KR20140009965A - 산화물·수산화물의 제조 방법 - Google Patents

산화물·수산화물의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

산화물과 수산화물의 비율이 제어된 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법을 제공한다. 산화물 또는 수산화물 또는 그들의 혼합물의 제조 방법이며, 대향해서 배치되고 접근·이반 가능하고 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 처리용 면(1,2) 사이에 있어서 피처리 유동체로서 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 물질을 적어도 1종류 포함하는 염기성 유체를 혼합하고, 산화물 또는 수산화물 또는 그들의 혼합물을 석출시킬 때에 처리용 면(1,2) 사이로 도입되는 상기 피처리 유동체의 적어도 어느 한쪽에 관한 특정 조건을 변화시킴으로써 산화물과 수산화물의 비율이 제어된 산화물 및/또는 수산화물을 얻는다. 상기 특정의 조건은 상기 피처리 유동체의 적어도 어느 한쪽의 도입 속도와, 상기 피처리 유동체의 적어도 어느 한쪽의 pH로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종으로 한다.

Description

산화물·수산화물의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING OXIDE/HYDROXIDE}
본 발명은 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 촉매, 도전성 재료, 자성 재료, 2차 전자 방출 재료, 발광체, 흡열체, 에너지 저장, 전극 재료, 색재 등 폭넓은 분야에 있어서 산화물 또는 수산화물 또는 산화물의 전구체로서의 수산화물이 요구되어 있고, 그 목적이나 요구에 따라 산화물과 수산화물의 비율이 제어된 산화물 및/또는 수산화물이 필요로 되어 있다. 예를 들면, 산화 아연은 그 전기적, 광학적, 화학적 특성에 의해 투명 전극재, 형광체, 의약품 등 널리 사용되고 있다. 그리고 목적으로 하는 용도, 특성이라는 관점으로부터 수산화 아연 또는 산화 아연과 수산화 아연의 혼합물을 제작하고나서 그것을 소성하여 산화 아연을 제조하는 경우가 있고, 산화물과 수산화물의 혼합 비율이 제어된 산화물 및/또는 수산화물이 필요로 되어 있다.
산화물 또는 수산화물의 제조 방법으로서는 특허문헌 1이나 특허문헌 2와 같은 방법이 있지만 지금까지의 방법에서는 산화물과 수산화물을 나누어 제작하는 것은 어렵고, 산화물과 수산화물의 비율을 제어해서 산화물과 수산화물을 제조하는 것은 보다 곤란했다. 또한, 특허문헌 2와 같이 반응조를 사용해서 산화물 또는 수산화물의 미립자를 제작할 경우에는 반응조 중에 있어서의 농도 분포나 온도 분포에 의해 반응 조건이 불균일해지기 쉽기 때문에 산화물과 수산화물의 비율을 제어하는 것이 어려울 뿐만 아니라 입자 지름에 대해서도 균일하게 하는 것이 곤란했다.
또한, 본원출원인에 의해 특허문헌 3에 나타내어지는 세라믹스 미립자의 제조 방법이 제공되었지만 산화물과 수산화물의 비율을 제어하는 방법에 대해서는 구체적으로 개시되어 있지 않고, 산화물과 수산화물의 비율이 제어된 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법이 간원되어 있었다.
일본 특허 공개 2010-285334호 공보 일본 특허 공개 평 11-60246호 공보 국제 공개 WO 2009/008392호 팜플렛
본 발명은 이것을 감안하여 산화물과 수산화물의 비율이 제어된 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자는 예의 검토의 결과 대향해서 배치되고 접근·이반 가능하고 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 처리용 면 사이에 있어서 피처리 유동체로서 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 물질을 적어도 1종류 포함하는 염기성 유체를 혼합해서 산화물 및/또는 수산화물을 석출시킬 때에 상기 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체의 적어도 어느 한쪽에 관한 특정 조건을 변화시킴으로써 산화물과 수산화물의 비율이 제어된 산화물 및/또는 수산화물이 얻어지는 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.
본원의 청구항 1에 기재된 발명은 적어도 2종류의 피처리 유동체를 사용하는 것이며, 그 중에서 적어도 1종류의 피처리 유동체는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체이며, 상기 이외의 피처리 유동체에서 적어도 1종류의 피처리 유동체는 염기성 물질을 적어도 1종류 포함하는 염기성 유체이며, 상기 피처리 유동체를 대향해서 배치되고 접근·이반 가능하고 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 적어도 2개의 처리용 면 사이에 생성되는 박막 유체 중에서 혼합하여 산화물 또는 수산화물 또는 그들의 혼합물을 석출시키는 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법에 있어서 상기 적어도 2개의 처리용 면 사이로 도입되는 상기 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 상기 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽에 관한 특정 조건을 변화시킴으로써 산화물 및/또는 수산화물에 포함되는 산화물과 수산화물의 비율을 제어해서 석출시키는 것이며, 상기 특정 조건이 상기 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 상기 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽의 도입 속도와, 상기 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 상기 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽의 pH로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법을 제공한다. 상기 적어도 2개의 처리용 면 사이로 도입되는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽에 관한 특정 조건을 변화시키는 것에 있어서 구체적으로는 상기 처리용 면 사이로의 도입 속도의 제어에 대해서는 하기 (1)~(3)을 들 수 있고, 또한 pH의 제어에 대해서는 하기의 (4)~(6)을 들 수 있다. 그리고 (1)~(3)의 도입 속도의 제어와, (4)~(6)의 pH의 제어를 각각 조합시켜서 실시할 수도 있다.
(1) 적어도 1종의 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체에 대해서 상기 처리용 면 사이로의 도입 속도를 변화시킨다.
(2) 적어도 1종의 염기성 유체에 대해서 상기 처리용 면 사이로의 도입 속도를 변화시킨다.
(3) 적어도 1종의 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 적어도 1종의 염기성 유체의 쌍방에 대해서 상기 처리용 면 사이로의 도입 속도를 변화시킨다.
(4) 적어도 1종의 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체에 대해서 pH를 변화시킨다.
(5) 적어도 1종의 염기성 유체에 대해서 pH를 변화시킨다.
(6) 적어도 1종의 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 적어도 1종의 염기성 유체의 쌍방에 대해서 pH를 변화시킨다.
또한, 본 발명에 있어서의 산화물 또는 수산화물 또는 그들의 혼합물을 구성하는 원소로서는 특별히 한정되지 않지만 화학 주기율표상의 모든 원소를 들 수 있다. 바람직하게는 화학 주기율표상에 있어서의 모든 금속 원소이며, 그들의 금속 원소에 추가해서 B, Si, Ge, As, Sb, C, N, S, Te, Se, F, Cl, Br, I, At를 들 수 있는다. 이들의 원소는 각각 단독으로 산화물, 수산화물, 또는 그들의 혼합물을 형성해도 좋고, 복수의 원소로 이루어지는 복합체를 형성해도 좋다.
