JP4729213B2 - Li−Al系層状複水酸化物粒子粉末及びその製造法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状比(板面径/厚み)が大きなLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
周知の通り、層状化合物には、粘土鉱物等の他、種々の化合物が存在するが、その内、ハイドロタルサイト等の層状複水酸化物(Layered Double Hydroxide)は、層間に種々のイオンや分子等を挿入できる構造を有しているので、アニオン交換機能を発現させることができる。
【0003】
一般に、ハイドロタルサイトの構造は、日本化学会誌、1995(8)、p622〜628に記載されている通り、
「 〔M2+ 1−xM3+ x(OH)2〕x +〔An− x/n・yH2O〕x −ここでM2+は、Mg2+、Co2+、Ni2+、Zn2+などの二価金属イオン、M3+は、Al3+、Fe3+、Cr3+などの三価金属イオン、An−は、OH−、Cl−、CO3 2−、SO4 2−などのn価の陰イオンで、xは一般に0.2〜0.33の範囲である。結晶構造は、正の電荷をもつ正八面体のbrucite単位が並んだ二次元基本層と負の電荷を持つ中間層からなる積層構造をとっている。」とされている。
【0004】
ハイドロタルサイトは、古くから制酸剤として用いられてきたが、その後、アニオン交換機能を生かした様々な用途への展開が行われ、例えば、イオン交換材、吸着剤、脱臭剤、ポリエチレン、ポリプロピレン及び塩化ビニル等の樹脂・ゴムの安定剤、更には、塗料、各種触媒、農業用フィルム、インキなど多種多様な用途に用いられている。
【0005】
また、環境への配慮が求められている現在にあっては、添加剤として用いるものでも毒性のある金属が含まれていないものが望まれていることから、毒性がなく、安定な化合物であるハイドロタルサイトはこのような期待に応えられるものといえる。
【0006】
近年、ハイドロタルサイト類は天然に存在する鉱物よりもはるかに多様なアニオンとカチオンの組合せで合成されるようになり、これらはハイドロタルサイト様化合物あるいは層状複水酸化物類と総称されている。
【0007】
これらは、上記の組成式よりも更に広範な一般式で表される不定比化合物であり、金属イオンの組合せでは、二価−三価の他に一価−三価、二価−四価、二価−二価、三価−三価、三価−四価などが知られている。一価−三価の代表的な組合せが、Li−Al系層状複水酸化物である。
【0008】
Li−Al系層状複水酸化物は[Al2Li(OH)6]+X−・nH2Oと表される。ここでX−は層間のアニオンを表している。結晶構造は、クレイズ・アンド・クレイミネラルズ(Clays and Clay Minerals)(1982)第30巻 p180〜184に記載されており、AlはGibbsite構造で配列し、その空位(Vacancy)をLiイオンが占めて2次元的なlayerを形成し、その電荷を補うために、層間にアニオンが組み込まれた構造を有している。
X線回折パターンは、ハイドロタルサイト(Mg6Al2(OH)16CO3・4H2O)が示す3R型積層構造ではなく、2H型積層構造を示す。また、Li、Alを含む基本層内でLiが規則配列することも知られている。
【0009】
Li−Al系層状複水酸化物粒子粉末は一般に板状形状を呈しており、その形状に起因して粒子が配向しやすい。従って、塗布膜にした場合に被覆性及び遮蔽性に優れる特性を有しており、塗布膜の補強剤としても有効である。このため、自動車等の下塗り用塗料、防錆材料及びガスバリヤ性を持つ塗料、磁気テープの補強剤等の用途に対して有望である。被覆性及び遮蔽性や強度の高い塗布膜を得るためには、板状比が大きく、配向性に優れたLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末が必要とされる。
【0010】
Li−Al系層状複水酸化物粒子粉末の製造法としては、水溶性リチウム塩あるいは水酸化リチウムと水溶性アルミニウム塩とを、水溶性炭酸塩およびアルカリの共存下に反応させる方法(特開平5−179052号公報)、Gibbsite型水酸化アルミニウムの微粒子と、炭酸のリチウム塩または炭酸リチウムを形成し得るリチウム化合物と炭酸塩との組合せとを水の存在下に反応させる方法(特開平9−142835号公報)、Li−Al系層状複水酸化物粒子粉末に含有されているアニオンを縮合ケイ酸イオンで置換反応させて複合水酸化物縮合ケイ酸塩を得る方法(特許2852563号報)、アルミン酸アルカリ金属塩と、アルミン酸アルカリ金属塩以外のアルカリ金属塩及び/又はアルカリ金属水酸化物とのどちらか一方にリチウム塩を使用し、アルミン酸アルカリ金属塩と、アルミン酸アルカリ金属塩以外のアルカリ金属塩及び/又はアルカリ金属水酸化物とを水中で反応させる方法(特開平10−17322号公報)等が知られている。
