KR20180029867A

KR20180029867A - 합성 하이드로마그네사이트 입자 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20180029867A
Application number: KR1020170111560A
Authority: KR
Inventors: 임병길; 박충효
Original assignee: 주식회사 단석산업
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2018-03-21
Also published as: KR101885843B1; WO2018048142A1; CN109790043A

Abstract

본 발명은 하기 (1) 내지 (3)에 의해 특징지워지는 합성 하이드로마그네사이트 입자 및 그의 제조방법을 개시한다.
(1) 일반식
Mg_3.8∼5.2(OH)_1.8∼2.15(CO₃)_{3.7∼4.2 ·}mH₂O
(식중, m은 0∼5이다.)
(2) 합성 하이드로마그네사이트 평균 입경이 0.5∼2.3㎛이며, 입자 형태는 테두리가 울퉁불퉁한 판상물이 여러 방향으로 적층된 형태이다.
(3) 합성 하이드로마그네사이트 입자는 BET법으로 측정시 20∼55㎡/g의 비표면적을 갖는다.

Description

합성 하이드로마그네사이트 입자 및 그의 제조방법{HYDROMAGNECITE PARTICLES AND A METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 합성 하이드로마그네사이트 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 더 상세히는 반응 물질의 pH 및 반응온도를 제어하고, 수산화나트륨을 첨가하여 합성시 발생하는 잉여 이온을 제어하고, 입자 사이의 응집을 방지하여 단분산도가 높은 합성 하이드로마그네사이트 입자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

하이드로마그네사이트는 마그네슘의 함수 탄산광물로서 그의 성상은 저열 수성광물로서 사문암 및 마그네슘에 풍부한 변질 화성암 중에 맥상을 이루고 있으며, 오스트리아, 미국 캘리포니아 등에서 채광 생산되는 것이 확인된다. 공생광물로 방해석, 아라고나이트(argonite), 또는 풍화작용에 생긴 것도 있다고 알려져 있으며, 그의 화학식은 Mg₅(OH)₂(CO₃)₄ nH₂O(n은 5이하)이고, 결정학적 특징은 단사결정계란 것 등이 알려져 있다. 이러한 하이드로마그네사이트는 훈타이트(huntite)와 혼합하여 난연제, 폴리머의 화재 지연 첨가제, 스판덱스의 첨가제로서 널리 사용되고 있으며, 그의 사용량도 점차 증가하고 있다.

이러한 광물로부터 천연 하이드로마그네사이트를 입수하는 것은 그의 공급량이 한정되고, 또한 채굴되는 광물 공급원에 따라 그의 화학적 구조가 상이하기 때문에, 일정한 화학적 구조 및 품질을 갖는 하이드로마그네사이트를 요구하는 산업계에서는 상기와 같은 거친 품질을 갖는 하이드로마그네사이트를 사용할 수 없었다. 이에 당업계에서는 오래전부터 일정한 품질을 갖는 하이드로탈사이트의 출현을 기대하여 왔다.

특허문헌 1에는 조악한 원료물질을 소량의 물에 넣어 교반하여 슬러리를 만들고, 이 슬러리를 거의 비점까지 가열하고, 교반하면서, 열 슬러리를 냉수와 혼합하여 75℉이하를 갖는 혼합물을 생성하고, 현탁액에서 무거운 입자를 분리하고, 현탁액을 체(체눈: 약80 메쉬)로 침을 특징으로 하는 하이드로마그네사이트의 제조방법"이 기재되어 있다. 그러나 이 방법은 반응온도가 지나치게 높고, 반응시간이 오래 걸려 경제적이지 못하며, 얻어지는 하이드로마그네사이트를 분쇄, 체로 쳐야만 원하는 입도의 것을 얻을 수 있으며, 정제에 유기 용매를 사용해야 하는 등의 단점이 있으므로, 현재 이러한 방법은 사용되지 않고 있다.

