KR101587110B1 - 알루미나 미립자 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판상 α-알루미나 미립자 또는 γ-알루미나 미립자 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 본 발명의 판상 α-알루미나 미립자의 제조방법은, AlO(OH) 사슬을 포함하는 결정자(crystallite)의 층들이 수소결합에 의하여 서로 결합되어 층상 구조를 형성하고 있는 γ-상의 보헤마이트 미립자를 준비하는 단계; 60~70℃의 알칼리 수용액에 상기 보헤마이트를 투입하는 단계; 상기 보헤마이트가 투입된 알칼리 수용액을 80~100℃에서, 1~5시간 충분히 교반하여 혼합 겔을 제조하는 단계; 상기 혼합 겔에 ZnSO₄ 첨가제를 투입하고 1~3시간 교반한 후, 900~1100℃에서 5~10시간 소성시키는 단계; 및 상기 소성단계 후 1300~1400℃에서 8~13시간 추가 소성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 보헤마이트를 원료로 하여 제조한 고순도의 판상 α-알루미나는 진주광택 안료, 고급자동차용 외장 도료, 화장품, 코팅제, 플라스틱, 인쇄물, 잉크, 합성피혁, 파우더 코팅제 등 매우 다양한 제품에 적용될 수 있다.

Description

알루미나 미립자 및 이의 제조방법{ALUMINA PARTICLES AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 다양한 각형비(aspect ratio)를 갖는 판상 α-알루미나 미립자 또는 γ-알루미나 미립자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 결정크기가 작으면서도 수분 함량이 적은 신규 보헤마이트를 이용하여, 다양한 각형비를 가지며 입자 크기가 균일하게 분포된 판상 α-알루미나 미립자 또는 γ-알루미나 미립자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

알루미나를 제조하는 종래의 방법으로는 보크싸이트를 원료로 사용하여, 이 보크싸이트를 고온, 고압에서 수산화나트륨(NaOH) 용액으로 분해시켜서 광석 중의 알루미늄 산화물을 용액 중으로 침출시키고, 이 침출 용액을 가수분해시켜서 수산화알루미늄을 만든 후 이를 하소(calcination)하여 알루미나를 제조하는 방법이 있는데, 이와 같은 방법의 기본 공정을 베이어(Bayer)법이라 한다.

그러나, 상기한 베이어법으로 제조된 알루미나는 상당량의 Na₂O, Fe₂O₃ 등의 불순물을 함유하고 있고, 수입 보크싸이트를 사용하는데 따른 원료비가 소요되며, 광석 분해시에 고온, 고압을 유지시키기 위하여 오토클레이브(autoclave)를 사용하는데 따른 장치비가 소요되는 단점들을 가지고 있어서 활성 알루미나로의 사용에 많은 어려움을 가지고 있다.

또한, 고순도 알루미나 제조에 많이 사용되는 방법으로는 암모늄 명반의 열분해법을 들 수 있는데, 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃)과 황산암모늄((NH₄)₂SO₄)을 반응시켜서 암모늄 명반(NH₄Al(SO₄)₂)을 만든 뒤 이를 하소시키거나, 황산알루미늄을 황산 및 암모니아 가스와 반응시켜서 암모늄 명반을 만든 뒤 이를 하소하는 방법이다. 상기 암모늄 명반은 열분해시 발포성을 갖고 있기 때문에, 매우 작은 입자가 응집된 형상의 알루미나를 산출하며 이를 분쇄함으로써 소결이 매우 쉬운 알루미나를 제조할 수 있는 장점을 가지고 있는 반면, 상기 공정은 정제 비용이 많이 들고, 부산물로서 발생하는 NH₃와 SO₃ 가스를 제거해야 하는 단점을 갖고 있다.