또한, 본원의 청구항 2에 기재된 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 금속 또는 금속 화합물을 구성하는 원소는 화학 주기율표상에 있어서의 모든 금속 원소, B, Si, Ge, As, Sb, C, N, S, Te, Se, F, Cl, Br, I, At로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본원의 청구항 3에 기재된 발명은 청구항 1 또는 2에 기재된 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법에 의해 제조된 산화물 및/또는 수산화물이 미립자인 것을 특징으로 하는 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본원의 청구항 4에 기재된 발명은 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법에 의해 제조된 수산화물 또는 산화물과 수산화물의 혼합물을 소성함으로써 산화물을 제조하는 것을 특징으로 하는 산화물의 제조 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 실시형태의 단순한 일례를 나타내면 피처리 유동체에 압력을 부여하는 유체압 부여 기구와, 상기 적어도 2개의 처리용 면 중 제 1 처리용 면을 구비한 제 1 처리용 부와, 상기 적어도 2개의 처리용 면 중 제 2 처리용 면을 구비한 제 2 처리용 부를 구비하고, 이들 처리용 부를 상대적으로 회전시키는 회전 구동 기구를 구비하고, 상기 각 처리용 면은 상기 압력이 부여된 피처리 유동체가 흐르는 밀봉된 유로의 일부를 구성하는 것이며, 상기 제 1 처리용 부와 제 2 처리용 부 중 적어도 제 2 처리용 부는 수압면을 구비하는 것이며, 또한 이 수압면의 적어도 일부가 상기 제 2 처리용 면에 의해 구성되고, 이 수압면은 상기 유체압 부여 기구가 피처리 유동체에 부여하는 압력을 받아서 제 1 처리용 면으로부터 제 2 처리용 면을 이반시키는 방향으로 이동시키는 힘을 발생시키고, 대향해서 배치되고 접근·이반 가능하고 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 제 1 처리용 면과 제 2 처리용 면 사이에 상기 압력이 부여된 피처리 유동체가 통과됨으로써 상기 피처리 유동체가 상기 박막 유체를 형성하고, 이 박막 유체 중에 있어서 산화물 또는 수산화물 또는 그들의 혼합물을 석출시키는 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법으로서 실시할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 실시형태의 단순한 일례를 나타내면 상기 피처리 유동체 중 적어도 어느 1종의 유체가 상기 박막 유체를 형성하면서 상기 양쪽 처리용 면 사이를 통과하고, 상기 적어도 어느 1종의 유체가 흐르는 유로와는 독립된 별도의 도입로를 구비하고 있고, 상기 제 1 처리용 면과 제 2 처리용 면의 적어도 어느 한쪽은 상기 도입로에 통하는 개구부를 적어도 1개 구비하고, 상기 적어도 어느 1종의 유체와는 다른 적어도 1종의 유체를 상기 개구부로부터 상기 처리용 면 사이로 도입하고, 상기 피처리 유동체를 상기 박막 유체 중에서 혼합하고, 이 박막 유체 중에 있어서 산화물 또는 수산화물 또는 그들의 혼합물을 석출시키는 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법으로서 실시할 수 있다.
(발명의 효과)
본 발명은 종래의 제조 방법에서는 곤란했던 산화물 및/또는 수산화물에 있어서의 산화물과 수산화물의 비율 제어를 가능하게 하고, 비율이 제어된 산화물 및/또는 수산화물의 제조를 간단하며 또한 연속적으로 행하는 것을 가능하게 했다. 또한, 간단한 처리 조건의 변경에 의해 얻어지는 산화물과 수산화물의 혼합 비율을 제어하는 것이 가능해졌기 때문에 지금까지 이상으로 저비용, 저에너지로 산화물과 수산화물의 비율이 다른 산화물 및/또는 수산화물을 나누어 제작하는 것이 가능해져 염가이며 또한 안정적으로 산화물 또는 수산화물 또는 그들의 혼합물을 제공할 수 있다. 또한, 얻어지는 산화물, 수산화물, 또는 산화물과 수산화물의 혼합물에 대해서 미립자로서 석출시킬 수 있기 때문에 비율이 제어된 산화물 및/또는 수산화물의 미립자를 제작하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 유체 처리 장치의 대략 단면도이다.
도 2(A)는 도 1에 나타내는 유체 처리 장치의 제 1 처리용 면의 대략 평면도이며, 도 2(B)는 동 장치의 처리용 면의 요부 확대도이다.
도 3(A)는 동 장치의 제 2 도입부의 단면도이며, 도 3(B)는 동 제 2 도입부를 설명하기 위한 처리용 면의 요부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1, 3, 5, 6에 있어서 제작된 산화 아연, 수산화 아연 또는 이들의 혼합물의 미립자의 XRD 측정 결과를 나타내는 XRD 차트이다.
이하에 본 발명의 실시형태의 일례에 대해서 구체적으로 설명한다.
(개요)
본 발명은 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법으로서, 피처리 유동체로서 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 물질을 적어도 1종류 포함하는 염기성 유체를 대향해서 배치되고 접근·이반 가능하고 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 적어도 2개의 처리용 면 사이에 생성되는 박막 유체 중에서 혼합하여 산화물 또는 수산화물 또는 그들의 혼합물을 석출시키는 것이다. 금속 또는 금속 화합물과 염기성 물질을 여러 가지 조건 하에서 반응시켜서 산화물, 수산화물, 또는 산화물과 수산화물을 석출시킬 때의 pH에 의한 각각의 생성 속도의 차를 이용한 것이지만, 종래는 얻어지는 산화물 및/또는 수산화물에 있어서의 산화물과 수산화물의 비율을 제어할 수 없었다. 그래서 본 발명에서는 상기 피처리 유동체를 혼합해서 산화물 또는 수산화물 또는 그들의 혼합물을 석출시킬 때에 상기 적어도 2개의 처리용 면 사이로 도입되는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체의 적어도 어느 한쪽에 관한 특정 조건을 변화시킴으로써 산화물과 수산화물의 비율이 제어된 산화물 및/또는 수산화물을 얻는 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다. 상기 특정 조건으로서는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체 및/또는 염기성 유체의 도입 속도와, 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체 및/또는 염기성 유체의 pH로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종으로 한다.
본 발명에 있어서의 산화물 및/또는 수산화물은 특별히 한정되지 않는다. 일례를 들면, 식 MxOy의 산화물, 식 Mp(OH)q의 수산화물, 식 Mr(OH)sOt의 수산화산화물 또는 이들의 용매화 형태나 이들이 주성분인 조성물(식 중 x, y, p, q, r, s, t는 각각 임의의 정수이다) 등을 들 수 있다. 이들의 산화물 및/또는 수산화물에는 과산화물이나 초산화물 등도 포함된다.
(산화물 또는 수산화물 또는 그들의 혼합물에 포함되는 원소)
본 발명에 있어서의 산화물 또는 수산화물 또는 그들의 혼합물을 구성하는 원소는 특별히 한정되지 않는다. 바람직하게는 화학 주기율표상에 있어서의 모든 금속 원소의 산화물 및/또는 수산화물이다. 또한, 본 발명에 있어서는 그들의 금속 원소에 추가해서 B, Si, Ge, As, Sb, C, N, S, Te, Se, F, Cl, Br, I, At를 들 수 있다. 이들의 원소는 각각 단독으로 산화물, 수산화물, 또는 그들의 혼합물을 형성해도 좋고, 복수의 원소로 이루어지는 복합체를 형성해도 좋다.
(원료: 금속 또는 금속 화합물)
본 발명에 있어서의 금속은 특별히 한정되지 않는다. 바람직하게는 화학 주기율표상에 있어서의 모든 금속 원소이다. 또한, 본 발명에 있어서는 그들의 금속 원소에 추가해서 B, Si, Ge, As, Sb, C, N, O, S, Te, Se, F, Cl, Br, I, At의 비금속 원소를 들 수 있다. 이들의 금속에 대해서 단일 원소이어도 좋고, 복수의 원소로 이루어지는 합금이나 금속 원소에 비금속 원소를 포함하는 물질이어도 좋다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 금속(상기에 열거한 비금속 원소도 포함한다)의 화합물을 금속 화합물이라고 한다. 본 발명에 있어서의 금속 또는 금속 화합물에 대해서는 특별히 한정되지 않지만 금속의 단체 또는 그들의 화합물을 들 수 있다. 금속 화합물로서는 특별히 한정되지 않지만 일례를 들면 금속의 염이나 산화물, 수산화물, 수산화 산화물, 질화물, 탄화물, 착체, 유기염, 유기 착체, 유기 화합물 또는 그들의 수화물, 유기 용매화물 등을 들 수 있다. 금속염으로서는 특별히 한정되지 않지만 금속의 질산염이나 아질산염, 황산염이나 아황산염, 포름산염이나 아세트산염, 인산염이나 아인산염, 차아인산염이나 염화물, 옥시염이나 아세틸아세토네이트염 또는 그들의 수화물, 유기 용매화물 등이나 유기 화합물로서는 금속의 알콕시드 등을 들 수 있다. 이상, 이들의 금속 화합물은 단독으로 사용해도 좋고, 복수 이상의 혼합물로서 사용해도 좋다.
