JPWO2016076230A1 - 硫酸バリウム粉体の製造方法及び硫酸バリウム粉体 - Google Patents
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Abstract
Description
その他硫黄成分由来の臭気による問題も挙げられる。硫酸バリウム粉体は塗料、インキ、樹脂やゴムへの添加剤など多くの用途で使用されている。いずれの用途でも硫黄成分が含まれている硫酸バリウム粉体を水、溶剤、樹脂に分散させる工程では、ごく微量であっても臭気が発生することにより作業環境が悪化することがある。
X(分)=A×106×e(−0.015×t)
ここでAは8以上の値をとり、Xの上限は3000分である。
上記原料硫酸バリウム粉体は、シリカ、シリカの水和物、アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも1つで被覆されていることが好ましい。
上記硫酸バリウム粉体は、粉体色のL値が99.0以上、a値が−0.2〜0.1、b値が0〜0.7であることがより好ましい。
上記硫酸バリウム粉体は、硫化バリウムを原料として得られた原料硫酸バリウムを加熱処理して得られたものであることが好ましい。
また、硫酸バリウム中の硫黄成分を低減することにより、臭気が低減し、硫酸バリウムを分散させる工程での作業環境を改善することができる。
硫化バリウムを原料とする硫酸バリウム粉体の製造方法は、特に限定されるものではなく、公知の任意の方法によって得ることができる。より具体的には、例えば、硫化バリウム水溶液に硫酸、硫酸塩(例えば、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム、硫酸リチウム、硫酸カリウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素リチウム、硫酸水素カリウム、硫酸アルミニウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム等)の水溶液を混合することによって得ることができる。硫酸バリウム粉体の不純物を低減するためには副塩が発生しない硫酸を使用することが好ましい。
シリカやシリカの水和物の被覆量は特に限定されないが、シリカとして0.1〜10重量%が好ましい。下限は0.5重量%がより好ましく、上限は重量5%がより好ましい。0.1重量%より低いと、粒子成長の抑制効果が得られない可能性があり、10重量%を超えても抑制効果はそれ以上向上しない。
式1:X(分)=A×106×e(−0.015×t)
ここでAは8以上の値をとる。
Aは8以上であればよいが、好ましくは14以上であり、20以上がより好ましい。Aが8以上のとき導かれる時間を保持すると、硫黄成分の含有量が十分低減し、白色度が非常に高い硫酸バリウム粉体が効率よく得られる。すなわち、Aの値から導かれる保持時間に応じて得られた硫酸バリウム粉体の性能が変化する。したがって、目的に応じて加熱処理温度とAの値を決定し、処理時間を導き出すことができる。導き出されたXを最低限の処理時間として、処理時間を決定すればよい。但し、Aが8未満の場合の保持時間では、上述したような性能を得ることができないおそれがあるため好ましくない。
また、保持時間の上限は特に限定されるものではないが、製造コストの点から3000分以下であることが好ましい。
なお、Xは3000分以下なので、Aの上限は25となる。
連続炉では同一温度で加熱しても良く、加熱帯を区切って加熱帯ごとに異なる温度で加熱しても良い。
加熱後の粉体を水にリパルプすることで分散しボールミル、ビーズミルなどの一般的な湿式粉砕をして粒子径を整えても良い。また、加熱処理後に水洗することで不純物をさらに低下させることができる。水洗後は前述のような一般的な乾燥や粉砕を行うにより硫酸バリウム粉体を得ることができる。
加熱処理していない堺化学工業(株)製バリエースB−54を比較例1とした。B−54の粒子径は0.8μmだった。
磁性るつぼに堺化学工業(株)製バリエースB−54を100g秤量した。ADVANTEC社製電気炉(型番FUM332PB)の炉内温度が600℃に到達後、るつぼを収納して30分間温度を保持して加熱処理した。その後にるつぼを取り出し、室温にて冷却することで硫酸バリウム粉体を得た。
