JPS63242926A - ジルコニウム含有水溶液およびその製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ジルコニウム含有水溶液およびその製造法
に関し、より詳細には、ジルコニア質繊維の紡糸原液、
セラミックスや耐火物の細孔にジルコニアを充填させる
ための含浸液、あるいはセラミックスや耐火物のバイン
ダーとして用いることのできるジルコニウム含有水溶液
に関する。

〔従来の技術〕

従来、ジルコニア質繊維の紡糸原液、セラミックスや耐
火物の細孔にジルコニアを充填させるための含浸液、あ
るいはセラミックスや耐火物のバインダーとして用いる
ジルコニウム含有水溶液として、酸塩化ジルコニウム、
硫酸ジルコニル、硝酸ジルコニル、酢酸ジルコニル、炭
酸ジルコニルアンモニウムなどの水溶液が、用いられて
いる。

これらの水溶液のうち、価格的に廉価であると共に比較
的高収率のジルコニアが得られる酸塩化ジルコニウムが
最も一般的に使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

酸塩化ジルコニウムは、Ｚ　ｒ　ＯＣｌ　２８Ｈ２０（
分子ｆｆ１３２１）の化学式で表されるものであり、こ
の酸塩化ジルコニウムを加熱処理することによりジルコ
ニアＺｒＯ２（分子量１２３）になる。従っ℃、酸塩化
ジルコニウムの加熱処理によるジルコニアの収率は、計
算上、分子量換算で約３８％になる。しかしながら、酸
塩化ジルコニウムの水に対する溶解度は２５℃で約１０
０ｇ／水１００ｇ程度であるので、酸塩化ジルコニウム
の飽和水溶液である５０％水溶液を使用したとしても、
ジルコニアの収率は約１９％に過ぎない。

ジルコニア質繊維の紡糸原液、セラミックスや耐火物の
細孔にジルコニアを充填させるための含浸液、あるいは
セラミックスや耐火物のバインダーとして用いるジルコ
ニウム含有水溶液としては、加熱後に形成されるジルコ
ニア量が出来るだけ多いものが、すなわち、ジルコニア
収率の高いものが好ましい。これは、ジルコニア収率の
高いジルコニウム含有水溶液をジルコニア繊維の紡糸原
液として用いると緻密かつ強靭な繊維が得られ、また、
セラミックや耐火物の細孔の含浸液として用いると細孔
がジルコニアにより充填される効率が高くなり、さらに
、セラミックや耐火物のバインダーとして使用される場
合はより強固な結合力が得られるからである。

この発明は上述の背景に基づきなされたものであり、そ
の目的とするところは、加熱処理によってジルコニアを
高い収率で形成することのできるジルコニウム含有水溶
液およびその製造法を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、ジルコニウム含有水溶液によるジルコニア
収率を高めると共に液状を維持するジルコニウム含有水
溶液について種々の検討を加えた結果、酸塩化ジルコニ
ウム水溶液の水分を蒸発させて濃縮しても酸塩化ジルコ
ニウムが過飽和となって酸塩化ジルコニウムの結晶が析
出するが、酸塩化ジルコニウム水溶液と過酸化水素水と
の反応生成物から得られたものが、この発明の目的達成
に有効であることを見出しこの発明を完成するに至った
。

すなわち、この発明のジルコニウム含有水溶液の製造法
は、酸塩化ジルコニウム水溶液に過酸化水素水を添加し
、加熱下で、好ましくは３０℃〜７５℃の温度で酸塩化
ジルコニウムと過酸化水素水とを反応させ、反応終了後
必要に応じて水分を蒸発させて濃縮させることを特徴と
するものである。

この発明の別の態様であるジルコニウム含有水溶液は、
酸塩化ジルコニウム水溶液と過酸化水素水との反応生成
物からなることを特徴とするものである。

尚、過酸化水素の応用に関しては、特開昭６１−２７０
２１７号公報、及び特開昭５８−７９８１８号公報で提
案されているが、これらの特許は結晶質ジルコニア微粒
子の製造方法に関するものであり、本願発明とはその目
的が全く異なる。

更に特開昭５８−７９８１８号公報に記載されているジ
ルコニウムの塩水溶液に過酸化水素を加え８０〜３００
℃の加熱処理を施した場合には溶液中に結晶質ジルコニ
アの超微粒子が析出し、本願発明の如き溶液を得ること
ができない。

以下、この発明をより詳細に説明する。

この発明において用いられる酸塩化ジルコニウムは、化
学式Ｚｒ０Ｃ１・８Ｈ２０で表されるものであり、粉状
、液状などその形状形態はいずれでもよい。粉状のもの
を用いる場合、水に完全に溶けていることが望ましい。

この酸塩化ジルコニウムには、通常市販のものに含まれ
る不純物が混入してもよい。酸塩化ジルコニウムは、通
常の方法によって水に溶解され、酸塩化ジルコニウム水
溶液を調製する。酸塩化ジルコニウムの濃度は、目的の
ジルコニウム含有水溶液の用途などに応じて適宜変更さ
れるが、溶液調製の能率上、飽和溶液、例えば、２５℃
で５０％溶液から出発することが望ましい。

この酸塩化ジルコニウム水溶液に添加される過酸化水素
水は、過酸化水素含宵水溶液であり、便宜上から市販の
３０％濃度水溶液を使用することができる。過酸化水素
の添加量は、化学式Ｚ　ｒ　ＯＣｌ　２　・８Ｈ２０で
表される酸塩化ジルコニウム粉末１モルに対し、好まし
くは０．１〜１０モル、より好ましくは０．５〜５モル
である。

