JP3965270B2

JP3965270B2 - 高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末及びその製造方法、及び水酸化マグネシウムスラリー

Info

Publication number: JP3965270B2
Application number: JP2000117433A
Authority: JP
Inventors: 裕三加藤; 精二山崎; 高行渡辺
Original assignee: Ube Material Industries Ltd
Current assignee: Ube Material Industries Ltd
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2020-04-19
Also published as: JP2001302232A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水酸化マグネシウム粉末に関し、さらに詳しくは、特に、電子材料あるいは触媒材料として有利に用いることができる高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末とその製造方法、及び電子材料あるいは触媒材料の製造に有利に用いることができる水酸化マグネシウムスラリーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水酸化マグネシウム［Ｍｇ（ＯＨ）₂］は３５０℃以上に加熱されると、水１分子を放出して酸化マグネシウムとなる。このような水酸化マグネシウムの熱挙動を利用して、水酸化マグネシウム粉末は、電線被覆用樹脂など合成樹脂の難燃剤として使用されている。また、水酸化マグネシウム粉末は水に接触しても酸化マグネシウムのように水和しないことから、湿式混合の可能なマグネシアセラミックス原料にも利用されている。これらの難燃剤あるいはマグネシアセラミックス原料に使用する水酸化マグネシウム粉末は、水中での分散性が高いこと、及び高純度であることが必要とされている。
【０００３】
特開昭６０−１７６９１８号公報には、１０００℃で１時間焼成後の酸化マグネシウム含有量が９９．５％以上、平均結晶粒子径が１μｍ以下、１μｍ以下の二次粒子の割合が７０％以上の水酸化マグネシウム粉末、及び、塩化マグネシウム水溶液と水酸化カルシウム水溶液とを反応させる水酸化マグネシウム粉末の製造方法が提案されている。そして、この公報の実施例では、１０００℃で１時間焼成後の酸化マグネシウム含有量が、９９．９重量％、平均結晶粒子径が０．２μｍ、１μｍ以下の二次粒子が割合が８６％以上の水酸化マグネシウム粉末が示されている。
【０００４】
また、酸化マグネシウムを水中に投入して、酸化マグネシウムを水和させる高分散性水酸化マグネシウム粉末を製造する方法も提案されている。
【０００５】
特開昭６３−２７７５１０号公報では、水酸化マグネシウム種粒子及びマグネシウム塩の存在するスラリー中にて、酸化マグネシウムを水和させる水酸化マグネシウムの製造方法が提案されている。そして、この公報の実施例では、Ｘ線回折による（００１）面に垂直な方向の結晶子の大きさが７８．４ｎｍ、平均粒子径が２．３μｍ、比表面積６．１ｍ²／ｇの水酸化マグネシウム粉末が示されている。
【０００６】
特開平２−４８４１４号公報では、５０℃以上の温水中で、酸化マグネシウムの水和反応工程を３回以上繰り返す、比表面積が１０ｍ²／ｇ以下で、かつ六角板状結晶の水酸化マグネシウムの製造方法が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、水酸化マグネシウム粉末は、電子材料、あるいは触媒などへの利用が検討されており、より高度な水中分散性と、より高純度（酸化マグネシウム換算の純度で９９．９５重量％以上）の水酸化マグネシウムの開発が望まれている。しかしながら、本発明者の研究によると、これまでに知られている水酸化マグネシウム粉末あるいは製造方法により得られる水酸化マグネシウム粉末では、酸化マグネシウム換算の純度が特に電子材料や触媒材料として用いるには低く、また水中分散性も不十分であるということが判明した。
【０００８】
従って、本発明の目的は、特に、電子材料あるいは触媒材料として有利に使用することができる、水中分散性が高く、かつ高純度の水酸化マグネシウム粉末、及びその製造方法を提供することにある。さらに、本発明は、特に、電子材料あるいは触媒材料の製造に有利に使用することができる高分散性高純度水酸化マグネシウムスラリーを提供することもその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、比表面積が５〜２００ｍ ² ／ｇの範囲内にあって、純度が９９．９５重量％以上の単結晶からなる酸化マグネシウム微粉末を、水蒸気に接触させることにより、水和させて得られた、比表面積が５〜２００ｍ²／ｇの範囲内にあって、酸化マグネシウム換算の純度が９９．９５重量％以上であることを特徴とする高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末にある。
【００１０】
