JP2012162426A - Dispersion sol of silica-based fine particle, method for producing the dispersion sol, and coating material composition - Google Patents

Dispersion sol of silica-based fine particle, method for producing the dispersion sol, and coating material composition Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide dispersion sol of silica-based fine particles, which is extremely stable in an acidic region, a method for producing the dispersion sol, and a coating material composition including the dispersion sol.SOLUTION: The dispersion sol includes silica-based fine particles with an anisotropic shape, and a surface of the silica-based fine particle bears a negative charge, further the surface of the silica-based fine particle is modified with aluminum, wherein an amount of modification with aluminum is within a range of 0.01×10to 2.0×10mol/mper unit surface area of the silica-based fine particle in terms of AlO. An average particle size (D1) of the silica-based fine particle measured by the dynamic light scattering method is in the range of 15-70 nm, an average particle size (D2) thereof measured by the BET method is in the range of 10-50 nm, and a value of degree of heteromorphism (D1/D2) thereof is in the range of 1.55-4.00.

Description

本発明は異方形状のシリカ系微粒子を含む分散ゾルに関する。また、該分散ゾルの製造方法および該分散ゾルを含む塗料組成物に関する。   The present invention relates to a dispersion sol containing anisotropically shaped silica-based fine particles. The present invention also relates to a method for producing the dispersed sol and a coating composition containing the dispersed sol.

シリカゾルを、例えば屈折率調節材や防汚材等としてコーティング塗膜に配合することが知られているが、従来のシリカゾルを塗料組成物に配合すると、塗料組成物の白濁や増粘が起こりやすく、塗膜の透明性が低下するという問題があった。
そこで、塗料組成物中での安定性が高いシリカゾルを開発することが求められていた。
シリカゾルの安定性を向上させる手段として、シリカ粒子の表面をアルミニウムで改質する方法が知られている。
It is known that silica sol is blended in a coating film as, for example, a refractive index adjusting material or an antifouling material. However, when conventional silica sol is blended in a coating composition, the coating composition tends to become cloudy or thick. There was a problem that the transparency of the coating film was lowered.
Therefore, it has been demanded to develop a silica sol having high stability in the coating composition.
As a means for improving the stability of silica sol, a method of modifying the surface of silica particles with aluminum is known.

例えば、特許文献1には酸性ケイ酸液とアルミニウム化合物水溶液をSiO含有アルカリ水溶液またはアルカリ金属酸化物水溶液に添加する方法、またはアルミニウム化合物が混在する酸性ケイ酸液をSiO含有アルカリ水溶液またはアルカリ金属水酸化物水溶液に添加する方法により得られたアルミニウム化合物含有アルカリ性シリカゾルを、陽イオン交換樹脂で脱イオンする方法が記載されている。 For example, Patent Document 1 discloses a method of adding an acidic silicic acid solution and an aluminum compound aqueous solution to a SiO 2 -containing alkali aqueous solution or an alkali metal oxide aqueous solution, or an acidic silicic acid solution in which an aluminum compound is mixed as a SiO 2 -containing alkaline aqueous solution or an alkali. A method is described in which an aluminum compound-containing alkaline silica sol obtained by a method of adding to an aqueous metal hydroxide solution is deionized with a cation exchange resin.

また、特許文献2には、コロイダルシリカの粒子径が4〜30ミリミクロン、pH2〜9、アルミニウム含有量がAl/SiOモル比で0〜0.0008のシリカゾルに、Al/SiOモル比が0.0006〜0.004の範囲となるように、アルミン酸アルカリ水溶液を添加したのち、80〜250℃で0.5〜20時間加熱し、その後陽イオン交換樹脂または陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂に接触させてpH2〜5の酸性シリカゾルを得る方法が記載されている。 Patent Document 2 discloses a silica sol having a colloidal silica particle size of 4 to 30 millimicrons, a pH of 2 to 9, and an aluminum content of 0 to 0.0008 in an Al 2 O 3 / SiO 2 molar ratio of Al 2 O. 3 / SiO 2 molar ratio is in the range of 0.0006 to 0.004, after adding an aqueous alkali aluminate solution, heating at 80 to 250 ° C. for 0.5 to 20 hours, and then cation exchange resin or A method is described in which an acidic silica sol having a pH of 2 to 5 is obtained by contacting a cation exchange resin and an anion exchange resin.

特開昭63−123807号公報JP-A-63-123807 特開平06−199515号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-199515

即ち、特許文献1および特許文献2に記載の製法で得られる酸性シリカゾルは酸性領域で安定なシリカゾルであるが、この安定性、特に高濃度での安定性にさらに優れたシリカゾルを開発する必要があった。
さらに、シリカゾルを配合した塗膜の性能をさらに向上させることが求められていた。
That is, the acidic silica sol obtained by the production methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2 is a silica sol that is stable in the acidic region, but it is necessary to develop a silica sol that is further excellent in this stability, particularly at a high concentration. there were.
Furthermore, it has been desired to further improve the performance of a coating film containing silica sol.

本発明のシリカ系微粒子の分散ゾルは異方形状のシリカ系微粒子を含む分散ゾルであって、該シリカ系微粒子の表面が負電荷を有し、かつ該シリカ系微粒子の表面がアルミニウムで修飾されており、該アルミニウムの修飾量はAl換算基準でシリカ系微粒子の単位表面積当り0.01×10−6〜2.0×10−6モル/mの範囲にあることを特徴とする。
前記シリカ系微粒子の動的光散乱法により測定された平均粒子径(D1)が15〜70nmの範囲にあり、BET法により測定された平均粒子径(D2)が10〜50nmの範囲にあり、異形度(D1/D2)が1.55〜4.00の範囲にあることが好ましい。
The dispersion sol of silica-based fine particles of the present invention is a dispersion sol containing anisotropically-shaped silica-based fine particles, the surface of the silica-based fine particles has a negative charge, and the surface of the silica-based fine particles is modified with aluminum. The modification amount of the aluminum is characterized by being in the range of 0.01 × 10 −6 to 2.0 × 10 −6 mol / m 2 per unit surface area of the silica-based fine particles in terms of Al 2 O 3 conversion. To do.
The average particle diameter (D1) measured by the dynamic light scattering method of the silica-based fine particles is in the range of 15 to 70 nm, the average particle diameter (D2) measured by the BET method is in the range of 10 to 50 nm, The degree of irregularity (D1 / D2) is preferably in the range of 1.55 to 4.00.

本発明の塗料組成物は、(A)前記シリカ系微粒子の分散ゾルと、(B)バインダー成分とを含むことを特徴とする。   The coating composition of the present invention comprises (A) a dispersion sol of the silica-based fine particles, and (B) a binder component.

本発明のシリカ系微粒子分散ゾルの製造方法は、表面にアルミニウムが修飾された異方形状のシリカ系微粒子を含む分散ゾルの製造方法であって、
(1)異方形状のシリカ微粒子またはシリカを主成分とする微粒子を含む、pH9.0〜11.5のアルカリ性シリカゾルに、アルミン酸塩の水溶液を、該シリカゾル中に含まれるケイ素成分をSiOで表し、さらに該アルミン酸塩中に含まれるアルミニウムをAlで表したとき、そのモル比(Al/SiO)が0.0005〜0.050となるような割合で混合する工程、
(2)前記工程により得られた混合液を60〜200℃の温度に加熱して、0.5〜20時間、撹拌する工程、
を含むことを特徴とする。
The method for producing a silica-based fine particle-dispersed sol of the present invention is a method for producing a dispersed sol containing anisotropically-shaped silica-based fine particles whose surface is modified with aluminum,
(1) An aqueous solution of aluminate in an alkaline silica sol having a pH of 9.0 to 11.5 containing anisotropic fine silica particles or fine particles containing silica as a main component, and a silicon component contained in the silica sol as SiO 2. In addition, when the aluminum contained in the aluminate is represented by Al 2 O 3 , the molar ratio (Al 2 O 3 / SiO 2 ) is mixed at such a ratio as 0.0005 to 0.050. The process of
(2) A step of heating the mixture obtained in the above step to a temperature of 60 to 200 ° C. and stirring for 0.5 to 20 hours,
It is characterized by including.

前記モル比(Al/SiO)が0.005〜0.050の範囲にあることが好ましい。
さらに、下記工程
(3)前記工程(2)により得られた混合液を陽イオン交換樹脂と接触させて、該混合液中に含まれるアルカリ金属イオンをイオン交換除去して、該混合液のpHを3.0〜6.0の範囲に調整する工程
を含むことが好ましい。
The molar ratio (Al 2 O 3 / SiO 2 ) is preferably in the range of 0.005 to 0.050.
Furthermore, the mixed solution obtained by the following step (3) and the step (2) is brought into contact with a cation exchange resin, and the alkali metal ions contained in the mixed solution are ion-exchanged to remove the pH of the mixed solution. It is preferable to include the process of adjusting to the range of 3.0-6.0.

本発明に係るシリカ系微粒子の分散ゾルは、シリカ微粒子の表面に非常に高密度のアルミニウムが負の電荷を有する形態で修飾されているために、酸性のpH領域であっても分散安定性が非常に高く、高濃度に濃縮することができ、透明性にも優れる。
このシリカ系微粒子分散ゾルとバインダー成分とを配合した塗料組成物より得られる塗膜は、膜中でのシリカ系微粒子の分散性や濃縮に対する安定性が強いことから膜硬度、耐擦傷性が非常に優れ、密着性、耐熱性、耐衝撃性、透明性に優れる。
さらに、該シリカ系微粒子の形状が異方形状であるために、塗膜の膜硬度を向上させる効果に特に優れる。
The dispersion sol of silica-based fine particles according to the present invention has a dispersion stability even in an acidic pH region because the surface of the silica fine particles is modified with a form in which very high-density aluminum has a negative charge. It is very high, can be concentrated to a high concentration, and has excellent transparency.
The coating film obtained from the coating composition containing the silica-based fine particle-dispersed sol and the binder component has a very high film hardness and scratch resistance due to the strong dispersibility and concentration stability of the silica-based fine particles in the film. Excellent adhesion, heat resistance, impact resistance, and transparency.
Furthermore, since the silica-based fine particles have an anisotropic shape, the effect of improving the film hardness of the coating film is particularly excellent.

以下、本発明について具体的に説明する。
シリカ系微粒子の分散ゾル
本発明に係るシリカ系微粒子の分散ゾルは、異方形状のシリカ系微粒子を含む分散ゾルであって、該シリカ系微粒子の表面が負電荷を有し、かつ該シリカ系微粒子の表面がアルミニウムで修飾されており、該アルミニウムの修飾量はAl換算基準でシリカ系微粒子の単位表面積当り0.01×10−6〜2.0×10−6モル/mの範囲にあることを特徴としている。
このようなシリカ系微粒子の分散ゾルは、酸性でも安定で、塗料組成物中での安定性が高く、得られる塗膜の硬度、耐擦傷性および透明性に非常に優れる。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
Dispersion sol of silica-based fine particles The silica-based fine particle dispersion sol according to the present invention is a dispersion sol containing anisotropically-shaped silica-based fine particles, the surface of the silica-based fine particles having a negative charge, and the silica-based fine particle The surface of the fine particles is modified with aluminum, and the modification amount of the aluminum is 0.01 × 10 −6 to 2.0 × 10 −6 mol / m 2 per unit surface area of the silica-based fine particles in terms of Al 2 O 3 conversion. It is characterized by being in the range of.
Such a dispersion sol of silica-based fine particles is stable even in an acidic state, has high stability in a coating composition, and is extremely excellent in hardness, scratch resistance and transparency of the resulting coating film.

前記シリカ系微粒子は、異方形状であることが好ましい。
このような形状のシリカ系微粒子を塗料組成物に配合することによって、得られる塗膜の膜硬度を著しく向上させることができる。
ここで、異方形状とは、等方性に欠ける形状、すなわち、三次元的に非対称な形状であって、例えば粒子がある一方向に伸縮および/または湾曲した形状、あるいは複数の粒子が融合した形状等が挙げられる。
また粒子の一部が欠けた形状や、楕円状、ラグビーボール状、釣鐘状、双球状、ブドウ房状、繭状、勾玉状あるいはこれらに類する形状なども含まれる。
The silica-based fine particles are preferably anisotropic.
By blending the silica-based fine particles with such a shape into the coating composition, the film hardness of the obtained coating film can be remarkably improved.
Here, the anisotropic shape is a shape lacking isotropy, that is, a three-dimensional asymmetric shape, for example, a shape in which particles are stretched and / or curved in one direction, or a plurality of particles are fused. And the like.
In addition, a shape in which a part of the particle is missing, an elliptical shape, a rugby ball shape, a bell shape, a bispherical shape, a grape bunch shape, a cocoon shape, a jade shape or the like are also included.

前記シリカ系微粒子の動的光散乱法により測定された平均粒子径(D1)が15〜70nmの範囲にあり、BET法により測定された平均粒子径(D2)が10〜50nmの範囲にあり、異形度(D1/D2)が1.55〜4.00の範囲にあることが好ましい。
このようなシリカ系微粒子を塗料組成物に配合することによって、得られる塗膜の膜硬度が向上する。
前記平均粒子径(D1)が15nm未満の場合には、塗料組成物が増粘する場合があり、前記平均粒子径(D1)が70nmを超えると塗膜の透明性が低下する場合があるので好ましくない場合がある。
また、前記平均粒子径(D2)が10nm未満の場合には、塗料組成物が増粘する場合があり、前記平均粒子径(D2)が50nmを超えると塗膜の透明性が低下する場合があるので好ましくない。
The average particle diameter (D1) measured by the dynamic light scattering method of the silica-based fine particles is in the range of 15 to 70 nm, the average particle diameter (D2) measured by the BET method is in the range of 10 to 50 nm, The degree of irregularity (D1 / D2) is preferably in the range of 1.55 to 4.00.
By blending such silica-based fine particles into the coating composition, the film hardness of the resulting coating film is improved.
When the average particle diameter (D1) is less than 15 nm, the coating composition may thicken, and when the average particle diameter (D1) exceeds 70 nm, the transparency of the coating film may decrease. It may not be preferable.
When the average particle size (D2) is less than 10 nm, the coating composition may thicken. When the average particle size (D2) exceeds 50 nm, the transparency of the coating film may be reduced. This is not preferable.

また、前記異形度(D1/D2)が1.55を超えると膜硬度が低下する場合があり、前記異形度(D1/D2)が4.00を超えると耐擦傷性が低下する場合があるので好ましくない。
なお、前記異形度は、シリカ系微粒子の三次元形状の異方性を表す尺度であって、異形度が高いほど、特定の方向への形状的偏りが大きい傾向にあることを意味する。
また、本発明における異方形状には、複数の球状粒子が連結した鎖状粒子は含まないことが望ましい。鎖状粒子は前記異形度が4.00を超える場合があるため好ましくない。
Further, when the degree of irregularity (D1 / D2) exceeds 1.55, the film hardness may decrease, and when the degree of irregularity (D1 / D2) exceeds 4.00, the scratch resistance may decrease. Therefore, it is not preferable.
The irregularity is a scale representing the anisotropy of the three-dimensional shape of the silica-based fine particles, and means that the higher the irregularity, the larger the shape deviation in a specific direction.
Moreover, it is desirable that the anisotropic shape in the present invention does not include a chain particle in which a plurality of spherical particles are connected. The chain particles are not preferable because the irregularity may exceed 4.00.

前記シリカ系微粒子の表面に修飾された、アルミニウムの修飾量は、該シリカ系微粒子の単位表面積当りで表したときにAl換算基準で0.01×10−6〜2.0×10−6モル/m、より好ましくは0.05×10−6〜1.8×10−6モル/mの範囲にあることが好ましい。前記修飾量が0.01×10−6モル/m未満の場合には、シリカ系微粒子分散ゾルの安定性や塗膜の膜強度が低下するので好ましくない。また前記修飾量が2.0×10−6モル/mを超えるものは、シリカ系微粒子分散ゾルの透明性が低下したり、安定性が低下することがあるため好ましくない。 The modification amount of aluminum modified on the surface of the silica-based fine particles is 0.01 × 10 −6 to 2.0 × 10 on an Al 2 O 3 conversion basis when expressed per unit surface area of the silica-based fine particles. It is preferably −6 mol / m 2 , more preferably in the range of 0.05 × 10 −6 to 1.8 × 10 −6 mol / m 2 . When the modification amount is less than 0.01 × 10 −6 mol / m 2 , the stability of the silica-based fine particle-dispersed sol and the film strength of the coating film are not preferable. Moreover, it is not preferable that the modification amount exceeds 2.0 × 10 −6 mol / m 2 because the transparency of the silica-based fine particle-dispersed sol may be lowered or the stability may be lowered.

前記シリカ系微粒子は、表面に負の電荷を有することが好ましい。
前記シリカ系微粒子の表面に存在する負の電荷量は、前記分散ゾルのpHが5.0のとき、該シリカ系微粒子の比表面積当り0.01〜1.1μeq/m、より好ましくは0.05〜1.0μeq/mの範囲にあることが好ましい。前記負電荷量が0.01μeq/m未満の場合には、シリカ系微粒子の分散ゾルの安定性が低下したり、塗膜の硬度や耐擦傷性が低下する場合があり、前記負電荷量が1.1μeq/mを超えるとシリカ系微粒子の表面電荷の電荷層が厚くなり分散ゾルの安定性や塗膜の透明性が低下する場合があるので好ましくない。
The silica-based fine particles preferably have a negative charge on the surface.
The amount of negative charge existing on the surface of the silica-based fine particles is 0.01 to 1.1 μeq / m 2 , more preferably 0, per specific surface area of the silica-based fine particles when the pH of the dispersion sol is 5.0. It is preferable that it is in the range of 0.05 to 1.0 μeq / m 2 . When the negative charge amount is less than 0.01 μeq / m 2 , the stability of the dispersion sol of silica-based fine particles may be reduced, and the hardness and scratch resistance of the coating film may be reduced. Is more than 1.1 μeq / m 2 , it is not preferable because the surface charge layer of the silica-based fine particles becomes thick and the stability of the dispersed sol and the transparency of the coating film may decrease.