일반적으로 고순도의 알루미나를 제조하는 또 다른 방법으로서는 다음 반응식 1, 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 알콕사이드를 가수분해해서 알루미나 겔(Gel)을 얻고, 이것을 소성함으로써 알루미나를 제조하는 알루미늄 가수분해법이 있다. 반응식 1과 같이, 수용액상에서 알루미늄 알콕사이드를 염산이나 질산과 같은 산의 존재하에서 가수분해에 의해 비정질의 수산화알루미늄을 제조한 후, 반응식 2와 같이 해교, 숙성 및 결정성장 등의 과정을 통해 보헤마이트(boehmite)를 얻는다. 이후에 반응식 3과 같이, 상기 보헤마이트는 400~800℃에서 소성에 의해 γ-알루미나로, 1000~1300℃의 소성에 의해 α-알루미나로, 상의 전환이 이루어진다.

[반응식 1]

Al(OR)₃ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3ROH

[반응식 2]

Al(OH)₃ → AlOOH + H₂O

[반응식 3]

2AlOOH → Al₂O₃ + H₂O

이때, 보헤마이트 결정입자 크기의 조절은 반응 온도와 시간, 산의 양 등에 의해 크게 영향을 받는 것으로 알려져 있으며[대한민국 특허 제267722호], 보헤마이트 입자 크기는 보헤마이트 뿐만 아니라 이로부터 제조한 γ-알루미나 또는 α-알루미나의 표면적과 기공도에 크게 영향을 주어 이들의 촉매와 같은 용도에 크게 영향을 주게 된다.

이외에 수용액 대신 유기용매를 용매로 사용하여 알루미늄 알콕사이드를 가수분해하여 알루미나를 제조한 예로는, 5~50부피%의 알루미늄 알콕사이드를 에테르, 케톤, 알데히드 및 이들의 혼합물 등으로부터 선택한 용매에 녹인 다음 1~50부피%의 물(H₂O:Al(OR)₃ = 1.5~4:1)을 알루미늄 알콕사이드 용액에 섞은 후, 이를 필터한 것을 상온에서 말린 다음 200~600℃에서 소성한 것으로 표면적이 300~600m²/g 정도의 고표면적을 갖는 비정질의 알루미나를 제조한 것이 있다[미국 특허 제4275052호]. 또한, 알루미늄 알콕사이드를 2차 또는 3차 알코올용매에서 고온(200~300℃)에서 분해하여 500m²/g 이상의 고표면적의 알루미나를 만든 예에서, 알루미늄 이소부톡사이드를 노말-부탄올 용매 속에서 열분해를 하거나[미국 특허 제4387085호], 알루미늄 알콕사이드를 용매를 사용하지 않고 소량의 물(H₂O:Al = 3:1)과 섞어 가수분해를 한 후 건조하여 제조한 알루미나 분말을 HNO₃/Al = 0.27에 해당하는 질산과 섞은 수용액에 넣어 100℃에서 비스코스 졸(viscous sol)을 만든 후 이를 다시 건조하여 투명한 젤을 만든 예가 있다[미국 특허 제4532072호].

또한, Ziegler/Alfol 공정의 중간체로서 얻어진 알루미늄 알콕사이드를 수용액에서 60~100℃에서 가수분해를 수행하여 10~11%의 알루미늄 하이드록사이드를 함유한 알루미나 현탁액(suspension)을 얻은 후, 이 슬러리를 압력 반응기에서 100~235℃에서 1~30 기압에서 30분~20시간 저으면서 숙성한 후 스프레이 드라이로 건조, 소성하여 알루미나를 제조하는 방법도 있다[미국 특허 제5055019호].

이상에서 살펴본 알콕사이드법의 단점으로는, 종래의 알루미늄 알콕사이드를 수용액에서 가수분해하여 보헤마이트 및 γ-알루미나 또는 α-알루미나를 제조하는 경우에 알코올의 회수가 어렵고, 건조비용이 많이 들며, 제조한 알루미나의 비표면적이나 기공도가 떨어진다는 것을 들 수 있다. 또한, 유기용매 하에서 가수분해하는 경우에는 알루미나의 표면적은 크나, 비정질인 경우가 많고, 고압 반응기를 사용해야 하는 단점을 가지고 있다.

