JP2011057531A - Alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticle and method for producing the same - Google Patents

Alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticle and method for producing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles in a single nanometer order, having low acidity of the surface and no possibility of modifying a resin when the particles are incorporated into the resin, and having a sharp particle size distribution and high crystallinity, and to provide a method for producing the nanoparticles. <P>SOLUTION: The alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles comprise zirconia including a solid solution of an alkaline earth metal oxide, and has an average particle diameter of 1 nm or more and 20 nm or less. The content ratio of the alkaline earth metal oxide is 5 mol% or more and 30 mol% or less with respect to the sum amount of the alkaline earth metal oxide and zirconia. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、アルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、セラミックス原料、触媒、高屈折率材料、各種樹脂、プラスチックフィルム、プラスチック板等の熱膨張係数やガラス転移点等の熱的性質を改良するためのフィラー、あるいは、これらの機械的性質を改良するためのフィラーに用いて好適なアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子、及び、粒子が融着し難く、かつ分散性に優れたアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子を大量にかつ安価に製造することが可能な製造方法に関するものである。   The present invention relates to alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles and a method for producing the same, and more particularly, ceramic materials, catalysts, high refractive index materials, various resins, plastic films, plastic plates, etc. Alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles suitable for fillers for improving thermal properties such as spots, or fillers for improving these mechanical properties, and particles are difficult to fuse In addition, the present invention relates to a production method capable of producing a large amount of alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles excellent in dispersibility at low cost.

従来、ジルコニア微粒子が、触媒用途の他、セラミックスやプラスチック等の高機能化あるいは高性能化のためのフィラーとして用いられていることは、よく知られており、近年では、透明性と、より一層の高性能化・高機能化とを両立させるために、平均粒子径が1nm〜20nmのナノメートル級のジルコニア微粒子が提案されている(特許文献1)。
このジルコニア微粒子は、各種樹脂等のフィラーとして用いることで、高い透明性、高屈折率化等の樹脂材料の高機能化、という2つの機能を両立させることを目的としている。
Conventionally, it is well known that zirconia fine particles have been used as fillers for high-performance or high-performance ceramics, plastics, etc. in addition to catalytic applications. In recent years, transparency and more In order to achieve both high performance and high functionality, nanometer-grade zirconia fine particles having an average particle diameter of 1 nm to 20 nm have been proposed (Patent Document 1).
These zirconia fine particles are used as fillers for various resins and the like, aiming to achieve both of the two functions of high transparency and high functionalization of the resin material such as high refractive index.

一方、ジルコニアとそれ以外の金属酸化物を含むジルコニア系微粒子としては、ナノメートル級の粒子径のジルコニア粒子と他の酸化物粒子との混合物、ジルコニアと他の酸化物とを複合したナノメートル級の粒子径の複合粒子、ジルコニア及び他の酸化物を含むゾル等、様々な提案がなされており、これらの製造方法についても様々な提案がなされている。   On the other hand, zirconia-based fine particles containing zirconia and other metal oxides include a mixture of zirconia particles having a nanometer class particle diameter and other oxide particles, and a nanometer class in which zirconia and other oxides are combined. Various proposals have been made, such as sols containing composite particles having a particle size of zirconia and other oxides, and various proposals have also been made for these production methods.

例えば、ジルコニウムとカルシウム等の2価金属との水酸化物を共沈させ、この共沈物を2価金属水酸化物が溶解しない程度に濃厚な2価金属水酸化物水溶液にて洗浄し、得られた共沈水酸化物と2価金属水酸化物とを含む混合懸濁液を20〜200℃の温度にて加熱熟成し、2価金属イオンを含むジルコニア系単結晶微粒子を分散させたゾルを製造する方法が提案されている(特許文献2)。
また、ジルコニウム塩水溶液またはジルコニウム塩とイットリウム、カルシウム、およびマグネシウムよりなる群から選ばれた少なくとも1種の金属元素の塩とを含む水溶液を加水分解することによりコロイド溶液を生成させ、次いで、このコロイド溶液を濾過膜を使用して洗浄し、高純度のジルコニア系コロイド溶液を製造する方法が提案されている(特許文献3)。
For example, a hydroxide of divalent metal such as zirconium and calcium is coprecipitated, and the coprecipitate is washed with a divalent metal hydroxide aqueous solution that is concentrated so as not to dissolve the divalent metal hydroxide. Sol obtained by heating and aging the obtained mixed suspension containing a coprecipitated hydroxide and a divalent metal hydroxide at a temperature of 20 to 200 ° C., and dispersing zirconia single crystal fine particles containing a divalent metal ion. Has been proposed (Patent Document 2).
A colloidal solution is produced by hydrolyzing a zirconium salt aqueous solution or an aqueous solution containing a zirconium salt and a salt of at least one metal element selected from the group consisting of yttrium, calcium, and magnesium. A method for producing a high-purity zirconia colloidal solution by washing the solution using a filtration membrane has been proposed (Patent Document 3).

また、水和微粒子の懸濁液に、Y3+、Ca2+、Mg2+、Ce4+を含む化合物の1種または2種以上を溶解させ、得られた溶液にアンモニア水またはアンモニウム塩の水溶液を加えて沈殿物を生成させ、この沈殿物を濾過し、得られた固形物を水洗し、その後、仮焼、粉砕し、高結晶性のジルコニア系微粒子を得る方法が提案されている(特許文献4)。
さらに、イットリウム等の希土類元素イオンとジルコニウムイオンとを含む混合水溶液をアルカリ水溶液でpH8以上に調整し、亜臨界もしくは超臨界状態の水を媒体として、300〜400℃の温度範囲内で短時間水熱反応させることにより、1次粒子径が10nm以下の結晶性の高い安定化ジルコニア微粒子を得る方法が提案されている(特許文献5)。
In addition, one or more compounds including Y 3+ , Ca 2+ , Mg 2+ , and Ce 4+ are dissolved in the suspension of hydrated fine particles, and ammonia water or an aqueous solution of ammonium salt is added to the resulting solution. A method is proposed in which a precipitate is produced, the precipitate is filtered, the obtained solid is washed with water, and then calcined and pulverized to obtain highly crystalline zirconia-based fine particles (Patent Document 4). ).
Further, a mixed aqueous solution containing rare earth element ions such as yttrium and zirconium ions is adjusted to pH 8 or higher with an alkaline aqueous solution, and water is used for a short time within a temperature range of 300 to 400 ° C. using subcritical or supercritical water as a medium. There has been proposed a method of obtaining stabilized zirconia fine particles having a high primary crystallinity with a primary particle size of 10 nm or less by thermal reaction (Patent Document 5).

特開2007−99931号公報JP 2007-99931 A 特開昭60−176920号公報JP-A-60-176920 特開昭62−226815号公報JP-A-62-226815 特開昭63−129017号公報JP-A 63-129017 特開2008−184339号公報JP 2008-184339 A

しかしながら、特許文献1に記載された平均粒子径が1nm〜20nmのジルコニア微粒子は、超強酸性触媒材料して知られているように酸化性が強く、したがって、このようなジルコニア微粒子をフィラーとして樹脂に含有させた場合、樹脂の種類によっては変色等の変質が生じる虞があるという問題点があった。
また、特許文献2、3に記載された方法では、得られたジルコニア系微粒子がいわゆる水和ジルコニア粒子であるから、極めて結晶性が悪いジルコニア系微粒子しか得られないという問題点があった。また、この微粒子内及び微粒子の表面に多量の水酸基を有するので、このジルコニア系微粒子と各種樹脂との複合体を作製する場合に、樹脂との相溶性が悪く混合が不均一になったり、あるいは、高屈折率等の光学的機能や耐熱性等の熱的機能が低下するという問題点があった。
However, the zirconia fine particles having an average particle diameter of 1 nm to 20 nm described in Patent Document 1 are highly oxidizable as is known as a super strong acidic catalyst material. Therefore, the resin is obtained by using such zirconia fine particles as a filler. When it is contained in the resin, there is a problem that a change in quality such as discoloration may occur depending on the type of resin.
Further, the methods described in Patent Documents 2 and 3 have a problem that only the zirconia-based fine particles having extremely poor crystallinity can be obtained because the obtained zirconia-based fine particles are so-called hydrated zirconia particles. In addition, since the fine particles have a large amount of hydroxyl groups in the fine particles and on the surface of the fine particles, when the composite of the zirconia fine particles and various resins is produced, the compatibility with the resin is poor and the mixing becomes uneven, or However, there is a problem that optical functions such as a high refractive index and thermal functions such as heat resistance are deteriorated.

