JP4969076B2 - 炭酸ストロンチウム微粉末の製造方法 - Google Patents

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本発明は、炭酸ストロンチウム微粉末の製造方法に関する。
炭酸ストロンチウム粉末の用途の一つとして、チタン酸ストロンチウム粉末などの誘電体セラミック粉末の製造原料の用途がある。誘電体セラミック粉末は、積層セラミックコンデンサの誘電体セラミック層の構成材料として利用されている。
電子機器の小型化に伴って、積層セラミックコンデンサにおいても小型化が求められている。積層セラミックコンデンサの小型化のためには、積層セラミックコンデンサの誘電体セラミック層の薄層化が必要となる。この誘電体セラミック層の薄層化のためには、微細で、かつ組成が均一な誘電体セラミック粉末が不可欠である。
微細で、かつ組成が均一なチタン酸ストロンチウム粉末を製造するには、炭酸ストロンチウム粉末や二酸化チタン粉末などの原料粉末が微細であることが必要となる。このため、微細な炭酸ストロンチウム粉末や二酸化チタン粉末を製造するための方法が検討されており、次に述べるような方法が開示されている。
特許文献1には、微細な炭酸ストロンチウム粉末の製造方法として、水酸化ストロンチウム溶液に、好ましくはカルボン酸のアンモニウム塩及びアルキルアンモニウム塩の存在下にて、二酸化炭素ガスを導入して、炭酸ストロンチウム粒子を生成させ、生成した炭酸ストロンチウム粒子に攪拌反応器(ホモジナイザー)を用いて、互いにかみあう手段の剪断力及び摩擦力を高い相対速度で加えた後に、分離して、乾燥することからなる方法が開示されている。この特許文献1によれば、この方法を利用することによって、BET比表面積が3〜50m2/gの範囲にあって、粒子の少なくとも90%以上が0.1〜1.0μmの範囲、有利には0.2〜1.0μmの範囲の直径を有する炭酸ストロンチウム粉末が得られるとされている。
一方、微細な二酸化チタン粉末の製造方法としては、特許文献2に硫酸チタニルを水とアルコールとの混合溶液に溶解した後、その溶液を加熱還流する方法が開示されている。この特許文献2によれば、この方法を利用することによって、平均粒子径で5.5〜12.0nmのナノオーダーの二酸化チタン粉末が得られるとされている。
特表平11−514961号公報 特開平11−1321号公報
上述のように、微細なチタン酸ストロンチウム粉末を製造するためには、炭酸ストロンチウム粉末や二酸化チタン粉末などの原料粉末が微細であることが必要となる。二酸化チタン粉末については、上記のように、非常に微細な粉末を得る方法が知られている。しかし、これまでに知られている炭酸ストロンチウム粉末は、二酸化チタン粉末と比べると粒子径がかなり大きい。
従って、本発明の目的は、従来の炭酸ストロンチウム粉末と比べてさらに微細な炭酸ストロンチウム微粉末の製造方法を提供することにある。
本発明者は、クエン酸やアスコルビン酸など遊離の有機酸の存在下にて、水酸化ストロンチウムを炭酸化させることによって、カルボン酸のアンモニウム塩及びアルキルアンモニウム塩の存在下にて水酸化ストロンチウムを炭酸化させる従来の方法よりもBET比表面積の大きい微細な炭酸ストロンチウム粒子を生成させることが可能となることを見出した。
本発明は、一分子中に二以上のカルボキシル基を有する炭素原子数3〜12のカルボン酸及びアスコルビン酸からなる群より選ばれる有機酸の存在下にて、水酸化ストロンチウム濃度が1〜20質量%の水酸化ストロンチウムの水溶液もしくは懸濁液を攪拌しながら、該水溶液もしくは懸濁液に二酸化炭素ガスを、該水溶液もしくは懸濁液中の水酸化ストロンチウム1gに対して0.5〜200mL/分の範囲の流量にて導入することにより、水酸化ストロンチウムを炭酸化させて炭酸ストロンチウム粒子を生成させ、次いで乾燥することからなる、BET比表面積が52〜300m2/gの範囲にある炭酸ストロンチウム微粉末の製造方法にある。
本発明の製造方法の好ましい態様は、次の通りである。
)有機酸が、クエン酸もしくはアスコルビン酸である。
)有機酸が、水酸化ストロンチウムの水溶液もしくは懸濁液中に、生成する炭酸ストロンチウム粒子に対して0.01〜20質量%となる量にて存在する。
本発明の製造方法を利用することによって、BET比表面積が52〜300m2/gの範囲にある微細な炭酸ストロンチウム微粉末を工業的に有利に製造することが可能となる。
