(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸化アルミニウム又はアルミナ水和物を水又はアルカリ水溶液とともにスラリー状にしたものと、水とを用い、水は飽和蒸気温度以上に加熱するとともに、飽和水蒸気圧以下に加圧しながら供給し、一方、スラリーは飽和蒸気温度未満、飽和水蒸気圧以上に加圧しながら供給し、これらを飽和蒸気温度以下にならないように混合比を調整しながら噴霧混合し、反応部において高温高圧条件で水熱合成を行い、合成後、減温減圧してアルミナ粒子を製造することを特徴とするアルミナ粒子の連続水熱合成方法。
【請求項２】
水酸化アルミニウム又はアルミナ水和物はサブミクロオーダーに粒度調整したものである請求項１記載のアルミナ粒子の連続水熱合成方法。
【請求項３】
上記反応部における高温高圧条件が３５０℃以上で５０ｋｇｆ／ｃｍ2以上である請求項１又は２記載のアルミナ粒子の連続水熱合成方法。
【請求項４】
上記反応部における高温高圧条件が４００〜５００℃で１００〜２００ｋｇｆ／ｃｍ2である請求項３記載のアルミナ粒子の連続水熱合成方法。
【請求項５】
噴霧混合後の配管内の流速は、毎分０．２ｍ以上である請求項１記載のアルミナ粒子の連続水熱合成方法。
【請求項６】
スラリーは、水又はアルカリ水溶液に対する水酸化アルミニウム又はアルミナ水和物の濃度が１〜５０ｗｔ％である請求項１記載のアルミナ粒子の連続水熱合成方法。
【請求項７】
上記濃度が２〜２０ｗｔ％である請求項６記載のアルミナ粒子の連続水熱合成方法。
【請求項８】
製造されるアルミナ粒子が、粒子径０．２〜１μｍ、アスペクト比（粒子長径／厚さ）１〜５０である請求項１ないし７のいずれかに記載の連続水熱合成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗料用顔料やセラミックス原料、磁気テープのフィラー、研磨剤等に適した微細板状アルミナ粒子を水熱処理により連続的に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細アルミナ粒子の製造方法として、バイヤー法によりアルミナを製造し、得られた粉体を機械的細分化法により微細アルミナ粒子を得る方法が知られている。この方法は、得られる粒子の一つ一つの生成粒子のコントロールが難しい問題を抱えている。この他に、化学的成長法によりアルミナ粒子を得る方法として水熱合成法が知られており、粒子形状や粒度分布の揃ったアルミナ粒子が生成されることが知られている。しかし、この方法では、オートクレーブを使用し、比較的長い反応時間が必要であることが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のアルミナ粒子の製造方法では均一な１次粒子である微細なアルミナ粒子は得られていない。又、反応にも長時間を要しているので、本発明では均一で微細アルミナ粒子を比較的短時間に連続的に製造することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水酸化アルミニウム又はアルミナ水和物を水又はアルカリ水溶液とともに、スラリー状にしたものと、水とを用い、水は飽和蒸気温度以上に加熱するとともに、飽和水蒸気圧以下に加圧しながら供給し、一方、スラリーは飽和蒸気温度未満、飽和水蒸気圧以上に加圧しながら供給し、これらを飽和蒸気温度以下にならないように混合比を調整しながら噴霧混合し、反応部において高温高圧条件で水熱合成を行い、合成後、減温減圧してアルミナ粒子を製造することを特徴とするアルミナ粒子の連続水熱合成方法である。
【０００５】
上記反応部における高温高圧条件が３５０℃以上で５０ｋｇｆ／ｃｍ2以上、より望ましくは４００〜５００℃で１００〜２００ｋｇｆ／ｃｍ2であり、又、噴霧混合後の配管内の流速は、毎分０．２ｍ以上であるとよい。
スラリーは、水又はアルカリ水溶液に対する水酸化アルミニウム又はアルミナ水和物の濃度が１〜５０ｗｔ％、より好ましくは２〜２０ｗｔ％である。
【０００６】
