JP2013082621A - 単離可能な酸化物微粒子または水酸化物微粒子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】接近・離反可能に互いに対向して配設され、少なくとも一方が他方に対して相対的に回転する処理用部10,20における処理用面1,2の間で流体の処理を行う装置を用いて、微粒子原料を溶媒に混合した微粒子原料液を含む流体と、微粒子析出用液を含む流体との少なくとも2種類の流体を混合して酸化物微粒子又は水酸化物微粒子を析出させる。その直後に、析出させた酸化物微粒子または水酸化物微粒子を含む流体と、析出させた酸化物微粒子または水酸化物微粒子の分散性を調整する微粒子処理用物質を含む微粒子処理用物質含有液を含む流体とを混合する事により、単離可能な酸化物微粒子または水酸化物微粒子を得る。
【選択図】図4
Description
この鏡面研磨の面粗度は、特に限定されないが、好ましくはRa0.01〜1.0μm、より好ましくはRa0.03〜0.3μmとする。
このように、3次元的に変位可能に保持するフローティング機構によって、第2処理用部20を保持することが望ましい。
P=P1×(K−k)+Ps
なお、図示は省略するが、近接用調整面24を離反用調整面23よりも広い面積を持ったものとして実施することも可能である。
この凹部13の先端と第1処理用面1の外周面との間には、凹部13のない平坦面16が設けられている。
上記微粒子処理用物質を混合、溶解または分子分散させるための溶媒としては、上記微粒子原料を混合、溶解または分子分散させるための溶媒と同様のものが使用できる。
本発明における他の実施の形態としては、上記に説明した装置の処理用面1,2の間に形成される薄膜流体中で、酸化物微粒子または水酸化物微粒子を析出させ、処理用面1,2間より酸化物微粒子または水酸化物微粒子の分散液として吐出された直後、言い換えると処理用部10,20における流体の吐出部51b付近に微粒子処理用物質含有液を含む流体の供給装置51を設け、この供給装置51から微粒子処理用物質含有液を含む流体を噴霧または滴下して、酸化物微粒子または水酸化物微粒子の分散液と微粒子処理用物質含有液を含む流体とを混合するような方法が挙げられる(図4(A)参照)。より具体的に説明すると、上記供給装置51は、微粒子処理用物質含有液を含む流体の供給源にポンプPを介して接続された環状の流路を備える。この環状の流路は、上記処理用面1,2の吐出部51bを臨む位置(この例では上方)に配位され、環状の流路の下部には開口部51aが形成されている。この開口部51aは、多数の細穴であったり、連続したスリット状の開口であったり、上記吐出部51bから吐出する上記分散液に対して、満遍なく微粒子処理用物質含有液を含む流体を供給・混合するものとして実施することが望ましい。なお、上記吐出部51bは、上記処理用面1,2により強制された流路の最下流(この例では上記処理用面1,2の最外周端)であり、この吐出部51bから上記薄膜流体は処理用面1,2による強制から開放され、より広い流路空間へと吐出するものであり、広がりながら吐出する分散液に対して、微粒子処理用物質含有液を含む流体を供給することにより、上記析出させた酸化物微粒子または水酸化物微粒子に上記微粒子処理用物質を有効に接触・作用させることができる。
または、図4(B)に示すように、吐出された酸化物微粒子または水酸化物微粒子の分散液が収束されて流される流路52に、微粒子処理用物質含有液を含む流体の投入孔53を配位し、この投入孔53から微粒子処理用物質含有液を含む流体を投入するような方法でも良い。上記のような方法においては、酸化物微粒子または水酸化物微粒子を析出させる工程と、析出させた酸化物微粒子または水酸化物微粒子を含む流体と微粒子処理用物質含有液を含む流体とを混合する工程とを連続的に行う事ができる利点がある。
そうすると、各流体の濃度や圧力を個々に管理することができ、析出反応及び単離可能な酸化物微粒子または水酸化物微粒子の製造をより精密に制御することができる。第4以上の導入部を設けた場合も同様であって、このように処理装置へ導入する流体を細分化できる。
