JPH09142836A - 高分散性及び高可塑性アルミナ粒子 - Google Patents

高分散性及び高可塑性アルミナ粒子

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JPH09142836A
JPH09142836A JP7322411A JP32241195A JPH09142836A JP H09142836 A JPH09142836 A JP H09142836A JP 7322411 A JP7322411 A JP 7322411A JP 32241195 A JP32241195 A JP 32241195A JP H09142836 A JPH09142836 A JP H09142836A
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JP
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alumina particles
alumina
particles
phosphoric acid
acid compound
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JP7322411A
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Yushi Fukuda
雄史 福田
Ryuichi Shito
隆一 紫藤
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YKK Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 塗料用顔料、精密研磨材又はセラミックス原
料として適当な高分散性および高可塑性を有するアルミ
ナ粒子を提供する。 【解決手段】 アルミナ粒子の表面もしくは表面を含む
全体にリン酸化合物が存在しているもの。アルミナはα
−アルミナの単結晶で六角板状形を有し、直径が0.2
〜15μm、アスペクト比が15〜50であり、ゼータ
電位が0を示す等電位点がpH4〜8であるもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高分散及び高可塑
性を有するアルミナ粒子に関するもので、塗料用顔料、
精密研磨材又はセラミックス原料として特に可塑成形に
適した板状アルミナ粒子である。
【0002】
【従来の技術】従来よりα−アルミナはセラミックス原
料の代表的材料として、製法的にもバイヤー法による大
量生産が可能であり、他のセラミックス原料より比較的
安価であること等により、広く工業的に多方面に用いら
れている。その各種用途において、特に塗料用顔料や精
密研摩材として用いる場合、原料の調製や他の材料との
混合工程において、粒子の均一化を図るため、水とのス
ラリー状態で行うことが多い。又、原料の特性、機能を
最大限に発揮させるためには、原料粉体は一次粒子まで
完全に分散されていなければならない。周知のように板
状粒子は顔料として粒状粒子よりなり、隠蔽性や粒子配
向性が良く、特にパール顔料の基材として用いられてい
る。しかしそれらの特性は粒子が凝集状態では得ること
はできない。そのため通常は分散剤等を添加して湿式ボ
ールミル等で長時間の粉砕又は解砕を行い粉体の凝集を
なくしている。
【0003】一方、セラミックス原料、特に可塑成形用
材料として用いる場合には、α−アルミナは天然良質粘
土と比較して可塑性は乏しいことが知られている。その
ため、通常このような問題を解決する方法として、成形
助剤である保水性を有する有機物や各種のバインダを混
合又は配合する方法が多用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】塗料中で顔料粒子が安
定に分散していることが、着色機能発現のための基本で
あって、安定性が不十分で凝集すると、色分かれ、色違
いおよび顔料沈降の原因となる。顔料が沈降すると、そ
の凝集体は内部にビヒクルを含有、固定化するため、顔
料の見掛けの容積が著しく増加し、粘性が増加する。こ
のような場合、剪断力によって凝集構造が破壊するため
流動特性が剪断依存性を示すようになる。すなわち塗布