한편, 최근에는 각형비가 큰 판상 알루미나를 제조하기 위한 연구들이 활발하게 이루어지고 있는데, 예를 들어 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 주석 전구체 수용액을 사용하여 유사 보헤마이트를 제조하고, 이를 숙성, 건조, 결정화하여 α-알루미나를 제조하는 방법[대한민국 특허 제787191호, 대한민국 특허 제1396843호] 또는, 알루미늄 전구체에 희석제를 가하여 열처리 한 후 나중에 희석제를 제거하여 판상 알루미나를 제조하는 방법[대한민국 특허 제1088390호] 등의 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 이러한 방법들은 알루미늄 전구체로서 상기 베이어법에 의한 수산화알루미늄을 사용하거나, 유사 보헤마이트를 제조하는 과정이 상기 알콕사이드법에 의해 유사 보헤마이트를 제조하고 있어서, 이들 방법들의 단점들을 내포하고 있으며, 여러 금속 전구체들을 사용함에 따른 폐액 처리 문제나 희석제 제거에 따른 공정상의 복잡한 절차 등 아직까지 해결해야 할 많은 과제가 있다.

본 발명의 목적은 다양한 각형비를 갖는 판상 α-알루미나 또는 γ-알루미나 미립자들을 제조하는 신규의 제조방법을 제공하는 것이며, 알루미늄 전구체나 다른 금속 전구체를 사용함 없이, 결정크기가 작으면서도 수분함량이 적은 신규 보헤마이트를 사용하여 판상 α-알루미나 또는 γ-알루미나를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법을 사용하여 제조한 판상 α-알루미나 또는 γ-알루미나 미립자를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 판상 α-알루미나 미립자의 제조방법은,

(i) 하기 구조식으로 표현되는 AlO(OH) 사슬을 포함하는 결정자(crystallite)의 층들이 수소결합에 의하여 서로 결합되어 층상 구조를 형성하고 있는 γ-상의 보헤마이트 미립자를 준비하는 단계;

(여기에서, n은 10 이상의 정수를 나타낸다)

(ii) 60~70℃의 알칼리 수용액에 상기 보헤마이트를 투입하는 단계;

(iii) 상기 보헤마이트가 투입된 알칼리 수용액을 80~100℃에서, 1~5시간 충분히 교반하여 혼합 겔을 제조하는 단계;

(iv) 상기 혼합 겔에 ZnSO₄ 첨가제를 투입하고 1~3시간 교반한 후, 900~1100℃에서 5~10시간 소성시키는 단계; 및

(v) 상기 소성단계 후 1300~1400℃에서 8~13시간 추가 소성하는 단계

로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직한 일 구현예에서, 상기 γ-상의 보헤마이트 미립자는 하기와 같은 구조식으로 표현되는 미립자이다(하기 구조식에서 점선은 보헤마이트 미립자 결정자의 층간에 형성된 수소결합을 나타낸다.).

상기 보헤마이트는 H₂O과 금속성 알루미늄을 원료로부터 열수 산화법(hydrothermal oxidation method)으로 제조한 보헤마이트이며, γ-상의 평판형 결정자로 이루어지고, 입자 크기(D50)는 1~10㎛, 순도는 99.7% 이상이며, BET 비표면적은 20~200m²/g인 것을 특징으로 한다.

바람직한 일 구현예에서, 상기 알칼리 수용액은 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 수산화나트륨 및 인산나트륨 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 수용액이다.