本発明は出発原料として水酸化アルミニウム又はベーマイト等のアルミナ水和物を予めボールミル等で粉砕してサブミクロンオーダーに粒度調整したものを用い、これを水又は苛性ソーダ、炭酸ソーダ等のアルカリ水溶液とともに濃度を調整し、１ないし５０ｗｔ％、好ましくは２ないし２０ｗｔ％で加圧しながら配管中に送り込み、これをもう一方の過熱蒸気で噴霧混合せしめることでスラリーを同時に過熱蒸気と固体分にし、高温高圧雰囲気中を滞留させ、その後降温、減圧するような連続水熱合成により行われる。出発原料である水酸化アルミニウム又はアルミナ水和物をサブミクロンオーダーに粒度調節することは、連続水熱合成において噴霧混合時に原料固体分が浮遊することができずに堆積してしまうことや、噴霧混合時において閉塞となるため、さらに微細粒子を合成するために微細な原料が必要であるからである。温度、出力の条件に関しては、Ａｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏ系状態図で、α−Ａｌ2Ｏ3の安定な領域でなければならない。温度を３５０℃以上と限定する理由は、３５０℃未満ではα−Ａｌ2Ｏ3を得ることができないためである。温度、圧力についての上限は特に限定はしていないが、装置に係るもので、経済性を考慮した範囲内のものが好ましく、好ましくは濃度４００〜５５０℃の条件で圧力５０気圧以上好ましくは１００ないし２００ｋｇｆ／ｃｍ2の条件であり、高温高圧ほどα−Ａｌ2Ｏ3の生成速度は大きく、短時間で微細な粒子が得られる。
【０００７】
噴霧混合後流速を毎分０．２ｍ以上とする理由は、流速が遅いと配管内の滞留時間を稼ぐことができ、α−Ａｌ2Ｏ3を合成することができるが、得られる粒子は一つ一つの形状や大きさにばらつきが見られ均一な微細粒子を得ることにはならず、流速を考慮した合成条件が必要となり、毎時０．２ｍ以上の流速となると、粒子の大きさが微細で一つ一つの粒子が均一で揃ったα−Ａｌ2Ｏ3粒子となり、さらに流速が速くなると微細で薄肉板状のアルミナが合成される。
【０００８】
本発明の製造方法により、結晶形が六方晶形で特定の結晶面が平板状に成長した微細なα−Ａｌ2Ｏ3粒子を得ることができる。さらにこの粒子は、粒子径が０．２〜１μｍ、アスペクト比（粒子長径／厚さ）１〜５０のものとすることができる。特に０．５μｍ未満の粒子径とすることができ、かかるα−Ａｌ2Ｏ3粒子は研磨剤やフィラー等として使用できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、例えば図１に示すような連続水熱合成装置によって実施される。図１中、１は水質液体タンク、２はスラリータンクであり、３，４はそれぞれ供給するためのポンプである。５は加熱部を示し、６は加熱ヒーターである。ポンプ３により供給された水質液体タンク１内の水質液体（水）は加熱ヒーター６により飽和蒸気温度以上、特には臨界温度以上に加熱され、また、ポンプ４により供給されたスラリータンク２内のスラリーは常温のまま送り込まれる。このように加熱された水質流体と常温のスラリーとは、噴霧混合部８において混合され、ついで加熱ヒーター９により反応温度近くにまで加熱されて、反応部１０に送入される。反応部１０には加熱ヒーター１１が設けてあり、必要により追加加熱する。反応生成物はクーラー１２により強制的に冷却され、絞り弁２０を通過した後生成物排出部１３もしくは細管２１に送られる。絞り弁２０は無くてもよい。生成物排出部１３もしくは細管２１は、コック２２により切り替えられる。生成物排出部１３に切り替えた場合、生成物排出部１３の上流側には遮断弁１４、下流側には遮断弁１５および２３が設けられている。生成物はまず遮断弁１４を開くことによって生成物排出部１３内に生成物を収容し、ついで遮断弁１４を閉じて遮断弁１５および２３を開いて生成物をレシーバー１６に送る。生成物は取り出し容器１８に排出される。１９は遮断弁１４を閉じ遮断弁１５を開いたとき、系内のスラリー反応生成物の圧力が不足する場合を考慮して設けられた補助装置であり、圧縮ガス供給器である。細管２１に切り替えた場合、細管を生成物を通過し、細管内の圧力損失により常圧にまで減圧されレシーバー１６に送られ、取り出し容器１８に排出される。
【００１０】
上記において噴霧混合部８は必要により噴霧装置で微粒子に噴霧した後、粉砕器により微粒子をさらに１０μｍ以下にする。
以下、上記装置を用いて実施した本発明の実施例について述べる。なお、スラリーポンプ能力は２リットル／時間、水ポンプ能力は８リットル／時間、反応部の体積は３２リットルとした。
【００１１】
実施例１
バイヤー法によって得た水酸化アルミニウムをボールミルにて中心粒径０．４μｍに粒度調整したものをイオン交換水により濃度２．５ｗｔ％となるよう調整し、毎時２リットルの送り量で送り出し、またイオン交換水を毎時８リットルで送り出すように調整した連続装置で、圧力１００ｋｇｆ／ｃｍ2、温度４５０℃で反応させた。噴霧混合後の流速は毎分１．０ｍであった。得られた生成物を洗浄、濾過、乾燥して得た粉末をＸ線回折法により生成物の同定をすると１００％のαアルミナが生成しており、このαアルミナの粒子径は０．２μｍ、アスペクト比は２０であった。
【００１２】
実施例２
