WO2012023621A1 - ルチル型酸化チタン粒子の分散体の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing a dispersion of rutile-type titanium oxide particles, and further relates to use of the obtained dispersion of rutile-type titanium oxide particles, particularly to use in a resin composition.
- a method for producing a dispersion of rutile-type titanium oxide particles is already known.
- the most common method is to hydrolyze a titanium salt to obtain a hydrous titanium oxide slurry, which is peptized with an acid or alkali to obtain a dispersion.
- the titanium oxide particles in the dispersion of rutile type titanium oxide particles obtained by such a conventionally known method have a D90 of 40 nm or more, resin molded bodies and hard coats that require high transparency are required. It cannot be used for applications such as coating agents. Therefore, in recent years, several methods for producing a dispersion of fine rutile-type titanium oxide particles have been proposed.
- each of titanium tetrachloride and hydrochloric acid is mixed with water at a temperature of 65 to 90 ° C., heated to a temperature in the range of 65 ° C. to the boiling point of the obtained mixture, and titanium tetrachloride is hydrolyzed to form rutile oxidation.
- a method for obtaining a dispersion of titanium particles has been proposed (see Patent Document 1). According to this method, a fine dispersion of rutile-type titanium oxide particles having a BET specific surface area in the range of 50 to 300 m 2 / g can be obtained. On the other hand, there is a problem that the crystallinity of the titanium oxide particles is low. is there.
- the higher the crystallinity of the particles the higher the crystallinity of the rutile-type titanium oxide, such as the ultraviolet shielding property, the photocatalytic activity, and the refractive index.
- the improvement in the crystallinity of the titanium oxide particles can be confirmed by the increase in the peak intensity of powder X-ray diffraction without particle growth.
- amorphous titanium compounds are mixed as a reason why the crystallinity does not increase in the thermal hydrolysis of titanium tetrachloride, and it is considered that volatile components such as water encapsulated and adhered to the particles are present. That is, the amount of amorphous titanium compound may be compared by comparing the amount of weight loss during heating.
- JP 2006-335619 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-232925
- the present invention has been made to solve the above-described various problems in the production of a conventional dispersion of rutile-type titanium oxide particles, and is a dispersion of rutile-type titanium oxide particles having high crystallinity while being fine particles. It aims at providing the manufacturing method of a body.
- D50 of the particle size distribution of rutile titanium oxide particles measured by a dynamic light scattering method is 15 nm or less, preferably 1 to 15 nm, and D90 is 40 nm or less, preferably Is 25 nm or less
- the specific surface area of the rutile titanium oxide particles measured by the BET method is in the range of 120 m 2 / g or more
- an object of the present invention is to provide use of the dispersion of the rutile-type titanium oxide particles thus obtained, in particular, use of a resin composition such as a resin molding or a coating agent.
- the chlorine ion concentration of the titanium tetrachloride aqueous solution After adjusting the chlorine ion concentration of the titanium tetrachloride aqueous solution to 0.5 mol / L or more and less than 4.4 mol / L, it is heated at a temperature in the range of 25 to 75 ° C. to hydrolyze the titanium tetrachloride.
- a first step of obtaining a slurry containing precipitated rutile-type titanium oxide particles The second step of obtaining the slurry from which the water-soluble salts dissolved are removed by filtering and washing the slurry obtained in the first step; A third step in which the slurry obtained in the second step is hydrothermally reacted in the presence of an organic acid; A fourth step of obtaining a slurry obtained by removing the dissolved water-soluble salts by filtering and washing the slurry obtained in the third step; The slurry obtained in the fourth step is added with acid, peptized, and then wet-dispersed to obtain a dispersion, a fifth step, and excess acid and water from the dispersion obtained in the fifth step.
- a method for producing an aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles which includes a sixth step of removing ionic salts. Furthermore, according to this invention, the manufacturing method of the dispersion of the rutile type titanium oxide particle which carries out solvent substitution of the water which is the dispersion medium of the water dispersion obtained at the said 6th process with the organic solvent is provided. Moreover, according to this invention, the resin composition formed by mix
- the dispersion of rutile-type titanium oxide particles obtained by the method of the present invention has a particle diameter (D50 calculated from the BET specific surface area as compared with that obtained by a conventionally known thermal hydrolysis method of titanium tetrachloride. ) Is 15 nm or less, the crystallinity is high and the dispersion stability is excellent. Therefore, for example, when this is mixed and dispersed in a resin to obtain a resin composition, it can be easily and uniformly dispersed as compared with the case where the titanium oxide powder is mixed and dispersed.
- the properties of the rutile titanium oxide particles such as ultraviolet shielding property, high refractive index, and photocatalytic activity can be more effectively expressed in the molded product.
- FIG. 1 is a powder X-ray diffraction pattern of titanium oxide particles obtained from a rutile-type titanium oxide aqueous dispersion according to the method of the present invention.
- FIG. 2 is a powder X-ray diffraction pattern of titanium oxide particles from an aqueous dispersion of titanium oxide particles obtained by setting the hydrolysis temperature of titanium tetrachloride to 80 ° C.
- FIG. 3 is a powder X-ray diffraction pattern of titanium oxide particles from another aqueous dispersion of titanium oxide particles obtained by setting the hydrolysis temperature of titanium tetrachloride to 80 ° C.
- the method for producing an aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles according to the present invention includes: After adjusting the chlorine ion concentration of the titanium tetrachloride aqueous solution to 0.5 mol / L or more and less than 4.4 mol / L, it is heated at a temperature in the range of 25 to 75 ° C. to hydrolyze the titanium tetrachloride.
- a first step of obtaining a slurry containing precipitated rutile-type titanium oxide particles The second step of obtaining the slurry from which the water-soluble salts dissolved are removed by filtering and washing the slurry obtained in the first step; A third step in which the slurry obtained in the second step is hydrothermally reacted in the presence of an organic acid; A fourth step of obtaining a slurry obtained by removing the dissolved water-soluble salts by filtering and washing the slurry obtained in the third step; The slurry obtained in the fourth step is added with acid, peptized, and then wet-dispersed to obtain a dispersion, a fifth step, and excess acid and water from the dispersion obtained in the fifth step.
- a sixth step of removing the salt In the aqueous dispersion of rutile type titanium oxide particles obtained by the method of the present invention, D50 of the particle size distribution of the rutile type titanium oxide particles measured by the dynamic light scattering method is 15 nm or less, and D90 is 40 nm or less.
- the specific surface area of the rutile titanium oxide particles measured by the BET method is 120 m 2 / g or more, and the weight reduction rate when the rutile titanium oxide particles are heated from 105 ° C. to 900 ° C. is 5% or less. It is.
- the organic solvent can be obtained by substituting water, which is a dispersion medium in the aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles thus obtained, with an organic solvent by a conventionally known solvent replacement method.
- a dispersion of rutile-type titanium oxide particles using a solvent as a dispersion medium can be obtained.
- the first step is a step of hydrolyzing titanium tetrachloride in water to precipitate rutile titanium oxide particles to obtain a slurry containing such rutile titanium oxide particles.
- the titanium tetrachloride aqueous solution is in the range of 10 to 100 g / L as titanium oxide (TiO 2 , hereinafter the same), and the chlorine concentration is 0.5 mol / L or more.
- the titanium tetrachloride aqueous solution After adjusting by adding water to the titanium tetrachloride aqueous solution so as to be less than 4 mol / L, it is heated at a temperature in the range of 25 to 75 ° C. for 1 to 10 hours, but not limited thereto. Titanium chloride is hydrolyzed to deposit rutile titanium oxide particles.
- titanium tetrachloride When the hydrolysis temperature of titanium tetrachloride exceeds 75 ° C., the anatase type is added to the titanium tetrachloride hydrolyzate even if the chlorine ion concentration is in the range of 0.5 mol / L or more and less than 4.4 mol / L. Titanium oxide and brookite type titanium oxide may be mixed.
- the hydrolysis rate of titanium tetrachloride depends on the hydrolysis temperature, and the higher the temperature, the faster the hydrolysis rate, which is industrially advantageous. When the hydrolysis rate of titanium tetrachloride is lower than 25 ° C., it is difficult to hydrolyze the titanium tetrachloride aqueous solution at a practical rate.
- the first step water is added to the titanium tetrachloride aqueous solution so that the chlorine concentration of the titanium tetrachloride aqueous solution is 1.0 mol / L or more and 4.3 mol / L or less.
- the temperature is in the range of 30 to 75 ° C., but is not limited to heating for 1 to 5 hours to hydrolyze titanium tetrachloride to precipitate rutile type titanium oxide particles. preferable.
- the second step is a step of removing the water-soluble salts dissolved in the slurry by filtering and washing the slurry obtained in the first step.
- the means and method for filtering and washing the slurry are not particularly limited, but an appropriate alkali is added to the slurry before filtration to adjust the pH of the slurry to the isoelectricity of titanium oxide. By making the point, the slurry can be efficiently filtered and washed with water.
- the third step is a step in which the slurry obtained in the second step is hydrothermally reacted in the presence of an organic acid as a particle growth agent to increase the crystallinity while suppressing the growth of rutile titanium oxide particles. is there.
- an organic acid carboxylic acid or hydroxycarboxylic acid is used, and the carboxylic acid or hydroxycarboxylic acid may be a salt.
- organic acids include, for example, monocarboxylic acids such as formic acid, acetic acid and propionic acid and salts thereof, polybasic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, fumaric acid and maleic acid and salts thereof. And hydroxycarboxylic acids such as lactic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid and gluconic acid, and salts thereof.
- carboxylic acid or hydroxycarboxylic acid salt for example, an alkali metal salt such as sodium salt or potassium salt is preferably used.
- the present invention by using 75 mol parts or more of such an organic acid with respect to 100 mol parts of titanium oxide, the growth of rutile-type titanium oxide particles obtained by hydrothermal reaction is suppressed, and the crystallinity is effectively obtained. Can be enhanced.