또한, 상기 판상 α-알루미나 미립자는 두께가 50~100nm이고, 평균 직경이 0.5~5㎛이며, 각형비(aspect-ratio)가 5~100인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 하기 단계로 이루어진 γ-알루미나 미립자의 제조방법도 제공하는데, 상기 판상 α-알루미나 미립자의 제조방법과 소성 온도 및 소성 시간을 변경함으로서 제조할 수 있는 것이다:

(i) 하기 구조식으로 표현되는 AlO(OH) 사슬을 포함하는 결정자(crystallite)의 층들이 수소결합에 의하여 서로 결합되어 층상 구조를 형성하고 있는 γ-상의 보헤마이트 미립자를 준비하는 단계;

(여기에서, n은 10 이상의 정수를 나타낸다)

(ii) 60~70℃의 알칼리 수용액에 상기 보헤마이트를 투입하는 단계;

(iii) 상기 보헤마이트가 투입된 알칼리 수용액을 80~100℃에서, 1~5시간 충분히 교반하여 혼합 겔을 제조하는 단계;

(iv) 상기 혼합 겔에 ZnSO₄ 첨가제를 투입하고 1~3시간 교반하는 단계; 및

(v) 상기 교반단계 후 500~700℃에서 5~15시간 소성하는 단계.

상기 γ-알루미나 미립자의 제조방법에 따라 제조된 γ-알루미나 미립자는 석유화학 분야에서 촉매 및 촉매담체로 사용되는 등 다양한 분야에 이용될 수 있다.

본 발명의 제조방법에 의한 판상 α-알루미나는 다양한 각형비를 가질 수 있고, 결정의 판과 판 사이가 얇고 가늘며, 순도가 매우 높고, 입자 크기가 균일하게 분포되어 있어 진주광택 안료(pearlescent pigment), 고급자동차용 외장 도료, 화장품, 코팅제, 플라스틱, 인쇄물, 잉크, 합성피혁, 파우더 코팅제 등 매우 다양한 제품에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 제조방법에 의한 γ-알루미나 역시 종래의 γ-알루미나에 비하여 더 얇고 정교하게 얻어질 수 있다.

도 1은 종래 알루미나를 제조하는 방법에 사용되는 유사 보헤마이트(pseudo-boehmite) 구조를 나타내는 화학식이다.
도 2는 본 발명의 판상 α-알루미나의 제조방법에 사용되는 γ-상의 보헤마이트 구조를 나타내는 화학식이다.
도 3은 본 발명의 판상 α-알루미나의 제조방법에 사용되는 γ-상의 보헤마이트의 스캐닝 전자 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 판상 α-알루미나 미립자의 제조방법에 따라 제조된 판상 α-알루미나의 스캐닝 전자 현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2 및 비교예 2에서 사용한 각각의 보헤마이트 및, 실시예 2 및 비교예 2에서 수득한 각각의 γ-알루미나에 대한 X-선 회절 패턴을 나타낸 것이다.

본 발명의 판상 α-알루미나 제조방법의 특징 중의 하나는 기존 생산방식에서 사용하는 베이어법으로 생산한 수산화알루미늄 또는 깁싸이트법으로 생산한 수산화알루미늄 등의 알루미늄 전구체를 사용하지 않는다는 점이다.

본 발명의 판상 α-알루미나를 제조하기 위한 원료가 되는 물질인 γ-상의 보헤마이트는 전통적인 화학 합성 방식이 아닌 H₂O과 금속성 알루미늄(Al)만의 물리 합성(열+수소반응+압력)으로 생산되는 것이며, 산도가 높고 활성도가 좋으며, 결정성과 내열성이 우수하다.

상기 보헤마이트는 유사 보헤마이트와 비교하여 결정자(crystallite) 크기가 작으면서도 H₂O이 매우 적은 결합을 하고 있으며, 더 얇고 정교한 알루미나 판상 구조를 제조할 수 있는 물질이다.

하기 구조식에서 보는 바와 같이, 유사 보헤마이트는 말단에 H₂O이 결합되어 있어, 이러한 H₂O로 인해 전체 보헤마이트 결정이 약해지고 따라서 이러한 보헤마이트를 사용하여 제조된 판상 α-알루미나도 밀도와 강도가 낮고 판상 구조 자체가 얇고 정교하지를 않아서 안료, 도료, 연마제, 고강도 세라믹 재료 등의 다양한 분야에 사용하기가 어려운 실정이다.