또한, 본 발명에 있어서는 상기 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체로서 사용하는 것이며, 상기 금속 또는 금속 화합물이 고체인 경우에는 상기 금속 또는 금속 화합물을 용융시킨 상태 또는 후술하는 용매에 혼합 또는 용해된 상태로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체에는 분산액이나 슬러리 등의 상태의 것도 포함해도 실시할 수 있다.
(염기성 물질 및 염기성 유체)
본 발명에 사용하는 염기성 물질로서는 특별히 한정되지 않지만 암모니아류나 아민류 또는 금속이나 비금속의 수산화물, 탄산염, 탄산수소염, 알콕시드 등을 들 수 있다. 그 밖에 히드라진 또는 히드라진 1수화물 등을 들 수 있다. 상기에 열거한 염기성 물질에는 그들의 수화물이나 유기 용매화물 또는 무수물 등을 포함한다. 이들의 염기성 물질은 각각 단독으로 사용해도 좋고, 복수 이상이 혼합된 혼합물로서 사용해도 좋다. 또한, 본 발명에 있어서는 상기 염기성 물질을 적어도 1종류 포함하는 염기성 유체로서 사용하는 것이며, 상기 염기성 물질이 고체인 경우에는 상기 염기성 물질을 용융시킨 상태, 또는 후술하는 용매에 혼합 또는 용해된 상태로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 염기성 유체에는 분산액이나 슬러리 등의 상태의 것도 포함해서 실시할 수도 있다.
(용매)
본 발명에 사용하는 용매로서는 특별히 한정되지 않지만 이온 교환수나 RO수, 순수나 초순수 등의 물이나 메탄올이나 에탄올과 같은 알코올계 유기 용매나 에틸렌글리콜이나 프로필렌글리콜, 트리메틸렌글리콜이나 테트라에틸렌글리콜, 또는 폴리에틸렌글리콜이나 글리세린 등의 폴리올(다가 알코올)계 유기 용매, 아세톤이나 메틸에틸케톤과 같은 케톤계 유기 용매, 아세트산 에틸이나 아세트산 부틸과 같은 에스테르계 유기 용매, 디메틸에테르이나 디부틸에테르 등의 에테르계 유기 용매, 벤젠이나 톨루엔, 크실렌 등의 방향족계 유기 용매, 헥산이나 펜탄 등의 지방족 탄화수소계 유기 용매 등을 들 수 있다. 상기 용매는 각각 단독으로 사용해도 좋고, 복수 이상을 혼합해서 사용해도 좋다.
(유체 처리 장치)
본 발명에 있어서는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 물질을 적어도 1종류 포함하는 염기성 유체의 혼합을 접근·이반 가능하게 서로 대향해서 배치되고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 회전하는 처리용 면 사이에 생성되는 박막 유체 중에서 균일하게 교반·혼합하는 방법을 사용해서 행하는 것이 바람직하고, 예를 들면 본원출원인에 의한 특허문헌 3에 나타내어지는 장치와 마찬가지의 원리의 장치를 사용해서 혼합함으로써 산화물 또는 수산화물 또는 그들의 혼합물을 석출시키는 것이 바람직하다. 이러한 원리의 장치를 사용함으로써 산화물과 수산화물의 혼합 비율을 엄밀히 제어할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 산화물 또는 수산화물 또는 그들의 혼합물을 미립자로서 석출시킬 수 있기 때문에 산화물 미립자 및/또는 수산화물 미립자를 제작하는 것이 가능하다.
이하, 도면을 사용해서 상기 유체 처리 장치의 실시형태에 대해서 설명한다.
도 1~도 3에 나타내는 유체 처리 장치는 특허문헌 3에 기재된 장치와 마찬가지이며, 접근·이반 가능하고 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 처리용 부에 있어서의 처리용 면 사이에서 피처리물을 처리하는 것으로서, 피처리 유동체 중 제 1 피처리 유동체인 제 1 유체를 처리용 면 사이로 도입하고, 상기 제 1 유체를 도입한 유로와는 독립적으로 처리용 면 사이로 통하는 개구부를 구비한 별도의 유로로부터 피처리 유동체 중 제 2 피처리 유동체인 제 2 유체를 처리용 면 사이로 도입해서 처리용 면 사이에서 상기 제 1 유체와 제 2 유체를 혼합·교반해서 처리를 행하는 장치이다. 또한, 도 1에 있어서 U는 상방을 S는 하방을 각각 나타내고 있지만 본 발명에 있어서 상하 전후 좌우는 상대적인 위치 관계를 나타내는 것에 그치고, 절대적인 위치를 특정하는 것은 아니다. 도 2(A), 도 3(B)에 있어서 R은 회전 방향을 나타내고 있다. 도 3(B)에 있어서 C는 원심력 방향(반경 방향)을 나타내고 있다.
이 장치는 피처리 유동체로서 적어도 2종류의 유체를 사용하는 것이며, 그 중에서 적어도 1종류의 유체에 대해서는 피처리물을 적어도 1종류 포함하는 것이며, 접근·이반 가능하게 서로 대향해서 배치되고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 회전하는 처리용 면을 구비하고, 이들 처리용 면 사이에서 상기 각 유체를 합류시켜서 박막 유체로 하는 것이며, 상기 박막 유체 중에 있어서 상기 피처리물을 처리하는 장치이다. 이 장치는 상술한 바와 같이 복수의 피처리 유동체를 처리할 수 있지만 단일 피처리 유동체를 처리할 수도 있다.
이 유체 처리 장치는 대향하는 제 1 및 제 2의 2개의 처리용 부(10,20)를 구비하고, 적어도 한쪽의 처리용 부가 회전한다. 양쪽 처리용 부(10,20)의 대향하는 면이 각각 처리용 면이 된다. 제 1 처리용 부(10)는 제 1 처리용 면(1)을 구비하고, 제 2 처리용 부(20)는 제 2 처리용 면(2)을 구비한다.
양쪽 처리용 면(1,2)은 피처리 유동체의 유로에 접속되어 피처리 유동체의 유로의 일부를 구성한다. 이 양쪽 처리용 면(1,2) 사이의 간격은 적당히 변경해서 실시할 수 있지만 통상은 1㎜ 이하, 예를 들면 0.1㎛~50㎛정도의 미소 간격으로 조정된다. 이것에 의해 이 양쪽 처리용 면(1,2) 사이를 통과하는 피처리 유동체는 양쪽 처리용 면(1,2)에 의해 강제된 강제 박막 유체가 된다.
이 장치를 사용해서 복수의 피처리 유동체를 처리할 경우 이 장치는 제 1 피처리 유동체의 유로에 접속되어 상기 제 1 피처리 유동체의 유로의 일부를 형성함과 아울러 제 1 피처리 유동체와는 별도의 제 2 피처리 유동체 유로의 일부를 형성한다. 그리고 이 장치는 양쪽 유로를 합류시켜서 처리용 면(1,2) 사이에 있어서 양쪽 피처리 유동체를 혼합하고 반응시키는 등의 유체의 처리를 행한다. 또한, 여기서 「처리」란 피처리물이 반응하는 형태에 한하지 않고, 반응을 수반하지 않고 혼합·분산만이 이루어지는 형태도 포함한다.
구체적으로 설명하면 상기 제 1 처리용 부(10)를 유지하는 제 1 홀더(11)와, 제 2 처리용 부(20)를 유지하는 제 2 홀더(21)와, 접면압 부여 기구와, 회전 구동 기구와, 제 1 도입부(d1)와, 제 2 도입부(d2)와, 유체압 부여 기구(p)를 구비한다.
도 2(A)에 나타내는 바와 같이 이 실시형태에 있어서 제 1 처리용 부(10)는 환상체이며, 보다 상세하게는 링상의 디스크이다. 또한, 제 2 처리용 부(20)도 링상의 디스크이다. 제 1, 제 2 처리용 부(10,20)의 재질은 금속 이외에 탄소, 세라믹이나 소결 금속, 내마모강, 사파이어, 기타 금속에 경화 처리를 실시한 것이나 경질 재료를 라이닝이나 코팅, 도금 등을 시공한 것을 채용할 수 있다. 이 실시형태에 있어서 양쪽 처리용 부(10,20)는 서로 대향하는 제 1, 제 2 처리용 면(1,2)의 적어도 일부가 경면 연마되어 있다.
