JP4749326B2 - 超微粒板状アルミナ粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、大きなアスペクト比を有する、実質的にばらばらの超微粒板状アルミナ粒子を製造する方法に関する。
本発明は、更に、記載した方法を用いて製造した実質的にばらばらの超微粒板状粒子に関する。
板状の形態は、結晶学的に或る面に平行な方向に優先的に粒子が成長し、その面とは別の方向には遅い機構により成長した結果として実現される。
特別な形態を持つ粒子を、生成物相が或るフラックス又は希釈剤に可溶性である場合、そのフラックス又は希釈剤系中で熱処理することにより発生させることができることが知られている。例えば、タングステン酸ビスマスの板状粒子は、酸化ビスマス及び酸化タングステンを、６５０℃より高い温度で溶融塩混合物中で熱処理する間に成長させることができることが既に示されている。溶融塩化物は板状の成長を促進したが、溶融硫酸塩はしなかった。固相系で板状粒子を発生されることは当分野では知られていない。
板状粒子は、化粧品のための軟焦点（ｓｏｆｔ ｆｏｃｕｓ）充填剤材料、研磨及びラッピングスラリー、最新セラミック材料、複合体、硬質被覆、紙被覆、型被覆、及び擬真珠顔料のための基体材料を含めた広い範囲の用途に対し大きな潜在的有用性を有する。
大きなアスペクト比を有し、集合（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）及び／又は凝集（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）の程度が小さい板状粒子は、特にこれらの用途にとって魅力的である。「集合」は、粒子がゆるく一緒に結合して増大した有効粒径を有する塊を形成する程度を意味する言葉である。「凝集」は、例えば、部分的融合又は連晶により、互いに堅く結合した粒子を意味する用語である。集合するにつれて、有効粒径は増大する。粒子の集合及び／又は凝集の程度は、走査電子顕微鏡及びレーザー光散乱粒径分析を併用して通常測定されている。これら二つの方法により決定された平均粒径値が非常に近似していることは、試験された粒子が実質的にばらばらであり、即ち、集合及び／又は凝集の程度又はレベルが低いことを示している。
アルミナの板状粒子を製造する方法は当分野で知られている。例えば、板状アルミナは、アルミニウム三水和物の制御されたか焼により商業的に製造されている。板状アルミナ粒子を製造するための水熱技術は、ＵＳ５，５８７，０１０に記載されている。既知の技術を用いた場合、粒子は凝集する傾向があり、高価な後粉砕及び分級法を用いて粒子を分離する必要がある（例えば、ＵＳ３，１２１，６２３及びＵＳ５，２７７，７０２参照）。それらの粒子は、最小の大きさが１μを越え、従って、アスペクト比が比較的小さい不規則な形及び粒径を持つ傾向も有する。
従来法で知られている特に大きなアスペクト比を達成し、実質的にばらばらの板状粒子を形成することに関する技術の中のあるものは、板状粒子を形成するために非経済的な温度及び圧力条件を必要とする。そのような技術の一例は、大きなアスペクト比を有するαアルミナの集合のない板状粒子を製造する方法を記載したＵＳ５，７０２，５１９〔マーク（Ｍｅｒｃｋ）〕に開示されている。マークの特許は、水溶性アルミニウム及びチタン塩の水性溶液を調製する工程を含む方法を開示している。最終的生成物の凝集を起こさないようにするためには、これらの塩の完全な溶解が必須である。出発材料、即ち、それらの塩は、第一工程として完全に溶解される。マークの方法は、９００〜１４００℃の高い温度で行うのが好ましい。
本発明は、大きなアスペクト比を有する実質的にばらばらの板状αアルミナ粒子を製造する別の方法を与えるという考えで開発された。
従来法の用法及び刊行物をここで言及したが、これらの文献は、それらのいずれも、オーストラリア又は他のどの国でも当分野の共通の一般的知識の一部分を形成していると言うことを認めさせるには至っていないことは明らかに解るであろう。
