(57)【要約】【課題】粒子径が小さく、かつ、粒子径のばらつきが少ないチタン酸アルミニウム粉末およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明のチタン酸アルミニウム粉末は、レーザ回折散乱式粒子径分布測定における体積基準の累積５０％径が０．５μｍ〜４．０μｍであり、かつ、粒子径分布の変動係数が６０％以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ回折散乱式粒子径分布測定における体積基準の累積５０％径が０．５μｍ〜４．０μｍであり、かつ、粒子径分布の変動係数が６０％以下である、
ことを特徴とするチタン酸アルミニウム粉末。
【請求項２】
ＢＥＴ比表面積（Ｓ１）と、前記累積５０％径を直径とする球形粒子の比表面積（Ｓ２）との比（Ｓ１／Ｓ２）が２．０より小さい、丸みを帯びた粒子形状を有する、
請求項１に記載のチタン酸アルミニウム粉末。
【請求項３】
前記ＢＥＴ比表面積が、０．３ｍ２／ｇ〜３．０ｍ２／ｇである、
請求項２に記載のチタン酸アルミニウム粉末。
【請求項４】
累積９９％径が１０μｍ未満である、
請求項１から３のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末。
【請求項５】
組成式：ｘＡｌ２Ｏ３・ＴｉＯ２（ｘ＝０．７〜１．２）で表される、
請求項１から４のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末。
【請求項６】
Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系における明度Ｌ＊が９０以上である、
請求項１から５のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末。
【請求項７】
３．０ｍｏｌ％以下（０を含まない）のマグネシウムをさらに含む、
請求項１から６のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末。
【請求項８】
大気雰囲気下、１１００℃で１０時間加熱後の分解率が１％以下である、
請求項７に記載のチタン酸アルミニウム粉末。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法であって、
チタン化合物を被覆したベーマイト粉末を焼成する、
ことを特徴とするチタン酸アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項１０】
焼成温度が１３００℃〜１５００℃である、
請求項９に記載のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項１１】
前記ベーマイト粉末の長径、短径または厚さの３次元の長さのうち少なくとも１次元の長さが０．５μｍ未満である、
請求項９または１０に記載のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項１２】
前記チタン化合物は、硫酸チタニル、四塩化チタンまたはオルトチタン酸テトライソプロピルから生成される、
請求項９から１１のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項１３】
前記ベーマイト粉末と前記チタン化合物との配合割合は、Ａｌ２Ｏ３とＴｉＯ２とのモル比（Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２）が１となるよう調整される、
請求項９から１２のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項１４】
前記ベーマイト粉末は、マグネシウムを含有する、
請求項９から１３のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタン酸アルミニウム粉末およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３・ＴｉＯ２またはＡｌ２ＴｉＯ５）は、１８００℃以上という高い融点を有し、熱膨張率が低く、耐熱衝撃性に優れている。これらの特性を利用して、チタン酸アルミニウムは、例えば自動車の排ガス処理用触媒担体に用いられている（特許文献１）。
【０００３】
チタン酸アルミニウムは、従来、粉末状のチタン源と粉末状のアルミ源とを混合し、得られた混合粉末を圧縮成形して成形体を作製し、当該成形体を焼成することにより製造されている。そしてチタン酸アルミニウム粉末は、このようにして得られた成形体を粉砕することにより製造されている（特許文献２）。
【０００４】
特許文献３には、チタン源粉末、アルミニウム粉末およびシリコン源粉末を含む前駆体混合物を焼成し、これを粉砕及び分級してチタン酸アルミニウム系セラミックス粉末を製造する方法が開示されている。特許文献３では、当該製造方法により、平均粒子径が２０μｍを超えるチタン酸アルミニウム系セラミックス粉末が得られたとしている。
【０００５】