이 경면 연마의 면조도는 특별히 한정되지 않지만 바람직하게는 Ra 0.01~1.0㎛, 보다 바람직하게는 Ra 0.03~0.3㎛로 한다.
적어도 한쪽의 홀더는 전동기 등의 회전 구동 기구(도시 생략)이며, 다른쪽의 홀더에 대하여 상대적으로 회전할 수 있다. 도 1의 50은 회전 구동 기구의 회전축을 나타내고 있고, 이 예에서는 이 회전축(50)에 부착된 제 1 홀더(11)가 회전하고, 이 제 1 홀더(11)에 지지된 제 1 처리용 부(10)가 제 2 처리용 부(20)에 대하여 회전한다. 물론, 제 2 처리용 부(20)를 회전시키도록 해도 좋고, 쌍방을 회전시키도록 해도 좋다. 또한, 이 예에서는 제 1, 제 2 홀더(11,21)를 고정해 두고, 이 제 1, 제 2 홀더(11,21)에 대하여 제 1, 제 2 처리용 부(10,20)가 회전하도록 해도 좋다.
제 1 처리용 부(10)와 제 2 처리용 부(20)는 적어도 어느 한쪽이 적어도 어느 다른쪽에 접근·이반 가능하게 되어 있고, 양쪽 처리용 면(1,2)은 접근·이반할 수 있다.
이 실시형태에서는 제 1 처리용 부(10)에 대하여 제 2 처리용 부(20)가 접근·이반하는 것이며, 제 2 홀더(21)에 형성된 수용부(41)에 제 2 처리용 부(20)가 출몰 가능하게 수용되어 있다. 단, 이와는 반대로 제 1 처리용 부(10)가 제 2 처리용 부(20)에 대하여 접근·이반하는 것이어도 좋고, 양쪽 처리용 부(10,20)가 서로 접근·이반하는 것이어도 좋다.
이 수용부(41)는 제 2 처리용 부(20)의 주로 처리용 면(2)측과 반대측의 부위를 수용하는 오목부이며, 평면으로 볼 때에 원을 나타내는, 즉 환상으로 형성된 홈이다. 이 수용부(41)는 제 2 처리용 부(20)를 회전시킬 수 있는 충분한 클리어런스를 갖고 제 2 처리용 부(20)를 수용한다. 또한, 제 2 처리용 부(20)는 축방향으로 평행 이동만이 가능하도록 배치해도 좋지만 상기 클리어런스를 크게 함으로써 제 2 처리용 부(20)는 수용부(41)에 대하여 처리용 부(20)의 중심선을 상기 수용부(41)의 축방향과 평행의 관계를 무너뜨리도록 경사지게 변위할 수 있도록 해도 좋고, 또한 제 2 처리용 부(20)의 중심선과 수용부(41)의 중심선이 반경 방향으로 어긋나도록 변위할 수 있도록 해도 좋다.
이와 같이 3차원적으로 변위 가능하게 유지하는 플로팅 기구에 의해 제 2 처리용 부(20)를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 피처리 유동체는 각종 펌프나 위치 에너지 등에 의해 구성되는 유체압 부여 기구(p)에 의해 압력이 부여된 상태에서 제 1 도입부(d1)와 제 2 도입부(d2)로부터 양쪽 처리용 면(1,2) 사이로 도입된다. 이 실시형태에 있어서 제 1 도입부(d1)는 환상의 제 2 홀더(21)의 중앙에 형성된 통로이며, 그 일단이 환상의 양쪽 처리용 부(10,20)의 내측으로부터 양쪽 처리용 면(1,2) 사이로 도입된다. 제 2 도입부(d2)는 제 1 피처리 유동체와 반응시키는 제 2 피처리 유동체를 처리용 면(1,2)으로 공급한다. 이 실시형태에 있어서 제 2 도입부(d2)는 제 2 처리용 부(20)의 내부에 형성된 통로이며, 그 일단이 제 2 처리용 면(2)에서 개구한다. 유체압 부여 기구(p)에 의해 가압된 제 1 피처리 유동체는 제 1 도입부(d1)로부터 양쪽 처리용 부(10,20)의 내측의 공간으로 도입되고, 제 1 처리용 면(1)과 제 2 처리용 면(2) 사이를 지나 양쪽 처리용 부(10,20)의 외측으로 빠져나가려고 한다. 이들 처리용 면(1,2) 사이에 있어서 제 2 도입부(d2)로부터 유체압 부여 기구(p)에 의해 가압된 제 2 피처리 유동체가 공급되어 제 1 피처리 유동체와 합류하고, 혼합, 교반, 유화, 분산, 반응, 정출, 정석, 석출 등의 여러 가지 유체 처리가 이루어져 양쪽 처리용 면(1,2)으로부터 양쪽 처리용 부(10,20)의 외측으로 배출된다. 또한, 감압 펌프에 의해 양쪽 처리용 부(10,20)의 외측의 환경을 부압으로 할 수도 있다.
상기 접면압 부여 기구는 제 1 처리용 면(1)과 제 2 처리용 면(2)을 접근시키는 방향으로 작용시키는 힘을 처리용 부에 부여한다. 이 실시형태에서는 접면압 부여 기구는 제 2 홀더(21)에 설치되고, 제 2 처리용 부(20)를 제 1 처리용 부(10)를 향해서 바이어싱한다.
상기 접면압 부여 기구는 제 1 처리용 부(10)의 제 1 처리용 면(1)과 제 2 처리용 부(20)의 제 2 처리용 면(2)이 접근하는 방향으로 누르는 힘(이하, 접면 압력이라고 한다)을 발생시키기 위한 기구이다. 이 접면 압력과, 유체 압력 등의 양쪽 처리용 면(1,2) 사이를 이반시키는 힘의 균형에 의해 ㎚ 단위 또는 ㎛ 단위의 미소한 막두께를 갖는 박막 유체를 발생시킨다. 바꿔 말하면, 상기 힘의 균형에 의해 양쪽 처리용 면(1,2) 사이의 간격을 소정의 미소 간격으로 유지한다.
도 1에 나타내는 실시형태에 있어서 접면압 부여 기구는 상기 수용부(41)와 제 2 처리용 부(20) 사이에 배위된다. 구체적으로는 제 2 처리용 부(20)를 제 1 처리용 부(10)에 근접하는 방향으로 바이어싱하는 스프링(43)과, 공기나 기름 등의 바이어싱용 유체를 도입하는 바이어싱용 유체 도입부(44)로 구성되고, 스프링(43)과 상기 바이어싱용 유체의 유체 압력에 의해 상기 접면 압력을 부여한다. 이 스프링(43)과 상기 바이어싱용 유체의 유체 압력은 어느 한쪽이 부여되는 것이면 좋고, 자력이나 중력 등의 다른 힘이어도 좋다. 이 접면압 부여 기구의 바이어싱에 저항해서 유체압 부여 기구(p)에 의해 가압된 피처리 유동체의 압력이나 점성 등에 의해 발생하는 이반력에 의해 제 2 처리용 부(20)는 제 1 처리용 부(10)로부터 멀어져 양쪽 처리용 면 사이에 미소한 간격을 형성한다. 이와 같이 이 접면 압력과 이반력의 밸런스에 의해 제 1 처리용 면(1)과 제 2 처리용 면(2)은 ㎛ 단위의 정밀도로 설정되고, 양쪽 처리용 면(1,2) 사이의 미소 간격의 설정이 이루어진다. 상기 이반력으로서는 피처리 유동체의 유체압이나 점성과, 처리용 부의 회전에 의한 원심력과, 바이어싱용 유체 도입부(44)에 부압을 가했을 경우의 해당 부압, 스프링(43)을 인장 스프링으로 했을 경우의 스프링의 힘 등을 들 수 있다. 이 접면압 부여 기구는 제 2 처리용 부(20)가 아니라 제 1 처리용 부(10)에 설치해도 좋고, 쌍방에 설치해도 좋다.
