JP7116857B1 - Titanium oxide powder, method for producing titanium oxide powder, and method for distinguishing titanium oxide powder - Google Patents
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Abstract
【課題】チタン酸バリウムの合成に用いた場合、そのチタン酸バリウムの生成が比較的低い温度から開始する酸化チタン粉末、酸化チタン粉末の製造方法及び、酸化チタン粉末の判別方法を提供する。【解決手段】この発明の酸化チタン粉末は、TiO2と塩素(Cl)とを含有するものであって、発生ガス分析法(EGA-MS)による分析で得られるHClの温度プロファイルにて、ピーク強度の立ち上がり温度が300℃~350℃の範囲内にあるというものである。【選択図】なしKind Code: A1 A titanium oxide powder, a method for producing a titanium oxide powder, and a method for discriminating a titanium oxide powder are provided, in which the production of barium titanate starts at a relatively low temperature when used in the synthesis of barium titanate. The titanium oxide powder of the present invention contains TiO2 and chlorine (Cl), and has a peak intensity of is in the range of 300°C to 350°C. [Selection figure] None
Description
この発明は、TiO2と塩素(Cl)とを含有する酸化チタン粉末、酸化チタン粉末の製造方法及び、酸化チタン粉末の判別方法に関するものである。 The present invention relates to a titanium oxide powder containing TiO 2 and chlorine (Cl), a method for producing the titanium oxide powder, and a method for distinguishing the titanium oxide powder.
機能性粉末である酸化チタンは、高い白色度及び隠蔽性を有する他、光の照射により触媒作用を示し、さらには分散性、耐候性、化学的安定性等の優れた性質を併せ持つ。このため、酸化チタンは、主な用途であった白色顔料や紫外線遮蔽フィラーのみならず、光触媒その他の種々の用途で広く使用されている。 Titanium oxide, which is a functional powder, has high whiteness and hiding power, exhibits catalytic action when irradiated with light, and has excellent properties such as dispersibility, weather resistance, and chemical stability. For this reason, titanium oxide is widely used not only for white pigments and ultraviolet shielding fillers, which are the main uses, but also for photocatalysts and various other uses.
また近年は、酸化チタンの、電子機器ないし部品の分野への展開が急速に進んでいる。たとえば、酸化チタンを原料とするチタン酸バリウムは強誘電体として、積層セラミックコンデンサ(MLCC、Multi-layer Ceramic Capacitor)やPTCサーミスタ(Positive Temperature Coefficient Thermistor)に用いられる。これに関連して、非特許文献1には、酸化チタン(TiO2)と炭酸バリウム(BaCo3)との固相反応により、チタン酸バリウム(BaTiO3)が生成することが記載されている。 In recent years, the use of titanium oxide in the fields of electronic equipment and parts has been rapidly progressing. For example, barium titanate made from titanium oxide is used as a ferroelectric for multi-layer ceramic capacitors (MLCCs) and PTC thermistors (Positive Temperature Coefficient Thermistors). In this regard, Non-Patent Document 1 describes that barium titanate (BaTiO 3 ) is produced by a solid-phase reaction between titanium oxide (TiO 2 ) and barium carbonate (BaCo 3 ).
酸化チタンに関する技術として、特許文献1には、「四塩化チタンの気相反応で得られ、SEM写真より測定した平均粒径をD1、BET比表面積より求めた平均粒径をD2としたときのD1/D2が1.0~1.25であることを特徴とする球状酸化チタン微粒子」が開示されている。 As a technology related to titanium oxide, Patent Document 1 discloses that "D 1 is the average particle diameter obtained by the gas phase reaction of titanium tetrachloride and measured from the SEM photograph, and D 2 is the average particle diameter obtained from the BET specific surface area. Spherical titanium oxide fine particles characterized by a D 1 /D 2 of 1.0 to 1.25.
また、特許文献2には、「下記特性を満足することを特徴とする、球状酸化チタン粉末。 (1)アナターゼ相の割合が50重量%以上の結晶であること (2)メジアン径(D50)が50~300nmであること (3)比表面積が100m2/g以下であること (4)平均円形度が0.80以上であること (5)塩素濃度が10ppmw以下であること (6)画像解析法により得られた1次粒子の体積換算粒子径分布において、下記ロジン-ラムラー式で表される粒度分布の勾配nが1以上3未満の範囲にあること R(Dp)=100exp(-b・Dpn)(但し、式中R(Dp)は最大粒子径から粒子径Dpまでの累積体積%、Dpは粒子径、b及びnは定数である。)」との記載がある。
In addition,
ところで、たとえば、上述した積層セラミックコンデンサ又はPTCサーミスタ等の製造では、酸化チタン粉末は、炭酸バリウム粉末との固相反応によるチタン酸バリウムの合成に用いられることがある。この場合、酸化チタン粉末と炭酸バリウム粉末とを混合して加熱したとき、ある程度低い温度からチタン酸バリウムの生成が始まることが、チタン酸バリウムの結晶性が良くなるという観点から望ましい。特許文献1及び2はいずれも、そのようなチタン酸バリウムの生成開始温度の低温化について何ら着目されていない。
By the way, for example, in the manufacture of the above-described laminated ceramic capacitors or PTC thermistors, titanium oxide powder may be used for synthesizing barium titanate by solid-phase reaction with barium carbonate powder. In this case, when the titanium oxide powder and the barium carbonate powder are mixed and heated, it is desirable from the viewpoint of improving the crystallinity of the barium titanate that the production of barium titanate starts at a relatively low temperature. Neither of
非特許文献1には、酸化チタン粉末と炭酸バリウム粉末との混合粉末中にBaCl2を添加することにより、混合粉末中の塩素成分が存在することでBaTiO3の生成が低温側にシフトすることが記載されている。しかしながら、非特許文献1では、炭酸バリウム粉末との混合前から酸化チタン粉末に含まれる成分が、BaTiO3の合成に及ぼす影響については何ら着目されていない。また、非特許文献1では、塩素成分の種類ないし形態と反応性との関係についても検討されていない。 Non-Patent Document 1 discloses that by adding BaCl 2 to a mixed powder of titanium oxide powder and barium carbonate powder, the presence of chlorine components in the mixed powder shifts the production of BaTiO 3 to the lower temperature side. is described. However, in Non-Patent Document 1, no attention is paid to the effect of the components contained in the titanium oxide powder before mixing with the barium carbonate powder on the synthesis of BaTiO 3 . In addition, Non-Patent Document 1 does not discuss the relationship between the type or form of the chlorine component and reactivity.
