薄片状α−アルミナ粒子及びその製造方法
【課題】 水熱合成法で得られるアルミナ粒子の特徴である均一な形状、単一粒子の分散性を維持しながら、扁平で且つ水系溶媒に対して安定した分散状態を維持できる薄片状粒子を合成する。
【解決手段】 平均粒径０．５〜２５μｍ、平均粒径／粒子厚みで表されるアスペクト比が５０（５０は含まず）〜２０００の扁平形状からなることを特徴とする薄片状α−アルミナ粒子である。リン酸化合物がアルミナ粒子に対し、Ｐ2Ｏ5として０．２〜５．０ｗｔ％存在してなる。又、アルミナ水和物及びアルミナゲルを出発原料として、原料の平均粒径は２μｍ以下、最大粒径を５μｍ以内とし、更にアルミナ水和物またはアルミナゲルを１モルに対し、リン酸イオンを１．０×１０-3〜１．０×１０-1モル添加して水系スラリーを水熱合成する製造方法である。
【解決手段】 平均粒径０．５〜２５μｍ、平均粒径／粒子厚みで表されるアスペクト比が５０（５０は含まず）〜２０００の扁平形状からなることを特徴とする薄片状α−アルミナ粒子である。リン酸化合物がアルミナ粒子に対し、Ｐ2Ｏ5として０．２〜５．０ｗｔ％存在してなる。又、アルミナ水和物及びアルミナゲルを出発原料として、原料の平均粒径は２μｍ以下、最大粒径を５μｍ以内とし、更にアルミナ水和物またはアルミナゲルを１モルに対し、リン酸イオンを１．０×１０-3〜１．０×１０-1モル添加して水系スラリーを水熱合成する製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アスペクト比が極めて大きく、又、ゴム・プラスチック用フィラー及び顔料、塗工材として樹脂に混練する際に分散性が良く、さらに、精密研磨用スラリーや化粧用途として水系溶媒に添加した際にも容易に単一粒子として分散し、安定分散状態を維持するため、粒子の配向性が良好な薄片状のα−アルミナ粒子および当該粒子の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】バイヤー法などで得られる水酸化アルミニウムやアルミニウムイオンの中和処理によって得られるアルミナゲルを出発物質として板状アルミナ粒子を製造する方法として、鉱化剤を添加するか焼法等（特公昭３５−６９７７号公報）がある。しかし、当処理粉体中には凝集した板状粒子が多く存在し、樹脂成分中に添加しても樹脂の機械的強度向上や塗料化したときの光沢感が得られにくい問題があった。
【０００３】そこで水酸化アルミニウムを水性スラリーにし、オートクレーブ中で水熱処理を行って、粒子形状が均一で分散性の良い板状粒子を合成する方法が確立されて、得られた粒子の樹脂への混練時における分散性は向上した（特開平５−１７１３２号公報等）。しかしかかるアルミナ粉体でも、精密研磨用途や化粧品用途として板状粒子を水系溶媒に添加しスラリーとして使用する場合、溶媒内で分散が進行しにくかったり分散後再凝集を起こしやすかったりして、結果として被研磨品の表面粗さを小さくし難かったり、化粧品粉体の進展性や塗布後の光輝性が十分に得られにくい等の問題点を抱えていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】樹脂や各種溶媒に混合、混練する際、製品として成形体の緻密化、機械的物性の向上、また塗膜およびスラリーの安定性、塗布後の乾燥体の光輝性の向上を図るには、樹脂成分や各種溶媒中の薄片状粒子に高い分散性が必要とされるが、そのためには凝集粒子の削減、粒子表面と分散媒体との親和性、粒子の表面荷電状態が全て良好でないと実現できない。
【０００５】そこで、本発明の目的は水熱合成法で得られるアルミナ粒子の特徴である均一な形状、単一粒子の分散性を維持しながら、扁平で且つ水系溶媒に対して安定した分散状態を維持できる配向性の良好な薄片状粒子を合成することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、（１）平均粒径０．５〜２５μｍ、平均粒径／粒子厚みで表されるアスペクト比が５０（５０は含まず）〜２０００の扁平形状からなることを特徴とする薄片状α−アルミナ粒子、及び、（２）リン酸化合物がアルミナ粒子に対し、酸化物換算にてＰ2Ｏ5として０．２〜５．０ｗｔ％存在してなる前記（１）記載の薄片状α−アルミナ粒子、（３）前記粒子のゼータ電位が０を示す等電位点が、ｐＨ２〜５を示す前記（１）又は（２）記載の薄片状α−アルミナ粒子、に係るものである。
【０００７】そしてその製造法として、（４）アルミナ水和物及びアルミナゲルを出発原料として、原料の平均粒径は２μｍ以下、最大粒径を５μｍ以内とし、更にアルミナ水和物またはアルミナゲルを１モルに対し、リン酸イオンを１．０×１０-3〜１．０×１０-1モル添加して水系スラリーを水熱合成することを特徴とする前記（１）、（２）又は（３）記載の薄片状α−アルミナ粒子の製造方法、並びに、（５）アルミナ水和物及びアルミナゲルを出発原料として、リン酸イオンの他に種晶として粒径１μｍ未満、比表面積５ｍ2／ｇ以上のα−アルミナ粒子を原料１モルに対して１．０×１０-6〜５．０×１０-3モル添加して水熱合成し、薄片状粒子の粒径を制御することを特徴とする前記（４）記載の薄片状α−アルミナ粒子の製造方法、に係るものである。
