(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含液率１重量％以上５重量％未満であり平均二次粒子径が１μｍ〜１５０μｍであり、平均一次粒子径が平均二次粒子径の１／８〜１／２である原料水酸化アルミニウムをスクリュー型捏和機で、一次粒子を実質的に破壊することなく、平均一次粒子径が平均二次粒子径の１／２超になり、ＢＥＴ比表面積が１．２ｍ2／ｇ〜４ｍ2／ｇになるように粉砕することを特徴とする水酸化アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項２】
原料水酸化アルミニウムの結晶構造がギブサイト型である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
スクリュー型捏和機の圧縮能力が５ｋｇｆ／ｃｍ2〜５００ｋｇｆ／ｃｍ2である請求項１〜請求項２のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水酸化アルミニウム粉末の製造方法に関するものである。詳細には、樹脂に対し高充填可能な充填材としての水酸化アルミニウム粉末の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水酸化アルミニウム粉末は樹脂成形体の充填材として広く使用され、特に、難燃性樹脂成形体の分野で需要が増加している。
【０００３】
充填材として用いられる水酸化アルミニウム粉末は、通常、アルミン酸ナトリウム溶液を加水分解して得られる水酸化アルミニウムを振動ミルで粉砕する方法により製造されている。
【０００４】
一般に、樹脂成形体の難燃性を高めるためには、多くの水酸化アルミニウム粉末を樹脂に充填することが望ましいが、この方法で製造した水酸化アルミニウム粉末は、樹脂に多量に充填すると成形に支障をきたすため、高充填することが困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、樹脂への充填性を改良し、高充填可能な水酸化アルミニウム粉末の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、水酸化アルミニウム粉末の製造方法について検討を重ね、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、原料水酸化アルミニウムを捏和機で粉砕することを特徴とする水酸化アルミニウム粉末の製造方法を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる原料水酸化アルミニウムはＡｌ2Ｏ3・３Ｈ2Ｏの組成式を有し、その結晶構造は例えばギブサイト型、バイヤライト型等であり、好ましくはギブサイト型である。この原料水酸化アルミニウムは過飽和状態にあるアルミン酸ナトリウム溶液に種晶を添加し、攪拌しながら加水分解して水酸化アルミニウムを析出させ、得られた水酸化アルミニウムをろ過洗浄し、乾燥する方法によって製造することができる。また、前記の組成式や結晶構造を有するものであれば、市販の水酸化アルミニウムを用いてもよい。
【０００９】
この原料水酸化アルミニウムは粉末であることが好ましく、その平均二次粒子径は１μｍ〜１５０μｍ、好ましくは５μｍ〜７０μｍであり、その一次粒子の平均粒子径（以下、平均一次粒子径という。）はその平均二次粒子径の１／８〜１／２、好ましくはその平均二次粒子径の１／６〜２／５である。平均二次粒子径はレーザー散乱回折法により求めることができ、平均一次粒子径は顕微鏡法により求めることができる。
【００１０】
本発明では、前記の原料水酸化アルミニウムを捏和機を使って粉砕する。捏和機はニーダーと呼ばれることもあり、通常、粉末と樹脂とを混合する目的で使われる装置である。本発明では、原料水酸化アルミニウムを粉砕するために捏和機を適用することによって、樹脂へ高充填可能な水酸化アルミニウム粉末が製造できる。
【００１１】
