JP4632022B2 - Method for producing alumina powder and alumina sol γ - Google Patents
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Description
本発明は、γ型の結晶構造を有するアルミナ粉末の製造方法とγ型の結晶構造を有するアルミナ粒子が水又は有機溶媒に分散したアルミナゾルの製造方法である。 The present invention is a method for producing an alumina powder having a γ-type crystal structure and an alumina sol in which alumina particles having a γ-type crystal structure are dispersed in water or an organic solvent.
安価で大量に製造されているバイヤー法により製造された水酸化アルミニウムを焼成したγ、δ、κ、θ、η、α型などの結晶構造を有するアルミナを乾式及び/または湿式粉砕することにより1μm以下の平均粒子径を有するアルミナ微粒子からなるアルミナ粉末が製造されている。 1 μm by dry and / or wet pulverization of alumina having crystal structure such as γ, δ, κ, θ, η, α, etc. calcined aluminum hydroxide manufactured by the buyer method, which is inexpensive and manufactured in large quantities An alumina powder made of alumina fine particles having the following average particle diameter is manufactured.
20〜80nmの一次粒子径を有する板状のγ、δ型などの結晶構造の高純度アルミナ粉末や150〜200nm以上の一次粒子径を有するα型の結晶構造の高純度アルミナ粉末が市販されている。 Plate-like high-purity alumina powder having a primary particle size of 20 to 80 nm and a high-purity alumina powder having a primary particle size of 150 to 200 nm or more are commercially available. Yes.
市販されている超微粒子アルミナ粉体をそのまま、あるいは、更に焼成した粉体を水相中で酸の存在下に陽イオン交換樹脂と接触させる解膠法によって、平均粒子径が1〜300nmで、好ましくは5〜100nmであり、かつ粒径分布のシャープなγ、δ、κ、θ、η、α型などの結晶からなるアルミナゾルとその製造方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
それぞれの用途に応じて粒径(粒子径)、粒径分布、そして結晶構造の異なるアルミナ粉末やアルミナゾルの提供が望まれている。本発明はγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末及びγ型の結晶構造を有するアルミナ粒子が水又は有機溶媒に分散したアルミナゾルを、安価で簡易にかつ効率よく製造する方法を提供しようとするものである。 It is desired to provide alumina powders and alumina sols having different particle sizes (particle sizes), particle size distributions, and crystal structures according to the respective applications. The present invention intends to provide an inexpensive and simple and efficient method for producing an alumina sol having a γ-type crystal structure and an alumina sol in which alumina particles having a γ-type crystal structure are dispersed in water or an organic solvent. is there.
アルミン酸アルカリ水溶液と液状又は気体状二酸化炭素とを原料とする、電子顕微鏡観察によると、10nm〜40nmの一辺の大きさ及び2.5〜10nmの厚さを有する矩形板状1次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、50〜400nmの長さとベーマイト構造とを有する柱状2次粒子を含有する安定な酸性水性アルミナゾルを乾燥して、450〜950℃で3〜24時間焼成する工程を含むγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末の製造方法、そのアルミナ粉末と水と酸又はアルカリとを混合して機械的分散処理をする工程を含む水性アルミナゾルの製造方法、その水性アルミナゾルを有機溶媒で溶媒置換をする工程を含むオルガノアルミナゾルの製造方法、及びそのアルミナ粉末と有機溶媒とを混合して機械的分散処理をする工程を含むオルガノアルミナゾルの製造方法を提供する。 According to an electron microscope observation using an aqueous alkali aluminate solution and liquid or gaseous carbon dioxide, rectangular plate-like primary particles having a side size of 10 nm to 40 nm and a thickness of 2.5 to 10 nm are faces. -Drying a stable acidic aqueous alumina sol containing columnar secondary particles having a length of 50 to 400 nm and a boehmite structure formed by condensation between planes, and firing at 450 to 950 ° C for 3 to 24 hours A method for producing an alumina powder having a γ-type crystal structure, comprising a step of mixing the alumina powder, water, an acid or an alkali and performing a mechanical dispersion treatment, Method for producing organoalumina sol including process of solvent replacement with organic solvent, and mechanical dispersion treatment by mixing the alumina powder and organic solvent To provide a manufacturing method of organo alumina sol comprising the step of.
以下詳細に説明する。 This will be described in detail below.
本発明の第一観点は、下記の(A)、(B)、(C)及び(D)工程を含む、γ型の結晶構造を有するアルミナ粉末の製造方法である。 The first aspect of the present invention is a method for producing an alumina powder having a γ-type crystal structure, including the following steps (A), (B), (C) and (D).
(A):5〜35℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、10.5〜11.5のpHを有する反応混合物を生成させる工程、
(B):(A)工程で得られた当該反応混合物を110〜250℃の温度で水熱処理することにより、ベーマイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程、
(C):(B)工程で得られた当該水性懸濁液を、限外濾過法にて水と酸とを添加して脱塩処理することにより、3〜7のpHを有する酸性水性アルミナゾルを形成させる工程、及び
(D):(C)工程で得られた当該酸性水性アルミナゾルを乾燥して、450〜950℃で3〜24時間焼成することによりγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末を生成させる工程。
(A): A step of generating a reaction mixture having a pH of 10.5 to 11.5 by adding liquid or gaseous carbon dioxide to an aqueous alkali aluminate solution at a liquid temperature of 5 to 35 ° C.
(B): A step of producing an aqueous suspension containing an alumina hydrate having a boehmite structure by hydrothermally treating the reaction mixture obtained in the step (A) at a temperature of 110 to 250 ° C.
(C): An acidic aqueous alumina sol having a pH of 3 to 7 by subjecting the aqueous suspension obtained in the step (B) to desalination by adding water and an acid by an ultrafiltration method. And (D): The acidic aqueous alumina sol obtained in the step (C) is dried and calcined at 450 to 950 ° C. for 3 to 24 hours to obtain an alumina powder having a γ-type crystal structure. Generating step.
本発明の第二観点は、(B)工程において、水熱処理する前に(A)工程で得られた反応混合物を2〜24時間の攪拌で前処理する第一観点に記載のγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末の製造方法である。 A second aspect of the present invention is the γ-type crystal according to the first aspect, wherein the reaction mixture obtained in the step (A) is pretreated with stirring for 2 to 24 hours before hydrothermal treatment in the step (B). It is a manufacturing method of the alumina powder which has a structure.
本発明の第三観点は、下記の(a)、(b)、(c)及び(d)工程を含む、γ型の結晶構造を有するアルミナ粉末の製造方法である。 The third aspect of the present invention is a method for producing an alumina powder having a γ-type crystal structure, including the following steps (a), (b), (c) and (d).
(a):5〜35℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、10.5〜11.5のpHを有する反応混合物を生成させる工程、
(b):(a)工程で得られた当該反応混合物を110〜250℃の温度で水熱処理することにより、ベーマイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程、
(c):(b)工程で得られた当該水性懸濁液を、ケーク濾過法にて水と酸とを添加して脱塩処理することにより、3〜7のpHを有する酸性水性アルミナゾルを形成させる工程、及び
(d):(c)工程で得られた当該酸性水性アルミナゾルを乾燥して、450〜950℃で3〜24時間焼成することによりγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末を生成させる工程。
(A): A step of generating a reaction mixture having a pH of 10.5 to 11.5 by adding liquid or gaseous carbon dioxide to an aqueous alkali aluminate solution at a liquid temperature of 5 to 35 ° C.
(B): a step of hydrothermally treating the reaction mixture obtained in step (a) at a temperature of 110 to 250 ° C. to produce an aqueous suspension containing an alumina hydrate having a boehmite structure;
(C): The aqueous suspension obtained in the step (b) is desalted by adding water and an acid by a cake filtration method, whereby an acidic aqueous alumina sol having a pH of 3 to 7 is obtained. And (d): the acidic aqueous alumina sol obtained in the step (c) is dried and calcined at 450 to 950 ° C. for 3 to 24 hours to produce an alumina powder having a γ-type crystal structure. Process.
本発明の第四観点は、
(b)工程において、水熱処理する前に(a)工程で得られた反応混合物を2〜24時間の攪拌で前処理する第三観点に記載のγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末の製造方法である。
The fourth aspect of the present invention is:
In the step (b), the method for producing an alumina powder having a γ-type crystal structure according to the third aspect, wherein the reaction mixture obtained in the step (a) is pretreated by stirring for 2 to 24 hours before hydrothermal treatment. It is.
本発明の第五観点は、
下記の(A’)、(B’)、(C’)及び(D’)工程を含む、γ型の結晶構造を有するアルミナ粉末の製造方法である。
The fifth aspect of the present invention is:
A method for producing an alumina powder having a γ-type crystal structure, including the following steps (A ′), (B ′), (C ′), and (D ′).
(A’):5〜35℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、10.5〜11.5のpHを有する反応混合物を生成させる工程、
(B’):(A’)工程で得られた当該反応混合物を110〜250℃の温度で水熱処理することにより、ベーマイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程、及び
(C’):(B’)工程で得られた当該水性懸濁液を、水素型酸性陽イオン交換樹脂と水酸型強塩基性陰イオン交換樹脂とを接触させることにより、3〜7のpHを有する酸性水性アルミナゾルを形成させる工程、及び
(D’):(C’)工程で得られた当該酸性水性アルミナゾルを乾燥して、450〜950℃で3〜24時間焼成することによりγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末を生成させる工程。
(A ′): a step of generating a reaction mixture having a pH of 10.5 to 11.5 by adding liquid or gaseous carbon dioxide to an aqueous alkali aluminate solution at a liquid temperature of 5 to 35 ° C.,
(B ′): A step of producing an aqueous suspension containing an alumina hydrate having a boehmite structure by hydrothermally treating the reaction mixture obtained in the step (A ′) at a temperature of 110 to 250 ° C. And (C ′): The aqueous suspension obtained in the step (B ′) is brought into contact with a hydrogen-type acidic cation exchange resin and a hydroxyl-type strongly basic anion exchange resin to obtain 3- A step of forming an acidic aqueous alumina sol having a pH of 7, and (D ′): by drying the acidic aqueous alumina sol obtained in the step (C ′) and calcining at 450 to 950 ° C. for 3 to 24 hours. producing alumina powder having a gamma-type crystal structure;
本発明の第六観点は、
(B’)工程において、水熱処理する前に(A’)工程で得られた反応混合物を2〜24時間の攪拌で前処理する第五観点に記載のγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末の製造方法。
The sixth aspect of the present invention is:
In the step (B ′), before the hydrothermal treatment, the reaction mixture obtained in the step (A ′) is pretreated by stirring for 2 to 24 hours. The alumina powder having the γ-type crystal structure according to the fifth aspect Production method.
本発明の第七観点は、
第一観点ないし第六観点のいずれか一観点に記載の製造方法で得られたγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末と水と酸又はアルカリとを混合して機械的分散処理をする工程を含む、水性アルミナゾルの製造方法。
The seventh aspect of the present invention is:
Including a step of mixing the alumina powder having the γ-type crystal structure obtained by the production method according to any one of the first aspect to the sixth aspect, water, an acid or an alkali, and performing a mechanical dispersion treatment. A method for producing an aqueous alumina sol.
本発明の第八観点は、
第七観点で得られた水性アルミナゾルを有機溶剤で溶媒置換する工程を含む、オルガノアルミナゾルの製造方法。
The eighth aspect of the present invention is:
A method for producing an organoalumina sol, comprising a step of replacing the aqueous alumina sol obtained in the seventh aspect with an organic solvent.
本発明の第九観点は、
第一観点ないし第六観点のいずれか一観点に記載の製造方法で得られたγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末と有機溶剤とを混合し、機械的分散処理をする工程を含む、オルガノアルミナゾルの製造方法。
The ninth aspect of the present invention is:
An organoalumina sol comprising a step of mixing alumina powder having a γ-type crystal structure obtained by the production method according to any one of the first aspect to the sixth aspect and an organic solvent, and performing a mechanical dispersion treatment Manufacturing method.
本発明によって得られるγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末及びγ型の結晶構造を有するアルミナを含有する懸濁液は、従来の水性アルミナゾルに比較すると、例えば市販のベーマイト構造を有するアルミナ水和物の分散性の高い六角板状粒子及び/又は矩形板状粒子を含有する水性アルミナゾルと、市販のベーマイト構造を有するアルミナ水和物のチクソトロピー性の高い繊維状粒子を含有する水性アルミナゾルとの中間的挙動をするため、種々の用途に従来得られなかった改良をもたらす。 The suspension containing an alumina powder having a γ-type crystal structure and an alumina having a γ-type crystal structure obtained by the present invention is, for example, an alumina hydrate having a commercially available boehmite structure as compared with a conventional aqueous alumina sol. Between an aqueous alumina sol containing hexagonal plate particles and / or rectangular plate particles having a high dispersibility and an aqueous alumina sol containing fibrous particles having high thixotropic properties of alumina hydrate having a boehmite structure on the market The behavior results in improvements not previously available for various applications.
本発明の第一観点以降は原料に用いるアルミナゾルの製造方法に関する。本発明の第一観点の(A)工程、第三観点の(a)工程及び第五観点の(A’)工程は、5〜35℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、10.5〜11.5のpHを有する反応混合物を生成させる工程である。 The first and subsequent aspects of the present invention relate to a method for producing an alumina sol used as a raw material. The (A) step of the first aspect of the present invention, the (a) step of the third aspect and the (A ′) step of the fifth aspect are liquid or gaseous in an aqueous alkali aluminate solution at a liquid temperature of 5 to 35 ° C. It is a step of producing a reaction mixture having a pH of 10.5 to 11.5 by adding carbon dioxide.
