CN108430915A - 微粒分散液的精密改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供分散性以及分散稳定性优异的微粒分散液。在使微粒的分散性提高的微粒分散液的改性方法中,进行对微粒分散液中含有的微粒b的凝聚体a施加物理能E而使其分散为比微粒b的凝聚体a小的粒子的分散处理,从而使凝聚体a中所含的杂质c放出到分散液中。在由于杂质c而发生再凝聚之前,利用具有过滤膜d的除去部将杂质c从分散液中除去。
Description
技术领域
本发明涉及微粒分散液的精密改性方法。
背景技术
微粒是在半导体、调色剂、涂料、陶瓷、金属、药品、化妆品、化学品、滤色器等广泛的领域中使用的材料,通过进行微粒化,从而显现出新的特性,因此提出了各种制造方法。
在实际使用微粒时,使其在各种溶剂中分散而使用,但在微粒凝聚的状态、即形成了二次粒子的状态下,大多不能充分地发挥作为纳米粒子的特性。特别是通过制成200nm以下的纳米尺寸的微粒,虽然其特性提高,但存在更容易形成凝聚体的课题,需要控制微粒的分散性、进而使其分散到一次粒子的微粒分散液的制造方法。
通常在液相中制作微粒的情况下,一般采用如下方法:使微粒原料溶解于溶剂而成的微粒原料液与用于使微粒从该原料液析出的析出溶剂混合来使微粒析出。特别地,如专利文献1、2中所示那样,通过在可接近和分离的相对地进行旋转的处理用面间使微粒析出,能够比较容易地得到分散性高的微粒分散液。
但是,在应用了液相法的情况下,在微粒分散液中含有来自微粒原料液或微粒析出溶剂的杂质。因此,在微粒析出后,虽然在一定时间内能够保持高分散性,但多数情况由于上述杂质,由于经时变化,微粒在微粒分散液中凝聚,发生沉降。在使用专利文献1、2中所示的具有可接近和分离的相对地进行旋转的处理用面的强制薄膜方式的流体处理装置的情况下,刚析出后的微粒的粒径小且粒径整齐,原本的分散性高,因而有时经时变化所产生的凝聚的影响较大。
作为从这样的微粒分散液去除杂质的方法,一般是对于微粒分散液使用离心分离、吸滤、压滤等方法将微粒分散液浓缩,向其中投入纯水等清洗液,再次进行离心分离、吸滤等,将其反复进行,从而将微粒分散液中的杂质去除。
例如,在专利文献3中公开了将微粒中含有的离子性杂质分离除去的微粒的精制方法。在专利文献3中,通过采用膜过滤,将离子性杂质与透过液一起分离除去,得到浓缩的微粒水分散液,在浓缩的微粒水分散液中加入水,进行稀释以使微粒浓度成为特定的范围,再次采用交叉流动方式进行膜过滤,采用反复进行这样的操作的循环膜过滤方式对微粒进行精制。此时,通过监视透过液的pH,容易地确认离子性杂质的除去处理的进行程度,视为由此获得高分散性。但是,由于没有设置将凝聚体分散或破碎的机构,因此即使在进行精制操作直至目标pH的情况下,也难以除去凝聚体中所含的杂质,难以得到分散性受控的微粒分散液。
另外,如专利文献4中所示那样,也考虑对实施采用过滤膜的处理之前的微粒分散液进行搅拌,但如果只是单纯地进行搅拌,则难以使微粒的凝聚体分散到一次粒子。进而,在专利文献5的段落0159(实施例12)中,示出了在实施采用过滤膜的处理之前使用了分散机(カンペ(株)制造:BATCH SAND),但只不过是用于从氧化锆粉末制造其分散液。并且该分散机为粗分散用分散机,用作间歇式的分散机,接着其分散连续地进行采用过滤膜的处理也是困难的。另外,记载了优选用分散液进行清洗直至电导率成为3mS/cm以下、更优选为0.3mS/cm以下,为粗清洗的领域。因此,这些专利文献4和5中所示的发明并非提出着眼于微粒分散液中的杂质的由来的技术,并且也没有提出在进行再凝聚前进行杂质的除去处理。因此,这些文献中所示的发明并没有提出使包含微粒的分散液中存在的杂质的总量减少,也没有提出提高处理完成后的微粒的分散性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-82621号公报
专利文献2:日本再表2009/035019号公报
专利文献3:日本特开2012-206933号公报
专利文献4:日本特表2011-530476号公报
专利文献5:日本特开2013-82609号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的课题在于提供微粒分散液的改性方法,其能够除去微粒分散液的液体中存在的杂质和一次粒子的凝聚体中等存在的杂质除去,使包含微粒的分散液中存在的杂质的总量减少。
本发明的另一目的课题在于提供能够提高微粒的分散性的微粒分散液的改性方法。
用于解决课题的手段
本发明提供微粒分散液的改性方法,是提高微粒分散性的微粒分散液的改性方法,其特征在于,进行对于上述微粒分散液中含有的上述微粒的凝聚体施加物理能而使其分散为比上述微粒的凝聚体小的粒子的分散处理,从而使上述凝聚体中所含的杂质放出到上述分散液中;在由于上述杂质而全部进行再凝聚之前,进行利用除去部将上述杂质从上述分散液中除去的除去处理。实施本发明时,即使使上述凝聚体中的杂质放出到上述分散液中,也难以完全地避免所放出的杂质或预先在分散液中存在的杂质引起的再凝聚,但通过在所放出的杂质的一部分在分散液中存在的期间,利用除去部将上述杂质从上述分散液中除去,从而能够减少在包含微粒的分散液中存在的杂质的总量。应予说明,就上述杂质而言,对其性状并无限制,可以是固体,也可以是离子。
另外,本发明提供微粒分散液的改性方法,其中,上述杂质包含独立于上述凝聚体而存在于上述分散液中的液中杂质和在上述凝聚体中存在的粒子中杂质,该改性方法具有:放出步骤,通过上述分散处理使上述粒子中杂质从上述凝聚体放出到上述分散液中而成为上述液中杂质;转移步骤,在由于上述液中杂质而进行再凝聚之前,将经过了上述放出步骤的上述分散液输送至上述除去部;和除去处理步骤,在上述除去部将上述液中杂质从上述分散液中除去。
另外,本发明提供微粒分散液的改性方法,其特征在于,连续且反复进行上述分散处理和上述除去处理。另外,本发明提供微粒分散液的改性方法,其特征在于,上述除去部具有过滤膜,向上述过滤膜供给上述分散液并采用交叉流动方式进行过滤,从而将上述杂质从上述分散液除去。另外,本发明提供微粒分散液的改性方法,其特征在于,上述过滤膜为超滤膜。
实施本发明时,认为在使上述凝聚体中的上述杂质放出到上述分散液中后,随着时间经过,再凝聚进行,因此在更多的杂质在上述分散液的液体中存在的期间将杂质除去是有效的。因此,可以说最优选使其刚一放出到上述分散液中后就开始上述除去。因此,即使由于装置的物理上的制约等而难以使放出与除去之间的时间成为0,对于有效的杂质除去而言,也优选在使上述杂质放出到上述分散液中后在3秒以内进行(开始)从上述分散液中除去的除去处理。例如,在采用过滤膜进行除去处理的情况下,优选放出了上述杂质的上述分散液在3秒以内到达过滤膜。另外,本发明提供微粒分散液的改性方法,其特征在于,通过控制用于将放出上述杂质后的上述分散液输送到上述除去部的直连转移路径(直前移送経路)中的路径长、流速、流量、流体压和温度的至少任一个,从而控制上述微粒分散液中的微粒的分散性。另外,本发明提供微粒分散液的改性方法,其特征在于,上述分散处理是在上述分散液中采用使搅拌叶片旋转的旋转式分散机对上述凝聚体给予上述物理能的处理,将上述搅拌叶片的圆周速度设为10m/s以上来进行分散处理。
另外,本发明提供微粒分散液的改性方法,其特征在于,通过控制进行了上述除去处理后的上述微粒分散液的pH,从而控制上述微粒分散液中的微粒的分散性。上述微粒分散液的pH控制可以在连续且反复进行上述分散处理和上述除去处理后继续进行,或者,可以是在完成了这些处理后加入pH调节剂等来调节pH,也可以是将两者并用。
对上述微粒的一次粒径并无特别限制,即使对于极小的一次粒径的粒子也能够进行,例如也能够应用于一次粒径为200nm以下的微粒的分散液。
对上述微粒的结构并无特别限制,例如能够应用银铜合金微粒这样的金属微粒、姜黄素微粒这样的有机物微粒以及氧化锌微粒或表面用硅氧化物被覆了的氧化铁微粒等氧化物微粒。
另外,实施本发明时使用的微粒可以是通过分解得到的,也可以是通过堆积得到的,对上述微粒、其分散液的由来并无特别限制。作为一例,在上述微粒的一次粒径为nm单位的微粒的情况下,作为有效地制造良好的微粒分散液的方法,能够示出包含如下工序的方法:在可接近和分离的相对地进行旋转的处理用面间,使至少包含作为上述微粒的原料的微粒原料的微粒原料液与至少包含用于使上述微粒析出的微粒析出物质的微粒析出溶剂混合,同时在该混合的流体中使上述微粒析出。本发明通过在进行得到该分散液的工序之后进行上述微粒分散液的改性方法,能够提供显示稳定的分散性的微粒分散液的制造方法。
发明效果
本发明能够提供微粒分散液的改性方法,其能够使分散液中存在的杂质的总量(包含在微粒分散液的液体中存在的杂质、和在一次粒子的凝聚体中等存在的杂质)减少。另外,本发明能够提供应用了这样的微粒分散液的改性方法的微粒分散液的制造方法。
附图说明
图1的(A)为本发明的实施方式中的分散液改性装置的概略图,(B)为本发明的另一实施方式中的分散液改性装置的概略图,(C)为本发明的又一实施方式中的分散液改性装置的概略图。
图2为本发明的分散液改性方法的原理图。
图3的(A)为本发明的实施方式涉及的析出处理装置的概略截面图,(B)为该析出处理装置的第1处理用面的概略平面图。
图4为本发明的实验例A1-5中得到的微粒分散液中的微粒的TEM照片。应予说明,(a)为用10000倍观察的结果,(b)为用800000倍观察的结果。
图5为本发明的实验例A1-6中得到的微粒分散液中的微粒的TEM照片。应予说明,(a)为用50000倍观察的结果,(b)为用100000倍观察的结果。
图6为本发明的实验例A1-4中得到的微粒分散液中的微粒的TEM照片。应予说明,(a)为用10000倍观察的结果,(b)为用600000倍观察的结果。
图7为本发明的实验例B1-5中得到的微粒分散液中的微粒的TEM照片。应予说明,(a)为用2500倍观察的结果,(b)为用20000倍观察的结果。
图8为本发明的实验例B1-7中得到的微粒分散液中的微粒的TEM照片。应予说明,(a)为用2500倍观察的结果,(b)为用10000倍观察的结果。
图9为本发明的实验例B1-4中得到的微粒分散液中的微粒的TEM照片。应予说明,(a)为用2500倍观察的结果,(b)为用10000倍观察的结果。
图10为本发明的实验例C1-6中得到的氧化物微粒分散液中的氧化物微粒的TEM照片。应予说明,(a)为用10000倍观察的结果,(b)为用800000倍观察的结果。
图11为本发明的实验例C1-9中得到的氧化物微粒分散液中的氧化物微粒的TEM照片。应予说明,(a)为用10000倍观察的结果,(b)为用100000倍观察的结果。
图12为本发明的实验例C1-4中得到的氧化物微粒分散液中的氧化物微粒的TEM照片。应予说明,(a)为用10000倍观察的结果,(b)为用250000倍观察的结果。
图13为使用用本发明的实验例C1-2、实验例C1-4、实验例C1-6、实验例C1-9的条件下得到的氧化物微粒分散液制备的丙二醇分散液进行的UV-Vis光谱测定结果(透射光谱)。
图14为本发明的实验例C5-6中得到的氧化物微粒分散液中的氧化物微粒的TEM照片。应予说明,(a)为用10000倍观察的结果,(b)为用250000倍观察的结果。
图15为本发明的实验例C5-3中得到的氧化物微粒分散液中的氧化物微粒的TEM照片。应予说明,(a)为用10000倍观察的结果,(b)为用250000倍观察的结果。
图16为本发明的实验例C5-2中得到的氧化物微粒分散液中的氧化物微粒的TEM照片。应予说明,(a)为用10000倍观察的结果,(b)为用100000倍观察的结果。
图17为使用用本发明的实验例C5-2、实验例C5-3、实验例C5-6的条件下得到的氧化物微粒分散液制备的丙二醇分散液进行的UV-Vis光谱测定结果(透射光谱)。
具体实施方式
以下基于附图列举本发明的实施方式的一例进行说明。
本发明的微粒分散液的改性方法能够以具有使用图1(A)(B)(C)中所示的分散液改性装置100进行改性的工序的方式进行实施。该成为改性对象的微粒分散液能够采用各种方法制造或准备,作为一例,能够采用图3中所示的析出处理装置制造。
以下的说明中,首先参照图1对改性微粒分散液的工序进行说明,然后参照图3对得到微粒分散液的工序进行说明。
图1(A)的分散液改性装置100为从微粒分散液将杂质除去、调节微粒分散液的pH以及导电率时能够用于实施本发明的实施方式涉及的改性方法的装置的代表例。具体地,分散液改性装置100具有:分散处理装置110、具有过滤膜的除去部120和收容容器130,它们用配管系统连接。分散处理装置110具有分散用容器101和其中布设的分散机102作为主要的构成要素。
