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【発明の名称】 アルミナアミド分散液及びその製造方法
【発明者】 【氏名】永井 直文

【要約】 【課題】有機スルホン酸など除去し難い不揮発性の分散安定化剤を含有しなくとも、分散安定性に優れるアルミナアミド分散液を提供する。

【構成】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
(1)アミド類、
(2)アルミナ微粒子及び
(3)アルミナに対して0.05〜0.30モル倍の硝酸又は塩酸
を必須成分として含有し、かつスルホン酸基を有する化合物を含有せず、コーン・プレート型回転粘度計により25℃で測定(回転数30rpm)したアルミナ濃度10重量%の分散液の粘度が600mPa・s以下であることを特徴とするアルミナアミド分散液。
【請求項2】
アミド類がホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミド、ホルミルピペリジン、アセチルピペリジン、N−メチルピペリドン、尿素、テトラメチル尿素、エチレン尿素及び1,3−ジメチルエチレン尿素からなる群から選ばれる少なくとも1種のアミドであることを特徴とする請求項1記載のアルミナアミド分散液。
【請求項3】
アルミナ微粒子がベーマイト又は擬ベーマイトであることを特徴とする請求項1又は2に記載のアルミナアミド分散液。
【請求項4】
金属アルミニウム又は加水分解性アルミニウム化合物を加水分解して得られるアルミナスラリーを、特定量の酸の存在下に解膠してアルミナ水分散液とし、続いてアミド類に溶媒置換してアルミナアミド分散液を得る際に、アルミナに対して0.05〜0.3モル倍の硝酸又は塩酸の存在下に、60〜160℃で解膠することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアルミナアミド分散液の製造方法。
【請求項5】
加水分解性アルミニウム化合物がアルミニウムアルコキシドであることを特徴とする請求項4に記載のアルミナアミド分散液の製造方法。
【請求項6】
アルミナ水分散液のアミド類への溶媒置換を60℃以下で実施することを特徴とする請求項4又は5に記載のアルミナアミド分散液の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、本発明は、分散安定性に優れるアルミナアミド分散液及びその製造方法に関する。特に、有機スルホン酸など除去し難い不揮発性の分散安定化剤を含有しないアルミナアミド分散液及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
アルミナ微粒子を水に分散させたアルミナ水分散液(アルミナヒドロゾル、水性アルミナゾル)は、アルミナ薄膜を形成できるため表面改質材料などとして使用されている。
【0003】
アルミナ水分散液は分散媒が水なので、プラスチックなど疎水性が強い基材に適用した場合、基材への濡れ性が悪いので塗布し難く、形成されたアルミナ薄膜と基材との密着性も不十分である。また、耐水性も劣るため、用途によっては問題となる。アルミナ水分散液単独では、目的とする基材の改質を達成できないことが多い。これらを改善するため、結合剤、界面活性剤などを併用することがある。
【0004】
しかし、アルミナ水分散液を塗布する場合、結合剤は水溶性であることが必要である。そのため、使用できる結合剤が限定され、改善が不十分に終わることが少なくない。
【0005】
この問題を解決する手段のひとつとして、アルミナ水和物を各種の有機溶媒に分散させたゾル(アルミナオルガノゾル)が検討されている。
【0006】
しかし、分散安定性が不十分で、増粘、ゲル化し易いことがあった。
【0007】
アルミナオルガノゾルの分散安定性を改善するため、分散安定化剤を添加する方法が知られている。
【0008】
特表2003−517418号公報(特許文献1)には、有機スルホン酸で改質することを特徴とする有機溶媒中で分散可能な金属酸化物の製造方法が開示されている。同公報の表1には、有機スルホン酸で改質されたアルミナをエチレングリコールに分散させたオルガノゾルが記載されている。有機スルホン酸による改質でアルミナオルガノゾルの分散安定性は改善されるが、用途によっては、残存する有機スルホン酸が悪影響を及ぼすことがあった。更に、有機スルホン酸を除去するため、煩雑な工程を必要とするという問題も生じた。有機スルホン酸に限らず、キレート剤、高分子分散剤など分散安定化作用を有する物質を添加することによりオルガノゾルの分散安定性を改善しようとする場合に共通した問題である。