- the amount of the organic acid is less than 75 mole parts relative to 100 mole parts of titanium oxide, the effect of suppressing the growth of rutile titanium oxide particles is not observed in the hydrothermal reaction.
- a more preferable amount of the organic acid with respect to 100 mol parts of titanium oxide is 85 mol parts or more.
- the upper limit of the amount of organic acid relative to titanium oxide is not particularly limited, but since the effect of increasing the crystallinity of rutile-type titanium oxide particles is not changed even when an excessive amount is used, the amount of organic acid is usually 200 mol parts or less is sufficient with respect to 100 mol parts of titanium oxide.
- the temperature of the hydrothermal reaction is in the range of 120 to 180 ° C. When the temperature of the hydrothermal reaction is lower than 120 ° C., the crystallinity of the rutile-type titanium oxide particles is not enhanced. On the other hand, when the temperature is higher than 180 ° C., the particle growth is remarkable. That is, it is difficult to increase crystallinity while suppressing particle growth.
- the hydrothermal reaction when the hydrothermal reaction is performed in the range of 140 to 160 ° C., the above effect can be achieved not only by improving the crystallinity while suppressing the growth of rutile titanium oxide particles, Can be obtained.
- a suitable alkali such as a sodium hydroxide aqueous solution is added to the slurry obtained by the hydrothermal reaction to neutralize the organic acid in the slurry, and then the slurry is filtered and washed with water. This is a step of removing water-soluble salts dissolved therein.
- the means and method for filtering and washing the slurry are not limited at all, but as described above, an appropriate alkali is added to the slurry obtained by the hydrothermal reaction, By making the pH of the isoelectric point of titanium oxide, filtration and washing can be performed efficiently.
- the fifth step is a step in which an acid is added to the slurry obtained in the fourth step to peptize the rutile titanium oxide particles, followed by wet dispersion treatment to obtain an aqueous dispersion.
- the acid for peptization may be an inorganic acid or an organic acid.
- the inorganic acid for example, nitric acid or hydrochloric acid is preferable
- the organic acid for example, monocarboxylic acid such as formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, fumaric acid, maleic acid, etc.
- hydroxycarboxylic acids such as polybasic acids, lactic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid and gluconic acid.
- such an acid is usually used in an amount of 15 to 100 mol parts, preferably 20 to 70 mol parts, relative to 100 mol parts of titanium oxide.
- the wet dispersion treatment in the fifth step may be performed by a general method, and for example, a bead mill is preferably used.
- the beads those having a Mohs hardness higher than that of titania are preferable.
- zirconia beads are preferably used.
- zirconia beads having a diameter of 15 to 300 ⁇ m are charged into a bead mill and dispersed to obtain an aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles.
- the sixth step is a step of removing water-soluble salts dissolved in the aqueous dispersion in order to impart dispersion stability to the aqueous dispersion obtained in the fifth step.
- the means and method for removing the water-soluble salts dissolved in the aqueous dispersion are not particularly limited, and for example, dialysis or ultrafiltration can be used. Since the dispersion obtained in the fifth step contains the acid that is a peptizer, its electrical conductivity is usually greater than 10 mS / cm. In this sixth step, By setting the electric conductivity in the range of 0.1 to 5 mS / cm, preferably 1 to 3 mS / cm, a dispersion having excellent dispersion stability of rutile-type titanium oxide particles can be obtained.
- titanium tetrachloride is thermally hydrolyzed in an aqueous solution to precipitate rutile titanium oxide particles, which are hydrothermally treated in the presence of an organic acid to suppress particle growth. While improving the crystallinity, and then adding an acid to the slurry of the rutile-type titanium oxide particles obtained in this way, peptizing, then wet-dispersing, and further dissolving with excess acid water-soluble By removing the salts, it is possible to obtain an aqueous dispersion that is stably dispersed in water without aggregation of the rutile titanium oxide particles.
- the thus obtained dispersion of rutile-type titanium oxide particles according to the present invention has a particle size distribution D50 measured by a dynamic light scattering method of 15 nm or less, preferably in the range of 1 to 15 nm, and D90 of 40 nm or less.
- the specific surface area of the rutile titanium oxide particles measured by the BET method is 120 m 2 / g or more.
- the rutile-type titanium oxide particles obtained by drying the aqueous dispersion have a weight reduction rate of 5% or less when heated from 105 ° C. to 900 ° C., and have high crystallinity.
- an aqueous dispersion having excellent dispersion stability in which the dispersoid is rutile type titanium oxide fine particles can be obtained. Therefore, for example, when a dispersion of rutile-type titanium oxide particles according to the present invention is mixed and dispersed in a resin to obtain a resin composition, it is easier and more uniform than when titanium oxide powder is mixed and dispersed in a resin. Thus, the properties of the rutile titanium oxide particles such as ultraviolet shielding property, high refractive index, and photocatalytic activity can be more effectively expressed in the molded product of the resin composition thus obtained.
- the slurry obtained in the second step is wet pulverized in the presence of an organic acid as a first step of the third step.
- An aqueous dispersion of fine rutile-type titanium oxide particles can be obtained.
- the organic acid is used as a viscosity increase inhibitor that prevents the slurry from increasing in viscosity due to wet pulverization and difficult to pulverize.
- it functions as a particle growth agent when the slurry of titanium oxide particles is hydrothermally reacted.
- the wet pulverization process in the pre-stage of the third process may be performed by a general method as in the case of the wet dispersion process described above.
- a bead mill is preferably used.
- the beads those having a Mohs hardness higher than that of titania are preferable.
- zirconia beads are preferably used. According to a preferred embodiment, zirconia beads having a diameter of 15 to 300 ⁇ m are charged into a bead mill and wet pulverized to obtain a slurry of rutile titanium oxide particles.
- the third step preceding step is performed.
- the slurry containing the organic acid from the previous step of the third step is hydrothermally reacted using the organic acid as a particle growth agent. Therefore, as described above, the amount of the organic acid used in the third step is usually 75 parts by mole or more, preferably in the range of 75 to 200 parts by mole, with respect to 100 parts by mole of titanium oxide. If necessary, if there is a deficiency of organic acid in the third step, such deficiency may be added.
- an organic acid different from that used in the step preceding the third step may be added.
- an acid is added to the slurry obtained in the fourth step to peptize the rutile titanium oxide particles, and then the slurry is subjected to wet pulverization treatment. Subsequently, a finer aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles can also be obtained by wet dispersion treatment.
- the boundary between the wet pulverization treatment and the wet dispersion treatment of the particles is not always clear, and the wet pulverization treatment and the wet dispersion treatment may be applied to the particles simultaneously, but for example,
- the particles can be mainly subjected to wet pulverization treatment or mainly wet dispersion treatment.
- the slurry is wet-pulverized and then wet-dispersed to obtain an optimum condition for obtaining a dispersion composed of finer titanium oxide particles, for example, the rotational speed of the circulating bead mill or the circulating bead mill.
- aliphatic alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol
- aliphatic carboxylic acid esters such as ethyl acetate and methyl formate
- acetone Aliphatic ketones
- polyhydric alcohols such as ethylene glycol and glycerin, and mixtures of two or more thereof, particularly preferably methanol, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone or these
- the organic solvent is distilled while distilling the aqueous dispersion to remove the water as the dispersion medium.
- the organic solvent is newly added, diluted, and distilled again, thus concentrating and diluting.
- the aqueous dispersion is further ultrafiltered to remove the water as a dispersion medium, and then newly added with an organic solvent, diluted, and ultrafiltered again.
- concentration and dilution water as an initial dispersion medium is replaced with an organic solvent, and a dispersion of rutile-type titanium oxide particles in which the dispersion medium is the organic solvent can be obtained.
- a dispersion using the water-miscible organic solvent as a dispersion medium is obtained, and then the water-mixing is performed. It is also possible to obtain a dispersion using another organic solvent as a dispersion medium by substituting the other organic solvent with another organic solvent.
- the dispersion of rutile titanium oxide particles according to the present invention preferably a dispersion using a dispersion medium as an organic solvent by a solvent replacement method, can be preferably used for various resin compositions.
- a resin composition containing rutile type titanium oxide particles is obtained by mixing a dispersion of rutile type titanium oxide particles using an organic solvent as a dispersion medium and uniformly dispersing the resin.
- the ratio of rutile-type titanium oxide to the resin is usually in the range of 5 to 350 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the resin, although it depends on the use and required characteristics of the obtained resin composition.
- the resin may be appropriately selected according to the use and required characteristics of the obtained resin composition. Specific examples include, for example, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-propylene-diene monomer.
- the rutile type titanium oxide-containing resin composition according to the present invention can be appropriately mixed with other additives according to the respective resins.
- additives include plasticizers, lubricants, fillers, antioxidants, heat stabilizers, nucleating agents, cross-linking agents, cross-linking aids, antistatic agents, compatibilizing agents, light-fastening agents, pigments, Examples include foaming agents, fungicides, and coupling agents.
- Such a resin composition is, for example, the above-mentioned rutile type titanium oxide particles by appropriate means such as stirring and mixing, or a single screw extruder, a twin screw extruder, a roll kneader, a kneader kneader, a Banbury mixer, a ball mill, a bead mill, and the like.
- This dispersion can be obtained by mixing in a resin and kneading.
- the resin composition according to the present invention thus obtained can be used, for example, by injection molding, extrusion molding, blow molding, press molding, vacuum molding, calendar molding, transfer molding, laminate molding, gold molding, depending on applications and purposes. It can be suitably used for the production of various molded articles by appropriate means such as molding using a mold and solution casting method.
- D50 is the particle size of 50% by volume from the small particle side of the cumulative particle size distribution on a volume basis
- D90 is the particle size of 90% by volume from the small particle side of the cumulative particle size distribution on a volume basis
- D100 is the volume basis.