前記シリカ系微粒子の分散ゾルのpHは3.0〜6.0、より好ましくは3.5〜5.0の範囲にあることが好ましい。前記pHが3.0未満の場合には、シリカ系微粒子に修飾されているアルミニウムが溶解してシリカ系微粒子分散ゾルの安定性が低下するので好ましくない。また前記pHが6.0を超えると、シリカ系微粒子分散ゾルがゲル化しやすくなるので好ましくない。   The pH of the silica-based fine particle dispersion sol is preferably in the range of 3.0 to 6.0, more preferably 3.5 to 5.0. When the pH is less than 3.0, aluminum modified with silica-based fine particles dissolves and the stability of the silica-based fine particle-dispersed sol decreases, which is not preferable. On the other hand, if the pH exceeds 6.0, the silica-based fine particle-dispersed sol tends to gel, which is not preferable.

前記シリカ系微粒子を修飾しているアルミニウムの少なくとも一部は、下記式(I)で表される結晶構造を含むシリカ・アルミナ系複合酸化物を形成していることが好ましい。
Si



Si−O−Al−X (但しXはOまたはOH) (I)



Si
前記式(I)中のAlの近傍にアルカリ金属イオンまたは水素イオンが存在していてもよい。前記アルミニウムの少なくとも一部が上記式(I)の形態にあることにより、シリカ系微粒子の表面に負の電荷を付与することができる。
It is preferable that at least a part of the aluminum that modifies the silica-based fine particles forms a silica-alumina-based composite oxide including a crystal structure represented by the following formula (I).
Si

O

Si-O-Al-X (where X is O or OH) (I)

O

Si
Alkali metal ions or hydrogen ions may be present in the vicinity of Al in the formula (I). When at least a part of the aluminum is in the form of the above formula (I), a negative charge can be imparted to the surface of the silica-based fine particles.

本発明においては、シリカ・アルミナ系複合酸化物がケイ酸モノマーとアルミン酸イオンから形成されるために、上記(I)のような構造を有する均一な組成のシリカ・アルミナ系複合酸化物をシリカ微粒子表面に形成することができる。
シリカ系微粒子を修飾しているアルミニウムの形態が、上記式(I)の構造を含むようなものでなく、水酸化アルミ二ウムや酸化アルミニウムの構造をとるものであると、シリカ・アルミナ系複合酸化物の均一性が低下したり、シリカ系微粒子の表面が正の電荷を有するものとなるので好ましくない。
In the present invention, since the silica-alumina composite oxide is formed from a silicic acid monomer and aluminate ions, the silica-alumina composite oxide having a structure as described in (I) above is converted to silica. It can be formed on the surface of fine particles.
If the form of the aluminum that modifies the silica-based fine particles does not include the structure of the above formula (I), but takes the structure of aluminum hydroxide or aluminum oxide, the silica-alumina composite This is not preferable because the uniformity of the oxide is reduced and the surface of the silica-based fine particles has a positive charge.

前記シリカ系微粒子の分散ゾルの固形分濃度は、SiO換算基準で5〜60重量%、より好ましくは20〜50重量%の範囲にあることが好ましい。前記固形分濃度が5重量%未満では、該分散ゾルを含む塗料組成物より得られる硬化性塗膜の膜硬度などが低下し、また前記固形分濃度が60重量%を超えると該分散ゾルの安定性が低下することがあるので好ましくない。 The solid content concentration of the dispersion sol of the silica-based fine particles is preferably in the range of 5 to 60% by weight, more preferably 20 to 50% by weight on the basis of SiO 2 conversion. When the solid content concentration is less than 5% by weight, the film hardness of the curable coating film obtained from the coating composition containing the dispersed sol is decreased, and when the solid content concentration exceeds 60% by weight, the dispersion sol Since stability may fall, it is not preferable.

前記シリカ系微粒子の分散ゾルのヘーズは、濃度によっても変わるが、該分散ゾルの固形分濃度がSiO換算基準で30重量%であるとき、0.5〜20%の範囲にあることが好ましい。固形分濃度が30重量%の時の前記ヘーズが0.5%未満にする場合には、少なくとも平均粒子径5nm未満の超微粒子を用いる必要があり、シリカ系微粒子分散ゾルの粘度が増加するため好ましくない。また前記ヘーズが20%を超えると前記分散ゾルおよび該分散ゾルを含む塗料組成物より得られる硬化性塗膜の透明性が低下するので好ましくない場合がある。 Although the haze of the dispersion sol of the silica-based fine particles varies depending on the concentration, when the solid content concentration of the dispersion sol is 30% by weight in terms of SiO 2 , it is preferably in the range of 0.5 to 20%. . When the haze is less than 0.5% when the solid content is 30% by weight, it is necessary to use at least ultrafine particles having an average particle diameter of less than 5 nm, and the viscosity of the silica-based fine particle-dispersed sol increases. It is not preferable. On the other hand, if the haze exceeds 20%, the transparency of the curable coating film obtained from the dispersion sol and the coating composition containing the dispersion sol may be unfavorable.

本発明に係るシリカ系微粒子分散ゾルの分散媒は、水および/またはメタノール、エタノール、ブタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類、メチルエチルケトン、γ−ブチロラクトン等のケトン類から選ばれた有機化合物の少なくとも1種であることが好ましい。
また本発明に係るシリカ系微粒子の分散ゾルの製造方法としては、本明細書中に記載されたシリカ微粒子水分散ゾルの製造方法およびシリカ微粒子有機溶媒分散ゾルの製造方法を用いることが好ましい。
The dispersion medium of the silica-based fine particle dispersion sol according to the present invention includes water and / or alcohols such as methanol, ethanol, butanol, propanol, isopropyl alcohol, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, and the like. It is preferably at least one organic compound selected from ketones such as ethers, methyl ethyl ketone, and γ-butyrolactone.
In addition, as a method for producing a dispersion sol of silica-based fine particles according to the present invention, it is preferable to use the method for producing a silica fine particle water-dispersed sol and the method for producing a silica fine particle organic solvent-dispersed sol described in this specification.

また、前記シリカ系微粒子の分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子は、さらにシランカップリング剤などの公知の表面処理剤により表面処理されていてもよい。
本発明に係るシリカ系微粒子分散ゾルは、酸性領域で安定に使用できるため、セラミックファイバーの原料またはバインダー、クロム系の表面処理剤、酸性の研磨剤、各種の塗料、樹脂組成物への充填材などに用いることができる。また、有機バインダー中での分散安定性が高く透明性や膜としたときの強度にも優れるためハードコート膜などの硬化性塗膜形成用塗料としては特に好適に使用することができる。
Further, the silica-based fine particles contained in the dispersion sol of the silica-based fine particles may be further surface-treated with a known surface treatment agent such as a silane coupling agent.
Since the silica-based fine particle-dispersed sol according to the present invention can be used stably in the acidic region, it is a filler for ceramic fiber raw materials or binders, chromium-based surface treatment agents, acidic abrasives, various paints, and resin compositions. Can be used. Further, since it has high dispersion stability in an organic binder and is excellent in transparency and strength when formed into a film, it can be particularly suitably used as a coating for forming a curable coating film such as a hard coat film.

シリカ系微粒子水分散ゾルの製造方法
本発明に係るシリカ系微粒子の分散ゾルの製造方法は、下記工程(1)および(2)を含むことを特徴としている。
(1)異方形状のシリカ微粒子またはシリカを主成分とする微粒子を含む、pH9.0〜11.5のアルカリ性シリカゾルに、アルミン酸塩の水溶液を、該シリカゾル中に含まれるケイ素成分をSiOで表し、さらに該アルミン酸塩中に含まれるアルミニウムをAlで表したとき、そのモル比(Al/SiO)が0.0005〜0.050となるような割合で混合する工程、
(2)前記工程により得られた混合液を60〜200℃の温度に加熱して、0.5〜20時間、撹拌する工程。
Method for Producing Silica-Based Fine Particle Water Dispersed Sol The method for producing a silica-based fine particle dispersed sol according to the present invention includes the following steps (1) and (2).
(1) An aqueous solution of aluminate in an alkaline silica sol having a pH of 9.0 to 11.5 containing anisotropic fine silica particles or fine particles containing silica as a main component, and a silicon component contained in the silica sol as SiO 2. In addition, when the aluminum contained in the aluminate is represented by Al 2 O 3 , the molar ratio (Al 2 O 3 / SiO 2 ) is mixed at such a ratio as 0.0005 to 0.050. The process of
(2) The process of heating the liquid mixture obtained by the said process to the temperature of 60-200 degreeC, and stirring for 0.5 to 20 hours.

このような工程を含む製造方法によって得られたシリカ系微粒子の分散ゾルは、シリカ系微粒子表面にアルミニウムが負電荷を有する形態で高密度に修飾されているため、表面負電荷密度が高く、そのため分散ゾルの安定性や透明性が高く、該分散ゾルを配合した塗料組成物から得られる塗膜は、膜硬度、耐擦傷性、密着性に優れる。
さらに、このような高負電荷密度のシリカ系微粒子の形状として異方形状を選択することによって、塗膜の膜硬度を著しく向上させることができる。
The dispersion sol of silica-based fine particles obtained by the manufacturing method including such steps has a high surface negative charge density because the surface of the silica-based fine particles is modified with high density in a form in which aluminum has a negative charge. The dispersion sol has high stability and transparency, and a coating film obtained from a coating composition containing the dispersion sol is excellent in film hardness, scratch resistance and adhesion.
Furthermore, the film hardness of the coating film can be remarkably improved by selecting an anisotropic shape as the shape of such high negative charge density silica-based fine particles.

次に各工程について具体的に説明する。
工程(1):この工程では、異方形状のシリカ微粒子またはシリカを主成分とする微粒子を含む、pH9.0〜11.5のアルカリ性シリカゾルに、アルミン酸塩の水溶液を、該シリカゾル中に含まれるケイ素成分をSiOで表し、さらに該アルミン酸塩中に含まれるアルミニウムをAlで表したとき、そのモル比(Al/SiO)が0.0005〜0.050となるような割合で混合することによって、シリカ微粒子の表面にシリカ・アルミナ系複合酸化物の前駆体を形成させる。
Next, each step will be specifically described.
Step (1) : In this step, an aqueous solution of aluminate is contained in an alkaline silica sol having a pH of 9.0 to 11.5 and containing anisotropically shaped silica fine particles or fine particles mainly composed of silica. When the silicon component to be expressed is represented by SiO 2 and the aluminum contained in the aluminate is represented by Al 2 O 3 , the molar ratio (Al 2 O 3 / SiO 2 ) is 0.0005 to 0.050. By mixing at such a ratio, a silica / alumina composite oxide precursor is formed on the surface of the silica fine particles.

前記異方形状のシリカ微粒子またはシリカを主成分とする微粒子を含む、pH9.0〜11.5のアルカリ性シリカゾルは、公知の方法で製造することができる。
異方形状のシリカ微粒子を含む分散ゾルの製造方法の一例として、例えば特開2007−137972号公報に記載された製造方法またはこれらに準ずる方法を用いることができる。
より好ましくは、特開2007−137972号公報に記載されたシリカゾルの製造方法のうち、第一の製造方法、すなわち、珪酸塩の水溶液を酸で中和して、シリカヒドロゲルを調製し、化学的手段または機械的な手段にて、シリカヒドロゲルをスラリー状ないしは分散溶液にする方法を用いることが好ましい。ここで、化学的手段としては、シリカヒドロゲルにアルカリを添加し、所望により加熱する方法が挙げられる。また、機械的手段としては、攪拌器などの装置を使用する方法を挙げることができる。これらの化学的手段と機械的な手段は併用されても差し支えない。
The alkaline silica sol having a pH of 9.0 to 11.5 and containing the anisotropic shaped silica fine particles or fine particles mainly composed of silica can be produced by a known method.
As an example of a method for producing a dispersed sol containing anisotropic fine silica particles, for example, a production method described in JP-A-2007-137972 or a method analogous thereto can be used.
More preferably, among the silica sol production methods described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-137972, the first production method, that is, a silica hydrogel is prepared by neutralizing an aqueous solution of silicate with an acid, It is preferable to use a method in which silica hydrogel is made into a slurry or dispersion by means or mechanical means. Here, as a chemical means, the method of adding an alkali to a silica hydrogel and heating as desired is mentioned. Moreover, as a mechanical means, the method of using apparatuses, such as a stirrer, can be mentioned. These chemical means and mechanical means may be used in combination.

また、このとき、前記アルカリ性シリカゾルに含まれるシリカ微粒子またはシリカを主成分とする微粒子の動的光散乱法により測定された平均粒子径(D1)が15〜70nmの範囲にあり、BET法により測定された平均粒子径(D2)が10〜50nmの範囲にあり、異形度(D1/D2)が1.55〜4.00の範囲にあるようなものを用いることがさらに好ましい。
このようなシリカ微粒子またはシリカを主成分とする微粒子を含むアルカリ性シリカゾルを用いることによって、最終的にアルミニウムを修飾して得られるシリカ系微粒子として異方形状で塗膜硬度の高いシリカ系微粒子を得ることができるのでより好ましい。
At this time, the average particle diameter (D1) measured by the dynamic light scattering method of the silica fine particles contained in the alkaline silica sol or the fine particles mainly containing silica is in the range of 15 to 70 nm, and measured by the BET method. More preferably, the average particle diameter (D2) is in the range of 10 to 50 nm and the irregularity (D1 / D2) is in the range of 1.55 to 4.00.
By using an alkaline silica sol containing such silica fine particles or fine particles mainly composed of silica, silica-based fine particles having an anisotropic shape and high coating hardness are finally obtained as silica-based fine particles obtained by modifying aluminum. This is more preferable.

前記アルカリ性シリカゾルのpHは、9.0〜11.5、より好ましくはpH9.5〜11.0の範囲にあることが好ましい。アルカリ性シリカゾルのpHが9.0〜11.5の範囲にあることにより、シリカの溶解度が高まるため、アルミン酸塩の水溶液を混合したときにシリカ微粒子表面のシリカ骨格内に存在するケイ酸モノマーとアルミン酸イオンとの置換反応が起こりやすくなる。また、pH9.0〜11.5の範囲にあるシリカゾルはシリカの溶解度が高いために溶媒中にケイ酸モノマーとして溶解しているシリカ成分が存在するが、ここにアルミン酸イオンが共存することによってシリカの溶解度が局所的に低下し、前記ケイ酸モノマーとアルミン酸イオンの複合体がシリカ微粒子表面にシリカ・アルミナ系複合酸化物の前駆体として析出する。このような反応によって均一なシリカ・アルミナの複合酸化物の前駆体が形成され、このような前駆体を後の工程で脱水・縮重合反応させることにより、従来よりも大量のアルミニウムを負電荷を有する形態でシリカ微粒子表面に均一に修飾することができる。   The pH of the alkaline silica sol is preferably in the range of 9.0 to 11.5, more preferably 9.5 to 11.0. When the pH of the alkaline silica sol is in the range of 9.0 to 11.5, the solubility of silica is increased, and thus when the aqueous solution of aluminate is mixed, the silicate monomer present in the silica skeleton on the surface of the silica fine particles and A substitution reaction with an aluminate ion is likely to occur. In addition, silica sols in the range of pH 9.0 to 11.5 have a high silica solubility, so there is a silica component dissolved as a silicate monomer in the solvent, but when aluminate ions coexist here, The solubility of silica is locally reduced, and the complex of the silicate monomer and aluminate ions is precipitated on the surface of the silica fine particles as a precursor of the silica / alumina complex oxide. A uniform silica-alumina composite oxide precursor is formed by such a reaction, and the precursor is subjected to dehydration and polycondensation reaction in a later step, so that a larger amount of aluminum is negatively charged than before. It is possible to uniformly modify the surface of the silica fine particles in the form of having.

前記アルカリ性シリカゾルのpHが7.0より大きく9.0未満の場合には、シリカの溶解度が低く、ケイ酸モノマーとアルミン酸イオンの置換反応が起こりにくいため、アルミン酸塩の水溶液に含まれるアルミン酸イオンが単独で水酸化物を形成して凝集し、シリカ系微粒子分散ゾルの透明性や安定性が低下するので好ましくない。また前記アルカリ性シリカゾルのかわりにpH7.0以下の酸性シリカゾルを用いるとアルカリ性のアルミン酸塩の水溶液を添加したときに酸性シリカゾルが不安定な中性のpH領域を通過することとなりゲル化するので好ましくない。
また、前記アルカリ性シリカゾルのpHが11.5を超えると、シリカの溶解度が高くなり過ぎるため、シリカ微粒子表面にシリカ・アルミナ系複合酸化物の前駆体が形成されにくくなったり、シリカ・アルミナ系複合酸化物の緻密性が低下するので 好ましくない。
When the pH of the alkaline silica sol is greater than 7.0 and less than 9.0, the solubility of silica is low, and the substitution reaction between the silicate monomer and the aluminate ion does not easily occur. The acid ions are not preferable because they form a hydroxide alone and aggregate to reduce the transparency and stability of the silica-based fine particle dispersed sol. In addition, when an acidic silica sol having a pH of 7.0 or less is used instead of the alkaline silica sol, the acidic silica sol passes through an unstable neutral pH region when an aqueous solution of an alkaline aluminate is added. Absent.
Further, when the pH of the alkaline silica sol exceeds 11.5, the silica solubility becomes too high, so that it becomes difficult to form a silica-alumina composite oxide precursor on the surface of the silica fine particles, or the silica-alumina composite This is not preferable because the density of the oxide is lowered.

