JP2008239462A - Metal oxide fine particle dispersion - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、X線回折の半値幅が大きいにも関わらず、高い屈折率を有し、光触媒活性が低減された金属酸化物微粒子分散物に関する。 The present invention relates to a metal oxide fine particle dispersion having a high refractive index and a reduced photocatalytic activity in spite of a large half width of X-ray diffraction.
粒径が50nm以下である金属酸化物微粒子は、単位体積当たりの表面積が非常に大きいことから、粒径がそれ以上の粒子とは異なるいくつかの特徴を示すことが知られている。例えば、粒径を50nm以下にすることで融点が下がることが知られており、焼結温度の低温化が可能となる。また粒径が50nm以下では光に対して透明性が高く、特にシングルナノ領域ではその分散物は、ほぼ透明といってよいレベルとなる。このような透明な分散物は光学フィルタ、塗料、繊維、化粧品、プラスチックレンズ等に幅広く使用でき、透明性を損なわずに従来とは異なる物性を発現させることができる。
特にプラスチックレンズは、ガラスなどの無機材料に比べ軽量で割れ難く、様々な形状に加工できるため、眼鏡レンズのみならず、近年では携帯カメラ用レンズやピックアップレンズ等の光学材料にも急速に普及しつつある。
それに伴って、レンズの薄肉化、撮像素子の小型化を目的として素材自体を高屈折率化することが求められるようになっており、例えば、硫黄原子をポリマー中に導入する技術(特許文献1及び2参照)、ハロゲン原子や芳香環をポリマー中に導入する技術(特許文献3参照)、などが活発に研究されてきた。
It is known that metal oxide fine particles having a particle size of 50 nm or less exhibit several characteristics different from particles having a larger particle size because the surface area per unit volume is very large. For example, it is known that the melting point decreases when the particle size is 50 nm or less, and the sintering temperature can be lowered. Further, when the particle size is 50 nm or less, the transparency to light is high, and in particular, in the single nano region, the dispersion is at a level that can be said to be almost transparent. Such a transparent dispersion can be widely used in optical filters, paints, fibers, cosmetics, plastic lenses, and the like, and can exhibit physical properties different from those of conventional ones without impairing transparency.
In particular, plastic lenses are lighter and harder to break than inorganic materials such as glass, and can be processed into various shapes. Therefore, plastic lenses have rapidly spread not only to spectacle lenses but also to optical materials such as portable camera lenses and pickup lenses in recent years. It's getting on.
Accordingly, it is required to increase the refractive index of the material itself for the purpose of reducing the thickness of the lens and the size of the imaging device. For example, a technique for introducing sulfur atoms into a polymer (Patent Document 1). 2 and 2), a technique for introducing a halogen atom or an aromatic ring into a polymer (see Patent Document 3), and the like have been actively studied.
しかし、屈折率を有機物のみで上げることは難しいことから、高屈折率を有する無機微粒子を樹脂マトリックス中に分散させることによって高屈折率材料を作製する方法が開示されている(特許文献4参照)。このように無機微粒子をシングルナノサイズへ小さくすると、相対的に表面積が大きくなるため、粒子の屈折率が低下し、望みの屈折率が得られにくい。逆に屈折率を高くするため、結晶性を高めるためには高温での焼成、もしくは粒子サイズのアップが必要であり、シングルナノサイズに近い領域の小サイズでかつ屈折率が高い粒子が望まれていた。 However, since it is difficult to increase the refractive index only with organic substances, a method for producing a high refractive index material by dispersing inorganic fine particles having a high refractive index in a resin matrix is disclosed (see Patent Document 4). . Thus, when the inorganic fine particles are reduced to a single nano-size, the surface area is relatively increased, so that the refractive index of the particles is lowered and it is difficult to obtain a desired refractive index. Conversely, in order to increase the refractive index, in order to increase crystallinity, firing at a high temperature or increasing the particle size is necessary, and particles with a small size and a high refractive index in a region close to a single nanosize are desired. It was.
また、高屈折率の有機−無機ハイブリッド材料には、高い屈折率を持つ酸化チタンを主成分とした無機材料の導入が必要である。しかし、酸化チタンは光触媒活性が高いことで知られており、他の金属酸化物との複合酸化物微粒子とした場合でも母体の有機材料中に分散すると、光照射で生成した正孔により粒子周囲の有機物が分解乃至変性してしまい黄変、ヘイズの増加、脆性劣化等の重大な問題が発生する。これらの問題を解決するため、酸化チタン又は酸化チタンを含む複合酸化物微粒子の光触媒活性の低減を図ることが必要とされている。 In addition, an organic-inorganic hybrid material having a high refractive index requires the introduction of an inorganic material mainly composed of titanium oxide having a high refractive index. However, titanium oxide is known for its high photocatalytic activity. Even when it is a composite oxide fine particle with other metal oxides, if it is dispersed in the base organic material, the surroundings of the particle are generated by holes generated by light irradiation. The organic matter is decomposed or modified, resulting in serious problems such as yellowing, increased haze, and brittle deterioration. In order to solve these problems, it is necessary to reduce the photocatalytic activity of titanium oxide or composite oxide fine particles containing titanium oxide.
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、有機物による修飾がなく、金属酸化物微粒子自体が溶媒に分散しており、光触媒活性が低減された金属酸化物微粒子分散物を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and achieve the following objects. That is, an object of the present invention is to provide a metal oxide fine particle dispersion in which the photocatalytic activity is reduced because the metal oxide fine particles themselves are dispersed in a solvent without being modified with an organic substance.
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> X線回折ピークの半値幅が3°以上であり、かつ屈折率が2.0以上であることを特徴とする金属酸化物微粒子分散物である。
<2> 金属酸化物微粒子を構成する金属が、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バリウム及び錫のいずれかを含有する前記<1>に記載の金属酸化物微粒子分散物である。
<3> 金属酸化物微粒子が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、チタンとジルコニウムの複合酸化物、及びチタンと錫の複合酸化物のいずれかである前記<1>から<2>のいずれかに記載の金属酸化物微粒子分散物である。
<4> TEM法で求めた粒子サイズが0.5nm以上20nm以下である前記<1>から<3>のいずれかに記載の金属酸化物微粒子分散物である。
<5> TEM法で求めた粒子サイズが0.5nm以上10nm以下である前記<1>から<4>のいずれかに記載の金属酸化物微粒子分散物である。
Means for solving the problems are as follows. That is,
<1> A metal oxide fine particle dispersion having a half width of an X-ray diffraction peak of 3 ° or more and a refractive index of 2.0 or more.
<2> The metal oxide fine particle dispersion according to <1>, wherein the metal constituting the metal oxide fine particles contains any of titanium, zirconium, hafnium, barium, and tin.
<3> The metal oxide fine particles according to any one of <1> to <2>, wherein the metal oxide fine particles are any one of titanium oxide, zirconium oxide, a composite oxide of titanium and zirconium, and a composite oxide of titanium and tin. It is a metal oxide fine particle dispersion.
<4> The metal oxide fine particle dispersion according to any one of <1> to <3>, wherein a particle size determined by a TEM method is 0.5 nm to 20 nm.
<5> The metal oxide fine particle dispersion according to any one of <1> to <4>, wherein the particle size determined by a TEM method is 0.5 nm to 10 nm.
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、X線回折の半値幅が大きいにも関わらず、高い屈折率を有し、光学的に透明でありながら屈折率が高く、光触媒活性が低減された金属酸化物微粒子分散物を提供することができる。 According to the present invention, the conventional problems can be solved, and despite having a large half-value width of X-ray diffraction, it has a high refractive index, is optically transparent, has a high refractive index, and has a photocatalytic activity. A reduced metal oxide fine particle dispersion can be provided.