【０００８】本発明において製造される薄片状アルミナの形状は図１のようになる。従来の水熱合成法で合成されるα−アルミナ粒子は図２のように（ｎ，ｃ，ａ，ｒ）等の面にて構成されるが、本発明の薄片状粒子は（ｎ，ｃ）面でのみ構成される。ここで言う粒子径とはｃ面の長軸径、アスペクト比は（ｃ面の長軸径）／（２つのｃ面間で表される厚みＬ）で表される。算出法は電子顕微鏡で任意に選んだ１０枚の粒子の平均を取る。
【０００９】粒子径は０．５μｍ〜２５μｍ、より好ましくは２μｍ〜２０μｍを有するのに対し、厚みＬが薄いため、アスペクト比は５０（５０は含まず）〜２０００、好ましくは５０（５０は含まず）〜２００、さらに好ましくは５５〜２００、さらには６０〜２００となる。厚みＬは、前記条件を満たす範囲であるが、特には０．０１μｍ〜０．２μｍであることが好ましい。
【００１０】本発明の目的を達成するα−アルミナ粒子とするには、平均粒径及びアスペクト比が重要であり、上記の範囲とすることが必要であり、より効果を高めるには、特に粒子の配向性を高めるためには、上記好ましい範囲とすることが有効である。
【００１１】本発明において原料である水酸化アルミニウム、アルミナ水和物は特に限定されるものではなく、バイヤー法工程より得られたギブサイト型水酸化アルミニウムやアモルファス状のものが使用できる。
【００１２】これらの原料はあらかじめ粒度調整を行い、平均粒径は２μｍ以下、最大粒径を５μｍ以内、好ましくは平均粒径は０．２μｍ〜１．５μｍにするとよい。原料の微細化（平均粒径＜０．２μｍ）は合成後の粒子径が小さくなりすぎ、アスペクト比は相対的に小さくなる。さらに粒子径が小さくなると緻密な凝集粒子が発生し、樹脂や水系スラリーに添加したとき単一粒子へ分散が進まない。最大粒径５μｍを超える原料を使用した場合、合成後に薄片状粒子が強固に凝集した二次粒子が発生し分散性は向上しない。
【００１３】原料粉体の粒度調整方法は、ボールミル、媒体攪拌ミルが主に用いられるが、これに限定されるものではない。
【００１４】本発明は、上記原料と水を混合したスラリーを水熱合成する。このスラリーの濃度は、１ｗｔ％〜６０ｗｔ％、好ましくは２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％である。６０ｗｔ％を超えると凝集粒子が発生する傾向を示すためである。
【００１５】薄片状粒子の厚さを薄くし、アスペクト比を大きくするには、リン酸イオンを１．０×１０-3〜１．０×１０-1の範囲内で、リン酸添加量を増やすことが有効である。リン酸イオンを添加する場合、オルトリン酸、メタリン酸、ピロリン酸の水溶液を添加するが必ずしもこれに限られるものではない。ホスホン酸、ホスフィン酸や、リン酸二水素ナトリウム、リン酸一水素アンモニウム等のリン酸塩であっても構わない。原料１モルに対しリン酸添加量が１．０×１０-3モル未満では合成後の粒子は厚みがありアスペクト比が５０を超える薄片状粒子が合成できにくくなる。原料１モルに対しリン酸添加量が１．０×１０-1モルを超えると合成後に薄片状粒子が凝集した二次粒子が多くなってしまう。
【００１６】薄片状粒子の平均粒径を制御するには原料と水を混合したスラリーに種晶として粒径１μｍ未満、比表面積５ｍ2／ｇ以上のα−アルミナ粒子を添加する方法が有効である。種晶は超音波等で分散させてスラリーの中に添加するのが望ましい。この条件で種晶を添加すると、添加量の増量に伴って合成後の薄片状アルミナ粒子を微細化することができる。粒径１μｍ以上の種晶を添加すると、合成後に厚みが０．２μｍ以上ある粒子が増え、薄片状粒子はできにくくなる。比表面積が５ｍ2／ｇ未満の種晶では粒径の制御は難しい。添加量は原料１モルに対して１．０×１０-6〜５．０×１０-3モルが好ましい。５．０×１０-3モル以上添加しても、粒径を微細化させる効果は小さくなってしまう。上記の種晶添加により、薄片状アルミナの平均粒径を０．５〜２５μｍの間で制御することができる。
【００１７】水熱合成の反応温度は４００℃以上であり、好ましくは４５０℃以上である。スラリーの最高温度が４００〜４５０℃になる場合、α−アルミナ化の反応を完了させるために昇温後、温度保持時間を２４時間以上要する。合成圧力は１０ＭＰａ〜２５ＭＰａ、好ましくは１５ＭＰａ〜２０ＭＰａとする。合成温度・圧力の関係はＡｌ2Ｏ3−Ｈ2Ｏ系状態図でα−Ａｌ2Ｏ3（コランダム）の範囲でなければならない。合成圧力１０ＭＰａ以上を要するのは、この範囲を外れた低圧下では、薄片状粒子の他に粒状形をした粒子の混在状態で合成され、粒子径のばらつきが大きくなる。また合成圧力２０ＭＰａ以上になると粒子は厚肉化の傾向を示し、２５ＭＰａを超えると厚肉化しすぎるので好ましくない。
