機付オートクレーブや流通式管状反応器などの高圧設備を使用する。水熱合成の時間は温度により異なるが、２〜２４時間、好ましくは２〜６時間行う。
水熱処理で得られた当該水性懸濁液を限外濾過法やケーク濾過、またはイオン交換樹脂の接触法などによりアルカリ、アルカリ塩類の除去が行われる。
次に、本発明の第一観点の（Ｃ）工程は、（Ｂ）工程で得られた当該水性懸濁液を、限外濾過法にて水と酸とを添加して脱塩処理することにより、３〜７のｐＨを有する酸性水性ギプサイトゾルを形成させる工程である。
限外濾過法にはその変法であるダイアフィルトレーション法（diafiltration process）を採用する。ダイアフィルトレーション法においては、水の添加によりアルカリ及びアルカリ塩類の除去ができる。尚、限外濾過法を用い、アルカリを限外濾過膜透過液側に抜くことで分離精製を行う場合、回分式操作では水性ギブサイトゾルに必ずアルカリが残ってしまう。そこで、採用するダイアフィルトレーション法では、水性ギブサイトゾル側に水と酸を添加して、３〜７のｐＨを有する酸性水性ギブサイトゾルを形成させながら、限外濾過膜の透過液量を増していくことによりアルカリの除去率を上げて、効率よく脱塩処理を進めることとなる。
使用する限外濾過膜は、市販の工業製品として得られる分画分子量として６千から２０万の限外濾過膜が使用できる。また、クロスフローフィルトレーション法（cross-flow filtration process）にて利用される、精密濾過膜上にコロイド粒子からなるゲル層を形成させたダイナミック膜（限外濾過膜）も使用できる。
その脱塩処理は、酸性水性ギプサイトゾルのＡｌ2Ｏ3濃度が１０質量％基準で、電気伝導度が１０００μＳ／ｃｍ以下となるまで、好ましくは７００〜１００μＳ／ｃｍとなるまで行う。目的とする酸性水性ギブサイトゾルのＡｌ2Ｏ3濃度が異なる場合、Ａｌ2Ｏ3濃度と電気伝導度との相関は、上記記載Ａｌ2Ｏ3濃度１０質量％基準の電気伝導度との相関に正比例するとして計算して良い。そして脱塩処理温度は、通常１０〜６０℃であり、常温でよい。
この工程では、酸として、硝酸、塩酸、硫酸、過塩素酸、酢酸、蟻酸、乳酸などが使用することができる。この工程では、ダイアフィルトレーション法の操作方式は回分式及び連続式を採用することができる。そして、ダイアフィルトレーション法の装置は、クロスフロー方式が好ましい。
そして、目的とするＡｌ2Ｏ3濃度として最大２０質量％となるまで、ダイアフィルトレーション法及び／又は限外濾過法にて濃縮することができる。
ケーク濾過法としては、クロスフローフィルトレーション法（cross-flow filtration process）を採用することが好ましい。
次に、本発明の第三観点の（ｃ）工程は、（ｂ）工程で得られた当該水性懸濁液を、ケーク濾過法にて水と酸とを添加して脱塩処理することにより、３〜７のｐＨを有する酸性水性ギブサイトゾルを形成させる工程である。
ケーク濾過法による脱塩処理では、水の添加を行いながら中和に使用した酸とアルミン酸アルカリにより生成した塩の脱塩処理を行う。また９〜１２のｐＨを維持するために、アルカリを必要に応じて脱塩処理反応混合物に加えることもある。なお、ケーク濾過法を用い、アルカリをケーク濾過膜透過液側に抜くことで、分離精製を行う場合、回分式操作では反応混合物に必ず塩が残ってしまう。そこで、クロスフローフィルトレーション法では、反応混合物側に水とアルカリを添加して、９〜１２のｐＨを有する脱塩処理混合物を形成させながら、ケーク濾過膜の透過液量を増していくことにより、塩の除去率を上げて、効率よく脱塩処理を進めることができる。
その脱塩処理は、脱塩処理混合物のＡｌ2Ｏ3濃度が４質量％基準で、電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下となるまで、好ましくは３００〜１００μＳ／ｃｍとなるまで行う。目的とする脱塩処理混合物のＡｌ2Ｏ3濃度が異なる場合、Ａｌ2Ｏ3濃度と電気伝導度との相関は、上記記載Ａｌ2Ｏ3濃度４質量％基準の電気伝導度との相関に正比例するとして計算して良い。そして脱塩処理温度は、通常１０〜６０℃であり、常温でよい。
ケーク濾過法を用いた脱塩工程では、必要に応じて加えて良いアルカリとして、アルカリ金属水酸化物塩、アルカリ土類金属水酸化物塩、アルミン酸アルカリ金属塩、アルミン酸アルカリ土類金属塩、水酸化アンモニウム、水酸化第４級アンモニウム、水酸化グアニジン、アミン類などが挙げられる。アルカリ金属水酸化物塩として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化セシウムなどが好ましく、特に水酸化ナトリウムが好ましい。なお、脱塩処理反応混合物に副生成物として、不溶性塩が生成するアルカリは当然除かれる。
ケーク濾過法による脱塩工程では、クロスフローフィルトレーション法の操作方式は回分式及び連続式を採用することができる。好ましい工業的装置として、チェコスロバキア国立有機合成研究所で開発された連続式ロータリフィルタープレスが挙げられる。（詳しくは、K. Michel and V. Gruber, Chemie - Ingenieur - Technik, 43, 380(1971)及びF. M. Tiller, Filtration & Separation, 15, 204(1978)などに記載されている。）
