特許ウォッチ

公開番号2025065787
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-22
出願番号2023175222
出願日2023-10-10
発明の名称酸化チタン粒子及びその製造方法
出願人株式会社レゾナック
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C01G 23/07 20060101AFI20250415BHJP(無機化学)
要約【課題】アナターゼ含有率が高く、粗大粒子が少なく、均一性及び分散性に優れた酸化チタン粒子及びその製造方法の提供。
【解決手段】四塩化チタン及び不活性ガスを含有する原料ガス(G1)と、酸素ガス及び水蒸気の少なくとも1種並びに不活性ガスを含有する酸化性ガス(G2)とを、反応管に導入して反応ガスを生成させる反応工程と、冷却ガスを導入して反応ガスを冷却することで酸化チタン粒子を得る冷却工程とを含む、酸化チタン粒子の製造方法であって、反応工程におけるG1の流量(F_G1)に対するG1中の四塩化チタンの流量(F_G1T)の比F_G1T/F_G1が0.01以上0.4未満であり、冷却工程における冷却ガス導入後のTiO₂質量(kg)と総ガス量(m³)の比(TiO₂質量)/(総ガス量)が0超0.07kg/m³以下である、酸化チタン粒子の製造方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
四塩化チタン及び不活性ガスを含有する原料ガス（Ｇ１）と、酸素ガス及び水蒸気の少なくとも１種並びに不活性ガスを含有する酸化性ガス（Ｇ２）とを、反応管に導入して反応ガスを生成させる反応工程と、
冷却ガスを導入して前記反応ガスを冷却することで酸化チタン粒子を得る冷却工程と
を含む、酸化チタン粒子の製造方法であって、
前記反応工程におけるＧ１の流量（Ｆ
Ｇ１
）に対するＧ１中の四塩化チタンの流量（Ｆ
Ｇ１Ｔ
）の比Ｆ
Ｇ１Ｔ
／Ｆ
Ｇ１
が０．０１以上０．４未満であり、前記冷却工程における前記冷却ガス導入後のＴｉＯ
２
質量（ｋｇ）と総ガス量（ｍ
３
）の比（ＴｉＯ
２
質量）／（総ガス量）が０超０．０７ｋｇ／ｍ
３
以下である、酸化チタン粒子の製造方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記四塩化チタンの流量（Ｆ
Ｇ１Ｔ
）／（前記水蒸気の流量（Ｆ
Ｇ２Ｗ
）＋前記酸素ガスの流量（Ｆ
Ｇ２Ｏ
））が０．０１以上０．３未満である請求項１に記載の酸化チタン粒子の製造方法。
【請求項３】
前記冷却工程における前記冷却ガスの量／総ガス量の比が０．３以上０．６以下である請求項１又は２に記載の酸化チタン粒子の製造方法。
【請求項４】
Ｇ１の流量（Ｆ
Ｇ１
）／Ｇ２の流量（Ｆ
Ｇ２
）が０．３以上１．２以下である請求項１又は２に記載の酸化チタン粒子の製造方法。
【請求項５】
反応管の内壁又は上部にパージ媒体の吹き出し口が設けられ、前記反応管の中心軸線に対して垂直な前記反応管の横断面において、前記パージ媒体の前記吹き出し口と前記反応管の前記中心軸線を結ぶ線に対して、前記パージ媒体の吹き出し角度αが、５０°以上であり、前記パージ媒体の吹き出し流速が３５ｍ／ｓ以上である、請求項１又は２に記載の酸化チタン粒子の製造方法。
【請求項６】
前記反応管の入口の断面積（Ｓ１）と、前記原料ガス（Ｇ１）及び前記酸化性ガス（Ｇ２）の導入管の出口の断面積の総和（Ｓ２）の比（Ｓ１／Ｓ２）が１．０以上１０．０以下である請求項１又は２に記載の酸化チタン粒子の製造方法。
【請求項７】
ＢＥＴ比表面積が４０ｍ
２
／ｇ超１２０ｍ
２
／ｇ以下、アナターゼ含有率が９４％以上であり、２５℃、ｐＨ７の水に入れ、超音波強度５５Ｗ、３８ｋＨｚで５分間の超音波分散による水篩を行なったときに、目開きが４５μｍの篩を通過しなかった残渣濃度が１３ｐｐｍ以下である、酸化チタン粒子。
【請求項８】
硝酸銀電位差滴定法により測定した酸化チタン粒子のＣｌ含有量が０．２０質量％以下である、請求項７に記載の酸化チタン粒子。
【請求項９】
Ｎａ、Ａｌ、Ｓ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ及びＺｒの含有量がそれぞれ５０質量ｐｐｍ以下、かつＳｉ及びＣの含有量がそれぞれ５００質量ｐｐｍ以下である、請求項７又は８に記載の酸化チタン粒子。
【請求項１０】
請求項７又は８に記載の酸化チタン粒子を含むスラリー。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、酸化チタン粒子及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
