JP2005279527A - 固体分散液およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 固体分散液およびその製造方法に関し、低粘度であり、かつ、固体の粒径を変えることなく、固体を長時間均一に分散させた状態を維持することができる。
【解決手段】 固体粉末と、ゲル化剤と、有機溶剤と、分散媒とを含む固体分散液において、前記固体粉末が、５重量％以下であり、前記ゲル化剤が、０．０２重量％以上、かつ、１．００重量％以下であり、前記有機溶剤が、５０重量％以下、かつ、添加量が前記固体粉末の１．５倍以上であり、残部が前記分散媒であり、粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とするものである。

Description

本発明は、固体分散液およびその製造方法、より詳しくは、有機物と無機固体成分が混合したようなペーストあるいはスラリー等の固体分散液およびその製造方法に関する。

固体粉末の粒径の分布状態や、ペーストあるいはスラリーの分散状態は、製品の特性などに直接かかわり、特に、電子部品分野においては、高機能化、高性能化、小型化が進み、ペーストあるいはスラリーについて、特性の向上が望まれている。そのため、粒度の分布や、主成分の濃度や不純物の測定などの分析を高精度に行う必要がある。

しかし、高濃度の固体分散液そのままでは固体濃度が高く、レーザーなど、光を用いた手法では、粒度の分布の測定が行えない。そのため、注意深く試料を希釈する必要があるが、希釈の際に、粘度が低くなると粒度分布の測定中に粒子が沈降してしまうという問題があった。また、固体中の不純物分析を行う場合など、固体濃度の高いペーストは粘度が高く、そのままでは精度よく装置に導入できず、装置に導入できる程度まで粘度を下げると、常に撹拌を行っていないと、ペーストあるいはスラリー中の固体成分が沈降して、正確な分析が行えないという問題があった。

ところで、液体と固体は、それぞれの比重差が大きいため、長時間均一に分散させた状態を維持することは困難である。固体成分を長時間均一に分散させるためには、液体と固体の比重差を小さくする、溶液の粘度を高くする、固体の粒径を小さくする等の方法が挙げられる。

粘度を高くすることなく、沈降を抑制するために、固体の粒径を小さくして、均一な分散状態を実現する方法が挙げられる。より、微粒な粉末を作製するために、微小剛体メディアを用い、遠心分離によるメディア分離機構を備えた湿式撹拌粉砕機に被粉砕物スラリーを供給して粉砕・分散させて固体分散液を製造する方法が、特許文献１に開示されている。また、均一に分散させる方法として、分散剤の添加が試みられている。例えば、アルキルアミン系の化合物よりなるセラミック粉体用分散剤が、特許文献２に開示されている。
特開平１０−２８６４７８号 特開平５−３３０８９３号

しかし、粉砕機にて粉砕する方法は、粉砕により微小剛体メディアがコンタミネーション化するという問題や、粒径を変えずに分散させたいような場合には、適用できないという問題があった。また、分散剤の添加による方法は多くあるものの、完全にしかも長時間分散させるのは難しく、使用前に必ず再度撹拌して分散させなければならず、製造された固体分散液の分散性や分散安定性は必ずしも十分ではないという問題があった。

そこで、本発明においては、低粘度であり、かつ、固体の粒径を小さくすることなく、固体を長時間均一に分散させた状態を維持することができる固体分散液およびその製造方法を提供することを解決すべき課題としている。

本発明による固体分散液は、固体粉末と、ゲル化剤と、有機溶剤と、分散媒とを含む固体分散液において、前記固体粉末が、５重量％以下であり、前記ゲル化剤が、０．０２重量％以上、かつ、１．００重量％以下であり、前記有機溶剤が、５０重量％以下、かつ、添加量が前記固体粉末の１．５倍以上であり、残部が前記分散媒であり、粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とするものである。

ゲル化剤としては、アガロースまたは寒天が挙げられる。

固体粉末を含有するペーストまたはスラリーを含むものであってもよい。
本発明による固体分散液の製造方法は、固体粉末を含有するペーストまたはスラリーと、ゲル化剤と、有機溶剤と、分散媒とを混合して固体分散液を作製する固体分散液の製造方法において、前記固体分散液が、前記固体粉末が、５重量％以下であり、前記ゲル化剤が、０．０２重量％以上、かつ、１．００重量％以下であり、前記有機溶剤が、５０重量％以下、かつ、添加量が前記固体粉末の１．５倍以上であり、残部が前記分散媒であり、粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とするものである。