상기 이반력에 대해서 구체적으로 설명하면 제 2 처리용 부(20)는 상기 제 2 처리용 면(2)과 함께 제 2 처리용 면(2)의 내측(즉, 제 1 처리용 면(1)과 제 2 처리용 면(2) 사이로의 피처리 유동체의 진입구측)에 위치해서 상기 제 2 처리용 면(2)에 인접하는 이반용 조정면(23)을 구비한다. 이 예에서는 이반용 조정면(23)은 경사면으로서 실시되어 있지만 수평면이어도 좋다. 피처리 유동체의 압력이 이반용 조정면(23)에 작용해서 제 2 처리용 부(20)를 제 1 처리용 부(10)로부터 이반시키는 방향으로의 힘을 발생시킨다. 따라서, 이반력을 발생시키기 위한 수압면은 제 2 처리용 면(2)과 이반용 조정면(23)이 된다.
또한, 이 도 1의 예에서는 제 2 처리용 부(20)에 근접용 조정면(24)이 형성되어 있다. 이 근접용 조정면(24)은 이반용 조정면(23)과 축방향에 있어서 반대측의 면(도 1에 있어서는 상방의 면)이며, 피처리 유동체의 압력이 작용해서 제 2 처리용 부(20)를 제 1 처리용 부(10)에 접근시키는 방향으로의 힘을 발생시킨다.
또한, 제 2 처리용 면(2) 및 이반용 조정면(23)에 작용하는 피처리 유동체의 압력, 즉 유체압은 기계 밀봉에 있어서의 오프닝 포스를 구성하는 힘으로서 이해된다. 처리용 면(1,2)의 접근·이반의 방향, 즉 제 2 처리용 부(20)의 출몰 방향(도 1에 있어서는 축방향)과 직교하는 가상 평면 상에 투영한 근접용 조정면(24)의 투영 면적(A1)과, 상기 가상 평면 상에 투영한 제 2 처리용 부(20)의 제 2 처리용 면(2) 및 이반용 조정면(23)과의 투영 면적의 합계 면적(A2)의 면적비(A1/A2)는 밸런스비(K)로 불리고, 상기 오프닝 포스의 조정에 중요하다. 이 오프닝 포스에 대해서는 상기 밸런스 라인, 즉 근접용 조정면(24)의 면적(A1)을 변경함으로써 피처리 유동체의 압력, 즉 유체압에 의해 조정할 수 있다.
슬라이딩면의 실면압(P), 즉 접면 압력 중 유체압에 의한 것은 이하 식에 의해 계산된다.
P=P1×(K-k)+Ps
여기서 P1은 피처리 유동체의 압력, 즉 유체압을 나타내고, K는 상기 밸런스비를 나타내고, k는 오프닝 포스 계수를 나타내고, Ps는 스프링 및 배압력을 나타낸다.
이 밸런스 라인의 조정에 의해 슬라이딩면의 실면압(P)을 조정함으로써 처리용 면(1,2) 사이를 소망의 미소 간극량으로 하여 피처리 유동체에 의한 유동체막을 형성시켜 생성물 등의 처리된 피처리물을 미세하게 하고, 또한 균일한 반응 처리를 행하는 것이다.
또한, 도시는 생략하지만 근접용 조정면(24)을 이반용 조정면(23)보다 넓은 면적을 가진 것으로 해서 실시하는 것도 가능하다.
피처리 유동체는 상기 미소한 간극을 유지하는 양쪽 처리용 면(1,2)에 의해 강제된 박막 유체가 되고, 환상의 양쪽 처리용 면(1,2)의 외측으로 이동하려 한다. 그런데 제 1 처리용 부(10)는 회전하고 있으므로 혼합된 피처리 유동체는 환상의 양쪽 처리용 면(1,2)의 내측으로부터 외측으로 직선적으로 이동하는 것이 아니라 환상의 반경 방향으로의 이동 벡터와 둘레 방향으로의 이동 벡터의 합성 벡터가 피처리 유동체에 작용해서 내측으로부터 외측으로 대략 소용돌이상으로 이동한다.
또한, 회전축(50)은 연직으로 배치된 것에 한정되는 것은 아니고, 수평 방향으로 배위된 것이어도 좋고, 경사져서 배위된 것이어도 좋다. 피처리 유동체는 양쪽 처리용 면(1,2) 사이의 미세한 간격에 의해 처리가 이루어지는 것이며, 실질적으로 중력의 영향을 배제할 수 있기 때문이다. 또한, 이 접면압 부여 기구는 상술한 제 2 처리용 부(20)를 변위 가능하게 유지하는 플로팅 기구와 병용함으로써 미진동이나 회전 얼라인먼트의 완충 기구로서도 기능한다.
제 1, 제 2 처리용 부(10,20)는 그 적어도 어느 한쪽을 냉각 또는 가열해서 그 온도를 조정하도록 해도 좋고, 도 1에서는 제 1, 제 2 처리용 부(10,20)에 온조 기구(온도 조정 기구)(J1,J2)를 설치한 예를 도시하고 있다. 또한, 도입되는 피처리 유동체를 냉각 또는 가열해서 그 온도를 조정하도록 해도 좋다. 이들 온도는 처리된 피처리물의 석출을 위하여 사용할 수도 있고, 또한 제 1, 제 2 처리용 면(1,2) 사이에 있어서의 피처리 유동체에 베나르 대류 및 마랑고니 대류를 발생시키기 위해서 설정해도 좋다.
도 2에 나타내는 바와 같이 제 1 처리용 부(10)의 제 1 처리용 면(1)에는 제 1 처리용 부(10)의 중심측으로부터 외측을 향해서, 즉 지름 방향에 대해서 연장되는 홈상의 오목부(13)를 형성해서 실시해도 좋다. 이 오목부(13)의 평면형상은 도 2(B)에 나타내는 바와 같이 제 1 처리용 면(1) 상을 커브하거나 또는 소용돌이상으로 연장되는 것이나 도시는 하지 않지만 곧바로 외측 방향으로 연장되는 것, L자상 등으로 굴곡 또는 만곡하는 것, 연속한 것, 단속하는 것, 분기되는 것이어도 좋다. 또한, 이 오목부(13)는 제 2 처리용 면(2)에 형성하는 것으로 해도 실시 가능하며, 제 1 및 제 2 처리용 면(1,2)의 쌍방에 형성하는 것으로 해도 실시 가능하다. 이러한 오목부(13)를 형성함으로써 마이크로 펌프 효과를 얻을 수 있고, 피처리 유동체를 제 1 및 제 2 처리용 면(1,2) 사이에 흡인할 수 있는 효과가 있다.
이 오목부(13)의 기단은 제 1 처리용 부(10)의 내주에 도달하는 것이 바람직하다. 이 오목부(13)의 선단은 제 1 처리용 부 면(1)의 외주면측을 향해서 연장되는 것이며, 그 깊이(횡단 면적)는 기단으로부터 선단을 향함에 따라 점차 감소하는 것으로 하고 있다.
이 오목부(13)의 선단과 제 1 처리용 면(1)의 외주면 사이에는 오목부(13)가 없는 평탄면(16)이 형성되어 있다.
상술한 제 2 도입부(d2)의 개구부(d20)를 제 2 처리용 면(2)에 형성할 경우에는 대향하는 상기 제 1 처리용 면(1)의 평탄면(16)과 대향하는 위치에 형성하는 것이 바람직하다.
이 개구부(d20)는 제 1 처리용 면(1)의 오목부(13)보다 하류측(이 예에서는 외측)에 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 마이크로 펌프 효과에 의해 도입될 때의 흐름 방향이 처리용 면 사이에서 형성되는 스파이럴상으로 층류의 흐름 방향으로 변환되는 점보다 외경측의 평탄면(16)에 대향하는 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 도 2(B)에 있어서 제 1 처리용 면(1)에 형성된 오목부(13)의 가장 외측의 위치로부터 지름 방향으로의 거리(n)를 약 0.5㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 특히, 유체 중으로부터 미립자를 석출시킬 경우에는 층류 조건 하에서 복수의 피처리 유동체의 혼합과, 미립자의 석출이 행해지는 것이 바람직하다.
