JP6124832B2 - Infrared shielding material fine particle production method, infrared shielding material fine particle dispersion production method, infrared shielding material fine particle, infrared shielding material fine particle powder, infrared shielding material fine particle dispersion, infrared shielding material fine particle dispersion, and coated substrate - Google Patents
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Description
本発明は、赤外線遮蔽材料微粒子の製造方法、赤外線遮蔽材料微粒子分散液の製造方法、赤外線遮蔽材料微粒子、赤外線遮蔽材料微粒子粉末、赤外線遮蔽材料微粒子分散液、赤外線遮蔽材料微粒子分散体および被覆基材に関するものである。 The present invention relates to a method for producing infrared shielding material fine particles, a method for producing an infrared shielding material fine particle dispersion, an infrared shielding material fine particle, an infrared shielding material fine particle powder, an infrared shielding material fine particle dispersion, an infrared shielding material fine particle dispersion, and a coated substrate. It is about.
赤外線遮蔽材料としては、ITO、ATO、CWO、LaB6を原料としたものが知られている。近年、酸化チタン(説明の便宜上、以降、TiO2とも言う。)を用いた赤外線遮蔽材料が公開されている(例えば特許文献1)。特許文献1においては、酸化チタンを主成分としつつNbまたはTaを含有させたものを赤外線遮蔽材料として使用することが記載されている。 As an infrared shielding material, a material using ITO, ATO, CWO, or LaB 6 as a raw material is known. In recent years, an infrared shielding material using titanium oxide (hereinafter also referred to as TiO 2 for convenience of description) has been disclosed (for example, Patent Document 1). Patent Document 1 describes that a material containing titanium oxide as a main component and containing Nb or Ta is used as an infrared shielding material.
ちなみに、赤外線遮蔽材料としてではなく導電性酸化チタンを作製する際に、酸化チタンにおいてTiの一部をNbやTaで置換(以降、「ドープ」とも言う。)した状態とする技術が知られている(例えば特許文献2や3)。 Incidentally, a technique is known in which a part of Ti in titanium oxide is replaced with Nb or Ta (hereinafter also referred to as “dope”) when producing conductive titanium oxide rather than as an infrared shielding material. (For example, Patent Documents 2 and 3).
特許文献2においては、ペルオキソチタン酸水溶液にNbCl2水溶液を加え、陰イオン交換処理、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)の添加を行い、その後水熱処理を行い、導電性酸化チタンの分散液を作製している。そして、この分散液を蒸発乾燥および550℃で焼成し、Nbがドープされた酸化チタン(説明の便宜上、以降、Nb−TiO2とも言う。)の粉末を得ている(特許文献2の[0069])。 In Patent Document 2, an NbCl 2 aqueous solution is added to a peroxotitanic acid aqueous solution, an anion exchange treatment, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is added, and then a hydrothermal treatment is performed to produce a conductive titanium oxide dispersion. doing. Then, this dispersion was evaporated and dried at 550 ° C. to obtain a powder of titanium oxide doped with Nb (hereinafter also referred to as Nb—TiO 2 for the sake of explanation). ]).
特許文献3においては、Tiアルコキシドと、NbアルコキシドまたはTaアルコキシドとに対して加水分解を行い、各々の金属アルコキシドを互いに脱水縮合可能とし、それらが互いに脱水縮合することで酸化物を形成し、Nb−TiO2の分散液を得ている(特許文献3の[0020])。 In Patent Document 3, hydrolysis is performed on Ti alkoxide and Nb alkoxide or Ta alkoxide, each metal alkoxide can be dehydrated and condensed with each other, and they are dehydrated and condensed with each other to form an oxide. to obtain a dispersion of -TiO 2 ([0020] of Patent Document 3).
上述の通り、赤外線遮蔽材料としてのNb−TiO2を作製する技術ではないけれども、酸化チタンにNbをドープする技術としては特許文献2や3が知られている。本発明者は、まず、赤外線遮蔽材料としてNb−TiO2を作製する手法として特許文献2や3が適切か否かについて検討した。その結果、単に特許文献2や3を適用するのでは、以下の課題が生じることが、本発明者の検討により明らかとなった。 As described above, Patent Documents 2 and 3 are known as techniques for doping titanium oxide with Nb, although it is not a technique for producing Nb—TiO 2 as an infrared shielding material. The present inventor first examined whether Patent Documents 2 and 3 are appropriate as a method for producing Nb—TiO 2 as an infrared shielding material. As a result, it has become clear from the study of the present inventor that the following problems arise when the patent documents 2 and 3 are simply applied.
(課題1)例えば特許文献3の場合、Tiアルコキシドと、NbアルコキシドまたはTaアルコキシドとを加水分解させるにしても、−30℃に保持しなければならない(特許文献3の[0037])。詳しくは後述するが、金属アルコキシドに対する加水分解は高速で行われるためである(特許文献3の[0021])。そのため、特許文献3の手法だと、Nb−TiO2を作製する際の室温での作業性が著しく低下する。 (Problem 1) For example, in the case of Patent Document 3, even when Ti alkoxide and Nb alkoxide or Ta alkoxide are hydrolyzed, the temperature must be kept at −30 ° C. ([0037] of Patent Document 3). Although details will be described later, the hydrolysis of the metal alkoxide is performed at high speed ([0021] of Patent Document 3). Therefore, according to the method of Patent Document 3, workability at room temperature when producing Nb—TiO 2 is significantly reduced.
(課題2)また、赤外線遮蔽材料としてNb−TiO2の微粒子を作製するという観点から見ると、Nb−TiO2の微粒子において極端に径が大きいものが含まれていると、Nb−TiO2の微粒子に対して光を通過させた場合、散乱光が多く生じてしまう。そうなると、例えば窓ガラスに対して当該赤外線遮蔽材料を適用させようとしても、赤外線を遮蔽する以前に、可視光を透過させるはずの窓ガラスとしては体を成さなくなってしまう。ちなみに極端に径が小さいものが存在する場合は、赤外線遮蔽材料としての機能が十分に発揮できないおそれが生じる。 (Problem 2) Further, from the viewpoint of making the Nb-TiO 2 particles as the infrared shielding material and the fine particles of Nb-TiO 2 contains extremely having a large diameter, the Nb-TiO 2 When light is allowed to pass through the fine particles, a lot of scattered light is generated. Then, even if it is going to apply the said infrared shielding material with respect to a window glass, for example, it will not become a body as a window glass which should permeate | transmit visible light before shielding infrared rays. Incidentally, when there is a material having an extremely small diameter, the function as an infrared shielding material may not be sufficiently exhibited.
(課題3)散乱光に関する課題は、Nb−TiO2の微粒子の凝集度合いによっても生じる。例えば特許文献2の場合、Nb−TiO2を作製する際に550℃での焼成が行われている。そのため、Nb−TiO2が相当凝集していると考えられ、上記の散乱光の問題が顕著になるおそれがある。 (Problem 3) The problem relating to the scattered light is also caused by the degree of aggregation of the Nb—TiO 2 fine particles. For example, in the case of Patent Document 2, firing at 550 ° C. is performed when Nb—TiO 2 is produced. Therefore, it is considered that Nb—TiO 2 is considerably agglomerated, and there is a possibility that the problem of the scattered light becomes remarkable.
(課題4)上記の課題を解決する手法を採用したとしても、当該手法に対し、赤外線遮蔽性能をさらに向上させる必要があることに変わりはなく、赤外線遮蔽性能のさらなる向上のための一工夫が必要となる。 (Problem 4) Even if a technique for solving the above problems is adopted, it is still necessary to further improve the infrared shielding performance with respect to the technique, and there is a device for further improving the infrared shielding performance. Necessary.
本発明は、上記の課題を鑑み、Nbがドープされた酸化チタン微粒子であって、赤外線遮蔽材料としての機能を十分に発揮する赤外線遮蔽材料微粒子を製造する際に良好な作業性を実現可能な手法を提供し、さらには赤外線遮蔽性能を向上させた赤外線遮蔽材料微粒子およびその関連物を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, the present invention can realize good workability when manufacturing infrared shielding material fine particles that are titanium oxide fine particles doped with Nb and sufficiently exhibit the function as an infrared shielding material. An object of the present invention is to provide an infrared shielding material fine particle having improved technique and further improving infrared shielding performance and related products.
本発明者は、上記課題について鋭意研究を重ねた。上述の通り、TiO2に対し、異なる金属であるNbをドープする手法としては、特許文献2や3に記載の技術が知られている。しかしながら、本発明者の検討の結果、赤外線遮蔽材料の作製に対して特許文献2や3を単に適用しただけでは、上記の各課題を全て解決するには至らないという知見を得た。 This inventor repeated earnest research about the said subject. As described above, the techniques described in Patent Documents 2 and 3 are known as methods for doping TiO 2 with Nb, which is a different metal. However, as a result of the study by the present inventors, it has been found that the simple application of Patent Documents 2 and 3 to the production of an infrared shielding material does not solve all the above problems.
そこで本発明者は、ゲル−ゾル法と呼ばれる画期的な技術に着目した。このゲル−ゾル法に基づき鋭意検討を行った結果、ゲル−ゾル法において用いていたTi錯体に加え、ドープ対象となるNbの原料においても錯体を使用する、つまりNb錯体を使用するという手法を想到した。詳しく言うと、ゲル−ゾル法における溶媒を還元性化合物とした状態で、
(1)金属を錯化することにより加水分解の速度を抑えつつ、
(2)TiもNbも錯化することにより両者の加水分解の速度を近づける。
その上で、
(3)Ti錯体とNb錯体とを共存させた状態で加水分解を開始する。
という3つのステップを踏襲する手法を想到した。
Therefore, the present inventor paid attention to an innovative technique called a gel-sol method. As a result of earnest examination based on this gel-sol method, in addition to the Ti complex used in the gel-sol method, a method of using a complex also in the raw material of Nb to be doped, that is, using an Nb complex is proposed. I came up with it. Specifically, in a state where the solvent in the gel-sol method is a reducing compound,
(1) While suppressing the hydrolysis rate by complexing the metal,
(2) Both Ti and Nb are complexed to bring both hydrolysis rates closer.
Moreover,
(3) The hydrolysis is started in the state where the Ti complex and the Nb complex coexist.
I came up with a method to follow these three steps.
