JPH0340916A - 球状アルミナ水和物粒子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は球状アルミナ永和物粒子の製造方法に係り、特
に、セラミックス焼結原料や単分散微粒子として液晶ス
ペーサー、触媒担体、フィルター等の分野に有用な、真
珠に近い形状を有するアルミナ微粒子を製造することが
できる球状アルミナ水和物粒子の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来より、液相から球状アルミナ永和物粒子を合成する
方法として、アルミニウムーアルコシキトのアルコール
溶液を水に添加し、加水分解を行なう有機金属の加水分
解法や均一沈殿法（中和法）がある。しかして、均一沈
殿法で真球形状のアルくす水和物を合成する方法として
は、原料であるＶｔ酸アル≧ニウム水溶液と尿素水溶液
を所定量混合し、溶液同志が均一に混合されたところで
加熱して尿素を加水分解する方法が知られている（窯業
協会誌９４　［６］１９８Ｂ　、第６０１〜６０３頁）
。均一沈殿法は、加水分解法に比べて取り扱いが容易で
安価な原料を使用できる方法である。この均一沈殿法に
より得られた球状粒子（アルミナ永和物の粒子）を焼成
することにより、アルミナの球状粒子を得ることができ
る。

真珠に近い球状アルミナ微粒子は、セラミックス焼結原
料として、或いは液晶スペーサー、触媒担体、フィルタ
ー等として工業的に極めて有用である。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の均一沈殿法では、次のような欠点があり、工業的
に有利な方法とはいえない。

■　反応規模、反応条件等によっては、目的物を合成で
きない場合がある。

■　得られる粒子同志の凝集が多く塊状粒子となってし
まう場合がある。また、球状以外の粒子が得られる場合
がある。

■　等合成過程が不安定で安定生産が難しい ■　得られる粒子の平均粒径は高々５μｍであり、それ
以上の粒径のものは得られない。

特に、上記■〜■の欠点は、反応量を増加させて行なっ
た場合に顕著であり、従って、均一沈殿法を利用して工
業的規模で粒径が比較的大きく真珠に近い球状アルミナ
永和物粒子を製造することは非常に困難であった。そし
て、このようなことから、従来の均一沈殿法により得ら
れるアルミナ永和物粒子からは良好な球状アルミナ粒子
を得ることができないという問題点があった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、真珠に近い球状ア
ルミナ水和物粒子を粒径が小さいものから大きなものま
で、粒子同志の凝集や塊状集合を生起させることなく、
各々の粒子が単独で生成するように、工業的規模にて容
易かつ効率的に、また安価に製造することができる方法
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の球状アルミナ永和物粒子の製造方法は、アルミ
ニウム塩０．０１〜０．２ｍｏ℃／１濃度と加水解離剤
０．０４〜０．４ｍｏ℃／Ｊ２濃度とを含む原料溶液を
、８０〜９８℃の範囲で選択された温度Ｔ℃に対して±
１℃の範囲内で加熱した後、脱水乾燥することにより球
状アルミナ水和物粒子を製造する方法であって、前記原
料ｉ′８液に、ステアリン酸ソーダを該原料溶液中のア
ルミニウム塩に対して５重量％以下添加することを特徴
とする。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明において、アルミニウム塩としては硫酸アルミニ
ウム（Ａｎ２　（ＳＯ４）ａ　）のほかに硝酸アルミニ
ウム（ＡＪＺ　（ＮＯ３）　３　）　、塩化アルミニウ
ム（ＡＪ、Ｃｕ５）等を用いることができるが、特に硫
酸アルミニウムが好適である。

この硫酸アルミニウム等のアルミニウム塩は、０　、　
０　ｆ　〜０　、　２　ｍ　ｏ　１　／　Ｉｔ　、特に
０．０１〜０．１ｍｏＩｌ／ＩＬ濃度で原料溶液中に溶
解される。アルミニウム塩濃度が０．０１ｍｏＩｌ／Ａ
未満でも、０．２ｍｏｉ／ｊ２を超えても、良好な球状
アルミナ水和物粒子を得ることができない。

また、沈殿剤として用いる加水解離剤としては、尿素（
（ＮＨ２）２　Ｃｏ）　、アセトアミド、ヘキサメチレ
ンテトラミン等の加水解離によりアルカリを生成するも
のが用いられるが、好ましくは尿素が用いられる。その
濃度は、０．０４〜０．４ｍｏｕ／ｕとなるように原料
溶液中に溶解される。

本発明において、原料のアルミニウム塩と尿素との割合
（モル比）は、１：３〜３０の範囲で選択できるが、好
ましくは、この割合は１：３〜１０とするのが好適であ
る。

本発明において、原料ｉｇ液を調製するには、所定濃度
の硫酸アルよニウム等のアルミニウム塩水溶液と、尿素
等の加水解離剤の水溶液とを、所定割合で混合しても良
く、また、容器内の硫酸アルミニウムと尿素に水を添加
して所定濃度の原料溶液としても良い、なお、水溶７夜
同志を混合する場合、各々の水溶液は予め混合前に５０
〜９０を程度に加熱しておくのが望ましい。

