JP4180338B2 - Method for producing sea urchin zinc oxide - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状がウニ状である酸化亜鉛およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化亜鉛粉末は、顔料、医薬品、触媒あるいは電子材料等の分野で使用されており、その形状としては、鱗片状、球状、針状等の酸化亜鉛が開発されている。その製造方法として針状粒子については、亜鉛化合物の酸性水溶液をヘキサメチレンテトラミン等で処理する方法が一般的である。
【０００３】
最近では、粒子の中心核の表面から針状あるいは繊維状突起を有する球状の酸化亜鉛も提案されている。例えば、特開平１１−４９５１６号公報では、有機亜鉛化合物を温度６００〜８００℃で焼成することで、球状粒子の表面に突起状物を有する酸化亜鉛を合成する方法が開示されている。このような形状（金米糖状）の酸化亜鉛は、紫外線吸収剤、導電性材料、触媒担体等への応用が期待されている。
【０００４】
しかしながら、該公報に記載の方法では、焼成時の温度を高く設定（６００〜８００℃）する必要がある。また、出発原料に有機亜鉛化合物を使用しているため、焼成過程に有毒ガスが発生するおそれがある。さらに、金米糖状酸化亜鉛の収率が十数％と低く、その上、別形状の酸化亜鉛との混在下でしか得ることができない。
また、このようにして得られた酸化亜鉛は、中心に球状粒子が存在しているため、比表面積に限界が生じてくる。さらに、このような酸化亜鉛をバインダーに混合して導電性材料として使用する場合には、バインダーに対する添加量を非常に多くしなければ、十分な導電効果を得ることができない。
【０００５】
一方、金属亜鉛蒸気の気相酸化により得られる、針状結晶が数本結束した構造、いわゆるテトラポッド状の酸化亜鉛も知られている。
しかしながら、このような酸化亜鉛の合成では、金属亜鉛を蒸気にするために雰囲気を高温にする必要があり、そのために特殊な装置が必要となる。
また、この酸化亜鉛では針状結晶が４本と少なく、強度が弱く、比表面積も小さくなる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−４９５１６号（特許請求の範囲）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような点に鑑みなされたものである。
本発明における第一の課題は、多本数の針状粒子からなり、比表面積が大きく、強度も比較的強いウニ状酸化亜鉛を提供することである。
本発明における第二の課題は、製造過程において焼成温度が低く、また有毒ガスが発生する可能性もなく、さらに高い収率で、他の形状の酸化亜鉛がほとんど混在せずにウニ状形状の酸化亜鉛が製造できる方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討の結果、特定の製造方法によって新規な形状のウニ状酸化亜鉛が得られることを見出し、本発明の完成に至った。
すなわち、本発明は以下の特徴を有するものである。
１．炭酸イオン及び／または炭酸水素イオン、アンモニウムイオンを含む水溶液（Ｉ）に、亜鉛イオンを含む水溶液（ＩＩ）を滴下することによって得られた生成物を、３００℃以上で焼成する酸化亜鉛の製造方法であって、
水溶液（Ｉ）における炭酸イオンと炭酸水素イオンの合計イオン濃度（ｍｏｌ／ｌ）に対する水溶液（ＩＩ）における亜鉛イオン濃度（ｍｏｌ／ｌ）を、３０％以下に設定し、
水溶液（ＩＩ）のｐＨを２〜７とする
ことを特徴とするウニ状酸化亜鉛の製造方法。
２．水溶液（Ｉ）の温度を１５〜４５℃とすることを特徴とする１．記載のウニ状酸化亜鉛の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態とともに詳細に説明する。
【００１０】
本発明では、まず、炭酸イオン及び／または炭酸水素イオン、アンモニウムイオンを含む水溶液（Ｉ）と、亜鉛イオンを含む水溶液（ＩＩ）とを混合する。
【００１１】