本明細書及び特許請求の範囲全体にわたり、用語「含む」は、後で定義又は記述される特徴又は工程で明確には定義又は包含されてはいない他の特徴及び／又は工程が、本発明に含まれていてもよいと言う意味で、包括的に用いられている。どのようなそのような他の特徴及び／又は工程が含まれていても良いかは、全体として本明細書を読むことにより明らかになるであろう。
本発明の第一の態様によれば、大きなアスペクト比を有する板状アルミナ粒子を製造する方法において：
アルミニウム前駆物質化合物のナノ粒径の粒子と、充分な体積分率の希釈剤との混合物を形成する工程；及び
前記混合物を熱処理して、前記希釈剤中に分散した実質的にばらばらの板状αアルミナ粒子を形成する工程；
を含み、
前記混合物を熱処理する工程が、希釈剤の融点より低い温度で行われることを特徴とする、製造方法が与えられる。
アルミニウム前駆物質化合物のナノ粒径の粒子と、充分な体積分率の希釈剤との混合物を形成する工程；及び
前記混合物を熱処理して、前記希釈剤中に分散した実質的にばらばらの板状αアルミナ粒子を形成する工程；
を含み、
前記混合物を熱処理する工程が、希釈剤の融点より低い温度で行われることを特徴とする、製造方法が与えられる。
用語「ナノ粒径」とは、粒径が１μより小さな粒子を指すものであることは、当業者には容易に理解されるであろう。本発明のナノ粒径粒子の好ましい粒径範囲は、１００ｎｍより小さく、好ましくは５０ｎｍより小さい。
本方法の生成物は、αアルミナ粒子だけを含んでいる必要はないことは明らかに理解されるであろう。例えば、γアルミナ粒子が存在していてもよい。更に、熱処理工程のための温度は、形成されるγアルミナ粒子と、板状αアルミナ粒子との相対的量を調節するように選択することもできる。例えば、好ましい生成物が、それら粒子の僅か５０％が板状αアルミナの形態になっていさえすればよいならば、熱処理工程は、９０％の板状αアルミナ粒子を必要とする生成物を生成させるように選択される温度よりも低い温度で行うことができる。
本方法の生成物は、αアルミナ粒子だけを含んでいる必要はないことは明らかに理解されるであろう。例えば、γアルミナ粒子が存在していてもよい。更に、熱処理工程のための温度は、形成されるγアルミナ粒子と、板状αアルミナ粒子との相対的量を調節するように選択することもできる。例えば、好ましい生成物が、それら粒子の僅か５０％が板状αアルミナの形態になっていさえすればよいならば、熱処理工程は、９０％の板状αアルミナ粒子を必要とする生成物を生成させるように選択される温度よりも低い温度で行うことができる。
アルミニウム前駆物質化合物のナノ粒径粒子は、実質的にばらばらであるのが好ましい。即ち、走査電子顕微鏡及びレーザー光散乱粒径分析を用いて決定された平均粒径が非常に近似している。
本方法は、更に、熱処理工程後、実質的にばらばらの板状αアルミナ粒子から希釈剤を除去する工程を含むのが好ましい。
ここでの用語「希釈剤」は、混合物を「希釈」し、その工程全体を通して前駆物質アルミナ化合物及び／又は板状αアルミナ粒子の両方の粒子の分離を維持するのに役立つように添加される固体又は液体状の物質を記述するために用いられている。希釈剤は、アルミニウム前駆物質化合物と反応してもよく、或いはスペクテイター（ｓｐｅｃｔａｔｏｒ）として存在させてもよい。
好ましくは、希釈剤は、その希釈剤を選択的に除去し、板状αアルミナ粒子とは反応しない溶媒に可溶性であり、熱処理工程後のその希釈剤を除去する工程は、その溶媒で洗浄する工程を含む。一層好ましくは、溶媒は水又はアルコールである。
希釈剤の充分な体積分率は、混合物の全体積の少なくとも８０％であるのが好ましい。
広い範囲の希釈剤を用いることができるが、好ましい希釈剤は、熱処理中、αアルミナ粒子の板状成長を促進するように選択される。好ましい希釈剤は、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、又は塩化ナトリウムのような金属塩である。塩化ナトリウムが、安価で容易に入手できるので極めて好ましい。
金属フッ化物の形の鉱化剤を、希釈剤・鉱化剤系を形成するために希釈剤へ添加してもよい。好ましい金属フッ化物は、フッ化ナトリウム、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム、及びフッ化アルミニウムナトリウム（氷晶石）である。