この発明は、上述したようなことを課題とするものであり、その目的は、チタン酸バリウムの合成に用いた場合、そのチタン酸バリウムの生成が比較的低い温度から開始する酸化チタン粉末及び、そのような酸化チタン粉末を製造することに適した製造方法を提供することにある。また、この発明の他の目的は、酸化チタン粉末について、チタン酸バリウムの合成に用いた場合に、そのチタン酸バリウムの生成が比較的低い温度から開始するか否かを判別することができる酸化チタン粉末の判別方法を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the problems described above, and an object of the present invention is to provide a titanium oxide powder that, when used in the synthesis of barium titanate, produces barium titanate starting at a relatively low temperature, and An object of the present invention is to provide a manufacturing method suitable for manufacturing such titanium oxide powder. Another object of the present invention is to provide an oxidation method capable of determining whether or not the production of barium titanate starts at a relatively low temperature when titanium oxide powder is used for the synthesis of barium titanate. An object of the present invention is to provide a method for discriminating titanium powder.
発明者は鋭意検討の結果、発生ガス分析法(EGA-MS)で得られるHClの温度プロファイルが特定のピーク強度の立ち上がり温度を有する酸化チタン粉末であれば、それを用いてチタン酸バリウムを合成する際の加熱時に、チタン酸バリウムの生成が低い温度から開始するとの新たな知見を得た。より詳細には、酸化チタン粉末を発生ガス分析法(EGA-MS)で分析したときに得られるHClの温度プロファイルにおいて、ピーク強度の立ち上がり温度を確認することにより、その酸化チタン粉末を用いたチタン酸バリウムの合成時に、その生成が低温段階から始まり、結晶性が良好なものが得られるかどうかについて把握できることを見出した。 As a result of intensive studies, the inventors found that if the temperature profile of HCl obtained by the evolved gas analysis method (EGA-MS) is a titanium oxide powder having a specific peak intensity rising temperature, barium titanate is synthesized using it. A new finding was obtained that the formation of barium titanate starts at a low temperature during heating. More specifically, in the temperature profile of HCl obtained when the titanium oxide powder is analyzed by the evolved gas analysis method (EGA-MS), by confirming the rise temperature of the peak intensity, titanium using the titanium oxide powder It was found that when synthesizing barium oxide, its formation starts at a low temperature stage, and it is possible to grasp whether a product with good crystallinity can be obtained.
この発明の酸化チタン粉末は、TiO2と塩素(Cl)とを含有するものであって、発生ガス分析法(EGA-MS)による分析で得られるHClの温度プロファイルにて、ピーク強度の立ち上がり温度が300℃~350℃の範囲内にあるというものである。 The titanium oxide powder of the present invention contains TiO 2 and chlorine (Cl). is within the range of 300°C to 350°C.
上記の酸化チタン粉末は、前記塩素(Cl)の含有量が、100質量ppm~3000質量ppmであることが好ましい。 The above titanium oxide powder preferably has a chlorine (Cl) content of 100 mass ppm to 3000 mass ppm.
上記の酸化チタン粉末は、比表面積が5m2/g~60m2/gである場合がある。 The above titanium oxide powder may have a specific surface area of 5 m 2 /g to 60 m 2 /g.
上記の酸化チタン粉末は、特にチタン酸バリウムの製造に好適に用いられ得る。 The titanium oxide powder described above can be suitably used particularly for the production of barium titanate.
また、この発明の酸化チタン粉末の製造方法は、TiO2と塩素(Cl)とを含有する酸化チタン粉末を製造する方法であって、チタン塩化物を気相で酸化性ガスと反応させ、TiO2含有粉末を得る反応工程と、脱塩素装置内にて前記TiO2含有粉末を脱塩素用ガスと接触させ、前記TiO2含有粉末から塩素(Cl)を除去する脱塩素工程とを含み、前記脱塩素工程で、650℃~700℃に加熱した前記脱塩素用ガスを、前記脱塩素装置内に200L/min~600L/minの流量で送り込むというものである。 Further, a method for producing a titanium oxide powder according to the present invention is a method for producing a titanium oxide powder containing TiO 2 and chlorine (Cl), wherein titanium chloride is reacted with an oxidizing gas in a vapor phase to produce TiO a reaction step of obtaining a 2 -containing powder; and a dechlorination step of contacting the TiO 2 -containing powder with a dechlorinating gas in a dechlorinating apparatus to remove chlorine (Cl) from the TiO 2 -containing powder, In the dechlorination step, the dechlorination gas heated to 650° C. to 700° C. is fed into the dechlorination device at a flow rate of 200 L/min to 600 L/min.
前記脱塩素工程では、670℃~690℃に加熱した前記脱塩素用ガスを、前記脱塩素装置内に送り込むことが好ましい。 In the dechlorination step, the dechlorination gas heated to 670° C. to 690° C. is preferably fed into the dechlorination device.
また、前記脱塩素工程では、前記脱塩素装置内に送り込む前記脱塩素用ガスの流量を、400L/min~500L/minとすることが好ましい。 Further, in the dechlorination step, the flow rate of the dechlorination gas fed into the dechlorination device is preferably 400 L/min to 500 L/min.
また、この発明の酸化チタン粉末の判別方法は、TiO2と塩素(Cl)とを含有する酸化チタン粉末を判別する方法であって、前記酸化チタン粉末を発生ガス分析法(EGA-MS)で分析し、当該分析により得られるHClの温度プロファイルにて、ピーク強度の立ち上がり温度を確認するというものである。 Further, the method for determining titanium oxide powder of the present invention is a method for determining titanium oxide powder containing TiO 2 and chlorine (Cl), wherein the titanium oxide powder is analyzed by evolved gas analysis method (EGA-MS). It is to confirm the rise temperature of the peak intensity in the temperature profile of HCl obtained by the analysis.