使用される原料のアルミン酸アルカリ塩又は濃縮液のアルカリ種としては、Na、K、Mg、Zn、Fe、Ca、Ba、Be等が挙げられるが、これらのアルミン酸アルカリ塩又は濃縮液は公知の方法により容易に得られ、また市販の工業薬品としても入手することができる。特に安価なアルミン酸ナトリウム塩又は濃縮液が好ましい。通常、市販のアルミン酸ナトリウムとしては、高濃度の粉末品とAl2O3濃度として10〜25質量%の濃縮液があるが、次工程の二酸化炭素添加時の均一な反応を考えると濃縮液が扱いやすく好ましい。 Examples of the alkali species of the raw material alkali aluminate or concentrated liquid include Na, K, Mg, Zn, Fe, Ca, Ba, and Be. These alkali aluminate salts or concentrated liquids are publicly known. It can be easily obtained by this method and can also be obtained as a commercial industrial chemical. In particular, an inexpensive sodium aluminate salt or concentrate is preferred. Usually, as commercially available sodium aluminate, there are a high-concentration powder product and an Al 2 O 3 concentration concentrate of 10 to 25% by mass, but considering the uniform reaction when adding carbon dioxide in the next step, the concentrate Is easy to handle and preferable.
本発明において液状又は気体状二酸化炭素の添加時において、アルミン酸アルカリ水溶液のAl2O3濃度としては特に制限を受けないが、やはり二酸化炭素添加時の均一な反応及び生産効率等を考えるとAl2O3濃度として1〜10質量%、好ましくは2〜6質量%に純水等で希釈した水溶液を用いることが好ましい。 In the present invention, at the time of addition of liquid or gaseous carbon dioxide, the Al 2 O 3 concentration of the aqueous alkali aluminate solution is not particularly limited, but when considering the uniform reaction and production efficiency at the time of carbon dioxide addition, Al It is preferable to use an aqueous solution diluted with 1 to 10% by mass, preferably 2 to 6% by mass as 2 O 3 concentration with pure water or the like.
この希釈したアルミン酸アルカリ水溶液は加水分解を受け易いため、希釈後速やかに反応を行う必要がある。特に二酸化炭素添加前に50℃以上の高温で保持されたアルミン酸アルカリを希釈した水溶液を使用すると目的の1次粒子が得られにくい。 Since this diluted aqueous alkali aluminate solution is susceptible to hydrolysis, it is necessary to react quickly after dilution. In particular, when an aqueous solution obtained by diluting an alkali aluminate held at a high temperature of 50 ° C. or higher before addition of carbon dioxide is used, it is difficult to obtain the intended primary particles.
希釈されたアルミン酸アルカリ水溶液は均一化のために当該業者に公知である機械的な方法で攪拌される。アルミン酸アルカリ塩又は濃縮液の希釈のために行われる純水等の投入時に、部分的な攪拌が行われるが、機械的な攪拌を行わないとアルミン酸アルカリ水溶液の希釈液の不均一を生み、二酸化炭素による反応が不均一になるため好ましくない。 The diluted aqueous alkali aluminate solution is agitated by a mechanical method known to those skilled in the art for homogenization. Partial stirring is performed at the time of addition of alkali aluminate salt or pure water used for dilution of the concentrated solution, but unless mechanical stirring is performed, the diluted solution of the alkali aluminate aqueous solution becomes non-uniform. This is not preferable because the reaction with carbon dioxide becomes non-uniform.
そして、この原料となるアルミン酸アルカリ塩又は濃縮液は、アルミン酸アルカリのAl2O3量100部に対してAl2O3量5〜200部の塩基性アルミニウム塩及び/又はアルミニウム正塩を溶解さたせたアルミン酸アルカリも包含される。この混合溶液においても、本発明の目的が達成される。 The alkali aluminate salt or concentrate used as the raw material contains a basic aluminum salt and / or an aluminum normal salt having an Al 2 O 3 content of 5 to 200 parts per 100 parts of the Al 2 O 3 content of the alkali aluminate. Also included are dissolved alkali aluminates. The object of the present invention is also achieved with this mixed solution.
用いられる塩基性アルミニウム塩及び/又はアルミニウム正塩は公知の製造方法により容易に得られ、市販の工業薬品としても入手することができる。塩基性アルミニウム塩としては、水溶性の塩基性アルミニウム塩として、塩基性塩化アルミニウム、塩基性硝酸アルミニウム、塩基性酢酸アルミニウム及び塩基性乳酸アルミニウムなどが挙げられる。また用いられるアルミニウム正塩としては、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、及び酢酸アルミニウムなどが挙げられる。 The basic aluminum salt and / or normal aluminum salt used can be easily obtained by a known production method, and can also be obtained as a commercial industrial chemical. Examples of basic aluminum salts include water-soluble basic aluminum salts such as basic aluminum chloride, basic aluminum nitrate, basic aluminum acetate, and basic aluminum lactate. Examples of the aluminum normal salt used include aluminum chloride, aluminum nitrate, and aluminum acetate.
塩基性アルミニウム塩及び/又はアルミニウム正塩の混合量比を増加さたせた水性アルミナゾルを使用することにより、水熱処理で得られるベーマイト構造を有するアルミナ水和物の1次粒子径を増加させることができる。同じく、本発明の目的が達成される限り、任意の成分、例えばアルミン酸アルカリの安定性を維持している陽イオンなどを含有することができる。 By using an aqueous alumina sol in which the mixing amount ratio of basic aluminum salt and / or aluminum positive salt is increased, the primary particle diameter of alumina hydrate having a boehmite structure obtained by hydrothermal treatment can be increased. it can. Similarly, as long as the object of the present invention is achieved, any component such as a cation maintaining the stability of alkali aluminate can be contained.
本発明のアルミン酸アルカリ水溶液に対しては、二酸化炭素が用いられる。装置の腐食、臭いなどの作業環境や価格などを考慮して好ましくはガス状二酸化炭素が挙げられる。液状又は気体状の二酸化炭素はアルミン酸アルカリ水溶液に添加したときに大きな塊ができないような濃度としてから添加されるべきであり、添加される酸の濃度及び添加速度は添加時の攪拌の強さにより決定される。 Carbon dioxide is used for the aqueous alkali aluminate solution of the present invention. Gaseous carbon dioxide is preferably used in consideration of the working environment such as corrosion and odor of the apparatus and the price. Liquid or gaseous carbon dioxide should be added at a concentration that does not cause large lumps when added to the aqueous alkali aluminate solution. The concentration of the acid added and the rate of addition are determined by the strength of stirring during the addition. Determined by.
アルミン酸アルカリ水溶液に二酸化炭素を添加して反応を行うと、中和熱により発熱を起こす。この発熱により、生成したアルミニウム反応生成物が老化を起こし、結晶性の水酸化アルミニウムとなり易くなる。この発熱によってできた結晶性の水酸化アルミニウムは、後の工程である水熱処理を行ったあとも残るため、本発明の主目的であるベーマイト構造を有するアルミナ水和物の水性懸濁液のみを得ることができない。また本発明のベーマイト構造を有するアルミナ水和物の粒子形態は、後に述べるように矩形板状1次粒子がつながった2次粒子であるが、反応時の温度が高いとそのつながり方が悪くなり、単分散粒子が生成しやすくなる。従って、アルミン酸アルカリ水溶液への二酸化炭素の添加時の温度を低く保つことで結晶性の水酸化アルミニウムの生成を抑えることができ、目的の粒子形状と結晶構造をもったアルミナ水和物(コロイド状粒子)を得ることができる。ここで結晶性の水酸化アルミニウムとはX線回折による分析で明らかにピークが存在しているものを指す。 When carbon dioxide is added to an alkali aluminate aqueous solution to carry out the reaction, heat is generated due to heat of neutralization. Due to this heat generation, the produced aluminum reaction product is aged, and becomes crystalline aluminum hydroxide. Since the crystalline aluminum hydroxide produced by this exotherm remains after the hydrothermal treatment which is the subsequent step, only the aqueous suspension of alumina hydrate having the boehmite structure which is the main object of the present invention is used. Can't get. In addition, the particle form of the alumina hydrate having the boehmite structure of the present invention is a secondary particle in which rectangular plate-like primary particles are connected, as will be described later. It becomes easy to produce monodisperse particles. Therefore, it is possible to suppress the formation of crystalline aluminum hydroxide by keeping the temperature at the time of addition of carbon dioxide to the alkali aluminate aqueous solution low, and the alumina hydrate (colloid) having the desired particle shape and crystal structure. Shaped particles). Here, crystalline aluminum hydroxide refers to a substance in which a peak clearly exists by analysis by X-ray diffraction.
二酸化炭素の添加時の温度を低くする方法としては、アルミン酸アルカリ水溶液の温度を予め冷却した後に酸を添加する方法、更に添加する二酸化炭素の温度を予め低くしたものを添加する方法、添加の最中に外部冷却装置などを用いて反応混合液を冷却する方法などが挙げられる。 As a method of lowering the temperature at the time of addition of carbon dioxide, a method of adding an acid after cooling the temperature of an alkali aluminate aqueous solution in advance, a method of adding a solution in which the temperature of carbon dioxide to be added is lowered in advance, Examples thereof include a method of cooling the reaction mixture using an external cooling device or the like.
最も好ましい方法は上記温度制御方法をすべて行う方法であるが、設備投資費用が嵩むなどの理由から、これら方法の1つ又は2つの方法を選択することもできる。 The most preferable method is a method in which all of the above temperature control methods are performed, but one or two of these methods can be selected for reasons such as increased capital investment costs.
本発明においてアルミン酸アルカリ水溶液の反応温度としては5〜35℃、好ましくは10〜25℃が良い。5℃以下では反応に用いる二酸化炭素の量が多くなることや反応混合物(スラリー)の粘度が高くなるなどが起こり好ましくない。また、35℃を超えるとアルミナ水和物の1次粒子が所望の大きさより大きくなるため好ましくない。 In the present invention, the reaction temperature of the alkali aluminate aqueous solution is 5 to 35 ° C, preferably 10 to 25 ° C. When the temperature is 5 ° C. or lower, the amount of carbon dioxide used in the reaction increases and the viscosity of the reaction mixture (slurry) increases, which is not preferable. Moreover, since the primary particle | grains of an alumina hydrate will become larger than desired size when it exceeds 35 degreeC, it is unpreferable.
アルミン酸アルカリ水溶液の二酸化炭素による反応に要する時間は、生成する水酸化アルミニウムの結晶化を防ぐために3時間以内が有効であり、好ましくは1.5時間以内が良い。 The time required for the reaction of the alkali aluminate aqueous solution with carbon dioxide is effective within 3 hours in order to prevent crystallization of the produced aluminum hydroxide, and preferably within 1.5 hours.
反応混合物(スラリー)のpHとしては10〜11.2の間が好ましい。pH10以下のpHを有する反応混合物では、次工程の水熱処理を実施しても目的とするベーマイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性アルミナゾルを得ることはできない。また、炭酸塩または二酸化炭素を使用して中和し、pH10以下にすると、後の水熱合成後に針状のドーソナイトが多量に生成し、ベーマイト構造を有するアルミナ水和物の生成効率が悪くなるため好ましくない。また、pH11.2以上では後の水熱合成によってギプサイトなどの結晶性水酸化アルミニウムが生成するため好ましくない。水熱合成後において最も効率的にベーマイト構造を有するアルミナ水和物が得られる反応直後の反応混合液のpHは10.6〜10.8の範囲である。 The pH of the reaction mixture (slurry) is preferably between 10 and 11.2. In a reaction mixture having a pH of 10 or less, even if a hydrothermal treatment of the next step is performed, an aqueous alumina sol containing an alumina hydrate having a target boehmite structure cannot be obtained. Moreover, when neutralizing using carbonate or carbon dioxide and adjusting the pH to 10 or less, a large amount of needle-like dawsonite is produced after the subsequent hydrothermal synthesis, and the production efficiency of alumina hydrate having a boehmite structure is deteriorated. Therefore, it is not preferable. On the other hand, when the pH is 11.2 or more, crystalline aluminum hydroxide such as gypsite is generated by later hydrothermal synthesis, which is not preferable. The pH of the reaction mixture immediately after the reaction at which alumina hydrate having a boehmite structure is most efficiently obtained after hydrothermal synthesis is in the range of 10.6 to 10.8.
反応後に得られる反応混合物を50℃にて減圧乾燥法で乾燥して得た乾燥物をX線回折にて分析すると特定のピークを示さない無定形であり、この時に水酸化アルミニウムのピークが観察されると後に行う水熱合成反応後も水酸化アルミニウムが残る。 The reaction mixture obtained after the reaction was dried at 50 ° C. under reduced pressure, and the dried product was analyzed by X-ray diffraction. As a result, it was amorphous that did not show a specific peak. Then, aluminum hydroxide remains even after the hydrothermal synthesis reaction to be performed later.
反応後の反応混合物は、二酸化炭素の添加時における攪拌の方式及び撹拌強度によっては粗い粒子が混同する。粗い粒子が存在すると次工程の水熱処理時に不均一な反応を起こすため、より均一な細かい粒子が必要となる。ここでより細かい粒子とは目視で明らかな粒状の粒子が観察できない程度の粒子であり、特に数値で制限するものではない。この細かい粒子を得るためには攪拌及び分散が行われる。より均一な細かい粒子を得るために行われる攪拌及び分散方式は特に限定はされない。一例を挙げれば媒体ミル処理、コロイドミル処理、高速剪断攪拌処理及び高圧衝撃分散処理等が用いられる。攪拌及び分散は用いる装置の能力によって時間は異なるが、大きな塊がなくなるまで行えば良い。攪拌及び分散時間を長く行うほど反応混合物中の固形物は微細化・均一化するが、生産効率的に見ると2時間から24時間以内が好ましい。攪拌時の温度については特に限定しないが、通常5〜40℃であり、常温でよい。 In the reaction mixture after the reaction, coarse particles are confused depending on the stirring method and the stirring intensity when carbon dioxide is added. If coarse particles are present, a non-uniform reaction occurs during the subsequent hydrothermal treatment, so that more uniform fine particles are required. Here, the finer particles are particles that cannot be visually observed as granular particles, and are not particularly limited by numerical values. To obtain these fine particles, stirring and dispersion are performed. There is no particular limitation on the stirring and dispersion method performed to obtain more uniform fine particles. For example, medium mill treatment, colloid mill treatment, high-speed shear stirring treatment, high-pressure impact dispersion treatment, and the like are used. Stirring and dispersion vary depending on the capacity of the apparatus used, but may be performed until there are no large lumps. The longer the stirring and dispersion time, the finer and more uniform the solid matter in the reaction mixture, but from the viewpoint of production efficiency, it is preferably within 2 to 24 hours. Although it does not specifically limit about the temperature at the time of stirring, Usually, it is 5-40 degreeC and normal temperature may be sufficient.
