JPH06183736A - Production of lower titanium oxide - Google Patents

Production of lower titanium oxide

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JPH06183736A
JPH06183736A JP34005692A JP34005692A JPH06183736A JP H06183736 A JPH06183736 A JP H06183736A JP 34005692 A JP34005692 A JP 34005692A JP 34005692 A JP34005692 A JP 34005692A JP H06183736 A JPH06183736 A JP H06183736A
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修一 揚
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充博 松藤
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Abstract

PURPOSE:To obtain a lower titanium oxide having an optional particle diameter including super fine powders at a low production cost by allowing a specific quantity of an oxidizing agent and hydrogen to directly react with titanium tetrachloride in vapor phase. CONSTITUTION:Titanium tetrachloride, hydrogen of a quantity to be <4 O/H2 (O is oxygen atom contained in the oxidizing agent) and, if necessary, a gaseous mixture with a dilution gas from a nozzle 1a, an inert gas for preventing the plugging the nozzle 1a from an outer circumferential pipe part 1b of the nozzle 1a and the oxidizing agent such as oxygen, air of a quantity satisfying >5 TiCl4/O (oxygen atom contained in the oxidizing agent) from an outermost circumferential pipe part nozzle 1c are fed respectively. And in a reacting tube 3, TiCl4 is allowed to react with the oxidizing agent and hydrogen at 600-1400 deg.C and the produced lower titanium oxide powder is collected by a bag filter or a cyclone.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、黒色顔料、蒸着材料、
導電性添加剤などに使用される低次酸化チタンの製造方
法に関する。
The present invention relates to a black pigment, a vapor deposition material,
The present invention relates to a method for producing low-order titanium oxide used as a conductive additive or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、カーボンブラックや四三酸化鉄(F
e3O4) に替わる黒色顔料として、黒色の低次酸化チタン
粉末が注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, carbon black and ferrosoferric oxide (F
Black low-order titanium oxide powder has been attracting attention as a black pigment to replace e 3 O 4 ).

【0003】カーボンブラックや四三酸化鉄は安価で優
れた黒色顔料であり、広く使用されているが、カーボン
ブラック粉末には極性がないため各種の分散液中での分
散性が悪く、比重が極端に小さいため、他の顔料と混合
して用いる場合均一な分散状態を維持することが難しい
という欠点ももっている。また、製法に由来する不純物
として発ガン性の強いベンツピレンが残留しており、化
粧品、食品、医薬品など、直接人体に係わるものに使用
する顔料としては好ましくない。一方、四三酸化鉄の粉
末は熱安定性が低く、γ−Fe2O3 に酸化されやすい。
Carbon black and ferric tetroxide are inexpensive and excellent black pigments and widely used. However, since carbon black powder has no polarity, it has poor dispersibility in various dispersion liquids and has a specific gravity. Since it is extremely small, it also has a drawback that it is difficult to maintain a uniform dispersed state when used by mixing with other pigments. Further, benzpyrene, which has a strong carcinogenicity, remains as an impurity derived from the production method, and is not preferable as a pigment used for cosmetics, foods, pharmaceuticals, etc. that directly relate to the human body. On the other hand, the powder of ferrosoferric oxide has low thermal stability and is easily oxidized to γ-Fe 2 O 3 .

【0004】カーボンブラックや四三酸化鉄が有するこ
れらの問題を解決する顔料として、黒色の酸化チタンの
粉末からなる顔料が開発されている。この黒色酸化チタ
ンの粉末はTiOx(1<x<2)で示される低次酸化チタ
ンで、Ti2O3 、Ti3O5 、TiOなどの粉末、あるいはそれ
らが2種以上混在した粉末であり、白色顔料として現在
大量に使用されている二酸化チタン(TiO2)とほぼ同様
な顔料特性をもっているので、白色二酸化チタンで蓄積
された使用のノウハウをそのまま利用できる長所があ
る。黒色酸化チタンは人体に対して無害であり、かつ各
種の分散液中での分散性、ならびに、他の顔料との混合
性に優れているなど、顔料としてはカーボンブラックよ
りも優れた点が多く、今後の需要増が期待されている。
As a pigment for solving these problems of carbon black and ferrosoferric oxide, a pigment made of black titanium oxide powder has been developed. This black titanium oxide powder is a low-order titanium oxide represented by TiOx (1 <x <2) and is a powder of Ti 2 O 3 , Ti 3 O 5 , TiO, etc., or a mixture of two or more thereof. Since it has almost the same pigment characteristics as titanium dioxide (TiO 2 ) currently used in large quantities as a white pigment, there is an advantage that the know-how of use accumulated in white titanium dioxide can be used as it is. Black titanium oxide is harmless to the human body, has excellent dispersibility in various dispersions, and is excellent in miscibility with other pigments, and has many advantages over carbon black as a pigment. , Future demand is expected to increase.

【0005】また、低次酸化チタンは黒色顔料用以外
に、光学ガラス表面に酸化チタンをコーティングする際
の蒸着材料としても使用されている。
Low-order titanium oxide is also used as a vapor deposition material for coating titanium oxide on the surface of optical glass, as well as for black pigments.