電気炉の炉内温度を700℃で時間を30分にすること以外は比較例2と同じ操作をして硫酸バリウム粉体を得た。
電気炉の炉内温度を800℃で時間を30分にすること以外は比較例2と同じ操作をして硫酸バリウム粉体を得た。
電気炉の炉内温度を800℃で時間を240分にすること以外は比較例2と同じ操作をして硫酸バリウム粉体を得た。
電気炉の炉内温度を850℃で時間を60分にすること以外は比較例2と同じ操作をして硫酸バリウム粉体を得た。
電気炉の炉内温度を900℃で時間を30分にすること以外は比較例2と同じ操作をして硫酸バリウム粉体を得た。
加熱処理していない堺化学工業(株)製バリエースB−55を比較例5とした。B−55の粒子径は0.6μmだった。
磁性るつぼに堺化学工業(株)製バリエースB−55を100g秤量した。ADVANTEC社製電気炉(型番FUM332PB)の炉内温度が600℃に到達後、るつぼを収納して300分間温度を保持して加熱処理した。その後にるつぼを取り出し、室温にて冷却することで硫酸バリウム粉体を得た。
電気炉の炉内温度を600℃で時間を2000分にすること以外は比較例6と同じ操作をして硫酸バリウム粉体を得た。
電気炉の炉内温度を700℃で時間を180分にすること以外は比較例6と同じ操作をして硫酸バリウム粉体を得た。
電気炉の炉内温度を700℃で時間を2000分にすること以外は比較例6と同じ操作をして硫酸バリウム粉体を得た。
電気炉の炉内温度を900℃で時間を5分にすること以外は比較例6と同じ操作をして硫酸バリウム粉体を得た。
電気炉の炉内温度を900℃で時間を20分にすること以外は比較例6と同じ操作をして硫酸バリウム粉体を得た。
電気炉の炉内温度を900℃で時間を30分にすること以外は比較例6と同じ操作をして硫酸バリウム粉体を得た。
電気炉の炉内温度を900℃で時間を360分にすること以外は比較例6と同じ操作をして硫酸バリウム粉体を得た。
磁性るつぼに堺化学工業(株)製バリエースB−55を100g秤量し、るつぼをADVANTEC社製電気炉(型番FUM332PB)に収納した。炉内温度が1000℃になるまで2時間で昇温し、1000℃に到達後、30分間温度を保持して自然放冷した。冷却後にるつぼを取り出すことで硫酸バリウム粉体を得た。
電気炉の炉内温度を1200℃にすること以外は実施例9と同じ操作をして硫酸バリウム粉体を得た。
加熱処理していない堺化学工業(株)製バリエースB−30を比較例9とした。B−30の粒子径は0.2μmだった。後述の水分散体作成時の粘度をB型粘度計で測定すると230mPa・sであり、分散体から硫化水素の臭いがすることを確認した。
磁性るつぼに堺化学工業(株)製バリエースB−30を100g秤量した。ADVANTEC社製電気炉(型番FUM332PB)の炉内温度が900℃に到達後、るつぼを収納して30分間温度を保持して加熱処理した。その後にるつぼを取り出し、室温にて冷却することで硫酸バリウム粉体を得た。後述の水分散体作成時の粘度をB型粘度計で測定すると34mPa・sであり、分散体から硫化水素の臭いがしないことを確認した。
加熱処理していない堺化学工業(株)製バリファインBF−20を比較例10とした。BF−20の粒子径は0.1μmだった。
磁性るつぼに堺化学工業(株)製バリファインBF−20を100g秤量した。ADVANTEC社製電気炉(型番FUM332PB)の炉内温度が900℃に到達後、るつぼを収納して30分間温度を保持して加熱処理した。その後にるつぼを取り出し、室温にて冷却することで硫酸バリウム粉体を得た。
堺化学工業(株)製板状硫酸バリウムAを比較例11とした。板状硫酸バリウムAの粒子径は8.2μmだった。
磁性るつぼに堺化学工業(株)製板状硫酸バリウムAを100g秤量した。ADVANTEC社製電気炉(型番FUM332PB)の炉内温度が900℃に到達後、るつぼを収納して30分間温度を保持して加熱処理した。その後にるつぼを取り出し、室温にて冷却することで硫酸バリウム粉体を得た。
