球状アルミナ粉末の製造方法
【課題】比表面積が小さく、かつウラン含有量が少ない、封止材などの樹脂組成物に対して高い熱伝導率を付与することができる球状アルミナ粉末を得るための製造方法を提供すること。
【解決手段】窒素吸着法により測定した比表面積が０．３ｍ２／ｇ以上３ｍ２／ｇ以下であり、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比Ｄ５０／Ｄｂｅｔが１０以下であり、かつ平均粒子径Ｄ５０が２μｍ以上１００μｍ以下である水酸化アルミニウム粉末を、火炎中に噴霧した後に粉末状で捕集する、球状アルミナ粉末の製造方法。
【解決手段】窒素吸着法により測定した比表面積が０．３ｍ２／ｇ以上３ｍ２／ｇ以下であり、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比Ｄ５０／Ｄｂｅｔが１０以下であり、かつ平均粒子径Ｄ５０が２μｍ以上１００μｍ以下である水酸化アルミニウム粉末を、火炎中に噴霧した後に粉末状で捕集する、球状アルミナ粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の物性を有する水酸化アルミニウム粉末を、火炎中に供給することにより球状化を行う、球状アルミナ粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム粉末を火炎中に供給して球状化されたアルミナ粉末は、樹脂に配合した際の熱伝導性、充填性、さらには絶縁性に優れていることから、基板等の絶縁材料用樹脂の充填材として用いられている。
【０００３】
かかる球状アルミナ粉末の製造方法として、例えば、水酸化アルミニウムスラリーを原料として火炎中に供給し、溶射することにより球状のアルミナ粉末を製造する方法や、水酸化アルミニウム粉末をスラリー状態として、火炎中に微細な霧状で噴霧供給する方法が知られている（特開平１１−１４７７１１号公報、特開２００１−１９４２５号公報および特開２００１−２２６１１７号公報）。しかしながら、一般的な水酸化アルミニウムを原料として用いる場合や媒体に水を用いる場合には、球状化の過程において多くの熱量が必要となる。また、凝集した水酸化アルミニウムを用いる場合には、得られる球状アルミナが互いに合着した状態となることがある。
【０００４】
さらに、半導体用途に用いる球状アルミナ粉末には、α線による作動エラーを無くすためウラン含有量を極めて少なくすることが求められる。かかる球状アルミナ粉末の製造方法としては、高純度のアルミニウムを一旦溶融させた後、アトマイズすることにより、ウラン、トリウム量が１ｐｐｂ未満に調整されたアルミニウム粉末を製造し、これを、酸素を含む気流中に供給し燃焼させる方法が知られている（特開平１１−９２１３６号公報）。しかしながら、該方法は二段階の工程からなるため、生産性の観点において必ずしも有利な方法とはいえなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１４７７１１号公報
【特許文献２】特開２００１−１９４２５号公報
【特許文献３】特開２００１−２２６１１７号公報
【特許文献４】特開平１１−９２１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の課題は、球状アルミナを生産性よく製造するだけでなく、比表面積が小さく、かつウラン含有量が少ない、半導体封止材などの樹脂組成物に対して高い熱伝導率を付与することができる、球状アルミナ粉末を得るための製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、前記の課題を解決すべく検討した結果、特定の物性を有する水酸化アルミニウム粉末を、火炎中に噴霧供給することにより、比表面積が小さく、かつウラン含有量が少ない球状アルミナ粉末を、効率よく製造できることを見出した。
【０００８】
即ち、本発明は、窒素吸着法により測定した比表面積が０．３ｍ２／ｇ以上３ｍ２／ｇ以下であり、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比Ｄ５０／Ｄｂｅｔが１０以下であり、かつ平均粒子径Ｄ５０が２μｍ以上１００μｍ以下である水酸化アルミニウム粉末を、火炎中に噴霧した後に粉末状で捕集することを特徴とする球状アルミナ粉末の製造方法を提供するものである。
【０００９】
また、本発明は、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径Ｄ５０が２μｍ以上１００μｍ以下であり、窒素吸着法により測定した比表面積が１ｍ２／ｇ以下であり、平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比Ｄ５０／Ｄｂｅｔが５以下であり、かつウラン含有量が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とする、樹脂充填用球状アルミナ粉末を提供するものである。
【００１０】
さらに、本発明は、窒素吸着法により測定した比表面積が０．３ｍ２／ｇ以上３ｍ２／ｇ以下であり、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比Ｄ５０／Ｄｂｅｔが１０以下であり、微粒側からの累積で１０重量％となる粒子径Ｄ１０と、９０重量％となる粒子径Ｄ９０による粒度分布指数Ｄ９０／Ｄ１０が１２以下であり、Ｘ線回折により測定した結晶型がギブサイト型であり、かつその結晶面（１１０）と（００２）のピークの強度比（Ｉ（１１０）／Ｉ（００２））が０．２０以上であることを特徴とする、球状アルミナ製造用水酸化アルミニウム粉末を提供するものである。
【００１１】
本発明の製造方法によれば、比表面積が小さく、かつウラン含有量が少ない低α線量の球状アルミナ粉末を生産性良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明における球状アルミナ粉末の製造装置を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明の製造方法において、原料として用いられる水酸化アルミニウム粉末（以下、「原料水酸化アルミニウム粉末」という場合がある。）の窒素吸着法により測定された比表面積の上限値は、３ｍ２／ｇ以下であり、好ましくは２ｍ２／ｇ以下である。原料水酸化アルミニウム粉末の比表面積が大きすぎる場合には、得られる球状アルミナ粉末の比表面積も大きくなってしまう傾向がある。また、原料水酸化アルミニウム粉末の比表面積の下限値は、０．３ｍ２／ｇ以上であり、好ましくは０．５ｍ２／ｇ以上である。原料水酸化アルミニウム粉末の比表面積が小さすぎる場合には、平均粒子径に対して粗粒の割合が増えてしまうため樹脂充填材としての物性が悪くなるおそれがある。
【００１５】
本発明の製造方法において用いられる原料水酸化アルミニウム粉末の平均粒子径Ｄ５０は、２μｍ以上１００μｍ以下であり、好ましくは３μｍ以上７０μｍ以下である。ここで本発明において、平均粒子径Ｄ５０（以下、単に「Ｄ５０」という場合がある。）とは、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径をいう。原料水酸化アルミニウム粉末の平均粒子径Ｄ５０が、２μｍより小さい場合には、捕集効率が低下してしまい、１００μｍより大きい場合には球状化の際に表面が荒れてしまうおそれがある。
【００１６】
また、本発明の製造方法において用いられる原料水酸化アルミニウム粉末の平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比、Ｄ５０／Ｄｂｅｔは、１０以下であり、好ましくは８以下、より好ましくは６以下である。ここで、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔ（以下、単に「Ｄｂｅｔ」という場合がある。）とは、原料水酸化アルミニウムの比表面積および真密度から計算される粒子径であり、間接的に計算した一次粒子径を表す。原料水酸化アルミニウム粉末のＤ５０／Ｄｂｅｔが１０よりも大きい場合には、得られる球状アルミナ粉末のＤ５０／Ｄｂｅｔが５以下とならない。また、Ｄ５０／Ｄｂｅｔの下限値は、特に限定されるものではないが、通常、１以上である。
【００１７】