ケーク濾過には、公知の濾布が使用できる。濾布としては、精密濾過膜がより好ましい。その精密濾過膜としては、市販の工業製品として得られる公称孔径０．０５μｍから１０μｍの精密濾過膜が使用できる。
ケーク濾過には、公知の濾布が使用できる。濾布としては、精密濾過膜がより好ましい。その精密濾過膜としては、市販の工業製品として得られる公称孔径０．０５μｍから１０μｍの精密濾過膜が使用できる。
次に第五観点の（Ｃ’）工程は、（Ｂ’）工程で得られた当該水性懸濁液を、水素型酸性陽イオン交換樹脂と水酸型強塩基性陰イオン交換樹脂とを接触させることにより、３〜７のｐＨを有する酸性水性ギブサイトゾルを形成させる工程である。
イオン交換樹脂の接触法では、水熱処理工程で得られた当該水性懸濁液を、水素型酸性陽イオン交換樹脂及び水酸型強塩基性陰イオン交換樹脂にて接触処理する。この工程では、水素型酸性陽イオン交換樹脂の接触処理により原料アルミン酸アルカリ中のアルカリを除去する。そして水酸型強塩基性陰イオン交換樹脂の接触処理により、中和時に用いた酸の除去を行いながら酸性水性ギブサイトゾルの安定剤である酸の含有量を調整する。
用いる水素型酸性陽イオン交換樹脂としては、市販されている強酸性陽イオン交換樹脂及び／又は弱酸性陽イオン交換樹脂を酸にてイオン交換処理及び水洗処理して使用する。そして、除去しようとする原料アルミン酸アルカリ中のアルカリ量に対し、当量ではなく約３倍当量にあたる水素型酸性陽イオン交換樹脂量を使用するのが好ましい。その接触処理法は、通常樹脂を充填したカラムに被処理液を下向流若しくは上向流で通液する方法、又は被処理液中に樹脂を添加し撹拌保持した後、樹脂を濾別する方法が採用できる。また接触処理液温度は、通常１０〜６０℃であり、常温でよい。
また用いる水酸型強塩基性陰イオン樹脂としては、市販されている強塩基性陰イオン樹脂を水酸化ナトリウム水溶液にてイオン交換処理及び水洗処理して使用する。その使用する樹脂量は、脱アルカリ処理された酸性水性ギブサイトゾル中の過剰の酸を除去するのが目的であり、３〜７のｐＨを有する酸性水性ギブサイトゾルが得られればよい。その接触処理方法は被処理液中に樹脂を添加し撹拌保持した後、樹脂を濾別する方法が簡便で採用できる。また接触処理液温度は、通常１０〜６０℃であり、常温でよい。
以上、本発明の第一観点の（Ｃ）工程、第三観点の（ｃ）工程及び第五観点の（Ｃ’）工程で得られた３〜７のｐＨを有する酸性水性ギブサイトゾルは、目的とするＡｌ2Ｏ3濃度として最大２０質量％となるまで、公知の濃縮方法である減圧濃縮法、限外濾過法などにて濃縮することができ、安定な酸性水性ギブサイトゾルが得られる。
これらの工程では、酸として、硝酸、塩酸、硫酸、過塩素酸、酢酸、蟻酸、乳酸などが使用することができる。ここで、脱塩工程において、得られた３〜７のｐＨを有する酸性水性ギブサイトゾルのレーザー回折・散乱法粒度分布を測定すると、５０〜５００ｎｍの平均粒径を有する粒子群が認められる場合と、５０〜５００ｎｍの平均粒径を有する粒子群と６００〜１５００ｎｍの平均粒径を有する粒子群とが認められる場合がある。但し、この酸性水性ギブサイトゾル中では、６００〜１５００ｎｍの平均粒径を有する粒子群である２次粒子の高次構造凝集物の存在比率は小さい。
よって、酸添加及び脱塩処理により、２次粒子の高次構造凝集物が２次粒子（コロイド粒子）へと解膠したものと考えられる。また、この２次粒子は、その１次粒子の面−面間が凝結して、５０〜５００ｎｍの長さを有している。その２次粒子は、１次粒子の面−面間のランダムな凝結により形成された集合体の形態をしている。
本発明の第七観点では、前記の第一観点、第三観点又は第五観点の製造方法から得られる安定な酸性水性ギブサイトゾルを機械的分散処理後、濃縮することを特徴とする高濃度かつ安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法である。
この方法では、得られた当該安定な酸性水性ギブサイトゾルを機械的分散処理することにより、酸性水性ギブサイトゾル中に微量存在する２次粒子の高次構造凝集物が破砕されとともに、２次粒子の面−面間の凝結により形成された凝結構造を有する粒子の結合が切断され２次粒子の伸長方向（凝結方向）の長さが短くなり、よりゾルの分散性が向上するため、高濃度かつ安定な酸性水性ギブサイトゾルを得ることが可能となる。
機械的分散処理とは、媒体ミル処理、コロイドミル処理、高速剪断撹拌処理及び高圧衝撃分散処理が挙げられる。媒体ミル処理に使用される具体的装置としては、ボールミル、アトライター、サンドミル及びビーズミルなどが挙げられる。コロイドミル処理に使用される具体的装置としては、コロイドミル、ストーンミル、ケーデーミル及びホモジナイザーなどが挙げられる。高速剪断撹拌処理に使用される具体的装置としては、商品名としてハイスピードディスパーサー、ハイスピードインペラー及びデイゾルバーと呼ばれているものが挙げられる。高圧衝撃分散処理に使用される具体的装置としては、高圧ポンプを使用した高圧衝撃分散機及び超音波高圧衝撃分散機が挙げられる。また機械的分散処理液温度は、通常１０〜６０℃であり、常温でよい。
