纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的連續製備方法

2024-01-28 11:17:15

專利名稱：纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的連續製備方法
技術領域：
本發明涉及用於連續製備纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的方法。
背景技術：
鹼性硫酸鎂[MgSO4 · 5Mg(OH)2 · 3H20]的纖維狀粒子可被利用作為紙、樹脂及橡膠 等的強化材料或過濾材料的原料。作為纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的製備方法，已知以下所述 的方法。專利文獻1中，記載了利用了水熱反應的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的製備方法。該 專利文獻1中公開了，在硫酸鎂水溶液中分散氫氧化鎂或氧化鎂以使其濃度為25質量％以 下後，在100-30(TC，優選120-30(TC的溫度下鹼性水熱反應，而製造纖維狀鹼性硫酸鎂粒 子的方法。專利文獻2中，作為不是特別要求水熱反應的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的製備方 法，公開了將在含有可溶性硫酸鹽的水溶液中分散氧化鎂粉末得到的水性分散液在優選常 壓下60°C以上、沸點以下的溫度下，進行加熱反應，而生成繭狀鹼性硫酸鎂，然後使強力剪 切力作用於該繭狀生成物以進行解碎的方法。專利文獻1 日本特開昭56-149318號公報專利文獻2 日本特開昭3-122012號公報

發明內容
發明要解決的問題前述專利文獻1中所公開的利用了水熱反應的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的製備方 法，需要使用高壓鍋之類的壓力容器。因此，難以連續地生產纖維狀鹼性硫酸鎂粒子。另 外，前述專利文獻2中公開的方法，雖然在不利用水熱反應方面有利，然而也存在需要解碎 繭狀鹼性硫酸鎂的工序的問題。因此，本發明的目的在於，提供可以不利用水熱反應，並且不需要解碎工序而連續 製造纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的方法。解決問題的手段本申請發明人發現，在攪拌下一邊對分散有纖維狀鹼性硫酸鎂種粒子的水性分散 液進行加熱，一邊向該種粒子水性分散液供給硫酸鎂和氫氧化鎂時，在大氣壓下，也就是即 使不利用水熱反應，水性分散液中的纖維狀鹼性硫酸鎂種粒子也會成長。也就是說，發現 如果存在纖維狀鹼性硫酸鎂種粒子，則在水存在下的硫酸鎂與氫氧化鎂的反應而生成的鹼 性硫酸鎂析出於種粒子的表面(特別是端面)，使得種粒子在縱向方向成長。並且，本發明 人確認了，將作為種粒子而分散有纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的種粒子水性分散液準備於反應 容器中，並在攪拌下一邊對該水性分散液進行加熱，一邊向反應容器中連續供給氫氧化鎂 與硫酸鎂，在水的存在下的硫酸鎂與氫氧化鎂的反應生成的鹼性硫酸鎂析出於種粒子的表 面，從而使水性分散液中的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子增量，將該經增量的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的水性分散液從反應容器連續地取出，以從反應混合物回收纖維狀鹼性硫酸鎂粒子， 由此可以連續製備纖維狀鹼性硫酸鎂粒子，從而完成了本發明。S卩，本發明在於包含下述工序的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的連續製備方法。(1)將水性介質中分散有纖維狀鹼性硫酸鎂種粒子的種粒子水性分散液準備於反 應容器內的工序。(2)在攪拌下一邊加熱上述種粒子水性分散液，一邊向反應容器連續地供給氫氧 化鎂與硫酸鎂，從而使在水的存在下的硫酸鎂與氫氧化鎂的反應生成的鹼性硫酸鎂析出於 前述纖維狀鹼性硫酸鎂種粒子的表面，而得到由此被增量的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的水性 分散液的工序。