KR19980048897A - 구상의 수산화바륨티타네이트 미립자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구상의 수산화바륨티타네이트 미립자의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 고급알코올과 메틸에틸케톤을 용매로 이용하고, 바륨과 티타늄의 복합알콕사이드를 가수분해시켜, 구상이면서 입도분포가 좁고 1미크를 이하의 크기를 갖는 수산화바륨티타네이트 미립자를 제조하는 방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고급 알코올과 메틸에틸케톤의 혼합 용매중에서 바륨 티타늄 복합알콕사이드를 가수분해시켜 수산화 바륨티타네이트 미립자를 제조하는 방법에 있어서, 상기 알코올에 바륨 티타늄 복합알콕사이드를 0.01-0.15mol/l 용해하여 얻어진 용액 40-70 vol%와, 메틸에틸케톤에 물을 0.05-0.35mol/l 용해하여 얻어진 용액 30-60 vol%를 혼합하여 수산화바륨티타네이트 미립자를 생성시키고, 상기 혼합용액을 교반하면서 생성입자를 성장시키는 과정을 포함하여 구성되는 구상의 수산화바륨티타네이트 미립자의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

구상의 수산화바륨티타네이트 미립자의 제조방법

본 발명은 수산화바륨티타네이트 미립자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구상이면서 1미크론(㎛)이하의 크기를 갖는 수산화바륨티타네이트 미립자를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 균일한 미세구조를 갖는 고밀도의 세라믹스 제품을 신뢰성 높고 재현성 좋게 만들기 위해서는, (1) 구상일 것, (2) 입도분포가 좁으면서 입자간 응집이 없는 것 즉, 단분산일 것, (3) 1미크론 이항의 미립자일 것 (4) 조성이 균일하며 고순도일 것 등의 조건을 갖춘 원료 분말이 필요하다. 이와같은 조건의 원료분말을 제조하는 수단으로서, 금속알콜사이드(Alkoxide)를 유기용매중에서 가수분해 시키는 방법이 최근 주목되고 있다. 이 방법은 알콕사이드법 혹은 가수분해 제어법이라고 일컬어지는데, 1968년 스퇴버(Stober)가 에탄올 중에서 암모니아를 촉매로 사용하면서 실리콘 알콕사이드를 가수분해시켜 0.5미크론 정도의 크기를 갖는 구상의 수산화실리콘 미립자를 제조하면서 시작하였다. 그 후 에탄올 용매를 사용하여 수산화티타늄 미립자(일본 공개특허공보 소 62-91418호, 평1-33939호)와 수산화 지르코늄 미립자(일본 공개특허공보 소 62-91421호)가 제조되었다.

그러나, 상기의 종래방법으로는 구상의 단분산 수산화 바륨티타네이트 입자는 만들어지지 않는다. 그 가장 큰 이유는 출발물질(Precursor)인 바륨과 티타늄의 복합알콕사이드의 가수분해 속도가 매우 빠르기 때문이다. 즉, 종래의 방법에서 사용하고 있는 에탄올 등의 저급알코올 용매로서는 매우 빠른 바륨 티타늄 복합알콕사이드의 가수분해 속도를 적절히 제어할 수 없기 때문에, 구상의 단분산 미립자를 얻을 수 없었다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 고급알코올과 메틸에틸케톤을 용매로 이용하고, 바륨과 티타늄 복합알콕사이드를 가수분해시켜, 구상이면서 입도분포가 좁고 1미크론 이하의 크기를 갖는 수산화바륨티타네이트 미립자를 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

제 1 도는 본 발명의 방법에 의해 제조된 구상의 수산화바륨티타네이트 미립자의 투과전자 현미경(TEM)사진이다.