この下限量未満では酸塩化ジルコニウムと過酸化水素と
の反応が不十分となり、濃縮時に酸塩化ジルコニウム結
晶が析出して透明な溶液が得られず、上限を超えるとコ
スト高となるからである。

この発明の製造法において、次いで加熱下で酸塩化ジル
コニウムと過酸化水素とを反応させる。

この反応の温度は、好ましくは３０〜７５℃、より好ま
しくは４０〜７０℃である。この温度下限未満では、反
応に数ロ〜数ケ月程の長時間を要し、その温度上限を超
えると結晶質ジルコニア超微粒子が析出し、溶液が白濁
化するからである。

得られた反応生成物について、必要に応じてその生成物
から水分を蒸発させて濃縮する。この濃縮によってジル
コニア収率を更に高めることができる。その濃縮操作と
しては、煮沸、真空蒸発などがある。この発明において
この濃縮度は、その用途に応じて適宜選択することがで
き、例えば、ジルコニア繊維の紡糸原液として使用する
とき濃縮度を高めて粘稠な溶液とし、一方、耐火物やセ
ラミックスの細孔の含浸液として用いるとき低い粘稠液
とする。

この製造法で得られたジルコニウム含有水溶液は、酸塩
化ジルコニウムと過酸化水素との反応生成物であり、用
途に応じて濃縮物である。

〔作　用〕

酸塩化ジルコニウム水溶液と過酸化水素との反応のメカ
ニズムおよびその生成物の構造・組成は、理論的に明ら
かではないが、酸塩化ジルコニウムと過酸化水素との反
応によりジルコニウム化合物のポリマーが形成されてい
ると考えられる。そのことは、得られた生成液の乾燥固
形物が透明なガラス状であり、その赤外線吸収スペクト
ルにＯＨ基以上の官能基が検出されずまたｘ１回折に鉱
物ピークが現れず非晶質のパターンを示すことから推測
されるからである。

〔発明の効果〕

」二記の構成および作用を何するこの発明は、以下の効
果を育する。

（イ）水溶性ジルコニウム塩である酸塩化ジルコニウム
は化学式Ｚｒ０Ｃ１・８Ｈ２０で表せれる化合物であり
、その分子量は３２１である。

この酸塩化ジルコニウムの加熱処理により得られるジル
コニアが分子量１２３であるので、粉末の酸塩化ジルコ
ニウムからのジルコニア収率は約３８％になる。これに
対し単なる酸塩化ジルコニウム水溶液を用いると、飽和
水溶液が５０％程度であることから、ジルコニア収率は
粉状の収率の約５０％、すなわち、約１９％前後に過ぎ
ない。

しかしながら、この発明によるジルコニウム含を水溶液
は、加熱処理により粉状酸塩化ジルコニウムに匹敵する
ジルコニア収率若しくはそれ以」二の収率を得ることが
できる。

（ロ）高いジルコニア収率を得ることができるにも拘ら
ずこの発明のジルコニウム含有水溶液は透明かつ低粘度
の溶液であり、ジルコニア繊維の紡糸原液、セラミック
などの細孔の含浸液、およびバインダーとして有効であ
る。

（ハ）ジルコニア収率が高いので、強度の大きいジルコ
ニア繊維が得られ、セラミックなどの細孔に効率良く含
浸し、強固な結合力を示すバインダーとして使用できる
。

〔実施例〕

以下にこの発明を実施例および比較例により更に具体的
に説明するが、この発明はその要旨を越えない限り以下
の実施例に限定されるものではない。

実施例１ 酸塩化ジルコニウム粉末１００重量部を水１００重量部
に溶解させて濃度５０％の酸塩化ジルコニウム水溶液を
調製した。この水溶液１００重量部に対し３０重量部の
３５９６過酸化水素水を添加し、５０℃に加熱撹拌した
。加熱開始後約２０分間、酸塩化ジルコニウムと過酸化
水素水とが激しく反応して気泡が多量に発生するが、そ
の後その発生が弱くなり３０分後には反応が終了した。

得られたジルコニウム含有水溶液２００重量部を煮沸し
て水分を蒸発させ、１００１１１部に濃縮した。この濃
縮物は、粘度５０ｃｐと極めて低粘度であるにも拘らず
、１０００℃前後の加熱によってこのジルコニウム含有
水溶液は３５％の収率でジルコニアになった。

比較例１ 実施例１で用いた濃度５０％の酸塩化ジルコニウム水溶
液より得たジルコニアは、収率１９％で形成された。ま
た、濃度５０％の酸塩化ジルコニウム水溶液を１／２に
濃縮して冷却すると酸塩化ジルコニウムが析出して流動
性のない白色ゲルとなった。

実施例２ 実施例１で得られた反応生成物の濃縮物を更に５０重量
部まで濃縮した。得られた濃縮物は粘度が１０万ボイズ
であり、透明性および曳糸性を示す液であった。この液
のジルコニア収率は７０９６と極めて高かった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸塩化ジルコニウム水溶液に過酸化水素水を添加し
   、加熱下で酸塩化ジルコニウムと過酸化水素とを、結晶
   質ジルコニアが実質的に生成されない条件で、反応させ
   ることを含む、ジルコニウム含有水溶液の製造法。 ２、酸塩化ジルコニウムと過酸化水素との反応を、３０
   ℃〜７５℃の温度で行う、特許請求の範囲第１項記載の
   製造法。 ３、酸塩化ジルコニウムと過酸化水素との反応生成物が
   、水分を蒸発させて得た濃縮物である、特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の製造法。 ４、酸塩化ジルコニウム水溶液と過酸化水素との反応生
   成物からなる、ジルコニウム含有水溶液。 ５、反応生成物が濃縮物である、特許請求の範囲第４項
   記載のジルコニウム含有水溶液。