さらに、本発明の製造方法において用いられる原料水酸化アルミニウム粉末の粒度分布指数Ｄ９０／Ｄ１０は、１２以下であることが好ましい。Ｄ９０／Ｄ１０の下限値は、特に限定されるものではないが、通常、２以上である。ここで、本発明において、Ｄ１０およびＤ９０とは、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で、それぞれ、１０重量％、９０重量％となる粒子径をいう。Ｄ９０／Ｄ１０の値は、粒度分布がどのような幅を有しているかを示す指標であり、この値が小さいほど粒度分布がシャープであることを意味する。原料水酸化アルミニウム粉末のＤ９０／Ｄ１０の値が１２以下であると、粒度分布がシャープな球状アルミナ粉末が得られる傾向にあり、またサイクロンにより捕集される量が多くなることから、生産性が高くなる。
【００１８】
本発明の製造方法において用いられる原料水酸化アルミニウム粉末の結晶型としては、例えば、ギブサイトおよびバイヤライトなどの三水和物、ならびに、べーマイト、ダイアスポアなどの一水和物が挙げられる。中でも、硬度が相対的に低く、製造装置の磨耗を避けられる、平均粒子径２μｍ以上の水酸化アルミニウムを得やすいという点から、ギブサイトであることが好ましい。原料水酸化アルミニウム粉末が、ギブサイト以外の結晶型の水酸化アルミニウムを含有する場合、その含有量は、原料水酸化アルミニウム粉末の総重量に基づいて５重量％以下であることが好ましい。なお、他の結晶型を有する水酸化アルミニウムの含有量は、Ｘ線回折測定によるメインピークの強度比から算出することができる。
【００１９】
さらに、本発明の製造方法において用いられる原料水酸化アルミニウム粉末は、その結晶面（１１０）と（００２）のピーク強度比Ｉ（１１０）／Ｉ（００２）が、０．２０以上であることが好ましい。より好ましいピーク強度比Ｉ（１１０）／Ｉ（００２）は、０．２５以上、さらに好ましくは０．３０以上である。ピーク強度比が０．２０よりも小さい粉末は、結晶面（００２）が大きな板状であることを示しており、そのような水酸化アルミニウム粉末を原料として球状化を行った場合、得られる球状アルミナの表面積が大きくなる傾向にある。また、ピーク強度比は、０．５以下であることが好ましい。
【００２０】
球状アルミナ粉末を半導体素子の封止材用途に用いる場合には、低α線量であること、すなわち、球状アルミナ粉末中のウラン含有量が少ないことが必要となる。具体的には、球状アルミナ粉末中のウラン含有量を、１０ｐｐｂ以下に抑えることが望ましい。ここで、球状アルミナ粉末中のウラン含有量は、原料水酸化アルミニウム粉末に含まれるウラン含有量に依存するため、ウラン含有量の少ない球状アルミナ粉末を製造するためには、原料となる水酸化アルミニウム中のウラン含有量をできる限り少なくしておくことが重要となる。
したがって、本発明の製造方法において用いられる原料水酸化アルミニウム粉末のウラン含有量は、１０ｐｐｂ以下であることが好ましく、８ｐｐｂ以下であることがより好ましい。ウラン含有量が１０ｐｐｂ以下である原料水酸化アルミニウム粉末を用いることにより、半導体封止材用途に好適な、ウラン含有量が１０ｐｐｂ以下である低α線量の球状アルミナ粉末を得ることができる。なお、原料水酸化アルミニウム粉末中のウラン含有量の下限値は、特に限定されるものではなく、低いほど好ましいが、通常、３ｐｐｂである。
【００２１】
特開昭６０−２４６２２０号公報にも記載されているように、ボーキサイトを原料に用いたバイヤー法によって得られる水酸化アルミニウムのウラン含有量は数百ｐｐｂと多いことが知られている。これは、一般的にバイヤー法において、アルミン酸ナトリウム水溶液を循環使用することにより、ボーキサイトから抽出された有機物が徐々に液中に蓄積されてしまうためである。
そこで、例えば、アルミン酸ナトリウム水溶液を得るための原料を、ボーキサイトから、有機物含有量が０．１重量％未満の水酸化アルミニウムに変更することにより、アルミン酸ナトリウム水溶液中の有機物含有量を低減することができる。具体的には、１０ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは１０ｍｇ／Ｌ以上５００ｍｇ／Ｌ以下とすることができる。また、該水溶液に吸着剤を添加して吸着性の高い有機物を除去したり、酸化剤を用いて有機物を分解したりすることにより、さらに有機物含有量の少ないアルミン酸ナトリウム水溶液を得ることができる。このようにして得られたアルミン酸ナトリウム水溶液を用いて水酸化アルミニウムの析出を行うことにより、得られる水酸化アルミニウム中のウラン含有量を１０ｐｐｂ以下とすることができる。
【００２２】
球状アルミナ粉末を、半導体封止材などの電子部品用途に用いる場合、耐湿信頼性の観点から、溶解性Ｎａ量を低減することが重要となる。この溶解性Ｎａ量は、原料となる水酸化アルミニウムに含まれるＮａ量に依存する。このため、原料水酸化アルミニウム粉末中に含まれる非溶解性および溶解性Ｎａ量が少ないほど、球状化の際に生じるガス化されたＮａが少なくなり、得られる球状アルミナ粉末の溶解性Ｎａ量を低減することができる。したがって、本発明の製造方法に用いられる原料水酸化アルミニウム粉末中に含まれるＮａ量は、非溶解性および溶解性Ｎａ量を合算し、かつ酸化物（Ｎａ２Ｏ）に換算した量で、０．２０重量％以下であることが好ましく、０．１５重量％以下であることがより好ましい。
【００２３】
本発明の製造方法において用いられる原料水酸化アルミニウム粉末の製造方法は、特に限定されるものではなく、この分野で一般的に用いられる方法により製造することができるが、バイヤー法によって製造されることが好ましい。具体的には、例えば、バイヤー法によって製造されるアルミン酸ナトリウム水溶液に、種子となる水酸化アルミニウムを添加し、液温を３０〜９０℃に保持し、撹拌することによりアルミン酸ナトリウム水溶液中のアルミ分を分解、析出させることによって製造することができる。この方法によって製造された水酸化アルミニウムの結晶型は、通常、ギブサイト型である。
【００２４】
さらに、原料水酸化アルミニウム粉末は、表面処理されていてもよい。表面処理に用いる表面処理剤としては、この分野で一般的に使用される表面処理剤を使用することができ、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およびステアリン酸などの脂肪酸が挙げられる。特に、シランカップリング剤やチタネートカップリング剤により被覆された水酸化アルミニウムを用いることにより、原料となる水酸化アルミニウム粉末中のＮａ２Ｏ含有量が多くても、火炎中に供給した時に表面処理剤が熱分解されることにより、球状アルミナ粉末の表面に無機酸化物の層が形成され、溶解性Ｎａ量を低減する効果を期待することができる。
【００２５】
表面処理の方法としては、特に限定されるものではなく、湿式、乾式のいずれであってもよいが、生産性の観点からは、乾式が好ましい。具体的には、スーパーミキサーやＶ型混合機中で水酸化アルミニウム粉末を流動させ、そこへ表面処理剤を添加、混合することで行うことができる。他にも、例えば、振動ミルやボールミルで粉砕する工程において、表面処理剤を添加する方法が挙げられる。
【００２６】
表面処理剤の量は、カップリング剤の場合、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２換算で、水酸化アルミニウム粉末の重量に基づいて０．５重量％以下であることが好ましい。表面処理剤の量が０．５重量％を超える場合、表面を被覆する量が増えるため、表面積は低下するが、粒子同士が合着し、粗大な粒子が生じてしまうおそれがある。
また、表面処理剤の配合量は、水酸化アルミニウム粉末１００重量部に対して、０．０１重量部以上１重量部以下であることが好ましい。
【００２７】
上述した物性を有する原料水酸化アルミニウム粉末は、本発明の製造方法に限らず、この分野で一般的な方法による球状アルミナの製造用原料としても使用することができるが、本発明の製造方法により、特に効率的に、比表面積が小さく、かつウラン含有量の少ない球状アルミナ粉末を製造することができる。
【００２８】
本発明の製造方法は、例えば、図１に示すような装置を用いて実施することができる。図１に示す球状アルミナ粉末の製造装置は、可燃性ガス供給管３、支燃性ガス供給管４および原料供給管５を接続したバーナー２を頂上部にセットした溶射炉１ならびに溶射炉を通過した粉末を回収するサイクロン６、バグフィルター７およびブロワー８などからなる。
【００２９】
具体的には、原料水酸化アルミニウム粉末を、搬送ガス中に分散させた状態で原料供給管から火炎中に供給することにより、水酸化アルミニウムを球状化し、球状アルミナ粉末を製造することができる。
【００３０】
原料水酸化アルミニウムは、例えば、原料水酸化アルミニウム粉末を水に分散させ、スラリー状態で供給することもできるが、本発明の製造方法においては、生産性の観点から、溶射時に水の蒸発潜熱による熱量ロスが生じないため、原料水酸化アルミニウムを粉末状で噴霧供給する。
