탄산염 및 그 제조 방법 document_id A220623056599

종래부터, 탄산염 (예를 들어, 탄산 스트론튬 등) 은, 고무, 플라스틱, 제지 등의 분야에서 널리 사용되어 왔는데, 최근, 고기능성을 부여한 탄산염이 차례차례 개발되어, 입자 형상이나 입자 직경 등에 따라, 다용도, 다목적으로 사용되도록 되어 있다. 탄산염의 결정형으로서는, 칼사이트, 아라고나이트, 바테라이트 등을 들 수 있는데, 이들 중에서도, 아라고나이트는 침상이고, 강도나 탄성률이 우수한 점에서 여러가지 용도로 유용하다. 탄산염을 제조하는 방법으로서는, 탄산 이온을 함유하는 용액과 염화물의 용액을 반응시켜 탄산염을 제조하는 방법이나, 염화물과 탄산 가스의 반응에 의해 탄산염을 제조하는 방법 등이 일반적으로 알려져 있다. 또, 아라고나이트 구조를 갖는 침상의 탄산염의 제조 방법으로서는, 예를 들어, 전자의 방법에 있어서, 탄산 이온을 함유하는 용액과 염화물 용액의 반응을 초음파 조사 하에 실시하는 방법 (일본 공개특허공보 소59-203728호 참조) 이나, Ca(OH)2 물 슬러리에 이산화탄소를 도입하는 방법에 있어서, 미리 Ca(OH)2 물 슬러리 중에, 종정(種晶)이 되는 침상 아라고나이트 결정을 넣고, 그 종정을 일정 방향으로만 성장시키는 방법 (미국 특허 제5164172호 명세서 참조), 수산화 칼슘 슬러리에 대해, 알루민산 나트륨을 첨가한 후, 50℃ 이상으로 가열하고, 탄산 가스를 불어넣는 방법 (일본 공개특허공보 평8-2914호 참조) 등이 제안되고 있다. 그러나, 상기 일본 공개특허공보 소59-203728호에 기재된 탄산염의 제조 방법에서는, 얻어지는 탄산염의 길이가 30㎛ ∼ 60㎛ 로 클 뿐만 아니라, 입자 사이즈의 분포 폭이 넓어, 원하는 입자 사이즈로 제어한 탄산염을 얻을 수 없다는 문제가 있다. 또, 상기 미국 특허 제5164172호 명세서에 기재된 탄산염의 제조 방법을 이용해도, 길이가 20㎛ ∼ 30㎛ 인 큰 입자 밖에 얻을 수 없다. 또한, 상기 일본 공개특허공보 평8-2914호에 기재된 탄산염의 제조 방법에서는, 제조 공정에 있어서, 가열 제어를 실시해야 한다. 그런데, 최근, 안경 렌즈, 투명판 등의 일반적 광학 부품이나 옵토 일렉트로닉스용의 광학 부품, 특히, 음향, 영상, 문자 정보 등을 기록하는 광 디스크 장치 등의 레이저 관련 기기에 사용하는 광학 부품의 재료로서, 고분자 수지가 사용되는 경향이 강해지고 있다. 그 이유로서는, 고분자 광학 재료 (고분자 수지로 이루어지는 광학 재료) 는, 일반적으로, 다른 광학 재료 (예를 들어, 광학 유리 등) 에 비해 경량이며, 저렴하여 가공성, 양산성이 우수한 점을 들 수 있다. 또, 고분자 수지에는, 사출 성형이나 압출 성형 등의 성형 기술의 적용이 용이하다는 이점도 있다. 그러나, 종래부터 사용되고 있는 일반적인 고분자 광학 재료에 성형 기술을 실시하여 제품화한 경우, 얻어진 제품이 복굴절성을 나타낸다는 성질이 있었다. 