工程の作業性に著しい低下を引き起こす原因となる。
【0005】又、研摩材として用いた場合も粒子が凝集
していると研磨特性が低下し、特に研磨最終工程である
ポリッシングにおいては、仕上り面の平滑性や鏡面性が
著しく低下する。又、セラミックスの可塑成形用原料の
場合、成形助剤としての有機物を使用すると可塑水分範
囲の高水分域では、練土の付着が激しく不都合が生じ
る。そのため可塑水分範囲の低水分域しか使用できない
ため、成形に使用する成形圧が高くなり、成形機等が限
定されるといった不都合が生じる。又、焼結時の未分解
有機物により緻密なアルミナセラミックスを可塑成形で
作ることは困難とされていた。そこで成形助剤を使用し
なくても形状が崩れず、付着の少ない天然粘土の様な性
質をもったアルミナ原料が切望されている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記事情に鑑
み、アルミナ粉体と溶媒特に水系溶媒との粒子表面の相
互作用を検討し、アルミナ粉体単体において、高分散又
は高可塑性を発現させることを鋭意研究した結果、アル
ミナ粒子の少なくとも表面にリン酸化合物が微量存在す
ることにより高分散又は高可塑性が発現することを確認
し、本発明を完成するに至った。本発明において、リン
酸化合物はアルミナ粒子に対し、P25換算で0.1か
ら3.0重量%存在することが好ましい。本発明におけ
るアルミナは結晶構造がα−アルミナの単結晶で六角板
状形を有し、具体的には直径0.2〜15μm、アスペ
クト比(板状粒子の直径/厚み)15〜50のものであ
る。
【0007】このような板状アルミナ粒子の表面を含む
粒子全体にリン酸化合物を含有させる場合は、出発原料
である水酸化アルミニウム又はアルミナ水和物を水熱処
理する際、リン酸化合物のリン酸イオンが水酸化アルミ
ニウム1モルに対して3.0×10-3〜2.5×10-2
モルの存在下で行われることによって製造される。この
場合、出発原料である水酸化アルミニウム又はベーマイ
ト等のアルミナ水和物は予めボールミルや撹拌媒体ミル
等で粉砕して粒度調整を行い、粒径0.1〜5.0μm
好ましくは0.3〜3.0μmの原料粒子を用いる。こ
の原料粒径は合成後のα−アルミナ粒子の粒径に関係
し、目的とする粒径に制御するためには、上記原料粒径
のものを用いなければならない。
【0008】本発明におけるリン酸化合物は、水溶性化
合物がよく、例えばナトリウム塩、カリウム塩のような
アルカリ金属塩やアンモニウム塩などのオルトリン酸
塩、又これらの脱水縮合などによって得られるヘキサメ
タリン酸塩やオルトメタリン酸塩のような各種の縮合リ
ン酸塩でもよい。リン酸イオンの添加量が上述の範囲の
添加量より少ない場合、得られるα−アルミナ粒子は厚
肉の粒子形状を示す。又、添加量が上記範囲より多いと
反応速度が遅くα−アルミナ粒子の収率が悪くなる。水
熱合成処理は、上記出発原料と添加剤を含み、水を混合
したスラリーを作成する。このスラリー濃度は1〜60
重量%で、好ましくは20〜50重量%の範囲である。
これを圧力容器に充填し、合成温度は350℃以上、好
ましくは450〜600℃の範囲で、合成圧力は50〜
200気圧好ましくは75〜150気圧の範囲である。
合成時間は5分〜10時間で好ましくは30分〜4時間
の範囲である。
【0009】水熱合成における温度、圧力の条件は、A
23−H2O系状態図でα−アルミナの安定な領域で
なければならない。温度350℃以上とするのは、35
0℃未満ではα−アルミナを得ることができないためで
ある。特に上限については限定していないが、装置に係
わるもので経済性を考慮した範囲が好ましい。又、圧力
50〜200気圧とするのは、この範囲を外れた低圧力
で合成しても目的とする薄板状のα−アルミナの結晶構
造は得られず、多くはγ−アルミナの結晶構造の粒子で
ある。又、200気圧を越える圧力ではα−アルミナの
結晶構造の粒子であるが、その形状は粒子厚みが大きく
薄板状のものが得られないためである。又、昇温速度を
5℃/分から0.3℃/分とするのは、昇温速度が大き
い程生成されるα−アルミナ粒子は微細化されるためで
ある。又、この範囲を上下にはずれても、その効果は少
なく工業的には上記範囲が好ましい。
【0010】又、リン酸化合物を粒子表面だけに吸着さ
せた本発明のアルミナ粒子を得るためには、特開平5−
