JP2010058031A - Dispersion of fine particle of metal oxide and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】凝集が少なく、室温で経時させた場合にも透明性を保つことができるナノサイズの金属酸化物微粒子分散液、及び該金属酸化物微粒子分散液を効率よく安価に製造することができる金属酸化物微粒子分散液の製造方法を提供。
【解決手段】少なくとも1種の金属アルコキシド及び少なくとも1種の酸性化合物を含む金属アルコキシド溶液を、少なくとも1種の酸性化合物を含む溶媒に添加することを特徴とする金属酸化物微粒子分散液の製造方法である。該金属アルコキシド溶液を、少なくとも1種の酸性化合物を含む溶媒に添加するときの該溶媒の温度が30℃以上である態様、該酸性化合物が、塩酸、硝酸、及び酢酸のいずれかである態様、などが好ましい。
【選択図】なしA nano-sized metal oxide fine particle dispersion that is less agglomerated and can maintain transparency even when aged at room temperature, and the metal oxide fine particle dispersion can be produced efficiently and inexpensively. A method for producing a metal oxide fine particle dispersion is provided.
A method for producing a metal oxide fine particle dispersion comprising adding a metal alkoxide solution containing at least one metal alkoxide and at least one acid compound to a solvent containing at least one acid compound. It is. An embodiment in which the temperature of the solvent when the metal alkoxide solution is added to a solvent containing at least one acidic compound is 30 ° C. or higher, an embodiment in which the acidic compound is any one of hydrochloric acid, nitric acid, and acetic acid, Etc. are preferable.
[Selection figure] None
Description
本発明は、透明で安定なナノサイズの金属酸化物微粒子分散液及び金属酸化物微粒子分散液の製造方法に関する。 The present invention relates to a transparent and stable nano-sized metal oxide fine particle dispersion and a method for producing the metal oxide fine particle dispersion.
金属ナノ粒子は表面積/体積比が大きいことによる表面エネルギーの大きさゆえ、ナノ粒子の一次粒子のまま均一に分散することが困難である。このようなナノ粒子を均一に分散させる方法としては、水溶性高分子化合物、界面活性剤等の表面修飾剤を添加する方法がある。しかし、前記水溶性高分子化合物、界面活性剤等の表面修飾剤は後の工程を阻害するおそれがあるので使用することが好ましくない。 Since metal nanoparticles have a large surface energy due to a large surface area / volume ratio, it is difficult to uniformly disperse the nanoparticles as primary particles. As a method for uniformly dispersing such nanoparticles, there is a method of adding a surface modifier such as a water-soluble polymer compound or a surfactant. However, it is not preferable to use surface modifiers such as water-soluble polymer compounds and surfactants because they may hinder subsequent steps.
そこで、特許文献1には、塩酸又は硫酸溶液に金属アルコキシド溶液を添加し、室温と50℃で熟成させることにより得られた白濁したゾルを適当なpH下でジェットミルにて粉砕して微白色透明で安定なゾルを形成する方法が提案されている。しかし、この提案におけるジェットミルは二次凝集体である白濁した酸化チタンゾルを一次粒子に分散することを目的としており、一次粒子が初めから安定に分散する物ではなく合成時に一次粒子を均一に分散させることができれば必要がないものである。
また、特許文献2には、塩素イオンと、該塩素イオン以外の他のブレンステッド塩基を特定量含む酸化チタンゾルが提案されている。この酸化チタンゾルは少なくとも1種のブレンステッド酸の存在下に四塩化チタンを加水分解することにより製造されるものである。しかし、この提案では、四塩化チタンは反応性が高く空気中の水分と反応しやすいため取り扱いが難しく、工業化が困難であるという問題がある。
Therefore, in Patent Document 1, a white turbid sol obtained by adding a metal alkoxide solution to hydrochloric acid or sulfuric acid solution and aging at room temperature and 50 ° C. is pulverized with a jet mill at an appropriate pH to give a fine white color. A method for forming a transparent and stable sol has been proposed. However, the jet mill in this proposal aims to disperse the cloudy titanium oxide sol, which is a secondary agglomerate, in the primary particles. The primary particles are not dispersed stably from the beginning, but the primary particles are uniformly dispersed during synthesis. If it can be done, it is not necessary.
Patent Document 2 proposes a titanium oxide sol containing chlorine ions and a specific amount of other Bronsted base other than the chlorine ions. This titanium oxide sol is produced by hydrolyzing titanium tetrachloride in the presence of at least one Bronsted acid. However, this proposal has a problem that titanium tetrachloride is highly reactive and easily reacts with moisture in the air, so that it is difficult to handle and industrialization is difficult.
したがって凝集が少なく、室温で経時させた場合にも透明性を保つことができるナノサイズの金属酸化物微粒子分散液、及び該金属酸化物微粒子分散液を効率よく安価に製造することができる金属酸化物微粒子分散液の製造方法の速やかな提供が望まれているのが現状である。 Therefore, a nano-sized metal oxide fine particle dispersion that has little aggregation and can maintain transparency even when aged at room temperature, and a metal oxide that can efficiently and inexpensively produce the metal oxide fine particle dispersion The present situation is that a rapid provision of a method for producing a fine particle dispersion is desired.