特許文献４には、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、酸化鉄および有機物粉体を含む混合物を加圧成形した後、密閉容器内で１６００℃から１７００℃で焼成し粉砕することにより、チタン酸アルミニウム粉体を製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−７２０３８号公報
【特許文献２】ＷＯ２００５／１０５７０４
【特許文献３】ＷＯ２０１０／０４１６４８
【特許文献４】特開平１１−６０２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、チタン酸アルミニウム粉末を使用した最終製品の性能向上のため、粒子径が小さくかつ粒子径分布がシャープなチタン酸アルミニウム粉末が望まれている。
【０００８】
チタン酸アルミニウム粉末を製造するにあたり、チタン酸アルミニウムの成形体を作製後、その成形体を粉砕する方法では、到達可能な最小粒子径に限界があると共に、粒子径のばらつきが大きくなり、粒子径分布がブロードになりやすいという問題がある。また、特許文献５のように１６００℃を超える高温で焼成を行う製造方法では、製造コストが高くなるという問題もある。
【０００９】
本発明は、粒子径が小さく、かつ、粒子径のばらつきが少ないチタン酸アルミニウム粉末およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末およびその製造方法の特徴は以下の通りである。
（項目１）
レーザ回折散乱式粒子径分布測定における体積基準の累積５０％径が０．５μｍ〜４．０μｍであり、かつ、粒子径分布の変動係数が６０％以下である、
ことを特徴とするチタン酸アルミニウム粉末。
（項目２）
ＢＥＴ比表面積（Ｓ１）と、前記累積５０％径を直径とする球形粒子の比表面積（Ｓ２）との比（Ｓ１／Ｓ２）が２．０より小さい、丸みを帯びた粒子形状を有する、
項目１に記載のチタン酸アルミニウム粉末。
（項目３）
前記ＢＥＴ比表面積が、０．３ｍ２／ｇ〜３．０ｍ２／ｇである、
項目２に記載のチタン酸アルミニウム粉末。
（項目４）
累積９９％径が１０μｍ未満である、
項目１から３のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末。
（項目５）
組成式：ｘＡｌ２Ｏ３・ＴｉＯ２（ｘ＝０．７〜１．２）で表される、
項目１から４のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末。
（項目６）
Ｌ*ａ*ｂ*表色系における明度Ｌ＊が９０以上である、
項目１から５のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末。
（項目７）
３．０ｍｏｌ％以下（０を含まない）のマグネシウムをさらに含む、
項目１から６のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末。
（項目８）
大気雰囲気下、１１００℃で１０時間加熱後の分解率が１％以下である、
項目７に記載のチタン酸アルミニウム粉末。
（項目９）
項目１から８のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法であって、
チタン化合物を被覆したベーマイト粉末を焼成する、
ことを特徴とするチタン酸アルミニウム粉末の製造方法。
（項目１０）
焼成温度が１３００℃〜１５００℃である、
項目９に記載のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法。
（項目１１）
前記ベーマイト粉末の長径、短径または厚さの３次元の長さのうち少なくとも１次元の長さが０．５μｍ未満である、
項目９または１０に記載のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法。
（項目１２）
前記チタン化合物は、硫酸チタニル、四塩化チタンまたはオルトチタン酸テトライソプロピルから生成される、
項目９から１１のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法。
（項目１３）
前記ベーマイト粉末と前記チタン化合物との配合割合は、Ａｌ２Ｏ３とＴｉＯ２とのモル比（Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２）が１となるよう調整される、
項目９から１２のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法。
（項目１４）
前記ベーマイト粉末は、マグネシウムを含有する、
項目９から１３のいずれか１項に記載のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末は、粒子径が小さく、かつ、粒子径分布がシャープである。