粒子同士の付着が弱くなり、粉末を火炎中に供給したとき、粒子同士が合着することによって粗大な粒子が形成することを抑制できるため、原料水酸化アルミニウム粉末中に含まれる水分量は、０．５重量％以下であることが好ましい。
【００３１】
原料水酸化アルミニウム粉末は搬送ガスにより火炎中に噴霧供給される。搬送ガスとしては、酸素、空気、窒素などが挙げられるが、酸素を用いることが好ましい。搬送ガスに分散させて水酸化アルミニウム粉末を供給する際の濃度（水酸化アルミニウム粉末供給量（ｇ）／搬送ガス供給量（ＮＬ））は、１．０以上１０．０以下であることが好ましい。該濃度が、高すぎる場合には、搬送ガス中での水酸化アルミニウム粉末濃度が高くなり、火炎中に供給した際に粉末の分散性が低下し、球状化の過程で粉末同士の融着が起こり、得られる球状アルミナ粉末の粒子径が大きくなる傾向にある。
【００３２】
火炎中への原料水酸化アルミニウム粉末の供給量は、火炎中における濃度（水酸化アルミニウム粉末供給量（ｇ）／ガス供給量（ＮＬ））で、０．０１以上２．０以下であることが好ましく、０．１以上１．５以下であることがより好ましい。ここで、ガス供給量とは、可燃性ガス供給量と支燃性ガス供給量と搬送ガス供給量の合算量をいう。該濃度が低すぎる場合には、水酸化アルミニウム粉末の供給量が少なくなるため、生産性が低下する。一方、高すぎる場合には、火炎と一度に接触する水酸化アルミニウム粉末量が増えるため、粒子同士の融着が起こり、得られる球状アルミナ粉末の粒子径が大きくなる傾向にある。
【００３３】
また、火炎中への原料水酸化アルミニウム粉末の供給量は、可燃ガス比（水酸化アルミニウム粉末供給量（ｇ）／可燃性ガス供給量（ＮＬ））で、１０．０以下であることが好ましく、６．０以下であることがより好ましい。可燃ガス比が高すぎると、火炎中に一度に供給される水酸化アルミニウム粉末量が多くなり、全量を球状化させることが困難となる。可燃ガス比の下限値は、生産性の点から、通常、０．１以上である。
【００３４】
本発明の製造方法において、可燃性ガスとしては、例えば、プロパン、ブタン、プロピレン、アセチレン、水素などが挙げられ、中でもプロパン〔例えば、液化プロパンガス（ＬＰＧ）〕が好ましい。支燃性ガスとしては、例えば、空気、酸素が挙げられ、中でも酸素が好ましい。可燃性ガスおよび支燃性ガスの供給条件は、例えば、製造量などにより適宜設定し得るが、通常、原料粉末の供給量に合わせて調整すればよい。
【００３５】
火炎中に噴霧された原料水酸化アルミニウム粉末は、高温の火炎により、アルミナへと転移し、球状化され球状アルミナ粉末となる。これにより得られる球状アルミナ粉末は、ブロワーで吸引されることにより、サイクロンで捕集される。サイクロンで捕集されなかった粉末は、バグフィルターにて回収され、その後、排ガスは大気に放出される。
【００３６】
本発明の球状アルミナ粉末の窒素吸着法により測定される比表面積は、１ｍ２／ｇ以下であり、好ましくは０．８ｍ２／ｇ以下である。比表面積が１ｍ２／ｇ以下であると、樹脂材料に配合したとき、樹脂材料の機械物性低下を抑制できる。
【００３７】
本発明の球状アルミナ粉末の平均粒子径Ｄ５０は、２μｍ以上１００μｍ以下であり、好ましくは３μｍ以上７０μｍ以下である。ここで、平均粒子径Ｄ５０は、前記と同じ意味を有する。球状アルミナ粉末の平均粒子径Ｄ５０が、２μｍより小さい場合には、表面積が大きくなり、樹脂材料に配合したときに機械物性を低下させるおそれがあり、１００μｍより大きい場合には球状アルミナ粒子表面の平滑性が悪くなる。
【００３８】
さらに、本発明の球状アルミナ粉末の粒度分布指数Ｄ９０／Ｄ１０は、４．０以下であることが好ましく、より好ましくは３．５以下である。ここで、Ｄ１０およびＤ９０は、前記と同じ意味を有する。Ｄ９０／Ｄ１０の下限値は、特に限定されるものではないが、通常、１．５以上である。
【００３９】
また、本発明の球状アルミナ粉末の平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出したＤｂｅｔとの比、Ｄ５０／Ｄｂｅｔは、５以下であり、好ましくは４以下である。ここで、比表面積から算出したＤｂｅｔは、前記と同じ意味を有する。Ｄ５０／Ｄｂｅｔが５より大きい場合、粒度分布がブロードであるため、微粒や粗粒の割合が増えてしまう。また、Ｄ５０／Ｄｂｅｔの下限値は、特に限定されるものではないが、通常、１以上である。
【００４０】
原料水酸化アルミニウム粉末の平均粒子径Ｄ５０（ａ）と、この原料水酸化アルミニウム粉末を火炎中に噴霧することにより製造された球状アルミナ粉末の平均粒子径Ｄ５０（ｂ）との関係について、本発明の方法において、Ｄ５０（ａ）／Ｄ５０（ｂ）は、好ましくは０．７以上１．３以下、より好ましくは０．８以上１．２以下である。Ｄ５０（ａ）／Ｄ５０（ｂ）が前記範囲にない場合、得られる球状アルミナ粉末の粒子径を原料水酸化アルミニウム粉末の粒子径を制御することにより調製することが困難となることがある。また、従来の方法においては、サイクロンでの捕集率を高くした場合、Ｄ５０（ａ）／Ｄ５０（ｂ）が０．７以上１．３以下とならないことがあり、球状アルミナ粉末の粒子径を、原料水酸化アルミニウム粉末の粒子径を調整することにより制御することが難しい。一方、Ｄ５０（ａ）／Ｄ５０（ｂ）を０．７以上１．３以下に制御した場合、サイクロンでの捕集率が低下してしまうことがある。本発明の方法によれば、Ｄ５０（ａ）／Ｄ５０（ｂ）を０．７以上１．３以下に制御しつつ、高い捕集率で球状アルミナ粉末を製造することができる。
【００４１】
本発明の球状アルミナ粉末のウラン含有量は、１０ｐｐｂ以下であり、好ましくは８ｐｐｂ以下である。ウラン含有量が１０ｐｐｂ以下であれば、半導体素子の誤作動を防止し得ることから、半導体の封止材用途に好適である。なお、球状アルミナ粉末のウラン量は、グロー放電質量分析法や誘導結合プラズマ質量分析法、蛍光光度法などの公知の方法で定量化することができるが、定量下限値が小さいことから、中でも、誘導結合プラズマ質量分析法が好ましい。
【００４２】
本発明の球状アルミナ粉末において、樹脂への充填性が向上し得るため、粒子径が３μｍ〜２０μｍの範囲の球形度は、０．９０以上であることが好ましい。
【００４３】
本発明の球状アルミナ粉末に含まれる溶解性Ｎａ量は、５００ｐｐｍ以下であることが好ましく、２００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。溶解性Ｎａ量とは、粉末を水と接触させたときに、水中へ溶解するＮａ＋イオン量をいう。球状アルミナ粉末に含まれる溶解性Ｎａ量が前記の範囲にあると、樹脂に配合したときの絶縁性の低下が抑制される。
なお、得られた球状アルミナ粉末の耐湿信頼性が十分でない場合には、水洗いなどの公知の方法により、表面に付着した溶解性Ｎａを除去することができる。
【００４４】
本発明の球状アルミナ粉末は、特に、本発明の製造方法により効率的に製造することができる。
【００４５】
本発明の球状アルミナ粉末は、樹脂充填材用途に適しており、適用できる樹脂は広範にわたる。具体的には、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンに代表されるポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、有機ケイ素化合物から構成されるシリコーン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂に、本発明の球状アルミナ粉末を配合することにより、高い熱伝導性と絶縁性を付与することができるため、特に、電子部品の放熱部材に好適である。
【００４６】
一般的に用いられる公知の方法を使用して、本発明の球状アルミナ粉末と樹脂を混合することにより樹脂組成物を得ることができる。例えば、樹脂が液状の場合（例えば液状エポキシ樹脂など）は、液状樹脂と球状アルミナ粉末と硬化剤とを混合した後、熱や紫外線などで硬化させることにより樹脂組成物を得ることができる。硬化剤や混合方法、硬化方法は公知のものおよび方法を用いることができる。一方、樹脂が固体状の場合（例えばポリオレフィン樹脂やアクリル樹脂など）は、球状アルミナ粉末と樹脂を混合した後に、溶融混練などの公知の方法により混練することで目的とする樹脂組成物を得ることができる。
【００４７】
本発明の球状アルミナ粉末の樹脂に対する配合比率は、樹脂特有のしなやかさを損なうことなく十分に熱伝導率を向上させることができるため、樹脂１０〜８０体積％に対して、球状アルミナ粉末９０〜２０体積％であることが好ましい。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００４９】