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、凝集が少なく、室温で経時させた場合にも透明性を保つことができるナノサイズの金属酸化物微粒子分散液、及び該金属酸化物微粒子分散液を効率よく安価に製造することができる金属酸化物微粒子分散液の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and achieve the following objects. That is, the present invention efficiently and inexpensively produces a nano-sized metal oxide fine particle dispersion that is less agglomerated and can maintain transparency even when aged at room temperature. It is an object of the present invention to provide a method for producing a metal oxide fine particle dispersion that can be used.
前記課題を解決するため本発明者が鋭意検討を重ねた結果、酸性化合物(酸)を含む金属アルコキシド溶液を、酸性化合物を含む水溶液に加えて合成することにより、透明で安定なナノサイズの金属酸化物微粒子分散液を安価に効率よく製造できることを知見した。 As a result of intensive studies by the inventor in order to solve the above problems, a transparent and stable nano-sized metal is synthesized by adding a metal alkoxide solution containing an acidic compound (acid) to an aqueous solution containing an acidic compound. It has been found that an oxide fine particle dispersion can be efficiently produced at low cost.
本発明は、本発明者による前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては以下の通りである。即ち、
<1> 少なくとも1種の金属アルコキシド及び少なくとも1種の酸性化合物を含む金属アルコキシド溶液を、少なくとも1種の酸性化合物を含む溶媒に添加することを特徴とする金属酸化物微粒子分散液の製造方法である。
<2> 金属アルコキシド溶液を、少なくとも1種の酸性化合物を含む溶媒に添加するときの該溶媒の温度が30℃以上である前記<1>に記載の金属酸化物微粒子分散液の製造方法である。
<3> 酸性化合物が、塩酸、硝酸、及び酢酸のいずれかである前記<1>から<2>のいずれかに記載の金属酸化物微粒子分散液の製造方法である。
<4> 金属アルコキシド溶液における酸性化合物の含有量が、0.1mol/L〜5.0mol/Lである前記<1>から<3>のいずれかに記載の金属酸化物微粒子分散液の製造方法である。
<5> 溶媒における酸性化合物の含有量が、0.1mol/L〜5.0mol/Lである前記<1>から<4>のいずれかに記載の金属酸化物微粒子分散液の製造方法である。
<6> 前記<1>から<5>のいずれかに記載の金属酸化物微粒子分散液の製造方法により製造されることを特徴とする金属酸化物微粒子分散液である。
<7> 金属酸化物微粒子が、1種の金属を含む金属酸化物、又は2種以上の金属を含む複合金属酸化物からなる前記<6>に記載の金属酸化物微粒子分散液である。
This invention is based on the said knowledge by this inventor, and as a means for solving the said subject, it is as follows. That is,
<1> A method for producing a metal oxide fine particle dispersion, comprising adding a metal alkoxide solution containing at least one kind of metal alkoxide and at least one kind of acidic compound to a solvent containing at least one kind of acidic compound. is there.
<2> The method for producing a metal oxide fine particle dispersion according to <1>, wherein the temperature of the solvent when the metal alkoxide solution is added to the solvent containing at least one kind of acidic compound is 30 ° C. or higher. .
<3> The method for producing a metal oxide fine particle dispersion according to any one of <1> to <2>, wherein the acidic compound is any one of hydrochloric acid, nitric acid, and acetic acid.
<4> The method for producing a metal oxide fine particle dispersion according to any one of <1> to <3>, wherein the content of the acidic compound in the metal alkoxide solution is 0.1 mol / L to 5.0 mol / L. It is.
<5> The method for producing a metal oxide fine particle dispersion according to any one of <1> to <4>, wherein the content of the acidic compound in the solvent is 0.1 mol / L to 5.0 mol / L. .
<6> A metal oxide fine particle dispersion produced by the method for producing a metal oxide fine particle dispersion according to any one of <1> to <5>.
<7> The metal oxide fine particle dispersion according to <6>, wherein the metal oxide fine particles include a metal oxide containing one kind of metal or a composite metal oxide containing two or more kinds of metals.
一般に酸性化合物(酸)を添加すると金属酸化物微粒子分散液(ゾル)は安定するが、金属アルコキシドを含む溶液を溶媒に添加する場合に金属アルコキシド溶液のみに酸性化合物を添加すると、初期の酸が少ないことにより白濁が生じる。一方、溶媒のみに酸性化合物を添加すると初期は白濁しないが経時により白濁が生じる。これは、溶媒のみ又は金属アルコキシド溶液のみに酸性化合物を添加すると、局所的に酸性化合物の少ない領域が生じ、局所的に存在する表面荷電の小さい金属酸化物微粒子同士が凝集してしまうことが原因であると考えられる。
本発明においては、溶媒及び金属アルコキシド溶液の両方ともに酸性化合物を添加することにより、酸性化合物が局在することが無いため、合成された一次粒子がそのまま均一に分散され、室温で経時させた場合にも透明性を保つことができる。
In general, when an acidic compound (acid) is added, the metal oxide fine particle dispersion (sol) is stabilized. However, when an acidic compound is added only to the metal alkoxide solution when a solution containing the metal alkoxide is added to the solvent, the initial acid is reduced. The cloudiness occurs due to the small amount. On the other hand, when an acidic compound is added only to the solvent, it does not become cloudy at the beginning, but it becomes cloudy with time. This is because when an acidic compound is added only to a solvent or only to a metal alkoxide solution, a region with a small amount of acidic compound is locally generated, and locally present metal oxide fine particles having a small surface charge are aggregated together. It is thought that.
