(57)【要約】【課題】微細な針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状の炭酸ストロンチウムを製造するための微細な球状炭酸ストロンチウム、該球状炭酸ストロンチウムを効率的かつ簡便に製造することができる炭酸ストロンチウムの製造方法の提供。【解決手段】密閉系にて、炭酸源に由来する炭酸ガスを気相中に放出させ、該気相中に放出させた前記炭酸ガスを、Ｓｒ２＋イオン源を含む液中に溶け込ませて炭酸ストロンチウムを製造する方法において、前記Ｓｒ２＋イオン源を含む液がアルコールを含有し、該アルコール含有量が９０体積％以上である炭酸ストロンチウムの製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉系にて、炭酸源に由来する炭酸ガスを気相中に放出させ、該気相中に放出させた前記炭酸ガスを、Ｓｒ２＋イオン源を含む液中に溶け込ませて炭酸ストロンチウムを製造する方法において、
前記Ｓｒ２＋イオン源を含む液がアルコールを含有し、該アルコール含有量が９０体積％以上であることを特徴とする炭酸ストロンチウムの製造方法。
【請求項２】
炭酸源が、固体及び気体のいずれかである請求項１に記載の炭酸ストロンチウムの製造方法。
【請求項３】
炭酸源が固体であり、該炭酸源が炭酸アンモニウムである請求項２に記載の炭酸ストロンチウムの製造方法。
【請求項４】
アルコールが、メタノール、エタノール及びイソプロピルアルコールから選択される少なくとも１種を含む請求項１から３のいずれかに記載の炭酸ストロンチウムの製造方法。
【請求項５】
密閉容器内で、Ｓｒ２＋イオンと炭酸イオンとを２０℃〜３０℃で反応させる請求項１から４のいずれかに記載の炭酸ストロンチウムの製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の炭酸ストロンチウムの製造方法により製造されることを特徴とする炭酸ストロンチウム。
【請求項７】
球状である請求項６に記載の炭酸ストロンチウム。
【請求項８】
平均円相当径が１０ｎｍ〜１００ｎｍである請求項６から７のいずれかに記載の炭酸ストロンチウム。
【請求項９】
針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状の炭酸ストロンチウムを製造するための種結晶として用いられる請求項６から８のいずれかに記載の炭酸ストロンチウム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な球状の炭酸ストロンチウム、及び該炭酸ストロンチウムを効率よく、簡便に製造することができる炭酸ストロンチウムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、炭酸塩は、ゴム、プラスチック、製紙などの分野で広く使用されてきたが、近年、高機能性を付与した炭酸塩が次々と開発され、その粒子形状や粒子径に応じて、多用途、多目的に使用されるようになっている。これら各種用途の中でも、高分子光学材料に炭酸塩を分散し、配向させ、高分子光学材料の複屈折性を制御するという用途があり、そこで用いる炭酸塩は、微細(〜１００ｎｍ)な針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状をとることが好適である。
【０００３】
このような微細な針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状の炭酸ストロンチウムを製造するためには、微細(〜１００ｎｍ)な球状の炭酸ストロンチウムを種結晶として用いることが有効である。前記微細な球状の炭酸ストロンチウムを製造する方法としては、例えば、（１）水酸化ストロンチウム水溶液もしくは懸濁液に二酸化炭素ガスを導入する方法(特許文献１参照)、（２）水酸化ストロンチウム溶液に二酸化炭素を添加して反応混合物を形成させ、その反応混合物を連続的に運転する撹拌反応器に送り、炭酸塩を微細にする方法(特許文献２参照)、（３）水酸化ストロンチウム懸濁液に炭酸ナトリウム水溶液を添加する方法（特許文献３参照）、などが挙げられるが、更なる簡便かつ効率よく微細な球状の炭酸ストロンチウムを製造する方法の提供が望まれているのが現状である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１２４１９８号公報
【特許文献２】特表平１１−５１４９６１号公報
【特許文献３】特開２００６−１６９０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、高分子光学材料の複屈折性制御に用いることができる針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状の炭酸ストロンチウムを製造するための微細な球状の炭酸ストロンチウム、及び該炭酸ストロンチウムを効率的かつ簡便に製造することができる炭酸ストロンチウム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】