(3)將上述O)的工序中所得水性分散液從反應容器連續地取出的工序。(4)從自反應容器取出的水性分散液回收纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的工序。本發明製備方法的優選方式如下所述。(1)上述⑴的工序中使用的種粒子水性分散液的水性介質為濃度1-40質量％的 硫酸鎂水溶液。(2)上述(1)的工序中使用的纖維狀鹼性硫酸鎂種粒子，平均粗度(mean thickness)在0. 1-1. Oym的範圍內，平均長度在8-30 μ m的範圍內。(3)上述(2)的工序中，向反應容器供給的氫氧化鎂為平均粒徑在0. 01-100 μ m範 圍內的粒子。(4)上述O)的工序中，以維持水性分散液中的氫氧化鎂粒子的量相對於水性分 散液中的氫氧化鎂粒子與纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的合計量為0. 05-20質量％的範圍的條 件供給氫氧化鎂粒子。(5)上述O)的工序中，將硫酸鎂作為濃度1-40質量％的硫酸鎂水溶液向反應容器供給。(6)上述O)的工序中，將氫氧化鎂與硫酸鎂以相對於氫氧化鎂Imol硫酸鎂為 0. 2-100mol的範圍的比例向反應容器供給。(7)上述O)的工序中，將種粒子水性分散液在90°C以上的溫度下加熱。(8)進一步包含，將在的工序中由從水性分散液回收纖維狀鹼性硫酸鎂粒子 而得的液體成分，供給至(1)的工序中使用的種粒子水性分散液之中的工序。發明效果通過利用本發明，能夠在工業上有利地製備纖維狀的鹼性硫酸鎂粒子。
具體實施例方式在本發明中，將水性介質中分散有纖維狀鹼性硫酸鎂粒子作為種粒子的種粒子水 性分散液準備於反應容器中，然後一邊在攪拌下加熱反應容器內的種粒子水性分散液，一 邊向反應容器連續地供給氫氧化鎂與硫酸鎂，以使在水的存在下的硫酸鎂與氫氧化鎂的反 應生成的鹼性硫酸鎂析出於前述纖維狀鹼性硫酸鎂種粒子的表面。種粒子水性分散液的加 熱溫度優選90°C以上，更優選95°C以上，且為種粒子水性分散液的沸點以下的溫度。作為種粒子使用的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子優選平均粗度在0. 1-1. Ομπι的範圍 內，平均長度在8-30 μ m的範圍內。這樣的種粒子，例如，可以使用通過利用水熱合成法使4硫酸鎂與氫氧化鎂或氧化鎂反應的方法製備得到的種粒子。種粒子水性分散液的水性介質優選為濃度1-40質量％的硫酸鎂水溶液。種粒子水性分散液的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子濃度優選為0.5-10質量％的範圍 內。作為纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的製備原料向反應容器連續地供給的氫氧化鎂與硫 酸鎂的比例優選為，硫酸鎂的量為生成鹼性硫酸鎂所需的理論量以上的比例，即硫酸鎂的 量相對於氫氧化鎂Imol為0. 2mol以上的比例。更優選硫酸鎂的量相對於氫氧化鎂Imol 為0. 2-100mol的範圍，特別優選為0. 2-IOmol的範圍。硫酸鎂優選作為水溶液或粉末向反應容器供給，特別優選作為水溶液供給。硫酸 鎂水溶液的濃度優選1-40質量％的範圍。向反應容器供給的氫氧化鎂，優選平均粒徑在0.01-100μπι的範圍特別是 0. 1-10 μ m的範圍內的粒子。氫氧化鎂可以作為粉末或水性分散液向反應容器供給，特別優 選作為水性分散液供給。氫氧化鎂與硫酸鎂可以各自分別向反應容器供給，也可以混合後供給。另外，也可 以使氫氧化鎂粒子分散於硫酸鎂水溶液中向反應容器供給。氫氧化鎂為粒子的，期望氫氧化鎂粒子向反應容器的供給量為，相對於水性分散 液的固體成分的總量(纖維狀鹼性硫酸鎂粒子和氫氧化鎂粒子的合計量)，將水性分散液 的氫氧化鎂粒子的量維持於優選0. 05-20質量％的範圍，更優選1-10質量％的範圍，特別 優選1-5質量％的範圍的量。即，優選適宜地測定水性分散液的固體成分中的氫氧化鎂粒 子量，並對氫氧化鎂粒子的供給量進行調節，以使氫氧化鎂粒子的量為上述範圍。水性分散液的固體成分中的氫氧化鎂粒子量(質量％ )可通過例如以下方法求 出ο1)過濾水性分散液，洗滌、乾燥固體成分，並將所得乾燥物作為樣品。