将利用图3中所示的析出处理装置生成的微粒分散液L1投入收容容器130,开始泵104的运转,从而将微粒分散液L1供给至分散用容器101。利用泵104输送的微粒分散液L1将分散用容器101内装满并溢流,被输送至使交叉流动用清洗液L2通过的具有过滤膜的除去部120而过滤。被输送至上述除去部120的微粒分散液L1中,上述过滤后的包含杂质的液体作为滤液L3与交叉流动用清洗液L2一起被排出,剩余部分再次被投入收容容器130。再有,优选在收容容器130中具有用于使分散液的浓度均匀的搅拌机200。再次被投入到收容容器130的微粒分散液再次被供给至分散用容器101,连续地且反复地进行上述的分散和杂质除去。
本发明中,对于微粒分散液,一边采用分散机102进行分散处理,一边进行pH以及、或者导电率的控制。该微粒分散液的导电率优选为100μS/cm以下,更优选为50μS/cm以下。就pH的控制范围而言,可根据成为对象的微粒而调制为目标的pH。另外,通过一边采用分散机102进行分散处理一边进行具有过滤膜的除去部120以及pH调节的操作,对于在凝聚的微粒间存在的杂质(即,凝聚体中所含的杂质即粒子中杂质)也可容易地除去,进而可使一个个粒子的表面成为均匀地相同的状态。
在图2(A)、图2(B)中示出了关于使用本发明中的上述分散液改性装置100时的杂质除去的原理图。如这些图中所示那样,在使用本发明的分散液改性装置的情况下,通过利用布设于上述分散用容器101的分散机102的物理能E,特别是通过对分散液中的微粒a的凝聚体b施加物理能E,从而使该凝聚体b一下子或瞬间地分散或破碎,将粒子中的杂质c放出到分散液中。将施加了物理能E的微粒分散液在刚施加了物理能E后就输送至具有过滤膜d的除去部,从而用过滤膜d将放出到微粒分散液中的粒子中的杂质c过滤,进行除去处理。而如图2(C)中所示那样,只采用现有的过滤处理,在没有布设对凝聚体施加物理能E的分散机102这样的机构的情况、只使用难以施加使微粒的凝聚体分散的物理能E的例如为棒状、板状、螺旋桨状等形状的单纯的搅拌机的情况下,由于在没有将凝聚体b分散或破碎的状态下就送液至过滤膜d,因此即使能够将液体中存在的杂质c即液中杂质除去,也难以将成为凝聚的原因的粒子中杂质除去。
不过,如图2(B)中所示那样,对凝聚体b施加物理能E而使凝聚体b分散或破碎后,直至送液至过滤膜d的时间为长时间的情况下,微粒a再凝聚,杂质c进入凝聚体b中。在这种情况下,采用过滤膜d将粒子中杂质除去的处理变得困难。另外,有时该杂质c也成为使微粒a凝聚的原因、即凝聚体b的核,优选在使凝聚体b分散或破碎、使粒子中的杂质c放出到微粒分散液中后即刻就采用过滤膜d将杂质除去。因此,优选在采用上述分散机102对凝聚体b施加物理能E、使粒子中杂质放出到微粒分散液中而成为液中杂质后,在3秒以内、优选在1秒以内开始用于将杂质c从该分散液中除去的除去处理。
从布设了上述分散机102的分散用容器101到采用除去部120开始杂质的除去的时间(T1:sec(秒))可以由使用路径长(Lea:m)、流量(FL:m3/sec)、配管内径(Leb:m)的式(1)计算。
T1=Lea/(FL/((Leb/2)2×π))式(1)
本发明中,通过控制上述FL、Lea,Leb,使T1成为0秒至3秒的范围、优选0.05秒至1秒,从而能够利用上述分散机102对凝聚体施加物理能E,在使粒子中杂质放出到微粒分散液中后3秒以内、优选1秒以内实施将杂质从该分散液除去的处理。
另外,也能够通过控制在上述分散液改性装置内流动的流体的流体压以及流体温度来控制微粒分散液中的微粒的分散性。流体压以及流体温度的范围能够根据使用的分散装置、分散机以及过滤膜的种类、材质以及成为对象的微粒分散液来适当地选择并实施。
另外,通过对微粒分散液中所含的成为对象的微粒进行清洗操作或pH调节以致成为可控制分散性的pH,从而也将成为一次粒子形成凝聚体的原因的离子成分等除去,并且通过均匀地控制微粒的各一次粒子的表面的排斥力,能够成为一次粒子彼此之间相互排斥的状态,因此制作的微粒分散液中的微粒确保稳定的分散状态。再有,就在上述分散用容器101中布设的分散机102而言,在后述的各种分散机内,优选为具有搅拌叶片的分散机。另外,在处理时,随着使上述搅拌叶片的圆周速度提高,在分散用容器101内被分散或破碎的凝聚体的个数增加,凝聚体的大小也容易变小。因此,与圆周速度低的情形相比,可以使大量的粒子中杂质放出到液体中。优选根据由随着过滤膜的面积、材质而变化的过滤膜的性能和处理物的特性决定的杂质除去的性能、即每单位时间的杂质的除去量来控制上述分散机的圆周速度。具体地,优选将上述搅拌叶片的圆周速度设为10m/s以上来进行分散处理,更优选设为15m/s以上。通过设为10m/s以上,抑制尽管微粒分散液的pH成为能够控制对象微粒分散性的pH但还是产生不能将凝聚体中所含的杂质除去的状态、产生不能使一个个粒子的表面成为均匀地相同的状态的情况,可以获得根据本发明得到的微粒分散液这样的分散性以及分散稳定性。
就本发明中的过滤膜而言,根据作为对象物质的微粒的粒径、目标处理条件,可使用一般的膜过滤用的过滤膜,并无特别限定,能够使用精密过滤膜、超滤膜、纳米过滤膜等各种过滤膜。并无特别限定,作为形态的一例可列举出中空丝型过滤膜、管式膜、螺旋膜、平膜等。另外,对过滤膜的材质也无特别限定,可列举出氧化铝、氧化钛等陶瓷、聚砜系高分子、聚酯系高分子、芳香族醚系高分子、(甲基)丙烯酸系高分子、(甲基)丙烯腈系高分子、氟系高分子、烯烃系高分子、乙烯醇系高分子、纤维素系高分子等。能够根据使用的微粒的粒径、杂质以及作为分散介质的溶剂的种类,能够使用适当的材质、分级分子量(分画分子量)、孔尺寸的膜来实施。并无特别限定,可列举出DESAL公司的G-5型、G-10型、G-20型、G-50型、PW型、HWSUF型、KOCH公司的HFM-180,HFM-183、HFM-251、HFM-300、HFK-131、HFK-328、MPT-U20、MPS-U20P、MPS-U20S、Synder公司的SPE1、SPE3、SPE5、SPE10、SPE30、SPV5、SPV50、SOW30、旭化成株式会社制造的マイクローザ(注册商标)UF系列、日东电工株式会社制造的NTR7410、NTR7450、日本ガイシ株式会社制造的セフィルトUF等。另外,也可使用作为电透析装置的株式会社アストム制造的アスライザーED等来实施。
作为本发明中的上述分散机,可列举出通常的旋转式分散机、高压均化器、超声波式均化器等,优选使用具有相对于搅拌叶片相对地旋转的丝网的分散装置等对流体施加剪切力等,从而实现均质的混合的旋转式分散机等分散装置进行分散。作为高压均化器,可列举出スターバースト(スギノマシン制造)、高压均化器HPH(IKA制造)、HIGH PRESSUREHOMOGENIZER(三丸机械工业制造)等。作为超声波式均化器,可列举出UX系列(三井电气精机制造)、US-1200TCVP、SUSH-300T(日本精机制作所制造)、UP200、UIP16000(ヒールッシャー制造)等。作为旋转式分散机的优选例,能够应用日本专利第5147091号中公开的搅拌机以及分散机。另外,旋转式分散机优选采用连续式进行,在采用连续式进行的情况下,可以连续地进行对于搅拌槽的流体的供给和排出,也可不使用搅拌槽,使用连续式的分散机进行,能够使用公知的搅拌机、搅拌手段适当地控制搅拌能量E。再有,关于搅拌能量E,已在本申请的申请人提出的日本特开平04-114725号公报中详述。对本发明中的搅拌以及分散处理的方法并无特别限定,能够使用各种剪切式、摩擦式、高压射流式、超声波式等的搅拌机、溶解机、乳化机、分散机、均化器等进行实施。作为一例,能够列举出ウルトラタラックス(IKA制造)、ポリトロン(キネマティカ制造)、TK均相混合机(プライミクス制造)、エバラマイルダー(荏原制作所制造)、TKホモミックラインフロー(プライミクス制造)、コロイドミル(神钢パンテック制造)、スラッシャー(日本焦炭工业制造)、トリゴナル湿式微粉碎机(三井三池化工机制造)、キャビトロン(ユーロテック制造)、ファインフローミル(太平洋机工制造)等连续式分散机、クレアミックス(M Technique Co.,Ltd.制造)、クレアミックスディゾルバー(MTechnique Co.,Ltd.制造)、フィルミックス(プライミクス制造)等间歇式或连续两用分散机。另外,对凝聚体b施加能量E的搅拌处理优选使用具有高速旋转的搅拌桨(攪拌翼)、在搅拌桨的外侧具有丝网、流体从丝网的开口成为射流而喷出(吐出)的搅拌机,特别是上述的クレアミックス(M Technique Co.,Ltd.制造)、クレアミックスディゾルバー(M Technique Co.,Ltd.制造)进行。
对于本发明中的分散液改性装置100的实施方式,将其他的实施方式示于图1(B)(C)中。在图1(B)中所示的实施方式中,多个具有过滤膜的除去部120串联地布设,对采用分散处理装置110进行了分散处理的微粒分散液进行采用多个过滤膜将杂质除去的处理后,返回到收容容器130。在图1(C)中所示的实施方式中,经由泵105将收容容器130连接至分散用容器101,采用除去部120的过滤膜进行了过滤的微粒分散液没有经过收容容器130就输送至分散用容器101,进行分散处理,微粒分散液不经由收容容器130而进行循环。打开在循环路径中的适当位置配置的开闭阀106,将处理后的微粒分散液输送至下一处理、容器。进而,作为另外的实施方式,虽然省略图示,但也可以在分散用容器101的微粒分散液溢流的出口直接布设除去部120,基本上不施用从分散处理装置110到除去部120的路径(Lea=0)。再有,也能够以如下方式实施(未图示):分散处理装置110中的分散用容器101作为基本上不具有容积地布设了分散机102的配管等,利用分散机102瞬间地进行分散处理(例如完全单路线(1パス)的连续式),对微粒分散液投入物理能E。另外,可以使得如图1的各图中所示那样,设置旁路107,能够根据需要形成不经过分散机102而只反复通过除去部120的流路。即,本发明的要点在于连续地进行分散处理和除去处理,但该连续处理未必在进行微粒分散液的改性处理的全部时间中持续地进行。例如,可以在处理的刚开始将三通阀等流路选择用的阀(未图示)切换至旁路107侧,将微粒分散液通入旁路107而不经过分散机102,只通过除去部120,进行用过滤膜将微粒的液体中预先存在的杂质过滤并除去的处理,在该液体中预先存在的杂质的量减少的阶段,将流路选择用的阀切换到分散机102侧,进行上述的连续处理,另外,作为上述的连续处理的后处理,可以进行只通过除去部120的处理。
(微粒)
本发明中,以使微粒在分散液中分散的微粒分散液作为对象,微粒的种类、分散液的种类能够进行各种改变来实施,可以是通过分解得到的,也可以是通过堆积得到的,对上述微粒、其分散液的由来并无特别限制。分散液的制备能够采用各种手法进行,例如,可以使预先准备的微粒适当地在分散液中分散,此时,也能够按照常规方法使用各种混合搅拌机。另外,优选使用使后述的微粒原料在溶剂中溶解或分子分散而制备的微粒原料液与微粒析出溶剂混合而使微粒析出了的微粒的分散液。就微粒的形态而言,可以由单一的元素构成,也可由多种元素构成,可以为核壳型的微粒,还可以为凝聚体。应予说明,就本发明中的微粒分散液的制造方法而言,优选应用于一次粒径为200nm以下的微粒,更优选应用于50nm以下的微粒,但并不限于此,对于一次粒径比200nm大的微粒也可应用。也因使用的过滤膜、分散机、以及作为被处理物的微粒的种类、分散介质而异,但也能够用于一次粒径比200nm大且1μm以下的微粒。另外,作为处理前的粒子,可以是直径1μm以上的的凝聚体。
(流体和反应的种类)
就本发明涉及的分散液中的微粒而言,能够对于专利文献1、2中所示的各种微粒进行应用。另外,对于用于得到该微粒的反应,也能够应用专利文献1、2中所示的各种反应。
示出其一例,在将多种流体投入处理用面间并进行混合的情况下,作为应混合的流体,并无特别限定,例如能够示出可析出氧化物、金属、陶瓷、半导体、二氧化硅等无机物的微粒、有机颜料、药物这样的有机物的微粒的流体。多数情况下,这些微粒是微细的,因此多形成了凝聚体,认识到应用本发明的有用性。
(微粒原料)
作为本发明中的微粒的制作中使用的微粒原料,并无特别限定。只要是采用反应、晶析、析出、共沉淀等方法而成为微粒的微粒原料,就能够实施。本发明中,以下将该方法记载为析出。
其中,如果以氧化物微粒的情形为例,则在该微粒的制作中使用的氧化物原料是作为微粒的原料的物质,例如为金属、非金属的单质、金属化合物、非金属的化合物。对本发明中的金属并无特别限定。优选为化学周期表上的全部的金属元素。另外,对本发明中的非金属并无特别限定,优选地,能够列举出B、Si、Ge、As、Sb、C、N、O、S、Te、Se、F、Cl、Br、I、At等非金属元素。关于这些金属、非金属,可以是单一的元素,也可以是由多种元素构成的合金、在金属元素中含有非金属元素的物质。另外,本发明中,将上述的金属的化合物称为金属化合物。作为金属化合物或上述的非金属的化合物,并无特别限定,如果列举出一例,则可列举出金属或非金属的盐、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物(水酸化酸化物)、氮化物、碳化物、络合物、有机盐、有机络合物、有机化合物或者它们的水合物、有机溶剂合物等。作为金属盐或非金属的盐,并无特别限定,可列举出金属或非金属的硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐、甲酸盐、乙酸盐、磷酸盐、亚磷酸盐、次磷酸盐(次亜リン酸塩)、氯化物、含氧盐(オキシ塩)、乙酰丙酮盐或它们的水合物、有机溶剂合物等,作为有机化合物,可列举出金属或非金属的醇盐等。以上这些金属化合物或非金属的化合物可单独地使用,也可作为多种以上的混合物使用。
