JP3512838B2 - 薄片状酸化亜鉛粉末の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄片状酸化亜鉛粉末の製
造方法に関する。さらに詳細には任意の平均粒径で狭い
粒径分布を有する紫外線遮蔽能に優れた、例えば、化粧
料、樹脂、繊維、包材、塗料等への紫外線遮蔽用充填剤
として好適な薄片状酸化亜鉛粉末の製造方法に関する。

【０００２】近年、オゾンホールによる地表到達太陽光
の紫外線量の増加は、主としてＵＶＢ（２９０〜３２０
ｎｍ波長の紫外線）により生じる日焼けや雪焼けによる
皮膚の急性炎症、或いは主としてＵＶＡ（３２０〜４０
０ｎｍ波長の紫外線）の繰り返し照射により生じる皮膚
の老化、更にはメラノーマ等の皮膚癌増大等として生物
に悪影響を与えるのみならず、工業製品、衣料、食物、
住宅等に於いても紫外線劣化の増大を惹起するとして、
この問題解決が重要な課題となって来ている。

【０００３】

【従来の技術】従来より紫外線による影響を回避する目
的より紫外線を吸収、散乱する有機物や無機物、例えば
パラアミノ安息香酸やサリチル酸類等の有機物や、酸化
チタン、酸化亜鉛、酸化鉄等の無機化物を塗布、混合す
ることは広く行われている。しかし紫外線遮蔽用の有機
物質は肌への刺激性や光により分解したり又は性能が低
下する等の耐久性に問題がある。一方、無機物は材料自
身の安定性及び紫外線吸収能に優れており、中でも酸化
亜鉛は優れた紫外線吸収能を有する。ところで広く流通
している顔料用の酸化亜鉛は、粒径が大きく触感や透明
性に劣る為、化粧料等の用途では超微粒子の酸化亜鉛の
検討がされている。しかしながら超微粒子酸化亜鉛は、
良好な紫外線遮蔽能及び透明性は満足するものの、微粒
子であるが故に表面積が大きく活性に富むので有機物と
接触した場合有機物と反応したりその分解を促進すると
云う弊害があった。それ故、隠ぺい性、透明性に優れ且
つ有機物との反応性が激しくない酸化亜鉛の開発が希求
されている。

【０００４】以上の要求を満たす材料の一つとして薄片
状酸化亜鉛が考えられ、その製造方法も公知である。例
えば特公昭５５−２５１３３号には「硫酸亜鉛を含む酸
性水溶液にアンモニアガスを接触吸収させることによ
り、酸性領域で結晶体を析出させる塩基性硫酸亜鉛板状
結晶体の製造方法」が教示されており、この用途として
白色顔料用の板状酸化亜鉛粉末が記載されている。しか
しながら該方法で得られたで得られた板状酸化亜鉛粉末
は粒径が最高数百μｍ、厚さ数μｍ以上に達するので、
触感に劣る上に単位重量当りの隠蔽面積が低く、従って
紫外線遮蔽能も低い。

