JP2014114178A - 酸化マグネシウム微粒子分散液 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間にわたって保存しても粘度が低い値で安定している酸化マグネシウム微粒子分散液を提供する。
【解決手段】炭素原子数が１〜５の範囲にある一価アルコール中に、酸化マグネシウム微粒子が１〜４０質量％の範囲にて分散されていて、動的光散乱法によって測定される酸化マグネシウム微粒子のＤ₅₀が５〜９０ｎｍの範囲にある酸化マグネシウム微粒子分散液であって、該分散液の水分含有量が９０００質量ｐｐｍ以下である酸化マグネシウム微粒子分散液。
【選択図】なし

Description

本発明は、酸化マグネシウム微粒子分散液に関する。

酸化マグネシウム微粒子の分散液は、例えば、プラズマディスプレイパネルの誘電体保護層として用いられる酸化マグネシウム膜の製造原料として利用することが検討されている。酸化マグネシウム微粒子分散液を用いた酸化マグネシウム膜の製造は、一般に、分散液を基体の上に塗布して塗布膜を形成し、次いでその塗布膜を乾燥し、必要に応じて焼成する方法によって行われる。

酸化マグネシウム微粒子分散液として、特許文献１には、炭素原子数３〜５の一価アルコール中に、酸化マグネシウム微粒子が０．０５〜２０質量％の範囲にて分散されてなり、動的光散乱法によって測定された酸化マグネシウム微粒子のＤ₅₀が５〜１００ｎｍの範囲にある酸化マグネシウム微粒子分散液が記載されている。

一方、酸化カルシウム微粒子の分散液も知られている。特許文献２には、有機分散媒中にメジアン径（体積基準）が１〜２００ｎｍ、最大粒子径が１０〜１０００ｎｍの範囲にある酸化カルシウム微粒子が分散された分散液が記載されている。この文献には、有機分散媒の水分量は通常１０００質量ｐｐｍ未満であると、水酸化カルシウム分量が増加することがなく、着色や増粘の問題が発生することがないため好ましい旨の記載がある。

特開２００６−２２５２４０号公報 特開２００６−１２４２６４号公報

酸化マグネシウム微粒子分散液を用いて酸化マグネシウム膜を製造する場合、酸化マグネシウム微粒子分散液の粘度が低い方が、塗布膜を薄く形成することができる。従って、厚さの薄い酸化マグネシウム薄膜を製造するためには、粘度の低い酸化マグネシウム微粒子分散液が必要となる。上記の特許文献２に記載されているように、酸化カルシウム微粒子分散液については、水分と粘度の関係について検討がされているが、これまで酸化マグネシウム微粒子の分散液については粘度についての検討は殆どなされていなかった。また、本発明者の検討によると、酸化マグネシウム微粒子分散液を長期間にわたって保存しておくと粘度が大きく上昇することがあることが判明した。
従って、本発明の目的は、長期間にわたって保存しても粘度が低い値で安定している酸化マグネシウム微粒子分散液を提供することにある。

本発明者は、酸化マグネシウム微粒子分散液の水分含有量が９０００質量ｐｐｍを超えると、分散液の粘度が急激に上昇すること、すなわち、酸化マグネシウム微粒子分散液の水分含有量を９０００質量ｐｐｍ以下に維持することによって、分散液の粘度を低い値で安定させることが可能であることを見出し、本発明に到達した。酸化マグネシウム微粒子分散液では、粘度を安定に維持するための水分含有量の上限が９０００質量ｐｐｍと、酸化カルシウム微粒子分散液の場合（１０００質量ｐｐｍ）と比較して高い理由としては、酸化カルシウムは吸湿剤として広く利用されているように水分との反応性が高く、極少量の水の存在下でも酸化カルシウムと水とが反応して、酸化カルシウムの表面状態が変化するのに対して、酸化マグネシウムは水分との反応性が低く、極少量の水の存在下では酸化マグネシウムの表面状態が殆ど変化しないためであると考えられる。