17132号公報の記載に準じて板状アルミナを作製
し、得られたアルミナ粒子とリン酸塩水溶液とを一昼夜
撹拌し、純水にて水洗、濾過、乾燥することによって得
られる。すなわち、このようにして得られたアルミナ粒
子は内部がα−アルミナで、その表面にリン酸化合物が
被覆されたものとなる。本発明によるアルミナ粒子の表
面および粒子内部まで含有しているリン酸化合物はリン
酸アルミニウムの中間体を形成している構造と考えられ
るが、X線回折では同定されない不定形(非晶質)であ
ることが特徴である。不定形であることによって、α−
アルミナの結晶構造には影響も与えない。
【0011】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を実施例
をもって具体的に説明するが、本発明の技術的範囲がこ
れら実施例によって限定されるものではない。 実施例1 出発原料である水酸化アルミニウムを予めボールミル等
で粉砕し、0.4μmに粒度調整を行った。これと水を
混合し50重量%のスラリーを作成した。そのスラリー
中にリン酸アンモニウムを水酸化アルミニウムに対して
リン酸イオンとして1.0×10-2モル添加しよく混合
溶解した。
【0012】上記原料を圧力容器に充填し、電気炉にて
昇温速度5℃/分で600℃、75気圧で3時間保持を
行った。容器冷却後生成物を純水で水洗、濾過を充分に
行い100℃の乾燥器で12時間乾燥して白色の粒子粉
体を得た。ここに得られた粒子粉体は粉末X線回折の結
果、図1に示すようにα−アルミナの回折ピークのみで
あった。又、この粒子を電子顕微鏡で観察したところ、
図2に示すように平均粒径0.4μm、平均厚さ0.0
13μm、アスペクト比30であり形状は六角板状であ
った。
【0013】実施例2 上記実施例1において、出発原料の水酸化アルミニウム
は粒径が1.0μmのものを用い、リン酸ナトリウムを
水酸化アルミニウムに対してリン酸イオンとして5.0
×10-3モル添加した。昇温速度1.6℃/分、100
気圧で実施例1と同様の処理をして白色の粉体を得た。
ここで得られた粒子粉体は粉末X線回折の結果、α−ア
ルミナの回折ピークのみであった。又、この粒子を電子
顕微鏡で観察したところ、平均粒径2.5μm、平均厚
さ0.05μm、アスペクト比50であり、形状は六角
板状であった。
【0014】実施例3 実施例1において、出発原料の水酸化アルミニウムは粒
径が3.0μmのものを用い、リン酸水溶液を水酸化ア
ルミニウムに対してリン酸イオンとして5.0×10-3
モル添加した。昇温速度0.3℃/分で、150気圧で
実施例1と同様の処理をして白色の粉体を得た。ここに
得られた粒子粉体は粉末X線回折の結果、α−アルミナ
の回折ピークのみであった。又、この粒子を電子顕微鏡
で観察したところ図3に示すように平均粒径10μm、
平均厚さ0.33μm、アスペクト比30であり、形状
は六角板状であった。
【0015】以上実施例1で得られた試料の分散性を調
べるために、粉体のゼータ電位の測定を行った。測定条
件は0.01N−KCl溶液にアルミナを2vol%添
加し、一時撹拌後、pH滴定により測定した。結果は、
初期pH6.26、初期ゼータ電位−7.37mV、等
電点pH4.97であった。すなわち、本粉体は水を用
いてスラリー化したときにおいて、分散剤を用いなくて
も等電点が酸性側にあるため、中性領域で本粒子の電荷
はマイナスを示すことより、良好な高分散状態であるこ
とがわかる。
【0016】実施例4 特開平5−17132号公報に示されるように、バイヤ
ー法による水酸化アルミニウムをボールミルにて中心粒
径0.7μmに粒度調整を行ったものと所定の純水とで
スラリーを作成し、これをオートクレーブに充填し、温
度600℃、圧力200気圧にて2時間水熱処理を行っ
た。処理後の生成物を水洗、濾過、乾燥してα−アルミ
ナを作成した。本粒子は平均粒径0.6μm、平均厚さ
0.06μm、アスペクト比10であり形状は六角板状
であった。表面処理は本粉体600gと1N−リン酸溶
液1.5リットルを一晩撹拌し、純水にて水洗、濾過、
乾燥して処理粉体を得た。
【0017】本処理粉体と純水とで作成したスラリーを
等電点(pH4.0)にpH調整して作成した練土を用
いて、ペッファーコーン法に準拠した方法により塑性変
形量を測定した。変形比3.3を示す試料を40℃、1