機械的分散処理した酸性水性ギブサイトゾルは、目的とするＡｌ2Ｏ3濃度として最大３５質量％となるまで、公知の濃縮方法である減圧濃縮法、限外濾過法などにて濃縮することができ、高濃度かつ安定な酸性水性ギブサイトゾルが得られる。ここで、高濃度かつ安定な酸性水性ギブサイトゾルのレーザー回折・散乱法粒径分布を測定すると、５０〜５００ｎｍの平均粒径を有する粒子群が認められる。透過型電子顕微鏡の観察結果との対比より、５０〜５００ｎｍの平均粒径を有する粒子群は５０〜５００ｎｍの一辺の長さを有する板状１次粒子群である。
脱塩工程において、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液は酸の添加及び／又は懸濁液中のアルカリ由来の電解質を除去されることにより、安定な水性ギブサイトゾルとなる。そして、当該ゾルは、安定剤としての酸の添加によりｐＨを３〜７に、好ましくは３．５〜６．５に調整されることによりゾルとしての安定性が向上する。よって、Ａｌ2Ｏ3濃度として最大３０質量％迄で、任意のＡｌ2Ｏ3濃度の安定な酸性水性ギブサイトゾルが得られる。このゾルは、密閉状態で、５０℃で１ヶ月の保存でもゲル化することなく安定である。
本発明の第七観点で得られた高濃度かつ安定な酸性水性ギブサイトゾルは、濃縮工程を経てＡｌ2Ｏ3濃度として最大３５質量％迄のＡｌ2Ｏ3濃度を有する高濃度かつ安定な酸性水性ギブサイトゾルが得られる。このゾルは、密閉状態で５０℃で１ヶ月の保存でもゲル化することなく安定である。本発明で得られるアルミナ水和物のコロイド粒子は、１１０℃で乾燥後１１００℃迄の示差熱分析により、２．９〜３．２のＨ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3モル比を有することと、粉末Ｘ線回折法結果より、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物のコロイド粒子と同定される。
本発明で得られる安定な酸性水性ギブサイトゾル及び高濃度かつ安定な酸性水性ギブサイトゾルは、透過型電子顕微鏡観察によると、５０〜３００ｎｍの一辺の長さと１０〜４０ｎｍの厚さとを有する板状１次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、５０〜５００ｎｍの長さを有する２次粒子である。その板状１次粒子及びその２次粒子の厚さは１０〜４０ｎｍである。
なお、本発明において採用した分析方法は下記の通りである。
なお、本発明において採用した分析方法は下記の通りである。
（１）組成分析
（ｉ）Ａｌ2Ｏ3濃度 質量法（８００℃焼成残分）
（ii）Ｎａ2Ｏ濃度 原子吸光光度法（前処理は塩酸溶解処理）
（iii）酢酸濃度 中和滴定法。
（ｉ）Ａｌ2Ｏ3濃度 質量法（８００℃焼成残分）
（ii）Ｎａ2Ｏ濃度 原子吸光光度法（前処理は塩酸溶解処理）
（iii）酢酸濃度 中和滴定法。
（２）ｐＨ測定
ｐＨ計 Ｄ−２２（（株）堀場製作所製）を用いて測定した。
ｐＨ計 Ｄ−２２（（株）堀場製作所製）を用いて測定した。
（３）電気伝導度
電気伝導度計 ＥＳ−１２（（株）堀場製作所製）を用いて測定した。
電気伝導度計 ＥＳ−１２（（株）堀場製作所製）を用いて測定した。
（４）レーザー回折・散乱法平均粒径とレーザー回折・散乱法粒度分布
レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置 ＭＡＳＴＥＲＳＩＺＥＲ ２０００（登録商標）（ＭＡＬＶＥＲＮ（株）製）を用いて測定した。測定解析法はＭｉｅ理論に基づくレーザー回折・散乱法を採用し、液中の平均粒径と粒度分布を測定した。
レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置 ＭＡＳＴＥＲＳＩＺＥＲ ２０００（登録商標）（ＭＡＬＶＥＲＮ（株）製）を用いて測定した。測定解析法はＭｉｅ理論に基づくレーザー回折・散乱法を採用し、液中の平均粒径と粒度分布を測定した。
（測定条件）溶媒 純水（２５℃）。
（５）比表面積（ＢＥＴ法）
予め所定の条件で乾燥した試料を窒素吸着法比表面積計 ＭＯＮＯＳＯＲＢ ＭＳ-１６型（ＱＵＡＮＴＡＣＨＲＯＭＥ社製）を用いて測定した。
予め所定の条件で乾燥した試料を窒素吸着法比表面積計 ＭＯＮＯＳＯＲＢ ＭＳ-１６型（ＱＵＡＮＴＡＣＨＲＯＭＥ社製）を用いて測定した。
（６）透過型電子顕微鏡観察
試料を純水で希釈後、銅メッシュ上の親水化処理済カーボン被膜コロジオン膜に試料を塗布して、乾燥させ観察試料を準備した。透過型電子顕微鏡 ＪＥＭ−１０１０（日本電子（株）製）にて、その観察試料の電子顕微鏡写真を撮影して、観察した。
試料を純水で希釈後、銅メッシュ上の親水化処理済カーボン被膜コロジオン膜に試料を塗布して、乾燥させ観察試料を準備した。透過型電子顕微鏡 ＪＥＭ−１０１０（日本電子（株）製）にて、その観察試料の電子顕微鏡写真を撮影して、観察した。
（７）示差熱分析
示差熱分析装置 ＴＧ／ＤＴＡ３２０Ｕ（セイコー電子工業（株）製）を用いて測定した。
示差熱分析装置 ＴＧ／ＤＴＡ３２０Ｕ（セイコー電子工業（株）製）を用いて測定した。
（測定条件）試料 １６ｍｇ、リファレンス α−アルミナ１６ｍｇ。