【０００５】又、特公昭５４−１９２３５号及び５４−
４２９６０号には「特定の亜鉛塩を尿素と特定の条件下
にて混合反応して均一な粒径の板状水酸化亜鉛を製造す
る方法」が記載されている。しかし、これらの方法で作
られた水酸化亜鉛は均一な粒径を示すものの、１００μ
ｍの粒径で厚みも１０μｍに達するので、これを焼成し
て得た酸化亜鉛も単位重量当たりの隠蔽性が低くなり、
紫外線遮蔽能が劣る。又、特開平１−２３０４３１号に
は「平均粒子径０．１〜１μｍ、平均粒子厚さ０．０１
〜０．２μｍ、平均板状比３以上の薄片状酸化亜鉛粉末
を、当量以上の酸基を含有するｐＨ１１以上の亜鉛を含
む水溶液から、場合によっては水溶性有機物の共存下、
沈澱として得る製造方法」が教示されている。しかしな
がら該方法に於いて製造された酸化亜鉛は、平均粒径が
０．１〜１μｍと可視光と同等の大きさであるが為に散
乱により可視光の透過性に劣るとの欠点を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】かかる状況下におい
て、本発明者等は可視光線の透過性及び紫外線遮蔽能、
特にＵＶＡ領域に於ける紫外線遮蔽能に優れると共に、
隠ぺい性に優れた薄片状酸化亜鉛粉末を得るべく鋭意検
討した結果、特定物質の存在下に、亜鉛塩溶液の中和反
応を行い、これを焼成する場合には、上記の特性を全て
満足する薄片状酸化亜鉛粉末が得られることを見出し本
発明を完成するに至った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は亜鉛塩溶
液とアンモニウムイオン又は分解してアンモニウムイオ
ンを発生する化合物を含有する溶液を混合し、中和反応
により薄片状塩基性亜鉛塩の結晶又は薄片状水酸化亜鉛
の結晶を析出させ、ろ過、乾燥した後、焼成することに
より薄片状酸化亜鉛粉末を製造する方法に於いて、該中
和反応を水溶性有機物質の存在下に行うことを特徴とす
る薄片状酸化亜鉛粉末の製造方法を提供するにある。

【０００８】更に本発明は亜鉛塩溶液とアンモニウムイ
オン又は分解してアンモニウムイオンを発生する化合物
を含有する溶液を混合し、中和反応により薄片状塩基性
亜鉛塩の結晶又は薄片状水酸化亜鉛の結晶を析出させ、
必要によりろ過、乾燥した後、焼成することにより薄片
状酸化亜鉛粉末を製造する方法に於いて、該中和反応
を、水溶性有機物質と該溶液中の亜鉛原子１モル当り
０．０００１モル〜０．５モルのアルミニウム及び／又
は鉄の金属原子の存在下に行うことを特徴とする薄片状
酸化亜鉛粉末の製造方法を提供するにある。

【０００９】以下、本発明方法を更に詳細に説明する。
本発明に於いて薄片状酸化亜鉛とは板状、薄片状、六角
板状、円板状、盤状、葉片状、雲母状、箔状等の形態で
あって、アスペクト比が３以上、好ましくは５〜４０
で、平均厚みが０．１μｍ〜１μ、平均直径が１μｍ〜
１００μｍの粉末を示す。本発明方法で得られた薄片状
酸化亜鉛は、１〜１００μｍの平均粒子径で粒径のバラ
ツキが７０％以下、好ましくは６０％以下、より好まし
くは５０％以下の粒径分布の狭い薄片状酸化亜鉛粉末で
ある。ここに於いて薄片の形状（大きさ）は一定ではな
いので、本発明に於いて平均直径は，百個の薄片の（最
大差渡し径＋最小差渡し径）／２の値の平均値で規定
し、又粒径分布のバラツキは、１００個の薄片の粒径の
（標準偏差／平均粒子径）×１００（％）値で示すもの
とする。また薄片の厚みは走査型電子顕微鏡写真の視野
内で読み取れる全ての薄片の厚みを読み、算術平均によ
り平均粒子厚さとした。

【００１０】本発明方法は、亜鉛塩溶液とアンモニウム
イオン又は分解してアンモニウムイオンを発生する化合
物を含有する溶液を混合し、中和反応により薄片状塩基
性亜鉛塩の結晶又は薄片状水酸化亜鉛の結晶を析出さ
せ、必要によりろ過、乾燥した後、焼成することにより
薄片状酸化亜鉛粉末を製造する方法に於いて、該中和反
応を水溶性有機物質の存在下に行うことを特徴とするも
のである。この方法の実施に際し、使用される亜鉛塩溶
液は、硫酸亜鉛、硝酸亜鉛、塩化亜鉛、酢酸亜鉛等の有
機酸塩、或いは亜鉛アルコキシド等が挙げられる。