また、本発明の製造方法により得られる炭酸ストロンチウム微粉末と微細な二酸化チタンとを用いることによって、微細で、かつ組成が均一なチタン酸ストロンチウム粉末を製造することが可能となる。
本発明の炭酸ストロンチウム微粉末の製造方法は、有機酸の存在下にて、水酸化ストロンチウム濃度が1〜20質量%の水酸化ストロンチウムの水溶液もしくは懸濁液を攪拌しながら、該水溶液もしくは懸濁液に二酸化炭素ガスを、該水溶液もしくは懸濁液中の水酸化ストロンチウム1gに対して0.5〜200mL/分の範囲の流量にて導入することにより、水酸化ストロンチウムを炭酸化させて炭酸ストロンチウム粒子を生成させ、次いで乾燥することからなる。
本発明の炭酸ストロンチウムの製造方法では、遊離の有機酸の存在下にて、水酸化ストロンチウムを炭酸化させて炭酸ストロンチウム粒子を生成させることに主な特徴がある。有機酸は、一分子中に二以上のカルボキシル基を有する、炭素原子数3〜12のカルボン酸もしくはアスコルビン酸であることが好ましい。カルボン酸の例としては、クエン酸、リンゴ酸、アジピン酸、グルカル酸、酒石酸及びマレイン酸を挙げることができる。特に好ましい有機酸は、クエン酸及びアスコルビン酸である。
有機酸は、水酸化ストロンチウムの水溶液もしくは懸濁液中に、生成する炭酸ストロンチウム粒子に対して0.01〜20質量%となる量にて存在することが好ましく、2〜15質量%となる量にて存在することが特に好ましい。
炭酸ストロンチウム粒子の製造に用いる水酸化ストロンチウムの水溶液もしくは懸濁液は、水酸化ストロンチウム濃度が2〜10質量%の範囲にあることが特に好ましい。
水酸化ストロンチウムの水溶液もしくは懸濁液に導入する二酸化炭素ガスの流量は、水酸化ストロンチウムの水溶液もしくは懸濁液中の水酸化ストロンチウム1gに対して0.5〜100mL/分の範囲となる流量であることが特に好ましい。二酸化炭素ガスは、単独で水酸化ストロンチウム懸濁液に導入してもよいし、窒素、アルゴン、酸素及び空気などの水酸化ストロンチウムに対して不活性なガスとの混合ガスとしてストロンチウムの水溶液もしくは懸濁液に導入してもよい。水酸化ストロンチウムの炭酸化の終点は、水酸化ストロンチウムの水溶液もしくは懸濁液のpHが7以下となった時点とすることができる。
水酸化ストロンチウムを炭酸化させる際の水酸化ストロンチウムの水溶液もしくは懸濁液の液温は、2℃以上であることが好ましく、5〜100℃の範囲にあることがより好ましく、5〜50℃の範囲が特に好ましい。
水酸化ストロンチウムの炭酸化によって生成した炭酸ストロンチウムの懸濁液の乾燥は、スプレードライヤなどの懸濁液の乾燥に通常用いられる装置を用いることができる。
以上のようにして得られる炭酸ストロンチウム微粉末は、BET比表面積が52〜300m2/gの範囲にある非常に微細な炭酸ストロンチウム微粉末である。
本発明の製造方法によって得られる炭酸ストロンチウム微粉末は一次粒子は微細なために凝集粒子(二次粒子)を形成し易い傾向にある。このため、必要に応じて炭酸ストロンチウム微粉末を粉砕処理してもよい。
炭酸ストロンチウム微粉末の粉砕処理方法としては、炭酸ストロンチウム微粉末を水性媒体に分散させて調製した炭酸ストロンチウム懸濁液に、セラミック製ビーズによる剪断力を付与して凝集粒子を粉砕する方法を用いることができる。炭酸ストロンチウム微粉末の粉砕に用いるセラミック製ビーズは、平均粒子径が10〜1000μmの範囲にあることが好ましく、30〜500μmの範囲にあることが特に好ましい。セラミック製ビーズとしては、酸化ジルコニウムビーズや酸化アルミニウムビーズなどの通常の粉砕操作に用いられる公知のビーズを用いることができる。粉砕処理に用いる炭酸ストロンチウム懸濁液は、炭酸ストロンチウム粒子が全体量に対する固形分濃度として5〜40質量%の範囲となる量にて分散されていることが好ましい。凝集粒子の粉砕処理を行なう前、もしくは粉砕処理の途中で、粉砕により生成する炭酸ストロンチウム微粒子(一次粒子)の凝集を防止するために、懸濁液にポリカルボン酸アンモニウム塩などのポリカルボン酸塩を添加してもよい。ポリカルボン酸塩の添加量は、懸濁液の固形分に対して、1〜10質量%の範囲となる量であることが好ましい。