【００１８】
【作用】本発明により、平均粒径０．５μｍ〜２５μｍ、アスペクト比５０（５０は含まず）〜２０００である薄片状α−アルミナ粒子を合成することができる。その際、種晶の添加量を規定することによって平均粒子径が上記範囲にて制御できる。
【００１９】この粒子は凝集粒子が少なく、フィラーとしてプラスチック及びゴムの中に混練したとき、薄片状粒子は良分散状態となる。さらに粒子の扁平性が高いので、この樹脂とフィラーの複合体をシート状に成形した時の成形体の引張強度、スティフネス等の機械的強度が向上する。また、成形後の温度低下に伴う収縮率も低下する。
【００２０】また、塗料用顔料や塗工剤として使用した場合、塗装後薄片状粒子は塗膜中に平行に配向することにより、塗膜の劣化を防ぎ、また塗膜内部への腐食物質の侵入防止効果が期待できる。塗膜表面への粒子の突出は確認されないことから、優れた表面平滑性を持ち、光沢性を示す塗膜とすることができる。
【００２１】さらに、この粒子の特徴として、水系溶媒との親和性も良好であり、攪拌等の簡単な分散操作で安定的な単一粒子の分散状態を維持することが可能になる。ゆえに、精密研磨用スラリーや化粧用途として水系溶媒に分散させて使用した場合、非研磨物の表面平滑性の向上や液体化粧品の安定性、進展性向上が期待できる。水系溶媒中で本粒子の分散性が良好な理由は定かではないが、最も重要な要因としては、α−アルミナ粒子の薄片状形態にあり、上記平均粒子径であり、アスペクト比を有することが重要である。粒子の表面にリン酸イオンが存在し、粒子表面が若干帯電して粒子間に斥力が働くことが重要な要因の一つと推定される。さらに、ゼータ電位が０になる等電位点がｐＨ２〜５にあることにより、中性の化粧品中でも、安定に分散状態を維持することが可能になる重要な要因の一つと推定される。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、具体的な実施例について述べる。
実施例１バイヤー法にて得られたギブサイト型水酸化アルミニウムを平均粒径１．１μｍに調整し、原料１モルに対しオルトリン酸３．０×１０-3モル添加し、５０ｗｔ％濃度の水系スラリーにしてから、合成温度６００℃、合成圧力１５ＭＰａにて水熱合成を行い、水洗、乾燥後白色の粉体を得た。
【００２３】粉体は平均粒径１２．０μｍ、平均厚み０．１５μｍ、アスペクト比は８０の薄片状粒子であった。蛍光Ｘ線による粉体中の組成分析の結果、酸化物換算でＰ2Ｏ5０．３ｗｔ％を含有していることが確認された。等電位点はｐＨ４．３にあった。
【００２４】さらに粒子は、１）樹脂への添加、２）水性溶媒への添加実験を行い分散性をそれぞれ評価した。
【００２５】１）それぞれの粒子１００部に対し、アクリルラッカー（水谷ペイント製）５０部、トルエン２０部、メチルエチルケトン１０部を添加し、ホモジナイザーにて（ｉｋａ製 ＬＲ−４１Ｂ，１０００ｒｐｍ）５分間攪拌を行い、ガラス板上にこのスラリーを塗布後、５０℃で１時間加熱乾燥し硬化した。
【００２６】２）それぞれの粒子１００部に対し、純水を４０部添加し、ホモジナイザーにて（ｉｋａ製 ＬＲ−４１Ｂ，１０００ｒｐｍ）５分間攪拌を行い、ガラス板上にこのスラリーを塗布後、１２０℃で３０秒間乾燥させた。
【００２７】各々のガラス板上にある成形体をＸ線回折分析し、Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ法により、粉体の配向度を算出した。分散性が高い程配向度の数値は大きくなり、１に近い値を取る。１）樹脂添加実験の配向度は０．９１、２）水性溶媒添加実験の配向度は０．８４となった。
【００２８】実施例２上記実施例１において、原料１モルに対し、オルトリン酸の添加量を１．０×１０-2モルに増量し、水熱合成を行い白色の粉体を得た。
【００２９】粉体は、平均粒径１１．０μｍ、平均厚み０．０７μｍ、アスペクト比は約１６０の薄片状粒子であった。粉体中の組成分析の結果、酸化物換算でＰ2Ｏ5０．９ｗｔ％を含有していることが確認された。等電位点はｐＨ３．８にあった。１）樹脂添加実験の配向度は０．９０、２）水性溶媒添加実験の配向度は０．８８となった。
【００３０】実施例３上記実施例２において、オルトリン酸の他、種晶として粒径０．１μｍのα−アルミナ粒子（大明化学工業製：ＴＭ−ＤＡＲ ＢＥＴ 比表面積１４ｍ2／ｇ）を原料１モルに対し８．０×１０-6モル添加し、水系スラリーにして水熱合成を行い白色の粉体を得た。
【００３１】粉体は、平均粒径７．５μｍ、平均厚み０．０５μｍ、アスペクト比は１５０の薄片状粒子であった。粉体中の組成分析の結果、酸化物換算でＰ2Ｏ5０．８ｗｔ％を含有していることが確認された。等電位点はｐＨ４．１にあった。１）樹脂添加実験の配向度は０．８８、２）水性溶媒添加実験の配向度は０．８２となった。
