JP7144105B1 - 中空多孔質アルミナ粒子の製造方法 - Google Patents
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[1] カルボン酸のアルミニウム塩を水性溶媒に溶解する第1工程と、
得られたカルボン酸のアルミニウム塩の溶液をガス圧0.01~1MPaで大気または不活性ガス中で40~280℃の温度で乾燥造粒して乾燥造粒物を形成する第2工程と、
得られた乾燥造粒物を0.3~10℃/分で昇温し、700~1300℃の温度範囲内の焼成温度にて0.5~7時間焼成し、0.3~10℃/分で降温する第3工程と
からなることを特徴とする、
粒度分布測定において、D50が4~50μmであり且つD90が300μm以下であり、内部が中空且つ中空内部と外部に貫通孔を保有し、比表面積が30m2/g以上である中空多孔質アルミナ粒子の製造方法。
[2] 前記中空多孔質アルミナ粒子が、精製あまに油法による吸油性試験において、30ml/100g以上の吸油性を有する、[1]記載の中空多孔質アルミナ粒子の製造方法。
[3] 前記カルボン酸のアルミニウム塩が、ギ酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、ミリスチン酸アルミニウム、クエン酸アルミニウム、グリコール酸アルミニウム、プロピオン酸アルミニウム、ヒドロキシ酢酸アルミニウム、酒石酸アルミニウム、グルコン酸アルミニウム、サリチル酸アルミニウムまたはそれらの混合物である、[1]または[2]記載の中空多孔質アルミナ粒子の製造方法。
[4] 前記第1工程の水性溶媒が、水、沸点が30℃以上200℃以下の有機溶媒またはそれらの混合物である、[1]~[3]のいずれに記載の中空多孔質アルミナ粒子の製造方法。
[5] 前記第2工程の乾燥造粒が、噴霧乾燥法または流動層造粒法のいずれかの方法で行われることを特徴とする[1]~[4]のいずれかに記載の中空多孔質アルミナ粒子の製造方法。
[6] 前記第2工程で使用するガスが、空気、窒素、ヘリウム、アルゴンまたはそれらの混合物である、[1]~[5]のいずれかに記載の中空多孔質アルミナ粒子の製造方法。
[7] 前記第3工程での焼成は、大気中、窒素中、真空中、不活性ガス中で行われることを特徴とする、[1]~[6]のいずれかに記載の中空多孔質アルミナ粒子の製造方法。
得られたカルボン酸のアルミニウム塩の溶液をガス圧0.01~1MPaで大気または不活性ガス中で40~280℃の温度で乾燥造粒して乾燥造粒物を形成する第2工程と、
得られた乾燥造粒物を0.3~10℃/分で昇温し、700~1300℃の温度範囲内の焼成温度にて0.5~7時間焼成し、0.3~10℃/分で降温する第3工程と
からなることを特徴とする、
粒度分布測定において、D50が4~50μmであり且つD90が300μm以下であり、内部が中空且つ中空内部と外部に貫通孔を保有し、比表面積が30m2/g以上である中空多孔質アルミナ粒子の製造方法を提供する。
本発明の中空多孔質アルミナ粒子は主要原料として、カルボン酸のアルミニウム塩を使用する。カルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸、ヒドロキシ酢酸、グルコン酸、サリチル酸などのモノカルボン酸;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フマール酸、マレイン酸、リンゴ酸、酒石酸などのジカルボン酸;クエン酸、アコニット酸などのトリカルボン酸;乳酸、リンゴ酸、クエン酸などのα-ヒドロキシカルボン酸;などが挙げられる。