【０００６】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞  密閉系にて、炭酸源に由来する炭酸ガスを気相中に放出させ、該気相中に放出させた前記炭酸ガスを、Ｓｒ２＋イオン源を含む液中に溶け込ませて炭酸ストロンチウムを製造する方法において、
前記Ｓｒ２＋イオン源を含む液がアルコールを含有し、該アルコール含有量が９０体積％以上であることを特徴とする炭酸ストロンチウムの製造方法である。
＜２＞  炭酸源が、固体及び気体のいずれかである前記＜１＞に記載の炭酸ストロンチウムの製造方法である。
＜３＞  炭酸源が固体であり、該炭酸源が炭酸アンモニウムである前記＜２＞に記載の炭酸ストロンチウムの製造方法である。
＜４＞  アルコールが、メタノール、エタノール、及びイソプロピルアルコールから選択される少なくとも１種を含む前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の炭酸ストロンチウムの製造方法である。
＜５＞  密閉容器内で、Ｓｒ２＋イオンと炭酸イオンとを２０℃〜３０℃で反応させる前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の炭酸ストロンチウムの製造方法である。
＜６＞  前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の炭酸ストロンチウムの製造方法により製造されることを特徴とする炭酸ストロンチウムである。
＜７＞  球状である前記＜６＞に記載の炭酸ストロンチウムである。
＜８＞  平均円相当径が１０ｎｍ〜１００ｎｍである前記＜６＞から＜７＞のいずれかに記載の炭酸ストロンチウムである。
＜９＞  針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状の炭酸ストロンチウムを製造するための種結晶として用いられる前記＜６＞から＜８＞のいずれかに記載の炭酸ストロンチウムである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、従来における問題を解決することができ、高分子光学材料の複屈折性制御に用いることができる微細な針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状の炭酸ストロンチウムを製造するための微細な球状の炭酸ストロンチウム、及び該炭酸ストロンチウムを効率的かつ簡便に製造することができる炭酸ストロンチウムの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（炭酸ストロンチウムの製造方法及び炭酸ストロンチウム）
本発明の炭酸ストロンチウムの製造方法は、密閉系にて、炭酸源に由来する炭酸ガスを気相中に放出させ、該気相中に放出させた前記炭酸ガスを、Ｓｒ２＋イオン源を含む液中に溶け込ませて炭酸ストロンチウムを製造する。
本発明の炭酸ストロンチウムは、本発明の炭酸ストロンチウムの製造方法により製造される。
以下、本発明の炭酸ストロンチウムの製造方法の説明を通じて、本発明の炭酸ストロンチウムの詳細についても明らかにする。
【０００９】
−Ｓｒ２＋イオン源を含む液−
Ｓｒ２＋イオン源としては、Ｓｒ２＋イオンを含む限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばＳｒの硝酸塩、塩化物、水酸化物などが挙げられる。これらの中でも、水酸化ストロンチウム（Ｓｒ（ＯＨ）２・８Ｈ２Ｏ）が特に好ましい。
前記Ｓｒ２＋イオン源を含む液は、アルコールを含有し、更に水を含有する懸濁液であることが好ましい。
前記Ｓｒ２＋イオン源を含む液におけるアルコール含有量は９０体積％以上であり、１００体積％であってもよい。前記アルコールの含有量が９０体積％未満であると、球状でなく、針状の炭酸ストロンチウム粒子が製造されてしまうことがある。
前記アルコールとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどが挙げられる。これらは１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１０】
−炭酸源−
前記炭酸源としては、炭酸ガスを生ずるものである限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、その状態としては、固体及び気体のいずれかであるのが好ましく、固体の炭酸源が特に好ましい。
前記固体の炭酸源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、炭酸アンモニウム［（ＮＨ４）２ＣＯ３］などが好ましい。
前記気体の炭酸源としては、例えば、炭酸ガスが挙げられる。
【００１１】