水溶液（Ｉ）は、炭酸イオン及び／または炭酸水素イオンと、アンモニウムイオンとを含むものである。これらイオンの発生源は特に限定されないが、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウムから選ばれる１種以上が好適である。
水溶液（ＩＩ）における亜鉛イオンの発生源としては、例えば、塩化亜鉛、硫酸亜鉛、硝酸亜鉛、酢酸亜鉛等が挙げられる。このうち、本発明では塩化亜鉛が好適である。
【００１２】
本発明では、水溶液（Ｉ）に水溶液（ＩＩ）を徐々に滴下することによって、水酸化イオンと炭酸イオンと亜鉛イオンとからなる物質（以下「ウニ状生成物」という）が生成する。このようなウニ状生成物は、微細な核物質が形成した後、球状化が阻害され、針状晶が成長したものであると考えられる。
【００１３】
水溶液（Ｉ）に水溶液（ＩＩ）を滴下する際には、水溶液（Ｉ）における炭酸イオンと炭酸水素イオンの合計濃度（以下単に「水溶液（Ｉ）の濃度」という）よりも、水溶液（ＩＩ）における亜鉛イオン濃度（以下単に「水溶液（ＩＩ）の濃度」という）を低く設定し、さらに、水溶液（ＩＩ）のｐＨを２〜７に設定しておく必要がある。このような条件下であれば、ウニ状生成物を得ることができる。
【００１４】
水溶液（ＩＩ）の濃度が、水溶液（Ｉ）の濃度以上である場合は、急激な中和反応が生じてしまうため、ウニ状の生成物を得ることができない。
好適な濃度条件は、水溶液（Ｉ）の濃度に対する水溶液（ＩＩ）の濃度が６０％以下であること（好ましくは３０％以下、さらに好ましくは１５％以下）である。
【００１５】
水溶液（ＩＩ）のｐＨが２より低い場合は、ウニ状の生成物を得ることができない。ｐＨが７より高い場合は、水溶液（ＩＩ）自体に沈殿物が生じやすくなる。より好適なｐＨ範囲は２〜６である。
水溶液（Ｉ）のｐＨは、通常６〜８程度である。
【００１６】
本発明では、水溶液（Ｉ）の温度を１５〜４５℃（さらには２０〜４５℃）に設定することが望ましい。水溶液（Ｉ）の温度がこのような範囲内であれば、より確実にウニ状生成物を得ることができる。
水溶液（ＩＩ）の温度は、水溶液（Ｉ）の温度より低く設定しておくことが望ましい。
【００１７】
水溶液（Ｉ）に対する水溶液（ＩＩ）の混合量は、特に限定されないが、炭酸イオンと炭酸水素イオンの総モル数より、亜鉛イオンの総モル数が小さくなるようにすることが望ましい。
【００１８】
水溶液（Ｉ）と水溶液（ＩＩ）との混合によって生成したウニ状生成物を３００℃以上の温度で焼成すれば、脱水、脱炭酸が生じ、ウニ状酸化亜鉛を得ることができる。焼成温度は３００℃以上であればよいが、好ましくは３００℃〜６００℃である。
焼成工程については、特別な雰囲気を必要とせず、通常の焼成装置を使用して大気中、開放系で行えばよい。導電性の付与など低次酸化物の合成を目的とする場合には、焼成段階を非酸化性雰囲気に調整することもできる。
【００１９】
以上の方法によって得られる酸化亜鉛は、ウニ状の形状を有するものである。具体的には、１０本以上の針状粒子の片端が集合してウニ状粒子を形成しているものである。ウニ状粒子の粒子径は、概ね０．５〜６０μｍである。ウニ状粒子を構成する針状粒子の長さは、通常０．２５〜３０μｍ程度、径は通常０．０１〜１μｍ程度である。
【００２０】
本発明のウニ状酸化亜鉛は、例えば、紫外線吸収剤、導電性材料、触媒担体、補強剤、充填剤、顔料、加硫促進助剤等として用いることができる。利用分野としては、塗料、インキ、絵具、ガラス、釉、メッキ、撥水剤、歯科セメント、ガスセンサー、医薬品、石油精製、電池、電子写真材料、蛍光体、電磁波吸収材、吸音材等が挙げられる。
特に、本発明酸化亜鉛はウニ状になることで比表面積が大きくなるため、利用される用途によっては顕著な性能向上が予測される。例えば、本発明酸化亜鉛を樹脂等と複合して導電性材料に用いた場合は、ウニ状酸化亜鉛同士の接触確率が高くなるため、球状酸化亜鉛等に比べ少量で十分な導電効果が期待できる。
なお、本発明酸化亜鉛を上述のような各種用途に使用する場合には、ウニ形状を損なわない程度に様々な処理を施すこともできる。