以上の知見に基づいて成された本発明の態様は、以下の通りである。
本発明の第1の態様は、
赤外線遮蔽材料微粒子を製造する方法であって、
Ti含有化合物と錯化剤Aとを反応させて得られるTi錯体、Nb含有化合物と錯化剤Bとを反応させて得られるNb錯体、および水を含み、還元性化合物を溶媒とした溶液を加熱することにより各錯体に対して加水分解を生じさせる加水分解工程と、
前記加水分解工程後、析出物である前記赤外線遮蔽材料微粒子を回収する回収工程と、
を有し、
前記加水分解工程は、
前記加水分解を進行させることにより前記水溶液をゲル化させるゲル化工程と、
前記ゲル化工程によりゲル化された前記水溶液を、前記加水分解を進行させることによりゾル化させるゾル化工程と、
を有する、赤外線遮蔽材料微粒子の製造方法である。
本発明の第2の態様は、第1の態様に記載の発明において、
前記Ti含有化合物はTiアルコキシドであり、前記Nb含有化合物はNbアルコキシドである。
本発明の第3の態様は、第1または第2の態様に記載の発明において、
前記錯化剤Aおよび前記錯化剤Bのうち少なくともいずれかはトリエタノールアミンである。
本発明の第4の態様は、第1〜第3のいずれかの態様に記載の発明において、
前記溶媒はエチレングリコールであり、
前記エチレングリコールと前記水の体積比は、(エチレングリコール):(水)=95:5〜50:50とする。
本発明の第5の態様は、第1〜第4のいずれかの態様に記載の発明において、
前記加水分解工程前の前記溶液におけるTiとNbのモル比は、[Ti]:[Nb]=90:10〜60:40とする。
本発明の第6の態様は、
赤外線遮蔽材料微粒子分散液を製造する方法であって、
Ti含有化合物と錯化剤Aとを反応させて得られるTi錯体、Nb含有化合物と錯化剤Bとを反応させて得られるNb錯体、および水を含み、還元性化合物を溶媒とした溶液を加熱することにより各錯体に対して加水分解を生じさせる加水分解工程と、
前記加水分解工程後、析出物である前記赤外線遮蔽材料微粒子を回収する回収工程と、
回収された前記赤外線遮蔽材料微粒子を液体媒質に分散させる際に前記赤外線遮蔽材料微粒子を当該液体媒質内にて解砕する解砕処理工程と、
を有し、
前記加水分解工程は、
前記加水分解を進行させることにより前記溶液をゲル化させるゲル化工程と、
前記ゲル化工程によりゲル化された前記溶液を、前記加水分解を進行させることによりゾル化させるゾル化工程と、
を有し、
前記解砕処理工程における解砕処理時間を10時間未満とする、赤外線遮蔽材料微粒子分散液の製造方法である。
本発明の第7の態様は、
Tiの酸化物において、Tiの一部をNbで置換したアナターゼ型の結晶構造を有し、かつ、以下の条件のうち少なくとも1つの条件を満たす、赤外線遮蔽材料微粒子である。
(1)当該微粒子の体積平均径をD90で除した値(Mv/D90)が0.60〜1.00である。
(2)当該微粒子のD10を体積平均径で除した値(D10/Mv)が0.60〜1.00である。
(3)当該微粒子のD10をD90で除した値(D10/D90)が0.40〜1.00である。
本発明の第8の態様は、第7の態様に記載の発明において、
前記赤外線遮蔽材料微粒子の結晶子径が9nm〜15nmである。
本発明の第9の態様は、第7または第8の態様に記載の発明において、
前記赤外線遮蔽材料微粒子の体積平均径が当該結晶子径の1.0倍〜4.0倍である。
本発明の第10の態様は、第7〜第9のいずれかの態様に記載の発明において、
a軸の格子定数の格子定数が3.79Åを超えた値であり、かつ、c軸の格子定数が9.51Åを超えた値である。
本発明の第11の態様は、第7〜第10のいずれかの態様に記載の赤外線遮蔽材料微粒子を乾燥して得られる、赤外線遮蔽材料微粒子粉末である。
本発明の第12の態様は、第7〜第10のいずれかの態様に記載の赤外線遮蔽材料微粒子が液体媒質中に分散している、赤外線遮蔽材料微粒子分散液である。
本発明の第13の態様は、第7〜第10のいずれかの態様に記載の赤外線遮蔽材料微粒子が固体媒質中に分散している、赤外線遮蔽材料微粒子分散体である。
本発明の第14の態様は、第7〜第10のいずれかの態様に記載の赤外線遮蔽材料微粒子を含有する被膜が基材表面に設けられている、被覆基材である。
Aspects of the present invention based on the above findings are as follows.
The first aspect of the present invention is:
A method for producing fine particles of infrared shielding material,
A solution containing a Ti complex obtained by reacting a Ti-containing compound and a complexing agent A, an Nb complex obtained by reacting an Nb-containing compound and the complexing agent B, and water, and using a reducing compound as a solvent. A hydrolysis step for causing hydrolysis of each complex by heating;
After the hydrolysis step, a recovery step of recovering the infrared shielding material fine particles that are precipitates;
Have
The hydrolysis step includes
A gelation step of gelling the aqueous solution by advancing the hydrolysis;
A solation step in which the aqueous solution gelled in the gelation step is solated by allowing the hydrolysis to proceed; and
It is a manufacturing method of infrared shielding material microparticles | fine-particles which have these.
According to a second aspect of the present invention, in the invention according to the first aspect,
The Ti-containing compound is a Ti alkoxide, and the Nb-containing compound is an Nb alkoxide.
According to a third aspect of the present invention, in the invention according to the first or second aspect,
At least one of the complexing agent A and the complexing agent B is triethanolamine.
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects,
The solvent is ethylene glycol;
The volume ratio of the ethylene glycol and the water is (ethylene glycol) :( water) = 95: 5 to 50:50.
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects,
The molar ratio of Ti and Nb in the solution before the hydrolysis step is [Ti]: [Nb] = 90: 10 to 60:40.
The sixth aspect of the present invention is:
A method for producing an infrared shielding material fine particle dispersion,
A solution containing a Ti complex obtained by reacting a Ti-containing compound and a complexing agent A, an Nb complex obtained by reacting an Nb-containing compound and the complexing agent B, and water, and using a reducing compound as a solvent. A hydrolysis step for causing hydrolysis of each complex by heating;
After the hydrolysis step, a recovery step of recovering the infrared shielding material fine particles that are precipitates;
A crushing treatment step of crushing the infrared shielding material fine particles in the liquid medium when the collected infrared shielding material fine particles are dispersed in the liquid medium;
Have
The hydrolysis step includes
A gelling step of gelling the solution by advancing the hydrolysis;
A solification step in which the solution gelled in the gelation step is solated by allowing the hydrolysis to proceed;
Have
It is a manufacturing method of the infrared shielding material fine particle dispersion which makes the crushing processing time in the said crushing process process less than 10 hours.
The seventh aspect of the present invention is
Infrared shielding material fine particles having an anatase type crystal structure in which a part of Ti is substituted with Nb in a Ti oxide and satisfying at least one of the following conditions.
(1) The value (Mv / D90) obtained by dividing the volume average diameter of the fine particles by D90 is 0.60 to 1.00.
(2) The value (D10 / Mv) obtained by dividing D10 of the fine particles by the volume average diameter is 0.60 to 1.00.
(3) The value (D10 / D90) obtained by dividing D10 of the fine particles by D90 is 0.40 to 1.00.
According to an eighth aspect of the present invention, in the invention according to the seventh aspect,
The crystallite diameter of the infrared shielding material fine particles is 9 nm to 15 nm.
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention according to the seventh or eighth aspect,
The volume average diameter of the infrared shielding material fine particles is 1.0 to 4.0 times the crystallite diameter.
According to a tenth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the seventh to ninth aspects,
The lattice constant of the a-axis lattice constant exceeds 3.79Å, and the c-axis lattice constant exceeds 9.51 値.
An eleventh aspect of the present invention is an infrared shielding material fine particle powder obtained by drying the infrared shielding material fine particles according to any one of the seventh to tenth aspects.
A twelfth aspect of the present invention is an infrared shielding material fine particle dispersion in which the infrared shielding material fine particles according to any one of the seventh to tenth aspects are dispersed in a liquid medium.
A thirteenth aspect of the present invention is an infrared shielding material fine particle dispersion in which the infrared shielding material fine particles according to any one of the seventh to tenth aspects are dispersed in a solid medium.
A fourteenth aspect of the present invention is a coated base material in which a film containing the infrared shielding material fine particles according to any one of the seventh to tenth aspects is provided on the surface of the base material.
本発明によれば、Nbがドープされた酸化チタン微粒子であって、赤外線遮蔽材料としての機能を十分に発揮する赤外線遮蔽材料微粒子を製造する際に良好な作業性を実現可能な手法を提供し、さらには赤外線遮蔽性能を向上させた赤外線遮蔽材料微粒子およびその関連物を提供することを可能とする。 According to the present invention, there is provided a method capable of realizing good workability when manufacturing fine particles of infrared shielding material that are titanium oxide fine particles doped with Nb and sufficiently exhibit the function as an infrared shielding material. In addition, it is possible to provide the fine particles of infrared shielding material and the related substances with improved infrared shielding performance.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本実施形態においては、次の順序で説明を行う。
1.赤外線遮蔽材料微粒子の製造方法
1−A)準備工程
1−B)加水分解工程
1−B−a)ゲル化工程
1−B−b)ゾル化工程
1−C)回収工程
1−D)その他
2.赤外線遮蔽材料微粒子
3.赤外線遮蔽材料微粒子の関連物
なお、本実施形態は、ゲル−ゾル法をベースとした手法である。そのため、以下の内容において特記の無い事項に対しては、ゲル−ゾル法に関する公知の技術(例えば特開2007−290887号公報や公知の論文など)を適宜用いても構わないし、Nb−TiO2に限らず赤外線遮蔽材料微粒子の製造の際に適宜必要な技術についても、公知の技術を適宜用いても構わない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
In the present embodiment, description will be given in the following order.
1. Manufacturing method of infrared shielding material fine particles 1-A) Preparatory step 1-B) Hydrolysis step 1-Ba) Gelation step 1-Bb) Zolization step 1-C) Recovery step 1-D) Others 2 . 2. Infrared shielding material fine particles In addition, this embodiment is a technique based on a gel-sol method. Therefore, for matters not specifically mentioned in the following contents, known techniques relating to the gel-sol method (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-290887 and known papers) may be used as appropriate. Nb—TiO 2 Not only the techniques necessary for manufacturing the infrared shielding material fine particles but also known techniques may be used as appropriate.
<1.赤外線遮蔽材料微粒子の製造方法>
以下、本実施形態における赤外線遮蔽材料微粒子の製造方法について説明する。図1は本実施形態における赤外線遮蔽材料微粒子の製造方法を示すフローチャートである。
<1. Infrared shielding material fine particle manufacturing method>
Hereinafter, the manufacturing method of the infrared shielding material fine particles in the present embodiment will be described. FIG. 1 is a flowchart showing a method for producing infrared shielding material fine particles in the present embodiment.
1−A)準備工程
本工程においては、まず、Ti含有化合物と錯化剤Aとを反応させて得られるTi錯体、および、Nb含有化合物と錯化剤Bとを反応させて得られるNb錯体を準備する。
1-A) Preparatory Step In this step, first, a Ti complex obtained by reacting a Ti-containing compound and a complexing agent A, and an Nb complex obtained by reacting an Nb-containing compound and a complexing agent B Prepare.
なお、Ti含有化合物および錯化剤Aの具体的な化合物としては、Ti錯体が得られれば特に限定は無い。最終的にTi錯体が加水分解してTi水酸化物となるように、Ti含有化合物および錯化剤Aを選択すればよい。Nb含有化合物および錯化剤Bについても同様である。 In addition, as a specific compound of Ti containing compound and complexing agent A, if Ti complex is obtained, there will be no limitation in particular. The Ti-containing compound and the complexing agent A may be selected so that the Ti complex is finally hydrolyzed to become a Ti hydroxide. The same applies to the Nb-containing compound and the complexing agent B.
Ti含有化合物の具体例としては、Tiアルコキシドが挙げられる。Tiアルコキシドとしては、例えばチタンテトライソプロポキシド(TIPO)が挙げられるが、これに限定されない。それ以外にも、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラ−n−プロポキシチタン、テトラ−n−ブトキシチタン、テトラ−i−ブトキシチタン、テトラ−sec−ブトキシチタン、テトラ−t−ブトキシチタン、テトラキス(ジメチルアミノ)チタン、テトラキスジエチルアミノチタン、ジ(イソプロポキシ)ビス(ジピバロイルメタナト)チタン等を用いることができる。チタンアルコキシドは、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
同様に、Nb含有化合物の具体例としては、Nbアルコキシドが挙げられる。Nbアルコキシドとしては、例えばニオブエトキシドが挙げられるが、これに限定されない。それ以外にも、ペンタメトキシニオブ、ペンタエトキシニオブ、ペンタ−i−プロポキシニオブ、ペンタ−n−プロポキシニオブ、ペンタ−i−ブトキシニオブ、ペンタ−n−ブトキシニオブ、ペンタ−sec−ブトキシニオブ等を用いることができる。ニオブアルコキシドは、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
Specific examples of the Ti-containing compound include Ti alkoxide. Examples of the Ti alkoxide include, but are not limited to, titanium tetraisopropoxide (TIPO). In addition, tetramethoxy titanium, tetraethoxy titanium, tetra-n-propoxy titanium, tetra-n-butoxy titanium, tetra-i-butoxy titanium, tetra-sec-butoxy titanium, tetra-t-butoxy titanium, tetrakis ( Dimethylamino) titanium, tetrakisdiethylaminotitanium, di (isopropoxy) bis (dipivaloylmethanato) titanium, and the like can be used. Titanium alkoxide may use only 1 type and may use 2 or more types together.
