JP6443865B2 - 次亜塩素酸ナトリウム５水和物の結晶体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、安定性の高い次亜塩素酸ナトリウム５水和物の結晶体および、その製造方法に関する。

次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）は、優れた殺菌作用や漂白作用を有することが知られており、プール、上水道、下水道、および家庭用等の殺菌用途、更には製紙工業、繊維工業等における漂白用途、排水処理用薬品として用いられ、また有機合成の分野でも酸化剤として広く用いられている。汎用グレードの次亜塩素酸ナトリウムは、工業的には有効塩素濃度１２質量％程度の水溶液として市販されており、副生物である塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を約１２質量％程度含有する。また、浄水や殺菌剤用途では、塩化ナトリウム濃度が４質量％以下、もしくは２質量％以下の低塩化ナトリウム次亜塩素酸ナトリウム水溶液が市販されている。

我が国の水道水は、水道法における水道水質管理によって安全な水が飲める環境が整備されてきた。水道法第４条において、水道により供給される水の要件が定められ、「水質基準に関する省令」（平成１５年５月３０日厚生労働省令第１０１号）で具体的に規定されている。
水道水に利用する水道用薬品の評価方法については、「水道用薬品の評価のための試験方法ガイドラインについて」（平成１２年３月３１日衛水第２１号水道整備課長通知）で規定されている。
日本水道規格（ＪＷＷＡ）では浄水用薬剤としての品質を規定している。浄水用薬剤としては次亜塩素酸ナトリウム水溶液が一般的に広く使用されており、これに含まれる不純物の臭素酸や塩素酸は、規制が強化され、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の規格が改訂され、１級、特級の規格ができた。あらたに制定された特級規格では、次亜塩素酸ナトリウム水溶液中の臭素酸１０ｍｇ／ｋｇ以下、塩素酸２０００ｍｇ／ｋｇ以下と厳しく制限されている。

このような不純物濃度が極めて低く、所定の有効塩素濃度を有する高純度次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する方法として、次亜塩素酸ナトリウムを、次亜塩素酸ナトリウム５水和物の形で結晶として析出させ、得られた次亜塩素酸ナトリウム５水和物の結晶を水に溶解する方法が知られている（特許文献２）。
不純物である塩素酸ナトリウムは水溶液中で下記式記載の不均化反応によって生成することが知られている。この反応は、次亜塩素酸ナトリウムの濃度が高いほど起こりやすく、保管温度が高いほど起こりやすく、そして、塩化ナトリウムが共存すると起こりやすいことが知られている。つまり、水溶液の場合は保管中に塩素酸ナトリウムが増加してしまうことは避けられないため、その生成を抑えるために、依然としてそのほとんどが１２質量％程度の水溶液として流通している。
３ＮａＯＣｌ → ＮａＣｌＯ_３ ＋ ２ＮａＣｌ （式１）

安定で高濃度な次亜塩素酸ナトリウム５水和物（理論有効塩素濃度４３．１質量％）の形態で流通することが可能であれば、臭素酸ナトリウムや塩素酸ナトリウムを含まない高純度な次亜塩素酸ナトリウムを水道水用に供給することが可能となる。また、高濃度輸送により輸送効率の向上が図れ、有機合成用の酸化剤として使用する場合には反応槽の容積効率向上や排水量の削減が見込める。
しかし、従来の次亜塩素酸ナトリウム５水和物では室温付近での安定性が悪く、保管中に分解してしまうという問題があった。

非特許文献１では、５０％質量水酸化ナトリウムを１℃〜３℃で塩素化し、析出した塩化ナトリウムを、温度１０℃で濾過し、濾液を強冷して得られた緑かかった黄色の結晶を濾別後に、水で再結晶することで次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶の針状結晶（融点２５．５℃）を得ている。さらにこのＸ線構造解析結果が報告されており、５水和物結晶は直方晶系の単純格子をとり、単位格子の大きさがそれぞれａ＝８．０８Å、ｂ＝１６．０６Å、ｃ＝５．３３Å、空間群はＰｍｍ２、Ｐｍｍｍ、Ｐ２２２のいずれかを取り、格子中に次亜塩素酸ナトリウム５水和物が４ユニット充填されていると報告している。また、同文献中でフェヘール＆タルパイは１９４４年に、単位格子の大きさがａ＝７．９１、ｂ＝１５．８４、ｃ＝５．２８Åと報告していることを明らかにしている。