次に、本発明の第一観点の(B)工程、第三観点の(b)工程及び第五観点の(B’)工程は、前工程で得られた当該反応混合物を110〜250℃の温度で水熱処理することにより、ベーマイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程である。 Next, the (B) process of the 1st viewpoint of this invention, the (b) process of the 3rd viewpoint, and the (B ') process of the 5th viewpoint, the said reaction mixture obtained at the previous process is 110-250 degreeC. This is a step of producing an aqueous suspension containing an alumina hydrate having a boehmite structure by hydrothermal treatment at a temperature.
均一化した反応後の反応混合物の水熱処理を行うことによって、透過型電子顕微鏡による観察において、10〜40nmの一辺の長さと2.5〜10nmの厚さとを有する矩形板状1次粒子が面−面間で凝結により形成される柱状構造又は傾斜した柱状構造とベーマイト構造とを有するアルミナ水和物(2次粒子)の水性懸濁液が得られる。 By carrying out hydrothermal treatment of the reaction mixture after the homogenized reaction, rectangular plate-like primary particles having a side length of 10 to 40 nm and a thickness of 2.5 to 10 nm are observed in a plane in observation with a transmission electron microscope. An aqueous suspension of alumina hydrate (secondary particles) having a columnar structure formed by condensation between planes or an inclined columnar structure and a boehmite structure is obtained.
この2次粒子の形態は、血液中で赤血球の凝結により形成される柱状構造(rouleax:仏語、long cylindrical and branched structures:英語)と類似している。 The morphology of the secondary particles is similar to a columnar structure (rouleax: French, long cylindrical and branched structures: English) formed by the aggregation of red blood cells in the blood.
水熱処理の温度は110〜250℃で行うことができる。反応混合物を110℃未満の温度で水熱処理すると、水性懸濁液中において無定形アルミナ水和物からベーマイト構造を有するアルミナ水和物の矩形板状1次粒子への結晶構造の生成に長時間を要して、好ましくない。一方、250℃を超える水熱処理では、装置的に急冷設備、超高圧容器などを必要とするので好ましくない。装置の腐食や耐圧構造による装置費用を考慮すると120〜160℃で行うのが好ましい。水熱処理において、より高温を選択することにより、水熱処理で得られるコロイドの1次粒子径及び粒子の厚みをより増加させることができる。 The temperature of the hydrothermal treatment can be performed at 110 to 250 ° C. When the reaction mixture is hydrothermally treated at a temperature of less than 110 ° C., it takes a long time to produce a crystal structure from amorphous alumina hydrate to rectangular plate-like primary particles of alumina hydrate having a boehmite structure in an aqueous suspension. Therefore, it is not preferable. On the other hand, hydrothermal treatment exceeding 250 ° C. is not preferable because a rapid cooling facility, an ultrahigh pressure vessel, and the like are required for the apparatus. Considering the equipment cost due to the corrosion of the equipment and the pressure-resistant structure, it is preferable to carry out at 120 to 160 ° C. By selecting a higher temperature in the hydrothermal treatment, the primary particle diameter and particle thickness of the colloid obtained by the hydrothermal treatment can be further increased.
水熱処理装置としては、公知の装置である攪拌機付オートクレーブや流通式管状反応器などの高圧設備を使用する。水熱合成の時間は温度により異なるが、5〜24時間、好ましくは8〜20時間行う。 As the hydrothermal treatment apparatus, a known apparatus such as an autoclave with a stirrer or a high-pressure equipment such as a flow-through tubular reactor is used. The hydrothermal synthesis time varies depending on the temperature, but is 5 to 24 hours, preferably 8 to 20 hours.
水熱処理で得られた当該水性懸濁液を限外濾過法やケーク濾過、またはイオン交換樹脂の接触法などによりアルカリ及びアルカリ塩類の除去が行われる。 The aqueous suspension obtained by the hydrothermal treatment is subjected to removal of alkali and alkali salts by ultrafiltration, cake filtration, ion exchange resin contact method, or the like.
次に、本発明の第一観点の(C)工程は、(B)工程で得られた当該水性懸濁液を、限外濾過法にて水と酸とを添加して脱塩処理することにより、3〜7のpHを有する酸性水性アルミナゾルを形成させる工程である。 Next, in step (C) of the first aspect of the present invention, the aqueous suspension obtained in step (B) is desalted by adding water and an acid by an ultrafiltration method. To form an acidic aqueous alumina sol having a pH of 3 to 7.
限外濾過法にはその変法であるダイアフィルトレーション法(diafiltration process)を採用する。ダイアフィルトレーション法においては、水の添加によりアルカリ及びアルカリ塩類の除去ができる。尚、限外濾過法を用い、アルカリを限外濾過膜透過液側に抜くことで分離精製を行う場合、回分式操作では水性アルミナゾルに必ずアルカリが残ってしまう。そこで、採用するダイアフィルトレーション法では、水性アルミナゾル側に水と酸を添加して、3〜7のpHを有する酸性水性アルミナゾルを形成させながら、限外濾過膜の透過液量を増していくことによりアルカリの除去率を上げて、効率よく脱塩処理を進めることとなる。 A modified diafiltration process is used for the ultrafiltration method. In the diafiltration method, alkali and alkali salts can be removed by adding water. When separation and purification is performed by using the ultrafiltration method and removing the alkali to the ultrafiltration membrane permeate side, the alkali always remains in the aqueous alumina sol in batch operation. Therefore, in the diafiltration method adopted, water and acid are added to the aqueous alumina sol side to form an acidic aqueous alumina sol having a pH of 3 to 7, while increasing the amount of permeate through the ultrafiltration membrane. As a result, the removal rate of alkali is increased, and the desalting treatment is efficiently advanced.
使用する限外濾過膜は、市販の工業製品として得られる分画分子量として6千から20万の限外濾過膜が使用できる。また、クロスフローフィルトレーション法(cross-flow filtration process)にて利用される、精密濾過膜上にコロイド粒子からなるゲル層を形成させたダイナミック膜(限外濾過膜)も使用できる。 As the ultrafiltration membrane to be used, an ultrafiltration membrane having a molecular weight cut off of 6,000 to 200,000 obtained as a commercial industrial product can be used. Further, a dynamic membrane (ultrafiltration membrane) in which a gel layer made of colloidal particles is formed on a microfiltration membrane used in a cross-flow filtration process can be used.
その脱塩処理は、酸性水性アルミナゾルのAl2O3濃度が10質量%基準で、電気伝導度が1100μS/cm以下となるまで、好ましくは700〜100μS/cmとなるまで行う。目的とする酸性水性アルミナゾルのAl2O3濃度が異なる場合、Al2O3濃度と電気伝導度との相関は、上記記載Al2O3濃度10質量%基準の電気伝導度との相関に正比例するとして計算して良い。そして脱塩処理温度は、通常10〜60℃であり、常温でよい。 The desalting treatment is performed until the Al 2 O 3 concentration of the acidic aqueous alumina sol is 10% by mass and the electric conductivity is 1100 μS / cm or less, preferably 700 to 100 μS / cm. If the concentration of Al 2 O 3 acidic aqueous alumina sol of interest differs, correlation between the concentration of Al 2 O 3 and the electrical conductivity, directly proportional to the correlation between the electric conductivity of the described concentration of Al 2 O 3 10 wt% based You can calculate as you do. And the desalination process temperature is 10-60 degreeC normally, and normal temperature may be sufficient.
この工程では、酸として、硝酸、塩酸、硫酸、過塩素酸、酢酸、蟻酸、乳酸などが使用することができる。この工程では、ダイアフィルトレーション法の操作方式は回分式及び連続式を採用することができる。そして、ダイアフィルトレーション法の装置は、クロスフロー方式が好ましい。 In this step, nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, perchloric acid, acetic acid, formic acid, lactic acid or the like can be used as the acid. In this step, a batch type or a continuous type can be adopted as the operation method of the diafiltration method. The diafiltration apparatus is preferably a cross flow system.
そして、目的とするAl2O3濃度として最大20質量%となるまで、ダイアフィルトレーション法及び/又は限外濾過法にて濃縮することができる。 Then, it can be concentrated to a maximum of 20 wt% as the concentration of Al 2 O 3 for the purpose, in diafiltration process and / or ultrafiltration.
ケーク濾過法としては、クロスフローフィルトレーション法(cross-flow filtration process)を採用することが好ましい。 As the cake filtration method, it is preferable to employ a cross-flow filtration process.
次に,本発明の第三観点の(c)工程は、(b)工程で得られた当該水性懸濁液を、ケーク濾過法にて水と酸とを添加して脱塩処理することにより、3〜7のpHを有する酸性水性アルミナゾルを形成させる工程である。 Next, in step (c) of the third aspect of the present invention, the aqueous suspension obtained in step (b) is desalted by adding water and acid by a cake filtration method. , Forming an acidic aqueous alumina sol having a pH of 3-7.
ケーク濾過法による脱塩処理では、水の添加を行いながら中和に使用した酸とアルミン酸アルカリにより生成した塩の脱塩処理を行う。また9〜12のpHを維持するために、アルカリを必要に応じて加える脱塩処理反応混合物に加えることもある。なお、ケーク濾過法を用い、アルカリをケーク濾過膜透過液側に抜くことで、分離精製を行う場合、回分式操作では反応混合物に必ず塩が残ってしまう。そこで、クロスフローフィルトレーション法では、反応混合物側に水とアルカリを添加して、9〜12のpHを有する脱塩処理混合物を形成させながら、ケーク濾過膜の透過液量を増していくことにより、塩の除去率を上げて、効率よく脱塩処理を進めることができる。 In the desalting treatment by the cake filtration method, the salt generated from the acid used for neutralization and the alkali aluminate is added while adding water. Moreover, in order to maintain pH of 9-12, an alkali may be added to the desalination process reaction mixture which adds as needed. In addition, when separation / purification is performed by removing the alkali to the cake filtration membrane permeate side using the cake filtration method, salt always remains in the reaction mixture in the batch operation. Therefore, in the cross-flow filtration method, water and alkali are added to the reaction mixture side to increase the permeate amount of the cake filtration membrane while forming a desalination treatment mixture having a pH of 9 to 12. As a result, the salt removal rate can be increased and the desalting treatment can proceed efficiently.
その脱塩処理は、脱塩処理混合物のAl2O3濃度が4質量%基準で、電気伝導度が500μS/cm以下となるまで、好ましくは300〜100μS/cmとなるまで行う。目的とする脱塩処理混合物のAl2O3濃度が異なる場合、Al2O3濃度と電気伝導度との相関は、上記記載Al2O3濃度4質量%基準の電気伝導度との相関に正比例するとして計算して良い。そして脱塩処理温度は、通常10〜60℃であり、常温でよい。 The desalting treatment is performed until the Al 2 O 3 concentration of the desalting treatment mixture is 4% by mass and the electric conductivity is 500 μS / cm or less, preferably 300 to 100 μS / cm. When the Al 2 O 3 concentration of the target desalting treatment mixture is different, the correlation between the Al 2 O 3 concentration and the electric conductivity is the correlation with the electric conductivity based on the above-mentioned Al 2 O 3 concentration of 4% by mass. It may be calculated as being directly proportional. And the desalination process temperature is 10-60 degreeC normally, and normal temperature may be sufficient.
ケーク濾過法を用いた脱塩工程では、必要に応じて加えて良いアルカリとして、アルカリ金属水酸化物塩、アルカリ土類金属水酸化物塩、アルミン酸アルカリ金属塩、アルミン酸アルカリ土類金属塩、水酸化アンモニウム、水酸化第4級アンモニウム、水酸化グアニジン、アミン類などが挙げられる。アルカリ金属水酸化物塩として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化セシウムなどが好ましく、特に水酸化ナトリウムが好ましい。なお、脱塩処理反応混合物に副生成物として、不溶性塩が生成するアルカリは当然除かれる。 In the desalting process using the cake filtration method, alkali metal hydroxide salt, alkaline earth metal hydroxide salt, alkali metal aluminate, alkaline earth metal aluminate can be added as necessary alkali. , Ammonium hydroxide, quaternary ammonium hydroxide, guanidine hydroxide, amines and the like. As the alkali metal hydroxide salt, sodium hydroxide, potassium hydroxide, cesium hydroxide and the like are preferable, and sodium hydroxide is particularly preferable. In addition, the alkali which an insoluble salt produces | generates as a by-product in a desalination process reaction mixture is naturally excluded.
ケーク濾過法による脱塩工程では、クロスフローフィルトレーション法の操作方式は回分式及び連続式を採用することができる。好ましい工業的装置として、チェコスロバキア国立有機合成研究所で開発された連続式ロータリフィルタープレスが挙げられる。(詳しくは、K. Michel and V. Gruber, Chemie - Ingenieur - Technik, 43, 380(1971)及びF. M. Tiller, Filtration & Separation, 15, 204(1978)などに記載されている。)
ケーク濾過には、公知の濾布が使用できる。濾布としては、精密濾過膜がより好ましい。その精密濾過膜としては、市販の工業製品として得られる公称孔径0.05μmから10μmの精密濾過膜が使用できる。
In the desalting step by the cake filtration method, a batch method or a continuous method can be adopted as the operation method of the cross flow filtration method. A preferred industrial device is a continuous rotary filter press developed at the Czechoslovak National Institute of Organic Synthesis. (Details are described in K. Michel and V. Gruber, Chemie-Ingenieur-Technik, 43, 380 (1971) and FM Tiller, Filtration & Separation, 15, 204 (1978)).