Similarly, specific examples of the Nb-containing compound include Nb alkoxide. Examples of the Nb alkoxide include, but are not limited to, niobium ethoxide. In addition, pentamethoxy niobium, pentaethoxy niobium, penta-i-propoxy niobium, penta-n-propoxy niobium, penta-i-butoxy niobium, penta-n-butoxy niobium, penta-sec-butoxy niobium, etc. are used. be able to. Niobium alkoxide may use only 1 type and may use 2 or more types together.
錯化剤Aの具体例としては、トリエタノールアミン(TEOA)が挙げられる。それ以外にも、アミンとしては、トリエチレンジアミン(TMD)、N,N−ジメチルエチレンジアミン(DMED)、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラアミン(TETA)、トリス(2−アミノエチル)アミン(TAEA)などが挙げられる。アミノ酸としては、L−アスパラギン酸(AA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、エチレンジアミン−N,N,N’,N’−四酢酸(EDTA)などが挙げられる。これらの化合物のうち1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
同様に、錯化剤Bの具体例としては、トリエタノールアミンが挙げられる。それ以外にも、上記に列挙したアミンやアミノ酸が挙げられる。
なお、後述の実施例が示すように、錯化剤Aおよび錯化剤Bのうち少なくともいずれかはトリエタノールアミンであるのが好ましく、両方ともトリエタノールアミンであるのが非常に好ましい。
A specific example of complexing agent A is triethanolamine (TEOA). In addition, as the amine, triethylenediamine (TMD), N, N-dimethylethylenediamine (DMED), diethylenetriamine (DETA), triethylenetetraamine (TETA), tris (2-aminoethyl) amine (TAEA), etc. Is mentioned. Examples of amino acids include L-aspartic acid (AA), nitrilotriacetic acid (NTA), ethylenediamine-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid (EDTA), and the like. Only 1 type may be used among these compounds and 2 or more types may be used together.
Similarly, a specific example of the complexing agent B includes triethanolamine. In addition, the amines and amino acids listed above can be mentioned.
As shown in the Examples below, at least one of complexing agent A and complexing agent B is preferably triethanolamine, and both are very preferably triethanolamine.
1−B)加水分解工程
本工程においては、Ti錯体およびNb錯体、水、そして溶媒を還元性化合物とした溶液を用意する。本発明の知見として述べたように、本実施形態においては、酸化物となる金属の錯体と、ドープする金属の錯体とを準備することが特に重要である。これらの金属錯体を準備した後、当該溶液内で、各錯体に対して加水分解をもたらすソルボサーマル合成を行う。本明細書における「ソルボサーマル合成」とは、溶媒を水100%とするもの以外、すなわち水以外の溶媒が存在する状況で加熱を行い、加水分解を行うことを指す。好ましくは、水の体積%が50体積%未満、または、溶媒としての還元性化合物の体積%が50体積%以上とする。なお、ソルボサーマル合成の具体的な手法については、以下に特記の無い内容については、公知の手法を用いても構わない。また、以下に特記する本工程の条件はあくまで好ましい例であり、本発明の効果を奏する限り、以下の例以外の条件で本工程を行ってももちろん構わない。
1-B) Hydrolysis Step In this step, a solution containing a Ti complex and an Nb complex, water, and a solvent as a reducing compound is prepared. As described in the knowledge of the present invention, in this embodiment, it is particularly important to prepare a metal complex to be an oxide and a metal complex to be doped. After these metal complexes are prepared, solvothermal synthesis that causes hydrolysis of each complex is performed in the solution. In this specification, “solvothermal synthesis” refers to performing hydrolysis by heating in a situation where a solvent other than water is 100%, that is, a solvent other than water is present. Preferably, the volume% of water is less than 50 volume%, or the volume% of the reducing compound as the solvent is 50 volume% or more. In addition, about the specific method of solvothermal synthesis, you may use a well-known method about the content which has no special mention below. In addition, the conditions of the present process described below are only preferable examples, and it is needless to say that the present process may be performed under conditions other than the following examples as long as the effects of the present invention are exhibited.
まず、溶媒となる還元性化合物としては、最終的に得られるNb−TiO2に対して酸素欠損をもたらすことが可能なものならば、特に限定は無い。還元性化合物の一例としては、ポリオール、多価アルコール、または、その誘導体が挙げられる。具体的な化合物としては、エチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、ヘキサエチレングリコールなどが挙げられる。これらの化合物を1種のみ用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 First, the reducing compound as a solvent is not particularly limited as long as it can bring about oxygen deficiency with respect to the finally obtained Nb—TiO 2 . Examples of the reducing compound include polyols, polyhydric alcohols, and derivatives thereof. Specific examples of the compound include ethylene glycol, tetraethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, pentaethylene glycol, and hexaethylene glycol. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
また、加水分解工程前の溶液におけるTiとNbのモル比は、[Ti]:[Nb]=90:10〜60:40とするのが好ましい。別の言い方をすると、[Nb]/([Ti]+[Nb])を0.1以上0.4以下とするのが好ましい。0.1以上ならば、最終的に得られるNb−TiO2に対して赤外遮蔽性能を備えさせることが可能となる。上限値についてであるが、現在までの本発明者の調べによれば、NbをTiO2にドープする際に上記の値が0.4以下ならば赤外遮蔽性能を十分に備えさせつつも上記の各課題を解決可能であることを確認している。なお、赤外遮蔽性能を向上させるために、好ましくは0.2を超えかつ0.4以下とする。もちろん、当該範囲の上限値が更に大きくなっても構わない可能性は十分にある。
なお、以降「〜」は所定の数値以上かつ所定の数値以下のことを表すものとする。
The molar ratio of Ti and Nb in the solution before the hydrolysis step is preferably [Ti]: [Nb] = 90: 10 to 60:40. In other words, it is preferable that [Nb] / ([Ti] + [Nb]) be 0.1 or more and 0.4 or less. If it is 0.1 or more, the Nb—TiO 2 finally obtained can be provided with an infrared shielding performance. As for the upper limit, according to the present inventors' investigation to date, when the above value is 0.4 or less when Nb is doped into TiO 2 , the infrared shielding performance is sufficiently provided. It is confirmed that each of the problems can be solved. In order to improve the infrared shielding performance, it is preferably more than 0.2 and 0.4 or less. Of course, there is a possibility that the upper limit of the range may be further increased.
In the following description, “to” represents a predetermined numerical value and a predetermined numerical value.
以上の内容を踏まえて、加水分解工程を行う。そして、本実施形態においては、加水分解工程中、加水分解を進行させることにより溶液をゲル化させるゲル化工程、そしてさらに加水分解を進行させて、ゲル化した溶液をゾル化させるゾル化工程を行う。 Based on the above contents, the hydrolysis step is performed. And in this embodiment, during the hydrolysis step, a gelation step for gelling the solution by advancing the hydrolysis, and a solation step for allowing the gelled solution to sol by further proceeding with the hydrolysis Do.
1−B−a)ゲル化工程
ここで、ゲル化工程において生じる反応機構について、推測を含むところもあるが、説明する。
1-Ba) Gelation Step Here, the reaction mechanism generated in the gelation step will be explained, although there is a place that includes speculation.
このゲル−ゾル法と呼ばれる技術としては、例えば、本発明者が成した発明(特開2007−290887号公報)が挙げられる。ゲル−ゾル法とは、掻い摘んで言うと、金属酸化物微粒子を作製するための技術であって、ゲル混濁液を出発にして最終的には金属酸化物のゾル(コロイド)を得る方法である。そのメカニズムとしては、特開2007−290887号公報の[0017]〜[0020]に記載のものが挙げられる。 As a technique called this gel-sol method, for example, an invention made by the present inventor (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-290887) can be cited. The gel-sol method is a technique for producing metal oxide fine particles by scratching and is a method for finally obtaining a metal oxide sol (colloid) from a gel turbid solution. . Examples of the mechanism include those described in JP-A-2007-290887, [0017] to [0020].
本実施形態においてはTi錯体とNb錯体とを用いるが、まず、Nb−TiO2のベースとなるTi錯体に着目して説明する。 In the present embodiment, a Ti complex and an Nb complex are used. First, the description will be made focusing on a Ti complex serving as a base of Nb—TiO 2 .
Ti錯体を形成し、これを加水分解することで、得るべき金属酸化物微粒子の生成に必要な物質(チタン化合物)を、当該錯体から徐々に放出することが可能となる。詳しく言うと、Ti錯体に対して加水分解を行うことにより、アモルファス(非晶質)の水酸化チタンが形成される。この非晶質水酸化チタンがゲル化の基となる。加水分解を続行することにより、非晶質水酸化チタン濃度が上昇し、各々の間で水素結合が形成されることで非晶質水酸化チタンがゲルとして析出する。一方、溶存する非晶質水酸化チタン濃度の上昇はアナターゼ相酸化チタンの核生成をもたらす。生じた核はゲルからチタン源(前駆体モノマー)の供給を受け、アナターゼ相からなる結晶構造を有する酸化チタンが得られる。 By forming a Ti complex and hydrolyzing it, a substance (titanium compound) necessary for producing metal oxide fine particles to be obtained can be gradually released from the complex. More specifically, amorphous titanium hydroxide is formed by hydrolyzing the Ti complex. This amorphous titanium hydroxide is the basis for gelation. By continuing the hydrolysis, the concentration of amorphous titanium hydroxide increases, and hydrogen bonds are formed between them, so that amorphous titanium hydroxide precipitates as a gel. On the other hand, an increase in the concentration of dissolved amorphous titanium hydroxide results in nucleation of anatase phase titanium oxide. The generated nucleus is supplied with a titanium source (precursor monomer) from the gel, and titanium oxide having a crystal structure composed of an anatase phase is obtained.
上述の通り、非晶質水酸化チタンによりゲル化が行われ、ゲル網が形成される。その様子を図2に示す。ゲル−ゾル法においては、非晶質水酸化チタンの濃度が高くなった部分から「非晶質水酸化チタン→前駆体モノマー→酸化チタン(TiO2)」という流れの反応が起き、当該部分からTiO2の結晶核が生じることになる。ただ、ゲル−ゾル法においては、ゲル網上、またはその網目であって非晶質水酸化チタンの濃度が高くなった部分においてTiO2の結晶核が生じることになる。その場合、結晶核が生成して微粒子が成長するとしても、当該微粒子は、隣接するゲル網の網上または網目に同様に存在する微粒子とは、網目が邪魔することにより接触困難となり、各微粒子の成長過程を妨害する要因がほとんど存在しなくなる。つまり、非晶質水酸化チタンによるゲル状態を経るおかげで、溶液内のブラウン運動が抑制される。その結果、微粒子同士での衝突機会が著しく減少し、各微粒子が同様に成長することが可能となり、形状や大きさが均一な微粒子が得られ、ひいては極端に径が大きなまたは小さな微粒子がほとんど存在しないという単分散ないしそれに近い微粒子が得られる。しかも、微粒子同士の凝集の発生も著しく抑制される。 As described above, gelation is performed with amorphous titanium hydroxide to form a gel network. This is shown in FIG. In the gel-sol method, a flow reaction of “amorphous titanium hydroxide → precursor monomer → titanium oxide (TiO 2 )” occurs from the portion where the concentration of amorphous titanium hydroxide is high, and from this portion A crystal nucleus of TiO 2 is generated. However, in the gel-sol method, TiO 2 crystal nuclei are generated on the gel network or in the part of the network where the concentration of amorphous titanium hydroxide is high. In that case, even if crystal nuclei are generated and the fine particles grow, the fine particles are difficult to contact with the fine particles that are present on the network of the adjacent gel network or the same as the mesh because the mesh interferes. There are almost no factors that hinder the growth process. That is, thanks to the gel state caused by amorphous titanium hydroxide, Brownian motion in the solution is suppressed. As a result, the chances of collision between the fine particles are remarkably reduced, each fine particle can grow in the same way, and fine particles having a uniform shape and size can be obtained. As a result, there are almost extremely large or small fine particles. A monodisperse or near fine particle is obtained. In addition, the occurrence of agglomeration between the fine particles is remarkably suppressed.
