JP5637830B2

JP5637830B2 - いがぐり状ベーマイト及びその製造方法

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Publication number: JP5637830B2
Application number: JP2010274847A
Authority: JP
Inventors: 健二木戸; 順久岡田; 郁夫大嶋
Original assignee: Kawai Lime Industry Co Ltd
Current assignee: Kawai Lime Industry Co Ltd
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2030-12-09
Also published as: JP2012121773A

Description

本発明は、新規な形状のベーマイト及びその製造方法に関し、詳細には、多数の針状片が結束していがぐり状の形状をなすベーマイト及びその製造方法に関する。

ベーマイトは、AlO(OH)又はAl₂O₃・H₂Oの化学組成で示され、一般的にアルミナ３水和物を水熱処理することにより製造される化学的に安定なアルミナ１水和物であり、電子基板をはじめとするプラスチック製品、ゴム、接着剤、塗料等の難燃用フィラー、補強用フィラー、膨張率抑制用フィラー、熱伝導用フィラーとして使用されている。また、塗料や化粧品の光輝用フィラー、触媒担体、アルミナの原料、製紙用塗工内填フィラー等様々な用途で使用されている。ベーマイトは、水熱処理の製造条件を調整することにより板状、針状、立方体状等の種々の形状に制御できる。アスペクト比の高い板状ベーマイトや針状ベーマイトは、被充填物の引張り強度、曲げ強度、弾性率等の機械的強度を増大させることができる。とりわけ、従来の針状ベーマイト（特許文献１、特許文献２参照）は、アスペクト比が高いだけでなく、比表面積が大きいため上記の効果に優れている。

特開２００３−５４９４１号公報特開２００８−３７７４１号公報

しかし、従来の針状ベーマイトは、被充填物に充填した場合、被充填物の粘度を上昇させ、流動性を低下させるため、被充填物の加工性が悪くなることや所望の充填量を得られないという問題があった。また、被充填物と針状ベーマイトを複合するために押出成形が一般的に広く用いられるが、これらの成形において針状ベーマイトが特定の方向（押出し方向、樹脂の流れる方向）のみに配向する特徴を有し、１次元的（直線的）に配向するため、２次元的（平面的）、３次元的（立体的）な補強等の効果が期待できないという問題があった。さらに、ベーマイトの安全性は確立されているものの、針状ベーマイトは個々が針状をなすため、吸入した際に体内に刺さる可能性があり、針状ベーマイトを含め針状の形状を有するフィラーは一般に使用が敬遠される傾向にあった。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、針状でありながら被充填物の加工性が良く、充填性に優れ、また被充填物に３次元的に配向するいがぐり状の形状の新規なベーマイトを提供することを課題とする。また、針状でありながら、吸入した際に体内に刺さる可能性を低減させる新規ないがぐり状の形状のベーマイトを提供することを課題とする。
さらに、いがぐり状の形状のベーマイトの製造方法を提供することを課題とする。また、フィラーにより付与される物性が高められる樹脂組成物を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明者等は鋭意検討を重ね本発明に想到した。
すなわち、請求項１に記載の発明は、多数の針状片が結束し、いがぐり状の形状をなし、被充填物への充填性を有することを特徴とするいがぐり状ベーマイトを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、水酸化アルミニウムと、第一添加剤の硫酸マグネシウムと、第二添加剤の水酸化ナトリウムと水酸化カリウムと水酸化カルシウムと水酸化マグネシウムとから選ばれるいずれか１種以上とを含み、硫酸マグネシウムの配合量は水酸化アルミニウム１モルに対するモル比で０．１〜０．５であり、第二添加剤の配合量は硫酸マグネシウム１モルに対するモル比で０．５〜１．２である原料を、水の存在下、２００℃〜２５０℃で水熱反応させることを特徴とする上記のいがぐり状ベーマイトの製造方法を要旨とする。

請求項３に記載の発明は、上記のいがぐり状ベーマイトが充填されてなることを特徴とする樹脂組成物を要旨とする。

上記のように構成される本発明によれば、以下のような効果を奏する。本発明のいがぐり状ベーマイトによれば、針状であるので従来の針状ベーマイトの有する効果を奏する。
本発明のいがぐり状ベーマイトによれば、従来の針状ベーマイトに比べ、被充填物の流動性が高いので被充填物の加工性に優れ、ひいては製品の生産性を高めることができる。
本発明のいがぐり状ベーマイトによれば、従来の針状ベーマイトに比べ、被充填物の流動性が高いので充填性に優れ、被充填物に付与される補強性、熱伝導性等の効果を高めることができ、ひいては被充填物の物性を高めることができる。本発明のいがぐり状ベーマイトによれば、被充填物に３次元的に配向するので、被充填物に付与される補強性、熱伝導性等の効果を高めることができ、ひいては被充填物の物性を高めることができる。本発明のいがぐり状ベーマイトによれば、多数の針状片が結束し、いがぐり状の形状をなすので、従来の針状ベーマイトの吸入した際に体内に刺さるという可能性を低減でき、ひいては安全性が高められる。本発明のいがぐり状ベーマイトの製造方法によれば、いがぐり状ベーマイトを効率的かつ確実に製造できる。本発明の樹脂組成物によれば、補強性、熱伝導性等のフィラーにより付与される物性が高められる。