非特許文献２では、２４質量％の水酸化ナトリウム水溶液に都度固形水酸化ナトリウムを追加して、塩素を吹き込み、有効塩素が３０％質量以上の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造し、析出した塩化ナトリウムを濾別後に、この溶液の一部をドライアイスで冷却して、次亜塩素酸ナトリウム５水和物の結晶の核をつくり、元の溶液に戻すことで薄黄色針状の結晶である次亜塩素酸ナトリウム５水和物得ている。非特許文献２では、この有効塩素濃度４０．１質量％の次亜塩素酸ナトリウム５水和物を、温度１０℃、大気密栓下で保管して保存安定性を調査している。１日目で有効塩素濃度が３８．６質量％まで減少し、７日目では３６．２質量％まで有効塩素濃度が低下しており、保存安定性が得られていなかった。

特許文献１では、４８質量％の水酸化ナトリウム水溶液を添加しながら塩素化し、析出する塩化ナトリウムを分離して２０質量％以上の（実施例１では２５．２質量％）の有効塩素を有する次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造し、これを冷却し−１０〜５℃に保持して析出する結晶を遠心分離して次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶を得ている。特許文献１では次亜塩素酸ナトリウム５水和物の２１〜２４℃での安定性が開示されており、開始時には有効塩素濃度が４１．３質量％であったが７日目では２０．８質量％まで減少しており、依然として保存安定性が低かった。

特許文献２では次亜塩素酸ナトリウム５水和物の製造方法が開示されている。その方法の概要は、塩素化工程で３８〜６０重量％水酸化ナトリウム水溶液に塩素ガスを導入して反応温度２５〜３０℃で塩素化し、析出した副生塩化ナトリウムの結晶を分離除去して次亜塩素酸ナトリウム濃度３０〜３８重量％の高濃度次亜塩素酸ナトリウム水溶液を回収し、晶析工程では、冷却器と晶出器とが一体となった晶析槽において、上記高濃度次亜塩素酸ナトリウム水溶液を次亜塩素酸ナトリウム５水和物の種晶の存在下に冷却温度１０〜２２℃まで冷却して次亜塩素酸ナトリウム５水和物を析出せしめ、次いで固液分離して次亜塩素酸ナトリウム５水和物を得る、次亜塩素酸ナトリウム５水和物の製造法である。

特許文献３では、次亜塩素酸ナトリウム５水和物の製造方法が開示されている。その方法の概要は、４８質量％水酸化ナトリウム水溶液に塩素ガスを導入して塩素化反応を行わせる塩素化工程と、塩素化工程で析出した副生塩化ナトリウムを反応液から分離して濾液１を得る分離工程（１）と、濾液１を冷却して高純度次亜塩素酸ナトリウム５水和物の結晶１を種子存在下１５℃で析出させる晶析工程（１）と、晶析工程（１）を経た反応液から結晶１を分離して回収するとともに、濾液２を得る分離工程（２）と、濾液２を次亜塩素酸ナトリウム５水和物の種晶の存在下で５℃に冷却して高純度次亜塩素酸ナトリウム５水和物の結晶２を析出させる晶析工程（２）と、晶析工程（２）を経た反応液から結晶２を分離して回収するとともに、濾液３を得る分離工程（３）とを含むことを特徴とする。つまり、２段階で次亜塩素酸ナトリウム５水和物を析出させることを特徴としている。
特許文献２および３では、いずれも、塩素ガスをだけを吹き込んで、次亜塩素酸ナトリウム５水和物を析出させているが、その５水和物結晶の安定性については言及されていない。