（１）平均粒子径（Ｄ５０）、１０重量％粒子径（Ｄ１０）、９０重量％粒子径（Ｄ９０）
粒子径は、レーザー散乱式粒子径分布測定装置〔日機装社製 「マイクロトラックＨＲＡ Ｘ−１００」〕を用いて測定した。測定する粉末を０．２重量％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液中に加え、測定可能濃度に調整した後、出力４０Ｗの超音波を５分間照射した後、測定を行い（ｎ＝２）、その平均値から粒子径を求めた。屈折率は、原料水酸化アルミニウム粉末測定時は１．５７、球状アルミナ粉末測定時は１．７６とした。
Ｄ５０は、微粒側からの累積で５０重量％となる粒子径から、Ｄ１０、Ｄ９０は、 [ｌｏｇ（粒子径）]の刻み幅０．０３８として得られた粒度分布から求めた。
【００５０】
（２）比表面積
ＪＩＳ−Ｚ−８８３０に規定された方法に従い、窒素吸着法により比表面積を求めた。
【００５１】
（３）Ｄｂｅｔ
Ｄｂｅｔ（μｍ）は、６／（（比表面積（ｍ２／ｇ）× 粉末の真密度（ｇ／ｃｍ３））より算出した。原料水酸化アルミニウム、球状アルミナの真密度の値は、それぞれ、２．４、３．７を用いた。
【００５２】
（４）粉末Ｘ線回折測定
粉末Ｘ線回折測定装置〔リガク社製 「ＲＩＮＴ−２０００」〕を用いて、水酸化アルミニウム粉末を測定用ガラスセルに圧密して充填した後、以下の条件で測定した。Ｘ線源としてはＣｕを用いた。
＜測定条件＞
ステップ幅：０．０２ｄｅｇ
スキャンスピード：０．０４ｄｅｇ／ｓｅｃ
加速電圧：４０ｋＶ
加速電流：３０ｍＡ
【００５３】
（５）ピーク強度比Ｉ（１１０）／Ｉ（００２）
粉末Ｘ線回折により測定した結果から、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．７０−２０３８と照らし合わせ、２θが１８．３°の位置に現れるピークを結晶面（００２）、２０．３°の位置に現れるピークを結晶面（１１０）として、それぞれのピークの高さから、ピーク強度比Ｉ（１１０）／Ｉ（００２）を求めた。
【００５４】
（６）Ｎａ２Ｏ含有量
水酸化アルミニウム粉末中に含まれるＮａ２Ｏ含有量は、水酸化アルミニウム粉末を空気雰囲気下１１００℃で２時間仮焼した後、ＪＩＳ−Ｒ９３０１−３−９に規定された方法に従い求めた。
【００５５】
（７）溶解性Ｎａ量
球状アルミナ粉末１ｇを常温の純水１０ｍｌ中に加え、１０秒間攪拌した後、遠心分離により固液分離を行って得られた上澄みを採取し、液中に抽出された溶解性Ｎａを、イオンクロマトを用いて測定した。
【００５６】
（８）ウラン含有量
水酸化アルミニウム粉末、球状アルミナ粉末を、硫酸とリン酸の混合水溶液中で加熱することにより、粉末を溶解させて水溶液を調製した。その後、ウランの抽出剤として汎用されるリン酸トリブチルのシクロヘキサン溶液と接触させることで、該水溶液中に含まれるウランを抽出した。その後、再度純水と接触させる逆抽出により水相に移したウランを、IＣＰ−ＭＳを用いてＵ２３８ａｍｕの強度により測定した。なお、検量線の作成には、ＳＰＥＸ社製標準溶液を用いた。
【００５７】
（９）捕集率
サイクロンでの捕集率（％）は、以下の計算式で算出した。
捕集率（％）＝（サイクロンで捕集された量（ｇ））／（供給原料量（ｇ）×１０２／１５６）×１００
［式中、１０２はアルミナの分子量であり、１５６はギブサイト型水酸化アルミニウムの分子量である。］
【００５８】
〔実施例１〕
原料水酸化アルミニウムとして、ＳｉＯ２換算で０．１重量％相当のシランカップリング剤で表面処理した、比表面積：１．２ｍ２／ｇ、Ｄ１０：１．５μｍ、Ｄ５０：８．８μｍ、Ｄ９０：１７μｍ、Ｄ５０／Ｄｂｅｔ：４．２、Ｄ９０／Ｄ１０：１１、ピーク強度比Ｉ（１１０）／Ｉ（００２）：０．３８、Ｎａ２Ｏ含有量：０．１６重量％、ウラン含有量：５ｐｐｂの物性を有するギブサイト型水酸化アルミニウム粉末を用いた。可燃性ガスと支燃性ガスから形成された１５００℃以上の高温火炎中に水酸化アルミニウム粉末を供給・球状化した条件は以下の通りである。
（１）搬送ガス中の濃度（水酸化アルミニウム粉末供給量（ｇ）／搬送ガス供給量（ＮＬ））：４．０
（２）火炎中の濃度（水酸化アルミニウム粉末供給量（ｇ）／ガス供給量（ＮＬ））：０．４
（３）可燃ガス比（水酸化アルミニウム粉末供給量（ｇ）／可燃性ガス供給量（ＮＬ））：２．４
（４）可燃性ガス／支燃性ガス比：０．２３
なお、可燃性ガスにはＬＰＧを、支燃性ガスおよび搬送ガスには酸素を用いた。その後、サイクロンにて粉末を捕集することにより、球状アルミナ粉末を得た。サイクロンによる捕集率は、８４％であった。
【００５９】
得られた球状アルミナ粉末は、比表面積０．６ｍ２／ｇ、Ｄ５０：７．７μｍ、Ｄ５０／Ｄｂｅｔ：２．７、Ｄ９０／Ｄ１０：２．８、溶解性Ｎａ量：１３９ｐｐｍ、ウラン含有量：７ｐｐｂの物性を有していた。
【００６０】
〔実施例２〕
原料水酸化アルミニウム粉末として、表１に示す物性を有するギブサイト型水酸化アルミニウム粉末（表面未処理）を用いた以外は、実施例１と同様にして球状アルミナ粉末を得た。サイクロンによる捕集率は、８１％であった。得られた球状アルミナ粉末の物性を、表２に示す。
【００６１】
〔比較例１〕
原料水酸化アルミニウム粉末として、表１に示す物性を有するギブサイト型水酸化アルミニウム粉末（表面未処理）を用いた以外は、実施例１と同様にして球状アルミナ粉末を得た。サイクロンによる捕集率は、７２％であった。得られた球状アルミナ粉末の物性を、表２に示す。
【００６２】
【表１】
【００６３】
【表２】
【００６４】
表２に示す結果から、本発明の製造方法によれば、比表面積が小さく、ウラン含有量の少ない球状アルミナ粉末を生産性良く得ることができることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の製造方法によれば、比表面積が小さく、かつウラン含有量が少ない低α線量の球状アルミナ粉末を提供することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の物性を有する水酸化アルミニウム粉末を、火炎中に供給することにより球状化を行う、球状アルミナ粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム粉末を火炎中に供給して球状化されたアルミナ粉末は、樹脂に配合した際の熱伝導性、充填性、さらには絶縁性に優れていることから、基板等の絶縁材料用樹脂の充填材として用いられている。
【０００３】
かかる球状アルミナ粉末の製造方法として、例えば、水酸化アルミニウムスラリーを原料として火炎中に供給し、溶射することにより球状のアルミナ粉末を製造する方法や、水酸化アルミニウム粉末をスラリー状態として、火炎中に微細な霧状で噴霧供給する方法が知られている（特開平１１−１４７７１１号公報、特開２００１−１９４２５号公報および特開２００１−２２６１１７号公報）。しかしながら、一般的な水酸化アルミニウムを原料として用いる場合や媒体に水を用いる場合には、球状化の過程において多くの熱量が必要となる。また、凝集した水酸化アルミニウムを用いる場合には、得られる球状アルミナが互いに合着した状態となることがある。
【０００４】
さらに、半導体用途に用いる球状アルミナ粉末には、α線による作動エラーを無くすためウラン含有量を極めて少なくすることが求められる。かかる球状アルミナ粉末の製造方法としては、高純度のアルミニウムを一旦溶融させた後、アトマイズすることにより、ウラン、トリウム量が１ｐｐｂ未満に調整されたアルミニウム粉末を製造し、これを、酸素を含む気流中に供給し燃焼させる方法が知られている（特開平１１−９２１３６号公報）。しかしながら、該方法は二段階の工程からなるため、生産性の観点において必ずしも有利な方法とはいえなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１４７７１１号公報
【特許文献２】特開２００１−１９４２５号公報
【特許文献３】特開２００１−２２６１１７号公報
【特許文献４】特開平１１−９２１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の課題は、球状アルミナを生産性よく製造するだけでなく、比表面積が小さく、かつウラン含有量が少ない、半導体封止材などの樹脂組成物に対して高い熱伝導率を付与することができる、球状アルミナ粉末を得るための製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、前記の課題を解決すべく検討した結果、特定の物性を有する水酸化アルミニウム粉末を、火炎中に噴霧供給することにより、比表面積が小さく、かつウラン含有量が少ない球状アルミナ粉末を、効率よく製造できることを見出した。
