JP2014196216A - 改質金属酸化物微粒子粉末、改質金属酸化物微粒子分散体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、加水分解触媒として酸を使用した場合、粒子表面に鎖状の加水分解物を生じる傾向があり、得られる粒子が凝集したり、分散性が不良となる場合があった。
本発明の構成は以下の通りである。
[2]前記有機金属化合物が下記式(1)で表される化合物であり、有機金属化合物の表面処理量が金属酸化物微粒子を固形分として100重量部に対し、Rn-MO(m-n)/2として1〜300重量部の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の改質金属酸化物微粒子粉末。
Rn-MXm-n ・・・・・・・(1)
(但し、式中、Mは金属元素、Rは炭素数1〜20の非置換または置換炭化水素基であって、互いに同一であっても異なっていてもよい。X:炭素数1〜4のアルコキシ基、水酸基、ハロゲン、水素、mは元素Mの価数であって3または4であり、nは0〜2の整数であってm−nが2または3である)
[4]前記金属酸化物微粒子がSiO2、Al2O3、TiO2、これらの複合酸化物、およびこれらとZrO2との複合酸化物、Sb2O5、ZnO2、SnO2、In2O3、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、Fドープ酸化錫(FTO)、リンドープ酸化錫(PTO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)からなる金属酸化物微粒子およびこれらの混合物である[1]の改質金属酸化物微粒子粉末。
[5]前記有機金属化合物の金属MがSiであり、29Si MAS NMRスペクトルの主ピークの半値幅が3〜15ppmの範囲にあることを特徴とする[1]または[2]の改質金属酸化物微粒子粉末。
[7]前記改質金属酸化物微粒子の濃度が固形分として1〜70重量%の範囲にあることを特徴とする[6]の改質金属酸化物微粒子分散体。
[8](a)金属酸化物微粒子(但し、ジルコニア微粒子を除く)の水および/または有機溶媒分散液を調製したのち、
(b)前記分散液に、下記式(1)で表される有機金属化合物を添加し、
(c)有機金属化合物の加水分解触媒を加えることなく、また溶媒置換をすることなく乾燥することを特徴とする、
有機金属化合物で表面処理された金属酸化物微粒子(但し、ジルコニア微粒子を除く)の粉末であって、平均二次粒子径(DM2)(レーザー法)が5〜500nmの範囲にあり、平均一次粒子径(DM1)(TEM法)が5〜500nmの範囲にあり、平均二次粒子径(DM2)と平均一次粒子径(DM1)との比(DM2)/(DM1)が1〜10の範囲にある改質金属酸化物微粒子粉末の製造方法。
Rn-MXm-n ・・・・・・・(1)
(但し、式中、Mは金属元素、Rは炭素数1〜20の非置換または置換炭化水素基であって、互いに同一であっても異なっていてもよい。X:炭素数1〜4のアルコキシ基、水酸基、ハロゲン、水素、m:元素Mの価数であって3または4、n:0〜2の整数であってm−nが2または3)
[10]改質前の金属酸化物微粒子の平均粒子径(DM)が5〜400nmの範囲にあり、改質後の粉末の前記平均二次粒子径(DM2)との比(DM2)/(DM)が0.2〜5であることを特徴とする[8]または[9]の改質金属酸化物微粒子粉末の製造方法。
(なお、平均粒子径(DM)は、分散媒として水を使用し、固形分濃度10重量%に調整したものを超音波分散し、動的光散乱法で測定する)
[11]乾燥温度が200℃以下であることを特徴とする[8]の改質金属酸化物微粒子粉末の製造方法。
[12]乾燥を流動下で行うことを特徴とする[6]の改質金属酸化物微粒子粉末の製造方法。
[13]乾燥を減圧下で行うことを特徴とする[8]の改質金属酸化物微粒子粉末の製造方法。
[改質金属酸化物微粒子]
本発明に係る改質金属酸化物微粒子粉末は、有機金属化合物で表面処理された金属酸化物微粒子の粉末である。
本発明に用いる金属酸化物微粒子としては、酸化ジルコニウム以外の従来公知の金属酸化物微粒子を用いることができる。
前記比(DM2)/(DM1)が大きすぎると、改質金属酸化物微粒子の集合度合が高いことを示し、有機溶媒および/または有機樹脂への分散性が不充分となる場合があり、分散体は透明性が低く、分散安定性が不充分となる場合がある。(DM2)/(DM1)が1未満となることはない。
有機金属化合物としては、下記式(1)で表される加水分解性の有機金属化合物が使用される。
Rn-MXm-n ・・・・・・・(1)
(但し、式中、Mは金属元素、Rは炭素数1〜20の非置換または置換炭化水素基であって、互いに同一であっても異なっていてもよい。X:炭素数1〜4のアルコキシ基、水酸基、ハロゲン、水素、m:元素Mの価数であって3または4、n:0〜2の整数であってm−nが2または3)
具体的には、後述する式(2)で表される1〜3官能の有機珪素化合物、式(3)で表される1〜3官能の有機チタニウム化合物、式(4)で表される1〜3官能の有機ジルコニウム化合物および式(5)で表される1〜2官能の有機アルミニウム化合物であることが好ましい。
なお、4官能の有機珪素化合物、有機チタニウム化合物、有機ジルコニウム化合物、3官能の有機アルミニウム化合物では、疎水性官能基が残存せず、改質金属酸化物微粒子粉末は強く凝集し、流動性、分散性が得られない場合がある。
Rn-SiX4-n (2)
Rn-TiX4-n ・・・・・・・(3)
(但し、式中、Rは炭素数1〜20の非置換または置換炭化水素基であって、互いに同一であっても異なっていてもよい。X:炭素数1〜4のアルコキシ基、水酸基、ハロゲン、水素、n:1〜3の整数)
Rn-ZrX4-n ・・・・・・・(4)
(但し、式中、Rは炭素数1〜20の非置換または置換炭化水素基であって、互いに同一であっても異なっていてもよい。Xは炭素数1〜4のアルコキシ基、水酸基、ハロゲン、水素であり、nは1〜3の整数である)
有機ジルコニウム化合物としては、ジルコニウムジメタクリレートジブトキサイド等が挙げられる。
Rn-AlX3-n ・・・・・・・(5)
