JPH044964B2 - - Google Patents

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JPH044964B2
JPH044964B2 JP62299821A JP29982187A JPH044964B2 JP H044964 B2 JPH044964 B2 JP H044964B2 JP 62299821 A JP62299821 A JP 62299821A JP 29982187 A JP29982187 A JP 29982187A JP H044964 B2 JPH044964 B2 JP H044964B2
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  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は金属酸化物超微粒子の製造方法に関
し、詳しくは化粧料、白色顔料、吸着剤、触媒、
触媒担体など幅広い用途に供することのできる金
属酸化物超微粒子の効率のよい製造方法に関す
る。 〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題
点〕 従来から、チタン、ジルコニウムなどの金属酸
化物の微粒子を製造する方法としては、各種の方
法が知られている。 例えば酸化チタンは、耐候性にすぐれ、しかも
強い隠蔽力を有しているため、化粧品、塗料の分
野において広く用いられているが、このような酸
化チタンの製造方法として、硫酸チタン水溶液を
中和した後、生成する沈澱を焼成する硫酸法や四
塩化チタンを高温で分解酸化させる塩素法などが
開発されている。しかしながら、これら従来のル
チル型の酸化チタンの製造方法においては、製造
過程中に粒子の成長が起きるため、得られる酸化
チタンの粒子径は1μmを越える大きいものであ
る。 また、舟木、佐伯らによれば、四塩化チタンと
水を200〜800℃にて気相で混合し、アナターゼ型
の微粒子状の酸化チタンを製造したり、液相で四
塩化チタンと水を反応させてアナターゼもしくは
僅かにルチルの混じつたアナターゼ型の微粒子状
の酸化チタンを製造できることが確認されている
が、これらの方法では不定型の粒子しか得ること
ができなかつた。 さらに、特開昭61−201604号公報の示される水
蒸気を導入して加水分解する方法によれば、チタ
ンアルコキサイドなどから球状かつ非晶質の酸化
チタン微粒子が得られるものの、粒径が200Å以
上であり、またその粒径分布が広く、しかもその
微粒子中に、未反応のアルコキサイドに起因する
炭素質が1重量%以上残留し、純度など品質の面
で問題があつた。 また、化学工学協会第20回秋季大会講演予稿集
(1987)第188頁などには、加水分解に必要な理論
量の2〜30倍の過剰水蒸気量でチタンアルコキサ
イドを加水分解して酸化チタンの超微粒子を得る
ことが示されているが、この際に得られる酸化チ
タンの粒径は、いずれも200Å以上である。 〔問題点を解決するための手段〕 そこで、本発明者らは上記従来技術の問題点を
解消し、粒径が極めて小さく、またその粒径分布
が狭く、しかも可視光線の透過性ならびに紫外線
の遮蔽性にすぐれ、そのうえ高純度であつて、さ
らに簡単な工程で目的とする酸化チタン等の金属
酸化物超微粒子を製造できる方法を開発すべく鋭
意研究を重ねた。その結果、揮発性金属化合物を
極めて過剰量の水蒸気の存在下で加水分解するこ
とにより、上記課題を解決できることを見出し
た。本発明はかかる知見に基いて完成したもので
ある。 すなわち、本発明は揮発性金属化合物を気化ま
たは霧化せしめた後、加熱下に分解して金属酸化
物超微粒子を製造するにあたり、揮発性金属化合
物を加水分解するに必要な理論水蒸気量の40倍以
上の水蒸気を含む雰囲気中で、該揮発性金属化合
物を加水分解することを特徴とする金属酸化物超