混合物の熱処理条件は、用いる特定の希釈剤又は希釈剤・鉱化剤系に依存する。希釈剤・鉱化剤系を用いる利点は、熱処理工程を、希釈剤だけを用いた場合よりも低い温度で行うことができることである。
混合物を熱処理する工程は、板状粒子が形成された時、それら粒子間の分離を維持するために、希釈剤・鉱化剤系のよりも低い温度で行うのが好ましい。
アルミニウム前駆物質化合物は、水酸化アルミニウムであるのが好ましい。水酸化アルミニウムは、安価であり、入手し易く、取扱い易く、容易に脱水して酸化アルミニウムを形成する。
参考のためここに入れるＷＯ ９９／５９７５４に記載されている方法を用いて、本発明の第一の態様による方法のための出発材料として、アルミナ前駆物質化合物の実質的にばらばらなナノ粒径の粒子を生成させてもよい。
他の適当なアルミニウム前駆物質化合物には、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、及び塩化アルミニウムが含まれる。これらの前駆物質化合物を用いた場合、本方法は、本出願人の国際特許出願ＷＯ ９９／５９７５４（それらの内容は参考のためここに入れてある）に記載された方法に従って水酸化ナトリウムのような適当な希釈剤と共にアルミニウム前駆物質化合物を粉砕する工程を更に含むのが好ましい。
本発明の第二の態様に従い、大きなアスペクト比を有する実質的にばらばらの超微粒板状アルミナ粒子を製造する方法において：
アルミニウム前駆物質化合物と、充分な体積分率の希釈剤との混合物を粉砕し、前記希釈剤中に入った中間体アルミニウム化合物のナノ粒径粒子の分散物を形成し、そして
その後、前記分散物を熱処理し、前記中間体アルミニウム化合物のナノ粒径粒子を、αアルミナの実質的にばらばらな板状粒子へ転化する、
ことを含む製造方法が与えられる。
アルミニウム前駆物質化合物と、充分な体積分率の希釈剤との混合物を粉砕し、前記希釈剤中に入った中間体アルミニウム化合物のナノ粒径粒子の分散物を形成し、そして
その後、前記分散物を熱処理し、前記中間体アルミニウム化合物のナノ粒径粒子を、αアルミナの実質的にばらばらな板状粒子へ転化する、
ことを含む製造方法が与えられる。
本方法は、更に、超微粒板状粒子が、超微粒粉末の形で残るように希釈剤を除去する工程を含むのが好ましい。希釈剤を除去する工程は、その希釈剤を選択的に溶解するが、板状アルミナ粒子とは、反応しない溶媒で洗浄する工程を含むのが好ましい。
中間体アルミニウム化合物は、水酸化アルミニウム又は酸化アルミニウムであるのが典型的であろう。前駆物質アルミニウム化合物は、水酸化アルミニウムであるのが典型的であろう。
本発明の第三の態様により、上に記載した方法による生成物が与えられる。そのような生成物は、次の用途：軟焦点化粧品、擬真珠顔料、セラミック成分、型被覆、硬質被覆；で用いるのに適している。
本発明の種々の態様に従って製造された板状αアルミナ粒子は、１：１０〜１：１００、一層好ましくは１：２０〜１：５０の厚さ対直径のアスペクト比を有する。好ましいアスペクト比は、粉末が必要になる特定の用途に依存する。板状アルミナ粒子は、０．１〜３０μの直径を有する。板状アルミナ粒子は、５０〜２００ｎｍの厚さを有するのが好ましい。
本発明の性質を一層詳細に理解し易くするため、超微粒板状アルミナ粒子を製造する方法の好ましい態様を、次に単に例として、図面を参照して詳細に記述する。
好ましい態様についての詳細な記述
本発明の方法及び生成物を例示する実施例を記述する前に、本発明は、記載する特定の希釈剤、鉱化剤、又はアルミニウム前駆物質化合物に限定されるものではないことを理解すべきである。また、ここで用いる用語は、特定の実施例を記載する目的だけのためであり、本発明の範囲を限定するものではないことも理解すべきである。別に定義しない限り、ここで用いる全ての技術的及び科学的用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されているのと同じ意味を有する。