특허문헌 2에 "마그네슘 및 알칼리 금속 탄산염을 함유하는 수용성 염을 이중 분해 반응에 의해 하이드로마그네사이트를 침전시켜 얻는 하이드로마그네사이트의 제조방법에 있어서, 상기 침전물을 일반식 M_n+ ₂P_nO_3n ₊₁(M은 알칼리금속, n은 1 이상의 정수)의 일반식을 갖는 인산염에서 선택된 결정화 개선제의 반응 매질 0.1g~10g 존재하에서 반응시킴을 수행함을 특징으로 하는 개선된 하이드로마그네슘의 제조방법."이 개시되어 있다. 이 방법에 의해 얻어지는 하이드로마그네사이트는 유동성이 좋고, 균질하며, 겉보기 밀도가 커서 큰 개선점은 있으나, 평균 입경이 80~170㎛로 커서, 그의 용도가 제한적이고, 반응 시간이 지나치게 길어 경제적이지 못한 문제점이 있다.

특허문헌 3의 실시예 1 등에는 "고순도의 수산화마그네슘을 수산화칼륨 수용액에 현탁시킨 후, 현탁액을 고압 반응기에 넣고, CO₂ 가스를 고압으로 반응기 내로 투입하여 용액을 얻고, 얻어진 용액을 마이크로웨이브 오븐에 넣고, 10분간 고전류로 가열하여 하이드로마그네사이트 입자를 제조하는 것"을 개시하고 있다. 이 방법은 탄산염 공급원으로 탄산가스를 사용하기 때문에 반응시간이 길고, 또한, 얻어지는 하이드로마그네사이트에 수산화마그네슘이 혼합되어 있어, 담배 종이에 사용하는 것에는 상관없으나, 하이드로마그네사이트만이 요구되는 분야에는 사용하기 어렵다.

특허문헌 4에는 산화마그네슘, 마그네사이트, 탄산마그네슘, 수산화마그네슘, 브루사이트 및 이들의 혼합물로부터 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 산화마그네슘 공급원료를 소화(slake)하여 적어도 일부에서 산화마그네슘을 수산화마그네슘으로 전환시키고, 여기에 가스상 CO₂ 및/또는 탄산염 함유 음이온을 반응시켜 적어도 부분적으로 침강 네스퀘호나이트(nesquchonite)로 전환시키고, 얻어진 침강 네스퀘호나이트 및 침강 탄산칼슘을 열 숙성(heat ageing) 처리하여 하이드로마그네사이트를 제조하는 방법을 개시하고 있다.

이 발명에서 탄산가스를 사용하는 것은 고순도의 하이드로마그네사이트를 얻는 데 유리한 것으로 기재되어 있다. 그러나, 반응시간이 지나치게 길고, 탄산염 이온 공급원료로서 탄산가스를 사용하는 것이 발명의 상세한 설명에는 가능한 것으로 기재되어 있으나, 실시예에는 기재되어 있지 않고, 또한 최종 산물인 하이드로마그네사이트에 네스퀘호나이트가 소량 잔존하여 고순도 하이드로마그네사이트를 요구하는 분야에는 사용하기 곤란하다.

특허문헌 5에는 특허문헌 4에서 산화마그네슘 공급원료를 확장한 점, 네스퀘호나이트(nesquchonite)로 전환시키는 공정에서, 침강 네스퀘호나이트는 침강 탄산칼슘을 추가로 포함하는 점이 상이하며, 그 외의 공정은 거의 유사하다. 따라서, 특허문헌 4에 대한 문제점으로 지적한 부분은 여전히 남아있는 것으로 판단된다.

특허문헌 6은 "pH 13 이상의 매질 중에서 강염기 존재하, 15~40℃에서 특히 16~20℃에서 2~25시간 브루사이트와 CO₂원을 접촉시키는 단계로 이루어진 마그네사이트 및 하이드로마그네사이트의 제조방법"을 개시하고 있다. 이 발명은 강염기성 물질을 촉매로 사용하면 반응속도가 빨라진다는 것을 채용하는 것으로 생각된다. 그러나 가스상의 이산화탄소를 사용하는 것은 반응기, 반응시간에 제약이 많아 바람직하지 않고, 액상 반응에 비해 반응시간이 길 수밖에 없다.