【０００８】
即ち、本発明は、窒素吸着法により測定した比表面積が０．３ｍ２／ｇ以上３ｍ２／ｇ以下であり、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比Ｄ５０／Ｄｂｅｔが１０以下であり、かつ平均粒子径Ｄ５０が２μｍ以上１００μｍ以下である水酸化アルミニウム粉末を、火炎中に噴霧した後に粉末状で捕集することを特徴とする球状アルミナ粉末の製造方法を提供するものである。
【０００９】
また、本発明は、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径Ｄ５０が２μｍ以上１００μｍ以下であり、窒素吸着法により測定した比表面積が１ｍ２／ｇ以下であり、平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比Ｄ５０／Ｄｂｅｔが５以下であり、かつウラン含有量が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とする、樹脂充填用球状アルミナ粉末を提供するものである。
【００１０】
さらに、本発明は、窒素吸着法により測定した比表面積が０．３ｍ２／ｇ以上３ｍ２／ｇ以下であり、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比Ｄ５０／Ｄｂｅｔが１０以下であり、微粒側からの累積で１０重量％となる粒子径Ｄ１０と、９０重量％となる粒子径Ｄ９０による粒度分布指数Ｄ９０／Ｄ１０が１２以下であり、Ｘ線回折により測定した結晶型がギブサイト型であり、かつその結晶面（１１０）と（００２）のピークの強度比（Ｉ（１１０）／Ｉ（００２））が０．２０以上であることを特徴とする、球状アルミナ製造用水酸化アルミニウム粉末を提供するものである。
【００１１】
本発明の製造方法によれば、比表面積が小さく、かつウラン含有量が少ない低α線量の球状アルミナ粉末を生産性良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明における球状アルミナ粉末の製造装置を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明の製造方法において、原料として用いられる水酸化アルミニウム粉末（以下、「原料水酸化アルミニウム粉末」という場合がある。）の窒素吸着法により測定された比表面積の上限値は、３ｍ２／ｇ以下であり、好ましくは２ｍ２／ｇ以下である。原料水酸化アルミニウム粉末の比表面積が大きすぎる場合には、得られる球状アルミナ粉末の比表面積も大きくなってしまう傾向がある。また、原料水酸化アルミニウム粉末の比表面積の下限値は、０．３ｍ２／ｇ以上であり、好ましくは０．５ｍ２／ｇ以上である。原料水酸化アルミニウム粉末の比表面積が小さすぎる場合には、平均粒子径に対して粗粒の割合が増えてしまうため樹脂充填材としての物性が悪くなるおそれがある。
【００１５】
本発明の製造方法において用いられる原料水酸化アルミニウム粉末の平均粒子径Ｄ５０は、２μｍ以上１００μｍ以下であり、好ましくは３μｍ以上７０μｍ以下である。ここで本発明において、平均粒子径Ｄ５０（以下、単に「Ｄ５０」という場合がある。）とは、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径をいう。原料水酸化アルミニウム粉末の平均粒子径Ｄ５０が、２μｍより小さい場合には、捕集効率が低下してしまい、１００μｍより大きい場合には球状化の際に表面が荒れてしまうおそれがある。
【００１６】
また、本発明の製造方法において用いられる原料水酸化アルミニウム粉末の平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比、Ｄ５０／Ｄｂｅｔは、１０以下であり、好ましくは８以下、より好ましくは６以下である。ここで、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔ（以下、単に「Ｄｂｅｔ」という場合がある。）とは、原料水酸化アルミニウムの比表面積および真密度から計算される粒子径であり、間接的に計算した一次粒子径を表す。原料水酸化アルミニウム粉末のＤ５０／Ｄｂｅｔが１０よりも大きい場合には、得られる球状アルミナ粉末のＤ５０／Ｄｂｅｔが５以下とならない。また、Ｄ５０／Ｄｂｅｔの下限値は、特に限定されるものではないが、通常、１以上である。
【００１７】
さらに、本発明の製造方法において用いられる原料水酸化アルミニウム粉末の粒度分布指数Ｄ９０／Ｄ１０は、１２以下であることが好ましい。Ｄ９０／Ｄ１０の下限値は、特に限定されるものではないが、通常、２以上である。ここで、本発明において、Ｄ１０およびＤ９０とは、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で、それぞれ、１０重量％、９０重量％となる粒子径をいう。Ｄ９０／Ｄ１０の値は、粒度分布がどのような幅を有しているかを示す指標であり、この値が小さいほど粒度分布がシャープであることを意味する。原料水酸化アルミニウム粉末のＤ９０／Ｄ１０の値が１２以下であると、粒度分布がシャープな球状アルミナ粉末が得られる傾向にあり、またサイクロンにより捕集される量が多くなることから、生産性が高くなる。
【００１８】
本発明の製造方法において用いられる原料水酸化アルミニウム粉末の結晶型としては、例えば、ギブサイトおよびバイヤライトなどの三水和物、ならびに、べーマイト、ダイアスポアなどの一水和物が挙げられる。中でも、硬度が相対的に低く、製造装置の磨耗を避けられる、平均粒子径２μｍ以上の水酸化アルミニウムを得やすいという点から、ギブサイトであることが好ましい。原料水酸化アルミニウム粉末が、ギブサイト以外の結晶型の水酸化アルミニウムを含有する場合、その含有量は、原料水酸化アルミニウム粉末の総重量に基づいて５重量％以下であることが好ましい。なお、他の結晶型を有する水酸化アルミニウムの含有量は、Ｘ線回折測定によるメインピークの強度比から算出することができる。
【００１９】
さらに、本発明の製造方法において用いられる原料水酸化アルミニウム粉末は、その結晶面（１１０）と（００２）のピーク強度比Ｉ（１１０）／Ｉ（００２）が、０．２０以上であることが好ましい。より好ましいピーク強度比Ｉ（１１０）／Ｉ（００２）は、０．２５以上、さらに好ましくは０．３０以上である。ピーク強度比が０．２０よりも小さい粉末は、結晶面（００２）が大きな板状であることを示しており、そのような水酸化アルミニウム粉末を原料として球状化を行った場合、得られる球状アルミナの表面積が大きくなる傾向にある。また、ピーク強度比は、０．５以下であることが好ましい。
【００２０】
球状アルミナ粉末を半導体素子の封止材用途に用いる場合には、低α線量であること、すなわち、球状アルミナ粉末中のウラン含有量が少ないことが必要となる。具体的には、球状アルミナ粉末中のウラン含有量を、１０ｐｐｂ以下に抑えることが望ましい。ここで、球状アルミナ粉末中のウラン含有量は、原料水酸化アルミニウム粉末に含まれるウラン含有量に依存するため、ウラン含有量の少ない球状アルミナ粉末を製造するためには、原料となる水酸化アルミニウム中のウラン含有量をできる限り少なくしておくことが重要となる。
したがって、本発明の製造方法において用いられる原料水酸化アルミニウム粉末のウラン含有量は、１０ｐｐｂ以下であることが好ましく、８ｐｐｂ以下であることがより好ましい。ウラン含有量が１０ｐｐｂ以下である原料水酸化アルミニウム粉末を用いることにより、半導体封止材用途に好適な、ウラン含有量が１０ｐｐｂ以下である低α線量の球状アルミナ粉末を得ることができる。なお、原料水酸化アルミニウム粉末中のウラン含有量の下限値は、特に限定されるものではなく、低いほど好ましいが、通常、３ｐｐｂである。
【００２１】
特開昭６０−２４６２２０号公報にも記載されているように、ボーキサイトを原料に用いたバイヤー法によって得られる水酸化アルミニウムのウラン含有量は数百ｐｐｂと多いことが知られている。これは、一般的にバイヤー法において、アルミン酸ナトリウム水溶液を循環使用することにより、ボーキサイトから抽出された有機物が徐々に液中に蓄積されてしまうためである。