測定温度範囲 ２５〜１１００℃
昇温速度 １０℃／分。
昇温速度 １０℃／分。
（８）粉末Ｘ線回折
Ｘ線回折装置 ＸＲＤ−６１００（（株）島津製作所製）を用いて、測定した。
Ｘ線回折装置 ＸＲＤ−６１００（（株）島津製作所製）を用いて、測定した。
実施例１
攪拌装置及びガス吹き込み管を装着したステンレス製容器に市販の液体アルミン酸ナトリウム８００ｇ（ＡＳ−１７、（株）北陸化成工業所製、Ａｌ2Ｏ3濃度１９．０３質量％、Ｎａ2Ｏ濃度１８．５１質量％）に水３５５０ｇを加え、強く撹拌した。このときの希釈したアルミン酸ナトリウム水溶液の液温は２１℃であった。この液中に液化二酸化炭素を気化させて得たガス状二酸化炭素を流速０．８７Ｌ／分の速度で３６分間導入した。ガス状二酸化炭素導入直後の反応混合物（スラリー）の液温は２５℃、ｐＨは１２．１９であった。この反応混合物を引き続いて、室温下４時間の撹拌を行った。そして撹拌処理済み反応混合物（ｐＨ１３．４０、Ａｌ2Ｏ3濃度３．５質量％）４３４０ｇを得た。
攪拌装置及びガス吹き込み管を装着したステンレス製容器に市販の液体アルミン酸ナトリウム８００ｇ（ＡＳ−１７、（株）北陸化成工業所製、Ａｌ2Ｏ3濃度１９．０３質量％、Ｎａ2Ｏ濃度１８．５１質量％）に水３５５０ｇを加え、強く撹拌した。このときの希釈したアルミン酸ナトリウム水溶液の液温は２１℃であった。この液中に液化二酸化炭素を気化させて得たガス状二酸化炭素を流速０．８７Ｌ／分の速度で３６分間導入した。ガス状二酸化炭素導入直後の反応混合物（スラリー）の液温は２５℃、ｐＨは１２．１９であった。この反応混合物を引き続いて、室温下４時間の撹拌を行った。そして撹拌処理済み反応混合物（ｐＨ１３．４０、Ａｌ2Ｏ3濃度３．５質量％）４３４０ｇを得た。
得られた反応混合物４０００ｇをステンレス製オートクレーブ容器に仕込み、１１０℃で４時間水熱処理を行った。得られた水性懸濁液は、ｐＨ１３．５１、粘度２０８ｍＰａ．ｓを示し、Ａｌ2Ｏ3濃度３．５質量％であった。この水性懸濁液のレーザー回折・散乱法粒度分布を測定すると、１５０ｎｍの平均粒径を有する粒子群と９４６ｎｍの平均粒径を有する粒子群とが認められた。
この水性懸濁液を取り出した後、その水性懸濁液全量に純水１０００ｇと酢酸３２．８ｇとを加えて撹拌して、ｐＨ６．１０に調製した後、限外濾過膜（分画分子量５万）を取り付けた撹拌機付自動連続加圧濾過装置にて、純水４００００ｇを添加しながら脱塩し、その後、装置内で濃縮して酸性水性ギブサイトゾル６８９ｇを得た。得られた酸性水性ギブサイトゾルはｐＨ５．９７、Ａｌ2Ｏ3濃度２０．１質量％、Ｎａ2Ｏ濃度８８質量ｐｐｍ、電気伝導度１７０μＳ／ｃｍ、粘度６．７ｍＰａ・ｓ、酢酸濃度０．１５質量％であり、レーザー回折・散乱法平均粒径１７１ｎｍ、３００℃で乾燥した粉体のＢＥＴ法による比表面積３０１ｍ2／ｇを示した。
透過型電子顕微鏡観察によると、得られた酸性水性ギブサイトゾル中のアルミナ水和物の１次粒子は、５０〜２００ｎｍの一辺の長さと１０〜２０ｎｍの厚さとを有する板状粒子であった。そして、その１次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、５０〜４００ｎｍの長さを有する２次粒子を形成していた。
また、その酸性水性ギブサイトゾルを１１０℃で乾燥した粉体を１１００℃迄熱分析すると、そのアルミナ水和物のコロイド粒子は２．９２のＨ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3モル比を有することと、同じくその１１０℃で乾燥した粉体の粉末Ｘ線回折法結果（第１表）より、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物と同定できた。この酸性水性ギブサイトゾルは、密閉状態で、温度５０℃で１ヶ月保持した後でもゲル化することはなく安定であった。
実施例２
攪拌装置及びガス吹き込み管を装着したステンレス製容器に市販の液体アルミン酸ナトリウム８０３ｇ（ＡＳ−１７、（株）北陸化成工業所製、Ａｌ2Ｏ3濃度１８．９３質量％、Ｎａ2Ｏ濃度１９．４２質量％）に水２２３７．０ｇを加え、１８℃の恒温水槽に容器ごと入れ、強く撹拌した。このときの希釈したアルミン酸ナトリウム溶液の液温は２０℃であった。この希釈したアルミン酸ナトリウム水溶液中に液化二酸化炭素を気化させて得たガス状二酸化炭素を流速１１７２ｍＬ／分の速度で４９分間導入した。ガス状二酸化炭素導入直後の液温は２０℃、反応混合物（スラリー）のｐＨは１２．４３であった。この反応混合物（スラリー）を引き続いて、室温下４時間の撹拌を行った。撹拌処理済み反応混合物（ｐＨ１３．５８、Ａｌ2Ｏ3濃度５．０質量％）３０３０ｇを得た。
攪拌装置及びガス吹き込み管を装着したステンレス製容器に市販の液体アルミン酸ナトリウム８０３ｇ（ＡＳ−１７、（株）北陸化成工業所製、Ａｌ2Ｏ3濃度１８．９３質量％、Ｎａ2Ｏ濃度１９．４２質量％）に水２２３７．０ｇを加え、１８℃の恒温水槽に容器ごと入れ、強く撹拌した。このときの希釈したアルミン酸ナトリウム溶液の液温は２０℃であった。この希釈したアルミン酸ナトリウム水溶液中に液化二酸化炭素を気化させて得たガス状二酸化炭素を流速１１７２ｍＬ／分の速度で４９分間導入した。ガス状二酸化炭素導入直後の液温は２０℃、反応混合物（スラリー）のｐＨは１２．４３であった。この反応混合物（スラリー）を引き続いて、室温下４時間の撹拌を行った。撹拌処理済み反応混合物（ｐＨ１３．５８、Ａｌ2Ｏ3濃度５．０質量％）３０３０ｇを得た。