특허문헌 7에는 "염화마그네슘 및 염화칼슘을 포함하는 염수로부터 고순도의 하이드로마그네사이트 및 산화마그네슘을 제조하는 방법에 관한 것으로, 그의 청구항은 a) 상기 염화마그네슘 공급원으로부터 염화마그네슘 염수 용액의 공급 원료를 제공하고, 여기서 공급원료 염수 용액은 또한 염화칼슘을 포함하며, b) 황산염을 상기 공급 원료 염수 용액에 혼합하여 상기 염화칼슘을 황산칼슘 침전물로 전환시키고, c) 상기 염수 용액으로부터 황산칼슘 침강물을 제거하고, d) 온도를 약 20~120℃로 유지하면서 상기 c) 단계에서 제조한 상기 염수 용액을 탄산나트륨과 혼합하여 하이드로마그네사이트 침강물을 형성하는 것으로 이루어진 염화마그네슘 공급원으로부터 하이드로마그네사이트의 제조방법"이 기재되어 있다. 이 특허발명은 염수(바닷물)에 황산염 이온 공급원료 화합물과 반응시켜 황산칼슘을 침강시켜 제거하고, 얻어지는 염화마그네슘을 탄산나트륨과 반응시켜 하이드로마그네사이트를 제조하는 방법으로, 그 방법이 너무 복잡하고, 비용이 많이 들어 바람직하지 않은 것으로 보인다. 더욱이 최종 제품이 벌크 상태로 얻어지므로, 이를 정제하지 않으면 안되는 공정이 포함되어 있으므로 유리하지 않다.

특허문헌 8은 "a) 상기 염화마그네슘 공급원으로부터 염화마그네슘 염수 용액의 공급 원료를 제공하는 하는 단계, 여기서 공급 원료 염수 용액은 또한 염화칼슘을 포함하며; b) 황산염을 상기 공급 원료 염수 용액에 혼합하여 상기 염화칼슘을 황산칼슘 침전물로 전환시키는 단계; c) 상기 염수 용액으로부터 황산칼슘 침강물을 제거하는 단계; d) 단계 c)에서 생성된 상기 염수 용액을 약 20℃ 내지 약 60℃의 온도 범위에서 암몬화하여 염화마그네슘을 적어도 부분적으로 수산화마그네슘으로 전환시키고 염화암모늄을 형성시키는 단계; 및 e) 반응온도를 약 20~120℃로 유지하면서 상기 수산화마그네슘을 탄산화하여 하이드로마그네사이트 침강물을 형성하는 단계로 이루어진 염화마그네슘 공급원으로부터 하이드로마그네사이트의 제조방법"을 개시하고 있다. 이 방법은 값싼 염수를 이용하는 것의 이점이 있으나, 염수로부터 수산화마그네슘을 얻기까지 다수의 공정을 이용하므로, 이러한 공정으로 인해 오히려 제조원가가 높아지고, 또한, 제조공정 중, 염화마그네슘 염수를 희석하고, 암모니아를 서서히 희석된 염수에 가하여야 하고, 이어서 탄산가스를 교반 하에 접촉시키는 공정은 반응시간이 오래 걸려 경제적이라고 하기 어렵다.