例如在微粒为以氧化铁或氧化锌为核、壳用由硅氧化物构成的硅氧化物被覆的氧化铁微粒或氧化锌的情况下,作为核用氧化物原料,可列举出锌或铁的氧化物、氢氧化物、其他锌的盐、醇盐等化合物、它们的水合物等。并无特别限定,可列举出锌或铁的氯化物、硝酸盐、硫酸盐等无机化合物、锌或铁的醇盐、乙酰丙酮合物等有机化合物等。作为具体的一例,可列举出氧化锌、氯化锌、硝酸锌、氯化铁(III)、氯化铁(II)、硝酸铁(III)、硫酸铁(III)、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮铁、它们的水合物等。另外,作为壳用氧化物原料,可列举出硅的氧化物、氢氧化物、其他硅的盐、醇盐等化合物、它们的水合物。并无特别限定,可列举出苯基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-三氟丙基-三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン)、正硅酸四甲酯(TMOS)、正硅酸四乙酯(TEOS)和TEOS的低聚缩合物,例如Ethyl Silicate 40、四异丙基硅烷、四丙氧基硅烷、四异丁氧基硅烷、四丁氧基硅烷和同样的物质。进而,作为壳用氧化物原料,可使用其他的硅氧烷化合物、双(三乙氧基甲硅烷基)甲烷、1,9-双(三乙氧基甲硅烷基)壬烷、二乙氧基二氯硅烷、三乙氧基氯硅烷等。
另外,在上述微粒的制作中,使用至少包含微粒原料的微粒原料液。在上述微粒原料为固体的情况下,优选在使上述微粒原料熔融的状态或者在后述的溶剂中混合或溶解的状态(也包含分子分散的状态)下使用。即使在上述微粒原料为液体、气体的情况下,也可在后述的溶剂中混合或溶解的状态(也包含分子分散的状态)下使用。进而,在上述的微粒原料液中,即使包含分散液、浆料等状态的微粒原料液,也能够实施。
作为上述微粒的制作中的微粒析出物质,只要是能够使微粒原料作为微粒析出的物质,则并无特别限定。例如,在氧化物微粒的情况下,能够使用酸性物质或碱性物质。作为微粒析出物质,只要是能够使微粒原料作为微粒析出的物质,则并无特别限定,例如能够使用酸性物质或碱性物质。
(碱性物质)
作为上述微粒析出物质的碱性物质,可列举出氢氧化钠、氢氧化钾等金属氢氧化物、甲醇钠、异丙醇钠这样的金属醇盐、三乙胺、二乙基氨基乙醇、二乙胺等胺系化合物、氨等。
(酸性物质)
作为上述微粒析出物质的酸性物质,可列举出王水、盐酸、硝酸、发烟硝酸、硫酸、发烟硫酸等无机酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、氯乙酸、二氯乙酸、草酸、三氟乙酸、三氯乙酸等有机酸。
(微粒析出溶剂·制备中使用的溶剂)
在上述微粒的制作中,使用至少包含微粒析出物质的微粒析出溶剂,优选至少将微粒析出物质在溶剂中混合·溶解·分子分散来制备微粒析出溶剂。作为微粒原料液以及微粒析出溶剂的制备中使用的溶剂,例如可列举出水、有机溶剂、或者由它们的多种组成的混合溶剂。作为上述水,可列举出自来水、离子交换水、纯水、超纯水、RO水等,作为有机溶剂,可列举出醇化合物溶剂、酰胺化合物溶剂、酮化合物溶剂、醚化合物溶剂、芳香族化合物溶剂、二硫化碳、脂肪族化合物溶剂、腈化合物溶剂、亚砜化合物溶剂、卤素化合物溶剂、酯化合物溶剂、离子性液体、羧酸化合物、磺酸化合物等。上述的溶剂可各自单独地使用,也可将多种混合来使用。作为醇化合物溶剂,可列举出甲醇、乙醇等一元醇、乙二醇、丙二醇等多元醇等。另外,在不对微粒的制作产生不良影响的范围内,可根据需要将上述酸性物质混合在微粒原料液中。
(制备装置)
上述微粒原料液或微粒析出溶剂可适用于与为了使上述微粒分散而使用的分散处理装置同样的装置。
(分散剂等)
另外,在不对微粒的制作产生不良影响的范围内,根据目的、需要可使用各种的分散剂、表面活性剂。并无特别限定,作为分散剂、表面活性剂,能够使用一般使用的各种市售品、制品或新合成的产品等。作为一例,能够列举出阴离子性表面活性剂、阳离子性表面活性剂、非离子性表面活性剂、各种聚合物等分散剂等。它们可单独地使用,也可将2种以上并用。上述的表面活性剂和分散剂可包含在微粒原料液、微粒析出溶剂、壳用原料液中的至少任一个流体中,也可作为独立的流体使用。
(反应方法:析出处理装置)
本发明中,对微粒的由来没有限制,作为析出处理装置的一例,能够使用图3中所示的微型反应器得到微粒分散液。
就本实施方式中的析出处理装置而言,能够使用专利文献1、国际公开WO2009/008392号小册子等中所示的本申请的申请人的开发涉及的装置来实施。
该装置具有相对的第1和第2、2个处理用部10、20,第1处理用部10旋转。两处理用部10、20的相对的面分别成为处理用面。第1处理用部10具有第1处理用面1,第2处理用部20具有第2处理用面2。两处理用面1、2连接至第1、第2、第3被处理流体的流路d1、d2、d3,构成被处理流体的密封的流路的一部分。该两处理用面1、2间的间隔通常调节至1mm以下、例如0.1μm至50μm左右的微小间隔。由此,通过该两处理用面1、2间的被处理流体成为被两处理用面1、2强制的强制薄膜流体。
而且,该析出处理装置进行在处理用面1、2间使第1、第2或第3被处理流体混合并反应从而使微粒析出的流体处理。
更具体地说明,上述装置具有:保持上述的第1处理用部10的第1支架11、保持第2处理用部20的第2支架21、接面压赋予机构43、旋转驱动机构(未图示)、第1导入部d10、第2导入部d20、第3导入部d30和流体压赋予机构p1、p2、p3。
在上述实施方式中,第1处理用部10、第2处理用部20为环状的圆盘,第1处理用部10与第2处理用部20之间的上游侧的间隙(在该例中为环状的内周侧的间隙)构成第1导入部d10,从第1导入部d10导入到处理用面1、2的被处理流体从下游侧(在该例中为环状的外周侧的间隙)向处理用面1、2外流出。第2导入部d20和第3导入部d30在处理用面1、2中的至少任一者开口,对于从第1导入部d10导入到处理用面1、2间的被处理流体,从中途合流,这些被处理流体用处理用面1、2被混合。第3导入部d30的开口部比第2导入部d20的开口部更位于下游侧(在该例中为半径方向的外侧)。这些被处理流体成为被强制的薄膜流体,要向两处理用面1、2的下游侧移动。此时,通过使两处理用部10、20中的至少一者旋转,从而环状的半径方向上的移动矢量与圆周方向上的移动矢量的合成矢量作用于被处理流体,混合了的被处理流体从内侧向外侧以大致漩涡状移动。
在上述实施方式中,第2支架21固定于装置,安装于旋转驱动机构的旋转轴50的第1支架11旋转,被该第1支架11支承的第1处理用部10相对于第2处理用部20旋转。当然,也可使第2处理用部20旋转,还可使两者旋转。在本实施方式中,上述旋转速度例如能够设为350rpm至5000rpm。
在上述实施方式中,相对于第1处理用部10,第2处理用部20在旋转轴50的轴方向上接近分离,第2处理用部20的处理用面2侧的相反侧的部位可出没地收容于设置于第2支架21的收容部41。不过,也可与其相反地,第1处理用部10相对于第2处理用部20接近分离,还可以两处理用部10、20相互地接近分离。
接面压赋予机构是用于在第1处理用部10的第1处理用面1与第2处理用部20的第2处理用面2接近的方向上产生挤压力(以下称为接面压力)的机构,能够采用使用了弹簧43、流体压、重力等的机构。通过该接面压力与由第1至第3被处理流体的流体压力产生的使两处理用面1、2间分离的力(以下称为分离力)的均衡(压力平衡),两处理用面1、2间的间隔保持在规定的微小间隔,同时产生具有nm单位乃至μm单位的微小膜厚的薄膜流体。
在此,如图1(B)中所示那样,可在第1处理用部10的第1处理用面1中形成从第1处理用部10的中心侧向外侧、即在径向上延伸的沟状的凹部13。该凹部13能够在两处理用面1、2中的至少任一者中形成,通过形成这些凹部13,能够获得将被处理流体输送到两处理用面1、2间的微泵效应。
上述的导入部d20、d30优选设置于与不具有凹部13的平坦面16相对的位置。特别优选在与利用微泵效应导入时的第1被处理流体的流动方向以在处理用面间所形成的螺旋状变换为层流的流动方向的位点的下游侧的平坦面16相对的位置设置导入部d20、d30的开口。由此,可以在层流条件下进行多个被处理流体的混合和微粒的析出。
优选使第2导入部d2具有方向性。例如,能够使从导入部d20、d30的导入方向相对于第2处理用面2以规定的仰角倾斜,由此能够抑制向对于第1被处理流体的流动发生紊乱的同时将第2被处理流体导入处理用面1、2间。另外,从该导入部d20、d30的导入方向可在沿着上述的第2处理用面2的平面中具有方向性。
向两处理用部10、20的外侧喷出(吐出)的混合后的被处理流体作为微粒分散液经由器皿(vessel)v被收集于容器(未图示),或者不经过容器就被输送至图1的分散液改性装置100。
在采用图3(A)的实施方式涉及的析出处理装置制造核壳型的微粒的情况下,在两处理用面1、2间的区域中,开口部d20与开口部d30之间的区域成为:成为核的微粒的析出涉及的成为核的微粒的析出形成区域。而且,在两处理用面1、2间的区域中,开口部d30的下游(图的例子中为外侧)的区域成为:成为壳的被覆物的析出涉及的成为壳的氧化物的析出区域。不过,由于成为核的微粒的析出与成为壳的被覆物的析出连续地进行,因此两工序可以不是完全地被分开。换言之,在成为壳的被覆物的析出开始后,成为核的微粒的析出、成长的一部分也可继续。
应予说明,就上述的被处理流体的种类及其流路的个数而言,在图3(A)的例子中,设为3个,但也可为2个,为了将表面活性剂、分散剂等作为其他流体来区别而导入,也可形成4个以上的流路。
另外,就在各处理用部设置的导入部的开口部而言,对其形状、大小、个数并无特别限制,可适当地改变来实施。例如,可以为圆环形状,可以是排列成圆环形状的不连续的多个开口,也可以是单独的开口。
实施例
以下列举实施例对本发明更具体地说明。但是,本发明并不限定于下述的实施例。作为实施例和比较例,进行了以下的实验。各实验例中,所谓A液,是指从图3(A)中所示的析出处理装置的第1导入部d10导入的第1被处理流体,所谓B液,是指从相同析出处理装置(B)的第2导入部d20导入的第2被处理流体。另外,在本实施例中,除了制作用于进行实验例C1至C3的微粒分散液时以外,没有布设第3导入部d30,没有使用第3被处理流体。
(实验例的概要)
为了示出本发明的实施例和比较例,大致划分,对于实验例A、B和C的3种微粒进行了以下的实验。实验例A为金属微粒分散液的改性,对于有关实验例A的表,使用从A1开始的序号。实验例B为有机物微粒分散液的改性,对于有关实验例B的表,使用从B1开始的序号。实验例C为氧化物微粒分散液的改性,对于有关实验例C的表,使用从C1开始的序号。
(实验例A:金属微粒分散液的实验)
实验例A作为金属微粒分散液的改性,示出银铜合金微粒分散液的改性。在与这些金属微粒分散液的改性有关的实验例中,示出对于提高微粒分散性的效果。
(实验例A:金属微粒(银铜合金微粒)分散液的实验)
将实验例A1的结果示于表A4-1中。表A4-1中的用于表示分散稳定性的沉降程度的评价标准如下所述。
A评价:在2周结束时基本上未确认有沉降。
B评价:在2周结束时确认有沉降,但极少。
C评价:在2周结束时确认有沉降,但少许。
D评价:在2周结束时确认有沉降。
E评价:在2周结束时确认有大量的沉降。
F评价:在2周结束时确认有极多的沉降。
就沉降程度的评价而言,从装满分散液的烧杯的上方、侧面和底面目视观察,确认了沉降的程度。此时,综合地判断沉降物的高度、沉降物的明暗(认为暗的沉降物与明亮的沉降物相比沉降量要多)、沉降物的不均的有无、2层分离的明确性的各方面,进行了上述的评价。应予说明,该评价对于后述的实验例A、实验例B、实验例C全部相同。
(实验例A)
作为得到分散液的工序的前处理,使用作为高速旋转式分散乳化装置的クレアミックス(制品名:CLM-2.2S、M Technique Co.,Ltd.制造),制备了金属原料液、金属析出溶剂。具体地,基于表A1中所示的第一流体(A液)的配方,使用クレアミックス,在制备温度50℃、转子的转速20000rpm下将金属原料液的各成分搅拌30分钟,从而均质地混合,制备了金属原料液。另外,基于表A1中所示的第二流体(B液)的配方,使用クレアミックス,在制备温度45℃、转子的转速15000rpm下将金属析出溶剂的各成分搅拌30分钟,从而均质地混合,制备了金属析出溶剂。