【0011】
また、リチウム原料として炭酸リチウム、アルミニウム原料として塩化アルミニウムを使用し、これらを炭酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムの存在下に反応させ,反応生成物を高級脂肪酸或いは界面活性剤で処理することにより、配向度を向上させる方法(特開平7−300313号公報)が知られている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
板状比が大きなLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末は、現在最も要求されているところであるが、前記板状形状に起因して粒子が配向しやすい特性を十分に発揮できるLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末は未だ提供されていない。
【0013】
即ち、前記各公報記載の製造法では、板状比の大きなLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末が得られ難く、配向性に優れるとは言い難いものである。
【0014】
また、前記特許第2852563号公報には、Li−Al系層状複水酸化物粒子粉末に含有されたアニオンを縮合ケイ酸塩で置換して複合水酸化物縮合ケイ酸塩を得る方法が記載されているが、板状比の大きな粒子粉末が得られ難く、配向性に優れるとは言い難いものである。
【0015】
そこで、本発明は、板状比が大きなLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末を得ることを技術的課題とする。
【0016】
【課題を解決する為の手段】
前記技術的課題は、次の通りの本発明によって達成できる。
【0017】
即ち、本発明は、アニオンを含有したアルカリ性水溶液とリチウム塩水溶液とアルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物とを混合してpH値が8〜14の範囲の混合溶液とした後、該混合溶液を60〜105℃の温度範囲で熟成することによりLi−Al系層状複水酸化物粒子を製造する方法において、前記リチウム及び前記アルミニウムの合計モル数に対して、Si換算で0.1〜10mol%のケイ素化合物を前記熟成中に存在させておくことを特徴とするLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の製造法である(本発明1)。
【0018】
また、本発明は、アニオンを含有したアルカリ性水溶液とリチウム塩水溶液とアルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物とを混合してpH値が10〜14の範囲の混合溶液とした後、該混合溶液を60〜105℃の温度範囲で熟成してLi−Al系層状複水酸化物粒子の芯粒子を生成させ、次いで、該芯粒子を含む水性懸濁液に、リチウム塩水溶液とアルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物とを添加した後、pH値が8〜14の範囲、温度が60〜105℃の範囲で熟成することによりLi−Al系層状複水酸化物粒子を製造する方法において、前記全リチウム及び前記全アルミニウムの合計モル数に対して、Si換算で0.1〜10mol%のケイ素化合物を前記2回の熟成の少なくとも一方の熟成中に存在させておくことを特徴とするLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の製造法である(本発明2)。
【0019】
また、本発明は、平均板面径が0.05〜2.0μmであって板状比(板面径/厚み)が20〜100であり、ケイ素の水酸化物又はケイ素の酸化物を含有したLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末であり、前記ケイ素の水酸化物又はケイ素の酸化物の含有量がケイ素含有量として0.1〜2.5重量%であるLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末である(本発明3)。
【0020】
本発明の構成をより詳しく説明すれば次の通りである。
【0021】
先ず、本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末について述べる。
【0022】
本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の粒子形状は板状である。
【0023】