【0006】黒色酸化チタン(TiOx(1<x<2))粉
末の製造方法としては、従来、二酸化チタン(TiO2)の
粉末を高温で還元する方法が提案されている (特開昭58
− 91037号公報、特開昭60− 51616号公報、特開昭63−
206314号公報など) 。すなわち、還元ガスとして、水素
(H2)、窒素(N2)、アンモニア(NH3) などを使用し
て、下記(3) あるいは(4) の反応式に従って二酸化チタ
ンの粉末を還元する方法である。
As a method for producing black titanium oxide (TiOx (1 <x <2)) powder, a method of reducing titanium dioxide (TiO 2 ) powder at a high temperature has been conventionally proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 58-58).
-91037, JP 60-51616, JP 63-
No. 206314). That is, hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ) etc. are used as the reducing gas to reduce the titanium dioxide powder according to the reaction formula of (3) or (4) below. is there.

【0007】 TiO2(粉末)+H2(ガス) →TiOx(粉末)+ H2O(ガス) (1<x<2)・・・(3) TiO2(粉末)+NH3(ガス) →TiOx(粉末)+ ( H2O(ガス)など ) (1<x<2)・・・(4) また、二酸化チタン粉末と金属チタン粉末とを混合した
ものを高温で加熱し、下記(5) の反応式に従ってTiOx
(1<X<2) とする方法も提案されている (特公昭64
− 11572号公報) 。
TiO 2 (powder) + H 2 (gas) → TiOx (powder) + H 2 O (gas) (1 <x <2) (3) TiO 2 (powder) + NH 3 (gas) → TiOx (Powder) + (H 2 O (gas), etc.) (1 <x <2) (4) Also, a mixture of titanium dioxide powder and metallic titanium powder is heated at a high temperature, and the following (5) According to the reaction formula of TiOx
A method of setting (1 <X <2) has also been proposed (Japanese Patent Publication 64).
-11572 publication).

【0008】 TiO2(粉末)+Ti(粉末)→TiOx(粉末) (1<x<2)・・・(5) しかしながら、これらの方法(粉末還元法)はいずれも
原料として二酸化チタン粉末や金属チタン粉末を使用し
ているために、得られる粉末の粒径は原料粉末の粒径で
決定される。また、これらの方法では原料として比較的
高価な粉末を使用するため、製造コストが上昇するとい
う問題があった。
TiO 2 (powder) + Ti (powder) → TiOx (powder) (1 <x <2) (5) However, all of these methods (powder reduction method) use titanium dioxide powder or metal as a raw material. Since the titanium powder is used, the particle size of the obtained powder is determined by the particle size of the raw material powder. Further, in these methods, since relatively expensive powder is used as a raw material, there is a problem that the manufacturing cost increases.

【0009】さらに、上記の粉末還元法において、アン
モニアを使用する方法(前記 (4)式の反応を利用する方
法)では得られる低次酸化チタン中に窒素が固定され、
Ti−N−O系の3成分化合物となりやすく、酸化チタン
膜の蒸着材料としては好ましくない組成のものであっ
た。
Further, in the above-mentioned powder reduction method, in the method using ammonia (method utilizing the reaction of the above formula (4)), nitrogen is fixed in the obtained lower titanium oxide,
The composition was unfavorable as a vapor deposition material for the titanium oxide film because it was likely to become a Ti-NO system ternary compound.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、黒色顔
料、蒸着材料、導電性添加剤などに使用される低次酸化
チタンの粉末を製造するに際し、任意の粒径のものを安
価に製造できる方法を提案することを課題としてなされ
たものである。
According to the present invention, a low-order titanium oxide powder used for a black pigment, a vapor deposition material, a conductive additive, etc., can be produced at a low cost with an arbitrary particle size. The problem was to propose a method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来の粉
末還元法に替わる低次酸化チタン粉末の製造方法につい
て検討を重ねた結果、原料として二酸化チタン粉末を用
いず、四塩化チタン(TiCl4) と酸化剤と水素を原料とし
て、例えば下記(6) あるいは(7) の反応式に従い、気相
反応により直接低次酸化チタン粉末を製造できる方法を
見出した。
Means for Solving the Problems As a result of repeated studies on a method for producing a low-order titanium oxide powder, which is an alternative to the conventional powder reduction method, the present inventors have found that titanium tetrachloride (titanium tetrachloride ( Using TiCl 4 ), an oxidizing agent, and hydrogen as raw materials, a method has been found that can directly produce a low-order titanium oxide powder by a gas phase reaction according to the reaction formula (6) or (7) below.