【００１２】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法は、粉末状の原料からチタン酸アルミニウム粉末を製造することができ、チタン酸アルミニウムの成形体を作製する必要がない。したがって、当然、チタン酸アルミニウムの成形体を粉砕する必要もない。チタン酸アルミニウム成形体を粉砕して粉末を作製する従来のブレイクダウン法では、得られる粉末の粒子径分布はブロードになりやすく、粒子径分布をシャープにするためには分級工程を必要とする場合が多い。この点、本発明の製造方法は、分級工程がなくともシャープな粒子径分布を得ることができる。さらに、母材であるベーマイト粉末の粒子径を変えることで、得られるチタン酸アルミニウム粉末の粒子径も容易に制御することができる。また、ベーマイト粉末はチタン化合物によって被覆されているため、アルミニウム源とチタン源との接触面積が増えて反応が進行し易くなる。その結果、未反応原料の残存や副生成物の生成割合を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１、３〜５および比較例１の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像であり、（ａ）は倍率３０００倍の画像、（ｂ）は倍率５０００倍の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、まず本発明のチタン酸アルミニウム粉末の特徴について説明し、その後、チタン酸アルミニウム粉末の製造方法について説明する。
【００１５】
＜チタン酸アルミニウム粉末＞
本発明のチタン酸アルミニウム粉末は、レーザ回折散乱式粒子径分布測定によって測定された体積基準の累積５０％径（Ｄ５０）が、０．５μｍ〜４．０μｍの範囲にあることを特徴とする。累積５０％径の上限は、３．５μｍ未満であることが好ましい。
【００１６】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末において、レーザ回折散乱式粒子径分布測定によって得られる粒子径分布の変動係数ＣＶは６０％以下であることが好ましく、５６％以下であることがより好ましい。変動係数ＣＶ（％）は、粒子径分布の標準偏差ＳＤ（μｍ）と体積平均径ＭＶ（μｍ）とから、下記式１により算出することができる。ここで、標準偏差ＳＤは、累積８４％径（Ｄ８４）と累積１６％径（Ｄ１６）とから、式２により定義される値である。変動係数は、体積平均径に対する各粒子径の相対的なばらつきを表す値であり、変動係数が小さいほど体積平均径に対する各粒子径のばらつきが小さく、粒子径分布がシャープであることを意味する。
【００１７】
【数１】
2018127380.tif 000002
【００１８】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末において、累積９９％径（Ｄ９９）は１０μｍ未満であることが好ましく、９．５μｍ未満であることがより好ましい。累積９０％径（Ｄ９０）は６．０μｍ未満であることが好ましい。
【００１９】
累積９９％径と累積１０％径（Ｄ１０）との差（Ｄ９９−Ｄ１０）は、２μｍ〜９μｍであることが好ましい。Ｄ９９−Ｄ１０の上限は、８．５μｍ未満であることがより好ましい。累積９０％径と累積１０％径との差（Ｄ９０−Ｄ１０）は、１μｍ〜５μｍであることが好ましい。Ｄ９９−Ｄ１０およびＤ９０−Ｄ１０が小さいほど、粒子径分布はシャープであると言える。
【００２０】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末において、（標準偏差ＳＤ／累積５０％径Ｄ５０）×１００により算出される値が６０％以下であることが好ましい。この値が小さいほど累積５０％径に対する各粒子径のばらつきが小さく、粒子径分布がシャープであると言える。
【００２１】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末の粒子形状は、丸みを帯びていることが好ましい。本発明のチタン酸アルミニウム粉末において、測定されたＢＥＴ比表面積Ｓ１（ｍ２／ｇ）と、前記累積５０％径（Ｄ５０）を直径として有する理想的な球形粒子（すなわち、直径Ｄ５０を有し、かつ、形状が球形であると仮定した粒子）の比表面積Ｓ２（ｍ２／ｇ）との比（Ｓ１／Ｓ２）は、０より大きく２．０より小さいことが好ましく、０．５以上１．５以下であることがより好ましく、１．０であることが最も好ましい。Ｓ１／Ｓ２は粒子形状が球形に近いか否かを判定するパラメータである。ＢＥＴ法によって実際に測定された粒子の比表面積Ｓ１が、理想的な球形粒子の比表面積Ｓ２に近ければ近いほど（すなわち、Ｓ１／Ｓ２が１．０に近ければ近いほど）、粒子形状が球形に近いといえる。
【００２２】
比表面積Ｓ２は、累積５０％径Ｄ５０（μｍ）およびチタン酸アルミニウムの密度（ρ＝３．７０２×１０６ｇ／ｍ３）を用いて、下記式３から式５により算出することができる。
【００２３】
【数２】
2018127380.tif 000003
【００２４】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末のＢＥＴ比表面積は、０．３ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。ＢＥＴ比表面積の上限は、製造の容易性の観点から、３．０ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、２．５ｍ２／ｇ以下であることがより好ましく、２．０ｍ２／ｇ以下であることがさらに好ましい。