이 제 2 도입부(d2)는 방향성을 갖게 할 수 있다. 예를 들면, 도 3(A)에 나타내는 바와 같이 상기 제 2 처리용 면(2)의 개구부(d20)로부터의 도입 방향이 제 2 처리용 면(2)에 대하여 소정의 앙각(θ1)으로 경사져 있다. 이 앙각(θ1)은 0° 초과 90° 미만으로 설정되어 있고, 반응 속도가 빠른 반응의 경우에는 1° 이상 45° 이하로 설정되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 도 3(B)에 나타내는 바와 같이 상기 제 2 처리용 면(2)의 개구부(d20)로부터의 도입 방향이 상기 제 2 처리용 면(2)을 따르는 평면에 있어서 방향성을 갖는 것이다. 이 제 2 유체의 도입 방향은 처리용 면의 반경 방향의 성분에 있어서는 중심으로부터 멀어지는 외측 방향이며, 또한 회전하는 처리용 면 사이에 있어서의 유체의 회전 방향에 대한 성분에 있어서는 순방향이다. 바꿔 말하면, 개구부(d20)를 지나는 반경 방향이며 외측 방향의 선분을 기준선(g)으로 해서 이 기준선(g)으로부터 회전 방향(R)으로의 소정의 각도(θ2)를 갖는 것이다. 이 각도(θ2)에 대해서도 0° 초과 90° 미만으로 설정되는 것이 바람직하다.
이 각도(θ2)는 유체의 종류, 반응 속도, 점도, 처리용 면의 회전 속도 등의 여러 가지 조건에 따라 변경해서 실시할 수 있다. 또한, 제 2 도입부(d2)에 방향성을 전혀 갖게 하지 않을 수도 있다.
상기 피처리 유동체의 종류와 그 유로의 수는 도 1의 예에서는 2개로 했지만 1개이어도 좋고, 3개 이상이어도 좋다. 도 1의 예에서는 제 2 도입부(d2)로부터 처리용 면(1,2) 사이에 제 2 유체를 도입했지만 이 도입부는 제 1 처리용 부(10)에 형성해도 좋고, 쌍방에 형성해도 좋다. 또한, 1종류의 피처리 유동체에 대하여 복수의 도입부를 준비해도 좋다. 또한, 각 처리용 부에 형성되는 도입용의 개구부는 그 형상이나 크기나 수는 특별히 제한 없이 적당히 변경해서 실시할 수 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 처리용 면 사이(1,2)의 직전 또는 상류측에 도입용의 개구부를 더 형성해도 좋다.
또한, 처리용 면(1,2) 사이에서 상기 처리를 행할 수 있으면 좋으므로 상기와는 반대로 제 1 도입부(d1)로부터 제 2 유체를 도입하고, 제 2 도입부(d2)로부터 제 1 유체를 도입하는 것이어도 좋다. 즉, 각 유체에 있어서의 제 1, 제 2 라는 표현은 복수 존재하는 유체의 제 n 번째라는 식별을 위한 의미를 갖는 것에 지나지 않는 것이며, 제 3 이상의 유체도 존재할 수 있다.
상기 장치에 있어서는 석출·침전 또는 결정화와 같은 처리가 도 1에 나타내는 바와 같이 접근·이반 가능하게 서로 대향해서 배치되고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 회전하는 처리용 면(1,2) 사이에서 강제적으로 균일 혼합하면서 일어난다. 처리된 피처리물의 입자 지름이나 단분산도는 처리용 부(10,20)의 회전수나 유속, 처리용 면(1,2) 사이의 거리나 피처리 유동체의 원료 농도, 또는 피처리 유동체의 용매종 등을 적당히 조정함으로써 제어할 수 있다.
이하 상기 장치를 사용해서 행하는 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법의 구체적인 실시형태에 대해서 설명한다.
상기 장치에 있어서는 접근·이반 가능하게 서로 대향해서 배치되고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 회전하는 처리용 면 사이에 형성되는 박막 유체 중에서 피처리 유동체로서 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 물질을 적어도 1종류 포함하는 염기성 유체를 혼합시켜 산화물, 수산화물, 또는 산화물과 수산화물의 혼합물을 석출시킨다. 그때 처리용 면(1,2) 사이로 도입되는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체의 적어도 어느 한쪽에 관한 특정 조건을 변화시킴으로써 석출되는 산화물 및/또는 수산화물에 있어서의 산화물과 수산화물의 혼합 비율을 제어한다. 특정 조건이란 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체의 적어도 어느 한쪽의 도입 속도와, 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체의 적어도 어느 한쪽의 pH로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종이다.
상기 산화물 및/또는 수산화물의 석출 반응은 본원의 도 1에 나타내는 장치의 접근·이반 가능하게 서로 대향해서 배치되고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 회전하는 처리용 면(1,2) 사이에서 강제적으로 균일 혼합하면서 일어난다.
우선, 하나의 유로인 제 1 도입부(d1)로부터 제 1 유체로서 염기성 물질을 적어도 1종류 포함하는 염기성 유체를 접근·이반 가능하게 서로 대향해서 배치되고, 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 회전하는 처리용 면(1,2) 사이로 도입하고, 이 처리용 면 사이에 제 1 유체로 구성된 박막 유체인 제 1 유체막을 제작한다.
이어서, 별도의 유로인 제 2 도입부(d2)로부터 제 2 유체로서 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체를 상기 처리용 면(1,2) 사이에 제작된 제 1 유체막에 직접 도입한다.
상기한 바와 같이 피처리 유동체의 공급압과 회전하는 처리용 면 사이에 가해지는 압력의 압력 밸런스에 의해 거리가 고정된 처리용 면(1,2) 사이에서 제 1 유체와 제 2 유체가 혼합되어 산화물 및/또는 수산화물의 석출 반응을 행할 수 있다.
또한, 처리용 면(1,2) 사이에서 상기 반응을 행할 수 있으면 좋으므로 상기와는 반대로 제 1 도입부(d1)로부터 제 2 유체를 도입하고, 제 2 도입부(d2)로부터 제 1 유체를 도입하는 것이어도 좋다. 즉, 각 유체에 있어서의 제 1, 제 2 라는 표현은 복수 존재하는 유체의 제 n 번째라는 식별을 위한 의미를 갖는 것에 지나지 않는 것이며, 제 3 이상의 유체도 존재할 수 있다.
상술과 같이 제 1 도입부(d1), 제 2 도입부(d2) 이외에 제 3 도입부(d3)를 처리 장치에 형성할 수도 있지만, 이 경우에 있어서는 예를 들면 각 도입부로부터 제 1 유체, 제 2 유체, 제 3 유체로서 후술하는 pH 조정 물질을 포함하는 유체를 각각 따로따로 처리 장치에 도입하는 것이 가능하다. 그러면 각 용액의 농도나 압력을 각각 관리할 수 있고, 석출 반응 및 미립자의 입자 지름의 안정화 등을 보다 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 각 도입부로 도입하는 피처리 유동체(제 1 유체~제 3 유체)의 조합은 임의로 설정할 수 있다. 제 4 이상의 도입부를 형성했을 경우도 마찬가지이며, 이와 같이 처리 장치로 도입하는 유체를 세분화할 수 있다. 이 경우 pH 조정 물질은 적어도 상기 제 3 유체에 포함되어 있으면 좋고, 상기 제 1 유체, 상기 제 2 유체 중 적어도 어느 한쪽에 포함되어 있어도 좋고, 상기 제 1 유체 및 제 2 유체의 쌍방에 포함되어 있지 않아도 좋다.
또한, 제 1, 제 2 유체 등의 피처리 유동체의 온도를 제어하거나 제 1 유체와 제 2 유체 등의 온도차(즉, 공급하는 각 피처리 유동체의 온도차)를 제어할 수도 있다. 공급하는 각 피처리 유동체의 온도나 온도차를 제어하기 위해서 각 피처리 유동체의 온도(처리 장치, 보다 상세하게는 처리용 면(1,2) 사이로 도입되기 직전의 온도)를 측정하고, 처리용 면(1,2) 사이로 도입되는 각 피처리 유동체의 가열 또는 냉각을 행하는 기구를 부가해서 실시하는 것도 가능하다.