특허문헌 9에 염기성 탄산마그네슘을 0.1∼10중량% 함유하여 함염소성 폴리우레탄우레아 탄성섬유의 제조용 조성물 및 그의 탄성섬유가 기재되어 있다. 이 특허의 발명의 상세한 설명에는 염기성 탄산마그네슘 (합성 하이드로마그네사이트)이 염소 또는 염소이온을 포착하는 것이 기재되어 있으며, 합성 하이드로마그네사이트의 합성에 관하여는 "황산마그네슘 수화물을 무수 탄산나트륨 수용액과 혼합한 후, 약 85℃에서 1시간 정도 교반하여 반응시켜 염기성 탄산화합물을 얻고, 이를 분쇄하여 두께가 0.01∼2㎛이고, 직경이 0.1∼2㎛인 입자로 한다. 이러한 입자들은 응집하여 평균 입경이 0.5∼15㎛의 무정형을 형성한다."라고 기재되어 있을 뿐이며, 실시예에서 하이드로마그네사이트의 합성법에 대해서는 구체적으로 기재되어 있지 않고, 발명의 상세한 설명에서도 전술한 내용 이외에는 구체적인 합성방법, 사용되는 하이드로마그네사이트의 화학식 등에 대해서도 기재되어 있지 않다.

특허문헌 10 및 11에는 탄성 폴리우레탄섬유에 하이드로탈사이트를 혼합하면, 우수한 내염소성이 있음이 기재되어 있다. 그러나 하이드로탈사이트 성분을 혼합하면, 내염소성은 향상되나, 최종 우레탄 섬유에 황변 등이 발생하여 대체물질로서 합성 하이드로마그네사이트의 사용을 제안하고 있다.

특허문헌 12에는 스판덱스 섬유에 훈타이트-합성 하이드로마그네사이트를 첨가하여 내염소성을 향상시킨 섬유를 개시하고 있다. 그러나 이 문헌은 합성 하이드로마그네사이트 또는 훈타이트-합성 하이드로마그네사이트를 사용하는 것에 기재되어 있을 , 합성 하이드로마그네사이트의 합성이나 그의 제조방법에 관한 기재는 없다.

특허문헌 13에는 스판덱스 섬유에 합성 하이드로마그네사이트를 첨가하여 내염소성을 향상시킨 섬유를 개시하고 있다. 그러나 이 문헌은 합성 하이드로마그네사이트의 표면처리, 즉, 스테아르산 등으로 코팅하는 것과, 이를 혼합하여 사용하는 것만 기재되어 있을 뿐, 합성 하이드로마그네사이트 입자의 제조에 관하여는 전혀 기재되어 있지 않다.

특허문헌 14에는 하이드로탈사이트, 훈타이트 및 합성 하이드로마그네사이트, 산화아연, 산화마그네슘의 등의 무기 내염소제 등을 함유하는 스판덱스 섬유에 관한 것이 기재되어 있다. 그러나 이 문헌에도 합성 하이드로마그네사이트의 합성 등에 관하여 구체적으로 기재되어 있지 않고, 단순히 외부로부터 구입하여 사용하는 것이 기재되어 있을 뿐이다.

특허문헌 15에는 탄산기 함유 수산화마그네슘 입자 및 그의 제조방법이 기재되어 있으며, 합성 하이드로마그네사이트의 비표면적을 제어하기 위한 방법만 단순히 제시되어 있을 뿐, 입자 형상과 크기를 제어하는 구체적인 제조 방법은 언급되어 있지 않다.

전술한 바와 같이, 합성 하이드로마그네사이트 입자의 제조 및 그 이용에 관하여 개시되어 있으나, 그의 제조에 시간이 많이 걸리거나, 비경제적이거나, 얻어지는 하이드로마그네사이트 입자의 입형이 지나치게 불규칙하거나 입경이 커서, 스판덱스의 첨가물로 사용하기에는 만족스럽다고 할 수 있는 것은 아니다.