제 2 도는 비교 방법에 의해 제조된 응집체형태의 수산화바륨티타네이트 미립자의 투과전자 현미경(TEM)사진이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고급 알코올과 메틸에틸케톤의 혼합 용매중에서 바륨 티타늄 복합알콕사이드를 가수분해시켜 수산화 바륨티타네이트 미립자를 제조하는 방법에 있어서, 상기 알코올에 바륨 티타늄 복합알콕사이드를 0.01-0.15mol/l 용해하여 얻어진 용액 40-70 vol%와, 메틸에틸케톤에 물을 0.05-0.35mol/l 용해하여 얻어진 용액 30-60 vol%를 혼합하여 수산화바륨티타네이트 미립자를 생성시키고, 상기 혼합용액을 교반하면서 생성입자를 성장시키는 과정을 포함하여 구성되는 구성의 수산화바륨티타네이트 미립자의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서는 우선 바륨 티타늄 복합알콕사이드를 알코올에 용해하는데 이때 사용되는 알코올로서는 예를 들면 펜탄올, 핵산올, 햅탄올, 옥탄올 등의 고급알코올이 바람직하며, 상온에서 잘 녹지 않는 경우는 약 50℃ 정도로 가열하면서 교반하면 용이하게 용해시킬 수 있다.

상기 바륨 티타늄 복합알콕사이드를 알코올에 용해함에 있어, 그 농도는 0.01-0.15mol/l로 제어할 필요가 있다. 농도가 0.01mol/l 미만에서는 가수분해 생성물의 농도가 낮아 수산화바륨티타네이트 미립자의 전단계 물질인 핵생성이 일어나지 않으며, 0.15mol/l을 넘으면 오히려 용액중에 과다한 핵이 생성되어 입성장과정에서 서로 달라 붙어 응집체가 생성하기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 메틸에틸케톤에 물을 용해시킴에 있어, 물의 농도를 0.05-0.35mol/l가 되도록 제어해야 한다. 물의 첨가량이 0.05mol/l 미만에서는 용액중에서 수산화바륨티타네이트의 콜로이드(Colloid)입자가 석출하기 까지 시간이 많이 걸려 실용성이 없으며, 0.35mol/l이 넘으면 수산화바륨티타네이트 미립자의 입도 분포가 넓게 되어 소위다분산으로 되거나 구상의 미립자가 아닌 응집체가 생성하기 때문이다.

본 발명에서는 알코올 용액과 메틸에틸케톤을 혼합함에 있어서, 적절한 혼합비를 갖는다. 즉, 두 용매를 혼합한 후의 부피 양을 100 vol%로 할 때 이중 메틸에틸케톤이 차지하는 부피비가 30-60 vol.%가 도도록 할 필요가 있다. 메틸에틸케톤이 차지하는 부피비가 30vol.% 미만 혹은 60 vol.%가 넘는 범위에서는 혼합성이 나쁘게 되어 구상의 미립자가 아닌 응집체가 얻어지게 되기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 용액의 균일한 혼합과 입성장이 용액 전체에서 균일하게 일어나게 하기 위하여 용액을 교반하는 것이 바람직하다. 교반 방법으로서는, 예를 들면, 마그네틴 스터러(Magnetic Stirrer)에 의한 교반, 프로펠라형 교반기에 의한 교반, 초음파를 이용한 교반 등을 들 수 있는데, 특별히 교반 방법이나 장치를 제한하지 않는다.

상기한 바와같이 본 발명에 의하면 일정량의 수산화바륨티타네이트 미립자의 핵이 생성한 후에는, 이들을 핵으로 하는 입성장 과정만 진행되어, 즉, 후속적인 핵생성이 억제되기 때문에 단분산성이 높은 수산화바륨티타네이트 미립자가 얻어진다.

본 발명에서의 수산화바륨티타네이트 미립자의 성장속도는 알코올 용액과 메틸에틸케톤 용액 혼합후 약 5분 정도까지는 대단히 빠르지만, 입자의 성장과 함께 완만하게 되는데, 이와같은 입자성장은 혼합 후 약 1시간까지 지속되며 10분 경과 후의 입자크기는 최종 입경의 약 90%에 달한다. 따라서, 입성장 시간을 적당히 선택하는 것에 의해 입경이 다른 수산화바륨티타네이트 입자를 얻을 수 있다. 예를들어, 30분 입성장 시킨 후 얻어진 미립자의 크기는 약 0.28미크론이다.