特許文献４には高純度な次亜塩素酸ナトリウム５水和物およびその製造方法が開示されている。その方法は、４５質量％以上の水酸化ナトリウム水溶液と塩素ガスをｐＨ＝１０以上で反応させて母液を得る第１工程と、母液から塩化ナトリウムを固液分離する第２工程と、所定の冷却開始温度に設定した母液（有効塩素濃度２０質量％以上）に、水酸化ナトリウムと種晶を添加する第３工程と、所定の冷却終了温度まで１〜２０℃／時間の冷却速度で母液を冷却し次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶を析出させる第４工程と、次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶から次亜塩素酸ナトリウムを固液分離する第５工程を備えている。
特許文献４では温度２２℃での安定性を調査している。開始時には有効塩素濃度が４１．５質量％であったが、７日目では３９．４質量％、１４日目では３２．５質量％まで減少している。また特許文献４では三か月以上にわたって安定な次亜塩素酸ナトリウム５水和物を製造したと述べているが、温度１５℃下での微冷蔵下で保管した場合の結果であり、室温付近で安定とは言い難い。また温度１５℃下でも三か月経過時には有効塩素濃度が２９．７〜３６．５質量％まで低下している。

これらの文献が示すように室温付近で安定な次亜塩素酸ナトリウム５水和物を製造することは難しく、不均化反応を主とする分解反応を抑えることは困難であったため、５水和物を輸送・保管するには冷却設備コストおよび冷却ランニングコストが必要になり、製品コストの上昇を引き起こしていた。

特公昭４８−４２７９７号公報 特開２０００−２９０００３号公報 特開２０１５−１２４１０８号公報 特開２０１４−１６９２１５号公報

Ａｃｔａ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａ，１９６２，１５，１１８８． 佐世保高専研究報告，１９７０，７，１３３．

本発明の目的は、次亜塩素酸ナトリウム５水和物の結晶構造を、従来品より安定なものにし、保存安定性の高い次亜塩素酸ナトリウム５水和物を提供することである。

発明者らはこれまで報告されている次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶の製造方法を検討し、より安定な結晶構造を持つ次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体を製造すべく、鋭意研究した結果、保存安定性の高い構造の結晶体が得られることを見出し、本発明に至った。

（１） ＣｕＫ_α線源を用いる粉末Ｘ線回折測定で、１０°≦２θ（回折角）≦６５°の範囲において、表１に示す回折角の位置にピークが現れる次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体。
（２） １０°≦２θ（回折角）≦６５°の範囲において、表２に示す回折角の位置にピークが現れる次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体。
（３）
１０°≦２θ（回折角）≦６５°の範囲において、さらに表３に示す回折角の位置にピークが現れる前記（２）に記載の次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体。
（４） 結晶構造が、直方晶系であって、単純結晶格子を有し、ユニットセルの大きさがａ＝１６．３±０．１（Å）、ｂ＝５．４±０．１（Å）、ｃ＝１６．２±０．１（Å）である前記（１）〜（３）のいずれかに記載の次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体。
（５） ４０〜４８質量％水酸化ナトリウム水溶液に塩素を導入して反応温度２０〜３２℃で塩素化する第１工程であって、空気で希釈した塩素を二段階に分けて導入する第１工程と、
析出した副生塩化ナトリウムの結晶を含むスラリーを固液分離して次亜塩素酸ナトリウム濃度２８質量％以上の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を回収する第２工程と、
冷却器と晶出器とが一体となった晶析槽において、前記第２工程で回収された次亜塩素酸ナトリウム５水和物を含む水溶液を冷却温度５〜２５℃まで冷却して次亜塩素酸ナトリウム５水和物を析出させる第３工程と、
前記第３工程で析出した次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶を固液分離して次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶粒子を得る第４工程と
を含むことを特徴とする次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶粒子の製造方法。

本発明によって、室温付近でも安定な次亜塩素酸ナトリウム５水和物を製造できるので、保管時の冷却設備を省略することができ、冷却ランニングコストの削減および輸送時冷却コストの削減が可能になる。

本発明に関わる次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体の製造工程フローの一つの態様を概略図として図１に示した。 実施例１の次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶を、粉末Ｘ線回折法で測定した測定データ。