本発明の方法及び生成物を例示する実施例を記述する前に、本発明は、記載する特定の希釈剤、鉱化剤、又はアルミニウム前駆物質化合物に限定されるものではないことを理解すべきである。また、ここで用いる用語は、特定の実施例を記載する目的だけのためであり、本発明の範囲を限定するものではないことも理解すべきである。別に定義しない限り、ここで用いる全ての技術的及び科学的用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されているのと同じ意味を有する。
ここに記載するものと同様又は同等の熱処理操作と同様、他の種類の希釈剤、鉱化剤、及び前駆物質化合物を用いて本発明の種々の態様を実施又は試験することができるが、好ましい材料及び方法を、大きなアスペクト比を有する板状アルミナを製造することに関連して次に記述する。
本発明は、αアルミナの板状粒子と同様、γアルミナのナノ粒子の混合物を製造するのにも同様に適用することができることは明らかに理解されるであろう。
本発明は、アルミニウム前駆物質化合物のナノ粒径粒子の混合物の温度が特定の希釈剤中に分散され、か焼され（空気中で加熱され）た場合、前駆物質アルミニウム化合物と希釈剤との或る組合せについて板状粒子の成長が起きると言う最初の観察に基づいている。
希釈剤の選択が、熱処理中に板状成長晶癖への転移が起きる温度を支配することも判明している。適当な希釈剤には、ＮａＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４、及びＫ２ＳＯ４のような金属塩が含まれる。希釈剤・鉱化剤系は、一種類以上のそれら希釈剤と、ＡｌＦ３、Ｎａ３ＡｌＦ６、又はそれらの混合物のような金属フッ化物とを混合することにより形成することができる。
希釈剤又は希釈剤・鉱化剤系を選択することにより、固体又は液体状の希釈剤を用いて板状の形態を発生させることができる。
希釈剤（一種又は多種）の融点より高いか、又は希釈剤・鉱化剤系の液相温度より高い温度で熱処理を行なった場合、板状アルミナ粒子は、液相での連晶の結果として互いに固着したクラスターを形成する傾向がある。これらの条件で実質的にばらばらの板状粒子を形成するためには、混合物を撹拌する。
希釈剤（一種又は多種）の融点より低いか、又は希釈剤・鉱化剤系の液相温度よりも低い温度で熱処理を行なった場合、成長中の隣合った板状粒子が互いに分離するのに充分な希釈剤の固体粒子が存在することにより、板状粒子の連晶が回避される。
次に例示する実施例全体にわたり、水酸化アルミニウムは、単なる例として好ましいアルミニウム前駆物質化合物として用いられており、本発明の範囲を何らかに限定するものではない。前駆物質化合物として水酸化アルミニウムを用いた場合、熱処理工程は、第一段階として水酸化アルミニウムの脱水を起こす。γアルミナのナノ粒径の粒子が、混合物内に形成され、続いて、熱処理の温度が更に上昇するにつれて、αアルミナ（αＡｌ２Ｏ３）の板状粒子へ転移する。
例示としての続く実施例から、特定の理論によって束縛されたくはないが、次の因子が大きなアスペクト比を有する実質的にばらばらな板状αアルミナ粒子を形成するのに役立つものと理解されている。
ａ） アルミニウム前駆物質化合物の初期粒径が、板状粒子の最小の大きさ、即ち、その厚さを決定する。従って、最小の厚さの板状アルミナ粒子を達成するためには、ｎｍの大きさになるように前駆物質アルミニウム化合物の初期粒径を選択している。遅い成長方向で成長が行われない範囲内では、板状アルミナ粒子の最小の大きさ（厚さ）は、アルミニウム前駆物質化合物の初期粒径に等しいであろう。
ｂ） 熱処理中成長する板状アルミナ粒子が分離されたままになっているようにするためには、前駆物質アルミニウム化合物の粒子の体積に対し十分な体積分率で希釈剤が存在すべきである。希釈剤又は希釈剤・鉱化剤系の体積分率は、８０％を超えるのが好ましい。
ｃ） 希釈剤は、熱処理中のアルミニウム粒子の板状成長を促進するように選択すべきである。理論によって束縛されたくはないが、特定の塩及び／又は鉱化剤が、成長中の特定の界面の安定化によるものと思われるこの性質を示すことが判明している。