【００１１】また、アンモニウムイオン又は分解してア
ンモニウムイオンを発生する化合物を含有する溶液と
は、アンモニアガス、アンモニア水、尿素水溶液、ヘキ
サメチレンテトラミン水溶液等が挙げられる。

【００１２】本発明に於いては、亜鉛塩溶液とアンモニ
ウムイオン又は分解してアンモニウムイオンを発生する
化合物の中和反応時に、水溶性有機物質を存在せしめる
ことを必須とする。該中和反応を水溶性有機物質の存在
下に実施することにより得られる薄片状塩基性亜鉛塩結
晶又は薄片状水酸化亜鉛の粒径、粒径分布、結晶形等の
結晶性の制御が可能となる。かかる効果を有する水溶性
有機物質としてはアルコール類、ポリオール類、ケトン
類、ポリエーテル類、エステル類、カルボン酸類、ポリ
カルボン酸類、セルロース類、糖類、スルホン酸類、ア
ミノ酸類、アミン類であって、より具体的にはメタノー
ル、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノ
ール、ヘキサノール等の脂肪族アルコール、エチレング
リコール、プロパンジオール、ブタンジオール、グルセ
リン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコ
ール等の脂肪族多価アルコール、フェノール、カテコー
ル、クレゾール等の芳香族アルコール、フルフリルアコ
ール等の複素環を有するアルコール類、アセトン、メチ
ルエチルケトン、アセチルアセトン等のケトン類、エチ
ルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ポリオ
キシアルキレンエーテル、エチレンオキサイド付加物、
プロピレンオキサイド付加物等のエーテルあるいはポリ
エーテル類、酢酸エチル、アセト酢酸エチル、グリシン
エチルエステル等のエステル類、蟻酸、酢酸、プロピオ
ン酸、ブタン酸、酪酸、蓚酸、マロン酸、クエン酸、酒
石酸、グルコン酸、サリチル酸、安息香酸、アクリル
酸、マレイン酸、グリセリン酸、エレオステアリン酸、
ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、アクリル酸ーマレイ
ン酸コポリマー等のカルボン酸、ポリカルボン酸、ある
いはヒドロキシカルボン酸やその塩類、カルボキシメチ
ルセルロース類、グルコース、ガラクトース等の単糖
類、蔗糖、ラクトース、アミロース、キチン、セルロー
ス等の多糖類、アルキルベンゼンスルホン酸、パラトル
エンスルホン酸、アルキルスルホン酸、α−オレフィン
スルホン酸、ポリオキシエチレンアルキルスルホン酸、
リグニンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸等のスルホ
ン酸類やその塩類、グリシン、グルタミン酸、アスパラ
ギン酸、アラニン等のアミノ酸、モノエタノールアミ
ン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ブタ
ノールアミン等のヒドロキシアミン類、トリメチルアミ
ノエチルアルキルアミド、アルキルピリジニウム硫酸
塩、アルキルトリメチルアンモニウムハロゲン化物、ア
ルキルベタイン、アルキルジエチレントリアミノ酢酸等
を例とし挙げることができる。

【００１３】これら水溶性有機物の中でも水酸基、カル
ボキシル基及びアミノ基の何れか一種或いは二種以上の
官能基を有する水溶性有機物質が好ましく、水酸基とカ
ルボキシル基を有するヒドロキシカルボン酸やその塩類
が特に好ましい。これらは単独又は２種以上のものを混
合して共存させる事もできる。亜鉛塩溶液とアンモニウ
ムイオン又は分解してアンモニウムイオンを発生する化
合物の中和反応時に存在する水溶性有機物質は、中和反
応により析出する薄片状塩基性亜鉛塩結晶又は薄片状水
酸化亜鉛の表面に吸着して粒子の成長を制御しているも
のと思われ、結果として結晶形や平均粒子径、粒径分布
等の結晶性が制御できる。