应予说明,关于表A1中记载的化学式、缩写符号所示的物质,AgNO3为硝酸银(关东化学制造),Cu(NO3)2·3H2O为硝酸铜三水合物(关东化学制造),EG为乙二醇(キシダ化学制造),HMH为肼一水合物(关东化学制造),PVP为聚乙烯吡咯烷酮(K=30)(关东化学制造),DMAE为2-二甲基氨基乙醇(关东化学制造),KOH为氢氧化钾(制品名:カセイカリフレーク、日本曹达制造),纯水使用了pH 5.86(测定温度18.4℃)、导电率0.83μS/cm(测定温度18.3℃)的水。
接下来,作为得到分散液的工序,将制备的金属原料液、金属析出溶剂用图3(A)中所示的析出处理装置混合。另外,在本实验例中没有布设第3导入部d30,没有使用第3被处理流体(未图示)。具体地,将作为A液的金属原料液导入处理用面1、2间,一边以转速1700rpm使处理用部10运转,一边将作为B液的金属析出溶剂导入处理用面1、2间,将金属析出溶剂与金属原料液在薄膜流体中混合,在处理用面1、2间使金属微粒析出。其结果使含有金属微粒的流体(金属微粒分散液)从析出处理装置的处理用面1、2间喷出。将喷出的金属微粒分散液经由器皿v回收到烧杯中。
在表A2中示出析出处理装置的运转条件。在表A2中所示的A液以及B液的导入温度(送液温度)和导入压力(送液压力)是使用设置在通入处理用面1、2间的密封的导入路(第1导入部d1以及第2导入部d2)内的温度计和压力计测定的,表A2中所示的A液的导入温度为第1导入部d1内的导入压力下的实际的A液的温度,同样地,B液的导入温度是第2导入部d2内的导入压力下的实际的B液的温度。
在pH测定中使用了堀场制作所制造的型号D-71的pH计。在将A液和B液导入析出处理装置之前,在表A1中记载的温度下测定了其pH。另外,由于难以测定金属原料液与金属析出溶剂的混合后即刻的混合流体的pH,因此在室温下测定了从该装置中喷出、回收到烧杯中的金属微粒分散液的pH。
[表A1]
[表A2]
(实验例A1)
实验例A1涉及的分散液的改性实验相当于本发明的实施例。
在对分散液进行改性的工序中,对于由从析出处理装置喷出、回收到烧杯中的金属微粒分散液,使用图1(A)的分散液改性装置100进行了杂质的除去以及pH调节。在后述的表A3中,示出本发明的各实验例A1-A4涉及的改性处理的方法以及条件。具体地,首先,在图1(A)中所示的收容容器130中投入5kg的纯水(表A3:(1)、pH 5.86(测定温度23.2℃)、导电率0.83μS/cm(测定温度23.1℃)),开始泵104的运转,从而将该纯水供给至布设有分散机102(表A3:(3)、作为高速旋转式分散乳化装置的クレアミックス、制品名:CLM-2.2S、转子:R1、丝网:S0.8-48、M Technique Co.,Ltd.制造)的分散用容器101。通过泵104输送的纯水将分散用容器101内装满并溢流,被输送至除去部120,一部分与交叉流动用清洗液一起作为滤液L3被喷出,一部分再次返回至收容容器130。在除去部120具有过滤膜(表A3:(4)中空丝型透析器、制品名:APS-21MD New、膜面积:2.1m2、材质:聚砜、旭化成メディカル制造),作为交叉流动用清洗液,使用了以1.5L/min、21℃(表A3:(2)、pH 5.86(测定温度23.2℃)、导电率0.83μS/cm(测定温度23.1℃))通液的纯水。
接下来,开始分散机102的运转,将转子转速设定为20000rpm(表A3:(5)圆周速度:31.4m/s)。在将纯水排出直至收容容器130内的纯水成为1L(≒1kg)的阶段,将从析出处理装置喷出、回收到烧杯中的金属微粒分散液(以下称为金属微粒分散液)的3L(≒3kg)投入收容容器130(表A3:(6)、(7))。金属微粒分散液与在装置内循环的纯水混合,与上述纯水同样地从容器经由分散处理装置以及过滤膜循环至容器。此时,收容容器130内的金属微粒分散液的pH为11.39(测定温度:25.4℃)(表A3:(8)),导电率为645μS/cm(测定温度:25.1℃)(表A3:(9))(示于表A4-1的实验例A1-1)。
将金属微粒分散液在分散用容器101内分散处理后送液至除去部120进行过滤,将含有杂质的滤液L3与交叉流动用清洗液一起排出。利用泵104以6.4L/min的流量送液的金属微粒分散液以(表A3:(10))、5.4L/min再次返回至收容容器130(表A3:(11)),因此利用除去部120的过滤膜,包含杂质的滤液L3以1.0L/min的流量被排出(表A3:(12))。
在将收容容器130内的金属微粒分散液浓缩直至2.0L(≒2.0kg)的阶段,将纯水(pH 5.86(测定温度:23.2℃)导电率0.83μS/cm(测定温度23.1℃))3L(≒3.0kg)投入收容容器130(表A3:(13)、(14))。在投入中及其前后,不改变运转状态地继续,将金属微粒分散液中的杂质除去。在浓缩时(分散液为2.0L)与稀释时(分散液为5L)之间,金属微粒分散液中的金属微粒的浓度在0.1wt%至0.2wt%之间变动(表A3:(15))。对于图1中的压力计,2个Pa都显示0.10MPaG,Pb显示0.15MPaG,Pc显示0.02MPaG(表A3:(16)、(17)、(18))。从分散用容器101到除去部120的直连转移路径(直前移送経路)的路径长(Lea)为0.3m(表A3:(19)),配管内径(Leb)为0.0105m(表A3:(20))。直连转移路径中的微粒分散液的流速为1.2m/sec(表A3:(21)),另外,从分散用容器101到通过除去部120开始杂质的除去的时间T1为0.24sec(0.24秒)(表A3:(22)),即,将杂质放出到分散液中后,在3秒以内开始从上述分散液除去杂质的除去处理。另外,在分散用容器101内布设的温度计(未图示)为25℃至29℃(表A3:(23)),收容容器130内的金属微粒分散液的温度在处理中为24至29℃(表A3:(24))。应予说明,在导电率测定中使用了堀场制作所制造的型号ES-51的电子导电率计(表A3:(25))。
[表A3]
在继续上述处理的过程中,将每处理时间从收容容器130分取的金属微粒分散液设为实验例A1-1至实验例A1-6,将在实验例A1-6的金属微粒分散液中加入pH调节剂的分散液设为实验例A1-7以及实验例A1-8。实验例A1-1至实验例A1-8的金属微粒分散液中的金属微粒的浓度以银铜合金计,全部为0.2wt%。在表A4-1中示出金属微粒分散液的改性处理中的、金属微粒分散液的pH、导电率以及PVP残留率。
如在表A4-1中看到那样,通过进行改性处理,金属微粒分散液的pH以及导电率接近了与交叉流动用清洗液以及投入到收容容器130的纯水同样的值。将对于实验例A1-1至实验例A1-8分别分取的金属微粒分散液的一部分稀释而成的液体滴至胶棉膜(コロジオン膜),在大气气氛中干燥4小时,制成了TEM观察试样。再有,就上述PVP残留率而言,对于分散液的改性处理中在上述实验例A1-1至实验例A1-8中得到的各个金属微粒分散液,通过ICP分析算出作为液体中的金属微粒的银铜合金的浓度,将从使分散液的一部分真空干燥而得到的固体成分浓度减去上述银铜合金的浓度所得的值设为PVP浓度,关于上述PVP浓度相对于上述银铜合金的浓度的比例,将分散液的改性处理开始时设为残留率100%而算出。
[表A4-1]
(分散稳定性和自分散性)
实验例A1-1、实验例A1-2的金属微粒分散液在表A4-1的初期沉降确认时期记载的时间下确认到沉降,确认了分离为含有金属微粒的层和几乎不含金属微粒的层。再有,所谓初期沉降确认时期,是指在上述改性处理中分取的分散液以及在该分取的分散液中投入pH调节剂而调制分散液的pH后开始确认到微粒的沉降的时期,该评价对于后述的实验例A、实验例B、实验例C的全部都相同。对于实验例A1-3以及实验例A1-4,在分取后静置了1周时少许地发现金属微粒的沉降,实验例A1-5的金属微粒分散液在分取后静置了1周时极少地发现了金属微粒的沉降,沉降物的量为分散液中所含的金属微粒的0.1wt%左右。但是,对于由实验例A1-5进一步延长处理时间而制备的实验例A1-6的金属微粒分散液,在分取后静置了0.5小时时发现明显的金属微粒的沉降,确认了分离为含有金属微粒的层和几乎不含金属微粒的层。可知通过使用本发明的分散液改性装置,基于金属微粒分散液的处理时间来控制pH或导电率,从而能够控制金属微粒分散液中的金属微粒的分散性。进而对于实验例A1-5,确认在分取后静置了2周时,金属微粒的沉降物变得比分取后静置了1周时更少,基本上未确认有沉降物。通过以使金属微粒分散液的pH成为6.5至8.5的范围的方式进行制备,能够提高金属微粒分散液中所含的金属微粒的分散性,金属微粒分散液的pH设为6.5至7.5的范围的金属微粒分散液中的金属微粒对于通过1周的静置而暂时产生的沉降物,在没有特别地进行分散处理的情况下再次分散,因此认为包含具有自分散性的金属微粒。
(分散工序和除去工序结束后的pH调节)
将作为pH调节剂的0.05wt%氨水溶液投入实验例A1-6的金属微粒分散液,使用クレアミックス(制品名:CLM-2.2S、转子:R1、丝网:S0.8-48、M Technique Co.,Ltd.制造)以20000rpm进行30分钟的分散处理,从而制备了实验例A1-7和实验例A1-8。将实验例A1-7和实验例A1-8的结果示于表A4-1中。pH调制为6.73(测定温度:25.1℃)、导电率调制为4.16μS/cm(测定温度:25.3℃)的实验例A1-7显示出与实验例A1-5的金属微粒分散液同样的分散稳定性和自分散性。
关于pH调制为7.74(测定温度:25.6℃)、导电率调制为5.94μS/cm(测定温度:25.6℃)的实验例A1-8,显示出与在实验例A1-3以及实验例A1-4的条件下得到的金属微粒分散液同样的分散稳定性和自分散性。
(分散性的评价:TEM观察)
将实验例A1-5的金属微粒分散液中的金属微粒的TEM照片示于图4中。由图4(a)的10000倍的TEM照片确认了金属微粒均匀地分散的状态。另外,由图4(b)的800000倍的TEM照片确认了一次粒径为10nm左右。另外,对于在实验例A1-7的条件下制作的金属微粒也得到了同样的结果(未图示)。应予说明,就实验例A中的TEM观察而言,使用透射型电子显微镜、JEM-2100(JEOL制造),作为观察条件,使加速电压为200kV,使观察倍率为1万倍以上,对金属微粒分散液的分散性进行了评价。
将实验例A1-6的条件下得到的金属微粒的TEM照片示于图5中。由图5(a)的50000倍的TEM照片以及(b)的100000倍的TEM照片,观察到与实验例A1-5相比金属微粒凝聚的样子,另外也观察到为数众多的凝聚体。
将实验例A1-4的条件下得到的金属微粒的TEM照片示于图6中。由图6(a)的10000倍的TEM照片以及(b)的600000倍的TEM照片,观察到与实验例A1-5相比金属微粒凝聚的样子,但与实验例A1-6的条件下得到的金属微粒相比,观察到凝聚体的个数少、均匀地分散的样子。另外,对于实验例A1-3以及实验例A1-8的金属微粒也获得了同样的结果(未图示)。
在实验例A1-1以及实验例A1-2的TEM照片中,由于是金属微粒分散液的清洗工序刚开始后即刻的照片,因此除了与实验例A1-6同样的金属微粒的凝聚体以外,还观察到杂质(KOH、KNO3等)(未图示)。
由以上的结果,通过使用由采用利用过滤膜的交叉流动方式将杂质从金属微粒分散液除去的装置和分散机组成的装置制备金属微粒分散液,能够控制金属微粒分散液中所含的金属微粒的分散性。另外,可知通过使金属微粒分散液的pH控制范围成为6.5至8.5,从而分散稳定性提高。进而,可知例如即使使金属微粒分散液的pH成为5.97、金属微粒分散液中的金属微粒的分散性降低的情况下,通过将该金属微粒分散液的pH再次调节到6.5至8.5的范围,分散稳定性也提高。即,可知通过在进行了本发明的分散液的改性方法中的杂质的除去处理后控制pH或导电率,也能够控制金属微粒分散液中的金属微粒的分散性。进而,可知对于金属微粒分散液中的PVP,也能够通过进行上述处理来减少。
(实验例A2、A3、A4)
实验例A2以及实验例A3除了改变实验例A1中的分散机102(クレアミックス)的转速以外,采用与实验例A1相同的方法进行改性处理,实验例A4除了将图1(A)中记载的装置的分散机102以及分散用容器101去除、使用泵104从装满金属微粒分散液的收容容器130向除去部120直接送液来进行过滤以外,采用与实验例A1相同的方法进行了改性处理。实验例A2为将分散机的转速变为15000rpm(圆周速度:23.6m/sec),实验例A3为将分散机的转速变为6000rpm(圆周速度:7.9m/sec、实验例A3)而进行的条件,从分散用容器101到除去部120的直连转移路径中的、路径长(Lea)、配管内径(Leb)以及微粒分散液的流速、从分散用容器101到通过除去部120开始杂质的除去的时间T1与实验例A1相同。将实验例A2、A3和A4的条件示于表A3中,将实验例A2的结果示于表A4-2中,将实验例A3的结果示于表A4-3中,将实验例A4的结果示于表A4-4中。应予说明,实验例A2涉及的分散液的改性实验相当于本发明的实施例,实验例A3以及实验例A4涉及的分散液的改性实验相当于本发明的比较例。