이와는 달리, 본 발명에서 사용되는 보헤마이트는 하기 구조식으로 표현되는 AlO(OH) 사슬을 포함하는 결정자(crystallite)의 층들이 수소결합에 의하여 서로 결합되어 층상 구조를 형성하고 있는 γ-상의 보헤마이트 미립자로서, 결정자의 층과 층 사이의 화학적 결합으로 인해 결정 크기가 작으면서도 수분 함량이 적은 것이 특징이다.

도 3의 상기 보헤마이트의 스캐닝 전자 현미경 사진에서 보는 바와 같이, 상기 보헤마이트는 유사 보헤마이트와는 달리 결정의 크기가 작고 균일한 것이 특징이다.

이하 본 발명의 판상 α-알루미나 제조방법을 단계별로 설명하며, 필요에 따라 도면을 참조하여 설명한다.

먼저, 상기 보헤마이트를 준비하는 단계로서, 기존 알루미나 생산공정에서 사용하는 수산화알루미늄 등의 알루미늄 전구체를 사용하지 않고 바로 보헤마이트를 가지고 공정을 시작함으로써 부산물을 줄일 수 있으며, 보헤마이트 역시 상술한 바대로 물과 금속성 알루미늄만으로 열수 산화하여 수득할 수 있어 타 공정에 비해 환경오염을 대폭 줄일 수 있다는 점에서 특징적이다. 또한, 상기 열수 산화법으로 수득한 보헤마이트는 베이어법으로 수득한 수산화알루미늄을 하소하여 얻은 유사 보헤마이트보다 결정 크기가 작으면서도 H₂O이 매우 적은 결합을 하고 있어서, 더 얇고 정교한 알루미나 판상 구조를 수득할 수 있게 된다. 참고로 도 1 및 도 2에 유사 보헤마이트 구조 및 본 발명의 제조방법에 사용된 보헤마이트 구조를 나타내었다.

상기 보헤마이트를 준비한 후, 알칼리 수용액을 제조하여 60~70℃로 유지하면서 상기 보헤마이트를 투입하게 되는데, 이때 사용되는 알칼리 수용액은 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 구체적으로 예를 들면 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 수산화나트륨 및 인산나트륨 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 탄산나트륨 또는 인산나트륨인 것이 바람직하다.

이어서, 상기 보헤마이트가 투입된 알칼리 수용액을 80~100℃로 올린 다음, 1~5시간 충분히 교반하여 혼합 겔을 제조하게 되는데, 상기 온도가 80℃ 미만이면 혼합 겔에 포함된 보헤마이트 결정의 성장이 어렵고, 100℃ 이상은 보헤마이트의 형태 변화가 발생하여 판상 결정체의 성장이 어려워질 수 있다. 또한, 숙성 시간이 1시간 미만이면 균일한 혼합 겔을 얻을 수 없고 보헤마이트의 성장이 어려워 응집이 심한 판상 α-알루미나 결정체가 제조되며, 5시간을 초과하면 보헤마이트의 과도한 성장으로 두께가 두꺼운 판상 α-알루미나 결정체가 제조된다.

상기 혼합 겔에 ZnSO₄ 첨가제를 투입하고 1~3시간 교반한 후, 전기로에서 900~1100℃로 5~10시간 소성시키는 단계에 있어서, ZnSO₄ 첨가제는 보헤마이트의 판상 구조에 대한 적층의 최소화를 위해 투입되는 것이며, 전기로에서 약 1000℃로 소성을 시키면 대부분의 SO₄ 성분이 사라지며 ZnO₂를 생성하게 된다.

이어서, 상기 소성단계 후 전기로에서 1300~1400℃로 8~13시간 추가 소성하여 판상 α-알루미나를 제조하게 되는데, 상기 온도의 범위에서 소성이 될 때 비로소 α상의 알루미나 입자를 얻을 수 있었다. 도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 의해 수득한 판상 α-알루미나는 6각의 판상이 꽃무늬로 결합된 형태임을 보여준다.