微粒子の製造方法を提供するものである。 本発明の方法において、原料として用いる揮発
性金属化合物には、様々なものをあげることがで
きる。例えば、チタンアルコキサイド、チタンハ
ライドなどの揮発性を有するチタン化合物;ジル
コニウムアルコキサイド、ジルコニウムハライ
ド、有機ジルコニウム化合物などの揮発性を有す
るジルコニウム化合物;スカンジウム、イツトリ
ウム、ランタン、セリウム等の稀土類金属のアル
コキサイドなどがあげることができる。これらを
単独であるいは組み合わせて用いることができ
る。 ここでチタンアルコキサイドとしては、具体的
にはチタンテトラメトキサイド、チタンテトラエ
トキサイド、チタンテトラ−n−プロポキサイ
ド、チタンテトライソプロポキサイド、チタンテ
トラブトキサイドなどをあげることができる。ま
た、チタンハライドとしては、四塩化チタンなど
のテトラハロゲン化チタンを好適なものとしてあ
げることができる。さらに、トリハロゲン化モノ
アルコキシチタン、モノハロゲン化トリアルコキ
シチタン、ジハロゲン化ジアルコキシチタンなど
の揮発性を有するチタン化合物を用いることもで
きる。 また、ジルコニウムアルコキサイドとしては、
具体的にはジルコニウムテトラメトキサイド、ジ
ルコニウムテトラエトキサイド、ジルコニウムテ
トラ−n−プロポキサイド、ジルコニウムテトラ
イソプロポキサイド、ジルコニウムテトラブトキ
サイドなどがあげることができる。さらに、ジル
コニウムハライドとしては、四塩化ジルコニウ
ム、四臭化ジルコニウムなどのテトラハロゲン化
ジルコニウムがあげられ、またトリハロゲン化モ
ノアルコキシジルコニウム、モノハロゲン化トリ
アルコキシジルコニウム、ジハロゲン化ジアルコ
キシジルコニウムなどを用いることもできる。ま
た、ジルコニウムフエノキシドなどの揮発性の有
機ジルコニウム化合物を用いることも可能であ
る。 本発明の方法では、まず上記の揮発性金属化合
物を気化または霧化せしめる。ここで揮発性金属
化合物を気化または霧化、すなわち蒸発または霧
化せしめる条件は、揮発性金属化合物の種類など
により異なリ、一義的に定めることはできない。 ここで、上記の揮発性金属化合物を気化または
霧化させるに際しては、希釈ガスで揮発性金属化
合物を0.01〜10容量%の割合となるよう希釈する
ことが好ましい。この希釈ガスは、気化した揮発
性金属化合物を、分解を行う分解炉に導入するた
めのキヤリアーガスとしての役割を果たすもので
あり、量が少なすぎると揮発性金属化合物の気化
温度を高めねばならず、原料(揮発性金属化合
物)が後述する水蒸気と混合される前に、熱分解
してベーパライザーなどの気化装置を閉塞させて
しまうおそれがある。 ここで用いる希釈ガスとしては、アルゴン、ヘ
リウム、窒素などの不活性ガスや酸素、空気等が
用いられ、特にヘリウムあるいは窒素が好適であ
る。この希釈ガスは、原料である揮発性金属化合
物の種類や装置の構造等により、適宜最適なもの
を選定すればよい。 また、揮発性金属化合物を気化させる手段とし
ては、例えば原料に用いる揮発性金属化合物をベ
ーパライザーなどを用いて加熱するとともに、こ
の中へ希釈ガスを導入して揮発性金属化合物を含
有するガスとして後述する反応器へ導入する。ま
た、このよう希釈ガス(キヤリアーガス)を用い
る場合には、原料とする揮発性金属化合物は必ず
しも完全に気化させる必要はなく、一部乃至全部
を霧状のものとしてキヤリアーガスにより反応器
へ導入してもよい。 一方、気化または霧化した揮発性金属化合物を
加水分解させるための水蒸気は、原料である揮発
性金属化合物の加水分解させるのに必要な水蒸気
の理論量の40倍以上、好ましくは40〜5000倍、特
に好ましくは40〜1000倍の範囲で用い、これを反
応器へ導入して、加水分解の際の雰囲気中に含有
せしめる。雰囲気中における水蒸気の含有量が、
理論量の40倍未満では、得られる金属酸化物微粒
