JP2012062242A - Composite oxide fine particle and optical material - Google Patents

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Nobuaki Aoki
暢章 青木
Atsushi Inoue
淳 井上
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite oxide which has greatly improved light fastness while maintaining a high refractive index and is applied for an optical material or the like, and to provide an optical material (optical lens or the like) using the same.SOLUTION: Composite oxide fine particles comprising titanium and niobium and/or tantalum have a BET equivalent particle diameter of ≤100 nm.

Description

本発明は、複合酸化物微粒子、それを用いた光学材料及び光学レンズに関する。 The present invention relates to composite oxide fine particles, an optical material using the same, and an optical lens.

エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂などの樹脂は、可視光領域において優れた透明性を有し、耐衝撃性、可撓性などの性能も優れている。 Resins such as epoxy resin, unsaturated polyester resin, silicone resin, acrylic resin, polycarbonate resin, polyester resin, olefin resin, polyurethane resin, polyether resin, polyamide resin, polyimide resin are excellent in the visible light region. And has excellent performance such as impact resistance and flexibility.

そのため、このような透明樹脂材料に高い屈折率を付与した透明光学用樹脂の開発が行われており、光学レンズ、光学プリズム、光導波路、光ファイバー、薄膜成形物、光学用接着剤、回折格子、導光板、液晶基板、光反射板、反射防止材などの高屈折光学材料への応用が期待されている。 Therefore, development of a transparent optical resin that imparts a high refractive index to such a transparent resin material has been carried out, such as optical lenses, optical prisms, optical waveguides, optical fibers, thin film moldings, optical adhesives, diffraction gratings, Application to highly refractive optical materials such as a light guide plate, a liquid crystal substrate, a light reflector, and an antireflection material is expected.

このような樹脂の高屈折率化を目的として酸化チタンなどの高屈折率金属酸化物を樹脂中に分散させ、樹脂の屈折率を調整する方法が検討されている。酸化チタンは特に屈折率が高く、透明性も高いため、他の無機酸化物微粒子に比べて少ない量で樹脂の高屈折率化が可能となる。 For the purpose of increasing the refractive index of such a resin, a method of adjusting the refractive index of the resin by dispersing a high refractive index metal oxide such as titanium oxide in the resin has been studied. Since titanium oxide has a particularly high refractive index and high transparency, it is possible to increase the refractive index of the resin in a smaller amount than other inorganic oxide fine particles.

しかしながら、樹脂に酸化チタン微粒子を分散した材料は、酸化チタンの光触媒作用により光吸収で発生した電子−ホールによる有機物分解が生じ、材料の耐光性などが低下するという欠点がある。 However, a material in which titanium oxide fine particles are dispersed in a resin has a disadvantage that the organic material is decomposed by electron-holes generated by light absorption due to the photocatalytic action of titanium oxide, and the light resistance of the material is lowered.

酸化チタン粒子を分散した材料について、特許文献1には、酸化チタンゾル粒子が(a)ケイ素の水和酸化物、(b)ケイ素の水和酸化物とスズなどの水和酸化物、又は(c)ケイ素の水和酸化物と、スズなどの水和酸化物及びアンチモンの水和酸化物で被覆された高い透明性と耐光性を有する酸化チタンゾルが提案されている。しかし、表面被覆によって酸化チタン特有の高屈折率が維持されないという懸念があり、耐光性も充分ではない。 Regarding a material in which titanium oxide particles are dispersed, Patent Document 1 discloses that titanium oxide sol particles include (a) a hydrated oxide of silicon, (b) a hydrated oxide of silicon and tin, or (c A titanium oxide sol having high transparency and light resistance, which is coated with a hydrated oxide of silicon, a hydrated oxide of tin or the like, and a hydrated oxide of antimony has been proposed. However, there is a concern that the high refractive index peculiar to titanium oxide is not maintained by the surface coating, and the light resistance is not sufficient.

国際公開第2008/129693号公報International Publication No. 2008/129693

本発明は、前記課題を解決し、高屈折率を維持しながら、耐光性を大幅に向上し、光学材料などに適用可能な複合酸化物、及びそれを用いた光学材料(光学レンズなど)を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and provides a composite oxide that can be applied to an optical material and the like, and an optical material (such as an optical lens) using the same, which significantly improves light resistance while maintaining a high refractive index. The purpose is to provide.

本発明は、BET換算粒径が100nm以下であるチタンとニオブ及び/又はタンタルとの複合酸化物微粒子に関する。 The present invention relates to composite oxide fine particles of titanium and niobium and / or tantalum having a BET equivalent particle size of 100 nm or less.

前記複合酸化物微粒子は、前記チタンと前記ニオブ及び/又は前記タンタルとの含有比率が99.9/0.1〜0.1/99.9であることが好ましく、99.9/0.1〜70/30であることがより好ましく、99.9/0.1〜90/10であることが更に好ましい。
また、前記複合酸化物微粒子は、燃焼法で製造したものが好ましい。
In the composite oxide fine particles, the content ratio of the titanium and the niobium and / or the tantalum is preferably 99.9 / 0.1 to 0.1 / 99.9, and 99.9 / 0.1 More preferably, it is -70/30, and it is still more preferable that it is 99.9 / 0.1-90 / 10.
Further, the composite oxide fine particles are preferably manufactured by a combustion method.

本発明は、有機チタン化合物溶液と有機ニオブ化合物溶液及び/又は有機タンタル化合物溶液とを酸化性物質の存在下に噴霧し、気相中で燃焼させる工程A、及び冷却工程Bを含む前記複合酸化物微粒子の製造方法に関する。 The present invention provides the composite oxidation comprising a step A in which an organic titanium compound solution, an organic niobium compound solution and / or an organic tantalum compound solution are sprayed in the presence of an oxidizing substance and burned in a gas phase, and a cooling step B. The present invention relates to a method for producing fine particles.

前記製造方法において、窒素雰囲気下に設置された前記有機チタン化合物溶液と前記有機ニオブ化合物溶液及び/又は前記有機タンタル化合物溶液とを、前記工程Aの燃焼場に送液することが好ましい。 In the manufacturing method, it is preferable that the organic titanium compound solution, the organic niobium compound solution, and / or the organic tantalum compound solution installed in a nitrogen atmosphere are sent to the combustion field of the step A.

本発明は、前記複合酸化物微粒子及び硬化性樹脂を含む光学材料に関する。ここで、前記硬化性樹脂がエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エステル系樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、シリコーンアクリレート系樹脂、エポキシアクリレート系樹脂、エステルアクリレート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂及びフェノール系樹脂からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
本発明はまた、前記光学材料をコーティングして形成された高屈折率層を有する光学レンズに関する。
The present invention relates to an optical material containing the composite oxide fine particles and a curable resin. Here, the curable resin is an epoxy resin, silicone resin, acrylic resin, urethane resin, ester resin, urethane acrylate resin, silicone acrylate resin, epoxy acrylate resin, ester acrylate resin, polyamide resin. It is preferably at least one selected from the group consisting of a resin, a polyimide resin, a polycarbonate resin, and a phenol resin.
The present invention also relates to an optical lens having a high refractive index layer formed by coating the optical material.

