JP2013249229A - シリカ被覆された二酸化チタン - Google Patents

Abstract

【課題】
紫外線吸収能に優れる酸化チタンは光触媒能を有するなど、表面活性が高い。その表面活性を低減させるために、粒子表面をシリカで被覆した不活性化酸化チタン粉体を用いることが多いが、そのシリカ被覆二酸化チタンは分散性、透明性などの光学特性が不十分である。酸化チタン自身が有する紫外線吸収性能を維持したまま、分散性、光学特性を向上させる。
【解決手段】
粒子表面をシリカで被覆することにより表面活性を低減させた不活性化酸化チタン粉体の嵩密度を制御することにより、分散性または光学特性に優れた不活性化二酸化チタンを得た。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリカ被覆された二酸化チタンに関するものである。

微粒子二酸化チタンは、化粧料、塗料、樹脂添加剤等の用途において、紫外線遮蔽剤として多く使用されている。また、光触媒としての利用や研究も進んでおり、建物などに塗布することでセルフクリーニング材料としても期待されている。

微粒子二酸化チタンを紫外線遮蔽剤として使用する際、その光触媒機能などの表面活性の強さから他配合物を分解、変性してしまうケースがあり、各種の不活性化処理が知られている。中でもシリカによる表面被覆処理は不活性化効果の高さから多くの方法が提案されている（特許文献１、２、３）。しかし、これらの先行文献においては不活性化により重点が置かれており、シリカ被覆による凝集を考慮されておらず、微粒子二酸化チタンの可視光透明性や紫外線遮蔽性といった、本来の目的の部分での検討が十分になされていなかった。

特開昭５５−１０４２８号公報 特開２００７−１６１１１号公報 特開２０１０−６６２９号公報

本発明は上記に鑑み、微粒子二酸化チタンをシリカ被覆処理によって不活性化しつつ、可視光透明性や紫外線遮蔽性光学特性といった光学特性に優れた粉体を提供することが目的である。

筆者らは鋭意検討することにより、シリカ被覆二酸化チタンの嵩密度を制御することにより分散性を高めることができ、不活性化と光学特性の両立できることを見出した。

本発明のシリカ被覆二酸化チタンは、不活性化されているとともに光学特性も優れたものであるために、化粧品や樹脂、塗料などに好適に使用することが出来る。

実施例及び比較例の二酸化チタンの不活性化度の測定結果を示す図である。 実施例及び比較例の二酸化チタンの可視光透明性の測定結果を示す図である。 実施例及び比較例の二酸化チタンのＵＶ遮蔽性の測定結果を示す図である。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のシリカ被覆二酸化チタンは、シリカを５〜３０％表面処理した二酸化チタンであり、且つ、被覆粉体の嵩密度が０．１０〜０．２０ｇ／ｍｌである。このような特定の物性を有するものとすることで、高い不活性化と分散性、光学特性を得ることができる。

本発明のシリカ被覆二酸化チタンは、粉体形状のものであり、その粒子形状は特に限定されず、例えば、針状、棒状、板状、球状等を挙げることができる。

本発明の基材となる二酸化チタン粒子の平均粒子径は、５〜１００ｎｍであることが好ましい。上記範囲内のものとすることによって、好適な紫外線遮蔽性と透明性を得ることができる点で好ましい。上記平均粒子径の下限は、１０ｎｍであることがより好ましく、１５ｎｍであることが更に好ましい。上記平均粒子径の上限は、５０ｎｍであることがより好ましく、３０ｎｍであることが更に好ましい。また、二酸化チタンの結晶構造はルチル型であることが好ましい。

上記の平均粒子径の測定方法は、電子顕微鏡でランダムに選択した２００個の粒子の粒子径を測定し、その一次粒子径の平均を算出するという方法によって測定されたものである。個々の粒子の粒子径は、粒子の中心部を通る最小の直線距離とする。つまり、球状粒子であれば直径を、紡錘状粒子であれば短軸の長さを、板状粒子であれば厚みを意味する。

本発明の基材となる二酸化チタン粒子は、その製造方法を特に限定されるものではないが、例えば、硫酸チタニルをアルカリで中和する方法や、チタン塩化物を燃焼させる方法、アルコキシチタンをゾルゲル法によって二酸化チタンに変換する方法などが上げられる。

本発明において、基材となる二酸化チタンへのシリカ被覆方法は、その処理方法を特に限定されるものではない。例えば、珪酸ナトリウムを酸で中和する方法などが上げられる。シリカの被覆量は不活性化度の観点から５〜３０質量％が好ましく、更には１５〜２５質量％が好ましい。このシリカの被覆量の比率は粉体全体を１００とした時のシリカが粉体組成に占める割合である。