重晶石3000gとコークス300gを炭化ケイ素のるつぼに入れてふたをして、ADVANTEC社製電気炉(型番FUM332PB)に収納した。1000℃まで2時間で昇温し、1000度で2時間キープして加熱することで還元焙焼をした。60℃に加熱した1000mlのイオン交換水に冷却後の焙焼物を分散させることで硫化バリウム成分を溶解させた。5C濾紙で不溶分を濾別してイオン交換水を加えて100g/lの硫化バリウム水溶液を得た。2Lのビーカーに硫化バリウム水溶液1000mlと100g/lの硫酸580mlを混合することで硫酸バリウムのスラリーを得た。反応スラリーに15重量%のアルミン酸ナトリウムを9g添加し、10g/lの硫酸でpHを8に中和したあと、5Cろ紙でろ過してイオン交換水で水洗し、150℃の箱型恒温槽内で乾燥した。乾燥後のサンプルを(日清エンジニアリング(株)製気流式粉砕機SJ−500にて解砕することで硫酸バリウム粉体を得た。得られた硫酸バリウムの粒子径は0.4μmだった。
重晶石3000gとコークス300gを炭化ケイ素のるつぼに入れてふたをして、ADVANTEC社製電気炉(型番FUM332PB)に収納した。1000℃まで2時間で昇温し、1000度で2時間キープして加熱することで還元焙焼をした。60℃に加熱した1000mlのイオン交換水に冷却後の焙焼物を分散させることで硫化バリウム成分を溶解させた。5C濾紙で不溶分を濾別してイオン交換水を加えて100g/lの硫化バリウム水溶液を得た。2Lのビーカーに硫化バリウム水溶液1000mlと100g/lの硫酸580mlを混合することで硫酸バリウムのスラリーを得た。反応スラリーに15重量%のアルミン酸ナトリウムを9g添加し、10g/lの硫酸でpHを8に中和したあと、5Cろ紙でろ過してイオン交換水で水洗し、150℃の箱型恒温槽内で乾燥した。乾燥後のサンプルを100g秤量し、ADVANTEC社製電気炉(型番FUM332PB)の炉内温度が900℃に到達した後、るつぼを収納して、30分間温度を保持して加熱した。その後にるつぼを取り出し、室温にて冷却した。冷却後のサンプルを(日清エンジニアリング(株)製気流式粉砕機SJ−500にて解砕することで硫酸バリウム粉体を得た。得られた硫酸バリウムの粒子径は0.4μmだった。
重晶石3000gとコークス300gを炭化ケイ素のるつぼに入れてふたをして、ADVANTEC社製電気炉(型番FUM332PB)に収納した。1000℃まで2時間で昇温し、1000度で2時間キープして加熱することで還元焙焼をした。60℃に加熱した1000mlのイオン交換水に冷却後の焙焼物を分散させることで硫化バリウム成分を溶解させた。5C濾紙で不溶分を濾別してイオン交換水を加えて100g/lの硫化バリウム水溶液を得た。2Lのビーカーに硫化バリウム水溶液1000mlと100g/lの硫酸580mlを混合することで硫酸バリウムのスラリーを得た。反応スラリーに30重量%のケイ酸ナトリウムを4g添加し、10g/lの硫酸でpHを8に中和したあと、5Cろ紙でろ過してイオン交換水で水洗し、150℃の箱型恒温槽内で乾燥した。乾燥後のサンプルを(日清エンジニアリング(株)製気流式粉砕機SJ−500にて解砕することで硫酸バリウム粉体を得た。得られた硫酸バリウムの粒子径は0.4μmだった。
重晶石3000gとコークス300gを炭化ケイ素のるつぼに入れてふたをして、ADVANTEC社製電気炉(型番FUM332PB)に収納した。1000℃まで2時間で昇温し、1000度で2時間キープして加熱することで還元焙焼をした。60℃に加熱した1000mlのイオン交換水に冷却後の焙焼物を分散させることで硫化バリウム成分を溶解させた。5C濾紙で不溶分を濾別してイオン交換水を加えて100g/lの硫化バリウム水溶液を得た。2Lのビーカーに硫化バリウム水溶液1000mlと100g/lの硫酸580mlを混合することで硫酸バリウムのスラリーを得た。反応スラリーに30重量%のケイ酸ナトリウムを4g添加し、10g/lの硫酸でpHを8に中和したあと、5Cろ紙でろ過してイオン交換水で水洗し、150℃の箱型恒温槽内で乾燥した。乾燥後のサンプルを100g秤量し、ADVANTEC社製電気炉(型番FUM332PB)の炉内温度が900℃に到達した後、るつぼを収納して、30分間温度を保持して加熱した。その後にるつぼを取り出し、室温にて冷却した。冷却後のサンプルを(日清エンジニアリング(株)製気流式粉砕機SJ−500にて解砕することで硫酸バリウム粉体を得た。得られた硫酸バリウムの粒子径は0.4μmであった。