ｄ） 熱処理工程は、希釈剤の融点又は希釈剤・鉱化剤系の液相温度より高いか、又は低い温度で行うことができる。熱処理を、希釈剤又は希釈剤・鉱化剤系が液相にある温度で行う場合、板状アルミナ粒子は互いに固着したクラスターを形成する傾向があることが判明しているが、それは液相中での連晶の結果として起きるものと理解されている。実質的にばらばらの板状粒子は、液体希釈剤又は希釈剤・鉱化剤系の浴を撹拌してそのような連晶を防止することにより生成する。撹拌は、機械的混合、容器の回転、対流の使用、誘導加熱、又は流体中の粒子の相対的運動を与える他の方法により達成され、粒子の相互固着を防ぐことができる。
ｅ） 希釈剤の融点より低いか、又は希釈剤・鉱化剤系の液相温度より低い温度で熱処理を行う場合、充分な固体希釈剤又は希釈剤・硬化剤系が、成長中の隣り合った板状アルミナ粒子を互いに分離すると言う事実により、板状アルミナ粒子の連晶が回避されるものと理解されている。撹拌は、熱処理工程が、希釈剤の融点又は希釈剤・鉱化剤系の液相温度よりも低い温度で行われる場合には、不要である。
以下に記載する例示としての各実施例において、希釈剤は水溶性であり、熱処理後、好ましくは脱イオン水を用いて繰り返し洗浄することにより板状アルミナ粒子から除去される。洗浄する毎に、試料の規模により、３０リットルのドラム中で沈降させるか、又は４０ｃｃ遠心分離管中に入れて遠心分離することにより、板状アルミナ粒子を洗浄溶液から分離する。当業者は、本発明の発明の概念から離れることなく、板状アルミナ粒子から希釈剤を除去するための別の方法を考えることができると予想される。例えば、アルコールのような他の溶媒を用いてもよい。そのような変更は、全て本発明の範囲内に入ると考えられ、そのため次の実施例は単に例示する目的のために与えられている。
実施例１：熱処理中に撹拌した、Ｎａ２ＳＯ４希釈剤中に入れたＡｌ（ＯＨ）３
前駆物質化合物として１８０ｇの水酸化アルミニウム、及び希釈剤として８２０ｇの硫酸ナトリウムを、７リットルの摩滅粉砕ミル中で、２５ｋｇの６．３５ｍｍ直径のステンレス鋼ボールを用いて４００ｒｐｍで１時間粉砕し、ナノ粒径の水酸化アルミニウム粒子を形成した。
前駆物質化合物として１８０ｇの水酸化アルミニウム、及び希釈剤として８２０ｇの硫酸ナトリウムを、７リットルの摩滅粉砕ミル中で、２５ｋｇの６．３５ｍｍ直径のステンレス鋼ボールを用いて４００ｒｐｍで１時間粉砕し、ナノ粒径の水酸化アルミニウム粒子を形成した。
得られた粉末９００ｇを、１１００℃で予め溶融した２．２７ｋｇの硫酸ナトリウムの入った４リットルのアルミナ坩堝に添加した。粉砕した粉末を添加しながら、混合物を２本のアルミナ撹拌棒で６０ｒｐｍで機械的に撹拌し、混合物を１１００℃に維持しながら、更に１時間撹拌した。
Ｘ線回折及び電子顕微鏡による研究により、得られた物質は、厚さが５０〜１００ｎｍで、直径が０．５〜３μのαアルミナの板状子からなることが確認された。それら板状アルミナ粒子は、図１の走査電子顕微鏡写真で例示したように、実質的にばらばらであった。
実施例２：撹拌せずにＮａＣｌ希釈剤中に入れたＡｌ（ＯＨ）３
前駆物質化合物として１００ｇの水酸化アルミニウム、及び希釈剤として１０００ｇの塩化ナトリウムを、７リットルの摩滅粉砕ミル中で、２５ｋｇの６．３５ｍｍ直径のステンレス鋼ボールを用いて６００ｒｐｍで２時間粉砕した。粉砕したままの混合物は、塩化ナトリウムマトリックス中に埋め込まれた約５ｎｍの粒径の水酸化アルミニウムナノ粒子からなっていた。
前駆物質化合物として１００ｇの水酸化アルミニウム、及び希釈剤として１０００ｇの塩化ナトリウムを、７リットルの摩滅粉砕ミル中で、２５ｋｇの６．３５ｍｍ直径のステンレス鋼ボールを用いて６００ｒｐｍで２時間粉砕した。粉砕したままの混合物は、塩化ナトリウムマトリックス中に埋め込まれた約５ｎｍの粒径の水酸化アルミニウムナノ粒子からなっていた。
得られた粉末を、密閉した容器中で６００〜１３００℃の温度で熱処理した。６００〜８００℃でか焼した試料は、γアルミナの等軸ナノ粒子からなっていた。９００〜１２００℃のか焼により、γ及びαアルミナの混合物を与える結果になった。１３００℃でのか焼は、５０〜１００ｎｍの厚さ及び０．５〜５μの直径を有するαアルミナ板状粒子からなる単一相の生成物を与える結果になった。