前記炭酸ガスの前記気相中への放出方法は、密閉系にて行われ、具体的には、密閉容器内で行われる。
前記炭酸ガスを、前記Ｓｒ２＋イオン源を含む液中に溶け込ませる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記炭酸ガスをゆっくり拡散させて溶け込ませるのが好ましい。
また、前記Ｓｒ２＋イオン源を含む液と前記炭酸源とは、一の密閉容器内に収容されるのが好ましい。
前記Ｓｒ２＋イオン源を含む液と前記炭酸源との前記密閉容器内への収容態様としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記炭酸源が固体である場合には、該固体の炭酸源を前記密閉容器内の底面に配置するほか、側面に取り付けてもよいし、上面から吊り下げて収容してもよい。
【００１２】
前記密閉容器は、前記炭酸ガスの放出圧力を制御可能に設けられてなるのが好ましい。
前記炭酸ガスの放出圧力の制御態様としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ヘンリーの法則に基づいて、前記Ｓｒ２＋イオン源を含む液中に、前記炭酸ガスが所望の質量溶け込むように、前記炭酸ガスの放出圧力を設定するのが好ましい。
【００１３】
次に、本発明の炭酸ストロンチウムの製造方法の一例として、前記炭酸源が固体である場合について説明する。例えば、図１に示すように、前記Ｓｒ２＋イオン源を含む液２を（密閉）容器１に入れ、前記炭酸源３と共に一の密閉容器１内の底面に配置して収容する。すると、前記炭酸源３から炭酸ガス４が発生し、前記炭酸源３が前記炭酸ガス４を前記密閉容器１内の気相中に放出する。該気相中に放出した炭酸ガス４が、ゆっくりと拡散し、前記Ｓｒ２＋イオン源を含む液２中に溶け込む。その結果、前記Ｓｒ２＋イオン源を含む液２中の前記Ｓｒ２＋イオンと、該Ｓｒ２＋イオン源を含む液２中に溶け込んだ炭酸ガス４により生ずる炭酸イオンとが反応し、球状の炭酸ストロンチウムが製造される。
【００１４】
ここで、前記Ｓｒ２＋イオン源がＳｒ（ＯＨ）２である場合の炭酸ストロンチウムの合成反応を以下に示す。
前記炭酸ガスが前記Ｓｒ２＋イオン源を含む液（水溶液）に溶け込んで発生する炭酸イオン（ＣＯ３２−）と、電離したストロンチウムイオン（Ｓｒ２＋）とが、下記式（１）のように反応し、前記炭酸塩としての炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）が合成される。
Ｓｒ２＋＋ＣＯ３２−→ＳｒＣＯ３・・・・・式（１）
【００１５】
前記合成反応における反応温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、室温程度から５０℃未満で炭酸塩を合成することができるが、２０℃〜３０℃が好ましい。
反応時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１５分間〜３６０分間が好ましく、３０分間〜２４０分間がより好ましい。
なお、前記合成反応は、前記Ｓｒ２＋イオン源を含む液を撹拌しながら行うのが好ましく、撹拌速度としては、５００ｒｐｍ〜１，５００ｒｐｍであるのが好ましい。
【００１６】
−炭酸ストロンチウムの物性−
本発明の炭酸ストロンチウムの製造方法により製造される炭酸ストロンチウムは、球状であり、平均円相当径が１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましく、２０ｎｍ〜３０ｎｍがより好ましい。前記平均円相当径が１００ｎｍを超える球状粒子を種結晶として成長させた針状粒子の長径が大きくなりすぎてしまう（長径２００ｎｍ以上）ことがある。
ここで、前記平均円相当径は、例えば株式会社マウンテック製の画像解析式粒度分布測定ソフトウェア「Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ」により求めることができる。
【００１７】
−用途−
本発明の炭酸ストロンチウムの製造方法により製造される炭酸ストロンチウムは、平均円相当径が１０ｎｍ〜１００ｎｍの微小な球状粒子であり、針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状を有する炭酸ストロンチウムを製造するための種結晶、ブラウン管用ガラス、フェライト磁石、積層セラミックコンデンサ用の誘電セラミック材料などとして好適であり、特に針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状を有する炭酸ストロンチウムを製造するための種結晶として好適なものである。
【００１８】
