JP2006169038A - 炭酸塩の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 配向複屈折性を有するアスペクト比が１より大きい形状の炭酸塩を効率的かつ簡便に形成することができ、粒子サイズを制御可能な炭酸塩の製造方法の提供。
【解決手段】 Ｓｒ^２＋イオン、Ｃａ^２＋イオン、Ｂａ^２＋イオン、Ｚｎ^２＋イオン、及びＰｂ^２＋イオンから選択される少なくとも１種の金属イオンを含む金属イオン源の液中で、炭酸源を反応させてアスペクト比が１より大きい形状を有する炭酸塩を製造する方法が、炭酸塩粒子数を増加させる炭酸塩粒子数増加工程と、該炭酸塩粒子の体積のみを増加させる炭酸塩粒子体積増加工程とを含み、かつ、該炭酸塩粒子数増加工程、及び炭酸塩粒子体積増加工程のそれぞれおいて、前記炭酸ガスの添加速度及び添加時間を制御して反応させることを特徴とする炭酸塩の製造方法である。

【選択図】 なし

Description

本発明は、配向複屈折性を有するアスペクト比が１より大きい形状の炭酸塩を効率的かつ簡便に形成することができ、粒子サイズを制御可能な炭酸塩の製造方法に関する。

従来より、炭酸塩（例えば、炭酸カルシウムなど）は、ゴム、プラスチック、製紙などの分野で広く使用されてきたが、近年、高機能性を付与した炭酸塩が次々と開発され、粒子形状や粒子径などに応じて、多用途、多目的に使用されるようになっている。
炭酸塩の結晶形としては、カラサイト、アラゴナイト、バテライトなどが挙げられるが、これらの中でも、アラゴナイトは針状であり、強度や弾性率に優れる点で、様々な用途に有用である。

炭酸塩を製造する方法としては、炭酸イオンを含む溶液と塩化物の溶液とを反応させて炭酸塩を製造する方法や、塩化物と炭酸ガスとの反応によって炭酸塩を製造する方法などが一般的に知られている。また、アラゴナイト構造を有する針状の炭酸塩の製造方法としては、例えば、前者の方法において、炭酸イオンを含む溶液と塩化物の溶液との反応を超音波照射下に行う方法（特許文献１参照）や、Ｃａ（ＯＨ）_２水スラリーに二酸化炭素を導入する方法において、あらかじめＣａ（ＯＨ）_２水スラリー中に、種晶となる針状アラゴナイト結晶を入れ、該種晶を一定方向にのみ成長させる方法（特許文献２参照）が提案されている。
しかし、特許文献１に記載の炭酸塩の製造方法では、得られる炭酸塩の長さが３０〜６０μｍと大きいだけでなく、粒子サイズの分布幅が広く、所望の粒子サイズに制御した炭酸塩を得ることができないという問題がある。また、特許文献２に記載の炭酸塩の製造方法を用いても、長さが２０〜３０μｍの大きな粒子しか得ることができない。

ところで、近年、眼鏡レンズ、透明板などの一般的光学部品やオプトエレクトロニクス用の光学部品、特に、音響、映像、文字情報等を記録する光ディスク装置などのレーザ関連機器に用いる光学部品の材料として、高分子樹脂が用いられる傾向が強まっている。その理由としては、高分子光学材料（高分子樹脂からなる光学材料）は、一般に、他の光学材料（例えば、光学ガラスなど）に比べて、軽量、安価で加工性、量産性に優れている点が挙げられる。また、高分子樹脂には、射出成形や押出成形などの成形技術の適用が容易であるという利点もある。

しかし、従来より使用されている一般的な高分子光学材料に成形技術を施して製品化した場合、得られた製品が複屈折性を示すという性質があった。複屈折性を有する高分子光学材料は、比較的高精度が要求されない光学素子に用いる場合には、特に問題となることはないが、近年、より高精度が要求される光学用物品が求められてきており、例えば、書込／消去型の光磁気ディスクなどにおいては、複屈折性が大きな問題となる。すなわち、このような光磁気ディスクには、読取ビームあるいは書込ビームに偏向ビームが用いられており、光路中に複屈折性の光学素子（例えば、ディスク自体、レンズなど）が存在すると、読取り、あるいは、書込みの精度に悪影響を及ぼす。

