JPH0431313A - 微粒子アルミナの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は粒径が１μｍ以下の微粒子アルミナを効率よく
製造する方法に関する。

〔従来の技術］ 微粒子アルミナは、セラミックス原料や、プラスチック
ス、塗料、接着剤などのフィラーをはしめ、各種の用途
に広く使用されるものである。

ところで、この微粒子アルミナは、アルミナ自身の硬度
が非常に高く（α−アルミナでモース硬度９）、粉砕に
よる微粒化が困難で、特に形状の均一なものが得られに
くいため、通常、分子レー・ルから粒子を成長させてい
く、いわゆるビルドアップ方式で製造されている。

そして、このようなビルドアンプ方式による微粒子アル
ミナの製造方法としては、気相法では塩化アルミニウム
を高温酸化する方法（たとえば、５５−４１６０３号公
報）や、液相法ではアルミニウムアルコキシドを加水分
解する方法（たとえば、特開昭５７−１９６７０４号公
報）、固相法では硫酸アルミニウムやアンモニウムミョ
ウバンなどのアルミニウム塩を熱分解する方法（たとえ
ば、特開昭５７５１１１８号公報）などが提案されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、気相法や固相法による場合は、気相法で
の塩化アルミニウムの高温酸化時や、固相法での硫酸ア
ルミニウムやアンモニウムミョウバンなどの熱分解時に
塩素（Ｃ＋Ｚ）やイオウ酸化物（ＳＯｘ）などの腐食性
の有害ガスが発生するため、反応装置自体にそれらの腐
食性有害ガスに対する耐性を備えさせることや、それら
の有害ガスを排ガス中から除去するための処理設備が必
要になり、反応装置や有害ガス除去のための処理設備に
コストがかかるという問題があった。また、液相法によ
るアルミニウムアルコキシドの加水分解では、アルミニ
ウムアルコキシドが高価なため、コスト高になるという
問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、上記のような従来技術における問題点を
解決するため種々研究を重ねた結果、酢酸アルミニウム
水溶液を加水分解し、得られる塩基性酢酸アルミニウム
を予め粉砕した後、熱処理して、塩基性酢酸アルミニウ
ムを熱分解するときは、有害ガスを発生させることなく
、粒径が小さく、しかも粒度分布幅の狭い微粒子アルミ
ナが、低い分解温度で、かつ低コストに得られることを
見出し、本発明を完成するにいたった。

すなわち、本発明は、アルミニウムイオンがＯ１１モル
／ｌ以上の酢酸アルミニウム水溶液を加水分解して、塩
基性酢酸アルミニウムの沈殿を晶出させ、得られた沈殿
を濾別した後、予め粉砕して粒径を３μｍ以下にし、そ
の後、３００℃以上で熱処理して、塩基性酢酸アルミニ
ウムを熱分解することを特徴とする微粒子アルミナの製
造方法に関する。

上記のように塩基性酢酸アルミニウムを熱処理して、熱
分解させることにより微粒子アルミナを製造するときは
、分解時に、酢酸またはその分解物が発生するだけで、
塩素（Ｃ１ｚ）やイオウ酸化物（ＳＯｘ）などの有害ガ
スの発生がない、したがって、本発明の実施にあたって
は、塩素やイオウ酸化物などに対する耐性を備えた高価
な反応装置やそれらの有害ガスを排ガス中から除去する
ための高価な処理設備を必要としない。

また、塩基性酢酸アルミニウムの沈殿を予め粒径３μｍ
以下にまで粉砕するが、この塩基性酢酸アルミニウムは
硬度が低く（ハンマーミルやディスクミルなどの硬度の
低いものを粉砕するのに使用される粉砕機で粉砕できる
程度の硬度）、アルミナのように硬度が高くないので、
上記の粉砕は容易に行われる。粉砕後、３００″Ｃ以上
で熱処理するが、この熱処理は有機酸である酢酸とアル
ミニウムとが結合した酢酸アルミニウムを熱分解してア
ルミナを得るためのものであるため、従来の無機アルミ
ニウム化合物を熱分解する場合に比べて、低い温度で行
うことができる。そして、熱分解時の重量減少に伴って
粒径が小さくなり、粒径３μｍ以下の塩基性酢酸アルミ
ニウムから粒径１μｍ以下で、かつ粒度分布幅の狭い微
粒子アルミナが得られる。