- the particle size is 100% by volume from the small particle side of the converted cumulative particle size distribution.
- the slurry was filtered using a glass fiber filter with a collection diameter of 300 nm to remove unreacted titanium tetrachloride and dissolved components.
- the titanium oxide particles thus obtained were repulped into water, and an aqueous sodium hydroxide solution was added to the resulting slurry until the pH of the slurry was 7.0, and then a glass fiber filter with a collection diameter of 300 nm was used. And filtered.
- the rutile titanium oxide is repulped into water so as to be 50 g / L as titanium oxide, it is filtered and washed with water until the electrical conductivity of the slurry becomes 100 ⁇ S / cm or less to remove water-soluble salts. did.
- the rutile type titanium oxide particles obtained in the second step are repulped into water so as to be 50 g / L as titanium oxide, and 150 mol parts of acetic acid is added to 100 mol parts of titanium oxide to this slurry, A hydrothermal reaction was performed at 150 ° C. for 3 hours to increase the crystallinity of the rutile-type titanium oxide particles.
- Fourth Step After adding an aqueous sodium hydroxide solution to the slurry obtained by the hydrothermal reaction until the pH becomes 5.0, the slurry is filtered using a glass fiber filter paper with a collection diameter of 300 nm.
- the slurry thus obtained was charged with zirconia beads having a diameter of 100 ⁇ m in the same volume as the slurry, and wet-dispersed for 4 hours using a planetary ball mill to obtain an aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles.
- Step 6 Dialysis is performed until the electric conductivity of the aqueous dispersion of rutile titanium oxide particles is 3.2 mS / cm, and excess nitric acid and water-soluble salts are removed to obtain an aqueous dispersion of rutile titanium oxide particles.
- the water dispersion thus obtained was heated at 105 ° C. for 12 hours to remove moisture, and rutile titanium oxide particles were obtained as a powder. As shown in FIG.
- Example 1 of the X-ray diffraction pattern of the titanium oxide powder, the titanium oxide consisted of a rutile type titanium oxide single phase.
- A represents anatase-type titanium oxide
- R represents rutile-type titanium oxide
- B represents brookite-type titanium oxide.
- Example 2 In the first step of Example 1, an aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was heated at 50 ° C. and hydrolyzed.
- Example 3 In the first step of Example 1, hydrolysis was performed using a titanium tetrachloride aqueous solution adjusted to 64.7 g / L as titanium oxide based on a chlorine ion concentration of 3.0 mol / L and a titanium ion concentration. Except for the above, an aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles was obtained in the same manner as in Example 1.
- Example 4 In the first step of Example 3, an aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles was obtained in the same manner as in Example 3 except that it was heated at 50 ° C. and hydrolyzed.
- Example 5 In the first step of Example 1, hydrolysis was performed using a titanium tetrachloride aqueous solution adjusted to 95.8 g / L as titanium oxide based on a chlorine ion concentration of 4.3 mol / L and a titanium ion concentration. Except for the above, an aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles was obtained in the same manner as in Example 1.
- Example 6 In the first step of Example 1, hydrolysis was performed using a titanium tetrachloride aqueous solution adjusted to 15.9 g / L as titanium oxide based on a chlorine ion concentration of 1.0 mol / L and a titanium ion concentration.
- Example 7 In the first step of Example 6, an aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles was obtained in the same manner as in Example 6 except that it was heated at 30 ° C. and hydrolyzed.
- Comparative Example 1 In the first step of Example 1, using a titanium tetrachloride aqueous solution adjusted to 50.7 g / L as titanium oxide based on a chlorine ion concentration of 2.3 mol / L and a titanium ion concentration, at 80 ° C. An aqueous dispersion of titanium oxide particles was obtained in the same manner as in Example 1 except that hydrolysis was performed.
- the water dispersion thus obtained was heated at 105 ° C. for 12 hours to remove moisture, and titanium oxide particles were obtained as a powder. As shown in FIG. 2 of the X-ray diffraction pattern of this titanium oxide powder, the titanium oxide contained anatase-type titanium oxide together with rutile-type titanium oxide. Comparative Example 2 In the first step of Example 1, a titanium tetrachloride aqueous solution adjusted to 86.3 g / L as titanium oxide based on a chlorine ion concentration of 4.1 mol / L and a titanium ion concentration was used at 80 ° C. An aqueous dispersion of titanium oxide particles was obtained in the same manner as in Example 1 except that hydrolysis was performed.
- the water dispersion thus obtained was heated at 105 ° C. for 12 hours to remove moisture, and titanium oxide particles were obtained as a powder.
- the titanium oxide contained anatase type titanium oxide and brookite type titanium oxide together with rutile type titanium oxide.
- the particles in the aqueous titanium oxide particle dispersions obtained in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 were used.
- Table 1 shows the particle size distribution (D50 and D90) and the physical properties of the titanium oxide particles (crystal structure, loss on heating, and specific surface area by powder X-ray diffraction).
- the particle size distribution of the titanium oxide particles in the aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles obtained by the method of the present invention is such that D50 is 1 to 15 nm, preferably 3 to 15 nm.
- D90 is 40 nm or less, preferably 25 nm or less, the specific surface area of the rutile-type titanium oxide particles obtained from the aqueous dispersion is 120 m 2 / g or more, and the rutile-type titanium oxide particles are from 105 ° C.
- Example 8 First step: A separable flask equipped with a reflux apparatus was charged with 3 L of titanium tetrachloride aqueous solution adjusted to have a chlorine ion concentration of 2.3 mol / L and a titanium ion concentration of 50.7 g / L as titanium oxide. Then, it was heated at 70 ° C.
- Second Step The slurry was filtered using a glass fiber filter with a collection diameter of 300 nm to remove unreacted titanium tetrachloride and dissolved components.
- the titanium oxide fine particles thus obtained are repulped into water, and an aqueous sodium hydroxide solution is added to the obtained slurry until the pH of the slurry becomes 7.0, and then a glass fiber filter with a collection diameter of 300 nm is used. And filtered.
- the rutile titanium oxide is repulped into water so as to be 50 g / L as titanium oxide, it is filtered and washed with water until the electrical conductivity of the slurry becomes 100 ⁇ S / cm or less to remove water-soluble salts. did. 3rd process pre-process
- the rutile type titanium oxide particle obtained by the said 2nd process is repulped into water so that it may become 100 g / L as a titanium oxide, and acetic acid is 150 mol part with respect to 100 mol part of titanium oxide in this slurry.
- wet grinding was performed for 3 hours using a circulating bead mill “Ultra Apex Mill UAM-05” manufactured by Kotobuki Industry Co., Ltd.
- the rutile type titanium oxide particles obtained in the fourth step are repulped into water so as to be 100 g / L as titanium oxide, and 60 mol parts of nitric acid are added to 100 mol parts of titanium oxide in the obtained slurry. , Peptized.
- the slurry thus obtained was subjected to a wet dispersion treatment for 10 hours using a circulation type bead mill “Ultra Apex Mill UAM-05” manufactured by Kotobuki Industry Co., Ltd.
- Step 6 Washing with an outer membrane until the electric conductivity of the aqueous dispersion of the rutile-type titanium oxide particles is 3.2 mS / cm to remove excess nitric acid and water-soluble salts, and then concentrating. An aqueous dispersion of rutile type titanium oxide particles having a content of 15% by weight of rutile type titanium oxide particles was obtained. The water dispersion thus obtained was heated at 105 ° C. for 12 hours to remove moisture, and titanium oxide particles were obtained as a powder.
- the titanium oxide particles were also confirmed to be composed of a rutile-type titanium oxide single phase by X-ray diffraction.
- Example 9 In the first step of Example 8, an aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles was obtained in the same manner as in Example 8, except that it was heated at 50 ° C. and hydrolyzed.
- Example 10 In the first step of Example 8, 7 L of titanium tetrachloride aqueous solution adjusted to 15.9 g / L as titanium oxide based on chlorine ion concentration of 1.0 mol / L and titanium ion concentration was charged and hydrolyzed. Except that, an aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles was obtained in the same manner as in Example 8.
- Example 11 First step: A separable flask equipped with a reflux apparatus was charged with 3 L of titanium tetrachloride aqueous solution adjusted to have a chlorine ion concentration of 2.3 mol / L and a titanium ion concentration of 50.7 g / L as titanium oxide. Then, the mixture was heated at 70 ° C. for 3 hours and hydrolyzed to obtain a slurry containing precipitated rutile-type titanium oxide particles. Second Step The slurry was filtered using a glass fiber filter with a collection diameter of 300 nm to remove unreacted titanium tetrachloride and dissolved components.
- the titanium oxide particles thus obtained were repulped into water, and an aqueous sodium hydroxide solution was added to the resulting slurry until the pH of the slurry was 7.0, and then a glass fiber filter with a collection diameter of 300 nm was used. And filtered. At this time, when the rutile titanium oxide is repulped into water so as to be 50 g / L as titanium oxide, it is filtered and washed with water until the electrical conductivity of the slurry becomes 100 ⁇ S / cm or less to remove water-soluble salts. did.
- the rutile type titanium oxide particles obtained in the second step are repulped into water so as to be 50 g / L as titanium oxide, and 150 mol parts of acetic acid is added to 100 mol parts of titanium oxide to this slurry, A hydrothermal reaction was performed at 150 ° C. for 3 hours to increase the crystallinity of the rutile-type titanium oxide particles.
- Fourth Step After adding an aqueous sodium hydroxide solution to the slurry obtained by the hydrothermal reaction until the pH becomes 5.0, the slurry is filtered using a glass fiber filter paper with a collection diameter of 300 nm.
- the rutile type titanium oxide particles obtained in the fourth step are repulped into water so as to be 100 g / L as titanium oxide, and 60 mol parts of nitric acid are added to 100 mol parts of titanium oxide in the obtained slurry. , Peptized.