本発明によれば、BET換算粒径100nm以下のチタンとニオブ及び/又はタンタルとの複合酸化物微粒子であるので、光学材料などにおいて高屈折率を維持しながら、耐光性を大幅に向上し、また、優れた透明性を得ることもできる。 According to the present invention, since it is a composite oxide fine particle of titanium and niobium and / or tantalum having a BET equivalent particle size of 100 nm or less, light resistance is greatly improved while maintaining a high refractive index in an optical material or the like, Also, excellent transparency can be obtained.

実施例3で作製したTi0.90Nb0.10ナノ粒子のX線回折図である。4 is an X-ray diffraction pattern of Ti 0.90 Nb 0.10 O 2 nanoparticles prepared in Example 3. FIG.

本発明は、BET換算粒径が100nm以下であるチタンとニオブ及び/又はタンタルとの複合酸化物微粒子である。例えば、酸化チタン表面をケイ素化合物などで被覆した複合粒子の場合、被覆により、光触媒作用が抑制されて耐光性の改善がみられる一方、酸化チタン特有の高屈折率を維持することは難しい。これに対し、本発明ではTiO結晶中にNbが固溶したTiとNb及び/又はTaとの複合酸化物ナノ粒子(TiOの結晶構造の中にNb及び/又はTaが入り込んでいるが、元の結晶構造の形を保って固体状態で混じり合っている状態の複合酸化物ナノ粒子)とすることにより、耐光性を大幅に改善でき、また、固溶させた複合酸化物粒子であるので、酸化チタン特有の高屈折率も維持できる。更に、樹脂などに分散させた複合材料においてナノ粒子状態を維持させることにより、該材料に透明性、耐光性を維持しつつ高屈折率を付与できる。従って、例えば、本発明の複合酸化物微粒子を硬化性樹脂中に分散させた光学材料において、高い屈折率、耐光性、透明性を同時に得ることができる。 The present invention is a composite oxide fine particle of titanium and niobium and / or tantalum having a BET equivalent particle size of 100 nm or less. For example, in the case of composite particles in which the surface of titanium oxide is coated with a silicon compound or the like, the photocatalytic action is suppressed and the light resistance is improved by the coating, but it is difficult to maintain the high refractive index peculiar to titanium oxide. In contrast, in the present invention it intrudes is Nb and / or Ta in the composite oxide nanoparticles (of TiO 2 crystal structure of Ti and Nb and / or Ta to Nb is dissolved in the TiO 2 crystal The composite oxide nanoparticles in a solid state that maintain the original crystal structure shape) can greatly improve light resistance, and are solid oxide composite oxide particles. Therefore, the high refractive index peculiar to titanium oxide can also be maintained. Furthermore, by maintaining the nanoparticle state in the composite material dispersed in a resin or the like, a high refractive index can be imparted to the material while maintaining transparency and light resistance. Therefore, for example, in an optical material in which the composite oxide fine particles of the present invention are dispersed in a curable resin, a high refractive index, light resistance, and transparency can be simultaneously obtained.

本発明の複合酸化物微粒子は、BET換算粒径が100nm以下、好ましくは5〜90nm、より好ましくは5〜50nmである。100nm以下にすることで、高い透明性が得られ、また、高い屈折率や耐光性も得られる。なお、本発明では、複合酸化物微粒子のBET換算粒径は、日本ベル製比表面積測定装置BELSORP mini IIによって測定される。 The composite oxide fine particles of the present invention have a BET equivalent particle size of 100 nm or less, preferably 5 to 90 nm, more preferably 5 to 50 nm. By setting it to 100 nm or less, high transparency can be obtained, and high refractive index and light resistance can also be obtained. In the present invention, the BET equivalent particle size of the composite oxide fine particles is measured by a specific surface area measuring device BELSORP mini II manufactured by Nippon Bell.

上記複合酸化物微粒子において、チタンとニオブ及び/又はタンタルとの含有比率(Ti量/NbとTaの総量(モル比))は、好ましくは99.9/0.1〜0.1/99.9、より好ましくは99.9/0.1〜70/30、更に好ましくは99.9/0.1〜90/10である。上記範囲内の比率に調整することで、酸化チタン特有の高い屈折率を維持しながら、耐光性を大幅に改善できる。 In the composite oxide fine particles, the content ratio of titanium and niobium and / or tantalum (Ti amount / total amount of Nb and Ta (molar ratio)) is preferably 99.9 / 0.1 to 0.1 / 99. 9, more preferably 99.9 / 0.1 to 70/30, still more preferably 99.9 / 0.1 to 90/10. By adjusting the ratio within the above range, light resistance can be greatly improved while maintaining a high refractive index peculiar to titanium oxide.

本発明の複合酸化物微粒子の製造方法は、上記BET換算粒径を有する複合酸化物を調製できるのであれば特に制限はないが、例えば、気相法の1種の燃焼法により好適に製造できる。燃焼法を用いると、多元酸化物の製造が容易である点、粉体採取が可能であるため粒子表面の不純物が少なく、精密材料用途に適する点、ドープ品の作製が容易である点、生産性が高い点、原料となる有機金属溶液を乾燥した窒素雰囲気下にセットし、空気中にさらさない環境で粒子を製造すると、加水分解が抑えられるため、安価な原料を使用できる点、などの利点がある。 The method for producing the composite oxide fine particles of the present invention is not particularly limited as long as the composite oxide having the BET equivalent particle diameter can be prepared. For example, the composite oxide fine particles can be suitably produced by one kind of combustion method of the gas phase method. . Use of the combustion method makes it easy to produce multi-element oxides, enables powder sampling, has few impurities on the particle surface, is suitable for precision material applications, is easy to produce dope products, and is produced It is possible to use inexpensive raw materials because the hydrolysis is suppressed when the organic metal solution used as the raw material is set in a dry nitrogen atmosphere and particles are produced in an environment that is not exposed to the air. There are advantages.

また、ナノ粒子を光学材料用途に応用する場合、ナノ粒子−樹脂複合材料の透明性や他の光学特性を損なわないことが要求され、透明性についてはナノ粒子の粒径とポリマー中でのナノ粒子の分散性が影響し、粒径が大きい場合や分散性が悪い場合には透明性が低下してしまう。これに対し、燃焼法により得られた本発明の複合酸化物微粒子はナノ粒子であり、また複合材料中でもナノ粒子の状態を維持できるため、複合材料に適用しても高い透明性が得られる。 In addition, when applying nanoparticles to optical material applications, it is required that the transparency and other optical properties of the nanoparticle-resin composite material are not impaired. When the particle size is large or the dispersibility is poor, the transparency is lowered. On the other hand, the composite oxide fine particles of the present invention obtained by the combustion method are nanoparticles, and since the state of the nanoparticles can be maintained even in the composite material, high transparency can be obtained even when applied to the composite material.