前記アルカリ性シリカゾルはアルカリ金属イオンを含むことが好ましい。前記アルカリ金属イオンの含有量は、該アルカリ金属イオンをMO(Mはアルカリ金属元素)で表し、さらに該アルカリ性シリカゾル中に含まれるケイ素成分をSiOで表したとき、そのモル比(SiO/MO)が20〜300、より好ましくは30〜200の範囲にあることが好ましい。前記モル比が20未満であると、イオン交換時などにゲル化する場合があり、また前記モル比が300を超えると、シリカの溶解性が低下してアルミン酸塩の水溶液とアルカリ性シリカゾルを混合した際に増粘したり、ゲル化する場合があるので好ましくない。
また、アミンやアンモニウムイオンを含むアルカリ性シリカゾルを用いるとシリカの溶解度が低くなりアルミン酸塩の水溶液を混合するとゲル化する場合があるので好ましくない。
また前記シリカゾルは、製法によってはアルミニウム成分を含む場合があるが、その場合は、アルミニウム含有量がAl/SiOモル比で0.007未満のものを用いることが好ましい。前記Al/SiOモル比が0.007を超えると、シリカゾル内部のアルカリ含有量が多くイオン交換時などにゲル化することがあるので好ましくない。
The alkaline silica sol preferably contains an alkali metal ion. The content of the alkali metal ion is expressed by the molar ratio (SiO 2 ) when the alkali metal ion is represented by M 2 O (M is an alkali metal element) and the silicon component contained in the alkaline silica sol is represented by SiO 2. 2 / M 2 O) is preferably in the range of 20 to 300, more preferably 30 to 200. If the molar ratio is less than 20, gelation may occur at the time of ion exchange, and if the molar ratio exceeds 300, the solubility of silica is reduced and an aqueous solution of aluminate and alkaline silica sol are mixed. This is not preferable because it may increase viscosity or gel.
Moreover, it is not preferable to use an alkaline silica sol containing amine or ammonium ions because the solubility of silica is lowered and gelation may occur when an aluminate aqueous solution is mixed.
Also, the silica sol, although the process may contain aluminum components, in that case, it is preferable to use the aluminum content is less than 0.007 in Al 2 O 3 / SiO 2 molar ratio. If the Al 2 O 3 / SiO 2 molar ratio exceeds 0.007, the alkali content in the silica sol is so high that gelation may occur during ion exchange, which is not preferable.

前記アルカリ性シリカゾルの固形分濃度はSiO換算基準で10〜50重量%の範囲にあることが好ましい。前記固形分濃度が10重量%未満の場合には、シリカ系微粒子の生産性が低下するので好ましくない。また、前記濃度が50重量%を超えると、アルカリ性シリカゾルの粘度が高くなるので好ましくない。 The solid content of the alkaline silica sol is preferably in the range of 10 to 50 wt% in terms of SiO 2 based. When the solid content concentration is less than 10% by weight, the productivity of silica-based fine particles decreases, which is not preferable. Moreover, since the viscosity of alkaline silica sol will become high when the said density | concentration exceeds 50 weight%, it is unpreferable.

前記アルカリ性シリカゾルに対して混合する前記アルミン酸塩の水溶液の量は、該シリカゾル中に含まれるケイ素成分をSiOで表し、さらに該アルミン酸塩中に含まれるアルミニウムをAlで表したとき、そのモル比(Al/SiO)が0.0005〜0.050、より好ましくは0.005〜0.050、さらに好ましくは0.010〜0.050の範囲にあることが好ましい。
前記モル比が0.0005未満であると、シリカ系微粒子表面のアルミニウムの修飾量が少ないため、シリカ系微粒子分散ゾルの安定性が低下し、塗料組成物の安定性や硬化性塗膜の硬度や耐擦傷性、透明性も低下するので好ましくない。また前記モル比が0.050を超えると、シリカ系微粒子分散ゾルの安定性や透明性が低下したり、硬化性塗膜の硬度や耐擦傷性、透明性が低下するので好ましくない。
The amount of the aqueous solution of aluminate mixed with the alkaline silica sol is represented by SiO 2 as the silicon component contained in the silica sol, and Al 2 O 3 as the aluminum contained in the aluminate. When the molar ratio (Al 2 O 3 / SiO 2 ) is in the range of 0.0005 to 0.050, more preferably 0.005 to 0.050, and still more preferably 0.010 to 0.050. preferable.
If the molar ratio is less than 0.0005, the amount of modification of aluminum on the surface of the silica-based fine particles is small, so the stability of the silica-based fine particle-dispersed sol decreases, and the stability of the coating composition and the hardness of the curable coating film And scratch resistance and transparency are also unfavorable. On the other hand, when the molar ratio exceeds 0.050, the stability and transparency of the silica-based fine particle-dispersed sol are deteriorated, and the hardness, scratch resistance, and transparency of the curable coating film are not preferable.

前記アルミン酸塩は、アルミン酸ナトリウムおよび/またはアルミン酸カリウムであることが好ましい。
また前記アルミン酸塩の水溶液の固形分濃度は、Al換算基準で0.5〜30重量%の範囲にあることが好ましい。
前記Al換算基準の濃度が0.5重量%未満の場合にはアルミン酸塩が加水分解して水酸化物を形成し易くなり、前記濃度が30重量%を超えると局所的なpHや塩濃度の上昇によるシリカやアルミニウム成分の凝集が起こることがあるため好ましくない。
The aluminate is preferably sodium aluminate and / or potassium aluminate.
Moreover, it is preferable that the solid content concentration of the aqueous solution of the aluminate is in the range of 0.5 to 30% by weight in terms of Al 2 O 3 conversion.
When the concentration based on Al 2 O 3 is less than 0.5% by weight, the aluminate is easily hydrolyzed to form a hydroxide, and when the concentration exceeds 30% by weight, the local pH In addition, silica and aluminum components may be aggregated due to an increase in salt concentration.

また、前記アルミン酸塩の水溶液のMO/Alモル比(Mはアルカリ金属元素)は1.0〜1.5の範囲にあることが好ましい。前記モル比が1.0未満の場合には、アルミン酸塩が加水分解して水酸化物を形成し易くなり、また前記モル比が1.5を超えるとシリカ・アルミナ系複合酸化物の前駆体が形成されにくくなることがあるので、好ましくない。 Further, the M 2 O / Al 2 O 3 molar ratio of the aqueous solution of aluminate (M is an alkali metal element) is preferably in the range of 1.0 to 1.5. When the molar ratio is less than 1.0, the aluminate is easily hydrolyzed to form a hydroxide, and when the molar ratio exceeds 1.5, the precursor of the silica-alumina composite oxide. Since a body may become difficult to form, it is not preferable.

次に工程(2)について説明する。
工程(2):前記工程(1)により得られた混合液を60〜200℃の温度に加熱して、0.5〜20時間、撹拌する。
シリカ微粒子表面でのケイ酸モノマーとアルミン酸イオンの置換反応やシリカゾル中に溶解したシリカとアルミン酸のシリカ微粒子表面への析出反応が前記工程(1)だけで充分に行われなかった場合には、この工程により上記置換反応および析出反応を充分に行わせる。さらにこの工程により、シリカ微粒子の表面に形成したシリカ・アルミナ系複合酸化物の前駆体の脱水・縮重合反応を行わせてシリカ微粒子の表面に安定化させることによってシリカ微粒子の表面をアルミニウムで修飾する。
Next, process (2) is demonstrated.
Process (2) : The liquid mixture obtained by the said process (1) is heated to the temperature of 60-200 degreeC, and is stirred for 0.5 to 20 hours.
When the substitution reaction of silicic acid monomer and aluminate ion on the surface of the silica fine particles or the precipitation reaction of silica and aluminate dissolved in the silica sol on the surface of the silica fine particles is not sufficiently performed only in the step (1) In this step, the substitution reaction and the precipitation reaction are sufficiently performed. Furthermore, by this process, the surface of silica fine particles is modified with aluminum by dehydrating and condensing polymerization of the silica-alumina composite oxide precursor formed on the surface of the silica fine particles to stabilize the surface of the silica fine particles. To do.

前記混合液の加熱温度が60℃未満であると、シリカ・アルミナ系複合酸化物の前駆体の脱水・縮重合反応が充分起こらずシリカ系微粒子分散ゾルの安定性や高濃縮性が低下する。また前記加熱温度が200℃を超えると、シリカの溶解度が高くなりすぎるため、前記シリカ・アルミナ系複合酸化物の緻密性が低下し、シリカ系微粒子分散ゾルの安定性や高濃縮性が低下することがあるため好ましくない。   If the heating temperature of the mixed solution is less than 60 ° C., the silica-alumina composite oxide precursor is not sufficiently dehydrated and polycondensed, and the stability and high concentration of the silica-based fine particle-dispersed sol are deteriorated. Further, when the heating temperature exceeds 200 ° C., the solubility of silica becomes too high, so that the density of the silica / alumina composite oxide is lowered, and the stability and high concentration of the silica-based fine particle dispersed sol are lowered. This is not preferable.

前記加熱は公知の装置および方法を用いて行うことができる。前記加熱は常圧下で行っても加圧下で行ってもよい。オートクレーブ装置などを用いて加圧下で加熱を行った場合はシリカ系微粒子分散ゾルの安定性がより向上する。
前記攪拌時間は0.5〜20時間の範囲にあることが好ましい。前記攪拌時間が0.5時間未満の場合には、前記脱水・縮重合反応が充分起こらずシリカ系微粒子分散ゾルの安定性が低下することがあるので好ましくない。前記攪拌時間が20時間を越えると、技術的に特に問題はないものの、製造時間が長くなり経済的でないため好ましくない。
The heating can be performed using a known apparatus and method. The heating may be performed under normal pressure or under pressure. When heating is performed under pressure using an autoclave apparatus or the like, the stability of the silica-based fine particle dispersed sol is further improved.
The stirring time is preferably in the range of 0.5 to 20 hours. When the stirring time is less than 0.5 hours, the dehydration / condensation polymerization reaction does not occur sufficiently, and the stability of the silica-based fine particle dispersed sol may be lowered. When the stirring time exceeds 20 hours, although there is no technical problem in particular, it is not preferable because the manufacturing time becomes long and it is not economical.

さらに、前記工程(2)より得られたシリカ系微粒子の分散ゾルを、下記工程(3)に処することができる。
工程(3):前記工程(2)により得られた混合液を陽イオン交換樹脂と接触させて、該混合液中に含まれるアルカリ金属イオンをイオン交換除去して、該混合液のpHを3.0〜6.0の範囲に調整する。
この工程によって、酸性のシリカ系微粒子の分散ゾルを製造することができる。この分散ゾルは、酸性領域でも安定であって、塗料組成物に配合したときに得られる塗膜の硬度や耐擦傷性、密着性を向上させる効果に優れる。
前記pHが3.0未満であると、シリカ系微粒子表面に修飾されたアルミニウムの一部が溶解して陽イオン樹脂によりイオン交換除去され、シリカ系微粒子分散ゾルの安定性や膜硬度が低下することがあるので好ましくない。また前記pHが6.0を超えるとシリカ系微粒子分散ゾルが不安定化しゲル化することがあるので好ましくない。
Furthermore, the dispersion sol of silica-based fine particles obtained from the step (2) can be subjected to the following step (3).
Step (3) : The mixed solution obtained in the step (2) is brought into contact with a cation exchange resin, and the alkali metal ions contained in the mixed solution are removed by ion exchange, so that the pH of the mixed solution is 3 Adjust to the range of .0 to 6.0.
Through this step, a dispersion sol of acidic silica-based fine particles can be produced. This dispersion sol is stable even in the acidic region, and is excellent in the effect of improving the hardness, scratch resistance, and adhesion of the coating film obtained when blended in the coating composition.
When the pH is less than 3.0, a part of the modified aluminum is dissolved on the surface of the silica-based fine particles and is ion-exchanged and removed by the cation resin, and the stability and film hardness of the silica-based fine particle dispersed sol are lowered. This is not preferable. On the other hand, if the pH exceeds 6.0, the silica-based fine particle-dispersed sol may become unstable and gel.

前記混合液と陽イオン交換樹脂を接触させる方法としてはバッチ式(樹脂循環式)、カラム式(樹脂充填式)、その他公知の方法を用いることができる。
また前記工程(3)において、前記混合液を加熱して、60〜95℃の温度条件下で前記陽イオン交換樹脂と接触させると、アルカリ金属イオンのイオン交換除去効果をより高めることができる。
As a method of bringing the mixed solution into contact with the cation exchange resin, a batch method (resin circulation method), a column method (resin filling method), and other known methods can be used.
Moreover, in the said process (3), when the said liquid mixture is heated and it is made to contact with the said cation exchange resin on 60-95 degreeC temperature conditions, the ion exchange removal effect of an alkali metal ion can be improved more.

これらの工程(1)〜工程(3)を行うことによって、シリカ微粒子の表面をアルミニウムで修飾してなる平均粒子径5〜50nmのシリカ系微粒子を含み、かつpHが3.0〜6.0の酸性域にあるシリカ系微粒子水分散ゾルを得ることができる。
さらに、前記工程(1)と前記工程(2)の間に、
工程(1.1): 前記工程(1)で得られた混合液を60〜95℃の温度に加熱して、0.2〜10時間、撹拌する工程、
工程(1.2): 前記工程(1.1)で得られた混合液を陽イオン交換樹脂と接触させて、該混合液中に含まれる少なくとも一部のアルカリ金属イオンをイオン交換除去して、該混合液のpHを7〜10の範囲に調整する工程、
を含むことが好ましい。
By performing these steps (1) to (3), silica-based fine particles having an average particle diameter of 5 to 50 nm obtained by modifying the surface of the silica fine particles with aluminum and having a pH of 3.0 to 6.0 are contained. A silica-based fine particle water-dispersed sol in the acidic range can be obtained.
Furthermore, between the step (1) and the step (2),
Step (1.1): A step of heating the mixed liquid obtained in the step (1) to a temperature of 60 to 95 ° C. and stirring for 0.2 to 10 hours.
Step (1.2): The mixed solution obtained in the step (1.1) is brought into contact with a cation exchange resin, and at least a part of alkali metal ions contained in the mixed solution is removed by ion exchange. Adjusting the pH of the mixture to a range of 7 to 10,
It is preferable to contain.

上記工程(1.1)および工程(1.2)工程を行うことによって、シリカ微粒子の表面に形成されるシリカ・アルミナ系複合酸化物の緻密性をさらに高め、硬化性塗膜の硬度を高めることができる。また、前記(1.1)および(1.2)工程を行わない場合には、シリカ系微粒子水分散ゾルの溶媒中に溶解したシリカ成分が残存することがあり、濃縮や溶媒置換の方法や条件によってはこれらがシリカ系微粒子水分散ゾルを高濃度に濃縮した際の安定性を低下させる場合があるが、この工程に処することによりシリカ系微粒子水分散ゾルの溶媒中に溶解しているシリカ成分を全てシリカ微粒子表面にシリカ・アルミナ系複合酸化物として析出させることができる。
このようなシリカ・アルミナ系複合酸化物の前駆体として析出したシリカ成分は、後の工程(3)によりシリカの溶解度の高い条件で加熱しても再び混合液中に溶解することは殆どない。
By performing the step (1.1) and the step (1.2), the denseness of the silica-alumina composite oxide formed on the surface of the silica fine particles is further increased, and the hardness of the curable coating film is increased. be able to. In addition, when the steps (1.1) and (1.2) are not performed, the silica component dissolved in the solvent of the silica-based fine particle water-dispersed sol may remain. Depending on the conditions, these may reduce the stability when the silica-based fine particle water-dispersed sol is concentrated to a high concentration, but the silica dissolved in the solvent of the silica-based fine particle water-dispersed sol by this step All components can be deposited on the surface of silica fine particles as a silica-alumina composite oxide.
The silica component deposited as a precursor of such a silica / alumina composite oxide hardly dissolves again in the mixed solution even when heated under the condition of high silica solubility in the subsequent step (3).

このような工程により、シリカ・アルミナ系複合酸化物がより緻密になり、得られるシリカ系微粒子水分散ゾルを高濃度に濃縮した際の安定性がより向上する。
上記工程により得られたシリカ系微粒子水分散ゾルは必要に応じて限外ろ過法、エバポレータ、蒸発などの公知の方法によって濃縮することができる。
また、上記の工程に得られたシリカ系微粒子水分散ゾルの分散媒を限外ろ過法、エバポレータなど公知の方法により有機溶媒で溶媒置換することにより、シリカ系微粒子有機溶媒分散ゾルを得ることができる。
また、前記シリカ系微粒子水分散ゾルおよびシリカ系微粒子有機溶媒分散ゾルを、必要に応じてシランカップリング剤などの公知の表面処理剤を用いてさらに表面処理してもよい。
By such a process, the silica-alumina composite oxide becomes denser, and the stability when the obtained silica-based fine particle water-dispersed sol is concentrated to a high concentration is further improved.
The silica-based fine particle water-dispersed sol obtained by the above steps can be concentrated by a known method such as an ultrafiltration method, an evaporator, or evaporation as necessary.
Further, the silica-based fine particle organic solvent-dispersed sol can be obtained by replacing the dispersion medium of the silica-based fine particle water-dispersed sol obtained in the above step with an organic solvent by a known method such as an ultrafiltration method or an evaporator. it can.
Further, the silica-based fine particle water-dispersed sol and the silica-based fine particle organic solvent-dispersed sol may be further subjected to a surface treatment using a known surface treating agent such as a silane coupling agent, if necessary.

塗料組成物
次に、本発明に係る塗料組成物について説明する。
本発明に係る塗料組成物の用途は、特に制限されるものではなく、ハードコート材料、封止材料、接着材料、樹脂組成物の充填材などとして使用できる。本発明に係る塗料組成物より得られる硬化性塗膜は膜強度、透明性および耐擦傷性が高いため光学レンズ基材表面に設けられるハードコート層またはプライマー層形成用塗料組成物としては特に好適に使用できる。
Next, the coating composition according to the present invention will be described.
The application of the coating composition according to the present invention is not particularly limited, and can be used as a hard coat material, a sealing material, an adhesive material, a filler for a resin composition, and the like. The curable coating film obtained from the coating composition according to the present invention is particularly suitable as a coating composition for forming a hard coat layer or a primer layer provided on the surface of an optical lens substrate because of high film strength, transparency and scratch resistance. Can be used for

本発明に係る塗料組成物は、
(A)本発明に係るシリカ系微粒子の分散ゾルと、
(B)バインダー成分
とを含むことを特徴としている。
The coating composition according to the present invention comprises:
(A) a dispersion sol of silica-based fine particles according to the present invention;
(B) A binder component is included.