このようにして得られるアルミナは、粒径が１μｍ以下
の微粒子である。そして、熱処理時の温度を変えること
により、アルミナの結晶状態を変えることができる。た
とえば、熱処理を約１，０００℃以下で行うと、はとん
ど焼結が起こらないため、熱処理前の予備粉砕効果が非
常に大きく、熱処理後の粉砕を要さず粒径１ｔ１ｍ以下
の微粒子アルミナが得られる。熱処理を１　、０００℃
以上で行った場合には、α−アルミナへと結晶構造が変
化して行くにしたがい焼結が進み、粒径が１μｍ以上に
成長することが起こり得るが、本発明によって得られる
α−アルミナは、塩基性酢酸アルミニウムの熱分解によ
って得られるものであり、熱分解時の酢酸またはその分
解物の抜は出しにより一種の多孔質状になっているので
、非常に粉砕性が良（、ジェットミルなどの粉砕手段を
用いることによって、容易に粉砕することができ、粒径
が１μｍ以下のα−アルミナを容易に得ることができる
。

本発明においては、まずアルミニウムイオンが０．１モ
ル／ｌ以上の酢酸アルミニウム水溶液を加水分解して、
塩基性酢酸アルミニウムの沈殿を晶出させるが、この酢
酸アルミニウム水溶液を得るための出発原料としては、
酸性アルミニウム水溶液になり得るアルミニウム塩であ
ればどのようなものでもよく、たとえば硫酸アルミニウ
ム、アンモニウムミ！ウバン、塩化アルミニウム、硝酸
アルミニウムなどが用いられる。

上記原料を用いて、目的とする酢酸アルミニウム水溶液
を生成させる方法として、酸性アルミニウム水溶液に酢
酸を添加するが、溶液中のアルミニウムイオンに対する
酢酸イオンの量が２倍以上になるように酢酸を加えるの
が好ましい。この時、酢酸の添加量が多いほど、加水分
解した後に得られる塩基性酢酸アルミニウムの濾過性が
良くなる。

また、酢酸の代わりに、たとえば酢酸ナトリウム、酢酸
カリウムなどの酢酸塩を用いてもよいが、酢酸あるいは
酢酸塩の種類、量によっては、塩基性酢酸アルミニウム
が加水分解によっ゛Ｃ生成しやすくなるように、ＰＨを
調整する必要がある。このｐＨ８Ｉ域は２〜６でよいが
、好ましくは３〜４である。

また、高純度のアルミナを得ようとする場合には、酢酸
アルミニウム水溶液の段階において、カルシウム塩、バ
リウム塩、鉛塩、銀塩などを、使用した出発アルミニウ
ム塩に応じて添加し、不要な不純物イオンを沈殿として
析出させ、濾過して、除去することが好まし７い。

酢酸アルミニウム水溶液は、アルミニウムイオンが０．
１モル／Ｉ！、以」＝であれば任意であるが、アルミニ
ウムイオン濃度が０．１モル／Ｉ！、より低い場合は有
効に加水分解されず、塩基性酢酸アルミニウムの沈殿が
得られない。通常、アルミニウムイオンの濃度は０．１
〜２．０モル／ｌ程度が作業性が良く好ましい。

酢酸アルミニウム水溶液の加水分解は、加熱、ｐＨ調整
、長時間放置などによって行われるが、通常は効率面な
どから加熱による加水分解が採用される。

この加水分解によって、化学式ＡＩ　　（ｏＨ）（ＣＨ
３Ｃ００）、で示される塩基性酢酸アルミニウムの沈殿
が得られる。これを濾過あるいは遠心分離によって固液
分離を行うことにより、沈殿を液中から取り出し、乾燥
する。

このようにして得られた塩基性酢酸アルミニウムは、ジ
ェットミルなどの粉砕機によって粒径３μｍ以下にまで
予備粉砕することにより、その後の熱分解により、粒径
１μｍ以下の微粒子アルミナを得ることができる。塩基
性酢酸アルミニウムの粒径をこのように３ｐｍ以下に予
備粉砕しておくことにより、粒径１μｍ以下の微粒子ア
ルミナが得られるのは、熱分解によって重量が約１／３
に減少するので、この重量減少に伴って、微粒子化する
ことによるものと思われる。

塩基性酢酸アルミニウムからアルミナを得るためには、
塩基性酢酸アルミニウムを３００℃以上で熱処理して塩
基性酢酸アルミニウムを熱分解させる。この熱分解のた
めの熱処理温度が３００〜５００℃では、熱分解が徐々
に進行して無定形のアルミナを得ることができるが、熱
分解を完了させるためには、５時間以上の熱処理が必要
である。熱処理温度が５００〜７００″Ｃでは、２時間
程度の熱処理で熱分解が完了し、無定形のアルミナを得
ることができる。熱処理温度が７００〜９００℃ではＴ
−アルミナが、ｉ　、　ｏｏｏ℃以上ではα−アルミナ
が得られる。

