JPH05238986A

JPH05238986A - 芳香族カルボン酸アルミニウム塩

Info

Publication number: JPH05238986A
Application number: JP4112892A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Kataoka; 良平片岡; Genji Taga; 玄治多賀
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1993-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】高純度の窒化アルミニウム粉末の合成原料と
して好適に使用し得る化合物を得る。【構成】下記式【化１】（但し、Ｒ¹，Ｒ²，Ｒ³，Ｒ⁴およびＲ⁵ は、それぞれ水
素原子、カルボキシル基または−ＣＯＯＡｌ(ＯＨ)₂で
あり、Ｒ¹，Ｒ²，Ｒ³，Ｒ⁴およびＲ⁵のうち、少なくと
も１つは−ＣＯＯＡｌ(ＯＨ)₂である。）で示される芳
香族カルボン酸アルミニウム塩。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規な芳香族カルボン
酸アルミニウム塩に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】窒化ア
ルミニウム焼結体は熱伝導率にすぐれるため半導体用基
板として広く使用されている。該焼結体の性状は専ら焼
結体の原料である窒化アルミニウム粉末の性状に影響さ
れる。このような工業的規模で用いられる窒化アルミニ
ウム焼結体を製造するための窒化アルミニウム粉末を製
造する工業的製造法としては、現在下記２つの方法が知
られている。

【０００３】（１）金属アルミニウム粉末を窒素雰囲気
中で加熱し、窒化アルミニウム粉末とする直接窒化方
法。

【０００４】（２）アルミナと炭素とを窒素雰囲気中で
加熱し、窒化アルミニウム粉末とする還元窒素化方法。

【０００５】（１）の方法では、窒化がアルミニウム粉
末の表面だけにとどまりがちで内部まで進行しにくく、
また生成物が固結するため生成物の扮砕工程が必要であ
る。そのため扮砕時に酸素などの不純物が入りやすく、
粒度分布もシャープでないという欠点を有している。酸
素などの不純物は窒化アルミニウム粉末を焼結しやすく
する点で有利ではあるが、焼結体の熱伝導率を低下させ
る欠点を有する。また、窒化アルミニウム粉末の粒度分
布は焼結を均一に実施するために重要な要因であり、均
一な焼結のためには出来るだけシャープなものが要求さ
れる。そのために上記（１）の方法は必ずしも満足出来
る方法ではなかった。

【０００６】また、上記（２）の方法では、原料アルミ
ナの粒径と不純物がそのまま生成物の段階まで保持され
るので、高純度の窒化アルミニウム粉末を製造するため
には原料アルミナを高純度、微粉末とする必要がある。
また、この方法はアルミナと炭素物質との固体反応なの
でアルミナと炭素物質とを十分に均一に混合することに
よって固体反応の進行を促すことが好ましく、また実際
に行われている。しかしながら、その場合にもアルミナ
と炭素物質との混合物を十分に長い時間をかけて焼成し
なければアルミナの還元反応を完全に進行させることが
出来ない。十分な還元反応が実施出来ないと目的物中に
未反応のアルミナが残存し、性状のすぐれた窒化アルミ
ニウム焼結体を得ることは出来ない。そのために上記
（２）の方法で性状の良好な窒化アルミニウム粉末を得
ようとすると、原料の混合に特殊な工夫をしたり、高価
な純度の良好なアルミナを使用したり、あるいは窒化反
応に長時間をかけなければならず、結果的にコスト高の
窒化アルミニウム粉末となることをさけることが出来な
かった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した従来の窒化アル
ミニウム粉末の製造方法の問題点に鑑み、本発明者らは
鋭意研究を重ねた結果、特定の有機アルミニウム塩を原
料とすることによって、短時間の窒化反応で十分に高純
度であり、粒子径の小さい窒化アルミニウム粉末が得ら
れることを見出した。そして、さらに、原料となる有機
アルミニウム塩が新規化合物であることを見出し、本発
明を提案するに至った。即ち、本発明は、下記式（１）