(A)本発明に係るシリカ系微粒子の分散ゾル
本発明に係るシリカ系微粒子の分散ゾルは、上述したように、異方形状のシリカ系微粒子を含む分散ゾルであって、該シリカ系微粒子の表面が負電荷を有し、かつ該シリカ系微粒子の表面がアルミニウムで修飾されており、該アルミニウムの修飾量はAl換算基準でシリカ系微粒子の単位表面積当り0.01×10−6〜2.0×10−6モル/mの範囲にあるシリカ系微粒子の分散ゾルである。
このようなシリカ系微粒子の分散ゾルを塗料組成物に配合することによって、得られる塗膜の膜硬度、耐擦傷性、密着性が著しく向上する。
さらに、前記シリカ系微粒子の動的光散乱法により測定された平均粒子径(D1)が15〜70nmの範囲にあり、BET法により測定された平均粒子径(D2)が10〜50nmの範囲にあり、異形度(D1/D2)が1.55〜4.00の範囲にあることが好ましい。このようなシリカ系微粒子を用いると塗膜の硬度が著しく向上するので好ましい。
このようなシリカ系微粒子の分散ゾルは、上述したような製造方法で得ることができる。
また、(A)成分としてのシリカ系微粒子の分散ゾルは、分散媒が水であっても有機溶媒であってもよい。
(B)バインダー成分
前記バインダー成分としては塗料組成物の使用目的に応じて従来公知のもの、あるいは現在開発中のものから適宜選択して使用することができる。
前記バインダー成分として、下記式(II)で表される有機ケイ素化合物および/またはその加水分解物が挙げられる。
Si(OR4−(a+b) (II)
(式中、Rは炭素数1〜6のアルキル基、ビニル基を含有する炭素数8以下の有機基、エポキシ基を含有する炭素数8以下の有機基、メタクリロキシ基を含有する炭素数8以下の有機基、メルカプト基を含有する炭素数1〜5の有機基またはアミノ基を含有する炭素数1〜5の有機基であり、Rは炭素数1〜3のアルキル基、アルキレン基、シクロアルキル基もしくはハロゲン化アルキル基またはアリル基であり、Rは炭素数1〜3のアルキル基、アルキレン基またはシクロアルキル基である。また、aは0または1の整数、bは0、1または2の整数である。)
(A) Dispersion sol of silica-based fine particles according to the present invention As described above, the dispersion sol of silica-based fine particles according to the present invention is a dispersion sol containing anisotropic-shaped silica-based fine particles, The surface has a negative charge, and the surface of the silica-based fine particles is modified with aluminum. The modification amount of the aluminum is 0.01 × 10 −6 per unit surface area of the silica-based fine particles in terms of Al 2 O 3 conversion. It is a dispersion sol of silica-based fine particles in a range of ˜2.0 × 10 −6 mol / m 2 .
By blending such a dispersion sol of silica-based fine particles into the coating composition, the film hardness, scratch resistance and adhesion of the resulting coating film are remarkably improved.
Furthermore, the average particle diameter (D1) measured by the dynamic light scattering method of the silica-based fine particles is in the range of 15 to 70 nm, and the average particle diameter (D2) measured by the BET method is in the range of 10 to 50 nm. Yes, the degree of irregularity (D1 / D2) is preferably in the range of 1.55 to 4.00. Use of such silica-based fine particles is preferable because the hardness of the coating film is remarkably improved.
Such a dispersion sol of silica-based fine particles can be obtained by the production method as described above.
In addition, the dispersion sol of silica-based fine particles as the component (A) may be water or an organic solvent.
(B) Binder component The binder component can be appropriately selected from conventionally known ones or those currently under development depending on the purpose of use of the coating composition.
Examples of the binder component include an organosilicon compound represented by the following formula (II) and / or a hydrolyzate thereof.
R 1 a R 2 b Si (OR 3 ) 4- (a + b) (II)
(In the formula, R 1 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an organic group having 8 or less carbon atoms containing a vinyl group, an organic group having 8 or less carbon atoms containing an epoxy group, and 8 carbon atoms containing a methacryloxy group. The following organic group, an organic group having 1 to 5 carbon atoms containing a mercapto group or an organic group having 1 to 5 carbon atoms containing an amino group, R 2 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an alkylene group, A cycloalkyl group, a halogenated alkyl group or an allyl group, R 3 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an alkylene group or a cycloalkyl group, a is an integer of 0 or 1, b is 0, 1 Or an integer of 2.)

前記一般式(II)で表される有機ケイ素化合物としては、アルコキシシラン化合物が代表例として挙げられ、具体的には、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリメチルクロロシラン、α―グルシドキシメチルトリメトキシシラン、α―グリシドキシエチルトリメトキシシラン、β―グリシドキシエチルトリメトキシシラン、γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ―グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ―グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ―γ―グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β―(3、4−エポキシシクロヘキシル)−エチルトリメトキシシラン、β―(3、4−エポキシシクロヘキシル)−エチルトリエトキシシラン、γ―アミノプロピルトリメトキシシラン、γ―アミノプロピルトリエトキシシラン、N−β(アミノエチル)―γ―アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−β(アミノエチル)―γ―アミノプロピルメチルジエトキシシランなどが挙げられる。これらは1種で用いても2種以上を混合して用いても良い。   As the organosilicon compound represented by the general formula (II), an alkoxysilane compound can be given as a representative example, and specifically, tetraethoxysilane, methyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyl. Trimethoxysilane, trimethylchlorosilane, α-glycidoxymethyltrimethoxysilane, α-glycidoxyethyltrimethoxysilane, β-glycidoxyethyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycyl Sidoxypropyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, γ-γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) -ethyltrimethoxysilane, β- (3 4-epoxycyclohexyl) -Ethyltriethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-β (aminoethyl) -γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-β (aminoethyl) -γ-aminopropyl And methyldiethoxysilane. These may be used alone or in combination of two or more.

このような有機ケイ素化合物および/またはその加水分解物は、特に光学基材などのハードコート膜形成用塗料のバインダーとして好ましい。
このような有機ケイ素化合物をバインダー成分として本発明に係る塗料組成物を調製するには、前記有機ケイ素化合物を無溶媒下、またはアルコール等の極性有機溶媒中で、酸や水などの存在下で部分加水分解または加水分解した後にシリカ系微粒子分散ゾルと混合することが好ましい。ただし、前記有機ケイ素化合物とシリカ系微粒子分散ゾルを混合したあとに、これらを部分加水分解または加水分解してもよい。
Such an organosilicon compound and / or a hydrolyzate thereof is particularly preferable as a binder for a hard coat film-forming coating material such as an optical substrate.
In order to prepare a coating composition according to the present invention using such an organosilicon compound as a binder component, the organosilicon compound is used in the absence of a solvent or in a polar organic solvent such as alcohol in the presence of an acid or water. It is preferably mixed with the silica-based fine particle dispersed sol after partial hydrolysis or hydrolysis. However, after the organosilicon compound and the silica-based fine particle dispersed sol are mixed, they may be partially hydrolyzed or hydrolyzed.

前記シリカ系微粒子分散ゾルと前記有機ケイ素化合物および/またはその加水分解物との混合は、前記有機ケイ素化合物をSiO基準に換算した重量をXで表し、前記シリカ系微粒子分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子の重量をYで表したとき、その重量比が(X/Y)が30/70〜90/10、好ましくは35/65〜80/20となるように行うことが好ましい。ここで、前記重量比が30/70未満であると、基材や他の塗膜との密着性が低下することがあり、また前記重量比が90/10を超えると、塗膜の耐擦傷性が低下することがあるので好ましくない。 The mixing of the silica-based fine particle-dispersed sol with the organosilicon compound and / or a hydrolyzate thereof represents the weight of the organosilicon compound in terms of SiO 2 as X, and the silica contained in the silica-based fine particle dispersed sol When the weight of the system fine particles is represented by Y, the weight ratio (X / Y) is preferably 30/70 to 90/10, preferably 35/65 to 80/20. Here, if the weight ratio is less than 30/70, adhesion to the substrate or other coating film may be lowered, and if the weight ratio exceeds 90/10, the coating film is scratch resistant. This is not preferable because the properties may be lowered.

また前記バインダー成分として、熱硬化性有機樹脂または熱可塑性有機樹脂が挙げられる。前記熱硬化性有機樹脂としては、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂およびメラミン系樹脂から選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。
さらに具体的に述べれば、前記ウレタン系樹脂としては、たとえばヘキサメチレンジイソシアネート等のブロック型ポリイシシアネートとポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール等の活性水素含有化合物との反応物などが挙げられ、また前記エポキシ樹脂
としては、たとえばポリアルキレンエーテル変性エポキシ樹脂や分子鎖に柔軟性骨格(ソフトセグメント)を導入したエポキシ基含有化合物などが挙げられる。
Examples of the binder component include a thermosetting organic resin or a thermoplastic organic resin. The thermosetting organic resin is preferably at least one selected from urethane resins, epoxy resins and melamine resins.
More specifically, examples of the urethane resin include a reaction product of a block-type polyisocyanate such as hexamethylene diisocyanate and an active hydrogen-containing compound such as polyester polyol and polyether polyol, and the epoxy resin. Examples of the resin include a polyalkylene ether-modified epoxy resin and an epoxy group-containing compound in which a flexible skeleton (soft segment) is introduced into a molecular chain.

さらに、前記メラミン系樹脂としては、たとえばエーテル化メチロールメラミンとポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールとの硬化物などが挙げられる。これらの中でも、ブロック型イシシアネートとポリオールとの硬化物であるウレタン系樹脂を使用することが好ましい。また、これらの熱硬化性有機樹脂は、1種類だけでなく2種類以上を使用してもよい。
本発明で使用される前記バインダー成分としての熱可塑性有機樹脂は、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂およびエステル系樹脂から選ばれた少なくとも1種であることが好ましく、さらには自己乳化型の水系エマルジョン樹脂であることがより好ましい。
Furthermore, examples of the melamine-based resin include cured products of etherified methylol melamine, polyester polyol, and polyether polyol. Among these, it is preferable to use a urethane-based resin that is a cured product of a block type isocyanate and a polyol. Moreover, these thermosetting organic resins may use not only one type but also two or more types.
The thermoplastic organic resin as the binder component used in the present invention is preferably at least one selected from an acrylic resin, a urethane resin, and an ester resin, and more preferably a self-emulsifying aqueous emulsion resin. It is more preferable that

さらに具体的に述べれば、前記アクリル系樹脂としては、たとえば(メタ)アクリル酸アルキスエステルモノマーから得られる水系エマルジョンや前記モノマーとスチレン、アクリロニトリル等とを共重合させたポリマーエマルジョンなどが挙げられ、また前記ウレタン系樹脂としては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオールなどのポリオール化合物とポリイシシアネートとを反応させてなる水系エマルジョンなどが挙げられ、さらに前記エステル系樹脂としては、たとえばハードセグメントにポリエステル、ソフトセグメントにポリエーテルまたはポリエステルを用いたマルチブロック共重合体の水分散型エラストマーなどが挙げられる。これらの中でも、ポリエステルポリオールまたはポリエーテルポリオールとポリイシシアネートから得られる水分散型ウレタン系樹脂を使用することが好ましい。また、これらの熱可塑性有機樹脂は、1種類だけでなく2種類以上を使用してもよい。   More specifically, examples of the acrylic resin include a water-based emulsion obtained from a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer and a polymer emulsion obtained by copolymerizing the monomer with styrene, acrylonitrile, and the like. Examples of the urethane resin include water-based emulsions obtained by reacting a polyol compound such as polyester polyol, polyether polyol, and polycarbonate polyol with polyisocyanate. Further, examples of the ester resin include hard segments. Examples include polyester, water-dispersed elastomer of a multi-block copolymer using polyether or polyester as a soft segment. Among these, it is preferable to use a water-dispersed urethane resin obtained from polyester polyol or polyether polyol and polyisocyanate. Moreover, these thermoplastic organic resins may use not only one type but also two or more types.

このような熱硬化性有機樹脂および前記熱可塑性樹脂をバインダー成分とした塗料組成物は、前記樹脂とシリカ系微粒子分散ゾルを混合することにより調製され、その混合割合は前記樹脂の重量をRで表し、シリカ系微粒子分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子の重量をSで表したとき、その重量比(R/S)が90/10〜30/70、より好ましくは80/20〜35/65となるように行うことが好ましい。
ここで、前記重量比が30/70未満であると、基材や他の塗膜との密着性や基材の耐衝撃性が低下することがあり、また前記重量比が90/10を超えると、塗膜の屈折率や耐熱性が低下することがあるので好ましくない。
前記塗料組成物は、光学基材用塗料組成物、さらに好ましくはハードコート層膜形成用塗料組成物であることが好ましい。
A coating composition using such a thermosetting organic resin and the thermoplastic resin as a binder component is prepared by mixing the resin and a silica-based fine particle-dispersed sol, and the mixing ratio is R based on the weight of the resin. When the weight of the silica-based fine particles contained in the silica-based fine particle dispersed sol is represented by S, the weight ratio (R / S) is 90/10 to 30/70, more preferably 80/20 to 35/65. It is preferable to do so.
Here, if the weight ratio is less than 30/70, the adhesion to the substrate and other coating films and the impact resistance of the substrate may be lowered, and the weight ratio exceeds 90/10. And the refractive index and heat resistance of the coating film may decrease, which is not preferable.
The coating composition is preferably a coating composition for an optical substrate, more preferably a coating composition for forming a hard coat layer film.

本発明の塗料組成物には、さらに各種の未架橋エポキシ化合物、界面活性剤、レべリング剤および/または紫外線吸収剤、光安定剤、希釈溶媒などの1種以上を含んでいても良い。
また本発明に係る塗料組成物のバインダー成分としてはチタニウムアルコキシドなどの金属アルコキシドや紫外線硬化性化合物(例えばアクリロイルオキシ基を有する多官能アクリル系化合物等)などの化合物、さらには前記熱硬化性有機樹脂や前記熱可塑性樹脂のかわりに前記紫外線硬化性化合物などの化合物を使用することもできる。
The coating composition of the present invention may further contain one or more of various uncrosslinked epoxy compounds, surfactants, leveling agents and / or ultraviolet absorbers, light stabilizers, diluent solvents, and the like.
Further, as a binder component of the coating composition according to the present invention, a metal alkoxide such as titanium alkoxide, a compound such as an ultraviolet curable compound (for example, a polyfunctional acrylic compound having an acryloyloxy group), and the thermosetting organic resin In place of the thermoplastic resin, a compound such as the ultraviolet curable compound may be used.

塗膜
次に、本発明に係る塗膜について説明する。
本発明に係る塗膜は、本発明に係る塗料組成物を基材上に塗布することによって得ることができる、高い透明性と膜強度、耐擦傷性を有する塗膜である。
前記塗料組成物の塗布方法(コーティング方法)としては、ディッピング法やスピンコート法等の公知の方法を使用することができる。
このような方法を用いて基材上に塗布された、前記塗料組成物からなる塗膜を熱硬化させると、本発明に係る硬化性塗膜が形成される。この熱硬化は、80〜130℃で0.5〜5時間、加熱処理することによって行われる。このようにして得られる硬化塗膜の膜厚は、1.0〜5.0μm、好ましくは1.5〜4.0μmであることが望ましい。
前記基材としてはプラスチックやガラスなどのレンズ、プラスチックフィルム、プラスチックシート、プラスチックパネル、金属などの基材には好適に使用できる。
前記プラスチックとしては例えばポリスチレン樹脂、アリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリチオウレタン樹脂、ポリチオエポキシ樹脂、PMMA樹脂、ABS樹脂、エポキシ樹脂、ポリサルフォン樹脂、PET、TAC、アクリル樹脂などの樹脂化合物が挙げられる。
Next, the coating film according to the present invention will be described.
The coating film according to the present invention is a coating film having high transparency, film strength, and scratch resistance, which can be obtained by applying the coating composition according to the present invention on a substrate.
As a coating method of the coating composition, a known method such as a dipping method or a spin coating method can be used.
When the coating film which consists of the said coating composition apply | coated on the base material using such a method is thermosetted, the curable coating film which concerns on this invention is formed. This thermosetting is performed by heat-processing at 80-130 degreeC for 0.5 to 5 hours. The film thickness of the cured coating film thus obtained is 1.0 to 5.0 μm, preferably 1.5 to 4.0 μm.
The substrate can be suitably used for substrates such as lenses such as plastic and glass, plastic films, plastic sheets, plastic panels, and metals.
Examples of the plastic include resin compounds such as polystyrene resin, allyl resin, polycarbonate resin, polythiourethane resin, polythioepoxy resin, PMMA resin, ABS resin, epoxy resin, polysulfone resin, PET, TAC, and acrylic resin.

[測定方法および評価試験方法]
次に、本発明の実施例その他で使用された測定方法および評価試験方法を具体的に述べれば、以下の通りである。
[Measurement method and evaluation test method]
Next, the measurement methods and evaluation test methods used in the examples and others of the present invention will be specifically described as follows.

(1)比表面積の測定方法
本発明に係るシリカ系微粒子の比表面積は窒素吸着法(BET法)により測定した。
シリカ系微粒子を含む分散ゾル(分散媒は水であっても有機溶媒であっても良い)50mlをHNOでpH3.5に調整し、1−プロパノール40mlを加え、110℃で16時間乾燥させた。得られた試料を乳鉢で粉砕した後、マッフル炉にて500℃、1時間焼成し、測定用試料とした。得られた測定用試料について、比表面積測定装置(ユアサアイオニクス製、型番マルチソーブ12)を用いて窒素吸着法(BET法)により窒素吸着量を測定し、得られた吸着量からBET1点法による比表面積を算出した。具体的には、試料0.5gを測定セルに取り、窒素30vol%/ヘリウム70vol%の混合ガス気流中で、300℃で20分間脱ガス処理を行い、その上で試料を上記混合ガス気流中で液体窒素温度に保ち、窒素を試料に平衡吸着させた。次に、上記混合ガスを流しながら試料温度を徐々に室温まで上昇させ、その間に脱離した窒素の量を検出し、予め作成した検量線により、微粒子の比表面積(m/g)を算出した。
(1) Measuring method of specific surface area The specific surface area of the silica-based fine particles according to the present invention was measured by a nitrogen adsorption method (BET method).
50 ml of dispersion sol containing silica fine particles (dispersion medium may be water or organic solvent) is adjusted to pH 3.5 with HNO 3 , 40 ml of 1-propanol is added and dried at 110 ° C. for 16 hours. It was. The obtained sample was pulverized in a mortar and then baked at 500 ° C. for 1 hour in a muffle furnace to obtain a measurement sample. About the obtained measurement sample, the nitrogen adsorption amount is measured by a nitrogen adsorption method (BET method) using a specific surface area measuring device (manufactured by Yuasa Ionics, model number Multisorb 12), and the obtained adsorption amount is determined by the BET one-point method. The specific surface area was calculated. Specifically, 0.5 g of a sample is taken in a measurement cell, degassed for 20 minutes at 300 ° C. in a mixed gas stream of nitrogen 30 vol% / helium 70 vol%, and then the sample is placed in the mixed gas stream At a liquid nitrogen temperature, nitrogen was adsorbed on the sample by equilibrium. Next, the sample temperature is gradually raised to room temperature while flowing the above mixed gas, the amount of nitrogen desorbed during that time is detected, and the specific surface area (m 2 / g) of the fine particles is calculated using a calibration curve prepared in advance. did.

