JP7449141B2 - アルカリモノフルオロホスフェート組成物の製造方法 - Google Patents
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上記の(1)の方法は毒性が高く極めて腐食性の強い原料を使用するためその取扱いは極めて慎重を期す必要があり、更に装置がこれら原料のため急速に腐食損傷を受け易い。この為、工業的に生産するには、かなりの熟練と高度の安全装備を付した設備を必要とするので、コスト高となる傾向がある。
(2)の方法は、液状状態での反応であり、反応が均一に進行することが期待できる。一方で650~700℃の加熱を要し、原料の溶融物が反応容器を侵食する性質を持つため、生成物に反応容器由来の不純物を含む可能性が有る。
M4P2O7+2HF→2M2PO3F+H2O・・・(1)
M2HPO4+HF→M2PO3F+H2O・・・(2)
(上記のMはアルカリ金属を表す。)
M4P2O7+2HF→M2H2P2O7+2MF・・・(3)
2M2HPO4+2HF→M2H2P2O7+2MF+H2O・・(4)
特許文献3では、原料として用いるアルカリ金属リン酸塩の好ましい粒径が、「50~100μm以下」と開示されている。
本発明者らの検討によれば、原料として用いるアルカリ金属リン酸塩の状態によっては、生成するアルカリモノフルオロホスフェートが塊状となるなどの問題が発生する場合があることが分かってきた。このような問題を解決するためには、比較的粒径の大きなアルカリ金属リン酸塩を用いることが有効であることを見出している。
本発明者らの検討によれば、上記のアルカリモノフルオロホスフェートの製造方法では、生成物が弱塩基性を示す場合がある結果を得た。これは固気反応の宿命的な要因と考えられる原料であるアルカリ金属リン酸塩の形状などによっては、その転化率が低下し、原料であるアルカリ金属リン酸塩が残存し、当該アルカリ金属リン酸塩が塩基性の塩であることが多い為、生成物が塩基性を示すのであろうと推測した。
一方で生成物であるアルカリモノフルオロホスフェートは、歯磨き剤などの成分として使用されるため、中性製品であることが強く求められる。また、変異原性が無いこと等、生体への安全性も求められることが多い。
当該方法での製品であるアルカリモノフルオロホスフェートは固体状で得られるため、液状化合物に比して残存原料の除去が困難な場合があり、除去する工程を含めるとコスト高となる場合がある。
(1)アルカリ金属リン酸塩とフッ化水素ガスとを200~450℃、撹拌環境下で反応させて得るpHが8~10のアルカリ金属モノフルオロホスフェートと、酸性のアルカリ金属リン酸塩とを含む、pHが7±1の範囲であるアルカリ金属モノフルオロホスフェート組成物の製造方法。
(2)前記酸性のアルカリ金属リン酸塩のpHが3~5である(1)の製造方法。
(3)前記酸性のアルカリ金属リン酸塩が、食品添加物登録されている塩である(1)の製造方法。
本発明に用いる前記のアルカリ金属リン酸塩は、特に制限されないが、粒子形状が特定の条件を満たしていることが好ましい。即ち、その平均粒径が110~800μmであり、105μm以下の粒子含有率が50質量%以下であることが好ましい。
前記のアルカリ金属リン酸塩の平均粒径の好ましい下限値は150μm、より好ましくは200μm、さらに好ましくは250μm、特に好ましくは300μmである。一方、好ましい上限値は700μm、より好ましくは600μm、さらに好ましくは550μmである。上記の範囲内であれば、粒子同士の凝集によると考えられる塊状化を抑制できると共に、フッ化水素ガスとの反応が進行し易い。アルカリ金属リン酸塩の平均粒径が800μmを超えると、前記の反応性が低下し、反応収率が低下する場合がある。
アルカリ金属リン酸塩とフッ化水素ガスとの反応においては、生成するアルカリモノフルオロホスフェートが塊状化する場合があるが、上記の様なアルカリ金属リン酸塩を用いると塊状化を抑制することが出来る。前記の塊状化は、本製造方法の反応において副生する水によって、アルカリ金属リン酸塩粒子やアルカリモノフルオロホスフェート粒子の表面に水が接触し、その表面を溶解させ、粒子同士の凝集が起こり易くなるためと本発明者らは推測している。これに対し、本発明においては、その比表面積が相対的に高くなる傾向を示す比較的小粒径である105μm以下の粒子の含有率が50質量%以下であるので、前記の様な粒子同士の凝集や起こり難いのであろう。また瞬間的にそのような凝集が起こったとしても、より大きな粒子との衝突によって凝集状態が破壊されるため、塊状化が抑制されることも考えられる。
この様な複数の要因によって、塊状化を抑制できると考えられる。
フッ化水素ガスは市販の製品を制限なく用いることが出来る。好ましくは純度の高いフッ化水素ガスであるが、価格と反応効率とを考慮して適宜決定できる。
本発明の反応に用いる反応容器は耐無水フッ酸材料であれば制限なく用いることが出来る。具体的にはニッケル、ニッケルを含む合金(商品名:インコネル、モネル、ハステロイ等)を用いることが出来る、アルミニウム製の装置が使用できると言う報告もある。
また、前記フッ化水素は、理論量の1.0~1.5倍当量反応装置に供給することが好ましい。
ピロリン酸ナトリウム(A):市販のピロリン酸ナトリウム粒子を28メッシュの篩を用いて粗粒を除去したもの。
ピロリン酸ナトリウム(B):前記のピロリン酸ナトリウム(A)をさらに48メッシュの篩を用いて小粒を除去したもの。
Thermo Fisher Scientific社製-イオンクロマト分析装置を用い、常法で測定した。
生成物を目開き1.7mmのふるいにかけて分別し、前記篩上に残った成分の質量分率とした。
転化率や収率は、上記組成分析値を用い、アルカリ金属リン酸塩ベースで算出する。
(基本反応操作)
アンカー翼を付したインコネル600製撹拌槽型反応器(10L)にピロリン酸ナトリウム1.0kgを窒素雰囲気下で投入口より供給し、攪拌しながら、原料温度300℃になるよう電気炉で反応器を加熱した。
一方、撹拌を継続したまま窒素を反応器内に導入し、僅かに残ったフッ化水素をさらに反応装置から除去した。更に撹拌を続けながら反応器底部に設置したバルブを開放し、反応生成物を抜き出した。この結果、得られた生成物の分析結果を表1に示した。この生成物に対しNa2H2P2O7を反応生成物に対して表1に示した重量割合で加え、十分に混合した。得られた組成物のpHを表1に示した。
Claims (3)
- アルカリ金属リン酸塩とフッ化水素ガスとを200~450℃、撹拌環境下で反応させて得るpHが8~10のアルカリ金属モノフルオロホスフェートと、酸性のアルカリ金属リン酸塩とを含む、pHが7±1の範囲であるアルカリ金属モノフルオロホスフェート組成物の製造方法。
- 前記酸性のアルカリ金属リン酸塩のpHが3~5である請求項1に記載のアルカリ金属モノフルオロホスフェート組成物の製造方法。
- 前記酸性のアルカリ金属リン酸塩が、食品添加物登録されている塩である請求項1に記載のアルカリ金属モノフルオロホスフェート組成物の製造方法。
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