また、特許文献4に記載された方法では、高結晶性のジルコニア系微粒子は得
られるものの、1300℃以上で仮焼しているために、粒成長等が生じてしまい微粒子化が難しいという問題点があった。また、得られた仮焼物を粉砕により微粒子化しているために粒子径の制御にも限度があり、シングルナノメートル級の粒子径のジルコニア系微粒子を得ることができないという問題点があった。
さらに、特許文献5に記載された方法では、1次粒子径が小さく、結晶性の高いジルコニア系微粒子が得られるものの、ジルコニア中に固溶できる成分はイットリウム等の希土類元素の酸化物に限定されてしまい、ジルコニア粒子の表面の高い酸性度を抑制するという点に対しては効果が不十分であるという問題点があった。さらには、亜臨界または超臨界という過酷な条件下で粒子合成反応を行うので、装置が腐食する虞があり、また、装置自体が極めて高額であるという問題点があり、工業的には不適なものであった。
In addition, although the method described in Patent Document 4 can obtain highly crystalline zirconia-based fine particles, since it is calcined at 1300 ° C. or higher, grain growth or the like occurs and it is difficult to make fine particles. was there. In addition, since the obtained calcined product is made into fine particles by pulverization, there is a limit in controlling the particle size, and there is a problem that zirconia-based fine particles having a particle size of a single nanometer cannot be obtained.
Furthermore, in the method described in Patent Document 5, although zirconia-based fine particles having a small primary particle size and high crystallinity are obtained, components that can be dissolved in zirconia are limited to oxides of rare earth elements such as yttrium. Therefore, there is a problem that the effect is insufficient for suppressing the high acidity of the surface of the zirconia particles. Furthermore, since the particle synthesis reaction is carried out under severe conditions such as subcritical or supercritical, there is a possibility that the apparatus is corroded, and there is a problem that the apparatus itself is extremely expensive, which is not suitable industrially. It was a thing.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、表面の酸性度が低く、樹脂に含有させた場合においても樹脂を変質させる虞が無く、しかも、シャープな粒度分布を有し、結晶性も高いシングルナノメートル級のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子、及び、このアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子を大量にかつ安価に作製することが可能なアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above problems, and has low surface acidity, there is no possibility of altering the resin even when it is contained in the resin, and it has a sharp particle size distribution. Single nanometer-class alkaline earth metal oxide doped zirconia nanoparticles with high crystallinity, and alkaline earth metals capable of producing large quantities of these alkaline earth metal oxide doped zirconia nanoparticles at low cost It aims at providing the manufacturing method of an oxide dope zirconia nanoparticle.

本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、アルカリ土類金属酸化物をジルコニアに固溶した粒子の平均粒子径を1nm以上かつ20nm以下とし、さらに、この粒子のアルカリ土類金属酸化物の含有率を、このアルカリ土類金属酸化物とジルコニアの合計量に対して5mol%以上かつ30mol%以下とすれば、表面の酸性度が低く、樹脂に含有させた場合においても樹脂を変質させる虞が無く、かつ、光学的機能、機械的機能、あるいは熱的機能を付与することができることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have determined that the average particle diameter of particles obtained by solid solution of an alkaline earth metal oxide in zirconia is 1 nm or more and 20 nm or less. When the content of the alkaline earth metal oxide is 5 mol% or more and 30 mol% or less with respect to the total amount of the alkaline earth metal oxide and zirconia, the acidity of the surface is low and the resin is contained in the resin. In some cases, the present inventors have found that there is no possibility of modifying the resin and that an optical function, a mechanical function, or a thermal function can be imparted, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子は、アルカリ土類金属酸化物をジルコニアに固溶してなるナノ粒子であって、平均粒子径が1nm以上かつ20nm以下であり、前記アルカリ土類金属酸化物の含有率は、このアルカリ土類金属酸化物と前記ジルコニアの合計量に対して5mol%以上かつ30mol%以下であることを特徴とする。   That is, the alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles of the present invention are nanoparticles formed by dissolving an alkaline earth metal oxide in zirconia, having an average particle diameter of 1 nm or more and 20 nm or less, The content of the alkaline earth metal oxide is 5 mol% or more and 30 mol% or less with respect to the total amount of the alkaline earth metal oxide and the zirconia.

前記ジルコニアは、正方晶、立方晶、正方晶及び立方晶、のうちいずれか1種であることが好ましい。   The zirconia is preferably any one of tetragonal, cubic, tetragonal and cubic.

本発明のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子の製造方法は、ジルコニウム塩溶液に塩基性溶液を加えて前記ジルコニウム塩溶液のpHを4未満に調整する工程と、このpHを調整した溶液にアルカリ土類金属塩溶液を加えて、このアルカリ土類金属塩をアルカリ土類金属酸化物に、前記ジルコニウム塩をジルコニアに、それぞれ換算したときの前記アルカリ土類金属酸化物の含有率が、該アルカリ土類金属酸化物と前記ジルコニアとの合計量に対して5mol%以上かつ30mol%以下の混合溶液とする工程と、この混合溶液に炭酸アルカリ溶液を加えてpHを7以上とするとともに、沈殿物を生成させる工程と、この沈殿物を400℃以上に加熱し、アルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子を生成する工程と、を備えてなることを特徴とする。   The method for producing alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles of the present invention includes a step of adding a basic solution to a zirconium salt solution to adjust the pH of the zirconium salt solution to less than 4, and a solution having this pH adjusted. When the alkaline earth metal salt solution is added and the alkaline earth metal salt is converted into an alkaline earth metal oxide and the zirconium salt is converted into zirconia, the content of the alkaline earth metal oxide is as follows. A step of preparing a mixed solution of 5 mol% or more and 30 mol% or less with respect to the total amount of the alkaline earth metal oxide and the zirconia, adding an alkali carbonate solution to the mixed solution to adjust the pH to 7 or more, and precipitating And a step of heating the precipitate to 400 ° C. or higher to produce alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles, Comprising characterized by comprising.

前記加熱工程の後に、生成した前記アルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子から不純物を除去する工程を備えてなることが好ましい。   It is preferable that a step of removing impurities from the produced alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles is provided after the heating step.

本発明のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子によれば、平均粒子径を1nm以上かつ20nm以下とし、アルカリ土類金属酸化物の含有率を、このアルカリ土類金属酸化物とジルコニアの合計量に対して5mol%以上かつ30mol%以下としたので、表面の酸性度を低下させることができる。また、樹脂に含有させた場合においても樹脂を変質させる虞が無く、高い透明性や高屈折率等の光学的機能、熱膨張率制御や耐熱性向上等の熱的機能、あるいは機械的機能を付与することができる。   According to the alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles of the present invention, the average particle size is 1 nm or more and 20 nm or less, and the content of the alkaline earth metal oxide is the sum of the alkaline earth metal oxide and zirconia. Since the amount is 5 mol% or more and 30 mol% or less with respect to the amount, the acidity of the surface can be lowered. In addition, even when it is contained in the resin, there is no risk of altering the resin, and it has optical functions such as high transparency and a high refractive index, thermal functions such as thermal expansion coefficient control and heat resistance improvement, or mechanical functions. Can be granted.

本発明のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子の製造方法によれば、ジルコニウム塩溶液に塩基性溶液を加えてジルコニウム塩溶液のpHを4未満に調整し、このpHを調整した溶液にアルカリ土類金属塩溶液を加えてアルカリ土類金属酸化物換算で5mol%以上かつ30mol%以下含有する混合溶液とし、この混合溶液に炭酸アルカリ溶液を加えてpHを7以上とするとともに、沈殿物を生成させ、この沈殿物を400℃以上に加熱するので、粒子同士の融着がなく、高結晶性であり、表面の酸性度が低く、樹脂に含有させた場合においても樹脂を変質させる虞が無く、粒子サイズの均一なアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子を、大量にかつ安価に作製することができる。   According to the method for producing alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles of the present invention, a basic solution is added to a zirconium salt solution to adjust the pH of the zirconium salt solution to less than 4, and the pH adjusted solution is alkalinized. An earth metal salt solution is added to obtain a mixed solution containing 5 mol% or more and 30 mol% or less in terms of alkaline earth metal oxide, and an alkali carbonate solution is added to the mixed solution to adjust the pH to 7 or more, and the precipitate is added. Since this precipitate is heated to 400 ° C. or higher, there is no fusion between particles, high crystallinity, low surface acidity, and there is a possibility that the resin may be altered even when it is contained in the resin. In addition, alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles having a uniform particle size can be produced in large quantities and at low cost.

本発明の実施例1のマグネシアドープジルコニアナノ粒子を示す透過型電子顕微鏡(TEM)像である。It is a transmission electron microscope (TEM) image which shows the magnesia dope zirconia nanoparticle of Example 1 of this invention.

本発明のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子及びその製造方法を実施するための形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
The form for implementing the alkaline-earth metal oxide dope zirconia nanoparticle of this invention and its manufacturing method is demonstrated.
This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.

「アルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子」
本実施形態のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子は、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)の群から選択される1種または2種以上の元素を含むアルカリ土類金属酸化物をジルコニア(ZrO)に固溶してなるナノ粒子であり、平均粒子径が1nm以上かつ20nm以下であり、前記アルカリ土類金属酸化物の含有率は、このアルカリ土類金属酸化物と前記ジルコニアの合計量に対して5mol%以上かつ30mol%以下である。
"Alkaline earth metal oxide doped zirconia nanoparticles"
The alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles of the present embodiment contain one or more elements selected from the group consisting of magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba). Nanoparticles formed by dissolving an alkaline earth metal oxide containing zirconia (ZrO 2 ) in a solid solution, having an average particle diameter of 1 nm to 20 nm, and the content of the alkaline earth metal oxide is the alkali It is 5 mol% or more and 30 mol% or less with respect to the total amount of the earth metal oxide and the zirconia.

ジルコニアには、正方晶(tetragonal)ジルコニア、立方晶(cubic)ジルコニア及び単斜晶(monoclinic)ジルコニアがあるが、高屈折率及び高透明性を確保するためには、結晶軸に対して対称性を有する正方晶ジルコニアまたは立方晶ジルコニアが好ましく、これら正方晶ジルコニア及び立方晶ジルコニアが混晶状態であってもよい。
また、正方晶ジルコニアは、単斜晶ジルコニアと比べてマルテンサイト変態による靱性値の向上が期待でき、しかも、靱性及び硬度が高く、樹脂中に分散させて得られた透明複合体の機械的特性の向上に適している。
Zirconia includes tetragonal zirconia, cubic zirconia, and monoclinic zirconia, but in order to ensure high refractive index and high transparency, it is symmetrical with respect to the crystal axis. Tetragonal zirconia or cubic zirconia having the above is preferable, and these tetragonal zirconia and cubic zirconia may be in a mixed crystal state.
Tetragonal zirconia can be expected to improve the toughness value due to martensite transformation compared to monoclinic zirconia, and has high toughness and hardness, and the mechanical properties of the transparent composite obtained by dispersing in resin Suitable for improvement.

このアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子の特徴は、平均粒子径が1nm以上かつ20nm以下と粒径範囲が非常に狭くシャープな粒度分布を有し、しかも、結晶性の高い単結晶の1次粒子であり、凝集状態にないことである。
ここで、平均粒子径を1nm以上かつ20nm以下としたのは、このアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子の平均粒子径を上記の範囲に限定することで、樹脂との複合体を作製した場合に、粒子を高充填することができ、しかも高い透明性を維持することができ、高屈折率の光学機能複合体や耐熱性に優れた有機無機複合体が得られるからである。
平均粒子径が1nm未満では、粒子の充填密度が低下し、高充填することができなくなり、一方、平均粒子径が20nmを超えると、透明性が低下し、機械的特性等も低下する等、特性の低下を招くので好ましくない。
The feature of the alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles is that the average particle size is 1 nm or more and 20 nm or less, and the particle size range is very narrow and has a sharp particle size distribution. It is a secondary particle and is not in an aggregated state.
Here, the average particle diameter was set to 1 nm or more and 20 nm or less because the average particle diameter of the alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles was limited to the above range, thereby producing a composite with a resin. In this case, the particles can be highly filled, and high transparency can be maintained, so that an optical functional composite having a high refractive index and an organic / inorganic composite having excellent heat resistance can be obtained.
If the average particle size is less than 1 nm, the packing density of the particles is reduced and cannot be highly packed. On the other hand, if the average particle size is more than 20 nm, the transparency is lowered, and the mechanical properties are also reduced. It is not preferable because the characteristics are deteriorated.

このアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子におけるアルカリ土類金属酸化物の含有率は、このアルカリ土類金属酸化物とジルコニアの合計量に対して5mol%以上かつ30mol%以下が好ましく、より好ましくは5mol%以上かつ25mol%以下である。
アルカリ土類金属酸化物の含有率が5mol%未満では、ジルコニア微粒子の表面の酸性活性を抑制することができず、一方、30mol%を超えると、ジルコニア微粒子に固溶しない粗大なアルカリ土類金属酸化物微粒子が出現し、ジルコニア微粒子とアルカリ土類金属酸化物微粒子とが混在してしまうので好ましくない。
The content of the alkaline earth metal oxide in the alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles is preferably 5 mol% or more and 30 mol% or less with respect to the total amount of the alkaline earth metal oxide and zirconia, and more preferably. Is 5 mol% or more and 25 mol% or less.
If the content of the alkaline earth metal oxide is less than 5 mol%, the acidic activity of the surface of the zirconia fine particles cannot be suppressed. On the other hand, if the content exceeds 30 mol%, a coarse alkaline earth metal that does not dissolve in the zirconia fine particles. Oxide fine particles appear and zirconia fine particles and alkaline earth metal oxide fine particles are mixed, which is not preferable.

「アルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子の製造方法」
本実施形態のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子の製造方法は、
ジルコニウム塩溶液に塩基性溶液を加えて前記ジルコニウム塩溶液のpHを4未満に調整する工程と、
このpHを調整した溶液にアルカリ土類金属塩溶液を加えて、このアルカリ土類金属塩をアルカリ土類金属酸化物に、前記ジルコニウム塩をジルコニアに、それぞれ換算したときの前記アルカリ土類金属酸化物の含有率が、該アルカリ土類金属酸化物と前記ジルコニアとの合計量に対して5mol%以上かつ30mol%以下の混合溶液とする工程と、
この混合溶液に炭酸アルカリ溶液を加えてpHを7以上とするとともに、沈殿物を生成させる工程と、
この沈殿物を400℃以上に加熱し、アルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子を生成する工程と、
を備えている。
"Method for producing alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles"
The method for producing alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles of the present embodiment,
Adding a basic solution to the zirconium salt solution to adjust the pH of the zirconium salt solution to less than 4,
An alkaline earth metal salt solution is added to the pH-adjusted solution, and the alkaline earth metal oxide is converted into an alkaline earth metal oxide, and the zirconium salt is converted into zirconia. A step of preparing a mixed solution having a content of 5 mol% or more and 30 mol% or less with respect to a total amount of the alkaline earth metal oxide and the zirconia;
Adding an alkali carbonate solution to the mixed solution to bring the pH to 7 or more, and generating a precipitate;
Heating the precipitate to 400 ° C. or higher to produce alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles;
It has.

次に、本実施形態のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子の製造方法について、詳細に説明する。
まず、ジルコニウム塩溶液に塩基性溶液を加え、このジルコニウム塩溶液のpHを4未満に調整する。
ジルコニウム塩溶液としては、その種類に制限はないが、ジルコニウムイオンと、塩素イオン、硝酸イオン、硫酸イオン等の無機酸イオン、あるいは酢酸イオン、シュウ酸イオン、酒石酸イオン、クエン酸イオン、乳酸イオン等の有機酸イオンとから構成される溶液が好適に用いられる。
Next, the manufacturing method of the alkaline earth metal oxide doped zirconia nanoparticles of this embodiment will be described in detail.
First, a basic solution is added to the zirconium salt solution, and the pH of the zirconium salt solution is adjusted to less than 4.
There are no limitations on the type of zirconium salt solution, but zirconium ions and inorganic acid ions such as chlorine ions, nitrate ions and sulfate ions, or acetate ions, oxalate ions, tartrate ions, citrate ions, lactate ions, etc. A solution composed of the organic acid ions is preferably used.

塩基性溶液としては、ジルコニウム塩溶液を中和することのできる溶液であればよく、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の水溶液、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ炭酸塩やアルカリ炭酸水素塩を含む水溶液、あるいはエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミノアルコール溶液、ホルムアミド等のアミド溶液、テトラメチルアンモニウム等の有機アンモニウム溶液、等の塩基性有機化合物を含む溶液を用いることができる。   The basic solution may be any solution that can neutralize the zirconium salt solution. For example, an aqueous solution of sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, etc., ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate , Aqueous solutions containing alkali carbonates and alkali hydrogen carbonates such as potassium carbonate and potassium hydrogen carbonate, amino alcohol solutions such as ethanolamine, diethanolamine and triethanolamine, amide solutions such as formamide, and organic ammonium solutions such as tetramethylammonium A solution containing a basic organic compound such as can be used.

