JPS63206314A - 黒色系色彩を有する超微粒子低次酸化チタン粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １哩塁技術分■ 本発明は、黒色系色彩を有する超微粒子低次酸化チタン
粉末の製造方法に関し、さらに詳しくは主に黒色顔料と
しての用途、あるいは導電材などの用途が期待される黒
色系色彩を有する超微粒子低次酸化チタン粉末の製造方
法に関する。

■の　が１１ｔ　（こ　のＵ“ 従来黒色顔料としてカーボンブラック粉末あるいは四三
酸化鉄粉末が広く用いられている。このうちカーボンブ
ラックは、黒色度および着色力ともに優れているが、疎
水性であるため水に濡れにくく、また−最に粒径が極端
に小さ過ぎるため、混合して用いる場合配合に応じ流動
性が敏感に変動しすぎ、このため使用時に困難が伴なう
という問題点があった。またカーボンブラック中には、
３．４−ベンツピレンなどの発癌性物質が混入する可能
性が指摘されており、人体への悪影響が懸念されている
。

一方、四三酸化鉄は、その磁性のため凝集しやすく、顔
料として用いた場合に、色むらが生じやすいという欠点
がある。そしてまた、四三酸化鉄は、大気中で約１５０
℃程度の温度に加熱されると酸化されてγ−Ｆｅ２Ｏ３
に変化するため、熱安定性に乏しいという問題点があっ
た。

このように従来の黒色顔料には、何らかの問題点があり
、より品質の優れた黒色顔料が望まれ、このような情況
のもとて二酸化チタンを水素還元して黒色系低次酸化チ
タンを得る方法がすでに提案されている。しかし、この
方法では、１．１００℃以上の高温に加熱しないと還元
反応は進行せず、しかもこの際粒子が焼結して粗大化し
、微細で分散性の良い粉末を得ることはできなかった。

魚咀凶且迫 本発明は、上記のような従来技術に伴なう問題点を解決
しようとするものであって、微細で分散性が良く、顔料
、導電材などの用途が期待される黒色系色彩を有する超
微粒子低次酸化チタン粉末の製造方法を提供することを
目的とする。

１朗ム概ヌ 上記技術的課題を解決するため、本発明者等は鋭意研究
したところ、金属チタン製羽根付撹拌棒および金属チタ
ン製撹拌混合用ボールを備えた金属チタンで内張りした
反応容器内で、超微粒子（一般に粒径が０．１μｍ以下
の粒子を超微粒子と呼んでいる）状態の二酸化チタン粉
末を水素および窒素からなる混合ガス雰囲気下で前記撹
拌棒を回転させつつ、６００〜１，０００℃の温度で加
熱還元することによって、Ｔ　１　ｎ　ｏ　２ｎ−１（
ｉ≦ｎ≦１０）の化学式を有するであろうと推察される
黒色系の低次酸化チタンが得られることを見出し、さら
に詳細に検討し本発明を完成させた。

本発明に係る黒色系色彩を有する超微粒子低次酸化チタ
ン粉末の製造方法は、金属チタン製羽根吋撹拌棒および
球径０，０１〜９Ｉ＋ｗｌ＋の金属チタン製撹拌混合用
ボールを備えた金属チタンで内張りした反応容器内で、
超微粒子二酸化チタン粉末を水素および窒素からなる混
合ガス雰囲気下で、前記撹拌棒を回転させつつ、６００
〜１，０００℃の温度で加熱還元することを特徴として
いる。

なお、前記Ｔｉｎ　０２ｎ−１の化学式中のｎ値は、二
酸化チタン粒子の粒径、二酸化チタンの種類（アナター
ゼ型、ルチル型、ブルツカイト型）、反応温度、水素お
よび窒素からなる混合ガスの組成、あるいは流量等に応
じて変化する。すなわち、製造条件を変えることにより
、種々の黒色度、粒径および導電性を有する超微粒子の
低次酸化チタン粉末が得られ、目的および用途に応じた
適したものを製造することが可能となる。

灸咀０且体的説朋 以下本発明に係る黒色系色彩を有する超微粒子低次酸化
チタン粉末の製造方法について具体的に説明する。

黒色系色彩を有する超微粒子低次酸化チタン粉末を製造
するにあたって、第１図に示すような反応容器１が用い
られるが、この反応容器１は、金属チタン製の羽根２を
有する付撹拌棒３および球径０．０１〜９ｎｗｎ、好ま
しくは０．０５〜５ｍｍの金属チタン製撹拌混合用ボー
ル４を備え、しかも金属チタン５で内張すされている。