【００２５】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末は、組成式がｘＡｌ２Ｏ３・ＴｉＯ２（ｘ＝０．７〜１．２）で表されることが好ましい。つまり、チタン酸アルミニウム中のＡｌ２Ｏ３とＴｉＯ２との比（Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２）が、０．７〜１．２であることが好ましい。前記組成式においてｘ＝０．８５〜１．２であることがより好ましく、ｘ＝１であることが最も好ましい。
【００２６】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末において、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系における明度Ｌ＊は９０以上であることが好ましく、９３以上であることがより好ましい。明度Ｌ＊は０に近いほど黒色に近いことを意味し、１００に近いほど白色に近いことを意味する。チタン酸アルミニウム粉末の明度Ｌ＊が９０以上であれば、チタン酸アルミニウム粉末の色が白色に近く、当該チタン酸アルミニウム粉末を使用して最終製品を作製した場合に、白色に近い最終製品が得られる。
【００２７】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末において、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系における白色校正板（Ｌ＊：９６．６、ａ＊：−０．１、ｂ＊：−０．３）に対する色差ΔＥ＊は４．０以下であることが好ましい。色差ΔＥ＊は、白色校正板とチタン酸アルミニウム粉末との明度および彩度の差をΔＬ＊、Δａ＊、Δｂ＊としたとき、下記式６により定義される値である。白色校正板に対するチタン酸アルミニウム粉末の色差ΔＥ＊が４．０以下であれば、チタン酸アルミニウム粉末の色が白色に近く、当該チタン酸アルミニウム粉末を使用して最終製品を作製した場合に、白色に近い最終製品が得られる。
【００２８】
【数３】
2018127380.tif 000004
【００２９】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末において、チタン酸アルミニウム粉末中に含まれる副生成物の割合は１５％未満であることが好ましい。副生成物としては、アルミニウム源やチタン源に使用する原料にもよるが、例えばＡｌ２Ｏ３（コランダム）やＴｉＯ２（ルチル）などが生成することが知られている。
【００３０】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末は、ＡｌおよびＴｉ以外に、任意の他の金属元素を含有していてもよい。他の金属元素としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）が挙げられる。チタン酸アルミニウム粉末は、９００℃から１３００℃で加熱すると、Ａｌ２Ｏ３（コランダム）とＴｉＯ２（ルチル）とに分解することが知られており、特に、１１００℃における加熱で、最も分解しやすいことが知られている。Ｍｇを添加することにより、チタン酸アルミニウムの分解を抑制することができる。Ｍｇ量は、０ｍｏｌ％より大きく、３．０ｍｏｌ％以下、好ましくは２．０ｍｏｌ％以下、より好ましくは０．５ｍｏｌ％以下である。Ｍｇ量は３．０ｍｏｌ％より多くてもよいが、Ｍｇは合成されたチタン酸アルミニウムの物理的特性および化学的特性に影響を与えるため、Ｍｇ量の上限は、所望するチタン酸アルミニウムの物理的特性および化学的特性を考慮して、適宜決定される。
【００３１】
本発明のＭｇ含有チタン酸アルミニウム粉末は、大気雰囲気下、１１００℃、１０時間加熱後の分解率が１％以下であることが好ましい。また、大気雰囲気下、１１００℃、１００時間加熱後の分解率が４％以下であることが好ましく、３．５％以下であることがより好ましい。分解率（％）は、下記式７から算出することができる。チタン酸アルミニウムの分解が抑制されることにより、チタン酸アルミニウム粉末から焼結体を作製する場合など、チタン酸アルミニウムを再加熱して製品を製造する場合に、副生成物の含有量が少なく、かつ、チタン酸アルミニウムの物理的特性および化学的特性が損なわれていない製品を作製することができる。
【００３２】
【数４】
2018127380.tif 000005
【００３３】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末は、シリコン（Ｓｉ）を実質的に含有していないことが好ましい。なお、「Ｓｉを実質的に含有していない」とは、意図的にＳｉを添加しないことを意味し、不可避的不純物としてＳｉを含有することは許容される。Ｓｉは、通常、チタン酸アルミニウムの分解を抑制するために添加される。しかしながら、Ｓｉを添加するとチタン酸アルミニウムの耐火度が低下するという問題がある（例えば、特開２００２−１４５６５９の段落０００５など）。本発明のチタン酸アルミニウム粉末ではＳｉを実質的に含有していないため、Ｓｉ添加に起因する耐火度の低下も発生しない。