燃焼法による製造方法としては、例えば、有機チタン化合物溶液と有機ニオブ化合物溶液及び/又は有機タンタル化合物溶液とを酸化性物質の存在下に噴霧し、気相中で燃焼させる工程A、及び冷却工程Bを含む方法が挙げられる。工程A及びBを順次経ることにより、TiとNb及び/又はTaとの複合酸化物のナノ粒子を好適に製造できる。
なお、上記製造方法において、窒素雰囲気下に設置された有機チタン化合物溶液と有機ニオブ化合物溶液及び/又は有機タンタル化合物溶液とを、工程Aの燃焼場(酸化反応場)に送液することが好ましい。これにより、加水分解が抑えられるため、安価な原料を使用できる。
As a manufacturing method by a combustion method, for example, an organic titanium compound solution and an organic niobium compound solution and / or an organic tantalum compound solution are sprayed in the presence of an oxidizing substance and burned in a gas phase, and a cooling step The method containing B is mentioned. By sequentially performing steps A and B, composite oxide nanoparticles of Ti and Nb and / or Ta can be suitably produced.
In the above production method, the organic titanium compound solution, the organic niobium compound solution and / or the organic tantalum compound solution installed in a nitrogen atmosphere are preferably sent to the combustion field (oxidation reaction field) in step A. . Thereby, since hydrolysis is suppressed, an inexpensive raw material can be used.

(工程A)
工程Aで使用される有機チタン化合物溶液、有機ニオブ化合物溶液、有機タンタル化合物溶液において、有機金属化合物(有機チタン化合物、有機ニオブ化合物、有機タンタル化合物)としては、少なくとも各金属(Ti,Nb,Ta)、炭素及び水素原子を含む化合物を使用でき、例えば、各金属アルコキシド(金属のメトキシド、エトキシド、n−プロポキシド、i−プロポキシド、n−ブトキシド、sec−ブトキシド、tert−ブトキシド、t−アミロキシドなど)が挙げられる。具体的には、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラプロポキシド、チタンテトラブトキシドなどのチタンアルコキシド;ニオブペンタメトキシド、ニオブペンタエトキシド、ニオブペンタプロポキシド、ニオブペンタブトキシドなどのニオブアルコキシド;タンタルペンタメトキシド、タンタルペンタエトキシド、タンタルペンタプロポキシド、タンタルペンタブトキシドなどのタンタルアルコキシドが挙げられる。なお、各金属アルコキシドを使用する場合、金属アルコキシドが容易に加水分解する場合があるので、金属アルコキシドを有機溶媒の溶液として安定化させて使用することが好ましい。
(Process A)
In the organic titanium compound solution, organic niobium compound solution, and organic tantalum compound solution used in step A, at least each metal (Ti, Nb, Ta) is used as the organic metal compound (organic titanium compound, organic niobium compound, organic tantalum compound). ), Compounds containing carbon and hydrogen atoms can be used, for example, each metal alkoxide (metal methoxide, ethoxide, n-propoxide, i-propoxide, n-butoxide, sec-butoxide, tert-butoxide, t-amyloxide Etc.). Specifically, titanium alkoxides such as titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetrapropoxide, and titanium tetrabutoxide; niobium alkoxides such as niobium pentamethoxide, niobium pentaethoxide, niobium pentapropoxide, and niobium pentaboxide Tantalum alkoxides such as tantalum pentamethoxide, tantalum pentaethoxide, tantalum pentapropoxide, and tantalum pentaboxide. In addition, when using each metal alkoxide, since a metal alkoxide may hydrolyze easily, it is preferable to use metal alkoxide stabilized as a solution of an organic solvent.

上記有機金属化合物溶液の溶媒(希釈溶剤)としては、ミネラルスピリット、ミネラルシンナー、ペトロリウムスピリット、ホワイトスピリット、ミネラルターペン、灯油(ケロシン)、n−ヘキサン、ヘキサン酸、2−エチルヘキサン酸、シクロヘキサン、イソヘプタン、エタノール、メタノール、1−プロパノール、酢酸、1−ペンタノール、吉草酸、トルエン、イソプロピルアルコール、n−プロピルアルコール、イソブチルアルコール、n−ブチルアルコール、ベンゼン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキサイド、ジメチルホルムアミド、メチルシクロヘキサン、ジオキサン、アセトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルイソブチリルケトン、ジエチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、アセチルアセトン、ジイソブチリルメタン、ジピバロイルメタン、オクチル酸、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどが挙げられる。これらの溶媒は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、溶液の濃度は特に限定されない。 As a solvent (dilution solvent) of the organometallic compound solution, mineral spirit, mineral thinner, petroleum spirit, white spirit, mineral turpentine, kerosene, n-hexane, hexanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, cyclohexane, Isoheptane, ethanol, methanol, 1-propanol, acetic acid, 1-pentanol, valeric acid, toluene, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, isobutyl alcohol, n-butyl alcohol, benzene, xylene, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, dimethyl Formamide, methylcyclohexane, dioxane, acetone, ethyl acetate, butyl acetate, methyl isobutyryl ketone, diethyl ether, t-butyl methyl ether, acetylacetone, di Sobuchirirumetan, dipivaloylmethane, octyl acid, and propylene glycol monomethyl ether. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Further, the concentration of the solution is not particularly limited.

工程Aで用いられる酸化性物質としては、有機金属化合物を燃焼(酸化)する性質を持つものであれば特に限定されず、酸素、酸素と他の気体(例えば、窒素、アルゴンなど不活性ガスと酸素を任意の割合で混合した混合ガス)、空気、水、亜酸化窒素などが挙げられる。これらの酸化性物質は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The oxidizing substance used in step A is not particularly limited as long as it has the property of burning (oxidizing) an organometallic compound, and oxygen, oxygen and other gases (for example, inert gas such as nitrogen and argon) Mixed gas in which oxygen is mixed in an arbitrary ratio), air, water, nitrous oxide, and the like. These oxidizing substances may be used alone or in combination of two or more.

工程Aにおいて、噴霧方法(スプレー方法)としては、二流体ノズル、超音波ノズル、ピエゾ式ノズル、サーマルヘッド式ノズル、静電噴霧ノズルなど、従来公知のものが利用できる。噴霧の条件は特に制限はなく、目的に応じてその噴霧量、噴霧する霧粒子の大きさ、噴霧時間などを適宜選択でき、ノズル種(口径d・孔数・パターン)、入力圧力(リキッド・エアー)なども適宜選択できる。 In the process A, as a spraying method (spraying method), conventionally known methods such as a two-fluid nozzle, an ultrasonic nozzle, a piezo nozzle, a thermal head nozzle, and an electrostatic spray nozzle can be used. The spraying conditions are not particularly limited, and the spraying amount, the size of the sprayed mist particles, the spraying time, etc. can be appropriately selected according to the purpose, and the nozzle type (caliber d, number of holes, pattern), input pressure (liquid / liquid) Air) and the like can be selected as appropriate.

工程Aにおける気相中の燃焼反応(酸化反応)では、有機金属化合物溶液を高温雰囲気の反応空間に噴出し気化させるとともに、該反応空間に噴出した酸化性物質により、該有機金属化合物が燃焼する(酸化される)。反応条件は、有機金属酸化物の酸化(燃焼)が進行する範囲であれば特に制限はない。また、有機金属化合物溶液と酸化性物質は燃焼前に混合してもよいし、有機金属化合物溶液を該化合物の分解温度以上に加熱した後に酸化性物質中に放出して、酸化性物質と混合しながら燃焼してもよい。 In the combustion reaction (oxidation reaction) in the gas phase in the process A, the organometallic compound solution is ejected and vaporized into the reaction space of the high-temperature atmosphere, and the organometallic compound is combusted by the oxidizing substance ejected into the reaction space. (Oxidized). The reaction conditions are not particularly limited as long as the oxidation (combustion) of the organometallic oxide proceeds. The organometallic compound solution and the oxidizing substance may be mixed before combustion, or the organometallic compound solution is heated to a temperature higher than the decomposition temperature of the compound and then released into the oxidizing substance to be mixed with the oxidizing substance. You may burn while.