また、酸化物微粒子または水酸化物微粒子の析出に悪影響を及ぼさない範囲においては、酸化物微粒子または水酸化物微粒子を析出させる前の微粒子原料液を含む流体及び/又は微粒子析出用液を含む流体に微粒子処理用物質を含む流体を混合することによって、上記処理用面1,2間において析出させた酸化物微粒子または水酸化物微粒子と微粒子処理用物質とを接触・作用させてもよい。例えば、前述のように、第1導入部d1、第2導入部d2以外に第3導入部d3を処理装置に設け、各導入部から、第1流体として微粒子原料液を含む流体と微粒子析出用液を含む流体とのうちいずれか一方の流体、第2流体として微粒子原料液を含む流体と微粒子析出用液を含む流体のうち何れか他方の流体、第3流体として微粒子処理用物質含有液を含む流体をそれぞれ別々に処理装置に導入して、酸化物微粒子または水酸化物微粒子を析出させる前の微粒子原料液を含む流体及び/又は微粒子析出用液を含む流体に微粒子処理用物質含有液を含む流体を混合してもよく、この場合、微粒子処理用物質含有液を導入する第3導入部d3の開口部d30の位置は問わないものとする。
また、上記析出させた酸化物微粒子または水酸化物微粒子と微粒子処理用物質とを接触・作用させることによって、得られる物質の状態については特に限定されない。例えば水酸化物微粒子に微粒子処理用物質を接触・作用させることによって単離可能な酸化物微粒子を得ることもできるし、単離可能な水酸化酸化物微粒子を得る事も可能である。
中央から第1流体の微粒子析出用液として、1質量%のアンモニア水溶液を、供給圧力/背圧力=0.50MPa/0.04MPa、液温80℃、回転数1700rpmで送液し、第2流体として、12.0質量%のオキシ硝酸ジルコニウム2水和物と1.29質量%の硝酸イットリウム9水和物を水に溶解した微粒子原料液を5mL/min、液温25℃で処理用面1,2間に導入した。第1流体と第2流体は薄膜流体中で混合され、イットリア安定化ジルコニア水和物微粒子を処理用面1,2間において析出させ、イットリア安定化ジルコニア水和物微粒子分散液として処理用面1,2より吐出させ、吐出させたイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子分散液と第3流体とを混合した。微粒子処理用物質含有液としての第3流体には、1質量%硝酸水溶液、または、1質量%過酸化水素溶液を用いた。吐出させたイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子分散液と第3流体との混合方法は、処理用面1,2外側、吐出部51b付近に第3流体を50mL/min、液温80℃で滴下し、吐出部51b付近及び吐出液が収束する流路52において混合した。処理用面1,2よりイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子分散液を吐出させてから第3流体と混合するまでの時間は、0.5秒程度であった。第2流体を処理用面1,2間に導入してから処理用面1,2よりイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子分散液を吐出させるまでの時間は大半の微粒子については0.3秒程度であるので、第2流体を処理用面1,2間に導入してから処理用面1,2より吐出させたイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子分散液と第3流体とを混合するまでの時間は1秒以内であった。また、第1流体〜第3流体における液温は、それぞれの流体が処理装置に導入される直前の温度である。