従って、本発明は、炭素原子数が１〜５の範囲にある一価アルコール中に、酸化マグネシウム微粒子が１〜４０質量％の範囲にて分散されていて、動的光散乱法によって測定される酸化マグネシウム微粒子のＤ₅₀が５〜９０ｎｍの範囲にある酸化マグネシウム微粒子分散液であって、該分散液の水分含有量が９０００質量ｐｐｍ以下である酸化マグネシウム微粒子分散液にある。

本発明の酸化マグネシウム微粒子分散液の好ましい態様は、次の通りである。
（１）一価アルコールがメチルアルコール、エチルアルコール又はこれらの混合物である。
（２）水分含有量が７０００質量ｐｐｍ以下である。
（３）円錐平板型回転粘度計を用いて、円錐平板の回転数が１ｒｐｍの条件で測定したときの、温度２５℃での粘度が３００ｍＰａ・秒以下である。

本発明の酸化マグネシウム微粒子分散液は、粘度が低い値で長期間にわたって安定する。従って、本発明の酸化マグネシウム微粒子分散液は、酸化マグネシウム薄膜の製造用として有用である。

本発明の酸化マグネシウム微粒子分散液は、炭素原子数が１〜５の範囲にある一価アルコール中に、酸化マグネシウム微粒子を１〜４０質量％の範囲、好ましくは５〜３０質量％の範囲、特に好ましくは８〜２８質量％の範囲にて分散した分散液である。

分散媒の一価アルコールは、分岐を有していてもよい。一価アルコールの例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、ペンチルアルコール、イソペンチルアルコールを挙げることができる。これらの一価アルコールは一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。メチルアルコール、エチルアルコール又はこれらの混合物は、粘度が低い点で好ましい。

本発明において、分散液中の酸化マグネシウム微粒子は、Ｄ₅₀（篩下の累積粒度分布が５０％となる粒子径）が一般に５〜９０ｎｍの範囲、好ましくは１０〜６０ｎｍの範囲にある。また、分散液中の酸化マグネシウム微粒子のＤ₁₀（篩下の累積粒度分布が１０％となる粒子径）とＤ₉₀（篩下の累積粒度分布が９０％となる粒子径）との比（Ｄ₁₀／Ｄ₉₀）は、一般に０．２〜０．８の範囲、好ましくは０．３〜０．６の範囲である。Ｄ₁₀／Ｄ₉₀は、酸化マグネシウム微粒子の粒度分布の幅を表す指標となる。Ｄ₁₀／Ｄ₉₀が１に近い方が粒度分布の幅が狭い、すなわち粒子径が均一であることを表す。

本発明の分散液は、水分含有量が一般に９０００質量ｐｐｍ以下、好ましくは７０００質量ｐｐｍ以下である。水分含有量の下限は一般には１００質量ｐｐｍであるが、水分含有量は１０００質量ｐｐｍ以上であってもよい。水分含有量の範囲は、一般に１００〜９０００質量ｐｐｍの範囲、好ましくは１０００〜７０００質量ｐｐｍの範囲、特に好ましくは２０００〜６０００質量ｐｐｍの範囲である。本発明の分散液は、水分含有量が上記の範囲にあるために、粘度が低い値で安定する。本発明の分散液の粘度は、分散媒の一価アルコールの種類によっても大きくなるが、円錐平板型回転粘度計を用いて、円錐平板の回転数が１ｒｐｍの条件で測定したときの、温度２５℃での粘度は一般に３００ｍＰａ・秒以下、好ましくは１５０ｍＰａ・秒以下、特に好ましくは６０ｍＰａ・秒以下である。なお、粘度の下限は一般には０．１ｍＰａ・秒である。

本発明の酸化マグネシウム微粒子分散液は、酸化マグネシウム微粉末と一価アルコールとを混合し、得られた混合物中の酸化マグネシウム微粒子の凝集物を、湿式粉砕装置を用いて粉砕もしくは解砕することによって製造することができる。