その際、α−アルミナへと結晶構造が変化するに伴って
焼結が起こり、粒径が大きくなるが、本発明によって得
られるα−アルミナは、一種の多孔質状になっていて、
粉砕性が良好なため、はぐす程度の粉砕で容易に粒径１
μｍ以下のα−アルミナを得ることができる。したがっ
て、結晶性アルミナが必要な場合は、７００’Ｃ以上で
熱処理すればよい。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例Ｉ 硫酸アルミニウム（試薬−級）　　７１３ｇ　（Ａ　Ｉ
　！＋とじて２．４モル）を水２，１６０ｄに溶解し、
これに氷酢酸を１３６７　（１２，９モル）添加した。

この時の酢酸イオン／アルミニウムイオンのモル比は５
．４であった。

この溶液を攪拌しながら、その中に炭酸カルシウム３６
８ｇ　（３，６８モル）を添加し、室温で６０分間攪拌
混合したのち、生成した不純物の沈殿を濾過によって取
り除き、酢酸アルミニウム水溶液を得た。この酢酸アル
ミニウム水溶液のアルミニウムイオン濃度は０．５０モ
ル／ｌであった。

この酢酸アルミニウム水溶液を２時間煮沸して加水分解
し、白色沈殿を得た。

得られた白色沈殿を濾過、水洗した後、１５０℃で乾燥
した。得られた乾燥物はＸ線回折により塩基性酢酸アル
ミニウムであることを確認した。

この塩基性酢酸アルミニウムをジェットミルで予備粉砕
して、平均粒径を１．２μｍにした後、９００゛Ｃで２
時間熱処理して、塩基性酢酸アルミニウムを熱分解した
。得られた粉体（見掛は上、凝集状態になっている）は
Ｘ線回折によりＴ−アルミナであることを確認した。

このＴ−アルミナをジェットミルで粉砕しく上記のよう
に熱分解により得られたＴ−アルミナは、見掛は上、凝
集状態になっているので、それをほぐずために粉砕する
）、その−成粒径を走査型電子顕微鏡で観察したところ
、平均粒径０．０８μｍであった。出発原料のアルミニ
ウム分に対する収率は９０％であった。

実施例２ 硫酸アルミニウム１７８ｇ（ＡＩ’十として０．６モル
）を水５４０ｄ、に溶解し、これに氷酢酸を２２０ｍ　
（３，８モル）添加し、攪拌して、酢酸アルミニウム水
溶液を得た。この時の酢酸イオン／アルミニウムイオン
のモル比は６，３であり、この酢酸アルミニウム水溶液
のアルミニウムイオン濃度は０゜７９モル／Ｐ、であっ
た。

この酢酸アルミニウム水溶液をアンモニア水でｐＨ３，
０に調整したのち、２時間煮沸して加水分解し、白色沈
殿を得た。

得られた白色沈殿を濾過、水洗した後、１５０℃で乾燥
した。得られた乾燥物はＸ線回折により塩基性酢酸アル
ミニウムであることを確認した。

この塩基性酢酸アルミニウムをジェットミルで予備粉砕
し、平均粒径を１．７μｍにした後、１，３００℃で２
時間熱処理して、塩基性酢酸アルミニウムを熱分解した
。得られた粉体はＸ線回折によりα−アルミナであるこ
とを確認した。

このα−アルミナをジェットミルで粉砕し、得られた粉
体の一次粒径を走査型電子顕微鏡で観察したところ、平
均粒径０．８μｍであった。出発原料のアルミニウム分
に対するα−アルミナの収率は４３％であった。

実施例３ 硫酸アルミニウム２６４ｇ（Ａｌ１千として０５８８モ
ル）を水５４０−に溶解し、これに氷酢酸１０７ｄ（１
，９モル）添加した。この時の酢酸イオン／アルミニウ
ムイオンのモル比は２．２であった。

この溶液を攪拌しながら、その中に炭酸カルシウム１３
４．４ｇ　（１，３４モル）を添加し、室温で６０分間
攪拌混合したのち、生成した不純物の沈殿を濾過によっ
て取り除き、酢酸アルミニウム水溶液を得た。この酢酸
アルミニウム水溶液のアルミニウムイオン濃度は１．６
モル／ｌであった。