【００３２】実施例４上記実施例２において、オルトリン酸の他、種晶として粒径０．１μｍのα−アルミナ粒子（大明化学工業製：ＴＭ−ＤＡＲ ＢＥＴ 比表面積１４ｍ2／ｇ）を原料１モルに対し８．０×１０-5モル添加し、水系スラリーにして水熱合成を行い白色の粉体を得た。
【００３３】粉体は、平均粒径４．８μｍ、平均厚み０．０４μｍ、アスペクト比は１２０の薄片状粒子であった。粉体中の組成分析の結果、酸化物換算でＰ2Ｏ5０．８ｗｔ％を含有していることが確認された。等電位点はｐＨ４．５にあった。１）樹脂添加実験の配向度は０．８９、２）水性溶媒添加実験の配向度は０．８１となった。
【００３４】比較例１上記実施例１において、原料の平均粒径を４．０μｍに調整して、オルトリン酸を添加せずに水系スラリーにして水熱合成を行い、水洗、乾燥後白色の粉体を得た。
【００３５】粉体は、平均粒径５．０μｍ、平均厚み０．７５μｍ、アスペクト比は約７の板状粒子であった。粉体中の組成分析の結果、酸化物換算でＰ2Ｏ5は含有されていないことが確認された。等電位点はｐＨ７．９にあった。１）樹脂添加実験の配向度は０．４２、２）水性溶媒添加実験の配向度は０．３９となった。
【００３６】比較例２上記実施例２において、種晶として粒径２．０μｍ、比表面積１５ｍ2／ｇのα−アルミナ粒子を原料１モルに対し８．０×１０-5モル添加し、水系スラリーにして水熱合成を行い白色の粉体を得た。
【００３７】粉体は、平均粒径１０．５μｍ、平均厚み０．３０μｍ、アスペクト比は３５の粒子であった。粉体中の組成分析の結果、酸化物換算でＰ2Ｏ5０．８ｗｔ％を含有していることが確認された。等電位点はｐＨ３．７にあった。１）樹脂添加実験の配向度は０．６０、２）水性溶媒添加実験の配向度は０．４３となった。各種粉体の製造条件を表１、粉体の粒子形状、組成、分散性を示す配向度を表２に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
【発明の効果】以上のように本発明の薄片状α−アルミナ粒子の効果として、平均粒径０．５〜２５μｍ、アスペクト比５０（５０は含まず）〜２０００である薄片状α−アルミナ粒子であり、単一粒子の分散性を維持しながら、扁平で且つ水系溶媒に対して安定した分散状態を維持することができるため、粒子の配向性を向上させることができる。
【００４１】特に、粒子中に含まれるリン酸イオンの効果により、樹脂中に混練する時だけでなく、水系溶媒に添加させた際にもより容易に単一粒子に分散し高分散性の特徴を発揮するアルミナ粒子を提供することができる。この粉体をフィラーとして混練したプラスチックやゴム等は、その優れた分散性により補強効果が得られる。また、塗料用顔料や塗工剤として各種溶媒に分散させて使用した場合、塗料の粘度上昇が抑えられることにより、流動性、塗工性が維持できる。塗装後、薄片状粒子は塗膜中に平行に配向することにより、塗膜の劣化を防ぎ、また塗膜内部への物質の侵入防止効果が期待できる。また表面の平滑性が高く、光沢性のある塗膜を得ることができる。さらに当粉体を使用した研磨用スラリーは、被研磨物の表面平滑性を向上させることができ、化粧品として当粉体を使用すると進展性の向上効果も発揮することができる。また、本発明の薄片状α−アルミナ粒子の製造方法によれば、上記優れた特性を有する薄片状α−アルミナ粒子を容易に、さらに効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明により製造される薄片状粒子の形状を表す模式図である。
【図２】従来の水熱合成法により作製される板状粒子の形状を表す模式図である。
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アスペクト比が極めて大きく、又、ゴム・プラスチック用フィラー及び顔料、塗工材として樹脂に混練する際に分散性が良く、さらに、精密研磨用スラリーや化粧用途として水系溶媒に添加した際にも容易に単一粒子として分散し、安定分散状態を維持するため、粒子の配向性が良好な薄片状のα−アルミナ粒子および当該粒子の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】バイヤー法などで得られる水酸化アルミニウムやアルミニウムイオンの中和処理によって得られるアルミナゲルを出発物質として板状アルミナ粒子を製造する方法として、鉱化剤を添加するか焼法等（特公昭３５−６９７７号公報）がある。しかし、当処理粉体中には凝集した板状粒子が多く存在し、樹脂成分中に添加しても樹脂の機械的強度向上や塗料化したときの光沢感が得られにくい問題があった。