捏和機内には、固相として原料水酸化アルミニウムが存在し、その他に、通常、気相として空気等、液相として水等が存在する（液相として水が存在しないときもある）。粉砕時における捏和機内のそれらの状態が粉砕により得られる水酸化アルミニウム粉末の物性に影響を及ぼすことがあるので、粉砕は、固相、液相及び気相の充填形態が（ａ）固相及び気相が連続し液相が実質的に存在しないドライ（Dry）状態、（ｂ）固相及び気相が連続で液相が不連続なペンデュラー（Pendular）状態又は（ｃ）固相、気相及び液相が連続なファニキュラーＩ（Funicular  I）状態で行われることが好ましい。このような充填形態は外観上、サラサラないしパサパサした混合系を構成している。
【００１２】
捏和機としては、原料水酸化アルミニウム等を圧縮下で剪断力を加えて練ることができる装置が挙げられ、例えば、コニーダー、オンレーター、セルフクリーニング型捏和機、ギヤコンパウンダー、一軸式スクリュー型捏和機、二軸式スクリュー型捏和機等がある。捏和機は１種単独で用いてもよく、又は２種以上を組合せて用いてもよい。また、捏和機は回分式、連続式のいずれの形式も適用できるが、単位重量当りの粉砕エネルギーを低減する観点からは連続式が好ましい。連続式捏和機を使用するとき、捏和機内の原料水酸化アルミニウムが必ずしも全体的に粉砕されている必要はなく、例えば原料水酸化アルミニウムの移送方向（軸方向）に順次粉砕度が高くなるようにすればよい。
【００１３】
原料水酸化アルミニウム等を圧縮するために捏和機に要求される圧縮能力は、具体的には、下限が５ｋｇｆ／ｃｍ2（０．５ＭＰａ）、さらには１０ｋｇｆ／ｃｍ2（１ＭＰａ）であることが好ましく、上限が５００ｋｇｆ／ｃｍ2（５０ＭＰａ）、さらには２００ｋｇｆ／ｃｍ2（２０ＭＰａ）であることが好ましい。スクリュー型捏和機の場合、圧縮能力は例えばスクリューの形状、長さや回転数、ローター（原料をスクリューに移送する作用をする。）の回転数等により調節することができる。原料水酸化アルミニウムが粒子径の小さい一次粒子が凝集した構造を有する場合、捏和機を使って前記範囲の圧縮下で粉砕することにより、この原料水酸化アルミニウムは一次粒子が実質的に破壊されることなく、効率良く凝集構造がとかれることになる。したがって、一次粒子の粉砕に費やされる粉砕エネルギーを節約できることから、樹脂へ高充填可能な水酸化アルミニウム粉末を少ない粉砕エネルギーで得ることができる可能性がある。
【００１４】
粉砕は、粉砕時においてドライ状態、ペンデュラー状態又はファニキュラーＩ状態が達成されるように、原料水酸化アルミニウムの含液率を粉砕前に調節してから行うことが好ましい。含液率の調節は、例えば、原料水酸化アルミニウムを乾燥したり又は水、アルコール等の液体を添加したりして行えばよい。好ましい含液率は、原料水酸化アルミニウムの平均二次粒子径や粒度分布等によって異なり一義的ではないが、例えば、３０重量％以下、より好ましくは１０重量％以下であり、また１重量％以上、より好ましくは５重量％以上である。含液率が高くなり過ぎると、原料水酸化アルミニウムを効率的に粉砕することは困難となる。
【００１５】
また、表面処理剤の共存下に粉砕を行ってもよい。この表面処理剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤及びアルミネートカップリング剤等の各種カップリング剤、オレイン酸及びステアリン酸等の脂肪酸並びにそれらの脂肪酸エステル、リン酸エステル、アルキルリン酸エステル、メチルシリケート及びエチルシリケート等のシリケート等が挙げられる。
【００１６】
粉砕時に水等の液体を添加したり、水等を含む原料水酸化アルミニウムを粉砕したとき、粉砕後の水酸化アルミニウム粉末には、通常、乾燥が施される。乾燥は例えば、公知の乾燥機を使う方法、又は粉砕を連続式捏和機で行うときにはこの捏和機の一部を加熱する方法等によって行うことができる。
【００１７】
こうして得られる水酸化アルミニウム粉末は、通常、ＢＥＴ比表面積が１．２ｍ2／ｇ〜４ｍ2／ｇであり、振動ミルで粉砕して得られる同一平均粒子径の水酸化アルミニウム粉末に比較してＢＥＴ比表面積が高くなる傾向にある。この水酸化アルミニウム粉末を樹脂へ充填して成形体とする場合、樹脂と水酸化アルミニウム粉末の接触面積を、振動ミルで粉砕して得られる水酸化アルミニウム粉末を用いるときに比べて増加させ、接触面の強度を向上させることができる可能性がある。