In the present invention, when an acidic compound is added to both the solvent and the metal alkoxide solution, the acidic compound is not localized, so the synthesized primary particles are uniformly dispersed as they are and are allowed to age at room temperature. Even transparency can be maintained.
本発明によると、従来における問題を解決することができ、凝集が少なく、室温で経時させた場合にも透明性を保つことができるナノサイズの金属酸化物微粒子分散液、及び該金属酸化物微粒子分散液を効率よく安価に製造することができる金属酸化物微粒子分散液の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a nano-sized metal oxide fine particle dispersion that can solve conventional problems, has little aggregation, and can maintain transparency even when aged at room temperature, and the metal oxide fine particles It is possible to provide a method for producing a metal oxide fine particle dispersion capable of producing a dispersion efficiently and inexpensively.
(金属酸化物微粒子分散液及び金属酸化物微粒子分散液の製造方法)
本発明の金属酸化物微粒子分散液の製造方法は、少なくとも1種の金属アルコキシド及び少なくとも1種の酸性化合物を含む金属アルコキシド溶液を、少なくとも1種の酸性化合物を含む溶媒に添加する工程を含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
本発明の金属酸化物微粒子分散液は、本発明の前記金属酸化物微粒子分散液の製造方法により製造される。
以下、本発明の金属酸化物微粒子分散液の製造方法の説明を通じて、本発明の金属酸化物微粒子分散液の詳細についても明らかにする。
(Metal oxide fine particle dispersion and method for producing metal oxide fine particle dispersion)
The method for producing a metal oxide fine particle dispersion of the present invention includes a step of adding a metal alkoxide solution containing at least one metal alkoxide and at least one acidic compound to a solvent containing at least one acidic compound, Further, it includes other steps as necessary.
The metal oxide fine particle dispersion of the present invention is produced by the method for producing the metal oxide fine particle dispersion of the present invention.
Hereinafter, the details of the metal oxide fine particle dispersion of the present invention will be clarified through the description of the method for producing the metal oxide fine particle dispersion of the present invention.
<金属アルコキシド溶液>
前記金属アルコキシド溶液は、少なくとも1種の金属アルコキシド及び少なくとも1種の酸性化合物を含み、分散溶媒、更に必要に応じてその他の成分を含有する。
<Metal alkoxide solution>
The metal alkoxide solution contains at least one metal alkoxide and at least one acidic compound, and contains a dispersion solvent and, if necessary, other components.
−金属アルコキシド−
前記金属アルコキシドにおける金属としては、例えばTi、Zn、Ge、Zr、Hf、Si、Sn、Mn、Ga、Mo、In、Sb、Ta、V、Y、Nb、などが挙げられる。これらの中でも、Ti、Zrが特に好ましい。
したがって前記金属アルコキシドとしては、テトラアルコキシチタニウム、アルコキシジルコニウムが好適である。
前記テトラアルコキシチタニウムとしては、例えばテトラメトキシチタニウム、テトラエトキシチタニウム、テトラプロポキシチタニウム、テトライソプロポキシチタニウム、テトラブトキシチタニウム、テトライソブトキシチタニウム、テトラキス(2−メチルプロポキシ)チタニウム、テトラキスペントキシチタニウム、テトラキス(2−エチルブトキシ)チタニウム、テトラキス(オクトキシ)チタニウム、テトラキス(2−エチルヘキソキシ)チタニウムなどが挙げられる。テトラアルコキシチタニウムに含まれるアルコキシル基の炭素数が大き過ぎると、加水分解が不十分となることがあり、アルコキシ基の炭素数が小さ過ぎると、反応性が高くなって反応制御が難しくなることがあるため、テトラプロポキシチタニウム及びテトライソプロポキシチタニウムが特に好ましい。
前記アルコキシジルコニウムとしては、例えばメトキシジルコニウム、エトキシジルコニウム、プロポキシジルコニウム、ブトキシジルコニウム、イソブトキシジルコニウム、キス(2−メチルプロポキシ)ジルコニウムなどが挙げられる。これらの中でも、ブトキシジルコニウムが特に好ましい。
-Metal alkoxide-
Examples of the metal in the metal alkoxide include Ti, Zn, Ge, Zr, Hf, Si, Sn, Mn, Ga, Mo, In, Sb, Ta, V, Y, and Nb. Among these, Ti and Zr are particularly preferable.
Accordingly, tetraalkoxytitanium and alkoxyzirconium are suitable as the metal alkoxide.
Examples of the tetraalkoxytitanium include tetramethoxytitanium, tetraethoxytitanium, tetrapropoxytitanium, tetraisopropoxytitanium, tetrabutoxytitanium, tetraisobutoxytitanium, tetrakis (2-methylpropoxy) titanium, tetrakispentoxytitanium, tetrakis ( 2-ethylbutoxy) titanium, tetrakis (octoxy) titanium, tetrakis (2-ethylhexoxy) titanium and the like. If the alkoxyl group contained in the tetraalkoxytitanium has too many carbon atoms, hydrolysis may be insufficient. If the alkoxy group has too few carbon atoms, the reactivity may increase and the reaction control may be difficult. For this reason, tetrapropoxytitanium and tetraisopropoxytitanium are particularly preferred.
Examples of the alkoxyzirconium include methoxyzirconium, ethoxyzirconium, propoxyzirconium, butoxyzirconium, isobutoxyzirconium, kiss (2-methylpropoxy) zirconium and the like. Of these, butoxyzirconium is particularly preferred.