특허문헌 1: 미국특허 제 1,543,620호 특허문헌 2: 미국특허 제3.723,596호 특허문헌 3: 미국특허 제5.979,461호 특허문헌 4: 유럽특허 2 322 581 B1 특허문헌 5: 유럽특허 2,496,648 B1 특허문헌 6: 유럽특허 2,692,691A1 특허문헌 7: WO 2015/154194 A1 특허문헌 8: WO 2015/154196 A1 특허문헌 9: 특허 10-0780602호 특허문헌 10: 미국특허 제 5,447,969호 특허문헌 11: 미국특허 제 6,353,049 B1 특허문헌 12: 특허 10-0870533호 특허문헌 13: 공개특허 10-2009-0005802호 특허문헌 14: WO 2011/040755호 특허문헌 15: 특허 제10-1354837호

종래의 합성 하이드로마그네사이트는 입자 크기가 500∼15,000nm (0.5∼15㎛)로 입자가 지나치게 크고, 이를 분쇄하여 소립화/미립화하면 입자 형상이 균일하지 못하여 스판덱스의 등의 원료 수지와의 균일한 혼합에 지장을 주며, 비표면적이 작아 수지 중의 내염소성이 만족스럽지 못하였다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자들은 종래의 하이드로탈사이트의 합성법에 준하여 탄산나트륨, 탄산칼륨, 또는 중탄산나트륨과 마그네슘 이온 화합물을 이용하여, 상기 방법의 조건을 여러 가지로 변형하여 반복하여 제조하여보았다. 그러나, 얻어지는 하이드로마그네사이트 입자의 크기가 지나치게 크고, 그의 입형이 판상형, 괴상 등으로 얻어지고, 또한 그의 평균 비표면적이 약 5∼10㎡/g인 것으로 얻어질 뿐이었다. 물론 요구되는 입자 사이즈는 통상의 방법에 따라 분쇄함으로써 얻어질 수 있으나, 증대된 비표면적을 갖는 것으로 하는 것은 가능하지 않았고, 또한 얻어지는 입자의 입형도 분쇄로 인해 불규칙한 형상으로 얻어졌다.

특히, 비표면적이 작고, 불규칙한 형상의 입형을 갖는 하이드로마그네사이트는 다른 수지와의 혼합하여 얻어지는 최종 제품의 물성에 악영향을 주기 때문에 당해 업계에서는 분쇄하지 않고도 사용 가능한 입자 사이즈를 가지며, 균일하며, 비표면적이 큰 합성 하이드로마그네사이트의 출현이 요망되어 왔다.

본 발명자들은 탄산나트륨, 탄산칼륨과 같은 알칼리 금속의 탄산염 용액과 마그네슘 이온용액을 이용하여 하이드로마그네사이트를 제조함에 있어서, 특정의 반응 온도와 pH로 설정하여 공침 반응시킴으로써 상기의 문제점을 해결한 소정의 하이드로마그네사이트를 얻었다. 본 발명자들은 이러한 사실적 실험에 근거로 하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명에 따른 합성 하이드로마그네사이트는 평균입경이 0.5∼2.0㎛의 범위이고, 비표면적이 20∼55㎡/g이며, 추가의 분쇄공정을 필요로 하지 않고, 입자의 형태도 톱니바퀴 내지 크래커 형태의 판상이 모여진 형상이며, 흐름성이 좋고 고분자 수지 및 용제와의 혼화성이 우수하며 내염소성이 우수하다.

또한, 본 발명에 따르면 합성 하이드로마그네사이트를 균일하고 저렴하게 제조할 수 있다.

도 1은 비교예 1에서 합성한 합성 하이드로마그네사이트의 저배율 및 고배율 전자 현미경(SEM) 사진을 나타낸다.
도 2는 비교예 1에서 합성한 합성 하이드로마그네사이트의 X선 회절강도를 나타내는 이미지 패턴이다.
도 3는 비교예 1에서 합성한 합성 하이드로마그네사이트 입자의 입도 분도를 나타내는 스펙트럼이다.
도 4은 비교예 2에서 합성한 합성 하이드로마그네사이트의 저배율 및 고배율 전자 현미경(SEM) 사진을 나타낸다.
도 5는 실시예 1에서 합성한 합성 하이드로마그네사이트의 저배율 및 고배율 전자 현미경(SEM) 사진을 나타낸다.
도 6는 실시예 1에서 합성한 합성 하이드로마그네사이트의 X선 회절강도를 나타내는 이미지 패턴이다.
도 7은 실시예 1에서 합성한 합성 하이드로마그네사이트 입자의 입도 분도를 나타내는 스펙트럼이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명에 의해 제조되는 합성 하이드로마그네사이트는 하기 특징을 갖는다.