また、このゲル網は、上記の役割に加え、TiO2の原料を供給する供給源(いわばリザーバー)の役割も担う。図2に示すように、加水分解が進行すると、ゲル網を構成する非晶質水酸化チタンから、中間生成物である前駆体モノマーが形成される。この前駆体モノマーがTiO2の結晶核と接触することにより、TiO2の微粒子が成長していく。 In addition to the above-mentioned role, this gel network also plays a role of a supply source (so-called reservoir) for supplying a raw material of TiO 2 . As shown in FIG. 2, when hydrolysis proceeds, a precursor monomer as an intermediate product is formed from amorphous titanium hydroxide constituting the gel network. By this precursor monomer is in contact with the TiO 2 crystal nuclei, of the TiO 2 fine particles grow.
ここで、本実施形態においては、Ti錯体に加え、ドープ対象となるNbの原料においても錯体を使用する、つまりNb錯体を使用する。詳しく言うと、ゲル−ゾル法における溶媒を還元性化合物とした状態で、
(1)金属を錯化することにより加水分解の速度を抑えつつ、
(2)TiもNbも錯化することにより両者の加水分解の速度を近づける。
その上で、
(3)Ti錯体とNb錯体とを共存させた状態で加水分解を開始する。
という3つのステップを踏襲する。
上記の手法を採用することにより、以下の効果を奏する。
Here, in the present embodiment, in addition to the Ti complex, the complex is also used in the Nb raw material to be doped, that is, the Nb complex is used. Specifically, in a state where the solvent in the gel-sol method is a reducing compound,
(1) While suppressing the hydrolysis rate by complexing the metal,
(2) Both Ti and Nb are complexed to bring both hydrolysis rates closer.
Moreover,
(3) The hydrolysis is started in the state where the Ti complex and the Nb complex coexist.
Follow these three steps.
By adopting the above method, the following effects can be obtained.
まず、加水分解工程(ゲル化工程)「非晶質水酸化チタン→前駆体モノマー→TiO2」という流れ自体の速度を抑えることが可能になり、水の添加部近傍のみで不均一に加水分解が生じることがなくなり、得られる微粒子の粒径分布が広がるおそれもなくなる。しかも、加水分解工程自体の速度を抑えられるため、特許文献3のTiアルコキシドを用いる場合とは異なり、室温での作業が可能となる。具体的に言うと、加水分解工程前に、室温において、Ti錯体とNb錯体とを共存させた溶液を準備することが可能となる。そして、当該溶液を加熱することにより加水分解工程を開始、逆に当該溶液を冷却することにより加水分解工程を停止させることが可能となる。つまり、作業者の意図通りに加水分解工程を制御することが可能となる。その結果、Nb−TiO2を作製する際の作業性が著しく向上する。 First, it becomes possible to suppress the flow rate of the hydrolysis process (gelation process) “amorphous titanium hydroxide → precursor monomer → TiO 2 ”, and the hydrolysis is unevenly only in the vicinity of the addition part of water. Will not occur, and the particle size distribution of the resulting fine particles will not spread. And since the speed | rate of a hydrolysis process itself can be suppressed, unlike the case where the Ti alkoxide of patent document 3 is used, the operation | work at room temperature is attained. More specifically, it is possible to prepare a solution in which a Ti complex and an Nb complex coexist at room temperature before the hydrolysis step. And a hydrolysis process can be started by heating the said solution, and it becomes possible to stop a hydrolysis process by cooling the said solution conversely. That is, the hydrolysis process can be controlled as intended by the operator. As a result, workability when producing Nb—TiO 2 is remarkably improved.
また、TiとNbとを共に錯化したものを用いることにより、Tiの非晶質水酸化、前駆体モノマー化、酸化物生成のタイミングに、Nbの非晶質水酸化、Nb前駆体モノマー化、酸化物生成のタイミングを近づけることが可能となる。それにより、例えばTiとNbの非晶質水酸化が同じタイミングで生じ、非晶質水酸化物にはTiとNbが混在した状態となる。その結果、最終的に得られる金属酸化物においては、元素またはイオンレベルで両金属を混合することが可能となる。しかも、本実施形態の手法を採用することにより、結晶内における元素レベルでの均一性(分散性)を獲得することができる。その上、原料の仕込み量におけるNb比率とNb−TiO2におけるNb比率を極めて近い値とすることが可能となる。その結果、Nbアルコキシドを過剰に用意する必要がなくなり、Nb−TiO2の生産効率を著しく向上させられる。 Also, by using Ti and Nb complexed together, Nb amorphous hydroxylation, Nb precursor monomerization at the timing of Ti amorphous hydrogenation, precursor monomerization, oxide generation This makes it possible to approach the timing of oxide generation. Thereby, for example, amorphous hydroxylation of Ti and Nb occurs at the same timing, and Ti and Nb are mixed in the amorphous hydroxide. As a result, in the finally obtained metal oxide, both metals can be mixed at the elemental or ionic level. In addition, by adopting the method of this embodiment, uniformity (dispersibility) at the element level in the crystal can be obtained. In addition, the Nb ratio in the raw material charge and the Nb-TiO 2 Nb ratio can be made very close to each other. As a result, it is not necessary to prepare an excessive amount of Nb alkoxide, and the production efficiency of Nb—TiO 2 can be remarkably improved.
以上の効果を奏しつつ、さらに加水分解を進行させて、ゲル化した溶液をゾル化させる。 While exhibiting the above effects, the hydrolysis further proceeds to sol the gelled solution.
1−B−b)ゾル化工程
加水分解を進行させると、ゲルはゾル(コロイド)に相転移していくので反応の最終段階では、微粒子が成長し、全てゾルに変化する。そして、ゲル状混合物を加熱、冷却することによりゾル状混合物が得られ、遠心分離機等を用いた固液分離操作によりTiO2微粒子を得る。加水分解(ゲル化)を進行させた後に、ゲルはゾルに相転移していくため、この相転移のことをゾル化工程、ゲル化緩和工程、またはゾルへの相転移工程と呼んでも構わない。つまり、加水分解工程内においてゲル化工程の後でゾル化工程が行われる。
1-Bb) Solation Step When the hydrolysis proceeds, the gel undergoes a phase transition to a sol (colloid), so that in the final stage of the reaction, fine particles grow and all change to a sol. Then, heating the gel-like mixture, sol mixture obtained by cooling to obtain a TiO 2 fine particles by solid-liquid separation using a centrifuge or the like. Since the gel undergoes a phase transition into the sol after the hydrolysis (gelation) has progressed, this phase transition may be referred to as a solification step, a gelation relaxation step, or a phase transition step into the sol. . That is, in the hydrolysis process, the sol formation process is performed after the gelation process.
上記のゲル化工程およびゾル化工程を採用すると、核生成を抑制しつつ、Nb−TiO2微粒子の成長を140℃〜250℃という比較的高温で行うことが可能となる。そうなると、特許文献3のように80℃という比較的低温で酸化物微粒子の生成を行う場合とは異なり、結晶子径を大きくすることが可能となる。その結果、赤外線遮蔽材料としてNb−TiO2を使用する場合でも、比較的大きな結晶子径のNb−TiO2の微粒子が得られる。しかも、Nb錯体が高濃度(特許文献3に記載の20%を更に上回る値)であっても、アナターゼ相からなる結晶構造を有するNb−TiO2を安定して作製可能である。
その結果、Nb−TiO2の微粒子に対して赤外線遮蔽材料としての機能を発揮させることが可能となる。
Employing the gelation step and the solification step described above makes it possible to grow Nb—TiO 2 fine particles at a relatively high temperature of 140 ° C. to 250 ° C. while suppressing nucleation. Then, unlike the case of generating oxide fine particles at a relatively low temperature of 80 ° C. as in Patent Document 3, the crystallite diameter can be increased. As a result, even when using the Nb-TiO 2 as an infrared shielding material, relatively large particles of Nb-TiO 2 crystallite size is obtained. Moreover, even when the Nb complex is at a high concentration (a value exceeding 20% described in Patent Document 3), it is possible to stably produce Nb—TiO 2 having a crystal structure composed of an anatase phase.
As a result, the function as an infrared shielding material can be exhibited with respect to the fine particles of Nb—TiO 2 .
一方、本実施形態においては、加水分解の際の溶媒として還元性化合物を用いている。この還元性化合物により酸素欠損がもたらされ、キャリア密度が向上する。他方、上記のようにNbが高比率となる場合も、キャリア密度が向上する。つまり、本実施形態においては、酸素欠損がもたらす効果とNbの高比率化がもたらす効果とが相乗する。キャリア密度が著しく増加すると、光の吸収波長の短波長化をもたらす。具体例を挙げて説明すると、後述の実施例の図11(b)に示すように、溶媒を水として作製したNb−TiO2の微粒子は、波長が2300nmを超えたあたりに光の吸収のピーク(透過率が低下する領域)を有する。ところが、還元性化合物であるエチレングリコールを溶媒として作製したNb−TiO2の微粒子は、光の吸収度合いを向上させながら、光の吸収のピークが短波長側にシフトしている。こうすることにより、可視光に該当する波長の光は透過させつつ、赤外線遮蔽性能をさらに向上させることが可能となる。 On the other hand, in the present embodiment, a reducing compound is used as a solvent for hydrolysis. This reducing compound causes oxygen deficiency and improves the carrier density. On the other hand, when Nb has a high ratio as described above, the carrier density is improved. That is, in this embodiment, the effect brought about by oxygen deficiency and the effect brought about by a high Nb ratio are synergistic. When the carrier density is remarkably increased, the light absorption wavelength is shortened. Explaining with a specific example, as shown in FIG. 11 (b) of the examples described later, the Nb—TiO 2 fine particles produced using water as a solvent have a light absorption peak when the wavelength exceeds 2300 nm. (Region where transmittance decreases). However, the Nb—TiO 2 fine particles prepared using ethylene glycol, which is a reducing compound, as a solvent have a light absorption peak shifted to the short wavelength side while improving the light absorption degree. By doing so, it is possible to further improve the infrared shielding performance while transmitting light having a wavelength corresponding to visible light.
さらに、本実施形態においては、比較的大きな結晶子径のNb−TiO2の微粒子が得られる一方、後述の実施例の図8〜図10に示すように、得られるNb−TiO2の微粒子は、単分散ないしそれに近い状態となっている。つまり、Nb−TiO2の微粒子において径が極端に大きいもの(それに加えて、逆に極端に小さいもの)はほとんど含まれておらず、微粒子全体を見ても径がほぼ一定であり、いわゆる単分散ないしそれに近い状態となっている。その結果、Nb−TiO2の微粒子に対して光を通過させても、散乱光はほとんど生じない。
また、凝集度合いについても、結晶子径に対し、液体媒質中での体積平均径Mvはあまり大きくなっておらず、凝集度合いが極めて小さくなっている。
その結果、例えば窓ガラスに対して当該赤外線遮蔽材料を適用させた場合であっても、赤外線を遮蔽させつつ、可視光を透過させることが可能となる。
Further, in the present embodiment, while the relatively large particles of Nb-TiO 2 crystallite size is obtained, as shown in FIGS. 8 to 10 of the Examples below, the Nb-TiO 2 obtained microparticles , Monodisperse or close to it. That is, the Nb—TiO 2 fine particles with extremely large diameters (in addition to those with extremely small diameters) are hardly included, and the diameter is almost constant even when the entire fine particles are viewed. It is distributed or close to it. As a result, even if light is passed through the Nb—TiO 2 fine particles, almost no scattered light is generated.
As for the degree of aggregation, the volume average diameter Mv in the liquid medium is not so large with respect to the crystallite diameter, and the degree of aggregation is extremely small.
As a result, for example, even when the infrared shielding material is applied to a window glass, visible light can be transmitted while shielding infrared rays.
上記の効果を追補する形であるが、上記の手法を採用すると、以下の効果も奏する。 Although it is a form which supplements said effect, when the said method is employ | adopted, there also exist the following effects.
