JP2007176776A - チューブ状炭酸カルシウム - Google Patents
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- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
【課題】新規なチューブ状炭酸カルシウム、及びそれを簡易に製造する方法を提供する。
【解決手段】チューブ状炭酸カルシウムを、柱状アラゴナイトであって、その長軸方向に中空で、かつ両端が開口してなるものとする。該炭酸カルシウムを得るには、他の無機電解質が共存していてもよい炭酸水素カルシウム水溶液又は海水を、炭酸水素カルシウムの飽和あるいは過飽和状態下、熱水に滴下することによる。
【選択図】なし
【解決手段】チューブ状炭酸カルシウムを、柱状アラゴナイトであって、その長軸方向に中空で、かつ両端が開口してなるものとする。該炭酸カルシウムを得るには、他の無機電解質が共存していてもよい炭酸水素カルシウム水溶液又は海水を、炭酸水素カルシウムの飽和あるいは過飽和状態下、熱水に滴下することによる。
【選択図】なし
Description
本発明は、中空柱状アラゴナイトからなるチューブ状炭酸カルシウムに関するものである。
従来、炭酸カルシウムの工業的製法は、水酸化カルシウム懸濁液に炭酸ガスを吹き込む石灰乳炭酸化法に代表される。
また、中空柱状炭酸カルシウムの製法については、柱状硫酸カルシウムを芯とし、その外側に炭酸カルシウム結晶を付着させ、その後、芯となっている硫酸カルシウムを溶解させる方法が提案されている（特許文献１参照）。しかし、この方法は、炭酸カルシウム以外に別途無機カルシウム芯材を要し、工程が多段で煩雑な上に、得られる炭酸カルシウムは、カルサイト形微結晶の集合体に限られるという問題がある。
また、中空柱状炭酸カルシウムの製法については、柱状硫酸カルシウムを芯とし、その外側に炭酸カルシウム結晶を付着させ、その後、芯となっている硫酸カルシウムを溶解させる方法が提案されている（特許文献１参照）。しかし、この方法は、炭酸カルシウム以外に別途無機カルシウム芯材を要し、工程が多段で煩雑な上に、得られる炭酸カルシウムは、カルサイト形微結晶の集合体に限られるという問題がある。
本発明の課題は、新規なチューブ状炭酸カルシウム、及びそれを簡易に製造する方法を提供することにある。
本発明者らは、前記チューブ状炭酸カルシウム、及びその簡易な製造法について鋭意研究を重ねた結果、工業的炭酸カルシウム製法である石灰乳炭酸化法において、その反応過程中の素反応に相当する炭酸水素カルシウム水溶液からの炭酸カルシウムの析出過程に着目し、その炭酸カルシウムの製造への応用を図り、飽和炭酸水素カルシウム水溶液やそれに類する液を熱水に滴下することにより、前記チューブ状炭酸カルシウムが容易に析出することを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
すなわち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
（１）柱状アラゴナイトであって、その長軸方向に中空で、かつ両端が開口してなるチューブ状炭酸カルシウム。
（２）他の無機電解質が共存していてもよい炭酸水素カルシウム水溶液又は海水を、炭酸水素カルシウムの飽和あるいは過飽和状態下、熱水に滴下することを特徴とする前記（１）記載のチューブ状炭酸カルシウムの製造方法。
（３）滴下液滴径を変化させてチューブ径を変化させる前記（２）記載の製造方法。
（４）熱水の温度が９０℃以上である前記（２）又は（３）記載の製造方法。
（５）前記炭酸水素カルシウム水溶液又は海水が、前記飽和あるいは過飽和状態下、１００℃以下の温度に調整される前記（２）ないし（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）前記炭酸水素カルシウム水溶液又は海水が、前記飽和あるいは過飽和状態下、５０℃以下の温度に調整される前記（２）ないし（４）のいずれかに記載の製造方法。
（７）前記（１）記載のチューブ状炭酸カルシウムからなる充填剤または添加剤。