- the slurry thus obtained was subjected to wet pulverization at a rotation speed of 3500 rpm for the first 3 hours in a circulating bead mill “Ultra Apex Mill UAM-05” manufactured by Kotobuki Industries Co., Ltd. Then, a wet dispersion treatment was performed at 2350 rpm for 10 hours thereafter to obtain an aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles.
- Step 6 Washing with an ultrafiltration membrane until the electric conductivity of the aqueous dispersion of the rutile-type titanium oxide particles is 3.2 mS / cm, removing excess nitric acid and water-soluble salts, and then concentrating.
- Example 12 In the first step of Example 11, an aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles was obtained in the same manner as in Example 11 except that it was heated at 50 ° C. and hydrolyzed.
- Example 13 In the first step of Example 11, 7 L of a titanium tetrachloride aqueous solution adjusted to 15.9 g / L as titanium oxide based on a chlorine ion concentration of 1.0 mol / L and a titanium ion concentration was charged and hydrolyzed. Except that, an aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles was obtained in the same manner as in Example 11.
- Example 14 First step: A separable flask equipped with a reflux apparatus was charged with 3 L of titanium tetrachloride aqueous solution adjusted to have a chlorine ion concentration of 2.3 mol / L and a titanium ion concentration of 50.7 g / L as titanium oxide. Then, the mixture was heated at 70 ° C.
- Second Step The slurry was filtered using a glass fiber filter with a collection diameter of 300 nm to remove unreacted titanium tetrachloride and dissolved components.
- the titanium oxide particles thus obtained were repulped into water, and an aqueous sodium hydroxide solution was added to the resulting slurry until the pH of the slurry was 7.0, and then a glass fiber filter with a collection diameter of 300 nm was used. And filtered.
- the rutile titanium oxide is repulped into water so as to be 50 g / L as titanium oxide, it is filtered and washed with water until the electrical conductivity of the slurry becomes 100 ⁇ S / cm or less to remove water-soluble salts. did.
- Third Step The rutile type titanium oxide particles obtained in the second step are repulped into water so as to be 50 g / L as titanium oxide, and 150 mol parts of acetic acid is added to 100 mol parts of titanium oxide to this slurry, A hydrothermal reaction was performed at 150 ° C. for 3 hours to increase the crystallinity of the rutile-type titanium oxide particles.
- Step 6 Washing with an ultrafiltration membrane until the electric conductivity of the aqueous dispersion of the rutile-type titanium oxide particles is 3.2 mS / cm, removing excess nitric acid and water-soluble salts, and then concentrating.
- a rutile-type titanium oxide aqueous dispersion having a rutile-type titanium oxide particle content of 15% by weight was obtained.
- the rutile-type titanium oxide aqueous dispersion was heated at 105 ° C. for 12 hours to remove moisture, thereby obtaining rutile-type titanium oxide particles as a powder.
- the titanium oxide particles were also confirmed to be composed of a rutile-type titanium oxide single phase by X-ray diffraction.
- a finer aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles can be obtained.
- a finer rutile type is also obtained by adding acid to the titanium oxide slurry and peptizing the resulting slurry, and then subjecting the resulting slurry to wet pulverization and then performing wet dispersion. An aqueous dispersion of titanium oxide particles can be obtained.
- the particle size distribution of the titanium oxide particles in the rutile-type titanium oxide particle aqueous dispersion obtained by subjecting the titanium oxide slurry to a wet pulverization treatment in the pre-step or the fifth step of the third step D50 is in the range of 1 to 10 nm, D100 is 40 nm or less, and the specific surface area of the rutile-type titanium oxide particles obtained by drying the aqueous dispersion is 150 m 2 / g or more. 2 / g or more. Further, when the titanium oxide particles obtained by drying the aqueous dispersion of fine rutile-type titanium oxide particles thus obtained are heated from 105 ° C.
- the weight reduction rate is 5% or less.
- the aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles obtained by the method of the present invention has excellent dispersion stability in which the dispersoid is composed of titanium oxide fine particles having high crystallinity.
- Example 15 The aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles obtained in Example 1 was subjected to solvent substitution by ultrafiltration, and the rutile-type titanium oxide particles having a content of 20% by weight of rutile-type titanium oxide particles whose dispersion medium was methanol were used. A dispersion was obtained.
- This coating agent was spin-coated on a slide glass plate at 500 rpm for 3 seconds and dried at 25 ° C. for 30 minutes, 80 ° C. for 15 minutes, and 150 ° C. for 60 minutes to form a coating film having a thickness of 2 ⁇ m.
- the total light transmittance and haze value of this coating film were measured, the total light transmittance was 85% and the haze value was 0.3.