【００１４】水溶性有機物は、母液（亜鉛塩溶液とアン
モニウムイオン又は分解してアンモニウムイオンを発生
する化合物を含有する溶液）中に約０．００１重量％〜
約１０重量％の範囲で共存させるのが好ましく、その量
は所望粒径と粒径分布等により決定される。

【００１５】この水溶性有機物は、薄片状塩基性亜鉛塩
又は薄片状水酸化亜鉛が析出する際に存在する事が肝要
であり、予め亜鉛塩水溶液やアンモニウムイオン又は分
解してアンモニウムイオンを発生する化合物を含有する
水溶液に溶解、混合してから反応析出に供したり、反応
析出時、別途溶解した水溶性有機物溶液を適宜添加する
事で達成できる。薄片の機械的強度を改善する為に、亜
鉛原子１モル当たり０．０００１〜０．５モル、好まし
くは亜鉛原子１モル当たり０．０００１〜０．４モルの
アルミニウム及び／又は鉄の金属原子の存在下で中和反
応を行う事は特に有効な方法である。

【００１６】亜鉛塩溶液とアンモニウムイオン又は分解
してアンモニウムイオンを発生する化合物を含有する溶
液を混合し、中和反応により薄片状塩基性亜鉛塩の結晶
又は薄片状水酸化亜鉛を析出させる方法は公知の方法を
適用できる。この中和反応に際して撹拌を行ったり温度
の制御を行う事は良好な薄片状塩基性亜鉛塩や水酸化亜
鉛を得るのに重要である。反応温度は用いるアンモニウ
ムイオン又は分解してアンモニウムイオンを発生する化
合物の種類により異なるが、通常約３０℃から溶液の沸
点の間で行う事ができ、反応性を高め生産性を高める為
に約６０℃〜約１００℃の温度がより好ましい。反応析
出後、反応温度又はそれより低い温度にて１０分以上、
好ましくは３０分以上保持する事は、得られた薄片状塩
基性亜鉛又は薄片状水酸化亜鉛の結晶性や形状、表面性
状等を改善するのに特に有効である。

【００１７】反応析出した或いは反応温度又はそれより
低い温度にて特定時間保持した溶液は次いで固液分離
し、洗浄、乾燥されるが、分散性の良好な酸化亜鉛を得
る為には、結晶性制御に用いた水溶性有機物の除去や母
液に残存したイオンを除去することが好ましく、例えば
母液に残存したイオンの洗浄については、析出した薄片
状塩基性亜鉛又は薄片状水酸化亜鉛スラリーの電導度が
約１０００μｓ以下、より好ましくは約５００μｓ以下
となる迄洗浄してイオンを取り除くことが推奨される。

【００１８】又、更に分散性改良を目的として、洗浄処
理等を終えた固液分離の最終段階でメタノール、エタノ
ール、イソプロパノール等の低級アルコールやテトラヒ
ドロフラン、アセトン等の水溶性有機溶媒中に分散後、
場合によっては超音波分散処理後、スプレードライやド
ラムドライヤー等で乾燥する事が推奨される。

【００１９】乾燥後の薄片は、次いで焼成されるが、焼
成は通常酸素含有雰囲気、具体的には空気中で行われ
る。焼成温度は約８５０〜約１２００℃の温度で約１０
分以上、通常３０分から約２時間焼成される。焼成温度
と時間は焼成した酸化亜鉛が用いられる物性により決定
される。焼成炉は管状炉、箱型炉等のバッチ炉やプッシ
ャー炉、ロータリーキルントンネル炉、ローラーハース
炉等の連続炉を用いる事ができ、熱源に関してもガス、
電気のいずれでもよく制限を受けない。