より具体的には、使用し得るカルボン酸は、ギ酸、乳酸、酢酸、クエン酸、グリコール酸、プロピオン酸、ヒドロキシ酢酸、酒石酸、グルコン酸、サリチル酸アルミニウムまたはそれらの混合物が好ましい。本発明で使用し得るカルボン酸は、好ましくはカルボキシル基の炭素を除いた部分の炭素数が0~7であるのが好ましい。また、カルボン酸は水、沸点が30℃以上200℃以下の有機溶媒またはそれらの混合物に溶解し、焼成キープ温度までに熱分解してしまうものであればよく、カルボン酸は脂肪酸のような長鎖カルボン酸は用いられない。カルボン酸のアルミニウム塩は、通常の方法(例えば溶融法、スラリー法、固相法、溶媒法といった直接法又は水溶媒系、アルコール溶媒系の複分解法)で製造される。アルミニウムと結合するカルボキシル基に含まれる炭素を除いた炭素数が7を超えるカルボン酸のアルミニウム塩は水、沸点が30℃以上200℃以下の有機溶媒またはそれらの混合物に溶解が難しくなる傾向にあり、使用しづらくなり、第2工程で利用が難しい。更に炭素数の多いカルボン酸の使用により、炭素数が増えるため、第3工程において熱分解性が悪くなり、残炭を発生させる原因になる課題がある。
第2工程では、得られたアルミニウム塩の溶液をガス圧0.01~1MPaで大気(空気)または不活性ガス中で40~280℃の温度で乾燥造粒する。乾燥造粒は、噴霧乾燥法、流動層造粒法、噴霧凍結乾燥造粒法のいずれかの方法を選定し、40℃~280℃の温度設定、より好ましくは40~270℃の温度設定であり、且つ水性溶媒の沸点よりも高い温度設定で造粒することで、内部から急速に溶媒が揮発すると同時に造粒が進むため、内部と外部に貫通孔を有した中空多孔質アルミナ前駆体を得ることが可能になる。具体的には、水性溶媒として水を用いると、温度は100℃~280℃、好ましくは120℃~260℃の温度で、大気中で乾燥造粒するのが好ましい。
霧凍結乾燥造粒法の温度設定が40~280℃、ガス圧力を0.01~1MPaの範囲のガス雰囲気に設定することが必要となる。温度が280℃を超えると有機アルミニウムの有機部分の分解が乾燥造粒中に開始し、中空多孔質アルミナ前駆体の変色や凝集が発生しやすくなる。本明細書中で「ガス圧」は、使用するガスに付加する圧力であり、0.01~1MPaであるので、陰圧または加圧の両方で使用できるが、ガスが空気であれば大気圧0.1MPaで使用できる。
第3工程では、第二工程で作製した乾燥造粒物を焼成炉に投入し、0.3~10℃/分で昇温し、700~1300℃の範囲の内、所望の焼成温度にて0.5~7時間保持して焼成し、0.3~10℃/分で降温することで中空多孔質アルミナを得る。
した際に有機分が消失することや所望のアルミナ結晶相が適切に形成されるのであれば、大気中、窒素中、真空中、不活性ガス中等のいずれのガス雰囲気を選定しても問題ない。雰囲気が不適であると焼成中に有機分が十分に気化せず、残留炭素として粒子に残り、欠陥となることや結晶相を所望のように形成できなくなる。
本発明の製造方法で得られたアルミナ粒子は、最終的に粒度分布測定において、D50が4~50μmであり、且つD90が300μm以下であり、内部が中空且つ中空内部と外部に貫通孔を保有し、比表面積が30m2/g以上であることを特徴とする。通常は、第2工程の造粒時に粒子が形成され、ほぼ最終の粒度分布が得られ、中空多孔質で貫通孔を有しているが、第3工程でそれらが多少引き締まって最終のアルミナ粒子になる。
塩基性乳酸アルミニウム水溶液(浅田化学工業(株)製 Al2O3換算で8.4%:溶媒は水)をスプレードライヤー(プリス(株)製TR-160)で入り口温度250℃、出口温度110℃、圧力0.2MPa設定において二流体ノズルで乾燥造粒を実施し、次いで乾燥造粒物を大気中でバッチ炉においてアルミナ坩堝に入れ、1.6℃/分で昇温し、ピーク焼成条件900℃で3時間キープした後、3.3℃/分で降温することによって焼成を実施し、中空多孔質のγ-アルミナ粒子を得た。