本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末は平均板面径が0.05〜2.0μmである。板面径が0.05μm未満の場合には、塗料中の分散性が不十分である。2.0μmを超える場合には、工業的に生産することが困難となる。好ましくは0.07〜2.0μmである。
【0024】
本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の厚みは0.005〜0.070μmが好ましく、より好ましくは0.005〜0.065μmである。
【0025】
本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の板状比(板面径/厚み)が20〜100である。板状比が20未満の場合には、配向性が不十分のため好ましくない。100を超える場合は、工業的に生産することが困難となる。好ましくは、25〜100である。
【0026】
本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末のBET比表面積値は20〜130m2/gが好ましく、より好ましくは20〜120m2/gである。
【0027】
本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末が含有しているケイ素の水酸化物又はケイ素の酸化物の含有量は、ケイ素含有量として0.1〜2.5重量%であり、好ましくは0.1〜2.2重量%である。
【0028】
ケイ素含有量が0.1重量%未満の場合には、塗膜中での配向性向上効果が現れない。2.5重量%を越える場合には、効果が飽和するので必要以上に添加する意味がない。
【0029】
本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の組成は下記の通りである。
【0030】
[Al2Li(OH)6]+X−・nH2O
X−:層間のアニオン、n≧0
【0031】
アニオン(X)は、特に特定されるものではなく、OH−、CO3 2−等が挙げられ、好ましくは、CO3 2−である。
【0032】
本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の配向度は65%以上が好ましく、より好ましくは70%以上である。配向度は後述する方法によって測定した。
【0033】
次に、本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の製造法について述べる。
【0034】
まず、本発明1に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の製造法について述べる。
【0035】
本発明におけるアニオンを含有するアルカリ性水溶液としては、アニオンを含む水溶液と水酸化アルカリ水溶液との混合アルカリ水溶液が好ましい。
【0036】
アニオンを含む水溶液としては、炭酸ナトリウム水溶液が好ましい。
【0037】
水酸化アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液が好ましい。
【0038】
本発明におけるリチウム塩水溶液としては、水酸化リチウム、炭酸リチウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、酢酸リチウム、硝酸リチウム等を使用することができる。好ましくは、硫酸リチウム、炭酸リチウムである。
【0039】
本発明におけるアルミニウム化合物としては、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、オキシ水酸化アルミニウム(ベーマイト)、塩化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、酢酸アルミニウム、硝酸アルミニウム等を使用することができる。好ましくは、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウムである。
【0040】
本発明におけるケイ素化合物としては、3号水ガラス、オルトケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、コロイダルシリカなどが使用できる。好ましくは3号水ガラスである。
【0041】
アニオンを含有するアルカリ性水溶液、リチウム塩水溶液及びアルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物の混合順序は、特に限定されるものではなく、また、各水溶液又は化合物を同時に混合してもよい。
【0042】
