TW201014795A - Process for preparation of alumina precursor powder and process for preparation of alumina powder - Google Patents

Description

201014795 六、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於粉末狀的氧化鋁前驅物之製造方法及粉 末狀氧化鋁之製造方法。 【先前技術】 粉末狀氧化鋁係可廣泛地使用於工業上作爲陶瓷材料 等之原料、硏磨劑、塡料。已知，關於粉末狀氧化鋁之製 造方法係將粉末狀氧化鋁前驅物進行燒成之方法。又，粉 末狀氧化鋁前驅物係可使用將烷氧化鋁進行水解得到之粉 末狀氫氧化鋁。已知，燒成時欲防止粉末狀氧化鋁前驅物 之散射，故於火泥箱（sagger case)等之燒成容器內進行塡 充粉末狀氧化鋁前驅物而進行燒成之方法（例如，參照專 利文獻1)。 又’將烷氧化鋁進行水解得到之粉末狀氫氧化鋁係總 密度低’故將此作爲前驅物進行加熱之先前技術的粉未狀 氧化鋁的製造法係容積效率低，說不上有利於工業的上的 方法。 [專利文献1]特開平8-301616號公報（段落[0002]， [0003]) 【發明內容】 [發明所欲解決之課題] 本發明所欲解決之課題係提供一種粉末狀氧化鋁前驅 -5- 201014795 物/之製造方法’其係由烷氧化鋁進行水解得到之粉末狀的 氫氧化銘’可以高容積效率下製造粉末狀氧化鋁。 [用以解決課題之手段] 本發明者們欲解決上述課題而專心硏究之結果，發現 將院氧化鋁進行水解得到之粉末狀氫氧化鋁，與特定之水 性媒介物進行混合，接著使其乾燥時，可得到總密度高的 粉末狀氧化鋁前驅物所謂之新的事實，以完成本發明。 即’本發明的粉末狀氧化鋁前驅物之製造方法，其特 ® 徵將烷氧化鋁進行水解得到之粉末狀氫氧化鋁，與以下之 水性媒介物進行混合得到氫氧化鋁混合泥漿，接著使該鋁 混合泥漿乾燥： 水性媒介物：係水或是水與至少1種之水溶性醇的混 合媒介物，混合媒介物中水之含有量對於混合媒介物100 重量份而言爲1 5重量份以上之水性媒介物。 本發明的粉末狀氧化鋁之製造方法，其特徵爲將藉由 前述製造方法得到之粉末狀氧化鋁前驅物進行燒成。特別 © 是，將前述粉末狀氧化鋁前驅物塡充燒成容器時，該前驅 物係可以高的塡充密度下對燒成容器塡充。 ’ [發明之效果] 依據本發明之製造方法，由將烷氧化鋁進行水解得到 之粉末狀氫氧化鋁，可得到總密度高的粉末狀之氧化銘前 驅物。因此，可將該粉末狀氧化鋁前驅物以高密度下進行 -6- 201014795 塡充於燒成容器而進行燒成，故可以高的容積效率下製造 粉末狀氧化鋁。 [用以實施本發明之最佳形態] <粉末狀氧化鋁前驅物> 關於本發明之粉末狀氧化鋁前驅物係將烷氧化鋁進行 水解得到之粉末狀氫氧化鋁，與前述水性媒介物進行混 合，接著藉由使其乾燥得到。 前述烷氧化鋁係可以一般式：Al(OR)3表示，式中，R 係甲基、乙基、η-丙基、異丙基、η-丁基、異丁基、sec-丁基、tert-丁基等之碳數1〜4程度之烷基爲佳。烷氧化 鋁之具體例係例如異丙醇鋁、乙醇鋁、仲丁醇鋁、叔丁醇 鋁等。 本發明的粉末狀氧化鋁前驅物之製造方法中，使用最 佳之前述粉末狀氫氧化鋁的平均一次粒子徑爲Ιμιη以 下，一般約爲 0.02μπι〜約 〇.〇5μιη，總密度約爲 0.1〜 0.2g/cm3之低總密度的微粉末粒子。又，該氫氧化鋁之 BET比表面積，一般約爲300m2/g，平均粒子徑約ι〇μπι 爲佳。本發明之粉末狀氧化鋁前驅物的製造方法中，若具 有這般粒子徑及總密度（bulk volume)之粉末狀氫氧化鋁， 則亦可使用以水解得到之粉末狀氫氧化鋁以外的粉末狀氫 氧化鋁，但是使用以水解得到之粉末狀氫氧化鋁爲佳。 平均一次粒子徑係於藉由例如穿透式電子顯微鏡 (TEM)拍攝之粒子的照片中，對於約2〇個粒子進行測定 201014795 粒子徑，經由其算術平均算出。又，粒子徑係粒子之定方 向最大直徑。即，粒子徑係例如TEM照片之橫軸爲X 軸，X軸爲定方向時，將粒子進行投影於X軸得到之粒子 的X軸方向之長度。 前述總密度係與ns Z 8901規定之外觀密度爲同義 · 語，意味將粉體之質量除以其所占總體積之値，於體積已 知之容器中塡充一杯之粉體的質量，除以該容器之體積求 得。 前述BET比表面積係使用例如將後述之氮吸收法作 ® 爲原理的比表面積測定裝置測定之値。前述平均粒子徑係 使用例如將後述之雷射光散射法作爲基本原理的粒度分布 測定裝置測定之値。