【０００８】

【化２】

【０００９】（但し、Ｒ¹，Ｒ²，Ｒ³，Ｒ⁴およびＲ⁵
は、それぞれ水素原子、カルボキシル基または−ＣＯＯ
Ａｌ(ＯＨ)₂であり、Ｒ¹，Ｒ²，Ｒ³，Ｒ⁴およびＲ⁵のう
ち、少なくとも１つは−ＣＯＯＡｌ(ＯＨ)₂である。）
で示される芳香族カルボン酸アルミニウム塩である。

【００１０】本発明の芳香族カルボン酸アルミニウム塩
を具体的に例示すると、次のとおりである。

【００１１】

【化３】

【００１２】

【化４】

【００１３】

【化５】

【００１４】

【化６】

【００１５】

【化７】

【００１６】

【化８】

【００１７】

【化９】

【００１８】

【化１０】

【００１９】

【化１１】

【００２０】

【化１２】

【００２１】

【化１３】

【００２２】

【化１４】

【００２３】本発明の化合物は、一般に水及び有機溶媒
に難溶性の化合物であり、融点をもたず、５００〜６０
０℃で分解するものが多い。また該アルミニウム塩は、
一般に酸又はアルカリにより分解する。

【００２４】芳香族カルボン酸アルミニウム塩が、上記
式（１）で示される構造を有することは、次のような分
析によって確認することが出来る。

【００２５】（１）赤外吸収スペクトル −ＣＯＯ^-（カルボキシレート基）に基づく吸収が１４
００ｃｍ^-1付近にみられる。また芳香環に基づく吸収
が１５００ｃｍ^-1にみとめられる。

【００２６】（２）イオンクロマトグラフィーおよび蛍
光Ｘ線分析ＳおよびＣ１は含まれていない。金属元素としてアルミ
ニウムが検出される。

【００２７】（３）元素分析炭素および水素の分析結果を前記式（１）から算出され
る理論値と比較することにより確認される。

【００２８】（４）重量分析該化合物を空気中で１，０００℃，１ｈｒ加熱した後の
残渣の重量を前記式（１）から算出される理論値と比較
することにより確認される。

【００２９】本発明の芳香族カルボン酸アルミニウム塩
は、その製法の如何にかかわらないが、例えば、水溶性
無機アルミニウム化合物と下記式（２）

【００３０】

【化１５】

【００３１】（但し、Ｒ¹¹，Ｒ²¹，Ｒ³¹，Ｒ⁴¹及びＲ⁵¹
は、それぞれ水素原子又はカルボキシル基である。）で
示される芳香族カルボン酸又はその塩とをｐＨ３〜６の
水性媒体中で反応させることによって得ることが出来
る。

【００３２】上記水溶性無機アルミニウム化合物として
は、公知の化合物が使用できる。工業的に有利に使用し
得るアルミニウム化合物としては、例えば、塩化アルミ
ニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、アンモ
ニウム明バン等の無機アルミニウム塩化合物を挙げるこ
とができる。特にアンモニウム明バンは得られる窒化ア
ルミニウム粉末が高純度となるため最も好適に使用され
る。

【００３３】また、上記式（２）で示される芳香族カル
ボン酸としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テ
レフタル酸、ヘミメリト酸、トリメリト酸、トリメシン
酸、プレニト酸、メロファン酸、メリト酸等を挙げるこ
とができる。これらのうち、カルボキシル基が２又は３
個結合した芳香族カルボン酸は、窒化して得られる窒化
アルミニウム粉末中に残留カーボンが少なくなるため、
特に好適に使用される。

【００３４】芳香族カルボン酸の塩としては水溶性のも
のが特に限定されず使用出来、特にアンモニウム塩、カ
リウム塩、ナトリウム塩等のアルカリ金属塩等が好適に
使用出来る。

【００３５】反応に際し、芳香族カルボン酸が水に対し
て溶解度が小さい場合には、例えば、水酸化アンモニウ
ム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ性
水溶液を使用して該芳香族カルボン酸を溶解させるとよ
い。