【００３４】
＜チタン酸アルミニウム粉末の製造方法＞
次に、本発明のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、粉末状原料を使用し、チタン酸アルミニウムの成形体を作製することなくチタン酸アルミニウム粉末を作製することを特徴とする。より詳細には、本発明の製造方法は、チタン源を被覆したアルミニウム源粉末を焼成することによりチタン酸アルミニウム粉末を製造することを特徴とする。
【００３５】
アルミニウム源粉末には、ベーマイト（Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ）粉末を使用することが好ましい。アルミニウム源粉末には、ベーマイト粉末以外にも、遷移アルミナ粉末などを使用することができる。
【００３６】
ベーマイト粉末の粒子形状は特に限定されず、例えば針状ベーマイト、鱗片状ベーマイトまたは立方体状ベーマイトなどを使用することができ、二種類以上の異なる形状のベーマイト粉末を混ぜて使用することもできる。
【００３７】
ベーマイト粒子の少なくとも１辺の長さは０．５μｍ未満であることが好ましい。例えば針状ベーマイトの場合、長径が０．５μｍ未満であるか（この場合、当然短径も０．５μｍ未満）、または、長径は０．５μｍ以上で且つ短径は０．５μｍ未満であることが好ましい。鱗片状ベーマイトの場合、長径が０．５μｍ未満であるか（この場合、当然厚みも０．５μｍ未満）、または、長径は０．５μｍ以上で且つ厚みは０．５μｍ未満であることが好ましい。立方体状ベーマイトの場合、１辺の長さが０．５μｍ未満であることが好ましい。針状ベーマイトの長径および短径並びに鱗片状ベーマイトの長径および厚みは、ＳＥＭ画像から任意に選択した１００個の粒子の測定値の算術平均である。立方体状ベーマイトの長さは、レーザ回折散乱式粒子径分布測定によって測定された体積基準の累積５０％径である。
【００３８】
ベーマイトは、Ａｌ以外の任意の他の金属元素を含有していてもよい。他の金属元素としては、例えばＭｇが挙げられる。アルミニウム源にＭｇ含有ベーマイト粉末、特にＭｇ含有針状ベーマイト粉末を使用すると、合成されたチタン酸アルミニウムの高温における分解を抑制することができるため、好ましい。Ｍｇ含有ベーマイト粉末としては、例えば、Ｍｇ化合物（ＭｇＯなど）の微粒子が分散されたベーマイト粉末を使用することができる。あるいは、Ｍｇ含有ベーマイト粉末として、ベーマイトとＭｇ化合物（ＭｇＯなど）との固溶体のように、Ｍｇがベーマイトに原子レベルで混入したベーマイト粉末を使用することができる。このようなベーマイト粉末としては、Ｍｇがベーマイト中にインターカレートしたベーマイト粉末、または、ＭｇがベーマイトのＡｌサイトにドーピングされたベーマイト粉末などが挙げられる。
【００３９】
チタン源は特に限定されないが、酸化チタンなどの無機系のチタン化合物を使用することができ、二種以上のチタン化合物を組み合わせて使用することもできる。チタン化合物は、ベーマイト粉末を被覆する工程において、チタン化合物前駆物質を化学反応させることにより生成させたものであってもよい。例えば、硫酸チタニル（ＴｉＯＳＯ４・ｎＨ２Ｏ、１＜ｎ＜２）、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）またはオルトチタン酸テトライソプロピル（［（ＣＨ３）２ＣＨＯ］４Ｔｉ）などの化合物（チタン化合物前駆物質）は、水と混合し、必要に応じて加熱をすると、加水分解反応により酸化チタンを生成することが知られている。この化学反応を利用し、ベーマイト粉末と上記のようなチタン化合物前駆物質とを水中で混合加熱することにより、チタン化合物前駆物質から生成した酸化チタンによってベーマイト粉末を被覆することができる。
【００４０】
チタン化合物をベーマイト粉末に被覆する方法は特に限定されないが、できる限りチタン化合物をベーマイト粉末全体にムラなく均一に被覆する観点から、湿式で行うことが好ましい。湿式でチタン化合物をベーマイト粉末に被覆する方法としては、例えば、ベーマイト粉末にチタン化合物含有溶液を噴霧する方法や、ベーマイトスラリーとチタン化合物含有溶液とを混合する方法などが挙げられる。特に、ベーマイトスラリーと水溶性チタン化合物前駆物質を含有する水溶液とを混合し、必要に応じて所定温度（例えば、１００℃以下）で加熱攪拌し、共沈させる方法は、チタン化合物前駆物質から生成したチタン化合物によってベーマイト粉末の表面を均一に被覆できるため好ましい。なお、必要に応じて、チタン化合物被覆ベーマイト粉末のスラリーを、濾液のｐＨが７付近になるまで濾過および洗浄する工程を含んでいてもよい。湿式法によって準備されたチタン化合物被覆ベーマイト粉末は、乾燥工程を経て焼成される。
【００４１】