- Example 16 (Preparation and evaluation of rutile titanium oxide particle-containing resin composition)
- the aqueous dispersion of rutile-type titanium oxide particles obtained in Example 8 was subjected to solvent substitution by ultrafiltration, and the rutile-type titanium oxide particles having a content of 20% by weight of rutile-type titanium oxide particles whose dispersion medium was methanol were used. A dispersion was obtained.
- a coating agent for hard coating was prepared in the same manner as in Example 15 using this dispersion of rutile-type titanium oxide particles. In the same manner as in Example 15, this coating agent was spin-coated on a slide glass plate and dried to form a coating film having a thickness of 2 ⁇ m. When the total light transmittance and haze value of this coating film were measured, the total light transmittance was 90% and the haze value was 0.1.
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Abstract
Description
そこで、近年、微細なルチル型酸化チタン粒子の分散体の製造方法が幾つか提案されている。例えば、四塩化チタンと塩酸のそれぞれを水に温度65~90℃で混合し、65℃乃至得られた混合物の沸点の範囲の温度に加熱し、四塩化チタンを加水分解して、ルチル型酸化チタン粒子の分散体を得る方法が提案されている(特許文献1参照)。
この方法によれば、BET比表面積が50~300m2/gの範囲にある微細なルチル型酸化チタン粒子の分散体を得ることができるが、一方において、酸化チタン粒子の結晶性が低い問題がある。
一般に紫外線遮蔽性、光触媒活性、屈折率等のルチル型酸化チタンが有する種々の物性は、粒子の結晶性がより高い程、効果的に発現することから、結晶性はより高い方が好ましい。酸化チタン粒子の結晶性の向上は、粒子成長を伴わずに粉末X線回折のピーク強度が強くなることによって確認できる。また、四塩化チタンの熱加水分解では結晶性が上がらない理由としてアモルファスチタン化合物が混在することが考えられ、粒子に内包、付着する水等の揮発成分が存在していると考えられる。即ち、アモルファスチタン化合物の量の比較には、加熱時の重量減少の大小を比較すればよい。加熱減量が少ない程、結晶性が高いということができる。
ルチル型酸化チタンを焼成することによって、その結晶性を高めることができることは、従来から知られているが、焼成すれば、同時に粒子が成長するので、微粒子のまま、結晶性を高めることはできない。微粒子であることと結晶性が高いことはトレードオフの関係にある。
また、微細なルチル型酸化チタン粒子の分散体の別の製造方法として、例えば、予め、製造した微細なルチル型酸化チタン粒子を水に分散させる方法が提案されているが(特許文献2参照)、この方法によっても、水に分散時の酸化チタンの平均粒子径は最小でも70nmである。
より詳細には、本発明は、動的光散乱法によって測定したルチル型酸化チタン粒子の粒度分布のD50が15nm以下であり、好ましくは、1~15nmの範囲であり、D90が40nm以下、好ましくは、25nm以下であり、BET法にて測定したルチル型酸化チタン粒子の比表面積が120m2/g以上の範囲にあると共に、ルチル型酸化チタン粒子を105℃から900℃まで加熱したときの重量減少率が5%以下であるルチル型酸化チタン粒子の分散体の製造方法を提供することを目的とする。
更に、本発明は、そのようにして得られたルチル型酸化チタン粒子の分散体の利用、特に、樹脂成形体やコーティング剤等の樹脂組成物への利用を提供することを目的とする。
四塩化チタン水溶液の塩素イオン濃度を0.5モル/L以上、4.4モル/L未満に調整した後、25~75℃の範囲の温度にて加熱し、四塩化チタンを加水分解して、析出したルチル型酸化チタン粒子を含むスラリーを得る第1工程、
上記第1工程で得られたスラリーを濾過、水洗して、溶存する水溶性塩類を除去したスラリーを得る第2工程、
上記第2工程で得られたスラリーを有機酸の存在下に水熱反応させる第3工程、
上記第3工程で得られたスラリーを濾過、水洗して、溶存する水溶性塩類を除去したスラリーを得る第4工程、
上記第4工程で得られたスラリーに酸を加え、解膠した後、湿式分散処理して、分散体を得る第5工程、及び
上記第5工程で得られた分散体から余剰の酸と水溶性塩類を除去する第6工程
を含むルチル型酸化チタン粒子の水分散体の製造方法が提供される。
更に、本発明によれば、上記第6工程で得られた水分散体の分散媒である水を有機溶媒と溶媒置換するルチル型酸化チタン粒子の分散体の製造方法が提供される。
また、本発明によれば、上述したようにして得られたルチル型酸化チタン粒子の分散体を樹脂に配合してなる樹脂組成物が提供される。
図2は、四塩化チタンの加水分解温度を80℃として得られた酸化チタン粒子水分散体からの酸化チタン粒子の粉末X線回折図である。
図3は、四塩化チタンの加水分解温度を80℃として得られた別の酸化チタン粒子水分散体からの酸化チタン粒子の粉末X線回折図である。
四塩化チタン水溶液の塩素イオン濃度を0.5モル/L以上、4.4モル/L未満に調整した後、25~75℃の範囲の温度にて加熱し、四塩化チタンを加水分解して、析出したルチル型酸化チタン粒子を含むスラリーを得る第1工程、
上記第1工程で得られたスラリーを濾過、水洗して、溶存する水溶性塩類を除去したスラリーを得る第2工程、
上記第2工程で得られたスラリーを有機酸の存在下に水熱反応させる第3工程、
上記第3工程で得られたスラリーを濾過、水洗して、溶存する水溶性塩類を除去したスラリーを得る第4工程、
上記第4工程で得られたスラリーに酸を加え、解膠した後、湿式分散処理して、分散体を得る第5工程、及び
上記第5工程で得られた分散体から余剰の酸と水溶性塩類を除去する第6工程
を含む。
このような本発明の方法によって得られるルチル型酸化チタン粒子の水分散体においては、動的光散乱法によって測定したルチル型酸化チタン粒子の粒度分布のD50が15nm以下であり、D90が40nm以下であり、BET法にて測定したルチル型酸化チタン粒子の比表面積が120m2/g以上であると共に、ルチル型酸化チタン粒子を105℃から900℃まで加熱したときの重量減少率が5%以下である。
更に、本発明によれば、このようにして得られるルチル型酸化チタン粒子の水分散体における分散媒である水を従来から知られている溶媒置換法によって有機溶媒と置換することによって、その有機溶媒を分散媒とするルチル型酸化チタン粒子の分散体を得ることができる。
以下に、本発明によるこのようなルチル型酸化チタン粒子の水分散体の製造方法について説明する。
第1工程は、四塩化チタンを水中にて熱加水分解して、ルチル型酸化チタン粒子を析出させて、そのようなルチル型酸化チタン粒子を含むスラリーを得る工程である。即ち、第1工程においては、四塩化チタン水溶液を酸化チタン(TiO2、以下、同じ。)として含有率10~100g/Lの範囲にあり、塩素濃度が0.5モル/L以上、4.4モル/L未満になるように、四塩化チタン水溶液に水を加えて調整した後、25~75℃の範囲の温度にて、限定されるものではないが、1~10時間加熱し、四塩化チタンを加水分解して、ルチル型酸化チタン粒子を析出させる。
このような四塩化チタンの加水分解に際して、四塩化チタン水溶液の塩素濃度が4.4モル/L以上であるときは、加水分解温度75℃以下において四塩化チタン水溶液を実用的な速度で加水分解することが困難である。他方、四塩化チタン水溶液の塩素濃度が0.5モル/Lよりも小さいときは、四塩化チタン水溶液を工業的規模で加水分解するには、濃度が小さすぎて、非効率的、非実用的である。
四塩化チタンの加水分解の温度が75℃を越えるときは、塩素イオン濃度を0.5モル/L以上、4.4モル/L未満の範囲としても、四塩化チタンの加水分解物にアナターゼ型酸化チタンやブルカイト型酸化チタンが混入することがある。
四塩化チタンの加水分解速度は加水分解温度に依存しており、温度が高いほど、加水分解速度が速いので、工業上、有利である。四塩化チタンの加水分解速度が25℃よりも低いときは、四塩化チタン水溶液を実用的な速度で加水分解することが困難である。
本発明によれば、第1工程においては、特に、四塩化チタン水溶液の塩素濃度が1.0モル/L以上、4.3モル/L以下になるように、四塩化チタン水溶液に水を加えて調整した後、30~75℃の範囲の温度にて、限定されるものではないが、1~5時間加熱し、四塩化チタンを加水分解して、ルチル型酸化チタン粒子を析出させるのが好ましい。
第2工程は、上記第1工程で得られたスラリーを濾過、水洗して、スラリーに溶存する水溶性塩類を除去する工程である。この第2工程において、スラリーを濾過、水洗するための手段、方法は、特に限定されるものではないが、濾過の前にスラリーに適宜のアルカリを加えて、スラリーのpHを酸化チタンの等電点にすることによって、スラリーを効率よく濾過、水洗することができる。
第3工程は、上記第2工程で得られたスラリーを粒子成長剤としての有機酸の存在下に水熱反応させて、ルチル型酸化チタン粒子の成長を抑制しながら、結晶性を高める工程である。上記有機酸としては、カルボン酸やヒドロキシカルボン酸が用いられ、これらカルボン酸やヒドロキシカルボン酸は塩であってもよい。そのような有機酸の具体例としては、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等のモノカルボン酸とその塩、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸等の多塩基酸とその塩、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、グルコン酸等のヒドロキシカルボン酸とその塩を挙げることができる。上記カルボン酸やヒドロキシカルボン酸の塩としては、例えば、ナトリウム塩やカリウム塩のようなアルカリ金属塩が好ましく用いられる。
本発明によれば、このような有機酸を酸化チタン100モル部に対して75モル部以上用いることによって、水熱反応によって、得られるルチル型酸化チタン粒子の成長を抑えて、結晶性を効果的に高めることができる。有機酸の量が酸化チタン100モル部に対して75モル部よりも少ないときは、水熱反応において、ルチル型酸化チタン粒子の成長を抑制する効果がみられない。酸化チタン100モル部に対する有機酸のより好ましい量は85モル部以上である。一方、酸化チタンに対する有機酸の量の上限は特にないが、しかし、余りに多量を用いても、ルチル型酸化チタン粒子の結晶性を高める効果に変わりがないので、通常、有機酸の量は、酸化チタン100モル部に対して200モル部以下で十分である。
本発明によれば、上記水熱反応の温度は、120~180℃の範囲である。水熱反応の温度が120℃よりも低いときは、ルチル型酸化チタン粒子の結晶性が高められず、他方、180℃よりも高いときは、粒子の成長が著しい。即ち、粒子の成長を抑制しながら、結晶性を高めることが困難となる。特に、本発明によれば、水熱反応を140~160℃の範囲で行うとき、ルチル型酸化チタン粒子の成長を抑制しながら、結晶性を高めるためのみならず、短時間の反応によって上記効果を得ることができることから有利である。