【００２０】焼成後の薄片物質は、必要ならば解砕処理
した後、所望粒度に分級して一般の樹脂充填剤、ゴム用
充填剤、顔料、化粧用顔料、更には化粧料、衣料、塗
料、食品包装材料等の各種用途の紫外線遮蔽剤等として
使用可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述した本発明方法により得られた
薄片状酸化亜鉛粉末は、所望とする粒径に於いて、粒径
のバラツキが７０％以下、好ましくは６０％以下、より
好ましくは５０％以下の狭い粒径分布を有し、著しい微
粉や粗大粒がないために、優れた可視光線の透過性、紫
外線遮蔽能、隠蔽性、充填性を有し、且つ有機物との反
応性も穏やかであるとの特性を持つもので、その工業的
価値は頗る大である。

【００２２】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。

【００２３】実施例１ 硫酸亜鉛７水和物（ＺｎＳＯ₄ ・７Ｈ₂ Ｏ／東邦亜鉛
製）５７．６ｇとグルコン酸ナトリウム（和光純薬製）
０．１５ｇを脱イオン水１００ｇに溶解した。この溶液
を５００ｍｌのセパラブルフラスコに入れ、マグネット
スターラーで攪拌しながら９０℃に加熱、溶解した。こ
の溶液を９０℃に保持しながら、２５％アンモニウム水
１６．３ｇをマイクロチューブポンプにて１５分かけて
滴下した。滴下終了後、９０℃にて４時間保持して熟成
を行った後、溶液を約５ｌｔの脱イオン水中に投入し、
静置した。静置後固液分離し、更に脱イオン水による洗
浄を３回行った所、スラリーの上澄みの電導度は７５μ
ｓとなった。このスラリーを濾過、乾燥して１８．５ｇ
の白色粉末を得た。この粉末の粒径を光学顕微鏡で視察
した所、平均４．５μｍ、バラツキ４０％であった。
又、厚みを走査電子顕微鏡で測定した所、０．２μｍで
あった。上記得られた粉末をマッフル炉で９００℃で３
０分焼成し、１６．０ｇの薄片状酸化亜鉛粉末を得た。
上記で得られた薄片状酸化亜鉛粉末０．１８ｇをシリコ
ンオイル（ＫＳ−６２Ｆ／信越化学社製）１．０２ｇと
めのう乳鉢で良く混合し、この混合物を脱脂ポリプロピ
レンフイルム（厚さ５０μｍ）にドクターブレード法に
て１０μｍの厚みで塗布して、その分光拡散透過率（５
０φ積分球付き／日立３３０分光光度計）を測定した
所、１２％／３７０ｎｍ、８１％／５００ｎｍであっ
た。また、同一試料を用い、３８０ｎｍに於ける直線透
過率（積分球無し）を測定したところ、吸光度は２．２
３であった。薄片の強度測定方法として、上記で得られ
た薄片状酸化亜鉛粉末０．５ｇを０．２％ヘキサメタリ
ン酸ナトリウム水溶液１００ｍｌにホモジナイザー（Ｕ
Ｓ−３００Ｔ：超音波分散器／リーズ＆ノ−スラップ社
製）で分散し、マイクロトラックＭＫII（リーズアンド
ノ−スラップ社製）により各々１分間と１０分間分散処
理し、次いで処理後の薄片の平均粒径を測定することに
より、（１０分間分散処理後の薄片の平均粒径／１分間
分散処理後の薄片の平均粒径）×１００％として薄片の
強度を求めた。その結果は６８％であった。

【００２４】実施例２ 実施例１において、２５％アンモニウム水を２７．７ｇ
に、グルコン酸ナトリウムに代えて酒石酸１４ｍｇに、
反応温度を１００℃に代えた以外は同様にして薄片状塩
基性硫酸亜鉛の白色粉末を１９．５ｇ得た。この粉末の
粒径を光学顕微鏡にて観察した所、平均８μｍ、厚み
０．４μｍ、バラツキ３８％であった。