粒度分布はレーザー回折式粒度分布計(スペクトリス株式会社製、マスターサイザー3000)で乾式測定した。D50のデータを示す。図1に実施例1のγ-アルミナ粒子の粒度分布結果を示す曲線であり、縦軸は体積比率(%)であり、横軸は粒度分布(μm)である。
吸油量はJISH5101-13-1の精製あまに油法に準拠して測定した。
得られたアルミナ粒子中の貫通孔の有無はSEM画像(×5000倍)にて、破砕した粒子断面を確認し、貫通孔有無を判断した。
また、外観色は目視した結果を記載する。
塩基性乳酸アルミニウム水溶液(浅田化学工業(株)製 Al2O3換算で8.4%:溶媒は水)をスプレードライヤー(プリス(株)製TR-160)で入り口温度250℃、出口温度110℃、圧力0.2MPa設定において二流体ノズルで乾燥造粒を実施し、次いで乾燥造粒物を大気中でバッチ炉においてアルミナ坩堝に入れ、1.6℃/分で昇温し、ピーク焼成条件1100℃で3時間キープした後、3.3℃/分で降温することによって焼成を実施し、中空多孔質のα-アルミナ粒子を得た。
塩基性乳酸アルミニウム水溶液(浅田化学工業(株)製 Al2O3換算で8.4%:溶媒は水)をスプレードライヤー(プリス(株)製TR-160)で入り口温度190℃、出口温度110℃、圧力0.35MPa設定において二流体ノズルで乾燥造粒を実施し、次いで乾燥造粒物を大気中でバッチ炉においてアルミナ坩堝に入れ、1.6℃/分で昇温し、ピーク焼成条件800℃で3時間キープした後、3.3℃/分で降温することによって焼成を実施し、中空多孔質のγ-アルミナ粒子を得た。
ギ酸アルミニウム水溶液(浅田化学工業(株)製 Al2O3換算で8.0%:溶媒は水)をスプレードライヤー(プリス(株)製TR-160)で入り口温度250℃、出口温度110℃、圧力0.2MPa設定において二流体ノズルで乾燥造粒を実施し、次いで乾燥造粒物を大気中でバッチ炉においてアルミナ坩堝に入れ、3.3℃/分で昇温し、ピーク焼成条件900℃で3時間キープした後、3.3℃/分で降温することによって焼成を実施し、中空多孔質のγ-アルミナ粒子を得た。
塩基性乳酸アルミニウム水溶液23kg(浅田化学工業(株)製 Al2O3換算で8.4%:溶媒は水)にエタノール1kgを混合したものをスプレードライヤー(プリス(株)製TR-160)で入り口温度250℃、出口温度110℃、圧力0.2MPa設定において二流体ノズルで乾燥造粒を実施し、次いで乾燥造粒物を大気中でバッチ炉においてアルミナ坩堝に入れ、1.6℃/分で昇温し、ピーク焼成条件900℃で3時間キープした後、3.3℃/分で降温することによって焼成を実施し、中空多孔質のγ-アルミナ粒子を得た。
塩基性乳酸アルミニウム水溶液(浅田化学工業(株)製 Al2O3換算で8.4%:溶媒は水)とギ酸アルミニウム水溶液(浅田化学工業(株)製 Al2O3換算で8.0%:溶媒は水)を2:1で予備混合した水溶液をスプレードライヤー(プリス(株)製TR-160)で入り口温度190℃、出口温度110℃、圧力0.2MPa設定において二流体ノズルで乾燥造粒を実施し、次いで乾燥造粒物を大気中でバッチ炉においてアルミナ坩堝に入れ、1.6℃/分で昇温し、ピーク焼成条件900℃で3時間キープした後、3.3℃/分で降温することによって焼成を実施し、中空多孔質のγ-アルミナ粒子を得た。