吐出されたイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子分散液と第3流体との混合液より不純物を除去するために、イットリア安定化ジルコニア水和物微粒子を緩く凝集させ、遠心分離機(×8000G)にてイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子を沈降させ、上澄み液を除去した後、純水を加えてイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子を再分散し、再度遠心分離機を用いて沈降させた。上記洗浄操作を3回行った後、最終的に得られたイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子のペーストを60℃、−0.1MPaGにて真空乾燥し、イットリア安定化ジルコニア水和物微粒子乾燥粉体を得た。さらに、得られたイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子乾燥粉体について、400℃で4時間の熱処理を実施した。第3流体を変更して、実験を行った結果を表1に示す。実施例1〜2の比較のために、実施例1〜2と同様の方法で処理用面1,2より吐出させたイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子分散液に第3流体を混合せずに作製したイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子及びイットリア安定化ジルコニア微粒子を比較例1とした。また、実施例1〜2及び比較例1において作製された熱処理前のイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子および熱処理後のイットリア安定化ジルコニア微粒子のTEM写真を図5〜図7に示す。表1における分散性は、TEM写真においてイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子またはイットリア安定化ジルコニア微粒子の凝集がほぐれ、分散した状態を観察できた場合には「良好」とし、そうでない場合には「不十分」として評価した。また、表1における分散粒子径は、TEM観察により確認した。図5〜図7のTEM写真より、第3流体を用いなかった比較例1に対して、第3流体に硝酸水溶液または過酸化水素溶液を用いた実施例1または実施例2は一次粒子まで分散している様子が確認できた。表1及び図5〜7により第3流体に過酸化水素溶液または酸性物質としての硝酸水溶液を用いる事によって、熱処理前のイットリア安定化ジルコニア水和物微粒子及び熱処理後に得られたイットリア安定化ジルコニア微粒子の分散性が向上していることがわかった。
中央から第1流体の微粒子析出用液として、1質量%の水酸化ナトリウム水溶液を250ml/min.、供給圧力/背圧力=0.50MPa/0.04MPa、液温80℃、回転数500rpmで送液し、第2流体の微粒子原料液として、塩化マグネシウム6水和物を水に溶解した10.0質量%塩化マグネシウム水溶液を10mL/min.、液温25℃で処理用面1,2間に導入した。第1流体と第2流体は薄膜流体中で混合され、水酸化マグネシウム微粒子を処理用面1,2間において析出させ、水酸化マグネシウム微粒子分散液として処理用面1,2より吐出させた。吐出させた水酸化マグネシウム微粒子分散液と第3流体とを混合し、その後、65℃で2時間攪拌処理を行った。撹拌処理にはクレアミックス2.2S(エム・テクニック社製)を用い、回転数20000rpmにて撹拌処理を行った。微粒子処理用物質含有液としての第3流体には、0.5〜1.0質量%の過酸化水素水溶液を用いた。吐出させた水酸化マグネシウム微粒子分散液と第3流体との混合方法は、処理用面1,2外側、吐出部51b付近に第3流体を50mL/min、液温80℃で滴下し、吐出部51b付近及び吐出液が収束する流路52において混合した。処理用面1,2より水酸化マグネシウム微粒子分散液を吐出させてから第3流体と混合するまでの時間は、0.5秒程度であった。第2流体を処理用面1,2間に導入してから処理用面1,2より水酸化マグネシウム微粒子分散液を吐出させるまでの時間は大半の微粒子については0.3秒程度であるので、第2流体を処理用面1,2間に導入してから処理用面1,2より吐出させた水酸化マグネシウム微粒子分散液と第3流体とを混合するまでの時間は1秒以内であった。また、第1流体〜第3流体における液温は、それぞれの流体が処理装置に導入される直前の温度である。