【０００３】そこで水酸化アルミニウムを水性スラリーにし、オートクレーブ中で水熱処理を行って、粒子形状が均一で分散性の良い板状粒子を合成する方法が確立されて、得られた粒子の樹脂への混練時における分散性は向上した（特開平５−１７１３２号公報等）。しかしかかるアルミナ粉体でも、精密研磨用途や化粧品用途として板状粒子を水系溶媒に添加しスラリーとして使用する場合、溶媒内で分散が進行しにくかったり分散後再凝集を起こしやすかったりして、結果として被研磨品の表面粗さを小さくし難かったり、化粧品粉体の進展性や塗布後の光輝性が十分に得られにくい等の問題点を抱えていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】樹脂や各種溶媒に混合、混練する際、製品として成形体の緻密化、機械的物性の向上、また塗膜およびスラリーの安定性、塗布後の乾燥体の光輝性の向上を図るには、樹脂成分や各種溶媒中の薄片状粒子に高い分散性が必要とされるが、そのためには凝集粒子の削減、粒子表面と分散媒体との親和性、粒子の表面荷電状態が全て良好でないと実現できない。
【０００５】そこで、本発明の目的は水熱合成法で得られるアルミナ粒子の特徴である均一な形状、単一粒子の分散性を維持しながら、扁平で且つ水系溶媒に対して安定した分散状態を維持できる配向性の良好な薄片状粒子を合成することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、（１）平均粒径０．５〜２５μｍ、平均粒径／粒子厚みで表されるアスペクト比が５０（５０は含まず）〜２０００の扁平形状からなることを特徴とする薄片状α−アルミナ粒子、及び、（２）リン酸化合物がアルミナ粒子に対し、酸化物換算にてＰ2Ｏ5として０．２〜５．０ｗｔ％存在してなる前記（１）記載の薄片状α−アルミナ粒子、（３）前記粒子のゼータ電位が０を示す等電位点が、ｐＨ２〜５を示す前記（１）又は（２）記載の薄片状α−アルミナ粒子、に係るものである。
【０００７】そしてその製造法として、（４）アルミナ水和物及びアルミナゲルを出発原料として、原料の平均粒径は２μｍ以下、最大粒径を５μｍ以内とし、更にアルミナ水和物またはアルミナゲルを１モルに対し、リン酸イオンを１．０×１０-3〜１．０×１０-1モル添加して水系スラリーを水熱合成することを特徴とする前記（１）、（２）又は（３）記載の薄片状α−アルミナ粒子の製造方法、並びに、（５）アルミナ水和物及びアルミナゲルを出発原料として、リン酸イオンの他に種晶として粒径１μｍ未満、比表面積５ｍ2／ｇ以上のα−アルミナ粒子を原料１モルに対して１．０×１０-6〜５．０×１０-3モル添加して水熱合成し、薄片状粒子の粒径を制御することを特徴とする前記（４）記載の薄片状α−アルミナ粒子の製造方法、に係るものである。
【０００８】本発明において製造される薄片状アルミナの形状は図１のようになる。従来の水熱合成法で合成されるα−アルミナ粒子は図２のように（ｎ，ｃ，ａ，ｒ）等の面にて構成されるが、本発明の薄片状粒子は（ｎ，ｃ）面でのみ構成される。ここで言う粒子径とはｃ面の長軸径、アスペクト比は（ｃ面の長軸径）／（２つのｃ面間で表される厚みＬ）で表される。算出法は電子顕微鏡で任意に選んだ１０枚の粒子の平均を取る。
【０００９】粒子径は０．５μｍ〜２５μｍ、より好ましくは２μｍ〜２０μｍを有するのに対し、厚みＬが薄いため、アスペクト比は５０（５０は含まず）〜２０００、好ましくは５０（５０は含まず）〜２００、さらに好ましくは５５〜２００、さらには６０〜２００となる。厚みＬは、前記条件を満たす範囲であるが、特には０．０１μｍ〜０．２μｍであることが好ましい。
【００１０】本発明の目的を達成するα−アルミナ粒子とするには、平均粒径及びアスペクト比が重要であり、上記の範囲とすることが必要であり、より効果を高めるには、特に粒子の配向性を高めるためには、上記好ましい範囲とすることが有効である。
【００１１】本発明において原料である水酸化アルミニウム、アルミナ水和物は特に限定されるものではなく、バイヤー法工程より得られたギブサイト型水酸化アルミニウムやアモルファス状のものが使用できる。
【００１２】これらの原料はあらかじめ粒度調整を行い、平均粒径は２μｍ以下、最大粒径を５μｍ以内、好ましくは平均粒径は０．２μｍ〜１．５μｍにするとよい。原料の微細化（平均粒径＜０．２μｍ）は合成後の粒子径が小さくなりすぎ、アスペクト比は相対的に小さくなる。さらに粒子径が小さくなると緻密な凝集粒子が発生し、樹脂や水系スラリーに添加したとき単一粒子へ分散が進まない。最大粒径５μｍを超える原料を使用した場合、合成後に薄片状粒子が強固に凝集した二次粒子が発生し分散性は向上しない。
【００１３】原料粉体の粒度調整方法は、ボールミル、媒体攪拌ミルが主に用いられるが、これに限定されるものではない。