有機金属化合物と酸化性物質の混合は、完全混合状態になるような条件で混合するのが望ましい。混合が不十分であると、得られる複合酸化物微粒子の組成が不均一になるおそれがある。また、混合が不十分で有機金属化合物が完全に燃焼(酸化)しない場合は、未反応物の残存や反応時間の長時間化による微粒子の融着などにより、品質や粒径が安定せず、粒子径も大きくなるおそれがある。 It is desirable to mix the organometallic compound and the oxidizing substance under conditions such that the mixed state is complete. If the mixing is insufficient, the composition of the obtained composite oxide fine particles may be non-uniform. In addition, when mixing is insufficient and the organometallic compound does not completely burn (oxidize), the quality and particle size are not stabilized due to the remaining of unreacted substances and the fusion of fine particles due to the longer reaction time. The particle size may also increase.

酸化性物質の使用量は、有機金属化合物を完全燃焼(完全酸化)する酸素量の0.5〜40倍モルが好ましく、1〜30倍モルがより好ましく、1〜20倍モルが更に好ましい。0.5倍モル未満であると、微粒子が凝集するおそれがある。40倍モルを超えると、燃焼(酸化)反応が不安定になるおそれがある。また、酸化性物質に冷却用のガスの役割を担わせる場合や装置が大型の場合はこの限りではない。 The amount of the oxidizing substance used is preferably 0.5 to 40 times mol, more preferably 1 to 30 times mol, and still more preferably 1 to 20 times mol of the amount of oxygen for complete combustion (complete oxidation) of the organometallic compound. If it is less than 0.5 times mol, fine particles may aggregate. If it exceeds 40 moles, the combustion (oxidation) reaction may become unstable. Further, this is not the case when the oxidizing substance plays the role of a cooling gas or when the apparatus is large.

工程Aの燃焼温度(酸化反応温度)は、好ましくは400℃以上、特に好ましくは500〜10,000℃の範囲である。400℃未満であると、未反応原料が残存するおそれがある。また、燃焼温度が高すぎると、生成粒子径の巨大化、装置材質の劣化、不純物の混入などの問題が生じるおそれがある。反応時間は燃焼(酸化)が進行し、所望の微粒子が生成する範囲で適宜調整すればよい。 The combustion temperature (oxidation reaction temperature) in step A is preferably 400 ° C. or higher, particularly preferably in the range of 500 to 10,000 ° C. If it is lower than 400 ° C, unreacted raw materials may remain. Further, if the combustion temperature is too high, problems such as enlarging the generated particle diameter, deterioration of the material of the apparatus, and mixing of impurities may occur. The reaction time may be appropriately adjusted within a range in which combustion (oxidation) proceeds and desired fine particles are generated.

高温雰囲気の反応空間を作り出す熱源(加熱手段)として、プラズマ発生装置を好適に使用でき、例えば、放電用のガス(アルゴンガス、及びこれとヘリウムガス、水素ガス、窒素ガスの混合ガスなど)が供給される装置を使用できる。供給するガスの組成の変更により、プラズマの温度をコントロールできる。また、他に燃焼バーナ、高周波加熱装置、赤外線加熱装置、電気ヒータ、熱媒加熱装置なども加熱手段として使用でき、燃焼反応を進行させることができる。 As a heat source (heating means) for creating a reaction space in a high temperature atmosphere, a plasma generator can be suitably used. For example, a discharge gas (argon gas and a mixed gas of helium gas, hydrogen gas, nitrogen gas, etc.) is used. You can use the equipment supplied. The plasma temperature can be controlled by changing the composition of the supplied gas. In addition, a combustion burner, a high-frequency heating device, an infrared heating device, an electric heater, a heating medium heating device, or the like can also be used as a heating means, and the combustion reaction can proceed.

(工程B)
続いて、工程Aにより生成した微粒子に対し、冷却工程が行われる。冷却工程は公知の間接冷却手段、直接冷却手段などの冷却手段により実施できる。上記間接冷却手段としては、冷媒(水など)用のジャケットを配置して反応容器外部から冷却する冷媒冷却装置、上記直接冷却手段としては、冷却用のガス(酸素ガスなど)を反応容器の内部に吹き込む冷却用ガス吹付け装置、液体(水など)を反応容器の内部に噴霧する冷却用液体噴霧装置が挙げられる。
(Process B)
Subsequently, a cooling process is performed on the fine particles generated in the process A. The cooling step can be performed by a cooling means such as a known indirect cooling means or direct cooling means. As the indirect cooling means, a refrigerant cooling device for disposing a jacket for refrigerant (water, etc.) and cooling from the outside of the reaction vessel, and as the direct cooling means, cooling gas (oxygen gas, etc.) is provided inside the reaction vessel. And a cooling gas spraying device for spraying a liquid (such as water) into the reaction vessel.

上記複合酸化物微粒子の製造方法として、具体的には瞬間気相生成法(Flash Creation Method(FCM))を用いた方法が挙げられる。FCMは、プラズマなどの高エネルギー化で気化した原料(有機金属化合物溶液)と冷却ガスを含む反応ガスとを高温雰囲気の反応空間に流入させ、熱処理により、燃焼反応(酸化反応)を進行させ、粒子を生成させるとともに、生成粒子を瞬間的に冷却して微粒子(ナノ粒子)を製造する方法である。 A specific example of the method for producing the composite oxide fine particles is a method using a flash vapor deposition method (FCM). In FCM, a raw material (organic metal compound solution) vaporized with high energy such as plasma and a reaction gas containing a cooling gas are allowed to flow into a reaction space in a high temperature atmosphere, and a combustion reaction (oxidation reaction) proceeds by heat treatment. In this method, particles are produced and the produced particles are instantaneously cooled to produce fine particles (nanoparticles).

瞬間気相生成法による複合酸化物微粒子の製造は、例えば、ホソカワミクロン製のFCM装置(FCM−MINIなど)を用いて実施できる。具体的には、FCM装置を用いて、有機金属化合物の溶液と酸化性物質との混合物を、管状電気炉等の燃焼装置に定量的に供給(スプレー法など)し、該混合物が燃焼装置内で加熱され、気体状となり、該気体状の混合物が燃焼すること、などにより複合酸化物微粒子が生成する。生成した複合酸化物微粒子は、捕集器などで捕集される。FCM装置としては、特開2005−218937号公報、特開2008−208195号公報に記載されているものなどが挙げられる。 The production of composite oxide fine particles by the instantaneous gas phase generation method can be performed using, for example, an FCM apparatus (FCM-MINI or the like) manufactured by Hosokawa Micron. Specifically, an FCM apparatus is used to quantitatively supply a mixture of an organometallic compound solution and an oxidizing substance to a combustion apparatus such as a tubular electric furnace (spray method or the like), and the mixture is contained in the combustion apparatus. The composite oxide fine particles are generated by being heated to become gaseous, and the gaseous mixture burns. The produced complex oxide fine particles are collected by a collector or the like. Examples of the FCM device include those described in JP-A-2005-218937 and JP-A-2008-208195.