第4工程は、上記水熱反応によって得られたスラリーに適当なアルカリ、例えば、水酸化ナトリウム水溶液を加えて、スラリー中の前記有機酸を中和した後、スラリーを濾過、水洗して、スラリー中に溶存する水溶性塩類を除去する工程である。この第4工程においても、スラリーを濾過、水洗するための手段、方法は何ら限定されるものではないが、上述したように、水熱反応によって得られたスラリーに適当なアルカリを加えて、スラリーのpHを酸化チタンの等電点にすることによって、効率よく濾過、水洗を行うことができる。第4工程においては、ルチル型酸化チタン粒子を100g/L濃度となるようにリパルプしたときの電気伝導度が100μS/cm以下であるように濾過、水洗することが好ましい。
第5工程は、第4工程で得られたスラリーに酸を加えて、ルチル型酸化チタン粒子を解膠した後、湿式分散処理して、水分散体を得る工程である。
上記解膠のための酸は、無機酸でもよく、有機酸でもよい。無機酸としては、例えば、硝酸又は塩酸が好ましく、他方、有機酸としては、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等のモノカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸等の多塩基酸、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、グルコン酸等のヒドロキシカルボン酸等が好ましい。本発明によれば、このような酸は、酸化チタン100モル部に対して、通常、15~100モル部、好ましくは、20~70モル部が用いられる。
第5工程における湿式分散処理は、一般的な方法によればよく、例えば、ビーズミルが好ましく用いられる。ビーズとしては、チタニアよりもモース硬度が高いものが好ましく、例えば、ジルコニアビーズが好ましく用いられる。好ましい態様によれば、15~300μmの直径を有するジルコニアビーズをビーズミルに仕込み、分散処理して、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得る。
第6工程は、上記第5工程で得られた水分散体に分散安定性を与えるために、水分散体に溶存している水溶性塩類を除去する工程である。この水分散体中に溶存している水溶性塩類を除去するための手段、方法は特に限定されるものではないが、例えば、透析や限外濾過等によることができる。上記第5工程で得られた分散体は、解膠剤である前記酸を含んでいるので、その電気伝導度は、通常、10mS/cmよりも大きいが、この第6工程において、分散体の電気伝導度を0.1~5mS/cm、好ましくは、1~3mS/cmの範囲とすることによって、ルチル型酸化チタン粒子の分散安定性にすぐれた分散体を得ることができる。
このように、本発明によれば、四塩化チタンを水溶液中で熱加水分解してルチル型酸化チタン粒子を析出させ、これを有機酸の存在下に水熱処理して、粒子の成長を抑制しながら、その結晶性を向上させ、次いで、このようにして得られたルチル型酸化チタン粒子のスラリーに酸を加え、解膠した後、湿式分散処理し、更に、余剰の酸と溶存する水溶性塩類を除去することによって、ルチル型酸化チタン粒子が凝集することなく、安定して水に分散している水分散体を得ることができる。
このようにして得られる本発明によるルチル型酸化チタン粒子の分散体は、動的光散乱法によって測定した粒度分布のD50が15nm以下、好ましくは、1~15nmの範囲にあり、D90が40nm以下であると共に、BET法にて測定したルチル型酸化チタン粒子の比表面積が120m2/g以上である。また、水分散体を乾燥して得られるルチル型酸化チタン粒子は105℃から900℃まで加熱したときの重量減少率が5%以下であり、結晶性が高い。かくして、本発明の方法によれば、分散質がルチル型酸化チタン微粒子である分散安定性にすぐれている水分散体を得ることができる。
従って、例えば、本発明によるルチル型酸化チタン粒子の分散体を樹脂に混合、分散させて、樹脂組成物とするとき、酸化チタン粉末を樹脂に混合、分散させる場合に比べて、容易に均一に分散させることができ、かくして、得られる樹脂組成物の成形体に紫外線遮蔽性、高屈折率、光触媒活性等、ルチル型酸化チタン粒子の有する特性を一層、効果的に発現させることができる。
本発明によれば、上述した第2工程と第3工程の間において、第3工程前段工程として、上記第2工程で得られたスラリーを有機酸の存在下で湿式粉砕することによって、一層、微細なルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得ることができる。
このような酸化チタンスラリーの湿式粉砕において、有機酸は、スラリーが湿式粉砕によって粘度が上昇して、粉砕処理が困難になることを防止する粘度上昇抑制剤として用いられると共に、この有機酸は、後述する第3工程においては、酸化チタン粒子のスラリーを水熱反応させる際の粒子成長剤として機能する。
そこで、本発明によれば、有機酸は、第3工程前段工程においては、粘度上昇抑制剤として機能するに足りる量を用いればよいが、しかし、通常は、後述する第3工程において、酸化チタン微粒子のスラリーを水熱反応させる際の粒子成長剤として有効に機能するように、第3工程前段工程においても、酸化チタン100モル部に対して、好ましくは、75モル部以上の範囲で用いられる。
上記有機酸としては、第3工程におけると同じカルボン酸やヒドロキシカルボン酸が用いられ、これらカルボン酸やヒドロキシカルボン酸は塩であってもよい。そのような有機酸の具体例としても、前記と同じものを挙げることができる。
第3工程前段工程における湿式粉砕処理は、前述した湿式分散処理と同様に、一般的な方法によればよく、例えば、ビーズミルが好ましく用いられる。ビーズとしては、チタニアよりもモース硬度が高いものが好ましく、例えば、ジルコニアビーズが好ましく用いられる。好ましい態様によれば、15~300μmの直径を有するジルコニアビーズをビーズミルに仕込み、湿式粉砕処理して、ルチル型酸化チタン粒子のスラリーを得る。
このように、第2工程と第3工程の間において、第3工程前段工程として、上記第2工程で得られたスラリーを有機酸の存在下で湿式粉砕したとき、この第3工程前段工程に引き続く第3工程においては、その第3工程前段工程からの前記有機酸を含むスラリーをその有機酸を粒子成長剤として用いて水熱反応させる。
従って、第3工程において用いる有機酸の量は、前述したように、酸化チタン100モル部に対して、通常、75モル部以上であり、好ましくは、75~200モル部の範囲であるが、必要に応じて、第3工程において、有機酸の不足分量があれば、そのような不足分量を加えてもよい。また、この場合、第3工程前段工程に用いたものとは別の有機酸を加えてもよい。
また、本発明によれば、上述したように、第5工程において、第4工程で得られたスラリーに酸を加えて、ルチル型酸化チタン粒子を解膠した後、スラリーを湿式粉砕処理し、次いで、湿式分散処理することによっても、一層、微細なルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得ることができる。
一般に、粒子の湿式粉砕処理と湿式分散処理の境界は必ずしも明瞭ではなく、また、湿式粉砕処理と湿式分散処理が同時並行的に粒子に施されることもあるが、しかし、例えば、用いるビーズの大きさを調整することによって、また、循環型ビーズミルを用いてその回転数を調節することによって、粒子に、主として湿式粉砕処理を行い、又は主として湿式分散処理を行うことができる。このようにスラリーを湿式粉砕処理し、次いで、湿式分散処理して、一層、微細な酸化チタン粒子からなる分散体を得るための最適の条件、例えば、循環型ビーズミルの回転数や循環型ビーズミルによる最適の処理時間は、それら回転数と処理時間を変動させて、得られる処理物の粒度分布や分散安定性を調べることによって定めることができる。
このようにして得られる分散媒が水であるルチル型酸化チタン粒子の水分散体は、必要に応じて、従来から知られている溶媒置換法によって、分散媒である水を適宜の有機溶媒に置換することによって、その有機溶媒を分散媒とする分散体とすることができる。この有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、好ましくは、水混和性有機溶媒が用いられる。このような水混和性有機溶媒は、特に限定されるものではないが、例えば、メタノール、エタノール、2−プロパノール等の脂肪族アルコール類、酢酸エチル、ギ酸メチル等の脂肪族カルボン酸エステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の脂肪族ケトン類、エチレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類や、これらの2種以上の混合物であるが、特に、好ましくは、メタノール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン又はこれらの混合物である。
本発明によれば、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体における分散媒である水を有機溶媒と置換するには、水分散液を蒸留して、分散媒である水を除去しつつ、有機溶媒を加えることによって、また、水分散液を蒸留して、分散媒である水を除去した後、新たに有機溶媒を加えて、希釈し、再度、蒸留し、このようにして、濃縮と希釈を繰り返すことによって、更には、水分散液を限外濾過して、分散媒である水を除去した後、新たに有機溶媒を加えて、希釈し、再度、限外濾過し、このようにして、濃縮と希釈を繰り返すことによって、当初の分散媒である水を有機溶媒に置換して、分散媒がその有機溶媒であるルチル型酸化チタン粒子の分散体を得ることができる。
また、例えば、ルチル型酸化チタン粒子の分散体における分散媒である水を水混和性有機溶媒と置換して、その水混和性有機溶媒を分散媒とする分散体を得た後、その水混和性有機溶媒を更に別の有機溶媒と置換して、その別の有機溶媒を分散媒とする分散体を得ることもできる。
本発明によるルチル型酸化チタン粒子の分散体、好ましくは、溶媒置換法によって分散媒を有機溶媒とした分散体は、種々の樹脂組成物に好ましく用いることができる。即ち、本発明によれば、好ましくは、有機溶媒を分散媒とするルチル型酸化チタン粒子の分散体を樹脂に混合し、均一に分散させることによって、ルチル型酸化チタン粒子を含む樹脂組成物を得ることができる。ルチル型酸化チタンの樹脂に対する割合は、得られる樹脂組成物の用途や要求特性にもよるが、通常、樹脂100重量部に対して、5~350重量部の範囲である。
本発明において、上記樹脂は、得られる樹脂組成物の用途や要求特性に応じて適宜に選べばよく、具体例として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエンモノマー三元共重合体、エチレン−ブテン共重合体、エチレン−アクリル酸エステル(例えば、アクリル酸エチル)共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体等のオレフィンの単独又は共重合体であるポリオレフィン樹脂、スチレンのような芳香族ビニルモノマーの単独重合体やABS樹脂等のような共重合体、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート等のポリエステル、6−ナイロン、6,6−ナイロン、12−ナイロン、46−ナイロン、芳香族ポリアミド等のポリアミド、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリオキシメチレン等のポリエーテル、ポリカーボネート、スチレン−共役ジエン共重合体、ポリブタジエン、ポリイソプレン、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリクロロプレン等のエラストマー、ポリ塩化ビニル等を挙げることができる。また、必要に応じて、樹脂として、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂やシリコーン樹脂も用いられる。これらの樹脂は、単独で、又は2種以上の混合物として用いられる。