アニオンを含有するアルカリ性水溶液、リチウム塩水溶液及びアルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物の混合順序は、特に限定されるものではなく、また、各水溶液又は化合物を同時に混合してもよい。
【0043】
ケイ素化合物は、熟成中に反応溶液に存在させておけばよい。ケイ素化合物の添加方法は、アニオンを含有するアルカリ性水溶液、リチウム塩水溶液及びアルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物の各原料にあらかじめ添加する方法、混合溶液に添加する方法、熟成中に添加する方法のいずれでもよい。なお、熟成中に添加する場合には、全熟成時間の半分までに添加することが好ましい。
【0044】
また、各水溶液又は化合物を添加する場合には、該水溶液又は化合物を一度に添加する場合、又は連続的に添加する場合のいずれで行ってもよい。
【0045】
アニオンを含有するアルカリ性水溶液、リチウム塩水溶液及びアルミニウムイオンを形成し得る化合物を混合した反応溶液中の濃度は、リチウム塩は0.04〜1.0mol/lが好ましく、より好ましくは0.05〜0.9mol/lであり、アルミニウム化合物は0.08〜2.0mol/lが好ましく、より好ましくは0.10〜1.8mol/lであり、アニオンは0.04〜1.7mol/lが好ましく、より好ましくは0.05〜1.5mol/lであり、水酸化アルカリ水溶液は0.5〜8mol/lが好ましく、より好ましくは0.8〜6mol/lである。添加するリチウムとアルミニウムとのモル比(Li/Al)は0.48〜0.75が好ましい。
【0046】
ケイ素化合物の添加量は、添加したリチウム及びアルミニウムの合計モル数に対して0.1〜10mol%が好ましく、より好ましくは0.15〜9mol%である。
【0047】
熟成反応中の温度は60〜105℃であり、好ましくは65〜105℃である。60℃未満の場合にもLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末は生成するが、結晶性が著しく低下するため、板状比の大きなLi−Al系層状複水酸化物粒子を得ることができない。105℃を越える場合には、オートクレーブ等の耐圧容器が必要となり経済的ではない。
【0048】
熟成反応中のpH値は8〜14が好ましく、より好ましくは8.2〜14である。pH値が8未満の場合、板状比の大きなLi−Al系層状複水酸化物粒子が得られない。
【0049】
熟成反応の反応時間は2〜24時間が好ましい。熟成時間が2時間未満の場合には、板状比の大きなLi−Al系層状複水酸化物粒子が得られ難い。24時間を超える熟成は経済的ではない。
【0050】
反応終了後は、常法により水洗、乾燥すれば、Li−Al系層状複水酸化物粒子粉末が得られる。
【0051】
次に、本発明2に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の製造法について述べる。
【0052】
本発明2に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の製造法は、アニオンを含有したアルカリ性水溶液、リチウム塩水溶液及びアルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物とを混合し、pH値が10〜14の範囲の混合溶液とした後、該混合溶液を60〜105℃の温度範囲で熟成してLi−Al系層状複水酸化物粒子の芯粒子を生成させる1次反応と、1次反応で得られた芯粒子を含む水性懸濁液に、リチウム塩水溶液とアルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物とを添加し、pH値が8〜14の範囲、温度が60から105℃の範囲で熟成する2次反応とからなり、1次反応及び2次反応で添加したリチウム及びアルミニウムの合計モル数に対してSi換算で0.1〜10mol%のケイ素化合物を熟成中に存在させる。
【0053】
ケイ素化合物は、1次反応、2次反応又は1次反応及び2次反応のいずれかの熟成中に反応溶液に存在させておけばよい。ケイ素化合物の添加方法は、アニオンを含有するアルカリ性水溶液、リチウム塩水溶液及びアルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物の各原料にあらかじめ添加する方法、1次反応の混合溶液に添加する方法、1次反応の熟成中に添加する方法、1次反応が終了した反応溶液に添加する方法、2次反応の各原料のいずれかに添加する方法、2次反応の熟成中に添加する方法のいずれでもよい。好ましくは前記各原料にあらかじめ添加する方法、1次反応の混合溶液に添加する方法、1次反応の熟成中に添加する方法、1次反応が終了した反応溶液に添加する方法、2次反応の各原料のいずれかに添加する方法である。なお、熟成中に添加する場合には、熟成時間の半分までに添加することが好ましい。