（８）前記（１）記載のチューブ状炭酸カルシウムの中空に炭酸カルシウムと異なる充填物質を包含させてなる包接炭酸カルシウム。
（１）柱状アラゴナイトであって、その長軸方向に中空で、かつ両端が開口してなるチューブ状炭酸カルシウム。
（２）他の無機電解質が共存していてもよい炭酸水素カルシウム水溶液又は海水を、炭酸水素カルシウムの飽和あるいは過飽和状態下、熱水に滴下することを特徴とする前記（１）記載のチューブ状炭酸カルシウムの製造方法。
（３）滴下液滴径を変化させてチューブ径を変化させる前記（２）記載の製造方法。
（４）熱水の温度が９０℃以上である前記（２）又は（３）記載の製造方法。
（５）前記炭酸水素カルシウム水溶液又は海水が、前記飽和あるいは過飽和状態下、１００℃以下の温度に調整される前記（２）ないし（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）前記炭酸水素カルシウム水溶液又は海水が、前記飽和あるいは過飽和状態下、５０℃以下の温度に調整される前記（２）ないし（４）のいずれかに記載の製造方法。
（７）前記（１）記載のチューブ状炭酸カルシウムからなる充填剤または添加剤。
（８）前記（１）記載のチューブ状炭酸カルシウムの中空に炭酸カルシウムと異なる充填物質を包含させてなる包接炭酸カルシウム。
本発明炭酸カルシウムは、柱状アラゴナイトであって、その長軸方向に中空で、かつ両端が開口してなるチューブ状のものである。
本発明炭酸カルシウムは、両端が開口しているので、中空内部は外部と連通し、中空内部に炭酸カルシウムと異なる充填物質を懸濁液状態で包含させる場合、中空内部の液と母液との圧力差がなく、操作が容易である。
このような充填物質としては、例えばイオン、分子、又は微粒子状のものが挙げられる。
本発明には、このように本発明炭酸カルシウムの中空に炭酸カルシウムと異なる充填物質を包含させてなる包接炭酸カルシウムも包含される。
本発明炭酸カルシウムは、両端が開口しているので、中空内部は外部と連通し、中空内部に炭酸カルシウムと異なる充填物質を懸濁液状態で包含させる場合、中空内部の液と母液との圧力差がなく、操作が容易である。
このような充填物質としては、例えばイオン、分子、又は微粒子状のものが挙げられる。
本発明には、このように本発明炭酸カルシウムの中空に炭酸カルシウムと異なる充填物質を包含させてなる包接炭酸カルシウムも包含される。
本発明炭酸カルシウムは、本発明方法、すなわち、他の無機電解質が共存していてもよい炭酸水素カルシウム水溶液又は海水を、炭酸水素カルシウムの飽和あるいは過飽和状態下、熱水に滴下する方法により製造することができる。
本発明方法において、炭酸水素カルシウムの飽和あるいは過飽和状態については、炭酸水素カルシウム水溶液では、その調製に当たり予めそのような状態にするようにしてもよいし、また、炭酸水素カルシウム水溶液の調製後に液温調整等の調整手段により上記飽和あるいは過飽和状態にするようにしてもよく、海水では、その温度によっては上記飽和あるいは過飽和状態下にしうるし、さもなければ液温調整等の調整手段により上記飽和あるいは過飽和状態にすればよい。
本発明方法において、炭酸水素カルシウムの飽和あるいは過飽和状態については、炭酸水素カルシウム水溶液では、その調製に当たり予めそのような状態にするようにしてもよいし、また、炭酸水素カルシウム水溶液の調製後に液温調整等の調整手段により上記飽和あるいは過飽和状態にするようにしてもよく、海水では、その温度によっては上記飽和あるいは過飽和状態下にしうるし、さもなければ液温調整等の調整手段により上記飽和あるいは過飽和状態にすればよい。
本発明方法において、炭酸水素カルシウムは、例えばその水溶液として供され、この溶液中には他の無機電解質を共存させることもできる。この無機電荷質としては、例えば、ＮａＣｌやＫＣｌやＭｇＣｌ2を挙げることができる。
また、炭酸水素カルシウムは、それを相当量溶解していることがよく知られている海水として供されてもよい。
海水は、いわば、無機電解質を溶解させた水溶液と見ることができるので、人工的に、作製した無機電荷質水溶液、例えば、ＮａＣｌやＫＣｌやＭｇＣｌ2を単独又は混合溶解させて作製した水溶液中に、ＣａＣＯ3またはＣａ（ＯＨ）2の粒子を懸濁させ、そこに炭酸ガスを吹き込むことにより作製した、炭酸水素カルシウム水溶液なども海水に類するものとして用いることができる。