本発明によるルチル型酸化チタン含有樹脂組成物は、上述したルチル型酸化チタンに加えて、必要に応じて、それぞれの樹脂に応じて、他の添加剤を適宜に配合することができる。そのような添加剤として、例えば、可塑剤、潤滑剤、充填剤、酸化防止剤、熱安定化剤、核剤、架橋剤、架橋助剤、帯電防止剤、相溶化剤、耐光剤、顔料、発泡剤、防カビ剤、カップリング剤等を挙げることができる。
このような樹脂組成物は、例えば、攪拌混合または、一軸押出機、二軸押出機、ロール混練機、ニーダ混練機、バンバリーミキサー、ボールミル、ビーズミル等の適宜手段にて上述したルチル型酸化チタン粒子の分散体を樹脂に混合し、混練することによって得ることができる。また、このようにして得られる本発明による樹脂組成物は、用途や目的に応じて、例えば、射出成形、押出成形、ブロー成形、プレス成形、真空成形、カレンダー成形、トランスファー成形、積層成形、金型を用いた成形、溶液製膜法等、適宜の手段によって種々の成形品の製造に好適に用いることができる。
(チタンイオン濃度)
JIS K 5116に記載の方法に準じて測定した。
(塩素イオン濃度)
(株)堀場製作所製F50シリーズ塩素イオン電極を用いて測定した。
(粒子の結晶構造)
粉末X線回折装置(理学電機(株)製RINT−TTR3)を用いて測定した(CuKα線)。
(粒子の比表面積)
マイクロメリティックス社製GEMINI2360を用いて、BET法(窒素吸着式の多点法)にて測定した。この際、前処理としての脱気処理を230℃にて40分間、行った。
(加熱減量)
SII社製SSC5200 TG/DTA 320を用いて、105℃と900℃における重量差を計算した。
(分散体の粒度分布)
日機装(株)製UPA−UT151を用いて、動的光散乱方式による粒度分布を測定した。D50は体積基準換算の累積粒度分布の小粒子側から50体積%の粒子径であり、D90は体積基準換算の累積粒度分布の小粒子側から90体積%の粒子径であり、D100は体積基準換算の累積粒度分布の小粒子側から100体積%の粒子径である。
(水分散体の分散安定性)
水分散体を室温で1か月間放置した後、目視にて観察して、水分散体がゲル化し、流動性を失った場合を悪いと判定し、流動性を維持した場合を良いと判定した。
(薄膜の透過率及びヘーズ値)
日本電色工業(株)製ヘーズメーターNDH−2000を用いて、薄膜の透過及びヘーズ値を測定した。
実施例1
第1工程
還流装置を備えたセパラブルフラスコに塩素イオン濃度2.3モル/L、チタンイオン濃度に基づいて、酸化チタンとして50.7g/Lとなるように調整した四塩化チタン水溶液を仕込み、70℃で3時間加熱し、加水分解して、析出したルチル型酸化チタン粒子を含むスラリーを得た。
第2工程
上記スラリーを捕集径300nmのガラス繊維濾紙を用いて濾過し、未反応四塩化チタンと溶存成分を除去した。このようにして得られた酸化チタン粒子を水にリパルプし、得られたスラリーに水酸化ナトリウム水溶液をスラリーのpHが7.0となるまで加えた後、捕集径300nmのガラス繊維濾紙を用いて濾過した。この際、ルチル型酸化チタンを酸化チタンとして50g/Lとなるように水にリパルプしたときに、スラリーの電気伝導度が100μS/cm以下となるまで、濾過、水洗して、水溶性塩類を除去した。
第3工程
上記第2工程によって得られたルチル型酸化チタン粒子を酸化チタンとして50g/Lとなるように水にリパルプし、このスラリーに酢酸を酸化チタン100モル部に対して150モル部加え、150℃で水熱反応を3時間行って、ルチル型酸化チタン粒子の結晶性を高めた。
第4工程
上記水熱反応によって得られたスラリーにそのpHが5.0となるまで水酸化ナトリウム水溶液を加えた後、捕集径300nmのガラス繊維濾紙を用いて濾過し、この際、ルチル型酸化チタン粒子を酸化チタンとして100g/Lとなるように水にリパルプしたときに、スラリーの電気伝導度が100μS/cm以下となるまで、濾過、水洗して、水溶性塩類を除去した。
第5工程
上記第4工程において得られたルチル型酸化チタン粒子を酸化チタンとして100g/Lとなるように水にリパルプし、得られたスラリーに酸化チタン100モル部に対して硝酸30モル部加え、解膠した。このようにして得られたスラリーに直径100μmのジルコニアビーズをスラリーと同体積仕込み、遊星ボールミルを用いて、4時間、湿式分散処理して、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。
第6工程
上記ルチル型酸化チタン粒子の水分散体の電気伝導度が3.2mS/cmとなるまで透析し、余剰の硝酸と水溶性塩類を除去して、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。
このようにして得られた水分散体を105℃で12時間加熱して水分を除去して、ルチル型酸化チタン粒子を粉末として得た。この酸化チタン粉末のX線回折図を図1に示すように、酸化チタンはルチル型酸化チタン単相からなるものであった。
以下、図1、図2及び図3において、Aはアナターゼ型酸化チタンを、Rはルチル型酸化チタンを、Bはブルカイト型酸化チタンを示す。
実施例2
実施例1の第1工程において、50℃で加熱し、加水分解した以外は、実施例1と同様にして、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。
実施例3
実施例1の第1工程において、塩素イオン濃度3.0モル/L、チタンイオン濃度に基づいて、酸化チタンとして64.7g/Lとなるように調整した四塩化チタン水溶液を用い、加水分解した以外は、実施例1と同様にして、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。
実施例4
実施例3の第1工程において、50℃で加熱し、加水分解した以外は、実施例3と同様にして、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。
実施例5
実施例1の第1工程において、塩素イオン濃度4.3モル/L、チタンイオン濃度に基づいて、酸化チタンとして95.8g/Lとなるように調整した四塩化チタン水溶液を用い、加水分解した以外は、実施例1と同様にして、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。
実施例6
実施例1の第1工程において、塩素イオン濃度1.0モル/L、チタンイオン濃度に基づいて、酸化チタンとして15.9g/Lとなるように調整した四塩化チタン水溶液を用い、加水分解した以外は、実施例1と同様にして、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。
実施例7
実施例6の第1工程において、30℃で加熱し、加水分解した以外は、実施例6と同様にして、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。
比較例1
実施例1の第1工程において、塩素イオン濃度2.3モル/L、チタンイオン濃度に基づいて、酸化チタンとして50.7g/Lとなるように調整した四塩化チタン水溶液を用い、80℃で加水分解した以外は、実施例1と同様にして、酸化チタン粒子の水分散体を得た。
このようにして得られた水分散体を105℃で12時間加熱して水分を除去して、酸化チタン粒子を粉末として得た。この酸化チタン粉末のX線回折図を図2に示すように、酸化チタンはルチル型酸化チタンと共にアナターゼ型酸化チタンを含むものであった。
比較例2
実施例1の第1工程において、塩素イオン濃度4.1モル/L、チタンイオン濃度に基づいて、酸化チタンとして86.3g/Lとなるように調整した四塩化チタン水溶液を用い、80℃で加水分解した以外は、実施例1と同様にして、酸化チタン粒子の水分散体を得た。
このようにして得られた水分散体を105℃で12時間加熱して水分を除去して、酸化チタン粒子を粉末として得た。この酸化チタン粉末のX線回折図を図3に示すように、酸化チタンはルチル型酸化チタンと共にアナターゼ型酸化チタンとブルカイト型酸化チタンを含むものであった。
上記実施例1~7、比較例1及び2における四塩化チタン水溶液の加水分解の反応条件と共に、上記実施例1~7、比較例1及び2において得られた酸化チタン粒子水分散体における粒子の粒度分布(D50とD90)とその酸化チタン粒子の物性(粉末X線回折による結晶構造、加熱減量及び比表面積)を表1に示す。
このように、本発明の方法によって得られるルチル型酸化チタン粒子の水分散体は、分散質が結晶性の高いルチル型酸化チタン微粒子である分散安定性にすぐれるものである。
実施例8
第1工程
還流装置を備えたセパラブルフラスコに塩素イオン濃度2.3モル/L、チタンイオン濃度に基づいて、酸化チタンとして50.7g/Lとなるように調整した四塩化チタン水溶液を3L仕込み、70℃で3時間加熱し、加水分解して、析出したルチル型酸化チタン微粒子を含むスラリーを得た。
第2工程
上記スラリーを捕集径300nmのガラス繊維濾紙を用いて濾過し、未反応四塩化チタンと溶存成分を除去した。このようにして得られた酸化チタン微粒子を水にリパルプし、得られたスラリーに水酸化ナトリウム水溶液をスラリーのpHが7.0となるまで加えた後、捕集径300nmのガラス繊維濾紙を用いて濾過した。この際、ルチル型酸化チタンを酸化チタンとして50g/Lとなるように水にリパルプしたときに、スラリーの電気伝導度が100μS/cm以下となるまで、濾過、水洗して、水溶性塩類を除去した。
第3工程前段工程
上記第2工程によって得られたルチル型酸化チタン粒子を酸化チタンとして100g/Lとなるように水にリパルプし、このスラリーに酢酸を酸化チタン100モル部に対して150モル部加え、寿工業(株)製循環型ビーズミル「ウルトラアペックスミルUAM−05」を用いて3時間、湿式粉砕処理を行った。この際、直径30μmのジルコニアビーズを用い、回転数は3500rpmとした。
第3工程
上記第3工程前段工程によって得られたルチル型酸化チタン粒子を含むスラリーを50g/Lとなるように水で希釈し、第3工程前段工程で加えた酢酸の存在下に150℃で水熱反応を3時間行って、ルチル型酸化チタン粒子の結晶性を高めた。
第4工程
上記水熱反応によって得られたスラリーにそのpHが5.0となるまで水酸化ナトリウム水溶液を加えた後、捕集径300nmのガラス繊維濾紙を用いて濾過し、この際、ルチル型酸化チタン粒子を酸化チタンとして100g/Lとなるように水にリパルプしたときに、スラリーの電気伝導度が100μS/cm以下となるまで、濾過、水洗して、水溶性塩類を除去した。
第5工程
上記第4工程において得られたルチル型酸化チタン粒子を酸化チタンとして100g/Lとなるように水にリパルプし、得られたスラリーに酸化チタン100モル部に対して硝酸60モル部加え、解膠した。このようにして得られたスラリーを寿工業(株)製循環型ビーズミル「ウルトラアペックスミルUAM−05」を用いて10時間、湿式分散処理して、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。この際、直径30μmのジルコニアビーズを用い、ビーズミルの回転数は2350rpmとした。
第6工程
上記ルチル型酸化チタン粒子の水分散体の電気伝導度が3.2mS/cmとなるまで限外膜にて洗浄して、余剰の硝酸と水溶性塩類を除去した後、濃縮し、ルチル型酸化チタン粒子の含有率15重量%のルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。
このようにして得られた水分散体を105℃で12時間加熱して水分を除去して、酸化チタン粒子を粉末として得た。この酸化チタン粒子も、そのX線回折によってルチル型酸化チタン単相からなることが確認された。
実施例9