このような反応容器１には、還元されるべき二酸化チタ
ン６が充填される。

本発明では、反応容器１は金属チタンで内張すされてい
たり、あるいは金属チタン製の羽根付撹拌棒を備えてい
るが、金属チタンは二酸化チタンに対し還元作用を示す
ため、還元されるべき二酸化チタンが反応容器に設けら
れた金属チタンと接触することは、二酸化チタンの低次
酸化チタンへの変化を促進させることになる。

また、第１図に示す反応容器を用いる利点としては、伝
熱効果があげられる。すなわち、原料として用いる二酸
化チタンは、超微粒子ゆえにその粒子間に大きな空隙を
有しており、この空隙による断熱効果のため反応に必要
な熱エネルギーが伝わりにくい。しかも、本発明で使用
する反応容器にあっては、上述の金属チタン製の羽根付
撹拌棒および撹拌混合用ボールが組み込まれており、し
たがって撹拌による反応の促進効果以外に、これらが熱
媒体となって効・率よく反応に必要な熱エネルギーを二
酸化チタンに伝え反応をより促進するという効果が得ら
れる。その結果その反応温度をより低い温度範囲とする
ことができる。

本発明では、原料として超微粒子状態の二酸化チタン粉
末６が用いられる。この超微粒子状態の二酸化チタンの
粒径は０．０１〜０，０４μｍであることが好ましい。

二酸化チタンは、アナターゼ型、ルチル型あるいはブル
ツカイト型のいずれを用いてもよくその稚類は問わない
。

また、原料として上述の超微粒子二酸化チタンを用いる
ことにより、粒径０，０２〜０．０５μｍ程度の微細な
黒色低次酸化チタン粉末が得られる。

また、粒径０．０１〜０．０４μｍの超微粒子を原料と
することによって、還元反応が促進され、従来の水素還
元法に比し、より加熱処理温度を下げることができると
いう効果が認められる。すなわち、本発明にあっては、
加熱処理温度を６００℃程度にまで下げることが可能と
なり、このため粒子同士が焼結しにくくなり、還元反応
により得られる黒色低次酸化チタンの粒径を小さくする
ことができ、０．０２〜０．０５μｍ程度の微細な低次
酸化チタンの黒色粉末が得られる。

このような二酸化チタン粉末６は、反応容器１内に充填
され、水素および窒素からなる混合ガス雰囲気下で、上
述の撹拌棒で撹拌しつつ６００〜１．０００℃の温度で
加熱還元される。この際用いられる混合ガスは、水素が
１０〜９５容量％好ましくは５０〜８０容量％であり、
窒素が５〜９０容量％好ましくは２０〜５０容量％であ
ることが好ましい。このように水素および窒素からなる
混合ガスを用いることにより、二酸化チタン中の酸素原
子がこの水素の作用で脱離する際に一部窒素原子が固溶
し結晶構造が安定化するため、従来の水素還元法に比べ
、より低温での還元反応が可能になったとと推察される
。

水素および窒素からなる混合ガスは、反応容器１内に導
入ロアから連続的に供給され、導出口８から排除される
ことが好ましい。

加熱温度が、６００℃未満であると、得られる酸化チタ
ンの色調が灰色系となるため好ましくない。６００℃未
満の温度で加熱した場合には、還元反応が十分進まない
ため、得られる酸化チタンの色調が灰色系となるのであ
ろうと推察される。

また、１．０００℃を越えた温度で加熱すると、高温す
ぎるため、焼結が進行しすぎて粒子が粗大化し細かい分
散性の良い粉末は得られないため、好ましくない。本発
明にあっては、６００〜１．０００℃の温度範囲内の温
度で加熱処理した場合に、良好な黒色顔料が得られるが
、一般に高温で焼成するほど化学式Ｔｉｎ　０２ｎ−１
のｎ値が小さくなり黒色度も高まる傾向がある。

上記のような加熱は、２〜３時間程度で行なわれること
が好ましく、比較的短時間のうちに還元反応が進行する
。

なお反応容器１を加熱するには、反応容器の外周にヒー
タ９を設ければよく、また羽根２付撹拌棒３はモータ１
０により回転させることができる。

几咀例効見 本発明に係る黒色系色彩を有する超微粒子低次酸化チタ
ン粉末の製造方法によれば、原料として超微粒子状二酸
化チタン粉末を用い、また水素および窒素からなる混合
ガス雲囲気下において、チタン金属製の羽根付撹拌棒お
よび撹拌混合用ボールを備えた金属チタンで内張りした
反応容器内で加熱処理することによって、従来の水素還
元法に比べ、より低温での還元反応が可能となるととも
に、還元反応が迅速に進行し、したがって加熱時間は２
〜３時間という比較的短時間で良く、その結果加熱エネ
ルギーが大幅に節約できコスト低減が図れる。