本実施形態では、ジルコニウム塩溶液に塩基性溶液を加えた後のジルコニウム塩溶液のpHを酸性である4未満、好ましくは1.5以上かつ3.5以下の範囲に調整する。
その理由は、塩基性溶液を加えて中和したことにより生成したジルコニア前駆体が、溶液中に均一にナノメートルサイズで分散された状態とするためである。
ここで、塩基性溶液を加えた後のジルコニウム塩溶液のpHが4以上では、生成したジルコニア前駆体が凝集し、粗大化してしまうので好ましくない。なお、塩基性溶液を加えた後のジルコニウム塩溶液のpHが1.5未満では、中和が不十分になる虞があり、得られるジルコニア前駆体の収率も悪くなる虞がある。
このpH調整により、ジルコニウム塩溶液は、ジルコニウム前駆体が溶液中に均一分散したジルコニウム前駆体コロイド溶液となる。
In the present embodiment, the pH of the zirconium salt solution after adding the basic solution to the zirconium salt solution is adjusted to an acidic range of less than 4, preferably 1.5 to 3.5.
The reason is that the zirconia precursor produced | generated by adding and neutralizing a basic solution will be in the state uniformly disperse | distributed by nanometer size in the solution.
Here, when the pH of the zirconium salt solution after adding the basic solution is 4 or more, the produced zirconia precursor aggregates and becomes coarse, which is not preferable. If the pH of the zirconium salt solution after adding the basic solution is less than 1.5, neutralization may be insufficient, and the yield of the resulting zirconia precursor may be deteriorated.
By this pH adjustment, the zirconium salt solution becomes a zirconium precursor colloidal solution in which the zirconium precursor is uniformly dispersed in the solution.

次いで、このpHを調整した溶液、すなわちジルコニウム前駆体コロイド溶液にアルカリ土類金属塩溶液を加え、このアルカリ土類金属塩をアルカリ土類金属酸化物(MO)に、ジルコニウム塩をジルコニア(ZrO)に、それぞれ換算したときのアルカリ土類金属酸化物(MO)の含有率が、アルカリ土類金属酸化物(MO)とジルコニア(ZrO)との合計量(MO+ZrO)に対して5mol%以上かつ30mol%以下、好ましくは5mol%以上かつ25mol%以下の混合溶液を調整する。 Next, an alkaline earth metal salt solution is added to the pH-adjusted solution, that is, the zirconium precursor colloid solution, and the alkaline earth metal salt is added to the alkaline earth metal oxide (MO) and the zirconium salt is added to zirconia (ZrO 2). ), The content of the alkaline earth metal oxide (MO) when converted into 5 mol% with respect to the total amount (MO + ZrO 2 ) of the alkaline earth metal oxide (MO) and zirconia (ZrO 2 ). A mixed solution of not less than 30 mol% and preferably not less than 5 mol% and not more than 25 mol% is prepared.

アルカリ土類金属塩溶液としては、その種類に制限はないが、アルカリ土類金属イオンと、塩素イオン、硝酸イオン、硫酸イオン等の無機酸イオン、あるいは酢酸イオン、シュウ酸イオン、酒石酸イオン、クエン酸イオン、乳酸イオン等の有機酸イオンとから構成される溶液が好適に用いられる。   There are no limitations on the type of alkaline earth metal salt solution, but alkaline earth metal ions and inorganic acid ions such as chlorine ions, nitrate ions, sulfate ions, acetate ions, oxalate ions, tartaric acid ions, citric acid ions, and the like. A solution composed of organic acid ions such as acid ions and lactic acid ions is preferably used.

ここで、アルカリ土類金属塩をアルカリ土類金属酸化物に換算したときのアルカリ土類金属酸化物の含有率が5mol%未満では、ジルコニア微粒子の表面の酸性活性を抑制することができないので好ましくなく、また、30mol%を超えると、ジルコニア微粒子に固溶しない粗大なアルカリ土類金属酸化物粒子が出現し、ジルコニア微粒子とアルカリ土類金属酸化物微粒子とが混在してしまうので好ましくない。   Here, when the alkaline earth metal oxide content is less than 5 mol% when the alkaline earth metal salt is converted into an alkaline earth metal oxide, the acidic activity on the surface of the zirconia fine particles cannot be suppressed. In addition, if it exceeds 30 mol%, coarse alkaline earth metal oxide particles that do not dissolve in zirconia fine particles appear, and zirconia fine particles and alkaline earth metal oxide fine particles are mixed, which is not preferable.

次いで、この混合溶液に炭酸アルカリ溶液を加えてpHを7以上とするとともに、沈殿物を生成させる。
炭酸アルカリとしては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウムの群から選択される1種または2種以上を用いることができ、特に、炭酸カリウムは、水への溶解度が最も高いので好ましい。
Next, an alkali carbonate solution is added to the mixed solution to adjust the pH to 7 or more, and a precipitate is generated.
As the alkali carbonate, one or two or more selected from the group consisting of lithium carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate and potassium carbonate can be used. In particular, potassium carbonate is preferred because it has the highest solubility in water. .

この炭酸アルカリ塩溶液を添加することにより、混合溶液中のアルカリ土類金属塩からアルカリ土類金属酸化物前駆体を析出させることができ、また、炭酸アルカリによるジルコニア前駆体同士の融着を防止することができる。
この炭酸アルカリ塩の添加量としては、混合溶液中の酸化物換算値に対して50質量%以上であることが好ましい。
その理由は、添加量が50質量%未満では、ジルコニア前駆体同士の融着防止効果が小さくなり、その結果、ジルコニア前駆体同士が融着して粗大化するからである。
By adding this alkaline carbonate solution, alkaline earth metal oxide precursors can be precipitated from alkaline earth metal salts in the mixed solution, and the fusion of zirconia precursors by alkali carbonate is prevented. can do.
The addition amount of the alkali carbonate is preferably 50% by mass or more with respect to the oxide equivalent value in the mixed solution.
The reason is that when the addition amount is less than 50% by mass, the effect of preventing fusion between the zirconia precursors is reduced, and as a result, the zirconia precursors are fused and coarsened.

この炭酸アルカリ塩は、回収・再利用が可能であるから、その添加量に上限はないが、概ね400質量%以下である。
次いで、この沈殿物を乾燥し、さらに、所定の温度にて加熱し、アルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子を得る。
乾燥方法としては、混合溶液(懸濁液状)中の溶媒を散逸させることができればよく、ヒーター等による加熱乾燥、減圧乾燥、噴霧乾燥、赤外線加熱乾燥等、通常の乾燥方法を利用することができる。
Since this alkali carbonate can be recovered and reused, there is no upper limit to the amount added, but it is generally 400% by mass or less.
Next, the precipitate is dried and further heated at a predetermined temperature to obtain alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles.
As a drying method, any solvent can be used as long as it can dissipate the solvent in the mixed solution (suspension), and a normal drying method such as heat drying with a heater, vacuum drying, spray drying, infrared heat drying, or the like can be used. .

また、加熱方法としては、ヒーター等による加熱、減圧加熱、噴霧加熱、赤外線加熱等、通常の加熱方法を利用することができる。
ヒーター等による加熱としては、例えば、所定温度の電気炉中に静置して加熱する方法、流動床式の電気炉にて加熱する方法等がある。
加熱温度の範囲としては、400℃以上かつ800℃以下が好ましい。
加熱温度が400℃未満では、ジルコニア前駆体からジルコニア微粒子が生成されず、また、800℃を超えると、ジルコニア微粒子同士の融着を防止することができず、粗大なジルコニア粒子が生成することとなり、好ましくない。
As a heating method, a normal heating method such as heating with a heater, reduced pressure heating, spray heating, infrared heating, or the like can be used.
As heating by a heater or the like, for example, there are a method of heating in a fixed temperature electric furnace, a method of heating in a fluidized bed electric furnace, and the like.
As a range of heating temperature, 400 degreeC or more and 800 degrees C or less are preferable.
When the heating temperature is less than 400 ° C., zirconia fine particles are not generated from the zirconia precursor, and when it exceeds 800 ° C., fusion between the zirconia fine particles cannot be prevented, and coarse zirconia particles are generated. It is not preferable.

これら乾燥と加熱とを同時に行ってもよく、さらに、上記の沈殿物を乾燥することなく、そのまま加熱してもよい。
この混合溶液(懸濁状液)では、クラスターサイズのジルコニア前駆体粒子にアルカリ土類金属酸化物前駆体が析出し、さらに乾燥時にアルカリ土類金属酸化物前駆体が析出したジルコニア前駆体粒子間には、融着防止剤として作用する炭酸アルカリ塩が析出した状態となる。そこで、この状態で加熱処理すれば、微粒子同士の融着がないナノメートル級の粒子径のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子を、容易にかつ大量に作製することができる。
These drying and heating may be performed simultaneously, and further, the above precipitate may be directly heated without drying.
In this mixed solution (suspension liquid), between the zirconia precursor particles in which the alkaline earth metal oxide precursor is precipitated on the cluster-sized zirconia precursor particles and further the alkaline earth metal oxide precursor is precipitated during drying. In this state, an alkali carbonate salt that acts as an anti-fusing agent is deposited. Therefore, if heat treatment is performed in this state, alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles having a nanometer-size particle size in which fine particles are not fused can be easily produced in large quantities.