본 발명의 판상 α-알루미나 미립자는 두께가 50~100nm이고 평균 직경이 0.5~5㎛이며 각형비(aspect-ratio)가 5~100으로 다양하여 진주광택 안료, 고급자동차용 외장 도료, 화장품, 코팅제, 플라스틱, 인쇄물, 잉크, 합성피혁, 파우더 코팅제 등 다양한 분야에 널리 이용될 수 있다.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 1] 판상 α-알루미나 미립자 제조

탄산나트륨(Na₂CO₃) 324g과 인산나트륨(NaPO₃) 2.7g을 탈이온수 900mL에 녹여 알칼리 수용액을 제조하고 이 용액의 온도를 65℃로 유지하였다. 이 알칼리 수용액에 γ-상의 평판형 결정자로 이루어진 보헤마이트(참조: 도 2) 분말 30g을 투입하여 온도를 90℃로 올린 다음 이를 유지하면서 1시간 교반하였다. 이어서, 황산아연(ZnSO₄)을 15g 투입하고 2시간 교반한 후, 전기로에서 1000℃로 6시간 소성시켰다. 이를 다시 전기로에서 1350℃로 10시간 소성시켜 판상 α-알루미나를 제조하였는데, 이 판상 α-알루미나의 전자현미경 사진을 도 4에 나타내었다. 이와 같이 제조된 판상 α-알루미나 미립자는 두께가 50~100nm이고, 평균 직경이 0.5~5㎛이며, 각형비는 5~100으로 결정 크기가 작고 다양한 각형비를 가짐을 알 수 있었다.

[ 실시예 2] γ-알루미나 미립자의 제조

전기로에서 소성하는 단계를 600℃에서 10시간 실시한 점 외에는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 γ-알루미나를 제조하였다. γ-알루미나 역시 석유화학 분야의 촉매, 촉매 담체로 사용되며, 그 밖에 내열 재료나 CMP 슬러리, 연마제 등으로 사용되는 중요한 재료이다. 본 실시예 2와 하기에 기술하는 비교예 2의 종래 방법으로 제조한 γ-알루미나의 물성을 비교해보았는데, 이를 도 5에 나타내었다.

[ 비교예 1] 종래 방법에 의한 판상 α-알루미나 미립자의 제조

알루미늄 전구체 등을 사용하여 유사 보헤마이트를 제조하고, 이를 숙성, 건조, 결정화하여 판상 α-알루미나를 제조하는 종래 방법(대한민국 특허 제743674호)을 사용하여 판상 α-알루미나를 제조하였다.

제조된 판상 α-알루미나의 평균입자두께는 0.21~0.24㎛, 평균입자크기는 17.6~18.9㎛로서 각형비 79~83을 갖는 판상 α-알루미나 입자를 얻었는데, 이는 본 발명의 판상 α-알루미나 입자에 비해서 결정 크기가 크고, 각형비가 다양하지 않아 고급 안료 및 고급 도료로 사용하기에는 부적합하였다.

[ 비교예 2] 종래 방법에 의한 γ-알루미나 미립자의 제조

상기 비교예 2의 제조방법 중, 건조된 혼합 겔을 알루미나 도가니에 넣고 600℃에서 10시간으로 소성한 점 외에는 상기 비교예 2와 동일하게 실시하여 γ-알루미나를 제조하였다.

실시예 2로 수득한 γ-알루미나와의 비교를 위해 X-레이 회절 패턴을 분석하였는데, 그 결과는 도 5와 같다.

도 5에서 보는 바와 같이, 비교예 2에서 γ-알루미나의 중간 반응체로 얻은 유사 보헤마이트는, 실시예 2에서 원재료로 사용한 보헤마이트에 비하여 결정성이 나쁘고 강도가 약함을 알 수 있었다. 따라서, 그 결과 수득한 γ-알루미나의 XRD 패턴 역시 강도가 약하여서, 실시예 2에서 수득한 본 발명의 γ-알루미나가 더 얇고 정교한 알루미나임을 알 수 있었다.