[表A4-2]
[表A4-3]
[表A4-4]
如表A4-2中所示的实验例A2的结果中看到那样,由于使分散机的转速与实验例A1相比减小,直至使金属微粒分散液的pH以及导电率与实验例A1同等需要长时间,但通过进行制备直至使金属微粒分散液的pH以及导电率成为与实验例A1同样的值,能够制备显示与实验例A1中得到的金属微粒分散液同样的分散稳定性的分散液。另外,采用与实验例A1相同的方法将作为pH调节剂的0.05wt%氨水溶液投入实验例A2-6的金属微粒分散液中而制备的实验例A2-7显示与实验例A2-5的金属微粒分散液同样的分散稳定性和自分散性,实验例A2-8显示与实验例A2-3以及实验例A2-4的金属微粒分散液同样的分散稳定性。即,可知通过与实验例A1同样地在进行了本发明的分散液的改性方法中的除去处理后控制pH或导电率,也能够控制金属微粒分散液中的金属微粒的分散性。
如在表A4-3中所示的实验例A3的结果中看到那样,在分散机的转速为圆周速度:10m/sec以下的条件的情况下,即使在将金属微粒分散液的pH调节到例如实验例A1中金属微粒分散液的分散稳定性提高的6.5至8.5的情况下,金属微粒分散液的分散稳定性也比实验例A1中得到的金属微粒低,在所有条件下,在3日以内确认了金属微粒的沉降。认为原因在于,从分散机102给予凝聚体b的物理能E不充分,因此从处理中途开始凝聚体b的分散不充分、或者从分散机102送液至除去部120时一部分分散的粒子全部返回到凝聚体b,成为了图2(C)那样的状态。
如在表A4-4中所示的实验例A4的结果中看到那样,采用没有布设分散机的膜过滤装置进行金属微粒分散液的改性处理的情况下,即使反复进行处理,直至pH低于6.82的处理也困难。另外,即使在进行了处理直至与实验例A1同样的pH的情况下,也不能确认到与实验例A1同等的分散性以及分散稳定性,在所有条件下,在3日以内确认了金属微粒的沉降。另外,直至处理结束,PVP残留率为100%,在本实验例A4中使用的过滤膜的条件下,未能使制作银铜合金微粒时使用的PVP减少。
(实验例A5)
作为实验例A5,对于实验例A中从析出处理装置喷出、回收到烧杯中的金属微粒的分散液分别单独地进行了采用间歇式的分散处理和采用膜过滤的改性处理。应予说明,实验例A5相当于本发明的比较例。具体地,将5kg(≒5.0L)从析出处理装置喷出、回收到烧杯中的金属微粒的分散液投入收容容器130中,使用クレアミックス(制品名:CLM-2.2S、转子:R1、丝网:S0.8-48、M Technique Co.,Ltd.制造),在20000rpm(圆周速度:31.4m/s)下进行了20分钟的分散处理。金属微粒分散液的温度在处理中为24至29℃。分散处理结束后,与实验例A4同样地,使用将图1(A)中记载的装置的分散机102以及分散用容器101、即分处理装置110去除的装置,使用泵104从装满金属微粒分散液的收容容器130向除去部120直接送液,进行了过滤。处理中使用的过滤膜、清洗液、泵等与实验例A1至A4相同。应予说明,从分散处理结束后到过滤开始的时间需要20分钟,在过滤开始的时刻已看到了金属微粒的明显的凝聚和沉降。就膜过滤的处理而言,在收容容器内的金属微粒分散液成为2L(≒2.0kg)的时刻从处理装置将金属微粒分散液抽出,确认了金属微粒分散液的pH、导电率以及分散性和分散稳定性。在收容容器130投入纯水3.0L,反复上述处理操作,从而进行了金属微粒分散液的改性处理,将结果示于表A4-5中。
[表A4-5]
如表A4-5中看到那样,进行了改性处理直至金属微粒分散液的pH成为6.79。但是,即使反复进行处理,直至pH低于6.79的处理也困难。另外,即使在进行了处理直至与实验例A1同样的pH的情况下,也不能确认到与实验例A1同等的分散性以及分散稳定性,在所有条件下,在3日以内确认了金属微粒的沉降。这是因为,在实验例A5中,分别单独地进行了采用间歇式的分散处理和采用膜过滤的除去处理,因此在由于杂质而全部发生再凝聚之前,未能进行利用除去部将上述杂质从上述分散液除去的除去处理。
(实验例A6至A9)
改变实验例A1的改性处理的条件,进行了实验例A6至A9的实验。再有,实验例A6至A9的实验相当于本发明的实施例。将改变的条件示于表A4-6中。应予说明,表A4-6中所示的压力计示数Pa为图1(A)中所示的2个压力计Pa共同的压力示数。
[表A4-6]
就实验例A6的条件而言,是与实验例A1相比使泵104的流量、即金属微粒分散液从收容容器130到分散处理装置110、除去部120的送液流量增加的实验例,另外,使Lea以及Leb与实验例A1相同,因此直连转移路径中的分散液的流速(FL)变大,T1变短。在实验例A6的条件下,通过进行改性处理直至与实验例A1同样的pH或导电率,从而能够制备显示出比实验例A1优异的分散性或分散稳定性的金属微粒分散液。如表A4-6中看到那样,在实验例A6的条件中,通过使泵104的流量比A1增加,从而能够使滤液L3的排出量增加,因此能够缩短处理时间。就实验例A7的条件而言,是与实验例A1相比使金属微粒分散液的温度上升的实验例。通过使金属微粒分散液的温度上升,能够使滤液L3的排出量增加,因此能够缩短处理时间,通过进行改性处理直至与实验例A1同样的pH或导电率,能够制备显示与实验例A1同样的分散性或分散稳定性的金属微粒分散液。
再有,实验例A6中得到的金属微粒中的、显示出比实验例A1优异的分散性或分散稳定性的金属微粒分散液是指如下的金属微粒分散液:相对于例如实验例A1-4中得到的将pH调制为7.77的金属微粒分散液,通过调制为相同pH,从而初期沉降确认时间变得更长,另外在TEM观察中也确认了金属微粒与实验例A1-4相比更分散的状态。
实验例A8的条件是与实验例A1相比使泵104的流量减小、使Lea增加的实验条件。是滤液L3的排出量减小、T1长的条件,但通过进行改性处理直至与实验例A1同样的pH或导电率,能够制备显示与实验例A1同样的分散性或分散稳定性的金属微粒分散液。
实验例A9的条件是由实验例A1的条件改变Lea、Leb从而改变为T1成为3秒以上的条件。能够进行改性处理直至与实验例A1同样的pH或导电率,但即使在进行了改性处理直至与实验例A1-5同样的pH的情况下,也未能制备显示出实验例A1-5中获得那样的分散性以及分散稳定性的微粒分散液。
由以上可知,通过改变直连转移路径中的流速、流量、流体压或温度,能够控制金属微粒分散液中所含的金属微粒的分散性,另外,通过它们的改变,可以提高金属微粒的分散性。
(实验例B:有机物微粒(姜黄素微粒)分散液的实验)
作为实验例B,示出作为有机物的姜黄素。作为得到分散液的工序的前处理,使用作为高速旋转式分散乳化装置的クレアミックス(制品名:CLM-2.2S、M Technique Co.,Ltd.制造),制备了有机物原料液、有机物析出溶剂。具体地,基于表B1中所示的第二流体(B液)的配方,使用クレアミックス在制备温度25℃、转子的转速20000rpm下将有机物原料液的各成分搅拌30分钟,从而均质地混合,制备了有机物原料液。另外,基于表B1中所示的第一流体(A液)的配方,使用クレアミックス在制备温度35℃、转子的转速15000rpm下将有机物析出溶剂的各成分搅拌30分钟,从而均质地混合,制备了有机物析出溶剂。
应予说明,关于表B1中记载的化学式、缩略符号所示的物质,HPMC使用了羟甲基纤维素(メタロースSE-03信越化学工业制造),使用了柠檬酸(关东化学制造),EtOH使用了乙醇(纯度99.5%、关东化学制造),纯水使用了pH 5.86(测定温度18.4℃)、导电率0.83μS/cm(测定温度18.3℃)的水。
接下来,作为得到分散液的工序,使用图3(A)中所示的析出处理装置将制备的有机物原料液、有机物析出溶剂混合。另外,在本实验例中,没有布设第3导入部d30,没有使用第3被处理流体(无图示)。具体地,将作为A液的有机物析出溶剂导入处理用面1、2间,一边以转速500rpm使处理用部10运转,一边将作为B液的有机原料液导入处理用面1、2间,将有机物析出溶剂和有机物原料液在薄膜流体中混合,在处理用面1、2间使有机物微粒析出。其结果含有有机物微粒的流体(有机物微粒分散液)从析出处理装置的处理用面1、2间喷出。喷出的有机物微粒分散液经由器皿v回收到烧杯中。
在表B2中示出析出处理装置的运转条件。表B2中所示的A液以及B液的导入温度(送液温度)和导入压力(送液压力)是使用设置在通入处理用面1、2间的密封的导入路(第1导入部d1以及第2导入部d2)内的温度计和压力计测定的,表B2中所示的A液的导入温度是第1导入部d1内的导入压力下的实际的A液的温度,同样B液的导入温度是第2导入部d2内的导入压力下的实际的B液的温度。
在pH测定中使用了堀场制作所制的型号D-71的pH计。在将A液导入析出处理装置之前,在表B1中记载的温度下测定了其pH。另外,由于难以测定有机物原料液与有机物析出溶剂的混合后即刻的混合流体的pH,因此在室温下测定了从该装置喷出、回收到烧杯中的有机物微粒分散液的pH。
[表B1]
[表B2]
(实验例B1)
实验例B1涉及的分散液的改性实验相当于本发明的实施例。
在对分散液进行改性的工序中,对于从析出处理装置喷出、回收到烧杯中的有机物微粒分散液,使用图1(A)的分散液改性装置100进行了杂质的除去以及pH调节。在后述的表B3中,示出了本发明的各实验例B1至B4涉及的改性处理的方法以及条件。除了表B3中记载的条件以外,采用与实验例A同样的操作进行了处理。
[表B3]
在表B3中所示的实验例B1的条件下,在继续进行改性处理的过程中,将每处理时间从收容容器130分取的有机物微粒分散液设为实验例B1-1至实验例B1-5,将在实验例B1-5的有机物微粒分散液中加入了pH调节剂的分散液设为实验例B1-6以及实验例B1-7,将在实验例B1-6中加入了pH调节剂的分散液设为实验例B1-8。实验例B1-1至实验例B1-8的条件下得到的有机物微粒分散液中的有机物微粒的浓度以姜黄素计,全部为0.2wt%。在表B4-1中示出有机物微粒分散液的改性处理中的、有机物微粒分散液的pH、导电率以及乙醇残留率(EtOH残留率)。
如表B4-1中看到那样,通过进行改性处理,有机物微粒分散液的pH以及导电率接近了与交叉流动用清洗液以及在收容容器130中投入的纯水同样的值。对于实验例B1-1至实验例B1-8,将各自分取的有机物微粒分散液的一部分稀释而成的液体滴到胶棉膜上,在大气气氛下使其干燥4小时,制成了TEM观察试样。应予说明,上述EtOH残留率是将实验例B1-1至实验例B1-8的每个条件下分取的一部分的有机物微粒分散液冻结干燥而得到的姜黄素粉末中所含的乙醇的浓度,是使得到的姜黄素粉末溶解于二甲基亚砜(DMSO)、使用气相色谱测定的结果。表中,EtOH残留率记载为0的结果意味着采用气相色谱的测定中的检测限度(姜黄素粉末中的EtOH残留率:0.01%)以下。
[表B4-1]
(分散稳定性和自分散性)
对于实验例B1-1、实验例B1-2的有机物微粒分散液,在表B4-1的初期沉降确认时期中记载的时间发现沉降,确认分离为含有有机物微粒的层和大体上不含有机物微粒的层。对于实验例B1-3以及实验例B1-4,在分取后静置1周时少许地发现有机物微粒的沉降,对于实验例B1-5的有机物微粒分散液,在分取后静置1周时,极少量地发现了有机物微粒的沉降,沉降物的量为分散液中所含的有机物微粒的0.1wt%左右。可知通过使用本发明的分散液改性装置,基于有机物微粒分散液的处理时间来控制pH或导电率,从而有机物微粒分散液中的有机物微粒的分散性提高。进而,对于实验例B1-5,确认在分取后静置2周时,有机物微粒的沉降物变得比分取后静置1周时要少,基本上未确认有沉降物,因此从没有特别地进行分散处理就再次分散出发,认为包含具有自分散性的有机物微粒。
(除去工序结束后的pH调节)
另外,在实验例B1-5的有机物微粒分散液中投入作为pH调节剂的0.05wt%碳酸氢钠水溶液,使用クレアミックス(制品名:CLM-2.2S、转子:R1、丝网:S0.8-48、M TechniqueCo.,Ltd.制造)以20000rpm进行30分钟分散处理,制作了实验例B1-6和实验例B1-7。另外,在实验例B1-6中投入作为pH调节剂的0.02wt%柠檬酸水溶液,再次使用クレアミックス(制品名:CLM-2.2S、转子:R1、丝网:S0.8-48、M Technique Co.,Ltd.制造)以20000rpm进行30分钟分散处理,制备了实验例1-8的有机物微粒分散液。将实验例B1-6至实验例B1-8的结果示于表B4-1中。关于以使pH成为6.51(测定温度:25.1℃)、使导电率成为6.29μS/cm(测定温度:25.3℃)的方式制备的实验例B1-6,显示出与实验例B1-3或实验例B1-4的有机物微粒分散液同样的分散稳定性。关于以使pH成为7.68(测定温度:25.1℃)、使导电率成为20.1μS/cm(测定温度:25.1℃)的方式制备的实验例B1-7,与实验例B1-5相比分散稳定性降低。关于以使pH成为5.81(测定温度:25.4℃)、使导电率成为18.6μS/cm(测定温度:25.1℃)的方式制备的实验例B1-8,显示出与在实验例B1-5的条件下得到的有机物微粒分散液同样的分散稳定性和自分散性。