(1) 일반식

Mg₃ _.8∼5.2(OH)_1.8∼2.15(CO₃)_{3.7∼4.2 ·}mH₂O

(식중, m은 0≤n<5이다.)

(2) 평균 입경이 0.5∼2.3㎛이며, 입자 형태는 테두리가 울퉁불퉁한 원형의 판상물이 여러 방향으로 적층된 형태이다.

(3) 입자는 BET법으로 측정(사용 장비: BELSORP-MAX)시 20∼55㎡/g의 비표면적을 갖는다.

본 발명에 따른 하이드로마그네사이트의 합성에 사용되는 원료로서는 탄산염으로서는 탄산나트륨, 중탄산나트륨 또는 탄산칼륨과 같은 알칼리금속의 탄산염을 이용할 수 있고, 마그네슘 이온으로서는 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 염화마그네슘, 황산마그네슘, 질산마그네슘을 이용할 수 있다. 마그네슘 이온으로서는 황산마그네슘이 바람직하다.

이들 알칼리금속 탄산염과 마그네슘 이온을 수용액 중에서 80∼90℃로 유지하면 치환반응을 일으켜 합성 하이드로마그네사이트를 형성한다. 이때, 반응물의 pH를 10.0∼11.0으로 유지하지 않으면, 생성물 중에 잉여 이온의 발생하고, 또한 입자의 사이즈가 크고, 입형이 괴상 등으로 얻어진다. 즉, 상기 반응온도 및 반응물의 pH로 특정하지 않으면, 종래의 발명에서 얻어지는 하이드로마그네사이트와 유사한 결과물이 얻어지므로, 바람직하지 않다.

반응물이 모두 수용액이므로 반응은 0.5∼6시간, 보다 바람직하게는 0.5∼3시간에 수행하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 하이드로마그네사이트의 제조에 대해 더 상세히 설명한다.

마그네슘원으로서 황산마그네슘을 사용하고, 탄산염원으로서 탄산나트륨을 사용하여 하이드로마그네사이트를 제조하는 경우, 황산마그네슘의 황산기(SO₄ ^-2) 가 나트륨 이온(Na⁺)과 결합하여 부산물로서 안정한 염이 생성되어야 한다. 그렇지 않을 경우, SO_{4_} ²는 Mg⁺²가 하이드로마그네사이트 입자를 형성하는 것을 방해하게 된다. 또한 SO₄ _- ²이온은 생성된 합성 하이드로마그네사이트 입자 표면에서 표면전하를 불안정화시켜서 응집을 유발하는 역할을 한다. 따라서, 반응 부산물로 생성되는 SO_4- ² 이온을 Na⁺ 이온을 투입하여 중화시킴으로써 입자의 단분산도를 향상시킬 수 있다.여기서 NaOH를 투입하는데, NaOH의 OH^-1 이온이 합성 하이드로마그네사이트를 형성할 수 있는 수산기 공급 역할을 하게 되어 입자 형성 속도를 배가시키고 입자를 안정화시킨다.

반응물의 농도는 특히 한정하지 않으나, 반응물의 용해도를 고려하여 약 30중량% 이하가 바람직하고, 20중량%이하인 것이 더 바람직하다.

상기의 조건으로 제조한 본 발명의 하이드로마그네사이트는 종래의 방법에 따라 제조된 것에 비해 입경, 입도분포, 비표면적 등에서 큰 차이를 나타낸다.