この発明の酸化チタン粉末によれば、チタン酸バリウムの合成に用いた場合、そのチタン酸バリウムの生成が比較的低い温度から開始する。この発明の酸化チタン粉末の製造方法は、そのような酸化チタン粉末を製造することに適したものである。この発明の酸化チタン粉末の判別方法によれば、酸化チタン粉末について、チタン酸バリウムの合成に用いた場合に、そのチタン酸バリウムの生成が比較的低い温度から開始するか否かを判別することができる。 According to the titanium oxide powder of the present invention, when used for synthesizing barium titanate, the production of barium titanate starts at a relatively low temperature. The method for producing titanium oxide powder of the present invention is suitable for producing such titanium oxide powder. According to the method for determining the titanium oxide powder of the present invention, it is determined whether or not the production of barium titanate starts at a relatively low temperature when the titanium oxide powder is used for synthesizing barium titanate. can be done.
以下に、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
この発明の一の実施形態の酸化チタン粉末は、TiO2と塩素(Cl)とを含有するものである。この酸化チタン粉末を発生ガス分析法(EGA-MS)で分析すると、それにより得られるHClの温度プロファイルにおいて、ピーク強度の立ち上がり温度が300℃~350℃の範囲内になる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below.
A titanium oxide powder according to one embodiment of the present invention contains TiO 2 and chlorine (Cl). When this titanium oxide powder is analyzed by the evolved gas analysis method (EGA-MS), the rise temperature of the peak intensity is within the range of 300° C. to 350° C. in the temperature profile of HCl obtained thereby.
EGA-MS分析結果であるHClの温度プロファイルにて、ピーク強度の立ち上がり温度が上記のように比較的低いことは、酸化チタン粉末表面に吸着している塩素(Cl)のうち、物理吸着等の酸化チタン粉末表面との結合力が小さい吸着形態で存在しているHCl(塩化水素)の割合が多いことを意味する。そのような酸化チタン粉末を用いてチタン酸バリウムを作製すると、HCl(塩化水素)がより低温で炭酸バリウムへ吸着して塩化バリウムへの反応を促すことにより、チタン酸バリウムの生成がある程度低い温度から始まるため、生成したチタン酸バリウムの結晶性は高くなると考えられる。但し、この発明は、上述した理論に限定されるものではない。 In the temperature profile of HCl, which is the EGA-MS analysis result, the fact that the rise temperature of the peak intensity is relatively low as described above indicates that among the chlorine (Cl) adsorbed on the surface of the titanium oxide powder, physical adsorption and the like This means that a large proportion of HCl (hydrogen chloride) is present in an adsorbed form with a weak bonding force with the titanium oxide powder surface. When barium titanate is produced using such a titanium oxide powder, HCl (hydrogen chloride) adsorbs to barium carbonate at a lower temperature and promotes the reaction to barium chloride. , the crystallinity of the produced barium titanate is considered to be high. However, the present invention is not limited to the above theory.
(EGA-MS分析)
酸化チタン粉末を発生ガス分析法(EGA-MS)で分析すると、加熱時の温度に応じて発生するガスによる強度の変化を表すEGAサーモグラムが得られる。EGAサーモグラムには、多くの場合、発生ガスの各成分に対応する複数のピーク強度が現れる。このEGAサーモグラムから、塩化水素の分子イオン(m/z 36)の強度変化を抽出したものが、HClの温度プロファイルである。HClの温度プロファイルには、図1に例示するように、HClに対応するピーク強度が含まれる。
(EGA-MS analysis)
When the titanium oxide powder is analyzed by the generated gas analysis method (EGA-MS), an EGA thermogram is obtained which shows the change in intensity due to the gas generated according to the temperature during heating. EGA thermograms often show multiple peak intensities corresponding to each component of the evolved gas. The temperature profile of HCl is obtained by extracting the intensity change of the hydrogen chloride molecular ion (m/z 36) from this EGA thermogram. The temperature profile of HCl includes peak intensities corresponding to HCl, as illustrated in FIG.
この実施形態の酸化チタン粉末は、上記のHClの温度プロファイルにおいて、ピーク強度の立ち上がり温度が300℃~350℃の範囲内になる。この立ち上がり温度が350℃を超える場合は、当該酸化チタン粉末を用いて作製したチタン酸バリウムの生成開始温度が高くなる。 The titanium oxide powder of this embodiment has a peak intensity rising temperature within the range of 300° C. to 350° C. in the temperature profile of HCl. If the rising temperature exceeds 350° C., the generation start temperature of barium titanate produced using the titanium oxide powder becomes high.
上記の観点から、HClの温度プロファイルにおけるピーク強度の立ち上がり温度は、300℃~320℃の範囲内になることが好ましい。 From the above point of view, the rising temperature of the peak intensity in the HCl temperature profile is preferably within the range of 300°C to 320°C.
HClの温度プロファイルを得るには、Agilent Technologies製の5977型(質量選択型検出器付き)もしくは7890型(ガスクロマトグラフ)又は、FRONTIER LAB製の加熱炉式熱分解装置EGA/PY-3030を用いることができる。そのような装置で、加熱条件としては、200℃から30℃/minの速度で500℃に昇温し、トラップ時間を10分とする。加熱雰囲気はヘリウムとし、測定量は20mgとする。そして、これにより得られたHClの温度プロファイルにて、ピーク強度の立ち上がり温度は、図1に示すようにして求める。すなわち、図1に示すように、HClの温度プロファイル上で、ピークトップのピーク強度Ipの1/2の高さ(Ip/2)の点と、ピーク強度Ipの1/10の高さ(Ip/10)の点の2点を通る直線(図1に破線で示す。)を、立ち上がり直線とする。この立ち上がり直線とy軸が交わる点を求めて、この点を立ち上がり温度Trとする。 To obtain the temperature profile of HCl, use Agilent Technologies 5977 (with mass selective detector) or 7890 (gas chromatograph) or FRONTIER LAB furnace pyrolyzer EGA/PY-3030. can be done. In such an apparatus, the heating conditions are that the temperature is raised from 200° C. to 500° C. at a rate of 30° C./min, and the trapping time is 10 minutes. The heating atmosphere is helium, and the measured amount is 20 mg. Then, in the temperature profile of HCl thus obtained, the rise temperature of the peak intensity is obtained as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 1, on the temperature profile of HCl, the point at the height of 1/2 of the peak intensity Ip at the peak top (Ip/2) and the height of 1/10 of the peak intensity Ip (Ip /10), the straight line (indicated by the dashed line in FIG. 1) passing through the two points is defined as the rising straight line. A point at which the rising straight line and the y-axis intersect is determined, and this point is defined as the rising temperature Tr.