2)將乾燥後的樣品0. 4-0. 5g精密稱量至錐形瓶中，將質量記為s (g)。3)以甲基橙為指示劑加入2-3滴，滴加濃度1/10N的鹽酸直至樣品完全溶解，將滴 加量記為a(mL)。4)然後，以濃度1/10N的氫氧化鈉水溶液進行反滴定，進行滴定直至終點(直至呈 橙黃色)，將該滴定量記為b (mL)。5)將樣品的滴定量記為Z = (a-b)/s。6)對於原料的氫氧化鎂粒子以上述2)-5)的操作同樣地進行，將其滴定量記為X。7)對於用作種粒子的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子以上述2)-5)的操作同樣地進行，將 其滴定量記為Y。8)通過下式求出固體成分中的氫氧化鎂粒子量。氫氧化鎂粒子量(質量％ )= (Z-Y) /(X-Y)X100。如上所述，向種粒子水性分散液連續地供給氫氧化鎂與硫酸鎂時，則在水的存在 下的硫酸鎂與氫氧化鎂的反應生成的鹼性硫酸鎂析出於種粒子的表面，而生成分散有由此 被增量的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的水性分散液。在水的存在下的硫酸鎂與氫氧化鎂的反應 生成的鹼性硫酸鎂，主要析出於種粒子的端面而使種粒子在縱向方向成長，但縱向方向成 長的種粒子由於容易因攪拌而折斷，故水性分散液中的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的平均粗度5在0. 1-1. 0 μ m的範圍內，平均長度在8-30 μ m的範圍內。本發明中，將經增量的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的水性分散液從反應容器連續地取 出，然後從自反應容器取出的水性分散液中回收纖維狀鹼性硫酸鎂粒子。作為從水性分散液中回收纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的方法，可以利用過濾、傾析以 及離心分離等公知的固液分離方法。纖維狀鹼性硫酸鎂粒子經回收除去的液體成分，通常 溶解有硫酸鎂，可以作為硫酸鎂水溶液回收利用。下面，參照附圖對本發明的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的製備方法進行說明。

圖1是說明纖維狀鹼性硫酸鎂粒子製備裝置的構造圖，該裝置進行依照本發明的 纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的製備方法，以及進一步地，進行伴隨該纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的 製備方法的實施而生成的硫酸鎂水溶液的回收和利用。在圖1中，種粒子水性分散液儲存罐1中儲存的種粒子水性分散液由泵2送往反 應容器8。反應容器8具備攪拌機9和加熱罩10，一邊攪拌準備於反應容器內的種粒子水 性分散液一邊進行加熱。另一方面，儲存在氫氧化鎂儲存罐3中的氫氧化鎂粒子、硫酸鎂水溶液儲存罐4中 儲存的硫酸鎂水溶液以及水儲存罐5中儲存的水各自以預定量的比例送往原料調製罐6， 在原料調製罐6中均一混合，而作為分散有氫氧化鎂粒子的硫酸鎂水溶液通過定量泵7連 續地送往反應容器8。在反應容器8內，因在水的存在下的硫酸鎂與氫氧化鎂的反應生成的鹼性硫酸鎂 而被增量的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的水性分散液，被連續地取出，一旦儲存於反應物儲存 罐11內後，就被送往固液分離裝置12。在固液分離裝置12中，水性分散液被分離為固體成 分和液體成分。以纖維狀鹼性硫酸鎂粒子為主要成分的固體成分，通過洗滌或乾燥等工序精製之 後，作為纖維狀鹼性硫酸鎂粒子，可以被利用作為紙、樹脂、以及橡膠等的強化材料或過濾 材料的原料。另一方面，固液分離裝置12中回收的液體成分(硫酸鎂水溶液)被送往回收硫酸 鎂水溶液儲存罐13，一旦被儲存後，就被作為硫酸鎂源送至原料調製罐6。並且，在原料調 制罐6，硫酸鎂水溶液、氫氧化鎂粒子被混合，作為分散有氫氧化鎂粒子的硫酸鎂水溶液而 被供給至反應容器8。應予說明，固液分離裝置12中回收的液體成分由於溶劑即水的蒸發， 一般與反應容器8內的水性分散液相比較，硫酸鎂濃度變高。