本発明の複合酸化物微粒子は各種用途への応用が期待できるが、なかでも、光学材料に好適に使用できる。光学材料としては、例えば、上記複合酸化物微粒子及び硬化性樹脂(硬化性官能基を有する樹脂)を含むものが挙げられる。複合酸化物微粒子の配合量は、硬化性樹脂100質量部に対して、複合酸化物微粒子10〜900質量部が好ましく、40〜250質量部がより好ましい。900質量部を超えると、硬化不良膜となり、10質量部未満であれば、屈折率低下となる傾向がある。 The composite oxide fine particles of the present invention can be expected to be applied to various applications, and among them, can be suitably used for optical materials. Examples of the optical material include those containing the composite oxide fine particles and a curable resin (a resin having a curable functional group). The compounding amount of the composite oxide fine particles is preferably 10 to 900 parts by weight, and more preferably 40 to 250 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the curable resin. If it exceeds 900 parts by mass, it becomes a poorly cured film, and if it is less than 10 parts by mass, the refractive index tends to decrease.

光学材料に適用した場合の材料の屈折率は、とくに限定されないが1.60以上であることが好ましく、1.65以上であることがより好ましい。 The refractive index of the material when applied to an optical material is not particularly limited, but is preferably 1.60 or more, and more preferably 1.65 or more.

硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂などがあり、具体的には、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系、ウレタン系、エステル系、ウレタンアクリレート系、シリコーンアクリレート系、エポキシアクリレート系、エステルアクリレート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリカーボネート系、フェノール系などの樹脂が挙げられる。 Examples of the curable resin include a thermosetting resin and a photo-curable resin. Specifically, epoxy-based, silicone-based, acrylic-based, urethane-based, ester-based, urethane acrylate-based, silicone acrylate-based, epoxy acrylate-based resins. , Ester acrylate-based, polyamide-based, polyimide-based, polycarbonate-based and phenol-based resins.

エポキシ系樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂などを用いることができる。 Examples of the epoxy resins include bisphenol type epoxy resins such as bisphenol A type epoxy resins and bisphenol F type epoxy resins, phenol novolac type epoxy resins, cresol novolac type epoxy resins, glycidyl ether type epoxy resins, glycidyl amine type epoxy resins, Use naphthalene type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, stilbene type epoxy resin, triphenolmethane type epoxy resin, phenol aralkyl type epoxy resin, naphthol type epoxy resin, dicyclopentadiene type epoxy resin, triphenylmethane type epoxy resin, etc. Can do.

シリコーン系樹脂としては、縮合反応系、付加反応系、ラジカル反応系、紫外線又は電子線硬化系のものなどが挙げられる。上記縮合反応系のシリコーン樹脂としては、末端OH基を持つポリジメチルシロキサンと末端に−H基をもつポリジメチルシロキサンを有機錫触媒を用いて縮合反応させ、3次元架橋構造をつくるものが挙げられる。付加反応系のシリコーン樹脂としては、末端にビニル基を導入したポリジメチルシロキサンとヒドロキシポリジメチルシロキサンを白金触媒を用い付加反応させ、3次元架橋構造をつくるものが挙げられる。紫外線硬化系のシリコーン樹脂としては、例えば、シリコーンゴム架橋と同じラジカル反応を利用するもの、アクリル基を導入して光硬化させるもの等が挙げられる。 Examples of the silicone resin include those of condensation reaction system, addition reaction system, radical reaction system, ultraviolet ray or electron beam curing system. Examples of the silicone resin of the above condensation reaction system include those in which a polydimethylsiloxane having a terminal OH group and a polydimethylsiloxane having a -H group at the terminal are subjected to a condensation reaction using an organotin catalyst to form a three-dimensional crosslinked structure. . Examples of the addition reaction type silicone resin include those in which a polydimethylsiloxane having a vinyl group introduced at its terminal and hydroxypolydimethylsiloxane are subjected to an addition reaction using a platinum catalyst to form a three-dimensional crosslinked structure. Examples of the ultraviolet curable silicone resin include those that use the same radical reaction as that of silicone rubber crosslinking, and those that are photocured by introducing an acrylic group.

アクリル系樹脂としては、従来公知のものを使用でき、例えば、ポリオールアクリレート系樹脂などを好適に使用できる。ポリオールアクリレート系樹脂としては、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、エチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート等の樹脂を挙げることができる。これらの樹脂には従来から公知の光反応開始剤及び/又は光増感剤が添加され得る。 A conventionally well-known thing can be used as acrylic resin, For example, a polyol acrylate resin etc. can be used conveniently. Examples of polyol acrylate resins include trimethylolpropane triacrylate, ditrimethylolpropane tetraacrylate, pentaerythritol triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, dipentaerythritol pentaacrylate, dipentaerythritol hexaacrylate, and alkyl-modified dipentaerythritol pentaacrylate. And resins such as ethylene glycol (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, and glycerin tri (meth) acrylate. Conventionally known photoreaction initiators and / or photosensitizers can be added to these resins.

ウレタン系樹脂としては、ジイソシアネート化合物と、ポリエーテルジオール類、ポリエステルジオール類、ポリカーボネートジオール類などのジオール化合物とを反応して得られる各種ウレタン樹脂(エステル系ウレタン樹脂、エーテル系ウレタン樹脂、カーボネート系ウレタン樹脂など)などが挙げられる。 Urethane resins include various urethane resins (ester urethane resins, ether urethane resins, carbonate urethanes) obtained by reacting diisocyanate compounds with diol compounds such as polyether diols, polyester diols, and polycarbonate diols. Resin, etc.).

エステル系樹脂としては、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のホモポリエステルの他、ポリエチレンテレフタレート・イソフタレート、ポリエチレンテレフタレート・セバケート、ポリエチレンテレフタレート・アジペート、ポリテトラメチレンテレフタレート・イソフタレート、その他のコポリエステル等を挙げることができる。 Specific examples of ester resins include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and other homopolyesters, polyethylene terephthalate / isophthalate, polyethylene terephthalate / sebacate, polyethylene terephthalate / adipate, polytetramethylene terephthalate / isophthalate, and others. Examples include copolyester.

ウレタンアクリレート系樹脂としては、例えば、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、アクリルポリオール、エポキシポリオール、ポリブタジエンポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ウレタンポリオール等のポリオール樹脂と、ヘキサメチレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等のイソシアネートモノマー又はプレポリマーとを反応させて得られた生成物に、更に2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート等の水酸基を有するアクリレート系モノマーを反応させて得られたものを挙げることができる。 Examples of urethane acrylate resins include polyol resins such as polyester polyol, polyether polyol, acrylic polyol, epoxy polyol, polybutadiene polyol, polycaprolactone polyol, and urethane polyol, and hexamethylene diisocyanate, xylylene diisocyanate, toluene diisocyanate, and isophorone diisocyanate. It is obtained by reacting a product obtained by reacting an isocyanate monomer or prepolymer such as 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl acrylate and the like with an acrylate monomer having a hydroxyl group. Can be mentioned.