そこで、複屈折性の低減を目的として、複屈折性の符号が互いに異なる高分子樹脂と無機微粒子とを用いた非複屈折光学樹脂材料が提案されている（特許文献３参照）。該光学樹脂材料は、結晶ドープ法とよばれる手法により得られるものであり、具体的には、高分子樹脂中に多数の無機微粒子を分散させ、延伸などにより成形力を外部から作用させ、高分子樹脂の結合鎖と多数の無機微粒子とを略平行に配向させ、高分子樹脂の結合鎖の配向によって生ずる複屈折性を、符号の異なる無機微粒子の複屈折性で減殺したものである。

このように、結晶ドープ法を用いて非複屈折光学樹脂材料を得るためには、結晶ドープ法に使用可能な無機微粒子が必要不可欠となるが、この無機微粒子としては、微細なアスペクト比が１より大きい形状、例えば針状又は棒状の炭酸塩が特に好適に使用可能であることが認識されている。

特開昭５９−２０３７２８号公報 米国特許第５１６４１７２号明細書 国際公開第０１／２５３６４号パンフレット

本発明は、従来における前記問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、配向複屈折性を有するアスペクト比が１より大きい形状の炭酸塩を効率的かつ簡便に形成することができ、粒子サイズを制御可能な炭酸塩の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、前記課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。即ち、Ｓｒ^２＋イオン、Ｃａ^２＋イオンなどの金属イオンを含む金属イオン源の液中で、炭酸ガスなどの炭酸源を反応させる際に、炭酸塩粒子数を増加させる炭酸塩粒子数増加工程と、該炭酸塩粒子の体積のみを増加させる炭酸塩粒子体積増加工程とに分けて反応させ、かつ、該炭酸塩粒子数増加工程、及び炭酸塩粒子体積増加工程のそれぞれおいて、前記炭酸ガスの添加速度及び添加時間を制御して反応させることにより、粒子サイズを制御可能で、アスペクト比が１より大きい形状を有する炭酸塩を効率的かつ簡便に製造することができるという知見である。なお、本発明において、炭酸塩粒子数を増やさないとは、炭酸塩粒子数増加工程終了後の炭酸塩粒子数に比して、炭酸塩体積増加工程後の炭酸塩粒子数が４０％を超えて増加していないことを表し、３０％を超えて増加していないことが好ましく、２０％を超えて増加していないことがより好ましい。

本発明は、本発明者の前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ Ｓｒ^２＋イオン、Ｃａ^２＋イオン、Ｂａ^２＋イオン、Ｚｎ^２＋イオン、及びＰｂ^２＋イオンから選択される少なくとも１種の金属イオンを含む金属イオン源の液中で、炭酸ガスを反応させてアスペクト比が１より大きい形状を有する炭酸塩を製造する方法が、炭酸塩粒子数を増加させる炭酸塩粒子数増加工程と、該炭酸塩粒子の体積のみを増加させる炭酸塩粒子体積増加工程とを含み、かつ、該炭酸塩粒子数増加工程、及び炭酸塩粒子体積増加工程のそれぞれにおいて、前記炭酸源の添加速度及び添加時間を制御して反応させることを特徴とする炭酸塩の製造方法である。
本発明の炭酸塩の製造方法により得られる炭酸塩は、多目的、多用途に使用可能であり、非複屈折光学樹脂材料への応用も可能である。
＜２＞ 炭酸塩粒子数増加工程における炭酸塩の添加速度及び添加時間が、それぞれ３００〜２０００ｍｌ／ｍｉｎ、１０秒〜３０分間であり、かつ、炭酸塩粒子体積増加工程における添加速度及び添加時間が、それぞれ３００ｍｌ／ｍｉｎ未満、０．５時間以上である前記＜１＞に記載の炭酸塩の製造方法である。
＜３＞ 炭酸源が炭酸ガスである前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の炭酸塩の製造方法である。
＜４＞ 炭酸塩粒子数増加工程において、金属イオン源の液を−１０℃〜４０℃に保持する前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の炭酸塩の製造方法である。
＜５＞ 炭酸塩粒子体積増加工程における反応温度が、炭酸塩粒子数増加工程における反応温度以上である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の炭酸塩の製造方法である。
＜６＞ 金属イオン源が、金属水酸化物である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の炭酸塩の製造方法である。
＜７＞ 金属イオン源が、ＮＯ_３ ⁻、Ｃｌ⁻、及びＯＨ⁻の少なくともいずれかを含む前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の炭酸塩の製造方法である。
＜８＞ 金属イオン源の液中に水を含む前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の炭酸塩の製造方法である。
＜９＞ 液中に溶剤を含む前記＜１＞から＜８＞いずれかに記載の炭酸塩の製造方法である。
＜１０＞ 溶剤が、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、及び２−アミノエタノールから選択される少なくとも１種である前記＜９＞に記載の炭酸塩の製造方法である。