この反応混合物３０００ｇをステンレス製オートクレーブ容器に仕込み、１００℃で４時間水熱処理を行った。得られた水性懸濁液は、ｐＨ１３．５０、粘度３４０ｍPａ．ｓを示し、Ａｌ2Ｏ3濃度５．０質量％であった。この水性懸濁液のレーザー回折・散乱法粒度分布を測定すると、１８５ｎｍの平均粒径（標準偏差２１ｎｍ）を有する粒子群と９４０ｎｍの平均粒径（標準偏差１３０ｎｍ）を有する粒子群とが認められた。
この水性懸濁液を取り出し、その水性懸濁液全量に純水４０００ｇと酢酸３１．０ｇとを加えて撹拌して、ｐＨ６．２５に調製した後、限外濾過膜（分画分子量５万）を取り付けた撹拌機付自動連続加圧濾過装置にて、純水２５０００ｇを添加しながら脱塩し、その後、装置内で濃縮して酸性水性ギブサイトゾル１３４０ｇを得た。得られた酸性水性ギブサイトゾルはｐＨ６．３１、Ａｌ2Ｏ3濃度２０．８質量％、Ｎａ2O濃度９１質量ｐｐｍ、電気伝導度９０μＳ／ｃｍ、粘度８．６ｍＰａ・ｓ、酢酸濃度０．１０質量％であり、レーザー回折・散乱法平均粒径１５０ｎｍ、３００℃で乾燥した粉体のＢＥＴ法による比表面積３７４ｍ2／ｇを示した。
得られた酸性水性ギブサイトゾルのレーザー回折・散乱法粒度分布を測定すると、２５０ｎｍの平均粒径（標準偏差５７ｎｍ）を有する粒子群のみが認められた。透過型電子顕微鏡観察によると、得られた酸性水性ギブサイトゾルに含有されるアルミナ水和物の１次粒子は、１５０〜３００ｎｍの一辺の長さと２０〜３０ｎｍの厚さとを有する板状粒子であった。そして、その１次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、５０〜３５０ｎｍの長さを有する２次粒子を形成していた。
また、その酸性水性ギブサイトゾルを１１０℃で乾燥した粉体を１１００℃迄熱分析すると、そのアルミナ水和物のコロイド粒子は３．０３のＨ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3モル比を有することと、同じくその１１０℃で乾燥した粉体の粉末Ｘ線回折法結果より、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物と同定できた。この酸性水性ギブサイトゾルは、密閉状態で、温度５０℃で１ヶ月保持した後でもゲル化することはなく安定であった。
実施例３
実施例１で得られた酸性水性ギブサイトゾル１０００ｇに酢酸を加えてｐＨ６．１０とした後、多連式超音波高圧衝撃分散機（ＵＨ−６００ＳＲＥＸ型超音波ホモジナイザー（商標）、（株）エスエムテー製）を用いて室温で４００ｍＬ／分の流速で３回繰り返し機械的分散処理を行い、その後減圧濃縮して高濃度の酸性水性ギブサイトゾル３７８ｇを得た。
実施例１で得られた酸性水性ギブサイトゾル１０００ｇに酢酸を加えてｐＨ６．１０とした後、多連式超音波高圧衝撃分散機（ＵＨ−６００ＳＲＥＸ型超音波ホモジナイザー（商標）、（株）エスエムテー製）を用いて室温で４００ｍＬ／分の流速で３回繰り返し機械的分散処理を行い、その後減圧濃縮して高濃度の酸性水性ギブサイトゾル３７８ｇを得た。
得られた酸性水性ギブサイトゾルはｐＨ６．１５、Ａｌ2Ｏ3濃度２５．１質量％、電気伝導度３２０μＳ／ｃｍ、粘度１２００ｍＰａ・ｓであり、レーザー回折・散乱法平均粒径１７０〜３７０ｎｍ、３００℃で乾燥したもののＢＥＴ法による比表面積３０８ｍ2／ｇを示した。透過型電子顕微鏡観察によると、得られた酸性水性ギブサイトゾル中のアルミナ水和物の１次粒子は、５０〜２００ｎｍの一辺の長さと１０〜２０ｎｍの厚さとを有する板状粒子であった。そして、その１次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、５０〜４００ｎｍの長さを有する２次粒子を形成していた。
また、その酸性水性ギブサイトゾルを１１０℃で乾燥した粉体を１１００℃迄熱分析すると、そのアルミナ水和物のコロイド粒子は２．９３のＨ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3モル比を有することと、同じくその１１０℃で乾燥した粉体の粉末Ｘ線回折法結果（第１表）より、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物と同定できた。この酸性水性ギブサイトゾルは、密閉状態で、温度５０℃で１ヶ月保持した後でもゲル化することはなく安定であった。
実施例４
実施例１と同様の操作を行い、水性懸濁液４０００ｇを得た。得られた水性懸濁液は、ｐＨ１３．４０、粘度１９８ｍＰａ・ｓを示し、Ａｌ2Ｏ3濃度３．５質量％であった。この水性懸濁液のレーザー回折・散乱法粒度分布を測定すると、１４５ｎｍの平均粒径を有する粒子群と９５２ｎｍの平均粒径を有する粒子群とが認められた。
実施例１と同様の操作を行い、水性懸濁液４０００ｇを得た。得られた水性懸濁液は、ｐＨ１３．４０、粘度１９８ｍＰａ・ｓを示し、Ａｌ2Ｏ3濃度３．５質量％であった。この水性懸濁液のレーザー回折・散乱法粒度分布を測定すると、１４５ｎｍの平均粒径を有する粒子群と９５２ｎｍの平均粒径を有する粒子群とが認められた。