また、本発明は、比表面積が５〜２００ｍ²／ｇの範囲内にあって、純度が９９．９５重量％以上の単結晶からなる酸化マグネシウム微粉末を、水蒸気に接触させることにより、水和させることを特徴とする上記本発明の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末の製造方法にもある。
【００１１】
さらに、本発明は、上記の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末が、平均粒子径が０．１〜１．０μｍの範囲内にある高純度水酸化マグネシウム粒子凝集体を形成して分散していることを特徴とする水酸化マグネシウムスラリーにもある。
【００１２】
ここで、本発明における酸化マグネシウム換算の純度とは、水酸化マグネシウム粉末を１０００℃で焼成して得られた酸化マグネシウム粉末中の酸化マグネシウム量を意味する。水酸化マグネシウム、及び酸化マグネシウムの比表面積は、ＢＥＴ法により測定した値である。また、水酸化マグネシウム粒子凝集体の平均粒子径は、レーザ回折法により測定した値である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末は、比表面積が５〜２００ｍ²／ｇの範囲内、好ましくは５〜１００ｍ²／ｇ、より好ましくは５〜５０ｍ²／ｇの範囲内にあること、及び酸化マグネシウム換算の純度が９９．９５重量％以上、特に９９．９８重量％以上であることに主な特徴がある。
【００１４】
本発明の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末は、独立した微細な水酸化マグネシウム粒子の集合体である。そして、本発明の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末は、水などの溶媒に分散させた状態では、水中分散性の高い水酸化マグネシウム粒子の凝集体を形成する。この水酸化マグネシウム粒子凝集体のレーザ回折法により測定される体積基準の平均粒子径は、水中分散性の観点から０．１〜１．０μｍの範囲内にあることが好ましく、０．１〜０．８μｍの範囲内にあることがより好ましい。また、水酸化マグネシウム粒子凝集体は、その形状が球形に近いものであることが水中分散性の観点から好ましい。具体的には、粒子の表面形状を表す指標として知られている比表面積形状係数（「微粒子ハンドブック」朝倉書店１９９１年発行６０頁参照）が、６〜５０の範囲内にあることが好ましく、６〜３０の範囲内にあることがより好ましい。このような水酸化マグネシウム粒子凝集体が分散されている水酸化マグネシウムスラリーは、湿式混合に適しており電子材料あるいは触媒材料の製造に有利に使用することができる。
【００１５】
本発明の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末は、微細な一次粒子が独立した高純度の単結晶からなる酸化マグネシウム微粒子を水和させることにより製造することができる。本発明の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末の製造に用いる酸化マグネシウム微粉末は、純度が９９．９５重量％以上であって、比表面積が５〜２００ｍ²／ｇの範囲内にあることが好ましい。
【００１６】
本発明の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末の製造に好適に用いることができる酸化マグネシウム微粒子の例としては、マグネシウム蒸気と酸素との気相酸化反応により、結晶核を成長させる気相法により製造したものを挙げることができる。さらに、具体的には、宇部マテリアルズ（株）より販売されている気相法高純度超微粉マグネシアを挙げることができる。この気相法高純度超微粉マグネシアの化学分析値は下記表１の通りである。
【００１７】
【表１】

【００１８】
酸化マグネシウム微粉末を水和させる方法としては、酸化マグネシウム微粉末を水蒸気に接触させる方法（以下、水蒸気接触水和法という）と、酸化マグネシウム微粉末を水中に投入する方法（以下、水中水和法という）とがある。本発明者の研究によれば、水蒸気接触水和法により酸化マグネシウム微粉末を水和させて得た水酸化マグネシウム粉末は、水中水和法により酸化マグネシウム微粉末を水和させて得た水酸化マグネシウム粉末よりも相対的に水中分散性に優れていることが判明している。これは、詳細は不明であるが、水中水和法では酸化マグネシウム微粒子の水和反応が速いために、水和により生成した水酸化マグネシウム粒子が凝集しやすくなるためと考えられる。また、水蒸気接触水和法は、通常の水中水和法で行われる、ろ過、脱水、乾燥、粉砕工程を必要としないので不純物が混入しにくく、また、工程が少なくなるので工業的観点からも有利である。
【００１９】
水蒸気接触水和法により、酸化マグネシウム微粉末を水和させる場合は、酸化マグネシウム微粉末と水蒸気との接触は室温で行っても良いが、より速やかに水和を進行させるためには、５０〜１８０℃の温度で行うことが好ましい。また、この時の湿度は６０〜１００％ＲＨの範囲内に調整されていることが好ましい。
【００２０】