−酸性化合物−
前記酸性化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば塩酸、硝酸、蟻酸、酢酸、硫酸、過塩素酸、シュウ酸、乳酸などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、塩酸、硝酸、酢酸が特に好ましい。これに対し硫酸等のアニオンが大きい酸やシュウ酸等の安定な錯体を形成する酸は吸着して粒子形成を妨害することがある。
前記金属アルコキシド溶液における酸性化合物の含有量は、0.1mol/L〜5.0mol/Lであることが好ましく、0.4mol/L〜3.5mol/Lがより好ましい。
前記含有量が、0.1mol/L未満であると、粒子の分散が不十分となることがあり、5.0mol/Lを超えると、電解質が増えることにより、粒子の電荷2重層が崩れて逆に凝集が進むことがある。
-Acidic compounds-
There is no restriction | limiting in particular as said acidic compound, According to the objective, it can select suitably, For example, hydrochloric acid, nitric acid, formic acid, acetic acid, sulfuric acid, perchloric acid, oxalic acid, lactic acid etc. are mentioned. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together. Among these, hydrochloric acid, nitric acid, and acetic acid are particularly preferable. On the other hand, an acid having a large anion such as sulfuric acid or an acid that forms a stable complex such as oxalic acid may adsorb and interfere with particle formation.
The content of the acidic compound in the metal alkoxide solution is preferably 0.1 mol / L to 5.0 mol / L, and more preferably 0.4 mol / L to 3.5 mol / L.
When the content is less than 0.1 mol / L, the dispersion of the particles may be insufficient. When the content exceeds 5.0 mol / L, the electrolyte doubles and the charge double layer of the particles collapses. Conversely, aggregation may proceed.
−分散溶媒−
前記分散溶媒としては、例えば水、アルコール類、ケトン類、アルデヒド類、エーテル類、エステル類などが挙げられる。
前記アルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールなどが挙げられる。
前記ケトン類としては、例えばアセトン、メチルエチルケトンなどが挙げられる。
前記エーテル類としては、例えばジオキサン、ジエチルエーテルなどが挙げられる。
-Dispersion solvent-
Examples of the dispersion solvent include water, alcohols, ketones, aldehydes, ethers, esters, and the like.
Examples of the alcohols include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and butanol.
Examples of the ketones include acetone and methyl ethyl ketone.
Examples of the ethers include dioxane and diethyl ether.
<少なくとも1種の酸性化合物を含む溶媒>
前記溶媒としては、水が用いられ、必要に応じて水以外の溶媒を添加することができる。前記水以外の溶媒としては、水と相溶性があるものが好ましく、例えばアルコール類、ケトン類、アルデヒド類、エーテル類、エステル類などが挙げられる。
前記アルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールなどが挙げられる。
前記ケトン類としては、例えばアセトン、メチルエチルケトンなどが挙げられる。
前記エーテル類としては、例えばジオキサン、ジエチルエーテルなどが挙げられる。
<Solvent containing at least one acidic compound>
Water is used as the solvent, and a solvent other than water can be added as necessary. As the solvent other than water, those compatible with water are preferable, and examples thereof include alcohols, ketones, aldehydes, ethers, esters and the like.
Examples of the alcohols include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and butanol.
Examples of the ketones include acetone and methyl ethyl ketone.
Examples of the ethers include dioxane and diethyl ether.
前記溶媒における酸性化合物としては、前記金属アルコキシド溶液における酸性化合物と同様なものを用いることができる。なお、前記溶媒における酸性化合物と前記金属アルコキシド溶液における酸性化合物とは同種であってもよく、異種であっても構わない。
前記溶媒における前記酸性化合物の含有量は、0.1mol/L〜5.0mol/Lであることが好ましく、0.4mol/L〜3.0mol/Lがより好ましい。前記含有量が、0.1mol/L未満であると、反応が制御しきれなくなったり、粒子の分散が不十分となることがあり、5.0mol/Lを超えると、凝集が進むことがある。
As the acidic compound in the solvent, those similar to the acidic compound in the metal alkoxide solution can be used. The acidic compound in the solvent and the acidic compound in the metal alkoxide solution may be the same or different.
The content of the acidic compound in the solvent is preferably 0.1 mol / L to 5.0 mol / L, and more preferably 0.4 mol / L to 3.0 mol / L. When the content is less than 0.1 mol / L, the reaction may not be fully controlled or the dispersion of the particles may be insufficient. When the content exceeds 5.0 mol / L, aggregation may proceed. .
本発明においては、前記金属アルコキシド溶液を、前記少なくとも1種の酸性化合物を含む溶媒に添加するときの該溶媒の温度は30℃以上であることが好ましく、50℃〜90℃であることがより好ましい。前記溶媒の温度が30℃未満であると、脱水反応や脱アルコール反応が遅くなり、生産性を落とすか、未反応物質が経時で反応し、凝集を促進してしまうことがある。
なお、前記金属アルコキシド溶液を、少なくとも1種の酸性化合物を含む溶媒に添加した後の反応液の温度は、前記溶媒の温度に対して反応性を高めるために上げることや、凝集を抑えるために下げることもできるが、初期の温度を保持することが好ましい。
In the present invention, the temperature of the solvent when the metal alkoxide solution is added to the solvent containing the at least one acidic compound is preferably 30 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. to 90 ° C. preferable. When the temperature of the solvent is less than 30 ° C., the dehydration reaction or dealcoholization reaction is slowed, and productivity may be reduced, or unreacted substances may react with time to promote aggregation.