凝集を抑制するゲル網を構成する非晶質水酸化チタンは、元を正せばTi錯体である。そのため、特許文献3のようにTiのアルコキシドをそのまま用いる場合に比べ、加水分解の速度を適度に抑えることが可能となる。その結果、非晶質水酸化チタンの濃度が、LaMerの原理で言うところの過飽和度(結晶核が生成するための物質の濃度)へと急激に到達することがない。しかも、温度や時間などの諸条件を適宜設定することにより、非晶質水酸化チタンの濃度が過飽和度を超えるタイミングや超える度合いを制御することが可能となり、微粒子成長中の新たな核生成を抑制することが可能となる。これは、核生成期と微粒子成長期を分離することが可能であることを意味する。この分離が可能となると、ごく初期に生成した結晶核からのみ微粒子が成長し、結果として凝集度合いを相当小さくした状態、かつ、極端に径が大きなまたは小さな微粒子がほとんど存在しないという単分散ないしそれに近い状態であるNb−TiO2微粒子を生成することが可能となる。 Amorphous titanium hydroxide that constitutes a gel network that suppresses aggregation is a Ti complex if corrected. Therefore, compared with the case where the alkoxide of Ti is used as it is as in Patent Document 3, the hydrolysis rate can be moderately suppressed. As a result, the concentration of amorphous titanium hydroxide does not suddenly reach the supersaturation level (concentration of the substance for generating crystal nuclei) as stated in the LaMer principle. In addition, by appropriately setting various conditions such as temperature and time, it becomes possible to control the timing when the concentration of amorphous titanium hydroxide exceeds the degree of supersaturation and the degree to which it exceeds, and new nucleation during the growth of fine particles can be achieved. It becomes possible to suppress. This means that the nucleation period and the fine particle growth period can be separated. When this separation becomes possible, the fine particles grow only from the crystal nuclei formed at the very beginning, and as a result, the state of aggregation is considerably reduced, and the monodispersion in which there are almost no extremely large or small particles. It is possible to generate Nb—TiO 2 fine particles in a close state.
また、ゲル−ゾル法を採用すれば、金属酸化物微粒子を大量に合成できる。また、当該微粒子に形状異方性を導入でき、当該微粒子の結晶子径を制御できる。また、固相法に比較し低温焼結が可能となり、成長微粒子の凝集を抑制可能となる。 Moreover, if the gel-sol method is employed, a large amount of metal oxide fine particles can be synthesized. Further, shape anisotropy can be introduced into the fine particles, and the crystallite diameter of the fine particles can be controlled. Further, it becomes possible to perform low-temperature sintering as compared with the solid phase method, and it is possible to suppress the aggregation of the growing fine particles.
なお、ゲル化工程およびゾル化工程を含めた加水分解工程を行うための温度条件としては140℃〜250℃が好ましい。140℃以上なら、十分に加水分解を生じさせることが可能である。250℃以下ならば、ゲル状態を十分長く維持することが可能となる。
また、時間条件としては、十分に加水分解を生じさせること、および作業効率を鑑みると、3h〜72hで行うのが好ましい。
In addition, as temperature conditions for performing the hydrolysis process including a gelatinization process and a sol formation process, 140 to 250 degreeC is preferable. If it is 140 degreeC or more, it is possible to fully produce a hydrolysis. If it is 250 degrees C or less, it will become possible to maintain a gel state long enough.
Moreover, as time conditions, it is preferable to carry out in 3h to 72h in view of sufficient hydrolysis and working efficiency.
なお、溶媒をエチレングリコールとした場合の、エチレングリコールと水の体積比の好ましい範囲は、(エチレングリコール):(水)=95:5〜50:50である。別の言い方をすると、[エチレングリコール]/([エチレングリコール]+[水])を0.50以上0.95以下とするのが好ましい。0.50以上ならば、エチレングリコールによる酸素欠損効果をNb−TiO2に対して十分もたらすことが可能となり、Nb−TiO2の赤外遮蔽性能を向上させることが可能となる。0.95以下ならば、ゲル化した溶液を安定してゾル化することが可能となる。 In addition, the preferable range of the volume ratio of ethylene glycol and water when the solvent is ethylene glycol is (ethylene glycol) :( water) = 95: 5 to 50:50. In other words, it is preferable that [ethylene glycol] / ([ethylene glycol] + [water]) be 0.50 or more and 0.95 or less. If it is 0.50 or more, the oxygen deficiency effect by ethylene glycol can be sufficiently provided to Nb—TiO 2 , and the infrared shielding performance of Nb—TiO 2 can be improved. If it is 0.95 or less, the gelled solution can be sol stably.
また、Nb比率を40%とする場合、後述の実施例に示すように、長時間過ぎず適度な時間の加熱分解工程を行うためには、溶媒に対する水の量を調整する必要がある。そのため、本実施形態においては、水と溶媒との体積比は、ゲル化工程においてゲル化した溶液を、加水分解を進行させることによりゾル化することが可能な値に設定する。例えば後述の実施例に示すように、加水分解工程前においてモル比を[Ti]:[Nb]=70:30とする場合、エチレングリコールと水の体積比を(エチレングリコール):(水)=90:10またはそれよりも水を多めに設定する。 When the Nb ratio is 40%, as shown in the examples described later, it is necessary to adjust the amount of water relative to the solvent in order to perform the thermal decomposition process for an appropriate time without being too long. Therefore, in this embodiment, the volume ratio of water and the solvent is set to a value that allows the solution gelled in the gelation step to be solated by proceeding with hydrolysis. For example, as shown in Examples described later, when the molar ratio is [Ti]: [Nb] = 70: 30 before the hydrolysis step, the volume ratio of ethylene glycol to water is (ethylene glycol) :( water) = Set 90:10 or more water.
ただ、上記の各種の数値範囲に本実施形態は限定されるものではない。本実施形態においては、加水分解工程すなわちゲル化工程およびゾル化工程を行う。両工程を行うということはすなわち、加水分解工程前の原料の仕込みにおけるNb比率、還元性化合物と水との体積比、加水分解工程の温度条件および時間条件が適切に設定されていることを意味する。つまり本実施形態において上記の各条件は、加水分解を進行させることによりゲル化およびゾル化をもたらすことが可能な値に設定されている。 However, the present embodiment is not limited to the various numerical ranges described above. In this embodiment, a hydrolysis process, that is, a gelation process and a solification process are performed. Performing both steps means that the Nb ratio, the volume ratio of the reducing compound and water in the preparation of the raw material before the hydrolysis step, the temperature condition and the time condition of the hydrolysis step are appropriately set. To do. That is, in the present embodiment, each of the above conditions is set to a value capable of causing gelation and sol formation by proceeding with hydrolysis.
1−C)回収工程
本工程においては、加水分解工程後、以上のメカニズムによりゾルとして析出した赤外線遮蔽材料微粒子を回収する。回収手法としては、ゾルを回収する公知の手法を用いても構わない。例えば、遠心分離により赤外線遮蔽材料微粒子を回収しても構わない。また、適宜、回収した赤外線遮蔽材料微粒子に対して洗浄および乾燥処理を行っても構わない。
1-C) Recovery Step In this step, after the hydrolysis step, the infrared shielding material fine particles precipitated as a sol are recovered by the above mechanism. As the recovery method, a known method for recovering the sol may be used. For example, the infrared shielding material fine particles may be collected by centrifugation. Moreover, you may wash | clean and dry with respect to the collect | recovered infrared shielding material microparticles | fine-particles suitably.
1−D)その他
赤外線遮蔽材料微粒子を製造する場合は、上記の回収工程までを行えばよい。その一方、当該微粒子を液体媒質に分散させた分散液を作製する場合、当該微粒子を当該液体媒質内にて解砕する解砕処理工程を行う。その場合、解砕処理時間を10時間未満とするのが好ましい。
本発明者の調べにより、赤外線遮蔽性能の基となるアナターゼ相は、機械による解砕処理などで破壊されやすいことが見出されている。その一方、本実施形態で得られる赤外線遮蔽材料微粒子は、凝集度合いが非常に小さい。そのため、赤外線遮蔽材料微粒子から赤外線遮蔽材料微粒子粉末を作製する場合でも、機械による解砕処理を行うまでもない状態、または、解砕処理を行うとしてもわずかな時間の処理で済む状態となっている。そのため、仮に赤外線遮蔽材料微粒子に対する解砕処理を行うとしても、その処理に要する時間を10時間未満とすることにより、赤外線遮蔽性能の基となるアナターゼ相の大部分を保持することが可能となる。
1-D) Others When the infrared shielding material fine particles are manufactured, the above recovery process may be performed. On the other hand, when producing a dispersion liquid in which the fine particles are dispersed in a liquid medium, a crushing treatment step of crushing the fine particles in the liquid medium is performed. In that case, it is preferable to set the crushing time to less than 10 hours.
According to the investigation by the present inventor, it has been found that the anatase phase that is the basis of the infrared shielding performance is easily destroyed by a mechanical crushing treatment or the like. On the other hand, the infrared shielding material fine particles obtained in the present embodiment have a very small degree of aggregation. Therefore, even when the infrared shielding material fine particle powder is produced from the infrared shielding material fine particles, it is not necessary to perform a pulverization process by a machine, or even if the pulverization process is performed, only a short time is required. Yes. Therefore, even if the crushing process is performed on the infrared shielding material fine particles, the anatase phase that is the basis of the infrared shielding performance can be retained by setting the time required for the treatment to less than 10 hours. .
また、加水分解工程(ゲル化工程)において、結晶核の生成のタイミングや結晶核から微粒子が成長するタイミングを制御するための化合物を溶液に添加しても構わない。この化合物としては、アンモニアまたはその化合物が挙げられる。また、加水分解工程(ゲル化工程)において、Nb−TiO2に対して酸素欠損をもたらす還元性化合物(例えばグリコール類)を溶液に添加しても構わない。 In the hydrolysis step (gelation step), a compound for controlling the generation timing of crystal nuclei and the timing at which fine particles grow from the crystal nuclei may be added to the solution. Examples of this compound include ammonia and its compounds. In the hydrolysis step (gelation step), a reducing compound (for example, glycols) that causes oxygen deficiency with respect to Nb—TiO 2 may be added to the solution.
<2.赤外線遮蔽材料微粒子>
本実施形態の赤外線遮蔽材料微粒子の製造方法により製造された赤外線遮蔽材料微粒子自体にも大きな特徴がある。以下、詳述する。
<2. Infrared shielding material fine particles>
The infrared shielding material fine particles themselves produced by the method for producing the infrared shielding material fine particles of the present embodiment also have a great feature. Details will be described below.
まず、本実施形態の赤外線遮蔽材料微粒子は、Tiの酸化物において、Tiの一部をNbで置換したアナターゼ型の結晶構造(アナターゼ相)を有する微粒子である。その上で、当該微粒子においてXRD測定により得られる結晶子径は9nm〜15nmである。 First, the infrared shielding material fine particles of the present embodiment are fine particles having an anatase type crystal structure (anatase phase) in which a part of Ti is substituted with Nb in a Ti oxide. In addition, the crystallite diameter obtained by XRD measurement of the fine particles is 9 nm to 15 nm.
また、凝集度合いの観点から見ると、当該微粒子を液体媒質(例えばトルエン)に分散させたときの体積平均径Mv(分散粒子径)は当該結晶子径の1.0倍〜4.0倍(好ましくは1.0倍〜3.5倍)の範囲に留まる。また、後述の実施例が示すように、Mvは40nm以下が好ましく、20nm〜40nmであるのがさらに好ましい。つまり、本実施形態の赤外線遮蔽材料微粒子は、XRD測定の際においても当該微粒子の凝集度合いが低い。なお、特許文献2のように分散液を乾燥後、加熱処理(特許文献2の実施例のように550℃で焼成)した場合、このように低い凝集度合いは獲得できない。 From the viewpoint of the degree of aggregation, the volume average diameter Mv (dispersed particle diameter) when the fine particles are dispersed in a liquid medium (for example, toluene) is 1.0 to 4.0 times the crystallite diameter ( Preferably it stays in the range of 1.0 times to 3.5 times. Further, as shown in the examples described later, Mv is preferably 40 nm or less, and more preferably 20 nm to 40 nm. That is, the infrared shielding material fine particles of the present embodiment have a low degree of aggregation of the fine particles even during XRD measurement. In addition, when the dispersion is dried as in Patent Document 2 and then heat-treated (fired at 550 ° C. as in the Examples of Patent Document 2), such a low degree of aggregation cannot be obtained.