図２は、この物質の走査電子顕微鏡写真を示し、板状アルミナ粒子の多くは、連晶の結果として互いに固着していることが判明した。
実施例３：鉱化剤と共にＮａＣｌ希釈剤中に入れたＡｌ（ＯＨ）３、固相熱処理による０．５〜５μの板状粒子の生成
前駆物質として１．０４ｇの水酸化アルミニウムを、希釈剤としての６．８８ｇのＮａＣｌ及び鉱化剤としての０．０８ｇの氷晶石（Ｎａ３ＡｌＦ６）と共にスペックス（Ｓｐｅｘ）混合ミル中で、８０ｇの１２．７ｍｍ直径のステンレス鋼ボールを用いて３時間粉砕し、ナノ粒径の水酸化アルミニウム粒子を形成した。氷晶石は塩化ナトリウムに可溶性であることが知られており、７３０℃の共融温度を有する共融希釈剤・鉱化剤系を形成することが知られている。
前駆物質として１．０４ｇの水酸化アルミニウムを、希釈剤としての６．８８ｇのＮａＣｌ及び鉱化剤としての０．０８ｇの氷晶石（Ｎａ３ＡｌＦ６）と共にスペックス（Ｓｐｅｘ）混合ミル中で、８０ｇの１２．７ｍｍ直径のステンレス鋼ボールを用いて３時間粉砕し、ナノ粒径の水酸化アルミニウム粒子を形成した。氷晶石は塩化ナトリウムに可溶性であることが知られており、７３０℃の共融温度を有する共融希釈剤・鉱化剤系を形成することが知られている。
得られる粉末の試料を５００℃で３０分間熱処理し、脱イオン水で洗浄し、α相へ転移する前に粒径を調べた。Ｘ線回折測定により、得られた物質はγアルミナであることが確認された。電子顕微鏡による研究により、粒子は約５ｎｍの粒径の等軸ナノ粒子であることが確認された。
得られた粉末を、共融温度より低い７２０℃で２時間熱処理した。Ｘ線回折及び電子顕微鏡による研究により、得られた物質は直径が０．５〜５μで、厚さが５０〜１００ｎｍのαアルミナ板状子からなっていることが確認された。それら粒子は、凝集レベルの低い本質的に個々の板状子であった。図３は、例３を用いて製造した物質の走査電子顕微鏡写真を示している。
実施例４：鉱化剤と共にＮａＣｌ希釈剤中に入れたＡｌ（ＯＨ）３、液相温度よりも低い温度での固相熱処理による０．１〜９μの板状粒子の生成
前駆物質化合物として５００ｇの水酸化アルミニウムを、希釈剤としての４４５０ｇの塩化ナトリウム、及び鉱化剤としての５０ｇの氷晶石（Ｎａ３ＡｌＦ６）と共に３３リットルの摩滅粉砕ミル中で、１００ｋｇの６．３５ｍｍ直径のステンレス鋼ボールを用いて、２７０ｒｐｍで９０分粉砕し、ナノ粒径の水酸化アルミニウム粒子を形成した。希釈剤・鉱化剤系組成物の液相温度は７９５〜８００℃である。
前駆物質化合物として５００ｇの水酸化アルミニウムを、希釈剤としての４４５０ｇの塩化ナトリウム、及び鉱化剤としての５０ｇの氷晶石（Ｎａ３ＡｌＦ６）と共に３３リットルの摩滅粉砕ミル中で、１００ｋｇの６．３５ｍｍ直径のステンレス鋼ボールを用いて、２７０ｒｐｍで９０分粉砕し、ナノ粒径の水酸化アルミニウム粒子を形成した。希釈剤・鉱化剤系組成物の液相温度は７９５〜８００℃である。
得られた粉末を、７８０℃で２時間熱処理した。Ｘ線回折及び電子顕微鏡による研究により、得られた物質が０．１〜９μの直径及び５０〜１５０ｎｍの厚さを有するαアルミナの板状粒子からなることが確認された。実質的にばらばらの粒子は、集合レベルの低い本質的に個々の板状子であった。図４は、この物質の典型的な走査電子顕微鏡写真を示している。図５は、レーザー光散乱により決定した、例４で製造した試料の板状子粒径分布を示している。
実施例５：鉱化剤と共にＮａＣｌ希釈剤中に入れた部分的に脱水したＡｌ（ＯＨ）３、液相温度よりも低い温度での熱処理による１〜３０μの板状粒子の生成
前駆物質化合物として、２３０℃で２３％の重量減少まで乾燥した６５０ｇの水酸化アルミニウムを、希釈剤としての４３００ｇの塩化ナトリウム及び鉱化剤としての５０ｇの氷晶石と共に３３リットルの摩滅粉砕ミル中で、１００ｋｇの６．３５ｍｍ直径のステンレス鋼ボールを用いて、２７０ｒｐｍで９０分間粉砕し、ナノ粒径の水酸化アルミニウム粒子を含む中間体化合物を形成した。Ｘ線回折測定は、出発水酸化物材料が主にベーマイト（ＡｌＯＯＨ）であり、僅かな分率でギブサイト〔Ａｌ（ＯＨ）３〕が残っていたことを示していた。