本発明においては、このようにして得られた原料溶液に
添加剤として更にステアリン酸ソーダを原料溶液中の硫
酸アルミニウム等のアルよニウム塩に対して５重量％以
下添加し、均一な混合状態とされたところで加熱して反
応させる。ステアリン酸ソーダの添加により、製造され
る球状アルミナ水和物粒子同志が分散した状態で回収さ
れるという効果が奏されるが、ここでステアリン酸ソー
ダの添加量が、原料溶液中のアルミニウム塩に対して５
重量％を超えると分散効果がなくなり、好ましくない。

ステアリン酸ソーダの添加量は、原料溶液中のアルミニ
ウム塩に対して０．１〜１重量％添加するのが好ましい
。

なお、ステアリン酸ソーダは、通常の場合、８０〜９５
℃程度の熱水に、５０〜ｘ５０ｇ／Ａ程度の濃度に溶解
して添加するのが好ましい。

添加後の原料溶液の加熱は８０〜９８℃、好ましくは９
０〜９８℃の温度にて設定した温度Ｔ℃に対して±１℃
の変動範囲、好ましくは±０．３℃の変動範囲となる、
変動幅の非常に少ない反応温度にて行なう。

このような変動幅の非常に少ない反応温度となるように
加熱反応を行なうためには、溶液からの熱の放出をでき
るだけ少なくする目的で、反応容器の全方向より加熱す
るのが好ましい。例えば、蓋状部を有する反応容器の全
表面をヒーター等の加熱体で覆うか、反応容器を定温高
温槽内に設置するか、或いは反応容器をウォーターバス
中に浸漬するなどの方法を採用することができる。更に
、反応容器を適当な保温材で被覆するのが好ましい。

反応時間は、通常の場合、４〜２４時間程度である。

このような反応により球状のアルミナ水和物粒子が沈殿
する。この沈殿物を分離することにより容易に球状アル
ミナ水和物粒子を回収することができる。

本発明により得られる球状アルミナ水和物粒子の粒径は
、原料溶液中のアルミニウム塩濃度等によっても異なる
が、一般には平均粒径０．８〜１５μｍといった小径か
ら比較的大径のものまで様々な粒径を有し、かつ、真珠
に近い良好な球状アルミナ水和物粒子であって、球状粒
子同志は凝集したり塊状集合体、どなることなく、均一
な分散状態にて合成される。

本発明により製造された球状アルミナ水和物粒子は、仮
焼ないし焼結の熱処理を行なうことにより、球状のアル
ミナ微粒子集合体とすることができる。

Ｃ作用］ 均一沈殿法は、沈殿剤が溶液中で徐々に生成するように
して均質な沈殿物を再現性良く得る目的で実施される。

これは、外部より沈殿剤を加える方法に比べて、溶液内
で部分的に濃度、ｐＨ値、温度等の不均一が生じる欠点
を改善しようとするものであるが、従来においては十分
な効果は得られていない。例えば、均一沈殿法に使用さ
れる沈殿剤（尿素、アセトアミド、ヘキサメチレンテト
ラミン等）としては、加熱することにより水溶液中で解
離し、沈殿に必要なイオンや原子団を生成するものが使
用されるが、その解離速度は温度に大きく依存する。こ
れに対して、加熱手段として現状では外部より加熱する
方法しかとれず、均一沈殿法とはいえ加熱方式によりそ
の生成物に大きな違いが出てくるのは避けることができ
ない。特に、少量を加熱する場合には問題が少ないが、
スケールアップして大量の溶液を加熱する場合、外部加
熱から内部への熱の伝播に依存する７品度分布や加熱温
度等の変動に、合成物が＠感に影響を受け、再現性の良
い、安定した製造を行なうことはできない。

これに対して、本発明の方法に従って、所定濃度のアル
ミニウム塩と加水解離剤とを含む原料溶液を、所定の温
度にて、±１℃以内の極めて少ない温度変動範囲にて均
一加熱して反応させることにより、粒子径の小さいもの
から大きなものまで、再現性良く合成することが可能と
され、また、反応系のスケールアップも可能となり、工
業的な規模にて容易かつ効率的に球状アル尖す水和物粒
子を製造することができる。

また、特定量のステアリン酸ソーダを添加することによ
り、生成する球状アルミナ水和物粒子同志の凝集や塊状
集合が防止され、球状アルミナ水和物粒子同志が付着し
た異形状、例えば瓢箪形状の粒子等を生成することなく
、各々の球状粒子が均一な分散状態となって回収される
。

［実施例］ 以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的
に説明する。

実施例１ 試薬特級硫酸アルミニウム１４〜１６水塩１３ｇと試薬
特級尿素４．８ｇとをビーカーに計量し、容積２００ｍ
Ｊ２まで純水を加えて攪拌溶解後、添加剤としてステア
リン酸ソーダ０．０６５ｇを０．６５ｍｌ２の熱水（９
０℃）に溶解させて添加し、更に十分に攪拌した。その
後、樹脂フィルムにて蓋をして９０±０．３℃の高温定
温槽中に２４時間静置した。その結果、凝集のない、均
一な分散状態の真球形状の粒子が沈殿物として得られ、
その平均粒子径は約１０μｍであった。