【００２１】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をより詳細に説明する。
【００２２】
（実施例１）
１．５ｍｏｌ／ｌの炭酸水素アンモニウム水溶液４００ｍｌに対し、０．２ｍｏｌ／ｌ、ｐＨ３の塩化亜鉛水溶液２００ｍｌを徐々に滴下した。なお、炭酸水素アンモニウム水溶液の温度は２０℃とした。
このようにして得られた生成物を洗浄、ろ過し、さらに４００℃で焼成することにより、粒径１７〜２０μｍの酸化亜鉛を得た。
得られた酸化亜鉛の形状を、走査型電子顕微鏡（日本電子株式会社製：ＪＳＭ５３０１ＬＶ）を用いて観察した。その結果を図１に示す。図より明白なように、多数の針状粒子の片端がほぼ一点に集合したウニ状粒子であることが認められた。
次いで、得られた酸化亜鉛の比表面積を、表面積測定装置Ｐ−７００型（柴田科学機器工業株式会社製）にて、死容積測定ガスとしてヘリウム、吸着ガスとして窒素を使用してＢＥＴ多点法で測定を行った。実施例１で得られた酸化亜鉛の比表面積は、３５ｍ２／ｇであった。
【００２３】
（実施例２）
１．５ｍｏｌ／ｌの炭酸水素アンモニウム水溶液４００ｍｌに対し、０．２ｍｏｌ／ｌ、ｐＨ３の塩化亜鉛水溶液２００ｍｌを徐々に滴下した。なお、炭酸水素アンモニウム水溶液の温度は４０℃とした。
このようにして得られた生成物を洗浄、ろ過し、さらに４００℃で焼成することにより、粒径１５〜２７μｍの酸化亜鉛を得た。
実施例２では、図２に示すウニ状粒子が得られた。この酸化亜鉛の比表面積は、５０ｍ２／ｇであった。
【００２４】
（実施例３）
１．５ｍｏｌ／ｌの炭酸アンモニウム水溶液４００ｍｌに対し、０．２ｍｏｌ／ｌ、ｐＨ３の塩化亜鉛水溶液２００ｍｌを徐々に滴下した。なお、炭酸アンモニウム水溶液の温度は２０℃とした。
このようにして得られた生成物を洗浄、ろ過し、さらに４００℃で焼成することにより、粒径１０〜２５μｍの酸化亜鉛を得た。
実施例３では、図３に示すウニ状粒子が得られた。この酸化亜鉛の比表面積は、４３ｍ２／ｇであった。
【００２５】
（比較例１）
１．５ｍｏｌ／ｌのアンモニウム水溶液４００ｍｌに対し、０．２ｍｏｌ／ｌ、ｐＨ３の塩化亜鉛水溶液２００ｍｌを徐々に滴下したところ、ウニ状生成物を得ることができなかった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、比表面積が大きいウニ状酸化亜鉛を得ることができる。
その製造方法においては、焼成温度が低く、有毒ガスが発生する可能性もなく、さらに高い収率で、他の形状の酸化亜鉛がほとんど混在せずに、ウニ状形状の酸化亜鉛を効率的に合成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で合成されたウニ状酸化亜鉛の電子顕微鏡写真である。
【図２】実施例２で合成されたウニ状酸化亜鉛の電子顕微鏡写真である。
【図３】実施例３で合成されたウニ状酸化亜鉛の電子顕微鏡写真である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to zinc oxide having a sea urchin shape and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Zinc oxide powder is used in the fields of pigments, pharmaceuticals, catalysts, electronic materials, and the like, and scales, spheres, needles, and other zinc oxides have been developed. As for the production method, acicular particles are generally treated by treating an acidic aqueous solution of a zinc compound with hexamethylenetetramine or the like.