そこで、例えば、アルミン酸ナトリウム水溶液を得るための原料を、ボーキサイトから、有機物含有量が０．１重量％未満の水酸化アルミニウムに変更することにより、アルミン酸ナトリウム水溶液中の有機物含有量を低減することができる。具体的には、１０ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは１０ｍｇ／Ｌ以上５００ｍｇ／Ｌ以下とすることができる。また、該水溶液に吸着剤を添加して吸着性の高い有機物を除去したり、酸化剤を用いて有機物を分解したりすることにより、さらに有機物含有量の少ないアルミン酸ナトリウム水溶液を得ることができる。このようにして得られたアルミン酸ナトリウム水溶液を用いて水酸化アルミニウムの析出を行うことにより、得られる水酸化アルミニウム中のウラン含有量を１０ｐｐｂ以下とすることができる。
【００２２】
球状アルミナ粉末を、半導体封止材などの電子部品用途に用いる場合、耐湿信頼性の観点から、溶解性Ｎａ量を低減することが重要となる。この溶解性Ｎａ量は、原料となる水酸化アルミニウムに含まれるＮａ量に依存する。このため、原料水酸化アルミニウム粉末中に含まれる非溶解性および溶解性Ｎａ量が少ないほど、球状化の際に生じるガス化されたＮａが少なくなり、得られる球状アルミナ粉末の溶解性Ｎａ量を低減することができる。したがって、本発明の製造方法に用いられる原料水酸化アルミニウム粉末中に含まれるＮａ量は、非溶解性および溶解性Ｎａ量を合算し、かつ酸化物（Ｎａ２Ｏ）に換算した量で、０．２０重量％以下であることが好ましく、０．１５重量％以下であることがより好ましい。
【００２３】
本発明の製造方法において用いられる原料水酸化アルミニウム粉末の製造方法は、特に限定されるものではなく、この分野で一般的に用いられる方法により製造することができるが、バイヤー法によって製造されることが好ましい。具体的には、例えば、バイヤー法によって製造されるアルミン酸ナトリウム水溶液に、種子となる水酸化アルミニウムを添加し、液温を３０〜９０℃に保持し、撹拌することによりアルミン酸ナトリウム水溶液中のアルミ分を分解、析出させることによって製造することができる。この方法によって製造された水酸化アルミニウムの結晶型は、通常、ギブサイト型である。
【００２４】
さらに、原料水酸化アルミニウム粉末は、表面処理されていてもよい。表面処理に用いる表面処理剤としては、この分野で一般的に使用される表面処理剤を使用することができ、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およびステアリン酸などの脂肪酸が挙げられる。特に、シランカップリング剤やチタネートカップリング剤により被覆された水酸化アルミニウムを用いることにより、原料となる水酸化アルミニウム粉末中のＮａ２Ｏ含有量が多くても、火炎中に供給した時に表面処理剤が熱分解されることにより、球状アルミナ粉末の表面に無機酸化物の層が形成され、溶解性Ｎａ量を低減する効果を期待することができる。
【００２５】
表面処理の方法としては、特に限定されるものではなく、湿式、乾式のいずれであってもよいが、生産性の観点からは、乾式が好ましい。具体的には、スーパーミキサーやＶ型混合機中で水酸化アルミニウム粉末を流動させ、そこへ表面処理剤を添加、混合することで行うことができる。他にも、例えば、振動ミルやボールミルで粉砕する工程において、表面処理剤を添加する方法が挙げられる。
【００２６】
表面処理剤の量は、カップリング剤の場合、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２換算で、水酸化アルミニウム粉末の重量に基づいて０．５重量％以下であることが好ましい。表面処理剤の量が０．５重量％を超える場合、表面を被覆する量が増えるため、表面積は低下するが、粒子同士が合着し、粗大な粒子が生じてしまうおそれがある。
また、表面処理剤の配合量は、水酸化アルミニウム粉末１００重量部に対して、０．０１重量部以上１重量部以下であることが好ましい。
【００２７】
上述した物性を有する原料水酸化アルミニウム粉末は、本発明の製造方法に限らず、この分野で一般的な方法による球状アルミナの製造用原料としても使用することができるが、本発明の製造方法により、特に効率的に、比表面積が小さく、かつウラン含有量の少ない球状アルミナ粉末を製造することができる。
【００２８】
本発明の製造方法は、例えば、図１に示すような装置を用いて実施することができる。図１に示す球状アルミナ粉末の製造装置は、可燃性ガス供給管３、支燃性ガス供給管４および原料供給管５を接続したバーナー２を頂上部にセットした溶射炉１ならびに溶射炉を通過した粉末を回収するサイクロン６、バグフィルター７およびブロワー８などからなる。
【００２９】
具体的には、原料水酸化アルミニウム粉末を、搬送ガス中に分散させた状態で原料供給管から火炎中に供給することにより、水酸化アルミニウムを球状化し、球状アルミナ粉末を製造することができる。
【００３０】
原料水酸化アルミニウムは、例えば、原料水酸化アルミニウム粉末を水に分散させ、スラリー状態で供給することもできるが、本発明の製造方法においては、生産性の観点から、溶射時に水の蒸発潜熱による熱量ロスが生じないため、原料水酸化アルミニウムを粉末状で噴霧供給する。
粒子同士の付着が弱くなり、粉末を火炎中に供給したとき、粒子同士が合着することによって粗大な粒子が形成することを抑制できるため、原料水酸化アルミニウム粉末中に含まれる水分量は、０．５重量％以下であることが好ましい。
【００３１】
原料水酸化アルミニウム粉末は搬送ガスにより火炎中に噴霧供給される。搬送ガスとしては、酸素、空気、窒素などが挙げられるが、酸素を用いることが好ましい。搬送ガスに分散させて水酸化アルミニウム粉末を供給する際の濃度（水酸化アルミニウム粉末供給量（ｇ）／搬送ガス供給量（ＮＬ））は、１．０以上１０．０以下であることが好ましい。該濃度が、高すぎる場合には、搬送ガス中での水酸化アルミニウム粉末濃度が高くなり、火炎中に供給した際に粉末の分散性が低下し、球状化の過程で粉末同士の融着が起こり、得られる球状アルミナ粉末の粒子径が大きくなる傾向にある。
【００３２】
火炎中への原料水酸化アルミニウム粉末の供給量は、火炎中における濃度（水酸化アルミニウム粉末供給量（ｇ）／ガス供給量（ＮＬ））で、０．０１以上２．０以下であることが好ましく、０．１以上１．５以下であることがより好ましい。ここで、ガス供給量とは、可燃性ガス供給量と支燃性ガス供給量と搬送ガス供給量の合算量をいう。該濃度が低すぎる場合には、水酸化アルミニウム粉末の供給量が少なくなるため、生産性が低下する。一方、高すぎる場合には、火炎と一度に接触する水酸化アルミニウム粉末量が増えるため、粒子同士の融着が起こり、得られる球状アルミナ粉末の粒子径が大きくなる傾向にある。
【００３３】
また、火炎中への原料水酸化アルミニウム粉末の供給量は、可燃ガス比（水酸化アルミニウム粉末供給量（ｇ）／可燃性ガス供給量（ＮＬ））で、１０．０以下であることが好ましく、６．０以下であることがより好ましい。可燃ガス比が高すぎると、火炎中に一度に供給される水酸化アルミニウム粉末量が多くなり、全量を球状化させることが困難となる。可燃ガス比の下限値は、生産性の点から、通常、０．１以上である。
【００３４】
本発明の製造方法において、可燃性ガスとしては、例えば、プロパン、ブタン、プロピレン、アセチレン、水素などが挙げられ、中でもプロパン〔例えば、液化プロパンガス（ＬＰＧ）〕が好ましい。支燃性ガスとしては、例えば、空気、酸素が挙げられ、中でも酸素が好ましい。可燃性ガスおよび支燃性ガスの供給条件は、例えば、製造量などにより適宜設定し得るが、通常、原料粉末の供給量に合わせて調整すればよい。
【００３５】
火炎中に噴霧された原料水酸化アルミニウム粉末は、高温の火炎により、アルミナへと転移し、球状化され球状アルミナ粉末となる。これにより得られる球状アルミナ粉末は、ブロワーで吸引されることにより、サイクロンで捕集される。サイクロンで捕集されなかった粉末は、バグフィルターにて回収され、その後、排ガスは大気に放出される。
【００３６】
本発明の球状アルミナ粉末の窒素吸着法により測定される比表面積は、１ｍ２／ｇ以下であり、好ましくは０．８ｍ２／ｇ以下である。比表面積が１ｍ２／ｇ以下であると、樹脂材料に配合したとき、樹脂材料の機械物性低下を抑制できる。
【００３７】
本発明の球状アルミナ粉末の平均粒子径Ｄ５０は、２μｍ以上１００μｍ以下であり、好ましくは３μｍ以上７０μｍ以下である。ここで、平均粒子径Ｄ５０は、前記と同じ意味を有する。球状アルミナ粉末の平均粒子径Ｄ５０が、２μｍより小さい場合には、表面積が大きくなり、樹脂材料に配合したときに機械物性を低下させるおそれがあり、１００μｍより大きい場合には球状アルミナ粒子表面の平滑性が悪くなる。
【００３８】
さらに、本発明の球状アルミナ粉末の粒度分布指数Ｄ９０／Ｄ１０は、４．０以下であることが好ましく、より好ましくは３．５以下である。ここで、Ｄ１０およびＤ９０は、前記と同じ意味を有する。Ｄ９０／Ｄ１０の下限値は、特に限定されるものではないが、通常、１．５以上である。