本発明によると、従来における問題を解決することができ、配向複屈折性を有するアスペクト比が１より大きい形状の炭酸塩を効率的かつ簡便に形成することができ、粒子サイズを制御可能な炭酸塩の製造方法を提供することができる。

（炭酸塩の製造方法）
本発明の炭酸塩の製造方法は、金属イオンを含む金属イオン源の液中で、炭酸源を反応させて、アスペクト比が１より大きい形状を有する炭酸塩を製造する。

−金属イオン源−
前記金属イオン源としては、金属イオンを含む限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記炭酸源と反応して、カラサイト、アラゴナイト、バテライト、及びアモルファスのいずれかの形態を有する炭酸塩を形成するものが好ましく、アラゴナイト型の結晶構造を有する炭酸塩を形成するものが特に好ましい。
前記アラゴナイト型の結晶構造は、ＣＯ_３ ^２−ユニットで表され、該ＣＯ_３ ^２−ユニットが積層されて針状及び棒状のいずれかの形状を有する炭酸塩を形成する。このため、該炭酸塩が、後述する延伸処理により、任意の一方向に延伸されると、その延伸方向に粒子の長軸方向が一致した状態で結晶が並ぶ。
また、表１にアラゴナイト型鉱物の屈折率を示す。表１に示すように、前記アラゴナイト型の結晶構造を有する炭酸塩は、複屈折率δが大きいため、配向複屈折性を有するポリマーへのドープに好適に使用することができる。

前記金属イオン源は、Ｓｒ^２＋イオン、Ｃａ^２＋イオン、Ｂａ^２＋イオン、Ｚｎ^２＋イオン、及びＰｂ^２＋イオンから選択される少なくとも１種の金属イオンを含む限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、及びＰｂから選択される少なくとも１種の金属硝酸塩、金属塩化物、金属水酸化物などが挙げられる。この中でも、特に、反応性の観点から、金属水酸化物が最も好ましい。

前記金属イオン源は、ＮＯ_３ ⁻、Ｃｌ⁻、及びＯＨ⁻の少なくともいずれかを含むのが好ましい。したがって、前記金属イオン源の具体例としては、Ｓｒ（ＮＯ_３）_２、Ｃａ（ＮＯ_３）_２、Ｂａ（ＮＯ_３）_２、Ｚｎ（ＮＯ_３）_２、Ｐｂ（ＮＯ_３）_２、ＳｒＣｌ_２、ＣａＣｌ_２、ＢａＣｌ_２、ＺｎＣｌ_２、ＰｂＣｌ_２、Ｓｒ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｂａ（ＯＨ）_２、Ｚｎ（ＯＨ）_２、Ｐｂ（ＯＨ）_２、及びこれらの水和物などが好適に挙げられる。

−炭酸源−
前記炭酸源としては、ＣＯ_３ ^２−イオンを生ずるものである限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、炭酸アンモニウム［（ＮＨ_４）_２ＣＯ_３］、炭酸ナトリウム［Ｎa_２ＣＯ_３］、炭酸水素ナトリウム［ＮaＨＣＯ_３］、炭酸ガス、尿素［（ＮＨ_２）_２ＣＯ］などが好適に挙げられる。この中でも、特に、炭酸ガスは、取り扱いやすく、かつ、炭酸アンモニウムや炭酸ナトリウムなどを加える場合には、イオン濃度やイオン強度を大きく変えずに反応させることができる。このため、得られる炭酸塩結晶が、多分散となる、凝集する、球状になるなどの弊害を生じることが少なく、より好ましい。