In addition, in order to raise the temperature of the reaction liquid after adding the metal alkoxide solution to the solvent containing at least one kind of acidic compound to increase the reactivity with respect to the temperature of the solvent, or to suppress aggregation. Although it can be lowered, it is preferable to maintain the initial temperature.
前記金属アルコキシド溶液を、少なくとも1種の酸性化合物を含む溶媒に添加する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、一度に添加してもよく、数回に分けて添加しても構わない。 The method for adding the metal alkoxide solution to the solvent containing at least one kind of acidic compound is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. May be added.
<その他の工程>
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば洗浄工程などが挙げられる。前記洗浄工程としては、余分なイオンを除去することができれば特に制限はなく、従来公知の方法を採用することができ、例えば限外濾過膜法、濾過分離法、遠心分離濾過法、イオン交換樹脂法などが挙げられる。
<Other processes>
There is no restriction | limiting in particular as said other process, According to the objective, it can select suitably, For example, a washing | cleaning process etc. are mentioned. The washing step is not particularly limited as long as excess ions can be removed, and a conventionally known method can be employed, for example, an ultrafiltration membrane method, a filtration separation method, a centrifugal filtration method, an ion exchange resin. Law.
本発明の金属酸化物微粒子分散液の製造方法により製造された金属酸化物微粒子分散液における金属酸化物微粒子の含有量は、0.1質量%〜20質量%が好ましい。
前記金属酸化物微粒子としては、Ti、Zn、Ge、Zr、Hf、Si、Sn、Mn、Ga、Mo、In、Sb、Ta、V、Y、及びNbから選択される少なくとも1種の金属酸化物、又はこれらの金属の2種以上を組み合わせてなる複合金属酸化物を含有することが好ましい。
前記金属酸化物としては、例えばZnO、GeO2、TiO2、ZrO2、HfO2、SiO2、Sn2O3、Mn2O3、Ga2O3、Mo2O3、In2O3、Sb2O3、Ta2O5、V2O5、Y2O3、Nb2O5などが挙げられる。
前記複合金属酸化物としては、例えばチタンとジルコニウムの複合酸化物、チタンとジルコニアとハフニウムの複合酸化物、チタンとバリウムの複合酸化物、チタンとケイ素の複合酸化物、チタンとジルコニウムとケイ素の複合酸化物、チタンと錫の複合酸化物、チタンとジルコニアと錫の複合酸化物などが挙げられる。
これらの中でも、前記複合金属酸化物を構成する全金属原子の60原子%以上がTiであることが好ましく、前記複合金属酸化物を構成する全金属原子の70原子%以上がTi及びSnであることがより好ましい。これにより、高屈折率の金属酸化物微粒子分散液が得られる。
前記複合金属酸化物がTi、Sn及びZrからなり、該複合金属酸化物の全金属の70原子%〜98原子%がTi及びSnであり、残りがZrであることが好ましい。
前記複合金属酸化物のX線回折パターンがルチル型構造を示すことが好ましい。
The content of the metal oxide fine particles in the metal oxide fine particle dispersion produced by the method for producing a metal oxide fine particle dispersion of the present invention is preferably 0.1% by mass to 20% by mass.
The metal oxide fine particles include at least one metal oxide selected from Ti, Zn, Ge, Zr, Hf, Si, Sn, Mn, Ga, Mo, In, Sb, Ta, V, Y, and Nb. Or a composite metal oxide formed by combining two or more of these metals.
The metal oxide is, for example ZnO, GeO 2, TiO 2, ZrO 2, HfO 2, SiO 2, Sn 2 O 3, Mn 2 O 3, Ga 2 O 3, Mo 2 O 3, In 2 O 3, sb 2 O 3, Ta 2 O 5, V 2 O 5, Y 2 O 3, etc. Nb 2 O 5 and the like.
Examples of the composite metal oxide include a composite oxide of titanium and zirconium, a composite oxide of titanium, zirconia and hafnium, a composite oxide of titanium and barium, a composite oxide of titanium and silicon, and a composite of titanium, zirconium and silicon. Examples thereof include oxides, composite oxides of titanium and tin, and composite oxides of titanium, zirconia, and tin.
Among these, it is preferable that 60 atomic% or more of all metal atoms constituting the composite metal oxide is Ti, and 70 atomic% or more of all metal atoms constituting the composite metal oxide is Ti and Sn. It is more preferable. Thereby, a high refractive index metal oxide fine particle dispersion is obtained.
It is preferable that the composite metal oxide is composed of Ti, Sn, and Zr, and 70 atomic% to 98 atomic% of the total metal of the composite metal oxide is Ti and Sn, and the rest is Zr.
It is preferable that the X-ray diffraction pattern of the composite metal oxide has a rutile structure.