【００１８】
本発明により得られる水酸化アルミニウム粉末は、樹脂へ高充填することが可能であり、難燃性樹脂成形体や人工大理石等の充填材として好適である。適用可能な樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとプロピレンとの共重合体、エチレン及び／又はプロピレンと例えばブテン−１、ペンテン−１、ヘキセン−１、ヘプテン−１、オクテン−１、ノネン−１、４−メチルペンテン−１、デセン−１等の他のα−オレフィンとの共重合体で代表されるポリオレフィン、スチレン（共）重合体、メタクリル酸メチル（共）重合体、ポリアミド、ポリカーボネート、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリアセタール、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリフェニレンオキサイド、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリメチルペンテン等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。もちろん、この水酸化アルミニウム粉末は前記の樹脂に限らず、他の合成樹脂、天然樹脂又は紙等の充填材として使用することも可能である。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。これら実施例では、水酸化アルミニウム粉末のフタル酸ジオクチル吸油量（以下、ＤＯＰ吸油量という。）を測定することによって、樹脂への充填性を評価している。水酸化アルミニウム粉末のＤＯＰ吸油量が低いほど、樹脂への充填性が向上し、単位重量当りの樹脂に対してより多くの水酸化アルミニウム粉末を充填することができる。原料水酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウム粉末の物性測定は以下の方法で行った。
【００２０】
原料水酸化アルミニウムの物性
結晶構造：Ｘ線回折法により求めた。
平均二次粒子径（μｍ）：  レーザー散乱式粒度分布計〔リード  アンド  ノースラップ（ＬＥＥＤ＆ＮＯＲＴＨＲＵＰ）社製マイクロトラックＨＲＡ〕により測定した。
平均一次粒子径（μｍ）：  走査型電子顕微鏡により観察して求めた。
ＤＯＰ吸油量（ｍｌ／１００ｇ）：  JIS-K6221に準拠した方法で測定した。
【００２１】
水酸化アルミニウム粉末の物性
平均粒子径（μｍ）：  レーザー散乱式粒度分布計〔リード  アンド  ノースラップ（ＬＥＥＤ＆ＮＯＲＴＨＲＵＰ）社製マイクロトラックＨＲＡ〕により測定した。
ＤＯＰ吸油量（ｍｌ／１００ｇ）：  JIS-K6221に準拠した方法で測定した。
ＢＥＴ比表面積（ｍ2／ｇ）：  窒素吸着法により測定した。
【００２２】
参考例１
過飽和状態にあるアルミン酸ナトリウム溶液に種晶を添加し、攪拌しながら加水分解して粗水酸化アルミニウムを析出させた後、粗水酸化アルミニウムをろ過洗浄し、脱水して原料水酸化アルミニウム（結晶構造ギブサイト型、平均二次粒子径６８μｍ、平均一次粒子径１２μｍ、ＤＯＰ吸油量２９．９ｍｌ／１００ｇ、含水率５％）を得た。
【００２３】
得られた原料水酸化アルミニウムを一軸式スクリュー型捏和機ＭＰ−３０−１型（宮崎鉄工（株）製、スクリュー長さ２１０ｍｍ、スクリュー直径３０ｍｍ、スクリュー回転数４９ｒｐｍ、ローター回転数１０ｒｐｍ）に連続的に投入して粉砕した。次いで、得られた粉砕物を前記一軸式スクリュー型捏和機に連続的に投入して粉砕した後、１２０℃で乾燥し水酸化アルミニウム粉末を得た。得られた水酸化アルミニウム粉末の物性を表１に示す。
【００２４】
比較例１
参考例１で用いたと同じ原料水酸化アルミニウムを乾燥して含水率０％としたた後、振動ミル（内容積２Ｌ、原料水酸化アルミニウム仕込量０．３ｋｇ、８ｍｍφボール仕込量２．９ｋｇ、振幅３ｍｍ）で３０分間粉砕し、水酸化アルミニウム粉末を得た。得られた水酸化アルミニウム粉末の物性を表１に示す。