【0054】
本発明におけるアニオンを含有するアルカリ性水溶液としては、前記本発明1におけるアニオンを含有するアルカリ性水溶液と同様の水溶液を用いることができる。
【0055】
本発明におけるリチウム塩水溶液、アルミニウム化合物及びケイ素化合物としては、前記本発明1におけるリチウム塩水溶液、アルミニウム化合物及びケイ素化合物と同様の水溶液または化合物を用いることができる。
【0056】
1次反応において、アニオンを含有するアルカリ性水溶液、リチウム塩水溶液及びアルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物の混合順序は、特に限定されるものではなく、また、各水溶液又は化合物を同時に混合してもよい。
【0057】
また、各水溶液又は化合物を添加する場合には、該水溶液又は化合物を一度に添加する場合、又は連続的に添加する場合のいずれで行ってもよい。
【0058】
1次反応におけるアニオンを含有するアルカリ性水溶液、リチウム塩水溶液及びアルミニウムイオンを形成し得る化合物を混合した反応溶液中の濃度は、リチウム塩は0.04〜1.0mol/lが好ましく、より好ましくは0.05〜0.9mol/l、アルミニウム化合物は0.08〜2.0mol/lが好ましく、より好ましくは0.10〜1.8mol/l、アニオンは0.04〜1.7mol/lが好ましく、より好ましくは0.05〜1.5mol/l、水酸化アルカリ水溶液は0.5〜8mol/lが好ましく、より好ましくは0.8〜6mol/lである。
【0059】
1次反応における熟成反応中の温度は60〜105℃であり、好ましくは65〜105℃である。60℃未満の場合にもLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末は生成するが、結晶性が著しく低下するため、板状比の大きなLi−Al系層状複水酸化物粒子の芯粒子を得ることができない。105℃を越える場合には、オートクレーブ等の耐圧容器が必要となり経済的ではない。
【0060】
1次反応における熟成反応中のpH値は10〜14であり、好ましくは10.2〜14である。pH値が10未満の場合、板状比の大きなLi−Al系層状複水酸化物粒子の芯粒子が得られない。
【0061】
1次反応における熟成反応の反応時間は2〜24時間が好ましい。熟成時間が2時間未満の場合には、板状比の大きなLi−Al系層状複水酸化物粒子の芯粒子が得られ難い。24時間を超える熟成は経済的ではない。
【0062】
1次反応で得られたLi−Al系層状複水酸化物芯粒子は、板面径は0.03〜1.80μmが好ましく、厚みは0.003〜0.05μmが好ましく、BET比表面積値は25〜160m2/gが好ましい。
【0063】
2次反応において、添加するリチウムとアルミニウムの合計モル数は、1次反応で添加したリチウムとアルミニウムの合計モル数に対して0.90以下が好ましい。より好ましくは0.85以下である。0.90を超える場合、微細な粒子が多量に析出し、板状比の大きなLi−Al系層状複水酸化物粒子が得られない。
【0064】
2次反応において、リチウム塩水溶液、アルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物の添加順序は、特に限定されるものではなく、また、各々を同時に添加してもよい。
【0065】
また、各水溶液又は化合物を添加する場合には、該水溶液又は化合物を一度に添加する場合、又は連続的に添加する場合のいずれで行ってもよい。
【0066】
2次反応におけるリチウム塩水溶液及びアルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物を混合した反応溶液中の濃度は、リチウム塩は0.02〜0.5mol/lが好ましく、より好ましくは0.02〜0.45mol/l、アルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物は0.04〜1.0mol/lが好ましく、より好ましくは0.04〜0.95mol/lである。1次反応及び2次反応で添加するリチウムの合計モル数とアルミニウムの合計モル数の比(Li/Al)は、0.48〜0.75が好ましい。
【0067】
本発明2において添加するケイ素化合物の添加量は、1次反応及び2次反応で添加したリチウムとアルミニウムとの合計モル数に対して0.1〜10mol%が好ましく、より好ましくは0.15〜9mol%である。
【0068】
2次反応における熟成反応中の温度は60〜105℃であり、好ましくは65〜105℃である。60℃未満の場合にもLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末は生成するが、結晶性の著しく低下した粒子となり、配向度が低下する。105℃を越える場合には、オートクレーブ等の耐圧容器が必要となり経済的ではない。