將這般粉末狀氫氧化鋁，與前述水性媒介物進行混合 得到之氫氧化鋁淤漿。於此，前述水性媒介物係水或是水 與至少1種之水溶性醇的混合媒介物。前述水溶性醇係並 不特別被限定，但是由加熱時之能量效率的觀點看來，例 如甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇等之碳數3以下之醇爲佳。 W 前述混合媒介物中水之含有量係對於混合媒介物100 重量份而言爲1 5重量份以上，1 5〜80重量份爲佳，較佳 爲1 8〜30重量份。水之含有量未達1 5重量份，則無法得 到總密度高的粉末狀氧化鋁前驅物。又，水之含有量爲 80重量份以下，由關於乾燥之能量的觀點看來爲佳。 這般水性媒介物與前述粉末狀氫氧化鋁進行混合，故 得到氫氧化鋁淤漿。混合方法係並不特別被限定，例如於 -8 - 201014795 反應容器內裝入氫氧化鋁與水性媒介物同時，可採用將此 等攪拌之方式與對於此等照射超音波而分散前述粉末狀氫 氧化鋁之方式等。 例如，裝入氫氧化鋁與水性媒介物同時，於將此等攪 拌之方式中，淤漿中之粉末狀氫氧化鋁的濃度，一般爲 ' 10〜25重量％，10〜20重量％爲佳。粉末狀氫氧化鋁之濃 度爲10重量％以上，由處理效率之觀點看來爲佳。又， 前述濃度爲25重量％以下’容易爲均句地分散之淤漿爲 ® 佳。 使前述淤漿乾燥，得到粉末狀氧化鋁前驅物。乾燥方 法係並不特別被限定，但藉由加熱前述淤漿，經由使淤漿 中之水性媒介物蒸發的方法，可藉由凝縮器冷卻已蒸發之 水性媒介物而進行回收，可再次將粉末狀氫氧化鋁作爲分 散之水性媒介物再利用。加熱溫度（加熱之最高溫度）係並 不特別被限定，但是使用之水性媒介物沸點者以上爲佳。 水性媒介物爲水與水溶性醇之混合物時，加熱溫度係水之 ® 沸點與該水溶性醇之沸點內最低的沸點以上之溫度者爲 佳，又’加熱溫度係水之沸點與該水溶性醇之沸點內最高 ' 的沸點以上之溫度者爲較佳。 由此得到之粉末狀氧化鋁即驅物，一般爲具有0.3〜 0· 8 g/cm3之高總密度。因此，粉末狀氧化鋁前驅物係可於 後述之燒成容器中，於高密度下塡充、燒成，故可以高容 積效率下製造粉末狀氧化鋁。又，該粉末狀氧化鋁前驅物 之BET比表面積，一般爲130〜30 0m2/g程度，平均粒子 201014795 徑爲5〜500μιη程度。 <粉末狀氧化鋁> 將前述粉末狀氧化鋁前驅物進行燒成，則可得到粉末 狀氧化鋁。燒成係將前述粉末狀氧化鋁前驅物塡充於燒成 · 容器中而進行爲佳。前述燒成容器係例如火泥箱（sagger case)等。又，燒成容器之材質，並不特別被限定，但在 粉末狀氧化鋁之污染防止上，採用氧化鋁質爲佳。本說明 書中，「氧化鋁質（alumina based material)」係氧化銘與 ® 其他之成分組成之混合物。氧化鋁質係含有以氧化鋁作爲 主成分。氧化鋁質中氧化鋁之含有量，90重量％以上爲 佳，較佳爲95重量％以上，更佳爲99重量％以上。氧化 鋁質中其他之成分係例如二氧化矽等。 