ベーマイト粉末とチタン化合物との配合割合は、Ａｌ２Ｏ３とＴｉＯ２とのモル比（Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２）が１となるよう選択されることが好ましい。このような配合割合により、Ａｌ２Ｏ３・ＴｉＯ２（つまり、ｘ＝１）に近い組成式を有するチタン酸アルミニウムを合成することができる。
【００４２】
焼成温度は、チタン酸アルミニウムが合成される温度であれば特に限定されないが、焼成温度が高いと製造コストが高くなるため、できる限り低い温度で焼成することが好ましい。このような観点から、使用するベーマイト粉末およびチタン化合物や、焼成時間によっても異なるが、焼成温度は、例えば１３００℃〜１５００℃、好ましくは１３００℃〜１３５０℃である。
【００４３】
焼成時間は、チタン酸アルミニウムが合成される時間であれば特に限定されないが、焼成時間が長くなると製造コストが高くなるため、できる限り短時間で焼成することが好ましい。このような観点から、使用するベーマイト粉末およびチタン化合物や、焼成温度によっても異なるが、焼成時間は５時間以下とすることが好ましい。
【００４４】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法は、焼成によって合成されたチタン酸アルミニウム粉末を解砕する工程を含んでいてもよい。焼成後のチタン酸アルミニウム粉末は、一次粒子同士の凝集や軽度の焼結により、二次粒子を形成している場合がある。このような場合に、チタン酸アルミニウム粉末を解砕することで、適切な粒子径に調整することができる。なお、解砕とは、一次粒子同士の凝集をほぐしたり、焼結によって生じた一次粒子間のネックを破壊したりすることにより、一次粒子自体をほとんど破壊することなく、二次粒子を一次粒子まで分散する操作のことである。解砕には、公知の解砕手段を利用することができ、例えばボールミルなどの粉砕装置を利用することができる。このとき、一次粒子を破壊しないよう、解砕力や解砕時間は適宜調節される。
【実施例】
【００４５】
以下では、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４６】
＜チタン酸アルミニウム粉末の合成＞
［実施例１］
（１）イオン交換水１Ｌが入ったビーカに、鱗片状ベーマイト粉末（河合石灰工業株式会社製、長径２μｍ、短径０．０５μｍ）を５０ｇ入れて混合し、ベーマイトスラリーを作製した。
（２）上記（１）のビーカとは別のビーカにイオン交換水を１Ｌ入れ、そこに硫酸チタニル（ｎ＝１．５として計算）を１１７ｇ投入し、硫酸チタニルがイオン交換水に完全に溶解してビーカ内に液体が透明になるまで攪拌した。なお、鱗片状ベーマイト粉末と硫酸チタニルの重量は、Ａｌ２Ｏ３とＴｉＯ２のモル比が１：１となるよう決定した。
（３）上記（２）で調製した硫酸チタニル水溶液を、上記（１）のビーカ内に１Ｌ／ｈの速度で滴下した。
（４）上記（３）で得られたスラリーを液温８０℃に保ちながら６時間加熱攪拌した。この工程において、ベーマイト粉末の表面が酸化チタンで被覆される。
（５）上記（４）で得られたスラリーを、吸引濾過により濾液のｐＨが７になるまでイオン交換水で洗浄した。なお、イオン交換水の代わりに軟水を使用してもよい。
（６）上記（５）で得られたスラリーを１２０℃で１５時間乾燥し、酸化チタンによって被覆されたベーマイト粉末を作製した。
（７）上記（６）で得られた粉末を耐熱容器に入れ、当該耐熱容器を電気炉に入れ、２００℃／ｈの昇温速度で室温から焼成温度である１３５０℃まで昇温し、１３５０℃で５時間保持し、その後電気炉内で自然冷却した。
（８）上記（７）で得られた粉末を、ボールミルで８時間解砕し、本発明のチタン酸アルミニウム粉末を得た。
【００４７】
［実施例２］
実施例１の焼成温度を１３００℃に変更した以外は、実施例１と同様の手順および条件によりチタン酸アルミニウム粉末の製造を行った。
【００４８】
［実施例３］
実施例１の鱗片状ベーマイト粉末を立方体状ベーマイト粉末（河合石灰工業株式会社製、累積５０％径０．３μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様の手順および条件によりチタン酸アルミニウム粉末の製造を行った。
【００４９】
［実施例４］
実施例１の鱗片状ベーマイト粉末を鱗片状ベーマイト粉末（河合石灰工業株式会社製、長径９μｍ、短径０．４５μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様の手順および条件によりチタン酸アルミニウム粉末の製造を行った。
【００５０】
［実施例５］
実施例１の鱗片状ベーマイト粉末を、Ｍｇを２．８ｍｏｌ％含有する針状ベーマイト粉末（河合石灰工業株式会社製、長径４μｍ、短径０．０９μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様の手順および条件によりチタン酸アルミニウム粉末の製造を行った。
【００５１】
［実施例６］
実施例５の焼成温度を１３００℃に変更した以外は、実施例５と同様の手順および条件によりチタン酸アルミニウム粉末の製造を行った。
【００５２】
［実施例７］