본 발명에서는 종래 방식과는 달리 유사 보헤마이트가 아닌 새로운 보헤마이트를 원료로 하여 판상 α-알루미나를 제조함으로써 복잡한 공정 절차와 이에 따른 비용을 절감할 수 있으며, 시간도 단축할 수 있고 환경을 오염시키는 부산물의 생성도 방지할 수 있다. 또한 수득된 판상 α-알루미나의 품질도 결정성이 좋으며 입자의 크기가 고르게 분포되어 있고, 각형비를 조절할 수 있어 진주광택 안료, 고급자동차용 외장 도료, 인쇄제품 등 산업 전반에 미치는 파급 효과는 상당히 크다고 할 수 있다.

Claims (8)

1. (i) 하기 구조식으로 표현되는 AlO(OH) 사슬을 포함하는 결정자(crystallite)의 층들이 수소결합에 의하여 서로 결합되어 층상 구조를 형성하고 있는 γ-상의 보헤마이트 미립자를 준비하는 단계;
   

   

   
   (여기에서, n은 10 이상의 정수를 나타낸다)
   (ii) 60~70℃의 알칼리 수용액에 상기 보헤마이트를 투입하는 단계;
   (iii) 상기 보헤마이트가 투입된 알칼리 수용액을 80~100℃에서, 1~5시간 충분히 교반하여 혼합 겔을 제조하는 단계;
   (iv) 상기 혼합 겔에 ZnSO₄ 첨가제를 투입하고 1~3시간 교반한 후, 900~1100℃에서 5~10시간 소성시키는 단계; 및
   (v) 상기 소성단계 후 1300~1400℃에서 8~13시간 추가 소성하는 단계
   를 포함하는 판상 α-알루미나 미립자의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 γ-상의 보헤마이트 미립자는 하기와 같은 구조식으로 표현되는 결정자의 층으로 이루어진 층상 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 판상 α-알루미나 미립자의 제조방법:
   

   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 보헤마이트는 H₂O과 금속성 알루미늄을 포함하는 원료로부터 열수 산화법(hydrothermal oxidation method)으로 제조한 보헤마이트인 것을 특징으로 하는 판상 α-알루미나 미립자의 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 보헤마이트는 γ-상의 평판형 결정자로 이루어지며, 입자 크기(D50)는 1~10㎛, 순도는 99.7% 이상이고, BET 비표면적은 20~200m²/g인 것을 특징으로 하는 판상 α-알루미나 미립자의 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 알칼리 수용액은 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 수산화나트륨 및 인산나트륨 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 수용액인 것을 특징으로 하는 판상 α-알루미나 미립자의 제조방법.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 판상 α-알루미나 미립자는, 두께가 50~100nm이고, 평균 직경이 0.5~5㎛이며, 각형비(aspect-ratio)가 5~100인 것을 특징으로 하는 판상 α-알루미나 미립자의 제조방법.
7. (i) 하기 구조식으로 표현되는 AlO(OH) 사슬을 포함하는 결정자(crystallite)의 층들이 수소결합에 의하여 서로 결합되어 층상 구조를 형성하고 있는 γ-상의 보헤마이트 미립자를 준비하는 단계;
   

   

   
   (여기에서, n은 10 이상의 정수를 나타낸다)
   (ii) 60~70℃의 알칼리 수용액에 상기 보헤마이트를 투입하는 단계;
   (iii) 상기 보헤마이트가 투입된 알칼리 수용액을 80~100℃에서, 1~5시간 충분히 교반하여 혼합 겔을 제조하는 단계; 및
   (iv) 상기 혼합 겔에 ZnSO₄ 첨가제를 투입하고 1~3시간 교반하는 단계; 및
   (v) 상기 교반단계 후 500~700℃에서 5~15시간 소성하는 단계
   를 포함하는 γ-알루미나 미립자의 제조방법.
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