酸化チタンの工業的応用分野は極めて広く、化粧品、紫外線遮蔽材、シリコーンゴムヘの添加剤を代表とし、近年では、光触媒、太陽電池、誘電体原料、Ｌｉイオン電池用電極材原料など用途は多岐に亘っている。なお、「酸化チタン」は、日本工業規格（ＪＩＳ）には二酸化チタンと記載されているが、一般名として酸化チタンが広く使用されているので本開示では二酸化チタン（ＴｉＯ
２
）を酸化チタンと略称する。
【０００３】
最近、酸化チタンは特に高性能の誘電体原料、例えばＢａＴｉＯ
３
の原料として注目されている。ＢａＴｉＯ
３
は加熱下で次の反応によって得られる。
ＢａＣＯ
３
＋ＴｉＯ
２
→ＢａＴｉＯ
３
＋ＣＯ
２
【０００４】
上記の反応は固相反応であり、その際先ず高温でＢａＣＯ
３
が分解してＢａＯが生成し、ＢａＯがＴｉＯ
２
粒子中を拡散固溶してＢａＴｉＯ
３
になると言われている。したがって、ＢａＴｉＯ
３
粒子の大きさはＴｉＯ
２
粒子の大きさに支配されることになる。近年では、積層セラミックコンデンサーの小型化に伴って、誘電層の薄層化が課題となっており、そのためにはＢａＴｉＯ
３
粒子の微粒化及び均一化が不可欠となっている。また、誘電層厚みよりも大きなＢａＴｉＯ
３
粒子が存在すると、積層セラミックコンデンサー内で短絡が生じ、機器の故障につながる。したがって、ＢａＴｉＯ
３
の原料であるＴｉＯ
２
の微粒化及び均一化が必要であるとともに、粗大なＴｉＯ
２
粒子が含まれないことが好ましい。その他の用途でも、同様に、酸化チタン粒子は微粒化及び均一化が求められており、また粗大粒子は含まれない方がよい。
【０００５】
酸化チタンの製造法としては、大別して四塩化チタンや硫酸チタンを加水分解する液相法と、四塩化チタンを酸素又は水蒸気と高温で反応させる気相法がある。
【０００６】
液相法は、比較的温和な条件下で酸化チタンを製造することができ、微細な一次粒子が得られやすいという利点があるが、酸化チタンがゾル又はスラリーの状態で得られるため、この状態で使用する場合、用途が限定されるという問題がある。当該ゾル又はスラリーを酸化チタン粒子として使用するためには乾燥させる必要があり、乾燥後は一般に凝集が激しくなる。このように凝集の激しい酸化チタン粒子は、粒度分布が不均一になるという問題がある。また、乾燥して得られる当該酸化チタン粒子を溶媒に分散させたときの分散性が悪いという問題もある。分散性が悪いと、上記のＢａＴｉＯ
３
の生成のために原料を混合する際に、酸化チタン粒子と他の原料とが十分に混合せず、原料成分に偏在が生じ、反応時に不均一成長を引き起こして、品質のばらつき等が生じる。
【０００７】
一方、気相法によると、温度等の製造条件を調整することで生成する酸化チタンの一次粒子径を調整することができる。また、気相法では溶媒を使用しないため、酸化チタンは粉末として得られ、液相法で挙げた問題が生じることは少ない。更に、気相法では、液相法よりも比較的高い温度で反応させるため、得られる酸化チタンの結晶性が高いという特長がある。
【０００８】
しかし、気相法では、液相法よりも高い温度で反応させるため、反応管内又は冷却ガスを導入した後の冷却管内において、温度が高すぎる、あるいは酸化チタン粒子の滞留時間が長すぎるなど、酸化チタン粒子が受ける熱量が大きい場合、酸化チタン粒子同士の焼結が過度に進行し、酸化チタンの微粒子が得られにくく、粒度分布も不均一になってしまう。酸化チタン同士の焼結を避けるために、反応ゾーンの温度を低くしすぎると、酸化チタンの核生成が十分に行われず、微粒子が得られにくい、あるいは結晶性が低い酸化チタンしか得られない。一方、冷却ガスによって、反応ガスを直ちに冷却することで、酸化チタン同士の焼結を抑えることができ、微粒子の酸化チタンを得ることができる。冷却が直ちに行われない場合や、冷却にムラがある場合、粒子同士の焼結が不均一に生じ、均一な酸化チタン微粒子が得られにくい。
【０００９】
特許文献１には、均一な酸化チタン粒子を気相法により得ることを目的として、ハロゲン化チタンガスと酸化性ガスに特定の条件で反応させることを特徴とする酸化チタン粒子の製造方法が記載されている。
【００１０】
また、特許文献２には、粗大粒子のない均一な酸化チタン粒子を気相法により得ることを目的として、ＴｉＣｌ
４
蒸気と水素及び酸素とを反応させ、直径が４５μｍよりも大きい金属酸化物の粒子が少ないことを特徴とする酸化チタン粒子の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許