前駆物質化合物として、２３０℃で２３％の重量減少まで乾燥した６５０ｇの水酸化アルミニウムを、希釈剤としての４３００ｇの塩化ナトリウム及び鉱化剤としての５０ｇの氷晶石と共に３３リットルの摩滅粉砕ミル中で、１００ｋｇの６．３５ｍｍ直径のステンレス鋼ボールを用いて、２７０ｒｐｍで９０分間粉砕し、ナノ粒径の水酸化アルミニウム粒子を含む中間体化合物を形成した。Ｘ線回折測定は、出発水酸化物材料が主にベーマイト（ＡｌＯＯＨ）であり、僅かな分率でギブサイト〔Ａｌ（ＯＨ）３〕が残っていたことを示していた。
得られた粉末を７８０℃で２時間熱処理した。Ｘ線回折及び電子顕微鏡による研究により、得られた物質は、直径が１〜３０μで、厚さが５０〜２００ｎｍのαアルミナの板状子からなっていることが確認された。それら粒子は、集合レベルの低い本質的に個々の板状子であった。図６は、この物質の典型的な走査電子顕微鏡写真を示している。図７は、レーザー光散乱により決定された、図６の試料の板状子粒径分布を示す図である。
比較例１：粉砕で不充分な希釈剤を使用することによる「錠剤状（ｔａｂｕｌａｒ）」アルミナの生成
前駆物質として、５２０ｇの水酸化アルミニウムを、希釈剤としての４６０ｇの塩化ナトリウム及び鉱化剤としての１０ｇの氷晶石と共に７リットルの摩滅粉砕ミル中で、２５ｋｇの６．３５ｍｍ直径のステンレス鋼ボールを用いて、５００ｒｐｍで１時間粉砕し、ナノ粒径の水酸化アルミニウム粒子を形成した。この質量比は、約５０％の（塩化ナトリウム／氷晶石）の体積分率を与えた。
前駆物質として、５２０ｇの水酸化アルミニウムを、希釈剤としての４６０ｇの塩化ナトリウム及び鉱化剤としての１０ｇの氷晶石と共に７リットルの摩滅粉砕ミル中で、２５ｋｇの６．３５ｍｍ直径のステンレス鋼ボールを用いて、５００ｒｐｍで１時間粉砕し、ナノ粒径の水酸化アルミニウム粒子を形成した。この質量比は、約５０％の（塩化ナトリウム／氷晶石）の体積分率を与えた。
得られた粉末を７８０℃で２時間熱処理した。Ｘ線回折及び電子顕微鏡による研究により、この方法の生成物はαアルミナからなっていることが確認された。それら粒子は低いアスペクト比を有する錠剤状形態を持ち、相互に固着したクラスターを形成していた。それら板状粒子は、直径が１〜５μで、厚さが０．２５〜１μであった。図８は、この物質の典型的な走査電子顕微鏡写真を示している。
比較例２：熱処理前の希釈剤の除去、板状形態を持たない生成物
前駆物質として１．０４ｇの水酸化アルミニウムを、希釈剤としての６．９６ｇの塩化ナトリウムと共に、スペックス混合ミル中で、８０ｇの１２．７ｍｍ直径のステンレス鋼ボールを用いて３時間粉砕した。
前駆物質として１．０４ｇの水酸化アルミニウムを、希釈剤としての６．９６ｇの塩化ナトリウムと共に、スペックス混合ミル中で、８０ｇの１２．７ｍｍ直径のステンレス鋼ボールを用いて３時間粉砕した。
２ｇの粉砕した粉末を、塩化ナトリウム希釈剤の７５％を除去する目的で１２ｍｌの脱イオン水を用いて１回洗浄した。粉末を乾燥し、１３００℃で１時間熱処理した。残留する塩化ナトリウム希釈剤を全て、脱イオン水で６回洗浄することにより除去した。
Ｘ線回折及び電子顕微鏡による研究により、得られた物質は、大きさが１０〜３００μのαアルミナの多孔質粒子からなっていることが示された。板状形態は観察されなかった。
本発明の好ましい実施例を比較例と共に記述してきたが、これらの既に記述したものの外に、基本的発明の概念から離れることなく、関連する分野の当業者には多くの変更及び修正が示唆されるであろう。そのような変更及び修正は、本発明の範囲内に入るものと考えるべきであり、本発明の性質は、前記記述及び特許請求の範囲から決定されるべきである。
Claims (17)
- アルミニウム前駆物質化合物のナノ粒径粒子と、充分な体積分率の希釈剤との混合物を形成する工程；及び
前記混合物を熱処理して、前記希釈剤中に分散した実質的にばらばらの板状αアルミナ粒子を形成する工程；
を含み、
前記混合物を熱処理する工程が、希釈剤の融点より低い温度で行われることを特徴とする、板状アルミナ粒子の製造方法。 - 更に、熱処理工程後に、希釈剤を除去する工程を含む、請求項１に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