(金属酸化物微粒子分散物)
本発明の金属酸化物微粒子分散物は、光学的に透明でありながら屈折率が高いものであり、X線回折ピークの半値幅が3°以上であり、かつ屈折率が2.0以上であることを特徴とする。
(Metal oxide fine particle dispersion)
The metal oxide fine particle dispersion of the present invention is optically transparent but has a high refractive index, the half-value width of the X-ray diffraction peak is 3 ° or more, and the refractive index is 2.0 or more. It is characterized by that.
前記X線回折ピークの半値幅は3°以上であり、3.5°以上が好ましく、4.0°以上がより好ましい。前記半値幅が3°未満であると、有機材料中へ分散させた場合に透明性を損なうことがある。
前記屈折率は、2.0以上であり、2.2以上が好ましい。
The full width at half maximum of the X-ray diffraction peak is 3 ° or more, preferably 3.5 ° or more, and more preferably 4.0 ° or more. If the half width is less than 3 °, transparency may be impaired when dispersed in an organic material.
The refractive index is 2.0 or more, preferably 2.2 or more.
−X線回折ピークの半値幅の測定−
X線回折測定は、金属酸化物微粒子が分散物である場合は溶媒を蒸発させ固形分を取り出し後、乳鉢ですりつぶし粉末を作製して行う。X線源としては銅Kα線、波長1.5418Åを用いる。この測定により粉末のX線プロファイルが得られる。一方、焼成により金属酸化物微粒子の結晶化を充分進ませた標品を作製し、これについての測定も別途行い、同様にX線プロファイルを求める。標品のX線回折プロファイルにおいてシングルピークであることが確認できるピークに対応する本発明の金属酸化物微粒子のX線ピークの半値幅を求める。この中で最も大きな半値幅を示す値を本発明のX線回折ピークの半値幅と定義する。前記半値幅は、X線回折プロファイルからバックグラウンドを差し引き、ピークトップから垂線を下ろし、その長さの半分の位置におけるピーク幅を言う。
-Measurement of half-width of X-ray diffraction peak-
When the metal oxide fine particles are a dispersion, the X-ray diffraction measurement is performed by evaporating the solvent and taking out the solid content, and then grinding the powder with a mortar to prepare a powder. As the X-ray source, copper Kα ray, wavelength 1.54181.5 is used. This measurement gives an X-ray profile of the powder. On the other hand, a specimen in which the crystallization of the metal oxide fine particles has been sufficiently progressed by firing is prepared, and this is separately measured, and the X-ray profile is similarly obtained. The full width at half maximum of the X-ray peak of the metal oxide fine particle of the present invention corresponding to the peak that can be confirmed to be a single peak in the X-ray diffraction profile of the sample is obtained. The value which shows the largest half value width in this is defined as the half value width of the X-ray diffraction peak of this invention. The half-width refers to the peak width at a position half the length of the X-ray diffraction profile obtained by subtracting the background and dropping the perpendicular from the peak top.
−屈折率の測定−
本発明の金属酸化物微粒子分散物における粒子の屈折率は、例えば屈折率がわかっている熱可塑性の樹脂と、質量を測定した金属酸化物を混合した後、適当な厚さの透明なペレットに成型し、このペレットの屈折率測定を行い、金属酸化物微粒子の屈折率を求める。前記屈折率測定は、例えばアッベ屈折計により求めることができ、例えばアタゴ株式会社製DR−M4を用いることができる。なお、屈折率を測定する波長は589nmとする。
-Measurement of refractive index-
The refractive index of the particles in the metal oxide fine particle dispersion of the present invention is, for example, after mixing a thermoplastic resin whose refractive index is known and a metal oxide whose mass is measured, into a transparent pellet having an appropriate thickness. After molding, the refractive index of the pellet is measured to obtain the refractive index of the metal oxide fine particles. The refractive index measurement can be obtained by, for example, an Abbe refractometer, and for example, DR-M4 manufactured by Atago Co., Ltd. can be used. The wavelength for measuring the refractive index is 589 nm.
本発明の金属酸化物微粒子分散物のTEM法で求めた粒子サイズは、0.5nm以上20nm以下が好ましく、0.5nm以上10nm以下がより好ましい。前記粒子サイズが20nmを超えると、レイリー散乱が大きいこと、表面積/体積比が小さくなることから、微粒子の特徴を発現しにくいことがある。 The particle size determined by the TEM method of the metal oxide fine particle dispersion of the present invention is preferably from 0.5 nm to 20 nm, more preferably from 0.5 nm to 10 nm. When the particle size exceeds 20 nm, the Rayleigh scattering is large and the surface area / volume ratio is small, so that the characteristics of the fine particles may be difficult to be exhibited.
−透過型電子顕微鏡(TEM)法による粒子サイズ測定−
前記TEM法による粒子サイズは、得られた金属酸化物微粒子をカーボン蒸着した銅メッシュ(マイクログリッド)上に滴下し、乾燥させたものを透過型電子顕微鏡で観察することで粒子サイズを測定することができる。具体的には、透過型電子顕微鏡による観察像を写真ネガに露光する、デジタル画像として取り込むなどを行ったのち、充分粒径を観察できる大きさのプリントを作成する。このプリントから粒子径を得ることができる。TEM画像は二次元画像なので、特に不定形の粒子の場合は、正確な粒子径を求めることが困難であるが、本発明では、二次元画像として得られる粒子の投影面積に等しい円の直径(円相当径)を粒子サイズと定義する。本発明ではこのようにして300個以上の粒子の円相当径を測定し、その平均値をTEM法による粒子サイズと定義する。
-Particle size measurement by transmission electron microscope (TEM) method-
The particle size by the TEM method is to measure the particle size by dropping the obtained metal oxide fine particles on a carbon-deposited copper mesh (microgrid) and observing the dried one with a transmission electron microscope. Can do. Specifically, after exposing an observation image obtained by a transmission electron microscope to a photographic negative or taking it in as a digital image, a print having a size capable of sufficiently observing the particle size is created. The particle size can be obtained from this print. Since the TEM image is a two-dimensional image, it is difficult to obtain an accurate particle diameter particularly in the case of an amorphous particle. However, in the present invention, the diameter of a circle equal to the projected area of the particle obtained as a two-dimensional image ( The equivalent circle diameter) is defined as the particle size. In the present invention, the equivalent circle diameter of 300 or more particles is thus measured, and the average value is defined as the particle size by the TEM method.
本発明の金属酸化物微粒子分散物は、上記X線回折ピークの半値幅、及び屈折率の要件を満たせは特に制限はなく、金属酸化物微粒子を含むものを全て含むが、少なくとも金属酸化物微粒子と、強酸とを、アルコールを含む水溶液中で分散させてなり、カルボン酸化合物、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。 The metal oxide fine particle dispersion of the present invention is not particularly limited as long as it satisfies the requirements for the half width of the X-ray diffraction peak and the refractive index, and includes all of the metal oxide fine particles, but at least the metal oxide fine particles And a strong acid are dispersed in an aqueous solution containing an alcohol, and contain a carboxylic acid compound and, if necessary, other components.
<金属酸化物微粒子>
前記金属酸化物微粒子を構成する金属としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、金属は単独でもよいし、2種以上の金属が複合されていてもよい。また、コア部分とシェル部分で、構成金属が異なるような、層状構造を構成していてもよい。またこの層状構造は、3層以上でもよい。
前記「金属酸化物微粒子を主として構成する」とは、金属酸化物微粒子中の金属原子の30%以上を占められていることを言う。
<Metal oxide fine particles>
There is no restriction | limiting in particular as a metal which comprises the said metal oxide microparticles | fine-particles, According to the objective, it can select suitably, A metal may be individual and 2 or more types of metals may be compounded. In addition, the core portion and the shell portion may constitute a layered structure in which constituent metals are different. The layered structure may be three or more layers.