즉, 종래의 방법에 따라 합성한 하이드로마그네사이트는 도 1에 나타난 바와 같이 입경이 5∼15㎛이고, 평균 입도 분포가 약 15∼40㎛이며, 비표면적이 5∼10㎡/g 이며, 입형도 괴상과 판상이 응집된 형태인 것을 확인할 수 있다. 이에 반해, 본 발명에 따라 제조한 하이드로마그네사이트는 입경이 0.5∼3.0㎛이고, 평균 입도 분포는 약 1.8∼1.9㎛이며, 비표면적은 약 30∼50㎡/g 이다. 따라서, 입자가 시판의 것보다 작아 폴리우레탄 등의 수지와의 배합성이 우수하며, 내염소성이 우수함을 알 수 있다.

종래, 합성 하이드로마그네사이트의 구성성분 중, 아연이나, 칼슘 등의 성분을 함유하는 것도 기재되어 있으나, 이들 화합물들은 대부분 고체이므로 반응상 유리하지 않다. 또한 1가 금속의 탄산염보다 마그네슘 이온 화합물에 대해 반응이 빠르지 않으므로, 미반응물로 다량 생길 우려가 있어 바람직하지 않다.

상기에서 얻어진 합성 하이드로마그네사이트는 당 분야에 통상의 방법, 예컨대, 스테아르산이나 올레인산 알칼리금속염과 같은 고급 알킬아릴술폰산 알칼리금속염 및 계면활성제 등으로 합성 하이드로마그네사이트에 대해 0.5∼10중량%의 양으로 표면 처리하여 사용할 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예 중, %는 별도 기재가 없는 한. 중량%를 의미한다.

실시예 1

5L 용량의 원료 탱크에 황산마그네슘 5몰 수용액을 조제하였다. 별도로 탄산나트륨 4몰 수용액을 준비하고, 상기 황산마그네슘 수용액을 교반하면서 약 15분에 걸쳐 가했다. 반응물에 수산화나트륨 수용액을 적하하여 반응액의 pH를 10.89로 유지하면서 1시간 동안 반응시켰다.

반응 종료후, 수세하고, 105℃에서 열풍 건조하여 백색 분말의 합성 하이드로마그네사이트를 얻었다. 원소분석 결과 화학식은 Mg₄ _.9(OH)_2.05(CO₃)_4.1·4H₂O 이었다. 또한 첨부된 도 5 내지 도 7에 나타난 바와 같이, 전자현미경 사진(SEM) 이미지, X선회절(XRD) 이미지 패턴 및 입도 분포도 분석을 통해 확인해 본 결과, 평균 입경은 약 2.03㎛이었으며, 비표면적은 약 48±3㎡/g 이었다.

실시예 2-3 및 비교예 1-3

하기 표 1에 기재된 반응물, 반응물의 pH, 원료투입시간으로 상기 실시예 1과 동일하게 반응시켜 합성 하이드로마그네사이트를 얻었다. 얻어진 합성 하이드로마그네사이트의 입자 크기를 함께 기재했다.

	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
MgSO₄	5몰	5몰	5몰	5몰	5몰
Na₂CO₃	4몰	4몰	4몰	4몰	4몰
반응물의 pH	10.54	10.28	9.12^*)	9.61	11.20
반응온도	85℃	85℃	85℃	85℃	85℃
원료투입시간	15분	15분	15분	15분	15분
반응시간	1h	1h	1h	1h	1h
입자크기(㎛)	1.87	1.49	13.07	5.72	4.34

*): 비교예 1은 수산화나트륨 수용액으로 반응물의 pH를 조정하지 않고 합성한 결과임.

상기 비교예서 얻은 합성 하이드로마그네사이트에 대한 전자현미경 사진(SEM) 이미지, X선회절(XRD) 이미지 패턴 및 입도 분포도를 도 1 내지 도 4에 나타냈다.