一方、水中水和法により、酸化マグネシウム微粉末を水和させる場合は、酸化マグネシウム微粒子を投入する水の温度は５０〜１００℃の範囲内にあることが好ましい。また、酸化マグネシウム微粒子の水和により生成した水酸化マグネシウム粒子の凝集を起こりにくくするために、撹拌下で酸化マグネシウム微粉末を水和させることが好ましい。
【００２１】
【実施例】
（１）水蒸気接触水和法により酸化マグネシウム微粉末を水和させた水酸化マグネシウムの製造例
［実施例１］
比表面積２７ｍ²／ｇの酸化マグネシウム微粉末［気相法高純度超微粉マグネシア（グレード５００Ａ）、宇部マテリアルズ（株）製］１．３ｋｇを蓋付きステンレス容器（容量２０リットル）に入れて、その容器ごと９０℃、相対湿度７０％ＲＨに保持された恒温恒湿器内で５日間放置して酸化マグネシウム微粉末を水和させて、水酸化マグネシウム粉末を製造した。なお、恒温恒湿器の天井部に結露した水が容器内に侵入しないように、ステンレス容器の蓋を、容器との隙間を２ｃｍあけた状態で、容器の上部（開口部）に固定した。
【００２２】
［実施例２］
比表面積１４ｍ²／ｇの酸化マグネシウム微粉末［気相法高純度超微粉マグネシア（グレード１０００Ａ）、宇部マテリアルズ（株）製］１．３ｋｇを蓋付きステンレス容器（容量２０リットル）に入れて、その容器ごと９０℃、相対湿度７０％ＲＨに保持された恒温恒湿器内で６日間放置した以外は、実施例１と同様の操作を行って、水酸化マグネシウム粉末を製造した。
【００２３】
［実施例３］
比表面積７ｍ²／ｇの酸化マグネシウム微粉末［気相法高純度超微粉マグネシア（グレード２０００Ａ）、宇部マテリアルズ（株）製］１．３ｋｇを蓋付きステンレス容器（容量２０リットル）に入れて、その容器ごと９０℃、相対湿度７０％ＲＨに保持された恒温恒湿器内で７日間放置した以外は、実施例１と同様の操作を行って、水酸化マグネシウム粉末を製造した。
【００２４】
（２）水中水和法により酸化マグネシウム微粉末を水和させた水酸化マグネシウムの製造例
［比較例１］
前記実施例１で使用した酸化マグネシウム微粉末と同一の酸化マグネシウム微粉末１０ｇを、５０℃に保持された温水３００ミリリットルに投入し、５時間攪拌して酸化マグネシウム微粉末を水和させて、水酸化マグネシウムスラリーを得た。次いで、得られた水酸化マグネシウムスラリーをろ過、脱水、乾燥して水酸化マグネシウム固形物とした後、粉砕機で粉砕して、水酸化マグネシウム粉末を製造した。
【００２５】
［比較例２］
前記実施例２で使用した酸化マグネシウム微粉末と同一の酸化マグネシウム微粉末を用いた以外は、比較例１と同様の操作を行って水酸化マグネシウム粉末を製造した。
【００２６】
［比較例３］
前記実施例３で使用した酸化マグネシウム微粉末と同一の酸化マグネシウム微粉末を用いた以外は、比較例１と同様の操作を行って水酸化マグネシウム粉末を製造した。
【００２７】
［評価］
上記実施例１〜６により製造した水酸化マグネシウム粉末について、酸化マグネシウム換算純度、比表面積を測定し、電子顕微鏡により表面状態を観察した。また、水酸化マグネシウム粉末を溶媒に分散させて水酸化マグネシウム粒子凝集体の平均粒子径を測定し、比表面積形状係数も算出した。
【００２８】
（１）酸化マグネシウム換算純度の測定
水酸化マグネシウム粉末を１０００℃で３時間焼成して得た酸化マグネシウム粉末中の不純物（Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｎａ₂Ｏ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｃｒ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃）について定量分析を行い、得られた不純物含有量の総和を１００％から差し引いた値を酸化マグネシウム換算純度とした。その結果を下記の表２に示す。
【００２９】
（２）比表面積（Ｓ）の測定
比表面積（Ｓ）は、ＢＥＴ法により測定した。その結果を下記の表２に併せて示す。
【００３０】
（３）平均粒子径（ｄ_v）の測定
平均粒子径（ｄ_v）は、水酸化マグネシウム粉末０．４５ｇを、０．２重量％のヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液５０ミリリットルに投入し、次いで、超音波（出力３００Ｗ）により１５分間分散処理を行った後に、レーザ回折法（装置名９３２０−Ｘ１００、マイクロトラック（株）製）を用いて測定した。その結果を下記の表２に併せて示す。
【００３１】
（４）比表面積換算係数（φ_sv）の算出
比表面積換算係数（φ_sv）は、下記の式（１）により算出した。その結果を下記の表２に併せて示す。
【００３２】
【数１】
式（１）
φ_sv＝ｄ_v×Ｓ×ρ
［ただし、Ｓは上記（２）で測定した比表面積（ｍ²／ｇ）、ｄ_vは上記（３）で測定した平均粒子径（μｍ）、ρは水酸化マグネシウムの密度で２．３９（ｇ／ｃｍ³）である］
【００３３】
【表２】
表２
────────────────────────────────────
ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液
中の水酸化マグネシウム粒子凝集体
ＭｇＯ換算純度比表面積平均粒子径比表面積形状係数
（重量％）（ｍ²／ｇ）（μｍ）
────────────────────────────────────
実施例１９９．９８以上４１．４０．２９２９