さらに、極端に大きなまたは小さな径の微粒子がほとんど存在しない(すなわち単分散ないしそれに近い状態)という観点から見ると、当該微粒子を液体媒質(例えばトルエン)に分散させたとき、Mv/D90が0.60〜1.00(好ましくは0.75〜1.00、さらに好ましくは0.80〜1.00)の範囲に留まる。このように、Mv/D90が1に近い値となるということは、当該微粒子が、液体媒質に分散させたときに粒径が揃う微粒子であるのは当然として、元を正せば、液体媒質に分散させる前の段階でも粒径が揃っている微粒子であることを意味する。なぜなら、微粒子の段階において粒径が揃っていなければ、液体媒質に分散させた場合に粒径が揃わないためである。そのため、当該微粒子においては、液体媒質に分散させない状態であってもMv/D90が0.60〜1.00の範囲に留まる。
後述の実施例でも説明するが、本実施例の赤外線遮蔽材料微粒子を液体媒質に分散させた場合、図8〜図10に示すように、単分散の状態に極めて近い微粒子となる。Mv/D90が上記の範囲に存在する赤外線遮蔽材料微粒子は、各特許文献に記載の内容に照らしても、全く新しい構成である。また、上記の課題でも述べたように、本発明は「赤外線遮蔽」材料微粒子に関するものである。そのため、特許文献2や3のように導電性の観点のみでは、そもそもMv/D90に着目する理由が存在しない。
Further, from the viewpoint that there are almost no extremely large or small-sized fine particles (that is, monodispersed or close to it), when the fine particles are dispersed in a liquid medium (for example, toluene), the Mv / D90 is 0.1. It remains in the range of 60 to 1.00 (preferably 0.75 to 1.00, more preferably 0.80 to 1.00). Thus, Mv / D90 having a value close to 1 means that the fine particles have the same particle diameter when dispersed in the liquid medium. It means that the particles have the same particle size even before the dispersion. This is because if the particle size is not uniform at the fine particle stage, the particle size is not uniform when dispersed in a liquid medium. Therefore, in the fine particles, Mv / D90 remains in the range of 0.60 to 1.00 even when not dispersed in the liquid medium.
As will be described in the examples described later, when the infrared shielding material fine particles of this example are dispersed in a liquid medium, the fine particles are very close to a monodispersed state as shown in FIGS. Infrared shielding material fine particles having Mv / D90 in the above range have a completely new structure even in light of the contents described in each patent document. In addition, as described in the above problem, the present invention relates to “infrared shielding” material fine particles. Therefore, there is no reason to focus on Mv / D90 in the first place from the viewpoint of conductivity as in Patent Documents 2 and 3.
D10/MvやD10/D90についても、Mv/D90と同様に規定することが可能である。すなわち、極端に大きなまたは小さな径の微粒子がほとんど存在しない(すなわち単分散ないしそれに近い状態)という観点から見ると、当該微粒子を液体媒質(例えばトルエン)に分散させたとき、D10/Mvが0.60〜1.00(好ましくは0.65〜1.00、さらに好ましくは0.70〜1.00、特に好ましくは0.80〜1.00)の範囲に留まる。また、D10/D90は0.40〜1.00(好ましくは0.45〜1.00、さらに好ましくは0.50〜1.00、特に好ましくは0.70〜1.00)の範囲に留まる。D10/MvやD10/D90が1に近い値となるということは、当該微粒子が、液体媒質に分散させたときに粒径が揃う微粒子であるのは当然として、元を正せば、液体媒質に分散させる前の段階でも粒径が揃っている微粒子であることを意味する。 D10 / Mv and D10 / D90 can be defined in the same manner as Mv / D90. That is, from the viewpoint that there are almost no extremely large or small-sized fine particles (that is, monodispersed or close to it), when the fine particles are dispersed in a liquid medium (for example, toluene), D10 / Mv is 0.1. It remains in the range of 60 to 1.00 (preferably 0.65 to 1.00, more preferably 0.70 to 1.00, particularly preferably 0.80 to 1.00). Further, D10 / D90 remains in the range of 0.40 to 1.00 (preferably 0.45 to 1.00, more preferably 0.50 to 1.00, particularly preferably 0.70 to 1.00). . When D10 / Mv or D10 / D90 is a value close to 1, it is a matter of course that the fine particles are fine particles having a uniform particle diameter when dispersed in a liquid medium. It means that the particles have the same particle size even before the dispersion.
なお、9nm〜15nmというナノレベルの微小な結晶子を考慮に入れなかったとしても、上記のような低い凝集度合い、および、単分散ないしそれに近い状態は、驚くべきものであることに変わりはない。そのため、本実施形態の赤外線遮蔽材料微粒子としては、ミクロンレベル(例えば0.1μm=100nmや0.2μm弱=180nm)以下あるいは金属がドープされることによる機能を発揮しつつ9nmよりも小さいサイズの結晶子径となる場合であったとしても「当該微粒子をトルエンに分散させたときの体積平均径Mvは当該結晶子径の1.0倍〜4.0倍の範囲とする」ことに技術的な意義が存在する。同様に、「Mv/D90は0.60〜1.00の範囲とする」ことにも技術的な意義が存在する。D10/MvやD10/D90に関する上記の規定についても同様である。また、上記の各規定を適宜組み合わせるのが好ましい。なお、条件次第では上記の各種の数値範囲が変動する可能性もあるが、その点については本発明者が鋭意検討中である。 Even if nano-scale microcrystallites of 9 nm to 15 nm are not taken into consideration, the low degree of aggregation as described above and the state of monodispersion or close to it are still surprising. . Therefore, the infrared shielding material fine particles of the present embodiment have a micron level (for example, 0.1 μm = 100 nm or slightly less than 0.2 μm = 180 nm) or a size smaller than 9 nm while exhibiting the function of being doped with metal. Even if it is a case where the crystallite diameter is reached, “the volume average diameter Mv when the fine particles are dispersed in toluene is in the range of 1.0 to 4.0 times the crystallite diameter”. There is a significant meaning. Similarly, “Mv / D90 is in the range of 0.60 to 1.00” also has technical significance. The same applies to the above-mentioned regulations regarding D10 / Mv and D10 / D90. Moreover, it is preferable to combine each said prescription | regulation suitably. Depending on the conditions, the various numerical ranges described above may fluctuate, but the present inventor is intensively studying this point.
また、Nb−TiO2が赤外線遮蔽材料微粒子として機能を発揮するにはアナターゼ相を有する必要がある。アナターゼ相においては、TiはTi4+イオン状態であり、NbはNb5+イオン状態である。イオン半径の大きさにおける互いの関係としては、Ti4+<Nb5+である。そのため、TiO2にNbが多量にドープされた状態となるたびに、結晶構造においてa軸およびc軸の格子定数は増加する。言い方を変えると、TiO2にNbがドープされた場合であってもa軸およびc軸の格子定数が測定されるということは、結晶構造が形成されていること、すなわちTiO2にNbが元素またはイオンレベルで良好にドープされていることを指す。そのため、TiO2にNbが良好にドープされていることを指し示すための規定としては「結晶構造においてa軸の格子定数が3.79Å(TiO2単体の場合の値)を超えた値であり、かつ、c軸の格子定数が9.51Å(TiO2単体の場合の値)を超えた値である」となる。 Further, Nb—TiO 2 needs to have an anatase phase in order to function as infrared shielding material fine particles. In the anatase phase, Ti is in the Ti 4+ ionic state and Nb is in the Nb 5+ ionic state. The relation between the ionic radii is Ti 4+ <Nb 5+ . Therefore, every time TiO 2 is heavily doped with Nb, the a-axis and c-axis lattice constants increase in the crystal structure. In other words, the fact that the lattice constants of the a-axis and c-axis are measured even when TiO 2 is doped with Nb means that a crystal structure is formed, that is, Nb is an element in TiO 2. Or it refers to being well doped at the ion level. Therefore, the rule for indicating that TiO 2 is well doped with Nb is “a value in which the lattice constant of the a axis in the crystal structure exceeds 3.79Å (value in the case of TiO 2 alone), In addition, the c-axis lattice constant exceeds 9.51 た (value in the case of TiO 2 alone).
<3.赤外線遮蔽材料微粒子の関連物>
本実施形態の赤外線遮蔽材料微粒子から得られる関連物にも本発明の思想が適用されており、当該関連物にも大きな技術的特徴が存在する。
例えば、上記の赤外線遮蔽材料微粒子を乾燥して得られる赤外線遮蔽材料微粒子粉末も挙げられる。
また、上記の赤外線遮蔽材料微粒子が液体媒質中に分散している赤外線遮蔽材料微粒子分散液が挙げられる。当該分散液は、上記の解砕処理工程を行った上で作製してもよい。ここで挙げた液体媒質としては、赤外線遮蔽材料微粒子を分散可能なものならば特に制限はなく、公知のものを用いても構わない。
また、上記の赤外線遮蔽材料微粒子が固体媒質中に分散している赤外線遮蔽材料微粒子分散体も挙げられる。この固体媒質としては、赤外線遮蔽材料微粒子を分散可能なものならば特に制限はなく、公知のもの(ガラスや樹脂)を用いても構わない。
また、上記の赤外線遮蔽材料微粒子を含有する被膜が基材表面に設けられている被覆基材も挙げられる。この基材としては、当該皮膜を形成可能なものならば特に制限はなく、公知の基材(ガラス基体や樹脂基体(基板またはフィルム))を用いても構わない。
<3. Related to fine particles of infrared shielding material>
The idea of the present invention is also applied to related objects obtained from the infrared shielding material fine particles of the present embodiment, and the related objects also have a great technical feature.
For example, the infrared shielding material fine particle powder obtained by drying the above infrared shielding material fine particles is also included.
Moreover, the infrared shielding material fine particle dispersion liquid in which the above-described infrared shielding material fine particles are dispersed in a liquid medium may be mentioned. You may produce the said dispersion liquid after performing said crushing process process. The liquid medium mentioned here is not particularly limited as long as the infrared shielding material fine particles can be dispersed, and a known medium may be used.
In addition, an infrared shielding material fine particle dispersion in which the above-described infrared shielding material fine particles are dispersed in a solid medium may also be mentioned. The solid medium is not particularly limited as long as the infrared shielding material fine particles can be dispersed, and a known medium (glass or resin) may be used.
Moreover, the coating base material by which the film containing said infrared shielding material microparticles | fine-particles is provided in the base-material surface is also mentioned. The substrate is not particularly limited as long as the film can be formed, and a known substrate (glass substrate or resin substrate (substrate or film)) may be used.
以上の結果、本実施形態ならば上記で挙げた効果を奏する。これらの効果をまとめると、NbがドープされたTiO2微粒子であって、赤外線遮蔽材料としての機能を十分に発揮する赤外線遮蔽材料微粒子を製造する際に良好な作業性を実現可能な手法が提供可能となり、さらには赤外線遮蔽性能を向上させた赤外線遮蔽材料微粒子およびその関連物を提供可能となる。 As a result of the above, the embodiment has the above-described effects. Summarizing these effects, there is provided a method capable of realizing good workability when manufacturing infrared shielding material fine particles that are Nb-doped TiO 2 fine particles and sufficiently function as an infrared shielding material. In addition, it is possible to provide the infrared shielding material fine particles and the related substances with improved infrared shielding performance.