(但し、式中、Rは炭素数1〜20の非置換または置換炭化水素基であって、互いに同一であっても異なっていてもよい。Xは炭素数1〜4のアルコキシ基、水酸基、ハロゲン、水素であり、nは1または2の整数である)
有機金属化合物の含有量が多すぎても、有効に金属酸化物微粒子の表面に結合した有機金属化合物が増加せず、流動性、有機溶媒および/または有機樹脂への分散性がさらに向上する効果が奏せられないばかりか、有機金属化合物自体が多くなるので、例えば未反応の有機金属化合物、有機金属化合物同士の反応物が増え、改質金属酸化物微粒子粉末の流動性、有機溶媒および/または有機樹脂への分散性がさらに向上する効果が得られない場合がある。
本発明に係る改質金属酸化物微粒子粉末の製造方法は、
(a)金属酸化物微粒子の水および/または有機溶媒分散液を調製したのち、
(b)式(1)で表される有機金属化合物を添加し、
(c)有機金属化合物の加水分解触媒を加えることなく、また溶媒置換をすることなく、乾燥する。
まず金属酸化物微粒子の水および/または有機溶媒分散液を調製する。
金属酸化物微粒子としては前記した改質前の金属酸化物微粒子を用いることができる。前記したように、改質前の金属酸化物微粒子の平均粒子径(DM)が前記範囲となるように概ね5〜400nm、好ましくは概ね7〜300nmの範囲にある金属酸化物微粒子が用いられる。具体的には、平均粒子径(DM)は5〜400nm、さらには7〜300nmの範囲にあることが好ましい。この範囲の平均粒子径(DM)であれば、前記した改質金属酸化物微粒子の平均二次粒子径(DM2)が達成される。
有機溶媒としては、水との相溶性を有し、有機珪素化合物が溶解すれば特に制限はないが、メタノール、エタノール、プロパノール、2-プロパノール(IPA)、ブタノール、ジアセトンアルコール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、エチレングリコール、ヘキシレングリコール、イソプロピルグリコールなどのアルコール類;酢酸メチルエステル、酢酸エチルエステル、酢酸ブチルなどのエステル類;ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセト酢酸エステルなどのケトン類、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、トルエン、シクロヘキサノン、イソホロン、N−メチルピロリドン等が挙げられる。
金属酸化物微粒子の水および/または有機溶媒分散液の濃度は特に制限はないが固形分として概ね1〜30重量%の範囲にあることが好ましい。
また、分散液は分散処理することが好ましい。分散処理方法としては、充分な撹拌、超音波を照射するなどの方法を採用することができる。
前記調製した分散液に、下記式(1)で表される有機金属化合物を添加する。
Rn-MXm-n ・・・・・・・(1)
(但し、式中、Mは金属元素、Rは炭素数1〜20の非置換または置換炭化水素基であって、互いに同一であっても異なっていてもよい。X:炭素数1〜4のアルコキシ基、水酸基、ハロゲン、水素、m:元素Mの価数であって3または4、n:0〜2の整数であってm−nが2または3)
当該有機化合物は前記したとおりである。
有機金属化合物の添加量は金属酸化物微粒子を固形分として100重量部に対し、Rn-MO(m-n)/2(但し、mは金属元素Mの価数であって3または4、n:0〜2の整数であってm−nが2または3)として1〜100重量部、さらには2〜80重量部の範囲にあることが好ましい。
ついで、乾燥する。本発明では、有機金属化合物の加水分解触媒を加えることなく、また溶媒置換をすることなく、乾燥する。
触媒を添加したり、溶媒置換をすると、有機金属化合物が加水分解して、粒子表面のOH基に対して、表面処理が行われるために、たとえば有機珪素化合物の場合、29Si MAS NMRスペクトルの主ピークの半値幅が3〜15ppmの範囲よりもシャープなピークとなり、前記したように、分散体の安定性が低下したり、粉体の分散性が低くなることがある。乾燥は減圧下ないし流動条件下に乾燥することが好ましい。
本発明に係る改質金属酸化物微粒子分散体は、前記改質金属酸化物微粒子粉末が有機溶媒および/または有機樹脂に分散してなる。
有機溶媒としては、従来公知の有機溶媒を用いることができる。例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、2-プロパノール(IPA)、ブタノール、ジアセトンアルコール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、エチレングリコール、ヘキシレングリコール、イソプロピルグリコールなどのアルコール類;酢酸メチルエステル、酢酸エチルエステル、酢酸ブチルなどのエステル類;ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセト酢酸エステルなどのケトン類、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、トルエン、シクロヘキサノン、イソホロン、N−メチルピロリドン等およびこれらの混合溶媒が挙げられる。
有機樹脂としては、従来公知の有機樹脂を用いることができる。具体的には、塗料用樹脂等として公知の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、UV硬化性樹脂、電子線硬化樹脂等が挙げられる。このような樹脂として、たとえば、従来から用いられているポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、熱可塑性アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーンゴムなどの熱可塑性樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、ケイ素樹脂、ブチラール樹脂、反応性シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、熱硬化性アクリレート樹脂などの熱硬化性樹脂、(メタ)アクリレート系樹脂などの紫外線硬化型樹脂などが挙げられる。