比較例１９９．９８以上６３．６７．４４１１３１
────────────────────────────────────
実施例２９９．９８以上１６．３０．７３２８
比較例２９９．９８以上７３．５１１．４３２００８
────────────────────────────────────
実施例３９９．９８以上８．００．９３１８
比較例３９９．９８以上１７．７１．２１５１
────────────────────────────────────
【００３４】
水蒸気接触水和法により酸化マグネシウム微粉末を水和させて製造した水酸化マグネシウム粉末（実施例１〜３）は、水酸化マグネシウム粒子凝集体の平均粒子径が１μｍ以下、比表面積形状係数が１０〜３０の範囲内にあることから、水中水和法により酸化マグネシウム微粉末を水和させて製造した水酸化マグネシウム粉末（比較例１〜３）と比較して水中分散性が高いことがわかる。
【００３５】
（５）電子顕微鏡による表面観察
電子顕微鏡により表面観察した結果、実施例１〜３及び比較例１〜３により得られた水酸化マグネシウムはいずれも独立した微細な水酸化マグネシウム粒子の集合体であることが確認できた。添付図面の図１に、実施例１で製造した水酸化マグネシウム粉末の電子顕微鏡写真を示す。図１から明らかに、実施例１で製造した水酸化マグネシウム粉末は、独立した微細な水酸化マグネシウム粒子の集合体であることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の水酸化マグネシウム粉末は、水中分散性が高く、酸化マグネシウム換算の純度が高い。従って、本発明の水酸化マグネシウム粉末は、誘電体用原料などの電子材料や触媒材料として有利に用いることができる。
また、酸化マグネシウム微粒子を水蒸気に接触させることにより水和させる本発明の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末の製造方法により得られる水酸化マグネシウムは、酸化マグネシウム微粒子を水中で水和させて得られる水酸化マグネシウムと比較して水中分散性に優れている。さらに、本発明の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末の製造方法は、酸化マグネシウム微粒子を水中で水和させる場合に必要となるろ過、脱水、乾燥、粉砕工程を必要としないので不純物が混入しにくく、また、工程が少なくなるので工業的にも有利である。
さらに、本発明の水酸化マグネシウムスラリーは、高純度の水酸化マグネシウム粒子凝集体が分散されているので、特に、誘電体用原料などの電子材料あるいは触媒材料の製造に有利に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１により製造した水酸化マグネシウム粉末の電子顕微鏡写真である。

Claims

比表面積が５〜２００ｍ ² ／ｇの範囲内にあって、純度が９９．９５重量％以上の単結晶からなる酸化マグネシウム微粉末を、水蒸気に接触させることにより、水和させて得られた、比表面積が５〜２００ｍ²／ｇの範囲内にあって、酸化マグネシウム換算の純度が９９．９５重量％以上であることを特徴とする高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末。
酸化マグネシウム換算の純度が９９．９８重量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末。
比表面積が５〜２００ｍ ² ／ｇの範囲内にあって、純度が９９．９５重量％以上の単結晶からなる酸化マグネシウム微粉末が、マグネシウム蒸気の酸素による気相酸化により得られた微粉末である請求項１に記載の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末。
比表面積が５〜２００ｍ ² ／ｇの範囲内にあって、純度が９９．９５重量％以上の単結晶からなる酸化マグネシウム微粉末を、水蒸気に接触させることにより、水和させることを特徴とする請求項１に記載の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末の製造方法。
上記酸化マグネシウム微粉末を、温度が５０〜１８０℃の範囲内、相対湿度が６０〜１００％ＲＨの範囲内の雰囲気中で、水蒸気と接触させることを特徴とする請求項４に記載の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末の製造方法。
比表面積が５〜２００ｍ ² ／ｇの範囲内にあって、純度が９９．９５重量％以上の単結晶からなる酸化マグネシウム微粉末が、マグネシウム蒸気の酸素による気相酸化により得られた微粉末である請求項４に記載の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末の製造方法。
請求項１に記載の高分散性高純度水酸化マグネシウム粉末が、平均粒子径が０．１〜１．０μｍの範囲内にある高純度水酸化マグネシウム粒子凝集体を形成して分散していることを特徴とする水酸化マグネシウムスラリー。
高純度水酸化マグネシウム粒子凝集体の比表面積形状係数が６〜５０の範囲内にあることを特徴とする請求項７に記載の水酸化マグネシウムスラリー。