JPH0624980B2 - Method for producing porous zirconia spheres - Google Patents

Method for producing porous zirconia spheres

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JPH0624980B2
JPH0624980B2 JP12287089A JP12287089A JPH0624980B2 JP H0624980 B2 JPH0624980 B2 JP H0624980B2 JP 12287089 A JP12287089 A JP 12287089A JP 12287089 A JP12287089 A JP 12287089A JP H0624980 B2 JPH0624980 B2 JP H0624980B2
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formamide
zirconium
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alkoxide
zirconium alkoxide
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義治 尾崎
英雄 三好
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    • C01G25/02Oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微細な多孔質ジルコニア球体を製造する方法
に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing fine porous zirconia spheres.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

微細な多孔質ジルコニア球体を製造する方法は、特開昭
63−123817号公報に開示されている。この製造
法は、ジルコニウムアルコキシドの有機溶剤溶液を微細
な液滴の形でホルムアミド(またはこれにアンモニア水
もしくはシュウ酸を加えたもの)の中に分散させ、分散
状態を維持させながら加熱してジルコニウムアルコキシ
ド溶液の溶媒の蒸発、ジルコニウムアルコキシドの加水
分解および熱分解等なより水酸化ジルコニウムおよび酸
化ジルコニウムからなる球状粒子を形成させ、これを分
散媒から分取して焼成しジルコニアを生じさせるもので
ある。
A method for producing fine porous zirconia spheres is disclosed in JP-A-63-123817. In this production method, a solution of zirconium alkoxide in an organic solvent is dispersed in formamide in the form of fine droplets (or ammonia water or oxalic acid added thereto) and heated while maintaining the dispersion state. Spherical particles composed of zirconium hydroxide and zirconium oxide are formed by evaporation of the solvent of the alkoxide solution, hydrolysis and thermal decomposition of zirconium alkoxide, and the particles are separated from the dispersion medium and fired to form zirconia. .

このような方法で得られる多孔質ジルコニア球体は、直
径が約50〜100ミクロンの微小球体であって、中心
から表面に向かって伸びる多数の放射状細孔を有するも
のである。そして、その特異な構造により、センサー、
触媒、分離材、医薬用材料、断熱材、耐火材等に利用可
能なものとして期待されている。
The porous zirconia spheres obtained by such a method are microspheres having a diameter of about 50 to 100 microns and have a large number of radial pores extending from the center toward the surface. And, due to its unique structure, the sensor,
It is expected to be used as a catalyst, a separating material, a medicinal material, a heat insulating material, a refractory material, and the like.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかしながら、上記従来の製造法によるときは、形状の
整った多孔質ジルコニア球体を収率よく製造することが
難しかった。すなわち、真球状のものはなかなか得られ
ず(収率1%以下)、いひつでひび割れや欠けのあるも
のが生じ易い。
However, according to the above-mentioned conventional manufacturing method, it is difficult to manufacture porous zirconia spheres having a regular shape in good yield. That is, it is difficult to obtain a true spherical shape (yield 1% or less), and cracks and cracks easily occur.

そこで本発明の目的は、真球状の多孔質ジルコニア球体
を収率よく製造する方法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a spherical spherical zirconia sphere with a high yield.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記目的を達成することに成功した本発明は、ホルムア
ミドと相溶性のない有機溶剤を溶媒とするジルコニウム
アルコキシド溶液を、室温よりも低く凝固点よりも高い
温度に冷却された実質的に無水のホルムアミドに加えて
攪拌することによりホルムアミド中に微細な液滴として
分散させ、得られた分散液に攪拌下に水を加えて分散液
滴中のジルコニウムアルコキシドを加水分解させ、生じ
た水酸化ジルコニウムの沈殿を分取して乾燥したのち焼
成することを特徴とするものである。
The present invention succeeded in achieving the above object, a zirconium alkoxide solution using an organic solvent that is incompatible with formamide as a solvent, is converted into substantially anhydrous formamide cooled to a temperature lower than room temperature and higher than the freezing point. By adding and stirring to disperse it in formamide as fine liquid droplets, water is added to the obtained dispersion liquid with stirring to hydrolyze zirconium alkoxide in the dispersed liquid droplets, and precipitate the resulting zirconium hydroxide. It is characterized in that it is separated, dried, and then fired.