塩基性乳酸アルミニウム水溶液(浅田化学工業(株)製 Al2O3換算で8.4%:溶媒は水)をスプレードライヤー(プリス(株)製TR-160)で入り口温度30℃、出口温度31℃、圧力0.2MPa設定において二流体ノズルで乾燥造粒を実施したが、造粒できなかった。粒度分布、比表面積、給油量、結晶相、貫通孔の有無および外観色は特定できなかった。表2には、造粒できないことを記載した。
塩基性乳酸アルミニウム水溶液(浅田化学工業(株)製 Al2O3換算で8.4%:溶媒は水)をスプレードライヤー(プリス(株)製TR-160)で入り口温度250℃、出口温度110℃、圧力0.2MPa設定において二流体ノズルで乾燥造粒を実施し、次いで乾燥造粒物を大気中でバッチ炉においてアルミナ坩堝に入れ、3.3℃/分で昇温し、ピーク焼成条件1600℃で3時間キープした後、3.3℃/分で降温することによって焼成を実施し、中空多孔質のα-アルミナ粒子を得た。
塩基性乳酸アルミニウム水溶液(浅田化学工業(株)製 Al2O3換算で8.4%:溶媒は水)をスプレードライヤー(プリス(株)製TR-160)で入り口温度250℃、出口温度110℃、圧力0.2MPa設定において二流体ノズルで乾燥造粒を実施し、次いで乾燥造粒物を大気中でバッチ炉においてアルミナ坩堝に入れ、1.6℃/分で昇温し、ピーク焼成条件400℃で3時間キープした後、3.3℃/分で降温することによって焼成を実施したが、残炭が残り、アルミナになっていなかった。
表2には、比較例3の結果(残炭が残り、アルミナになっていない。)も記載した。
Claims (6)
- カルボン酸のアルミニウム塩を水性溶媒に溶解する第1工程と、
得られたカルボン酸のアルミニウム塩の溶液をガス圧0.01~1MPaで大気または不活性ガス中で40~280℃の温度で乾燥造粒して乾燥造粒物を形成する第2工程と、
得られた乾燥造粒物を0.3~10℃/分で昇温し、700~1300℃の温度範囲内の焼成温度にて0.5~7時間焼成し、0.3~10℃/分で降温する第3工程と
からなり、
前記カルボン酸が、カルボキシル基の炭素を除いた部分の炭素数0~7のカルボン酸であり、
前記第1工程の水性溶媒が、水、沸点が30℃以上200℃以下の有機溶媒またはそれらの混合物であり、
前記第2工程の乾燥造粒が、前記水性溶媒の沸点よりも高い温度である、
ことを特徴とする、
粒度分布測定において、D50が4~50μmであり且つD90が300μm以下であり、内部が中空且つ中空内部と外部に貫通孔を保有し、比表面積が30m2/g以上である中空多孔質アルミナ粒子の製造方法。 - 前記中空多孔質アルミナ粒子が、精製あまに油法による吸油性試験において、30ml/100g以上の吸油性を有する、請求項1記載の中空多孔質アルミナ粒子の製造方法。
- 前記カルボン酸のアルミニウム塩が、ギ酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、クエン酸アルミニウム、グリコール酸アルミニウム、プロピオン酸アルミニウム、ヒドロキシ酢酸アルミニウム、酒石酸アルミニウム、グルコン酸アルミニウム、サリチル酸アルミニウムまたはそれらの混合物である、請求項1または2記載の中空多孔質アルミナ粒子の製造方法。
- 前記第2工程の乾燥造粒が、噴霧乾燥法または流動層造粒法のいずれかの方法で行われることを特徴とする請求項1または2記載の中空多孔質アルミナ粒子の製造方法。
- 前記第2工程で使用するガスが、空気、窒素、ヘリウム、アルゴンまたはそれらの混合物である、請求項1または2記載の中空多孔質アルミナ粒子の製造方法。
- 前記第3工程での焼成は、大気中、窒素中、真空中、不活性ガス中で行われることを特徴とする、請求項1または2記載の中空多孔質アルミナ粒子の製造方法。
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