(組成)
酸化チタン粉末は、主にTiO2(二酸化チタン)を含有し、さらに塩素(Cl)をその形態を問わず含有するものである。酸化チタン粉末中のTiO2の含有量は、たとえば99.85質量%~100質量%、さらに99.9質量%~100質量%である場合がある。TiO2の含有量は、100%から、ガス成分及び強熱減量を含まない不純物の含有量を差し引いた値を意味する。
(composition)
Titanium oxide powder mainly contains TiO 2 (titanium dioxide) and further contains chlorine (Cl) regardless of its form. The content of TiO 2 in the titanium oxide powder may be, for example, 99.85 wt% to 100 wt%, or even 99.9 wt% to 100 wt%. The content of TiO 2 means the value obtained by subtracting the content of impurities not including gas components and loss on ignition from 100%.
酸化チタン粉末は、ガス成分を除く不純物として、Fe及び/又はAlを、合計0.002質量%以下で含むことがある。ガス成分以外の不純物の含有量は、ICP発光分光法により測定する。 Titanium oxide powder may contain Fe and/or Al in a total amount of 0.002% by mass or less as impurities other than gas components. The content of impurities other than gas components is measured by ICP emission spectroscopy.
酸化チタン粉末は、塩素(Cl)を含む。酸化チタン粉末中、塩素(Cl)は、たとえば四塩化チタンの酸化反応及び加熱加水分解等によって生成するClを含む物質に含まれ、例えば、Cl2(塩素分子)やHCl(塩化水素)等が挙げられる。典型的には、一の実施形態に係る酸化チタン粉末中の塩素(Cl)の大部分は、HCl(塩化水素)の形態で存在し得る。 Titanium oxide powder contains chlorine (Cl). Chlorine ( Cl) in titanium oxide powder is included in substances containing Cl generated by, for example, the oxidation reaction and thermal hydrolysis of titanium tetrachloride. mentioned. Typically, most of the chlorine (Cl) in the titanium oxide powder according to one embodiment can be present in the form of HCl (hydrogen chloride).
酸化チタン粉末中の塩素(Cl)の含有量(どのような形態かを問わず酸化チタン粉末中に含まれるClの総含有量)は、好ましくは100質量ppm~3000質量ppm、より好ましくは150質量ppm~2000質量ppmである。塩素(Cl)の含有量が少なすぎる場合は、炭酸バリウムとの反応性が低下する可能性がある。一方、塩素(Cl)の含有量が多すぎると、炭酸バリウムとの反応が局所的に促進され、チタン酸バリウムの品質が不均一となることがある。 The content of chlorine (Cl) in the titanium oxide powder (the total content of Cl contained in the titanium oxide powder regardless of its form) is preferably 100 ppm by mass to 3000 ppm by mass, more preferably 150 ppm by mass. Mass ppm to 2000 mass ppm. If the chlorine (Cl) content is too low, the reactivity with barium carbonate may decrease. On the other hand, if the content of chlorine (Cl) is too high, the reaction with barium carbonate is promoted locally, and the quality of barium titanate may become uneven.
塩素(Cl)の含有量は、後述する比表面積の大小に影響される場合がある。酸化チタン粉末の比表面積が5m2/g~10m2/gであるときは、塩素(Cl)の含有量は、100質量ppm~400質量ppmであることが好ましい。また、酸化チタン粉末の比表面積が20m2/g~50m2/gであるときは、塩素(Cl)の含有量は、1000質量ppm~3000質量ppmであることが好ましい。 The chlorine (Cl) content may be affected by the size of the specific surface area, which will be described later. When the specific surface area of the titanium oxide powder is 5 m 2 /g to 10 m 2 /g, the chlorine (Cl) content is preferably 100 mass ppm to 400 mass ppm. Further, when the specific surface area of the titanium oxide powder is 20 m 2 /g to 50 m 2 /g, the chlorine (Cl) content is preferably 1000 mass ppm to 3000 mass ppm.
酸化チタン粉末中の塩素(Cl)の含有量は、酸化チタン粉末を硝酸水溶液中に分散させることで溶液中に溶出した塩素(Cl)を硝酸銀標準溶液で滴定する硝酸銀滴定法による分析で測定する。具体的には、200mLのポリビーカーに水約100mLに試料10.0g、硝酸(1+1)5mLを入れ、硝酸銀標準溶液(0.02mol/L)を用いて自動滴定装置(日東精工アナリテック株式会社製 型式:GT-200)で滴定(変曲点:150mv)する。 The content of chlorine (Cl) in the titanium oxide powder is measured by a silver nitrate titration method in which the titanium oxide powder is dispersed in an aqueous nitric acid solution and the chlorine (Cl) dissolved in the solution is titrated with a silver nitrate standard solution. . Specifically, put 10.0 g of sample and 5 mL of nitric acid (1+1) in about 100 mL of water in a 200 mL poly beaker, and use an automatic titrator (Nitto Seiko Analytic Co., Ltd.) with a silver nitrate standard solution (0.02 mol / L). Model: GT-200) for titration (inflection point: 150 mv).