上記本発明の製造法においては、冷却した実質的に無水
のホルムアミドにジルコニウムアルコキシド溶液を加え
て分散させることにより該溶液をまず完全に分散させ、
その後に水を加えてジルコニウムアルコキシドの加水分
解を開始させることにより、いびつな水酸化ジルコニウ
ムが生じるのを防ぐ。(従来法にように常温またはそれ
以上の温度のホルムアミドにジルコニウムアルコキシ溶
液を添加したのでは、該溶液が完全に分散して真球状の
液滴を生じる前にホルムアミド中の水分による加水分解
が始まるため、その後の粒子生長における等方性が期待
できない。)。また、従来法においては、加熱すること
によって溶媒を揮発させながらジルコニウムアルコキシ
ドから水酸化ジルコニウムと酸化ジルコニウムとを生じ
させるが、本発明では水の添加による加水分解のみを生
起させる。真球状液滴の表面から液滴内に拡散してくる
水分子によるこの単一化学反応でジルコニウムアルコキ
シドの分解が起こるため、また、揮発する溶媒による水
酸化ジルコニウム球の破壊もないため、真球状の水酸化
ジルコニウムが高い確率で生成する。以上により、高収
率で多孔質ジルコニア球体を得ることが可能になる。
In the production method of the present invention, the zirconium alkoxide solution is added to and dispersed in cooled substantially anhydrous formamide to completely disperse the solution,
Thereafter, water is added to start the hydrolysis of the zirconium alkoxide to prevent the generation of distorted zirconium hydroxide. (When a zirconium alkoxy solution is added to formamide at room temperature or higher as in the conventional method, hydrolysis by water in the formamide starts before the solution is completely dispersed to form spherical droplets. Therefore, isotropic is not expected in the subsequent particle growth.). Further, in the conventional method, zirconium hydroxide and zirconium oxide are produced from the zirconium alkoxide while the solvent is volatilized by heating, but in the present invention, only hydrolysis is caused by addition of water. True spherical shape Since the zirconium alkoxide is decomposed by this single chemical reaction by water molecules diffusing from the surface of the droplet into the spherical shape, and the zirconium hydroxide spheres are not destroyed by the volatilizing solvent, Zirconium hydroxide is produced with a high probability. As described above, it becomes possible to obtain porous zirconia spheres with high yield.

本発明の製造法において、ジルコニウムアルコキシドを
溶解させる有機溶剤としては、ベンゼン、トルエン、キ
シレン等の芳香族炭化水素、またはアルコールと芳香族
炭化水素との混合溶剤(たとえば脱水したメタノールと
トルエンとの混合物、メタノールまたはエタノールのベ
ンゼンとの混合物)等が適当である。ジルコニウムアル
コキシドの溶液は、濃度を望ましくは約0.70〜2.
50モル/に調製する。この溶液には、ジルコニウム
アルコキシドの外に、少量のイットリウムアルコキシ
ド、カルシウムアルコキシド等、他の金属アルコキシド
を添加することができる(イットリウムアルコキシドや
カルシウムアルコキシドを添加した場合、これらのアル
コキシドから最終的に生成するイットリアやカルシア
は、高温におけるジルコニアの相転移を防ぐ安定剤とな
る)。この溶液を、十分冷却したホルムアミド中に加え
て攪拌する。温度は、ホルムアミドが凝固しない範囲
で、なるべく低い温度、望ましくは10℃以下とする。
またホルムアミドは、その含水量が、添加するジルコニ
ウムアルコキシドの量に比べて無視できる量の、実質的
に無水のものを用いる。これにより、ジルコニウムアル
コキシドの分解を生じさせることなしにその溶液を細か
い液滴として分散媒中に分散させる。液滴は、界面張力
によりおのずから球状になる。
In the production method of the present invention, as the organic solvent for dissolving the zirconium alkoxide, an aromatic hydrocarbon such as benzene, toluene, xylene, or a mixed solvent of an alcohol and an aromatic hydrocarbon (for example, a mixture of dehydrated methanol and toluene) , A mixture of methanol or ethanol with benzene) and the like are suitable. The zirconium alkoxide solution preferably has a concentration of about 0.70-2.
Adjust to 50 mol /. In addition to zirconium alkoxide, a small amount of other metal alkoxides such as yttrium alkoxide and calcium alkoxide can be added to this solution (when yttrium alkoxide and calcium alkoxide are added, they are finally produced from these alkoxides). Yttria and calcia are stabilizers that prevent the phase transition of zirconia at high temperatures). This solution is added to sufficiently cooled formamide and stirred. The temperature is set as low as possible within the range where formamide does not solidify, preferably 10 ° C. or lower.
As the formamide, a substantially anhydrous formamide whose water content is negligible compared to the amount of zirconium alkoxide added is used. As a result, the solution is dispersed in the dispersion medium as fine droplets without causing decomposition of the zirconium alkoxide. The droplets naturally become spherical due to the interfacial tension.