撹拌処理後の水酸化マグネシウム微粒子分散液と第3流体との混合液中より不純物を除去するために、水酸化マグネシウム微粒子を緩く凝集させ、洗浄操作として遠心分離機(×8000G)にて水酸化マグネシウム微粒子を沈降させ、上澄み液を除去した後、純水を加えて水酸化マグネシウム微粒子を再分散し、再度遠心分離機を用いて沈降させた。上記洗浄操作を3回行ったあと、最終的に得られた水酸化マグネシウム微粒子のペーストを60℃、−0.1MPaGにて真空乾燥し、水酸化マグネシウム微粒子乾燥粉体を得た。さらに、得られた水酸化マグネシウム微粒子乾燥粉体について、500℃で4時間熱処理を実施した。熱処理前と熱処理後の微粒子乾燥粉体について行ったX線回折(XRD)測定の結果、水酸化マグネシウム微粒子が熱処理後に酸化マグネシウムに変化していることを確認した。
第3流体中の過酸化水素濃度を変更して、実験を行った結果(実施例3〜4)を表2に示す。また、実施例3〜4の比較のために、実施例3〜4と同様の方法で処理用面1,2より吐出させた水酸化マグネシウム微粒子分散液に第3流体を混合せずに作製した水酸化マグネシウム微粒子及び酸化マグネシウム微粒子を比較例2とした。実施例3及び比較例2において得られた熱処理後の酸化マグネシウム微粒子のTEM写真を図8〜図9に示す。表2における分散性は、TEM写真において水酸化マグネシウム微粒子または酸化マグネシウム微粒子の凝集がほぐれ、分散した状態を観察できた場合には「良好」とし、そうでない場合には「不十分」として評価した。表2及び図8〜図9より、第3流体に過酸化水素溶液を用いる事によって、熱処理前の水酸化マグネシウム微粒子及び熱処理後の酸化マグネシウム微粒子の分散性が向上していることがわかった。また、吐出させた水酸化マグネシウム微粒子分散液と第3流体である過酸化水素溶液とを混合し、水酸化マグネシウム微粒子と過酸化水素とを接触・作用させることによって、熱処理前の水酸化マグネシウム微粒子及び熱処理後の酸化マグネシウム微粒子の分散性を調整することができた。過酸化水素水溶液中の過酸化水素の濃度については、比較的希薄な過酸化水素水溶液を吐出させた水酸化マグネシウム微粒子分散液との混合に用いた場合においても、熱処理前の水酸化マグネシウム微粒子及び熱処理後の酸化マグネシウム微粒子の分散性を調整することができた。以上の結果より、処理用面1,2より吐出させた水酸化マグネシウム微粒子分散液と、過酸化水素水溶液とを混合し、水酸化マグネシウム微粒子と過酸化水素とを接触・作用させることによって、単離可能な水酸化マグネシウム微粒子及び酸化マグネシウムを作製できることが分かった。
中央から第1流体の微粒子析出用液として、1質量%のアンモニア水溶液、イソプロピルアルコール(IPA)またはアセトンを、供給圧力/背圧力=0.50MPa/0.04MPa、回転数1700rpmで送液し、第2流体の微粒子原料液として、10質量%の硫酸チタニル水溶液もしくは10質量%の四塩化チタン水溶液を5mL/min、液温25℃で処理用面1,2間に導入した。第1流体と第2流体は薄膜流体中で混合され、二酸化チタン微粒子を処理用面1,2間において析出させ、二酸化チタン微粒子分散液として処理用面1,2より吐出させた。吐出させた二酸化チタン微粒子分散液と第3流体とを混合し、その後65〜80℃で4時間の静置または攪拌処理を行った。撹拌処理は、ウォーターバス中においてマグネティックスターラーを用いて回転数600rpmにて行った。微粒子処理用物質含有液としての第3流体には、1質量%の硝酸水溶液を用いた。吐出させた二酸化チタン微粒子分散液と第3流体との混合方法は、実施例5においては、処理用面1,2外側、吐出部51b付近に第3流体を50mL/min、液温80℃で滴下し、吐出部51b付近及び吐出液が収束する流路52において混合し、実施例6においては、予めポリ容器に準備した第3流体に処理用面1,2より吐出させた二酸化チタン微粒子分散液を、吐出後0.6秒で連続的に混合させた。