得られた粒子のＳＥＭ写真（ｔｏｏｏ倍）を第１図に示
す。

これを、１２００℃で１時間仮焼したところ、形状に変
化のない真球状の粒子が凝集することなく均一な分散状
態で得られた。このものは、Ｘ線回折の結果、α−アル
ミナであることが確認され（第３図）、その平均粒子径
は約８μｍであった。

比較例１ ステアリン酸ソーダを添加しなかったこと以外は、実施
例１と同様にして球状アルミナ水和物粒子の製造を行な
ったところ、実施例１と同様に平均粒子径が約１０μｍ
の真珠状アルよす水和物粒子が得られたが、第２図にそ
のＳＥＭ写真（２０００倍）を示す如く、部分的に粒子
同志の凝集や塊状集合がみられ、瓢箪形状等の異形状の
ものが生成していた。

比較例２ 試薬特級硫酸アルミニウム１４〜１６水場１３ｇと試薬
特級尿素４８ｇとを５００ｍＡのセパラブルフラスコに
計量し、容積２００ｍｊ２まで純水を加え攪拌溶解し、
更に添加剤としてステアリン酸ソーダ０．０６５ｇを０
．７ｍｊｉ！の熱水（９０℃）に溶解させて添加し、更
に十分に攪拌したにれをマグネチックスターラーで攪拌
しているウォーターバス中にセパラブルフラスコの蓋の
すぐ下まで沈め、９５±５℃にて２４時間加熱した。真
球形状の粒子が沈殿物として得られ、その平均粒子径は
約５μｍであり、実施例１で得られたものに比べて小さ
かった。

比較例３ ステアリン酸ソーダを添加しなかったこと以外は、比較
例２と同様にして球状アルくす水和物粒子の製造を行な
ったところ、比較例２と同様に平均粒子径は約５μｍの
真珠状アル主す水和物粒子が得られたが、部分的に粒子
同志の凝集や塊状集合がみられた。

実施例２ 試薬特級硫酸アルミニウム１４〜１６水場１２９６ｇを
計量し、ガラス容器Ｃ投入した、。これに９０℃に加温
した純水を１０１００Ｏ０加え、攪拌溶解した。別のポ
リ容器に試薬特級尿素４８０ｇを計量し、純水を１００
１００Ｏ０程度加え攪拌溶解する。この際、吸熱により
溶液の温度が下がるので常温に戻しておく。

硫酸アルミニウム水溶？１ｉ調製直後に、常温の尿素水
溶液を加え、全量を２００００ｍＪ２に調製し、更に、
添加剤としてステアリン酸ソーダ６．４８ｇを９０℃の
熱水７０ｍｌ１に溶解させて添加し、２．３分攪拌混合
後、直ちに温度９０±０．３℃、湿度９５％ＲＨの恒温
恒湿槽へ設置して２４時間静置した。

その結果、凝集や塊状集合を生成することなく、均一な
分散状態で、真球形状の粒子が沈殿物として得られ、そ
の平均粒子径は約１０μｍであった。これを、１２００
℃で１時間仮焼したところ、形状に変化のない真珠の粒
子が得られた。

このものは、Ｘ線回折の結果、アルミナであることが確
認され、その平均粒子径は約８μｍであった。

比較例４ ステアリン酸ソーダを添加しなかったこと以外は、実施
例２と同様にして球状アルよす水和物粒子の製造を行な
ったところ、実施例２と同様に約１０μｍの真球状アル
ミナ水和物粒子が得られたが、部分的に粒子同志の凝集
や塊状集合がみられた。

［発明の効果コ 以上詳述した通り、本発明の球状アルくす水和均粒子の
製造方法によれば、粒径の比較的小さいものから大きな
ものまで、様々な大きさの、真珠に近い良好な球状アル
よす水和物粒子を、粒子同志の凝集や塊状集合を生成す
ることなく、均一な分散状態にて再現性良く合成するこ
とができ、しかも大量生産にて工業的規模で製造するこ
とが可１１シとされる。

従って、本発明の方法により得られる球状アルミナ水和
物粒子を加熱脱水することにより、良好な球状アルミナ
粒子を効率的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ実施例１及び比較例１で得
られたアルミナ水和物粒子の粒子構造を示すＳＥＭ写真
、第３図は実施例１で得られた球状アルミナ粒子のＸ線
回折線図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム塩０．０１〜０．２ｍｏｌ／ｌ濃度
   と加水解離剤０．０４〜０．４ｍｏｌ／ｌ濃度とを含む
   原料溶液を、８０〜９８℃の範囲で選択された温度Ｔ℃
   に対して±１℃の範囲内で加熱した後、脱水乾燥するこ
   とにより球状アルミナ水和物粒子を製造する方法であっ
   て、前記原料溶液に、ステアリン酸ソーダを該原料溶液
   中のアルミニウム塩に対して５重量％以下添加すること
   を特徴とする球状アルミナ水和物粒子の製造方法。