【0012】 TiCl4(ガス) + O2(ガス) + H2(ガス) → TiOx(黒色粉末) + (HCl(ガス) + H2(ガス) など )・・・ (6) (1<X<2) TiCl4(ガス) + H2O (ガス) + H2(ガス) → TiOx(黒色粉末) + (HCl(ガス) + H2(ガス) など )・・・ (7) (1<X<2) この反応式(6) あるいは(7) において、原料系のTiCl4/
O(酸化剤に含まれる酸素原子)の比(モル比)が 0.5
よりも大きく、かつ水素ガスが適量含まれていることが
必要である。
TiCl 4 (gas) + O 2 (gas) + H 2 (gas) → TiOx (black powder) + (HCl (gas) + H 2 (gas) etc.) ... (6) (1 <X <2) TiCl 4 (gas) + H 2 O (gas) + H 2 (gas) → TiOx (black powder) + (HCl (gas) + H 2 (gas) etc.) ・ ・ ・ ・ ・ ・ (7) (1 < X <2) In this reaction formula (6) or (7), TiCl 4 /
The ratio (molar ratio) of O (oxygen atom contained in the oxidizing agent) is 0.5.
It is necessary to be larger than that and to contain an appropriate amount of hydrogen gas.

【0013】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たもので、その要旨は、下記の低次酸化チタンの製造方
法にある。
The present invention has been made on the basis of such findings, and the gist thereof is the following method for producing low-order titanium oxide.

【0014】四塩化チタンと下記 (1)式を満たす酸化剤
と水素とを 600℃以上で反応させることを特徴とする低
次酸化チタンの製造方法。
A method for producing a low-order titanium oxide, which comprises reacting titanium tetrachloride, an oxidizing agent satisfying the following formula (1), and hydrogen at 600 ° C. or higher.

【0015】 TiCl4/O(酸化剤に含まれる酸素原子)> 0.5 ・・・ (1) 但し、 (1)式の左辺はモル比を表す。TiCl 4 / O (oxygen atom contained in oxidizing agent)> 0.5 (1) However, the left side of the formula (1) represents a molar ratio.

【0016】原料ガス中の水素の量を下記 (2)式を満た
すようにすれば、それほど高温での反応を必要とせず
に、酸化チタン粉末の黒色度を十分高めることができ
る。
If the amount of hydrogen in the raw material gas is made to satisfy the following formula (2), the blackness of the titanium oxide powder can be sufficiently increased without requiring a reaction at such a high temperature.

【0017】 O(酸化剤に含まれる酸素原子)/H2 < 4 ・・・ (2) 但し、 (2)式の左辺はモル比を表す。O (oxygen atom contained in oxidizing agent) / H 2 <4 (2) However, the left side of the formula (2) represents a molar ratio.

【0018】また、酸化剤としては、酸素、空気、二酸
化炭素および水のうちの1種または2種類以上を混合さ
せて用いればよい。
As the oxidant, one kind or a mixture of two or more kinds of oxygen, air, carbon dioxide and water may be used.

【0019】低次の酸化チタンとは、前記のように、Ti
2O3 、Ti3O5 、TiO などの粉末、あるいはそれらが2種
以上混在した粉末で、TiOx(1<x<2)で表され、二
酸化チタンに比較して酸化度の低い酸化チタンをいう。
Low-order titanium oxide means, as described above, Ti
A powder of 2 O 3 , Ti 3 O 5 , TiO, etc., or a powder in which two or more of them are mixed, and is represented by TiOx (1 <x <2) and has a lower oxidation degree than titanium dioxide. Say.

【0020】[0020]

【作用】以下、本発明を図に基づいて詳細に説明する。The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0021】図1は、本発明を実施するための装置の一
例を示す模式的断面図である。この図において、1は石
英製の同心円状の三重ノズルで、外周部に反応管3に供
給する原料ガスを予熱するガス予熱ヒーター2を有して
いる。予熱ヒーター2としては、ガスの予熱に通常用い
られている電気ヒーターなど、一般的な加熱器を使用す
ればよい。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an apparatus for carrying out the present invention. In this figure, reference numeral 1 is a concentric triple nozzle made of quartz, and has a gas preheater 2 for preheating the raw material gas supplied to the reaction tube 3 on the outer peripheral portion. As the preheating heater 2, a general heater such as an electric heater usually used for preheating gas may be used.

【0022】この装置を用いて本発明方法を実施するに
は、まず中心ノズル1aから四塩化チタンと水素の混合ガ
スを供給する。後述するように、必要に応じて窒素、ア
ルゴンなど、混合ガスと反応しない希釈ガスを混合して
もよい。ノズル1aの外周管部(ノズル1b)にはノズル1a
の閉塞を防止するために窒素やアルゴンなどの不活性ガ
スを送通するのが好ましい。不活性ガスの流量は装置の
形状、大きさによって調節する。ただし、ノズルの閉塞
防止の方法としては、従来から使用されている機械的な
掻き落とし手段を用いてもよい。
To carry out the method of the present invention using this apparatus, first, a mixed gas of titanium tetrachloride and hydrogen is supplied from the central nozzle 1a. As described below, a diluent gas that does not react with the mixed gas, such as nitrogen or argon, may be mixed if necessary. Nozzle 1a is attached to the outer peripheral pipe of nozzle 1a (nozzle 1b).
It is preferable to pass an inert gas such as nitrogen or argon in order to prevent clogging. The flow rate of the inert gas is adjusted according to the shape and size of the device. However, as a method for preventing clogging of the nozzle, a mechanical scraping means which has been conventionally used may be used.