【００２５】実施例３〜５ 実施例１において、グルコン酸ナトリウムに代えてエチ
レングリコール０．２ｇ（実施例３）、２，３−ブタン
ジオール０．３ｇ（実施例４）、ゼラチン０．１ｇ（実
施例５）の水溶性有機物をそれぞれ添加剤として添加
し、薄片状塩基性硫酸亜鉛の白色粉末を合成、この粒径
を光学顕微鏡にて観察した所、エチレングリコールにお
いては平均粒径６．１μｍ、厚み０．５μｍ、バラツキ
３７％であり、２，３−ブタンジオールにおいては平均
粒径５．８μｍ、厚み０．６μｍ、バラツキ４７％、ゼ
ラチンにおいては平均粒径３．１μｍ、厚み０．２μ
ｍ、バラツキ４２％であった。

【００２６】比較例１ 実施例１において、グルコン酸ナトリウムを添加しない
事以外は全て同一条件にて、薄片状塩基性硫酸亜鉛を合
成し、光学顕微鏡にて観察した所、平均粒径６．６μ
ｍ、厚み０．７μｍ、バラツキ９４％であった。

【００２７】実施例６ 実施例１において硫酸アルミニウム水和物（Ａｌ₂ （Ｓ
Ｏ₄ ）₃ ・１４〜１８Ｈ₂ Ｏ／和光純薬製）０．６３ｇ
を追加した以外は同様にして、平均粒径４．１μｍ、厚
み０．２μｍ、バラツキ４３％の薄片状塩基性硫酸亜鉛
を得た。又、この粉末を９００℃で３０分焼成して得た
酸化亜鉛粉末の分光拡散透過率は８％／３７０ｎｍ、７
８％／５００ｎｍで、強度は７５％であった。

【００２８】比較例２ 実施例２において、酒石酸を添加しない事以外は全て同
一条件にて、薄片状塩基性硫酸亜鉛を合成し、光学顕微
鏡にて観察した所、平均粒径２６μｍ、厚み２．５μ
ｍ、バラツキ７８％であった。

【００２９】比較例３ 実施例２において、２５％アンモニウム水に代えてウロ
トロピン２８ｇを用い、グルコン酸ナトリウムを添加し
ない事以外は全て同一条件にて、薄片状塩基性硫酸亜鉛
を合成し、光学顕微鏡にて観察した所、平均粒径５．６
μｍ、厚み０．４μｍ、バラツキ７５％であった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C01G 1/00 - 23/08 C09K 3/00 104

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 亜鉛塩溶液とアンモニウムイオン又は分
   解してアンモニウムイオンを発生する化合物を含有する
   溶液を混合し、中和反応により薄片状塩基性亜鉛塩の結
   晶又は薄片状水酸化亜鉛の結晶を析出させ、ろ過、乾燥
   した後、焼成することにより薄片状酸化亜鉛粉末を製造
   する方法に於いて、該中和反応を水溶性有機物質の存在
   下に行うことを特徴とする薄片状酸化亜鉛粉末の製造方
   法。
2. 【請求項２】水溶性有機物が水酸基、カルボキシル基、
   アミノ基のいずれか一種又は二種以上の官能基を有する
   事を特徴とする請求項１記載の薄片状酸化亜鉛粉末の製
   造方法。
3. 【請求項３】 亜鉛塩溶液が硫酸亜鉛、塩化亜鉛、硝酸
   亜鉛、酢酸亜鉛又は炭酸亜鉛の何れか一種であることを
   特徴とする請求項１記載の薄片状酸化亜鉛粉末の製造方
   法。
4. 【請求項４】 アンモニウムイオン、又は分解してアン
   モニウムイオンを発生する化合物を含有する溶液が、ア
   ンモニア水溶液、尿素水溶液またはヘキサメチレンテト
   ラミンであることを特徴とする請求項１記載の薄片状酸
   化亜鉛粉末の製造方法。
5. 【請求項５】 該中和反応を、水溶性有機物質と該溶液
   中の亜鉛原子１モル当りアルミニウム及び／又は鉄の金
   属原子０．０００１モル〜０．５モルの存在下に行うこ
   とを特徴とする請求項１記載の薄片状酸化亜鉛粉末の製
   造方法。