−金属イオン源の液中で炭酸源を反応させる方法−
前記金属イオン源の液中で炭酸源を反応させる方法は、炭酸塩粒子数を増加させる炭酸塩粒子数増加工程（以下、単に炭酸塩粒子数増加工程という。）と、該炭酸塩粒子の体積のみを増加させる炭酸塩粒子体積増加工程（以下、単に炭酸塩粒子体積増加工程という。）とを含み、かつ、該炭酸塩粒子数増加工程、及び炭酸塩粒子体積増加工程のそれぞれおいて、前記炭酸源の添加速度及び添加時間を制御して反応させる。

−−炭酸塩粒子数増加工程−−
前記炭酸塩粒子数増加工程としては、炭酸塩を形成した後、その粒子数を増やすことができ、かつ、前記炭酸源の添加速度及び添加時間を制御して反応させることができれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、金属イオン源の液を攪拌しながら、該金属イオン源の液中に、炭酸源を、所定の反応温度、かつ所定の添加速度で所定時間（以下、添加時間ともいう。）添加する工程が挙げられる。

前記反応温度としては、−１０℃〜４０℃であることが必要であり、１℃〜４０℃が好ましい。前記反応温度が、−１０℃より低いと、使用できる溶媒に制限が生じたり、溶媒を完全に除去するのが難しくなることがあり、４０℃より高いと、一次粒子のサイズが大きくなってしまい、ナノサイズ領域でアスペクト比が１より大きい形状を有する炭酸塩が得られないことがある。

前記添加速度としては、３００〜２０００ｍｌ／ｍｉｎであることが必要であり、３００〜１０００ｍｌ／ｍｉｎであることが好ましい。前記添加速度が、３００ｍｌ／ｍｉｎより遅いと、粒子が多分散になることがあり、２０００ｍｌ／ｍｉｎより速いと、反応時間の調節がしにくくなり、小さな一次粒子は多く得られても、凝集が激しくなることがある。

前記添加時間としては、１０秒〜３０分間であることが必要であり、１０秒〜１０分間であることが好ましい。前記添加時間が、１０秒より短いと、再現性が低下することがあり、３０分より長いと、粒子が多分散になることがある。

前記金属イオン源の液の攪拌速度としては、特に制限は無く、適宜調整して行えるが、例えば、均一に混合する観点から、５００〜１５００ｒｐｍが好ましい。

炭酸塩粒子数が増加したことを確認する方法としては、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって粒子を観察し、不純物が混じっていないことを確認した上で、その個数を計測する方法などが挙げられる。

−−炭酸塩粒子体積増加工程−−
前記炭酸塩粒子体積増加工程としては、前記炭酸塩粒子数を増やさずに体積のみを増やすことができ、かつ、前記炭酸源の添加速度及び添加時間を制御して反応させることができれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、金属イオン源の液を攪拌しながら、該金属イオンの液中に、前記炭酸塩粒子数増加工程の反応温度以上の温度条件下で、かつ前記炭酸塩粒子数増加工程より遅い添加速度で所定時間添加する工程が挙げられる。

前記反応温度としては、−１０℃以上であることが必要であり、１〜４０℃が好ましい。前記反応温度が、−１０℃より低いと、使用できる溶媒に制限が生じたり、溶媒を完全に除去するのが難しくなることがある。

前記添加速度としては、３００ｍｌ／ｍｉｎ未満であることが必要であり、１０〜２９０／ｍｉｎであることが好ましい。前記添加速度が、３００ｍｌ／ｍｉｎ以上であると、得られるアスペクトの形状を制御できないことがある。

前記添加時間としては、０．５時間以上であることが必要であり、１〜４８時間であることが好ましい。前記添加時間が、０．５時間より短いと、得られるアスペクトの形状を制御できないことがある。

前記金属イオン源の液の攪拌速度としては、特に制限は無く、適宜調整して行えるが、例えば、均一に混合する観点から、５００〜１０００ｒｐｍが好ましい。

炭酸塩粒子の体積が増加したことを確認する方法としては、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって粒子を観察し、不純物が混じっていないことを確認した上で、そのサイズを計測する方法などが挙げられる。

−−シングルジェット法−−
また、前記金属イオン源の液中で炭酸源を炭酸塩粒子数増加工程と、炭酸塩粒子体積増加工程とにより反応させる方法として、例えば、シングルジェット法を適用することもできる。
前記シングルジェット法は、前記金属イオン源及び前記炭酸源のいずれか一方を他方の液面上又は液中に噴射により添加し、反応させる方法である。
具体的には、例えば、図１に示すように、ノズルから噴射された炭酸源（Ｂ液）をタンク内の金属イオン源（Ａ液）に添加することにより、反応させることができる。
前記シングルジェット法による前記炭酸源のモル添加速度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、最終生成物の化学量論比となるようにモル添加速度を決定するのが好ましい。前記モル添加速度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．００１〜１ｍｏｌ／ｍｉｎが好ましい。