前記金属酸化物微粒子の平均粒径は、1nm〜20nmが好ましく、3nm〜10nmがより好ましい。前記平均粒径が20nmを超えると、レイリー散乱が大きいためにヘイズの原因となり応用が制限されてしまうことがある。
ここで、前記金属酸化物微粒子の平均粒径は、例えばNIKKISO社製のマイクロトラック(Microtrac)粒度分布測定装置を用いて、金属酸化物微粒子の4質量%水溶液をそのまま測定することにより求めることができる。あるいは分散物をカーボン蒸着した銅メッシュ(マイクログリッド)上に滴下し、乾燥させたものを透過型電子顕微鏡(TEM)で観察することで粒子サイズを得ることができる。具体的には、透過型電子顕微鏡(TEM)による観察像を写真ネガに露光する、デジタル画像として取り込むなどを行った後、充分粒径を観察できる大きさのプリントを作成する。このプリントから粒子径を得ることができる。透過型電子顕微鏡(TEM)画像は二次元画像なので、特に不定形の粒子の場合は、正確な粒子径を求めることが困難であるが、二次元画像として得られる300個以上の粒子の投影面積に等しい円の直径(円相当径)を粒子サイズとして測定できる。また一次粒径についてはX線回折の半値幅よりScherrerの式を用いても求めることができる。
The average particle diameter of the metal oxide fine particles is preferably 1 nm to 20 nm, and more preferably 3 nm to 10 nm. When the average particle diameter exceeds 20 nm, Rayleigh scattering is large, which may cause haze and may limit application.
Here, the average particle diameter of the metal oxide fine particles can be determined by directly measuring a 4% by mass aqueous solution of metal oxide fine particles using, for example, a Microtrac particle size distribution measuring device manufactured by NIKKISO. it can. Alternatively, the particle size can be obtained by dropping the dispersion on a carbon-deposited copper mesh (microgrid) and observing the dried one with a transmission electron microscope (TEM). Specifically, after observing an image observed with a transmission electron microscope (TEM) on a photographic negative or taking it in as a digital image, a print having a size capable of sufficiently observing the particle size is created. The particle size can be obtained from this print. Since a transmission electron microscope (TEM) image is a two-dimensional image, it is difficult to obtain an accurate particle diameter particularly in the case of an amorphous particle, but the projected area of 300 or more particles obtained as a two-dimensional image is difficult. Can be measured as the particle size. The primary particle size can also be obtained from the full width at half maximum of X-ray diffraction using the Scherrer equation.
前記金属酸化物微粒子分散液の光線透過率は90%以上であることが好ましい。前記光線透過率が90%未満であると、コンポジット成形体としたときの光線透過率が減少して、実質的に光学部材として用いることができない。
前記光線透過率は、例えば光路長10mmの石英製セルに金属酸化物微粒子分散液を入れて、紫外可視吸収スペクトル測定用装置「UV−3100」(株式会社島津製作所製)を用いて、波長800nmで測定することができる。
The light transmittance of the metal oxide fine particle dispersion is preferably 90% or more. When the light transmittance is less than 90%, the light transmittance when the composite molded body is obtained is reduced, and it cannot be substantially used as an optical member.
The light transmittance is measured by using a UV-visible absorption spectrum measuring device “UV-3100” (manufactured by Shimadzu Corporation) with a wavelength of 800 nm, for example, by placing a metal oxide fine particle dispersion in a quartz cell having an optical path length of 10 mm. Can be measured.
<用途>
本発明の金属酸化物微粒子分散液の製造方法により製造された金属酸化物微粒子分散液は、バインダー成分(樹脂成分)などを加えて成膜用組成物(塗料組成物)とし、これを基材に塗布して粒子分散膜を形成したり、あるいは、同様にバインダー成分(樹脂成分)などに含有させて成形用樹脂組成物とすることができる。また、濃縮乾固や遠心分離で溶媒を除去した後、乾燥させて粒子粉体として取り扱うこともできる。
<Application>
The metal oxide fine particle dispersion produced by the method for producing a metal oxide fine particle dispersion of the present invention is added with a binder component (resin component) to form a film-forming composition (coating composition), which is used as a base material. It can be applied to form a particle-dispersed film, or it can be similarly incorporated into a binder component (resin component) to form a molding resin composition. Further, after removing the solvent by concentration to dryness or centrifugation, the solvent can be dried and handled as particle powder.
前記バインダー成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばシリコーンアルコキシド系バインダー、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。また、熱可塑性又は熱硬化性(熱硬化性、紫外線硬化性、電子線硬化性、湿気硬化性、これらの併用等も含む)の各種合成樹脂、天然樹脂などが挙げられる。前記合成樹脂としては、例えばアルキド樹脂、アミノ樹脂、ビニル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、塩素化ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、アクリルシリコーン樹脂、フッ素樹脂、キシレン樹脂、石油樹脂、ケトン樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、液状ポリブタジエン、クマロン樹脂などが挙げられる。前記天然樹脂としては、例えばセラック、ロジン(松脂)、エステルガム、硬化ロジン、脱色セラック、白セラックなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 There is no restriction | limiting in particular as said binder component, According to the objective, it can select suitably, For example, a silicone alkoxide type binder, an acrylic resin, a polyester resin, a fluororesin etc. are mentioned. Also, various synthetic resins and natural resins that are thermoplastic or thermosetting (including thermosetting, ultraviolet curable, electron beam curable, moisture curable, and combinations thereof) can be used. Examples of the synthetic resin include alkyd resin, amino resin, vinyl resin, acrylic resin, epoxy resin, polyamide resin, polyurethane resin, thermosetting unsaturated polyester resin, phenol resin, chlorinated polyolefin resin, silicone resin, acrylic silicone resin. , Fluorine resin, xylene resin, petroleum resin, ketone resin, rosin-modified maleic acid resin, liquid polybutadiene, coumarone resin, and the like. Examples of the natural resin include shellac, rosin (pine resin), ester gum, cured rosin, decolorized shellac, and white shellac. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
前記金属酸化物微粒子を樹脂組成物中に分散させる際には、更に必要に応じて、例えば分散剤、油性成分、界面活性剤、顔料、防腐剤、アルコール、水、増粘剤、保湿剤と配合し、希薄溶液、タブレット状、ローション状、クリーム状、ペースト状、スティック状などの各種の形態で用いることができる。前記分散剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えばリン酸基を有する化合物、リン酸基を有するポリマー、シランカップリング剤、チタンカップリング剤などが挙げられる。 When the metal oxide fine particles are dispersed in the resin composition, if necessary, for example, a dispersant, an oil component, a surfactant, a pigment, a preservative, alcohol, water, a thickener, a humectant, and the like. It can be blended and used in various forms such as dilute solution, tablet, lotion, cream, paste, and stick. The dispersant is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a compound having a phosphate group, a polymer having a phosphate group, a silane coupling agent, and a titanium coupling agent. It is done.