【0023】最外周管部(ノズル1c)には、酸化剤とし
ての酸素、水蒸気などのガスを送通する。酸化剤の流量
は、四塩化チタンを含むガスと混合したときに、酸化剤
に含まれている酸素原子(O)に対する四塩化チタンの
モル比(以下、TiCl4/Oと記す)が 0.5よりも大きくな
るような流量とする。この比が 0.5以下では酸素が過剰
となって低次酸化チタンが生成せず、黒色の粉末を得る
ことはできない。ただし、TiCl4/Oが10以上になると、
未反応の四塩化チタンが多くなり、排ガス処理設備に負
担がかかり、製造コスト上昇の原因となるので好ましく
ない。TiCl4/Oは 0.8〜2とするのが特に好適である。
Gases such as oxygen as an oxidant and water vapor are passed through the outermost peripheral pipe portion (nozzle 1c). The flow rate of the oxidizer is such that when mixed with a gas containing titanium tetrachloride, the molar ratio of titanium tetrachloride to oxygen atoms (O) contained in the oxidizer (hereinafter, referred to as TiCl 4 / O) is 0.5. The flow rate should also be large. When this ratio is 0.5 or less, oxygen is excessive and low-order titanium oxide is not produced, and a black powder cannot be obtained. However, when TiCl 4 / O becomes 10 or more,
The amount of unreacted titanium tetrachloride increases, the exhaust gas treatment facility is burdened, and the manufacturing cost increases, which is not preferable. TiCl 4 / O is particularly preferably 0.8 to 2.

【0024】中心ノズル1aから四塩化チタンと水素の混
合ガス供給するのは、反応時の温度をそれほど高めずに
黒色の低次酸化チタンを得るためである。水素を全く添
加せず、四塩化チタンと酸素だけで黒色の低次酸化チタ
ンを製造しようとすると、水素を添加する場合に比べて
より高温で反応させることが必要となり、コストの上昇
を招く。
The mixed gas of titanium tetrachloride and hydrogen is supplied from the central nozzle 1a in order to obtain black low-order titanium oxide without raising the temperature during the reaction so much. If a black low-order titanium oxide is produced only by titanium tetrachloride and oxygen without adding hydrogen at all, it is necessary to react at a higher temperature than in the case where hydrogen is added, resulting in an increase in cost.

【0025】水素の混合割合は、原料ガス中における水
素(H2)に対して酸化剤に含まれる酸素原子(O)がモ
ル比 (以下、O/H2と記す) で4よりも小さくなるよう
にするのが好ましく、0.01〜1とするのが特に好適であ
る。O/H2が0.01より小さいと、原料ガスの水素分圧が
大きすぎて過剰の未反応水素が発生するため燃焼させて
放出しなければならず、排ガス処理に負担がかかりコス
ト上昇の原因となる。
The mixing ratio of hydrogen is smaller than 4 in a molar ratio (hereinafter, referred to as O / H 2 ) of oxygen atoms (O) contained in the oxidizing agent to hydrogen (H 2 ) in the raw material gas. This is preferable, and 0.01 to 1 is particularly preferable. If O / H 2 is less than 0.01, the hydrogen partial pressure of the raw material gas is too large and excessive unreacted hydrogen is generated, so it has to be burned and released, which causes a burden on the exhaust gas treatment and causes a cost increase. Become.

【0026】また、モル比が4以上では水素分圧が小さ
く、高温にしなければ得られる酸化チタンの黒色化が不
十分となる。
Further, when the molar ratio is 4 or more, the hydrogen partial pressure is small, and the blackening of the obtained titanium oxide becomes insufficient unless the temperature is raised.

【0027】反応温度は、 600℃未満では得られる酸化
チタン粉末の黒色度が不十分で、黒色顔料としては不適
当である。しかし、1400℃を超えると必要以上にエネル
ギーを加えることになり、炉材として使用できる材料が
限定されるため設備コスト上昇の原因となるので、反応
温度の上限は1400℃程度とするのが好ましい。反応温度
の特に好ましい範囲は 800〜1100℃である。
If the reaction temperature is less than 600 ° C., the blackness of the obtained titanium oxide powder is insufficient and it is unsuitable as a black pigment. However, if the temperature exceeds 1400 ° C, energy will be added more than necessary, which limits the materials that can be used as a furnace material and causes an increase in equipment costs, so the upper limit of the reaction temperature is preferably about 1400 ° C. . A particularly preferred range of reaction temperature is 800 to 1100 ° C.

【0028】ノズル1a、1bおよび1cから供給された原料
ガスは反応管3内で混合され、前記(6) あるいは(7) の
反応により黒色の低次酸化チタン粉末が生成する。
The raw material gases supplied from the nozzles 1a, 1b and 1c are mixed in the reaction tube 3 and a black low order titanium oxide powder is produced by the reaction of the above (6) or (7).