[0003]
Recently, spherical zinc oxide having needle-like or fibrous protrusions from the surface of the central core of the particle has also been proposed. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-49516 discloses a method of synthesizing zinc oxide having protrusions on the surface of spherical particles by baking an organic zinc compound at a temperature of 600 to 800 ° C. Zinc oxide having such a shape (golden rice sugar) is expected to be applied to ultraviolet absorbers, conductive materials, catalyst carriers, and the like.
[0004]
However, in the method described in the publication, it is necessary to set the temperature during firing high (600 to 800 ° C.). In addition, since an organic zinc compound is used as a starting material, a toxic gas may be generated during the firing process. Furthermore, the yield of gold rice sugar-like zinc oxide is as low as several tens of percent, and furthermore, it can be obtained only in the presence of another shape of zinc oxide.
Moreover, since the zinc oxide obtained in this way has spherical particles at the center, the specific surface area is limited. Furthermore, when such zinc oxide is mixed with a binder and used as a conductive material, a sufficient conductive effect cannot be obtained unless the amount added to the binder is very large.
[0005]
On the other hand, a structure in which several needle-like crystals are bound, which is obtained by vapor phase oxidation of metallic zinc vapor, so-called tetrapod-like zinc oxide is also known.
However, in the synthesis of such zinc oxide, it is necessary to increase the atmosphere in order to convert metallic zinc into steam, and thus a special apparatus is required.
Further, this zinc oxide has few acicular crystals, its strength is weak, and its specific surface area is also small.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-49516 (Claims)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of these points.
The first problem in the present invention is to provide a sea urchin zinc oxide comprising a large number of needle-like particles, having a large specific surface area and a relatively high strength.
The second problem in the present invention is that the calcination temperature is low in the production process, there is no possibility of generating toxic gas, the yield is higher, and the shape of the sea urchin is not mixed with other shapes of zinc oxide. It is to provide a method by which zinc oxide can be produced.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present inventor has intensively studied and found that sea urchin zinc oxide having a novel shape can be obtained by a specific production method, and has completed the present invention.
That is, the present invention has the following characteristics.
1. Carbonate ions and / or bicarbonate ions, an aqueous solution (I) containing ammonium ions, the product obtained by dropping an aqueous solution (II) containing zinc ion method of the zinc oxide is fired at 300 ° C. or higher Because
The zinc ion concentration (mol / l) in the aqueous solution (II) with respect to the total ion concentration (mol / l) of carbonate ions and hydrogen carbonate ions in the aqueous solution (I) is set to 30% or less,
A method for producing sea urchin zinc oxide, characterized in that the pH of the aqueous solution (II) is 2 to 7.
2. 1. The temperature of the aqueous solution (I) is 15 to 45 ° C. The manufacturing method of sea urchin-like zinc oxide as described.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail together with embodiments thereof.
[0010]
In the present invention, first, an aqueous solution (I) containing carbonate ions and / or bicarbonate ions and ammonium ions is mixed with an aqueous solution (II) containing zinc ions.
[0011]
The aqueous solution (I) contains carbonate ions and / or bicarbonate ions and ammonium ions. The source of these ions is not particularly limited, but at least one selected from ammonium bicarbonate and ammonium carbonate is preferred.
Examples of the source of zinc ions in the aqueous solution (II) include zinc chloride, zinc sulfate, zinc nitrate, and zinc acetate. Of these, zinc chloride is preferred in the present invention.
[0012]
In the present invention, the aqueous solution (II) is gradually added dropwise to the aqueous solution (I) to produce a substance composed of hydroxide ions, carbonate ions and zinc ions (hereinafter referred to as “urchin-like product”). Such a sea urchin-like product is considered to be a product in which spheroidization was inhibited and acicular crystals were grown after formation of fine nuclear material.