(分散性的评价:TEM观察)
将实验例B1-5的条件下得到的有机物微粒的TEM照片示于图7中。由图7(a)的2500倍的TEM照片确认了有机物微粒均匀地分散的样子。另外,由图7(b)的20000倍的TEM照片确认了一次粒径为50nm至100nm左右。另外,在实验例B1-8的条件下制作的有机物微粒也获得了同样的结果(无图示)。应予说明,就实验例B中的TEM观察而言,使用透射型电子显微镜、JEM-2100(JEOL制造),作为观察条件,使加速电压为80kV,使观察倍率为2500倍以上,对有机物微粒分散液的分散性进行了评价。
将实验例B1-7的条件下得到的有机物微粒的TEM照片示于图8中。由图8(a)的2500倍的TEM照片以及(b)的10000倍的TEM照片观察到有机物微粒与实验例B1-5相比凝聚的样子,另外也观察到溶解了的粒子。
将实验例B1-4的条件下得到的有机物微粒的TEM照片示于图9中。由图9(a)的2500倍的TEM照片以及(b)的10000倍的TEM照片观察到有机物微粒与实验例B1-5相比凝聚的样子,观察到与在实验例B1-7的条件下得到的有机物微粒相比凝聚体的数少、均匀地分散的样子。另外,实验例B1-3以及B1-6的条件下制作的有机物微粒也获得了同样的结果(无图示)。
在实验例B1-1和实验例B1-2的TEM照片中,由于是有机物微粒分散液的清洗工序刚开始后,因此除了有机物微粒的凝聚体以外,也观察到了杂质(柠檬酸等)(无图示)。
由以上的结果可知,通过使用由对有机物微粒分散液采用利用过滤膜的交叉流动方式将杂质除去的装置和分散机组成的装置制备有机物微粒分散液,能够控制有机物微粒分散液中所含的有机物微粒的分散性,通过基于有机物微粒分散液的处理时间来控制pH或导电率,能够提高分散稳定性。另外可知,关于本发明的分散液的改性方法,通过在进行了杂质的除去处理后控制pH或导电率,也能够控制有机物微粒分散液中的有机物微粒的分散性。
(实验例B2、B3、B4)
实验例B2以及实验例B3除了改变实验例B1中的分散机的转速以外,采用与实验例B1相同的方法进行改性处理,实验例B4除了去除图1(A)中记载的装置的分散机102以及分散用容器101,使用泵104从装满机物微粒分散液的收容容器130向除去部120直接送液来进行过滤以外,采用与实验例B1相同的方法进行了改性处理。将处理条件示于表B3中,将实验例B2的结果示于表B4-2中,将实验例B3的结果示于表B4-3中,将实验例B4的结果示于表B4-4中。应予说明,实验例B2涉及的分散液的改性实验相当于本发明的实施例,实验例B3以及实验例B4涉及的分散液的改性实验相当于本发明的比较例。
[表B4-2]
[表B4-3]
[表B4-4]
如表B4-2中所示的实验例B2的结果中所看到那样,由于与实验例B1相比使分散机的转速减小,因而直至使有机物微粒分散液的pH以及导电率成为同等,需要长时间,但通过进行制备直至使有机物微粒分散液的pH以及导电率成为与实验例B1同样的值,能够制备显示与实验例B1中得到的有机物微粒分散液同样的分散性的分散液。另外,就采用与实验例B1相同的方法在实验例B2-5的有机物微粒分散液投入作为pH调节剂的0.05wt%碳酸氢钠水溶液而制备的实验例B2-6而言,与实验例B2-5相比分散性降低,显示与实验例B2-3以及实验例B2-4同样的分散性,在实验例B2-6中投入0.02wt%柠檬酸水溶液而制备的实验例B2-7显示出与实验例B2-5同样的分散稳定性。即,可知通过与实验例B1同样地在进行了本发明的分散液的改性方法中的除去处理后控制pH或导电率,也能够控制有机物微粒分散液中的有机物微粒的分散性。
如表B4-3中所示的实验例B3的结果中看到那样,在分散机的转速为圆周速度:10m/sec以下的条件的情况下,即使将有机物微粒分散液的pH调节到例如实验例B1中有机物微粒分散液的分散稳定性提高的5.4至6.5的情况下,有机物微粒分散液的分散稳定性也比实验例B1中得到的有机物微粒低,在所有条件下,在3日以内确认了金属微粒的沉降。认为原因在于,从分散机102给予凝聚体b的物理能E不充分,因此从处理中途开始凝聚体b的分散变得不充分、或者从分散机102向除去部120送液时一部分分散的粒子全部返回到凝聚体b,成为了图2(C)这样的状态。
如表B4-4中所示的实验例B4的结果中看到那样,在采用没有布设分散机的膜过滤装置进行有机物微粒分散液的改性处理的情况下,即使反复进行处理,直至pH超过5.29的处理也困难。另外,未能确认到与实验例B1同等的分散性以及分散稳定性,在所有条件下,在1日以内确认了有机物微粒的沉降。
(实验例B5)
作为实验例B5,对于实验例B中从析出处理装置喷出、回收到烧杯中的有机物微粒分散液分别单独地进行了采用间歇式的分散处理和采用膜过滤的改性处理。应予说明,实验例B5相当于本发明中的比较例。具体地,将5kg(≒5.0L)从析出处理装置喷出、回收到烧杯中的有机物微粒的分散液投入收容容器130中,使用クレアミックス(制品名:BLM-2.2S、转子:R1、丝网:S0.8-48、M Technique Co.,Ltd.制造),以20000rpm(圆周速度:31.4m/s)进行了20分钟的分散处理。有机物微粒分散液的温度在处理中为24至28℃。分散处理结束后,与实验例B4同样地,使用去除了图1(A)中记载的装置的分散机102以及分散用容器101、即分处理装置110的装置,使用泵104从装满机物微粒分散液的收容容器130向除去部120直接送液,进行了过滤。在处理中使用的过滤膜、清洗液、泵等与实验例B1至B4相同。再有,从分散处理结束后到过滤开始的时间需要20分钟,在过滤开始的时刻已看到了有机物微粒的明显的凝聚和沉降。就膜过滤的处理而言,在收容容器内的有机物微粒分散液成为2L(≒2.0kg)的时刻从处理装置抽出有机物微粒分散液,确认了有机物微粒分散液的pH、导电率以及分散性和分散稳定性。在收容容器130中投入纯水3.0L,反复进行上述处理操作,从而进行了有机物微粒分散液的改性处理,将结果示于表B4-5中。
[表B4-5]
如表B4-5中看到那样,进行了改性处理直至有机物微粒分散液的pH成为5.39。但是,即使反复进行处理,直至pH超过5.39的处理也困难。另外,即使在进行了处理直至与实验例B1同样的pH的情况下,也未能确认到与实验例B1同等的分散性以及分散稳定性。这是因为,在实验例B5中,由于分别单独地进行采用间歇式的分散处理和采用膜过滤的除去处理,因此在由于杂质而全部发生再凝聚之前,未能进行通过除去部将上述杂质从上述分散液中除去的除去处理。
(实验例B6至B9)
改变实验例B1的改性处理的条件,进行了实验例B6至B9的实验。应予说明,实验例B6至B8的实验相当于本发明的实施例,实验例B9的实验相当于比较例。将改变了的条件示于表B4-6中。应予说明,表B4-6中所示的压力计示数Pa为图1(A)中所示的2个压力计Pa共同的压力示数。
[表B4-6]
就实验例B6的条件而言,与实验例B1相比,是使泵104的流量、即将有机物微粒分散液从收容容器130向分散处理装置110、除去部120的送液流量增加了的实验例,另外,使Lea以及Leb与实验例B1相同,因此直连转移路径中的分散液的流速(FL)提高,T1变短。在实验例B6的条件下,通过进行改性处理直至与实验例B1同样的pH或导电率,能够制备显示出比实验例B1优异的分散性或分散稳定性的有机物微粒分散液。如在表B4-6中看到那样,在实验例B6的条件下,通过与B1相比使泵104的流量增加,能够使滤液L3的排出量增加,因此能够缩短处理时间。就实验例B7的条件而言,与实验例B1相比,是使有机物微粒分散液的直连转移路径的压力上升的实验例。通过进行改性处理直至与实验例B1同样的pH或导电率,能够制备显示与实验例B1同样的分散性或分散稳定性的有机物微粒分散液,另外,能够使滤液L3的排出量增加,因此能够缩短处理时间。
再有,实验例B6中得到的有机物微粒中的、显示出比实验例B1优异的分散性或分散稳定性的有机物微粒分散液是指如下的有机物微粒分散液:相对于例如实验例B1-4中得到的pH调制为5.52的有机物微粒分散液,通过调制为同pH,从而初期沉降确认时间进一步延长、另外在TEM观察中也确认了有机物微粒与实验例B1-4相比更分散的状态。
实验例B8的条件为与实验例B1相比使泵104的流量减小、使Lea增加的实验条件。是滤液L3的排出量减少、T1长的条件,但通过进行改性处理直至与实验例B1同样的pH或导电率,能够制备显示与实验例B1同样的分散性或分散稳定性的有机物微粒分散液。
实验例B9的条件是由实验例B1的条件改变Lea、Leb,从而改变为T1成为3秒以上的条件,即使反复进行处理,直至pH超过5.29的处理也困难,另外不能确认与实验例B1同等的分散性以及分散稳定性,在所有条件下,在3日以内确认了有机物微粒的沉降。认为原因在于,由于T1成为了3秒以上,因而利用从分散机102到凝聚体b的物理能E而暂时分散了的有机物微粒在从分散机102向除去部120送液时返回到凝聚体b,成为了图2(C)这样的状态。
由以上可知,通过改变直连转移路径中的流速、流量或流体压,能够控制有机物微粒分散液中所含的有机物微粒的分散性,另外通过它们的改变,可以提高有机物微粒的分散性。
(实验例C:氧化物微粒分散液的实验)
作为得到分散液的工序的前处理,使用作为高速旋转式分散乳化装置的クレアミックス(制品名:CLM-2.2S、M Technique Co.,Ltd.制造),制备了氧化物原料液、氧化物析出溶剂以及硅氧化物原料液。具体地,基于表C1中所示的第1流体(A液)的配方,使用クレアミックス在制备温度40℃、转子的转速20000rpm下将氧化物原料液的各成分搅拌30分钟,从而均质地混合,制备了氧化物原料液。另外,基于表C1中所示的第2流体(B液)的配方,使用クレアミックス在制备温度45℃、转子的转速15000rpm下将氧化物析出溶剂的各成分搅拌30分钟,从而均质地混合,制备了氧化物析出溶剂。进而,基于表C1中所示的第3流体硅氧化物原料液(C液)的配方,使用クレアミックス在制备温度20℃、转子的转速6000rpm下将硅氧化物原料液的各成分搅拌10分钟,从而均质地混合,制备了硅氧化物原料液。
应予说明,关于表C1中记载的化学式、缩略符号所示的物质,97wt%H2SO4使用了浓硫酸(キシダ化学制造),NaOH使用了氢氧化钠(关东化学制造),TEOS使用了正硅酸四乙酯(和光纯药制造),Fe(NO3)3·9H2O使用了硝酸铁九水合物(关东化学制造)。
接下来,作为得到分散液的工序,将制备的氧化物原料液、氧化物析出溶剂以及硅氧化物原料液用图3(A)中所示的析出处理装置混合。具体地,将作为A液的氧化物原料液导入处理用面1、2间,一边以转速1130rpm使处理用部10运转,一边将作为B液的氧化物析出溶剂导入处理用面1、2间,将氧化物析出溶剂与氧化物原料液在薄膜流体中混合,在处理用面1、2间,使氧化物微粒析出。接下来,将作为C液的硅氧化物原料液导入处理用面1、2间,在薄膜流体中与包含先析出的氧化物微粒的混合流体混合。其结果,硅氧化物在先析出的氧化物微粒的表面析出,包含被硅氧化物被覆的氧化物微粒的流体(以下记为被硅氧化物被覆的氧化物微粒分散液)从析出处理装置的处理用面1、2间喷出。喷出的被硅氧化物被覆的氧化物微粒分散液经由器皿v回收到烧杯中。
在表C2示出析出处理装置的运转条件。表C2中所示的A液、B液以及C液的导入温度(送液温度)和导入压力(送液压力)是使用设置在通入处理用面1、2间的密封的导入路(第1导入部d1和第2导入部d2以及第3导入路C3)内的温度计和压力计测定的,表C2中所示的A液的导入温度为第1导入部d1内的导入压力下的实际的A液的温度,同样B液的导入温度为第2导入部d2内的导入压力下的实际的B液的温度,C液的导入温度为第3导入部d3内的导入压力下的实际的C液的温度。
在pH测定中,使用了堀场制作所制造的型号C-71的pH计。在将A液、B液和C液导入析出处理装置之前,在室温下测定了其pH。另外,由于难以测定氧化物原料液与氧化物析出溶剂的混合后即刻的混合流体的pH、以及包含先析出的氧化物微粒的流体与硅氧化物原料液的混合后即刻的pH,因此在室温下测定了从该装置喷出、回收到烧杯中的被硅氧化物被覆的氧化物微粒分散液的pH。
[表C1]
[表C2]
(实验例C1)
实验例C1涉及的分散液的改性实验相当于本发明的实施例。
在将分散液改性的工序中,对于从析出处理装置喷出、回收到烧杯中的被硅氧化物被覆的氧化物微粒分散液,使用图1(A)的分散液改性装置100进行了杂质的除去以及pH调节。在后述的表C12中示出本发明的各实验例C1至C3以及实验例C5至C6涉及的改性处理的方法以及条件。除了表C12中记载的条件以外,采用与实验例A同样的操作进行了处理。