この水性懸濁液を取り出した後、その水性懸濁液全量に純水１０００ｇとその水性懸濁液全量を水素型陽イオン交換樹脂（アンバーライトＩＲ−１２０Ｂ（登録商標）、ローム・アンド・ハース社製）１５００ｇを投げ込み、３０分間攪拌した後に樹脂を分離し、処理液を得た。
この処理液に６８質量％の酢酸４９．５ｇを加えて撹拌して、ｐＨ５．３０に調製した後に減圧濃縮装置で濃縮して酸性水性ギブサイトゾル６８０ｇを得た。
この処理液に６８質量％の酢酸４９．５ｇを加えて撹拌して、ｐＨ５．３０に調製した後に減圧濃縮装置で濃縮して酸性水性ギブサイトゾル６８０ｇを得た。
得られた酸性水性ギブサイトゾルはｐＨ５．７７、Ａｌ2Ｏ3濃度２０．１質量％、Ｎａ2Ｏ濃度７５質量ｐｐｍ、電気伝導度１９５μＳ／ｃｍ、粘度７．９ｍＰａ・ｓ、酢酸濃度０．２０質量％であり、レーザー回折・散乱法平均粒径１６１ｎｍ、３００℃で乾燥した粉体のＢＥＴ法による比表面積２８３ｍ2／ｇを示した。
また、その酸性水性ギブサイトゾルを１１０℃で乾燥した粉体を１１００℃迄熱分析すると、そのアルミナ水和物のコロイド粒子は２．９５のＨ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3モル比を有することと、同じくその１１０℃で乾燥した粉体の粉末Ｘ線回折法結果より、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物と同定できた。この酸性水性ギブサイトゾルは、密閉状態で、５０℃で１ヶ月保持した後でもゲル化することはなく安定であった。
実施例５
実施例１と同様の操作を行い、水性懸濁液４０００ｇを得た。得られた水性懸濁液は、ｐＨ１３．４９、粘度１６２ｍＰａ．ｓを示し、Ａｌ2Ｏ3濃度３．５質量％であった。この水性懸濁液のレーザー回折・散乱法粒度分布を測定すると、１５５ｎｍの平均粒径を有する粒子群と９４０ｎｍの平均粒径を有する粒子群とが認められた。
この水性懸濁液を取り出した後、液量が一定になるように水を加えながら、公称孔径０．２μｍの精密濾過膜を取り付けた撹拌機付自動連続加圧濾過装置を用いて循環しながら脱塩した。脱塩処理反応混合物はｐＨ１０．１１、電気伝導度２５５μＳ／ｃｍ、Ａｌ2Ｏ3濃度７．５質量％であった。
この脱塩処理反応混合物を取り出した後、その脱塩処理反応混合物全量に２０質量％の酢酸濃度を有する酢酸水溶液１４７．５ｇを加えて撹拌して、ｐＨ５．５０に調製した後、減圧濃縮して酸性水性ギブサイトゾル９４０ｇを得た。
この得られた酸性水性ギブサイトゾルはｐＨ５．６５、電気伝導度６１０μＳ／ｃｍ、Ａｌ2Ｏ3濃度１４．５％、粘度６．１ｍＰａｓであり、レーザー回折・散乱法粒径２０２ｎｍ、３００℃で乾燥した粉体のＢＥＴ法による比表面積２９５ｍ2／ｇを示した。
また、このゾルを密閉状態で、温度５０℃で１ヶ月保持した後でもゲル化することはなく安定であった。
実施例１と同様の操作を行い、水性懸濁液４０００ｇを得た。得られた水性懸濁液は、ｐＨ１３．４９、粘度１６２ｍＰａ．ｓを示し、Ａｌ2Ｏ3濃度３．５質量％であった。この水性懸濁液のレーザー回折・散乱法粒度分布を測定すると、１５５ｎｍの平均粒径を有する粒子群と９４０ｎｍの平均粒径を有する粒子群とが認められた。
この水性懸濁液を取り出した後、液量が一定になるように水を加えながら、公称孔径０．２μｍの精密濾過膜を取り付けた撹拌機付自動連続加圧濾過装置を用いて循環しながら脱塩した。脱塩処理反応混合物はｐＨ１０．１１、電気伝導度２５５μＳ／ｃｍ、Ａｌ2Ｏ3濃度７．５質量％であった。
この脱塩処理反応混合物を取り出した後、その脱塩処理反応混合物全量に２０質量％の酢酸濃度を有する酢酸水溶液１４７．５ｇを加えて撹拌して、ｐＨ５．５０に調製した後、減圧濃縮して酸性水性ギブサイトゾル９４０ｇを得た。
この得られた酸性水性ギブサイトゾルはｐＨ５．６５、電気伝導度６１０μＳ／ｃｍ、Ａｌ2Ｏ3濃度１４．５％、粘度６．１ｍＰａｓであり、レーザー回折・散乱法粒径２０２ｎｍ、３００℃で乾燥した粉体のＢＥＴ法による比表面積２９５ｍ2／ｇを示した。
また、このゾルを密閉状態で、温度５０℃で１ヶ月保持した後でもゲル化することはなく安定であった。
比較例１
攪拌装置及びガス吹き込み管を装着したステンレス製容器に市販の液体アルミン酸ナトリウム１２５８ｇ（ＡＳ−１７、（株）北陸化成工業所製、Ａｌ2Ｏ3濃度１９．１３質量％、Ｎａ2Ｏ濃度１９．４６質量％）に水５６１７ｇを加え、強く撹拌した。このときの希釈したアルミン酸ナトリウム溶液の液温は２５℃であった。このアルミン酸ナトリウム溶液中に液化二酸化炭素を気化させて得たガス状二酸化炭素を流速０．８７Ｌ／分の速度で３７分間導入した。導入直後の反応混合物（スラリー）の温度は２５℃、ｐＨは１２．１５であった。この反応混合物（スラリー）を引き続いて４時間の撹拌を行った。そして撹拌処理済み反応混合物（ｐＨ１３．３９、Ａｌ2Ｏ3濃度３．５質量％）６８７０ｇを得た。