燒成使用之燒成爐係例如隧道窖、分批式通氣流型箱 型燒成爐、分批式平行流型箱型燒成爐等之材料靜置型燒 成爐與旋轉爐之燒成爐等。 ❹ 燒成之溫度及時間係根據所期望之粉末狀氧化鋁的物 性，採用任意之溫度及時間。舉出具體例，製造粉末狀α 氧化鋁時，至燒成溫度爲止之昇溫速度係例如30〜500°C/ 小時，燒成溫度係例如 1 1〇〇〜1450 °C，1200〜1 3 50 °C爲 佳，燒成保持時間係例如3 0分〜24小時，1小時〜1 0小 時爲佳。 燒成之環境係可例如於大氣中之其他氮氣、氬氣等之 惰氣中進行燒成。又，依據丙烷氣等之燃燒，以進行燒成 -10- 201014795 之瓦斯爐的方式，可於水蒸氣分壓高的環境中進行燒成。 關於依據上述之燒成得到之粉末狀氧化鋁的物性，可 舉粉末狀α氧化鋁之例而進行說明，則該粉末狀α氧化鋁 之BET比表面積，一般爲2〜20m2/g，平均粒子徑係例如 10〜500μιη。又，依據所期望之用途，粒子爲凝聚狀態 時，亦可粉碎粒子。 粉末狀氧化鋁之粉碎方法係並不特別被限定，但可採 用例如振動磨機、球磨機、噴射磨機等之公知的粉碎方 β 法，粉碎係可採用乾式及濕式中任一種。 藉由上述之粉碎得到之粉末狀α氧化鋁的BET比表 面積，一般爲2〜20m2/g，平均粒子徑係未達Ι.Ομπι，藉 由如此粉碎，可得到凝聚粒子少的粉末狀α氧化鋁。 得到之粉末狀α氧化鋁係可使用作爲例如化妝品之添 加劑、閘帶之添加劑、觸媒載體，亦可使用作爲熱傳導性 燒結體等之材料。又，粉末狀α氧化鋁係亦適合作爲防止 Li電池之內部短路，使安全性提升而接著於電極表面之 多孔質無機薄膜的原料同時，藉由將α氧化鋁使用作爲原 料，亦可製造粉末狀螢光體。 又，得到之粉末狀α氧化鋁係適合例如作爲製造α氧 化鋁燒結體之原材料。α氧化鋁燒結體係合適於例如切削 工具、生物陶瓷、防彈板等之高強度要求的用途。又，α 氧化鋁燒結體之其他的用途係可使用於例如晶圓操控器 (wafer handler)等之半導體製造用裝置零件、熱傳導性塡 料、含氧感測器等之電子零件、鈉燈、金屬鹵素燈等之透 -11 - 201014795 光管、排放氣體等之氣體所包含之固形分除去、熔融鋁之 過濾、啤酒等之食品的過濾等之陶瓷濾波器等。陶瓷濾波 器係於例如燃料電池中，選擇性使氫透過、選擇性使石油 純化時產生之氣體成分（一氧化碳、二氧化碳、氮、氧等） 透過之選擇透過濾波器等，亦可使用作爲於此等之選擇透 ' 過濾波器的表面上使觸媒成分載持之觸媒載體。 又，關於本發明之粉末狀氧化鋁係並不特別被限定於 α氧化鋁，a型以外之其他的結晶構造，即，可爲γ型、δ 型、η型、Θ型、κ型、ρ型、χ型等之氧化鋁。 ® 【實施方式】 以下，舉出實施例，詳細地說明本發明，但本發明並 不僅限定於以下之實施例。又，各物性之評價方法係如以 下所述。 (總密度） 總密度係依照JIS Ζ 8901而測定。 ¥ (Β Ε Τ比表面積） 將氮吸收法作爲測定原理，藉由比表面積測定裝置 (島津製作所公司製之「Fl〇wSorbII2300」）測定BET比表 面積。 (平均粒子徑） -12- 201014795