【００１４】本発明は、上記原料と水を混合したスラリーを水熱合成する。このスラリーの濃度は、１ｗｔ％〜６０ｗｔ％、好ましくは２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％である。６０ｗｔ％を超えると凝集粒子が発生する傾向を示すためである。
【００１５】薄片状粒子の厚さを薄くし、アスペクト比を大きくするには、リン酸イオンを１．０×１０-3〜１．０×１０-1の範囲内で、リン酸添加量を増やすことが有効である。リン酸イオンを添加する場合、オルトリン酸、メタリン酸、ピロリン酸の水溶液を添加するが必ずしもこれに限られるものではない。ホスホン酸、ホスフィン酸や、リン酸二水素ナトリウム、リン酸一水素アンモニウム等のリン酸塩であっても構わない。原料１モルに対しリン酸添加量が１．０×１０-3モル未満では合成後の粒子は厚みがありアスペクト比が５０を超える薄片状粒子が合成できにくくなる。原料１モルに対しリン酸添加量が１．０×１０-1モルを超えると合成後に薄片状粒子が凝集した二次粒子が多くなってしまう。
【００１６】薄片状粒子の平均粒径を制御するには原料と水を混合したスラリーに種晶として粒径１μｍ未満、比表面積５ｍ2／ｇ以上のα−アルミナ粒子を添加する方法が有効である。種晶は超音波等で分散させてスラリーの中に添加するのが望ましい。この条件で種晶を添加すると、添加量の増量に伴って合成後の薄片状アルミナ粒子を微細化することができる。粒径１μｍ以上の種晶を添加すると、合成後に厚みが０．２μｍ以上ある粒子が増え、薄片状粒子はできにくくなる。比表面積が５ｍ2／ｇ未満の種晶では粒径の制御は難しい。添加量は原料１モルに対して１．０×１０-6〜５．０×１０-3モルが好ましい。５．０×１０-3モル以上添加しても、粒径を微細化させる効果は小さくなってしまう。上記の種晶添加により、薄片状アルミナの平均粒径を０．５〜２５μｍの間で制御することができる。
【００１７】水熱合成の反応温度は４００℃以上であり、好ましくは４５０℃以上である。スラリーの最高温度が４００〜４５０℃になる場合、α−アルミナ化の反応を完了させるために昇温後、温度保持時間を２４時間以上要する。合成圧力は１０ＭＰａ〜２５ＭＰａ、好ましくは１５ＭＰａ〜２０ＭＰａとする。合成温度・圧力の関係はＡｌ2Ｏ3−Ｈ2Ｏ系状態図でα−Ａｌ2Ｏ3（コランダム）の範囲でなければならない。合成圧力１０ＭＰａ以上を要するのは、この範囲を外れた低圧下では、薄片状粒子の他に粒状形をした粒子の混在状態で合成され、粒子径のばらつきが大きくなる。また合成圧力２０ＭＰａ以上になると粒子は厚肉化の傾向を示し、２５ＭＰａを超えると厚肉化しすぎるので好ましくない。
【００１８】
【作用】本発明により、平均粒径０．５μｍ〜２５μｍ、アスペクト比５０（５０は含まず）〜２０００である薄片状α−アルミナ粒子を合成することができる。その際、種晶の添加量を規定することによって平均粒子径が上記範囲にて制御できる。
【００１９】この粒子は凝集粒子が少なく、フィラーとしてプラスチック及びゴムの中に混練したとき、薄片状粒子は良分散状態となる。さらに粒子の扁平性が高いので、この樹脂とフィラーの複合体をシート状に成形した時の成形体の引張強度、スティフネス等の機械的強度が向上する。また、成形後の温度低下に伴う収縮率も低下する。
【００２０】また、塗料用顔料や塗工剤として使用した場合、塗装後薄片状粒子は塗膜中に平行に配向することにより、塗膜の劣化を防ぎ、また塗膜内部への腐食物質の侵入防止効果が期待できる。塗膜表面への粒子の突出は確認されないことから、優れた表面平滑性を持ち、光沢性を示す塗膜とすることができる。
【００２１】さらに、この粒子の特徴として、水系溶媒との親和性も良好であり、攪拌等の簡単な分散操作で安定的な単一粒子の分散状態を維持することが可能になる。ゆえに、精密研磨用スラリーや化粧用途として水系溶媒に分散させて使用した場合、非研磨物の表面平滑性の向上や液体化粧品の安定性、進展性向上が期待できる。水系溶媒中で本粒子の分散性が良好な理由は定かではないが、最も重要な要因としては、α−アルミナ粒子の薄片状形態にあり、上記平均粒子径であり、アスペクト比を有することが重要である。粒子の表面にリン酸イオンが存在し、粒子表面が若干帯電して粒子間に斥力が働くことが重要な要因の一つと推定される。さらに、ゼータ電位が０になる等電位点がｐＨ２〜５にあることにより、中性の化粧品中でも、安定に分散状態を維持することが可能になる重要な要因の一つと推定される。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、具体的な実施例について述べる。
実施例１バイヤー法にて得られたギブサイト型水酸化アルミニウムを平均粒径１．１μｍに調整し、原料１モルに対しオルトリン酸３．０×１０-3モル添加し、５０ｗｔ％濃度の水系スラリーにしてから、合成温度６００℃、合成圧力１５ＭＰａにて水熱合成を行い、水洗、乾燥後白色の粉体を得た。