本発明に係る改質金属酸化物微粒子分散体(ゾル)は、前記した改質金属酸化物微粒子粉末を有機溶媒および/または有機樹脂に分散させることで調製される。
改質金属酸化物微粒子の有機溶媒ないし有機樹脂分散体は、長期間静置しても改質金属酸化物微粒子が凝集するも沈降することもなく、透明性を有する安定なゾルである。
以下、実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
改質シリカ微粒子(1)粉末の調製
シリカゾル(日揮触媒化成(株)製:SI−40、平均粒子径(DM)=26nm、SiO2濃度40.5重量%)をUF膜モジュール(旭化成ケミカルズ(株)製:SIP−2013)を用いて10倍量の水で置換した後に希釈して固形分濃度10重量%のシリカ微粒子(1)分散液10kgを調製した。このときの電気伝導度は0.15mS/cmであった。
400gをビーカーに採取し、メタノール400gを加え、固形分濃度5.0重量%のシリカ微粒子(1)水/メタノール分散液を調製した。工程(a)
ついで、シリカ微粒子(1)水/メタノール分散液に有機珪素化合物としてγ-メタアクリロオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学(株)製:KBM-503)を、シリカ微粒子分散液中の固形分100重量部に対して、有機珪素化合物がR1-SiO3/2として25.3重量部となるように14.0gを添加し、5分間撹拌した。工程(b)
ガラス製透明サンプル瓶(円筒状、内容積100cc)に改質ジルコニア微粒子(1)粉末約30ccを充填し、水平板面上を低速で約10回転させた後、粉末の上面の角度を分度器で測定し、結果を表1に示す。
また、改質シリカ微粒子(1)粉末について29Si MAS NMRスペクトルを核磁気共鳴装置(Agilent technologies社製:VNMRS-600)を用いて測定した。標準物質にはポリジメチルシラン(-34.44ppm)を使用し、シングルパルス法で、遅延時間15秒、MAS速度6kHzの条件で測定した。装置付属のカーブフィッティングプログラムにより解析した主ピークのケミカルシフト値および半値幅を表に示す。
改質シリカ微粒子(1)粉末5gをメタノールおよびメチルイソブチルケトンに混合し、充分撹拌して固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(1)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(1)メチルイソブチルケトン分散体を調製した。
ガラス製透明サンプル瓶に分散体を充填し、透明性を観察し、以下の基準で評価した。
透明な分散体である。 : ◎
透明性の高い分散体である。 : ○
半透明性の分散体である。 : △
白濁した分散体である。 : ×
ガラス製透明サンプル瓶に分散体を充填し、30℃で10日間静置した後、透明性を観察し、以下の基準で評価した。
透明な分散体である。 : ◎
透明性の高い分散体である。 : ○
半透明性の分散体である。 : △
白濁あるいは沈降粒子が認められる分散体である。 : ×
改質シリカ微粒子(1)粉末3gを、ライトアクリレートDPE-6A(以後単にDPE−6A)(共栄社化学(株)製ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、UV硬化型アクリル樹脂(多価アクリルモノマー)に混合し、充分撹拌して固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(1)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(1)有機樹脂分散体について、以下の方法で分散性を評価し、結果を表1に示す。
ガラス製透明サンプル瓶に分散体に充填し、透明性を観察し、以下の基準で評価した。
透明な分散体である。 : ◎
透明性の高い分散体である。 : ○
半透明性の分散体である。 : △
白濁した分散体である。 : ×
改質シリカ微粒子(2)粉末の調製
実施例1において、40℃で2.5時間乾燥した以外は同様にして改質シリカ微粒子(2)粉末を調製した。工程(c)
得られた改質シリカ微粒子(2)粉末について、平均粒子径、安息角を測定し、結果を表1に示した。また、29Si MAS NMRスペクトルの主ピークのケミカルシフト値、半値幅を表に示した。
実施例1において、改質シリカ微粒子(2)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(2)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(2)MIBK分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(2)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(2)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質シリカ微粒子(2)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(2)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(2)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1に示す。
改質シリカ微粒子(3)粉末の調製
実施例1において、80℃で1時間乾燥した以外は同様にして改質シリカ微粒子(2)粉末を調製した。工程(c)
得られた改質シリカ微粒子(3)粉末について、平均粒子径、安息角を測定し、結果を表1に示した。また、29Si MAS NMRスペクトルの主ピークのケミカルシフト値、半値幅を表に示した。