以下、本発明に関わる安定な次亜塩素酸ナトリウム５水和物の製造方法の製造方法について詳細に説明する。

[安定な次亜塩素酸ナトリウム５水和物の製造方法]
本発明の次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体の製造方法は、図１に示すように、塩素化工程（第１工程）、塩化ナトリウム分離工程（第２工程）、晶析工程（第３工程）と、固液分離工程（第４工程）とを含む。

［塩素化工程（第１工程）］
塩素化工程では、水酸化ナトリウム水溶液に塩素ガスを導入することによって下記式の反応が進行して次亜塩素酸ナトリウムの水溶液が得られる。
２ＮａＯＨ ＋ Ｃｌ_２ → ＮａＯＣｌ ＋ ＮａＣｌ ＋ Ｈ_２Ｏ （式２）
本発明の反応工程においては、単槽で連続塩素化することもできるが、原料の水酸化ナトリウム水溶液を塩素化する第一塩素化工程と、この工程で得られた第一反応液を更に塩素化する第二塩素化工程を有する２段のＣＳＴＲ（continuous stirred tank reactor）を採用することを要する。また、３段以上のＣＳＴＲを利用することもできる。

第１塩素化工程では、濃度４０〜４８質量％の水酸化ナトリウムを用いる事が好ましく、反応温度は、次亜塩素酸ナトリウムの分解を抑制するためにも２０〜３２℃とすることが好ましい。この範囲であれば、塩素化反応がスムーズに進行し、かつ、不均化反応に伴う塩素酸ナトリウム等の生成を抑制することができ、不純物の少ない亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶を製造することが出来る。第１塩素化工程では、次亜塩素酸ナトリウム濃度２９質量％以上、水酸化ナトリウム濃度 ３〜６質量％となるよう、塩素化反応を進行させる。仕上がった反応混合液は、第２塩素化工程へ送られる。

前記塩素ガスは窒素や大気等で希釈して使用することがでもできるが、空気で希釈して利用することが好ましい。塩素ガスを空気で希釈して反応器に投入することで気液界面での塩素の反応による発熱が緩和され塩素酸ナトリウムなどの副生成物の生成を抑制することができる。スクラバー等を利用する場合は、塩素ガスと空気を事前に混合せず、別々に吹き込むことでその効果を発揮することもできる。エジェクター等での吹き込みの場合は吹き込み直前での混合でも対応出来る。塩素ガスの希釈倍率は塩素ガス／大気の体積比率は０．５〜１．０が好ましい。０．５よりも比率が小さいと生産性の悪化を招き、１．０よりも比率大きいと塩素酸ナトリウム等の副生物の生成量が増加してしまう。空気で希釈することで空気中の二酸化炭素が水酸化ナトリウム中に溶けこみ、炭酸ナトリウムを共存させていることになる。

塩素化工程の反応液温は２０〜３０℃の範囲が好ましく、次亜塩素酸ナトリウム濃度が２３〜２７質量％、塩化ナトリウム濃度が２２〜２６質量％、水酸化ナトリウム濃度が１．１〜１．５質量％まで塩素化を進める。仕上がった液は過飽和分の塩化ナトリウムが析出しているスラリーである。

第１工程の塩素化工程を二段階または三段階に分けることにより、気液界面における過加熱による次亜塩素酸の分解を抑制でき、反応終了液の組成制御を行いやすくなる利点がある。

［塩化ナトリウム分離工程 （第２工程）］
塩化ナトリウム分離工程では、塩素化終了液から塩化ナトリウムを固液分離したものを、次の晶析工程での母液とする。具体的には、塩素化されて生成した次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、副生した塩化ナトリウム結晶を多量に含有する。そこで塩化ナトリウム分離工程では、特に限定されないが、例えば、遠心分離機または濾過機等によって固液分離する。得られた濾液を次工程の晶析装置に送液する際には予冷することが望ましい。予冷により、次工程の晶析槽での除熱量を低減することが目的であり、濾液温度が晶析開始温度＋２℃以内、より好ましくは晶析開始温度＋０〜＋１℃以内となるようにするのが好ましい。予冷温度を晶析開始温度以下とすると、熱交換器内で結晶が析出し、ライン凍結が発生しやすい状況となる。
次工程で行う晶析効率の関係から、塩化ナトリウム分離後の次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度は２８質量％以上が好ましく、より好ましくは３０質量％以上３４質量％以下が好ましい。３４質量％以上の場合には、次亜塩素酸ナトリウム溶液が過飽和となることにより冷却器表面でスケーリングし、伝熱効率の悪化を招くことがあるので軟水による希釈をすることが好ましい。