なお、本実施形態においてはTiO2に対してNbをドープする例について述べたが、Nbに加え、他の金属をドープする場合にも本実施形態を適用可能である。例えば、Ti錯体、Nb錯体と同様に、他の金属の錯体を作製しておき、これらの錯体が共存した状態で加水分解を行えばよい。なお、当該他の金属は1種でなくともよく、2種の金属について各々錯体を作製しておいても構わない。なお、錯体化するまでの具体例(当該他の金属を含有する化合物(アルコキシド等)、錯化剤)については、上記で列挙したものの中から適宜選択しても構わない。こうすることにより、アナターゼ相を有し、かつTiO2に対してNbおよび他の金属をドープした赤外線遮蔽材料を得ることができる。 In the present embodiment, an example in which Nb is doped into TiO 2 has been described. However, the present embodiment can be applied to a case where other metals are doped in addition to Nb. For example, similar to Ti complexes and Nb complexes, other metal complexes may be prepared, and hydrolysis may be performed in the presence of these complexes. In addition, the said other metal does not need to be 1 type, and you may produce the complex about 2 types of metals, respectively. In addition, about the specific example (Compound (alkoxide etc.) containing the said other metal, complexing agent) until complexing, you may select suitably from what was enumerated above. By doing so, an infrared shielding material having an anatase phase and doped with Nb and other metals with respect to TiO 2 can be obtained.
以下に、本発明の実施例を比較例とともに具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be specifically described below together with comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(赤外線遮蔽材料微粒子粉末の製造)
本実施例においては以下のものを用いた。
Ti含有化合物…チタンテトライソプロポキシド(TIPO)
錯化剤A…トリエタノールアミン(TEOA)
Nb含有化合物…ニオブエトキシド
錯化剤B…トリエタノールアミン(TEOA)
溶媒…エチレングリコール(EG)
(Manufacture of infrared shielding material fine particle powder)
In this example, the following was used.
Ti-containing compound: Titanium tetraisopropoxide (TIPO)
Complexing agent A ... Triethanolamine (TEOA)
Nb-containing compound: niobium ethoxide
Complexing agent B ... Triethanolamine (TEOA)
Solvent ... Ethylene glycol (EG)
まず、窒素雰囲気下において、TIPO(14.21g)とTEOA(14.92g)とを混合し、室温で一晩撹拌することで、Ti錯体を作製した。そして、エチレングリコール(以降、単にEGとも言う。)を加えて全量を100mLとすることにより、Tiの金属濃度が0.5MとなるTi錯体溶液を準備した。
同様に、窒素雰囲気下において、ニオブエトキシド(15.90g)とTEOA(14.92g)とを混合し、50℃で一晩撹拌することで、Nb錯体を作製した。そして、エチレングリコールを加えて全量を100mLとすることにより、Nbの金属濃度が0.5MとなるNb錯体溶液を準備した。
First, in a nitrogen atmosphere, TIPO (14.21 g) and TEOA (14.92 g) were mixed and stirred overnight at room temperature to prepare a Ti complex. And the Ti complex solution from which the metal concentration of Ti is set to 0.5M was prepared by adding ethylene glycol (henceforth only EG) and making the whole quantity to 100 mL.
Similarly, niobium ethoxide (15.90 g) and TEOA (14.92 g) were mixed in a nitrogen atmosphere and stirred at 50 ° C. overnight to prepare an Nb complex. And the Nb complex solution from which the metal concentration of Nb will be 0.5M was prepared by adding ethylene glycol and making the whole quantity to 100 mL.
そして、Ti錯体溶液(4mL)とNb錯体溶液(1mL)およびエチレングリコール(4mL)とイオン交換水(1mL)を混合し、TiとNbのモル比を[Ti]:[Nb]=80:20、エチレングリコールと水の体積比を(EG):(水)=90:10とした溶液に対し、加水分解(ソルボサーマル合成)を行った。以降、(EG):(水)はEGと水との体積比を表す。加水分解としては、具体的には、テフロン(登録商標)ライナー付きのオートクレーブを用い、220℃で72時間加熱し続けた。こうして加水分解工程を行った後、析出した赤外線遮蔽材料微粒子を、遠心分離による固液分離により回収した。回収した当該微粒子に対し、エタノールやイオン交換水により複数回洗浄した。そして、60℃で一晩乾燥させ、赤外線遮蔽材料微粒子粉末を得た。
なお、以降に述べる実施例の結果においては、特記が無い限り、上記の条件で作製した試料に関する結果である。
And Ti complex solution (4 mL), Nb complex solution (1 mL), ethylene glycol (4 mL), and ion-exchange water (1 mL) are mixed, and the molar ratio of Ti and Nb is [Ti]: [Nb] = 80: 20. Then, hydrolysis (solvothermal synthesis) was performed on a solution in which the volume ratio of ethylene glycol and water was (EG) :( water) = 90: 10. Hereinafter, (EG) :( water) represents the volume ratio of EG to water. Specifically, as the hydrolysis, an autoclave with a Teflon (registered trademark) liner was used, and heating was continued at 220 ° C. for 72 hours. After performing the hydrolysis step in this way, the deposited infrared shielding material fine particles were collected by solid-liquid separation by centrifugation. The collected fine particles were washed several times with ethanol or ion exchange water. And it was made to dry at 60 degreeC overnight, and the infrared shielding material fine particle powder was obtained.
In addition, in the result of the Example described below, it is a result regarding the sample produced on said conditions unless there is special mention.
ちなみに、加水分解工程前の溶液におけるTiとNbのモル比を[Ti]:[Nb]=90:10〜60:40の間で10ごとに設定(90:10、80:20、・・・)して、同様の試験を行った。 Incidentally, the molar ratio of Ti and Nb in the solution before the hydrolysis step is set every 10 between [Ti]: [Nb] = 90: 10-60: 40 (90:10, 80:20,... ) And the same test was conducted.
また、エチレングリコールと水との体積比を(EG):(水)=100:0、99:1、95:5、90:10、85:15、80:20、50:50の各々に設定して、同様の試験を行った。 Further, the volume ratio of ethylene glycol and water is set to (EG) :( water) = 100: 0, 99: 1, 95: 5, 90:10, 85:15, 80:20, 50:50, respectively. The same test was conducted.
(測定)
まず、赤外線遮蔽材料微粒子の回収工程前の各溶液((EG):(水)=100:0〜50:50)を目視観察した。
次に、当該粉末に対し、透過型電子顕微鏡(TEM,日立ハイテクノロジーズ社製HF−2200)を用いて微粒子形状を観察した。
また、X線回折装置(PANalytical製X’Pert Pro MRD)を用いてXRD測定を行い、結晶構造および格子定数を評価した。
(Measurement)
First, each solution ((EG) :( water) = 100: 0 to 50:50) before the step of collecting the infrared shielding material fine particles was visually observed.
Next, the shape of the fine particles was observed with respect to the powder using a transmission electron microscope (TEM, HF-2200 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation).
In addition, XRD measurement was performed using an X-ray diffractometer (X'Pert Pro MRD manufactured by PANalytical) to evaluate the crystal structure and lattice constant.
また、当該粉末と当量の不揮発成分を含有する酸性ポリエステル系分散剤の存在下で、Nb−TiO2の濃度を4wt%とし、当該粉末をトルエン中に分散させた。その際、当該微粒子に対する解砕処理としてペイントシェーカを用いた。その際、解砕処理時間を3hとした。そして、動的光散乱式粒径分布測定装置(日機装製 UPA150)を用い、当該分散液に対して動的光散乱法による粒度分布測定を行い、微粒子の分散状態を評価した。
また、分光光度計(日立ハイテクノロジーズ製 U−4000)を用い、当該分散液に対して透過スペクトル測定を行い、赤外吸収特性を評価した。
Further, in the presence of an acidic polyester dispersant containing a non-volatile components of the powder and equivalents, the concentration of Nb-TiO 2 and 4 wt%, and the powder was dispersed in toluene. At that time, a paint shaker was used as a crushing process for the fine particles. At that time, the crushing time was set to 3 h. Then, using a dynamic light scattering type particle size distribution measuring apparatus (Nikkiso UPA150), the dispersion was subjected to particle size distribution measurement by a dynamic light scattering method to evaluate the dispersion state of the fine particles.
Moreover, the transmission spectrum measurement was performed with respect to the said dispersion liquid using the spectrophotometer (Hitachi High-Technologies U-4000), and the infrared absorption characteristic was evaluated.
(結果)
まず、上記の試験結果全体を通して見たところ、反応温度が高い、かつ時間が長いほど、赤外線遮蔽材料微粒子を多量に得ることができた。ただ、Nb比率が高くなるほど、赤外線遮蔽材料微粒子の量が少なくなった。これは、Nbの存在により加水分解に伴う反応速度が遅くなっていることに起因するものと考えられる。また、EGの比率が高い場合でも、赤外線遮蔽材料微粒子の量が少なくなった。Nbと同様、EGの存在により加水分解に伴う反応スピードが遅くなっていることに起因するものと考えられる。
(result)
First, as seen throughout the above test results, a larger amount of infrared shielding material fine particles could be obtained as the reaction temperature was higher and the time was longer. However, the higher the Nb ratio, the smaller the amount of infrared shielding material fine particles. This is considered due to the fact that the reaction rate accompanying hydrolysis is slowed by the presence of Nb. Moreover, even when the ratio of EG was high, the amount of fine particles of infrared shielding material was reduced. Like Nb, it is considered that the reaction speed accompanying hydrolysis is slowed by the presence of EG.
溶液の外観としては、当該微粒子(Nb−TiO2)の成長が進むにつれ、褐色のゲルから白色ないし青色のゾルへと変化した。また、Nbの金属濃度が高くなるほど、ゾルの青みが増していた。これは、赤色に起因する近赤外領域の波長の光が吸収されていることを示唆している。 The appearance of the solution changed from a brown gel to a white to blue sol as the fine particles (Nb—TiO 2 ) grew. Moreover, the blueness of the sol increased as the metal concentration of Nb increased. This suggests that light having a wavelength in the near infrared region due to red is absorbed.
ここで、EGの比率に応じた赤外線遮蔽材料微粒子ゾルの外観観察の結果を図3に示す。図3の写真の上段は、加水分解工程の時間を24hとした場合の写真である。この場合、(EG):(水)=90:10またはそれよりもEGが少なければ、青いゾルとなり、正常に赤外線遮蔽材料微粒子が形成されていることがわかる。その一方、図3の写真の下段は、加水分解工程の時間を72hとした場合の写真であるが、この場合、正常に赤外線遮蔽材料微粒子を形成するためには(EG):(水)=95:5まで許容される。 Here, the result of appearance observation of the infrared shielding material fine particle sol according to the ratio of EG is shown in FIG. The upper part of the photograph in FIG. 3 is a photograph when the hydrolysis process time is 24 h. In this case, it can be seen that if (EG) :( water) = 90: 10 or less EG, a blue sol is formed, and the infrared shielding material fine particles are normally formed. On the other hand, the lower part of the photograph of FIG. 3 is a photograph when the time of the hydrolysis step is 72 h. In this case, in order to normally form infrared shielding material fine particles, (EG): (water) = Allowed up to 95: 5.
次に、Nb比率に応じた赤外線遮蔽材料微粒子ゾルの外観観察の結果を図4に示す。図4の写真の上段は、(EG):(水)=95:5とした場合の写真である。この場合、加水分解工程前の溶液におけるTiとNbのモル比を[Ti]:[Nb]=80:20またはそれよりもNbを少なくすれば、青いゾルとなり、正常に赤外線遮蔽材料微粒子が形成されていることがわかる。その一方、図4の写真の下段は、(EG):(水)=90:10とした場合の写真であるが、この場合、正常に赤外線遮蔽材料微粒子を形成するためには、[Ti]:[Nb]=80:20〜70:30とする必要がある。 Next, the result of external observation of the infrared shielding material fine particle sol corresponding to the Nb ratio is shown in FIG. The upper part of the photograph in FIG. 4 is a photograph when (EG) :( water) = 95: 5. In this case, if the molar ratio of Ti and Nb in the solution before the hydrolysis step is [Ti]: [Nb] = 80: 20 or less than Nb, a blue sol is formed, and infrared shielding material fine particles are normally formed. You can see that On the other hand, the lower part of the photograph in FIG. 4 is a photograph when (EG) :( water) = 90: 10. In this case, in order to form the infrared shielding material fine particles normally, [Ti] : [Nb] = 80: 20 to 70:30.