[0013]
When the aqueous solution (II) is dropped into the aqueous solution (I), the aqueous solution (II) is more than the total concentration of carbonate ions and hydrogen carbonate ions in the aqueous solution (I) (hereinafter simply referred to as “the concentration of the aqueous solution (I)”). The zinc ion concentration (hereinafter, simply referred to as “the concentration of the aqueous solution (II)”) must be set low, and the pH of the aqueous solution (II) must be set to 2 to 7. Under such conditions, a sea urchin-like product can be obtained.
[0014]
When the concentration of the aqueous solution (II) is equal to or higher than the concentration of the aqueous solution (I), a rapid neutralization reaction occurs, so that a sea urchin-like product cannot be obtained.
A suitable concentration condition is that the concentration of the aqueous solution (II) relative to the concentration of the aqueous solution (I) is 60% or less (preferably 30% or less, more preferably 15% or less).
[0015]
When the pH of the aqueous solution (II) is lower than 2, a sea urchin-like product cannot be obtained. If the pH is higher than 7, a precipitate is likely to be formed in the aqueous solution (II) itself. A more preferred pH range is 2-6.
The pH of the aqueous solution (I) is usually about 6-8.
[0016]
In the present invention, it is desirable to set the temperature of the aqueous solution (I) to 15 to 45 ° C. (more preferably 20 to 45 ° C.). If the temperature of aqueous solution (I) is in such a range, a sea urchin-like product can be obtained more reliably.
The temperature of the aqueous solution (II) is desirably set lower than the temperature of the aqueous solution (I).
[0017]
The amount of the aqueous solution (II) mixed with the aqueous solution (I) is not particularly limited, but it is desirable that the total number of moles of zinc ions be smaller than the total number of moles of carbonate ions and hydrogencarbonate ions.
[0018]
If the sea urchin-like product produced by mixing the aqueous solution (I) and the aqueous solution (II) is baked at a temperature of 300 ° C. or higher, dehydration and decarboxylation occur, and sea urchin zinc oxide can be obtained. The firing temperature may be 300 ° C or higher, but is preferably 300 ° C to 600 ° C.
About a baking process, a special atmosphere is not required and what is necessary is just to perform by the open system in air | atmosphere using a normal baking apparatus. For the purpose of synthesizing a low-order oxide such as imparting conductivity, the firing step can be adjusted to a non-oxidizing atmosphere.
[0019]
Zinc oxide obtained by the above method has a sea urchin shape. Specifically, one end of 10 or more acicular particles gather to form sea urchin particles. The particle diameter of the sea urchin particles is approximately 0.5 to 60 μm. The length of the acicular particles constituting the sea urchin particles is usually about 0.25 to 30 μm, and the diameter is usually about 0.01 to 1 μm.
[0020]
The sea urchin zinc oxide of the present invention can be used as, for example, an ultraviolet absorber, a conductive material, a catalyst carrier, a reinforcing agent, a filler, a pigment, a vulcanization acceleration aid, and the like. Applications include paints, inks, paints, glass, glazing, plating, water repellents, dental cement, gas sensors, pharmaceuticals, petroleum refining, batteries, electrophotographic materials, phosphors, electromagnetic wave absorbers, sound absorbing materials, etc. It is done.
In particular, since the zinc oxide of the present invention becomes a sea urchin and has a large specific surface area, a significant improvement in performance is expected depending on the application used. For example, when the zinc oxide of the present invention is combined with a resin or the like and used as a conductive material, the contact probability between sea urchin zinc oxides increases, so that a sufficient conductive effect can be expected in a small amount compared to spherical zinc oxide or the like. .
In addition, when using this invention zinc oxide for the above various uses, various processes can also be performed to such an extent that a sea urchin shape is not impaired.
[0021]
【Example】
The following examples illustrate the present invention in more detail.