The phrase “mainly composed of metal oxide fine particles” means that 30% or more of metal atoms in the metal oxide fine particles are occupied.
前記金属酸化物微粒子を構成する金属酸化物としては、例えば酸化チタン、酸化ジルコニウム、チタンとジルコニウムの複合酸化物、チタンとジルコニアとハフニウムの複合酸化物、チタンとバリウムの複合酸化物、チタンとアルミニウムの複合酸化物、チタンとケイ素の複合酸化物、チタンとケイ素とアルミニウムの複合酸化物、チタンとジルコニウムとアルミニウムの複合酸化物、チタンとジルコニウムとケイ素の複合酸化物、チタンとジルコニウムとアルミニウムとケイ素の複合酸化物、チタンと錫の複合酸化物、チタンとジルコニアと錫の複合酸化物などが挙げられる。これらの中でも、酸化チタン、酸化ジルコニウム、チタンとジルコニウムの複合酸化物、チタンと錫の複合酸化物が特に好ましい。
また、前記金属酸化物は、ドーパントとして他の金属元素を含有することができる。添加される金属元素の種類、添加量は目的により適宜選択することができる。例えばFe、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Y、Rh、Pb、Ag、Ta、Pt、及びAuから選択される少なくとも1種の金属元素をドープすることができる。これら金属元素の含有率は、0.1原子%〜20原子%が好ましく、0.1原子%〜10原子%がより好ましく、0.1原子%〜5原子%が更に好ましい。
Examples of the metal oxide constituting the metal oxide fine particles include titanium oxide, zirconium oxide, composite oxide of titanium and zirconium, composite oxide of titanium, zirconia and hafnium, composite oxide of titanium and barium, titanium and aluminum. Composite oxide of titanium, composite oxide of titanium, silicon, composite oxide of titanium, silicon, and aluminum, composite oxide of titanium, zirconium, and aluminum, composite oxide of titanium, zirconium, and silicon, titanium, zirconium, aluminum, and silicon A composite oxide of titanium, tin, a composite oxide of titanium, zirconia, and tin. Among these, titanium oxide, zirconium oxide, composite oxide of titanium and zirconium, and composite oxide of titanium and tin are particularly preferable.
The metal oxide may contain other metal elements as dopants. The kind of metal element to be added and the amount added can be appropriately selected depending on the purpose. For example, at least one metal element selected from Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Y, Rh, Pb, Ag, Ta, Pt, and Au can be doped. The content of these metal elements is preferably 0.1 atomic percent to 20 atomic percent, more preferably 0.1 atomic percent to 10 atomic percent, and still more preferably 0.1 atomic percent to 5 atomic percent.
前記金属酸化物微粒子は、結晶性を持つことが好ましい。ここで結晶性を持つとは、前前記金属酸化物微粒子分散物から溶媒を蒸発させ固形分を取り出し後、粉末を作製し、この粉末に対しX線回折測定を行った場合に、結晶ピークが観測されることを言う。X線源としては銅Kα線、波長1.5418Åを用いる。結晶ピークが観測されるとは、半値幅10°以内のピークが得られることを言い、この場合は結晶性を持つと定義する。半値幅10°を超えるブロードなピークの場合は、結晶性を持たないと定義する。 The metal oxide fine particles preferably have crystallinity. Here, having crystallinity means that when the solvent is evaporated from the metal oxide fine particle dispersion and the solid content is taken out, a powder is prepared, and when X-ray diffraction measurement is performed on this powder, the crystal peak is Say what is observed. As the X-ray source, copper Kα ray, wavelength 1.54184 is used. The observation of a crystal peak means that a peak within a half width of 10 ° is obtained, and in this case, it is defined as having crystallinity. In the case of a broad peak exceeding a half-value width of 10 °, it is defined as having no crystallinity.
前記金属酸化物微粒子分散物は、その凝集を抑える点から金属酸化物微粒子の含有量が0.1質量%未満の希薄溶液であることが好ましいが、ゾル中や基材中に金属酸化物微粒子を分散させる点から、希薄すぎる溶液ではその後の濃厚化工程に負荷がかかるため、分散物中に含有される金属酸化物微粒子の含有量は0.1質量%以上20質量%以下がより好ましい。 The metal oxide fine particle dispersion is preferably a dilute solution having a content of metal oxide fine particles of less than 0.1% by mass from the viewpoint of suppressing the aggregation. From the point of dispersing the solution, a too dilute solution imposes a load on the subsequent thickening step. Therefore, the content of the metal oxide fine particles contained in the dispersion is more preferably 0.1% by mass or more and 20% by mass or less.
<分散溶媒>
前記分散溶媒としては、アルコール及び水が用いられる。該アルコールは金属酸化物前駆体としての金属アルコキシドの加水分解開始時に特に重要である。前記水は加水分解開始後の反応と、金属酸化物の分散媒としての働きをする。
前記アルコールの分散物における含有量は、6体積%〜60体積%が好ましく、10体積%〜50体積%がより好ましい。この範囲外では分散物の調製条件にもよるが、分散物がゲル状になってしまったり、粒子同士が凝集して分散物として成り立たなくなることがある。
<Dispersion solvent>
As the dispersion solvent, alcohol and water are used. The alcohol is particularly important at the start of hydrolysis of the metal alkoxide as the metal oxide precursor. The water serves as a reaction after the start of hydrolysis and as a dispersion medium for the metal oxide.
The content of the alcohol dispersion is preferably 6% by volume to 60% by volume, and more preferably 10% by volume to 50% by volume. Outside this range, depending on the preparation conditions of the dispersion, the dispersion may be in the form of a gel, or the particles may aggregate to fail to form a dispersion.
前記アルコールとしては、水と相溶性がある低級アルコールが好ましく、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、メトキシエタノール、エトキシエタノール、メトキシプロパノール、エトキシプロパノールであり、用途によりブタノールの使用も可能である。前記アルコールは金属アルコキシドの加水分解時に共存していることが好ましく、加水分解開始後、水中に分散される前に共存させることが好ましい。
前記水としては、無機イオンを含まない脱イオン水が好ましい。最終的な分散物中の含有量は、生成する金属酸化物微粒子の種類やサイズにより異なり一概には規定できないが、最終的な分散物の体積に占める水は40%以上であることが好ましい。
The alcohol is preferably a lower alcohol compatible with water, such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, ethylene glycol, methoxyethanol, ethoxyethanol, methoxypropanol, and ethoxypropanol. Butanol can be used depending on the application. is there. The alcohol preferably coexists when the metal alkoxide is hydrolyzed, and preferably coexists after the hydrolysis starts and before being dispersed in water.
The water is preferably deionized water containing no inorganic ions. The content in the final dispersion varies depending on the type and size of the metal oxide fine particles to be produced, and cannot be defined unconditionally, but it is preferable that the water occupies 40% or more of the final dispersion volume.
<強酸>
前記強酸とは、HClのように水溶液中でほとんど完全に電離するような酸を意味し、酢酸のように水溶液中でわずかしか電離しない酸は含まれない。
前記強酸としては、金属酸化物前駆体としての金属アルコキシドの加水分解反応を促進するものとして使用するのが好ましく、例えば、硝酸、過塩素酸、塩酸、HBr水、HI水、HPF6、HClO3、HIO4などが挙げられる。
前記強酸としては、解離したときのアニオンが構造上、嵩高いものである方が最終的なゾルの透明性が高くする効果が大きいので好ましい。
<Strong acid>
The strong acid means an acid that is almost completely ionized in an aqueous solution such as HCl, and does not include an acid that is slightly ionized in an aqueous solution such as acetic acid.