복굴절성을 갖는 고분자 광학 재료는, 비교적 고정밀도가 요구되지 않는 광학 소자에 사용되는 경우에는, 특별히 문제가 될 것은 없지만, 최근, 보다 고정밀도가 요구되는 광학용 물품이 요구되고 있고, 예를 들어, 기록/소거형의 광 자기 디스크 등에 있어서는, 복굴절성이 큰 문제가 된다. 즉, 이와 같은 광 자기 디스크에는, 판독 빔 혹은 기록 빔에 편향 빔이 이용되고 있고, 광로 중에 복굴절성의 광학 소자 (예를 들어, 디스크 자체, 렌즈 등) 가 존재하면, 판독, 혹은, 기록의 정밀도에 악영향을 미친다. 그래서, 복굴절성의 저감을 목적으로 하여, 복굴절성의 부호가 서로 상이한 고분자 수지와 무기 미립자를 사용한 비복굴절 광학 수지 재료가 제안되어 있다 (국제 공개 제01/25364호 팜플렛 참조). 그 광학 수지 재료는, 결정 도프법이라는 수법에 의해 얻어지는 것이며, 구체적으로는, 고분자 수지 중에 다수의 무기 미립자를 분산시키고, 연신 등에 의해 성형력을 외부로부터 작용시켜, 고분자 수지의 결합 사슬과 다수의 무기 미립자를 거의 평행으로 배향시키고, 고분자 수지의 결합 사슬의 배향에 의해 발생되는 복굴절성을, 부호가 상이한 무기 미립자의 복굴절성으로 감쇄시킨 것이다. 이와 같이, 결정 도프법을 이용하여 비복굴절 광학 수지 재료를 얻기 위해서는, 결정 도프법에 사용할 수 있는 무기 미립자가 필요 불가결해지는데, 이 무기 미립자로서는, 미세한 침상 또는 봉상의 탄산염을 특히 바람직하게 사용할 수 있다는 것이 인식되고 있다. 게다가, 무기 미립자의 사이즈 및 형태를 제어하는 시도는 많이 실시되고 있는데, 입자 사이즈가 다분산이라는 문제는 미해결 상태였다. 또, 종래의 합성법에서는, 얻어지는 입자의 결정성이 낮고, 광학적 성질 (입자의 복굴절) 이 저하되어 버리는 것이 염려되었다. 그래서, Langmuir, 2005, 21(1), 100-108. 에는, PAA (폴리아크릴산) 를 이용하여 나노 사이즈의 종(種)결정 (탄산 칼슘) 을 제조하고, 이것을 이용하여 탄산 칼슘 입자를 얻고 있다. 탄산 칼슘과 같이 3 개의 결정 구조 (칼사이트, 바테라이트, 아라고나이트) 를 갖는 경우에는, 종결정의 결정형을 목적으로 하는 결정형으로 맞춰두면, 그것을 제어할 수 있는 경우가 있는 사실이 나타나 있는데, 얻어지는 입자는, 방추상, 구상 등이 많고, 특히 애스펙트비가 큰 입자는 얻어지지 않는다. 또, Chem Mater. 2003 ; 15(6) 1322-1326. 에는, Sr 염 또는 Ba 염과, 우레아를 함유한 용액 중에서, 우레아의 분해 반응 (열에 의한 분해, 및 우레아제라는 효소에 의한 분해) 을 실시하여, 탄산염 입자를 형성하고 있다. 우레아 분해 속도의 관점에서는, 효소 분해가 열분해보다 빨라 바람직한데, 불순물 억제의 관점에서 열분해가 바람직한 경우가 있다. 우레아의 열분해 반응은 느리기 때문에, 생성되는 핵의 수가 적어져 버린다. 애스펙트비가 큰 침상 입자는 얻어지지만, 입자는 커져 버린다 (도 1c). 또, 효소를 이용하여 우레아 분해를 실시한 경우에는, 원래 입자가 구상 형태로 되어 버리는데, 입자 중에 효소 (단백질) 가 포함되어 있므로, 이 입자를 최종적인 재료에 도입했을 때에 오염 등의 영향이 우려된다.