−金属イオン源の液−
前記金属イオン源と前記炭酸源とを反応させる液中には、水を含むのが好ましい。したがって、前記金属イオン源と前記炭酸源とを反応させる液は、水溶液又は懸濁液であるのが好ましい。
更に、合成される炭酸塩の結晶の溶解度を下げることを目的として、前記液中に溶剤を含むのが好ましい。
前記溶剤としては、水に混和する溶剤であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、メタノール、エタノール、１−プロパノール、イソプロピルアルコール、２−アミノエタノール、２−メトキシエタノール、アセトン、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリドン、ジメチルスルホキシドなどが好適に挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。特に、この中でも、反応性の観点、及び材料の入手の容易さという点から、エタノール、イソプロピルアルコール、及び２−アミノエタノールが好ましい。
前記溶剤の添加量は、炭酸塩製造後の溶媒量の１〜５０体積％が好ましく、５〜４０体積％がより好ましい。

−炭酸塩の物性−
本発明の炭酸塩の製造方法により製造される炭酸塩は、アスペクト比が１より大きいことが必要であり、針状及び棒状などの形状を有していることが好ましい。なお、前記アスペクト比は、前記炭酸塩の長さと直径との比を表し、その数値は大きいほど好ましい。
前記炭酸塩の平均粒子長さとしては、０．０５〜３０μｍが好ましく、０．０５〜５μｍがより好ましい。該平均粒子長さが３０μｍを超えると、散乱の影響を大きく受けることがあり、光学用途への適応性が低下することがある。
また、〔平均粒子長さ±α〕の長さを有する炭酸塩の全炭酸塩における割合としては、６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましく、７５％以上が更に好ましく、８０％以上が特に好ましい。該割合が６０％以上であると、粒子サイズの制御が高精度であると認められる。
ここで、前記αとしては、０．０５〜１．０μｍが好ましく、０．０５〜０．８μｍがより好ましく、０．０５〜０．１μｍが特に好ましい。

−用途−
本発明の炭酸塩の製造方法により製造される炭酸塩は、アスペクト比が１より大きい、すなわち、球状ではなく、針状及び棒状などの形状を有するため、成形品内部での配向が少なく、等方性を示し、プラスチックの強化材、摩擦材、断熱材、フィルター等として有用である。

また、本発明の炭酸塩の製造方法により製造される炭酸塩（結晶）を複屈折性を有する光学ポリマーに分散させ、延伸処理を施して前記光学ポリマーの結合鎖と前記炭酸塩とを略平行に配向させると、前記光学ポリマーの結合鎖の配向によって生ずる複屈折性を、前記炭酸塩の複屈折性で打ち消すことができる。
前記延伸処理としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、一軸延伸が挙げられる。該一軸延伸の方法としては、必要に応じて加熱しながら、延伸機で所望の延伸倍率に延伸することが挙げられる。

表２に、複屈折性を有する光学ポリマーの固有複屈折率としては、「ここまできた透明樹脂 −ＩＴに挑む高性能光学材料の世界−」（井出文雄著、工業調査会、初版）ｐ２９に記載されている通りであり、具体的には下記表２に示す通りである。表２より、前記光学ポリマーは、正の複屈折性を有するものが多いことが認められる。また、前記炭酸塩として炭酸ストロンチウムを用い、例えば、前記光学ポリマーとしてのポリカーボネートに添加すると、該混合物の正の複屈折性を打ち消し、０にすることができるだけでなく、負にすることもできる。このため、光学部品、特に、偏向特性が重要で高精度が要求される光学素子に好適に使用することができる。