本発明の固体分散液およびその製造方法によると、有機物と無機固体成分が混合したようなペーストあるいはスラリー状の試料に、ゲル化剤と有機溶剤の添加により、試料中に含まれる無機固体成分であるセラミック粉末や金属粉末の粉末粒子が、優れた分散安定性と低粘性を有し、かつ、固体の粒径を変えることなく、長時間均一に分散させておくことができる。

本実施の形態の固体分散液およびその製造方法は、例えば、ペーストあるいはスラリーに含まれる樹脂成分を溶解し、かつ水とも混和する有機溶媒を添加し、その後ゲル化剤を添加して所定範囲内の粘度を制御する。すなわち、低粘度化したいペーストあるいはスラリーには、アクリル樹脂、アルキッド樹脂などの有機物が混合されているが、その有機物を有機溶剤で溶解することによって、完全に固体粒子を独立したものにできる。水とも混和するような有機溶剤を選択することで、水溶性のゲル化剤と混合することが可能となり、低粘度で、しかも経時的な分散性に優れた低粘度固体分散溶液を製造できる。

ペーストあるいはスラリーに混合されている固体粉末は、セラミック粉末、金属粉、ガラス粉末のいずれかの固体でもよく、これらの混合物でも単体でもよい。混合された固体粉末は、その一次粒子が凝集した状態でもよく、形状などは特に限定されない。固体粉末の粒径は、５０μｍ以下であると、固体粉末が沈降しにくいため好ましい。

添加されるゲル化剤としては、三次元網目構造を有するものを用いることができ、特に、アガロースや寒天などが有効である。ゲル化剤の含有量は、溶液全体の０．０２重量％以上、かつ、１．００重量％以下が好ましく、より好ましくは０．０５重量％以上、かつ、０．５重量％以下がよい。０．０２重量％未満になると、ゲル化剤の効果が低く、長時間放置していると固体成分が沈降する。また、１．００重量％を超えると、固体成分は沈降しないが、ゲル化が進んで分散液を吸引あるいは撹拌することが困難となる。

ペーストあるいはスラリーに、アセトン、メタノールやエタノールなどのアルコールや、ＮＮジメチルホルムアミドやブチルセロソルブなど、ペーストあるいはスラリー中の有機溶剤と水の両方と混合するような希釈溶剤を、固体粉末の重量の１．５倍以上で、かつ、製造される固体分散液の５０重量％以下含む。固体粉末の重量の１．５倍未満では、ペーストあるいはスラリー中の有機物が溶解されないため、一部で沈降物が発生し、５０重量％を超えると、希釈溶剤とゲル化剤が分離して、安定した分散状態を保つことができない。
ゲル化剤と希釈溶剤の割合は、粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下になるように、任意に混合することができる。

得られる固体分散液中の固体粉末の含有量は、５重量％以下で任意に設定することができる。５重量％以上になると、一部の固体粉末が沈降し始め、作製した固体分散液を精度よく分散することが困難になる。

実施例
ガラスビーカーに固体粉末が混合されたペーストあるいはスラリーを任意に量り取り、希釈溶剤（有機溶剤）を添加し、スターラーチップで撹拌しながら、あらかじめ水でゲル化したゲル化剤を添加して固体分散液を得た。

以下に示す実施例１〜６および比較例１〜７にしたがって作製した低粘度スラリーを１５時間放置し、沈降物の有無の確認を行った。ここで、沈降物とは、ゲル化剤と固体粉末とが分散せずに、固体粉末のみが沈降している状態において、沈降している固体粉末を指す。さらに、１５時間後の液面と沈降面の距離（液面距離）を測定した。ここで、液面距離とは、ゲル化剤と固体粉末とが分散し、ゲル化剤にて覆われた固体粉末が沈降している状態で、そのゲル化剤にて覆われた固体粉末の液面からの距離を指す。

沈降していないことを確認するために、固体分散液の作製直後に、液面から５ｍｍ下の液を０．１ｍｌ採取し、溶液化して１００ｍｌに定容し、主成分のＩＣＰ−ＡＥＳで定量分析を行った値、１５時間後に再び５ｍｍ下の液を採取して溶液化して定量した値を比較して、何％になっているかを回収率として確認した。