実施例1において、改質シリカ微粒子(3)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(3)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(3)MIBK分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(3)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(3)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質シリカ微粒子(3)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(3)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(3)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1
に示す。
改質シリカ微粒子(4)粉末の調製
シリカゾル(日揮触媒化成(株)製:SI−350、平均粒子径=11nm、SiO2濃度重量20.4%)をUF膜モジュール(旭化成ケミカルズ(株)製:SIP−2013)を用いて10倍量の水で置換した後に希釈して固形分濃度10重量%のシリカ微粒子(1)分散液10kgを調製した。このときの電気伝導度は0.36mS/cmであった。
これを400gビーカーに採取し、メタノール400gを加え、固形分濃度5.0重量%のシリカ微粒子(4)水/メタノール分散液を調製した。工程(a)
実施例1において、改質シリカ微粒子(4)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(4)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(4)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(4)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質シリカ微粒子(4)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(4)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(4)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1に示す。
改質シリカ微粒子(5)粉末の調製
シリカゾル(日揮触媒化成(株)製:SI−80P、平均粒子径=96nm、SiO2濃度20.4重量%)をUF膜モジュール(旭化成ケミカルズ(株)製:SIP−2013)を用いて10倍量の水で置換した後に希釈して固形分濃度10重量%のシリカ微粒子(1)分散液10kgを調製した。このときの電気伝導度は0.09mS/cmであった。
400gをビーカーに採取した。ついで、メタノール400gを加え、固形分濃度5.0重量%のシリカ微粒子(5)水/メタノール分散液を調製した。工程(a)
実施例1において、改質シリカ微粒子(5)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(5)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(5)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(5)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質シリカ微粒子(5)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(5)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(5)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1に示す。
改質シリカ微粒子(6)粉末の調製
実施例1の工程(b)において、γ-メタアクリロオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学(株)製:KBM-503)を、シリカ微粒子分散液中の固形分100重量部に対して、有機珪素化合物がR1-SiO3/2として5.5重量部となるように3.2gを添加した以外は同様にして改質シリカ微粒子(6)粉末を調製した。
実施例1において、改質シリカ微粒子(6)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(6)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(6)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(6)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質シリカ微粒子(6)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(6)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(6)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1
に示す。
改質シリカ微粒子(7)粉末の調製
実施例1の工程(b)において、γ-メタアクリロオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学(株)製:KBM-503)を、シリカ微粒子分散液中の固形分100重量部に対して、有機珪素化合物がR1-SiO3/2として108.3重量部となるように60.0gを添加した以外は同様にして改質シリカ微粒子(7)粉末を調製した。
実施例1において、改質シリカ微粒子(7)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(7)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(7メタノール分散体および改質シリカ微粒子(7)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質シリカ微粒子(7)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(7)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(7)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1に示す。