A known filter cloth can be used for cake filtration. As the filter cloth, a microfiltration membrane is more preferable. As the microfiltration membrane, a microfiltration membrane having a nominal pore diameter of 0.05 μm to 10 μm obtained as a commercial industrial product can be used.
次に第五観点の(C’)工程は、(B’)工程で得られた当該水性懸濁液を、水素型酸性陽イオン交換樹脂と水酸型強塩基性陰イオン交換樹脂とを接触させることにより、3〜7のpHを有する酸性水性アルミナゾルを形成させる工程である。 Next, in step (C ′) of the fifth aspect, the aqueous suspension obtained in step (B ′) is contacted with a hydrogen type acidic cation exchange resin and a hydroxide type strongly basic anion exchange resin. In this step, an acidic aqueous alumina sol having a pH of 3 to 7 is formed.
イオン交換樹脂の接触法では、水熱処理工程で得られた当該水性懸濁液を、水素型酸性陽イオン交換樹脂及び水酸型強塩基性陰イオン交換樹脂にて接触処理する。この工程では、水素型酸性陽イオン交換樹脂の接触処理により原料アルミン酸アルカリ中のアルカリを除去する。そして水酸型強塩基性陰イオン交換樹脂の接触処理により、中和時に用いた酸の除去を行いながら酸性水性アルミナゾルの安定剤である酸の含有量を調整する。 In the ion exchange resin contact method, the aqueous suspension obtained in the hydrothermal treatment step is contact-treated with a hydrogen-type acidic cation exchange resin and a hydroxide-type strongly basic anion exchange resin. In this step, the alkali in the raw material alkali aluminate is removed by contact treatment with a hydrogen-type acidic cation exchange resin. Then, the content of the acid which is the stabilizer of the acidic aqueous alumina sol is adjusted by removing the acid used at the time of neutralization by the contact treatment with the hydroxide type strongly basic anion exchange resin.
用いる水素型酸性陽イオン交換樹脂としては、市販されている強酸性陽イオン交換樹脂及び/又は弱酸性陽イオン交換樹脂を酸にてイオン交換処理及び水洗処理して使用する。そして、除去しようとする原料アルミン酸アルカリ中のアルカリ量に対し、当量ではなく約3倍当量にあたる水素型酸性陽イオン交換樹脂量を使用するのが好ましい。その接触処理法は、通常樹脂を充填したカラムに被処理液を下向流若しくは上向流で通液する方法、又は被処理液中に樹脂を添加し撹拌保持した後、樹脂を濾別する方法が採用できる。また接触処理液温度は、通常10〜60℃であり、常温でよい。 As the hydrogen-type acidic cation exchange resin to be used, a commercially available strong acid cation exchange resin and / or weak acid cation exchange resin is used after being subjected to ion exchange treatment and water washing treatment with an acid. And it is preferable to use the amount of hydrogen-type acidic cation exchange resin which is about 3 times equivalent with respect to the amount of alkali in the raw material alkali aluminate to be removed. The contact treatment method is usually a method in which the liquid to be treated is passed downward or upward through a column filled with resin, or the resin is added to the liquid to be treated and stirred and then filtered. The method can be adopted. The temperature of the contact treatment liquid is usually 10 to 60 ° C. and may be room temperature.
また用いる水酸型強塩基性陰イオン樹脂としては、市販されている強塩基性陰イオン樹脂を水酸化ナトリウム水溶液にてイオン交換処理及び水洗処理して使用する。その使用する樹脂量は、脱アルカリ処理された酸性水性アルミナゾル中の過剰の酸を除去するのが目的であり、3〜7のpHを有する酸性水性アルミナゾルが得られればよい。その接触処理方法は被処理液中に樹脂を添加し撹拌保持した後、樹脂を濾別する方法が簡便で採用できる。また接触処理液温度は、通常10〜60℃であり、常温でよい。 Moreover, as a hydroxyl-type strong basic anion resin to be used, the strong basic anion resin marketed is used after performing an ion exchange process and a water washing process in sodium hydroxide aqueous solution. The amount of the resin used is intended to remove excess acid in the dealkalized acidic aqueous alumina sol as long as an acidic aqueous alumina sol having a pH of 3 to 7 is obtained. As the contact treatment method, a method of adding the resin to the liquid to be treated and holding it with stirring and then filtering the resin can be simply adopted. The temperature of the contact treatment liquid is usually 10 to 60 ° C. and may be room temperature.
以上、本発明の第三観点の(C)工程、第五観点の(C)工程及び第七観点の(C’)工程で得られた3〜7のpHを有する酸性水性アルミナゾルは、目的とするAl2O3濃度として最大20質量%となるまで、公知の濃縮方法である減圧濃縮法、限外濾過法などにて濃縮することができ、安定な酸性水性アルミナゾルが得られる。電子顕微鏡観察によると、10nm〜40nmの一辺の大きさ及び2.5〜10nmの厚さを有する矩形板状1次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、50〜400nmの長さとベーマイト構造とを有する柱状2次粒子を含有する安定な酸性水性アルミナゾルである。 The acidic aqueous alumina sol having a pH of 3 to 7 obtained in the step (C) of the third aspect of the present invention, the step (C) of the fifth aspect and the step (C ′) of the seventh aspect Until the maximum concentration of Al 2 O 3 is 20% by mass, it can be concentrated by a known concentration method such as a vacuum concentration method or an ultrafiltration method, and a stable acidic aqueous alumina sol can be obtained. According to an electron microscope observation, a rectangular plate-like primary particle having a size of one side of 10 nm to 40 nm and a thickness of 2.5 to 10 nm is formed by agglomeration between surfaces, and has a length of 50 to 400 nm. And a stable acidic aqueous alumina sol containing columnar secondary particles having a boehmite structure.
これらの工程では、酸として、硝酸、塩酸、硫酸、過塩素酸、酢酸、蟻酸、乳酸などが使用することができる。ここで、脱塩工程において、得られた3〜7のpHを有する酸性水性アルミナゾルの動的光散乱法粒径分布を測定すると、50〜400nmの流体力学的平均粒径を有する粒子群が認められる場合と、50〜400nmの流体力学的平均粒径を有する粒子群と600〜1400nmの流体力学的平均粒径を有する粒子群とが認められる場合がある。但し、この酸性水性アルミナゾル中では、600〜1400nmの流体力学的平均粒径を有する粒子群である2次粒子の高次構造凝集物の存在比率は小さい。 In these steps, nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, perchloric acid, acetic acid, formic acid, lactic acid, or the like can be used as the acid. Here, in the desalting step, when the dynamic light scattering particle size distribution of the obtained acidic aqueous alumina sol having a pH of 3 to 7 is measured, particles having a hydrodynamic average particle size of 50 to 400 nm are recognized. And particles having a hydrodynamic average particle size of 50 to 400 nm and particles having a hydrodynamic average particle size of 600 to 1400 nm may be recognized. However, in this acidic aqueous alumina sol, the abundance ratio of secondary structure high-order aggregates, which is a particle group having a hydrodynamic average particle diameter of 600 to 1400 nm, is small.
よって、酸添加及び脱塩処理により、2次粒子の高次構造凝集物が2次粒子(コロイド粒子)へと解膠したものと考えられる。また、この2次粒子は、その1次粒子の面−面間が凝結して、50〜300nmの柱状構造又は傾斜した柱状構造を形成している。粒子としては、比表面積が最も小さくなる2次粒子の形態をしているため、コロイド分散系(アルミナゾル)としてはより安定な系となっている。電解質の添加に対しても安定性が向上している。 Therefore, it is considered that the secondary structure high-order aggregates have been peptized into secondary particles (colloid particles) by acid addition and desalting treatment. In addition, in the secondary particles, the surface-to-plane surfaces of the primary particles are condensed to form a columnar structure of 50 to 300 nm or an inclined columnar structure. Since the particles are in the form of secondary particles with the smallest specific surface area, the colloidal dispersion system (alumina sol) is a more stable system. Stability is also improved against the addition of electrolyte.
脱塩工程において、ベーマイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液は酸の添加及び/又は懸濁液中のアルカリ由来の電解質を除去されることにより、安定な水性アルミナゾルとなる。そして、当該ゾルは、安定剤としての酸の添加によりpHを3〜7に、好ましくは3.5〜6.5に調整されることによりゾルとしての安定性が向上する。よって、Al2O3濃度として最大20質量%迄の任意のAl2O3濃度の安定な酸性水性アルミナゾルが得られる。このゾルは、密閉状態で50℃で1ヶ月の保存でもゲル化することなく安定である。 In the desalting step, an aqueous suspension containing an alumina hydrate having a boehmite structure is converted into a stable aqueous alumina sol by adding an acid and / or removing an alkali-derived electrolyte in the suspension. And the stability as a sol improves the said sol by adjusting the pH to 3-7, preferably 3.5-6.5 by the addition of the acid as a stabilizer. Therefore, a stable acidic aqueous alumina sol having an arbitrary Al 2 O 3 concentration of up to 20% by mass as the Al 2 O 3 concentration can be obtained. This sol is stable without being gelled even when stored at 50 ° C. for one month in a sealed state.
本発明の第一観点の(D)工程、第三観点の(d)工程及び第五観点の(D’)工程は、透過型電子顕微鏡による観察において、10〜40nmの一辺の長さと2.5〜10nmの厚さとを有する矩形板状1次粒子が面−面間で凝結により形成される柱状構造又は傾斜した柱状構造とベーマイト構造とを有するアルミナ水和物(2次粒子)を有する酸性水性アルミナゾルを乾燥し、450℃〜950℃で3〜24時間焼成してγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末を得る工程である。 The (D) step of the first aspect of the present invention, the (d) step of the third aspect and the (D ′) step of the fifth aspect are the length of one side of 10 to 40 nm and 2. Acidity having an alumina hydrate (secondary particle) having a columnar structure in which rectangular plate-shaped primary particles having a thickness of 5 to 10 nm are formed by condensation between planes or an inclined columnar structure and a boehmite structure In this step, the aqueous alumina sol is dried and calcined at 450 ° C. to 950 ° C. for 3 to 24 hours to obtain alumina powder having a γ-type crystal structure.
乾燥方法としては、熱風型乾燥機やマイクロウェーブ方式の乾燥機など公知の乾燥方法が上げられる。より細かな粒子を得るためにスプレードライヤー(噴霧乾燥機)などが好ましい。 Examples of the drying method include known drying methods such as a hot air dryer and a microwave dryer. In order to obtain finer particles, a spray dryer (spray dryer) or the like is preferable.
乾燥によりベーマイト構造を有するアルミナ水和物は凝集して数μmから数十μmの塊になるが、乾燥後の結晶構造はベーマイトを保ったままである。乾燥により得られたベーマイト構造を有するアルミナ水和物の凝集粒子をより細かくするためにピンディスクミルや対向式粉砕機などの乾式粉砕機を用いて粉砕しても良い。 Although the alumina hydrate having a boehmite structure is aggregated by drying to a mass of several μm to several tens of μm, the crystal structure after drying remains boehmite. In order to make the aggregated particles of alumina hydrate having a boehmite structure obtained by drying finer, the particles may be pulverized using a dry pulverizer such as a pin disk mill or an opposed pulverizer.
焼成方法としては、450〜950℃の間で3〜24時間、好ましくは500〜800℃で5〜10時間焼成することにより、結晶構造がγ型であるアルミナ粉末が得られる。 As a firing method, alumina powder having a γ-type crystal structure is obtained by firing at 450 to 950 ° C. for 3 to 24 hours, preferably 500 to 800 ° C. for 5 to 10 hours.
焼成温度は450℃より低いとγ型の結晶構造のアルミナになりにくく、ベーマイト型構造のアルミナなど、他の結晶構造のアルミナが混在しやすい。また950℃より高いと、δ型構造のアルミナが主成分となり、より高温では一部がα型の結晶構造のアルミナとなるため好ましくない。 When the firing temperature is lower than 450 ° C., alumina having a γ-type crystal structure is hardly formed, and alumina having another crystal structure such as boehmite-type alumina is likely to be mixed. Further, when the temperature is higher than 950 ° C., δ-type alumina is the main component, and at higher temperatures, part of the alumina is α-type crystal structure, which is not preferable.
焼成時間は3時間より短いと焼成時の系内が不均一になるため好ましくなく、24時間を越えると系内は均一に焼成できるが、焼成に時間が掛かりすぎて経済的に好ましくない。 If the firing time is shorter than 3 hours, the inside of the system at the time of firing becomes non-uniform, which is not preferable. If it exceeds 24 hours, the inside of the system can be uniformly fired, but the firing takes too much time, which is not economically preferable.
本発明で得られたγ型の結晶構造を有するアルミナ粉の一次粒子の大きさは電子顕微鏡観察によると原料であるベーマイト構造を有するアルミナ水和物の一次粒子の大きさと同じか大きくても2倍以下であり、焼成による粒子成長は著しく小さい。 The size of the primary particles of the alumina powder having the γ-type crystal structure obtained in the present invention is 2 or less as large as the primary particles of the alumina hydrate having the boehmite structure as a raw material according to electron microscope observation. The particle growth by firing is extremely small.
本発明で得られたγ型の結晶構造を有するアルミナ粒子の凝集粒子径は数十μmでありそのままでも研磨剤用砥粒や顔料、無機充填剤、表面処理剤、触媒担体などとして用いることは可能である。しかし、より大きな表面積や高い反応性を持つ高性能のゾルを製造するために機械的に分散して原料であるベーマイト構造を有するアルミナ水和物の一次粒子の大きさと同等の大きさにすることができる。この時に用いられる機械的分散処理としては乾式粉砕機や湿式粉砕機を用いることができる。機械や装置からの不純物の混入を避けるために、湿式粉砕機を用いて分散させるのが好ましい。 The aggregated particle diameter of the alumina particles having a γ-type crystal structure obtained in the present invention is several tens of μm, and can be used as abrasive grains for abrasives, pigments, inorganic fillers, surface treatment agents, catalyst carriers, etc. Is possible. However, in order to produce a high-performance sol with a larger surface area and high reactivity, it should be mechanically dispersed to have the same size as the primary particles of alumina hydrate with boehmite structure as the raw material. Can do. As the mechanical dispersion treatment used at this time, a dry pulverizer or a wet pulverizer can be used. In order to avoid contamination of impurities from machines and devices, it is preferable to disperse using a wet pulverizer.