（実施例１）
Ｃｕペースト ０．２０重量％（固体成分割合７５％）
固体成分として０．１５重量％
希釈溶剤：ＮＮジメチルホルムアミド ２０．００重量％
ゲル化剤：アガロース ０．０２重量％
水 ７９．７８重量％
粘度 ０．０４８Ｐａ・ｓ
粒径 ３μｍ

（実施例２）
ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスペースト １．０重量％（固体成分割合８２％）
固体成分として０．８２重量％
希釈溶剤：メタノール ５０．０重量％
ゲル化剤：寒天 ０．２重量％
水 ４８．８重量％
粘度 ０．０３３Ｐａ・ｓ
粒径 １０μｍ

（実施例３）
ＢａＴｉＯ_３スラリー １．４重量％（固体成分割合７０％）
固体成分として０．９８重量％
希釈溶剤：ブチルセロソルブ ２０．０重量％
ゲル化剤：アガロース １．０重量％
水 ７７．６重量％
粘度 ０．０８４Ｐａ・ｓ
平均粒径 ０．３μｍ

（実施例４）
Ａｇ／Ｐｄ電極ペースト ８．３重量％（固体成分割合６０％）
固体成分として４．９８重量％（約５重量％）
希釈溶剤：アセトン １６．６重量％
ゲル化剤：寒天 ０．１重量％
水 ７５．０重量％
粘度 ０．０６５Ｐａ・ｓ
粒径 ５μｍ

（実施例５）
ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスペースト ５．０重量％（固体成分割合８２％）
固体成分として４．１重量％
希釈溶剤：エタノール ６．２重量％
ゲル化剤：アガロース ０．３重量％
水 ８８．５重量％
粘度 ０．０４５Ｐａ・ｓ
平均粒径 ５μｍ

（実施例６）
ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスペースト ６．０重量％（固体成分割合８２％）
固体成分として４．９２重量％
希釈溶剤：アセトン ２５．０重量％
ゲル化剤：アガロース １．０重量％
水 ６８．０重量％
粘度 ０．１Ｐａ・ｓ
平均粒径 ５μｍ

（比較例１）
Ｃｕペースト ０．２重量％（固体成分割合７５％）
固体成分として０．１５重量％
希釈溶剤：アセトン ２０．０重量％
ゲル化剤：アガロース １．５重量％
水 ７８．３重量％
粘度 ０．１２０Ｐａ・ｓ
粒径 ３μｍ

（比較例２）
Ｃｕペースト １．０重量％（固体成分割合７５％）
固体成分として０．７５重量％
希釈溶剤：アセトン １．０重量％
ゲル化剤：アガロース ０．４重量％
水 ９７．６重量％
粘度 ０．０７８Ｐａ・ｓ
粒径 ３μｍ

（比較例３）
Ｃｕペースト ０．５重量％（固体成分割合７５％）
固体成分として０．３７５重量％
希釈溶剤：ＮＮジメチルホルムアミド １０．０重量％
ゲル化剤：アガロース ０．０１重量％
水 ８９．４９重量％
粘度 ０．０２８Ｐａ・ｓ
粒径 ３μｍ

（比較例４）
Ｃｕペースト ８．０重量％（固体成分割合７５％）
固体成分として約６重量％
希釈溶剤：ＮＮジメチルホルムアミド ４５．０重量％
ゲル化剤：アガロース ０．１重量％
水 ４６．９重量％
粘度 ０．１１２Ｐａ・ｓ
粒径 ３μｍ

（比較例５）
Ｃｕペースト ０．５重量％（固体成分割合７５％）
固体成分として０．３７５重量％
希釈溶剤：ＮＮジメチルホルムアミド ５５．０重量％
ゲル化剤：アガロース ０．０３重量％
水 ４４．４７重量％
粘度 ０．０３２Ｐａ・ｓ
粒径 ３μｍ

（比較例６）
ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスペースト ５．０重量％（固体成分割合８２％）
固体成分として４．１重量％
希釈溶剤：ブチルセロソルブ ６．０重量％
ゲル化剤：アガロース ０．５重量％
水 ８８．５重量％
粘度 ０．１Ｐａ・ｓ
平均粒径 ５μｍ