子の粒径が大きくなり、また粒径分布がブロード
なものとなる。一方、水蒸気量の上限はないが、
5000倍を越えると必然的に反応時の原料濃度が低
くなり、生産効率が低下することとなる。 この水蒸気は単に水をベーパライザーなどで加
熱して蒸発させ、反応器に導入してもよいが、前
記揮発性金属化合物と同様にキヤリアーガスを用
いて反応器に導入してもよい。 本発明の方法では、このようにして気化または
霧化した揮発性金属化合物と水蒸気を反応器に導
入して混合し、加熱下で加水分解反応を行う。こ
の加水分解反応は、例えばチタンテトラアルコキ
サイド(Ti(OR)4;Rはアルキル基を示す。)の
場合には、 Ti(OR)4+2H2O→TiO2+4ROH で表わされる反応により、酸化チタン(TiO2
が生成する。 この加水分解時の温度は、600℃以下が好まし
く、特に100〜450℃の範囲が好ましい。加水分解
の際の温度が低すぎると、加水分解反応が充分に
進行せず、未分解原料が炭化水素などとして残留
する量が増し、またあまり高温では、比表面積の
大きい粒子が得られず、特に好適な球状で非晶質
の粒子が得られなくなる。 また、加水分解を行う反応器内において、原料
(気化または霧化した揮発性金属化合物)と水蒸
気の滞留時間や流速は、特に制限はなく状況に応
じて適宜設定することができるが、通常は滞留時
間を0.01〜10秒とし、流速を0.01〜10m/秒とす
ることが好ましい。 この加水分解を行う反応器としては、特に制限
はなく、通常使用されているものを充当すればよ
い。 本発明な方法では、このように気化または霧化
した揮発性金属化合物と、理論量に対して40倍以
上の大過剰の水蒸気を反応させることにより、超
微粒子状の金属酸化物を得ることができる。この
金属酸化物超微粒子は、粒径が50〜200Åと極め
て小さく、またその粒径分布もシヤープであり、
可視光線に対する透明性にもすぐれている。 なお、このように生成された金属酸化物超微粒
子は、加熱状態のままで気相中で互いに合体し、
超微粒子状態を保持できない場合がある。そこで
上記反応器で加水分解して生成した金属酸化超物
微粒子を、反応後速やかに冷却して、上記合体を
阻止することが望ましい。この冷却は、得られた
金属酸化物超微粒子が合体しない温度以下とする
もので、生成物の種類により異なるが、通常は
100℃以下とすればよく、空気、窒素、水などを
冷却源とする冷却器を反応器の下流側に連設し
て、反応後の生成物を連続的に導入して行うこと
が望ましい。このような手法により、生成した金
属酸化物超微粒子を合体させることなく、超微粒
子状のまま、即ち一次粒子として捕集することが
できる。この金属酸化物超微粒子の捕集は、一般
的な手段により行うことができ、例えばメンブラ
ンフイルター、バグフイルター、電気集塵機など
を用いることができる。 〔実施例〕 次に、本発明を実施例および比較例により、さ
らに詳しく説明する。 実施例 1 第1図に示す反応装置を用いて金属酸化物超微
粒子の製造を行つた。すなわち、原料のチタンテ
トライソプロポキサイド(Ti(OC3H74)を44
g/hrで、キヤリアーガスとしての窒素ガス
1.05Nm3/hrとともに、130℃に加熱したベーパ
ライザー6に導入し、原料を完全に気化せしめ
た。一方、880g/hrの水を2.65Nm3/hrの窒素
ガスとともに、450℃に加熱したベーパライザー
5に導入し、加熱水蒸気を調製した。このときの
原料に対する水蒸気の量は、原料を加水分解する
のに必要な理論量の157倍であつた。この過熱水
蒸気を、気化させた原料と同時に反応器8に導入
し、260℃で加水分解反応を行わせ、超微粒子状
の酸化チタンを得た。このときの反応器へ導入す
る流速は、原料側で1.3m/秒、水蒸気側で2.6
m/秒であり、また反応器中での流速は、0.32
m/秒であつた。得られた生成物の収率と物性値
を第1表に示す。 実施例 2 実施例1において、原料のチタンテトライソプ