本発明には上記製法によるゾルを用いる以外に、特開平10−087324号公報に記載の方法から得られた酸性水性アルミナゾルを用いて、乾燥、焼成することにより、本発明に適したγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末を得ることもできる。 In the present invention, in addition to using the sol obtained by the above-mentioned production method, by using an acidic aqueous alumina sol obtained from the method described in JP-A-10-087324, drying and baking, a γ-type suitable for the present invention is obtained. An alumina powder having a crystal structure can also be obtained.
本発明の第七観点では、本発明により得られるγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末に硝酸、酢酸などの酸、又は第4級アンモニウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリなどを添加することにより、高濃度で機械的分散処理することができ、最大50質量%のAl2O3濃度を有する水性アルミナゾルを得ることができる。得られた水性アルミナゾルは密閉状態で50℃で1ヶ月の保存でもゲル化することなく安定である。第七観点での機械的分散処理とは、媒体ミル処理、コロイドミル処理、高速剪断撹拌処理及び高圧衝撃分散処理が挙げられる。媒体ミル処理に使用される具体的装置としては、ボールミル、アトライター、サンドミル及びビーズミルなどが挙げられる。コロイドミル処理に使用される具体的装置としては、コロイドミル、ストーンミル、ケーデーミル及びホモジナイザーなどが挙げられる。高速剪断撹拌処理に使用される具体的装置としては、商品名としてハイスピードディスパーサー、ハイスピードインペラー及びデイゾルバーと呼ばれているものが挙げられる。高圧衝撃分散処理に使用される具体的装置としては、高圧ポンプを使用した高圧衝撃分散機及び超音波高圧衝撃分散機が挙げられる。また機械的分散処理液温度は、通常10〜60℃であり、常温でよい。 In the seventh aspect of the present invention, by adding an acid such as nitric acid or acetic acid or an alkali such as quaternary ammonium, sodium or potassium to the alumina powder having a γ-type crystal structure obtained by the present invention, An aqueous alumina sol having an Al 2 O 3 concentration of up to 50% by mass can be obtained by mechanical dispersion treatment at a concentration. The obtained aqueous alumina sol is stable without being gelated even when stored at 50 ° C. for one month in a sealed state. Examples of the mechanical dispersion treatment in the seventh aspect include medium mill treatment, colloid mill treatment, high-speed shear stirring treatment, and high-pressure impact dispersion treatment. Specific examples of the apparatus used for the media mill treatment include a ball mill, an attritor, a sand mill, and a bead mill. Specific apparatuses used for the colloid mill treatment include a colloid mill, a stone mill, a cade mill, and a homogenizer. Specific apparatuses used for the high-speed shearing agitation treatment include what are called high-speed dispersers, high-speed impellers, and dissolvers as trade names. Specific apparatuses used for the high-pressure impact dispersion treatment include a high-pressure impact disperser using a high-pressure pump and an ultrasonic high-pressure impact disperser. The temperature of the mechanical dispersion treatment liquid is usually 10 to 60 ° C. and may be room temperature.
水性アルミナゾルの動的光散乱法粒径分布を測定すると、10〜40nmの流体力学的平均粒径を有する粒子群と、50〜400nmの流体力学的平均粒径を有する粒子群と、2500〜3500nmの流体力学的平均粒径を有する粒子群との三粒子群が認められる。透過型電子顕微鏡の観察結果との対比より、10〜40nmの流体力学的平均粒径を有する粒子群は10〜40nmの一辺の長さを有する矩形板状1次粒子群である。50〜400mの流体力学的平均粒径を有する粒子群は、10〜40nmの一辺の長さを有する矩形板状1次粒子(コロイド粒子)が面−面間の凝結により形成される、50〜400nmの長さを有する柱状2次粒子群(コロイド粒子群)である。そして2500〜3500nmの流体力学的平均粒径を有する粒子群は、未解膠の高次凝集物と判断される。 When the dynamic light scattering particle size distribution of the aqueous alumina sol is measured, a particle group having a hydrodynamic average particle diameter of 10 to 40 nm, a particle group having a hydrodynamic average particle diameter of 50 to 400 nm, and 2500 to 3500 nm Three particle groups are observed with particles having a hydrodynamic average particle size of From the comparison with the observation result of the transmission electron microscope, the particle group having a hydrodynamic average particle diameter of 10 to 40 nm is a rectangular plate-like primary particle group having a length of one side of 10 to 40 nm. In the particle group having a hydrodynamic average particle diameter of 50 to 400 m, rectangular plate-like primary particles (colloid particles) having a length of one side of 10 to 40 nm are formed by condensation between surfaces. It is a columnar secondary particle group (colloid particle group) having a length of 400 nm. And the particle group which has a hydrodynamic average particle diameter of 2500-3500 nm is judged as the unaggregated high order aggregate.
よって、酸又はアルカリの添加及び機械的分散処理により、γ型の結晶構造を有するアルミナ粉末中がその1次粒子(コロイド粒子)とその2次粒子(コロイド粒子)へと解膠しているものと考えられる。また、この1次粒子とこの2次粒子は、その1次粒子の面−面間が凝結して、50〜300nmの柱状構造又は傾斜した柱状構造を形成している。粒子としては、比表面積が最も小さくなる2次粒子の形態をしているため、コロイド分散系(アルミナゾル)としてはより安定な系となっている。電解質の添加に対しても安定性が向上している。 Therefore, the alumina powder having a γ-type crystal structure is peptized into its primary particles (colloid particles) and its secondary particles (colloid particles) by adding acid or alkali and mechanical dispersion treatment. it is conceivable that. In addition, the primary particles and the secondary particles condense between the faces of the primary particles to form a columnar structure of 50 to 300 nm or an inclined columnar structure. Since the particles are in the form of secondary particles with the smallest specific surface area, the colloidal dispersion system (alumina sol) is a more stable system. Stability is also improved against the addition of electrolyte.
本発明の第八観点では、第七観点で得られた水性アルミナゾルは溶媒置換によってγ型の結晶構造を有するアルミナ粒子が有機溶媒に分散したゾル(オルガノアルミナゾル)を得ることができる。有機溶媒としてはメチルアルコール、エチルアルコールなどのアルコール類、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなどのアミド類が挙げられる。その溶媒置換法としては、蒸留置換法又は限外濾過膜を用いた膜溶媒置換法を用いることができる。 In the eighth aspect of the present invention, the aqueous alumina sol obtained in the seventh aspect can obtain a sol (organoalumina sol) in which alumina particles having a γ-type crystal structure are dispersed in an organic solvent by solvent substitution. Examples of the organic solvent include alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol, and amides such as dimethylacetamide and dimethylformamide. As the solvent substitution method, a distillation substitution method or a membrane solvent substitution method using an ultrafiltration membrane can be used.
また、本発明の第九観点では、第一観点から第六観点で得られたγ型の結晶構造を有するアルミナ粉と有機溶媒とを混合して機械的分散処理することによってオルガノアルミナゾルを得ることができる。この方法によると有機溶媒中で分散させるため水分を含まず、他の有機溶媒や有機化合物と混合させるときには優位になる。第九観点での機械的分散処理とは、媒体ミル処理、コロイドミル処理、高速剪断撹拌処理及び高圧衝撃分散処理が挙げられる。媒体ミル処理に使用される具体的装置としては、ボールミル、アトライター、サンドミル及びビーズミルなどが挙げられる。コロイドミル処理に使用される具体的装置としては、コロイドミル、ストーンミル、ケーデーミル及びホモジナイザーなどが挙げられる。高速剪断撹拌処理に使用される具体的装置としては、商品名としてハイスピードディスパーサー、ハイスピードインペラー及びデイゾルバーと呼ばれているものが挙げられる。高圧衝撃分散処理に使用される具体的装置としては、高圧ポンプを使用した高圧衝撃分散機及び超音波高圧衝撃分散機が挙げられる。また機械的分散処理液温度は、通常10〜60℃であり、常温でよい。 Further, in the ninth aspect of the present invention, an organoalumina sol is obtained by mixing the alumina powder having the γ-type crystal structure obtained in the first aspect to the sixth aspect and an organic solvent and subjecting the mixture to a mechanical dispersion treatment. Can do. According to this method, since it is dispersed in an organic solvent, it does not contain moisture and is advantageous when mixed with other organic solvents or organic compounds. Examples of the mechanical dispersion treatment in the ninth aspect include medium mill treatment, colloid mill treatment, high-speed shear stirring treatment, and high-pressure impact dispersion treatment. Specific examples of the apparatus used for the media mill treatment include a ball mill, an attritor, a sand mill, and a bead mill. Specific apparatuses used for the colloid mill treatment include a colloid mill, a stone mill, a cade mill, and a homogenizer. Specific apparatuses used for the high-speed shearing agitation treatment include what are called high-speed dispersers, high-speed impellers, and dissolvers as trade names. Specific apparatuses used for the high-pressure impact dispersion treatment include a high-pressure impact disperser using a high-pressure pump and an ultrasonic high-pressure impact disperser. The temperature of the mechanical dispersion treatment liquid is usually 10 to 60 ° C. and may be room temperature.
なお、本発明において採用した分析方法は下記の通りである。 The analysis method employed in the present invention is as follows.
(1)組成分析
(i)Al2O3濃度 質量法(800℃焼成残分)
(ii)Na2O濃度 原子吸光光度法(前処理は塩酸溶解処理)
(iii)酢酸濃度 中和滴定法。
(1) Composition analysis (i) Al 2 O 3 concentration Mass method (800 ° C. firing residue)
(Ii) Na 2 O concentration Atomic absorption photometry (pretreatment is hydrochloric acid dissolution treatment)
(Iii) Acetic acid concentration Neutralization titration method.
(2)pH測定
pH計D−22((株)堀場製作所製)を用いて測定した。
(2) pH measurement It measured using pH meter D-22 (made by Horiba, Ltd.).
(3)電気伝導度
電気伝導度計 ES−12((株)堀場製作所製)を用いて測定した。
(3) Electrical conductivity The electrical conductivity was measured using ES-12 (manufactured by Horiba, Ltd.).
(4)動的光散乱法粒径
動的光散乱法粒径測定装置 DLS−6000(登録商標)(大塚電子(株)製)を用いて測定した。測定解析法はキュムラント法を採用し、液中の流体力学的平均粒径を測定した。
(4) Dynamic Light Scattering Particle Size Measurement was performed using a dynamic light scattering particle size measurement device DLS-6000 (registered trademark) (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). The measurement analysis method employed the cumulant method, and the hydrodynamic average particle size in the liquid was measured.
(測定条件)溶媒 純水(25℃)。 (Measurement conditions) Solvent Pure water (25 ° C.).
(5)動的光散乱法粒径分布
動的光散乱法粒径測定装置 DLS−6000(登録商標)(大塚電子(株)製)を用いて測定した。測定解析法は修正Marquadt法(ヒストグラム解析プログラム)を採用し、液中での流体力学的粒径分布を測定した。各々の粒子群(モード)における流体力学的平均径が測定結果として得られる。
(5) Dynamic light scattering particle size distribution Measurement was performed using a dynamic light scattering particle size analyzer DLS-6000 (registered trademark) (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). As the measurement analysis method, a modified Marquadt method (histogram analysis program) was adopted, and the hydrodynamic particle size distribution in the liquid was measured. The hydrodynamic average diameter in each particle group (mode) is obtained as a measurement result.
(6)レーザー回折法粒径
レーザー回折散乱法粒径測定装置 マスターサイザー2000(登録商標)(マルバーン社製)を用いて測定した。測定解析法はMie散乱理論に基づく体積基準の分布を採用し、液中での流体力学的平均粒径を測定した。
(6) Laser diffraction method particle size Measurement was performed using a laser diffraction scattering method particle size measurement apparatus Mastersizer 2000 (registered trademark) (manufactured by Malvern). The measurement analysis method employed a volume-based distribution based on Mie scattering theory, and measured the hydrodynamic average particle size in the liquid.
(測定条件)溶媒 純水(25℃)。 (Measurement conditions) Solvent Pure water (25 ° C.).
(7)比表面積(BET法)
予め所定の条件で乾燥した試料を窒素吸着法比表面積計 MONOSORB MS?16型(QUANTACHROME社製)を用いて測定した。
(7) Specific surface area (BET method)
A sample dried in advance under predetermined conditions was measured using a nitrogen adsorption specific surface area meter MONOSORB MS-16 (manufactured by QUANTACHROME).
(8)透過型電子顕微鏡観察
試料を純水で希釈後、銅メッシュ上の親水化処理済カーボン被膜コロジオン膜に試料を塗布して、乾燥させ観察試料を準備した。透過型電子顕微鏡 JEM−1010(日本電子(株)製)にて、その観察試料の電子顕微鏡写真を撮影して、観察した。
(8) Observation with transmission electron microscope After the sample was diluted with pure water, the sample was applied to a hydrophilic carbon-coated collodion film on a copper mesh and dried to prepare an observation sample. A transmission electron microscope JEM-1010 (manufactured by JEOL Ltd.) was used to photograph and observe an electron micrograph of the observed sample.
(9)示差熱分析
示差熱分析装置 TG/DTA320U(セイコー電子工業(株)製)を用いて測定した。
(9) Differential thermal analysis It measured using the differential thermal analyzer TG / DTA320U (made by Seiko Electronics Co., Ltd.).
(測定条件)試料 16mg、リファレンス α?アルミナ16mg。 (Measurement conditions) Sample 16 mg, reference α? Alumina 16 mg.
測定温度範囲 25〜1100℃
昇温速度 10℃/分。
Measurement temperature range 25 to 1100 ° C
Temperature increase rate 10 ° C / min.
(10)粉末X線回折
X線回折装置 XRD−6100((株)島津製作所製)を用いて、測定した。
(10) Powder X-ray diffraction Measurement was performed using an X-ray diffractometer XRD-6100 (manufactured by Shimadzu Corporation).