【0069】
2次反応における熟成反応中のpH値は8〜14であり、好ましくは8.2〜14である。pH値が8未満の場合、板状比の大きなLi−Al系層状複水酸化物粒子が得られない。
【0070】
2次反応における熟成反応の反応時間は2〜24時間が好ましい。熟成時間が2時間未満の場合には、板状比の大きなLi−Al系層状複水酸化物粒子が得られ難い。24時間を超える熟成は経済的ではない。
【0071】
また、本発明においては、2次反応と同様な反応条件で3次反応を行い、さらに芯粒子の表面を被覆したLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末を得ることもできる。
【0072】
2次反応終了後は、常法により水洗、乾燥すれば、Li−Al系層状複水酸化物粒子粉末が得られる。
【0073】
なお、本発明においては得られたLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末を120〜350℃の温度範囲で、空気中又はN2、He等の雰囲気中で1〜24時間加熱して脱結晶水処理をしても良い。
【0074】
また、本発明においては、得られたLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末を高級脂肪酸、有機シラン化合物、ロジン類から選ばれる1種又は2種以上の表面被覆剤で表面被覆しても良い。
【0075】
【発明の実施の形態】
本発明の代表的な実施の形態は次の通りである。
【0076】
Li−Al系層状複水酸化物粒子粉末の板面径は電子顕微鏡写真から測定した数値の平均値で示したものである。
【0077】
Li−Al系層状複水酸化物粒子粉末の粒子の厚みは、「X線回折装置RAD−2A(理学電機(株)製)」(管球:Fe、管電圧:40kV、管電流:20mA、ゴニオメーター:広角ゴニオメーター、サンプリング幅:0.010°、走査速度:0.500°/min、発散スリット:1°、散乱スリット:1°、受光スリット:0.30mm)を使用し、Li−Al系層状複水酸化物粒子の(002)結晶面の回折ピーク曲線から、シェラーの式を用いて計算した値で示したものである。
【0078】
得られた粒子粉末の同定は、X線回折により行い、前記X線回折装置を使用し、回折角2θが5〜90°で測定した。
【0079】
BET比表面積値はBET法により測定した値で示した。
【0080】
Li−Al系層状複水酸化物粒子粉末を
[AlaLib(OH)6]+X−・nH2O
X−:層間のアニオン、n≧0
と表記した場合のa,b、および該粉末中のケイ素の含有量は、該粉末を酸で溶解し、「プラズマ発光分光分析装置 SPS4000(セイコー電子工業(株))」で測定して求めた。
【0081】
アニオン(X−)としてCO3 2−用いた場合の炭素含有量(重量%)及び硫黄化合物又は硫酸イオンの含有量は、カーボン・サルファーアナライザー:EMIA−2200(HORIBA製)により測定した。
【0082】
Li−Al系層状複水酸化物粒子粉末の配向度(%)は下記の方法で評価した。
【0083】
Li−Al系層状複水酸化物粒子粉末1.5g、ひまし油1cc、ラッカー3.5gを十分混合して塗料化し、アプリケーター(GAP150μm)でコート紙に塗布する。得られた塗布膜に対して散乱ベクトルを垂直にとって前記X線回折装置を使用して回折角2θが5〜90°の範囲で測定する。
【0084】
得られたX線回折測定結果から、特公昭56−35004号公報に記載されている次式によって配向度を算出する。
【0085】
【数1】
【0086】
ここで、Iは回折ピークの積分強度を示し、添字A、Rはそれぞれ配向試料、無配向試料を示す。ΣIA00l及びΣIR00lは面指数(002)、(004)、(006)及び(008)の各面の回折ピーク強度の和を示し、IAtotal及びIRtotalは回折角2θが5〜90°における全ピーク強度の和を示すものである。
【0087】
本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の板面は、2H型積層構造の(00l)面に平行である。従って、配向度は(00l)面に平行な面の反射強度の相対比率を評価するものであり、塗膜中の板状粒子の板面がどれだけ膜面に向いているかの相対評価となるものである。
【0088】
<実施の形態I:本発明1の製造法によるLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の製造>