The strong acid is preferably used as one that promotes the hydrolysis reaction of the metal alkoxide as the metal oxide precursor. For example, nitric acid, perchloric acid, hydrochloric acid, HBr water, HI water, HPF 6 , HClO 3 , HIO 4 and the like.
As the strong acid, it is preferable that the anion when dissociated is structurally bulky because the effect of increasing the transparency of the final sol is large.
−嵩高いアニオンを含む強酸−
前記嵩高いアニオンは水和している水分子が少なく、金属酸化物微粒子分散物の粘性を低下させて、金属酸化物微粒子の凝集を抑制することができると考えられる。機構的に、嵩高い構造を有する強酸による凝集抑制効果は、溶媒中のアルコール含量が多くなると効果が低くなる。
前記嵩高いアニオンを含む酸化合物としては、JonesとDoleらによる下記式(1)中のB値が−0.01以下であるアニオンを含む。
η=η0(1+A√c+Bc) ・・・ 式(1)
ただし、前記式(1)中、ηは溶液の粘度、η0は溶媒の粘度、A及びBは酸固有の定数、cは溶液の濃度をそれぞれ表す。
ここで、前記B値はアニオンの立体的な嵩高さに関連し、B値の負の値が大きいほどアニオンが立体的に嵩高いことを意味する(G.Jones and M.Dole J.Am.Chem.Soc., 51 2950(1929))。また、HSAB理論的によれば、立体的に嵩高くなることによりソフトになることを意味する。
-Strong acid containing bulky anions-
It is considered that the bulky anion has few hydrated water molecules, and can reduce the viscosity of the metal oxide fine particle dispersion and suppress aggregation of the metal oxide fine particles. Mechanically, the effect of suppressing aggregation by a strong acid having a bulky structure decreases as the alcohol content in the solvent increases.
The acid compound containing a bulky anion includes an anion having a B value of −0.01 or less in the following formula (1) by Jones and Dole et al.
η = η 0 (1 + A√c + Bc) (1)
However, in said Formula (1), (eta) represents the viscosity of a solution, (eta) 0 represents the viscosity of a solvent, A and B represent an acid-specific constant, and c represents the concentration of the solution.
Here, the B value relates to the steric bulk of the anion, and the larger the negative B value, the more sterically bulky the anion is (G. Jones and M. Dole J. Am. Chem. Soc., 51 2950 (1929)). Moreover, according to HSAB theory, it means that it becomes soft by becoming three-dimensionally bulky.
前記B値が−0.01以下である嵩高いアニオンとしては、例えば、Br−(−0.042)、I−(−0.068)、PF6 −(−0.021)、ClO3 −(−0.024)、NO3 −(−0.046)、ClO4 −(−0.056)、IO4 −(−0.065)、などが挙げられる。これに対し、B値が−0.01を超えるCl−(−0.007)、F−(+0.096)は嵩高いアニオンには含まれない。
前記嵩高いアニオンを含む酸化合物としては、例えば、HBr、HI、HPF6、HClO4、HClO3、HNO3、HIO4、又はこれらの塩、などが挙げられる。前記塩としては、例えば、Li、Na、K、NH4、NH3CH2CH2OH、NH2(CH2CH2OH)2、NH(CH2CH2OH)3などが挙げられる。
Examples of the bulky anion having a B value of −0.01 or less include, for example, Br − (−0.042), I − (−0.068), PF 6 − (−0.021), ClO 3 −. (−0.024), NO 3 − (−0.046), ClO 4 − (−0.056), IO 4 − (−0.065), and the like. In contrast, Cl − (−0.007) and F − (+0.096) having a B value exceeding −0.01 are not included in the bulky anion.
Examples of the acid compound containing a bulky anion include HBr, HI, HPF 6 , HClO 4 , HClO 3 , HNO 3 , HIO 4 , or salts thereof. Examples of the salt include Li, Na, K, NH 4 , NH 3 CH 2 CH 2 OH, NH 2 (CH 2 CH 2 OH) 2 , NH (CH 2 CH 2 OH) 3, and the like.
前記強酸の前記金属酸化物微粒子分散物における含有量は、生成する金属酸化物微粒子の種類やサイズにより異なり一概には規定できないが、金属1mol当り0.1mol〜1molが好ましく、0.2mol〜0.9molがより好ましい。 The content of the strong acid in the metal oxide fine particle dispersion varies depending on the type and size of the metal oxide fine particles to be produced and cannot be specified unconditionally, but is preferably 0.1 mol to 1 mol, preferably 0.2 mol to 0 mol per mol of metal. .9 mol is more preferable.
<カルボン酸化合物>
本発明の金属酸化物微粒子分散物は、粒子の分散性を高める目的からカルボン酸化合物を含有することが好ましい。前記カルボン酸化合物としては、カルボン酸、カルボン酸の塩、及びカルボン酸無水物から選択される少なくとも1種が用いられる。
<Carboxylic acid compound>
The metal oxide fine particle dispersion of the present invention preferably contains a carboxylic acid compound for the purpose of enhancing the dispersibility of the particles. As the carboxylic acid compound, at least one selected from carboxylic acids, salts of carboxylic acids, and carboxylic anhydrides is used.
−カルボン酸−
前記カルボン酸としては、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、例えば蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、イソ吉草酸、ピバル酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸等の飽和脂肪族カルボン酸;アクリル酸、プロピオール酸、メタクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸、フマル酸等の不飽和脂肪族カルボン酸;乳酸、酒石酸、リンゴ酸、クエン酸等のヒドロキシカルボン酸、などが挙げられる。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。
前記カルボン酸の前記金属酸化物微粒子分散物における含有量は、生成する金属酸化物微粒子の種類やサイズにより異なり一概には規定できないが、金属1mol当り0.15mol〜3molが好ましい。
-Carboxylic acid-
The carboxylic acid is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, isovaleric acid, pivalic acid, caproic acid, capryl Saturated aliphatic carboxylic acids such as acid, capric acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid; acrylic acid, propiolic acid, methacrylic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, maleic acid, fumaric acid And unsaturated aliphatic carboxylic acids such as lactic acid, tartaric acid, malic acid, citric acid and the like. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
The content of the carboxylic acid in the metal oxide fine particle dispersion varies depending on the type and size of the metal oxide fine particles to be produced, and cannot be specified unconditionally, but is preferably 0.15 mol to 3 mol per mol of metal.
−カルボン酸の塩−
前記カルボン酸の塩も解離することによって、実質上対応するカルボン酸を用いた場合と同じ効果が認められる。
前記カルボン酸の塩におけるカルボン酸としては、上記カルボン酸と同じものが挙げられる。
前記カルボン酸の塩における塩としては、例えば、Li、Na、K、NH4、NH3CH2CH2OH、NH2(CH2CH2OH)2、NH(CH2CH2OH)3などが挙げられる。
前記カルボン酸の塩の前記金属酸化物微粒子分散物における含有量は、生成する金属酸化物微粒子の種類やサイズにより異なり一概には規定できないが、金属1mol当り0.15mol〜3molが好ましい。
-Salt of carboxylic acid-
By dissociating the carboxylic acid salt, substantially the same effect as when the corresponding carboxylic acid is used is recognized.
Examples of the carboxylic acid in the carboxylic acid salt include the same carboxylic acids as those described above.
Examples of the salt of the carboxylic acid salt include Li, Na, K, NH 4 , NH 3 CH 2 CH 2 OH, NH 2 (CH 2 CH 2 OH) 2 , NH (CH 2 CH 2 OH) 3, and the like. Is mentioned.
The content of the carboxylic acid salt in the metal oxide fine particle dispersion varies depending on the type and size of the metal oxide fine particles to be produced, and cannot be specified unconditionally, but is preferably 0.15 mol to 3 mol per mol of metal.