(11)分散安定性試験(沈降性試験)
試料を純水にて、Al2O3濃度1.0質量%へ調整後、遠心分離機にて、回転数1000rpmで1時間における、その分散安定性を評価した。遠心分離処理では、試料30gを2点処理した。その得られた試料の上澄みを1つにまとめて回収して、遠心分離処理前後の試料中のAl2O3濃度を800℃で焼成して質量測定し、そのAl2O3の残存率を測定した。
(11) Dispersion stability test (sedimentation test)
The sample was adjusted with pure water to an Al 2 O 3 concentration of 1.0% by mass, and then its dispersion stability in a centrifuge at 1000 rpm for 1 hour was evaluated. In the centrifugation process, two 30 g samples were processed. The supernatant of the obtained sample is collected and collected, and the Al 2 O 3 concentration in the sample before and after the centrifugation treatment is baked at 800 ° C. to measure the mass, and the residual rate of Al 2 O 3 is determined. It was measured.
(測定条件) 遠心分離機〔小型高速冷却遠心機 SRX−201 (株)トミー精工製;ローター TA−24BH型(最小半径35mm、平均半径68mm、最大半径99mm)〕
回転数 1000rpm、
遠心分離時間 1時間、
遠心分離温度 23℃、
沈降管寸法 (23.6mmφ、長さ102.37mm)、
サンプル量 60g(30g×2点)。
(Measurement conditions) Centrifuge [Compact high-speed cooling centrifuge SRX-201, manufactured by Tommy Seiko; rotor TA-24BH type (minimum radius 35 mm, average radius 68 mm, maximum radius 99 mm)]
1000 rpm,
Centrifugation time 1 hour,
Centrifuge temperature 23 ° C,
Settling tube dimensions (23.6 mmφ, length 102.37 mm),
Sample amount 60g (30g x 2 points).
実施例1
攪拌装置及びガス吹き込み管を装着したステンレス製容器に市販の液体アルミン酸ナトリウム1258g(AS−17、(株)北陸化成工業所製、Al2O3濃度19.13質量%、Na2O19.46質量%)に水4758gを加え、強く撹拌した。このときの希釈したアルミン酸ナトリウム水溶液の液温は22℃であった。この液中に液化二酸化炭素を気化させて得たガス状二酸化炭素を流速1.67リットル/分の速度で95分間導入した。ガス状二酸化炭素導入直後の反応混合物(スラリー)の液温は30℃、pHは10.63であった。この反応混合物を引き続いて、室温下4時間の撹拌を行った。そして撹拌処理済み反応混合物(pH10.80、Al2O3濃度4.0質量%)6000gを得た。
Example 1
1258 g of commercially available liquid sodium aluminate (AS-17, manufactured by Hokuriku Kasei Kogyo Co., Ltd., Al 2 O 3 concentration 19.13% by mass, Na 2 O 19.46) in a stainless steel vessel equipped with a stirrer and a gas blowing tube. 4758 g of water was added to (mass%) and stirred vigorously. The liquid temperature of the diluted sodium aluminate aqueous solution at this time was 22 ° C. Gaseous carbon dioxide obtained by vaporizing liquefied carbon dioxide was introduced into this liquid for 95 minutes at a flow rate of 1.67 liters / minute. The liquid temperature of the reaction mixture (slurry) immediately after the introduction of gaseous carbon dioxide was 30 ° C., and the pH was 10.63. This reaction mixture was subsequently stirred at room temperature for 4 hours. Then, 6000 g of a reaction mixture (pH 10.80, Al 2 O 3 concentration 4.0% by mass) was obtained.
得られた反応混合物4000gをステンレス製オートクレーブ容器に仕込み、140℃で15時間水熱処理を行った。得られた水性懸濁液は、pH10.30、電気伝導度56.4mS/cmを示し、Al2O3濃度4.0質量%であった。この水性懸濁液の動的光散乱法粒径分布を測定すると、182nmの流体力学的平均粒径(標準偏差23nm)を有する粒子群と920nmの流体力学的平均粒径(標準偏差115nm)を有する粒子群とが認められた。 4000 g of the obtained reaction mixture was charged in a stainless steel autoclave container and hydrothermally treated at 140 ° C. for 15 hours. The obtained aqueous suspension had a pH of 10.30, an electric conductivity of 56.4 mS / cm, and an Al 2 O 3 concentration of 4.0% by mass. When the dynamic light scattering particle size distribution of this aqueous suspension was measured, a particle group having a hydrodynamic average particle size of 182 nm (standard deviation 23 nm) and a hydrodynamic average particle size of 920 nm (standard deviation 115 nm) were obtained. And having particles.
この水性懸濁液を取り出した後、その水性懸濁液全量に純水5000gと酢酸14.8gとを加えて撹拌して、pH6.10に調製した後、限外濾過膜(分画分子量5万)を取り付けた撹拌機付自動連続加圧濾過装置にて、純水7000gを添加しながら脱塩し、その後、装置内で濃縮して酸性水性アルミナゾル1680gを得た。得られた酸性水性アルミナゾルはpH6.80、Al2O3濃度9.5質量%、Na2O濃度88質量ppm、電気伝導度104μS/cm、粘度25mPa・s、酢酸濃度0.18質量%であり、動的光散乱法粒径265nm、300℃で乾燥した粉体のBET法による比表面積108m2/gを示した。 After the aqueous suspension was taken out, 5000 g of pure water and 14.8 g of acetic acid were added to the total amount of the aqueous suspension and stirred to adjust the pH to 6.10. Then, an ultrafiltration membrane (fractionated molecular weight of 5 In addition, 7000 g of pure water was added for desalting in an automatic continuous pressure filtration apparatus with a stirrer, and then concentrated in the apparatus to obtain 1680 g of acidic aqueous alumina sol. The obtained acidic aqueous alumina sol had a pH of 6.80, an Al 2 O 3 concentration of 9.5 mass%, an Na 2 O concentration of 88 mass ppm, an electric conductivity of 104 μS / cm, a viscosity of 25 mPa · s, and an acetic acid concentration of 0.18 mass%. Yes, a specific surface area of 108 m 2 / g was measured by the BET method of the powder dried at 300 ° C. with a dynamic light scattering particle size of 265 nm.
得られた酸性水性アルミナゾルの動的光散乱法粒径分布を測定すると、260nmの流体力学的平均粒径(標準偏差60nm)を有する粒子群のみが認められた。透過型電子顕微鏡観察によると、得られた酸性水性アルミナゾル中のアルミナ水和物の1次粒子は、10〜20nmの一辺の長さと2.5〜7.5nmの厚さとを有する矩形板状粒子であった。そして、その1次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、50〜300nmの長さを有する柱状構造又は傾斜した柱状構造を有する2次粒子を形成していた。 When the dynamic light scattering particle size distribution of the obtained acidic aqueous alumina sol was measured, only particles having a hydrodynamic average particle size of 260 nm (standard deviation 60 nm) were recognized. According to transmission electron microscope observation, primary particles of alumina hydrate in the obtained acidic aqueous alumina sol have rectangular plate-like particles having a side length of 10 to 20 nm and a thickness of 2.5 to 7.5 nm. Met. Then, secondary particles having a columnar structure having a length of 50 to 300 nm or an inclined columnar structure formed by the primary particles condensing between the surfaces are formed.
この2次粒子の形態は、血液中で赤血球の凝結により形成される柱状構造(rouleax:仏語、long cylindrical and branched structures:英語)と類似している。 The morphology of the secondary particles is similar to a columnar structure (rouleax: French, long cylindrical and branched structures: English) formed by the aggregation of red blood cells in the blood.
また、その酸性水性アルミナゾルを110℃で乾燥した粉体を1100℃迄熱分析すると、そのアルミナ水和物のコロイド粒子は1.09のH2O/Al2O3モル比を有することと、同じくその110℃で乾燥した粉体の粉末X線回折法結果(第1表)より、ベーマイト構造を有するアルミナ水和物と同定できた。この酸性水性アルミナゾルは、密閉状態で50℃で1カ月保持した後でもゲル化することはなく安定であった。 Further, when the powder obtained by drying the acidic aqueous alumina sol at 110 ° C. is subjected to thermal analysis up to 1100 ° C., the colloidal particles of the alumina hydrate have a H 2 O / Al 2 O 3 molar ratio of 1.09, Similarly, from the powder X-ray diffraction result (Table 1) of the powder dried at 110 ° C., it could be identified as alumina hydrate having a boehmite structure. This acidic aqueous alumina sol was stable without being gelled even after being kept at 50 ° C. for one month in a sealed state.
この操作を繰り返し行い、得られたベーマイト構造を有する酸性水性アルミナゾル20000gを110℃の熱風乾燥機で24時間乾燥させた。その後、アルミナ乳鉢を用いて粉砕し、100メッシュ下のベーマイト構造を有するアルミナ粉末1900gを得た。このベーマイト構造を有するアルミナ粉末を磁性こう鉢に入れ、700℃の電気炉で5時間焼成して室温まで冷却し、アルミナ粉末1500gを得た。 This operation was repeated, and 20000 g of the obtained acidic aqueous alumina sol having a boehmite structure was dried with a hot air dryer at 110 ° C. for 24 hours. Thereafter, the mixture was pulverized using an alumina mortar to obtain 1900 g of alumina powder having a boehmite structure under 100 mesh. The alumina powder having the boehmite structure was put in a magnetic mortar, fired in an electric furnace at 700 ° C. for 5 hours, and cooled to room temperature to obtain 1500 g of alumina powder.
得られたアルミナ粉末は比表面積101m2/g、粉末X線回折法結果(第2表)よりγ型の結晶構造を有しており、透過型電子顕微鏡観察によると、1次粒子は10〜40nmの一辺の長さと5〜10nmの厚さとを有する矩形板状粒子であった。そして、その1次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、50〜300nmの長さを有する柱状構造又は傾斜した柱状構造を有する2次粒子も存在していた。 The obtained alumina powder has a specific surface area of 101 m 2 / g and a powder X-ray diffraction result (Table 2), and has a γ-type crystal structure. It was a rectangular plate-like particle having a side length of 40 nm and a thickness of 5 to 10 nm. And there existed secondary particles having a columnar structure having a length of 50 to 300 nm or an inclined columnar structure formed by the primary particles condensing between planes.
実施例2
実施例1と同様の操作を行い、得られたベーマイト構造を有するアルミナ粉末90gを磁性こう鉢に入れ、950℃の電気炉で5時間焼成して室温まで冷却し、アルミナ粉末71gを得た。
Example 2
The same operation as in Example 1 was performed, and 90 g of the obtained alumina powder having a boehmite structure was put in a magnetic mortar, fired in an electric furnace at 950 ° C. for 5 hours, and cooled to room temperature to obtain 71 g of alumina powder.
得られたアルミナ粉末は比表面積87m2/g、粉末X線回折法結果よりγ型の結晶構造を有しており、透過型電子顕微鏡観察によると、1次粒子は15〜45nmの一辺の長さと7〜15nmの厚さとを有する矩形板状粒子であった。そして、その1次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、50〜300nmの長さを有する柱状構造又は傾斜した柱状構造を有する2次粒子も存在していた。 The obtained alumina powder has a specific surface area of 87 m 2 / g, and has a γ-type crystal structure based on the results of powder X-ray diffraction. According to observation with a transmission electron microscope, the primary particles have a side length of 15 to 45 nm. And rectangular plate-like particles having a thickness of 7 to 15 nm. And there existed secondary particles having a columnar structure having a length of 50 to 300 nm or an inclined columnar structure formed by the primary particles condensing between planes.
実施例3
実施例1と同様の操作を行い、得られたγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末1500gに純水2136gと硝酸濃度62質量%の硝酸水溶液の67.7gを加え、ジルコニアビーズ(直径1mm)7400gの入った容量5Lのポリビンに全量入れて48時間、回転速度60rpmでボールミル分散を行った。
Example 3
The same operation as in Example 1 was carried out, and 2136 g of pure water and 67.7 g of a nitric acid aqueous solution having a nitric acid concentration of 62 mass% were added to 1500 g of the obtained alumina powder having a γ-type crystal structure, and 7400 g of zirconia beads (diameter 1 mm). The whole amount was placed in a 5 L polybin containing, and ball mill dispersion was performed at a rotation speed of 60 rpm for 48 hours.
その後、粉砕用のジルコニアビーズを分離してγ型の結晶構造を有するアルミナ粒子が分散する水性アルミナゾル3600gを得た。得られた水性アルミナゾルの物性は比重1.364、pH3.99、Al2O3濃度36.5質量%、粘度7.7mPa・s、動的光散乱法粒子径76nm、レーザー回折法平均粒子径0.107μm、300℃で乾燥したものの比表面積106m2/g、硝酸1.22質量%を示した。同じく、得られた酸性水性アルミナゾルの動的光散乱法粒径分布を測定すると、17.3nmの流体力学的平均粒径(標準偏差13.9nm)を有する粒子群と、150.8nmの流体力学的平均粒径(標準偏差65.4nm)を有する粒子群と、3153.0nmの流体力学的平均粒径(標準偏差633.2nm)を有する粒子群との三粒子群が認められた。分散安定性試験の評価では、Al2O3の残存率は97.2%であった。 Thereafter, zirconia beads for pulverization were separated to obtain 3600 g of an aqueous alumina sol in which alumina particles having a γ-type crystal structure were dispersed. The physical properties of the obtained aqueous alumina sol are: specific gravity 1.364, pH 3.99, Al 2 O 3 concentration 36.5% by mass, viscosity 7.7 mPa · s, dynamic light scattering particle size 76 nm, laser diffraction method average particle size It had a specific surface area of 106 m 2 / g and a nitric acid of 1.22 mass% when dried at 0.107 μm and 300 ° C. Similarly, when the dynamic light scattering particle size distribution of the obtained acidic aqueous alumina sol is measured, a particle group having a hydrodynamic average particle size (standard deviation of 13.9 nm) of 17.3 nm and a fluid dynamics of 150.8 nm are obtained. Three particle groups were observed, a particle group having an average particle size (standard deviation 65.4 nm) and a particle group having a hydrodynamic average particle size (standard deviation 633.2 nm) of 3153.0 nm. In the evaluation of the dispersion stability test, the residual ratio of Al 2 O 3 was 97.2%.