實施例[實施例1]使用圖1所示纖維狀鹼性硫酸鎂粒子製備裝置，通過下述方法製備纖維狀鹼性硫 酸鎂粒子。(1)向種粒子水性分散液儲存罐1中，放入如下調製的種粒子分散液。在內容積2L的燒杯中，投入水1032. Og和硫酸鎂七水合物715. 6g，以使硫酸鎂 七水合物溶解於水，而調製濃度20. 0質量％的硫酸鎂水溶液1747. 6g。一邊攪拌該硫 酸鎂水溶液，一邊向該水溶液加入纖維狀鹼性硫酸鎂粒子(平均粗度0. 5 μ m，平均長度 15. 8 μ m) 52. 4g，調製硫酸鎂濃度為19. 4質量％、纖維狀鹼性硫酸鎂粒子濃度為2. 9質量％ 的種粒子水性分散液ISOOg (約1. 5L)。CN (2)向氫氧化鎂儲存罐3投入濃度35. 9質量％的氫氧化鎂粒子水性分散液(平均 粒徑3. Oym) ο(3)向硫酸鎂水溶液儲存罐4投入濃度21. 3質量％的硫酸鎂水溶液。(4)向水儲存罐5投入水。(5)向原料調製罐6供給硫酸鎂水溶液儲存罐4的硫酸鎂水溶液408. 6g。接下來， 一邊攪拌該硫酸鎂水溶液，一邊向該水溶液供給氫氧化鎂儲存罐3的氫氧化鎂粒子水分散 液Mg，以調製硫酸鎂濃度為20. 1質量％、氫氧化鎂粒子濃度為2. 0質量％的分散有氫氧化 鎂粒子的硫酸鎂水溶液432. 6g。應予說明，纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的製備中，向原料調製 罐6分別連續地以408. 6g/小時的供給量供給硫酸鎂水溶液儲存罐4的硫酸鎂水溶液，以 24g/小時的供給量供給氫氧化鎂儲存罐3的氫氧化鎂粒子水性分散液。(6)由泵2將種粒子水性分散液儲存罐1內的種粒子水性分散液全部量供給至反 應容器(內容積1. 5L)8。然後，將反應容器8內的種粒子水性分散液一邊以攪拌機9在攪 拌速度250ppm的條件下進行攪拌，一邊用加熱罩10進行加熱。種粒子水性分散液的液溫 達到100°C以後，一邊保持該溫度，一邊繼續攪拌，並使用定量泵7，將原料調製罐6內的分 散有氫氧化鎂粒子的硫酸鎂水溶液以433g/小時(氫氧化鎂粒子量8. 6g/小時)的供給 量連續地供給至反應容器8。通過分散有氫氧化鎂粒子的硫酸鎂水溶液的連續供給，將從反 應容器的取出口連續地溢出的水性分散液，一旦儲存於反應物儲存罐11後即送往固液分 離裝置12 (抽吸過濾裝置)，分離為固體成分和液體成分。在固液分離裝置12分離得到的固體成分以洗滌機用水洗滌後，以乾燥器乾燥。另 外的濾液(硫酸鎂水溶液)儲存於回收硫酸鎂水溶液儲存罐13中。來自原料調製罐6的 分散有氫氧化鎂粒子的硫酸鎂水溶液的供給連續地進行10小時。在此期間，對反應容器8 內的水性分散液每隔一小時取樣，測定水性分散液的固體成分的氫氧化鎂粒子量，未出現 固體成分中的氫氧化鎂粒子量相對於固體成分總量超過4質量％的情況。對於所得固體成分，進行X射線衍射圖案的測定和利用電子顯微鏡的粒子形狀的 觀察。從X射線衍射圖案的測定結果，可以確定固體成分為鹼性硫酸鎂。另外，從利用電子 顯微鏡的粒子形狀的觀察結果可以確認鹼性硫酸鎂為平均粗度0. 4 μ m，平均長度19. 9 μ m 的纖維狀粒子。固體成分中混入的氫氧化鎂粒子的量為1. 5質量％。表1中表示上述實施例1中的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子以及氫氧化鎂粒子的添加量 和收量。在表1中，纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的添加量為向反應容器供給的種粒子的量。氫 氧化鎂粒子的添加量為向反應容器供給的氫氧化鎂粒子的量。纖維狀鹼性硫酸鎂粒子以及 氫氧化鎂粒子的收量為回收的固體成分中的含量與含有氫氧化鎂粒子的硫酸鎂水溶液的 供給終止時刻的反應容器內的水性分散液中的含量的合計量。
表 1纖維狀鹼性硫酸鎂粒子(g)氫氧化鎂粒子(g)添力口量52.486.2收量167.92.67