(比表面積、粒径)
酸化チタン粉末の比表面積は、たとえば5m2/g~60m2/g、典型的には5m2/g~8m2/gである場合がある。比表面積がある程度大きい酸化チタン粉末は、積層セラミックコンデンサやPTCサーミスタの製造等の所定の用途に適したものである。
(Specific surface area, particle size)
The specific surface area of titanium oxide powder may be, for example, 5 m 2 /g to 60 m 2 /g, typically 5 m 2 /g to 8 m 2 /g. A titanium oxide powder having a relatively large specific surface area is suitable for certain uses such as the manufacture of multilayer ceramic capacitors and PTC thermistors.
上記の比表面積は、BET法により測定する。 The above specific surface area is measured by the BET method.
また、酸化チタン粉末の粒径は、たとえば0.5μm~1.0μm、さらに0.6μm~0.9μmである場合がある。この粒径は、水中に分散した酸化チタンの凝集粒子サイズを意味し、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(株式会社堀場製作所製 LA-920)により測定する。 Also, the particle size of the titanium oxide powder may be, for example, 0.5 μm to 1.0 μm, or even 0.6 μm to 0.9 μm. This particle size means the aggregate particle size of titanium oxide dispersed in water, and is measured by a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.).
(製造方法)
以上に述べた酸化チタン粉末は、たとえば、チタン塩化物を気相で酸化性ガスと反応させ、TiO2を生成させる気相法により製造することができる。この製造方法には、チタン塩化物からTiO2を生成させ、TiO2含有粉末を得る反応工程と、そのTiO2含有粉末からClを除去する脱塩素工程とが含まれる。特に脱塩素工程が重要である。
(Production method)
The titanium oxide powder described above can be produced, for example, by a gas phase method in which titanium chloride is reacted with an oxidizing gas in a gas phase to produce TiO 2 . This production method includes a reaction step of producing TiO 2 from titanium chloride to obtain a TiO 2 -containing powder, and a dechlorination step of removing Cl from the TiO 2 -containing powder. Especially the dechlorination step is important.
反応工程では、四塩化チタン等のチタン塩化物ガス及び、酸化性ガス等を予熱後、反応炉内にて所定の高温下で混合し、チタン塩化物ガスを酸化性ガスと接触させる。酸化性ガスとしては、たとえば酸素ガスや水蒸気が挙げられる。さらに水素ガス及び/又は不活性ガスを供給することもある。より詳細には、たとえば、チタン塩化物ガスを不活性ガスと混合して希釈した後に、水蒸気や、必要に応じて酸素ガス及び水素ガスとともに、反応炉内に供給することができる。 In the reaction step, a titanium chloride gas such as titanium tetrachloride and an oxidizing gas are preheated and then mixed in a reaction furnace at a predetermined high temperature to bring the titanium chloride gas into contact with the oxidizing gas. Examples of the oxidizing gas include oxygen gas and water vapor. In addition, hydrogen gas and/or inert gas may be supplied. More specifically, for example, titanium chloride gas can be mixed with an inert gas and diluted, and then supplied into the reaction furnace together with water vapor and, if necessary, oxygen gas and hydrogen gas.
反応炉内では、燃焼バーナーによる火炎の中で、チタン塩化物ガスと酸素ガス及び/又は水蒸気との反応により、TiO2を含有するTiO2含有粉末が生成する。チタン塩化物ガスとして四塩化チタンガスを用いる場合、この反応は、TiCl4+O2→TiO2+2Cl2や、TiCl4+2H2O→TiO2+4HClの反応式で表される。反応温度は、TiO2が生成する温度であればよく、たとえば600℃~1100℃とすることができる。 In the reactor, a TiO 2 -containing powder containing TiO 2 is produced by the reaction of the titanium chloride gas with the oxygen gas and/or water vapor in the flame of the combustion burner. When titanium tetrachloride gas is used as the titanium chloride gas, this reaction is represented by a reaction formula of TiCl 4 +O 2 →TiO 2 +2Cl 2 or TiCl 4 +2H 2 O→TiO 2 +4HCl. The reaction temperature may be any temperature at which TiO 2 is produced, and may be, for example, 600°C to 1100°C.
その後、TiO2含有粉末を含むガスを空気などの冷却ガスとの接触により冷却し、そこからTiO2含有粉末を捕集する。 The gas containing the TiO2 -containing powder is then cooled by contact with a cooling gas, such as air, from which the TiO2 -containing powder is collected.
反応工程で得られたTiO2含有粉末から塩素(Cl)を除去するため、脱塩素工程を行う。脱塩素工程では、加熱した脱塩素用ガスを脱塩素装置内に供給し、脱塩素装置内にてTiO2含有粉末を脱塩素用ガスと接触させる。脱塩素用ガスとしては、水蒸気及び/又は空気を用いることができる。脱塩素工程の後、塩素(Cl)がある程度除去された酸化チタン粉末が得られる。 A dechlorination step is performed to remove chlorine (Cl) from the TiO 2 -containing powder obtained in the reaction step. In the dechlorination step, a heated dechlorination gas is supplied into the dechlorination device, and the TiO 2 -containing powder is brought into contact with the dechlorination gas in the dechlorination device. Water vapor and/or air can be used as the dechlorinating gas. After the dechlorination step, titanium oxide powder from which chlorine (Cl) has been removed to some extent is obtained.
脱塩素工程では、脱塩素装置内に送り込む脱塩素用ガスの流量を比較的少なくし、脱塩素装置内に送り込む脱塩素用ガスの温度をある程度高くすることが望ましい。これにより、先述したような、EGA-MSのHClの温度プロファイルがピーク強度の特定の立ち上がり温度になる酸化チタン粉末となる。その理由は、必ずしも明らかではないが、次のように考えられる。 In the dechlorination step, it is desirable to relatively reduce the flow rate of the dechlorinating gas fed into the dechlorinating device and raise the temperature of the dechlorinating gas fed into the dechlorinating device to some extent. As a result, the temperature profile of HCl in EGA-MS becomes a titanium oxide powder having a specific rise temperature of peak intensity, as described above. Although the reason is not necessarily clear, it is considered as follows.