（比較例７）
ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスペースト １０．０重量％（固体成分割合５０％）
固体成分として５重量％
希釈溶剤：アセトン ２０．０重量％
ゲル化剤：寒天 １．０重量％
水 ６９．０重量％
粘度 ０．１０５Ｐａ・ｓ
平均粒径 １０μｍ

なお、実施例１〜６および比較例１〜７において、粘度は、レオメータにより、ずり速度１００ｓ^−１、２５℃の条件にて測定した。
表１，２に、実施例１〜６および比較例１〜７において、各々１５時間放置した後における沈降物の有無、液面と沈降面の距離、主成分の回収率を示す。

表２に示されるように、比較例１では、ゲル化剤が１重量％を超えているため、粘度が０．１２０Ｐａ・ｓと高くなり、精度よく分取できず、回収率が７９％と低くなった。比較例２では、添加する希釈溶剤が１．０重量％と少なく、ペースト中の有機物が溶解せず、沈降物が発生し、その結果、回収率が７６％と低くなった。比較例３では、ゲル化剤が０．０１重量％と少ないために沈降が生じ、沈降面と液面に７ｍｍの差が生じ、回収率が６％と、ほとんど回収できなくなった。比較例４では、固体含有率が５重量％以上のため、一部の固体成分が沈降し、精度よく分取できず、回収率が６５％と低くなった。比較例５では、希釈溶剤が５０重量％を超えているため沈降が生じ、沈降面と液面に５ｍｍの差が生じ、回収率が６２％と低くなった。比較例６では、希釈溶剤が固体粉末の１．５倍未満であるため、固体粉末が凝集し、沈降面と液面に８ｍｍの差が生じ、回収率が７６％と低くなった。比較例７では、粘度が０．１Ｐａ・ｓを超えているため、分散液を一定量吸引することができなくなり、回収率が７８％と低くなった。

これに対し、表１に示されるように、実施例１〜６では、１５時間後も沈降物、沈降面が確認されず、主成分の回収率も９６％以上で、沈降はほとんど認められなかった。

このように構成された固体分散液およびその製造方法によると、無機成分と有機成分が混合されたようなペーストあるいはスラリーでも、有機成分を除去することなく、分散性および分散安定性の極めて優れた、低粘度の固体分散液を提供できる。かかる固体分散液は、低粘度であるにもかかわらず、長時間放置しても沈降することなく、経時的な分散安定性に優れた固体分散液を製造できる。また、この方法を用いれば、有機物を含有していない固体粉末そのものも分散性および分散安定性の極めて優れた、低粘度の固体分散液を得ることができる。

本発明は、塗料や成形前の着色樹脂、化粧品、筆記用具など、建築業や塗装業、電子部品、医療品、化学薬品、食品など各産業で広範に使用されるペーストあるいはスラリーと呼ばれる固体分散液およびその製造方法として有用である。

Claims (5)

1. 固体粉末と、ゲル化剤と、有機溶剤と、分散媒とを含む固体分散液において、
   前記固体粉末が、５重量％以下であり、
   前記ゲル化剤が、０．０２重量％以上、かつ、１．００重量％以下であり、
   前記有機溶剤が、５０重量％以下、かつ、添加量が前記固体粉末の１．５倍以上であり、
   残部が前記分散媒であり、
   粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下である、ことを特徴とする固体分散液。
2. 前記ゲル化剤が、アガロースまたは寒天である、ことを特徴とする請求項１に記載の固体分散液。
3. 前記固体粉末を含有するペーストまたはスラリーを含む、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体分散液。
4. 固体粉末を含有するペーストまたはスラリーと、ゲル化剤と、有機溶剤と、分散媒とを混合して固体分散液を作製する固体分散液の製造方法において、
   前記固体分散液が、
   前記固体粉末が、５重量％以下であり、
   前記ゲル化剤が、０．０２重量％以上、かつ、１．００重量％以下であり、
   前記有機溶剤が、５０重量％以下、かつ、添加量が前記固体粉末の１．５倍以上であり、
   残部が前記分散媒であり、
   粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下である、ことを特徴とする固体分散液の製造方法。
5. 前記ゲル化剤が、アガロースまたは寒天である、ことを特徴とする請求項４に記載の固体分散液の製造方法。