如表1所示，氫氧化鎂粒子與硫酸鎂的反應所生成的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的量 為 115. 5g(167. 9g-52. 4g)。[實施例2]實施例1的(5)的工序中，除了向原料調製罐6供給(6)的工序中儲存於回收硫 酸鎂水溶液儲存罐13的回收硫酸鎂水溶液、水儲存罐5的水、硫酸鎂水溶液儲存罐4的硫 酸鎂水溶液和氫氧化鎂儲存罐3的氫氧化鎂粒子水性分散液，以調製硫酸鎂濃度為20. 1質 量％、氫氧化鎂粒子濃度為2. 0質量％的分散有氫氧化鎂的硫酸鎂水溶液之外，與實施例1 同樣地製備纖維狀鹼性硫酸鎂粒子。應予說明，回收硫酸鎂水溶液儲存罐13的回收硫酸鎂 水溶液與硫酸鎂水溶液儲存罐4的硫酸鎂水溶液的供給比例設為，向原料調製罐6供給的 全部硫酸鎂之中的90質量％由回收硫酸鎂水溶液儲留罐13的回收硫酸鎂水溶液供給，剩 餘的10質量％由硫酸鎂水溶液儲存罐4的硫酸鎂水溶液供給的比例。所得纖維狀鹼性硫酸鎂粒子為平均粗度0. 4 μ m，平均長度23. 4 μ m的纖維狀粒 子，與實施例1中所得纖維狀鹼性硫酸鎂粒子為大致相同的形狀。表2中表示，上述實施例2中的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子以及氫氧化鎂粒子的添加 量和收量。
表權利要求
1.包含下述工序的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的連續製備方法(1)將水性介質中分散有纖維狀鹼性硫酸鎂種粒子的種粒子水性分散液準備於反應容 器內的工序；(2)在攪拌下一邊加熱上述種粒子水性分散液，一邊向反應容器連續地供給氫氧化鎂 與硫酸鎂，從而使在水的存在下的硫酸鎂與氫氧化鎂的反應生成的鹼性硫酸鎂析出於前述 纖維狀鹼性硫酸鎂種粒子的表面，而得到由此被增量的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的水性分散 液的工序；(3)將上述O)的工序中所得水性分散液從反應容器連續地取出的工序；並且(4)從自反應容器取出的水性分散液回收纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的工序。
2.如權利要求1所述的製備方法，其中，(1)的工序中使用的種粒子水性分散液的水性 介質為濃度1-40質量％的硫酸鎂水溶液。
3.如權利要求1所述的製備方法，其中，(1)的工序中使用的纖維狀鹼性硫酸鎂種粒子 的平均粗度在0. 1-1. 0 μ m的範圍內，平均長度在8-30 μ m的範圍內。
4.如權利要求1所述的製備方法，其中，(2)的工序中，向反應容器供給的氫氧化鎂為 平均粒徑在0. 01-100 μ m的範圍內的粒子。
5.如權利要求4所述的製備方法，其中，( 的工序中，以維持水性分散液中的氫氧 化鎂粒子的量相對於水性分散液中的氫氧化鎂粒子與纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的合計量為 0. 05-20質量％的範圍的條件供給氫氧化鎂粒子。
6.如權利要求1所述的製備方法，其中，(2)的工序中，將硫酸鎂作為濃度1-40質量％ 的硫酸鎂水溶液向反應容器供給。
7.如權利要求1所述的製備方法，其中，(2)的工序中，將氫氧化鎂與硫酸鎂以相對於 氫氧化鎂Imol硫酸鎂為0. 2-100mol的範圍的比例向反應容器供給。
8.如權利要求1所述的製備方法，其中，( 的工序中，將種粒子水性分散液在90°C以 上的溫度下加熱。
9.如權利要求1所述的製備方法，其中，進一步包含將在(4)的工序中由從水性分散液 回收纖維狀鹼性硫酸鎂粒子而得的液體成分，供給至(1)的工序中使用的種粒子水性分散 液之中的工序。
全文摘要
本發明公開可連續地製備纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的、包含下述工序的製備方法。(1)將水性介質中分散有纖維狀鹼性硫酸鎂種粒子的種粒子水性分散液準備於反應容器內的工序；(2)在攪拌下一邊加熱上述種粒子水性分散液，一邊向反應容器連續地供給氫氧化鎂與硫酸鎂，從而使在水的存在下的硫酸鎂與氫氧化鎂的反應生成的鹼性硫酸鎂析出於前述纖維狀鹼性硫酸鎂種粒子的表面，而得到由此被增量的纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的水性分散液的工序；(3)將上述(2)的工序中所得水性分散液從反應容器連續地取出的工序；並且(4)從自反應容器取出的水性分散液回收纖維狀鹼性硫酸鎂粒子的工序。
文檔編號C01F5/40GK102046534SQ20098011948
公開日2011年5月4日 申請日期2009年3月27日 優先權日2008年3月28日
發明者足立透 申請人:宇部材料工業株式會社