【特許文献1】特表2003−517418号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明が解決しようとする課題は、有機スルホン酸など除去し難い不揮発性の分散安定化剤を配合しなくとも、分散安定性に優れるアルミナアミド分散液及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者は、上記の課題を解決する為に鋭意研究を重ねた結果、特定量の硝酸若しくは塩酸を含有するアルミナアミド分散液が、有機スルホン酸など除去し難い不揮発性の分散安定化剤を共存させなくとも安定性に優れることを見出し、この知見に基づき本発明を完成した。
【0011】
すなわち、本発明のアルミナアミド分散液は、
(1)アミド類、
(2)アルミナ微粒子及び
(3)アルミナに対して0.05〜0.30モル倍の硝酸又は塩酸
を必須成分として含有し、かつスルホン酸基を有する化合物を含有せず、コーン・プレート型回転粘度計により25℃で測定(回転数30rpm)したアルミナ濃度10重量%の分散液の粘度が600mPa・s以下であることを特徴とするものである。
【0012】
さらに、本発明のアルミナアミド分散液は、好ましくは、アミド類がホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミド、ホルミルピペリジン、アセチルピペリジン、N−メチルピペリドン、尿素、テトラメチル尿素、エチレン尿素及び1,3−ジメチルエチレン尿素からなる群より選ばれる少なくとも1種のアミドであることを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明のアルミナアミド分散液は、好ましくは、アルミナ微粒子がベーマイト又は擬ベーマイトであることを特徴とするものである。
【0014】
本発明のアルミナアミド分散液の製造方法は、金属アルミニウム又は加水分解性アルミニウム化合物を加水分解して得られるアルミナスラリーを、特定量の酸の存在下に解膠してアルミナ水分散液とし、続いてアミド類に溶媒置換してアルミナアミド分散液を得る際に、アルミナに対して0.06〜0.3モル倍の硝酸又は塩酸の存在下に、60〜160℃で解膠することを特徴とするものである。
【0015】
本発明のアルミナアミド分散液の製造方法は、好ましくは、加水分解性アルミニウム化合物がアルミニウムアルコキシドであることを特徴とする。
【0016】
本発明のアルミナアミド分散液の製造方法は、さらに好ましくは、アルミナ水分散液のアミド類への溶媒置換を60℃以下で実施することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0017】
本発明のアルミナアミド分散液は分散安定性に優れているので増粘やゲル化し難く、かつ低粘度なので取扱い易い。又、有機スルホン酸など除去し難い不揮発性の分散安定化剤を含有しないので、各種用途に使用しても、悪影響を及ぼす危険性が少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下に、本発明のアルミナアミド分散液について説明する。
【0019】
本発明のアルミナアミド分散液は、特定量の硝酸又は塩酸を含有するアミド類にアルミナ微粒子が分散している。
【0020】
分散媒であるアミド類には、各種の脂肪族カルボン酸アミド、N−低級アルキル基置換脂肪族カルボン酸アミド、N,N’−低級アルキル基置換脂肪族カルボン酸アミド、尿素、N,N’−低級アルキル基置換尿素、ラクタム類、N−低級アシル含窒素ヘテロ環化合物、1,3−ジアルキルエチレン尿素などが包含される。好ましくは、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミド、ホルミルピペリジン、アセチルピペリジン、N−メチルピペリドン、尿素、テトラメチル尿素、エチレン尿素及び1,3−ジメチルエチレン尿素からなる群より選ばれる少なくとも1種のアミドである。安全性の点から、特に好ましくは、ジメチルアセトアミドである。
【0021】
本発明におけるアルミナ微粒子には、ギブサイト、バイヤライト、ベーマイト、疑ベーマイト、ダイアスポア、無定形などの水酸化アルミニウム(アルミナ水和物)、及びγ、η、δ、ρ、κ、θ、χ、α形のアルミナ結晶が包含される。
【0022】
好ましくは、アルミナ微粒子はベーマイト又は擬ベーマイトである。
【0023】
本発明のアルミナアミド分散液に含有している硝酸又は塩酸の量はアルミナに対して0.05〜0.30モル倍であり、好ましくは0.08〜0.20モル倍である。硝酸又は塩酸の含有量が0.05モル倍未満の場合はゲル化したり沈殿物が生成し易く、0.30モル倍を超えると経時安定性が低下するので好ましくない。
【0024】
本発明のアルミナアミド分散液のアルミナ濃度、粘度、及び透過率は以下の通りである。
【0025】
・アルミナ濃度:5.0〜15.0重量%
・水分:1%以下(カールフィッシャー法)
・初期粘度:600mPa・s以下
30日後の粘度:600mPa・s以下
コーン・プレート型回転粘度計(東機産業社製、RE115R型、コーン角度:1゜34’、プレート