これらの炭酸水素カルシウム水溶液又は海水は、炭酸水素カルシウムが飽和あるいは過飽和状態にあるように調整され、通常１００℃以下、好ましくは５０℃以下の温度に調整して用いられる。この温度調整については、Ｃａ濃度は温度依存性であり、温度の低い方が高くなるため、収量を多くするには、より低温とするのがよい。
また、炭酸水素カルシウムは、それを相当量溶解していることがよく知られている海水として供されてもよい。
海水は、いわば、無機電解質を溶解させた水溶液と見ることができるので、人工的に、作製した無機電荷質水溶液、例えば、ＮａＣｌやＫＣｌやＭｇＣｌ2を単独又は混合溶解させて作製した水溶液中に、ＣａＣＯ3またはＣａ（ＯＨ）2の粒子を懸濁させ、そこに炭酸ガスを吹き込むことにより作製した、炭酸水素カルシウム水溶液なども海水に類するものとして用いることができる。
これらの炭酸水素カルシウム水溶液又は海水は、炭酸水素カルシウムが飽和あるいは過飽和状態にあるように調整され、通常１００℃以下、好ましくは５０℃以下の温度に調整して用いられる。この温度調整については、Ｃａ濃度は温度依存性であり、温度の低い方が高くなるため、収量を多くするには、より低温とするのがよい。
本発明方法において、滴下させる液滴の径を変化させることにより、所定炭酸カルシウム結晶の長径を変化させることができ、滴下液滴径を小さくすれば、該長径を小さくすることができる。例えば、炭酸カルシウム結晶が中空柱状アラゴナイト単結晶の場合、その長径を２μｍ〜５０μｍの範囲で変動させることができる。
海水は、いわば、無機電解質を溶解させた水溶液と見ることができるので、人工的に、作製した無機電荷質水溶液、例えば、ＮａＣｌやＫＣｌやＭｇＣｌ2を単独又は混合溶解させて作製した水溶液中に、ＣａＣＯ3またはＣａ（ＯＨ）2の粒子を懸濁させ、そこに炭酸ガスを吹き込むことにより作製した、炭酸水素カルシウム水溶液を用いても、中空柱状アラゴナイト単結晶を製造できる。無機電解質を含有した水溶液中の炭酸水素カルシウムの濃度は、蒸留水を母液とした炭酸水素カルシウムの濃度よりも高くなり、その分、生産性が向上するので有利である。
本発明方法に用いられる熱水は、その温度が９０℃以上、好ましくは９５℃以上であることが肝要である。この温度が低すぎると中空で、かつ両端が開口したチューブ状のものが得られにくくなる。
本発明炭酸カルシウムは、充填剤または添加剤、特に開放された中空部はその中に空気を包含するので、断熱材用充填剤や、各種資材、例えば建材、包装材等の軽量化用の充填剤として効果的である。
本発明炭酸カルシウムは、両端が開口しているので、中空内部は外部と連通し、中空内部に炭酸カルシウムと異なる充填物質を懸濁液状態で包含させる場合、中空内部の液と母液との圧力差がなく、操作が容易であるという利点を有する。このような利点は、例えば一方の端部が閉じられ、他方の端部が開放されている空間部を有する柱状炭酸カルシウムと比較すると、この比較用炭酸カルシウムでは、片方端が閉じているので、中空内部の液の圧力の方が母液の圧力よりも高くなり、充填物質を包含させるのが困難になることと対照的である。
また、本発明方法によれば、炭酸水素カルシウム溶液と水を用いるだけで、簡易に本発明炭酸カルシウムを製造することができ、また、炭酸水素カルシウム溶液として海水も用いることができる。
そして、海水は無尽蔵に存在し、その中にはカルシウムが炭酸水素カルシウムとしても相当量溶解しているので、原料源として量的にも適しているなど種々の利点がある。
また、本発明方法によれば、炭酸水素カルシウム溶液と水を用いるだけで、簡易に本発明炭酸カルシウムを製造することができ、また、炭酸水素カルシウム溶液として海水も用いることができる。
そして、海水は無尽蔵に存在し、その中にはカルシウムが炭酸水素カルシウムとしても相当量溶解しているので、原料源として量的にも適しているなど種々の利点がある。
次に、実施例により本発明を実施するための最良の形態を説明するが、本発明はこれらの例により何ら限定されるものではない。