加熱処理により得られたアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子には、炭酸アルカリ塩が残留しているので、ナノ粒子を高純度化するために、このアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子から不純物を除去する。
具体的には、アルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子を純水または酸性溶液中に分散させ、このアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子に含まれている炭酸アルカリ塩等の不純物を純水や酸性溶液中に溶解させて除去する。
これにより、炭酸アルカリ塩等の不純物を含まない高純度のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子を得ることができる。
Since alkaline carbonate remains in the alkaline earth metal oxide doped zirconia nanoparticles obtained by the heat treatment, the alkaline earth metal oxide doped zirconia nanoparticles are used in order to purify the nanoparticles. To remove impurities.
Specifically, alkaline earth metal oxide doped zirconia nanoparticles are dispersed in pure water or an acidic solution, and impurities such as alkali carbonate contained in the alkaline earth metal oxide doped zirconia nanoparticles are purified. Remove by dissolving in water or acidic solution.
Thereby, high-purity alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles that do not contain impurities such as alkali carbonates can be obtained.

本実施形態のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子によれば、平均粒子径を1nm以上かつ20nm以下とし、アルカリ土類金属酸化物の含有率を、このアルカリ土類金属酸化物とジルコニアの合計量に対して5mol%以上かつ30mol%以下としたので、このナノ粒子の表面の酸性度を低下させることができる。また、このナノ粒子を樹脂に含有させた場合においても、樹脂が変質する虞が無く、樹脂に光学的機能、機械的機能、あるいは熱的機能を付与することができる。   According to the alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles of the present embodiment, the average particle diameter is 1 nm or more and 20 nm or less, and the content of the alkaline earth metal oxide is determined between the alkaline earth metal oxide and the zirconia. Since the amount is 5 mol% or more and 30 mol% or less with respect to the total amount, the acidity of the surface of the nanoparticles can be lowered. In addition, even when the nanoparticles are contained in the resin, there is no possibility that the resin is denatured, and an optical function, a mechanical function, or a thermal function can be imparted to the resin.

本実施形態のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子の製造方法によれば、ジルコニウム塩溶液に塩基性溶液を加えてジルコニウム塩溶液のpHを4未満に調整し、次いで、このpHを調整した溶液にアルカリ土類金属塩溶液を加えて、アルカリ土類金属酸化物換算で5mol%以上かつ30mol%以下含有する混合溶液とし、次いで、この混合溶液に炭酸アルカリ溶液を加えてpHを7以上とするとともに、沈殿物を生成させ、この沈殿物を濾液から分離した後、乾燥し、400℃以上かつ800℃以下の温度にて加熱するので、粒子同士の融着がなく、高結晶性であり、表面の酸性度が低く、樹脂に含有させた場合においても樹脂を変質させる虞が無い、ナノメートル級の高純度のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子を、容易に、大量にかつ安価に作製することができる。   According to the method for producing alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles of the present embodiment, the basic solution is added to the zirconium salt solution to adjust the pH of the zirconium salt solution to less than 4, and then this pH is adjusted. An alkaline earth metal salt solution is added to the solution to obtain a mixed solution containing 5 mol% or more and 30 mol% or less in terms of alkaline earth metal oxide, and then an alkaline carbonate solution is added to the mixed solution to adjust the pH to 7 or more. At the same time, a precipitate is formed, and after the precipitate is separated from the filtrate, dried and heated at a temperature of 400 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, there is no fusion between particles and high crystallinity. Nanometer-grade high-purity alkaline earth metal oxide doped zirconia that has low acidity on the surface and does not have the possibility of altering the resin even when it is contained in the resin The Bruno particles can easily be produced in large quantities and at low cost.

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited by these Examples.

「実施例1」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40L(リットル)に溶解させたジルコニウム塩水溶液に、炭酸水素アンモニウム896gを純水11Lに溶解させた炭酸水素アンモニウム水溶液を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体ゾルを作製した。このジルコニア前駆体ゾルのpHは2.4であった。
次いで、このジルコニア前駆体ゾルに硝酸マグネシウム6水和物734.2gを加えて溶解させ、マグネシウムイオンを含むジルコニア前駆体ゾルを作製した。
"Example 1"
To an aqueous zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L (liter) of pure water, an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution in which 896 g of ammonium hydrogen carbonate was dissolved in 11 L of pure water was added with stirring, and the zirconia precursor sol was added. Produced. The pH of this zirconia precursor sol was 2.4.
Next, 734.2 g of magnesium nitrate hexahydrate was added to this zirconia precursor sol and dissolved therein to prepare a zirconia precursor sol containing magnesium ions.

次いで、このジルコニア前駆体ゾルに炭酸カリウム1000gを35Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加え、混合物を得た。このときの炭酸カリウムの添加量は、ジルコニア前駆体ゾル中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して100質量%であった。また、炭酸カリウム添加後のpHは11.5であった。
次いで、この混合物を乾燥機を用いて、大気中、130℃にて24時間乾燥させ、固形物を得た。
Next, a potassium carbonate aqueous solution in which 1000 g of potassium carbonate was dissolved in 35 L of pure water was added to the zirconia precursor sol with stirring to obtain a mixture. The amount of potassium carbonate added at this time was 100% by mass relative to the zirconia-converted value of zirconium ions in the zirconia precursor sol. The pH after addition of potassium carbonate was 11.5.
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.

次いで、この固形物を自動乳鉢を用いて粉砕し、次いで、電気炉を用いて、大気中、450℃にて2時間、焼成(加熱)し、焼成物を得た。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥させて、実施例1のマグネシアドープジルコニアナノ粒子を得た。
Next, the solid material was pulverized using an automatic mortar, and then baked (heated) in the air at 450 ° C. for 2 hours using an electric furnace to obtain a baked product.
Next, the fired product was put into pure water, stirred to form a slurry, washed with a centrifuge, and the added potassium carbonate was sufficiently removed and dried. Of magnesia-doped zirconia nanoparticles were obtained.

「実施例2」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩水溶液に、炭酸水素アンモニウム896gを純水11Lに溶解させた炭酸水素アンモニウム水溶液を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体ゾルを作製した。このジルコニア前駆体ゾルのpHは2.4であった。
次いで、このジルコニア前駆体ゾルに硝酸マグネシウム6水和物219gを加えて溶解させ、マグネシウムイオンを含むジルコニア前駆体ゾルを作製した。
"Example 2"
To an aqueous zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution in which 896 g of ammonium hydrogen carbonate was dissolved in 11 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor sol. The pH of this zirconia precursor sol was 2.4.
Next, 219 g of magnesium nitrate hexahydrate was added to this zirconia precursor sol and dissolved therein to prepare a zirconia precursor sol containing magnesium ions.

次いで、このジルコニア前駆体ゾルに炭酸カリウム1000gを35Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加え、混合物を得た。このときの炭酸カリウムの添加量は、ジルコニア前駆体ゾル中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して100質量%であった。また、炭酸カリウム添加後のpHは11.5であった。
次いで、この混合物を乾燥機を用いて、大気中、130℃にて24時間乾燥させ、固形物を得た。
Next, a potassium carbonate aqueous solution in which 1000 g of potassium carbonate was dissolved in 35 L of pure water was added to the zirconia precursor sol with stirring to obtain a mixture. The amount of potassium carbonate added at this time was 100% by mass relative to the zirconia-converted value of zirconium ions in the zirconia precursor sol. The pH after addition of potassium carbonate was 11.5.
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.

次いで、この固形物を自動乳鉢を用いて粉砕し、次いで、電気炉を用いて、大気中、550℃にて2時間、焼成(加熱)し、焼成物を得た。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥させて、実施例2のマグネシアドープジルコニアナノ粒子を得た。
Next, the solid was pulverized using an automatic mortar, and then baked (heated) in the air at 550 ° C. for 2 hours using an electric furnace to obtain a baked product.
Next, the fired product was put into pure water and stirred to form a slurry, followed by washing with a centrifuge to sufficiently remove the added potassium carbonate, followed by drying to obtain Example 2. Of magnesia-doped zirconia nanoparticles were obtained.

「実施例3」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩水溶液に、炭酸水素アンモニウム896gを純水11Lに溶解させた炭酸水素アンモニウム水溶液を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体ゾルを作製した。このジルコニア前駆体ゾルのpHは2.4であった。
次いで、このジルコニア前駆体ゾルに硝酸マグネシウム6水和物734.2gを加えて溶解させ、マグネシウムイオンを含むジルコニア前駆体ゾルを作製した。
"Example 3"
To an aqueous zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution in which 896 g of ammonium hydrogen carbonate was dissolved in 11 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor sol. The pH of this zirconia precursor sol was 2.4.
Next, 734.2 g of magnesium nitrate hexahydrate was added to this zirconia precursor sol and dissolved therein to prepare a zirconia precursor sol containing magnesium ions.

次いで、このジルコニア前駆体ゾルに炭酸カリウム500gを35Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加え、混合物を得た。このときの炭酸カリウムの添加量は、ジルコニア前駆体ゾル中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して50質量%であった。また、炭酸カリウム添加後のpHは11.5であった。
次いで、この混合物を乾燥機を用いて、大気中、130℃にて24時間乾燥させ、固形物を得た。
Next, a potassium carbonate aqueous solution in which 500 g of potassium carbonate was dissolved in 35 L of pure water was added to the zirconia precursor sol with stirring to obtain a mixture. The amount of potassium carbonate added at this time was 50% by mass with respect to the zirconia-converted value of the zirconium ions in the zirconia precursor sol. The pH after addition of potassium carbonate was 11.5.
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.