［晶析工程（第３工程）］
本発明では前工程（第２工程）を施した次亜塩素酸ナトリウム水溶液（固液分離工程の濾液）を晶析装置に導入して晶析を行う。
この晶析開始温度としては、５℃以上２５℃以下が望ましく、より好ましくは１０℃以上２４℃以下である。バッチ処理で析出させる場合は、１５℃〜２２℃程度の温度から析出させることがより望ましい。
前工程で得られた次亜塩素酸ナトリウムの濾液を、晶析開始温度まで冷却し、種結晶となる次亜塩素酸ナトリウム５水和物の結晶を、シード添加比Ｃｓ＝０．０４〜０．０８（Ｃｓ＝Ｗｓ／Ｗｔｈ：Ｗｓシード量、Ｗｔｈ：理論析出量）となるよう投入する。この時、種晶を入れなくても特に問題はないが、晶析が晶析槽壁面で起こるのを抑制し晶析速度を上げる目的で、上記のような少量の種結晶を使用することも可能である。冷却に関しては、過冷却による冷却器表面へのスケーリングを防止するために、母液温度と冷媒温度の温度差ΔＴが３〜４℃となるように、冷媒温度を制御しながら、晶析開始時の液温から１０〜１５℃まで４〜６時間かけて冷却することで次亜塩素酸ナトリウム５水和物のスラリー水溶液を得ることができる。

［分離工程（第４工程）］
本発明では、晶析工程で得られた次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶を含むスラリー水溶液を、遠心分離機を用いて固液分離して、室温付近で安定な次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶を得ることができる。遠心分離条件としては、遠心効果が大きいほど結晶の付着液量が減少するので遠心効果１０００Ｇ以上で固液分離を実施するのが好ましく、さらに好ましくは１５００Ｇ以上で実施するのが好ましい。
また、二酸化炭素との過剰接触により次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶が分解してしまう危険があるので、密閉系や窒素雰囲気下で分離工程を行うことが好ましい。しかし、付着する苛性分を中和する量以下での二酸化炭素との接触は問題ない。

このようにして得られた、次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶の安定性を２０℃で測定したところ、初期有効塩素濃度４２．１質量％の次亜塩素酸ナトリウム５水和物は、１週間後であっても４１．６質量％の有効塩素濃度を有しており、有効な保存安定性が確認できた。

上記のようにして製造した次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶について、液体窒素で冷却下、Ｘ線回折で結晶構造を測定した。また得られたデータをリートベルト法と密度汎関数（ＤＦＴ）計算による分子動力学（ＭＤ）シミュレーションを用いて解析した。解析方法の詳細と結果は以下のとおりである。

（１）解析に使用した装置（社名 型番）
株式会社リガク、ＵｌｔｉｍａIII（ＣｕＫ_α線（λ＝１．５４１８Å）源、４０ｋＶ,４０ｍＡ）
（２）試料の処理手順
液体窒素で乳鉢と乳棒を−１００℃程度にまで冷やし、試料を３０分間擦りつぶし、粉末化した。平板状で深さ２ｍｍの窪みを持つガラス製試料ホルダーに試料を充てんした。ここまでの作業は乾燥窒素雰囲気のグローブバッグ内で行った。あらかじめ−１５０℃に冷やしておいたＸ線装置内の試料ステージに試料ホルダーを乗せ、温度コントロールしながら粉末Ｘ線回折測定を行った。