改質シリカ微粒子(8)粉末の調製
実施例1の工程(b)で、有機ジルコニウム化合物としてジルコニウムジメタクリレートジブトキサイド、25%トルエン/n−ブタノール溶液(アヅマックス(株)製)をシリカ微粒子分散液中の固形分100重量部に対して、有機ジルコニウム化合物がR1-ZrO3/2として25.3重量部となるように59.4gを添加し、5分間撹拌した以外は同様にして改質シリカ微粒子(8)粉末を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(8)粉末について、平均粒子径、安息角を測定し、結果を表1に示した。
実施例1において、改質シリカ微粒子(8)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(8)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(8)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(8)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質シリカ微粒子(8)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(8)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(8)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1
に示す。
改質酸化チタン微粒子(9)粉末の調製
四塩化チタン(大阪チタニウムテクノロジーズ(株)製)をTiO2換算基準で7.75重量%含む四塩化チタン水溶液7.63kgと、アンモニアを15重量%含むアンモニア水(宇部興産(株)製)2.96kgとを混合し、pH9.5の白色スラリー液を調製した。次いで、このスラリーを濾過した後、イオン交換水で洗浄して、固形分含有量が10重量%の含水チタン酸ケーキ6.22kgを得た。
次に、得られた混合水溶液を室温まで冷却した後、限外濾過膜装置(旭化成(株)製:ACV−3010)で濃縮したのち、水で10倍置換を行い、固形分濃度が10.0重量%の酸化チタン系微粒子(9)分散液(平均粒子径(DM)=23nm)7kgを得た。
これを400gビーカーに採取し、メタノール400gを加え、固形分濃度5.0重量%の酸化チタン微粒子(9)水/メタノール分散液を調製した。工程(a)
ついで、酸化チタン微粒子(1)水/メタノール分散液に有機チタニウム化合物としてトリメトキシ(1,2,3,4,5-ペンタメチル-2,4-シクロペンタジエニル)チタニウム(和光純薬工業(株)製)を酸化チタン微粒子分散液中の固形分100重量部に対して、有機チタニウム化合物がR1-TiO3/2として25.3重量部となるように13.5gを添加し、5分間撹拌した。工程(b)
実施例1において、改質酸化チタン微粒子(9)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質酸化チタン微粒子(9)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質酸化チタン微粒子(9)メタノール分散体および改質酸化チタン微粒子(9)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質酸化チタン微粒子(9)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質酸化チタン微粒子(9)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質酸化チタン微粒子(9)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1に示す。
改質酸化チタン微粒子(10)粉末の調製
実施例9の工程(b)において有機チタニウム化合物13.5gの代わりにγ-メタアクリロオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学(株)製:KBM-503)14.0gを、酸化チタン微粒子分散液中の固形分100重量部に対して、有機珪素化合物がR1-SiO3/2として25.3重量部となるように、添加した以外は同様にして改質酸化チタン微粒子(10)粉末を調製した。
実施例1において、改質酸化チタン微粒子(10)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質酸化チタン微粒子(10)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質酸化チタン微粒子(10)メタノール分散体および改質酸化チタン微粒子(10)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質酸化チタン微粒子(10)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質酸化チタン微粒子(10)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質酸化チタン微粒子(10)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1に示す。
改質五酸化アンチモン微粒子(11)粉末の調製