直径:24mm)により、以下の条件で測定した。
プレート温度:25℃、回転数:30rpm
・透過率:90〜97%
30日後の透過率:90〜97%
540nmにおける透過率を分光光度計(日立製作所社製、V-3000)で測定した。 本発明のアルミナアミド分散液の粘度は600mP・s以下であり、経時変化も少ない。600mP・sを超えると、アルミナアミド分散液の操作性が悪くなり好ましくない。
【0026】
本発明のアルミナアミド分散液の製造方法について説明する。
【0027】
本発明のアルミナアミド分散液は、金属アルミニウム、又は加水分解性アルミニウム化合物を加水分解して得られるアルミナスラリーを、特定量の酸の存在下に解膠してアルミナ水分散液とし、続いてアミド類に溶媒置換することにより得ることができる。
【0028】
加水分解性アルミニウム化合物には、各種の無機アルミニウム化合物及び有機性の基を有するアルミニウム化合物が包含される。無機アルミニウム化合物としては、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどの無機酸の塩、アルミン酸ナトリウムなどのアルミン酸塩、水酸化アルミニウムなどが例示できる。有機性の基を有するアルミニウム化合物としては、酢酸アルミニウムなどのカルボン酸塩、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムn−ブトキシド、アルミニウムsec−ブトキシドなどのアルミニウムアルコキシド、環状アルミニウムオリゴマー、ジイソプロポキシ(エチルアセトアセタト)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセタト)アルミニウムなどのアルミニウムキレート、アルキルアルミニウムなどの有機アルミニウム化合物などが例示できる。適度な加水分解性を有し、副生成物の除去が容易であることなどからアルミニウムアルコキシドが好ましく、炭素数2〜5のアルコキシル基を有するものが特に好ましい。
【0029】
加水分解における水の量は、アルミニウムアルコキシド1モルに対して15〜50モルが好ましい。15モル未満の場合は収量が低く、50モルを超える場合は加水分解時に粘度が増大し操作し難くなるため好ましくない。
【0030】
加水分解は95℃以下で、0.2〜3時間行うことが好ましい。95℃を超えると突沸し易くなるので好ましくない。水とアルミニウムアルコキシドが接触すると液の温度が上昇するが、加水分解の進行に伴いアルコールが副生し、反応液の温度が低下してアルコールの沸点以上には上がらなくなる。そこで、アルミナ水和物粒子の成長が遅くなるので、95℃付近まで加熱して、アルコールを除去する。0.2時間未満の場合は温度調節が難しく、3時間を超えて加熱しても、工程時間が長くなるだけなので好ましくない。
【0031】
次に、加水分解により得られたアルミナスラリーを、特定量の酸の存在下、高温加熱することにより解膠する。
【0032】
酸としては、硝酸又は塩酸が好ましく、硝酸が特に好ましい。
【0033】
硝酸又は塩酸の共存量はアルミナに対して0.05〜0.3モル倍であり、好ましくは0.08〜0.2モル倍である。0.05モル倍未満の場合は解膠が十分進行せず、目的とするゾルを得ることができない。0.3モル倍を超える場合は、経時安定性が低下するので好ましくない。
【0034】
解膠時に共存させる硝酸又は塩酸の最適量は、水と置換する有機溶媒の種類により異なる。
【0035】
解膠時に共存させる酸は、加水分解時に添加されてもよいが、加水分解で副生するアルコールを除去する際に失われた酸を、前記特定範囲の量になるように、再度、添加する必要がある。
【0036】
60〜160℃で0.5〜10時間加熱し、好ましくは80〜130℃で1〜6時間、水熱処理する。60℃未満の場合は解膠に長時間を要し、160℃を超える温度で実施しても解膠速度の増大は僅かであり、高耐圧容器等を必要とし経済的に不利なので好ましくない。0.5時間未満の場合は解膠が不十分であり、10時間を超えて加熱しても工程時間が長くなるだけなので好ましくない。
【0037】
次に、解膠により得られたアルミナ水分散液に、所望のアルミナ固形分濃度になるようにアミドを添加し溶媒置換する。アルミナアミド−水分散液は、限外濾過膜などによっても脱水できるが、加熱濃縮により簡便にアミド分散液とすることができる。
【0038】
加熱濃縮により溶媒置換する場合は、減圧下に、60℃以下で脱水することが好ましい。60℃以上で脱水した場合は、増粘、ゲル化し易くなる。
【0039】
次に、実施例を示し、更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0040】
なお、分散しているアルミナ微粒子の結晶形を調べるため、エバポレーターにて溶媒を除去し粉末化した試料を、X線回折装置(リガク社製、RINT2000型式)にて測定した。
【0041】