実施例１の鱗片状ベーマイト粉末を、Ｍｇを２．５１ｍｏｌ％含有する針状ベーマイト粉末（河合石灰工業株式会社製、長径３．７μｍ、短径０．１μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様の手順および条件によりチタン酸アルミニウム粉末の製造を行った。
【００５３】
［実施例８］
実施例１の鱗片状ベーマイト粉末を、Ｍｇを１．６７ｍｏｌ％含有する針状ベーマイト粉末（河合石灰工業株式会社製、長径３．２μｍ、短径０．３μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様の手順および条件によりチタン酸アルミニウム粉末の製造を行った。
【００５４】
［比較例１］
比較例１のチタン酸アルミニウム粉末として、市販のチタン酸アルミニウム粉末（ＡＳＯＮＥ株式会社製）を用いた。比較例１のチタン酸アルミニウム粉末は、ＳＥＭ画像における粒子形状を考慮すると、チタン酸アルミニウム成形体を作製した後、粉砕装置によって当該成形体を粉砕する方法によって製造された粉末であると推定される。比較例１のチタン酸アルミニウム粉末は、後述するエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）の結果から、Ｓｉを１３ｍｏｌ％含んでいることが分かった。
【００５５】
［比較例２］
（１）鱗片状ベーマイト粉末（河合石灰工業株式会社製、長径２μｍ、短径０．０５μｍ）３０ｇとアナターゼ型酸化チタン粉末（関東化学株式会社製、試薬）２０ｇとを混合し、混合粉末を作製した。なお、鱗片状ベーマイト粉末とアナターゼ型酸化チタン粉末の重量は、Ａｌ２Ｏ３とＴｉＯ２のモル比が１：１となるよう決定した。
（２）上記（１）で得られた混合粉末を耐熱容器に入れ、当該耐熱容器を電気炉に入れ、２００℃／ｈの昇温速度で室温から焼成温度である１３５０℃まで昇温し、１３５０℃で５時間保持し、その後電気炉内で自然冷却した。
【００５６】
［比較例３］
比較例２の鱗片状ベーマイト粉末を立方体状ベーマイト粉末（河合石灰工業株式会社製、累積５０％径０．３μｍ）に変更した以外は、比較例２と同様の手順および条件により実施した。
【００５７】
［比較例４］
比較例２の鱗片状ベーマイト粉末を、Ｍｇを２．８ｍｏｌ％含有する針状ベーマイト粉末（河合石灰工業株式会社製、長径４μｍ、短径０．０９μｍ）に変更した以外は、比較例２と同様の手順および条件により実施した。
【００５８】
＜評価方法＞
［Ｘ線回折測定］
粉末Ｘ線回折測定装置（装置名：ＢＲＵＫＥＲ  ＡＸＳ製  Ｄ２  ＰＨＡＳＥＲ、Ｘ線：ＣｕＫα線）を用いて、チタン酸アルミニウムおよび副生成物の同定並びにそれらの生成割合を調べた。粉末Ｘ線回折測定により得られたＸ線回折パターンから、チタン酸アルミニウムおよび副生成物の同定を行った。また、粉末Ｘ線回折測定装置に付属した定量分析ソフトＴＯＰＡＳを用い、Ｘ線回折パターンのピーク強度を使用して、チタン酸アルミニウムおよび副生成物の生成割合（重量％）を求めた。
【００５９】
［粒子径分布測定］
チタン酸アルミニウム粉末の粒子径分布を測定した。０．１重量％ヘキサメタリン酸ナトリウム含有水溶液が入った容器内にチタン酸アルミニウム粉末を入れてかき混ぜ、その後、３０Ｗの超音波発生装置内に容器を入れて超音波を照射し、チタン酸アルミニウム粉末を水溶液中に分散させた。このようにして準備されたチタン酸アルミニウム粉末含有水溶液をレーザ回折散乱式粒子径分布測定装置（装置名：マイクロトラック・ベル株式会社製  ＭＴ３０００）に注入し、湿式法によりチタン酸アルミニウム粉末の粒子径分布を測定した。粒子径分布の測定に際し、チタン酸アルミニウムの屈折率は１．９８（「材料」、公益社団法人日本材料学会、第１２巻第１２０号６５６頁）を用いた。
【００６０】
得られた粒子径分布測定結果から、体積基準における累積１０％径Ｄ１０、累積５０％径Ｄ５０、累積９０％径Ｄ９０、累積９９％径Ｄ９９、標準偏差ＳＤおよび体積平均径ＭＶを取得した。標準偏差ＳＤと体積平均径ＭＶとを用いて、前記式１にしたがい変動係数ＣＶを算出した。また、累積５０％径Ｄ５０を用いて、前記式３から５にしたがい比表面積Ｓ２を算出した。
【００６１】
［比表面積測定］
チタン酸アルミニウム粉末のＢＥＴ比表面積を測定した。前処理として、チタン酸アルミニウム粉末を吸着測定用前処理装置（装置名：マイクロトラック・ベル株式会社製  ＢＥＬＰＲＥＰ−ｖａｃＩＩ）に入れ、１５０℃で３時間真空加熱排気を行った。その後、前処理されたチタン酸アルミニウム粉末の窒素吸着量を、窒素吸着測定装置（装置名：マイクロトラック・ベル株式会社製  ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉＩＩ）を用い、液体窒素温度近傍（７７Ｋ）で、定容量型ガス吸着法により測定した。測定プログラムは、ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉＩＩに搭載された吸着測定プログラムを使用した。測定された窒素吸着量から、ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉＩＩに搭載された解析プログラムを使用して、ＢＥＴ法により比表面積を算出した。
【００６２】