(도입 속도 변경)
본 발명에 있어서는 처리용 면(1,2) 사이로 도입되는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽 피처리 유동체의 도입 속도를 변화시킴으로써 얻어지는 산화물과 수산화물의 혼합 비율을 제어하는 것이 가능하다. 이 방법을 사용했을 경우에는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽의 도입 속도를 변화시키는 것만으로 금속, 금속 화합물 또는 금속 이온에 대한 염기성 물질의 혼합비를 용이하게 제어할 수 있는 이점이 있고, 결과적으로 산화물과 수산화물의 혼합 비율을 용이하게 제어할 수 있기 때문에 지금까지와 같이 복잡한 처방 검토를 필요로 하지 않고 목적에 따른 산화물과 수산화물의 비율을 제어하는 것이 가능하다. 또한, 상기 유체 처리 장치에 있어서의 제 1 도입부(d1)로부터 도입되는 제 1 유체(염기성 유체)와 제 2 도입부(d2)로부터 도입되는 제 2 유체(금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체) 중 적어도 어느 한쪽의 도입 속도를 변화시키면 좋고, 상술한 바와 같이 제 1 도입부(d1)로부터 제 2 유체를 도입하고, 제 2 도입부(d2)로부터 제 1 유체를 도입해도 좋다.
처리용 면(1,2) 사이로 도입되는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽의 도입 속도를 변화시키는 방법으로서는 특별히 한정되지 않는다. 상기 유체 처리 장치의 유체압 부여 기구(p)를 사용해서 처리용 면(1,2) 사이로 도입되는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽의 도입 속도를 변화시켜도 좋고, 펌프 등의 송액 장치를 사용해서 처리용 면(1,2) 사이로 도입되는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기 유체 중 적어도 어느 한쪽의 도입 속도를 변화시켜도 좋다. 또한, 공기나 질소 등의 기체에 의한 압송 방식을 사용해서 처리용 면(1,2) 사이로 도입되는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기 유체 중 적어도 어느 한쪽의 도입 속도를 변화시켜도 좋다. 상기 유체압 부여 기구(p)와, 펌프 등의 송액 장치와, 기체에 의한 압송 방식을 조합시켜서 실시해도 좋다.
(미립자)
본 발명에 있어서는 접근·이반 가능한 처리용 면(1,2) 사이에 있어서 산화물 및/또는 수산화물을 석출시키기 위해서 상기 산화물과 수산화물의 혼합 비율을 엄밀히 제어한 산화물 및/또는 수산화물을 미립자로서 석출시키는 것이 가능하다. 상기 유체 처리 장치의 처리용 부(10,20)의 회전수나 피처리 유동체의 상기 유체 장치로의 도입 속도나 온도, 처방 등의 변경에 의해 입자 지름에 대해서도 용이하게 제어할 수 있기 때문에 산화물과 수산화물의 혼합 비율의 제어와 동시에 입자 지름의 제어에 대해서도 용이하게 행하는 것이 가능하다. 본 발명의 실시에 의해 얻어지는 산화물 미립자 및/또는 수산화물 미립자의 입자 지름으로서는 특별히 한정되지 않는다. 평균 입자 지름 1㎜ 이하의 미립자 또는 1㎛ 미만의 나노 미립자이어도 좋고, 그 이상의 입자 지름을 갖는 것이어도 좋다.
(혼합물)
본 발명에 있어서는 얻어지는 산화물 및/또는 수산화물에 있어서의 산화물과 수산화물의 혼합 비율을 제어하는 것이지만 그 혼합 상태는 산화물과 수산화물이 각각 단독으로 존재하고 있는 혼합물이어도 좋고, 예를 들면 하나의 입자 중에 있어서 산화물과 수산화물이 혼합하고 있는 혼합물이어도 좋다.
(혼합 비율)
본 발명에 있어서는 산화물과 수산화물의 혼합 비율을 제어하는 것이며, 얻어지는 산화물 및/또는 수산화물은 산화물 단독(수산화물을 포함하지 않는다)인 것도, 수산화물 단독(산화물을 포함하지 않는다)인 것이어도 실시할 수 있다.
(pH 조제)
또한, 본 발명에 있어서는 처리용 면(1,2) 사이로 도입되는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽의 pH를 변화시킴으로써 얻어지는 산화물과 수산화물의 혼합 비율을 용이하게 제어하는 것이 가능하다. 구체적으로는 특별히 한정되지 않지만 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽에 후술하는 pH 조정 물질을 포함함으로써 pH를 변화시켜도 좋고, 상기 금속 또는 금속 화합물의 용매로의 용해 농도의 변경이나 염기성 유체에 포함되는 염기성 물질의 농도 변경에 의해 pH를 변화시켜도 좋다. 또한, 복수종의 금속 및/또는 금속 화합물을 용매에 용해하는 방법이나 염기성 유체에 복수종의 염기성 물질을 포함하는 등의 방법에 의해 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽의 pH를 변화시켜도 실시할 수 있다. 이들의 pH 조제에 의해 산화물과 수산화물의 혼합 비율을 용이하게 제어할 수 있고, 목적에 따른 산화물 및/또는 수산화물을 나누어 제작하는 것이 가능하다.
(pH 조제 물질)
상기 pH를 조제하기 위한 pH 조정 물질로서는 특별히 한정되지 않지만 염산이나 황산, 질산이나 왕수, 트리클로로아세트산이나 트리플루오로아세트산, 인산이나 시트르산, 아스코르브산 등의 무기 또는 유기의 산과 같은 산성 물질이나 수산화 나트륨이나 수산화 칼륨 등의 금속 수산화물이나 트리에틸아민이나 디메틸아미노에탄올 등의 아민류 또는 암모니아 등의 염기성 물질, 또한 상기 산성 물질이나 염기성 물질의 염 등을 들 수 있다. 상기 pH 조정 물질은 각각 단독으로 사용해도 좋고, 복수 이상을 혼합해서 사용해도 좋다. 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체 및/또는 염기성 유체로의 상기 pH 조정 물질의 혼합량이나 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체 및/또는 염기성 유체의 농도를 변화시킴으로써 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽의 pH를 변화시키는 것이 가능하다.
상기 pH 조정 물질은 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체 또는 염기성 유체 또는 그 양쪽에 포함되어 있어도 좋다. 또한, 상기 pH 조정 물질은 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와도 염기성 유체와도 다른 제 3 유체에 포함되어 있어도 좋다.
(pH 영역)
본 발명에 있어서의 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체 및/또는 염기성 유체의 pH는 특별히 한정되지 않지만 염기성 유체에 대해서는 pH 7 이상이 바람직하고, pH 9 이상이 보다 바람직하다. 또한, 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체를 혼합한 후의 pH에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 사용하는 금속 또는 금속 화합물의 종류, 목적이나 대상이 되는 산화물 및/또는 수산화물의 종류나 혼합 비율, 입자 지름 등에 따라 적당히 변경하는 것이 가능하다.
(분산제 등)
또한, 본 발명에 있어서는 목적이나 필요에 따라 각종 분산제나 계면활성제를 사용할 수 있다. 특별히 한정되지 않지만 계면활성제 및 분산제로서는 일반적으로 사용되는 여러 가지 시판품이나 신규로 합성한 것 등을 사용할 수 있다. 일례로서 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제나 각종 폴리머 등의 분산제 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.
상기 계면활성제 및 분산제는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체 또는 염기성 유체 또는 그 양쪽에 포함되어 있어도 좋다. 또한, 상기 계면활성제 및 분산제는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와도 염기성 유체와도 다른 제 3 유체에 포함되어 있어도 좋다.
(온도)
본 발명에 있어서 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 염기성 유체를 혼합할 때의 온도는 특별히 한정되지 않는다. 사용하는 금속 또는 금속 화합물의 종류, 목적이나 대상이 되는 산화물 및/또는 수산화물의 종류나 혼합 비율, 입자 지름 또는 상기 pH 등에 따라 적절한 온도로 실시하는 것이 가능하다.
