(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体塩化アルミニウムを加熱加圧下に液化し、次いで、気化させて塩化アルミニウムガスを製造する工程１、
前記の工程１で製造した塩化アルミニウムガスの存在下に、四塩化チタンガスと酸素及び／又は水とを反応させる工程２を含む、二酸化チタン粒子の製造方法。
【請求項２】
前記の工程２において、前記塩化アルミニウムガスと四塩化チタンガスとを混合したガスと、酸素含有ガスとを反応装置に導入して、四塩化チタンガスと酸素とを反応させる請求項１に記載の二酸化チタン粒子の製造方法。
【請求項３】
前記の工程２において、前記塩化アルミニウムガス、四塩化チタンガス、燃料ガス及び酸素含有ガスとを反応装置に導入して、前記の燃料ガスと酸素含有ガスとの燃焼により生成する水と四塩化チタンガスとを加熱加水分解反応させる請求項１に記載の二酸化チタン粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化チタン粒子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化チタン粒子は、主に白色顔料として多方面に利用されている。この二酸化チタン粒子は、四塩化チタンガスを９００〜１６００℃の温度下酸素ガスで酸化して製造するが、生成した二酸化チタン粒子に対して酸化アルミニウム換算で０．０１〜１０重量％の塩化アルミニウムガスの存在下に酸化反応を行うとルチル型二酸化チタン粒子が効率よく製造される。この塩化アルミニウムは、常温で固体であり、融点は１９２．４℃（無水物）であるが、１６０℃より昇華性を示す。このため、二酸化チタン粒子の製造においては、固体塩化アルミニウムを液体四塩化チタンに添加し、加熱し共沸させて四塩化チタンガス中に塩化アルミニウムガスを存在させる方法が知られている（特許文献１を参照）。また、固体塩化アルミニウムを直接加熱し昇華して塩化アルミニウムガスを発生させる方法も知られている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５０９１６３公報
【特許文献２】特表２０１０−５０５００７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法では、固体塩化アルミニウムを液体四塩化チタンに添加し、気化させるため、四塩化チタンガス中の塩化アルミニウムガス含有量を正確に制御するのが難しく、そのため、製造する二酸化チタン粒子の品質にばらつきが生じやすいという問題がある。また、特許文献２の方法では、固体塩化アルミニウムを昇華させるため、塩化アルミニウムガスの流量制御が難しく、キャリアガスによる輸送のため塩化アルミニウムガスが希釈されるなどの問題がある。【０００５】
そこで、本発明者らは、塩化アルミニウムガスの流量制御の容易化を図り、キャリアガスの低減化を図るため種々研究した結果、固体塩化アルミニウムを加熱加圧下に液化し、次いで、気化すると、圧力により塩化アルミニウムガスの輸送ができ、また、圧力の制御により塩化アルミニウムガスの流量を制御することができること、しかも、流量を制御した塩化アルミニウムガスを用いると品質のばらつきの少ない二酸化チタン粒子が得られることを見出し、本発明を完成した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明は、（１）固体塩化アルミニウムを加熱加圧下に液化し、次いで、気化させて塩化アルミニウムガスを製造する工程１、（２）前記の工程１で製造した塩化アルミニウムガスの存在下に、四塩化チタンガスと酸素及び／又は水とを反応させる工程２を含む、二酸化チタン粒子の製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、二酸化チタン粒子の製造方法であって、圧力や温度の制御により塩化アルミニウムガスの流量制御が可能となるため、品質のばらつきの少ない二酸化チタン粒子が製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】塩化アルミニウム融解槽の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、二酸化チタン粒子の製造方法であって、（１）固体塩化アルミニウムを加熱加圧下に液化し、次いで、気化させて塩化アルミニウムガスを製造する工程１、（２）前記の工程１で製造した塩化アルミニウムガスの存在下に、四塩化チタンガスと酸素及び／又は水とを反応させる工程２を含む。