原料の酸化マグネシウム微粉末は、ＢＥＴ比表面積が１８〜３３０ｍ²／ｇの範囲にあることが好ましい。すなわち、酸化マグネシウム微粉末は、下記の式（Ｉ）により算出されるＢＥＴ比表面積換算粒子径が５〜９０ｎｍの範囲にあることが好ましい。
ＢＥＴ比表面積換算粒子径＝６／（Ｓ×ρ）・・・（Ｉ）
但し、Ｓは、ＢＥＴ比表面積であり、ρは酸化マグネシウムの真密度である。

酸化マグネシウム微粉末としては、気相法によって製造された酸化マグネシウム微粉末を用いることができる。気相法によって製造された酸化マグネシウム微粉末は、一般に一次粒子が立方体状の微粒子で、純度が９９．９８質量％以上と高純度である。気相法とは、金属マグネシウム蒸気と酸素とを接触させて金属マグネシウム蒸気を酸化させることによって、酸化マグネシウム微粉末を得る方法である。また、酸化マグネシウム微粉末は、一価アルコールと混合する前に、付着水を除去するために加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、一般に１００〜３００℃の範囲である。

原料の一価アルコールは、水分含有量が１〜１０００質量ｐｐｍの範囲にあることが好ましい。原料の一価アルコールは、酸化マグネシウム微粉末と混合する前に、脱水処理を行ってもよい。

湿式粉砕装置としては、ビーズを用いた粉砕装置、混合物に圧力を付与して混合物噴流を生成させ、次いでその混合物噴流を二以上に分岐させ、各混合物噴流を対向下に衝突させることにより混合物中の凝集物を粉砕もしくは解砕する装置（例、ナノマイザー）を用いることができる。

酸化マグネシウム微粒子分散液の製造は、製造作業中での水分の混入を防止するために、調湿されたグローブボックス内で行ってもよい。また、酸化マグネシウム微粒子分散液は、保存中にも水分を吸収することがある。このため、マグネシウム微粒子分散液を保存する際には、蓋と容器との間にパッキンを備えた密閉容器に入れておくことが好ましい。

［実施例１］
容量１００ｍＬの容器に、酸化マグネシウム微粉末（ＢＥＴ比表面積が９４．１ｍ²／ｇ）６ｇ、メチルアルコール２４ｇ、そしてジルコニア製ビーズ（ＹＺＴボール、直径：０．１ｍｍ）１３７ｇを投入して、蓋をした。次いで、蓋をした容器をロッキングミルを用いて２時間振とうして酸化マグネシウム微粒子分散液を調製した。容器内の酸化マグネシウム微粒子分散液をろ過により回収した。

回収した酸化マグネシウム微粒子分散液について、水分含有量、粒度分布及び粘度を下記の方法により測定した。下記表１に、その結果を示す。

［水分含有量の測定方法］
気化室（ＡＤＰ−６１１、京都電子工業（株）製）を備えたカールフィッシャー水分計（ＭＫＣ−６１０、京都電子工業（株）製）を用いて測定した。試料の酸化マグネシウム微粒子分散液を、３００℃の温度に設定した気化室に投入し、発生した気体及び蒸気をカールフィッシャー水分計に導入して、その気体及び蒸気の水分量を測定し、分散液の水分含有量とした。