色相を測定するために、7.5gの粉体を外径44mm、内径40mmで5mm高さのアルミリングに入れ、株式会社 前川試験機製作所社製錠剤成型圧縮機(型番BRE‐33)をもちいて120MPaの圧力で試験片を成型した。作成した試験片を、日本電色工業株式会社製粉体色測定器(型番SPECTRO COLOR METER SE−2000)で測定した。
重量が既知の磁性るつぼにサンプル約2gを0.1mgの単位まで精秤し900℃に加熱したADVANTEC社製電気炉(型番FUM332PB)に入れて30分間加熱した。電気炉から取出したるつぼをデシケーター内で放冷し0.1mgの単位で重量を測定し、加熱前後の重量から900℃、30分の加熱減量を算出した。
日本電子株式会社製の操作型電子顕微鏡(型番JSM−6510A)を用いて2千倍もしくは2万倍の倍率で撮影し、粒子の最も長い部分の長さを粒子径とした。無作為に100個の粒子の粒子径を測定した平均値をそのサンプルの粒子径とした。
共栓付きのフラスコに5gのサンプルと濃度が40g/lの水酸化ナトリウム水溶液50mlを加え、80℃で30分間撹拌した。0.01mol/lのヨウ素を25ml加えたあとに濃塩酸を5ml加えてデンプンを指示薬として0.005mol/lのチオ硫酸ナトリウムで滴定した。サンプルを添加しない条件をブランク試験として次の式からサンプル中の硫黄含有量を計算した。
硫黄含有量(ppm)=16×(ブランク滴定量(ml)−サンプル滴定量(ml))
Mountech社製Macsorb(型番HM−1220)を用いた。サンプル量は0.5gで、200℃で15分間の脱気処理後に測定した。
耐圧容器にサンプル5gとイオン交換水40mlを加えて121℃の恒温槽で24時間加熱した。加熱後に耐圧容器を取り出してサンプルを5C濾紙で濾過し、濾液中のNa量を東ソー株式会社製イオンクロマトグラフィーIC−2001で測定した。
耐圧容器にサンプル5gとイオン交換水40mlを加えて121℃の恒温槽で24時間加熱した。加熱後に耐圧容器を取り出してサンプルを5C濾紙で濾過し、濾液のCl量を東ソー株式会社製イオンクロマトグラフィーIC−2001で測定した。
内容積100mLのガラス製のサンプル瓶に硫酸バリウム粉体3gもしくは実施例で作成した樹脂組成物10gを入れ、蓋をして密閉した。予め85℃×85RH%の状態に安定化しておいた恒温恒湿容器内に、そのサンプル瓶を入れた。恒温恒湿容器内が一定温度・湿度となったのを確認後、恒温恒湿槽の雰囲気下で銀ペースト(藤倉化成社製 ドータイトD550)を塗布したスライドガラスをサンプル 瓶に入れ、ふたを閉めて密閉した。72時間後、サンプル瓶からスライドガラスを取り出し、目視で銀ペーストの変色度合いを確認した。変色の評価は、銀ペーストのみの試験をブランクとして、そのブランクと同等を○、ブランクよりやや劣る場合を△、ブランクより劣る場合を×とした。
なお、銀変色試験は電極の耐腐食性の評価を目的としている。
硫酸バリウム粉体サンプル56gと純水24gと分散剤としてポイズ520(花王株式会社;ポリカルボン酸型分散剤)1.5gと0.3mm径のジルコニアビーズ100gをガラス瓶に入れてペイントシェーカーで30分間分散させた。分散終了直後にガラス瓶のふたを開けて臭気を確認した。臭気を確認後ビーズを取り除き、B型粘度計のローターM2で60rpmの条件で粘度の測定を行った。
EEA樹脂(日本ポリエチレン社製 レクスパールA1150)30g及び硫酸バリウム粉体30gをLABO PLASTMILL(東洋精機製作所社製)でミキサーの回転数40rpm、150℃で10分間混練した。混練物を取り出した後、厚み2mmのステンレス製鋳型板(150mm×200mm)の中央に置き、上下よりステンレス製板厚み2mmの(200mm×300mm)で挟み、ミニテストプレス−10(東洋精機製作所社製)の試料台に設置し、160℃、0.5MPaで2分間保持し、その後160℃、5MPaで2分間保持し、その後160℃、25MPaで3分間保持した。次に、水冷板に挟んで25MPaで5分間冷却することにより樹脂組成物のシートを得た。樹脂組成物のシートの色相を日本電色工業株式会社製粉体色測定器(型番SPECTRO COLOR METER SE−2000)で測定した。