00℃で乾燥して水分率を測定した。100℃で乾燥す
る水分を可塑含水率(PI)、40℃から100℃で蒸
発する水分の差を保水率(WR)として測定し、両者の
比から可塑特性値(CV=W/PI)を算出した。無処
理品と処理品の粉体のゼータ電位の測定による等電点
は、無処理品がpH10.0であるのに対して、処理品
は等電点がpH4.0で酸性側にあり、等電点付近では
凝集状態を示すことがわかる。又、ペーファーコーン法
による可塑性の指標を表1に示す。この結果より処理品
の可塑性が向上していることがわかる。
【0018】
【表1】
【0019】
【発明の効果】本発明は、従来のアルミナ粉体に見られ
ない高分散性かつ高可塑性を有するアルミナ粒子で、直
径が0.2から15μmでアスペクト比は15から50
を有する極めて薄板状のα−アルミナの単結晶である。
この粒子を塗料用の顔料として、精密研磨用の研磨材と
して、又、可塑成形用のセラミックス原料として用いた
場合にその高分散性かつ高可塑性がその効果を大いに発
揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られた粒子粉体の粉末X線回折デ
ータを示すグラフである。
【図2】実施例1で得られた粒子の結晶構造を示す電子
顕微鏡写真である。
【図3】実施例3で得られた粒子の結晶構造を示す電子
顕微鏡写真である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミナ粒子の少なくとも表面にリン酸
    化合物が存在していることを特徴とする高分散性及び高
    可塑性アルミナ粒子。
  2. 【請求項2】 リン酸化合物はアルミナ粒子に対し、P
    25換算で0.1から3.0重量%存在し、非晶質から
    なっていることを特徴とする請求項1記載の高分散性及
    び高可塑性アルミナ粒子。
  3. 【請求項3】 アルミナ粒子の結晶構造がα−アルミナ
    の単結晶で六角板状形を有することを特徴とする請求項
    1記載の高分散性及び高可塑性アルミナ粒子。
  4. 【請求項4】 板状アルミナ粒子の直径が0.2μmか
    ら15μmでありアスペクト比(直径/厚み)が15な
    いし50であることを特徴とする請求項1ないし3のい
    ずれかに記載の高分散性及び高可塑性アルミナ粒子。
  5. 【請求項5】 アルミナ粒子のゼータ電位が0を示す等
    電位点が、pH4から8を示すことを特徴とする請求項
    1ないし4のいずれかに記載の高分散性及び高可塑性ア
    ルミナ粒子。
JP7322411A 1995-08-24 1995-11-17 高分散性及び高可塑性アルミナ粒子 Pending JPH09142836A (ja)

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DE69634164T DE69634164T2 (de) 1995-08-24 1996-07-18 Aluminiumoxydteilchen mit erhöhter Dispergierbarkeit und Plastizität und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP96111646A EP0761600B1 (en) 1995-08-24 1996-07-18 Alumina particles having high dispersibility and plasticity and process for producing the same
US08/697,470 US6015456A (en) 1995-08-24 1996-08-23 Alumina particles having high dispersibility and plasticity
US09/304,341 US6197277B1 (en) 1995-08-24 1999-05-04 Process for producing alumina particles having high dispersibility and plasticity

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