ジルコニウムアルコキシド溶液を十分微細な液滴に分散
させたならば、攪拌を続けながら、且つ低温に維持しな
がら、ジルコニウムアルコキシドを加水分解するのに必
要な量の水を少しづつ添加する。添加された水の分子
は、ホルムアミドに溶けたのちジルコニウムアルコキシ
ド溶液の液滴表面に達し、ジルコニウムアルコキシドと
反応してこれを加水分解する。加水分解は球状液滴の全
表面から始まり、生成した水酸化ジルコニウムの塊は、
アルコキシドの溶媒を絞り出しながら成長するため、溶
媒が抜け出した微細な隙間が無数に残り、典型的な場合
においては芯部から放射状に伸びる柱状体の集合を形成
する。加水分解が終わると、生じた水酸化ジルコニウム
の塊は重いためホルムアミドの中を沈降する。
Once the zirconium alkoxide solution is dispersed in sufficiently fine droplets, the amount of water required to hydrolyze the zirconium alkoxide is added in small portions with continued stirring and at low temperature. The added water molecules, after being dissolved in formamide, reach the droplet surface of the zirconium alkoxide solution and react with the zirconium alkoxide to hydrolyze it. The hydrolysis starts from the entire surface of the spherical droplet, and the resulting zirconium hydroxide mass is
Since the alkoxide solvent grows while being squeezed out, innumerable minute gaps from which the solvent has escaped remain, and in a typical case, an aggregate of columnar bodies extending radially from the core is formed. When the hydrolysis is complete, the resulting zirconium hydroxide mass is heavy and thus precipitates in formamide.

この後、沈降した水酸化ジルコニウムの塊の潰さないよ
うにしてホルムアミドから分取し、洗浄後、乾燥する。
さらに、約1200℃以上、好ましくは1300〜15
00℃に加熱してう脱水、結晶化と焼結を起こさせる
と、上記水酸化ジルコニウム塊の隙間のある構造を維持
したままジルコニアが生成し(イットリウムアルコキシ
ド等を添加した場合はそれらの酸化物も生成し)、多孔
質ジルコニア球体が得られる。
Then, the lump of zirconium hydroxide that has settled is separated from formamide so as not to be crushed, washed, and dried.
Further, about 1200 ° C. or higher, preferably 1300 to 15
When heated to 00 ° C. to cause dehydration, crystallization and sintering, zirconia is produced while maintaining the structure of the zirconium hydroxide lumps having gaps (when yttrium alkoxide or the like is added, those oxides are not formed). Also produced), and porous zirconia spheres are obtained.