本発明の金属酸化物微粒子分散液は、優れた分散安定性を有し、可視域や特定波長域において極めて透明性が高いため、光学フィルタ、塗料、繊維、化粧品、レンズなどに好適に使用することができる。 The metal oxide fine particle dispersion of the present invention has excellent dispersion stability and is extremely transparent in the visible range and specific wavelength range, and therefore is suitably used for optical filters, paints, fibers, cosmetics, lenses and the like. be able to.
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
−金属酸化物微粒子分散液の調製−
まず、四塩化スズ5水和物2.1gを75mlの蒸留水(溶媒)に添加し、これに、表1に示した添加量(mol)の酸を添加して攪拌しながら80℃に保った。次に、チタンテトライソプロコキシド14ml、及びエタノール12mlに対して表1に示した添加量(mol)の酸(ただし、シュウ酸はエタノール36mlに溶解した溶液を用いた)を添加した金属アルコキシド溶液を、上記溶媒に5分間かけて添加し、その後30分間反応を行った後冷却して、No.1〜No.16の各Sn−Ti複合金属酸化物微粒子分散液を作製した。
得られた各金属酸化物微粒子について、以下のようにして測定したX線回折(XRD)スペクトル解析の結果、いずれもルチル型構造が大部分であった。
<X線回折(XRD)スペクトルの測定>
リガク株式会社製「RINT1500」(X線源:銅Kα線、波長1.5418Å)を用いて、23℃で測定した。
Example 1
-Preparation of metal oxide fine particle dispersion-
First, 2.1 g of tin tetrachloride pentahydrate was added to 75 ml of distilled water (solvent), and the addition amount (mol) of acid shown in Table 1 was added thereto and kept at 80 ° C. with stirring. It was. Next, a metal alkoxide solution in which an addition amount (mol) of acid shown in Table 1 with respect to 14 ml of titanium tetraisopropoxide and 12 ml of ethanol (however, oxalic acid was dissolved in 36 ml of ethanol) was added. Was added to the solvent over 5 minutes, followed by reaction for 30 minutes and cooling. 1-No. Sixteen Sn-Ti composite metal oxide fine particle dispersions were prepared.
As a result of the X-ray diffraction (XRD) spectrum analysis of the obtained metal oxide fine particles measured as follows, the rutile structure was the majority.
<Measurement of X-ray diffraction (XRD) spectrum>
The measurement was performed at 23 ° C. using “RINT 1500” (X-ray source: copper Kα ray, wavelength 1.5418 mm) manufactured by Rigaku Corporation.
次に、得られた各金属酸化物微粒子分散液について、以下のようにして、分散液作製直後の透明性、800nmの透過率、平均一次粒子径(TEM)、平均粒子径(動的散乱)、及び経時安定性を評価した。結果を表1に示す。 Next, for each of the obtained metal oxide fine particle dispersions, the transparency immediately after preparation of the dispersion, the transmittance of 800 nm, the average primary particle size (TEM), and the average particle size (dynamic scattering) are as follows. And stability over time were evaluated. The results are shown in Table 1.
<分散液作製直後の透明性>
各分散液を作製し、室温に冷却した直後の透明性を目視観察により以下の基準で評価した。
〔評価基準〕
○:透明
△:若干白濁している
×:白濁
<Transparency immediately after preparation of dispersion>
Each dispersion was prepared, and the transparency immediately after cooling to room temperature was evaluated by visual observation based on the following criteria.
〔Evaluation criteria〕
○: Transparent △: Slightly cloudy ×: Cloudy
<平均一次粒子径(TEM)の測定>
各金属酸化物微粒子分散液の平均一次粒子径を、株式会社日立製作所製「H−9000UHR型透過型電子顕微鏡」(加速電圧200kV、観察時の真空度7.6×10―9Pa)にて、300個の粒子について円相当径を測定し、体積平均直径で示した。
<Measurement of average primary particle size (TEM)>
The average primary particle size of each metal oxide fine particle dispersion was measured by “H-9000UHR transmission electron microscope” (acceleration voltage 200 kV, vacuum degree 7.6 × 10 −9 Pa at observation) manufactured by Hitachi, Ltd. The equivalent circle diameter was measured for 300 particles and indicated by the volume average diameter.