(2)平均粒子径D2の測定方法
シリカ系微粒子のBET法により求めた平均粒子径D2は、下記の方法で求めた。
上述した比表面積の測定方法により求めたシリカ系微粒子の比表面積(m/g)の値を次の式に適用して、平均粒子径(nm)を求めた。
平均粒子径(nm)=6000/[比表面積(m/g)×密度(ρ)]
ここで、密度(ρ)はシリカの密度2.2を用いた。
なお、球状粒子についてはBET法により求めた平均粒子径と透過型電子顕微鏡写真より求めた平均粒子径はほぼ等しいものであることを付記しておく。
(2) Measuring method of average particle diameter D2 The average particle diameter D2 calculated | required by BET method of the silica type fine particle was calculated | required with the following method.
The value of the specific surface area (m 2 / g) of the silica-based fine particles determined by the above-described specific surface area measurement method was applied to the following formula to determine the average particle diameter (nm).
Average particle diameter (nm) = 6000 / [specific surface area (m 2 / g) × density (ρ)]
Here, the density (ρ) used was a silica density of 2.2.
It should be noted that for spherical particles, the average particle size determined by the BET method and the average particle size determined from the transmission electron micrograph are substantially the same.

(3)平均粒子径D1の測定方法
動的光散乱法により求めたシリカ系微粒子の平均粒子径D1は下記の方法で求めた。
シリカ系微粒子の水分散ゾル(固形分含有量30重量%)0.10gに純水19.90gを混合して調製した固形分含有量0.15%の試料を、長さ1cm、幅1cm、高さ5cmの石英セルに入れて、動的光散乱法による超微粒子粒度分析装置(大塚電子(株)製、型式ELS−Z2)を用いて、粒子群の粒子径分布を測定する。なお、本発明でいう平均粒子径は、この測定結果をキュムラント解析して算出された値を示す。
(3) Measuring method of average particle diameter D1 The average particle diameter D1 of the silica type fine particle calculated | required by the dynamic light scattering method was calculated | required with the following method.
A sample with a solid content of 0.15% prepared by mixing 19.90 g of pure water with 0.10 g of an aqueous dispersion sol of silica-based fine particles (solid content of 30% by weight) was 1 cm in length, 1 cm in width, In a quartz cell having a height of 5 cm, the particle size distribution of the particle group is measured using an ultrafine particle size analyzer (model ELS-Z2 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) using a dynamic light scattering method. In addition, the average particle diameter as used in the field of this invention shows the value computed by cumulant analysis of this measurement result.

(4)異形度の計算方法
動的光散乱法により測定されたシリカ系微粒子の平均粒子径(D1)をBET法から求めた比表面積から算出されたシリカ系微粒子の平均粒子径(D2)で除した値(D1)/(D2)として求めた。
(4) Method for calculating degree of irregularity The average particle diameter (D1) of silica-based fine particles measured by the dynamic light scattering method is the average particle diameter (D2) of silica-based fine particles calculated from the specific surface area obtained from the BET method. It calculated | required as the value (D1) / (D2) which remove | divided.

(5)pHの測定方法
試料50mlを入れたセルを、25℃の温度に保たれた恒温槽中で、pH4、7および9の標準液で更正が完了したpHメータ(堀場製作所製、F22)のガラス電極を挿入してpH値を測定した。
このとき、水分散ゾルについては固形分濃度30重量%のものを試料とし、有機溶媒分散ゾルについては、固形分濃度30重量%のシリカ系微粒子有機溶媒分散ゾルを蒸留水で10倍に希釈して、固形分濃度を3.0重量%としたものを試料とした。
(5) pH measurement method A pH meter in which a cell containing 50 ml of a sample has been corrected with standard solutions of pH 4, 7 and 9 in a thermostatic bath maintained at a temperature of 25 ° C. (manufactured by Horiba, F22) A glass electrode was inserted to measure the pH value.
At this time, a sample with a solid concentration of 30% by weight was used as the sample for the aqueous dispersion sol, and a silica-based fine particle organic solvent dispersion sol with a solid content of 30% by weight was diluted 10 times with distilled water. A sample having a solid content concentration of 3.0% by weight was used as a sample.

(6)シリカゾルまたはシリカ系微粒子分散ゾルに含まれるケイ素、アルミニウムおよびナトリウム含有量の測定方法
(a)ケイ素の含有量
シリカゾルまたはシリカ系微粒子分散ゾル(分散媒は水であっても有機溶媒であっても良い)10gに50%硫酸水溶液2mlを加え、白金皿上にて蒸発乾固し、得られた固形物を1000℃にて1時間焼成後、冷却して秤量する。次に、秤量した固形物を微量の50%硫酸水溶液に溶かし、更にフッ化水素酸20mlを加えてから、白金皿上にて蒸発乾固し、1000℃にて15分焼成後、冷却して秤量する。これらの重量差をシリカゾルまたはシリカ系微粒子水分散ゾルまたはシリカ系微粒子有機溶媒分散ゾルに含まれるケイ素の含有量(SiO換算基準での重量%)とした。
(6) Method for measuring content of silicon, aluminum and sodium contained in silica sol or silica-based fine particle dispersed sol (a) Content of silicon Silica sol or silica-based fine particle dispersed sol (dispersion medium may be water or an organic solvent) 2 ml of 50% sulfuric acid aqueous solution is added to 10 g and evaporated to dryness on a platinum pan. The obtained solid is baked at 1000 ° C. for 1 hour, cooled and weighed. Next, dissolve the weighed solid in a small amount of 50% aqueous sulfuric acid, add 20 ml of hydrofluoric acid, evaporate to dryness on a platinum pan, bake at 1000 ° C. for 15 minutes, and cool. Weigh. These weight differences were defined as the silicon content (wt% based on SiO 2 conversion) contained in the silica sol, silica-based fine particle water-dispersed sol, or silica-based fine particle organic solvent-dispersed sol.

(b)アルミニウムの含有量
1) シリカゾルまたはシリカ系微粒子分散ゾル(分散媒は水であっても有機溶媒であっても良い。)1gを白金皿に採取し、0.1mgまで秤量する。
2) フッ化水素酸20mlを加えて、サンドバス上で加熱し、蒸発乾固する。
3) 上記2)で得られた試料を室温まで冷却したのち、塩酸5mlと水を約50ml加えて、サンドバス上で加熱し溶解させる。
4) 上記3)で得られた試料を室温まで冷却したのち、容量200mlのフラスコに供して、水で200mlに希釈して試料溶液を作成する。
5) 上記4)で得られた試料溶液に含まれるアルミニウムの量を、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(島津製作所(株)製、ICPS−8100、検出波長396.153nm)により測定し、Al換算基準での重量%を求めた。
(B) Aluminum content 1) 1 g of silica sol or silica-based fine particle dispersion sol (the dispersion medium may be water or an organic solvent) is collected in a platinum dish and weighed to 0.1 mg.
2) Add 20 ml of hydrofluoric acid, heat on a sand bath and evaporate to dryness.
3) After cooling the sample obtained in 2) above to room temperature, 5 ml of hydrochloric acid and about 50 ml of water are added and heated on a sand bath to dissolve.
4) After cooling the sample obtained in 3) above to room temperature, it is used in a 200 ml capacity flask and diluted to 200 ml with water to prepare a sample solution.
5) The amount of aluminum contained in the sample solution obtained in 4) above was measured with an inductively coupled plasma emission spectroscopic analyzer (manufactured by Shimadzu Corporation, ICPS-8100, detection wavelength 396.153 nm), and Al 2 The weight% based on O 3 conversion standard was determined.

(c)ナトリウムの含有量
1) シリカゾルまたはシリカ系微粒子分散ゾル(分散媒は水であっても有機溶媒であっても良い)1gを白金皿に採取し、0.1mgまで秤量する。
2) フッ化水素酸20mlを加えて、サンドバス上で加熱し、蒸発乾固する。
3) 上記2)で得られた試料を室温まで冷却したのち、塩酸5mlと水を約50ml加えて、サンドバス上で加熱し溶解させる。
4) 上記3)で得られた試料を室温まで冷却したのち、容量200mlのフラスコに供して、水で200mlに希釈して試料溶液を作成する。
5) 上記4)で得られた試料溶液に含まれるナトリウムの量をNa換算基準で原子吸光分光光度計((株)日立製作所製、Z−5300、測定モード;原子吸光、測定波長範囲;190〜900nm)により測定した。この測定方法は、試料溶液をフレーム法により原子蒸気化し、その原子蒸気層に適当な波長の光を照射し原子によって吸収された光の強さにより試料溶液中の元素濃度を測定する方法である。ナトリウムの検出波長は589.0nmとした。
(C) Content of sodium 1) 1 g of silica sol or silica-based fine particle dispersion sol (dispersion medium may be water or organic solvent) is collected in a platinum dish and weighed to 0.1 mg.
2) Add 20 ml of hydrofluoric acid, heat on a sand bath and evaporate to dryness.
3) After cooling the sample obtained in 2) above to room temperature, 5 ml of hydrochloric acid and about 50 ml of water are added and heated on a sand bath to dissolve.
4) After cooling the sample obtained in 3) above to room temperature, it is used in a 200 ml capacity flask and diluted to 200 ml with water to prepare a sample solution.
5) Atomic absorption spectrophotometer (manufactured by Hitachi, Ltd., Z-5300, measurement mode: amount of sodium contained in the sample solution obtained in 4) above on the basis of Na 2 O 3 conversion; atomic absorption, measurement wavelength Range; 190-900 nm). This measurement method is a method in which the sample solution is atomized by the flame method, the atomic vapor layer is irradiated with light of an appropriate wavelength, and the element concentration in the sample solution is measured by the intensity of light absorbed by the atoms. . The detection wavelength of sodium was 589.0 nm.

(7)表面負電荷量の測定方法
固形分濃度30重量%のシリカ系微粒子分散ゾル(分散媒は水であっても有機溶媒であっても良い)を1.67g採取し、蒸留水98.53gを添加して固形分濃度0.5重量%の混合溶液100.00gを調製した。得られた混合溶液に塩酸水溶液あるいはアンモニア水溶液を添加して25℃においてpHを5.0に調整した測定用水溶液を調製し、そのなかから20.00gを分取して流動電位測定装置(MUETEK社製、PCD-T3)によりカチオン標準滴定液としてPoly−Dadmacを用いてカチオン流動電位滴定値を測定して得られた流動電位滴定値を表面負電荷量とした。
なお、上記測定により得られる値はシリカ微粒子またはシリカ系微粒子1gあたりの表面負電荷量(μeq/g)である。この値をシリカ系微粒子の比表面積(m/g)で割った値をシリカ系微粒子の単位比表面積あたりに存在する負の電荷量とした。
(7) Method for measuring surface negative charge 1.67 g of silica-based fine particle dispersion sol (dispersion medium may be water or organic solvent) having a solid content concentration of 30% by weight was collected, and distilled water 98. 53 g was added to prepare 100.00 g of a mixed solution having a solid content concentration of 0.5% by weight. A hydrochloric acid aqueous solution or an ammonia aqueous solution was added to the obtained mixed solution to prepare a measurement aqueous solution having a pH adjusted to 5.0 at 25 ° C., and 20.00 g was fractionated therefrom to obtain a streaming potential measuring device (MUUTEK). PCD-T3, manufactured by the company, and using a Poly-Dadmac as a cation standard titrant, the flow potential titration value obtained by measuring the cation streaming potential titration value was defined as the surface negative charge amount.
The value obtained by the above measurement is the amount of negative surface charge (μeq / g) per 1 g of silica fine particles or silica-based fine particles. A value obtained by dividing this value by the specific surface area (m 2 / g) of the silica-based fine particles was defined as the negative charge amount existing per unit specific surface area of the silica-based fine particles.

(8)シリカ系微粒子分散ゾルのヘーズの測定方法
固形分濃度30重量%のシリカ系微粒子分散ゾル(分散媒は水であっても有機溶媒であっても良い)を光路長33mmの石英セルに収納して、色差・濁度測定器(日本電色工業(株)製、COH−300A)を用いて濁度(ヘーズ)を測定した。
(8) Method for measuring haze of silica-based fine particle-dispersed sol Silica-based fine particle-dispersed sol (dispersion medium may be water or an organic solvent) having a solid content concentration of 30% by weight in a quartz cell having an optical path length of 33 mm. The turbidity (haze) was measured using a color difference / turbidity measuring device (Nippon Denshoku Industries Co., Ltd., COH-300A).

(9)シリカ系微粒子に含まれるアルミニウムの修飾量の計算方法
上記測定方法(6)より得られた、シリカ系微粒子分散ゾルのケイ素含有量(SiO換算基準での重量%)をCSiO2、アルミニウム含有量(Al換算基準での重量%)をCAl2O3、アルカリ金属含有量(MO換算基準での重量%)をCM2Oとしたとき、下記式によりシリカ系微粒子1gあたりのアルミニウム修飾量(Al換算でのモル数)を求めた。Alの分子量は102とした。
シリカ系微粒子1gあたりのアルミニウム修飾量(mol/g)=[CAl2O3/(CSiO2+CAl2O3+CM2O)]/102
この量をシリカ系微粒子の比表面積(m/g)で割った値をシリカ系微粒子の単位表面積あたりのアルミニウム修飾量とした。
ただし、シリカを主成分とする微粒子を含むアルカリ性シリカゾルを使用して本発明に係るシリカ系微粒子を製造した場合には、シリカを主成分とする微粒子に含まれるアルミニウム量をCAl2O3からあらかじめ差し引いて算出するものとする。
(9) Calculation method of modification amount of aluminum contained in silica-based fine particles The silicon content (% by weight on the basis of SiO 2 conversion) of the silica-based fine particle-dispersed sol obtained by the measurement method (6) is defined as C SiO2 , When the aluminum content (weight% on the basis of Al 2 O 3 conversion) is C Al2O3 and the alkali metal content (weight% on the basis of M 2 O conversion) is C M2O , the following formula is used per 1 g of silica-based fine particles. The amount of aluminum modification (number of moles in terms of Al 2 O 3 ) was determined. The molecular weight of Al 2 O 3 was 102.
Aluminum modification amount per 1 g of silica-based fine particles (mol / g) = [C 2 Al 2 O 3 / (C 3 SiO 2 + C Al 2 O 3 + C M2O )] / 102
A value obtained by dividing this amount by the specific surface area (m 2 / g) of the silica-based fine particles was used as the aluminum modification amount per unit surface area of the silica-based fine particles.
However, when the silica-based fine particles according to the present invention are produced using alkaline silica sol containing fine particles mainly composed of silica, the amount of aluminum contained in the fine particles mainly composed of silica is subtracted from C Al2O3 in advance. It shall be calculated.

(10)粘度の測定方法
固形分濃度30重量%のシリカ系微粒子分散ゾル(分散媒は水であっても有機溶媒であってもよい)をそれぞれ20ml秤量して、粘度計(東機産業株式会社製、TV−10M)を用いて25℃の温度下にて粘度測定を行った。このとき、粘度計のローターは試料の粘度が1.0〜10.0mPa・sの範囲にあるときは回転数60rpm、粘度が10.0〜20.0mPa・sの範囲にあるときは回転数30rpm、粘度が20.0〜50.0mPa・sの範囲にあるときは回転数12rpm、粘度が50.0〜100.0mPa・sの範囲にあるときには回転数6rpmとして測定した。
(10) Viscosity measurement method Weigh 20 ml each of silica-based fine particle dispersion sol (dispersion medium may be water or organic solvent) having a solid content concentration of 30% by weight and measure viscometer (Toki Sangyo Co., Ltd.) The viscosity was measured at a temperature of 25 ° C. using a TV-10M manufactured by company. At this time, the rotor of the viscometer rotates at 60 rpm when the viscosity of the sample is in the range of 1.0 to 10.0 mPa · s, and when the viscosity is in the range of 10.0 to 20.0 mPa · s. When the viscosity was in the range of 30 rpm and 20.0 to 50.0 mPa · s, the rotational speed was 12 rpm, and when the viscosity was in the range of 50.0 to 100.0 mPa · s, the rotational speed was 6 rpm.

(11)膜硬度(Bayer試験値)の試験方法
磨耗試験機BTM(米コルツ社製)およびヘイズ値測定装置(NIPPON DENSGOKU製NDH2000)を使用し、実施例の調製例にて作成した被試験レンズと、基準レンズとのヘーズ値の変化によりBayer値を測定する。基準レンズはCR39基材(ジエチレングリコールビスアリルカーボネート)を使用し、まずそれぞれのヘーズ値を測定する。基準レンズの初期ヘーズ値をD(std0)、被試験レンズの初期ヘーズ値をD(test0)とする。それぞれのレンズを耐摩耗性試験機パンに設置し、その上に研磨材(専用砂)500gを充填し、600回左右に振動させ試験を行う。試験後の基準レンズの初期ヘーズ値をD(stdf)、被試験レンズの初期ヘーズ値をD(testf)とする。Bayer試験値(R)は以下の式から算出する。
R=[D(stdf)−D(std0)]/[D(testf)−D(test0)]
本発明の膜硬度の評価において、膜硬度(Bayer試験値)は2.5以上であれば、良好であり、2.5未満を不良とする。
(11) Test Method of Film Hardness (Bayer Test Value) A lens to be tested prepared in the preparation example of the example using an abrasion tester BTM (manufactured by Colts, USA) and a haze value measuring device (NDH2000 manufactured by NIPPON DENSGKUKU) Then, the Bayer value is measured by the change in the haze value with respect to the reference lens. The reference lens uses a CR39 base material (diethylene glycol bisallyl carbonate), and first, the respective haze values are measured. The initial haze value of the reference lens is D (std0), and the initial haze value of the lens under test is D (test0). Each lens is placed in an abrasion resistance tester pan, filled with 500 g of abrasive (exclusive sand), and vibrated 600 times to the left and right for testing. Assume that the initial haze value of the reference lens after the test is D (stdf) and the initial haze value of the lens under test is D (testf). The Bayer test value (R) is calculated from the following equation.
R = [D (stdf) -D (std0)] / [D (testf) -D (test0)]
In the evaluation of the film hardness of the present invention, the film hardness (Bayer test value) is good if it is 2.5 or more, and less than 2.5 is regarded as bad.