(実施例1)
1Lオートクレーブにイオン交換水230g(12.8mol)を仕込み、撹拌しながら70℃に昇温した。アルミニウムイソプロポキシド88g(0.43mol)を1時間かけて滴下し液温を徐々に95℃まで上昇させ、発生する2−プロパノールを留出させた。61%硝酸4.0g(0.04mol)を添加し95℃で3時間撹拌することにより解膠した。得られたアルミナ水分散液にN,N−ジメチルアセトアミド(以下、DMAC)330gを加え、減圧下、50〜60℃でアルミナ濃度10%になるまで水(DMAC含有)を留出しアルミナDMAC分散液を得た。アルミナ濃度:10.2重量%、粘度:28mPa・s、水分:0.6%、透過率:95%(540nm)、平均粒径は0.01μmであった。粘度、透過率の経時変化を〔表1〕に示した。
【0042】
(実施例2)
1Lオートクレーブにイオン交換水230g(12.8mol)を仕込み、撹拌しながら70℃に昇温した。アルミニウムイソプロポキシド88g(0.43mol)を1時間かけて滴下し液温を徐々に95℃まで上昇させ、発生する2−プロパノールを留出させた。61%硝酸4.8g(0.047mol)を添加し95℃で3時間撹拌することにより解膠した。得られたアルミナ水分散液にN,N−ジメチルホルムアミド(以下、DMF)330gを加え、減圧下、50〜60℃でアルミナ濃度10%になるまで水(DMAC含有)を留出しアルミナDMAC分散液を得た。アルミナ濃度:9.9重量%、粘度:7 mPa・s、水分:0.6%、透過率:96%(540nm)、平均粒径は0.01μmであった。粘度、透過率の経時変化を〔表1〕に示した。
【0043】
(比較例1)
1Lオートクレーブにイオン交換水230g(12.8mol)を仕込み、撹拌しながら70℃に昇温した。アルミニウムイソプロポキシド88g(0.43mol)を1時間かけて滴下し液温を徐々に95℃まで上昇させ、発生する2−プロパノールを留出させた。61%硝酸15.5g(0.15mol)を添加し95℃で2時間撹拌することにより解膠した。得られたアルミナ水分散液にDMAC330gを加え、減圧下、50〜60℃で水を留出させたが、脱水処理中に粘度が上昇し途中でゲル化してしまいコーン・プレート型回転粘度計による粘度測定ができなかった。
【0044】
(比較例2)
1Lオートクレーブにイオン交換水230g(12.8mol)を仕込み、撹拌しながら70℃に昇温した。アルミニウムイソプロポキシド88g(0.43mol)を1時間かけて滴下し液温を徐々に95℃まで上昇させ、発生する2−プロパノールを留出させた。61%硝酸5.3g(0.05mol)を添加し170℃で2時間撹拌することにより解膠した。得られたアルミナ水分散液にDMAC330gを加え、減圧下、50〜60℃で水を留出させたが、脱水処理中に粘度が上昇し途中でゲル化してしまいコーン・プレート型回転粘度計による粘度測定ができなかった。
【0045】
(比較例3)
1Lオートクレーブにイオン交換水230g(12.8mol)仕込み、撹拌しながら70℃に昇温した。アルミニウムイソプロポキシド88g(0.43mol)を1時間かけて滴下し液温を徐々に95℃まで上昇させ、発生する2−プロパノールを留出させた。61%硝酸4.4g(0.043mol)を添加し100℃で2時間撹拌することにより解膠した。得られたアルミナ水分散液にエチレングリコールを220g加え減圧下、50〜60℃で水を留出させたが、脱水処理中に粘度が上昇し途中でゲル化してしまいコーン・プレート型回転粘度計による粘度測定ができなかった。
【0046】
【表1】


【0047】
注1:アルミナに対する酸の添加モル倍率
透過率:日立分光光度計 V-3000 測定波長:540nm
粘度:東機産業製 コーン・プレート型回転粘度計:RE115R型
【産業上の利用可能性】
【0048】
分散安定化剤を含有しなくとも経時安定性が向上したアルミナアミド分散液は、ポリエステルなどプラスチックの表面処理剤として有用であり、印刷記録材料、ガスバリアー性を要求される医薬品、食品、その他産業資材用包装材料、難燃性を要求されるプラスチック製電気・電子部品、自動車部品材料、更に、透明性、防曇性、耐水性が要求される農業用ハウスやトンネルのプラスチック製被覆材料の表面改質剤として有用である。
【出願人】 【識別番号】390003001
【氏名又は名称】川研ファインケミカル株式会社
【出願日】 平成18年6月30日(2006.6.30)
【代理人】 【識別番号】100087398
【弁理士】
【氏名又は名称】水野 勝文

【識別番号】100067541
【弁理士】
【氏名又は名称】岸田 正行

【識別番号】100103506
【弁理士】
【氏名又は名称】高野 弘晋


【公開番号】 特開2008−6390(P2008−6390A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2006−180597(P2006−180597)