［ＳＥＭ観察およびＥＤＳ測定］
エネルギー分散型Ｘ線分析装置を搭載した走査型電子顕微鏡（装置名：日本電子株式会社製  ＪＳＭ−７５００ＦＡ）を使用して、チタン酸アルミニウム粉末の粒子形状の観察および粉末中の元素比（モル比）を測定した。ＥＤＳの元素マッピング測定は、視野倍率：３０００倍、加速電圧：１５ｋＶ、積算回数：５０回の条件で行った。チタン酸アルミニウム中のＡｌとＴｉとの元素比を測定し、得られた元素比からチタン酸アルミニウムの組成式を求めた。また、比較例１のチタン酸アルミニウム中の構成元素比を測定した。
【００６３】
［明度および彩度測定］
分光測色計（装置名：コニカミノルタジャパン株式会社製  ＣＭ−３６００ｄ）を使用して、チタン酸アルミニウム粉末の明度および彩度を測定した。チタン酸アルミニウム粉末を石英セルに空隙ができないよう詰め込み、下記の測定条件に基づき、反射測定にて、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系における明度Ｌ＊、彩度ａ＊、彩度ｂ＊および色差ΔＥ＊を測定した。測定に際し、まず、測定装置に付属した白色校正板（Ｌ＊：９６．６、ａ＊：−０．１、ｂ＊：−０．３）を用いて校正を行い、その後、各チタン酸アルミニウム粉末の測定を行った。各チタン酸アルミニウム粉末に対し測定を３回行い、３回の測定の算術平均を採用した。ａ＊およびｂ＊は色の方向を表している。＋ａ＊方向は赤方向、−ａ＊方向は緑方向を表し、＋ｂ＊方向は黄方向、−ｂ＊方向は青方向を表している。ａ＊およびｂ＊は、値（絶対値）が大きくなるにしたがい彩やかな色になり、０に近づくにしたがいくすんだ色になる。ΔＥ＊は白色校正板に対する色差である。
測定方式：ＳＣＩ（正反射光込み）／ＳＣＥ（正反射光除去）同時測定（ただし、ＳＣＥ方式で測定された値を採用した）
測定波長：３６０〜７４０ｎｍ
波長間隔：１０ｎｍ
測定径  ：φ８ｍｍ
光源    ：Ｄ６５
【００６４】
［加熱試験］
耐熱容器に入れたチタン酸アルミニウム粉末を電気炉に入れ、２００℃／ｈの昇温速度で室温から１１００℃まで昇温し、１１００℃で１０時間保持し、その後、電気炉内で自然冷却した。冷却後の粉末のＸ線回折測定を行い、粉末中のチタン酸アルミニウムの割合（重量％）を調べた。そして、加熱前のチタン酸アルミニウムの割合と加熱後のチタン酸アルミニウムの割合とから、分解率を前記式７にしたがい算出した。また、同様の温度条件および手順で、１００時間保持した場合のチタン酸アルミニウムの分解率も測定した。
【００６５】
＜結果＞
表１に実施例１〜８および比較例１〜４から得られた粉末の評価結果を示す。なお、未測定の箇所には「−（ハイフン）」を付した。
【００６６】
【表１】
2018127380.tif 000006
【００６７】
表１から分かるように、比較例２〜４では、チタン酸アルミニウムの生成割合は多くても２９．１重量％であった。比較例２〜４は、チタン酸アルミニウムの生成割合よりも副生成物の生成割合のほうが多かったため、Ｘ線回折測定以外の評価を行わなかった。
【００６８】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末は、比較例１のチタン酸アルミニウム粉末と比べて、変動係数が小さく（すなわち、粒子径のばらつきが小さく）、累積９９％径も小さく、シャープな粒子径分布であった。
【００６９】
図１から分かるように、比較例１のチタン酸アルミニウム粉末の粒子は角張った形状をしているのに対し、実施例１、３〜５のチタン酸アルミニウム粉末の粒子は丸みを帯びた形状をしている。表１に示したように、本発明のチタン酸アルミニウム粉末のＳ１／Ｓ２が比較例のそれよりも１．０に近い。したがって、本発明のチタン酸アルミニウム粉末は球形に近い粒子形状を有していることが分かる。
【００７０】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末のほうが、Ｓｉを含有する比較例１のチタン酸アルミニウム粉末よりも分解率が低かった。このことから、本発明のチタン酸アルミニウム粉末は、分解抑制のためのＳｉを含まなくても、分解し難く、高温安定性が高いことが分かる。実施例５、７および８に示すように、Ｍｇ含有針状ベーマイトから作製したチタン酸アルミニウムは、１００時間加熱しても最大で３．２％しか分解しておらず、高温安定性が高いことが分かる。
【００７１】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末の明度は、比較例１のそれよりも高かった。また、本発明のチタン酸アルミニウム粉末の白色校正板に対する色差は比較例１のそれよりも小さかった。このことから、本発明のチタン酸アルミニウム粉末は比較例１よりも白色に近いことが分かる。
【００７２】
本発明のチタン酸アルミニウム粉末の製造方法では、生成したチタン酸アルミニウム粒子同士が強固に結合しておらず、８時間程度の解砕によって一次粒子まで分散することができた。また、焼成温度１３００℃〜１３５０℃、焼成時間５時間という従来よりも低温かつ短時間でチタン酸アルミニウムを合成することができた。
【図１】
2018127380.tif 000007