（３）使用した解析ソフト（社名 ソフトの名称）
粉末Ｘ線回折パターンの指数付けには、ＢＩＯＶＩＡ社のＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｔｕｄｉｏ Ｘ−ＣｅｌｌならびにＢｒｕｋｅｒ社のＴＯＰＡＳを使用した。初期構造モデルの探索、空間群決定にはＢｒｕｋｅｒ社のＴＯＰＡＳを使用した。粉末Ｘ線回折パターンのリートベルト解析には、ＢＩＯＶＩＡ社のＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｔｕｄｉｏ Ｒｅｆｌｅｘを使用した。ＤＦＴ計算による水素の原子座標の最適化、ＭＤシミュレーションにはＢＩＯＶＩＡ社のＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｔｕｄｉｏ Ｃａｓｔｅｐを用いた。解析方法の詳細と結果は以下のとおりである。
（４）解析法
粉末Ｘ線回折パターンの低角側から約２０本のピークの回折角を読み取り、指数付けすることにより斜方晶(=直方晶)の格子を得た。消滅則から許される各種空間群候補それぞれについて、Ｘ線回折パターンのピーク強度を再現できる構造モデルを組み立てることができるかを検証した。その結果空間群Ｐｂｃａが最適であることが分かった。
得られた構造モデルをリートベルト解析により、格子定数と水素以外の原子座標を最適化した。水分子の水素の原子座標をＤＦＴ計算による構造最適化とエンタルピー計算により推定した。得られた構造モデルに対しＤＦＴ計算によるＭＤシミュレーションを行い、モデルが安定的であることを確認した。

（５）解析結果
得られた構造モデルは直方晶系の単純格子をとり、ユニットセルの大きさがそれぞれａ＝１６．３±０．１（Å）、ｂ＝５．４±０．１（Å）、Ｃ＝１６．２±０．１（Å）であった。なお、ａ，ｂ，ｃの取り方はサイクリックに交換可能である。したがって、軸の順序を入れ替えたａ＝１６．２±０．１（Å）、ｂ＝１６．３±０．１（Å）、ｃ＝５．４±０．１（Å）、さらにａ＝５．４±０．１（Å）、ｂ＝１６．２±０．１（Å）、ｃ＝１６．３±０．１（Å）もこれと等価な格子である。
これから得られた次亜塩素酸ナトリウム５水和物は非特許文献１で報告されている結晶構造とは異なることが分かった。つまり、当該次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶のユニットセルは今まで知られている次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶と異なる結晶格子を有している。つまり、当該次塩素酸ナトリウム５水和物結晶構造が保存安定性を有していることがわかる。

本発明の次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体の製造では、上記、第１工程から第３工程までの製造プロセスにすることで、室温付近で安定な次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体を得ることができた。
本発明の完成には、第１工程 から第３工程までの各工程の中の種々の要因を検討する必要があった。当業者の努力にもかかわらず、長年待ち望まれていた室温付近で安定な次亜塩素酸ナトリウム５水和物を提供することは達成できていなかった。すなわち、第１工程では、塩素吹き込み、塩素の希釈、使用するＮａＯＨの濃度、塩素化温度、塩素化時間に加え、ＮａＯＣｌ、ＮａＣｌ、ＮａＯＨなどの終了組成のそれぞれの要因、第２工程では、終了温度、ＮａＯＣｌ、ＮａＣｌなどの終了組成、軟水希釈のそれぞれの要因、さらに第３工程では、運転方式、晶析開始温度、冷却時間、冷却速度、終了温度のそれぞれの要因を検討する必要があった。

本発明の発明者らは、上記要因を鋭意検討、精査した結果、特に第１工程では、塩素吹き込みを二段階とし、空気を吹き込むことによって塩素希釈を実施したこと、第２工程では、ＮａＯＣｌ溶液を第３工程での晶析開始温度制御を実施したこと、第３工程では、バッチ式の運転方式にし、冷却時間、冷却速度、終了温度を制御したことで本明の次亜塩素酸ナトリウム５水和物の結晶を得ることに成功した。また、第３工程では種子が存在する中では連続的な運転でも、目的となる安定な次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体が得られている。これらの中のどの要因がどのくらい目的の達成に奏功しているかは、現時点でははっきりとはしていないが、本発明者らは、このような種々の要因を変化させ、目的の室温付近で安定な次亜塩素酸ナトリウム５水和物の結晶を得ることに成功したのである。このことは、たとえ当業者であっても容易に想到できるものではないことは明白である。
本発明は、まさに長年待ち望まれていた室温付近で安定な新規次亜塩素酸ナトリウム５水和物の結晶に関する技術思想を開示するものである。