200g/Lの塩化バリウム1000mlと200g/lの硫酸ナトリウム800mlを3Lのビーカーで混合して硫酸バリウムのスラリーを得た。反応スラリーを5Cろ紙でろ過して脱イオン水で水洗し、150℃の箱型乾燥機で乾燥した。乾燥後のサンプルを日清エンジニアリング(株)製気流式粉砕機SJ−500にて粉砕することで、硫酸バリウム粉体を得た。L=98.9、a=−0.1、b=0.4、W=98.8、比表面積=4、SEM径0.4μm、硫黄含有量2ppm、強熱減量=0.67重量%、Na=150ppm、Cl=200ppmであり、本発明の硫酸バリウムに比べ、ナトリウム、塩素の含有量が多い。
重晶石3000gとコークス300gを炭化ケイ素のるつぼに入れてふたをして、ADVANTEC社製電気炉(型番FUM332PB)に収納した。1000℃まで2時間で昇温し、1000℃で2時間キープして加熱することで還元焙焼をした。60℃に加熱した1000mlのイオン交換水に冷却後の焙焼物を分散させることで硫化バリウム成分を溶解させた。5C濾紙で不溶分を濾別してイオン交換水を加えて100g/lの硫化バリウム水溶液を得た。3Lのビーカーに硫化バリウム水溶液1000mlと100g/lの硫酸ナトリウム600mlを混合することで硫酸バリウムのスラリーを得た。反応スラリーを5Cろ紙でろ過して脱イオン水で水洗し、150℃の箱型乾燥機で乾燥した。乾燥後のサンプルを日清エンジニアリング(株)製気流式粉砕機SJ−500にて粉砕することで、硫酸バリウム粉体を得た。L=98.0、a=−0.2、b=1.4、W=97.6、比表面積=4.5、SEM径0.5μm、硫黄含有量21ppm、強熱減量=0.55重量%、Na=92ppm、Cl=7ppmであり、本発明の硫酸バリウムに比べ、白色度が低くナトリウムの含有量が多い。
各実施例について、Xとtとをグラフ上にプロットしたものを図1として示す。
図1においては、実施例毎に、Xとtとの関係をプロットし、更に式中に3つの直線を記載した。
3つの直線は、それぞれ
X(分)=A×106×e(−0.015×t)
において、A=8、A=14、A=20のそれぞれの場合について記載した直線である。
X(分)=A×106×e(−0.015×t)
(Aは8以上の値)で表される直線によって、加熱処理時の保持時間と温度の関係を規定して処理を行うことで、特に好ましい性質を有する硫酸バリウム粉体を得ることができたことが明らかである。
実施例のなかでも、加熱処理時の保持時間が上記一般式の関係を満たす場合は、例えば実施例8,9のように、特に良好な性質を有する硫酸バリウム粉体を得ることができたことが、図1及び表1〜3の結果から明らかである。
Claims (8)
- 硫化バリウムを原料として得られた原料硫酸バリウム粉体を600〜1300℃で加熱処理する硫酸バリウム粉体の製造方法であって、前記加熱処理温度t℃での保持時間X(分)が、下記一般式であらわされる時間以上であることを特徴とする硫酸バリウム粉体の製造方法。
X(分)=A×106×e(−0.015×t)
ここでAは8以上の値であり、Xの上限は3000分である。 - 原料硫酸バリウム粉体が、シリカ、シリカの水和物、アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも1つで被覆されている、請求項1記載の硫酸バリウム粉体の製造方法。
- 原料硫酸バリウム粉体は、塩素含有量が100ppm以下、ナトリウム含有量が100ppm以下である請求項1記載の硫酸バリウム粉体の製造方法。
- 粉体色のL値が98.3以上、a値が−0.5〜0.5、b値が0〜0.9、であり、900℃で30分加熱したときの重量減少が0.5重量%以下であり、硫黄含有量が45ppm以下であることを特徴とする硫酸バリウム粉体。
- 平均粒子径が0.01〜50μmである請求項4記載の硫酸バリウム粉体。
- 粉体色のL値が99.0以上、a値が−0.2〜0.1、b値が0〜0.7である請求項4又は5記載の反射フィルム用硫酸バリウム粉体。
- 塩素含有量が100ppm以下、ナトリウム含有量が100ppm以下である請求項4,5,6又は7記載の硫酸バリウム粉体。
- 硫化バリウムを原料として得られた原料硫酸バリウムを加熱処理して得られたものである請求項4,5又は6記載の硫酸バリウム粉体。
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