- 希釈剤が溶媒に可溶性であり、混合物から希釈剤を除去する工程が、熱処理工程後に溶媒で洗浄する工程を含む、請求項２に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
- 溶媒が水又はアルコールである、請求項３に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
- 希釈剤の充分な体積分率が、混合物の全体積の少なくとも８０％である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
- 希釈剤が金属塩である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
- 金属塩が、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、及び／又は塩化ナトリウムを含む群から選択される、請求項６に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
- 更に、希釈剤に鉱化剤を添加し、希釈剤・鉱化剤系を形成する工程を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
- 鉱化剤が金属フッ化物である、請求項８に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
- 金属フッ化物が、更に、フッ化ナトリウム、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム、及び／又はフッ化アルミニウムナトリウムを含む群から選択される、請求項８に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
- 混合物を熱処理する工程を、希釈剤・鉱化剤系の液相温度より低い温度で行う、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
- アルミニウム前駆物質化合物を、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、及び／又は塩化アルミニウムを含む群から選択する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
- アルミナ前駆物質化合物のナノ粒径粒子が実質的にばらばらである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
- アルミニウム前駆物質化合物と、充分な体積分率の希釈剤との混合物を粉砕し、前記希釈剤中に入った中間体アルミニウム化合物のナノ粒径粒子の分散物を形成する工程；及び
その後、前記分散物中の前記混合物を熱処理して、前記希釈剤中に分散した実質的にばらばらの板状αアルミナ粒子を形成する工程；
を含み、
前記混合物を熱処理する工程が、希釈剤の融点より低い温度で行われることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の板状アルミナ粒子製造方法。 - 更に、熱処理工程後に、希釈剤を混合物から除去する工程を含む、請求項１４に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
- 希釈剤を除去する工程が、前記希釈剤を選択的に溶解するが、板状アルミナ粒子とは反応しない溶媒で洗浄する工程を含む、請求項１５に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
- アルミニウム前駆物質化合物が、水酸化アルミニウム、又は酸化アルミニウムである、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の板状アルミナ粒子製造方法。
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