−カルボン酸無水物−
前記カルボン酸無水物は、カルボン酸2分子が水1分子を失って縮合したカルボン酸無水物も水溶液中においては対応するカルボン酸と同じ効果が得られる。
前記カルボン酸無水物としては、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、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、などが挙げられる。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。
前記カルボン酸無水物の前記金属酸化物微粒子分散物における含有量は、生成する金属酸化物微粒子の種類やサイズにより異なり一概には規定できないが、金属1mol当り0.075mol〜1.5molが好ましい。
-Carboxylic anhydride-
In the carboxylic acid anhydride, the same effect as that of the corresponding carboxylic acid can be obtained in an aqueous solution of the carboxylic acid anhydride in which two carboxylic acid molecules are condensed by losing one water molecule.
The carboxylic acid anhydride is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include acetic anhydride, propionic anhydride, succinic anhydride, maleic anhydride, and phthalic anhydride. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
The content of the carboxylic acid anhydride in the metal oxide fine particle dispersion varies depending on the type and size of the metal oxide fine particles to be produced and cannot be defined unconditionally, but is preferably 0.075 mol to 1.5 mol per mol of metal.
<金属酸化物微粒子分散物の製造方法>
前記金属酸化物微粒子分散物の製造方法は、金属酸化物微粒子形成工程を含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
<Method for producing metal oxide fine particle dispersion>
The method for producing the metal oxide fine particle dispersion includes a metal oxide fine particle forming step, and further includes other steps as necessary.
−金属酸化物微粒子形成工程−
前記金属酸化物微粒子形成工程は、少なくとも金属酸化物前駆体と、強酸と、必要に応じてカルボン酸化合物とを、アルコールを含む水溶液中で混合して金属酸化物微粒子を形成する工程である。
-Metal oxide fine particle formation process-
The metal oxide fine particle forming step is a step of forming metal oxide fine particles by mixing at least a metal oxide precursor, a strong acid, and, if necessary, a carboxylic acid compound in an aqueous solution containing an alcohol.
前記金属酸化物前駆体としての金属アルコキシドと強酸を作用させることで加水分解反応が開始されるが、アルコールは予め金属アルコキシドと混合させていても、強酸と混合させてもよく、加水分解が開始された直後に混合してもよく、金属アルコキシドを加水分解させる系に共存させることが好ましい。また強酸は、解離したときのアニオンが、構造上嵩高いものである方が好ましい。
前記アルコール、前記強酸、前記カルボン酸化合物としては、上述したものの中から適宜選択して用いることができる。
The hydrolysis reaction is initiated by the action of a metal alkoxide as the metal oxide precursor and a strong acid, but the alcohol may be mixed with the metal alkoxide in advance or with a strong acid, and the hydrolysis starts. They may be mixed immediately after being formed, and are preferably present in a system for hydrolyzing the metal alkoxide. The strong acid is preferably such that the anion when dissociated is bulky in structure.
The alcohol, the strong acid, and the carboxylic acid compound can be appropriately selected from those described above.
前記金属酸化物前駆体としては、例えば有機金属化合物、金属塩、及び金属水酸化物のいずれかを含有することが好ましい。
前記金属酸化物前駆体の状態としては固体であっても、液体であってもよいが、水に溶解し水溶液として扱えるものが好ましい。
前記金属塩の金属成分としては、対応する金属酸化物の金属成分が該当する。
前記金属塩としては、例えば、所望の金属の塩化物、臭化物、ヨウ化物、硝酸塩、硫酸塩、有機酸塩などが挙げられる。前記有機酸塩としては、例えば酢酸塩、プロピオン酸塩ナフテン酸塩、オクチル酸塩、ステアリン酸塩、オレイン酸塩などが挙げられる。
前記金属水酸化物としては、例えば、四塩化チタン水溶液をアルカリ溶液で中和した非晶質水酸化チタン、水酸化ジルコニウム、チタンとジルコニウムの複合水酸化物などを用いることもできる。
The metal oxide precursor preferably contains, for example, any one of an organometallic compound, a metal salt, and a metal hydroxide.
The state of the metal oxide precursor may be solid or liquid, but is preferably dissolved in water and can be handled as an aqueous solution.
The metal component of the metal salt corresponds to the metal component of the corresponding metal oxide.
Examples of the metal salts include chlorides, bromides, iodides, nitrates, sulfates, and organic acid salts of desired metals. Examples of the organic acid salt include acetate, propionate naphthenate, octylate, stearate, and oleate.
As the metal hydroxide, for example, amorphous titanium hydroxide obtained by neutralizing an aqueous titanium tetrachloride solution with an alkali solution, zirconium hydroxide, a composite hydroxide of titanium and zirconium, or the like can be used.
前記有機金属化合物としては、例えば、金属アルコキシド化合物、金属のアセチルアセトネート化合物などが挙げられる。
前記金属アルコキシド化合物としては、テトラアルコキシチタニウム、アルコキシジルコニウムなどが挙げられる。
前記テトラアルコキシチタニウムとしては、例えばテトラメトキシチタニウム、テトラエトキシチタニウム、テトラプロポキシチタニウム、テトライソプロポキシチタニウム、テトラブトキシチタニウム、テトライソブトキシチタニウム、テトラキス(2−メチルプロポキシ)チタニウム、テトラキスペントキシチタニウム、テトラキス(2−エチルブトキシ)チタニウム、テトラキス(オクトキシ)チタニウム、テトラキス(2−エチルヘキソキシ)チタニウムなどが挙げられる。テトラアルコキシチタニウムに含まれるアルコキシル基の炭素数が大き過ぎると、加水分解が不十分となることがあり、アルコキシル基の炭素数が小さ過ぎると、反応性が高くなって反応制御が難しくなることがあるため、テトラプロポキシチタニウム及びテトライソプロポキシチタニウムが特に好ましい。
前記アルコキシジルコニウムとしては、例えばメトキシジルコニウム、エトキシジルコニウム、プロポキシジルコニウム、ブトキシジルコニウム、イソブトキシジルコニウム、キス(2−メチルプロポキシ)ジルコニウムなどが挙げられる。これらの中でも、ブトキシジルコニウムが特に好ましい。
チタン、ジルコニウム以外の金属アルコキシド化合物としては、金属がハフニウム、アルミニウム、ケイ素、バリウム、錫、マグネシウム、カルシウム、鉄、ビスマス、ガリウム、ゲルマニウム、インジューム、モリブデン、ニオブ、鉛、アンチモン、ストロンチウム、タングステン、イットリアなどが好ましい。それら金属のアルコキシドは必要により、カリウムアルコキシド、ナトリウムアルコキシドなどの金属アルコキシドと所望の金属を作用させて生成させることができる。
Examples of the organometallic compound include metal alkoxide compounds and metal acetylacetonate compounds.
Examples of the metal alkoxide compound include tetraalkoxy titanium and alkoxy zirconium.
Examples of the tetraalkoxytitanium include tetramethoxytitanium, tetraethoxytitanium, tetrapropoxytitanium, tetraisopropoxytitanium, tetrabutoxytitanium, tetraisobutoxytitanium, tetrakis (2-methylpropoxy) titanium, tetrakispentoxytitanium, tetrakis ( 2-ethylbutoxy) titanium, tetrakis (octoxy) titanium, tetrakis (2-ethylhexoxy) titanium and the like. If the alkoxyl group contained in the tetraalkoxytitanium has too many carbon atoms, hydrolysis may be insufficient. If the alkoxyl group has too few carbon atoms, the reactivity may increase and the reaction control may be difficult. For this reason, tetrapropoxytitanium and tetraisopropoxytitanium are particularly preferred.