在表C12中所示的实验例C1的条件下,在继续进行改性处理的过程中,将每处理时间从收容容器130分取的氧化物微粒分散液设为实验例C1-1至实验例C1-9,将在实验例C1-9的氧化物微粒分散液中加入了pH调节剂的分散液设为实验例C1-10、实验例C1-11以及实验例C1-12。实验例C1-1至实验例C1-12的氧化物微粒分散液中的氧化物微粒的浓度以Fe2O3计,全部为4.0wt%。在表C3中示出氧化物微粒分散液的改性处理中的、氧化物微粒分散液的pH以及导电率。通过进行改性处理,氧化物微粒分散液的pH以及导电率接近了与交叉流动用清洗液以及投入了收容容器130中的纯水同样的值。对于实验例C1-1至实验例C1-12分别分取的氧化物微粒分散液的一部分用丙二醇(以下记为PG)稀释,使用クレアミックス(制品名:CLM-2.2S、转子:R1、丝网:S0.8-48、M Technique Co.,Ltd.制造)以20000rpm(圆周速度:31.4m/s)进行了30分钟分散处理。将得到的氧化物微粒的PG分散液的一部分用异丙醇(以下记为IPA)稀释,将使用超声波清洗机处理了5分钟的液体滴到胶棉膜上,在大气气氛下使其干燥4小时,制成了TEM观察试样。另外,对于氧化物微粒的PG分散液的剩余,测定了UV-Vis光谱。
(UV-Vis光谱)
UV-Vis光谱使用了可见紫外吸光分光光度计(制品名:UV-2450、岛津制作所制造)。使测定范围为200nm至800nm,使取样速率(サンプリングレート)为0.2nm,使测定速度为低速,测定了透射光谱。在透射光谱测定中,使用在PG中使硅氧化物被覆氧化铁以2.1×10- 3mol/L(以Fe2O3计)的浓度分散而成的分散液作为测定试样。
[表C3]
(分散稳定性和自分散性)
对于实验例C1-1、实验例C1-2、实验例C1-8、实验例C1-9的氧化物微粒分散液,在表C3的初期沉降确认时期中记载的时间下发现氧化物微粒的沉降,分离为含有氧化物微粒的层和大体上不含氧化物微粒的层。对于实验例C1-3以及实验例C1-4,在分取后静置1周时少许地发现氧化物微粒的沉降,对于实验例C1-5至实验例C1-7的氧化物微粒分散液,在分取后静置1周时极少量地发现了氧化物微粒的沉降,沉降物的量为分散液中所含的氧化物微粒的0.1wt%左右。另外,对于实验例C1-3以及实验例C1-4,在进一步静置1周(分取后2周)时,虽然发现了比分取后静置1周时略多的氧化物微粒的沉降,但沉降物的量为分散液中所含的氧化物微粒的0.2wt%左右。可知通过使用本发明的分散液改性装置,使氧化物微粒分散液的pH成为6.5至8.5的范围,从而氧化物微粒分散液的分散稳定性提高。进而,对于实验例C1-5至实验例C1-7,在分取后静置2周时,令人惊奇地是,未能确认到沉降物。就使pH成为6.5至7.5的范围的氧化物微粒分散液中的氧化物微粒而言,从通过1周的静置而暂时产生的沉降物在没有特别地进行分散处理的情况下就再次分散出发,认为其包含具有自分散性的氧化物微粒。
(除去工序结束后的pH调节)
在实验例C1-9的氧化物微粒分散液中投入作为pH调节剂的0.05wt%氨水溶液,使用クレアミックス(制品名:CLM-2.2S、转子:R1、丝网:S0.8-48、M Technique Co.,Ltd.制造)以20000rpm进行30分钟分散处理,制备了实验例C1-10至实验例C1-12。将实验例C1-10至实验例C1-12的结果示于表C3中。
将pH调制为6.72、将导电率调制为3.51μS/cm(测定温度:26.7℃)的实验例C1-10以及将pH调制为7.24、将导电率调制为6.25μS/cm(测定温度:26.8℃)的实验例C1-11显示出与实验例C1-5至实验例C1-7的氧化物微粒分散液同样的分散稳定性和自分散性。将pH调制为8.35、将导电率调制为25.9μS/cm(测定温度:26.9℃)的实验例C1-12显示出与实验例C1-3以及实验例C1-4的氧化物微粒分散液同样的分散稳定性和自分散性。再有,对于在实验例C1-1的氧化物微粒分散液中加入0.1wt%硝酸水溶液、使pH成为6.90(测定温度23.4℃)的产物,导电率为12460μS/cm(12.46mS/cm),在调节后0.1小时以内发现明显的沉降,分离为含有氧化物微粒的层和大体上不含氧化物微粒的层。由此可知,在没有进行本发明的改性处理中的杂质的除去处理的情况下,即使调节pH也不能控制分散性。
(分散性的评价:TEM观察)
将实验例C1-6的氧化物微粒的TEM照片示于图10中。由图10(a)的10000倍的TEM照片确认了氧化物微粒均匀地分散的样子。另外,由图10(b)的800000倍的TEM照片确认了一次粒径为8nm左右。另外,实验例C1-5、实验例C1-7、实验例C1-10以及实验例C1-11的氧化物微粒也得到了同样的结果(无图示)。应予说明,就实验例C中的TEM观察而言,使用透射型电子显微镜、JEM-2100(JEOL制造),作为观察条件,使加速电压为80kV,使观察倍率为10000倍以上,对氧化物微粒分散液的分散性进行了评价。
将实验例C1-9的氧化物微粒的TEM照片示于图11中。由图11(a)的10000倍的TEM照片以及(b)的100000倍的TEM照片观察到氧化物微粒与实验例C1-6相比更凝聚的样子,另外,也观察到为数众多的凝聚体。另外,实验例C1-8的氧化物微粒也获得了同样的结果(无图示)。
将实验例C1-4的氧化物微粒的TEM照片示于图12中。由图12(a)的10000倍的TEM照片以及(b)的25000倍的TEM照片观察到氧化物微粒与实验例C1-6相比更凝聚的样子,观察到与实验例C1-9的氧化物微粒相比凝聚体的个数少且均匀地分散的样子。另外,实验例C1-3以及实验例C1-12的氧化物微粒也获得了同样的结果。
在实验例C1-1以及实验例C1-2的TEM照片中,由于是氧化物微粒分散液的清洗工序刚开始后即刻,因此除了与实验例C1-8以及实验例C1-9同样的氧化物微粒的凝聚体以外,也观察到了杂质(NaOH、NaNO3、Na2SO4等)(无图示)。
(UV-Vis光谱测定结果)
将使用用实验例C1-2、实验例C1-4、实验例C1-6、实验例C1-9的氧化物微粒分散液制备的PG分散液进行的UV-Vis光谱测定结果(透射光谱)示于图13中。使用实验例C1-4、实验例C1-6的氧化物微粒分散液制备的PG分散液显示大致相同的光谱形状,在波长200nm至400nm的区域中显示出吸收,在700nm至800nm的区域中显示出95%以上的透射率。而使用实验例C1-2、实验例C1-9的氧化物微粒分散液制备的PG分散液在700nm至800nm的区域中的透射率比实验例C1-4、实验例C1-6低。认为由于实验例C1-2、实验例C1-9的氧化物微粒分散液中的氧化物微粒的分散性比实验例C1-4、实验例C1-6低,因此实验例C1-2、实验例C1-9的氧化物微粒分散液中所含的氧化物微粒在PG分散液中没有均匀地分散,也形成了凝聚体,因此可见区域的光的透射率比实验例C1-4、1-6的PG分散液低。
由以上的结果可知,通过使用由对氧化物微粒分散液采用使用了过滤膜的交叉流动方式将杂质除去的装置和分散机组成的装置制备氧化物微粒分散液,通过基于氧化物微粒分散液的处理时间来控制pH或导电率,能够提高分散稳定性。另外可知,使用得到的氧化物微粒分散液来制备使用了其他分散介质的分散液时的氧化物微粒分散液的分散性也提高。另外可知,对于本发明的分散液的改性方法,在进行了杂质的除去处理后,通过控制分散液的pH或导电率,能够控制氧化物微粒分散液中所含的氧化物微粒的分散性。另外可知,例如通过将使pH成为了6.01的氧化物微粒分散液再次调节到pH为6.5至8.5的范围,分散稳定性提高,另外使用得到的氧化物微粒分散液制备使用了其他分散介质的分散液时的氧化物微粒分散液的分散性也提高。
(实验例C2)
实验例C2涉及的分散液的改性实验相当于本发明的比较例。
作为实验例C2,除了将图1(A)中记载的装置的分散机102以及分散用容器101去除,使用泵104从装满氧化物微粒分散液的收容容器130向除去部120直接送液而进行了过滤以外,采用与实验例C1同样的方法进行氧化物微粒分散液中的杂质的除去以及pH调节,进行了氧化物微粒分散液的改性处理。在表C4中示出实验例C2的结果。
[表C4]
如表C4中所示那样,进行了改性处理直至氧化物微粒分散液的pH成为7.48。但是,即使反复进行处理,直至pH低于7.48的处理也困难。另外,即使进行了改性处理直至与实验例C1同样的pH以及导电率的情况下,也未能确认到与实验例C1同等的分散性以及分散稳定性。
(实验例C3)
实验例C3涉及的分散液的改性实验相当于本发明中的分散机的圆周速度为10m/s以下的实施例。
作为实验例C3,除了对于图1(A)中记载的装置,使分散机的圆周速度成为7.1m/s以外,采用与实验例C1同样的方法进行了氧化物微粒分散液的改性处理。将实验例C3的条件示于表C12中,将结果示于表C5中。
[表C5]
如表C5中所示那样,与实验例C1相比,直至使氧化物微粒分散液的pH以及导电率成为同等需要时间,但通过反复处理进行了直至pH成为6.31的处理。另外,对于继续改性处理来进行改性处理直至与实验例C1同样的pH的例子(例如实验例C3-5至实验例C3-7),也未能确认到与实验例C1同等的分散性以及分散稳定性,但与相当于比较例的实验例C2-5至实验例2-7相比看到了改善。
(分散工序和除去工序结束后的pH调节)
另外,在实验例C3-8(pH6.31)的氧化物微粒分散液中投入作为pH调节剂的0.05wt%氨水溶液,使用クレアミックス(制品名:CLM-2.2S、转子:R1、丝网:S0.8-48、MTechnique Co.,Ltd.制造)以20000rpm进行30分钟分散处理,制作了实验例C3-9至实验例C3-11。将pH调制为6.81、将导电率调制为6.12μS/cm(测定温度:26.7℃)的实验例C3-9、将pH调制为7.36、将导电率调制为6.77μS/cm(测定温度:26.8℃)的实验例C3-10显示出与实验例C3-6以及实验例C3-7的氧化物微粒分散液同样的分散稳定性和自分散性。将pH调制为8.25、将导电率调制为23.3μS/cm(测定温度:26.9℃)的实验例C3-11显示出与实验例C3-4以及实验例C3-5的氧化物微粒分散液同样的分散稳定性和自分散性。
(实验例C4)
作为实验例C4,对实验例C中从析出处理装置喷出、回收到烧杯中的被硅氧化物被覆的氧化物微粒分散液分别单独地进行了采用间歇式的分散处理和采用膜过滤的除去处理。应予说明,实验例C4相当于本发明的比较例。具体地,将14kg(≒14L)从析出处理装置喷出、回收到烧杯中的氧化物微粒的分散液投入收容容器130中,使用クレアミックス(制品名:CLM-2.2S、转子:R1、丝网:S0.8-48、M Technique Co.,Ltd.制造),以20000rpm(圆周速度:31.4m/s)进行了30分钟的分散处理。氧化物微粒分散液的温度在处理中为22℃至24℃。在分散处理结束后,使用将图1(A)中记载的装置的分散机102以及分散用容器101(即分处理装置110)去除的装置,使用泵104从装满氧化物微粒分散液的收容容器130向除去部120直接送液而进行了过滤。处理中使用的过滤膜、清洗液、泵等与实验例C1至C3相同。再有,从分散处理结束后到过滤开始的时间需要20分钟,在过滤开始的时刻已看到了氧化物微粒的明显的凝聚和沉降。就膜过滤的处理而言,在收容容器内的氧化物微粒分散液成为1.5L(≒1.5kg)的时刻从处理装置将氧化物微粒分散液抽出,确认了氧化物微粒分散液的pH、导电率以及分散性和分散稳定性。在收容容器130中投入纯水13.5L,反复进行上述操作,从而进行了氧化物微粒分散液的改性处理,将结果示于表C6中。
[表C6]
如表C6中看到那样,进行了改性处理直至氧化物微粒分散液的pH成为7.04。但是,即使反复进行处理,直至pH低于7.04的处理也困难。另外,即使在进行了清洗直至与实验例C1同样的pH的情况下,也未能确认到与实验例C1同等的分散性以及分散稳定性。这是因为,在实验例C4中,由于分别单独地进行了采用间歇式的分散处理和采用膜过滤的除去处理,因此在由于杂质而全部发生再凝聚之前,未能进行通过除去部将上述杂质从上述分散液中除去的除去处理。
(实验例C5和6中使用的分散液的制作)
接下来,采用与实验例C1至C4不同的氧化物微粒的分散液,进行了实验例C5和实验例C6。作为得到实验例C5和实验例C6中使用的分散液的前工序,使用作为高速旋转式分散乳化装置的クレアミックス(制品名:CLM-2.2S、M Technique Co.,Ltd.制造),制备了氧化物原料液和氧化物析出溶剂。具体地,基于表C7中所示的第2流体(B液)的配方,使用クレアミックス,在制备温度70℃、转子转速20000rpm下将氧化物原料液的各成分搅拌30分钟,从而均质地混合,制备了氧化物原料液。另外,就基于表C7中所示的第1流体(A液)的配方的氧化物析出溶剂而言,由于是未溶解其他物质等的单独的溶剂,因此没有特别地进行用于制备的处理。应予说明,关于表C7中记载的化学式、缩略符号所示的物质,MeOH使用了甲醇(ゴードー制造),KOH使用了氢氧化钾(日本曹达制造),ZnO使用了氧化锌(关东化学制造)。