なお、各例中のＬは、リットルを意味する。
なお、各例中のＬは、リットルを意味する。
２Ｌビーカーに試薬炭酸カルシウムを１０ｇ採り、２０℃の蒸留水１０００ｍｌを添加して懸濁液とし、この懸濁液を撹拌しながら、それに炭酸ガスを２０ｄｍ3／分の速度で１時間吹き込み、懸濁液をろ過して残渣を取り除き、Ｃａ濃度０．０２モル／Ｌの炭酸水素カルシウム水溶液を調製した。他方、２Ｌビーカーに蒸留水１００ｍｌを採り、オイルバスで温度１００℃に調整した。この蒸留水に、先に準備した炭酸水素カルシウム水溶液を１０ｍｌ／分の速度で３ｍｍφチューブより液滴径３ｍｍφで滴下し、炭酸カルシウムを析出させ、ろ過、乾燥した。得られた炭酸カルシウムは０．９ｇであった。
これを走査型電子顕微鏡により観察すると、長軸方向の両端が開口している長さ４０μｍの中空柱状アラゴナイト結晶であることが分かった。
この炭酸カルシウムのＳＥＭ写真を図１に示す。
これを走査型電子顕微鏡により観察すると、長軸方向の両端が開口している長さ４０μｍの中空柱状アラゴナイト結晶であることが分かった。
この炭酸カルシウムのＳＥＭ写真を図１に示す。
３ｍｍφチューブに代えて０．０５ｍｍφのチューブを用い、液滴径を０．５ｍｍφに変えた以外は実施例１と同様にして炭酸カルシウム０．８５ｇを得た。
これを走査型電子顕微鏡により観察すると、長軸方向の両端が開口している長さ２０μｍの中空柱状アラゴナイト結晶であることが分かった。
これを走査型電子顕微鏡により観察すると、長軸方向の両端が開口している長さ２０μｍの中空柱状アラゴナイト結晶であることが分かった。
滴下を、超音波式噴霧装置を用い５ｍｌ／分の速度で液滴径０．０１ｍｍφで行った以外は実施例１と同様にして炭酸カルシウム０．２ｇを得た。
これを走査型電子顕微鏡により観察すると、長軸方向の両端が開口している長さ５μｍの中空柱状アラゴナイト結晶であることが分かった。
これを走査型電子顕微鏡により観察すると、長軸方向の両端が開口している長さ５μｍの中空柱状アラゴナイト結晶であることが分かった。
蒸留水に代えて海水を用い、Ｃａ濃度０．０４モル／Ｌの炭酸水素カルシウム溶液を調製した以外は実施例１と同様にして炭酸カルシウム１．５ｇを得た。
これを走査型電子顕微鏡により観察すると、長軸方向の両端が開口している長さ４０μｍの中空柱状アラゴナイト結晶であることが分かった。
これを走査型電子顕微鏡により観察すると、長軸方向の両端が開口している長さ４０μｍの中空柱状アラゴナイト結晶であることが分かった。
比較例１
使用される蒸留水の温度を８０℃に調整した以外は実施例１と同様にして柱状炭酸カルシウムが得られたが、それは中空ではないものであった。
使用される蒸留水の温度を８０℃に調整した以外は実施例１と同様にして柱状炭酸カルシウムが得られたが、それは中空ではないものであった。
本発明炭酸カルシウムは、充填剤または添加剤、特に断熱材用充填剤や、各種資材、例えば建材、包装材等の軽量化用の充填剤として利用可能である。
Claims (8)
- 柱状アラゴナイトであって、その長軸方向に中空で、かつ両端が開口してなるチューブ状炭酸カルシウム。
- 他の無機電解質が共存していてもよい炭酸水素カルシウム水溶液又は海水を、炭酸水素カルシウムの飽和あるいは過飽和状態下、熱水に滴下することを特徴とする請求項１記載のチューブ状炭酸カルシウムの製造方法。
- 滴下液滴径を変化させてチューブ径を変化させる請求項２記載の製造方法。
- 熱水の温度が９０℃以上である請求項２又は３記載の製造方法。
- 前記炭酸水素カルシウム水溶液又は海水が、前記飽和あるいは過飽和状態下、１００℃以下の温度に調整される請求項２ないし４のいずれかに記載の製造方法。
- 前記炭酸水素カルシウム水溶液又は海水が、前記飽和あるいは過飽和状態下、５０℃以下の温度に調整される請求項２ないし４のいずれかに記載の製造方法。
- 請求項１記載のチューブ状炭酸カルシウムからなる充填剤または添加剤。
- 請求項１記載のチューブ状炭酸カルシウムの中空に炭酸カルシウムと異なる充填物質を包含させてなる包接炭酸カルシウム。
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