도 5 내지 도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명의 합성 하이드로마그네사이트는 비교예의 것들에 비해 입도가 작고, 입도 분포가 좁고 균일하여 사용시 별도로 분쇄할 필요가 없으며, 원료 배합에 유리함을 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 하이드로마그네사이트의 우수한 특성은 탄산염 및 마그네슘 이온 용액에 수산화나트륨 등의 염기를 이용하여 pH를 조정함으로써 얻어질 수 있음이 확인된다. 그리고 본 발명에 기재된 실시예와 비교예의 내용을 고찰해보면, 상기 표 1 및 도 5∼7로부터, 본 발명에서 반응물의 pH를 10.0∼11.0으로 조정하여 얻은 하이드로마그네사이트는, 입자 크기가 작고, 평균 입도분포는 좁고, 비표면적도 큰 것을 알 수 있으나, 비교예의 경우, 즉 반응물의 pH가 10보다 작거나, 11보다 크게 조정한 경우는 입자 크기가 4.3㎛ 이상으로 크고, 또한 반응물의 pH를 조정하지 않은 경우 입자 크기가 약 13㎛ 정도로 매우 커서, 스판덱스의 원료수지와의 배합성, 혼화성이 나쁘고, 그 이외 다른 용도로 사용하기에도 적합하지 않다.

상술한 실시예 및 비교예에서 SEM 전자현미경 이미지 분석, X선회절(XRD) 이미지 패턴 및 입도분석에 사용된 장비는 각각 HITACHI S-4800, SIEMENS D500 및 Cilas 1180이다.

전술한 본 발명의 방법에 따라 제조한 하이드로마그네사이트는 평균입경이 0.5∼2.0㎛의 범위이고, 비표면적이 20∼55㎡/g이며, 추가의 분쇄공정을 필요로 하지 않는다.따라서 폴리우레탄과 같은 원료 수지와의 혼합성이 우수하고, 내염소성이 우수하고, 그의 입자가 균일하며, 저렴하게 제조할 수 있으므로, 산업상 유리하다.

Claims

하기 (1) 내지 (3)의 조건을 만족하는 합성 하이드로마그네사이트 입자.
(1) 일반식
Mg_3.8∼5.2(OH)_1.8∼2.15(CO₃)_{3.7∼4.2 ·}mH₂O
(식중, m은 0∼5이다.)
(2) 합성 하이드로마그네사이트 평균 입경이 0.5∼2.3㎛이며, 입자 형태는 테두리가 울퉁불퉁한 판상물이 여러 방향으로 적층된 형태이다.
(3) 합성 하이드로마그네사이트 입자는 BET법으로 측정시 20∼55㎡/g의 비표면적을 갖는다.
알칼리금속의 탄산염과 마그네슘 이온 화합물을 공침 반응시켜 하이드로마그네사이트를 제조하는 방법에 있어서, 반응 온도를 80∼90℃로 유지하면서 반응물의 pH를 10.0∼11.0.0으로 하여 반응시킴을 특징으로 하는 하기 특징을 갖는 합성 하이드로마그네사이트 입자의 제조방법.
(1) 일반식
Mg_3.8∼5.2(OH)_1.8∼2.15(CO₃)_{3.7∼4.2 ·}mH₂O
(식중, m은 0∼5이다.)
(2) 합성 하이드로마그네사이트 평균 입경이 0.5∼2.3㎛이며, 입자 형태는 테두리가 울퉁불퉁한 판상물이 여러 방향으로 적층된 형태이다.
(3) 합성 하이드로마그네사이트 입자는 BET법으로 측정시 20∼55㎡/g의 비표면적을 갖는다.
청구항 2에 있어서, 알칼리금속의 탄산염이 탄산나트륨, 중탄산나트륨 또는 탄산칼륨인 것을 특징으로 하는 합성 하이드로마그네사이트 입자의 제조방법.
청구항 2에 있어서, 마그네슘 이온 화합물이 수산화마그네슘, 황산마그네슘, 질산마그네슘 또는 염화마그네슘인 것을 합성 하이드로마그네사이트 입자의 제조방법.