また、還元反応の温度、すなわち加熱温度をより低下な
らしめることが可能となるため、粉末の粗大化を防ぐこ
とができ、粒径０６０２〜０ｏ０５μｍ程度の微細な黒
色粉末状態の低次酸化チタンを得ることができるという
効果をも有する。

このように本発明に係る製造方法によって製造された低
次酸化チタン粉末は、その粒径が微細であるため、従来
のミクロン単位の黒色粉末では得られない諸々の特性を
有し、黒色顔料として用いた場合、その着色力は大きく
、また分散性が非常に良い、等の特性が得られる。

また導電材料として用いたときのテープ等へのコーテイ
ング性に著しい向上が見られ、さらに微細粒子は反応活
性が一般に高いため触媒としての用途等にもより好適な
ものとして使用できる。

以上のように、本発明に係る製造方法によって得られた
黒色系色彩を有する超微粒子低次酸化チタン粉末は、前
記のような用途が考えられるが、次に表１にカーボンブ
ラックならびに四三酸化鉄と本発明で得られた低次酸化
チタンの特性との比較を示す。

去−１ 表１より本発明で製造された超微粒子低次酸化チタンは
、その色調（Ｌ値）が８〜１０で十分な黒さを持ち、ま
た耐熱性においても優れていることがわかる。

以下本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら
実施例に限定されるものではない。

犬胤捌１ 原料として粒径０．０１５μｍのアナターゼ型二酸化チ
タン粉末を用い、水素／窒素＝１＝１割合の混合ガスを
第１図に示すような反応容器流速２ｆＪ／１ＴＩｉｎで
流しながら、この混合ガス雰囲気下で金属チタン製羽根
付撹拌棒を回転させつつ、前記二酸化チタン粉末を９０
０℃の温度条件で２時間加熱処理し、次いで４００℃以
下に冷却して生成物を取り出した。

得られた生成物は、黒色の超微粒子粉末状態の低次酸化
チタンで、Ｘ！！回折などの測定の結果、化学式はＴ　
１　ｎ　０２ｎ−１（ｎ　＝１．２　）であり、その粒
径は０６０２μｍであり、色調り値は９であり、比表面
積は５２ｒｒｌ’／ｇであった。

丈鑑側ユ 原料として粒径０．０１μｍのルチル型二酸化チタン粉
末２を用い、水素／窒素＝２：１の割合の混合ガスを第
１図に示すような反応容器内へ流速Ｉｊｌ／ｍｉｎで流
しながら、この混合ガス雰囲気下で前述の羽根付撹拌棒
を回転させつつ、前記二酸化チタン粉末を８５０℃の温
度条件で３時間加熱処理し、次いで冷却後生成物を取り
出した。

得られた生成物は、黒色の超微粒子粉末状態の低次酸化
チタンで、Ｘ線回折などの測定の結果、化学式はＴ　ｉ
ｎ　Ｏ２ｎ−１（ｎ　＝１〜４）であり、その粒径は０
．０１５〜０．０２ｔｔｍであり、Ｌ値は１０であり、
比表面積は４８ｎｉ’／ｇであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る黒色系色彩を有する超微粒子低
次酸化チタン粉末を製造するための装置の説明図である
。 １・・・反応容器　　　　２・・・金属チタン製羽根３
・・・金属チタ〉′製撹拌棒 ４・・・金属チタン製撹拌混合用ボール５・・・金属チ
タン製内張り ６・・・二酸化チタン粉末 代理人　　弁理士　　鈴　木　俊一部 第　　１　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 金属チタン製の羽根付撹拌棒および球径 ０．０１〜９ｍｍの金属チタン製撹拌混合用ボールを備
   えた金属チタンで内張りした反応容器内で、超微粒子二
   酸化チタン粉末を、水素および窒素からなる混合ガス雰
   囲気下で、前記撹拌棒を回転させつつ６００〜１，００
   ０℃の温度で加熱還元することを特徴とする、黒色系色
   彩を有する超微粒子低次酸化チタン粉末の製造方法。