純水800gに苛性カリ(旭硝子(株)製:純度85%)25gを溶解した溶液中に三酸化アンチモン(日本精鉱(株)製;PATOX-K 純度98.5%)50gを懸濁した。この懸濁液を95℃に加熱し、次いで、過酸化水素水(林純薬(株)製:特級、濃度35重量%)15gを純水50gで希釈した水溶液を9時間で添加し、三酸化アンチモンを溶解し、その後、11時間熟成した。ついで、冷却後、得られた溶液から800gをとり、この溶液を純水4800gで希釈した後、陽イオン交換樹脂(三菱化学(株)製:pk−216)でPHが3.5になるまで処理して脱イオンを行った。脱イオンして得られた溶液を温度70℃で10時間熟成した後、限外膜で濃縮して固形分濃度14%の五酸化アンチモンからなる無機酸化物系導電性粒子分散液を調製した。この無機酸化物系導電性粒子(1)分散液のpHは4.0であった。無機酸化物系導電性粒子の平均粒子径(DM)は24nmであった。
ついで、五酸化アンチモン微粒子(11)水/メタノール分散液に有機珪素化合物としてγ-メタアクリロオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学(株)製:KBM-503)を、五酸化アンチモン微粒子100重量部に対し、有機珪素化合物がR1-SiO3/2として8.7重量部となるように4.8gを添加し、5分間撹拌した。工程(b)
実施例1において、改質五酸化アンチモン微粒子(11)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質五酸化アンチモン微粒子(11)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質五酸化アンチモン微粒子(11)メタノール分散体および改質五酸化アンチモン微粒子(11)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質五酸化アンチモン微粒子(11)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質五酸化アンチモン微粒子(11)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質五酸化アンチモン微粒子(11)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1に示す。
改質シリカ微粒子(R1)粉末の調製
実施例1と同様にして、シリカ微粒子(1)水/メタノール分散液に有機珪素化合物としてγ-メタアクリロオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学(株)製:KBM-503)を、シリカ微粒子分散液中の固形分100重量部に対し、有機珪素化合物がR1-SiO3/2として25.3重量部となるように11.2gを添加し、5分間撹拌した。工程(a)
なお、限外濾過した際の濾液にアンモニア水を添加したところ、白濁を生じ、有機珪素化合物が逃散していることが認められた。
得られた改質シリカ微粒子(R1)粉末について、平均粒子径、安息角を測定し、結果を表1に示した。また、29Si MAS NMRスペクトルの主ピークのケミカルシフト値、半値幅を表に示した。
実施例1において、改質シリカ微粒子(R1)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R1)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R1)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(R1)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質シリカ微粒子(R1)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R1)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(R1)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1に示す。
改質シリカ微粒子(R2)粉末の調製
比較例1において、箱形乾燥機にて、40℃で24時間乾燥した以外は同様にして改質シリカ微粒子(R2)粉末を調製した。
実施例1において、改質シリカ微粒子(R2)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R2)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R2)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(R2)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質シリカ微粒子(R2)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R2)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(R2)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1に示す。
改質シリカ微粒子(R3)粉末の調製
比較例1において、箱形乾燥機にて、80℃で5時間乾燥した以外は同様にして改質シリカ微粒子(R3)粉末を調製した。
実施例1において、改質シリカ微粒子(R3)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R3)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R3)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(R3)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質シリカ微粒子(R3)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R3)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(R3)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1に示す。
改質シリカ微粒子(R4)粉末の調製