【0029】この粉末を捕集するには、例えば、炉材と
してテフロン製のろ布を用いたバッグフィルターや、サ
イクロンなど、従来から使用されている捕集方法を利用
すればよい。
In order to collect the powder, for example, a bag filter using a filter cloth made of Teflon as a furnace material, a cyclone, or the like, which has been conventionally used, may be used.

【0030】上記の本発明方法によれば、供給する原料
ガス中の四塩化チタンの濃度を増減することにより、粒
径が 0.1μm 以下の超微粒粉末から数μm 程度の粉末ま
で幅広い粒径の粉末を製造することができる。すなわ
ち、粒径の小さい黒色の酸化チタン粉末を得るには、原
料ガス中の四塩化チタンの濃度を小さくすればよく、例
えば、 0.1μm 以下の超微粒粉末を製造するためには四
塩化チタンの濃度(ノズル1a、1bおよび1cから供給され
たガス全体における濃度)を 0.1 vol%以下程度に調整
すればよい。希釈ガスとしては、窒素やアルゴンなどの
不活性ガスが最適である。これは本発明方法の大きな特
徴であり、従来の二酸化チタン粉末を還元する方法で
は、特に微粒の粉末を得るのが困難である。
According to the above-mentioned method of the present invention, by increasing or decreasing the concentration of titanium tetrachloride in the raw material gas to be supplied, a wide range of particle diameters can be obtained, from ultrafine powder having a particle diameter of 0.1 μm or less to powder having a particle diameter of several μm. A powder can be produced. That is, in order to obtain a black titanium oxide powder having a small particle diameter, the concentration of titanium tetrachloride in the raw material gas may be reduced. For example, in order to produce ultrafine powder of 0.1 μm or less, titanium tetrachloride The concentration (concentration in the entire gas supplied from the nozzles 1a, 1b and 1c) may be adjusted to about 0.1 vol% or less. The most suitable diluent gas is an inert gas such as nitrogen or argon. This is a major feature of the method of the present invention, and it is particularly difficult to obtain a fine powder by the conventional method of reducing titanium dioxide powder.

【0031】本発明方法では気相反応を利用するので、
得られる低次酸化チタンは粉末状のものに限定されな
い。
Since the method of the present invention utilizes a gas phase reaction,
The low-order titanium oxide obtained is not limited to powder.

【0032】例えば、図2に示した装置を用いれば、金
属板、ガラス板、セラミック板などの基体に低次酸化チ
タンの膜をコーティングすることができる。すなわち、
周囲に電気ヒーター4を取り付けた円筒状の反応管5内
に基板6を保持し、四塩化チタン、酸化剤、水素などか
らなる原料ガスの組成を前記の条件の範囲内で適宜調整
して反応管5の一端から供給し、所定の温度で反応させ
ることにより、基板6の表面に低次酸化チタンの膜を生
成させることができる。
For example, by using the apparatus shown in FIG. 2, it is possible to coat a substrate such as a metal plate, a glass plate or a ceramic plate with a film of low order titanium oxide. That is,
The substrate 6 is held in a cylindrical reaction tube 5 having an electric heater 4 attached to the periphery thereof, and the composition of a raw material gas composed of titanium tetrachloride, an oxidant, hydrogen, etc. is appropriately adjusted within the range of the above-mentioned reaction, By supplying from one end of the tube 5 and reacting at a predetermined temperature, a film of low order titanium oxide can be formed on the surface of the substrate 6.

【0033】また、図3に示した流動層タイプの装置を
用いて反応管7内に粉末を流動させておき、反応管7の
下方部から四塩化チタン、酸化剤、水素などからなる原
料ガスを供給することにより、流動粒子8の表面に低次
酸化チタンの膜をコーティングすることもできる。
Further, the powder is made to flow in the reaction tube 7 by using the fluidized bed type apparatus shown in FIG. 3, and a raw material gas composed of titanium tetrachloride, an oxidizing agent, hydrogen and the like is supplied from the lower part of the reaction tube 7. It is also possible to coat the surface of the fluidized particles 8 with a film of low-order titanium oxide.

【0034】上記本発明方法では原料として安価な四塩
化チタン、水素、酸素(空気でもよい)、水蒸気などが
使用できるので、従来の粉末還元法に比較して製造コス
トを安くすることができる。
In the above method of the present invention, inexpensive titanium tetrachloride, hydrogen, oxygen (or air may be used), water vapor, etc. can be used as raw materials, so that the manufacturing cost can be reduced as compared with the conventional powder reduction method.

【0035】従来の粉末還元法では、得られる低次酸化
チタン粉末の粒径は原料として用いる二酸化チタン等の
粉末の粒径に依存するため、粉末の粒径の微細化には限
界があった。これに対して、本発明方法では、原料ガス
の濃度、反応に関与するガスの反応管内での滞留時間な
どを調節することにより任意の粒径の低次酸化チタン粉
末を得ることができる。なお、滞留時間が長い場合は得
られる低次酸化チタン粉末の粒径は大きく、滞留時間が
短いときは粒径が小さくなる。
In the conventional powder reduction method, the particle size of the low-order titanium oxide powder obtained depends on the particle size of the powder such as titanium dioxide used as a raw material, and therefore there is a limit to the miniaturization of the particle size of the powder. . On the other hand, in the method of the present invention, the lower order titanium oxide powder having an arbitrary particle size can be obtained by adjusting the concentration of the raw material gas, the residence time of the gas involved in the reaction in the reaction tube, and the like. When the residence time is long, the particle size of the low-order titanium oxide powder obtained is large, and when the residence time is short, the particle size is small.