【００３９】
また、本発明の球状アルミナ粉末の平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出したＤｂｅｔとの比、Ｄ５０／Ｄｂｅｔは、５以下であり、好ましくは４以下である。ここで、比表面積から算出したＤｂｅｔは、前記と同じ意味を有する。Ｄ５０／Ｄｂｅｔが５より大きい場合、粒度分布がブロードであるため、微粒や粗粒の割合が増えてしまう。また、Ｄ５０／Ｄｂｅｔの下限値は、特に限定されるものではないが、通常、１以上である。
【００４０】
原料水酸化アルミニウム粉末の平均粒子径Ｄ５０（ａ）と、この原料水酸化アルミニウム粉末を火炎中に噴霧することにより製造された球状アルミナ粉末の平均粒子径Ｄ５０（ｂ）との関係について、本発明の方法において、Ｄ５０（ａ）／Ｄ５０（ｂ）は、好ましくは０．７以上１．３以下、より好ましくは０．８以上１．２以下である。Ｄ５０（ａ）／Ｄ５０（ｂ）が前記範囲にない場合、得られる球状アルミナ粉末の粒子径を原料水酸化アルミニウム粉末の粒子径を制御することにより調製することが困難となることがある。また、従来の方法においては、サイクロンでの捕集率を高くした場合、Ｄ５０（ａ）／Ｄ５０（ｂ）が０．７以上１．３以下とならないことがあり、球状アルミナ粉末の粒子径を、原料水酸化アルミニウム粉末の粒子径を調整することにより制御することが難しい。一方、Ｄ５０（ａ）／Ｄ５０（ｂ）を０．７以上１．３以下に制御した場合、サイクロンでの捕集率が低下してしまうことがある。本発明の方法によれば、Ｄ５０（ａ）／Ｄ５０（ｂ）を０．７以上１．３以下に制御しつつ、高い捕集率で球状アルミナ粉末を製造することができる。
【００４１】
本発明の球状アルミナ粉末のウラン含有量は、１０ｐｐｂ以下であり、好ましくは８ｐｐｂ以下である。ウラン含有量が１０ｐｐｂ以下であれば、半導体素子の誤作動を防止し得ることから、半導体の封止材用途に好適である。なお、球状アルミナ粉末のウラン量は、グロー放電質量分析法や誘導結合プラズマ質量分析法、蛍光光度法などの公知の方法で定量化することができるが、定量下限値が小さいことから、中でも、誘導結合プラズマ質量分析法が好ましい。
【００４２】
本発明の球状アルミナ粉末において、樹脂への充填性が向上し得るため、粒子径が３μｍ〜２０μｍの範囲の球形度は、０．９０以上であることが好ましい。
【００４３】
本発明の球状アルミナ粉末に含まれる溶解性Ｎａ量は、５００ｐｐｍ以下であることが好ましく、２００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。溶解性Ｎａ量とは、粉末を水と接触させたときに、水中へ溶解するＮａ＋イオン量をいう。球状アルミナ粉末に含まれる溶解性Ｎａ量が前記の範囲にあると、樹脂に配合したときの絶縁性の低下が抑制される。
なお、得られた球状アルミナ粉末の耐湿信頼性が十分でない場合には、水洗いなどの公知の方法により、表面に付着した溶解性Ｎａを除去することができる。
【００４４】
本発明の球状アルミナ粉末は、特に、本発明の製造方法により効率的に製造することができる。
【００４５】
本発明の球状アルミナ粉末は、樹脂充填材用途に適しており、適用できる樹脂は広範にわたる。具体的には、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンに代表されるポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、有機ケイ素化合物から構成されるシリコーン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂に、本発明の球状アルミナ粉末を配合することにより、高い熱伝導性と絶縁性を付与することができるため、特に、電子部品の放熱部材に好適である。
【００４６】
一般的に用いられる公知の方法を使用して、本発明の球状アルミナ粉末と樹脂を混合することにより樹脂組成物を得ることができる。例えば、樹脂が液状の場合（例えば液状エポキシ樹脂など）は、液状樹脂と球状アルミナ粉末と硬化剤とを混合した後、熱や紫外線などで硬化させることにより樹脂組成物を得ることができる。硬化剤や混合方法、硬化方法は公知のものおよび方法を用いることができる。一方、樹脂が固体状の場合（例えばポリオレフィン樹脂やアクリル樹脂など）は、球状アルミナ粉末と樹脂を混合した後に、溶融混練などの公知の方法により混練することで目的とする樹脂組成物を得ることができる。
【００４７】
本発明の球状アルミナ粉末の樹脂に対する配合比率は、樹脂特有のしなやかさを損なうことなく十分に熱伝導率を向上させることができるため、樹脂１０〜８０体積％に対して、球状アルミナ粉末９０〜２０体積％であることが好ましい。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００４９】
（１）平均粒子径（Ｄ５０）、１０重量％粒子径（Ｄ１０）、９０重量％粒子径（Ｄ９０）
粒子径は、レーザー散乱式粒子径分布測定装置〔日機装社製 「マイクロトラックＨＲＡ Ｘ−１００」〕を用いて測定した。測定する粉末を０．２重量％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液中に加え、測定可能濃度に調整した後、出力４０Ｗの超音波を５分間照射した後、測定を行い（ｎ＝２）、その平均値から粒子径を求めた。屈折率は、原料水酸化アルミニウム粉末測定時は１．５７、球状アルミナ粉末測定時は１．７６とした。
Ｄ５０は、微粒側からの累積で５０重量％となる粒子径から、Ｄ１０、Ｄ９０は、 [ｌｏｇ（粒子径）]の刻み幅０．０３８として得られた粒度分布から求めた。
【００５０】
（２）比表面積
ＪＩＳ−Ｚ−８８３０に規定された方法に従い、窒素吸着法により比表面積を求めた。
【００５１】
（３）Ｄｂｅｔ
Ｄｂｅｔ（μｍ）は、６／（（比表面積（ｍ２／ｇ）× 粉末の真密度（ｇ／ｃｍ３））より算出した。原料水酸化アルミニウム、球状アルミナの真密度の値は、それぞれ、２．４、３．７を用いた。
【００５２】
（４）粉末Ｘ線回折測定
粉末Ｘ線回折測定装置〔リガク社製 「ＲＩＮＴ−２０００」〕を用いて、水酸化アルミニウム粉末を測定用ガラスセルに圧密して充填した後、以下の条件で測定した。Ｘ線源としてはＣｕを用いた。
＜測定条件＞
ステップ幅：０．０２ｄｅｇ
スキャンスピード：０．０４ｄｅｇ／ｓｅｃ
加速電圧：４０ｋＶ
加速電流：３０ｍＡ
【００５３】
（５）ピーク強度比Ｉ（１１０）／Ｉ（００２）
粉末Ｘ線回折により測定した結果から、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．７０−２０３８と照らし合わせ、２θが１８．３°の位置に現れるピークを結晶面（００２）、２０．３°の位置に現れるピークを結晶面（１１０）として、それぞれのピークの高さから、ピーク強度比Ｉ（１１０）／Ｉ（００２）を求めた。
【００５４】
（６）Ｎａ２Ｏ含有量
水酸化アルミニウム粉末中に含まれるＮａ２Ｏ含有量は、水酸化アルミニウム粉末を空気雰囲気下１１００℃で２時間仮焼した後、ＪＩＳ−Ｒ９３０１−３−９に規定された方法に従い求めた。
【００５５】
（７）溶解性Ｎａ量
球状アルミナ粉末１ｇを常温の純水１０ｍｌ中に加え、１０秒間攪拌した後、遠心分離により固液分離を行って得られた上澄みを採取し、液中に抽出された溶解性Ｎａを、イオンクロマトを用いて測定した。
【００５６】
（８）ウラン含有量
水酸化アルミニウム粉末、球状アルミナ粉末を、硫酸とリン酸の混合水溶液中で加熱することにより、粉末を溶解させて水溶液を調製した。その後、ウランの抽出剤として汎用されるリン酸トリブチルのシクロヘキサン溶液と接触させることで、該水溶液中に含まれるウランを抽出した。その後、再度純水と接触させる逆抽出により水相に移したウランを、IＣＰ−ＭＳを用いてＵ２３８ａｍｕの強度により測定した。なお、検量線の作成には、ＳＰＥＸ社製標準溶液を用いた。
【００５７】
（９）捕集率
サイクロンでの捕集率（％）は、以下の計算式で算出した。
捕集率（％）＝（サイクロンで捕集された量（ｇ））／（供給原料量（ｇ）×１０２／１５６）×１００
［式中、１０２はアルミナの分子量であり、１５６はギブサイト型水酸化アルミニウムの分子量である。］
【００５８】
〔実施例１〕