【００２５】
【表１】
0004092453.tif 000002
【００２６】
参考例２
市販の水酸化アルミニウムＨ−１００ＭＥ（商品名、昭和電工（株）より入手可能、結晶構造ギブサイト型、平均二次粒子径６７μｍ、平均一次粒子径２２μｍ、ＤＯＰ吸油量２７．８ｍｌ／１００ｇ）を含水率５％に調整し、一軸式スクリュー型捏和機ＭＰ−３０−１型（宮崎鉄工（株）製、スクリュー長さ２１０ｍｍ、スクリュー直径３０ｍｍ、スクリュー回転数４９ｒｐｍ、ローター回転数１０ｒｐｍ）に連続的に投入して粉砕した。次いで、得られた粉砕物を、前記一軸式スクリュー型捏和機に連続的に投入して、２回くりかえし粉砕した後、１２０℃で乾燥し水酸化アルミニウム粉末を得た。得られた水酸化アルミニウム粉末の物性を表２に示す。
【００２７】
比較例２
参考例２で用いたと同じ原料水酸化アルミニウムを振動ミル（内容積２Ｌ、原料水酸化アルミニウム仕込量０．３ｋｇ、８ｍｍφボール仕込量２．９ｋｇ、振幅３ｍｍ）で１５分間粉砕し、水酸化アルミニウム粉末を得た。得られた水酸化アルミニウム粉末の物性を表２に示す。
【００２８】
比較例３
比較例２において、振動ミルの粉砕時間を３０分間に変えた以外は同様にして行った。得られた水酸化アルミニウム粉末の物性を表２に示す。
【００２９】
【表２】
0004092453.tif 000003
【００３０】
実施例１
市販の水酸化アルミニウムＢ−３０（商品名、アルコア化成（株）より入手可能、結晶構造ギブサイト型、平均二次粒子径６１μｍ、平均一次粒子径２０μｍ、ＤＯＰ吸油量３４．２ｍｌ／１００ｇ）を含水率２％に調整し、一軸式スクリュー型捏和機ＭＰ−３０−１型（宮崎鉄工（株）製、スクリュー長さ２１０ｍｍ、スクリュー直径３０ｍｍ、スクリュー回転数４９ｒｐｍ、ローター回転数１０ｒｐｍ）に連続的に投入して粉砕した。次いで、得られた粉砕物を、前記一軸式スクリュー型捏和機に連続的に投入して、２回くりかえし粉砕した後、１２０℃で乾燥し水酸化アルミニウム粉末を得た。得られた水酸化アルミニウム粉末の物性を表３に示す。
【００３１】
比較例４
実施例１で用いたと同じ原料水酸化アルミニウムを乾燥して含水率０％としたた後、振動ミル（内容積２Ｌ、原料水酸化アルミニウム仕込量０．３ｋｇ、８ｍｍφボール仕込量２．９ｋｇ、振幅３ｍｍ）で１５分間粉砕し、水酸化アルミニウム粉末を得た。得られた水酸化アルミニウム粉末の物性を表３に示す。
【００３２】
比較例５
比較例４において、振動ミルの粉砕時間を３０分間に変えた以外は同様にして行った。得られた水酸化アルミニウム粉末の物性を表３に示す。
【００３３】
【表３】
0004092453.tif 000004
【００３４】
参考例３
過飽和状態にあるアルミン酸ナトリウム溶液に種晶を添加し、攪拌しながら加水分解して粗水酸化アルミニウムを析出させた後、粗水酸化アルミニウムをろ過洗浄し、脱水して原料水酸化アルミニウム（結晶構造ギブサイト型、平均二次粒子径８１μｍ、平均一次粒子径１６μｍ、ＤＯＰ吸油量３７．９ｍｌ／１００ｇ、含水率５％）を得た。この原料水酸化アルミニウムを一軸式スクリュー捏和機ＭＰ−１００（宮崎鉄工（株）製、スクリュー長さ６１５ｍｍ、スクリュー直径１００ｍｍ、スクリュー回転数２０ｒｐｍ、ローター回転数１６ｒｐｍ）に連続的に投入して粉砕した。次いで得られた粉砕物を、前記一軸式スクリュー型捏和機に連続的に投入して２回繰り返して粉砕した後、１２０℃で乾燥し水酸化アルミニウム粉末を得た。総計３回の捏和のうち、２回目の捏和時に測定した最大の圧縮圧力は１０．２ｋｇｆ／ｃｍ2（１．００ＭＰａ）であった。得られた水酸化アルミニウム粉末の物性を表４に示す。
【００３５】
【表４】
0004092453.tif 000005
【００３６】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、ＤＯＰ吸油量が低く、樹脂へ高充填可能な水酸化アルミニウム粉末を簡易に製造することができる。