【0036】また、本発明方法で製造した低次酸化チタ
ンは、窒素を含まないTi−Oの2成分系であるため、二
酸化チタン蒸着用の原料としても何等問題なく使用する
ことができる。
Further, since the low-order titanium oxide produced by the method of the present invention is a two-component system of Ti-O containing no nitrogen, it can be used as a raw material for vapor deposition of titanium dioxide without any problem.

【0037】次に、本発明方法の実施例を示す。Next, examples of the method of the present invention will be described.

【0038】[0038]

【実施例1】図1に示した構成を有する装置(反応管は
内径80mm、高さ1500mmの石英管)を使用し、中心ノズル
1aに四塩化チタン、希釈用のアルゴン(流量:20 Nリッ
トル/min)および水素(約 6.7 Nリットル/min)の混合
ガスを、その外側のノズル1bにノズル析出防止用アルゴ
ン(30 Nリットル/min)を、最外周のノズル1cに空気
(6 Nリットル/min)をそれぞれ流通させ、反応を行わ
せた。なお、四塩化チタンは、液状で10cc/minを蒸発器
(図示せず)に供給し、 400℃で加熱、蒸発させて用い
た。 TiCl4/Oは0.84、O/H2は0.38である。また、こ
れらのガスは不透明石英製の予熱管(図示せず)で 950
℃まで昇温した後ノズル1から流出させた。
Example 1 An apparatus having the configuration shown in FIG. 1 (a reaction tube is a quartz tube having an inner diameter of 80 mm and a height of 1,500 mm) is used, and a central nozzle is used.
A mixture gas of titanium tetrachloride, argon for dilution (flow rate: 20 N liters / min) and hydrogen (about 6.7 N liters / min) was placed in 1a, and argon (30 N liters / min) for preventing nozzle precipitation was placed outside the nozzle 1b. air (6 N liter / min) was passed through the outermost nozzle 1c to cause the reaction. Titanium tetrachloride was used in a liquid state by supplying 10 cc / min to an evaporator (not shown), heating and evaporating at 400 ° C. TiCl 4 / O is 0.84 and O / H 2 is 0.38. In addition, these gases are supplied by an opaque quartz preheating tube (not shown).
After the temperature was raised to ℃, it was made to flow out from the nozzle 1.

【0039】3時間反応させた後、粉末捕集バグフィル
ターで約 950gの黒色の低次酸化チタン粉末を回収し
た。
After reacting for 3 hours, about 950 g of black low-order titanium oxide powder was recovered with a powder collection bag filter.

【0040】この粉末の黒色度を積分球付き分光光度計
で測定したところ、粉末の明度L*値は13となってお
り、黒色顔料として最適の明度であることが確認でき
た。また、粉末の比表面積は8m2/gr で、この値から粉
末を球形として算出した平均粉末粒径は約 0.2μm 程度
となり、微細な粉末であることが確認できた。
When the blackness of this powder was measured by a spectrophotometer with an integrating sphere, the lightness L * value of the powder was 13, and it was confirmed that the lightness was optimum as a black pigment. Further, the specific surface area of the powder was 8 m 2 / gr, and the average powder particle size calculated from this value as a spherical powder was about 0.2 μm, which confirmed that the powder was a fine powder.

【0041】[0041]

【実施例2】空気の供給流量を8 Nリットル/minとした
以外は実施例1と同じ条件で反応を行わせ( TiCl4/O
は0.63、O/H2は0.50)、黒色の粉末を得た。この粉末
の黒色度を実施例1と同様に測定したところ、明度L*
値は約15で、黒色顔料として好適なものであった。ま
た、粉末の比表面積は実施例1と同じ8m2/gr であっ
た。
Example 2 The reaction was performed under the same conditions as in Example 1 except that the air supply flow rate was 8 N liter / min (TiCl 4 / O).
Was 0.63 and O / H 2 was 0.50), and a black powder was obtained. When the blackness of this powder was measured in the same manner as in Example 1, the lightness L * was obtained.
The value was about 15, which was suitable as a black pigment. The specific surface area of the powder was 8 m 2 / gr, which was the same as in Example 1.