攪拌装置及びガス吹き込み管を装着したステンレス製容器に市販の液体アルミン酸ナトリウム１２５８ｇ（ＡＳ−１７、（株）北陸化成工業所製、Ａｌ2Ｏ3濃度１９．１３質量％、Ｎａ2Ｏ濃度１９．４６質量％）に水５６１７ｇを加え、強く撹拌した。このときの希釈したアルミン酸ナトリウム溶液の液温は２５℃であった。このアルミン酸ナトリウム溶液中に液化二酸化炭素を気化させて得たガス状二酸化炭素を流速０．８７Ｌ／分の速度で３７分間導入した。導入直後の反応混合物（スラリー）の温度は２５℃、ｐＨは１２．１５であった。この反応混合物（スラリー）を引き続いて４時間の撹拌を行った。そして撹拌処理済み反応混合物（ｐＨ１３．３９、Ａｌ2Ｏ3濃度３．５質量％）６８７０ｇを得た。
この反応混合物４０００ｇをステンレス製オートクレーブ容器に仕込み、８０℃で１５時間水熱処理を行った。得られた水性懸濁液は、ｐＨ１３．４６、粘度３６８ｍＰａ．Ｓを示し、Ａｌ2Ｏ3濃度３．５質量％であった。
この水性懸濁液を取り出した後、その水性懸濁液全量に純水５０００ｇと酢酸２５．９ｇとを加えて撹拌して、ｐＨ６．１０に調製した後、限外濾過膜（分画分子量５万）を取り付けた撹拌機付自動連続加圧濾過装置にて、純水１００００ｇを添加しながら脱塩し、その後、装置内で濃縮して酸性水性ギブサイトゾル１３３０ｇを得た。得られた酸性水性ギブサイトゾルはｐＨ６．４３、Ａｌ2Ｏ3濃度１０．５質量％、Ｎａ2Ｏ濃度８５質量ｐｐｍ、電気伝導度１２４μＳ／ｃｍ、粘度１０ｍＰａ・ｓ、酢酸濃度０．１８質量％であり、レーザー回折・散乱法平均粒径１５０ｎｍ、３００℃で乾燥した粉体のＢＥＴ法による比表面積３６８ｍ2／ｇを示した。
また、その酸性水性ギブサイトゾルを１１０℃で乾燥した粉体の粉末Ｘ線回折法結果より、バイヤライト構造とギブサイト構造が認められた。
比較例２
攪拌装置及びガス吹き込み管を装着したステンレス製容器に市販の液体アルミン酸ナトリウム８００ｇ（ＡＳ−１７、（株）北陸化成工業所製、Ａｌ2Ｏ3濃度１９．１３質量％、Ｎａ2Ｏ濃度１９．４６質量％）に水３０２６ｇを加え、強く撹拌した。このときの希釈したアルミン酸ナトリウム溶液の液温は２５℃であった。このアルミン酸ナトリウム溶液中に液化二酸化炭素を気化させて得たガス状二酸化炭素を流速０．８７Ｌ／分の速度で６０分間導入した。導入直後の反応混合物（スラリー）の温度は２５℃、ｐＨは１１．８０であった。この反応混合物（スラリー）を引き続いて４時間の撹拌を行った。そして撹拌処理済み反応混合物（ｐＨ１２．９９、Ａｌ2Ｏ3濃度４．０質量％）３８００ｇを得た。
攪拌装置及びガス吹き込み管を装着したステンレス製容器に市販の液体アルミン酸ナトリウム８００ｇ（ＡＳ−１７、（株）北陸化成工業所製、Ａｌ2Ｏ3濃度１９．１３質量％、Ｎａ2Ｏ濃度１９．４６質量％）に水３０２６ｇを加え、強く撹拌した。このときの希釈したアルミン酸ナトリウム溶液の液温は２５℃であった。このアルミン酸ナトリウム溶液中に液化二酸化炭素を気化させて得たガス状二酸化炭素を流速０．８７Ｌ／分の速度で６０分間導入した。導入直後の反応混合物（スラリー）の温度は２５℃、ｐＨは１１．８０であった。この反応混合物（スラリー）を引き続いて４時間の撹拌を行った。そして撹拌処理済み反応混合物（ｐＨ１２．９９、Ａｌ2Ｏ3濃度４．０質量％）３８００ｇを得た。
この反応混合物３５００ｇをステンレス製オートクレーブ容器に仕込み、１１０℃で４時間水熱処理を行った。得られた水性懸濁液は、ｐＨ１３．２１、粘度１７ｍＰａ．Ｓを示し、Ａｌ2Ｏ3濃度４．０質量％であった。
この水性懸濁液を取り出した後、その水性懸濁液全量に純水５０００ｇと酢酸２８．９ｇとを加えて撹拌して、ｐＨ６．０３に調製した後、限外濾過膜（分画分子量５万）を取り付けた撹拌機付自動連続加圧濾過装置にて、純水１２０００ｇを添加しながら脱塩し、その後、装置内で濃縮して酸性水性アルミニウムゾル１２１０ｇを得た。得られた酸性水性ギブサイトゾルはｐＨ６．４３、Ａｌ2Ｏ3濃度１１．５質量％、Ｎａ2Ｏ濃度８８質量ｐｐｍ、電気伝導度１２０μＳ／ｃｍ、粘度１５ｍＰａ・ｓ、酢酸濃度０．１５質量％であり、レーザー回折・散乱法平均粒径１６５ｎｍ、３００℃で乾燥した粉体のＢＥＴ法による比表面積２９１ｍ2／ｇを示した。
また、その酸性水性アルミニウムゾルを１１０℃で乾燥した粉体の粉末Ｘ線回折法結果より、バイヤライト構造のみが認められた。
本発明によって得られる安定な酸性水性ギブサイトゾル及び高濃度かつ安定な酸性水性ギブサイトゾルは、従来のギブサイトに比較すると、粒子の大きさが小さいため種々の用途に従来得られなかった改良をもたらす。組成物をつくるために従来のアルミナゾルに加えられた成分は、本発明の酸性水性ギブサイトゾルに対しても加えることができる。それは、シリカゾル、アルキルシリケートの加水分解液、その他の金属酸化物ゾル、水溶性樹脂、樹脂エマルジョン、ゴム、増粘剤、消泡剤、界面活性剤、耐火物粉末、金属粉末、顔料、カップリング剤などが挙げられる。
従来から用いられている種々の塗料成分と共に本発明の酸性水性ギブサイトゾルを配合することにより、無機塗料、耐熱塗料、防食塗料、無機-有機複合塗料などを容易に調製することができる。本発明の酸性水性ギブサイトゾルを含有する塗料から形成された乾燥塗膜にはピンホールが少なく、クラックも殆ど見られない。この理由は、塗膜形成において、酸性水性ギブサイトゾルに含有されるの５０〜５００ｎｍの２次粒子は一般のコロイド粒子に見られる塗膜中での偏析現象を起こさず、塗膜中内に２次粒子による堅牢な架橋構造を形成するためと考えられる。また２次粒子が小さく塗料中の分散が良いために、従来のギブサイトでは成し得なかった塗膜の艶を出すことが出来る。