この酢酸アルミニウム水溶液を２時間煮沸して加水分解
し、白色沈殿を得た。

得られた白色沈殿を濾過、水洗した後、１５０℃で乾燥
した。得られた乾燥物はＸ線回折により塩基性酢酸アル
ミニウムであることを確認した。

この塩基性酢酸アルミニウムをジェットミルで予備粉砕
し、平均粒径を１．６μｍにした後、９００℃で２時間
熱処理して、塩基性酢酸アルミニウムを熱分解した。得
られた粉体はＸ線回折によりγ−アルミナであることを
ｔＩ認した。

このγ−アルミナの一次粒径を走査型電子顕微鏡で観察
したところ、平均粒径０．０６μｍであり、出発原料の
アルミニウム分に対するＴ−アルミナの収率は６０％で
あった。

実施例４ 実施例２と同様に調製した酢酸アルミニウム水溶液を、
３０’Ｃで８日間放置することにより加水分解して、白
色沈殿を得たい 得られた沈殿を濾過、水洗し、１５０℃で乾燥した。得
られた乾燥物はＸ線回折により塩基性酢酸アルミニウム
であることを確認した。

この塩基性酢酸アルミニウムをジェットミルで予備粉砕
して、平均粒径１．６μｍにした後、９００℃で２時間
熱処理して塩基性酢酸アルミニウムを熱分解した。得ら
れた粉体はＸＩＩＭ回折によりγアルミナであることを
ｆｆ！認した。

このＴ−アルミナの一次粒径を走査型電子顕微鏡で観察
したところ、平均粒径０．１ａｍであった。

出発原料のアルミニウム分に対するγ−アルミナの収率
は７３％であった。

実施例５ 硫酸アルミニウム１７８ｇ（ＡＩ３＋として０．６モル
）を水５４０ｄに溶解し、この溶液に別途調製した炭酸
カルシウム９２ｇを水１２０ｉに分散させたスラリー液
を加えた。

この混合スラリー液を攪拌しながら、その中に氷酢酸７
３ｄ　（１，２８モル）を添加し、室温で２４時間熟成
したのち、濾過して酢酸アルミニウム水溶液を得た。こ
の酢酸アルミニウム水溶液のアルミニウムイオン濃度は
１．０５モル／ｌであった。

この酢酸アルミニウム水溶液を９０”Ｃに予備加熱した
熱水中に徐々に滴下してゆき、煮沸しながら２時間熟成
して加水分解し、白色沈殿を得た。

得られた白色沈殿を濾過、水洗し、１０５”Ｃで乾燥し
た。得られた乾燥物はＸ線回折により塩基性酢酸アルミ
ニウムであることを確認した。

この塩基性酢酸アルミニウムをジェントミルで予備粉砕
し、平均粒径２．６μｍにした後、１，３００℃で２時
間熱処理して、塩基性酢酸アルミニウムを熱分解した。

得られた粉体はＸｌｓ回折によりα−アルミナであるこ
とを確認した。

このα−アルミナの一次粒径を走査型電子顕微鏡で観察
したところ、平均粒径０．６μｍであった。

出発原料のアルミニウム分に対するα−アルミナの収率
は６６％であった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明ムこよれば、塩素（Ｃ１，
）やイオウ酸化物（Ｓ○χ）などの有害ガスを発生させ
ることなく、微粒子アルミナを容易に製造することがで
きる。したがって、本発明の実施にあたっては、塩素や
イオウ酸化物などに対する耐性を備えた高価な反応装置
やそれらの有害ガスを排ガス中から除去するための高価
な処理設備を要さず、また、アルミニウムアルコキシド
のような高価な原料を要することなく、低コストに微粒
子アルミナを製造することができる。また、本発明によ
って得られる微粒子アルミナは、粒径が小さく、また、
それに伴って粒度分布幅も狭いので、セラミックス原料
としてはもちろんのこと、磁気テープのバックコーティ
ング剤として、あるいはプラスチックや塗料、接着剤な
どのフィラーとして、また精密加工用の研磨剤として、
有用に使用することができるものと期待される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）微粒子アルミナの製造にあたり、アルミニウムイ
   オンが０．１モル／ｌ以上の酢酸アルミニウム水溶液を
   加水分解して、塩基性酢酸アルミニウムの沈殿を晶出さ
   せ、得られた沈殿を濾別した後、予め粉砕して粒径を３
   μｍ以下にし、その後、３００℃以上で熱処理して、塩
   基性酢酸アルミニウムを熱分解することを特徴とする微
   粒子アルミナの製造方法。