본 발명에 의해 얻어진 수산화물 또는 산화물과 수산화물의 혼합물을 소성함으로써 산화물을 얻을 수 있다. 소성 시의 온도나 시간 등의 소성 조건은 적당히 선택해서 실시할 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~6으로서 후술하는 아연 화합물 용액(금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체)과 암모니아 수용액(염기성 유체)을 도 1에 나타내는 바와 같이 특허문헌 3에 나타내어진 장치와 마찬가지의 원리의 장치를 사용해서 처리용 면(1,2) 사이에 형성되는 박막 유체 중에서 혼합하고, 산화 아연 또는 수산화 아연 또는 그들의 혼합물을 미립자로서 석출시켰다. 그때 아연 화합물 용액과 암모니아 수용액 중 적어도 어느 한쪽의 도입 속도와, 아연 화합물 용액과 암모니아 수용액 중 적어도 어느 한쪽의 pH로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 변화시킴으로써 얻어진 산화 아연 또는 수산화 아연 또는 이들의 혼합물의 미립자에 있어서의 산화 아연과 수산화 아연의 혼합 비율을 제어했다.
또한, 이하의 실시예에 있어서 「중앙으로부터」라는 것은 도 1에 나타내는 처리 장치의 「제 1 도입부(d1)로부터」라는 의미이며, 제 1 유체는 제 1 도입부(d1)로부터 도입되는 상술한 제 1 피처리 유동체를 가리키고, 제 2 유체는 도 1에 나타내는 처리 장치의 제 2 도입부(d2)로부터 도입되는 상술한 제 2 피처리 유동체를 가리킨다.
(pH 측정)
pH 측정에는 HORIBA제의 형번 D-51의 pH 미터를 사용했다. 각 피처리 유동체를 유체 처리 장치에 도입하기 전에 그 피처리 유동체의 pH를 실온에서 측정했다.
(분말 X선 회절 측정: XRD)
X선 회절 측정에는 PANalytical사제의 전자동 다목적 X선 회절 장치(X‘Pert PRO MPD)를 사용했다. 회절각 2θ=10~100°의 범위에서의 회절 강도를 측정했다.
(투과형 전자현미경 관찰: TEM)
투과형 전자현미경 관찰에는 JEOL Ltd.제, JEM-2100를 사용해서 복수 시야에 대해서 관찰 배율 2만배 또는 20만배로 1차 입자 지름을 관찰 및 측정하고, 평균값을 사용했다.
(시차열 열중량 동시 측정: TG-DTA)
시차열 열중량 동시 측정에는 Seiko Instruments Inc.제의 TG/DTA6300을 사용했다. 40℃~300℃의 범위에서 승온 속도 5℃/min.에서 측정했다.
중앙으로부터 제 1 유체의 염기성 유체로서 암모니아 수용액을 공급 압력=0.30㎫G, 회전수 2000rpm, 100℃에서 송액하면서 제 2 유체의 아연 화합물 용액으로서 질산 아연(아연 화합물)을 순수에 용해한 질산 아연 수용액을 처리용 면(1,2) 사이에 20℃에서 도입하고, 제 1 유체와 제 2 유체를 박막 유체 중에서 혼합했다. 제 1 유체 및 제 2 유체의 송액 온도는 제 1 유체와 제 2 유체 각각의 온도를 처리 장치 도입 직전(보다 상세하게는 처리용 면(1,2) 사이로 도입되기 직전)에 측정했다. 산화 아연 또는 수산화 아연 또는 그들의 혼합물의 미립자를 포함하는 분산액이 처리용 면(1,2) 사이로부터 토출되었다. 토출된 산화 아연 또는 수산화 아연 또는 그들의 혼합물의 미립자 분산액을 원심 분리기로 상청액을 제거한 후에 순수로 세정하는 작업을 3회 행하고, 60℃의 조건에서 대기압에서 건조했다. 건조 후의 분체에 대해서 XRD 측정 및 TG-DTA 분석을 행했다. 또한, TEM 관찰로 1차 입자 지름을 확인했다. 표 1에 처리 조건 및 TG-DTA 분석으로부터 산출한 산화 아연과 수산화 아연의 혼합 비율을 wt%로 기재한다. 또한, TEM 관찰에서 확인한 1차 입자 지름을 함께 기재한다. 또한, 도 4에 실시예 1, 3, 5, 6에 있어서 제작된 산화 아연 또는 수산화 아연 또는 이들의 혼합물 미립자의 XRD 측정 결과를 나타낸다.
Figure pct00001
도 4와 표 1로부터 아연 화합물 용액과 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽의 도입 속도와, 아연 화합물 용액과 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽의 pH로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 변화시킴으로써 얻어진 산화 아연 또는 수산화 아연 또는 그들의 혼합물에 있어서의 산화 아연과 수산화 아연의 혼합 비율을 제어할 수 있는 것이 확인되었다. 구체적으로는 실시예 1, 2에 대해서는 모두 산화 아연의 미립자, 실시예 3, 4, 5에 대해서는 산화 아연과 수산화 아연의 혼합물의 미립자, 실시예 6에 대해서는 모두 수산화 아연의 미립자인 것을 확인했다.
또한, 표 1로부터 아연 화합물 용액과 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽의 도입 속도와, 아연 화합물 용액과 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽의 pH로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 변화시킴으로써 얻어진 산화 아연 또는 수산화 아연 또는 그들의 혼합물에 있어서의 산화물과 수산화물의 혼합 비율을 제어할 수 있는 것에 추가하여 얻어진 산화 아연 또는 수산화 아연 또는 그들의 혼합물의 입자 지름이 변화되는 것이 확인되었다. 이상의 점으로부터 얻어진 산화 아연 또는 수산화 아연 또는 그들의 혼합물에 있어서의 산화물과 수산화물의 혼합 비율의 제어와, 얻어진 산화 아연 또는 수산화 아연 또는 그들의 혼합물의 입자 지름의 제어가 동시에 행해지는 것을 확인할 수 있었다.
1: 제 1 처리용 면 2: 제 2 처리용 면
10: 제 1 처리용 부 11: 제 1 홀더
20: 제 2 처리용 부 21: 제 2 홀더
d1: 제 1 도입부 d2: 제 2 도입부
d20: 개구부

Claims (4)

  1. 피처리 유동체로서 적어도 2종류의 유체를 사용하는 것이며, 그 중에서 적어도 1종류의 유체는 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체이며,
    상기 이외의 유체에서 적어도 1종류의 유체는 염기성 물질을 적어도 1종류 포함하는 염기성 유체이며,
    상기 피처리 유동체를 대향해서 배치되고 접근·이반 가능하고 적어도 한쪽이 다른쪽에 대하여 상대적으로 회전하는 적어도 2개의 처리용 면 사이에 생성되는 박막 유체 중에서 혼합하고, 산화물 또는 수산화물 또는 그들의 혼합물을 석출시키는 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법에 있어서:
    상기 적어도 2개의 처리용 면 사이에 도입되는 상기 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 상기 염기성 유체의 적어도 어느 한쪽에 관한 특정 조건을 변화시킴으로써 산화물과 수산화물의 비율을 제어해서 석출시키는 것이며, 상기 특정 조건은 상기 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 상기 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽의 도입 속도와, 상기 금속 또는 금속 화합물을 적어도 1종류 포함하는 유체와 상기 염기성 유체 중 적어도 어느 한쪽의 pH로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 또는 금속 화합물을 구성하는 원소는 화학 주기율표상에 있어서의 모든 금속 원소, B, Si, Ge, As, Sb, C, N, S, Te, Se, F, Cl, Br, I, At로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법에 의해 제조된 산화물 및/또는 수산화물은 미립자인 것을 특징으로 하는 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 산화물 및/또는 수산화물의 제조 방법에 의해 제조된 수산화물 또는 산화물과 수산화물의 혼합물을 소성함으로써 산화물을 제조하는 것을 특징으로 하는 산화물의 제조 방법.
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