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。

実施例１（発明例）
塩素化工程（第１工程）では、撹拌器、スクラバーおよび外部循環型冷却器を備えた２段ＣＳＴＲ反応槽（容量３．５ｍ³×２槽）を用いた。これに、原料として４８質量％の水酸化ナトリウム水溶液を８６０ｋｇ／Ｈｒで投入すると共に、残水酸化ナトリウム濃度が２質量％となるように、スクラバーに空気で１／２濃度に希釈した塩素ガスを、供給量を調整しながら導入し、反応温度が２４〜３０℃となるように冷却しながら塩素化を行った。この際、反応槽内での滞留時間は約７２０分であった。

塩化ナトリウム分離工程（第２工程）では、塩素化工程の反応槽から１１８８ｋｇ／ｈｒで抜き出した反応物スラリーを、遠心分離器で固液分離した。これにより、析出した塩化ナトリウム２５４ｋｇ／ｈｒと、濃度が３５質量％である次亜塩素酸ナトリウムと、濃度が５．４質量％である塩化ナトリウムから成る次亜塩素酸ナトリウム水溶液（濾液１）９３４ｋｇ／ｈｒを得た。
濾液１に軟水を添加し、次亜塩素酸ナトリウム濃度を３１．９質量％、塩化ナトリウム濃度４．９質量％、水酸化ナトリウム濃度１．５質量％に調整した。

晶析工程（第３工程）では、撹拌器、ジャケット、コイル冷却器および外部循環ポンプを備えたチタン製晶析槽（容量７ｍ³）へ、温度を２４℃に調整しながら、前記濾液１を８９４２ｋｇ投入し、濾液１の温度と冷媒温度の温度差ΔＴが３〜４℃となるように冷却を開始し、１４℃に成るまで７時間かけて冷却した。晶析槽内では１９℃から結晶の生成が観察された。

分離工程（第４工程）では、晶析槽の温度を１４℃に保ちながら晶析工程（第３工程）の晶析槽から抜き出したスラリーを遠心分離器で固液分離した。これにより、高純度次亜塩素酸ナトリウム５水和物次亜塩素酸ナトリウム５和物結晶を２８５０ｋｇ得た。晶析工程（第３工程）に用いた次亜塩素酸ナトリウム水溶液と、分離工程（第４工程）によって得られた次亜塩素酸ナトリウム５水和物の物性を表４に示す。

このようにして製造した次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体について、液体窒素で冷却下、Ｘ線回折で結晶構造を測定した。測定データを図２に示す。

この測定結果のうち最も強度が大きかった２θ＝３２．２°のカウント数を１００とした時の換算強度値５以上の強度を示したピークは下表５のとおりである。

さらに同じ基準で１以上５未満を示したピークは下表６のとおりである。

これらの結果は、測定条件などで発生する誤差により多少数値が前後する可能性はあるが、本発明の次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体の結晶構造を示す特徴的なピークである。
また得られたデータをリートベルト法と密度汎関数（ＤＦＴ）計算による分子動力学（ＭＤ）シミュレーションを用いて解析した。解析方法の詳細と結果は前述のとおりであり、解析より得られた構造モデルは直方晶系の単純格子をとり、空間群はＰｂｃａ、ユニットセルの大きさが、それぞれａ＝１６．３±０．１（Å）、ｂ＝５．４±０．１（Å）、Ｃ＝１６．２±０．１（Å）であった。

非特許文献１によると、従来の結晶はａ＝８．０８Å、ｂ＝１６．０６Å、ｃ＝５．３３Åの直方晶格子を組んでおり、この中に次亜塩素酸ナトリウム５水和物を４ユニット含んでいるとされている。この文献１の格子から計算されるピークの２θ位置と上表６のそれとを照合した。すると文献１の格子では出現不可能な２θ位置に、複数のピークが本結晶では観測されていた。このことは本結晶と文献１の結晶では、構造の基本となる結晶格子自体が異なっていることを示す。これらのピークを下表７に示す。すなわち、既存の結晶ではこの表７の位置のピークが現れないため、本発明にかかる次亜塩素酸ナトリウム５水和物の結晶構造を示す特徴的なピークと言える。特に下表７で○をつけた４つのピークは強度も大きく、見分けやすい。