シリコーンアクリレート系樹脂としては、例えば、アクリレート化合物とアルコキシ基含有シラン化合物との反応生成物が挙げられる。ここで、アクリレート化合物としては、アクリロキシ基及びメタクリロキシ基から選ばれる官能基を2個以上含むモノマー又はポリマーがあり、具体的には、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、ポリ(ブタンジオール)ジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレートなどが挙げられる。また、アルコキシ基含有シラン化合物としては、モノメトキシトリメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、トリメトキシメチルシラン、モノエトキシトリエチルシラン、ジエトキシジエチルシラン、トリエトキシエチルシラン、モノプロポキシトリプロポキシシラン、ジプロポキシジプロピルシランなどが挙げられる。 Examples of the silicone acrylate resin include a reaction product of an acrylate compound and an alkoxy group-containing silane compound. Here, as the acrylate compound, there is a monomer or polymer containing two or more functional groups selected from acryloxy group and methacryloxy group. Specifically, 1,6-hexanediol diacrylate, 1,4-butanedioldi Acrylate, ethylene glycol diacrylate, diethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, tripropylene glycol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, 1,4-butanediol dimethacrylate, poly (butanediol) diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate Examples include methacrylate, 1,3-butylene glycol diacrylate, and triethylene glycol diacrylate. Examples of alkoxy group-containing silane compounds include monomethoxytrimethylsilane, dimethoxydimethylsilane, trimethoxymethylsilane, monoethoxytriethylsilane, diethoxydiethylsilane, triethoxyethylsilane, monopropoxytripropoxysilane, and dipropoxydipropylsilane. Etc.

エポキシアクリレート系樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂に(メタ)アクリル酸を反応させたものが挙げられる。具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂に(メタ)アクリル酸を反応させたビスフェノールA型エポキシ(メタ)アクリレート、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂に(メタ)アクリル酸を反応させたクレゾールノボラック型エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、グリセロールポリグリシジルエーテルに(メタ)アクリル酸を反応させたグリセロール型エポキシ(メタ)アクリレート樹脂等が挙げられる。 Examples of the epoxy acrylate resins include those obtained by reacting an epoxy resin with (meth) acrylic acid. Specifically, a bisphenol A type epoxy (meth) acrylate obtained by reacting a bisphenol A type epoxy resin with (meth) acrylic acid, and a cresol novolac type epoxy obtained by reacting a cresol novolac type epoxy resin with (meth) acrylic acid (meth ) Acrylate resin, and glycerol type epoxy (meth) acrylate resin obtained by reacting glycerol polyglycidyl ether with (meth) acrylic acid.

エステルアクリレート系樹脂としては、例えば、ポリエステルポリオールに2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート等の水酸基を有するアクリレート系のモノマーを反応させて得たものなどが挙げられる。 Examples of ester acrylate resins include those obtained by reacting polyester polyols with acrylate monomers having a hydroxyl group such as 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, and the like.

ポリアミド系樹脂としては、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド46、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミドMXD6、ポリアミド6T系共重合体、ポリアミド9T、ポリアミド612やこれらの共重合体などが挙げられる。 Examples of the polyamide resin include polyamide 6, polyamide 66, polyamide 46, polyamide 11, polyamide 12, polyamide MXD6, polyamide 6T copolymer, polyamide 9T, polyamide 612, and copolymers thereof.

ポリイミド系樹脂としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリイミドエステル、ポリエーテルイミド、ポリシロキサンイミド等の構造中にイミド基を有するポリマーなどが挙げられる。 Examples of the polyimide resin include polymers having an imide group in the structure such as polyimide, polyamideimide, polybenzimidazole, polyimide ester, polyetherimide, polysiloxaneimide, and the like.

ポリカーボネート系樹脂としては、ビスフェノールA型ポリカーボネート樹脂などのビスフェノール類をベースとする芳香族ポリカーボネート、ジエチレングリコールビスアリルカーボネートなどの脂肪族ポリカーボネートなどが挙げられる。 Examples of the polycarbonate-based resin include aromatic polycarbonates based on bisphenols such as bisphenol A-type polycarbonate resins, and aliphatic polycarbonates such as diethylene glycol bisallyl carbonate.

フェノール系樹脂としては、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、レゾール型キシレン樹脂などを挙げることができる。具体的には、アルキル化(メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル)フェノール、p−tert−アミルフェノール、4,4′−sec−ブチリデンフェノール、p−tert−ブチルフェノール、o−,m−又はp−クレゾール、p−シクロヘキシルフェノール、4,4′−イソプロピリデンフェノール、p−ノニルフェノール、p−オクチルフェノール、3−ペンタデシルフェノール、フェノール、フェニル−o−クレゾール、p−フェニルフェノール、キシレノールなどのホルムアルデヒド縮合物が挙げられる。 Examples of phenolic resins include novolac type phenolic resins, resol type phenolic resins, and resol type xylene resins. Specifically, alkylated (methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl) phenol, p-tert-amylphenol, 4,4′-sec-butylidenephenol, p-tert-butylphenol, o-, m- or Formaldehyde condensation such as p-cresol, p-cyclohexylphenol, 4,4'-isopropylidenephenol, p-nonylphenol, p-octylphenol, 3-pentadecylphenol, phenol, phenyl-o-cresol, p-phenylphenol, xylenol Things.

上記複合酸化物微粒子を用いた光学材料用途としては、光学レンズ(メガネレンズ、フレネルレンズ、CD、DVDなどの情報記録機器のピックアップレンズ、デジタルカメラなどの撮影機器用レンズなど)、光学プリズム、光導波路、光ファイバー、薄膜成形物、光学用接着剤、回折格子、導光板、液晶基板、光反射板、反射防止材などの高屈折率光学部材などが挙げられる。具体的には、上記光学材料をコーティングして形成した高屈折率層を有する光学レンズとして好適に使用できる。また、各種ディスプレイ材料、イメージセンサ、発光ダイオードなどの光半導体素子などの用途にも使用できる。 Optical material applications using the composite oxide fine particles include optical lenses (glass lenses, Fresnel lenses, pick-up lenses for information recording equipment such as CDs and DVDs, lenses for photographing equipment such as digital cameras), optical prisms, and light guides. Examples thereof include a high refractive index optical member such as a waveguide, an optical fiber, a thin film molding, an optical adhesive, a diffraction grating, a light guide plate, a liquid crystal substrate, a light reflection plate, and an antireflection material. Specifically, it can be suitably used as an optical lens having a high refractive index layer formed by coating the optical material. It can also be used for various display materials, image sensors, and optical semiconductor elements such as light emitting diodes.

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の実施例では、ホソカワミクロン製のFCM−MINIを用いて複合酸化物微粒子を作製した。また、BET換算粒径は、日本ベル製比表面積測定装置BELSORP mini IIを用いて測定したBET比表面積から算出した値である。 The present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following examples, composite oxide fine particles were produced using FCM-MINI manufactured by Hosokawa Micron. Further, the BET equivalent particle diameter is a value calculated from a BET specific surface area measured using a Nippon Bell specific surface area measuring device BELSORP mini II.