接下来使用图1(B)中所示的析出处理装置将制备的氧化物原料液以及氧化物析出溶剂混合。具体地,将作为A液的氧化物析出溶剂导入处理用面1、2间,一边以转速1700rpm使处理用部10运转,一边将作为B液的氧化物原料液导入处理用面1、2间,将氧化物析出溶剂与氧化物原料液在薄膜流体中混合,在处理用面1、2间使氧化物微粒析出,使包含氧化物微粒的流体(以下称为氧化物微粒分散液)从析出处理装置的处理用面1、2间喷出。将喷出的氧化物微粒分散液经由器皿v回收到烧杯。
在表C8中示出析出处理装置的运转条件。在表C8中示出的A液、B液的导入温度(送液温度)与导入压力(送液压力)是使用设置在通入处理用面1、2间的密封的导入路(第1导入部d1和第2导入部d2)内的温度计和压力计测定的,表C8中所示的A液的导入温度为第1导入部d1内的导入压力下的实际的A液的温度,同样B液的导入温度为第2导入部d2内的导入压力下的实际的B液的温度。
在pH测定中,使用了堀场制作所制造的型号C-71的pH计。在将A液和B液导入析出处理装置之前,在室温下测定了其pH。另外,由于难以测定氧化物原料液与氧化物析出溶剂混合后即刻的混合流体的pH,因此在室温下测定了从该装置喷出、回收到烧杯中的氧化物微粒分散液的pH。
[表C7]
[表C8]
(实验例C5)
实验例C5涉及的分散液的改性实验相当于本发明的实施例。
在将分散液改性的工序中,对于从析出处理装置喷出、回收到烧杯中的氧化物微粒的分散液,使用图1(A)的分散液改性装置100进行杂质的除去以及pH调节,进行了氧化物微粒分散液的改性处理。在表C12中示出条件。除了表C12中记载的条件以外,采用与实验例C1同样的操作进行了处理。
在继续进行上述处理的过程中,将每处理时间从收容容器130分取的氧化物微粒分散液设为实验例C5-1至实验例C5-7。实验例C5-1至实验例C5-7的条件下得到的氧化物微粒分散液中的氧化物微粒的浓度以ZnO计,全部为4.0wt%。在表C9中,将实验例C5的结果与氧化物微粒分散液的改性处理中的氧化物微粒分散液的pH以及导电率一起示出。通过进行改性处理,氧化物微粒分散液的pH以及导电率接近于与改性处理中使用的MeOH同样的值。另外,在表C9中所示的实验例C5-1至实验例5-7的条件下分取氧化物微粒分散液。将各个分取的氧化物微粒分散液的一部分用丙二醇(以下记为PG)稀释,使用クレアミックス(制品名:CLM-2.2S、转子:R1、丝网:S0.8-48、M Technique Co.,Ltd.制造)以20000rpm(圆周速度:31.4m/s)进行了30分钟分散处理。将得到的氧化物微粒的PG分散液的一部分用异丙醇(以下记为IPA)稀释,将使用超声波清洗机处理了5分钟的液体滴到胶棉膜上,在大气气氛下使其干燥4小时,制成了TEM观察试样。另外,关于氧化物微粒的PG分散液的剩余,用于UV-Vis光谱测定。
(UV-Vis光谱)
UV-Vis光谱使用了可见紫外吸光分光光度计(制品名:UV-2450、岛津制作所制造)。使测定范围为200nm至800nm,使取样速率为0.2nm,使测定速度为低速,测定了透射光谱。在透射光谱测定中,将在PG中使氧化锌以1.9×10-3mol/L(用ZnO计)的浓度分散的分散液用作测定试样。
[表C9]
(分散稳定性和自分散性)
对于实验例C5-1以及实验例C5-2的氧化物微粒分散液,在分取后静置2小时时看到明显的氧化物微粒的沉降,分离为含有氧化物微粒的层和大致不含氧化物微粒的层。对于实验例C5-3以及实验例C5-4,在分取后静置1周时,少许地看到氧化物微粒的沉降,对于实验例C5-5至实验例C5-7的氧化物微粒分散液,在分取后静置1周时,极少量地看到了氧化物微粒的沉降,沉降物的量为分散液中所含的氧化物微粒的0.2wt%左右。可知通过使用本发明的分散液改性装置使氧化物微粒分散液的pH成为7.0至8.5,氧化物微粒分散液的分散稳定性提高。进而,对于实验例C5-5至实验例C5-7,确认了在分取后静置2周时,氧化物微粒的沉降物变得比分取后静置1周时要少,基本上未确认有沉降物。就使pH成为了7.0至7.5的范围的实验例C5-5至实验例5-7的氧化物微粒分散液中的氧化物微粒而言,通过1周的静置而暂时产生的沉降物没有特别地进行分散处理就再次分散,因此认为包含具有自分散性的氧化物微粒。
(TEM观察)
将实验例C5-6的氧化物微粒的TEM照片示于图14中。由图14(a)的TEM照片确认了氧化物微粒均匀地分散的样子。另外,由图14(b)的TEM照片确认了一次粒径为10nm左右。另外,实验例C5-5以及实验例C5-7的氧化物微粒也获得了同样的结果(未图示)。
将实验例C5-3的氧化物微粒的TEM照片示于图15中。由图15(a)的TEM照片以及(b)的TEM照片,观察到了氧化物微粒与实验例C5-6相比凝聚的样子,观察到了与实验例C5-1以及实验例C5-2的氧化物微粒相比,凝聚体的个数少且均匀地分散的样子。另外,实验例C5-4的氧化物微粒也获得了同样的结果(未图示)。
将实验例C5-2的氧化物微粒的TEM照片示于图16中。由图16(a)的TEM照片以及(b)的TEM照片观察到氧化物微粒与实验例C5-3以及实验例C5-6相比凝聚的样子,另外,也观察到了为数众多的凝聚体。另外,在实验例C5-1的条件下制作的氧化物微粒也获得了同样的结果。
(UV-Vis光谱测定)
将使用用实验例C5-2、实验例C5-3、实验例C5-6的氧化物微粒分散液制备的PG分散液进行的UV-Vis光谱测定结果(透射光谱)示于图17中。使用实验例C5-3以及实验例C5-6的氧化物微粒分散液制作的PG分散液显示出大致相同的光谱形状,在400nm至800nm的区域中显示出90%以上的透射率。而在实验例C5-2的条件下制作的PG分散液在700nm至800nm的区域中的透射率比实验例C5-3以及实验例C5-6低。在实验例C5-2的条件下制作的氧化物微粒分散液中的氧化物微粒的分散性比实验例C5-3以及实验例C5-6低,因此在实验例C5-2的条件下制作的氧化物微粒在PG分散液中没有均匀地分散,也形成了凝聚体,因此认为与实验例C5-3以及实验例C5-6的PG分散液相比,可见区域的光的透射率低。
由以上的结果可知,通过使用由对于氧化物微粒分散液采用使用了过滤膜的交叉流动方式将杂质除去的装置和分散机组成的装置来制备氧化物微粒分散液,通过基于氧化物微粒分散液的处理时间来控制pH或导电率,能够提高分散稳定性。另外可知,使用得到的氧化物微粒分散液制备使用了其他分散介质的分散液时的氧化物微粒分散液的分散性也提高。另外可知,对于本发明的分散液的改性方法,进行了杂质的除去处理后,通过控制分散液的pH或导电率能够控制氧化物微粒分散液的分散性。
(实验例C6)
实验例C6涉及的分散液的改性实验相当于本发明的比较例。
作为实验例C6,除了将图1(A)中记载的装置的分散机以及分散用容器去除,使用泵104从装满了氧化物微粒分散液的收容容器130向除去部120直接送液而进行了过滤以外,采用与实验例C5同样的方法进行了氧化物微粒分散液的改性处理。将实验例C6的结果示于表C10中。
[表C10]
如表C10中所示那样,进行了改性处理直至氧化物微粒分散液的pH成为7.59。但是,即使反复进行处理,直至pH低于7.59的处理也困难。另外,对于进行了处理直至成为与实验例C5同样的pH的氧化物微粒分散液(实验例C6-5至实验例C6-7),未能确认到实验例C5中得到的氧化物微粒分散液那样的分散性以及分散稳定性。
(实验例C7)
作为实验例C7,对于实验例C5中使用的氧化物微粒分散液分别单独地进行了采用间歇式的分散处理和采用膜过滤的除去处理。应予说明,实验例C7相当于本发明中的比较例。
具体地,将14kg(≒14L)从析出处理装置喷出、回收到烧杯中的氧化物微粒的分散液投入收容容器130中,使用クレアミックス(制品名:CLM-2.2S、转子:R1、丝网:S0.8-48、MTechnique Co.,Ltd.制造),以20000rpm(圆周速度:31.4m/s)进行了30分钟的分散处理。氧化物微粒分散液的温度在处理中为23至24℃。在分散处理结束后,使用将图1(A)中记载的装置的分散机102以及分散用容器101、即分处理装置110去除的装置,使用泵104从装满氧化物微粒分散液的收容容器130向除去部120直接送液而进行了过滤。处理中使用的过滤膜、清洗液、泵等与实验例C1至C4相同。再有,从分散处理结束后到过滤开始的时间需要20分钟,在过滤开始的时刻已看到了氧化物微粒的明显的凝聚和沉降。就膜过滤的处理而言,在收容容器内的氧化物微粒分散液成为1.5L(≒1.2kg)的时刻将氧化物微粒分散液从处理装置中抽出,确认了氧化物微粒分散液的pH、导电率以及分散性和分散稳定性。在收容容器130中投入MeOH 13.5L,反复进行上述操作,从而进行了氧化物微粒分散液的改性处理,将结果示于表C11中。
[表C11]
如表C11中看到那样,进行了改性处理直至氧化物微粒分散液的pH成为7.88。但是,即使反复进行处理,直至pH低于7.88的处理也困难。另外,即使在进行了清洗直至与实验例C4同样的pH的情况下,也未能确认到与实验例C4同等的分散性以及分散稳定性。这是因为,在实验例C7中,由于分别单独地进行了采用间歇式的分散处理和采用膜过滤的除去处理,因此在由于杂质而全部发生再凝聚之前,未能进行通过除去部将上述杂质从上述分散液除去的除去处理。
[表C12]
附图标记说明
a 氧化物微粒
b 凝聚体
c 杂质
d 过滤膜
E 物理能
Claims (12)
1.微粒分散液的改性方法,是提高微粒分散性的微粒分散液的改性方法,其特征在于,进行对所述微粒分散液中含有的所述微粒的凝聚体施加物理能而使其分散为比所述微粒的凝聚体小的粒子的分散处理,从而使所述凝聚体中所含的杂质放出到所述分散液中;
在由于所述杂质而全部进行再凝聚之前,进行利用除去部将所述杂质从所述分散液中除去的除去处理。
2.根据权利要求1所述的微粒分散液的改性方法,其中,所述杂质包含独立于所述凝聚体而存在于所述分散液中的液中杂质和存在于所述凝聚体中的粒子中杂质,
该改性方法具有:
放出步骤,通过所述分散处理使所述粒子中杂质从所述凝聚体放出到所述分散液中而成为所述液中杂质;
转移步骤,在由于所述液中杂质而全部进行再凝聚之前将经过了所述放出步骤的所述分散液输送至所述除去部;和
除去处理步骤,在所述除去部将所述液中杂质从所述分散液除去。
3.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的微粒分散液的改性方法,其特征在于,连续且反复进行所述分散处理和所述除去处理。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的微粒分散液的改性方法,其特征在于,所述除去部具有过滤膜,使用所述过滤膜将所述杂质从所述分散液除去。
5.根据权利要求4所述的微粒分散液的改性方法,其特征在于,所述过滤膜为超滤膜,通过将所述分散液供给至所述过滤膜,采用交叉流动方式进行过滤,从而将所述杂质从所述分散液除去。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的微粒分散液的改性方法,其特征在于,使所述杂质放出到所述分散液中后,在3秒以内开始从所述分散液中除去所述杂质的除去处理。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的微粒分散液的改性方法,其特征在于,通过控制用于将放出所述杂质后的所述分散液输送到所述除去部的直连转移路径中的路径长、流速、流量、流体压和温度中的至少任一个,从而控制所述微粒分散液中的微粒的分散性。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的微粒分散液的改性方法,其特征在于,所述分散处理是在所述分散液中采用使搅拌叶片旋转的旋转式分散机对所述凝聚体给予所述物理能的处理,将所述搅拌叶片的圆周速度设为10m/s以上来进行分散处理。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的微粒分散液的改性方法,其特征在于,通过控制进行了所述除去处理后的所述微粒分散液的pH,从而控制所述微粒分散液中的微粒的分散性。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的微粒分散液的改性方法,其特征在于,所述微粒的一次粒径为200nm以下。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的微粒分散液的改性方法,其特征在于,所述微粒为金属微粒、有机物微粒或氧化物微粒。
12.微粒分散液的制造方法,其特征在于,具有根据权利要求1~11中任一项所述的微粒分散液的改性方法、和在进行所述改性方法之前进行的得到分散液的工序,
所述得到分散液的工序是如下工序:在可接近和分离的相对地进行旋转的处理用面间,使至少包含所述微粒的原料的微粒原料液与至少包含用于使所述微粒析出的微粒析出物质的微粒析出溶剂混合,并且在该混合了的流体中使所述微粒析出。
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