【００３６】上記水溶性無機アルミニウム化合物と芳香
族カルボン酸又はその塩は、予めそれぞれ水又はアルカ
リ性水溶液に溶解し、反応槽の水性媒体中に同時にほぼ
等速で添加し撹拌しながら実施するか、あるいは、反応
槽の水性媒体中に直接水溶性無機アルミニウム化合物と
芳香族カルボン酸又はその塩を添加し撹拌する方法によ
って実施することができる。水溶性無機アルミニウム化
合物に対する芳香族カルボン酸又はその塩の使用割合
は、該芳香族カルボン酸の種類、反応条件等によって異
なるので、予めこれらの種類、反応条件等に応じて好適
な割合を決定すればよい。一般に使用割合の目安は水溶
性無機アルミニウム化合物中のアルミニウム原子のモル
数と芳香族カルボン酸又はその塩のモル数の比（Ａｌ原
子のモル数／芳香族カルボン酸又はその塩のモル数）が
１〜３の範囲となるように選ぶとよい。また、反応系
のｐＨが小さいと水溶性無機アルミニウム化合物が未反
応の状態で残留する傾向があり、逆にｐＨが大きくなる
と芳香族カルボン酸塩が未反応の状態で残留する傾向が
ある。従って、一般には上記の如く反応系のｐＨは３〜
６、好ましくは４〜６の範囲で反応を進行するのが好適
である。

【００３７】また、反応系における原料の濃度は、原料
の溶解度によって決定されるが、溶解度の範囲内で出来
るだけ濃い濃度を選ぶのが経済的に好適である。更にま
た、反応温度は、室温、例えば、１５℃から水の沸点、
例えば、１００℃までの温度の範囲から選択される。一
般には６０〜９０℃の範囲が最も好適である。また、反
応時間は上記の種々の条件によって決定されるが、通常
は１時間あるいはそれ以内に十分に反応が進行する。

【００３８】上記反応によって本発明の芳香族カルボン
酸アルミニウム塩が得られる。該芳香族カルボン酸アル
ミニウム塩は一般に水に不溶性の化合物であるので、通
常は反応混合物から濾過やデカンテーション等の分離手
段で簡単に分離出来る。分離された芳香族カルボン酸ア
ルミニウム塩は必要に応じて水洗、乾燥すればよい。

【００３９】本発明の芳香族カルボン酸アルミニウム塩
は、窒素雰囲気下で焼成することにより窒下アルミニウ
ム粉末となるため、窒化アルミニウム粉末の合成原料と
して好適に使用できる。以下に、本発明の化合物を原料
とした窒化アルミニウム粉末の製造方法について説明す
る。

【００４０】窒素雰囲気を形成する方法は公知の方法が
採用でき、一般には窒素ガス，アンモニアガス雰囲気が
好ましく採用できる。また、窒化条件は芳香族カルボン
酸アルミニウム塩が窒化アルミニウムになる条件であれ
ば特に限定されないが、一般には１４００〜１６５０℃
の温度下に１〜２時間焼成すればよい。上記焼成工程に
おいて芳香族カルボン酸アルミニウム塩は迅速に窒素化
反応が進行し、窒化アルミニウムが得られる。

【００４１】上記反応で得られた窒化アルミニウムは、
一般に残留炭素を除去すると極めて高純度の窒化アルミ
ニウム粉末となる。該残留炭素の除去は、通常、酸化性
雰囲気下、例えば、空気中で６００〜７００℃の温度下
に１〜４時間加熱処理する手段が採用される。

【００４２】本発明で得られる窒化アルミニウム粉末は
均一な凝集体である。凝集粒の平均径は１〜１０μｍ、
通常１〜３μｍの範囲にある。またその粒度分布はシャ
ープである。また、該窒化アルミニウム粉末は不純物が
ほとんど含有されないため通常白色粉末である。