本発明の酸性水性ギブサイトゾルを含有するこれら塗料、接着剤などは、種々の基材、例えば、ガラス、セラミックス、金属、プラスチックス、木材、繊維、紙などの表面に適用することができる。本発明の酸性水性ギブサイトゾルは、通常のガラス繊維、セラミック繊維、その他の無機繊維などのフェルト状物に含浸させることもできる。
本発明の酸性水性ギブサイトゾルは２次粒子が５０〜５００ｎｍの長さを有するため、多層配線半導体デバイスにおける層間絶縁膜、及びアルミニウム、銅、タングステン又はそれらの合金のようなメタル配線の表面研磨、及び基材例えば磁気記録媒体用ディスクの上に設けられたＮｉ-Ｐ等のメッキ層の表面研磨剤としても有用である。
本発明の酸性水性ギブサイトゾルは、高い安定性を示し、その媒体の除去によって終局的に粉体に変わる性質を有するが、この粉体に含有される２次粒子は５０〜５００ｎｍの長さを有するので、このゾルが乾燥する際に、又は硬化後には、このゾルに由来する独特の性質を示す。
Claims (6)
- 下記の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）工程を含む、
電子顕微鏡観察によると、５０〜３００ｎｍの一辺の長さと１０〜４０ｎｍの厚さとを有する板状１次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、５０〜５００ｎｍの長さを有する２次粒子を含有する安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法。
（Ａ）：５〜３５℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、当該二酸化炭素の添加終了直後において１２．０〜１２．５のｐＨを有する反応混合物を生成させる工程、
（Ｂ）：（Ａ）工程で得られた当該反応混合物を１００〜１２０℃の温度で水熱処理することにより、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程、及び
（Ｃ）：（Ｂ）工程で得られた当該水性懸濁液を、限外濾過法にて水と酸とを添加して脱塩処理することにより、３〜７のｐＨを有する酸性水性ギブサイトゾルを形成させる工程。 - （Ｂ）工程において、水熱処理する前に（Ａ）工程で得られた反応混合物を２〜２４時間の攪拌で前処理する請求項１に記載の安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法。
- 下記の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）工程を含む、
電子顕微鏡観察によると、５０〜３００ｎｍの一辺の長さと１０〜４０ｎｍの厚さとを有する板状１次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、５０〜５００ｎｍの長さを有する２次粒子を含有する安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法。
（ａ）：５〜３５℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、当該二酸化炭素の添加終了直後において１２．０〜１２．５のｐＨを有する反応混合物を生成させる工程、
（ｂ）：（ａ）工程で得られた当該反応混合物を１００〜１２０℃の温度で水熱処理することにより、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程、及び
（ｃ）：（ｂ）工程で得られた当該水性懸濁液を、ケーク濾過法にて水と酸とを添加して脱塩処理することにより、３〜７のｐＨを有する酸性水性ギブサイトゾルを形成させる工程。 - （ｂ）工程において、水熱処理する前に（ａ）工程で得られた反応混合物を２〜２４時間の攪拌で前処理する請求項３に記載の安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法。
- 請求項１又は３に記載の製造方法で得られる安定な酸性水性ギブサイトゾルを機械的分散処理後、濃縮することを特徴とする高濃度かつ安定な酸性水性ギブサイトゾルの製造方法。
- 下記の（Ａ）及び（Ｂ）工程を含む、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液の製造方法。
（Ａ）：５〜３５℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、当該二酸化炭素の添加終了直後において１２．０〜１２．５のｐＨを有する反応混合物を生成させる工程、及び
（Ｂ）：（Ａ）工程で得られた当該反応混合物を１００〜１２０℃の温度で水熱処理することにより、ギブサイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程。
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