次いで、この固形物を自動乳鉢を用いて粉砕し、次いで、電気炉を用いて、大気中、550℃にて2時間、焼成(加熱)し、焼成物を得た。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥させて、実施例3のマグネシアドープジルコニアナノ粒子を得た。
Next, the solid was pulverized using an automatic mortar, and then baked (heated) in the air at 550 ° C. for 2 hours using an electric furnace to obtain a baked product.
Next, the fired product was put into pure water and stirred to form a slurry, followed by washing with a centrifuge to sufficiently remove the added potassium carbonate, followed by drying. Example 3 Of magnesia-doped zirconia nanoparticles were obtained.

「実施例4」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩水溶液に、炭酸水素アンモニウム896gを純水11Lに溶解させた炭酸水素アンモニウム水溶液を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体ゾルを作製した。このジルコニア前駆体ゾルのpHは2.4であった。
次いで、このジルコニア前駆体ゾルに硝酸マグネシウム6水和物734.2gを加えて溶解させ、マグネシウムイオンを含むジルコニア前駆体ゾルを作製した。
Example 4
To an aqueous zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution in which 896 g of ammonium hydrogen carbonate was dissolved in 11 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor sol. The pH of this zirconia precursor sol was 2.4.
Next, 734.2 g of magnesium nitrate hexahydrate was added to this zirconia precursor sol and dissolved therein to prepare a zirconia precursor sol containing magnesium ions.

次いで、このジルコニア前駆体ゾルに炭酸カリウム1000gを35Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加え、混合物を得た。このときの炭酸カリウムの添加量は、ジルコニア前駆体ゾル中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して100質量%であった。また、炭酸カリウム添加後のpHは11.5であった。
次いで、この混合物を乾燥機を用いて、大気中、130℃にて24時間乾燥させ、固形物を得た。
Next, a potassium carbonate aqueous solution in which 1000 g of potassium carbonate was dissolved in 35 L of pure water was added to the zirconia precursor sol with stirring to obtain a mixture. The amount of potassium carbonate added at this time was 100% by mass relative to the zirconia-converted value of zirconium ions in the zirconia precursor sol. The pH after addition of potassium carbonate was 11.5.
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.

次いで、この固形物を自動乳鉢を用いて粉砕し、次いで、電気炉を用いて、大気中、650℃にて2時間、焼成(加熱)し、焼成物を得た。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥させて、実施例4のマグネシアドープジルコニアナノ粒子を得た。
Next, the solid was pulverized using an automatic mortar, and then baked (heated) in the air at 650 ° C. for 2 hours using an electric furnace to obtain a baked product.
Next, the fired product was put into pure water and stirred to form a slurry, followed by washing with a centrifuge to sufficiently remove the added potassium carbonate, followed by drying. Example 4 Of magnesia-doped zirconia nanoparticles were obtained.

「実施例5」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩水溶液に、炭酸水素アンモニウム896gを純水11Lに溶解させた炭酸水素アンモニウム水溶液を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体ゾルを作製した。このジルコニア前駆体ゾルのpHは2.4であった。
次いで、このジルコニア前駆体ゾルに硝酸マグネシウム6水和物1387gを加えて溶解させ、マグネシウムイオンを含むジルコニア前駆体ゾルを作製した。
"Example 5"
To an aqueous zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution in which 896 g of ammonium hydrogen carbonate was dissolved in 11 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor sol. The pH of this zirconia precursor sol was 2.4.
Next, 1387 g of magnesium nitrate hexahydrate was added to this zirconia precursor sol and dissolved to prepare a zirconia precursor sol containing magnesium ions.

次いで、このジルコニア前駆体ゾルに炭酸カリウム1000gを35Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加え、混合物を得た。このときの炭酸カリウムの添加量は、ジルコニア前駆体ゾル中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して100質量%であった。また、炭酸カリウム添加後のpHは11.5であった。
次いで、この混合物を乾燥機を用いて、大気中、130℃にて24時間乾燥させ、固形物を得た。
Next, a potassium carbonate aqueous solution in which 1000 g of potassium carbonate was dissolved in 35 L of pure water was added to the zirconia precursor sol with stirring to obtain a mixture. The amount of potassium carbonate added at this time was 100% by mass relative to the zirconia-converted value of zirconium ions in the zirconia precursor sol. The pH after addition of potassium carbonate was 11.5.
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.

次いで、この固形物を自動乳鉢を用いて粉砕し、次いで、電気炉を用いて、大気中、550℃にて2時間、焼成(加熱)し、焼成物を得た。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥させて、実施例5のマグネシアドープジルコニアナノ粒子を得た。
Next, the solid was pulverized using an automatic mortar, and then baked (heated) in the air at 550 ° C. for 2 hours using an electric furnace to obtain a baked product.
Next, the fired product was put into pure water, stirred to form a slurry, washed with a centrifuge, and the added potassium carbonate was sufficiently removed, followed by drying. Example 5 Of magnesia-doped zirconia nanoparticles were obtained.

「実施例6」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩水溶液に、炭酸水素アンモニウム896gを純水11Lに溶解させた炭酸水素アンモニウム水溶液を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体ゾルを作製した。このジルコニア前駆体ゾルのpHは2.4であった。
次いで、このジルコニア前駆体ゾルに硝酸カルシウム4水和物676.3gを加えて溶解させ、カルシウムイオンを含むジルコニア前駆体ゾルを作製した。
"Example 6"
To an aqueous zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution in which 896 g of ammonium hydrogen carbonate was dissolved in 11 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor sol. The pH of this zirconia precursor sol was 2.4.
Next, 676.3 g of calcium nitrate tetrahydrate was added to and dissolved in this zirconia precursor sol, to prepare a zirconia precursor sol containing calcium ions.

次いで、このジルコニア前駆体ゾルに炭酸カリウム1000gを35Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加え、混合物を得た。このときの炭酸カリウムの添加量は、ジルコニア前駆体ゾル中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して100質量%であった。また、炭酸カリウム添加後のpHは11.5であった。
次いで、この混合物を乾燥機を用いて、大気中、130℃にて24時間乾燥させ、固形物を得た。
Next, a potassium carbonate aqueous solution in which 1000 g of potassium carbonate was dissolved in 35 L of pure water was added to the zirconia precursor sol with stirring to obtain a mixture. The amount of potassium carbonate added at this time was 100% by mass relative to the zirconia-converted value of zirconium ions in the zirconia precursor sol. The pH after addition of potassium carbonate was 11.5.
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.

次いで、この固形物を自動乳鉢を用いて粉砕し、次いで、電気炉を用いて、大気中、550℃にて2時間、焼成(加熱)し、焼成物を得た。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥させて、実施例6のカルシアドープジルコニアナノ粒子を得た。
Next, the solid was pulverized using an automatic mortar, and then baked (heated) in the air at 550 ° C. for 2 hours using an electric furnace to obtain a baked product.
Next, the fired product was put into pure water and stirred to form a slurry, followed by washing with a centrifuge to sufficiently remove the added potassium carbonate, followed by drying to obtain Example 6. Of calcia doped zirconia nanoparticles were obtained.

「比較例1」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩水溶液に、炭酸水素アンモニウム896gを純水11Lに溶解させた炭酸水素アンモニウム水溶液を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体ゾルを作製した。このジルコニア前駆体ゾルのpHは2.4であった。
“Comparative Example 1”
To an aqueous zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution in which 896 g of ammonium hydrogen carbonate was dissolved in 11 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor sol. The pH of this zirconia precursor sol was 2.4.

次いで、このジルコニア前駆体ゾルに炭酸カリウム1000gを35Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加え、混合物を得た。このときの炭酸カリウムの添加量は、ジルコニア前駆体ゾル中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して100質量%であった。また、炭酸カリウム添加後のpHは11.5であった。
次いで、この混合物を乾燥機を用いて、大気中、130℃にて24時間乾燥させ、固形物を得た。
Next, a potassium carbonate aqueous solution in which 1000 g of potassium carbonate was dissolved in 35 L of pure water was added to the zirconia precursor sol with stirring to obtain a mixture. The amount of potassium carbonate added at this time was 100% by mass relative to the zirconia-converted value of zirconium ions in the zirconia precursor sol. The pH after addition of potassium carbonate was 11.5.
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.