ロポキサイドを189g/hrとしたこと、および水
1200g/hrを窒素ガス2.26Nm3/hrとともに過熱
水蒸気としたこと以外は、実施例1と同様の操作
を行つた。このときの原料に対する水蒸気の量
は、理論量の50倍であつた。得られた生成物の収
率と物性値を第1表に示す。 比較例 1 実施例1において、水5.6g/hr窒素ガス3.75N
m3/hrとともに過熱水蒸気としたこと、つまり水
蒸気量を原料の加水分解に必要な理論量としたこ
と以外は、実施例1と同様の操作を行つた。得ら
れた生成物の収率と物性値を第1表に示す。 比較例 2 実施例1において、水蒸気側を窒素ガス3.75N
m3/hrのみとしたこと、つまり水蒸気の導入を行
わなかつたこと以外、実施例1の同様の操作を行
つた。得られた生成物の収率と物性値を第1表に
示す。 比較例 3 実施例2において、水蒸気側を窒素ガス3.75N
m3/hrのみとしたこと、つまり水蒸気の導入を行
わなかつたこと以外は、実施例2同様の操作を行
つた。得られた生成物の収率と物性値を第1表に
示す。 比較例 4 実施例2において、水803g/hrを窒素ガス
2.75Nm3/hrとともに過熱水蒸気としたこと以外
は、実施例2と同様の操作を行つた。このとき原
料に対する水蒸気の量は、理論量の33倍であつ
た。得られた生成物の収率と物性値を第1表に示
す。
〔発明の効果〕
叙上の如く、本発明の方法によれば、粒径が50
〜200Åと極めて小さく、またその粒径分布もシ
ヤープであり、可視光線に対する透過性ならびに
紫外線に対する遮蔽性にもすぐれた金属酸化物超
微粒子を効率よく製造することができる。しかも
得られる金属酸化物超微粒子は、未反応の炭化水
素等の残留物も少なく、高純度であつて極めて良
質のものである。そのうえ、水蒸気を大過剰に導
入するだけでよいため、簡単な構成の装置で容易
に所望の性状を有する金属酸化物超微粒子を製造
することができるとともに、キヤリアーガスの使
用量を低減できるので製造コストが大幅に削減で
きる。 したがつて、本発明の方法によつて得られる金
属酸化物超微粒子は、高品質の化粧料、塗料、吸
着剤、触媒、触媒担体等として各種産業において
有効に利用される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法に用いる反応装置の一例
を示す系統図である。 1……窒素ボンベ、2……フローメーター、3
……水チヤージポンプ、5……水ベーパライザ
ー、6……原料ベーパライザー、7……ヒータ
ー、8……反応器、、9……冷却室、10……バ
グフイルター。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 揮発性金属化合物を気化または霧化せしめた
    後、加熱下に分解して金属酸化物超微粒子を製造
    するにあたり、揮発性金属化合物を加水分解する
    に必要な理論水蒸気量の40倍以上の水蒸気を含む
    雰囲気中で、該揮発性金属化合物を加水分解する
    ことを特徴とする金属酸化物超微粒子の製造方
    法。 2 加水分解後、生成した金属酸化物超微粒子が
    再び合体しない温度まで冷却する特許請求の範囲
    第1項記載の方法。 3 加水分解を、600℃以下の温度で行う特許請
    求の範囲第1項記載の製造方法。
JP29982187A 1987-11-30 1987-11-30 金属酸化物超微粒子の製造方法 Granted JPH01145306A (ja)

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JP4234355B2 (ja) * 2001-06-28 2009-03-04 大日精化工業株式会社 微細化顔料の製造方法および着色用組成物
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