【００２３】粉体は平均粒径１２．０μｍ、平均厚み０．１５μｍ、アスペクト比は８０の薄片状粒子であった。蛍光Ｘ線による粉体中の組成分析の結果、酸化物換算でＰ2Ｏ5０．３ｗｔ％を含有していることが確認された。等電位点はｐＨ４．３にあった。
【００２４】さらに粒子は、１）樹脂への添加、２）水性溶媒への添加実験を行い分散性をそれぞれ評価した。
【００２５】１）それぞれの粒子１００部に対し、アクリルラッカー（水谷ペイント製）５０部、トルエン２０部、メチルエチルケトン１０部を添加し、ホモジナイザーにて（ｉｋａ製 ＬＲ−４１Ｂ，１０００ｒｐｍ）５分間攪拌を行い、ガラス板上にこのスラリーを塗布後、５０℃で１時間加熱乾燥し硬化した。
【００２６】２）それぞれの粒子１００部に対し、純水を４０部添加し、ホモジナイザーにて（ｉｋａ製 ＬＲ−４１Ｂ，１０００ｒｐｍ）５分間攪拌を行い、ガラス板上にこのスラリーを塗布後、１２０℃で３０秒間乾燥させた。
【００２７】各々のガラス板上にある成形体をＸ線回折分析し、Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ法により、粉体の配向度を算出した。分散性が高い程配向度の数値は大きくなり、１に近い値を取る。１）樹脂添加実験の配向度は０．９１、２）水性溶媒添加実験の配向度は０．８４となった。
【００２８】実施例２上記実施例１において、原料１モルに対し、オルトリン酸の添加量を１．０×１０-2モルに増量し、水熱合成を行い白色の粉体を得た。
【００２９】粉体は、平均粒径１１．０μｍ、平均厚み０．０７μｍ、アスペクト比は約１６０の薄片状粒子であった。粉体中の組成分析の結果、酸化物換算でＰ2Ｏ5０．９ｗｔ％を含有していることが確認された。等電位点はｐＨ３．８にあった。１）樹脂添加実験の配向度は０．９０、２）水性溶媒添加実験の配向度は０．８８となった。
【００３０】実施例３上記実施例２において、オルトリン酸の他、種晶として粒径０．１μｍのα−アルミナ粒子（大明化学工業製：ＴＭ−ＤＡＲ ＢＥＴ 比表面積１４ｍ2／ｇ）を原料１モルに対し８．０×１０-6モル添加し、水系スラリーにして水熱合成を行い白色の粉体を得た。
【００３１】粉体は、平均粒径７．５μｍ、平均厚み０．０５μｍ、アスペクト比は１５０の薄片状粒子であった。粉体中の組成分析の結果、酸化物換算でＰ2Ｏ5０．８ｗｔ％を含有していることが確認された。等電位点はｐＨ４．１にあった。１）樹脂添加実験の配向度は０．８８、２）水性溶媒添加実験の配向度は０．８２となった。
【００３２】実施例４上記実施例２において、オルトリン酸の他、種晶として粒径０．１μｍのα−アルミナ粒子（大明化学工業製：ＴＭ−ＤＡＲ ＢＥＴ 比表面積１４ｍ2／ｇ）を原料１モルに対し８．０×１０-5モル添加し、水系スラリーにして水熱合成を行い白色の粉体を得た。
【００３３】粉体は、平均粒径４．８μｍ、平均厚み０．０４μｍ、アスペクト比は１２０の薄片状粒子であった。粉体中の組成分析の結果、酸化物換算でＰ2Ｏ5０．８ｗｔ％を含有していることが確認された。等電位点はｐＨ４．５にあった。１）樹脂添加実験の配向度は０．８９、２）水性溶媒添加実験の配向度は０．８１となった。
【００３４】比較例１上記実施例１において、原料の平均粒径を４．０μｍに調整して、オルトリン酸を添加せずに水系スラリーにして水熱合成を行い、水洗、乾燥後白色の粉体を得た。
【００３５】粉体は、平均粒径５．０μｍ、平均厚み０．７５μｍ、アスペクト比は約７の板状粒子であった。粉体中の組成分析の結果、酸化物換算でＰ2Ｏ5は含有されていないことが確認された。等電位点はｐＨ７．９にあった。１）樹脂添加実験の配向度は０．４２、２）水性溶媒添加実験の配向度は０．３９となった。
【００３６】比較例２上記実施例２において、種晶として粒径２．０μｍ、比表面積１５ｍ2／ｇのα−アルミナ粒子を原料１モルに対し８．０×１０-5モル添加し、水系スラリーにして水熱合成を行い白色の粉体を得た。
【００３７】粉体は、平均粒径１０．５μｍ、平均厚み０．３０μｍ、アスペクト比は３５の粒子であった。粉体中の組成分析の結果、酸化物換算でＰ2Ｏ5０．８ｗｔ％を含有していることが確認された。等電位点はｐＨ３．７にあった。１）樹脂添加実験の配向度は０．６０、２）水性溶媒添加実験の配向度は０．４３となった。各種粉体の製造条件を表１、粉体の粒子形状、組成、分散性を示す配向度を表２に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
【発明の効果】以上のように本発明の薄片状α−アルミナ粒子の効果として、平均粒径０．５〜２５μｍ、アスペクト比５０（５０は含まず）〜２０００である薄片状α−アルミナ粒子であり、単一粒子の分散性を維持しながら、扁平で且つ水系溶媒に対して安定した分散状態を維持することができるため、粒子の配向性を向上させることができる。