この水性アルミナゾルは、密閉状態で50℃で1カ月保持した後でもゲル化することはなく安定であった。 This aqueous alumina sol was stable without being gelated even after being kept at 50 ° C. for one month in a sealed state.
実施例4
実施例1と同様の操作を行い、得られたγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末1393gに純水1901.6gと硝酸濃度62質量%の硝酸水溶液19.9gを加え、ジルコニアビーズ(直径1mm)10800gの入った容量4Lの湿式メディア攪拌型バッチ式粉砕機(製品名;アトライター、型式;MA1SE−X、三井鉱山(株)製)に全量入れて11時間、回転速度300rpmで分散を行った。
Example 4
The same operation as in Example 1 was performed. To 1393 g of the obtained alumina powder having a γ-type crystal structure, 1901.6 g of pure water and 19.9 g of nitric acid aqueous solution having a nitric acid concentration of 62% by mass were added, and zirconia beads (diameter 1 mm) A total volume was put into a 4 L wet media agitation type batch grinder (product name: Attritor, model; MA1SE-X, manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd.) containing 10800 g and dispersed at a rotation speed of 300 rpm for 11 hours. .
その後、粉砕用のジルコニアビーズを分離してγ型の結晶構造を有するアルミナ粒子が分散する水性アルミナゾル2400gを得た。得られた水性アルミナゾルの物性は比重1.370、pH5.05、Al2O3濃度37.5質量%、粘度12.1mPa・s、動的光散乱法粒子径103nm、レーザー回折法平均粒子径0.105μm、300℃で乾燥したものの比表面積110m2/g、硝酸0.39質量%を示した。この水性アルミナゾルは、密閉状態で50℃で1カ月保持した後でもゲル化することはなく安定であった。 Thereafter, zirconia beads for pulverization were separated to obtain 2400 g of an aqueous alumina sol in which alumina particles having a γ-type crystal structure were dispersed. The physical properties of the obtained aqueous alumina sol are: specific gravity 1.370, pH 5.05, Al 2 O 3 concentration 37.5% by mass, viscosity 12.1 mPa · s, dynamic light scattering particle size 103 nm, laser diffraction method average particle size It was 0.105 μm, dried at 300 ° C., specific surface area 110 m 2 / g, and nitric acid 0.39% by mass. This aqueous alumina sol was stable without being gelated even after being kept at 50 ° C. for one month in a sealed state.
ウオーターバスにてバス温度50℃の条件で、減圧回転式濃縮機(ロータリーエバポレーター)を用いて、得られた水性アルミナゾルを容量1Lのナス型フラスコに498.3g入れて、メタノール7086gを導入しながら溶媒置換を行い、メタノール溶媒にγ型の結晶構造を有するアルミナ粒子が分散するオルガノアルミナゾル(メタノールアルミナゾル)860.5gを得た。 Using a reduced pressure rotary concentrator (rotary evaporator) in a water bath at a bath temperature of 50 ° C., the obtained aqueous alumina sol was put into 498.3 g in a 1 L eggplant type flask while introducing 7086 g of methanol. Solvent substitution was performed to obtain 860.5 g of an organoalumina sol (methanol alumina sol) in which alumina particles having a γ-type crystal structure were dispersed in a methanol solvent.
得られたメタノールアルミナゾルの物性はAl2O3濃度21.6質量%、残存水分0.93質量%、粘度10.9mPa・s、動的光散乱法粒子径136nmであり、密閉状態で50℃で1カ月保持した後でもゲル化することはなく安定であった。 The physical properties of the obtained methanol alumina sol were Al 2 O 3 concentration of 21.6% by mass, residual moisture of 0.93% by mass, viscosity of 10.9 mPa · s, dynamic light scattering particle diameter of 136 nm, and 50 ° C. in a sealed state. And kept stable for 1 month without gelation.
実施例5
実施例1と同様に反応混合物の調製を行い、攪拌処理済み反応混合物4200g(pH10.79、Al2O3濃度4.0質量%)を得た。この反応混合物4150gをステンレス製オートクレーブ容器に仕込み、140℃で15時間水熱処理を行った。得られた水性懸濁液は、pH10.45、電気伝導度62.6mS/cm、Al2O3濃度4.0質量%であった。
Example 5
The reaction mixture was prepared in the same manner as in Example 1 to obtain 4200 g (pH 10.79, Al 2 O 3 concentration 4.0 mass%) of the stirred reaction mixture. 4150 g of this reaction mixture was charged into a stainless steel autoclave container and hydrothermally treated at 140 ° C. for 15 hours. The obtained aqueous suspension had a pH of 10.45, an electric conductivity of 62.6 mS / cm, and an Al 2 O 3 concentration of 4.0% by mass.
この水性懸濁液を取り出した後、その水性懸濁液に水4150gを加え、その後、水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR−120B(登録商標)、ローム・アンド・ハース社製)2739gを投入した。その後、更に20質量%の酢酸濃度を有する酢酸水溶液4.2gを加えてpH4.69に調製した後、減圧濃縮して酸性水性アルミナゾル1126gを得た。 After this aqueous suspension was taken out, 4150 g of water was added to the aqueous suspension, and then 2739 g of a hydrogen type cation exchange resin (Amberlite IR-120B (registered trademark), manufactured by Rohm and Haas) was added. I put it in. Thereafter, 4.2 g of an acetic acid aqueous solution having an acetic acid concentration of 20% by mass was further added to adjust the pH to 4.69, followed by concentration under reduced pressure to obtain 1126 g of an acidic aqueous alumina sol.
得られた酸性水性アルミナゾルはpH5.34、Al2O3濃度14.3質量%、電気伝導度529μS/cmであり、動的光散乱法粒径363nmであり、300℃で乾燥した粉体のBET法による比表面積は104m2/gを示した。透過型電子顕微鏡観察によると、得られた酸性水性アルミナゾルに含有されるアルミナ水和物のコロイド粒子は10〜20nmの一辺の長さと2.5〜7.5nmの厚さとを有する矩形板状粒子であった。そして、その1次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、50〜300nmの長さを有する柱状構造又は傾斜した柱状構造を有する2次粒子を形成していた。 The obtained acidic aqueous alumina sol had a pH of 5.34, an Al 2 O 3 concentration of 14.3% by mass, an electric conductivity of 529 μS / cm, a dynamic light scattering particle size of 363 nm, and a powder dried at 300 ° C. The specific surface area according to the BET method was 104 m 2 / g. According to transmission electron microscope observation, colloidal particles of alumina hydrate contained in the obtained acidic aqueous alumina sol have rectangular plate-like particles having a side length of 10 to 20 nm and a thickness of 2.5 to 7.5 nm. Met. Then, secondary particles having a columnar structure having a length of 50 to 300 nm or an inclined columnar structure formed by the primary particles condensing between the surfaces are formed.
また、この酸性水性アルミナゾルを密閉状態で50℃で1ヶ月保持した後でもゲル化することはなく安定であった。 The acidic aqueous alumina sol was stable without being gelated even after being kept sealed at 50 ° C. for 1 month.
得られたベーマイト構造を有する酸性水性アルミナゾル500gを110℃の熱風乾燥機で24時間乾燥させた。その後、アルミナ乳鉢を用いて粉砕し、100メッシュ下のベーマイト構造を有するアルミナ粉末71.5gを得た。このベーマイト構造を有するアルミナ粉末を磁性こう鉢に入れ、700℃の電気炉で5時間焼成して室温まで冷却し、アルミナ粉末58.3gを得た。 500 g of the obtained acidic aqueous alumina sol having a boehmite structure was dried with a hot air dryer at 110 ° C. for 24 hours. Thereafter, the mixture was pulverized using an alumina mortar to obtain 71.5 g of alumina powder having a boehmite structure under 100 mesh. The alumina powder having the boehmite structure was placed in a magnetic mortar, fired in an electric furnace at 700 ° C. for 5 hours, and cooled to room temperature to obtain 58.3 g of alumina powder.
得られたアルミナ粉末は比表面積101m2/g、粉末X線回折法結果(第2表)よりγ型の結晶構造を有しており、透過型電子顕微鏡観察によると、1次粒子は10〜40nmの一辺の長さと5〜10nmの厚さとを有する矩形板状粒子であった。そして、その1次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、50〜300nmの長さを有する柱状構造又は傾斜した柱状構造を有する2次粒子も存在していた。 The obtained alumina powder has a specific surface area of 101 m 2 / g and a powder X-ray diffraction result (Table 2), and has a γ-type crystal structure. It was a rectangular plate-like particle having a side length of 40 nm and a thickness of 5 to 10 nm. And there existed secondary particles having a columnar structure having a length of 50 to 300 nm or an inclined columnar structure formed by the primary particles condensing between planes.
実施例6
実施例1と同様に反応混合物の調製を行い、攪拌処理済み反応混合物4450g(pH10.79、Al2O3濃度4.0質量%)を得た。この反応混合物4400gをステンレス製オートクレーブ容器に仕込み、140℃で15時間水熱処理を行った。得られた水性懸濁液は、pH10.45、電気伝導度62.6mS/cm、Al2O3濃度4.0質量%であった。
Example 6
The reaction mixture was prepared in the same manner as in Example 1 to obtain 4450 g (pH 10.79, Al 2 O 3 concentration 4.0% by mass) of the stirred reaction mixture. 4400 g of this reaction mixture was charged into a stainless steel autoclave container and hydrothermally treated at 140 ° C. for 15 hours. The obtained aqueous suspension had a pH of 10.45, an electric conductivity of 62.6 mS / cm, and an Al 2 O 3 concentration of 4.0% by mass.
この水性懸濁液に液量が一定になるように水を加えながら、公称孔径0.2μmの精密濾過膜を取り付けた攪拌機付自動連続加圧濾過装置を用いて循環しながら脱塩した。脱塩処理反応混合物はpH10.26、電気伝導度230μS/cm、Al2O3濃度8.0質量%であった。 While adding water to this aqueous suspension so that the liquid amount was constant, desalting was performed while circulating using an automatic continuous pressure filtration apparatus with a stirrer equipped with a microfiltration membrane having a nominal pore size of 0.2 μm. The desalting treatment reaction mixture had a pH of 10.26, an electric conductivity of 230 μS / cm, and an Al 2 O 3 concentration of 8.0% by mass.
この脱塩処理反応混合物を取り出した後、その脱塩処理反応混合物全量に20質量%の酢酸濃度を有する酢酸水溶液6.7gを加えて攪拌し、pH5.50に調製した後、減圧濃縮して酸性水性アルミナゾル1141gを得た。 After removing this desalting treatment reaction mixture, 6.7 g of an acetic acid aqueous solution having an acetic acid concentration of 20% by mass was added to the total amount of the desalting treatment reaction mixture and stirred to adjust the pH to 5.50, followed by concentration under reduced pressure. 1141 g of acidic aqueous alumina sol was obtained.
この得られた酸性水性アルミナゾルはpH6.00、電気伝導度700μS/cm、Al2O3濃度14.8%、粘度12.3mPas、動的光散乱法粒径282nmであり、300℃で乾燥した粉体のBET法による比表面積は106m2/gを示した。 The obtained acidic aqueous alumina sol had a pH of 6.00, an electric conductivity of 700 μS / cm, an Al 2 O 3 concentration of 14.8%, a viscosity of 12.3 mPas, a dynamic light scattering particle size of 282 nm, and was dried at 300 ° C. The specific surface area of the powder by the BET method was 106 m 2 / g.
透過型電子顕微鏡観察によると、得られた酸性水性アルミナゾルに含有されるアルミナ水和物のコロイド粒子は10〜20nmの一辺の長さと2.5〜7.5nmの厚さとを有する矩形板状粒子であった。そして、その1次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、50〜300nmの長さを有する柱状構造又は傾斜した柱状構造を有する2次粒子を形成していた。
また、このゾルを密閉状態で50℃で1ヶ月保持した後でもゲル化することはなく安定であった。
According to transmission electron microscope observation, colloidal particles of alumina hydrate contained in the obtained acidic aqueous alumina sol have rectangular plate-like particles having a side length of 10 to 20 nm and a thickness of 2.5 to 7.5 nm. Met. Then, secondary particles having a columnar structure having a length of 50 to 300 nm or an inclined columnar structure formed by the primary particles condensing between the surfaces are formed.
Further, even after this sol was kept at 50 ° C. for 1 month in a sealed state, it did not gel and was stable.
得られたベーマイト構造を有する酸性水性アルミナゾル500gを110℃の熱風乾燥機で24時間乾燥させた。その後、アルミナ乳鉢を用いて粉砕し、100メッシュ下のベーマイト構造を有するアルミナ粉末74.0gを得た。このベーマイト構造を有するアルミナ粉末を磁性こう鉢に入れ、700℃の電気炉で5時間焼成して室温まで冷却し、アルミナ粉末60.4gを得た。 500 g of the obtained acidic aqueous alumina sol having a boehmite structure was dried with a hot air dryer at 110 ° C. for 24 hours. Thereafter, the mixture was pulverized using an alumina mortar to obtain 74.0 g of alumina powder having a boehmite structure under 100 mesh. The alumina powder having the boehmite structure was put in a magnetic mortar, fired in an electric furnace at 700 ° C. for 5 hours, and cooled to room temperature to obtain 60.4 g of alumina powder.
得られたアルミナ粉末は比表面積101m2/g、粉末X線回折法結果(第2表)よりγ型の結晶構造を有しており、透過型電子顕微鏡観察によると、1次粒子は10〜40nmの一辺の長さと5〜10nmの厚さとを有する矩形板状粒子であった。そして、その1次粒子が面−面間で凝結することにより形成される、50〜300nmの長さを有する柱状構造又は傾斜した柱状構造を有する2次粒子も存在していた。 The obtained alumina powder has a specific surface area of 101 m 2 / g and a powder X-ray diffraction result (Table 2), and has a γ-type crystal structure. It was a rectangular plate-like particle having a side length of 40 nm and a thickness of 5 to 10 nm. And there existed secondary particles having a columnar structure having a length of 50 to 300 nm or an inclined columnar structure formed by the primary particles condensing between planes.