次いで、この固形物を自動乳鉢を用いて粉砕し、次いで、電気炉を用いて、大気中、550℃にて2時間、焼成(加熱)し、焼成物を得た。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥させて、比較例1の粒子を得た。
Next, the solid was pulverized using an automatic mortar, and then baked (heated) in the air at 550 ° C. for 2 hours using an electric furnace to obtain a baked product.
Next, the fired product was put into pure water, stirred to form a slurry, washed with a centrifuge, sufficiently removed the added potassium carbonate, and then dried to give Comparative Example 1. Obtained particles.

「比較例2」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩水溶液に、炭酸水素アンモニウム896gを純水11Lに溶解させた炭酸水素アンモニウム水溶液を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体ゾルを作製した。このジルコニア前駆体ゾルのpHは2.4であった。
次いで、このジルコニア前駆体ゾルに硝酸マグネシウム6水和物84.9gを加えて溶解させ、マグネシウムイオンを含むジルコニア前駆体ゾルを作製した。
"Comparative Example 2"
To an aqueous zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution in which 896 g of ammonium hydrogen carbonate was dissolved in 11 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor sol. The pH of this zirconia precursor sol was 2.4.
Next, 84.9 g of magnesium nitrate hexahydrate was added to this zirconia precursor sol and dissolved therein to prepare a zirconia precursor sol containing magnesium ions.

次いで、このジルコニア前駆体ゾルに炭酸カリウム1000gを35Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加え、混合物を得た。このときの炭酸カリウムの添加量は、ジルコニア前駆体ゾル中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して100質量%であった。また、炭酸カリウム添加後のpHは11.5であった。
次いで、この混合物を乾燥機を用いて、大気中、130℃にて24時間乾燥させ、固形物を得た。
Next, a potassium carbonate aqueous solution in which 1000 g of potassium carbonate was dissolved in 35 L of pure water was added to the zirconia precursor sol with stirring to obtain a mixture. The amount of potassium carbonate added at this time was 100% by mass relative to the zirconia-converted value of zirconium ions in the zirconia precursor sol. The pH after addition of potassium carbonate was 11.5.
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.

次いで、この固形物を自動乳鉢を用いて粉砕し、次いで、電気炉を用いて、大気中、550℃にて2時間、焼成(加熱)し、焼成物を得た。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥させて、比較例2の粒子を得た。
Next, the solid was pulverized using an automatic mortar, and then baked (heated) in the air at 550 ° C. for 2 hours using an electric furnace to obtain a baked product.
Next, the fired product was put into pure water, stirred to form a slurry, washed with a centrifuge, sufficiently removed the added potassium carbonate, and then dried to give Comparative Example 2. Obtained particles.

「比較例3」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩水溶液に、炭酸水素アンモニウム896gを純水11Lに溶解させた炭酸水素アンモニウム水溶液を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体ゾルを作製した。このジルコニア前駆体ゾルのpHは2.4であった。
次いで、このジルコニア前駆体ゾルに硝酸マグネシウム6水和物734.2gを加えて溶解させ、マグネシウムイオンを含むジルコニア前駆体ゾルを作製した。
“Comparative Example 3”
To an aqueous zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution in which 896 g of ammonium hydrogen carbonate was dissolved in 11 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor sol. The pH of this zirconia precursor sol was 2.4.
Next, 734.2 g of magnesium nitrate hexahydrate was added to this zirconia precursor sol and dissolved therein to prepare a zirconia precursor sol containing magnesium ions.

次いで、このジルコニア前駆体ゾルに炭酸カリウム200gを35Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加え、混合物を得た。このときの炭酸カリウムの添加量は、ジルコニア前駆体ゾル中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して20質量%であった。また、炭酸カリウム添加後のpHは11.5であった。
次いで、この混合物を乾燥機を用いて、大気中、130℃にて24時間乾燥させ、固形物を得た。
Next, a potassium carbonate aqueous solution in which 200 g of potassium carbonate was dissolved in 35 L of pure water was added to the zirconia precursor sol with stirring to obtain a mixture. The addition amount of potassium carbonate at this time was 20 mass% with respect to the zirconia conversion value of the zirconium ion in a zirconia precursor sol. The pH after addition of potassium carbonate was 11.5.
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.

次いで、この固形物を自動乳鉢を用いて粉砕し、次いで、電気炉を用いて、大気中、550℃にて2時間、焼成(加熱)し、焼成物を得た。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥させて、比較例3の粒子を得た。
Next, the solid was pulverized using an automatic mortar, and then baked (heated) in the air at 550 ° C. for 2 hours using an electric furnace to obtain a baked product.
Next, the fired product was put into pure water, stirred to form a slurry, washed with a centrifuge, sufficiently removed the added potassium carbonate, and then dried to give Comparative Example 3 Obtained particles.

「比較例4」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩水溶液に、炭酸水素アンモニウム896gを純水11Lに溶解させた炭酸水素アンモニウム水溶液を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体ゾルを作製した。このジルコニア前駆体ゾルのpHは2.4であった。
次いで、このジルコニア前駆体ゾルに硝酸マグネシウム6水和物2774gを加えて溶解させ、マグネシウムイオンを含むジルコニア前駆体ゾルを作製した。
“Comparative Example 4”
To an aqueous zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution in which 896 g of ammonium hydrogen carbonate was dissolved in 11 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor sol. The pH of this zirconia precursor sol was 2.4.
Next, 2774 g of magnesium nitrate hexahydrate was added to this zirconia precursor sol and dissolved therein to prepare a zirconia precursor sol containing magnesium ions.

次いで、このジルコニア前駆体ゾルに炭酸カリウム1000gを35Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加え、混合物を得た。このときの炭酸カリウムの添加量は、ジルコニア前駆体ゾル中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して100質量%であった。また、炭酸カリウム添加後のpHは11.5であった。
次いで、この混合物を乾燥機を用いて、大気中、130℃にて24時間乾燥させ、固形物を得た。
Next, a potassium carbonate aqueous solution in which 1000 g of potassium carbonate was dissolved in 35 L of pure water was added to the zirconia precursor sol with stirring to obtain a mixture. The amount of potassium carbonate added at this time was 100% by mass relative to the zirconia-converted value of zirconium ions in the zirconia precursor sol. The pH after addition of potassium carbonate was 11.5.
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.

次いで、この固形物を自動乳鉢を用いて粉砕し、次いで、電気炉を用いて、大気中、550℃にて2時間、焼成(加熱)し、焼成物を得た。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥させて、比較例4の粒子を得た。
Next, the solid was pulverized using an automatic mortar, and then baked (heated) in the air at 550 ° C. for 2 hours using an electric furnace to obtain a baked product.
Next, the fired product was put into pure water, stirred to form a slurry, washed with a centrifuge, sufficiently removed the added potassium carbonate, and then dried. Obtained particles.

「比較例5」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩水溶液に、炭酸水素アンモニウム896gを純水11Lに溶解させた炭酸水素アンモニウム水溶液を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体ゾルを作製した。このジルコニア前駆体ゾルのpHは2.4であった。
次いで、このジルコニア前駆体ゾルに硝酸マグネシウム6水和物734.2gを加えて溶解させ、マグネシウムイオンを含むジルコニア前駆体ゾルを作製した。
“Comparative Example 5”
To an aqueous zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution in which 896 g of ammonium hydrogen carbonate was dissolved in 11 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor sol. The pH of this zirconia precursor sol was 2.4.
Next, 734.2 g of magnesium nitrate hexahydrate was added to this zirconia precursor sol and dissolved therein to prepare a zirconia precursor sol containing magnesium ions.

次いで、このジルコニア前駆体ゾルに炭酸カリウム1000gを35Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加え、混合物を得た。このときの炭酸カリウムの添加量は、ジルコニア前駆体ゾル中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して100質量%であった。また、炭酸カリウム添加後のpHは11.5であった。
次いで、この混合物を乾燥機を用いて、大気中、130℃にて24時間乾燥させ、固形物を得た。
Next, a potassium carbonate aqueous solution in which 1000 g of potassium carbonate was dissolved in 35 L of pure water was added to the zirconia precursor sol with stirring to obtain a mixture. The amount of potassium carbonate added at this time was 100% by mass relative to the zirconia-converted value of zirconium ions in the zirconia precursor sol. The pH after addition of potassium carbonate was 11.5.
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.

次いで、この固形物を自動乳鉢を用いて粉砕し、次いで、電気炉を用いて、大気中、380℃にて2時間、焼成(加熱)し、焼成物を得た。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥させて、比較例5の粒子を得た。
Next, the solid was pulverized using an automatic mortar, and then baked (heated) in the air at 380 ° C. for 2 hours using an electric furnace to obtain a baked product.
Next, the fired product was put into pure water, stirred to form a slurry, washed with a centrifuge, sufficiently removed the added potassium carbonate, and then dried to give Comparative Example 5 Obtained particles.