本発明の球状の炭酸ストロンチウムを種結晶として用い、該種結晶を成長させて、針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状の炭酸ストロンチウムを製造する方法としては、特に制限はなく、通常の炭酸ストロンチウムの製造方法の中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、本発明の球状の炭酸ストロンチウムを種結晶として用い、尿素、水酸化ストロンチウム水和物、及び水酸化ナトリウムを含む水溶液に分散させ、その水溶液を９０℃で１２０分間にわたって反応させ、炭酸ストロンチウムを成長させて、針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状を有する炭酸ストロンチウム粒子を製造する方法などが挙げられる。
【００１９】
本発明の球状の炭酸ストロンチウムを種結晶として用いた針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状を有する炭酸ストロンチウムは、アスペクト比が１より大きいことが好ましく、１．５〜２０がより好ましく、１．５〜８が更に好ましい。
得られた針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状を有する炭酸ストロンチウムは、成形品内部での配向が少なく、等方性を示し、プラスチックの強化材、摩擦材、断熱材、フィルタ等として有用である。特に、延伸材料などの変形を施した複合材料においては、粒子が配向することによりその強度や光学特性を改良することが可能である。
【００２０】
また、得られた針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状を有する炭酸ストロンチウムを複屈折性を有する光学ポリマーに分散させ、延伸処理を施して前記光学ポリマーの結合鎖と前記炭酸塩とを略平行に配向させると、前記光学ポリマーの結合鎖の配向によって生ずる複屈折性を、前記炭酸塩の複屈折性で打ち消すことができる。
前記延伸処理としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、一軸延伸が挙げられる。該一軸延伸の方法としては、必要に応じて加熱しながら、延伸機で所望の延伸倍率に延伸することが挙げられる。
【００２１】
複屈折性を有する光学ポリマーの固有複屈折率の一例としては、「ここまできた透明樹脂−ＩＴに挑む高性能光学材料の世界−」（井出文雄著、工業調査会、初版）ｐ．２９に記載されている通りであり、具体的には下記表２に示す通りである。表２より、前記光学ポリマーは、正の複屈折性を有するものが多いことが認められる。また、前記炭酸塩として炭酸ストロンチウムを用い、例えば、前記光学ポリマーとしてのポリカーボネートに添加すると、該混合物の正の複屈折性を打ち消し、０にすることができるだけでなく、負にすることもできる。このため、光学部品、特に、偏向特性が重要で高精度が要求される光学素子に好適に使用することができる。
【００２２】
【表２】
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【実施例】
【００２３】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００２４】
（実施例１）
−炭酸ストロンチウム結晶の作製−
図１に示すように、Ｓｒ２＋イオン源を含む液としてＳｒ（ＯＨ）２・８Ｈ２Ｏより作製した０．０１Ｍ水酸化ストロンチウム懸濁液１０ｍｌ（溶媒として、水１ｍｌ：メタノール９ｍｌ)が入った容器２と、炭酸源として固体の炭酸アンモニウム[（ＮＨ４）２ＣＯ３]が入った容器３を密閉容器１内に配置した。すると、固体の炭酸アンモニウム[（ＮＨ４）２ＣＯ３]から炭酸ガスが発生し、拡散して、水酸化ストロンチウム懸濁液中に溶け込んだ。この時、水酸化ストロンチウム懸濁液を撹拌して、反応温度２３℃〜２６℃で３６０分間にわたって反応させ、炭酸ストロンチウム結晶を製造した。
得られた炭酸ストロンチウム結晶を遠心分離により取り出し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した。このときのＴＥＭ写真を図２に示す。得られた炭酸ストロンチウム結晶は球状であり、以下のようにして測定した平均円相当径は５３．５ｎｍであった。
【００２５】
＜平均円相当径の測定方法＞
平均円相当径は、株式会社マウンテック製の画像解析式粒度分布測定ソフトウェア「Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ」を用いて測定した。
【００２６】
（実施例２）
−炭酸ストロンチウム結晶の作製−
実施例１において、０．０１Ｍ水酸化ストロンチウム懸濁液１０ｍｌの溶媒を水０．５ｍｌ：メタノール９．５ｍｌに代えた以外は、実施例１と同様にして、炭酸ストロンチウム結晶を製造した。
得られた炭酸ストロンチウム結晶を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した。このときのＴＥＭ写真を図３に示す。得られた炭酸ストロンチウム結晶は球状であり、実施例１と同様にして測定した平均円相当径は４１．５ｎｍであった。