【００４３】

【発明の効果】本発明の芳香族カルボン酸アルミニウム
塩を原料として使用することにより、アルミナの還元窒
素化によって窒化アルミニウムを得るときに要求される
ような長時間の窒化反応及び高純度のアルミナを必要と
せずに、高純度の窒化アルミニウム粉末を低コストで製
造することができる。得られる窒化アルミニウム粉末は
後述する実施例に示す通り、極めて高純度の製品であ
る。そのために該窒化アルミニウム粉末を焼結して得ら
れる窒化アルミニウム焼結体をその密度が３．２ｇ／ｃ
ｍ³で、熱伝導性も１７０ｗ／ｍ・Ｋに達するものとす
ることが可能である。

【００４４】

【実施例】本発明を更に具体的に説明するため、以下に
実施例及び比較例を挙げて説明するが、本発明はこれら
の実施例に限定されるものではない。

【００４５】実施例１０．４モルのテレフタル酸を７００ｍｌの水に懸濁し、
これらに２５％アンモニア水１７０ｍｌと適量の水を加
えて全量を１０００ｍｌとして撹拌溶解することにより
テレフタル酸アンモニウム溶液を得た。あらかじめ２ｌ
の水を張った容量５ｌの丸底フラスコをマントルヒータ
ーにて７０℃に保持し、これらに撹拌下、前記０．４ｍ
／ｌのテレフタル酸アンモニウム溶液１ｌと０．８ｍ／
ｌのアンモニウム明バン水溶液１ｌとを同時に等速で添
加した。この時、反応液スラリーのｐＨは終始４であっ
た。添加終了後、濾過、洗浄、乾燥して白色の粉末を得
た。この粉末の分析結果を表１に示した。この結果か
ら、この化合物は表１に示した構造の化合物であること
がわかった。

【００４６】この粉末を黒鉛ルツボに入れ、窒素雰囲気
下１６００℃まで昇温し、さらにその温度で１時間保持
した。得られた粉末を空気中６００℃で３時間保持し過
剰の炭素を除去した。

【００４７】上記で得られた粉末は白色で、Ｘ線回折で
調べたところ窒化アルミニウム以外の物質は認められな
かった。また、この窒化アルミニウム粉末の遠心沈降法
による凝集平均径は１．４μｍであった。

【００４８】実施例２実施例１と同様にアンモニウム明バンとテレフタル酸ア
ンモニウムとを反応させるに当たって、反応液スラリー
にｐＨ電極を挿入し、スラリー液のｐＨが反応中常に６
になるよう２．５％アンモニア水を滴下してｐＨコント
ロールを行った。

【００４９】得られた粉末は白色の粉末で、実施例１と
同様に測定した結果を表１に示した。その結果、この化
合物は、実施例１で得られたと同様のテレフタル酸のア
ルミニウム塩であった。

【００５０】上記粉末を窒素雰囲気下１６００℃まで昇
温し、さらにその温度で１時間保持した。得られた粉末
を空気中６００℃で１．５時間保持して過剰の炭素を除
去した。

【００５１】得られた粉末は白色で、Ｘ線回折では窒化
アルミニウムのみが検出された。また、この窒化アルミ
ニウム粉末の遠心沈降法による凝集平均粒径は１．５μ
ｍであった。

【００５２】実施例３水酸化ナトリウム１．１５モルを含む水溶液にテレフタ
ル酸０．２４モルを撹拌下少量ずつ加えて溶解させ、全
体を８００ｍｌとした。あらかじめ０．５ｌの水を張っ
た容量２ｌの丸底フラスコをウォーターバスにて６０℃
に保持し、これに撹拌下前記０．２４モルのテレフタル
酸ナトリウム溶液と０．２４モルの硫酸アルミニウムを
含む水溶液８００ｍｌとを同時に等速で添加した。この
時、反応液スラリーのｐＨは４であった。添加終了後、
濾過、水洗、乾燥して白色の粉末を得た。この粉末を実
施例１と同様に機器分析を行い、その結果を表１に示し
た。これから、該化合物は、実施例１と同様のテレフタ
ル酸アルミニウム塩であることが判った。