CO3 2−イオン濃度が0.96mol/lの炭酸ナトリウム水溶液500mlと18.4mol/lの水酸化ナトリウム水溶液489ml(pH値=14.2)及び水500mlを混合し、60℃に保持して、反応容器中で撹拌しておく。これに1.0mol/lの硫酸リチウム水溶液500mlと1.0mol/lの硫酸アルミニウム水溶液1000mlの混合溶液を添加し、さらに3号水ガラス12.48gを添加して全量を4.0lとした。反応容器内を撹拌しながらpH値が13.8、95℃で12時間熟成して白色沈殿物を生成した。この白色沈殿物を濾過、水洗の後、乾燥して白色粒子粉末を得た。
【0089】
この白色粒子粉末をX線回折によって同定した結果、層状複水酸化物粒子粉末であることを確認した。
【0090】
得られたLi−Al系層状複水酸化物粒子の板面径は0.22μm、厚みは0.0100μm、板状比は22.0、比表面積は58.9m2/g、ケイ素含有量が0.18重量%、配向度は75%であった。
【0091】
<実施の形態II:本発明2の製造法によるLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の製造>
CO3 2−イオン濃度が0.96mol/lの炭酸ナトリウム水溶液500mlと18.4mol/lの水酸化ナトリウム水溶液402ml(pH値=14.2)及び水500mlを混合し、60℃に保持して、反応容器中で撹拌しておく。これに0.8mol/lの硫酸リチウム水溶液500mlと0.8mol/lの硫酸アルミニウム水溶液1000mlの混合溶液を添加し、全量を3.2lとした。反応容器内を撹拌しながらpH値が13.4、95℃で8時間熟成して白色沈殿物を生成した。得られたLi−Al系層状複水酸化物芯粒子の板面径は0.30μm、厚みは0.0114μm、比表面積は53.5m2/gであった。
(1次反応)
【0092】
次いで、0.8mol/lの硫酸リチウム水溶液125mlと0.8mol/lの硫酸アルミニウム水溶液250mlの混合溶液を添加し、さらに3号水ガラス12.48gを添加して全量を4.0lとし反応容器内を攪拌しながらpH値が11.5、95℃で6時間熟成して白色沈殿物を生成した。(2次反応)1次反応で添加したリチウムとアルミニウムの合計モル数に対する、2次反応で添加したリチウムとアルミニウムの合計モル数の比は0.25である。この白色沈殿物を濾過、水洗の後、60℃にて乾燥することにより白色粒子粉末を得た。
【0093】
この白色粒子粉末をX線回折によって同定した結果、層状複水酸化物粒子粉末であることを確認した。
【0094】
得られたLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末は、平均板面径が0.36μm、厚みが0.0128μm、板状比が28.1、BET比表面積値が47.5m2/g、ケイ素含有量が0.18重量%、配向度は85%であった。
【0095】
【作用】
本発明において重要な点は、板状比(板面径/厚み)が20〜100、板面径が0.05〜2.0μmであり、ケイ素の水酸化物又はケイ素の酸化物を含有したLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末であって、ケイ素含有量が、0.1〜2.5重量%であるLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末は、板状比が大きく、塗膜とした場合には、配向性が優れるということである。
【0096】
本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末を塗膜にした場合に配向性が優れるのは、該粉末の板状比が大きいことに起因して、塗膜にした場合にLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末が容易に配向するためと考えられる。
【0097】
本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の板状比が大きいのは、反応溶液中にケイ素を存在させたことによって、ケイ素を含有するアニオンがLi−Al系層状複水酸化物粒子のC面(板面)上で吸脱着を繰り返すことにより、板状粒子の厚み方向の結晶成長が抑制された状態で板面径が成長することによって、板状比が向上するためと推定している。
【0098】
また、ケイ素の水酸化物又はケイ素の酸化物の一部がLi−Al系層状複水酸化物粒子の粒子表面に付着することにより、本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の樹脂中での分散性が向上し、塗膜中での配向度が向上するものと考えている。
【0099】
また、本発明2のLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の製造法においては、芯粒子の生成反応(1次反応)と芯粒子の成長反応(2次反応)とからなるので、容易に板面径が大きく、且つ、板状比が大きなLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末を得ることができる。