Examples of the alkoxyzirconium include methoxyzirconium, ethoxyzirconium, propoxyzirconium, butoxyzirconium, isobutoxyzirconium, kiss (2-methylpropoxy) zirconium and the like. Of these, butoxyzirconium is particularly preferred.
As metal alkoxide compounds other than titanium and zirconium, the metal is hafnium, aluminum, silicon, barium, tin, magnesium, calcium, iron, bismuth, gallium, germanium, indium, molybdenum, niobium, lead, antimony, strontium, tungsten, Yttria and the like are preferable. If necessary, these metal alkoxides can be produced by reacting a metal alkoxide such as potassium alkoxide or sodium alkoxide with a desired metal.
前記金属塩としては、例えば、所望の金属の塩化物、臭化物、ヨウ化物、硝酸塩、硫酸塩、有機酸塩などが挙げられる。有機酸塩としては、例えば酢酸塩、プロピオン酸塩ナフテン酸塩、オクチル酸塩、ステアリン酸塩、オレイン酸塩などが挙げられる。
金属水酸化物としては、例えば、四塩化チタン水溶液をアルカリ溶液で中和した非晶質水酸化チタン、水酸化ジルコニウム、チタンとジルコニウムの複合水酸化物などを用いることもできる。
Examples of the metal salts include chlorides, bromides, iodides, nitrates, sulfates, and organic acid salts of desired metals. Examples of the organic acid salt include acetate, propionate naphthenate, octylate, stearate, oleate and the like.
As the metal hydroxide, for example, amorphous titanium hydroxide obtained by neutralizing an aqueous titanium tetrachloride solution with an alkali solution, zirconium hydroxide, a composite hydroxide of titanium and zirconium, or the like can be used.
前記金属酸化物微粒子分散物の製造方法としては、具体的には、以下の態様が挙げられる。
(1)室温で、アルコールに金属アルコキシド化合物を混合し、10分間攪拌した。その後、強酸を添加し、10分間攪拌した後、多量の水を作用させ、適宜加熱処理することにより、金属酸化物微粒子分散物を作製することができる。
また、前記(1)において、強酸の添加時期を変えた下記(1’)の製造方法も好適である。
(1’)室温で、アルコールに強酸を添加し、10分間攪拌した。更に金属アルコキシド化合物を添加して10分間攪拌した後、多量の水を作用させ、適宜加熱処理することにより、金属酸化物微粒子分散物を作製することができる。
また、前記(1)において、はじめはアルコールを共存させない下記(1”)の製造方法も好ましい。
(1”)室温で、金属アルコキシド化合物に強酸を添加し、10分間攪拌した。その後、アルコールを添加し10分間攪拌した後、多量の水を作用させ、適宜加熱処理することにより、金属酸化物微粒子分散物を作製することができる。
Specifically as a manufacturing method of the said metal oxide fine particle dispersion, the following aspects are mentioned.
(1) At room temperature, a metal alkoxide compound was mixed with alcohol and stirred for 10 minutes. Then, after adding a strong acid and stirring for 10 minutes, a metal oxide fine particle dispersion can be produced by making a large amount of water act and heat-treating suitably.
In addition, in the above (1), the following production method (1 ′) in which the addition time of the strong acid is changed is also suitable.
(1 ′) A strong acid was added to the alcohol at room temperature, and the mixture was stirred for 10 minutes. Furthermore, after adding a metal alkoxide compound and stirring for 10 minutes, a large amount of water is allowed to act, and a heat treatment is appropriately performed to produce a metal oxide fine particle dispersion.
In addition, in the above (1), the following production method (1 ″) in which alcohol is not allowed to coexist is also preferable.
(1 ″) At room temperature, a strong acid was added to the metal alkoxide compound and stirred for 10 minutes. After that, the alcohol was added and stirred for 10 minutes, and then a large amount of water was allowed to act and the metal oxide was appropriately heated. A fine particle dispersion can be prepared.
前記(1)、(1’)、及び(1”)において、金属アルコキシドとして、例えば酸化チタンとしては、例えばチタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブドキシド、チタンテトラプロキシドなどが挙げられる。酸化ジルコニウムとしては、例えばジルコニウムテトラブトキシド、ジルコニウムテトラターシャルブトキシド、ジルコニウムジエトキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシドなどが挙げられる。
アルコール及び強酸は、上述したものの中から適宜選択して用いることができ、前記アルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エトキシメタノール、エトキシエタノール、エトキシプロパノールなどが挙げられる。是前記強酸としては、硝酸、過塩素酸、塩酸、硫酸、リン酸などが挙げられるが、解離したときのアニオンが構造上嵩高いものである、硝酸、過塩素酸が特に好ましい。
In the above (1), (1 ′), and (1 ″), as the metal alkoxide, for example, titanium oxide includes, for example, titanium tetraisopropoxide, titanium tetrabutoxide, titanium tetraproxide, etc. Zirconium oxide Examples thereof include zirconium tetrabutoxide, zirconium tetratertbutoxide, zirconium diethoxide, zirconium tetraisopropoxide and the like.
The alcohol and strong acid can be appropriately selected from those described above, and examples of the alcohol include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, ethoxymethanol, ethoxyethanol, and ethoxypropanol. Examples of the strong acid include nitric acid, perchloric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, and the like, and nitric acid and perchloric acid, in which the anion when dissociated is structurally bulky, are particularly preferable.
前記洗浄方法としては、余分なイオンを除去することができれば特に制限はなく、従来公知の方法を採用することができ、例えば限外濾過膜法、濾過分離法、遠心分離濾過法、イオン交換樹脂法などが挙げられる。 The washing method is not particularly limited as long as excess ions can be removed, and a conventionally known method can be adopted, for example, an ultrafiltration membrane method, a filtration separation method, a centrifugal filtration method, an ion exchange resin. Law.
<用途>
本発明の金属酸化物微粒子分散物は、そのまま或いは濃縮して分散体として使用することができる以外にも、バインダー成分(樹脂成分)などを加えて成膜用組成物(塗料組成物)とし、これを基材に塗布して微粒子分散膜を形成したり、あるいは、同様にバインダー成分(樹脂成分)などに含有させて成形用樹脂組成物などとすることができる。また、濃縮乾固や遠心分離で溶媒を除去した後、加熱や乾燥をして微粒子粉体として取り扱うこともできる。
<Application>
The metal oxide fine particle dispersion of the present invention can be used as a dispersion as it is or after being concentrated, and a binder component (resin component) is added to form a film-forming composition (coating composition). This can be applied to a substrate to form a fine particle dispersion film, or can be similarly incorporated into a binder component (resin component) to form a molding resin composition. Moreover, after removing a solvent by concentration to dryness or centrifugation, it can also be heated and dried and handled as fine particle powder.