<平均粒子径(動的散乱)の測定>
各金属酸化物微粒子分散液の平均粒子径を、超高感度ナノ粒度分布測定装置(日機装株式会社製、UPA−UT151)を用いて測定した。
<Measurement of average particle size (dynamic scattering)>
The average particle diameter of each metal oxide fine particle dispersion was measured using an ultrasensitive nano particle size distribution measuring apparatus (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., UPA-UT151).
<光線透過率の測定>
各金属酸化物微粒子分散液について、光路長10mm、波長800nmでの光線透過率を紫外可視吸収スペクトル測定用装置「UV−3100」(株式会社島津製作所製)で測定した。
<Measurement of light transmittance>
About each metal oxide fine particle dispersion, the light transmittance in optical path length 10mm and wavelength 800nm was measured with the apparatus "UV-3100" (made by Shimadzu Corporation) for ultraviolet visible absorption spectrum measurement.
<経時安定性>
各金属酸化物微粒子分散液を室温にて1週間放置した後の透明性を目視観察し、下記基準で評価した。
〔評価基準〕
○:変化なし
△:沈降あり
×:沈降が多くあり
<Stability over time>
The transparency after each metal oxide fine particle dispersion was allowed to stand at room temperature for 1 week was visually observed and evaluated according to the following criteria.
〔Evaluation criteria〕
○: No change △: There is sedimentation ×: There is much sedimentation
(実施例2)
実施例1のNo.3において、溶媒温度を80℃から35℃に変えた以外は、実施例1のNo.3と同様にして、Sn−Ti複合金属酸化物微粒子分散液を作製した。
得られた分散液について、実施例1と同様にして、分散液作製直後の透明性、800nmの透過率、平均一次粒子径(TEM)、平均粒子径(動的散乱)、及び経時安定性を評価した。結果を表2に示す。
(Example 2)
No. of Example 1 No. 3 in Example 1 except that the solvent temperature was changed from 80 ° C. to 35 ° C. In the same manner as in Example 3, a Sn—Ti composite metal oxide fine particle dispersion was prepared.
For the obtained dispersion, the transparency immediately after preparation of the dispersion, the transmittance of 800 nm, the average primary particle size (TEM), the average particle size (dynamic scattering), and the stability over time were obtained in the same manner as in Example 1. evaluated. The results are shown in Table 2.
(実施例3)
実施例1のNo.3において、溶媒温度を80℃から35℃に変えた以外は、実施例1のNo.3と同様にして、Sn−Ti複合金属酸化物微粒子分散液を作製した。
得られた分散液について、実施例1と同様にして、分散液作製直後の透明性、800nmの透過率、平均一次粒子径(TEM)、平均粒子径(動的散乱)、及び経時安定性を評価した。結果を表2に示す。
(Example 3)
No. of Example 1 No. 3 in Example 1 except that the solvent temperature was changed from 80 ° C. to 35 ° C. In the same manner as in Example 3, a Sn—Ti composite metal oxide fine particle dispersion was prepared.
For the obtained dispersion, the transparency immediately after preparation of the dispersion, the transmittance of 800 nm, the average primary particle size (TEM), the average particle size (dynamic scattering), and the stability over time were obtained in the same manner as in Example 1. evaluated. The results are shown in Table 2.
(実施例4)
実施例1のNo.3において、蒸留水(溶媒)に四塩化スズを添加しなかった以外は、実施例1のNo.3と同様にして、Ti金属酸化物微粒子分散液を作製した。
得られた分散液について、実施例1と同様にして、分散液作製直後の透明性、800nmの透過率、平均一次粒子径(TEM)、平均粒子径(動的散乱)、及び経時安定性を評価した。結果を表2に示す。
Example 4
No. of Example 1 No. 3 in Example 1 except that tin tetrachloride was not added to distilled water (solvent). In the same manner as in No. 3, a Ti metal oxide fine particle dispersion was prepared.
For the obtained dispersion, the transparency immediately after preparation of the dispersion, the transmittance of 800 nm, the average primary particle size (TEM), the average particle size (dynamic scattering), and the stability over time were obtained in the same manner as in Example 1. evaluated. The results are shown in Table 2.
本発明の金属酸化物微粒子分散液の製造方法により製造された金属酸化物微粒子分散液は、透明性が高いため、例えば光学フィルタ、塗料、繊維、化粧品、レンズなどに広く活用できる。具体的には、コーティング膜の付与された高屈折率プラスチックレンズの高屈折率ハードコート膜、プラスチック劣化防止添加剤、化粧品添加剤、カメラ用レンズ、自動車用窓ガラス、プラズマディスプレイ、ELディスプレイ、液晶ディスプレイ、高密度記録光媒体の読み取り、書き込み用高屈折率膜などに幅広く適用することができる。 Since the metal oxide fine particle dispersion produced by the method for producing a metal oxide fine particle dispersion of the present invention has high transparency, it can be widely used for optical filters, paints, fibers, cosmetics, lenses, and the like. Specifically, high refractive index hard coat film of high refractive index plastic lens provided with coating film, plastic deterioration prevention additive, cosmetic additive, camera lens, automotive window glass, plasma display, EL display, liquid crystal The present invention can be widely applied to displays, high refractive index films for reading and writing of high-density recording optical media, and the like.
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|---|---|---|---|---|
| JP2012036308A (en) * | 2010-08-09 | 2012-02-23 | Nitto Denko Corp | Method for producing metal oxide particle |
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