【００１０】
前記の工程１は、塩化アルミニウムガスを製造する工程であり、耐熱耐圧容器内に固体塩化アルミニウムを入れ、容器内を加熱加圧して、塩化アルミニウムを昇華しないようにしながら液体の状態にする。用いる耐圧容器や配管類の材質に特に制限は無いが、タンタルやハステロイに代表される耐食性に優れた金属を用いたり、又は、種々の金属材質の表面にガラスやセラミックス等を被覆して耐食性を付与したものを用いて耐圧容器や配管類を作製することが好ましい。
【００１１】
具体的にはまず、固体塩化アルミニウムを耐熱耐圧容器に入れ、加圧する。次いで、容器を加熱し所定温度まで昇温すると、塩化アルミニウムは液化（融解）する。この液体塩化アルミニウムは加熱加圧下で気液平衡状態となっており、一定の圧力下更に加熱したり、あるいは、圧力調整機構等により一定温度下減圧したりすると、平衡状態がずれて気化(蒸発)するため、塩化アルミニウムガスを容器の外に取り出し、次の工程２の反応装置に導入することができる。
【００１２】
容器内の温度は、塩化アルミニウムが昇華せずに液化（融解）する条件であればよく、１９０〜２３０℃が好ましく、１９５〜２２０℃がより好ましく、２００〜２１０℃が更に好ましい。
【００１３】
圧力は酸素、窒素等のガスで加圧して、制御することができる。容器内の圧力は０．２３メガパスカル以上に制御するのが好ましく、０．２５〜０．４メガパスカルがより好ましく、０．２７〜０．３５メガパスカルが更に好ましい。
【００１４】
塩化アルミニウムとしては化学式ＡｌＣｌ３等が知られており、無水物と６水和物があるが、無水物が好ましい。
【００１５】
次に、工程２は、二酸化チタン粒子の製造工程であり、前記の工程１で製造した塩化アルミニウムガスを反応装置に導入し、塩化アルミニウムガスの存在下に、四塩化チタンガスと酸素及び／又は水とを反応させる。
好ましい態様１として、前記塩化アルミニウムガスと四塩化チタンガスとを混合したガスと、酸素含有ガスとを反応装置に導入して、四塩化チタンガスと酸素とを反応させる。
【００１６】
四塩化チタンは、化学式ＴｉＣｌ４で表され、融点−２５℃、沸点１３６．４℃の無色から淡黄色の液体である。液体四塩化チタンを蒸発させた四塩化チタンガスを反応装置に導入し、他方、酸素、大気等の酸素含有ガスを導入し、四塩化チタンを酸化させる。四塩化チタンガスは、反応装置に導入する前に塩化アルミニウムガスと混合して混合ガスとするのが好ましく、反応装置の直前で混合するのがより好ましい。四塩化チタンと塩化アルミニウムの混合ガスと、酸素、大気等の酸素含有ガスは別々に反応装置に導入される。
【００１７】
反応装置は、どのような形のものでもよいが、例えば、管状反応器であれば、横型が好ましく、この場合、管の入り口から、あるいは管の入り口付近において側面から四塩化チタンガスと酸素含有ガスを導入し、塩化アルミニウムガスも管の入り口から、または、管の入り口付近において側面から、あるいは、管の途中で側面から導入してもよい。このような側面のガス導入部を設ける位置は特に制限を受けないが、入り口付近に設けるのであれば管の下部が好ましく、管の途中であれば上部が好ましい。四塩化チタンと塩化アルミニウムの混合ガスを用いる場合は、管の入り口付近において側面下部から導入するのが好ましい。
【００１８】
酸化反応温度は、通常７００〜１６００℃の温度が好ましく、８００〜１２００℃がより好ましく、９００〜１１００℃が更に好ましい。上記の温度では通常ルチル型二酸化チタン粒子を製造することができる。
【００１９】
塩化アルミニウムガスの導入量は適宜設定することができ、例えば生成した二酸化チタン粒子に対し酸化アルミニウムに換算して、０．０１〜１０重量％が好ましく、０．１〜５重量％がより好ましく、０．５〜２．５重量％が更に好ましい。
【００２０】
また、好ましい態様２として、前記の工程２において、四塩化チタンと水と反応させて、四塩化チタンを加熱加水分解して、二酸化チタン粒子を製造することもできる。
具体的には、前記塩化アルミニウムガス、四塩化チタンガス、燃料ガス及び酸素含有ガスとを反応装置に導入して、前記の燃料ガスと酸素含有ガスとの燃焼により生成する水と四塩化チタンガスとを加熱加水分解反応させる。