〔実施例〕〔Example〕

実施例1 8.00ミリモルのジルコニウムブトキシドを1.52
ミリモルのカルシウムエトキシドと共に5mlのベンゼン
に溶かし、得られた溶液を、4℃のホルムアミド150
g中に攪拌しながら注入した。3分間攪拌を続けた後、
1.26mlの水を含むホルムアミド45gを加え、更に
2.53mlの水を含むホルムアミド40gを加えて、ア
ルコキシドを完全に加水分解した。攪拌を停止し、沈殿
した水酸化ジルコニウムを濾過により採取し、アセトン
で洗浄後、乾燥し、次いで1450℃で30分間焼成し
た。
Example 1 8.02 mmol of zirconium butoxide 1.52
It was dissolved in 5 ml of benzene together with mmol of calcium ethoxide and the resulting solution was added to formamide 150 at 4 ° C.
poured into g with stirring. After stirring for 3 minutes,
The alkoxide was completely hydrolyzed by adding 45 g of formamide containing 1.26 ml of water and further adding 40 g of formamide containing 2.53 ml of water. The stirring was stopped, and the precipitated zirconium hydroxide was collected by filtration, washed with acetone, dried, and then calcined at 1450 ° C. for 30 minutes.

生成したジルコニアは球状でないものを若干含んでお
り、これを除いて得られた球状ジルコニアの収率は、理
論値に対して40%であった。
The produced zirconia contained some non-spherical ones, and the yield of the spherical zirconia obtained by removing this was 40% of the theoretical value.

粉末X線分析の結果はこのジルコニアが正方晶ジルコニ
アであることを示し、組成分析の結果は、ZzO292.
05重量%、CaO 7.95%であった。
The result of the powder X-ray analysis shows that this zirconia is tetragonal zirconia, and the result of the composition analysis is ZzO 2 92.
It was 05% by weight and CaO was 7.95%.

第1図〜第3図として示した走査型電子顕微鏡写真から
明らかなように、このジルコニアの粒子はほとんどが真
球状のものであって、その内部は、芯部から表面に向か
ってジルコニア結晶が柱状に生長しており、それらの間
に細孔が放射状に存在するものであった。
As is clear from the scanning electron micrographs shown in FIGS. 1 to 3, most of the zirconia particles are spherical, and the inside thereof has zirconia crystals from the core toward the surface. It was growing in a columnar shape, with pores existing radially between them.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

上述のように、本発明によれば真球状の微細な多孔質ジ
ルコニア球体を高収率で製造することができる。
As described above, according to the present invention, fine spherical fine porous zirconia spheres can be produced in high yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図〜第3図は、実施例による多孔質ジルコニア球体
の電子顕微鏡写真である。 第1図:多数の球体の外観図(倍率40倍) 第2図:球体表面の部分図(倍率2500倍) 第3図:球体の破断面図(倍率320倍)
1 to 3 are electron micrographs of porous zirconia spheres according to an example. Figure 1: Appearance of many spheres (40x magnification) Figure 2: Partial view of sphere surface (2500x magnification) Figure 3: Broken cross-section of sphere (320x magnification)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ホルムアミドと相溶性のない有機溶剤を溶
媒とするジルコニウムアルコキシド溶液を、室温よりも
低く凝固点よりも高い温度に冷却された実質的に無水の
ホルムアミドに加えて攪拌することによりホルムアミド
中に微細な液滴として分散させ、得られた分散液に攪拌
下に水を加えて分散液滴中のジルコニウムアルコキシド
を加水分解させ、生じた水酸化ジルコニウムの沈殿を分
取して乾燥したのち焼成することを特徴とする多孔質ジ
ルコニア球体の製造法。
1. A zirconium alkoxide solution containing an organic solvent that is incompatible with formamide as a solvent is added to substantially anhydrous formamide cooled to a temperature lower than room temperature and higher than the freezing point, and the mixture is stirred in formamide. As fine droplets, and water is added to the resulting dispersion with stirring to hydrolyze the zirconium alkoxide in the dispersed droplets, and the resulting zirconium hydroxide precipitate is separated and dried and then calcined. A method for producing a porous zirconia sphere, which comprises:
【請求項2】ジルコニウムアルコキシド溶液の分散と水
の添加を10℃以下で行う請求項1記載の製造法。
2. The method according to claim 1, wherein the dispersion of the zirconium alkoxide solution and the addition of water are performed at 10 ° C. or lower.
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