上記の粉砕処理を行なうことによって、一次粒子の投影面積相当径の平均が5〜50nmの範囲にあり、その投影面積相当径の平均に対する変動係数が40%以内であって、一次粒子のアスペクト比(長径/短径)の平均が2以下である、一次粒子の形状が粒状の炭酸ストロンチウム微粉末を得ることができる。なお、投影面積円相当径は、粒子の投影面積と同じ面積を持つ円の直径を意味する。変動係数は、投影面積相当径の標準偏差を投影面積相当径の平均値で割った値である。アスペクト比は、粒子の外郭に接するように、かつその面積が最も小さくなるように描いた直角四角形の長辺と短辺との比を意味する。
本発明の製造方法により得られる炭酸ストロンチウム微粉末は、従来の炭酸ストロンチウム粉末と比べて高比表面積であることから反応性が高い。また、粉砕処理により容易に微細でかつ粒子サイズが揃った一次粒子を得ることができる。本発明の製造方法により得られる炭酸ストロンチウム微粉末を用いて、チタン酸ストロンチウムなどの誘電体セラミック粉末を製造する場合は、炭酸ストロンチウム微粉末を水性媒体に分散させて懸濁液として、他の原料粉末と湿式混合することができる。
[実施例1]
内容積5Lのテフロン(ポリテトラフルオロエチレン)製反応容器に、イオン交換水4200g、水酸化ストロンチウム・八水和物(カルシウム含有量:0.001質量%以下、バリウム含有量:0.001質量%以下、硫黄含有量:0.001質量%以下)4500gそしてクエン酸12.5gを投入して、水酸化ストロンチウム濃度4.64質量%の水酸化ストロンチウム懸濁液を調製した。反応容器を冷却して、懸濁液の液温を10℃に調節した後、攪拌機にて懸濁液を攪拌しながら、二酸化炭素ガスを5L/分(懸濁液中の水酸化ストロンチウム1gに対して、約24mL/分)の流量にて導入して、水酸化ストロンチウムを炭酸化させて炭酸ストロンチウム粒子を生成させた。炭酸化中は、懸濁液のpHの測定を行い、懸濁液のpHが7を下回った時点で二酸化炭素ガスの導入を停止した。
得られた炭酸ストロンチウム懸濁液を、スプレードライヤを用いて乾燥して炭酸ストロンチウム微粉末を得た。得られた炭酸ストロンチウム微粉末のBET比表面積は107m2/gであった。
得られた炭酸ストロンチウム微粉末を水に分散させて、固形分濃度10質量%の炭酸ストロンチウム懸濁液を調製した。この炭酸ストロンチウム懸濁液をメディアミル(型式:AMC12.5、有効容量:9.0L、アシザワ・ファインテック(株)製)に投入し、直径300μmの酸化ジルコニウム製ビーズを用いて、ビーズ充填量80体積%、周速7m/秒、滞留時間90分の条件にて粉砕した。
粉砕後の炭酸ストロンチウム懸濁液を、スプレードライヤを用いて乾燥して炭酸ストロンチウム微粉末を得た。得られた炭酸ストロンチウム粉末の粒子形状を、電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて観察したところ、炭酸ストロンチウム粉末の一次粒子は粒状であることが確認された。この炭酸ストロンチウム粉末の一次粒子の投影面積円相当径は17nm、その投影面積相当径の平均に対する変動係数は20%、そしてアスペクト比は1.65であった。
[実施例2]
クエン酸の代わりにアスコルビン酸12.5gを用いた以外は、実施例1と同様にして、炭酸ストロンチウム微粉末を製造した。得られた炭酸ストロンチウム微粉末のBET比表面積は57m2/gであった。

Claims (3)

  1. 一分子中に二以上のカルボキシル基を有する炭素原子数3〜12のカルボン酸及びアスコルビン酸からなる群より選ばれる有機酸の存在下にて、水酸化ストロンチウム濃度が1〜20質量%の水酸化ストロンチウムの水溶液もしくは懸濁液を攪拌しながら、該水溶液もしくは懸濁液に二酸化炭素ガスを、該水溶液もしくは懸濁液中の水酸化ストロンチウム1gに対して0.5〜200mL/分の範囲の流量にて導入することにより、水酸化ストロンチウムを炭酸化させて炭酸ストロンチウム粒子を生成させ、次いで乾燥することからなる、BET比表面積が52〜300m2/gの範囲にある炭酸ストロンチウム微粉末の製造方法。
  2. 有機酸が、クエン酸もしくはアスコルビン酸である請求項1に記載の炭酸ストロンチウム微粉末の製造方法。
  3. 有機酸が、水酸化ストロンチウムの水溶液もしくは懸濁液中に、生成する炭酸ストロンチウム粒子に対して0.01〜20質量%となる量にて存在する請求項1に記載の製造方法。
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