実施例２のベーマイトの電子顕微鏡写真像である。実施例４のベーマイトの電子顕微鏡写真像である。実施例７のベーマイトの電子顕微鏡写真像である。実施例１３のベーマイトの電子顕微鏡写真像である。実施例１５のベーマイトの電子顕微鏡写真像である。実施例１６のベーマイトの電子顕微鏡写真像である。比較例３のベーマイトの電子顕微鏡写真像である。比較例５のベーマイトの電子顕微鏡写真像である。いがぐり状ベーマイトが充填された樹脂の破断面の電子顕微鏡写真像である。

本発明のいがぐり状ベーマイトは、針状で多数の針状片が結束しいがぐり状の形状を有する。したがって、従来の針状ベーマイトに比べ、被充填物の流動性が高く、また、被充填物に３次元的に配向する。

本発明のいがぐり状ベーマイトは、水酸化アルミニウムと、第一添加剤の硫酸マグネシウムと、第二添加剤の水酸化ナトリウムと水酸化カリウムと水酸化カルシウムと水酸化マグネシウムとから選ばれるいずれか１種以上とを、水の存在下、水熱反応させることにより製造できる。使用する水酸化アルミニウムの平均粒径は、７５μｍ以下が好ましく、１μｍ〜７５μｍがより好ましい。水酸化アルミニウムの平均粒径が１μｍ未満では、針状片が結束しにくくなり、７５μｍを超えると複数のいがぐり状ベーマイトの結晶が結合し大きな塊になりやすく、また、反応時間が長くなりいがぐり状ベーマイトが得られなくなることがある。水酸化アルミニウムは、市販のものを用いることができる。

第一添加剤は硫酸マグネシウムを用いる。硫酸マグネシウムは無水物でも、７水和物に代表される水和物でもよいが、経済面及び溶解性の点から７水和物が好ましい。第一添加剤はいがぐり状ベーマイトの針状片を長く延ばすことができる。硫酸マグネシウムは、市販のものを用いることができる。硫酸マグネシウムの配合量は、水酸化アルミニウム１モルに対するモル比で０．１〜０．５が好ましい。硫酸マグネシウムのモル比が０．１未満では、板状や立方体状のベーマイトが生成しやすく、いがぐり状ベーマイトが得られないことがあり、０．５を超えても特に格別な効果がなく、不経済である。

第二添加剤は、第１属元素又は第２属元素の水酸化物であれば良いが、比較的安価な水酸化ナトリウムと水酸化カリウムと水酸化カルシウムと水酸化マグネシウムとから選ばれるいずれか１種以上が好ましい。第二添加剤は、硫酸マグネシウムと共存することで、ベーマイトの形状をいがぐり状にするとともに、原料のスラリーを調整する際の沈降を防ぎ、生産性を高めることができる。第二添加剤は、いずれも市販のものを用いることができる。第二添加剤の配合量は硫酸マグネシウム１モルに対するモル比で０．５〜１．２が好ましい。第二添加剤のモル比が０．５未満では、反応時間が長くなる他、多数の針状片が結束せず、ばらけた従来の針状ベーマイトになることがある。また、モル比が１．２を超えると板状ベーマイトが混在し、いがぐり状ベーマイトを得ることができなくなることがある。

いがぐり状ベーマイトは、水の存在下、上記の原料を水熱反応させることにより製造できる。加えられる水の量は、原料をスラリーに調整できる限り特に限定されない。また、水熱反応はオートクレーブ等の圧力装置内で加圧下、２００℃〜２５０℃で行うことが好ましい。反応温度が２００℃未満では、反応時間が長くなったり、あるいはいがぐり状ベーマイトが得られないことがある。２５０℃を超えても良いが、高価な高圧の設備が必要となり、またエネルギー面でも不経済である。反応に際しスラリーを撹拌しても撹拌しなくてもよい。反応時間は、３時間〜２４時間の範囲が好ましい。３時間未満では、いがぐり状ベーマイトが得られないことがある。また、２４時間を超えても特に格別な効果がなく、エネルギー面でも不経済である。