原料水酸化アルミニウムとして、ＳｉＯ２換算で０．１重量％相当のシランカップリング剤で表面処理した、比表面積：１．２ｍ２／ｇ、Ｄ１０：１．５μｍ、Ｄ５０：８．８μｍ、Ｄ９０：１７μｍ、Ｄ５０／Ｄｂｅｔ：４．２、Ｄ９０／Ｄ１０：１１、ピーク強度比Ｉ（１１０）／Ｉ（００２）：０．３８、Ｎａ２Ｏ含有量：０．１６重量％、ウラン含有量：５ｐｐｂの物性を有するギブサイト型水酸化アルミニウム粉末を用いた。可燃性ガスと支燃性ガスから形成された１５００℃以上の高温火炎中に水酸化アルミニウム粉末を供給・球状化した条件は以下の通りである。
（１）搬送ガス中の濃度（水酸化アルミニウム粉末供給量（ｇ）／搬送ガス供給量（ＮＬ））：４．０
（２）火炎中の濃度（水酸化アルミニウム粉末供給量（ｇ）／ガス供給量（ＮＬ））：０．４
（３）可燃ガス比（水酸化アルミニウム粉末供給量（ｇ）／可燃性ガス供給量（ＮＬ））：２．４
（４）可燃性ガス／支燃性ガス比：０．２３
なお、可燃性ガスにはＬＰＧを、支燃性ガスおよび搬送ガスには酸素を用いた。その後、サイクロンにて粉末を捕集することにより、球状アルミナ粉末を得た。サイクロンによる捕集率は、８４％であった。
【００５９】
得られた球状アルミナ粉末は、比表面積０．６ｍ２／ｇ、Ｄ５０：７．７μｍ、Ｄ５０／Ｄｂｅｔ：２．７、Ｄ９０／Ｄ１０：２．８、溶解性Ｎａ量：１３９ｐｐｍ、ウラン含有量：７ｐｐｂの物性を有していた。
【００６０】
〔実施例２〕
原料水酸化アルミニウム粉末として、表１に示す物性を有するギブサイト型水酸化アルミニウム粉末（表面未処理）を用いた以外は、実施例１と同様にして球状アルミナ粉末を得た。サイクロンによる捕集率は、８１％であった。得られた球状アルミナ粉末の物性を、表２に示す。
【００６１】
〔比較例１〕
原料水酸化アルミニウム粉末として、表１に示す物性を有するギブサイト型水酸化アルミニウム粉末（表面未処理）を用いた以外は、実施例１と同様にして球状アルミナ粉末を得た。サイクロンによる捕集率は、７２％であった。得られた球状アルミナ粉末の物性を、表２に示す。
【００６２】
【表１】
【００６３】
【表２】
【００６４】
表２に示す結果から、本発明の製造方法によれば、比表面積が小さく、ウラン含有量の少ない球状アルミナ粉末を生産性良く得ることができることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の製造方法によれば、比表面積が小さく、かつウラン含有量が少ない低α線量の球状アルミナ粉末を提供することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素吸着法により測定した比表面積が０．３ｍ２／ｇ以上３ｍ２／ｇ以下であり、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比Ｄ５０／Ｄｂｅｔが１０以下であり、かつ平均粒子径Ｄ５０が２μｍ以上１００μｍ以下である水酸化アルミニウム粉末を、火炎中に噴霧した後に粉末状で捕集することを特徴とする球状アルミナ粉末の製造方法。
【請求項２】
水酸化アルミニウム粉末の、粉末Ｘ線回折により測定した結晶型がギブサイト型であり、かつその結晶面（１１０）と（００２）のピーク強度比（Ｉ（１１０）／Ｉ（００２））が０．２０以上であることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
水酸化アルミニウム粉末の、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で１０重量％となる粒子径Ｄ１０と、９０重量％となる粒子径Ｄ９０による粒度分布指数Ｄ９０／Ｄ１０が１２以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
水酸化アルミニウム粉末のウラン含有量が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径Ｄ５０が２μｍ以上１００μｍ以下であり、窒素吸着法により測定した比表面積が１ｍ２／ｇ以下であり、平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比Ｄ５０／Ｄｂｅｔが５以下であり、かつウラン含有量が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とする、樹脂充填用球状アルミナ粉末。
【請求項６】
窒素吸着法により測定した比表面積が０．３ｍ２／ｇ以上３ｍ２／ｇ以下であり、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比Ｄ５０／Ｄｂｅｔが１０以下であり、微粒側からの累積で１０重量％となる粒子径Ｄ１０と、９０重量％となる粒子径Ｄ９０による粒度分布指数Ｄ９０／Ｄ１０が１２以下であり、Ｘ線回折により測定した結晶型がギブサイト型であり、かつその結晶面（１１０）と（００２）のピークの強度比（Ｉ（１１０）／Ｉ（００２））が０．２０以上であることを特徴とする、球状アルミナ製造用水酸化アルミニウム粉末。
【請求項７】
ウラン含有量が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とする、請求項６に記載の球状アルミナ製造用水酸化アルミニウム粉末。
【請求項１】
窒素吸着法により測定した比表面積が０．３ｍ２／ｇ以上３ｍ２／ｇ以下であり、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比Ｄ５０／Ｄｂｅｔが１０以下であり、かつ平均粒子径Ｄ５０が２μｍ以上１００μｍ以下である水酸化アルミニウム粉末を、火炎中に噴霧した後に粉末状で捕集することを特徴とする球状アルミナ粉末の製造方法。
【請求項２】
水酸化アルミニウム粉末の、粉末Ｘ線回折により測定した結晶型がギブサイト型であり、かつその結晶面（１１０）と（００２）のピーク強度比（Ｉ（１１０）／Ｉ（００２））が０．２０以上であることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
水酸化アルミニウム粉末の、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で１０重量％となる粒子径Ｄ１０と、９０重量％となる粒子径Ｄ９０による粒度分布指数Ｄ９０／Ｄ１０が１２以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
水酸化アルミニウム粉末のウラン含有量が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径Ｄ５０が２μｍ以上１００μｍ以下であり、窒素吸着法により測定した比表面積が１ｍ２／ｇ以下であり、平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比Ｄ５０／Ｄｂｅｔが５以下であり、かつウラン含有量が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とする、樹脂充填用球状アルミナ粉末。
【請求項６】
窒素吸着法により測定した比表面積が０．３ｍ２／ｇ以上３ｍ２／ｇ以下であり、レーザー回折散乱法により測定した粒度分布において、微粒側からの累積で５０重量％となる平均粒子径Ｄ５０と、比表面積から算出した球換算粒子径Ｄｂｅｔとの比Ｄ５０／Ｄｂｅｔが１０以下であり、微粒側からの累積で１０重量％となる粒子径Ｄ１０と、９０重量％となる粒子径Ｄ９０による粒度分布指数Ｄ９０／Ｄ１０が１２以下であり、Ｘ線回折により測定した結晶型がギブサイト型であり、かつその結晶面（１１０）と（００２）のピークの強度比（Ｉ（１１０）／Ｉ（００２））が０．２０以上であることを特徴とする、球状アルミナ製造用水酸化アルミニウム粉末。
【請求項７】
ウラン含有量が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とする、請求項６に記載の球状アルミナ製造用水酸化アルミニウム粉末。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２３６１１８（Ｐ２０１１−２３６１１８Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１１４８（Ｐ２０１１−９１１４８）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（３０６０３２３１６）新日鉄マテリアルズ株式会社 (196)
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（３０６０３２３１６）新日鉄マテリアルズ株式会社 (196)
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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