次に、TEM観察の結果について述べる。図5に、加水分解工程前においてEGと水の体積比を(a)99:1、(b)95:5、(c)90:10、(d)85:15とした溶液に対して加水分解を行った後に得られた当該微粒子のTEM像を示す。(b)〜(d)においては数10nmの微粒子が得られた。その一方(a)の場合だとそもそも微粒子が得られず、溶液は非晶質の状態だった。 Next, the results of TEM observation will be described. FIG. 5 shows that the EG and water volume ratios before the hydrolysis step were hydrolyzed in a solution with (a) 99: 1, (b) 95: 5, (c) 90:10, and (d) 85:15. The TEM image of the said microparticles | fine-particles obtained after performing decomposition | disassembly is shown. In (b) to (d), fine particles of several tens of nm were obtained. On the other hand, in the case of (a), fine particles were not obtained in the first place, and the solution was in an amorphous state.
次に、XRD測定の結果について述べる。図6に、当該微粒子のXRD回折パターンを示す。EGと水の体積比が(EG):(水)=95:5〜85:15の場合、TiO2のアナターゼ相からなる結晶構造を有することが示された。また、準安定相であるアナターゼ相が選択的に形成され、アナターゼ相が単相として形成されていることも示された。
格子定数および結晶子径については、図7にその結果を示す。図7は、本実施例におけるXRD測定により得られた結果を示す表であり、Nb比率、エチレングリコールの体積%、加水分解工程における温度、時間、格子定数および結晶子径の関係を示す表である。図7を見ると、結晶構造においてa軸の格子定数が3.79(TiO2単体の場合の値)を超えた値であり、かつ、c軸の格子定数が9.51(TiO2単体の場合の値)を超えた値となっている。その結果、TiO2にNbが良好にドープされていることがわかった。
Next, the results of XRD measurement will be described. FIG. 6 shows an XRD diffraction pattern of the fine particles. When the volume ratio of EG to water was (EG) :( water) = 95: 5 to 85:15, it was shown to have a crystal structure composed of the anatase phase of TiO 2 . It was also shown that the anatase phase, which is a metastable phase, was selectively formed and the anatase phase was formed as a single phase.
The results of the lattice constant and the crystallite diameter are shown in FIG. FIG. 7 is a table showing the results obtained by XRD measurement in this example, and shows the relationship between the Nb ratio, the volume percentage of ethylene glycol, the temperature, time, lattice constant, and crystallite diameter in the hydrolysis step. is there. Referring to FIG. 7, in the crystal structure, the a-axis lattice constant exceeds 3.79 (value in the case of TiO 2 alone), and the c-axis lattice constant is 9.51 (in TiO 2 alone). Value). As a result, it was found that TiO 2 was well doped with Nb.
次に、動的光散乱法による粒度分布測定の結果について述べる。
図8は、加水分解工程の時間を24hとして解砕処理時間を3hとした試料をトルエンに分散させたときの、動的光散乱法による粒径測定の結果を示すグラフ(a)および表(b)である。
図9は、加水分解工程の時間を72hとして解砕処理時間を3hとした試料をトルエンに分散させたときの、動的光散乱法による粒径測定の結果を示すグラフ(a)および表(b)である。
図10は、加水分解工程の時間を24hかつ解砕処理時間を1hとした試料をトルエンに分散させたときの、動的光散乱法による粒径測定の結果を示すグラフ(a)および表(b)である。
なお、表においては上記のXRD測定で求めた結晶子径(Å)の値も記載している。
その結果、Mv/結晶子径は1.0倍〜4.0倍の範囲に収まっていた。また、Mv/D90は0.60〜1.00の範囲に収まっていた。さらに、D10/Mvが0.60〜1.00の範囲に留まり、D10/D90は0.40〜1.00の範囲に留まっていた。つまり、本来ならば大きい値となるはずのD90や小さい値となるはずのD10が、体積平均径Mvに対して極めて近い値を示しており、図8〜図10の結果を加味すると、本実施例における微粒子は、凝集度合いが著しく小さく、かつ、単分散ないしそれに近い状態となっていることがわかった。
Next, the result of the particle size distribution measurement by the dynamic light scattering method will be described.
FIG. 8 is a graph (a) and a table showing the results of particle size measurement by the dynamic light scattering method when a sample with a hydrolysis process time of 24 h and a crushing treatment time of 3 h is dispersed in toluene. b).
FIG. 9 is a graph (a) and a table showing the results of particle size measurement by the dynamic light scattering method when a sample having a hydrolysis process time of 72 h and a crushing treatment time of 3 h is dispersed in toluene. b).
FIG. 10 is a graph (a) and a table showing the results of particle size measurement by the dynamic light scattering method when a sample having a hydrolysis process time of 24 h and a crushing treatment time of 1 h is dispersed in toluene. b).
In the table, the value of crystallite diameter (Å) determined by the above XRD measurement is also described.
As a result, Mv / crystallite diameter was within a range of 1.0 to 4.0 times. Moreover, Mv / D90 was settled in the range of 0.60-1.00. Furthermore, D10 / Mv remained in the range of 0.60 to 1.00, and D10 / D90 remained in the range of 0.40 to 1.00. That is, D90, which should be a large value or D10, which should be a small value, shows a very close value to the volume average diameter Mv. It was found that the fine particles in the example had a remarkably small degree of aggregation and were in a state of being monodispersed or close thereto.
次に、当該分散液に対して透過スペクトル測定を行った結果について述べる。その結果を図11に示す。図11(a)は、EGの比率に応じて透過スペクトルが変化する様子を示す。ただ、図11(b)においては、全ての試料に対し、透過率のピーク(最大値)を70%に設定してグラフを作成している。図11を見ると、(EG):(水)=90:10またはそれよりもEGが多くなると、酸素欠損の効果が顕著に発現し、赤外吸収性能が一気に向上する。 Next, the results of transmission spectrum measurement performed on the dispersion will be described. The result is shown in FIG. FIG. 11A shows how the transmission spectrum changes according to the ratio of EG. However, in FIG. 11B, the graph is created by setting the transmittance peak (maximum value) to 70% for all the samples. Referring to FIG. 11, when (EG) :( water) = 90: 10 or more EG, the effect of oxygen deficiency is remarkably exhibited and the infrared absorption performance is improved at a stretch.
また、加水分解工程前の溶液におけるTiとNbのモル比、および、エチレングリコールと水の体積比を共に変化させた上で、上記の記載の手法で赤外線遮蔽微粒子材料粉末をトルエンに分散させた分散液に対し、透過スペクトル測定を行った結果について述べる。図12にその結果を示す。ただ、図12においては、全ての試料に対し、透過率のピーク(最大値)を70%に設定してグラフを作成している。
図12を見ると、加水分解工程前の溶液におけるTiとNbのモル比が[Ti]:[Nb]=80:20〜70:30、かつ、EGと水の体積比が(EG):(水)=95:5〜90:10の場合、赤外遮蔽性能および可視光透過性能が著しく向上することがわかった。
Further, after changing both the molar ratio of Ti and Nb in the solution before the hydrolysis step and the volume ratio of ethylene glycol and water, the infrared shielding fine particle material powder was dispersed in toluene by the above-described method. The results of transmission spectrum measurement on the dispersion will be described. FIG. 12 shows the result. However, in FIG. 12, the graph is created by setting the transmittance peak (maximum value) to 70% for all the samples.
Referring to FIG. 12, the molar ratio of Ti and Nb in the solution before the hydrolysis step is [Ti]: [Nb] = 80: 20 to 70:30, and the volume ratio of EG to water is (EG) :( In the case of water) = 95: 5 to 90:10, it was found that the infrared shielding performance and visible light transmission performance were significantly improved.
Claims (14)
Ti含有化合物と錯化剤Aとを反応させて得られるTi錯体、Nb含有化合物と錯化剤Bとを反応させて得られるNb錯体、および水を含み、還元性化合物を溶媒とした溶液を加熱することにより各錯体に対して加水分解を生じさせる加水分解工程と、
前記加水分解工程後、析出物である前記赤外線遮蔽材料微粒子を回収する回収工程と、
を有し、
前記加水分解工程は、
前記加水分解を進行させることにより前記溶液をゲル化させるゲル化工程と、
前記ゲル化工程によりゲル化された前記溶液を、前記加水分解を進行させることによりゾル化させるゾル化工程と、
を有する、赤外線遮蔽材料微粒子の製造方法。 A method for producing fine particles of infrared shielding material,
A solution containing a Ti complex obtained by reacting a Ti-containing compound and a complexing agent A, an Nb complex obtained by reacting an Nb-containing compound and the complexing agent B, and water, and using a reducing compound as a solvent. A hydrolysis step for causing hydrolysis of each complex by heating;
After the hydrolysis step, a recovery step of recovering the infrared shielding material fine particles that are precipitates;
Have
The hydrolysis step includes
A gelling step of gelling the solution by advancing the hydrolysis;
A solification step in which the solution gelled in the gelation step is solated by allowing the hydrolysis to proceed;
The manufacturing method of infrared shielding material microparticles | fine-particles which have these.
前記エチレングリコールと前記水の体積比は、(エチレングリコール):(水)=95:5〜50:50とする、請求項3に記載の赤外線遮蔽材料微粒子の製造方法。 The solvent is ethylene glycol;
4. The method for producing fine particles of infrared shielding material according to claim 3, wherein a volume ratio of the ethylene glycol and the water is (ethylene glycol) :( water) = 95: 5 to 50:50.
Ti含有化合物と錯化剤Aとを反応させて得られるTi錯体、Nb含有化合物と錯化剤Bとを反応させて得られるNb錯体、および水を含み、還元性化合物を溶媒とした溶液を加熱することにより各錯体に対して加水分解を生じさせる加水分解工程と、
前記加水分解工程後、析出物である前記赤外線遮蔽材料微粒子を回収する回収工程と、
回収された前記赤外線遮蔽材料微粒子を液体媒質に分散させる際に前記赤外線遮蔽材料微粒子を当該液体媒質内にて解砕する解砕処理工程と、
を有し、
前記加水分解工程は、
前記加水分解を進行させることにより前記溶液をゲル化させるゲル化工程と、
前記ゲル化工程によりゲル化された前記溶液を、前記加水分解を進行させることによりゾル化させるゾル化工程と、
を有し、
前記解砕処理工程における解砕処理時間を10時間未満とする、赤外線遮蔽材料微粒子分散液の製造方法。 A method for producing an infrared shielding material fine particle dispersion,
A solution containing a Ti complex obtained by reacting a Ti-containing compound and a complexing agent A, an Nb complex obtained by reacting an Nb-containing compound and the complexing agent B, and water, and using a reducing compound as a solvent. A hydrolysis step for causing hydrolysis of each complex by heating;
After the hydrolysis step, a recovery step of recovering the infrared shielding material fine particles that are precipitates;
A crushing treatment step of crushing the infrared shielding material fine particles in the liquid medium when the collected infrared shielding material fine particles are dispersed in the liquid medium;
Have
The hydrolysis step includes
A gelling step of gelling the solution by advancing the hydrolysis;
A solification step in which the solution gelled in the gelation step is solated by allowing the hydrolysis to proceed;
Have
The manufacturing method of the infrared shielding material fine particle dispersion liquid which makes the crushing processing time in the said crushing process process less than 10 hours.
(1)当該微粒子の体積平均径をD90で除した値(Mv/D90)が0.60〜1.00である。
(2)当該微粒子のD10を体積平均径で除した値(D10/Mv)が0.60〜1.00である。
(3)当該微粒子のD10をD90で除した値(D10/D90)が0.40〜1.00である。 Infrared shielding material fine particles having an anatase type crystal structure in which a part of Ti is substituted with Nb in a Ti oxide and satisfying at least one of the following conditions.
(1) The value (Mv / D90) obtained by dividing the volume average diameter of the fine particles by D90 is 0.60 to 1.00.
(2) The value (D10 / Mv) obtained by dividing D10 of the fine particles by the volume average diameter is 0.60 to 1.00.
(3) The value (D10 / D90) obtained by dividing D10 of the fine particles by D90 is 0.40 to 1.00.
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