まず、塩素(Cl)をある程度、TiO2含有粉末の粒子表面に残留させる方法として、以下の2つが挙げられる。 First, there are the following two methods for allowing chlorine (Cl) to remain on the particle surfaces of the TiO 2 -containing powder to some extent.
1つ目の方法は、高温の脱塩素用ガスを少ない流量で脱塩素装置内に送り込む方法である。
図2(a)に示すように、脱塩素時に、脱塩素用ガスの流量が少ない場合、TiO2含有粉末の粒子表面から脱離する塩素成分により、TiO2含有粉末の周囲の雰囲気中の塩素濃度が高くなり、平衡状態に達して、粒子表面からの更なる脱離が進行し難くなる。
すなわち、粒子表面での塩素(Cl)の吸着の強弱に関わらず、全ての塩素(Cl)が脱離と再吸着との平衡状態になり、吸着の弱い塩素(Cl)も残留するため、低温で脱離するHClを含む酸化チタン粉末となる。その結果、当該酸化チタン粉末は、EGA-MSで分析した場合、HClの温度プロファイルにおけるピーク強度の立ち上がり温度が比較的低いものになる。
The first method is to send a high temperature dechlorinating gas into the dechlorinating apparatus at a low flow rate.
As shown in FIG. 2(a), when the dechlorination gas flow rate is small during dechlorination, the chlorine component desorbed from the particle surfaces of the TiO 2 -containing powder causes the chlorine in the atmosphere around the TiO 2 -containing powder to desorb. As the concentration increases, an equilibrium state is reached and further desorption from the particle surface becomes difficult.
That is, regardless of the strength of adsorption of chlorine (Cl) on the particle surface, all chlorine (Cl) is in an equilibrium state between desorption and re-adsorption, and weakly adsorbed chlorine (Cl) also remains. It becomes a titanium oxide powder containing HCl desorbed at . As a result, when the titanium oxide powder is analyzed by EGA-MS, the rise temperature of the peak intensity in the temperature profile of HCl is relatively low.
一方、2つ目の方法は、低温の脱塩素用ガスを多い流量で脱塩素装置内に送り込む方法である。
図2(b)に示すように、低温で脱離する塩素(Cl)の大部分が粒子表面から脱離して、雰囲気中に放出される。
すなわち、粒子表面への吸着の弱い塩素(Cl)から脱離していき、かつ、雰囲気中の塩素濃度が低いため、再吸着は生じない。その結果、脱塩素工程後の酸化チタン粉末は、低温で脱離するHClがほぼ含まれなくなり、上記のHClの温度プロファイルにおけるピーク強度の立ち上がり温度がある程度高くなると推測される。
On the other hand, the second method is to feed a low-temperature dechlorinating gas into the dechlorinating apparatus at a large flow rate.
As shown in FIG. 2(b), most of the chlorine (Cl) desorbed at low temperatures is desorbed from the particle surface and released into the atmosphere.
That is, since chlorine (Cl), which is weakly adsorbed to the particle surface, is desorbed and the chlorine concentration in the atmosphere is low, re-adsorption does not occur. As a result, it is presumed that the titanium oxide powder after the dechlorination step does not substantially contain HCl that desorbs at low temperatures, and that the rising temperature of the peak intensity in the temperature profile of HCl increases to some extent.
したがって、脱塩素工程は、上記の1つ目の方法のようにして行うことが好ましい。具体的には、脱塩素用ガスは650℃~700℃、好ましくは670℃~690℃に加熱した後に、脱塩素装置内でTiO2含有粉末と接触させることが好適である。また、脱塩素装置内に送り込む脱塩素用ガスの流量は、好ましくは200L/min~600L/minであり、より好ましくは400L/min~500L/minである。 Therefore, the dechlorination step is preferably carried out as in the first method above. Specifically, the dechlorinating gas is preferably heated to 650° C. to 700° C., preferably 670° C. to 690° C., and then brought into contact with the TiO 2 -containing powder in the dechlorinating apparatus. Also, the flow rate of the dechlorinating gas fed into the dechlorinating apparatus is preferably 200 L/min to 600 L/min, more preferably 400 L/min to 500 L/min.
脱塩素工程で、塩素(Cl)を除去した後は、たとえば脱塩素用ガスに巻き込まれたものを固気分離等で回収してから冷却する。脱塩素工程の後は、必要に応じて、解砕工程や篩別等の分級工程が行われることがある。このようにして、TiO2を含有する酸化チタン粉末を製造することができる。 After the chlorine (Cl) is removed in the dechlorination step, for example, what is involved in the dechlorination gas is recovered by solid-gas separation or the like, and then cooled. After the dechlorination process, a crushing process or a classification process such as sieving may be performed as necessary. Thus, a titanium oxide powder containing TiO 2 can be produced.
(判別方法)
酸化チタン粉末は、チタン酸バリウムの合成に用いるとき、チタン酸バリウムの生成がある程度低い温度で始まるどうか、結晶性が良好なチタン酸バリウムが得られるかどうかについて予め判別できることが望まれる場合がある。
(Determination method)
When titanium oxide powder is used for the synthesis of barium titanate, it may be desirable to be able to determine in advance whether the formation of barium titanate starts at a relatively low temperature and whether barium titanate with good crystallinity can be obtained. .
そのような場合、酸化チタン粉末を発生ガス分析法(EGA-MS)で分析し、当該分析により得られるHClの温度プロファイルにて、ピーク強度の立ち上がり温度を確認することができる。このとき、ピーク強度の立ち上がり温度が300℃~350℃の範囲内であれば、その酸化チタン粉末は、チタン酸バリウムの低温での生成開始が可能であり、結晶性が良好なチタン酸バリウムを合成できるものと評価することができる。 In such a case, the titanium oxide powder is analyzed by the evolved gas analysis method (EGA-MS), and the rise temperature of the peak intensity can be confirmed in the temperature profile of HCl obtained by the analysis. At this time, if the temperature at which the peak intensity rises is within the range of 300° C. to 350° C., the titanium oxide powder can start forming barium titanate at a low temperature and produce barium titanate with good crystallinity. It can be evaluated as something that can be synthesized.