(12)塗膜の耐擦傷性試験
実施例の調製例にて作成した試験片の表面を、ボンスタースチールウール♯0000(日本スチールウール(株)製)に1kgの荷重をかけ、3cmの距離を50往復/100秒の条件で擦った後、傷の入り具合を目視にて判定し、以下の基準で評価した。
A:殆ど傷が入らない
B:若干の傷が入る
C:かなりの傷が入る
D:擦った面積のほぼ全面に傷が入る。
(12) Abrasion resistance test of coating film The surface of the test piece prepared in the preparation example of the example is subjected to a load of 1 kg on Bonstar steel wool # 0000 (manufactured by Nippon Steel Wool Co., Ltd.), and a distance of 3 cm is applied. After rubbing under conditions of 50 reciprocations / 100 seconds, the degree of damage was visually determined and evaluated according to the following criteria.
A: Almost no flaws B: Some flaws enter C: Some flaws enter D: Most flawed areas are scratched.

(13)塗膜の外観(曇り)
内壁が黒色である箱の中に蛍光灯「商品名:メロウ5N」(東芝ライテック(株)製、三波長型昼白色蛍光灯)を取り付け、前記金属酸化物微粒子を含むハードコート層膜を有する試料基板を蛍光灯の直下に垂直に置き、これらの透明度(曇りの程度)を目視にて確認し、以下の基準で評価する。
A:曇りが無い
B:僅かに曇りがある
C:明らかな曇りがある
D:著しい曇りがある。
(13) Appearance of the coating film (cloudy)
A fluorescent lamp “trade name: Mellow 5N” (manufactured by Toshiba Lighting & Technology Co., Ltd., three-wavelength daylight white fluorescent lamp) is mounted in a box whose inner wall is black and has a hard coat layer film containing the metal oxide fine particles. The sample substrate is placed vertically directly under the fluorescent lamp, and the transparency (degree of cloudiness) is visually confirmed and evaluated according to the following criteria.
A: No haze B: Slight haze C: Clear haze D: Significant haze

(14)塗膜の密着性試験
ナイフにより実施例の調製例にて作成した試験片の表面に1mm間隔で切れ目を入れ、1平方mmのマス目を100個 形成し、セロハン製粘着テープを強く押し付けた後、プラスチックレンズ基板の面内方向に対して90度方向へ急激に引っ張り、この操作を合計5回行い、剥離しないマス目の数を数え、以下の基準で評価した。
良好:剥離していないマス目の数が95個以上
不良:剥離していないマス目の数が95個未満。
(14) Adhesion test of coating film Cut the surface of the test piece prepared in the preparation example of the embodiment with a knife at intervals of 1 mm to form 100 squares of 1 mm square, and strongly adhere the cellophane adhesive tape. After pressing, the plastic lens substrate was suddenly pulled in the direction of 90 degrees with respect to the in-plane direction of the plastic lens substrate, this operation was performed a total of 5 times, the number of squares not to be peeled was counted, and evaluated according to the following criteria.
Good: The number of cells not peeled is 95 or more. Bad: The number of cells not peeled is less than 95.

(15)塗膜の耐熱水性試験
90℃の湯中に実施例の調製例にて作成した試験片を120分間浸漬させた後、前記の密着性試験と同様の試験を行い、以下の基準で評価した。
良好:剥離していないマス目の数が95個以上
不良:剥離していないマス目の数が95個未満。
(15) Hot water resistance test of coating film After immersing the test piece prepared in the preparation example of the example in 90 ° C. hot water for 120 minutes, the same test as the above-mentioned adhesion test was performed, and the following criteria were used. evaluated.
Good: The number of cells not peeled is 95 or more. Bad: The number of cells not peeled is less than 95.

(16)塗膜の耐候密着性試験
本発明において、耐候密着性とは、塗膜の密着性の経時変化が少ないこと、特に紫外線照射下などの屋外使用条件下において密着性の経時的な低下を抑制する効果を意味するものである。本発明に係る耐候密着性は下記の方法により評価した。
ハードコート層膜を形成した試料基板をキセノンウエザーメーター(スガ試験機(株)製X−75型)で曝露試験をした後、外観の確認および前記の密着性試験と同様の試験を行い、以下の基準で評価する。なお、曝露時間は、反射防止膜を有している基板は200時間、反射防止膜を有していない基板は50時間とする。
良好:剥離していないマス目の数が95個以上
不良:剥離していないマス目の数が95個未満。
(16) Weather-resistant adhesion test of coating film In the present invention, the weather-resistant adhesion means that there is little change over time in the adhesion of the coating film, particularly the deterioration of the adhesion with time under outdoor use conditions such as under ultraviolet irradiation. This means the effect of suppressing the above. The weather resistance adhesion according to the present invention was evaluated by the following method.
The sample substrate on which the hard coat layer film was formed was subjected to an exposure test with a xenon weather meter (X-75 type, manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.), and then the appearance test and the same test as the adhesion test were performed. Evaluation based on the criteria. The exposure time is 200 hours for a substrate having an antireflection film and 50 hours for a substrate not having an antireflection film.
Good: The number of cells not peeled is 95 or more. Bad: The number of cells not peeled is less than 95.

[実施例1]
異方形状シリカ系微粒子を含む水分散ゾルの調製(1)
(異方形状シリカ微粒子の調製)
SiO濃度が24重量%の珪酸ナトリウム水溶液(SiO/NaOモル比が3.1)33.4gを純水126.6kgで希釈して、SiO濃度が5重量%の珪酸ナトリウム水溶液(pH11)を160kg調製した。この珪酸ナトリウム水溶液のpHが4.5になるように硫酸濃度25%の硫酸水溶液を加えて中和し、常温で5時間保持することにより、熟成して、シリカヒドロゲルを調製した。
このシリカヒドロゲルを濾布を張った濾過機を用いて、純水(SiO固形分の約120倍相当量)で充分に洗浄して、シリカヒドロゲルに含まれる塩類を除去した。洗浄後のシリカヒドロゲル中の硫酸ナトリウム濃度は、シリカヒドロゲルのSiO固形分に対して0.01重量%未満だった。
[Example 1]
Preparation of water-dispersed sol containing anisotropic shaped silica-based fine particles (1)
(Preparation of anisotropic shaped silica fine particles)
A sodium silicate aqueous solution having a SiO 2 concentration of 24% by weight (SiO 2 / Na 2 O molar ratio: 3.1) 33.4 g was diluted with 126.6 kg of pure water, and a sodium silicate aqueous solution having a SiO 2 concentration of 5% by weight. 160 kg of (pH 11) was prepared. The aqueous solution of sodium silicate was neutralized by adding an aqueous sulfuric acid solution having a sulfuric acid concentration of 25% so that the pH of the aqueous solution of sodium silicate was 4.5, and was aged by maintaining at room temperature for 5 hours to prepare a silica hydrogel.
This silica hydrogel was sufficiently washed with pure water (equivalent to about 120 times the SiO 2 solid content) using a filter with a filter cloth, to remove salts contained in the silica hydrogel. The sodium sulfate concentration in the silica hydrogel after washing was less than 0.01% by weight based on the SiO 2 solid content of the silica hydrogel.

このシリカヒドロゲルを純水に分散し、SiO濃度3重量%の分散液を調製し、強力攪拌機を使用して、流動性のスラリー状態になるまで攪拌した。
このスラリー状のヒドロシリカゲル分散液のpHが10.5になるように濃度15%のアンモニア水を添加し、95℃で1時間かけて攪拌を続け、シリカヒドロゲルの解膠操作を行い、シリカゾルを得た。
得られたシリカゾルを150℃で1時間加熱して、安定化させた後、シリカゾルを限外濾過膜(旭化成株式会社製、SIP−1013)を用いて、SiO濃度が13重量%になるまで濃縮した。次に、ロータリーエバポレーターで30重量%まで濃縮した後、44μmメッシュのナイロンフィルターで濾過して、SiO濃度が30重量%の異方形状シリカゾル24.02kgを得た。
得られたシリカ微粒子の比表面積は97m/gであり、BET法により比表面積から求めた平均粒子径(D2)は28nmであった。また、動的光散乱法により測定された平均粒子径(D1)は50.3nmであり、異形度(D1/D2)の値は1.79となった。
This silica hydrogel was dispersed in pure water to prepare a dispersion having a SiO 2 concentration of 3% by weight, and the mixture was stirred using a powerful stirrer until it became a fluid slurry.
Ammonia water having a concentration of 15% was added so that the pH of the slurry-like hydrosilica gel dispersion was 10.5, and stirring was continued at 95 ° C. for 1 hour to perform a deflocculation operation of the silica hydrogel. Obtained.
After the obtained silica sol is stabilized by heating at 150 ° C. for 1 hour, the silica sol is used with an ultrafiltration membrane (SIP-1013, manufactured by Asahi Kasei Corporation) until the SiO 2 concentration becomes 13% by weight. Concentrated. Next, the solution was concentrated to 30% by weight with a rotary evaporator and then filtered with a 44 μm mesh nylon filter to obtain 24.02 kg of an anisotropic silica sol having a SiO 2 concentration of 30% by weight.
The specific surface area of the obtained silica fine particles was 97 m 2 / g, and the average particle diameter (D2) determined from the specific surface area by the BET method was 28 nm. Moreover, the average particle diameter (D1) measured by the dynamic light scattering method was 50.3 nm, and the value of the degree of irregularity (D1 / D2) was 1.79.

工程(1)
前記で得られたアルカリ性異方形状シリカゾル(CP-1)4000gを撹拌機と加熱装置を備えた内容積13リットルのSUS製反応容器に供して、温度25℃で撹拌しながらAl換算基準で0.9重量%のアルミン酸ナトリウム水溶液2712gを80分間かけて一定速度で添加して混合溶液を得た。この時、Al/SiO(混合モル比)は0.012であり、アルミン酸ナトリウム水溶液の添加速度は1.5×10−2g/Hrであった。
Process (1)
4,000 g of the alkaline anisotropic silica sol (CP-1) obtained above was supplied to a 13-liter SUS reaction vessel equipped with a stirrer and a heating device, and converted to Al 2 O 3 while stirring at a temperature of 25 ° C. 2712 g of 0.9% by weight sodium aluminate aqueous solution was added at a constant rate over 80 minutes to obtain a mixed solution. At this time, Al 2 O 3 / SiO 2 (mixing molar ratio) was 0.012, and the addition rate of the sodium aluminate aqueous solution was 1.5 × 10 −2 g / Hr.

工程(1.1)
得られた混合溶液を攪拌しながら、95℃に加熱したのち、温度を95℃に保ちながら6.0時間撹拌を続けた。この混合液のpH は10.9、SiO換算基準の固形分濃度は24.2重量%、Al換算基準の固形分濃度は0.36重量%であった。
工程(1.2)
上記工程で得られた混合溶液に陽イオン交換樹脂(三菱化学(株)ダイヤイオン SK1BH)を投入してpHを9に調整した。
工程(2)
上記工程で得られた混合溶液から樹脂を分離除去したのち、オートクレーブにて165℃で1時間加熱処理して、アルカリ性のシリカ系微粒子の水分散ゾルを得た。
Step (1.1)
The resulting mixed solution was heated to 95 ° C. with stirring, and then stirred for 6.0 hours while maintaining the temperature at 95 ° C. The pH of this mixed solution was 10.9, the solid content concentration based on SiO 2 was 24.2% by weight, and the solid content concentration based on Al 2 O 3 was 0.36% by weight.
Step (1.2)
A cation exchange resin (Mitsubishi Chemical Corporation Diaion SK1BH) was added to the mixed solution obtained in the above step to adjust the pH to 9.
Process (2)
After separating and removing the resin from the mixed solution obtained in the above step, heat treatment was performed at 165 ° C. for 1 hour in an autoclave to obtain an aqueous dispersion sol of alkaline silica-based fine particles.

工程(3)
次いで、上記工程により得られたアルカリ性のシリカ系微粒子の水分散ゾルを室温まで冷却した後に、陽イオン交換樹脂(三菱化学(株)ダイヤイオン SK1BH)を投入して、pH3.5に調整した後、樹脂を分離せず、攪拌下で80℃に保ちながら7時間熟成した。
その後、陽イオン交換樹脂を分離除去し、SiO換算基準で固形分濃度 24.2重量%、pH4.9の酸性領域にある異方形状のシリカ系微粒子を含む水分散ゾルを得た。
上記で得られた酸性の異方形状シリカ系微粒子水分散ゾルを、限外ろ過膜を用いて濃縮し、固形分濃度30重量%のシリカ系微粒子水分散ゾル(以下、「CPA−1」という)5400gを得た。このシリカ系微粒子水分散ゾルのSiO濃度は29.93重量%、Al濃度は0.41重量%、 NaO濃度は0.16重量%、Al/SiOモル比は8.1×10-3、 pHは5.4であった。また、このシリカ系微粒子水分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子は異方形状で、動的光散乱法より求めた平均粒子径は50.1nm、BET比表面積は93m/g、シリカ系微粒子の単位比表面積当りに存在する負の電荷量は0.24μeq/mであった。
また、このシリカ系微粒子に含まれるアルミニウムの修飾量は単位表面積換算基準で1.4×10−6モル/mであった。
また、前記シリカ系微粒子水分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子のBET法から求めた平均粒子径は29.3nmであり、その異形度は1.71であった。
Step (3)
Next, after cooling the aqueous dispersion sol of the alkaline silica-based fine particles obtained in the above step to room temperature, a cation exchange resin (Mitsubishi Chemical Corporation Diaion SK1BH) was added and adjusted to pH 3.5. The resin was not separated and aged for 7 hours while maintaining at 80 ° C. with stirring.
Thereafter, the cation exchange resin was separated and removed to obtain an aqueous dispersion sol containing anisotropically shaped silica-based fine particles in an acidic region having a solid content concentration of 24.2% by weight and a pH of 4.9 on the basis of SiO 2 conversion.
The acidic anisotropically shaped silica-based fine particle water-dispersed sol obtained above is concentrated using an ultrafiltration membrane, and a silica-based fine particle water-dispersed sol (hereinafter referred to as “CPA-1”) having a solid content concentration of 30% by weight. ) 5400 g was obtained. This silica-based fine particle water-dispersed sol has an SiO 2 concentration of 29.93 wt%, an Al 2 O 3 concentration of 0.41 wt%, an Na 2 O concentration of 0.16 wt%, and an Al 2 O 3 / SiO 2 molar ratio. Of 8.1 × 10 −3 and pH of 5.4. Further, the silica-based fine particles contained in the silica-based fine particle water-dispersed sol have an anisotropic shape, the average particle size determined by the dynamic light scattering method is 50.1 nm, the BET specific surface area is 93 m 2 / g, The amount of negative charge existing per unit specific surface area was 0.24 μeq / m 2 .
The modification amount of aluminum contained in the silica-based fine particles was 1.4 × 10 −6 mol / m 2 in terms of unit surface area.
The average particle diameter of the silica-based fine particles contained in the silica-based fine particle aqueous dispersion sol determined by the BET method was 29.3 nm, and the degree of irregularity was 1.71.

異方形状シリカ系微粒子を含むメタノール分散ゾルの調製(1)
上記の工程で得られた異方形状のシリカ系微粒子を含む水分散ゾル(CPA−1)5400gを限外濾過膜装置(旭化成(株)製濾過膜、SIP−1013)を用いて分散媒を水からメタノール(林純薬(株)製、メチルアルコール濃度:99.9重量%)に置換した。
このようにして得られた異方形状のシリカ系微粒子を含むメタノール分散ゾル(以下、「CPM−1」という)の水分含有量は約0.5重量%であって、固形分濃度は30重量%、SiO換算基準の固形分濃度は29.93重量%、蒸留水で10倍希釈した時のpHは5.8であった。また前記メタノール分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子のBET法より求めた平均粒子径は29.3nm、動的光散乱法により測定された平均粒子径は50.1nmであって、シリカ系微粒子に修飾されたアルミニウムの量はAl基準の単位表面積換算で1.4×10−6モル/m、シリカ系微粒子の単位比表面積当りに存在する負電荷量は0.24μeq/mであった。
Preparation of methanol-dispersed sol containing anisotropic shaped silica-based fine particles (1)
5400 g of the aqueous dispersion sol (CPA-1) containing the anisotropically-shaped silica-based fine particles obtained in the above process is used as a dispersion medium using an ultrafiltration membrane device (a filtration membrane manufactured by Asahi Kasei Corporation, SIP-1013). The water was replaced with methanol (Mayashi Junyaku Co., Ltd., methyl alcohol concentration: 99.9% by weight).
The water content of the methanol-dispersed sol (hereinafter referred to as “CPM-1”) containing the anisotropically shaped silica-based fine particles thus obtained is about 0.5% by weight, and the solid content concentration is 30% by weight. %, The solid content concentration on the basis of SiO 2 conversion was 29.93 wt%, and the pH when diluted 10-fold with distilled water was 5.8. The silica-based fine particles contained in the methanol-dispersed sol had an average particle size of 29.3 nm determined by the BET method and an average particle size of 50.1 nm measured by the dynamic light scattering method. The amount of aluminum formed was 1.4 × 10 −6 mol / m 2 in terms of unit surface area based on Al 2 O 3, and the amount of negative charge existing per unit specific surface area of the silica-based fine particles was 0.24 μeq / m 2 . there were.