比較例1
実施例1の方法と同様の操作を行い得られたベーマイト構造を有するアルミナ粉末90gを磁性こう鉢に入れ、400℃の電気炉で24時間焼成して室温まで冷却し、アルミナ粉末70gを得た。
Comparative Example 1
90 g of alumina powder having a boehmite structure obtained by the same operation as the method of Example 1 was put in a magnetic mortar, fired in an electric furnace at 400 ° C. for 24 hours, and cooled to room temperature to obtain 70 g of alumina powder. .
得られたアルミナ粉末は粉末X線回折法結果よりベーマイト型の結晶構造のアルミナとγ型の結晶構造を有しており、透過型電子顕微鏡観察によると、1次粒子は10〜40nmの一辺の長さと3〜10nmの厚さとを有する矩形板状粒子であった。
比較例2
実施例1の方法と同様の操作を行い得られたベーマイト構造を有するアルミナ粉末90gを磁性こう鉢に入れ、1000℃の電気炉で4時間焼成して室温まで冷却し、アルミナ粉末72gを得た。
The obtained alumina powder has alumina of the boehmite type crystal structure and γ type crystal structure from the powder X-ray diffraction result, and according to observation with a transmission electron microscope, the primary particle has a side of 10 to 40 nm. It was a rectangular plate-like particle having a length and a thickness of 3 to 10 nm.
Comparative Example 2
90 g of alumina powder having a boehmite structure obtained by the same operation as the method of Example 1 was put in a magnetic mortar, fired in an electric furnace at 1000 ° C. for 4 hours, and cooled to room temperature to obtain 72 g of alumina powder. .
得られたアルミナ粉末は粉末X線回折法結果よりδ型の結晶構造のアルミナを有しており、透過型電子顕微鏡観察によると、1次粒子は20〜60nmの一辺の長さと10〜20nmの厚さとを有する矩形板状粒子であった。
比較例3
実施例1の方法と同様の操作を行い得られたベーマイト構造を有するアルミナ粉末90gを磁性こう鉢に入れ、1100℃の電気炉で4時間焼成して室温まで冷却し、アルミナ粉末72gを得た。
The obtained alumina powder has alumina of δ type crystal structure from the powder X-ray diffractometry, and according to observation with a transmission electron microscope, the primary particles have a side length of 20 to 60 nm and a length of 10 to 20 nm. A rectangular plate-like particle having a thickness.
Comparative Example 3
90 g of alumina powder having a boehmite structure obtained by the same operation as the method of Example 1 was placed in a magnetic mortar, fired in an electric furnace at 1100 ° C. for 4 hours, and cooled to room temperature to obtain 72 g of alumina powder. .
得られたアルミナ粉末は粉末X線回折法結果よりα型の結晶構造のアルミナを有しており、透過型電子顕微鏡観察によると、1次粒子は20〜60nmの一辺の長さと10〜20nmの厚さとを有する矩形板状粒子であった。 The obtained alumina powder has [alpha] -type crystal structure alumina from the powder X-ray diffraction results, and according to observation with a transmission electron microscope, the primary particles have a side length of 20 to 60 nm and a length of 10 to 20 nm. A rectangular plate-like particle having a thickness.
本発明によって得られるγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末及びγ型の結晶構造を有するアルミナ粒子が分散した水性アルミナゾルは、従来の水性アルミナゾルに比較すると、例えば市販のベーマイト構造を有するアルミナ水和物の分散性の高い六角板状粒子及び/又は矩形板状粒子を含有する水性アルミナゾルと、市販のベーマイト構造を有するアルミナ水和物のチクソトロピー性の高い繊維状粒子を含有する水性アルミナゾルとの中間的挙動をするため、種々の用途に従来得られなかった改良をもたらす。 The alumina powder having the γ-type crystal structure and the aqueous alumina sol in which the alumina particles having the γ-type crystal structure obtained by the present invention are dispersed in, for example, an alumina hydrate having a commercially available boehmite structure as compared with the conventional aqueous alumina sol. Between an aqueous alumina sol containing hexagonal plate particles and / or rectangular plate particles having a high dispersibility and an aqueous alumina sol containing fibrous particles having high thixotropic properties of alumina hydrate having a boehmite structure on the market The behavior results in improvements not previously available for various applications.
組成物をつくるために従来のアルミナゾルに加えられた成分は、本発明のγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末及びアルミナゾルに対しても加えることができる。それは、シリカゾル、アルキルシリケートの加水分解液、その他の金属酸化物ゾル、水溶性樹脂、樹脂エマルジョン、増粘剤、消泡剤、界面活性剤、耐火物粉末、金属粉末、顔料、カップリング剤などが挙げられる。 Components added to a conventional alumina sol to make a composition can also be added to the alumina powder and alumina sol having a γ-type crystal structure of the present invention. It includes silica sol, hydrolyzed alkyl silicate, other metal oxide sol, water-soluble resin, resin emulsion, thickener, antifoaming agent, surfactant, refractory powder, metal powder, pigment, coupling agent, etc. Is mentioned.
従来から用いられている種々の塗料成分と共に本発明のγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末及びアルミナゾルを配合することにより、無機塗料、耐熱塗料、防食塗料、無機?有機複合塗料などを容易に調製することができる。本発明のアルミナゾルを含有する塗料から形成された乾燥塗膜にはピンホールが少なく、クラックも殆ど見られない。この理由は、塗膜形成において、アルミナゾルに含有されるの50〜400nmの柱状2次粒子は一般のコロイド粒子に見られる塗膜中での偏析現象を起こさず、塗膜中内に2次粒子による堅牢な架橋構造を形成するためと考えられる。またベーマイト型の結晶構造を有するアルミナゾルの乾燥物よりも硬度が高いため、塗膜に傷がつきにくくなるなどの利点がある。 Easily prepare inorganic paints, heat-resistant paints, anticorrosive paints, inorganic / organic composite paints, etc. by blending alumina powder and alumina sol having the γ-type crystal structure of the present invention together with various paint components used conventionally. can do. The dry coating film formed from the coating material containing the alumina sol of the present invention has few pinholes and almost no cracks. This is because in the formation of the coating film, the columnar secondary particles of 50 to 400 nm contained in the alumina sol do not cause segregation in the coating film as seen in general colloidal particles. This is considered to form a robust cross-linked structure. Further, since the hardness is higher than that of the dried alumina sol having a boehmite type crystal structure, there is an advantage that the coating film is hardly damaged.
本発明のγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末及びアルミナゾルを含有するこれら塗料、接着剤などは、種々の基材、例えば、ガラス、セラミックス、金属、プラスチックス、木材、繊維、紙などの表面に適用することができる。本発明のアルミナゾルは、通常のガラス繊維、セラミック繊維、その他の無機繊維などのフェルト状物に含浸させることもできる。 These paints and adhesives containing alumina powder and alumina sol having a γ-type crystal structure of the present invention are applied to the surface of various substrates such as glass, ceramics, metals, plastics, wood, fibers, paper, etc. Can be applied. The alumina sol of the present invention can be impregnated with a felt-like material such as ordinary glass fiber, ceramic fiber, and other inorganic fibers.
本発明のγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末及びアルミナゾルは原料としているベーマイト構造を有するアルミナゾルの2次粒子の大きさである50〜400nmの柱状構造を有するため、多層配線半導体デバイスにおける層間絶縁膜、及びアルミニウム、銅、タングステン又はそれらの合金のようなメタル配線の表面研磨、及び基材例えば磁気記録媒体用ディスクの上に設けられたNi−P等のメッキ層の表面研磨剤としても有用である。 Since the alumina powder and alumina sol having a γ-type crystal structure of the present invention have a columnar structure of 50 to 400 nm which is the size of secondary particles of alumina sol having a boehmite structure as a raw material, an interlayer insulating film in a multilayer wiring semiconductor device It is also useful as a surface polishing agent for the surface of metal wiring such as aluminum, copper, tungsten or alloys thereof, and for plating layers such as Ni-P provided on a substrate such as a disk for a magnetic recording medium. is there.
本発明のγ型の結晶構造を有するアルミナゾルは、高い安定性を示し、その媒体の除去によって終局的にゲルに変わる性質を有するが、このアルミナゾルに含有される2次粒子は50〜400nmの柱状構造を有するので、このアルミナゾルがゲル化する際に、又は硬化後には、このアルミナゾルに由来する独特の性質を示す。上記用途の他にも種々の用途に有用であることは容易に理解されよう。
The alumina sol having a γ-type crystal structure of the present invention exhibits high stability and has the property of eventually turning into a gel upon removal of the medium, but the secondary particles contained in the alumina sol have columnar shapes of 50 to 400 nm. Due to its structure, it exhibits unique properties derived from this alumina sol when it gels or after curing. It will be readily understood that the present invention is useful in various applications other than the above applications.
Claims (9)
(A):5〜35℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、10.5〜11.5のpHを有する反応混合物を生成させる工程、
(B):(A)工程で得られた当該反応混合物を110〜250℃の温度で水熱処理することにより、ベーマイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程、
(C):(B)工程で得られた当該水性懸濁液を、限外濾過法にて水と酸とを添加して脱塩処理することにより、3〜7のpHを有する酸性水性アルミナゾルを形成させる工程、及び
(D):(C)工程で得られた当該酸性水性アルミナゾルを乾燥して、450〜950℃で3〜24時間焼成することによりγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末を生成させる工程。 A method for producing an alumina powder having a γ-type crystal structure, comprising the following steps (A), (B), (C) and (D).
(A): A step of generating a reaction mixture having a pH of 10.5 to 11.5 by adding liquid or gaseous carbon dioxide to an aqueous alkali aluminate solution at a liquid temperature of 5 to 35 ° C.
(B): A step of producing an aqueous suspension containing an alumina hydrate having a boehmite structure by hydrothermally treating the reaction mixture obtained in the step (A) at a temperature of 110 to 250 ° C.
(C): An acidic aqueous alumina sol having a pH of 3 to 7 by subjecting the aqueous suspension obtained in the step (B) to desalination by adding water and an acid by an ultrafiltration method. And (D): The acidic aqueous alumina sol obtained in the step (C) is dried and calcined at 450 to 950 ° C. for 3 to 24 hours to obtain an alumina powder having a γ-type crystal structure. Generating step.
(a):5〜35℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、10.5〜11.5のpHを有する反応混合物を生成させる工程、
(b):(a)工程で得られた当該反応混合物を110〜250℃の温度で水熱処理することにより、ベーマイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程、
(c):(b)工程で得られた当該水性懸濁液を、ケーク濾過法にて水と酸とを添加して脱塩処理することにより、3〜7のpHを有する酸性水性アルミナゾルを形成させる工程、及び
(d):(c)工程で得られた当該酸性水性アルミナゾルを乾燥して、450〜950℃で3〜24時間焼成することによりγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末を生成させる工程。 A method for producing an alumina powder having a γ-type crystal structure, comprising the following steps (a), (b), (c) and (d):
(A): A step of generating a reaction mixture having a pH of 10.5 to 11.5 by adding liquid or gaseous carbon dioxide to an aqueous alkali aluminate solution at a liquid temperature of 5 to 35 ° C.
(B): a step of hydrothermally treating the reaction mixture obtained in step (a) at a temperature of 110 to 250 ° C. to produce an aqueous suspension containing an alumina hydrate having a boehmite structure;
(C): The aqueous suspension obtained in the step (b) is desalted by adding water and an acid by a cake filtration method, whereby an acidic aqueous alumina sol having a pH of 3 to 7 is obtained. And (d): the acidic aqueous alumina sol obtained in the step (c) is dried and calcined at 450 to 950 ° C. for 3 to 24 hours to produce an alumina powder having a γ-type crystal structure. Process.
(A’):5〜35℃の液温下、アルミン酸アルカリ水溶液に液状又は気体状二酸化炭素を添加することにより、10.5〜11.5のpHを有する反応混合物を生成させる工程、
(B’):(A’)工程で得られた当該反応混合物を110〜250℃の温度で水熱処理することにより、ベーマイト構造を有するアルミナ水和物を含有する水性懸濁液を生成させる工程、及び
(C’):(B’)工程で得られた当該水性懸濁液を、水素型酸性陽イオン交換樹脂と水酸型強塩基性陰イオン交換樹脂とを接触させることにより、3〜7のpHを有する酸性水性アルミナゾルを形成させる工程、及び
(D’):(C’)工程で得られた当該酸性水性アルミナゾルを乾燥して、450〜950℃で3〜24時間焼成することによりγ型の結晶構造を有するアルミナ粉末を生成させる工程。 A method for producing an alumina powder having a γ-type crystal structure, comprising the following steps (A ′), (B ′), (C ′) and (D ′).
(A ′): a step of generating a reaction mixture having a pH of 10.5 to 11.5 by adding liquid or gaseous carbon dioxide to an aqueous alkali aluminate solution at a liquid temperature of 5 to 35 ° C.,
(B ′): A step of producing an aqueous suspension containing an alumina hydrate having a boehmite structure by hydrothermally treating the reaction mixture obtained in the step (A ′) at a temperature of 110 to 250 ° C. And (C ′): The aqueous suspension obtained in the step (B ′) is brought into contact with a hydrogen-type acidic cation exchange resin and a hydroxyl-type strongly basic anion exchange resin to obtain 3- A step of forming an acidic aqueous alumina sol having a pH of 7, and (D ′): by drying the acidic aqueous alumina sol obtained in the step (C ′) and calcining at 450 to 950 ° C. for 3 to 24 hours. producing alumina powder having a gamma-type crystal structure;
An organoalumina sol comprising a step of mixing alumina powder having a γ-type crystal structure obtained by the production method according to any one of claims 1 to 6 and an organic solvent, and subjecting the mixture to a mechanical dispersion treatment. Manufacturing method.
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