【0100】
【実施例】
次に、実施例並びに比較例を挙げる。
【0101】
実施例1〜3、比較例1〜3
アルカリ性水溶液の濃度、熟成温度、熟成時間及びケイ素化合物の添加量を種々変化させた以外は、前記実施の形態Iと同様にしてLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末を得た。
【0102】
このときの製造条件を表1に、得られたLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の諸特性を表2に示した。なお、比較例3では、ケイ素化合物の添加量が多量であるため、Alケイ酸塩も生成しLi−Al系層状複水酸化物の単相は得られなかった。
【0103】
【表1】
【0104】
【表2】
【0105】
実施例4〜11、比較例4〜7
リチウム化合物の種類、濃度、アルミニウム化合物の種類、濃度、炭酸ナトリウム塩の濃度、アルカリ性水溶液の濃度、熟成温度、熟成時間及びケイ素化合物の添加量を種々変化させた以外は、前記実施の形態IIと同様にしてLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末を得た。比較例7は市販品のLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末(板面径0.35μm、厚み0.0290μm、板状比12.1、比表面積22.6m2/g)、ミズカラック L(商品名、水澤化学工業株式会社製)である。
【0106】
このときの1次反応(芯粒子)の製造条件を表3に、得られたLi−Al系層状複水酸化物芯粒子の諸特性を表4に、2次反応の製造条件を表5に、得られたLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の諸特性を表6に示した。なお、比較例6では、ケイ素化合物の添加量が多量であるため、Alケイ酸塩も生成しLi−Al系層状複水酸化物の単相は得られなかった。
【0107】
【表3】
【0108】
【表4】
【0109】
【表5】
【0110】
【表6】
【0111】
【発明の効果】
本発明に係るLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末は、板状比が大きく、配向度が高いため、自動車等の下塗り用塗料や防錆塗料、磁気テープ用補強剤として好適である。
Claims (3)
- アニオンを含有したアルカリ性水溶液とリチウム塩水溶液とアルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物とを混合してpH値が8〜14の範囲の混合溶液とした後、該混合溶液を60〜105℃の温度範囲で熟成することによりLi−Al系層状複水酸化物粒子を製造する方法において、前記リチウム及び前記アルミニウムの合計モル数に対して、Si換算で0.1〜10mol%のケイ素化合物を前記熟成中に存在させておくことを特徴とするLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の製造法。
- アニオンを含有したアルカリ性水溶液とリチウム塩水溶液とアルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物とを混合してpH値が10〜14の範囲の混合溶液とした後、該混合溶液を60〜105℃の温度範囲で熟成してLi−Al系層状複水酸化物粒子の芯粒子を生成させ、次いで、該芯粒子を含む水性懸濁液に、リチウム塩水溶液とアルミニウムイオンを形成し得るアルミニウム化合物とを添加した後、pH値が8〜14の範囲、温度が60〜105℃の範囲で熟成することによりLi−Al系層状複水酸化物粒子を製造する方法において、前記全リチウム及び前記全アルミニウムの合計モル数に対して、Si換算で0.1〜10mol%のケイ素化合物を前記2回の熟成の少なくとも一方の熟成中に存在させておくことを特徴とするLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末の製造法。
- 平均板面径が0.05〜2.0μmであって板状比(板面径/厚み)が20〜100であり、ケイ素の水酸化物又はケイ素の酸化物を含有したLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末であり、前記ケイ素の水酸化物又はケイ素の酸化物の含有量がケイ素含有量として0.1〜2.5重量%であるLi−Al系層状複水酸化物粒子粉末。
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