[0022]
(Example 1)
To 400 ml of a 1.5 mol / l aqueous ammonium hydrogen carbonate solution, 200 ml of a 0.2 mol / l, pH 3 zinc chloride aqueous solution was gradually added dropwise. The temperature of the ammonium hydrogen carbonate aqueous solution was 20 ° C.
The product thus obtained was washed, filtered, and calcined at 400 ° C. to obtain zinc oxide having a particle size of 17 to 20 μm.
The shape of the obtained zinc oxide was observed using a scanning electron microscope (manufactured by JEOL Ltd .: JSM5301LV). The result is shown in FIG. As is apparent from the figure, it was recognized that one end of a large number of needle-like particles was a sea urchin-like particle assembled at almost one point.
Subsequently, the specific surface area of the obtained zinc oxide was measured by a BET multipoint method using helium as a dead volume measuring gas and nitrogen as an adsorbing gas in a surface area measuring device P-700 (manufactured by Shibata Kagaku Kogyo Co., Ltd.). The measurement was performed. The specific surface area of the zinc oxide obtained in Example 1 was 35 m 2 / g.
[0023]
(Example 2)
To 400 ml of a 1.5 mol / l aqueous ammonium hydrogen carbonate solution, 200 ml of a 0.2 mol / l, pH 3 zinc chloride aqueous solution was gradually added dropwise. The temperature of the ammonium hydrogen carbonate aqueous solution was 40 ° C.
The product thus obtained was washed, filtered, and calcined at 400 ° C. to obtain zinc oxide having a particle size of 15 to 27 μm.
In Example 2, sea urchin-shaped particles shown in FIG. 2 were obtained. The specific surface area of this zinc oxide was 50 m 2 / g.
[0024]
(Example 3)
To 400 ml of 1.5 mol / l aqueous ammonium carbonate solution, 200 ml of 0.2 mol / l, pH 3 zinc chloride aqueous solution was gradually added dropwise. The temperature of the aqueous ammonium carbonate solution was 20 ° C.
The product thus obtained was washed, filtered, and calcined at 400 ° C. to obtain zinc oxide having a particle size of 10 to 25 μm.
In Example 3, sea urchin-like particles shown in FIG. 3 were obtained. The specific surface area of this zinc oxide was 43 m 2 / g.
[0025]
(Comparative Example 1)
When 200 ml of 0.2 mol / l, pH 3 zinc chloride aqueous solution was gradually added dropwise to 400 ml of 1.5 mol / l ammonium aqueous solution, a sea urchin-like product could not be obtained.
[0026]
【The invention's effect】
According to the present invention, sea urchin zinc oxide having a large specific surface area can be obtained.
In the manufacturing method, the calcination temperature is low, there is no possibility of generating toxic gas, and the zinc oxide in the sea urchin shape is efficiently produced with a higher yield and almost no other shape zinc oxide mixed. Can be synthesized.
[Brief description of the drawings]
1 is an electron micrograph of sea urchin zinc oxide synthesized in Example 1. FIG.
2 is an electron micrograph of sea urchin zinc oxide synthesized in Example 2. FIG.
3 is an electron micrograph of sea urchin zinc oxide synthesized in Example 3. FIG.
Claims (2)
水溶液（Ｉ）における炭酸イオンと炭酸水素イオンの合計イオン濃度（ｍｏｌ／ｌ）に対する水溶液（ＩＩ）における亜鉛イオン濃度（ｍｏｌ／ｌ）を、３０％以下に設定し、
水溶液（ＩＩ）のｐＨを２〜７とする
ことを特徴とするウニ状酸化亜鉛の製造方法。Carbonate ions and / or bicarbonate ions, an aqueous solution (I) containing ammonium ions, the product obtained by dropping an aqueous solution (II) containing zinc ion method of the zinc oxide is fired at 300 ° C. or higher Because
The zinc ion concentration (mol / l) in the aqueous solution (II) relative to the total ion concentration (mol / l) of carbonate ions and hydrogen carbonate ions in the aqueous solution (I) is set to 30% or less,
A method for producing sea urchin-like zinc oxide, wherein the pH of the aqueous solution (II) is 2 to 7.
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