発生ガス分析法(EGA-MS)による具体的な分析方法は先述したとおりであり、再度の説明は省略する。 The specific analysis method by the evolved gas analysis method (EGA-MS) is as described above, and a repeated explanation is omitted.
次に、この発明の酸化チタン粉末を試作し、その効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、これに限定されることを意図するものではない。 Next, the titanium oxide powder of the present invention was experimentally produced and its effects were confirmed, which will be described below. However, the description herein is for illustrative purposes only and is not intended to be limiting.
四塩化チタンガスを窒素ガスで希釈し900℃で予熱した後、これを900℃で予熱した水蒸気等とともに反応炉内に供給した。それにより、それらの混合ガスが反応炉内にて約1000℃の反応温度となり、その反応でTiO2含有粉末が得られた。 Titanium tetrachloride gas was diluted with nitrogen gas and preheated to 900° C., and then fed into the reactor together with steam preheated to 900° C. and the like. Their mixed gas was thereby brought to a reaction temperature of about 1000° C. in the reactor, and the reaction yielded a TiO 2 -containing powder.
次いで、反応炉内に得られたTiO2含有粉末を回収して冷却した後、脱塩素装置内で脱塩素用ガスと接触させ、TiO2含有粉末中のClを除去した。脱塩素用ガスは空気及び水蒸気とし、表1に示すように450℃又は680℃に加熱してから脱塩素装置内に供給した。脱塩素装置内への脱塩素用ガスの供給流量は、表1に示すように1200L/min、500L/min又は400L/minとした。その後、冷却し、比表面積が5m2/gである酸化チタン粉末を製造した。 Next, the TiO 2 -containing powder obtained in the reactor was collected and cooled, and then brought into contact with a dechlorinating gas in a dechlorinating apparatus to remove Cl in the TiO 2 -containing powder. The gas for dechlorination was air and water vapor, which were heated to 450° C. or 680° C. as shown in Table 1 and then fed into the dechlorination apparatus. The supply flow rate of the dechlorinating gas into the dechlorinating device was set to 1200 L/min, 500 L/min or 400 L/min as shown in Table 1. Then, it was cooled to produce a titanium oxide powder having a specific surface area of 5 m 2 /g.
上記のようにして製造した酸化チタン粉末中の塩素(Cl)の含有量を、先述した方法で求めたところ、表1に示すとおりであった。また、酸化チタン粉末を、先述した方法に従い、発生ガス分析法(EGA-MS)で分析し、HClの温度プロファイルを得た。そのHClの温度プロファイルから、先に述べたようにして算出したピーク強度の立ち上がり温度を表1に示す。 The content of chlorine (Cl) in the titanium oxide powder produced as described above was determined by the method described above, and the results are shown in Table 1. Further, the titanium oxide powder was analyzed by the evolved gas analysis method (EGA-MS) according to the method described above to obtain the temperature profile of HCl. Table 1 shows the rising temperature of the peak intensity calculated as described above from the temperature profile of HCl.
また、上記の酸化チタン粉末を用いて、チタン酸バリウムを作製した。具体的には、ボールミルを用いて、9.24gの酸化チタン粉末と、22.75gの炭酸バリウム粉末(関東化学株式会社製、製品番号:04015-00、規格:鹿特級)との湿式混合を、17時間にわたって行った。ここでは、分散媒として、96gの蒸留水を使用した。ボールミルポットは容積が287mLであり、ボールとしては材質がジルコニアで直径が3mmのものを585g使用し、ボールミルの回転数は150rpmとした。次いで、上記の湿式混合により得られたスラリーをろ過し、定温乾燥機により70℃を20時間以上維持して乾燥させ、固形物を得た。その後、この固形物について、熱機械分析装置(TMA、Thermomechanical Analyzer、株式会社リガク製のThermo plus EVO2 TMA8311)を用いて、酸素雰囲気の下、室温から10℃/minの速度で昇温させ、その際の収縮率を測定した。この収縮率とは、固形物の高さの変化率を意味する。その結果、図3~5に示すグラフが得られた。 Also, barium titanate was produced using the above titanium oxide powder. Specifically, using a ball mill, 9.24 g of titanium oxide powder and 22.75 g of barium carbonate powder (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., product number: 04015-00, standard: deer special grade) are wet mixed. , over a period of 17 hours. Here, 96 g of distilled water was used as the dispersion medium. The ball mill pot had a volume of 287 mL, 585 g of balls made of zirconia and having a diameter of 3 mm were used, and the rotation speed of the ball mill was 150 rpm. Next, the slurry obtained by the above wet mixing was filtered and dried with a constant temperature dryer maintaining 70° C. for 20 hours or longer to obtain a solid. Thereafter, the solid was heated from room temperature at a rate of 10° C./min under an oxygen atmosphere using a thermomechanical analyzer (TMA, Thermomechanical Analyzer, Thermo plus EVO2 TMA8311 manufactured by Rigaku Corporation). The actual shrinkage was measured. This shrinkage rate means the rate of change in the height of the solid. As a result, the graphs shown in FIGS. 3-5 were obtained.
図3~5には、実測値の曲線の他、それを微分した曲線も示している。図3~5より、いずれの比較例1並びに実施例1及び2も、微分曲線に複数の変曲点があることが解かる。より詳細には、図3~5のグラフでは、図4を例として図6にその一部を拡大して示すように、収縮が複数の段階を経て起こっていることが解かる。 3 to 5 show not only curves of measured values but also curves obtained by differentiating them. From FIGS. 3 to 5, it can be seen that the differential curves of Comparative Example 1 and Examples 1 and 2 have a plurality of inflection points. More specifically, in the graphs of FIGS. 3-5, it can be seen that contraction occurs in multiple stages, as shown in FIG. 4 and partially enlarged in FIG.