本発明の炭酸塩の製造方法によれば、配向複屈折性を有するアスペクト比が１より大きい形状の炭酸塩を効率的かつ簡便に形成することができる。また、粒子サイズを制御可能で、一定の粒子サイズを有する炭酸塩を高い割合で得ることができる。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
−炭酸塩の製造−
金属イオン源としての水酸化ストロンチウム８水和物から調製した０．１Ｍ水酸化ストロンチウム［Ｓｒ（ＯＨ）_２］懸濁液６２５ｍｌをステンレス製のポットに入れ、１０℃に保持した状態で、１０００ｒｐｍで攪拌を行いながら、該金属イオン源の液中に、炭酸源としての炭酸ガスを炭酸ガス用流量計で観測しながら４００ｍｌ／ｍｉｎの添加速度で、微小な気泡を発生させるケミフィルター（アズワン社製）を先端に付けたチューブを通して２分間添加した（炭酸塩粒子数増加工程）。
なお、得られた炭酸塩は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって粒子を観察し、不純物が混じっていないことを確認した上で、その個数を計測して、粒子数が増加していることが確認された。
次に、温度及び攪拌はそのままの状態で、４０ｍｌ／ｍｉｎの添加速度で４時間添加した（炭酸塩粒子体積増加工程）。
なお、得られた炭酸塩は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって粒子を観察し、不純物が混じっていないことを確認した上で、そのサイズを計測して、体積が増加していることが確認された。

−炭酸塩の性状確認−
得られた沈殿物を濾過により取り出し、乾燥させた。乾燥後の沈殿についてＸ線回折測定を行ったところ、得られた沈殿は炭酸ストロンチウム結晶であると確認できた。さらに、この炭酸ストロンチウム結晶を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察したところ、平均粒子長さが１μｍ未満であって、アスペクト比１より大きい高アスペクト比を有する炭酸ストロンチウム結晶が得られたことが判った。

（比較例１）
−炭酸塩の製造−
金属イオン源としての水酸化ストロンチウム８水和物から調製した０．０８Ｍ水酸化ストロンチウム［Ｓｒ（ＯＨ）_２］懸濁液３７５ｍｌを１０℃に保持した状態で、１０００ｒｐｍで攪拌を行いながら、該金属イオン源の液中に、炭酸源としての０．２Ｍ炭酸ナトリウム［Ｎa_２ＣＯ₃］水溶液５００ｍｌを、２本の供給用タンクに分けて１０℃に保持したのち、３００ｍｌ／ｍｉｎの添加速度で添加した（炭酸塩粒子数増加工程）。
なお、得られた炭酸塩は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって粒子を観察し、不純物が混じっていないことを確認した上で、その個数を計測して、粒子数が増加していることが確認された。

−炭酸塩の性状確認−
乾燥後の沈殿についてＸ線回折測定を行ったところ、得られた沈殿は炭酸ストロンチウム結晶であると確認できた。さらに、この炭酸ストロンチウム結晶を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した。このときのＴＥＭ写真を図２に示す。該ＴＥＭ写真から、得られた炭酸ストロンチウム結晶は、平均粒子径が５０−１００ｎｍ程度の球状の粒子やそれらの凝集した形態であると判った。

（比較例２）
−炭酸塩の製造−
金属イオン源としての硝酸ストロンチウム［Ｓｒ（ＮＯ_３）_２］溶液と、炭酸源としての尿素［（ＮＨ_２）_２ＣＯ］水溶液とを容器内で混合して、濃度が共に０．３３Ｍの混合溶液を調製した。次いで、得られた混合溶液の入った容器を反応槽に投入し、９０℃に保温して９０ｍｉｎにわたって加熱すると共に、前記容器内を撹拌した。そして、尿素の熱分解反応により、炭酸塩としての炭酸ストロンチウム結晶を製造した。ここで、前記撹拌速度は５００ｒｐｍで行った。

−炭酸塩の性状確認−
得られた炭酸ストロンチウム結晶を濾過により取り出し、乾燥させた。乾燥後の炭酸ストロンチウム結晶を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日立製作所製、Ｓ−９００）により観察した。このときのＳＥＭ写真を図３に示す。該ＳＥＭ写真から、平均粒子長さ６．２μｍ程度の柱状（棒状）の凝集性の低い炭酸ストロンチウム結晶が得られたことが判った。また、平均粒子長さ±αの長さ（α＝０．５μｍ）を有する結晶の全結晶における割合は６２％であった。