前記バインダー成分としては、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、シリコーンアルコキシド系バインダー、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂など、熱可塑性又は熱硬化性(熱硬化性、紫外線硬化性、電子線硬化性、湿気硬化性、これらの併用等も含む)の各種合成樹脂や天然樹脂等の有機系バインダーなどが挙げられる。前記合成樹脂としては、例えば、アルキド樹脂、アミノ樹脂、ビニル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、塩素化ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、アクリルシリコーン樹脂、フッ素樹脂、キシレン樹脂、石油樹脂、ケトン樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、液状ポリブタジエン、クマロン樹脂などが挙げられる。前記天然樹脂としては、例えばセラック、ロジン(松脂)、エステルガム、硬化ロジン、脱色セラック、白セラックなどが挙げられる。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。 The binder component is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, silicone alkoxide binder, acrylic resin, polyester resin, fluororesin, etc., thermoplastic or thermosetting (thermosetting, Examples include various binder resins such as ultraviolet curable, electron beam curable, moisture curable, and combinations thereof, and organic binders such as natural resins. Examples of the synthetic resin include alkyd resin, amino resin, vinyl resin, acrylic resin, epoxy resin, polyamide resin, polyurethane resin, thermosetting unsaturated polyester resin, phenol resin, chlorinated polyolefin resin, silicone resin, and acrylic silicone. Examples thereof include resins, fluororesins, xylene resins, petroleum resins, ketone resins, rosin-modified maleic acid resins, liquid polybutadiene, and coumarone resins. Examples of the natural resin include shellac, rosin (pine resin), ester gum, cured rosin, decolorized shellac, and white shellac. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
前記金属酸化物微粒子を樹脂組成物中に分散させる際には、必要に応じて、例えば分散剤、油性成分、界面活性剤、顔料、防腐剤、アルコール、水、増粘剤、保湿剤と配合し、希薄溶液、タブレット状、ローション状、クリーム状、ペースト状、スティック状などの各種の形態で用いることができる。前記分散剤としては、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、例えばリン酸基を有する化合物、リン酸基を有するポリマー、シランカップリング剤、チタンカップリング剤などが挙げられる。 When the metal oxide fine particles are dispersed in the resin composition, for example, a dispersant, an oil component, a surfactant, a pigment, a preservative, alcohol, water, a thickener, and a humectant are blended as necessary. It can be used in various forms such as dilute solution, tablet, lotion, cream, paste, and stick. The dispersant is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a compound having a phosphate group, a polymer having a phosphate group, a silane coupling agent, and a titanium coupling agent. It is done.
本発明の金属酸化物微粒子分散物は、優れた分散安定性を有し、しかも光触媒が低いため、光学フィルタ、塗料、繊維、化粧品、レンズに好適に使用することができる。 Since the metal oxide fine particle dispersion of the present invention has excellent dispersion stability and a low photocatalyst, it can be suitably used for optical filters, paints, fibers, cosmetics, and lenses.
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
チタンテトライソプロポキシド(和光純薬工業株式会社製)88mLにイソプロピルアルコール140mLを加え、15℃に保ちながら10分間攪拌した。ここへHNO3(60質量%)15mlを攪拌しながら10分間かけて添加した。このとき溶液の温度は15℃になるようコントロールした。この混合液を30分間攪拌した後、60℃に昇温し、30分間熟成を行い、実施例1の酸化チタンの分散物を得た。
得られた酸化チタン微粒子分散物と日本化薬株式会社製「KAYAMER PM−21」をトルエンに溶解させたトルエン溶液を混合し、30℃で8時間攪拌した後、トルエン溶液を抽出し、濃度調節することで、実施例1の酸化チタン微粒子のトルエン分散液を作製した。
Example 1
140 mL of isopropyl alcohol was added to 88 mL of titanium tetraisopropoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and the mixture was stirred for 10 minutes while maintaining at 15 ° C. Here, 15 ml of HNO 3 (60% by mass) was added over 10 minutes with stirring. At this time, the temperature of the solution was controlled to be 15 ° C. After stirring this mixed liquid for 30 minutes, it heated up at 60 degreeC and aged for 30 minutes, and the dispersion of the titanium oxide of Example 1 was obtained.
The obtained titanium oxide fine particle dispersion was mixed with a toluene solution in which “KAYAMER PM-21” manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd. was dissolved in toluene, stirred for 8 hours at 30 ° C., and then the toluene solution was extracted to adjust the concentration. Thus, a toluene dispersion of the titanium oxide fine particles of Example 1 was produced.
<透過型電子顕微鏡(TEM)法による粒子サイズ>
得られた実施例1の酸化チタン微粒子の分散物をカーボン蒸着した銅メッシュ(マイクログリッド)上に滴下し、乾燥させ、透過型電子顕微鏡で観察し、その像を写真ネガに焼き付けを行った。視野を変えてトータル300個の粒子写真を得た。カール ツァイス株式会社 KS300システムを用いて、これらの写真ネガの画像を取り込み、各粒子の円相当径を画像処理により求めた。これらの円相当径の平均サイズは3.1nmであった。結果を表1に示す。
<Particle size by transmission electron microscope (TEM) method>
The obtained dispersion of titanium oxide fine particles of Example 1 was dropped onto a carbon-deposited copper mesh (microgrid), dried, observed with a transmission electron microscope, and the image was baked on a photographic negative. A total of 300 particle photographs were obtained by changing the field of view. The images of these photographic negatives were captured using a Carl Zeiss KS300 system, and the equivalent circle diameter of each particle was determined by image processing. The average size of these equivalent circle diameters was 3.1 nm. The results are shown in Table 1.
<X線回折スペクトルの測定>
得られた実施例1の酸化チタン微粒子の分散物を、株式会社リガク社製 RINT1500(X線源:銅Kα線、波長1.5418Å)を用いて、X線回折スペクトルの測定を行った。2θ=47.5°を中心として、半値幅3.7°のピークが観察された。結果を表1に示す。
<Measurement of X-ray diffraction spectrum>
The obtained dispersion of titanium oxide fine particles of Example 1 was measured for an X-ray diffraction spectrum using RINT 1500 (X-ray source: copper Kα ray, wavelength 1.5418 mm) manufactured by Rigaku Corporation. A peak with a full width at half maximum of 3.7 ° was observed around 2θ = 47.5 °. The results are shown in Table 1.
<屈折率の測定>
−熱可塑性樹脂の合成−
ユニケミカル株式会社製のホスマーPE(商品名)0.05gと、メタクリル酸メチル4.95gと、アゾビスイソブチロニトリル0.25gとをトルエン中に加え、窒素雰囲気下、70℃で重合を行い、熱可塑性樹脂を合成した。アッベ屈折計(アタゴ株式会社製、DR−M4を使用、波長589nm)で測定した該樹脂の屈折率は1.58であった。
調製した熱可塑性樹脂に、実施例1の酸化チタン微粒子のトルエン分散液を酸化チタンの固形分が7.5体積%になるように加え、溶媒を濃縮留去したあと、該濃縮残渣を150℃、圧力12MPa、時間2分で加熱圧縮成型し、厚さ1mmの透明成形体を得た。透明成形体の屈折率を測定したところ、1.64であった。したがって(酸化チタンの体積分率)×(酸化チタンの屈折率)と(樹脂の体積分率)×(樹脂の屈折率)の和が1.64であることから、酸化チタンの屈折率は2.4と算出された。結果を表1に示す。
<Measurement of refractive index>
-Synthesis of thermoplastic resin-
Unichemical Co., Ltd. Phosmer PE (trade name) 0.05 g, methyl methacrylate 4.95 g, and azobisisobutyronitrile 0.25 g were added to toluene and polymerized at 70 ° C. in a nitrogen atmosphere. And a thermoplastic resin was synthesized. The refractive index of the resin measured with an Abbe refractometer (manufactured by Atago Co., Ltd., using DR-M4, wavelength 589 nm) was 1.58.
To the prepared thermoplastic resin, the toluene dispersion of titanium oxide fine particles of Example 1 was added so that the solid content of titanium oxide was 7.5% by volume, and the solvent was concentrated and distilled off. Then, compression molding was performed with a pressure of 12 MPa and a time of 2 minutes to obtain a transparent molded body having a thickness of 1 mm. It was 1.64 when the refractive index of the transparent molded object was measured. Therefore, since the sum of (volume fraction of titanium oxide) × (refractive index of titanium oxide) and (volume fraction of resin) × (refractive index of resin) is 1.64, the refractive index of titanium oxide is 2 .4. The results are shown in Table 1.