(実施例1)
チタンテトラ−2−エチルヘキソキシド9.9gとニオブエトキシド5.6gの混合液を24.5gのミネラルスピリットで希釈し金属濃度を6.2%とした原料溶液を窒素雰囲気下に設置し、2.4g/分の速度で2,000℃のバーナ炎中に送液し、9.0L/分の酸素で噴霧した。700秒間燃焼反応(酸化反応)させ、瞬間的に冷却し、収率98質量%のチタンニオブ複合酸化物(Ti0.50Nb0.50)を得た。BET法により測定したBET換算粒径(一次粒径)は12nmであった。
Example 1
A mixed solution of 9.9 g of titanium tetra-2-ethylhexoxide and 5.6 g of niobium ethoxide was diluted with 24.5 g of mineral spirits, and a raw material solution having a metal concentration of 6.2% was placed in a nitrogen atmosphere. The solution was fed into a 2,000 ° C. burner flame at a rate of 2.4 g / min, and sprayed with 9.0 L / min of oxygen. A combustion reaction (oxidation reaction) was performed for 700 seconds, and the reaction mixture was instantaneously cooled to obtain a titanium-niobium composite oxide (Ti 0.50 Nb 0.50 O 2 ) with a yield of 98% by mass. The BET equivalent particle size (primary particle size) measured by the BET method was 12 nm.

(実施例2〜5)
Ti及びNbの含有比率が70/30、90/10、94/6、98/2となるようにチタン溶液とニオブ溶液を調整した以外は、実施例1と同様にしてチタンニオブ複合酸化物(Ti0.70Nb0.30、Ti0.90Nb0.10、Ti0.94Nb0.06、Ti0.98Nb0.02)を得た。BET法により測定したBET換算粒径(一次粒径)は、それぞれ12nm、16nm、16nm、20nmであった。
(Examples 2 to 5)
Except for adjusting the titanium solution and the niobium solution so that the content ratios of Ti and Nb were 70/30, 90/10, 94/6, and 98/2, the titanium-niobium composite oxide (Ti 0.70 Nb 0.30 O 2 , Ti 0.90 Nb 0.10 O 2 , Ti 0.94 Nb 0.06 O 2 , and Ti 0.98 Nb 0.02 O 2 ). The BET equivalent particle diameter (primary particle diameter) measured by the BET method was 12 nm, 16 nm, 16 nm, and 20 nm, respectively.

(実施例6)
チタンテトラ−2−エチルヘキソキシド48.1gとタンタルブトキシド4.1gの混合液を27.8gのミネラルスピリットで希釈し金属濃度を6.9%とした原料溶液を窒素雰囲気下に設置し、2.8g/分の速度で2,000℃のバーナ炎中に送液し、9.0L/分の酸素で噴霧した。1,320秒間燃焼反応(酸化反応)させ、瞬間的に冷却し、収率78質量%のチタンタンタル複合酸化物(Ti0.92Ta0.08)を得た。BET法により測定したBET換算粒径(一次粒径)は19nmであった。
(Example 6)
A raw material solution in which a mixed solution of 48.1 g of titanium tetra-2-ethylhexoxide and 4.1 g of tantalum butoxide was diluted with 27.8 g of mineral spirit to a metal concentration of 6.9% was placed in a nitrogen atmosphere, The solution was fed into a 2,000 ° C. burner flame at a rate of 2.8 g / min and sprayed with 9.0 L / min of oxygen. A combustion reaction (oxidation reaction) was performed for 1,320 seconds, and the reaction mixture was instantaneously cooled to obtain a titanium tantalum composite oxide (Ti 0.92 Ta 0.08 O 2 ) with a yield of 78% by mass. The BET equivalent particle size (primary particle size) measured by the BET method was 19 nm.

各実施例で調製した複合酸化物微粒子のX線回折を測定し、Nb又はTaがTiO結晶中に固溶していることを確認できた。なお、実施例3で作製したTi0.90Nb0.10ナノ粒子のX線回折図を図1に示した。 X-ray diffraction of the composite oxide fine particles prepared in each example was measured, and it was confirmed that Nb or Ta was dissolved in the TiO 2 crystal. Incidentally, the X-ray diffraction pattern of Ti 0.90 Nb 0.10 O 2 nanoparticles prepared in Example 3 in Figure 1.

〔評価〕
実施例で得られた各複合酸化物微粒子について以下の評価を行った。なお、比較例1として燃焼法で得られた市販の酸化チタン微粒子(BET換算粒径25nm)を用いた評価も行い、結果を表1〜3に示した。
[Evaluation]
The following evaluation was performed about each composite oxide fine particle obtained in the Example. In addition, the evaluation using the commercially available titanium oxide microparticles | fine-particles (BET conversion particle size 25nm) obtained by the combustion method as the comparative example 1 was also performed, and the result was shown to Tables 1-3.

(耐光性試験(粒子))
各微粒子5mgを20ppmメチレンブルー水溶液50.0g中に加え、5分間撹拌した後、液をシャーレに移し、カバーをした。液を撹拌しながら、ウシオ電機(株)製「UVL−1500M2−N1」により40mW/cmの強度のUV光を照射し、10分間照射後にサンプリングし、分光光度計にて波長667nmの吸光度を測定した。照射前を100%としたときの吸光度の残存率(メチレンブルーの色素残存率)を計算し、減少幅が小さいほど、光活性が低い(耐光性が良い)と判断した。
○:色素残存率が50%以上
△:色素残存率が30%以上、50%未満
×:色素残存率が30%未満
(Light resistance test (particles))
5 mg of each fine particle was added to 50.0 g of 20 ppm methylene blue aqueous solution and stirred for 5 minutes, and then the liquid was transferred to a petri dish and covered. While stirring the liquid, UV light having an intensity of 40 mW / cm 2 was irradiated with “UVL-1500M2-N1” manufactured by Ushio Electric Co., Ltd., sampled after irradiation for 10 minutes, and absorbance at a wavelength of 667 nm was measured with a spectrophotometer. It was measured. Absorbance remaining rate (methylene blue dye remaining rate) was calculated when the pre-irradiation was 100%, and it was determined that the smaller the decrease, the lower the photoactivity (better light resistance).
○: Dye remaining ratio is 50% or more Δ: Dye remaining ratio is 30% or more and less than 50% x: Dye remaining ratio is less than 30%

(屈折率測定)
各微粒子、アクリル系樹脂(TMPTA(トリメチロールプロパントリアクリレート):東亜合成(株)製「M−309」)またはウレタンアクリレート系樹脂(新中村化学工業(株)製「NKオリゴU−15HA」)を、表2および3に記載の配合比で混合し、更に開始剤としてチバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製「イルガキュア907」をアクリル樹脂またはウレタンアクリレート系樹脂量に対して5質量%添加した配合液を、Siウエハ基盤に1,000rpmの速度でスピンコーティングし、90℃2分間のプリベーク後、約1,000mJのUV照射により膜厚約0.1μmの硬化膜を作製した。その硬化膜を用いて、(株)溝尻光学工業所製の自動エリプソメーター「DHA−XA2/S6」により、波長633nmの光を照射して、屈折率を測定した。
(Refractive index measurement)
Fine particles, acrylic resin (TMPTA (trimethylolpropane triacrylate): “M-309” manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.) or urethane acrylate resin (“NK Oligo U-15HA” manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) Are mixed at the compounding ratios shown in Tables 2 and 3, and 5% by mass of “Irgacure 907” manufactured by Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd. is added as an initiator with respect to the amount of acrylic resin or urethane acrylate resin. The solution was spin-coated on a Si wafer substrate at a speed of 1,000 rpm, and after prebaking at 90 ° C. for 2 minutes, a cured film having a thickness of about 0.1 μm was produced by UV irradiation at about 1,000 mJ. Using the cured film, the refractive index was measured by irradiating light having a wavelength of 633 nm with an automatic ellipsometer “DHA-XA2 / S6” manufactured by Mizoji Optical Co., Ltd.