【００４１】特に、粒子中に含まれるリン酸イオンの効果により、樹脂中に混練する時だけでなく、水系溶媒に添加させた際にもより容易に単一粒子に分散し高分散性の特徴を発揮するアルミナ粒子を提供することができる。この粉体をフィラーとして混練したプラスチックやゴム等は、その優れた分散性により補強効果が得られる。また、塗料用顔料や塗工剤として各種溶媒に分散させて使用した場合、塗料の粘度上昇が抑えられることにより、流動性、塗工性が維持できる。塗装後、薄片状粒子は塗膜中に平行に配向することにより、塗膜の劣化を防ぎ、また塗膜内部への物質の侵入防止効果が期待できる。また表面の平滑性が高く、光沢性のある塗膜を得ることができる。さらに当粉体を使用した研磨用スラリーは、被研磨物の表面平滑性を向上させることができ、化粧品として当粉体を使用すると進展性の向上効果も発揮することができる。また、本発明の薄片状α−アルミナ粒子の製造方法によれば、上記優れた特性を有する薄片状α−アルミナ粒子を容易に、さらに効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明により製造される薄片状粒子の形状を表す模式図である。
【図２】従来の水熱合成法により作製される板状粒子の形状を表す模式図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 平均粒径０．５〜２５μｍ、平均粒径／粒子厚みで表されるアスペクト比が５０（５０は含まず）〜２０００の扁平形状からなることを特徴とする薄片状α−アルミナ粒子。
【請求項２】 リン酸化合物がアルミナ粒子に対し、酸化物換算にてＰ2Ｏ5として０．２〜５．０ｗｔ％存在してなる請求項１記載の薄片状α−アルミナ粒子。
【請求項３】 前記粒子のゼータ電位が０を示す等電位点が、ｐＨ２〜５を示す請求項１又は２記載の薄片状α−アルミナ粒子。
【請求項４】 アルミナ水和物及びアルミナゲルを出発原料として、原料の平均粒径は２μｍ以下、最大粒径を５μｍ以内とし、更にアルミナ水和物またはアルミナゲルを１モルに対し、リン酸イオンを１．０×１０-3〜１．０×１０-1モル添加して水系スラリーを水熱合成することを特徴とする請求項１、２又は３記載の薄片状α−アルミナ粒子の製造方法。
【請求項５】 アルミナ水和物及びアルミナゲルを出発原料として、リン酸イオンの他に種晶として粒径１μｍ未満、比表面積５ｍ2／ｇ以上のα−アルミナ粒子を原料１モルに対して１．０×１０-6〜５．０×１０-3モル添加して水熱合成し、薄片状粒子の粒径を制御することを特徴とする請求項４記載の薄片状α−アルミナ粒子の製造方法。
【請求項１】 平均粒径０．５〜２５μｍ、平均粒径／粒子厚みで表されるアスペクト比が５０（５０は含まず）〜２０００の扁平形状からなることを特徴とする薄片状α−アルミナ粒子。
【請求項２】 リン酸化合物がアルミナ粒子に対し、酸化物換算にてＰ2Ｏ5として０．２〜５．０ｗｔ％存在してなる請求項１記載の薄片状α−アルミナ粒子。
【請求項３】 前記粒子のゼータ電位が０を示す等電位点が、ｐＨ２〜５を示す請求項１又は２記載の薄片状α−アルミナ粒子。
【請求項４】 アルミナ水和物及びアルミナゲルを出発原料として、原料の平均粒径は２μｍ以下、最大粒径を５μｍ以内とし、更にアルミナ水和物またはアルミナゲルを１モルに対し、リン酸イオンを１．０×１０-3〜１．０×１０-1モル添加して水系スラリーを水熱合成することを特徴とする請求項１、２又は３記載の薄片状α−アルミナ粒子の製造方法。
【請求項５】 アルミナ水和物及びアルミナゲルを出発原料として、リン酸イオンの他に種晶として粒径１μｍ未満、比表面積５ｍ2／ｇ以上のα−アルミナ粒子を原料１モルに対して１．０×１０-6〜５．０×１０-3モル添加して水熱合成し、薄片状粒子の粒径を制御することを特徴とする請求項４記載の薄片状α−アルミナ粒子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００２−２４９３１５（Ｐ２００２−２４９３１５Ａ）
【公開日】平成１４年９月６日（２００２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００１−４０２３７（Ｐ２００１−４０２３７）
【出願日】平成１３年２月１６日（２００１．２．１６）
【出願人】（０００００６８２８）ワイケイケイ株式会社 (263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１４年９月６日（２００２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１３年２月１６日（２００１．２．１６）
【出願人】（０００００６８２８）ワイケイケイ株式会社 (263)
【Ｆターム（参考）】
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