平均粒子徑係將雷射光散射法作爲基本原理，使用粒 度分布測定裝置（Honeywell公司製作之「microtracHRA x-l 〇〇」）而測定。測定時，將粉末狀氫氧化鋁、粉末狀氧 化鋁前驅物及粉末狀氧化鋁，超音波分散於0.2重量％之 六偏磷酸鈉水溶液。 [實施例1] 首先，將烷氧化鋁（異丙醇鋁）以水下進行水解，得到 粉末狀氫氧化鋁。該粉末狀氫氧化鋁之總密度係 0.12g/cm3，BET比表面積係 294m2/g，平均粒子徑係 1 1.0 μιη 〇 接著，將該粉末狀氫氧化鋁12重量份，混合於水性 媒介物100重量份而得到氫氧化鋁淤漿。前述水性媒介物 係使用以水1 9重量份、異丙醇8 1重量份之比例混合的混 合媒介物。又，前述淤漿中之氫氧化鋁濃度係 Η重量 %。 將前述淤漿裝入於13L之多槽同時，以攪拌葉片轉數 150rPni下進行攪拌分散，得到氫氧化鋁與水與異丙醇之 混合泥漿。將該混合泥漿使用以下之方法加熱。 即，將混合泥漿加熱至80°C爲止，以80°C保持1小 時後，使水性媒介物乾燥而加熱至1 30°C爲止，得到粉末 狀氧化鋁前驅物。得到之粉末狀氧化鋁前驅物的總密度係 〇.39g/cm3，BET比表面積係 180m2/g，平均粒子徑係 1 5 · 9 μπχ 〇 13- 201014795 又，將該粉末狀氧化鋁前驅物於大氣中，以昇溫速度 300°C/小時進行昇溫，以1 300°C進行燒成3小時，得到粉 末狀α氧化鋁。又，燒成係使用氧化鋁質組成之火泥箱。 得到之粉末狀α氧化鋁的BET比表面積係4.8m2/g， 平均粒子徑係8.5μιη。得到之粉末狀α氧化鋁形成凝聚粒 . 子，故實施噴射磨機粉碎。 · 具體而言之，於噴射磨機（Nippon Pneumatic公司製 作之「PJM-280SP型」）中，一邊將粉末狀α氧化鋁以 8kg/小時進行進料，一邊以粉碎空氣壓4.5MPa下粉碎。 © 其結果，得到BET比表面積爲4.2m2/g、平均粒子徑爲 0.56μιη之粉末狀α氧化鋁。 [比較例1 ] 首先，將與實施例1相同之烷氧化鋁以水進行水解， 得到具有與實施例1相同之物性的粉末狀氫氧化鋁。接 著，將該粉末狀氫氧化鋁12重量份混合於異丙醇100重 量份而得到氫氧化鋁淤漿。該淤漿中之氫氧化鋁濃度係 1 1重量％。 將該淤漿裝入2L之氣體燒瓶同時，以攪拌葉片轉數 150rpm下進行攪拌分散，得到氫氧化鋁與異丙醇之混合 泥漿。將該混合泥漿，使用以下之方式加熱。 即’將混合泥漿加熱至80°C爲止，於80°C下保持1 時間後’使異丙醇乾燥，加熱至1 5 0 °C爲止，得到粉末狀 氧化鋁前驅物。得到之粉末狀氧化鋁前驅物之總密度係 -14- 201014795 0.17g/cm3，BET比表面積係 294m2/g，平均粒子徑係 1 0 · 8 μιη。 由該結果得知，將粉末狀氫氧化鋁混合於異丙醇，將 此進行乾燥而得到之比較例1的粉末狀氧化鋁前驅物係比 實施例1之粉末狀氧化鋁前驅物的總密度低，同時地容積 效率亦降低。 [比較例2] ® 首先，將與實施例1相同之烷氧化鋁以水進行水解， 得到具有與實施例1相同之物性的粉末狀氫氧化鋁。接 著，將該粉末狀氫氧化鋁12重量份混合於水性媒介物 1 〇〇重量份而得到氫氧化鋁淤槳。前述水性媒介物係使用 以水10重量份、異丙醇90重量份之比例混合的混合媒介 物。該混合媒介物中前述水之含有量係對於混合媒介物 100重量份而言爲10重量份。又，前述淤漿中之氫氧化 鋁濃度係11重量％。 將前述淤漿裝入2L之氣體燒瓶同時，以攪拌葉片轉 數15〇rpm下進行攪拌分散，得到氫氧化鋁與水與異丙醇 之混合泥漿。將該混合泥漿，使用以下之方式加熱。 即，加熱初期係維持80°C，藉由加熱最後至130°C， 使水性媒介物蒸發而得到粉末狀氧化鋁前驅物。得到之粉 末狀氧化鋁前驅物的總密度係0.18 g/cm3，BET比表面積 係2 50m2/g，平均粒子徑係10.7μιη。 由該結果，可了解使用混合媒介物中水之含有量對於 -15- 201014795 混合媒介物100重量份而言爲未達15重量份之水性媒介 物得到之比較例2的粉末狀氧化鋁前驅物係比實施例1之 粉末狀氧化鋁前驅物的總密度低，同時地容積效率降低。

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Claims (1)

1. 201014795 七、申請專利範園 1. 一種粉末狀氧化鋁前驅物之製造方法，其特徵爲 將院氧化銘進行水解得到之粉末狀氫氧化鋁，與以下之水 性媒介物進行混合得到氫氧化鋁混合泥獎，接著使該氫氧 化銘混合泥漿乾燥之製造方法中，水性媒介物爲水或是水 與至少1種之水溶性醇的混合媒介物，混合媒介物中水之 含有量對於混合媒介物100重量份而言爲15重量份以 上。 2. —種粉末狀氧化鋁之製造方法，其特徵爲將藉由 申請專利範圍第1項之方法得到之粉末狀氧化鋁前驅物進 行燒成。 3_如申請專利範圍第2項之方法，其中將前述粉末 狀氧化鋁前驅物塡充於燒成容器而進行燒成。 -17- 201014795 四、指定代表圈： (一） 、本案指定代表圈為：無 (二） 、本代表圖之元件符號簡單說明··無

   -3- 201014795 五 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學

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