【0042】[0042]

【実施例3】原料ガスの予熱温度を1050℃に上げ、希釈
用アルゴンの供給量を 100 Nリットル/min、ノズル析出
防止用アルゴンの供給量を 120 Nリットル/minとし、最
外周管1cにアルゴンを 100 Nリットル/min混合した以外
は実施例1と同じ条件で反応を行わせ( TiCl4/Oは0.
84、O/H2は0.38)、黒色の粉末を得た。得られた粉末
の明度L* 値は約12で、黒色顔料として好適なものであ
った。また、粉末の比表面積は約 248m2/gr であり、こ
の値から粉末を球形として求めた平均粉末粒径は約0.06
μm で、超微粒粉末となっていた。
[Example 3] The preheating temperature of the raw material gas was raised to 1050 ° C, the supply amount of diluting argon was 100 Nl / min, and the supply amount of argon for preventing nozzle deposition was 120 Nl / min. The reaction was performed under the same conditions as in Example 1 except that argon was mixed at 100 N liter / min (TiCl 4 / O was 0.1%).
84, O / H 2 was 0.38), and a black powder was obtained. The lightness L * value of the obtained powder was about 12, which was suitable as a black pigment. Moreover, the specific surface area of the powder is about 248 m 2 / gr, and the average powder particle size obtained from this value as a spherical powder is about 0.06.
It was an ultrafine powder with a particle size of μm.

【0043】[0043]

【実施例4】図2に示した構成を有する装置(反応管5
は内径約30mmの透明石英管)を使用し、この反応管5内
に市販のアルミナ板 (10mm×10mm×5mm) を挿入して、
反応管5の外周に取り付けた電気ヒーター4により 900
℃に加熱した。次いで、反応管5内に四塩化チタン(流
量:2cc/min、加熱、蒸発させて使用)と水素(3 Nリ
ットル/min)、および酸化剤としての水(0.5cc/min) を
供給し( TiCl4/Oは0.68、O/H2は0.21)、1時間反
応を行わせ、冷却後アルミナ板を取り出したところ、ア
ルミナ板の表面は黒色の低次酸化チタンでコーティング
されていた。このアルミナ板の黒色度を測定したところ
明度L* 値は16であった。
[Embodiment 4] An apparatus having the structure shown in FIG. 2 (reaction tube 5
Is a transparent quartz tube with an inner diameter of about 30 mm), insert a commercially available alumina plate (10 mm × 10 mm × 5 mm) into the reaction tube 5,
900 by the electric heater 4 attached to the outer periphery of the reaction tube 5.
Heated to ° C. Next, titanium tetrachloride (flow rate: 2 cc / min, heated and evaporated for use), hydrogen (3 N liter / min), and water (0.5 cc / min) as an oxidant were fed into the reaction tube 5 ( TiCl 4 / O was 0.68, O / H 2 was 0.21), the reaction was carried out for 1 hour, and the alumina plate was taken out after cooling. As a result, the surface of the alumina plate was coated with black low-order titanium oxide. When the blackness of this alumina plate was measured, the lightness L * value was 16.

【0044】[0044]

【実施例5】図3に示した構成を有する流動層タイプの
装置(反応管7は内径約50mmの透明石英管)を使用し、
この反応管7内に粒径約0.2 mmの石英粒子を80g投入し
て、流動層を形成させた。この流動層を外周に設けた電
気ヒーター9により 850℃まで加熱し、反応管7の下部
から四塩化チタン(流量:2cc/min、加熱、蒸発させて
使用)と水素(10 Nリットル/min)の混合ガス、および
水(0.5cc/min、加熱、蒸発させて使用) を供給して1時
間の反応を行わせた( TiCl4/Oは0.68、O/H2は0.06
2)。冷却後石英粒子を回収したところ、無色であった粒
子の表面が黒色の低次酸化チタンでコーティングされて
いた。この粒子の明度L* 値は17であった。
[Embodiment 5] A fluidized bed type apparatus (reaction tube 7 having a transparent quartz tube having an inner diameter of about 50 mm) having the structure shown in FIG. 3 is used.
Into the reaction tube 7, 80 g of quartz particles having a particle size of about 0.2 mm were put to form a fluidized bed. This fluidized bed is heated to 850 ° C by an electric heater 9 provided on the outer periphery, and titanium tetrachloride (flow rate: 2 cc / min, heated and evaporated for use) and hydrogen (10 N liter / min) are fed from the bottom of the reaction tube 7. The mixed gas and water (0.5 cc / min, heated and evaporated for use) were supplied to carry out the reaction for 1 hour (TiCl 4 / O was 0.68, O / H 2 was 0.06).
2). When the quartz particles were collected after cooling, the surface of the colorless particles was coated with black low-order titanium oxide. The lightness L * value of this particle was 17.

【0045】[0045]

【比較例1】最外周のノズル1cに供給する空気の流量を
60 Nリットル/minとした以外は実施例1と同じ条件で反
応を行わせた。なお、 TiCl4/Oは 0.084、O/H2
3.8である。
[Comparative Example 1] The flow rate of the air supplied to the outermost nozzle 1c
The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1 except that 60 N liter / min was used. Note that TiCl 4 / O is 0.084 and O / H 2 is
3.8.

【0046】3時間反応させた後、約 900gの粉末を回
収したが、黒色化しておらず、白色粉末であった。
After reacting for 3 hours, about 900 g of powder was recovered, but it was not blackened and was white powder.