本発明のシリカ被覆二酸化チタンを更に無機化合物、有機化合物で被覆処理を施してもよい。このような無機化合物としては、アルミニウム、ジルコニウム、セリウム、亜鉛の酸化物または水酸化物や硫酸バリウム、硫酸ストロンチウム、硫酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウムなどが上げられる。また、有機化合物としては、シリコーンオイル、脂肪酸及びその金属塩、アルキルシラン、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、アミノ酸、ナイロン、カルボマー及びその金属塩、ポリアクリル、トリメチルプロパノール、トリエチルアミン、高級アルコールなどが上げられる。

本発明のシリカ被覆二酸化チタンの嵩密度は０．１０〜０．２０ｇ／ｍｌである。０.１０ｇ／ｍｌよりも小さい時は見た目の体積が大きくなりすぎるために輸送コストやハンドリングの点で困難さが伴う。また、０.２０ｇ／ｍｌよりも大きい時は粉体の凝集度合が強く、分散性や光学特性に悪影響がある。より好ましくは０．１２〜０．１８ｇ／ｍｌである。この嵩密度を実現するためには、粉体の二次凝集粒子の粒子径を小さくする必要があり、二酸化チタン製造時及びシリカ被覆処理時に二次凝集が起こりにくいようにｐＨを調整（たとえば、二酸化チタンの等電点付近のｐＨを避けるなど）したり、被覆粉体を細かく粉砕したりすることが必要である。

本発明のシリカ被覆処理二酸化チタン、またはそれに更に表面処理した粉体を分散体、化粧料、塗料、樹脂組成物として配合することにより、従来のシリカ被覆処理二酸化チタンを使用するよりも透明性の高い紫外線カット製品を得ることができる。

以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明する。本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。

基材となる二酸化チタンの粒径、被覆処理されたシリカ量、得られたシリカ被覆二酸化チタンの嵩密度を表１に示す。粒子形は透過型電子顕微鏡像から算出した粒子径状及び粒子径である。シリカ量は化学分析により算出した。嵩密度はＪＩＳ Ｋ５１０１ ２０．１（静置法）により測定した。

〈粒度分布〉
サンプル粉体を純水に添加し超音波発生器で３分間分散させた後に粒度分布装置（堀場製作所製ＬＡ−７５０）を用いて測定した。その結果から得られた積算粒径を表２に示す。

〈不活性化度評価〉
ワセリンとサンプル粉体との混合ペースト（粉体１０ｗｔ％）に波長366nmの紫外線を照射し、カラーメーターを用いて経時でのΔEを測定した。その結果を図１に示す。ΔＥが大きいほど粉体の表面活性が高いことを表す。

〈可視光透明性とＵＶ遮蔽性〉
１００ｍｌマヨネーズ瓶に粉体を入れ、アクリディックＡ−８０１Ｐ（大日本インキ製）と酢酸ブチルとキシレンを添加した。これにφ１．５ガラスビーズを１００ｇ入れ、ペイントシェーカーで９０分間分散した。この分散塗料をスライドガラスに均一に塗布し、分光光度計（Ｖ−５７０：日本分光製）で透過率を測定した。可視光透明性は平行透過光の透過率で、ＵＶ遮蔽性は積分球を用いて全透過光の透過率で評価した。そのデータを図２、３に示す。

上記の結果より、本発明のシリカ被覆二酸化チタン粉末は従来のシリカ処理品と同様の高い不活性化度と紫外線遮蔽性を持ちながら、より優れた可視光透明性、分散性を有することが示された。

本発明のシリカ被覆二酸化チタンは、化粧料、塗料、樹脂等に好適に使用することができる。

Claims (7)

1. 平均粒子径が５〜１００ｎｍの二酸化チタンの粒子表面をシリカで被覆した粉体であり、その粉体の嵩密度が０．１〜０．２ｇ／ｍｌである複合粉体。
2. シリカの被覆量が５〜３０質量％である請求項１記載の複合粉体。
3. 二酸化チタンの結晶構造がルチル型である請求項１及び２記載の複合粉体。
4. 請求項１、２及び３記載の複合粉体を配合した紫外線カット用の分散体。
5. 請求項１、２及び３記載の複合粉体を配合した紫外線カット用の樹脂組成物。
6. 請求項１、２及び３記載の複合粉体を配合した紫外線カット用の化粧料。
7. 請求項１、２及び３記載の複合粉体を配合した紫外線カット用の塗料。