상기의 제조방법에 의해 얻고자 하는 크기로 성장시킨 수산화바륨티타네이트 미립자를 원심분리에 의해 회수하고, 이를 오븐 및 진공건조기등에서 건조시킴으로써 구상의 수산화바륨티타네이트 미립자를 얻을 수 있다. 생성된 수산화바륨티타네이트 미립자의 입도 분포는 정규분포를 하고 있으며 평균입경의 ±10% 이내에 전체입자의 68%이상이 포함되어 단분산성이 매우 높은 미립자가 얻어진다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

바륨티타늄 복합알콕사이드(0.04mol/l)를 55vol%의 옥탄올에 50℃의 열을 가하면서 용해한 용액에 45vol%의 메틸에틸케톤에 용해한 재증류수(0.2mol/l)를 혼합하여 교반하면서 가수분해를 행하였다. 그 후 상온에서 1시간 입성장시킨 다음 원심분리기로 생성된 미립자와 용매를 분리하고,분리된 침전물을 200℃의 진공건조기에서 6시간 건조하였다. 이와같이하여 얻어진 수산화바륨티타네이트 미립자의 투과전자 현미경(TEM) 사진을 제 1 도에 나타내었다. 제 1 도에서 나타낸 바와같이, 얻어진 수산화바륨티타네이트 미립자는 구상이면서 평균 입경 0.3미크론이고 응집이 전혀 없는 단분산 미립자임을 알 수 있다.

[실시예 2]

바륨 티타늄 복합알콕사이드(0.15mol/l)를 65vol%의 옥탄올에 50℃의 열을 가하면서 용해한 용액에 35vol%의 메틸에틸케톤에 용해한 재증류수(0.35mol/l)를 혼합하여 교반하면서 가수분해를 행하였다. 이때 용액의 혼합은 50℃에서 행하였다. 그 후 상온에서 1시간 입성장시킨 다음 원심분리기로 생성된 미립자와 용매를 분리하고, 분리된 침전물을 200℃의 진공건조기에서 6시간 건조하였다. 본 실시예에서 얻어진 수산화바륨티타네이트 미립자도 실시예 1에서 얻어진 수산화바륨티타네이트 미립자와 같이 구상이면서 평균 입경 1미크론 이하이고 응집이 전혀 없는 단분산 미립자였다.

[비교예 1]

바륨티타늄 복합알콕사이드(0.3mol/l)를 90vol%의 옥탄올에 50℃의 열을 가하면서 용해한 용액에 10vol%의 메틸에틸케톤에 용해한 재증류수(0.5mol/l)를 혼합하여 교반하면서 가수분해를 행하였다. 그 후 상온에서 1시간 입성장시킨 다음 원심분리기로 생성된 미립자와 용매를 분리하고, 분리된 침전물을 200℃의 진공건조기에서 6시간 건조하였다. 얻어진 수산화바륨티타네이트 미립자의 투과전자 현미경(TEM) 사진을 제 2 도에 나타냈다. 제 2 도에서 나타낸 바와같이, 본 발명의 범위를 벗어난 조건에서 얻어진 수산화바륨티타네이트 미립자는 구상의 미립자가 아닌 응집체임을 알 수 있다.

상술한 바와같은, 본 발명의 방법에 의하면, 구상이면서 평균입경이 1미크론 이하이고 응집이 없는 구상의 수산화바륨티타네이트 미립자를 얻을 수 있고, 또한 얻어지는 수산화바륨티타네이트 미립자가 균일 입경을 갖는다. 따라서, 세라믹스 소결체의 원료 분말로서 최적이기 때문에 전자재료, 안료, 화장품, 보석, 충진재 등의 여러 가지 용도로도 이용될 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 고급 알코올과 메틸에틸케톤의 혼합 용매중에서 바륨 티타늄 복합알콕사이드를 가수분해시켜 수산화 바륨티타네이트 미립자를 제조하는 방법에 있어서, 상기 알코올에 바륨 티타늄 복합알콕사이드를 0.01-0.15mol/l 용해하여 얻어진 용액 40-70 vol%와, 메틸에틸케톤에 물을 0.05-0.35mol/l 용해하여 얻어진 용액 30-60 vol%를 혼합하여 수산화바륨티타네이트 미립자를 생성시키고, 상기 혼합용액을 교반하면서 생성입자를 성장시키는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 구상의 수산화바륨티타네이트 미립자의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 알코올은 펜탄올, 핵산올, 햅탄올, 옥탄올로 이루어진 그룹으로부터 선택되어지는 것임을 특징으로하는 구상의 수산화바륨티타네이트 미립자의 제조방법.