バイヤー法によって得た水酸化アルミニウムをボールミルにて中心粒径０．４μｍに粒度調整したものをイオン交換水により濃度１０ｗｔ％となるよう調整し、毎時２リットルの送り量で送り出し、またイオン交換水を毎時８リットルで送り出すように調整した連続装置で、圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ2、温度４３０℃で反応させた。噴霧混合後の流速は毎分０．９ｍであった。得られた生成物を洗浄、濾過、乾燥して得た粉末をＸ線回折法により生成物の同定をすると、１００％のαアルミナが生成しており、粒子径が０．５μｍ、アスペクト比が２０であった。
【００１３】
実施例３
バイヤー法によって得た水酸化アルミニウムをボールミルにて中心粒径０．４μｍに粒度調整したものをイオン交換水により濃度１０ｗｔ％となるように調整し、毎時２リットルの送り量で送り出し、またイオン交換水を毎時８リットルで送り出すように調整した連続装置で、圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ2、温度５００℃で反応させた。噴霧混合後の流速は毎分０．５ｍであった。得られた生成物を洗浄、濾過、乾燥して得た粉末をＸ線回折法により生成物の同定をすると、１００％のαアルミナが生成しており、粒子径が０．４μｍ、アスペクト比が１０であった。
【００１４】
実施例４
バイヤー法によって得た水酸化アルミニウムをボールミルにて中心粒径０．４μｍに粒度調整したものをイオン交換水により濃度１０ｗｔ％となるよう調整し、毎時２リットルの送り量で送り出し、またイオン交換水を毎時８リットルで送り出すように調整した連続装置で、圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ2、温度５５０℃で反応させた。噴霧混合後の流速は毎分０．５５ｍであった。得られた生成物を洗浄、濾過、乾燥して得た粉末をＸ線回折法により生成物の同定をすると、１００％のαアルミナが生成しており、粒子径が０．３μｍ、アスペクト比が５であった。
【００１５】
実施例５
バイヤー法によって得た水酸化アルミニウムをボールミルにて中心粒径０．４μｍに粒度調整したものをイオン交換水により濃度１０ｗｔ％となるよう調整し、毎時１リットルの送り量で送り出し、またイオン交換水を毎時４リットルで送り出すように調整した連続装置で、圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ2、温度５００℃で反応させた。噴霧混合後の流速は毎分０．２５ｍであった。得られた生成物を洗浄、濾過、乾燥して得た粉末をＸ線回折法により生成物の同定をすると１００％のαアルミナが生成しており、粒子径が０．４μｍ、アスペクト比が２であった。
【００１６】
上記実施例によれば反応温度範囲が４３０〜６００℃、圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ2となっているが、本実施例では上記温度範囲、圧力に限定されるものではなく、３５０℃以上の温度好ましくは４００℃ないし５５０℃の温度を採用することにより、また圧力範囲を５０ｋｇｆ／ｃｍ2以上好ましくは１００ないし２００ｋｇｆ／ｃｍ2を採用することにより、粒子径やアスペクト比を制御できるαアルミナ粉体を合成することができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、水熱合成を連続的に行うことができるので、時間の短縮化および工程の省力化によって著しい技術的、経済的効果を奏する。従来のバッチ式での合成方法においては、目的とする温度、圧力による合成時間以外に、原料をセットしてからの温度の昇温および降温時間を考慮する必要があり、原料をセットしてから生成物を取り出すまでに長い時間を要する。本発明によれば、連続的に一方から水質液体とスラリーを送入し、加圧、急速加熱されること、また冷却もクーラーにより急速に冷やされるため時間が非常に短く、さらに排出が配管内の圧力を下げることなく常に行われ、合成時間は配管内の滞留時間のみを考慮すればよく、合成粒子も微細化され、微細な板状アルミナ粉体を合成するのに非常に効率的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するに適した装置の一例を示す。
【符号の説明】
１  水質液体タンク
２  スラリータンク
３，４  ポンプ
５  加熱部
６  加熱ヒーター
８  噴霧混合部
９  加熱ヒーター
１０  反応部
１１  加熱ヒーター
１２  クーラー
１３  生成物排出部
１４，１５  遮断弁
１６  レシーバー
１８  容器
１９  圧縮ガス供給器
２０  絞り弁
２１  細管
２２  コック
２３  遮断弁
【図１】
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