（比較例３）
−炭酸塩の製造−
２５℃で前記金属イオン源としての０．０５Ｍ硝酸ストロンチウム［Ｓｒ（ＮＯ_３）_２］水溶液５００ｍｌをステンレス製ポットの中で攪拌させた状態で、前記炭酸源としての０．０５Ｍ炭酸ナトリウム［Ｎa_２ＣＯ₃］水溶液５００ｍｌを、添加速度を制御できる装置などを用いないで素早く混合させた。瞬時に白色沈殿が得られたが、１５分の攪拌を継続したのち、実施例１と同様、得られた沈殿物を濾過により取り出し、乾燥させた。

−炭酸塩の性状確認−
乾燥後の沈殿についてＸ線回折測定を行ったところ、得られた沈殿は炭酸ストロンチウム結晶であると確認できた。さらに、この炭酸ストロンチウム結晶を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した。形態及びサイズがバラバラの炭酸ストロンチウム結晶しか得られなかった。

本発明の炭酸塩の製造方法は、粒子サイズを制御可能で、一定の粒子サイズを有する炭酸塩を高い割合で効率的かつ簡便に製造することができる。
本発明の炭酸塩の製造方法により製造される炭酸塩は、アスペクト比が１より大きい、例えば針状及び棒状などの形状を有するため、成形品内部での配向が少なく、等方性を示し、プラスチックの強化材、摩擦材、断熱材、フィルターなどに好適に使用することができる。
また、本発明の炭酸塩の製造方法により製造される炭酸塩（結晶）を複屈折性を有する光学ポリマーに分散させ、延伸処理を施して前記光学ポリマーの結合鎖と前記炭酸塩とを略平行に配向させると、前記光学ポリマーの結合鎖の配向によって生ずる複屈折性を、前記炭酸塩の複屈折性で打ち消すことができる。このため、光学部品、特に、偏向特性が重要で高精度が要求される光学素子に好適に使用することができる。

図１は、シングルジェット法による本発明の炭酸塩の製造方法を説明する概念図である。 図２は、比較例１で製造した炭酸ストロンチウム結晶のＴＥＭ写真である。 図３は、比較例２で製造した炭酸ストロンチウム結晶のＳＥＭ写真である。

Claims (10)

1. Ｓｒ^２＋イオン、Ｃａ^２＋イオン、Ｂａ^２＋イオン、Ｚｎ^２＋イオン、及びＰｂ^２＋イオンから選択される少なくとも１種の金属イオンを含む金属イオン源の液中で、炭酸源を反応させてアスペクト比が１より大きい形状を有する炭酸塩を製造する方法が、炭酸塩粒子数を増加させる炭酸塩粒子数増加工程と、該炭酸塩粒子の体積のみを増加させる炭酸塩粒子体積増加工程とを含み、かつ、該炭酸塩粒子数増加工程、及び炭酸塩粒子体積増加工程のそれぞれにおいて、前記炭酸源の添加速度及び添加時間を制御して反応させることを特徴とする炭酸塩の製造方法。
2. 炭酸塩粒子数増加工程における炭酸塩の添加速度及び添加時間が、それぞれ３００〜２０００ｍｌ／ｍｉｎ、１０秒〜３０分間であり、かつ、炭酸塩粒子体積増加工程における添加速度及び添加時間が、それぞれ３００ｍｌ／ｍｉｎ未満、０．５時間以上である請求項１に記載の炭酸塩の製造方法。
3. 炭酸源が炭酸ガスである請求項１から２のいずれかに記載の炭酸塩の製造方法。
4. 炭酸塩粒子数増加工程において、金属イオン源の液を−１０℃〜４０℃に保持する請求項１から３のいずれかに記載の炭酸塩の製造方法。
5. 炭酸塩粒子体積増加工程における反応温度が、炭酸塩粒子数増加工程における反応温度以上である請求項１から４のいずれかに記載の炭酸塩の製造方法。
6. 金属イオン源が、金属水酸化物である請求項１から５のいずれかに記載の炭酸塩の製造方法。
7. 金属イオン源が、ＮＯ_３ ⁻、Ｃｌ⁻、及びＯＨ⁻の少なくともいずれかを含む請求項１から５のいずれかに記載の炭酸塩の製造方法。
8. 金属イオン源の液中に水を含む請求項１から７のいずれかに記載の炭酸塩の製造方法。
9. 液中に溶剤を含む請求項１から８のいずれかに記載の炭酸塩の製造方法。
10. 溶剤が、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、及び２−アミノエタノールから選択される少なくとも１種である請求項９に記載の炭酸塩の製造方法。