処理用面1,2より二酸化チタン微粒子分散液を吐出させてから第3流体と混合するまでの時間は、0.6秒程度であった。第2流体を処理用面1,2間に導入してから処理用面1,2より二酸化チタン微粒子分散液を吐出させるまでの時間は大半の微粒子については0.3秒程度であるので、第2流体を処理用面1,2間に導入してから処理用面1,2より吐出させた二酸化チタン微粒子分散液と第3流体とを混合するまでの時間は1秒以内であった。また、第1流体〜第3流体における液温は、それぞれの流体が処理装置に導入される直前の温度であり、第1流体の液温は表3に示した。
処理後の二酸化チタン微粒子分散液と第3流体との混合液中より不純物を除去するために、二酸化チタン微粒子を緩く凝集させ、洗浄操作として遠心分離機(×8000G)にて二酸化チタン微粒子を沈降させ、上澄み液を除去した後、純水を加えて二酸化チタン微粒子を再分散し、再度遠心分離機を用いて沈降させた。上記洗浄操作を3回行ったあと、最終的に得られた二酸化チタン微粒子のペーストを60℃、−0.1MPaGにて真空乾燥した。
条件を変更して実験を行った結果を表3に示す。また、実施例5〜6の比較のために、実施例5〜6と同様の方法で処理用面1,2より吐出させた二酸化チタン微粒子分散液に第3流体を混合せずに作製した二酸化チタン微粒子を比較例3〜5とした。表3における分散性は、TEM写真において二酸化チタン微粒子の凝集がほぐれ、分散した状態を観察できた場合には「良好」とし、そうでない場合には「不十分」として評価した。また、表3における一次粒子径の項にはTEM観察より確認された一次粒子径を記載した。図10に実施例6で得られた二酸化チタン微粒子のTEM写真を示す。表3及び図10より、第3流体に酸性物質としての硝酸水溶液を用いる事によって、二酸化チタン微粒子の分散性が向上していることがわかった。また、第1流体及び第2流体の種類を問わず、第3流体に酸性物質としての硝酸水溶液を用いる事によって、二酸化チタン微粒子の分散性が向上していることがわかった。さらに、吐出させた二酸化チタン微粒子分散液と第3流体との混合液に対して行われた静置または攪拌処理の処理方法を問わず、第3流体に酸性物質としての硝酸水溶液を用いる事によって、二酸化チタン微粒子の分散性が向上していることがわかった。実施例及び比較例全ての結果を通して、処理用面1,2間において析出させた酸化物微粒子または水酸化物微粒子を処理用面1,2より酸化物微粒子分散液または水酸化物微粒子分散液として吐出させた直後に、酸化物微粒子分散液または水酸化物微粒子分散液と微粒子処理用物質含有液とを混合し、酸化物微粒子または水酸化物微粒子と微粒子処理用物質とを接触・作用させることによって、熱処理前後の酸化物微粒子または水酸化物微粒子の分散性を調整することができ、単離可能な酸化物微粒子または水酸化物微粒子を作製できることが分かった。
2 第2処理用面
10 第1処理用部
11 第1ホルダ
20 第2処理用部
21 第2ホルダ
51a 開口部
51b 吐出部
d1 第1導入部
d2 第2導入部
d20 開口部
d30 開口部
Claims (8)
- 単離可能な酸化物微粒子または水酸化物微粒子の製造方法であり、
(I)少なくとも1種の微粒子原料を溶媒に混合した微粒子原料液と、
(II)微粒子析出用液と、
(III)少なくとも1種の微粒子処理用物質を溶媒に混合した微粒子処理用物質含有液と
をそれぞれ調製し、
(IV)被処理流動体として、少なくとも2種類の流体を用いるものであり、そのうちで少なくとも1種類の流体については上記微粒子原料液を含む流体であり、
上記微粒子原料液以外の流体のうち、少なくとも1種類の流体については上記微粒子析出用液を含む流体であり、
対向して配設された、接近・離反可能な、少なくとも一方が他方に対して回転する少なくとも2つの処理用面間において形成された薄膜流体中において、上記微粒子原料液を含む流体と上記微粒子析出用液を含む流体とを混合させて、酸化物微粒子または水酸化物微粒子を析出させる工程と、