「評価」
このようにして得られた実施例1〜6各々のマグネシアまたはカルシアドープジルコニアナノ粒子及び比較例1〜4各々の粒子について、結晶子径及び粒子径を測定し、結晶相の同定を行い、着色性の評価を行った。測定方法及び評価方法は、下記のとおりである。
(1)結晶子径
粉末X線回折法(XRD)により粒子の特定の回折線のプロファイルを測定し、このプロファイルの広がりから結晶子の大きさ(結晶子径)を求めた。
(2)平均粒子径
粒子の透過型電子顕微鏡(TEM)像を撮影し、このTEM像から50個の粒子の粒子径を測定し、平均粒子径を算出した。
"Evaluation"
For each of the magnesia or calcia-doped zirconia nanoparticles obtained in Examples 1 to 6 and the particles in Comparative Examples 1 to 4 thus obtained, the crystallite diameter and the particle diameter are measured, the crystal phase is identified, and coloring is performed. Sexuality was evaluated. The measurement method and evaluation method are as follows.
(1) Crystallite size The specific diffraction line profile of the particles was measured by powder X-ray diffraction (XRD), and the crystallite size (crystallite size) was determined from the spread of the profile.
(2) Average particle diameter A transmission electron microscope (TEM) image of the particles was taken, the particle diameter of 50 particles was measured from the TEM image, and the average particle diameter was calculated.

(3)結晶相の同定
粉末X線回折法(XRD)により粒子の結晶相の同定を行った。
(4)着色性
粒子10gをメチルエチルケトン(MEK:沸点=79℃)100gに投入して懸濁液とし、この懸濁液を撹拌しながら80℃にて24時間、還流させ、その後、この懸濁液の着色度合いを目視にて観察した。
ここでは、色調に変化がなかったものを「○」、色調が変化したものを「×」とした。
(3) Identification of crystal phase The crystal phase of the particles was identified by powder X-ray diffraction (XRD).
(4) Colorability 10 g of particles are added to 100 g of methyl ethyl ketone (MEK: boiling point = 79 ° C.) to form a suspension, and the suspension is refluxed at 80 ° C. for 24 hours with stirring. The degree of coloration of the liquid was visually observed.
Here, “◯” indicates that the color tone did not change, and “X” indicates that the color tone changed.

実施例1〜6各々のマグネシアまたはカルシアドープジルコニアナノ粒子及び比較例1〜5各々の粒子の結晶子径、粒子径、結晶相及び着色性を表1に示す。
また、実施例1のマグネシアドープジルコニアナノ粒子の透過型電子顕微鏡(TEM)像を図1に示す。
Table 1 shows the crystallite diameter, particle diameter, crystal phase, and colorability of each of the magnesia or calcia-doped zirconia nanoparticles of Examples 1 to 6 and each of Comparative Examples 1 to 5.
Moreover, the transmission electron microscope (TEM) image of the magnesia dope zirconia nanoparticle of Example 1 is shown in FIG.

実施例1〜6のマグネシアまたはカルシアドープジルコニアナノ粒子では、マグネシアまたはカルシア、立方晶ジルコニア(c−ZrO)及び正方晶ジルコニア(t−ZrO)以外の回折線が認められず、結晶性に優れていることが分かった。
また、結晶子径が2nm〜10nmの範囲内であり、平均粒子径も1nm以上かつ20nm以下の範囲内であり、粒子同士の融着が無く、粒度分布もシャープであることが分かった。
In the magnesia or calcia-doped zirconia nanoparticles of Examples 1 to 6, diffraction lines other than magnesia or calcia, cubic zirconia (c-ZrO 2 ) and tetragonal zirconia (t-ZrO 2 ) are not observed, and the crystallinity I found it excellent.
Further, it was found that the crystallite diameter was in the range of 2 nm to 10 nm, the average particle diameter was in the range of 1 nm to 20 nm, the particles were not fused, and the particle size distribution was sharp.

一方、比較例1の粒子では、アルカリ土類金属酸化物を固溶させていないために表面の酸性度が高く、懸濁液も黄変しており、着色性に問題があった。
比較例2の粒子では、正方晶ジルコニア(t−ZrO)以外に単斜晶ジルコニア(m−ZrO)の回折線が認められ、これら2種類の結晶相が混在し、結晶性も低下していることが分かった。また、懸濁液も黄変しており、着色性に問題があった。
比較例3の粒子では、単斜晶ジルコニア(m−ZrO)及び正方晶ジルコニア(t−ZrO)の回折線が認められ、結晶性も低下しており、さらに、粒子同士の融着が激しく、粒子径を測定することができなかった。
比較例4の粒子では、正方晶ジルコニア(t−ZrO)及び立方晶ジルコニア(c−ZrO)以外に炭酸マグネシウム(MgCO)の回折線が認められ、これら3種類の結晶相が混在し、結晶性も低下しており、結晶子径を測定することができなかった。
比較例5の粒子では、マグネシア及びジルコニアの回折線がブロードで、半値幅も広いことから、非晶質であり、結晶化していないことが確認された。したがって、結晶子径を測定することもできなかった。
On the other hand, in the particles of Comparative Example 1, since the alkaline earth metal oxide was not dissolved, the acidity of the surface was high, the suspension was also yellowed, and there was a problem in coloring.
In the particles of Comparative Example 2, monoclinic zirconia (m-ZrO 2 ) diffraction lines are recognized in addition to tetragonal zirconia (t-ZrO 2 ), and these two types of crystal phases are mixed, resulting in a decrease in crystallinity. I found out. Also, the suspension was yellowed, and there was a problem with coloring.
In the particles of Comparative Example 3, monoclinic zirconia (m-ZrO 2 ) and tetragonal zirconia (t-ZrO 2 ) diffraction lines are observed, the crystallinity is lowered, and the particles are fused. Vigorously, the particle size could not be measured.
In the particles of Comparative Example 4, diffraction lines of magnesium carbonate (MgCO 3 ) other than tetragonal zirconia (t-ZrO 2 ) and cubic zirconia (c-ZrO 2 ) are observed, and these three kinds of crystal phases are mixed. The crystallinity was also lowered, and the crystallite diameter could not be measured.
In the particles of Comparative Example 5, since the diffraction lines of magnesia and zirconia were broad and the half width was wide, it was confirmed that the particles were amorphous and not crystallized. Therefore, the crystallite diameter could not be measured.

Claims (4)

アルカリ土類金属酸化物をジルコニアに固溶してなるナノ粒子であって、
平均粒子径が1nm以上かつ20nm以下であり、
前記アルカリ土類金属酸化物の含有率は、このアルカリ土類金属酸化物と前記ジルコニアの合計量に対して5mol%以上かつ30mol%以下であることを特徴とするアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子。
Nanoparticles formed by dissolving an alkaline earth metal oxide in zirconia,
The average particle size is 1 nm or more and 20 nm or less,
The alkaline earth metal oxide-doped zirconia is characterized in that the content of the alkaline earth metal oxide is 5 mol% or more and 30 mol% or less with respect to the total amount of the alkaline earth metal oxide and the zirconia. Nanoparticles.
前記ジルコニアは、正方晶、立方晶、正方晶及び立方晶、のうちいずれか1種であることを特徴とする請求項1記載のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子。   2. The alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles according to claim 1, wherein the zirconia is any one of tetragonal, cubic, tetragonal and cubic. ジルコニウム塩溶液に塩基性溶液を加えて前記ジルコニウム塩溶液のpHを4未満に調整する工程と、
このpHを調整した溶液にアルカリ土類金属塩溶液を加えて、このアルカリ土類金属塩をアルカリ土類金属酸化物に、前記ジルコニウム塩をジルコニアに、それぞれ換算したときの前記アルカリ土類金属酸化物の含有率が、該アルカリ土類金属酸化物と前記ジルコニアとの合計量に対して5mol%以上かつ30mol%以下の混合溶液とする工程と、
この混合溶液に炭酸アルカリ溶液を加えてpHを7以上とするとともに、沈殿物を生成させる工程と、
この沈殿物を400℃以上に加熱し、アルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子を生成する工程と、
を備えてなることを特徴とするアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子の製造方法。
Adding a basic solution to the zirconium salt solution to adjust the pH of the zirconium salt solution to less than 4,
An alkaline earth metal salt solution is added to the pH-adjusted solution, and the alkaline earth metal oxide is converted into an alkaline earth metal oxide, and the zirconium salt is converted into zirconia. A step of preparing a mixed solution having a content of 5 mol% or more and 30 mol% or less with respect to a total amount of the alkaline earth metal oxide and the zirconia;
Adding an alkali carbonate solution to the mixed solution to bring the pH to 7 or more, and generating a precipitate;
Heating the precipitate to 400 ° C. or higher to produce alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles;
A method for producing alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles, comprising:
前記加熱工程の後に、生成した前記アルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子から不純物を除去する工程を備えてなることを特徴とする請求項3記載のアルカリ土類金属酸化物ドープジルコニアナノ粒子の製造方法。   The alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles according to claim 3, further comprising a step of removing impurities from the produced alkaline earth metal oxide-doped zirconia nanoparticles after the heating step. Production method.
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