これに関し、先述した非特許文献1によると、空気中でのBaCO3とTiO2との固相反応は、式(1):BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑、式(2):BaTiO3+BaCO3→Ba2TiO4+CO2↑、式(3):Ba2TiO4+TiO2→2BaTiO3で説明されている。また、同文献のFig.1(a)~(d)には、それぞれの上記式(1)~(3)の反応における固相合成のメカニズムの模式図が示されている。すなわち、Fig.1(a)は、TiO2とBaCO3が混合された状態、(b)は、上記式(1)の反応でBa分がTiO2粒子の表面に拡散する段階、(c)は、上記式(2)の反応でBa分がTiO2粒子の内部に拡散する段階、(d)は上記式(3)の反応でBa分が拡散し終えた後にTiO2と反応してBaTiO3となる段階をそれぞれ表している。 In this regard, according to Non-Patent Document 1 mentioned above, the solid-phase reaction between BaCO 3 and TiO 2 in air is represented by formula (1): BaCO 3 +TiO 2 →BaTiO 3 +CO 2 ↑, formula (2): BaTiO 3 + BaCO 3 →Ba 2 TiO 4 +CO 2 ↑, formula (3): Ba 2 TiO 4 +TiO 2 →2BaTiO 3 . In addition, Fig. of the same document. 1(a) to (d) show schematic diagrams of the mechanism of solid-phase synthesis in the reactions of the above formulas (1) to (3), respectively. That is, Fig. 1 (a) is the state in which TiO 2 and BaCO 3 are mixed, (b) is the stage where the Ba content diffuses to the surface of the TiO 2 particles in the reaction of the above formula (1), and (c) is the above formula Step (2) in which the Ba content diffuses inside the TiO2 particles, and (d) is the step of reacting with TiO2 to form BaTiO3 after the Ba content has finished diffusing in the reaction of formula ( 3 ) above. are represented respectively.
図6のグラフに追記した(b)~(d)はそれぞれ、非特許文献1のFig.1(b)~(d)の各段階に相当し得る。このうち、(c)は、Ba分がTiO2粒子内部に拡散し始める段階であり、これが早い時期に(低い温度で)起こるほど、Ba分がTiO2粒子の内部で移動できる時間が長くなることを意味すると考えられる。そして、Baの移動時間が長くなると(つまり、段階(c)が低温側で起こって、その時点からBaが自由に移動可能になると)、比較的低い温度で、結晶構造としてより完全なBaTiO3になりやすいと考えることができる。したがって、段階(c)の開始温度が低い場合は、そのチタン酸バリウムは低温焼結性に優れるといえる。段階(b)及び(c)の開始温度を表1に示す。 (b) to (d) added to the graph in FIG. 1(b)-(d). Of these, (c) is the stage where the Ba content begins to diffuse inside the TiO 2 particles, and the earlier this occurs (at a lower temperature), the longer the time that the Ba content can move inside the TiO 2 particles. It is thought that it means that. Then, when the migration time of Ba becomes longer (that is, when step (c) occurs at the lower temperature side, and from that point on, Ba becomes free to move), BaTiO 3 with a more perfect crystal structure can be obtained at a relatively low temperature. It can be considered that it is easy to become Therefore, when the starting temperature of step (c) is low, it can be said that the barium titanate has excellent low-temperature sinterability. The onset temperatures for steps (b) and (c) are shown in Table 1.
表1より、実施例1及び2は、EGA-MSのHClの温度プロファイルにおけるピーク強度の立ち上がり温度が所定の範囲内であり、チタン酸バリウムが比較的低い温度で焼結したことがわかる。一方、比較例1では、上記の立ち上がり温度が高く、チタン酸バリウムの焼結温度が高くなった。 From Table 1, it can be seen that in Examples 1 and 2, the rise temperature of the peak intensity in the HCl temperature profile of EGA-MS was within a predetermined range, and barium titanate was sintered at a relatively low temperature. On the other hand, in Comparative Example 1, the rising temperature was high, and the sintering temperature of barium titanate was high.
以上より、この発明の酸化チタン粉末によれば、チタン酸バリウムの合成に用いた場合、そのチタン酸バリウムが比較的低い温度で焼結する可能性が示唆された。
したがって、生成したチタン酸バリウムの結晶性は高くなると考えられる。
From the above, it was suggested that the titanium oxide powder of the present invention may sinter barium titanate at a relatively low temperature when used for synthesizing barium titanate.
Therefore, it is considered that the produced barium titanate has high crystallinity.
Claims (8)
発生ガス分析法(EGA-MS)による分析で得られるHClの温度プロファイルにて、ピーク強度の立ち上がり温度が300℃~350℃の範囲内にある酸化チタン粉末。 A titanium oxide powder containing TiO 2 and chlorine (Cl),
A titanium oxide powder having a peak intensity rise temperature in the range of 300° C. to 350° C. in the temperature profile of HCl obtained by analysis by evolved gas analysis method (EGA-MS).
チタン塩化物を気相で酸化性ガスと反応させ、TiO2含有粉末を得る反応工程と、脱塩素装置内にて前記TiO2含有粉末を脱塩素用ガスと接触させ、前記TiO2含有粉末から塩素(Cl)を除去する脱塩素工程とを含み、
前記脱塩素工程で、650℃~700℃に加熱した前記脱塩素用ガスを、前記脱塩素装置内に200L/min~600L/minの流量で送り込む、酸化チタン粉末の製造方法。 A method for producing titanium oxide powder containing TiO 2 and chlorine (Cl), comprising:
a reaction step of reacting titanium chloride with an oxidizing gas in a vapor phase to obtain a TiO 2 -containing powder ; and a dechlorination step to remove chlorine (Cl),
A method for producing titanium oxide powder, wherein in the dechlorination step, the dechlorination gas heated to 650° C. to 700° C. is fed into the dechlorination device at a flow rate of 200 L/min to 600 L/min.
前記酸化チタン粉末を発生ガス分析法(EGA-MS)で分析し、当該分析により得られるHClの温度プロファイルにて、ピーク強度の立ち上がり温度を確認する、酸化チタン粉末の判別方法。 A method for identifying titanium oxide powder containing TiO 2 and chlorine (Cl), comprising:
A method for determining a titanium oxide powder, comprising analyzing the titanium oxide powder by an evolved gas analysis method (EGA-MS), and confirming the rising temperature of the peak intensity in the temperature profile of HCl obtained by the analysis.
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