ハードコート層膜形成用塗料組成物(H1)の調製
γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(東レ・ダウコーニング(株)製Z−6040)180gおよびメタノール(林純薬(株)製、メチルアルコール濃度:99.9重量%)90gの混合液を入れた容器を複数用意し、これらの混合液中に攪拌しながら0.01Nの塩酸水溶液86gを滴下した。更に、この混合液を室温で一昼夜攪拌して、シラン化合物の加水分解を行った。
次いで、これらの加水分解液が入った容器中に、固形分濃度30重量%の異方形状シリカ系微粒子を含むシリカ系微粒子水分散ゾル(CPA−1)333g、さらにプロピレングリコールモノメチルエーテル(ダウケミカル製)303g、トリス(2,4-ペンタンジオナト)アルミニウムIII(東京化成工業(株)製)1.5gおよびレベリング剤としてシリコーン系界面活性剤(東レ・ダウコーニング(株)製、L−7604)0.6gを加え、室温で一昼夜攪拌して、光学基材用塗料組成物としてのハードコート層膜形成用塗料組成物(H1)を調製した。
Preparation of coating composition (H1) for forming a hard coat layer film 180 g of γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane (Z-6040, manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) and methanol (produced by Hayashi Junyaku Co., Ltd., methyl alcohol) (Concentration: 99.9% by weight) A plurality of containers containing 90 g of a mixed solution were prepared, and 86 g of a 0.01N hydrochloric acid aqueous solution was dropped into these mixed solutions while stirring. Furthermore, this liquid mixture was stirred at room temperature all day and night to hydrolyze the silane compound.
Subsequently, 333 g of silica-based fine particle water-dispersed sol (CPA-1) containing anisotropic shaped silica-based fine particles having a solid content concentration of 30% by weight in a container containing these hydrolyzed solutions, and further propylene glycol monomethyl ether (Dow Chemical) Manufactured) 303 g, Tris (2,4-pentanedionato) aluminum III (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 1.5 g and a silicone surfactant as a leveling agent (manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd., L-7604) 0.6 g was added and stirred at room temperature all day and night to prepare a coating composition (H1) for forming a hard coat layer film as a coating composition for an optical substrate.

[実施例2]
異方形状シリカ系微粒子を含む水分散ゾルの調製(2)
実施例1の工程(1)において、アルカリ性異方形状シリカゾル(CP−1)4000gに添加するアルミン酸ナトリウム水溶液(濃度0.9重量%)の量を、2712gから1532gに変更し、添加時間を80分から46分に変更した以外は実施例1と同様の方法を用いて異方形状のシリカ系微粒子を含むシリカ系微粒子水分散ゾル(CPA−2)を得た。
この時、工程においてアルカリ性シリカゾルにアルミン酸ナトリウム水溶液を混合したときのAl/SiOモル比は0.007であった。
[Example 2]
Preparation of water-dispersed sol containing anisotropic silica-based fine particles (2)
In step (1) of Example 1, the amount of sodium aluminate aqueous solution (concentration: 0.9 wt%) added to 4000 g of alkaline anisotropically shaped silica sol (CP-1) was changed from 2712 g to 1532 g, and the addition time was changed. A silica-based fine particle water-dispersed sol (CPA-2) containing anisotropic-shaped silica-based fine particles was obtained using the same method as in Example 1 except that the time was changed from 80 minutes to 46 minutes.
At this time, the Al 2 O 3 / SiO 2 molar ratio when the aqueous solution of sodium aluminate was mixed with the alkaline silica sol in the process was 0.007.

このようにして得られたシリカ系微粒子水分散ゾルのSiO濃度は30.09重量%、Al濃度は0.14重量%、 NaO濃度は0.10重量%、Al/SiOモル比は2.7×10-3、 pHは5.2であった。また、このシリカ系微粒子水分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子は異方形状で、動的光散乱法より求めた平均粒子径は50.2nm、BET比表面積は91m/g、シリカ系微粒子の単位比表面積当りに存在する負の電荷量は0.22μeq/mであった。
また、このシリカ系微粒子に含まれるアルミニウムの修飾量は単位表面積換算基準で5.0×10−7モル/mであった。
また、前記シリカ系微粒子水分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子のBET法から求めた平均粒子径は30.0nmであり、その異形度は1.68であった。
The silica-based fine particle water-dispersed sol thus obtained has a SiO 2 concentration of 30.09% by weight, an Al 2 O 3 concentration of 0.14% by weight, a Na 2 O concentration of 0.10% by weight, and Al 2 O. The 3 / SiO 2 molar ratio was 2.7 × 10 −3 and the pH was 5.2. Further, the silica-based fine particles contained in the silica-based fine particle water-dispersed sol have an anisotropic shape, the average particle size determined by the dynamic light scattering method is 50.2 nm, the BET specific surface area is 91 m 2 / g, The amount of negative charge existing per unit specific surface area was 0.22 μeq / m 2 .
Moreover, the modification amount of aluminum contained in the silica-based fine particles was 5.0 × 10 −7 mol / m 2 in terms of unit surface area.
Moreover, the average particle diameter calculated | required from the BET method of the silica type fine particle contained in the said silica type fine particle water dispersion sol was 30.0 nm, and the deformity was 1.68.

異方形状シリカ系微粒子を含むメタノール分散ゾルの調製(2)
シリカ系微粒子水分散ゾル(CPA−1)のかわりに本実施例で製造したシリカ系微粒子水分散ゾル(CPA−2)を用いた以外は、実施例1に記載の異方形状のシリカ系微粒子を含むメタノール分散ゾルの調製(1)と同様の方法で異方形状のシリカ系微粒子を含むメタノール分散ゾル(以下、「CPM−2」という)を調製した。
メタノール分散ゾル(CPM−2)の水分含有量は約0.5重量%であって、固形分濃度は30重量%、SiO換算基準の固形分濃度は30.09重量%、蒸留水で10倍希釈した時のpHは5.8であった。また前記メタノール分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子のBET法より求めた平均粒子径は30.0nm、動的光散乱法により測定された平均粒子径は50.2nmであって、シリカ系微粒子に修飾されたアルミニウムの量はAl基準の単位表面積換算で0.5×10−6モル/m、シリカ系微粒子の単位比表面積当りに存在する負電荷量は0.22μeq/mであった。
Preparation of methanol-dispersed sol containing anisotropic shaped silica-based fine particles (2)
The anisotropically shaped silica-based fine particles described in Example 1 except that the silica-based fine particle water-dispersed sol (CPA-2) produced in this example was used instead of the silica-based fine particle water-dispersed sol (CPA-1). Preparation of a methanol-dispersed sol containing a methanol-dispersed sol (hereinafter referred to as “CPM-2”) containing anisotropically-shaped silica-based fine particles was prepared in the same manner as in (1).
The water content of the methanol-dispersed sol (CPM-2) is about 0.5% by weight, the solid content concentration is 30% by weight, the solid content concentration based on SiO 2 is 30.09% by weight, and 10% in distilled water. The pH when diluted twice was 5.8. The silica-based fine particles contained in the methanol-dispersed sol have a mean particle size of 30.0 nm determined by the BET method and a mean particle size of 50.2 nm measured by the dynamic light scattering method. The amount of aluminum formed is 0.5 × 10 −6 mol / m 2 in terms of unit surface area based on Al 2 O 3, and the amount of negative charge existing per unit specific surface area of the silica-based fine particles is 0.22 μeq / m 2 . there were.

ハードコート層膜形成用塗料組成物(H2)の調製
異方形状シリカ系微粒子水分散ゾル(CPA−1)のかわりに異方形状シリカ系微粒子水分散ゾル(CPA−2)を用いた以外は実施例1に記載のハードコート層膜形成用塗料組成物(H1)の調製と同様の方法でハードコート層膜形成用塗料組成物(H2)を調製した。
Preparation of coating composition (H2) for forming a hard coat layer film Except for using an anisotropic shaped silica-based fine particle water-dispersed sol (CPA-2) instead of the anisotropic shaped silica-based fine particle water-dispersed sol (CPA-1) A hard coat layer film-forming coating composition (H2) was prepared in the same manner as the preparation of the hard coat layer film-forming coating composition (H1) described in Example 1.

[実施例3]
異方形状シリカ系微粒子を含む水分散ゾルの調製(3)
実施例1の工程(1)において、アルカリ性異方形状シリカゾル(CP−1)4000gに添加するアルミン酸ナトリウム水溶液(濃度0.9重量%)の量を、2712gから9158gに変更し、添加時間を80分から4.5時間に変更した以外は実施例1と同様の方法を用いて異方形状のシリカ系微粒子を含むシリカ系微粒子水分散ゾル(CPA−3)を得た。
この時、工程においてアルカリ性シリカゾルにアルミン酸ナトリウム水溶液を混合したときのAl/SiOモル比は0.040であった。
[Example 3]
Preparation of water-dispersed sol containing anisotropic silica-based fine particles (3)
In the step (1) of Example 1, the amount of the sodium aluminate aqueous solution (concentration: 0.9% by weight) added to 4000 g of the alkaline anisotropic silica sol (CP-1) was changed from 2712 g to 9158 g, and the addition time was changed. A silica-based fine particle water-dispersed sol (CPA-3) containing anisotropic-shaped silica-based fine particles was obtained using the same method as in Example 1 except that the time was changed from 80 minutes to 4.5 hours.
At this time, the Al 2 O 3 / SiO 2 molar ratio when the aqueous solution of sodium aluminate was mixed with the alkaline silica sol in the process was 0.040.

このようにして得られたシリカ系微粒子水分散ゾルのSiO濃度は28.86重量%、Al濃度は0.55重量%、 NaO濃度は0.38重量%、Al/SiOモル比は1.1×10-2、 pHは5.6であった。また、このシリカ系微粒子水分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子は異方形状で、動的光散乱法より求めた平均粒子径は50.0nm、BET比表面積は95m/g、シリカ系微粒子の単位比表面積当りに存在する負の電荷量は0.26μeq/mであった。
また、このシリカ系微粒子に含まれるアルミニウムの修飾量は単位表面積換算基準で1.9×10−6モル/mであった。
また、前記シリカ系微粒子水分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子のBET法から求めた平均粒子径は28.7nmであり、その異形度は1.74であった。
The silica-based fine particle water-dispersed sol thus obtained has a SiO 2 concentration of 28.86% by weight, an Al 2 O 3 concentration of 0.55% by weight, a Na 2 O concentration of 0.38% by weight, and Al 2 O. The 3 / SiO 2 molar ratio was 1.1 × 10 −2 and the pH was 5.6. The silica-based fine particles contained in the silica-based fine particle water-dispersed sol have an anisotropic shape, the average particle size determined by the dynamic light scattering method is 50.0 nm, the BET specific surface area is 95 m 2 / g, The amount of negative charge existing per unit specific surface area was 0.26 μeq / m 2 .
The modification amount of aluminum contained in the silica-based fine particles was 1.9 × 10 −6 mol / m 2 on a unit surface area conversion basis.
Moreover, the average particle diameter calculated | required from the BET method of the silica type fine particle contained in the said silica type fine particle water dispersion sol was 28.7 nm, and the deformity was 1.74.

異方形状シリカ系微粒子を含むメタノール分散ゾルの調製(3)
シリカ系微粒子水分散ゾル(CPA−1)のかわりに本実施例で製造したシリカ系微粒子水分散ゾル(CPA−3)を用いた以外は、実施例1に記載の異方形状のシリカ系微粒子を含むメタノール分散ゾルの調製(1)と同様の方法で異方形状のシリカ系微粒子を含むメタノール分散ゾル(以下、「CPM−3」という)を調製した。
メタノール分散ゾル(CPM−3)の水分含有量は約0.5重量%であって、固形分濃度は30重量%、SiO換算基準の固形分濃度は28.89重量%、蒸留水で10倍希釈した時のpHは5.9であった。また前記メタノール分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子のBET法より求めた平均粒子径は28.7nm、動的光散乱法により測定された平均粒子径は50.0nmであって、シリカ系微粒子に修飾されたアルミニウムの量はAl基準の単位表面積換算で1.9×10−6モル/m、シリカ系微粒子の単位比表面積当りに存在する負電荷量は0.26μeq/mであった。
Preparation of methanol-dispersed sol containing anisotropic shaped silica-based fine particles (3)
The anisotropically shaped silica-based fine particles described in Example 1 except that the silica-based fine particle water-dispersed sol (CPA-3) produced in this example was used instead of the silica-based fine particle water-dispersed sol (CPA-1). Preparation of a methanol-dispersed sol containing a methanol-dispersed sol (hereinafter referred to as “CPM-3”) containing anisotropically-shaped silica-based fine particles by the same method as in (1).
The water content of the methanol-dispersed sol (CPM-3) is about 0.5% by weight, the solid content concentration is 30% by weight, the solid content concentration based on SiO 2 is 28.89% by weight, and 10% in distilled water. The pH after doubling was 5.9. The silica-based fine particles contained in the methanol-dispersed sol have an average particle size of 28.7 nm determined by the BET method and an average particle size of 50.0 nm measured by the dynamic light scattering method. The amount of aluminum formed was 1.9 × 10 −6 mol / m 2 in terms of unit surface area based on Al 2 O 3, and the amount of negative charge existing per unit specific surface area of the silica-based fine particles was 0.26 μeq / m 2 . there were.

ハードコート層膜形成用塗料組成物(H3)の調製
異方形状シリカ系微粒子水分散ゾル(CPA−1)のかわりに異方形状シリカ系微粒子水分散ゾル(CPA−3)を用いた以外は実施例1に記載のハードコート層膜形成用塗料組成物(H1)の調製と同様の方法でハードコート層膜形成用塗料組成物(H3)を調製した。
Preparation of coating composition (H3) for forming a hard coat layer film Except for using an anisotropic shaped silica-based fine particle water-dispersed sol (CPA-3) instead of the anisotropic shaped silica-based fine particle water-dispersed sol (CPA-1) A hard coat layer film-forming coating composition (H3) was prepared in the same manner as the preparation of the hard coat layer film-forming coating composition (H1) described in Example 1.

[比較例1]
球状のシリカ系微粒子を含む水分散ゾルの調製
実施例1の工程(1)において、アルカリ性異方形状シリカゾル(CP−1)4000gを用いるかわりに、球状のコロイド状シリカ微粒子が分散したアルカリ性シリカゾル(日揮触媒化成(株)製 カタロイドSI−40、SiO濃度40重量%、NaO濃度0.40重量%、pH9.5、BET平均粒子径17nm、Al/SiO(モル比)=0.0006)3000gを用いた以外は実施例1と同様の方法によって、固形分濃度30重量%の、球状のシリカ系微粒子が分散したシリカ系微粒子水分散ゾル(RCPA−1)を得た。
この時、工程(1)においてアルカリ性シリカゾルにアルミン酸ナトリウム水溶液を混合したときのAl/SiOモル比は0.012であった。
[Comparative Example 1]
Preparation of water-dispersed sol containing spherical silica-based fine particles In step (1) of Example 1, instead of using 4000 g of alkaline anisotropic-shaped silica sol (CP-1), alkaline silica sol in which spherical colloidal silica fine particles are dispersed ( Cataloid SI-40 manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd., SiO 2 concentration 40 wt%, Na 2 O concentration 0.40 wt%, pH 9.5, BET average particle diameter 17 nm, Al 2 O 3 / SiO 2 (molar ratio) = 0.0006) A silica-based fine particle water-dispersed sol (RCPA-1) in which spherical silica-based fine particles were dispersed in a solid content concentration of 30% by weight was obtained in the same manner as in Example 1 except that 3000 g was used. .
At this time, the Al 2 O 3 / SiO 2 molar ratio when the sodium aluminate aqueous solution was mixed with the alkaline silica sol in step (1) was 0.012.

このようにして得られたシリカ系微粒子水分散ゾル(RCPA−1)のSiO濃度は29.34重量%、Al濃度は0.42重量%、 NaO濃度は0.24重量%、Al/SiOモル比は8.4×10-3、 pHは4.8であった。
また、このシリカ系微粒子水分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子は球状で、動的光散乱法より求めた平均粒子径は25.5nm、BET比表面積は162m/g、シリカ系微粒子の単位比表面積当りに存在する負の電荷量は0.90μeq/mであった。
また、このシリカ系微粒子に含まれるアルミニウムの修飾量は単位表面積換算基準で8.5×10−7モル/mであった。
また、前記シリカ系微粒子水分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子のBET法から求めた平均粒子径は16.8nmであり、その異形度は1.51であった。
The silica-based fine particle water-dispersed sol (RCPA-1) thus obtained has a SiO 2 concentration of 29.34% by weight, an Al 2 O 3 concentration of 0.42% by weight, and a Na 2 O concentration of 0.24% by weight. %, Al 2 O 3 / SiO 2 molar ratio was 8.4 × 10 −3 , and pH was 4.8.
The silica-based fine particles contained in the silica-based fine particle water-dispersed sol are spherical, the average particle size determined by the dynamic light scattering method is 25.5 nm, the BET specific surface area is 162 m 2 / g, and the unit ratio of the silica-based fine particles The amount of negative charge present per surface area was 0.90 μeq / m 2 .
Further, the modification amount of aluminum contained in the silica-based fine particles was 8.5 × 10 −7 mol / m 2 in terms of unit surface area.
Moreover, the average particle diameter calculated | required from BET method of the silica type fine particle contained in the said silica type fine particle water dispersion sol was 16.8 nm, and the deformity was 1.51.

球状のシリカ系微粒子を含むメタノール分散ゾルの調製
異方形状のシリカ系微粒子を含む水分散ゾル(CPA−1)のかわりに本比較例で作成した球状のシリカ系微粒子を含む水分散ゾル(RCPA−1)を用いた以外は実施例1に記載の異方形状のシリカ系微粒子を含むメタノール分散ゾルの調製(1)と同様の方法を用いてシリカ系微粒子を含むメタノール分散ゾル(RCPM−1)を調製した。
このようにして得られたメタノール分散ゾル(RCPM−1)は球状のシリカ系微粒子を含み、水分含有量は約0.5重量%であって、SiO換算基準の固形分濃度は29.32重量%、蒸留水で10倍希釈した時のpHは5.3であった。また、このメタノール分散ゾルに含まれる球状シリカ系微粒子のBET法より求めた平均粒子径は16.8nm、動的光散乱法により測定された平均粒子径は25.5nmであって、単位比表面積あたりのアルミニウムの修飾量は8.5×10-7モル/m、単位比表面積当りに存在する負電荷量は0.9μeq/mであった。
Preparation of methanol-dispersed sol containing spherical silica-based fine particles Water-dispersed sol containing spherical silica-based fine particles (RCPA) prepared in this comparative example instead of water-dispersed sol (CPA-1) containing anisotropic-shaped silica-based fine particles The methanol dispersion sol containing silica fine particles (RCPM-1) using the same method as the preparation (1) of methanol dispersion sol containing anisotropic silica fine particles described in Example 1 except that -1) was used ) Was prepared.
The methanol-dispersed sol (RCPM-1) thus obtained contains spherical silica-based fine particles, has a water content of about 0.5% by weight, and has a solid content concentration of 29.32 on the basis of SiO 2 conversion. The pH when diluted 10 times with wt% distilled water was 5.3. The average particle size of the spherical silica-based fine particles contained in this methanol-dispersed sol, determined by the BET method, is 16.8 nm, the average particle size measured by the dynamic light scattering method is 25.5 nm, and the unit specific surface area The amount of aluminum modified per unit area was 8.5 × 10 −7 mol / m 2 , and the amount of negative charge existing per unit specific surface area was 0.9 μeq / m 2 .