(耐光性試験(薄膜))
上記屈折率測定と同様の方法で作製した硬化膜(薄膜)を20ppmのメチレンブルー水溶液25.0g中に沈め、液を撹拌しながら、ウシオ電機(株)製「UVL−1500M2−N1」により40mW/cmの強度のUV光を照射し、30分間照射後にサンプリングし、分光光度計にて波長667nmの吸光度を測定した。照射前を100%としたときの吸光度の残存率(メチレンブルーの色素残存率)を計算し、減少幅が小さいほど、光活性が低い(耐光性が良い)と判断した。
○:色素残存率が80%以上
△:色素残存率が70%以上、80%未満
×:色素残存率が70%未満
(Light resistance test (thin film))
A cured film (thin film) produced by the same method as the refractive index measurement was submerged in 25.0 g of a 20 ppm methylene blue aqueous solution, and while stirring the solution, 40 mW / w was applied by “UVL-1500M2-N1” manufactured by Ushio Electric Co., Ltd. The sample was irradiated with UV light having an intensity of cm 2 , sampled after 30 minutes, and the absorbance at a wavelength of 667 nm was measured with a spectrophotometer. Absorbance remaining rate (methylene blue dye remaining rate) was calculated when the pre-irradiation was 100%, and it was determined that the smaller the decrease, the lower the photoactivity (better light resistance).
○: Dye remaining rate is 80% or more Δ: Dye remaining rate is 70% or more and less than 80% x: Dye remaining rate is less than 70%

Figure 2012062242
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表1の微粒子の耐光性評価から、TiO2結晶にNb又はTaを固溶したナノ粒子は、酸化チタンナノ粒子に比べて耐光性を大幅に向上できることが明らかとなった。また、樹脂にナノ粒子を分散させた複合材料でも優れた耐光性が得られると同時に、酸化チタン特有の高い屈折率も充分に維持できた。更に表2の耐光性試験の結果は、NbやTaの複合酸化物とすることでTiOの結晶形を維持しながら(高屈折率を維持しながら)、光活性が抑制できることを示していた。これは、純粋なTiO結晶ではなく、NbやTaが結晶構造中に入り込んでいることによる効果が奏していると考えられ、TiO結晶にNb又はTaが固溶していることを示唆している。 From the light resistance evaluation of the fine particles in Table 1, it was revealed that the nanoparticles in which Nb or Ta was dissolved in the TiO2 crystal can significantly improve the light resistance as compared with the titanium oxide nanoparticles. In addition, excellent light resistance was obtained even with a composite material in which nanoparticles were dispersed in a resin, and at the same time, a high refractive index unique to titanium oxide could be sufficiently maintained. Furthermore, the results of the light resistance test of Table 2 showed that photoactivity can be suppressed while maintaining the crystal form of TiO 2 (maintaining a high refractive index) by using a complex oxide of Nb and Ta. . This is considered to be due to the fact that Nb and Ta are not pure TiO 2 crystals but have Nb or Ta in the crystal structure, suggesting that Nb or Ta is dissolved in the TiO 2 crystals. ing.

また、実施例で作製した複合材料は高い透明性も有しているので、光学材料への応用が充分に期待できるものであった。 In addition, since the composite materials produced in the examples also have high transparency, application to optical materials can be sufficiently expected.

Claims (10)

BET換算粒径が100nm以下であるチタンとニオブ及び/又はタンタルとの複合酸化物微粒子。 Composite oxide fine particles of titanium and niobium and / or tantalum having a BET equivalent particle size of 100 nm or less. 前記チタンと前記ニオブ及び/又は前記タンタルとの含有比率が99.9/0.1〜0.1/99.9である請求項1記載の複合酸化物微粒子。 2. The composite oxide fine particle according to claim 1, wherein a content ratio of the titanium to the niobium and / or the tantalum is 99.9 / 0.1 to 0.1 / 99.9. 前記チタンと前記ニオブ及び/又は前記タンタルとの含有比率が99.9/0.1〜70/30である請求項1記載の複合酸化物微粒子。 2. The composite oxide fine particle according to claim 1, wherein a content ratio of the titanium to the niobium and / or the tantalum is 99.9 / 0.1 to 70/30. 前記チタンと前記ニオブ及び/又は前記タンタルとの含有比率が99.9/0.1〜90/10である請求項1記載の複合酸化物微粒子。 2. The composite oxide fine particle according to claim 1, wherein a content ratio of the titanium to the niobium and / or the tantalum is 99.9 / 0.1 to 90/10. 燃焼法で製造した請求項1〜4のいずれかに記載の複合酸化物微粒子。 The composite oxide fine particles according to any one of claims 1 to 4, produced by a combustion method. 有機チタン化合物溶液と有機ニオブ化合物溶液及び/又は有機タンタル化合物溶液とを酸化性物質の存在下に噴霧し、気相中で燃焼させる工程A、及び冷却工程Bを含む請求項1〜4のいずれかに記載の複合酸化物微粒子の製造方法。 5. The method according to claim 1, comprising a step A in which an organic titanium compound solution, an organic niobium compound solution and / or an organic tantalum compound solution are sprayed in the presence of an oxidizing substance and burned in a gas phase, and a cooling step B. A method for producing the composite oxide fine particles according to claim 1. 窒素雰囲気下に設置された前記有機チタン化合物溶液と前記有機ニオブ化合物溶液及び/又は前記有機タンタル化合物溶液とを、前記工程Aの燃焼場に送液する請求項6記載の複合酸化物微粒子の製造方法。 The composite oxide fine particle production according to claim 6, wherein the organic titanium compound solution, the organic niobium compound solution and / or the organic tantalum compound solution placed in a nitrogen atmosphere are sent to the combustion field of the step A. Method. 請求項1〜7のいずれかに記載の複合酸化物微粒子及び硬化性樹脂を含む光学材料。 An optical material comprising the composite oxide fine particles according to claim 1 and a curable resin. 前記硬化性樹脂がエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エステル系樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、シリコーンアクリレート系樹脂、エポキシアクリレート系樹脂、エステルアクリレート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂及びフェノール系樹脂からなる群より選択される少なくとも1種である請求項8記載の光学材料。 The curable resin is epoxy resin, silicone resin, acrylic resin, urethane resin, ester resin, urethane acrylate resin, silicone acrylate resin, epoxy acrylate resin, ester acrylate resin, polyamide resin, polyimide 9. The optical material according to claim 8, wherein the optical material is at least one selected from the group consisting of a series resin, a polycarbonate series resin, and a phenol series resin. 請求項8又は9記載の光学材料をコーティングして形成された高屈折率層を有する光学レンズ。 An optical lens having a high refractive index layer formed by coating the optical material according to claim 8 or 9.
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