上述したように、実施例１の次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体は非特許文献１で報告されている保存安定性のない従来の次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶とは結晶構造が異なることが分かった。

保存安定性試験
実施例１で得られた次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体を、ポリエチレン製の袋に入れてエア抜きをし、窒素封入した。さらにポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）／アルミニウム（Ａl）／ポリエチレン（ＰＥ）の三重構造を有する株式会社セイニチ製のラミジップ（登録商標）に入れエア抜き、窒素封入して密閉した。三菱電機エンジニアリング株式会社製クールインキュベーター（型式：ＣＮ−２５Ｃ）内において２０℃と２２℃で保管した。実施例１の次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体と、比較例として先行技術文献記載の次亜塩素酸ナトリウム５水和物との比較結果を表８に示す。比較例として用いた。
比較例１は、非特許文献２に記載の方法で得られた次亜塩素酸ナトリウム５水和物である。比較例２は、特許文献１に記載の方法で得られた次亜塩素酸ナトリウム５水和物である。比較例３は、特許文献２に記載の方法で得られた次亜塩素酸ナトリウム５水和物である。比較例４は、特許文献４に記載の方法で得られた次亜塩素酸ナトリウム５水和物である。

有効塩素濃度、次亜塩素酸ナトリウム濃度の測定
有効塩素濃度は、下記方法に従ってヨウ素法によって算出した。まず、ビーカーに次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶を約０．１ｇ秤量し、それをイオン交換水約２０ｍＬで溶解した。これにヨウ化カリウム約２．０ｇおよび１０ｍＬの５０％酢酸水溶液を加えた。遊離したヨウ素を０．１Ｎのチオ硫酸ナトリウム水溶液（容量分析用）で滴定した。この際、滴定に要した０．１Ｎのチオ硫酸ナトリウム水溶液をＡｍＬとし、下式（１）に代入することで有効塩素濃度（質量％）を求めた。
また、次亜塩素酸ナトリウムの濃度は、前記算出された有効塩素濃度から、以下の式（２）により算出した。

本発明の実施例１が保存安定性試験において最も良い結果が得られた。この安定性は結晶構造の違いによるものと考えられる。

Claims (5)

1. ＣｕＫ_α線源を用いる粉末Ｘ線回折測定で、１０°≦２θ（回折角）≦６５°の範囲において、表１に示す回折角の位置にピークが現れる次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体。
   
2. １０°≦２θ（回折角）≦６５°の範囲において、表２に示す回折角の位置にピークが現れる請求項１記載の次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体。
   
3. １０°≦２θ（回折角）≦６５°の範囲において、さらに表３に示す回折角の位置にピークが現れる請求項２記載の次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体。
   
4. 結晶構造が、直方晶系であって、単純結晶格子を有し、ユニットセルの大きさがａ＝１６．３±０．１（Å）、ｂ＝５．４±０．１（Å）、ｃ＝１６．２±０．１（Å）である請求項１〜３のいずれか１項に記載の次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶体。
5. ４０〜４８質量％水酸化ナトリウム水溶液に塩素を導入して反応温度２０〜３２℃で塩素化する第１工程であって、空気で希釈した塩素を二段階に分けて導入する第１工程と、
   析出した副生塩化ナトリウムの結晶を含むスラリーを固液分離して次亜塩素酸ナトリウム濃度２８質量％以上の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を回収する第２工程と、
   冷却器と晶出器とが一体となった晶析槽において、前記第２工程で回収された次亜塩素酸ナトリウム５水和物を含む水溶液を冷却温度５〜２５℃まで冷却して次亜塩素酸ナトリウム５水和物を析出させる第３工程と、
   前記第３工程で析出した次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶を固液分離して次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶粒子を得る第４工程と
   を含むことを特徴とする次亜塩素酸ナトリウム５水和物結晶粒子の製造方法。