［粒度分布の測定方法］
試料の酸化マグネシウム微粒子分散液にメチルアルコールを加えて、酸化マグネシウム微粒子の濃度が０．１質量％となるように希釈した後、超音波ホモジナイザー（ＳＯＮＩＦＩＥＲ １５０、ブランソン製）にて、パワー強度８の条件で１分間分散処理を行った。得られた希釈分散液中の酸化マグネシウム微粒子の粒度分布を、動的散乱式粒度分布測定装置（ナノトラックＵＰＡ−ＥＸ１５０、日機装（株）製）を用いて測定した。粒度分布の測定は、１回の測定を６０秒として５回行って、その平均値を体積分布で算出した。算出した粒度分布から、Ｄ₁₀（篩下の累積粒度分布が１０％となる粒子径）、Ｄ₅₀（篩下の累積粒度分布が５０％となる粒子径）、Ｄ₉₀（篩下の累積粒度分布が９０％となる粒子径）、そしてＤ₁₀／Ｄ₉₀を求めた。

［粘度の測定方法］
試料の酸化マグネシウム微粒子分散液の温度２５℃に調整し、円錐平板型回転粘度計（ＴＶＥ−２５Ｈ、円錐平板のサイズ：１°３４’×半径２４ｍｍ、東機産業（株）製）を用い、円錐平板を１ｒｐｍの回転速度で回転させ、円錐平板の回転開始２分後の粘度を測定した。

［実施例２］
実施例１にて回収した酸化マグネシウム微粒子分散液６ｇを、ガラス製容器（バイアル瓶、蓋にシリコーンゴムのパッキンあり、容量１０ｍＬ）に入れて、蓋をした。そして蓋をしたガラス容器をデシケータ（設定湿度：２０％ＲＨ以下）に入れて４３日間静置した。静置後の酸化マグネシウム微粒子分散液の水分含有量、粒度分布及び粘度を上記の方法により測定した。その結果を、下記表１に示す。

［比較例１］
実施例１で回収した酸化マグネシウム微粒子分散液１０ｇを、プラスチック製容器（蓋にパッキンなし、容量１０ｍＬ）に入れたこと以外は、実施例２と同様にして、蓋をしたプラスチック製容器をデシケータ（設定湿度：２０％ＲＨ以下）に入れて４３日間静置した。静置後の酸化マグネシウム微粒子分散液の水分含有量、粒度分布及び粘度を上記の方法により測定した。その結果を、下記表１に示す。

表１
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粒度分布（ｎｍ）
水分含有量 粘度 ────────────────────
（質量ｐｐｍ）（ｍＰａ・秒） Ｄ₁₀ Ｄ₅₀ Ｄ₉₀ Ｄ₁₀／Ｄ₉₀
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実施例１ ４３９０ ３．０ ２５．８ ３９．０ ６２．５ ０．４１
実施例２ ５３５２ ３．０ ３１．７ ４６．８ ７２．４ ０．４３
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比較例１ ９４５８ ６６０００ ３５．８ ５３．３ ８７．８ ０．４１
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表１の水分含有量と粘度の結果から、水分含有量が本発明の範囲にある酸化マグネシウム微粒子分散液（実施例１、２）と比較して、水分含有量が本発明の範囲を超える酸化マグネシウム微粒子分散液（比較例１）は、粘度が２２０００倍（＝６６０００／３．０）も大きな値となることが分かる。

Claims (4)

1. 炭素原子数が１〜５の範囲にある一価アルコール中に、酸化マグネシウム微粒子が１〜４０質量％の範囲にて分散されていて、動的光散乱法によって測定される酸化マグネシウム微粒子のＤ₅₀が５〜９０ｎｍの範囲にある酸化マグネシウム微粒子分散液であって、該分散液の水分含有量が９０００質量ｐｐｍ以下である酸化マグネシウム微粒子分散液。
2. 一価アルコールがメチルアルコール、エチルアルコール又はこれらの混合物である請求項１に記載の酸化マグネシウム微粒子分散液。
3. 水分含有量が７０００質量ｐｐｍ以下である請求項１に記載の酸化マグネシウム微粒子分散液。
4. 円錐平板型回転粘度計を用いて、円錐平板の回転数が１ｒｐｍの条件で測定したときの、温度２５℃での粘度が３００ｍＰａ・秒以下である請求項１に記載の酸化マグネシウム微粒子分散液。