実施例8の第1工程において、50℃にて加熱して、加水分解した以外は、実施例8と同様にして、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。
実施例10
実施例8の第1工程において、塩素イオン濃度1.0モル/L、チタンイオン濃度に基づいて、酸化チタンとして15.9g/Lとなるように調整した四塩化チタン水溶液を7L仕込み、加水分解した以外は、実施例8と同様にして、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。
実施例11
第1工程
還流装置を備えたセパラブルフラスコに塩素イオン濃度2.3モル/L、チタンイオン濃度に基づいて、酸化チタンとして50.7g/Lとなるように調整した四塩化チタン水溶液を3L仕込み、70℃で3時間加熱し、加水分解して、析出したルチル型酸化チタン粒子を含むスラリーを得た。
第2工程
上記スラリーを捕集径300nmのガラス繊維濾紙を用いて濾過し、未反応四塩化チタンと溶存成分を除去した。このようにして得られた酸化チタン粒子を水にリパルプし、得られたスラリーに水酸化ナトリウム水溶液をスラリーのpHが7.0となるまで加えた後、捕集径300nmのガラス繊維濾紙を用いて濾過した。この際、ルチル型酸化チタンを酸化チタンとして50g/Lとなるように水にリパルプしたときに、スラリーの電気伝導度が100μS/cm以下となるまで、濾過、水洗して、水溶性塩類を除去した。
第3工程
上記第2工程によって得られたルチル型酸化チタン粒子を酸化チタンとして50g/Lとなるように水にリパルプし、このスラリーに酢酸を酸化チタン100モル部に対して150モル部加え、150℃で水熱反応を3時間行って、ルチル型酸化チタン粒子の結晶性を高めた。
第4工程
上記水熱反応によって得られたスラリーにそのpHが5.0となるまで水酸化ナトリウム水溶液を加えた後、捕集径300nmのガラス繊維濾紙を用いて濾過し、この際、ルチル型酸化チタン粒子を酸化チタンとして100g/Lとなるように水にリパルプしたときに、スラリーの電気伝導度が100μS/cm以下となるまで、濾過、水洗して、水溶性塩類を除去した。
第5工程
上記第4工程において得られたルチル型酸化チタン粒子を酸化チタンとして100g/Lとなるように水にリパルプし、得られたスラリーに酸化チタン100モル部に対して硝酸60モル部加え、解膠した。このようにして得られたスラリーを直径30μmのジルコニアビーズを用いて、寿工業(株)製循環型ビーズミル「ウルトラアペックスミルUAM−05」にて最初の3時間、回転数3500rpmにて湿式粉砕処理を行い、その後の10時間、回転数2350rpmにて湿式分散処理を行って、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。
第6工程
上記ルチル型酸化チタン粒子の水分散体の電気伝導度が3.2mS/cmとなるまで限外濾過膜にて洗浄して、余剰の硝酸と水溶性塩類を除去した後、濃縮して、ルチル型酸化チタン粒子の含有率15重量%のルチル型酸化チタン水分散体を得た。
上記ルチル型酸化チタン水分散体を105℃で12時間加熱して水分を除去して、ルチル型酸化チタン粒子を粉末として得た。この酸化チタン粒子も、そのX線回折によってルチル型酸化チタン単相からなることが確認された。
実施例12
実施例11の第1工程において、50℃で加熱し、加水分解した以外は、実施例11と同様にして、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。
実施例13
実施例11の第1工程において、塩素イオン濃度1.0モル/L、チタンイオン濃度に基づいて、酸化チタンとして15.9g/Lとなるように調整した四塩化チタン水溶液を7L仕込み、加水分解した以外は、実施例11と同様にして、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。
実施例14
第1工程
還流装置を備えたセパラブルフラスコに塩素イオン濃度2.3モル/L、チタンイオン濃度に基づいて、酸化チタンとして50.7g/Lとなるように調整した四塩化チタン水溶液を3L仕込み、70℃で3時間加熱し、加水分解して、析出したルチル型酸化チタン粒子を含むスラリーを得た。
第2工程
上記スラリーを捕集径300nmのガラス繊維濾紙を用いて濾過し、未反応四塩化チタンと溶存成分を除去した。このようにして得られた酸化チタン粒子を水にリパルプし、得られたスラリーに水酸化ナトリウム水溶液をスラリーのpHが7.0となるまで加えた後、捕集径300nmのガラス繊維濾紙を用いて濾過した。この際、ルチル型酸化チタンを酸化チタンとして50g/Lとなるように水にリパルプしたときに、スラリーの電気伝導度が100μS/cm以下となるまで、濾過、水洗して、水溶性塩類を除去した。
第3工程
上記第2工程によって得られたルチル型酸化チタン粒子を酸化チタンとして50g/Lとなるように水にリパルプし、このスラリーに酢酸を酸化チタン100モル部に対して150モル部加え、150℃で水熱反応を3時間行って、ルチル型酸化チタン粒子の結晶性を高めた。
第4工程
上記水熱反応によって得られたスラリーにそのpHが5.0となるまで水酸化ナトリウム水溶液を加えた後、捕集径300nmのガラス繊維濾紙を用いて濾過し、この際、ルチル型酸化チタン粒子を酸化チタンとして100g/Lとなるように水にリパルプしたときに、スラリーの電気伝導度が100μS/cm以下となるまで、濾過、水洗して、水溶性塩類を除去した。
第5工程
上記第4工程において得られたルチル型酸化チタン粒子を酸化チタンとして100g/Lとなるように水にリパルプし、得られたスラリーに酸化チタン100モル部に対して硝酸60モル部加え、解膠した。このようにして得られたスラリーを寿工業(株)製循環型ビーズミル「ウルトラアペックスミルUAM−05」を用いて10時間、湿式分散処理して、ルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得た。この際、直径30μmのジルコニアビーズを用い、ビーズミルの回転数は2350rpmとした。
第6工程
上記ルチル型酸化チタン粒子の水分散体の電気伝導度が3.2mS/cmとなるまで限外濾過膜にて洗浄して、余剰の硝酸と水溶性塩類を除去した後、濃縮して、ルチル型酸化チタン粒子の含有率15重量%のルチル型酸化チタン水分散体を得た。
上記ルチル型酸化チタン水分散体を105℃で12時間加熱して水分を除去して、ルチル型酸化チタン粒子を粉末として得た。この酸化チタン粒子も、そのX線回折によってルチル型酸化チタン単相からなることが確認された。
上記実施例8から14における四塩化チタン水溶液の加水分解の反応条件と共に、上記実施例8から14において得られた酸化チタン粒子水分散体の分散安定性と水分散体における酸化チタン粒子の粒度分布(D50、D90及びD100)とその酸化チタン粒子の物性(加熱減量及び比表面積)を表2に示す。
また、第5工程において、酸化チタンスラリーに酸を加えて解膠処理し、次いで、得られたスラリーを湿式粉砕処理した後、湿式分散処理を行うことによっても、同様に、一層微細なルチル型酸化チタン粒子の水分散体を得ることができる。
即ち、本発明によれば、第3工程前段工程又は第5工程において、酸化チタンスラリーに湿式粉砕処理を施すことによって、得られるルチル型酸化チタン粒子水分散体における酸化チタン粒子の粒度分布は、D50が1~10nmの範囲にあり、D100が40nm以下であり、水分散体を乾燥して得られたルチル型酸化チタン粒子の比表面積は150m2/g以上であり、好ましい場合には、180m2/g以上である。
また、このようにして得られた微細なルチル型酸化チタン粒子の水分散体を乾燥して得られる酸化チタン粒子を105℃から900℃まで加熱したときの重量減少率は5%以下である。このように、本発明の方法によって得られるルチル型酸化チタン粒子の水分散体は、分散質が結晶性の高い酸化チタン微粒子からなる分散安定性にすぐれるものである。
実施例15
実施例1において得られたルチル型酸化チタン粒子の水分散体を限外濾過によって溶媒置換して、分散媒がメタノールであるルチル型酸化チタン粒子の含有量20重量%のルチル型酸化チタン粒子の分散体を得た。
3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製KBM−403)12.5重量部に0.01規定塩酸4.4重量部を加えて、24時間攪拌し、これに固形分含有率20重量%に調整した前記実施例及び比較例で得たそれぞれのルチル型酸化チタン粒子の分散液62.5重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル15重量部、メタノール56重量部及び硬化剤(アルミニウムアセチルアセトナート)少量を加え、攪拌して、ハードコート用のコーティング剤を調製した。
このコーティング剤をスライドガラスプレート上に500rpmで3秒間、スピンコートし、25℃で30分、80℃で15分、150℃で60分乾燥し、膜厚2μmの塗膜を形成した。この塗膜の全光線透過率とヘーズ値を測定したところ、全光線透過率85%、ヘーズ値0.3であった。
実施例16
(ルチル型酸化チタン粒子含有樹脂組成物の調製とその評価)
実施例8において得られたルチル型酸化チタン粒子の水分散体を限外濾過によって溶媒置換して、分散媒がメタノールであるルチル型酸化チタン粒子の含有量20重量%のルチル型酸化チタン粒子の分散体を得た。
このルチル型酸化チタン粒子の分散体を用いて、実施例15と同様にして、ハードコート用のコーティング剤を調製した。実施例15と同様にして、このコーティング剤をスライドガラスプレート上にスピンコートし、乾燥して、膜厚2μmの塗膜を形成した。この塗膜の全光線透過率とヘーズ値を測定したところ、全光線透過率90%、ヘーズ値0.1であった。
Claims (9)
- 四塩化チタン水溶液の塩素イオン濃度を0.5モル/L以上、4.4モル/L未満に調整した後、25~75℃の範囲の温度にて加熱し、四塩化チタンを加水分解して、析出したルチル型酸化チタン粒子を含むスラリーを得る第1工程、
上記第1工程で得られたスラリーを濾過、水洗して、溶存する水溶性塩類を除去したスラリーを得る第2工程、
上記第2工程で得られたスラリーを有機酸の存在下に水熱反応させる第3工程、
上記第3工程で得られたスラリーを濾過、水洗して、溶存する水溶性塩類を除去したスラリーを得る第4工程、
上記第4工程で得られたスラリーに酸を加え、解膠した後、湿式分散処理して、分散体を得る第5工程、及び
上記第5工程で得られた分散体から余剰の酸と水溶性塩類を除去する第6工程
を含むルチル型酸化チタン粒子の水分散体の製造方法。 - 第2工程と第3工程の間に、第3工程前段工程として、上記第2工程で得られたスラリーを有機酸の存在下で湿式粉砕する工程を有する請求項1に記載のルチル型酸化チタン粒子の水分散体の製造方法。
- 第5工程において、第4工程で得られたスラリーに酸を加えて、解膠した後、湿式粉砕処理し、次いで、湿式分散処理する請求項1に記載のルチル型酸化チタン粒子の水分散体の製造方法。
- 第3工程において、スラリー中の酸化チタン100モル部に対して有機酸75モル部以上の存在下にスラリーを水熱反応させる請求項1に記載のルチル型酸化チタン粒子の水分散体の製造方法。
- 第6工程において、分散体の電気伝導度が1~5mS/cmの範囲となるように余剰の酸を除去する請求項1に記載のルチル型酸化チタン粒子の水分散体の製造方法。
- 第3工程において、水熱反応を120~180℃の範囲の温度で行う請求項1に記載のルチル型酸化チタン粒子の水分散体の製造方法。
- 第6工程で得られた分散体の分散媒である水を有機溶媒と溶媒置換するルチル型酸化チタン粒子の分散体の製造方法。
- 請求項1から7のいずれかに記載の方法によって得られるルチル型酸化チタン粒子の分散体。
- 請求項8に記載のルチル型酸化チタン粒子の分散体を樹脂に配合してなる樹脂組成物。
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