(V)上記(IV)の工程によって析出させた酸化物微粒子または水酸化物微粒子を含む流体と、上記微粒子処理用物質含有液を含む流体とを混合する工程と
を含み、
上記微粒子処理用物質が、上記析出させた酸化物微粒子または水酸化物微粒子の分散性を調整する物質である事を特徴とする、単離可能な酸化物微粒子または水酸化物微粒子の製造方法。 - 上記微粒子原料液を含む流体と上記微粒子析出用液を含む流体とのうちいずれか一方が上記薄膜流体を形成しながら上記両処理用面間を通過し、
上記いずれか一方の流体が流される流路とは独立した別途の導入路を備えており、
上記少なくとも2つの処理用面の少なくとも何れかが、上記の導入路に通じる開口部を少なくとも一つ備え、
上記微粒子原料液を含む流体と上記微粒子析出用液を含む流体とのうちいずれか他方を、上記開口部から上記処理用面の間に導入し、
上記微粒子原料液を含む流体と上記微粒子析出用液を含む流体とが、上記薄膜流体中で混合されることを特徴とする請求項1に記載の単離可能な酸化物微粒子または水酸化物微粒子の製造方法。 - 上記の、対向して配設された、接近・離反可能な、少なくとも一方が他方に対して回転する少なくとも2つの処理用面間において形成された薄膜流体中において、上記微粒子原料液を含む流体と上記微粒子析出用液を含む流体とを混合させて、酸化物微粒子または水酸化物微粒子を析出させる工程と、
上記工程によって析出させた酸化物微粒子または水酸化物微粒子を含む流体と、上記微粒子処理用物質含有液を含む流体とを混合する工程とを、
連続的に行う事を特徴とする、請求項1または2に記載の単離可能な酸化物微粒子または水酸化物微粒子の製造方法。 - 上記微粒子処理用物質含有液を含む流体を上記処理用面の間に導入する開口部を、上記少なくとも2つの処理用面の少なくとも何れか一方に設け、
上記微粒子原料液を含む流体と上記微粒子析出用液を含む流体とを上記薄膜流体中で混合させて、酸化物微粒子または水酸化物微粒子を析出させたあとに、上記の析出させた酸化物微粒子または水酸化物微粒子に上記微粒子処理用物質を上記薄膜流体中で接触・作用させることを特徴とする請求項3に記載の単離可能な酸化物微粒子または水酸化物微粒子の製造方法。 - 上記微粒子処理用物質含有液を含む流体を供給する開口部を、上記少なくとも2つの処理用面間の吐出部を臨む位置に設け、
上記微粒子原料液を含む流体と上記微粒子析出用液を含む流体とを上記薄膜流体中で混合させて、上記酸化物微粒子または水酸化物微粒子を析出させて、この酸化物微粒子または水酸化物微粒子を含む流体を上記吐出部より吐出させた直後に、上記の析出させた酸化物微粒子または水酸化物微粒子に上記微粒子処理用物質を接触・作用させることを特徴とする請求項3に記載の単離可能な酸化物微粒子または水酸化物微粒子の製造方法。 - 上記析出させた酸化物微粒子または水酸化物微粒子を含む流体と、上記微粒子処理用物質含有液を含む流体とを混合する工程を、
上記酸化物微粒子または水酸化物微粒子を析出させる工程の後、
1秒間以内に行う事を特徴とする、請求項1〜5の何れかに記載の単離可能な酸化物微粒子または水酸化物微粒子の製造方法。 - 上記の析出させた酸化物微粒子または水酸化物微粒子に接触・作用させる上記微粒子処理用物質含有液中の上記微粒子処理用物質の濃度を調整することによって、酸化物微粒子または水酸化物微粒子の分散性を調整した事を特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の単離可能な酸化物微粒子または水酸化物微粒子の製造方法。
- 上記微粒子処理用物質が、酸性物質または過酸化水素である事を特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の単離可能な酸化物微粒子または水酸化物微粒子の製造方法。
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