ハードコート層膜形成用塗料組成物(C1)の調製
異方形状のシリカ系微粒子を含む水分散ゾル(CPA−1)のかわりに本比較例で作成した球状のシリカ系微粒子を含む水分散ゾル(RCPA−1)を用いた以外は実施例1に記載のハードコート層膜形成用塗料組成物(H1)と同様の方法でハードコート層膜形成用塗料組成物(C1)を調製した。
Preparation of coating composition (C1) for forming a hard coat layer film Water-dispersed sol containing spherical silica-based fine particles prepared in this comparative example instead of water-dispersed sol (CPA-1) containing anisotropic-shaped silica-based fine particles A hard coat layer film-forming coating composition (C1) was prepared in the same manner as the hard coat layer film-forming coating composition (H1) described in Example 1 except that (RCPA-1) was used.

[比較例2]
異方形状のシリカ系微粒子を含む水分散ゾルの調製
実施例1の工程(1)において、アルカリ性異方形状シリカゾル(CP−1)4000gに添加するアルミン酸ナトリウム水溶液(濃度0.9重量%)の量を、2712gから添加しないように変更した以外は実施例1と同様の方法を用いて異方形状のシリカ系微粒子を含むシリカ系微粒子水分散ゾル(RCPA−2)を得た。
[Comparative Example 2]
Preparation of water-dispersed sol containing anisotropically-shaped silica-based fine particles In step (1) of Example 1, an aqueous sodium aluminate solution (concentration: 0.9% by weight) added to 4000 g of alkaline anisotropically-shaped silica sol (CP-1) The silica-based fine particle water-dispersed sol (RCPA-2) containing anisotropically-shaped silica-based fine particles was obtained using the same method as in Example 1 except that the amount of was changed so as not to be added from 2712 g.

このようにして得られたシリカ系微粒子水分散ゾル(RCPA−2)のSiO濃度は30.27重量%、Al濃度は0.002重量%、 NaO濃度は0.21重量%、Al/SiOモル比は3.9×10-4、 pHは5.3であった。
また、このシリカ系微粒子水分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子は異方形状で、動的光散乱法より求めた平均粒子径は170.5nm、BET比表面積は93m/g、シリカ系微粒子の単位比表面積当りに存在する負の電荷量は0.13μeq/mであった。
また、このシリカ系微粒子に含まれるアルミニウムの修飾量は単位表面積換算基準で7.0×10−9モル/mであった。
また、前記シリカ系微粒子水分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子のBET法から求めた平均粒子径は29.3nmであり、その異形度は5.82であった。
The silica-based fine particle aqueous dispersion sol (RCPA-2) thus obtained has a SiO 2 concentration of 30.27 wt%, an Al 2 O 3 concentration of 0.002 wt%, and a Na 2 O concentration of 0.21 wt%. %, Al 2 O 3 / SiO 2 molar ratio was 3.9 × 10 −4 , and pH was 5.3.
Further, the silica-based fine particles contained in the silica-based fine particle water-dispersed sol have an anisotropic shape, the average particle size determined by the dynamic light scattering method is 170.5 nm, the BET specific surface area is 93 m 2 / g, The amount of negative charge existing per unit specific surface area was 0.13 μeq / m 2 .
Further, the modification amount of aluminum contained in the silica-based fine particles was 7.0 × 10 −9 mol / m 2 in terms of unit surface area.
The average particle diameter of the silica-based fine particles contained in the silica-based fine particle water-dispersed sol was 29.3 nm as determined from the BET method, and the degree of irregularity was 5.82.

異方形状シリカ系微粒子を含むメタノール分散ゾルの調製
異方形状のシリカ系微粒子を含む水分散ゾル(CPA−1)のかわりに本比較例で作成したシリカ系微粒子を含む水分散ゾル(RCPA−2)を用いた以外は実施例1に記載の異方形状のシリカ系微粒子を含むメタノール分散ゾルの調製(1)と同様の方法を用いてシリカ系微粒子を含むメタノール分散ゾル(RCPM−2)を調製した。
このようにして得られたメタノール分散ゾル(RCPM−2)は異方形状のシリカ系微粒子を含み、水分含有量は約0.5重量%であって、SiO換算基準の固形分濃度は30.27重量%、蒸留水で10倍希釈した時のpHは5.3であった。また、このメタノール分散ゾルに含まれるシリカ系微粒子のBET法より求めた平均粒子径は29.3nm、動的光散乱法により測定された平均粒子径は50.8nmであって、単位比表面積あたりのアルミニウムの修飾量は7.0×10−9モル/m、単位比表面積当りに存在する負電荷量は0.13μeq/mであった。
Preparation of methanol-dispersed sol containing anisotropic silica-based fine particles Water-dispersed sol containing silica-based fine particles (RCPA-) prepared in this comparative example instead of water-dispersed sol (CPA-1) containing anisotropic-shaped silica-based fine particles Methanol-dispersed sol containing silica-based fine particles (RCPM-2) using the same method as in preparation of methanol-dispersed sol containing anisotropically-shaped silica-based fine particles described in Example 1 except that 2) was used (RCPM-2) Was prepared.
The methanol-dispersed sol (RCPM-2) thus obtained contains anisotropically shaped silica-based fine particles, the water content is about 0.5% by weight, and the solid content concentration on the basis of SiO 2 is 30%. The pH when diluted 10-fold with distilled water at 27% by weight was 5.3. The average particle size of the silica-based fine particles contained in this methanol-dispersed sol determined by the BET method is 29.3 nm, the average particle size measured by the dynamic light scattering method is 50.8 nm, The amount of aluminum modified was 7.0 × 10 −9 mol / m 2 , and the amount of negative charge per unit specific surface area was 0.13 μeq / m 2 .

ハードコート層膜形成用塗料組成物(C2)の調製
異方形状のシリカ系微粒子を含む水分散ゾル(CPA−1)のかわりに本比較例で作成した異方形状のシリカ系微粒子を含む水分散ゾル(RCPA−2)を用いた以外は実施例1に記載のハードコート層膜形成用塗料組成物(H1)と同様の方法でハードコート層膜形成用塗料組成物(C2)を調製した。
Preparation of Hard Coat Layer Film Forming Coating Composition (C2) Water containing anisotropic shaped silica fine particles prepared in this comparative example instead of water dispersed sol (CPA-1) containing anisotropic shaped silica fine particles A coating composition (C2) for forming a hard coat layer film was prepared in the same manner as the coating composition (H1) for forming a hard coat layer film described in Example 1, except that the dispersion sol (RCPA-2) was used. .

実施例1〜3および比較例1〜2で調製したシリカ系微粒子水分散ゾル(固形分濃度30重量%)、シリカ系微粒子の性状を表1に示す。   Table 1 shows the properties of the silica-based fine particle water-dispersed sol (solid content concentration 30% by weight) and silica-based fine particles prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2.

Figure 2012162426
Figure 2012162426

[プライマーコート層形成用塗料組成物の調製]
[調製例1]
塗料組成物の調製
市販の水分散ポリウレタン樹脂(第一工業製薬(株)製「スーパーフレックス460:固形分濃度38%」)200gに純水100gを混合し、攪拌しながらメタノール500g、およびレベリング剤としてシリコーン系界面活性剤(東レ・ダウコーニング(株)製「L−7604」)2gを加え、室温にて一昼夜攪拌して、プライマーコート層形成用の塗料組成物(以下、「プライマー塗料」という)を調製した。
[Preparation of paint composition for forming primer coat layer]
[Preparation Example 1]
Preparation of coating composition 200 g of commercially available water-dispersed polyurethane resin (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. “Superflex 460: solid content concentration: 38%”) 200 g was mixed with pure water 100 g, 500 g of methanol with stirring, and leveling agent 2 g of a silicone surfactant (“L-7604” manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) is added and stirred at room temperature all day and night to form a primer coating layer-forming coating composition (hereinafter referred to as “primer coating”). ) Was prepared.

[試験片の作製]
[調製例2]
プラスチックレンズ基材の前処理
市販のプラスチックレンズ基材CR−39(PPG社製モノマー使用)を必要枚数、用意し、これらを40℃に保った10重量%濃度のKOH水溶液に3分間浸漬してエッチング処理を行った。更に、これらを取り出して水洗した後、十分に乾燥させた。
[Preparation of test piece]
[Preparation Example 2]
Pretreatment of plastic lens substrate Prepare the required number of commercially available plastic lens substrates CR-39 (using PPG monomer) and immerse them in a 10 wt% KOH aqueous solution kept at 40 ° C. for 3 minutes. Etching treatment was performed. Further, these were taken out, washed with water, and then sufficiently dried.

プライマー層の形成
上記のようにして得られたプラスチックレンズ基材を、表2に示す組み合わせに従い、上記のプライマー塗料を塗布して塗膜を形成した。なお、この塗料組成物の塗布は、ディッピング法(引き上げ速度100mm/分)を用いて行った。
次に、前記塗膜を100℃で10分間、加熱処理して、塗膜(プライマー層)の予備硬化を行った。
このようにして形成された前記プライマー層の予備硬化後の膜厚は、概ね0.5μmであった。
Formation of primer layer The plastic lens substrate obtained as described above was coated with the primer paint according to the combinations shown in Table 2 to form a coating film. In addition, application | coating of this coating composition was performed using the dipping method (lifting speed 100mm / min).
Next, the said coating film was heat-processed at 100 degreeC for 10 minute (s), and the coating film (primer layer) was pre-hardened.
The film thickness of the primer layer thus formed after preliminary curing was approximately 0.5 μm.

ハードコート層の形成
前記プラスチックレンズ基材またはプライマーコート層の表面に、表2に示す組み合わせに従い、上記のハードコート層形成用塗料組成物(すなわち、実施例1〜3で得られたハードコート塗料H1〜H3、および比較例1〜2で得られたハードコート塗料C1〜C2)をそれぞれ塗布して塗膜を形成した。なお、この塗料組成物の塗布は、ディッピング法(引き上げ速度230mm/分)を用いて行った。
次に、前記塗膜を100℃で10分間、乾燥させた後、100℃で2時間、加熱処理して、塗膜(ハードコート層)の硬化を行った。この際、前記プライマー層の本硬化も同時に行った。
また、このようにして形成された前記ハードコート層の硬化後の膜厚は、概ね3.0〜3.5μmであった。
Formation of Hard Coat Layer According to the combinations shown in Table 2 on the surface of the plastic lens substrate or primer coat layer, the hard coat layer forming coating composition (that is, the hard coat paint obtained in Examples 1 to 3) H1 to H3 and hard coat paints C1 to C2) obtained in Comparative Examples 1 and 2 were respectively applied to form a coating film. In addition, application | coating of this coating composition was performed using the dipping method (pickup speed 230mm / min).
Next, after the coating film was dried at 100 ° C. for 10 minutes, the coating film (hard coat layer) was cured by heat treatment at 100 ° C. for 2 hours. At this time, the main curing of the primer layer was also performed at the same time.
Moreover, the film thickness after hardening of the said hard-coat layer formed in this way was 3.0-3.5 micrometers in general.

反射防止膜層の形成
硬化されたハードコート層の表面に、表2に示す組み合わせに従い、以下に示す構成の無機酸化物成分を真空蒸着法によって蒸着させた。ハードコート層側から大気側に向かって、SiO2:0.06λ、ZrO2:0.15λ、SiO2:0.04λ、ZrO2:0.25λ、SiO2:0.25λの順序で積層された反射防止膜の層を形成した。なお、設計波長λは、520nmとした。
Formation of Antireflection Film Layer An inorganic oxide component having the following constitution was deposited on the surface of the cured hard coat layer according to the combinations shown in Table 2 by a vacuum deposition method. Laminated in the order of SiO 2 : 0.06λ, ZrO 2 : 0.15λ, SiO 2 : 0.04λ, ZrO 2 : 0.25λ, and SiO 2 : 0.25λ from the hard coat layer side to the atmosphere side. A layer of antireflection film was formed. The design wavelength λ was 520 nm.

このようにして得られた試験片1〜9について、上記に示した方法により膜硬度、耐擦傷性、透明度(曇りの程度)、密着性、耐熱水性、耐候密着性を評価した結果を表3に示す。
この結果から明らかなように、実施例で作成した塗料組成物、すなわち異方形状のシリカ系微粒子の分散ゾルを含む塗料組成物を塗布して得られた試験片は、表面にアルミニウムを修飾していない異方シリカゾルを含む塗料組成物よりも優れた膜硬度、耐擦傷性、透明性、耐熱水性および耐候密着性を兼ね備えており、また密着性にも優れる塗膜を形成できることがわかった。さらに、表面にアルミニウムを修飾した球状シリカゾルを含む塗料組成物よりも、塗膜硬度に優れた塗膜を形成できることがわかった。
The test pieces 1 to 9 thus obtained were evaluated for film hardness, scratch resistance, transparency (degree of cloudiness), adhesion, hot water resistance, and weather resistance adhesion by the methods shown above. Shown in
As is clear from this result, the test piece obtained by applying the coating composition prepared in the example, that is, the coating composition containing the dispersed sol of anisotropic silica-based fine particles, was modified with aluminum on the surface. It was found that a coating film having excellent film hardness, scratch resistance, transparency, hot water resistance and weather resistance adhesion as compared with a coating composition containing an anisotropic silica sol which is not present, and excellent adhesion can be formed. Furthermore, it was found that a coating film having excellent coating film hardness can be formed as compared with a coating composition containing a spherical silica sol whose surface is modified with aluminum.

Figure 2012162426
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Figure 2012162426
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Claims (6)

異方形状のシリカ系微粒子を含む分散ゾルであって、該シリカ系微粒子の表面が負電荷を有し、かつ該シリカ系微粒子の表面がアルミニウムで修飾されており、該アルミニウムの修飾量はAl換算基準でシリカ系微粒子の単位表面積当り0.01×10−6〜2.0×10−6モル/mの範囲にあることを特徴とするシリカ系微粒子の分散ゾル。 Dispersion sol containing anisotropically shaped silica-based fine particles, the surface of the silica-based fine particles has a negative charge, and the surface of the silica-based fine particles is modified with aluminum, and the amount of modification of the aluminum is Al A dispersion sol of silica-based fine particles, characterized in that it is in the range of 0.01 × 10 −6 to 2.0 × 10 −6 mol / m 2 per unit surface area of the silica-based fine particles on a 2 O 3 conversion basis. 前記シリカ系微粒子の動的光散乱法により測定された平均粒子径(D1)が15〜70nmの範囲にあり、BET法により測定された平均粒子径(D2)が10〜50nmの範囲にあり、異形度(D1/D2)が1.55〜4.00の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載のシリカ系微粒子の分散ゾル。   The average particle diameter (D1) measured by the dynamic light scattering method of the silica-based fine particles is in the range of 15 to 70 nm, the average particle diameter (D2) measured by the BET method is in the range of 10 to 50 nm, The dispersion sol of silica-based fine particles according to claim 1, wherein the degree of irregularity (D1 / D2) is in the range of 1.55 to 4.00. (A)請求項1または請求項2に記載のシリカ系微粒子の分散ゾルと、
(B)バインダー成分
とを含むことを特徴とする塗料組成物。
(A) a dispersion sol of silica-based fine particles according to claim 1 or 2,
(B) A coating composition comprising a binder component.
表面にアルミニウムが修飾された異方形状のシリカ系微粒子を含む分散ゾルの製造方法であって、
(1)異方形状のシリカ微粒子またはシリカを主成分とする微粒子を含む、pH9.0〜11.5のアルカリ性シリカゾルに、アルミン酸塩の水溶液を、該シリカゾル中に含まれるケイ素成分をSiOで表し、さらに該アルミン酸塩中に含まれるアルミニウムをAlで表したとき、そのモル比(Al/SiO)が0.0005〜0.050となるような割合で混合する工程、
(2)前記工程により得られた混合液を60〜200℃の温度に加熱して、0.5〜20時間、撹拌する工程、
を含むことを特徴とするシリカ系微粒子分散ゾルの製造方法。
A method for producing a dispersion sol comprising anisotropically shaped silica-based fine particles whose surface is modified with aluminum,
(1) An aqueous solution of aluminate in an alkaline silica sol having a pH of 9.0 to 11.5 containing anisotropic fine silica particles or fine particles containing silica as a main component, and a silicon component contained in the silica sol as SiO 2. In addition, when the aluminum contained in the aluminate is represented by Al 2 O 3 , the molar ratio (Al 2 O 3 / SiO 2 ) is mixed at such a ratio as 0.0005 to 0.050. The process of
(2) A step of heating the mixture obtained in the above step to a temperature of 60 to 200 ° C. and stirring for 0.5 to 20 hours,
A method for producing a silica-based fine particle-dispersed sol, comprising:
前記モル比(Al/SiO)が0.005〜0.050の範囲にあることを特徴とする請求項4に記載のシリカ系微粒子分散ゾルの製造方法。 Method for producing a silica-based fine particle dispersion sol of claim 4, wherein the molar ratio (Al 2 O 3 / SiO 2 ) is characterized in that in the range of 0.005 to 0.050. さらに、下記工程
(3)前記工程(2)により得られた混合液を陽イオン交換樹脂と接触させて、該混合液中に含まれるアルカリ金属イオンをイオン交換除去して、該混合液のpHを3.0〜6.0の範囲に調整する工程
を含むことを特徴とする請求項4〜5のいずれかに記載のシリカ系微粒子分散ゾルの製造方法。
Furthermore, the mixed solution obtained by the following step (3) and the step (2) is brought into contact with a cation exchange resin, and the alkali metal ions contained in the mixed solution are ion-exchanged to remove the pH of the mixed solution. The method for producing a silica-based fine particle-dispersed sol according to any one of claims 4 to 5, comprising a step of adjusting the pH to a range of 3.0 to 6.0.
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