【００５３】上記粉末を黒鉛ルツボに入れ窒素雰囲気下
１６００℃まで昇温し、さらにその温度で１時間保持し
た。得られた粉末を空気中６００℃で３時間保持し過剰
の炭素を除去した。

【００５４】最終的に得られた粉末は白色で、Ｘ線回折
で調べたところ窒化アルミニウム以外の結晶性物質は認
められなかった。また、炎光分析による残存ナトリウム
は５０ｐｐｍであった。

【００５５】実施例４テレフタル酸の代わりにイソフタル酸を用いた以外は実
施例３と同様に行って芳香族カルボン酸アルミニウム塩
を得た。この化合物の分析結果から表１に示した化合物
であることがわかった。この化合物を用いて実施例３と
同様にして白色の窒化アルミニウム粉末を得た。Ｘ線回
折で調べたところ窒化アルミニウム以外の結晶性物質は
認められなかった。また、炎光分析による残存ナトリウ
ムは６０ｐｐｍであった。

【００５６】実施例５水酸化ナトリウム０．７２モルを含む水溶液にテレフタ
ル酸０．２４モルを撹拌下溶解させ全量８００ｍｌとし
た。あらかじめ４００ｍｌの水を張った容器を９０℃に
保持し、これに撹拌下前記０．２４モルのテレフタル酸
ナトリウム溶液と０．１２モルの硫酸アルミニウムを含
む水溶液８００ｍｌとを同時に等速で添加して反応させ
た。この時、反応液スラリーのｐＨは５．２であった。
反応終了後、濾過、水洗、乾燥して白色の粉末を得た。
この化合物の分析結果から、表１に示した化合物である
ことがわかった。

【００５７】この粉末を黒鉛ルツボに入れ窒素雰囲気下
１６００℃まで昇温し、さらにその温度で１時間保持し
た。得られた粉末を空気中６００℃で３時間保持し過剰
の炭素を除去した。

【００５８】最終的に得られた粉末は白色で、Ｘ線回折
で調べたところ窒化アルミニウム以外の結晶性物質は認
められなかった。また、炎光分析による残存ナトリウム
は４０ｐｐｍであった。

【００５９】実施例６水酸化ナトリウム０．６モルを含む水溶液にトリメシン
酸０．２モルを撹拌下溶解させ全量８００ｍｌとした。
あらかじめ４００ｍｌの水を張った容器を９０℃に保持
し、これに撹拌下前記０．２モルのトリメシン酸ナトリ
ウム溶液と０．１モルの硫酸アルミニウムを含む水溶液
８００ｍｌとを同時に等速で添加して反応させた。この
時、反応液スラリーのｐＨは５．２であった。反応終了
後、濾過、水洗、乾燥して白色の粉末を得た。この化合
物の分析結果から、表１に示した化合物であることがわ
かった。

【００６０】この粉末を黒鉛ルツボに入れ窒素雰囲気下
１６００℃まで昇温し、さらにその温度で１時間保持し
た。得られた粉末を空気中６００℃で３時間保持し過剰
の炭素を除去した。

【００６１】最終的に得られた粉末は白色で、Ｘ回折で
調べたところ窒化アルミニウム以外の結晶性物質は認め
られなかった。

【００６２】実施例７〜１０実施例１と同様にして、種々の芳香族カルボン酸を使用
して表１に示した芳香族カルボン酸アルミニウム塩を製
造した。この化合物を原料として、実施例１と同様にし
て窒化アルミニウム粉末を得た。これをＸ線回折で調べ
たところ、窒化アルミニウム以外の結晶性物質は認めら
れなかった。

【００６３】

【表１】

【００６４】

【表２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記式【化１】（但し、Ｒ¹，Ｒ²，Ｒ³，Ｒ⁴およびＲ⁵は、それぞれ水
素原子、カルボキシル基または−ＣＯＯＡｌ(ＯＨ)₂で
あり、Ｒ¹，Ｒ²，Ｒ³，Ｒ⁴およびＲ⁵ のうち、少くとも
１つは−ＣＯＯＡｌ(ＯＨ)₂である。）で示される芳香
族カルボン酸アルミニウム塩。