【００２１】
水は酸素含有ガスと燃料ガスとの反応により反応装置内で製造することができる。酸素含有ガスとしては、酸素、大気等を用いることができる。燃料ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、水素等を用いることができる。このため、反応装置に前記塩化アルミニウムガス、四塩化チタンガス、燃料ガス及び酸素含有ガスを導入して、反応装置内で得られた水と四塩化チタンガスとを加熱加水分解反応させる。四塩化チタンガスは、反応装置に導入する前に塩化アルミニウムガスと混合して混合ガスとするのが好ましく、反応装置の直前で混合するのがより好ましい。
【００２２】
反応装置はどのような形のものでもよいが、例えば、管状反応器であれば、竪型が好ましく、この場合、管の下部から、四塩化チタンガス、燃料ガス及び酸素含有ガスを導入し、塩化アルミニウムガスは管の下部、管の途中あるいは管の上部のいずれから導入してもよい。四塩化チタンと塩化アルミニウムの混合ガスを用いる場合は、管の下部から導入するのが好ましい。
【００２３】
加水分解温度は、通常７００〜１６００℃の温度が好ましく、８００〜１２００℃がより好ましく、９００〜１１００℃が更に好ましい。上記の温度では通常ルチル型とアナタース型が混合した二酸化チタンを製造することができる。
【００２４】
塩化アルミニウムガスの導入量は適宜設定することができ、例えば生成した二酸化チタン粒子に対し酸化アルミニウムに換算して、０．０１〜１０重量％が好ましく、０．１〜５重量％がより好ましく、０．５〜２．５重量％が更に好ましい。
【００２５】
このようにして製造した二酸化チタン粒子は、塩素ガス、塩酸ガスやその他のガスと分離し、回収する。回収した二酸化チタン粒子は、必要に応じて、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化スズ等の無機物、シロキサン、カップリング剤、有機酸等の有機物で表面処理してもよい。表面処理は、二酸化チタン粒子をスラリー状態にして処理剤を添加して被覆処理する湿式法、乾粉の状態で処理剤を混合して被覆処理する乾式法があり、いずれの方法でも用いることができる。このようにして製造した二酸化チタン粒子は、白色顔料、赤外線反射剤、紫外線遮蔽剤、触媒、光触媒、触媒担体、複合材料の原料等に用いることができる。
【実施例】
【００２６】
以下に実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００２７】
実施例１
固体塩化アルミニウムを図1に模式的に示した融解槽（耐熱耐圧容器）に入れ、２００〜２１０℃の温度、０．３０メガパスカルの圧力下で、液化させた。次いで、溶融槽から圧力調整機構を介して塩化アルミニウムを気化させ、予熱した四塩化チタンガス供給管に導入して、反応装置の直前に四塩化チタンと塩化アルミニウムの混合ガスを製造した。塩化アルミニウムガスの混合量は、生成した二酸化チタン粒子に対し酸化アルミニウムに換算して、１重量％になるように調整した。
反応装置には、前記の混合ガスと、予熱した酸素を別の入口を通して連続的に導入し迅速に混合して、約９００℃〜１１００℃の温度で反応させて、二酸化チタン粒子を製造した。得られた二酸化チタン粒子は、反応装置から冷却導管に排出され、急冷して二酸化チタン顔料を得た。【００２８】
実施例２
実施例１と同様にして、融解槽に塩化アルミニウムを入れ液化させ、次いで、気化させた。反応装置には、前記の塩化アルミニウムガス、四塩化チタンガス、プロパンガス、酸素ガスを別々に導入し、プロパンガスと酸素ガスとの燃焼により生成する水と接触させて四塩化チタンガスを加熱加水分解反応させ二酸化チタン粒子を得た。塩化アルミニウムガスの導入量は、生成した二酸化チタン粒子に対し酸化アルミニウムに換算して、２重量％になるように調整した。【００２９】
実施例１、２では、塩化アルミニウムガスの流量制御が可能となるため、品質のばらつきの少ない二酸化チタン粒子が製造できた。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、二酸化チタン粒子の製造方法であって、品質のばらつきの少ない二酸化チタン粒子が製造でき、白色顔料、赤外線反射剤、紫外線遮蔽剤、触媒、光触媒、触媒担体、複合材料の原料等に用いることができる。
【図１】
0006049696.tif 000002