【0047】[0047]

【比較例2】実施例1で中心ノズル1aに供給した混合ガ
ス中の水素を除いた以外は実施例1と同じ条件で反応を
行わせた。なお、 TiCl4/Oは0.84である。
Comparative Example 2 The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1 except that hydrogen in the mixed gas supplied to the central nozzle 1a in Example 1 was removed. The TiCl 4 / O is 0.84.

【0048】3時間反応させた後、約 800gの粉末を回
収したが、この粉末の明度L* 値は55で、灰色を呈し、
十分黒色化することはできなかった。
After reacting for 3 hours, about 800 g of powder was recovered, and the powder had a lightness L * value of 55 and exhibited a gray color.
It could not be sufficiently blackened.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明方法は、従来提案されている二酸
化チタン等を還元する方法とは全く異なる、気相反応に
より直接低次酸化チタンを製造する方法である。原料と
して安価な四塩化チタン、空気、水素などが使用できる
ので、製造コストが安く、四塩化チタンの濃度や反応時
間を調整することにより、超微粒のものを含む任意の粒
径の低次酸化チタンを得ることができる。
The method of the present invention is a method for directly producing low-order titanium oxide by a gas phase reaction, which is completely different from the conventionally proposed methods for reducing titanium dioxide and the like. Since inexpensive titanium tetrachloride, air, hydrogen, etc. can be used as raw materials, the manufacturing cost is low, and by adjusting the concentration and reaction time of titanium tetrachloride, low-order oxidation of any particle size including ultrafine particles can be performed. Titanium can be obtained.

【0050】本発明方法で得られる低次酸化チタン粉末
は黒色顔料として好適であるほか、純粋なTi−O系の低
次酸化チタンを得ることができるので、酸化チタン膜蒸
着用の材料としても使用することができる。また、本発
明方法によれば、板状の基体、粒子の表面などに直接低
次酸化チタンをコーティングすることができるので、低
次酸化チタンの新規な用途が期待できる。
The low-order titanium oxide powder obtained by the method of the present invention is suitable as a black pigment, and since pure Ti-O-based low-order titanium oxide can be obtained, it is also used as a material for depositing a titanium oxide film. Can be used. Further, according to the method of the present invention, since the low-order titanium oxide can be directly coated on the plate-shaped substrate, the surface of particles, etc., novel uses of the low-order titanium oxide can be expected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を実施するための装置の一例を示す模式
的断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an apparatus for carrying out the present invention.

【図2】板状の基体に低次酸化チタンをコーティングす
る装置の一例を示す模式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of an apparatus for coating a low-order titanium oxide on a plate-shaped substrate.

【図3】粉末の表面に低次酸化チタンをコーティングす
る装置の一例を示す模式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of an apparatus for coating the surface of powder with low-order titanium oxide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:三重ノズル、2:ガス予熱ヒーター、3:反応管、
4:電気ヒーター、5:反応管、6:基板、7:反応
管、8:流動粒子、9:電気ヒーター。
1: triple nozzle, 2: gas preheater, 3: reaction tube,
4: Electric heater, 5: Reaction tube, 6: Substrate, 7: Reaction tube, 8: Fluidized particle, 9: Electric heater.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】四塩化チタンと下記 (1)式を満たす酸化剤
と水素とを 600℃以上で反応させることを特徴とする低
次酸化チタンの製造方法。 TiCl4/O(酸化剤に含まれる酸素原子)> 0.5 ・・・ (1) 但し、 (1)式の左辺はモル比を表す。
1. A method for producing a lower titanium oxide, which comprises reacting titanium tetrachloride, an oxidizing agent satisfying the following formula (1), and hydrogen at 600 ° C. or higher. TiCl 4 / O (oxygen atom contained in oxidizing agent)> 0.5 (1) However, the left side of the formula (1) represents a molar ratio.
【請求項2】四塩化チタンと下記 (1)式を満たす酸化剤
と下記 (2)式を満たす水素とを 600℃以上で反応させる
ことを特徴とする低次酸化チタンの製造方法。 TiCl4/O(酸化剤に含まれる酸素原子)> 0.5 ・・・ (1) O(酸化剤に含まれる酸素原子)/H2 < 4 ・・・ (2) 但し、 (1)式および (2)式の左辺はモル比を表す。
2. A method for producing a lower titanium oxide, which comprises reacting titanium tetrachloride with an oxidizing agent satisfying the following formula (1) and hydrogen satisfying the following formula (2) at 600 ° C. or higher. TiCl 4 / O (oxygen atom contained in the oxidant)> 0.5 ・ ・ ・ (1) O (oxygen atom contained in the oxidizer) / H 2 <4 ・ ・ ・ (2) However, the formula (1) and ( The left side of equation (2) represents the molar ratio.
【請求項3】酸化剤が酸素、空気、二酸化炭素および水
のうちの1種または2種類以上からなる請求項1または
2に記載の低次酸化チタンの製造方法。
3. The method for producing a lower titanium oxide according to claim 1, wherein the oxidizing agent is one or more of oxygen, air, carbon dioxide and water.
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WO2004035477A1 (en) * 2002-10-15 2004-04-29 Marukatsu Sangyo Co.,Ltd. Novel titanium oxide of lower order and method for preparation thereof

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