【００２７】
（実施例３）
−炭酸ストロンチウム結晶の作製−
実施例１において、０．０１Ｍ水酸化ストロンチウム懸濁液１０ｍｌの溶媒をメタノール１０ｍｌに代えた以外は、実施例１と同様にして、炭酸ストロンチウム結晶を製造した。
得られた炭酸ストロンチウム結晶を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した。このときのＴＥＭ写真を図４に示す。得られた炭酸ストロンチウム結晶は球状であり、実施例１と同様にして測定した平均円相当径は４７．４ｎｍであった。
【００２８】
（比較例１）
実施例１において、０．０１Ｍ水酸化ストロンチウム懸濁液１０ｍｌの溶媒を水２．５ｍｌ：メタノール７．５ｍｌに代えた以外は、実施例１と同様にして、炭酸ストロンチウム結晶を製造した。
得られた炭酸ストロンチウム結晶を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した。このときのＴＥＭ写真を図５に示す。得られた炭酸ストロンチウム結晶は針状であった。アスペクト比は７．１であった。
【００２９】
（比較例２）
実施例１において、０．０１Ｍ水酸化ストロンチウム懸濁液１０ｍｌの溶媒を水２ｍｌ：メタノール８ｍｌに代えた以外は、実施例１と同様にして、炭酸ストロンチウム結晶を製造した。
得られた炭酸ストロンチウム結晶を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した。このときのＴＥＭ写真を図６に示す。得られた炭酸ストロンチウム結晶は針状であり、アスペクト比は５．８であった。
【００３０】
（比較例３）
実施例１において、０．０１Ｍ水酸化ストロンチウム懸濁液１０ｍｌの溶媒を水１．５ｍｌ：メタノール８．５ｍｌに代えた以外は、実施例１と同様にして、炭酸ストロンチウム結晶を製造した。
得られた炭酸ストロンチウム結晶を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した。このときのＴＥＭ写真を図７に示す。得られた炭酸ストロンチウム結晶は針状であり、アスペクト比は４．６であった。
【００３１】
（参考例１）
−炭酸ストロンチウム結晶の作製−
実施例１の１０倍のスケール〔Ｓｒ２＋イオン源を含む液として０．０１Ｍ水酸化ストロンチウム懸濁液１００ｍｌ(溶媒として、水１０ｍｌ：メタノール９０ｍｌ)を使用〕にて製造した球状の炭酸ストロンチウム結晶を遠心分離にて取り出した。
得られた球状の炭酸ストロンチウム結晶を種結晶として用い、尿素１２．０１２ｇ、水酸化ストロンチウム八水和物０．６６４ｇ、及び水酸化ナトリウム３．２ｇを含む水溶液１００ｍｌに分散させ、その水溶液を９０℃で１２０分間にわたって反応させ、球状の炭酸ストロンチウム結晶を成長させた。
得られた炭酸ストロンチウム結晶を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した。このときのＴＥＭ写真を図８に示す。得られた炭酸ストロンチウム結晶は針状であり、アスペクト比は３．６であった。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の炭酸ストロンチウム結晶の製造方法により製造された炭酸ストロンチウムは球状であり、針状、棒状、及び柱状のいずれかの形状の炭酸ストロンチウム粒子に成長させるための種結晶として好適なものである。該種結晶を成長させた針状、棒状、及び柱状のいずれかの炭酸ストロンチウムは、可視域及び特定波長域において極めて透明性が高いため、光学フィルタ、塗料、繊維、化粧品、レンズなどに使用する上で非常に有用な材料として広く活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の炭酸ストロンチウムの製造方法の一例を説明する概念図である。
【図２】図２は、実施例１で製造した炭酸ストロンチウム結晶のＳＥＭ写真である。
【図３】図３は、実施例２で製造した炭酸ストロンチウム結晶のＳＥＭ写真である。
【図４】図４は、実施例３で製造した炭酸ストロンチウム結晶のＳＥＭ写真である。
【図５】図５は、比較例１で製造した炭酸ストロンチウム結晶のＳＥＭ写真である。
【図６】図６は、比較例２で製造した炭酸ストロンチウム結晶のＳＥＭ写真である。
【図７】図７は、比較例３で製造した炭酸ストロンチウム結晶のＳＥＭ写真である。
【図８】図８は、参考例１で製造した炭酸ストロンチウム結晶のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００３４】
１      密閉容器
２      Ｓｒ２＋イオン源を含む液
３      炭酸源
４      炭酸ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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