(比較例1)
チタンテトライソプロポキシド(和光純薬工業株式会社製)88mLにHCl(37質量%)20mlを攪拌しながら10分間かけて添加した。この混合液を30分間攪拌した後、95℃に昇温し、240分間熟成を行い、比較例1の酸化チタンの分散物を得た。
得られた酸化チタン微粒子分散物と、日本化薬株式会社製「KAYAMER PM−21」とをトルエンに溶解させたトルエン溶液を混合し、30℃で8時間攪拌した後、トルエン溶液を抽出し、濃度調節することで比較例1の酸化チタン微粒子トルエン分散液を作製した。
(Comparative Example 1)
20 ml of HCl (37% by mass) was added to 88 mL of titanium tetraisopropoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) over 10 minutes while stirring. After stirring this mixed liquid for 30 minutes, it heated up at 95 degreeC and ripened for 240 minutes, and the dispersion of the titanium oxide of the comparative example 1 was obtained.
A toluene solution in which the obtained titanium oxide fine particle dispersion and “KAYAMER PM-21” manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd. were dissolved in toluene were mixed and stirred at 30 ° C. for 8 hours, and then the toluene solution was extracted. The titanium oxide fine particle toluene dispersion of Comparative Example 1 was prepared by adjusting the concentration.
<X線回折の測定>
得られた比較例1の酸化チタン微粒子の分散物を株式会社リガク社製のRINT1500(X線源:銅Kα線、波長1.5418Å)を用いて、X線回折スペクトル測定を行った。2θ=47.5°を中心として、半値幅2.1°のピークが観察された。結果を表1に示す。
<Measurement of X-ray diffraction>
The obtained dispersion of titanium oxide fine particles of Comparative Example 1 was subjected to X-ray diffraction spectrum measurement using RINT 1500 (X-ray source: copper Kα ray, wavelength 1.5418 mm) manufactured by Rigaku Corporation. A peak with a full width at half maximum of 2.1 ° was observed around 2θ = 47.5 °. The results are shown in Table 1.
<屈折率の測定>
−熱可塑性樹脂の合成−
ユニケミカル株式会社製のホスマーPE(商品名)0.05gと、メタクリル酸メチル4.95gと、アゾビスイソブチロニトリル0.25gをトルエン中に加え、窒素雰囲気下、70℃で重合を行い、熱可塑性樹脂を合成した。アッベ屈折計(アタゴ株式会社製、DR−M4を使用、波長589nm)で測定した該樹脂の屈折率は1.58であった。
次に、調製した熱可塑性樹脂に、前記比較例1の酸化チタン微粒子のトルエン分散物を酸化チタンの固形分が7.5体積%になるように加え、溶媒を濃縮留去したあと、該濃縮残渣を150℃、圧力12MPa、時間2分で加熱圧縮成型し、厚さ1mmの透明成形体を作製した。透明成形体の屈折率を測定したところ、1.64であった。したがって(酸化チタンの体積分率)×(酸化チタンの屈折率)と(樹脂の体積分率)×(樹脂の屈折率)の和が1.64であることから、酸化チタンの屈折率は、2.4と算出された。結果を表1に示す。
<Measurement of refractive index>
-Synthesis of thermoplastic resin-
Unichemical Co., Ltd. Phosmer PE (trade name) 0.05 g, methyl methacrylate 4.95 g and azobisisobutyronitrile 0.25 g were added to toluene, and polymerization was performed at 70 ° C. in a nitrogen atmosphere. A thermoplastic resin was synthesized. The refractive index of the resin measured with an Abbe refractometer (manufactured by Atago Co., Ltd., using DR-M4, wavelength 589 nm) was 1.58.
Next, the toluene dispersion of the titanium oxide fine particles of Comparative Example 1 was added to the prepared thermoplastic resin so that the solid content of titanium oxide was 7.5% by volume, and the solvent was concentrated and distilled off. The residue was heat compression molded at 150 ° C., a pressure of 12 MPa, and a time of 2 minutes to produce a transparent molded body having a thickness of 1 mm. It was 1.64 when the refractive index of the transparent molded object was measured. Therefore, since the sum of (volume fraction of titanium oxide) × (refractive index of titanium oxide) and (volume fraction of resin) × (refractive index of resin) is 1.64, the refractive index of titanium oxide is Calculated as 2.4. The results are shown in Table 1.
<透過型電子顕微鏡(TEM)法による粒子サイズ>
得られた比較例1の酸化チタン微粒子の分散物をカーボン蒸着した銅メッシュ(マイクログリッド)上に滴下し、乾燥させ、透過型電子顕微鏡で観察し、その像を写真ネガに焼き付けを行った。視野を変えてトータル300個の粒子写真を得た。カール ツァイス株式会社 KS300システムを用いて、これらの写真ネガの画像を取り込み、各粒子の円相当径を画像処理により求めた。これらの円相当径の平均サイズは8.3nmであった。結果を表1に示す。
<Particle size by transmission electron microscope (TEM) method>
The obtained dispersion of titanium oxide fine particles of Comparative Example 1 was dropped onto a carbon-deposited copper mesh (microgrid), dried, observed with a transmission electron microscope, and the image was baked on a photographic negative. A total of 300 particle photographs were obtained by changing the field of view. The images of these photographic negatives were captured using a Carl Zeiss KS300 system, and the equivalent circle diameter of each particle was determined by image processing. The average size of these equivalent circle diameters was 8.3 nm. The results are shown in Table 1.
<メチレンブルーによる光触媒性の評価>
希硝酸溶液(濃硝酸の1/100水希釈品)により、実施例1及び比較例1で調製した酸化チタンの分散物を1質量%相当に希釈し、その8ccにメチレンブルー水溶液(0.4質量%)を0.02cc加えた。ここから4cc取り出しバイエル瓶に満たした。UVP社のUVLMS−38を用い、365nm光を5cmの距離にて8時間照射した。メチレンブルーの670nm吸収のUV光照射前後の透過率変化を測定した。メチレンブルーの光吸収測定は、溶液を光路長1cmの石英セルに注ぎ、株式会社日立製作所製のU−3310型分光光度計で行った。なお、透過率は、照射前のメチレンブルーの透過率を100とし、相対値で表した。結果を表1に示す。
<Evaluation of photocatalytic properties by methylene blue>
The dispersion of titanium oxide prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was diluted to 1% by mass with a dilute nitric acid solution (concentrated nitric acid diluted with 1/100 water). %) Was added. From this, 4 cc was taken out and filled into a Bayer bottle. Using UVLMS-38 manufactured by UVP, 365 nm light was irradiated at a distance of 5 cm for 8 hours. The change in transmittance before and after UV light irradiation of 670 nm absorption of methylene blue was measured. The light absorption of methylene blue was measured by pouring the solution into a quartz cell having an optical path length of 1 cm and using a U-3310 spectrophotometer manufactured by Hitachi, Ltd. The transmittance was expressed as a relative value with the transmittance of methylene blue before irradiation as 100. The results are shown in Table 1.
本発明の金属酸化物微粒子分散物は、可視域において透明性が高く、しかも光触媒活性が低いため、光学フィルタ、塗料、繊維、化粧品、レンズなどに広く活用できる。また凝集が少なく、光触媒活性が低減されており、体積当たりの表面積が高いため、触媒材料としても有用である。更に、凝集が少ない単一な粒子は、ドラッグデリバリーシステム用の微粒子としても非常に有用である。 Since the metal oxide fine particle dispersion of the present invention has high transparency in the visible range and low photocatalytic activity, it can be widely used for optical filters, paints, fibers, cosmetics, lenses, and the like. In addition, it has little aggregation, has reduced photocatalytic activity, and has a high surface area per volume, so it is also useful as a catalyst material. Furthermore, single particles with low aggregation are very useful as fine particles for drug delivery systems.
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