以下、本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

〔ベーマイトの製造〕
水酸化アルミニウム（実施例１〜実施例９、実施例１２〜実施例１７、比較例９を除く比較例（日本軽金属社製、Ｂ３０３、平均粒径：３０μｍ）、実施例１０、１１、比較例９（日本軽金属社製、Ｂ５３、平均粒径：５０μｍ）、実施例１８（日本軽金属社製、ＢＦ−０１３、平均粒径：１μｍ）、実施例１９（住友化学社製、Ｃ−３０１、平均粒径：１μｍ）、実施例２０（住友化学社製、Ｃ−３０３、平均粒径：３μｍ）、実施例２１（日本軽金属社製、ＢＦ−０８３、平均粒径：８μｍ）、実施例２２（日本軽金属社製、Ｂ１５３、平均粒径：１５μｍ））と下記の表１、表２に示す第一添加剤の硫酸マグネシウム・７水和物（関東化学社製）と下記の表１、表２に示す第二添加剤（水酸化ナトリウム（関東化学社製）、水酸化カリウム（関東化学社製）、水酸化カルシウム（関東化学社製）、水酸化マグネシウム（関東化学社製）、硫酸ナトリウム（関東化学社製）、塩化ナトリウム（関東化学社製）、炭酸ナトリウム（関東化学社製））とをそれぞれ所定の割合で配合した原料に水を５００ｍｌを加え、３００Ｌオートクレーブを用い、２０５℃（昇温時間：２時間）で１２時間水熱反応を行った。反応終了後（降圧時間：２時間）、反応生成物をろ過、水洗及び粉砕し、所定のベーマイトを得た。得られたベーマイトを電子顕微鏡を用いその形状の観察を行った。図１〜図８に実施例と比較例の電子顕微鏡写真像を示した。なお、表２において、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム及び炭酸ナトリウムを便宜上第二添加剤に含めて示した。

表１及び図１〜図６に示すように、実施例ではいずれもいがぐり状ベーマイトを得ることができた。表中、△はいがぐり状ベーマイトに若干の板状ベーマイトが混在するが、いがぐり状ベーマイトとして使用に供することに支障がないものである。一方、表２及び図７、図８に示すように、比較例ではいがぐり状ベーマイトが得られなかった。▲は板状ベーマイトに若干のいがぐり状ベーマイトが混在するが、いがぐり状ベーマイトとして使用に供することに支障があるものである。

〔樹脂練り込み試験〕
実施例６のいがぐり状ベーマイトと針状ベーマイト（河合石灰工業社製、ＢＭＩ）をそれぞれ用い、エポキシ樹脂（ダウケミカルカンパニー社製、ＤＥＲ＊３３１Ｊ）への樹脂練り込み試験を行った。ビーカーにエポキシ樹脂５０ｇと硬化剤の２−エチル−４−メチルイミダゾール（和光純薬工業社製）１ｇを入れ、ホットスターラーで７０℃に保ちながらよく撹拌した。そこへいがぐり状ベーマイト２１ｇを徐々に添加し、スターラーが撹拌できなくなる点を終点とした。同様の方法で針状ベーマイト９ｇを徐々に添加し、スターラーが撹拌できなる点を終点とした。混合後、型にエポキシ樹脂を流し込み、よく脱泡した後、１７５℃の乾燥機で２時間加熱して硬化させた。

試験の結果、いがぐり状ベーマイトはエポキシ樹脂に対して４２重量部を充填できた。
一方、針状ベーマイトはエポキシ樹脂に対して１８重量部を充填できた。このことより、いがぐり状ベーマイトは、針状ベーマイトに比べ、充填性の高いことが判明した。また、図９に示すように、いがぐり状ベーマイトが充填された樹脂の破断面を電子顕微鏡で観察した結果、いがぐり状ベーマイトが樹脂に３次元的に配向していた。

本発明は、ベーマイトがフィラーとして用いられる合成樹脂、ゴム、接着剤、塗料等の分野に適用できる。

Claims

多数の針状片が結束し、いがぐり状の形状をなし、被充填物への充填性を有することを特徴とするいがぐり状ベーマイト。
水酸化アルミニウムと、第一添加剤の硫酸マグネシウムと、第二添加剤の水酸化ナトリウムと水酸化カリウムと水酸化カルシウムと水酸化マグネシウムとから選ばれるいずれか１種以上とを含み、硫酸マグネシウムの配合量は水酸化アルミニウム１モルに対するモル比で０．１〜０．５であり、第二添加剤の配合量は硫酸マグネシウム１モルに対するモル比で０．５〜１．２である原料を、水の存在下、２００℃〜２５０℃で水熱反応させることを特徴とする請求項１に記載のいがぐり状ベーマイトの製造方法。
請求項１に記載のいがぐり状ベーマイトが充填されてなることを特徴とする樹脂組成物。