実施例8の工程(c)で、箱形乾燥機にて、60℃で24時間乾燥した以外は同様にして改質シリカ微粒子(R4)粉末を調製した。なお、限外濾過した際の濾液にアンモニア水を添加したところ、白濁を生じ、有機ジルコニウム化合物が逃散していることが認められた。
得られた改質シリカ微粒子(R4)粉末について、平均粒子径、安息角を測定し、結果を表1に示した。
実施例1において、改質シリカ微粒子(R4)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R4)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R4)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(R4)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質シリカ微粒子(R4)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R4)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(R4)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1に示す。
改質シリカ微粒子(R5)粉末の調製
実施例1と同様にして、シリカ微粒子(1)水/メタノール分散液に有機珪素化合物としてγ-メタアクリロオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学(株)製:KBM-503)を、シリカ微粒子分散液中の固形分100重量部に対して有機珪素化合物がR1-SiO3/2として25.3重量部となるように11.2gを添加し、ついで、撹拌しながら分散液の温度を60℃に昇温した後、濃度5重量%のアンモニア水1.6gを1分間で添加して有機珪素化合物の加水分解を行った。
実施例1において、改質シリカ微粒子(R5)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R5)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R5)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(R5)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質シリカ微粒子(R5)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R5)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(R5)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1に示す。
改質シリカ微粒子(R6)粉末の調製
比較例5において、限外濾過膜にてメタノールに溶媒置換した後、箱形乾燥機に代えてロータリーエボパレーターにて、60℃で1.5時間、圧力を50hPaに維持しながら乾燥した以外は同様にして改質シリカ微粒子(R6)粉末を調製した。
実施例1において、改質シリカ微粒子(R6)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R6)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R6)メタノール分散体および改質シリカ微粒子(R6)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表1に示す。
実施例1において、改質シリカ微粒子(R6)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質シリカ微粒子(R6)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質シリカ微粒子(R6)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表1に示す。
改質酸化チタン微粒子(R7)粉末の調製
実施例10と同様にして得た酸化チタン微粒子(1)水/メタノール分散液に、酸化チタン分散液の固形分100重量部に対して、γ-メタアクリロオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学(株)製:KBM-503)がR1-SiO3/2として25.3重量部となるように11.2gを添加し、ついで、撹拌しながら分散液の温度を60℃に昇温した後、濃度5重量%のアンモニア水1.6gを1分間で添加して有機珪素化合物の加水分解を行った。
得られた改質酸化チタン微粒子(R7)粉末について、平均粒子径、安息角を測定し、結果を表に示した。
実施例1において、改質酸化チタン微粒子(R7)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質酸化チタン微粒子(R7)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質酸化チタン微粒子(R7)メタノール分散体および改質酸化チタン微粒子(R7)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表に示す。
実施例1において、改質酸化チタン微粒子(R7)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質酸化チタン微粒子(R7)有機樹脂分散体を調製した。
得られた改質酸化チタン微粒子(R7)有機樹脂分散体について分散性を評価し、結果を表に示す。
実施例11と同様にして得た五酸化アンチモン微粒子(1)水/メタノール分散液に、五酸化アンチモン分散液中の固形分100重量部に対してγ-メタアクリロオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学(株)製:KBM-503)がR1-SiO3/2として8.7重量部となるように4.0gを添加し、ついで、撹拌しながら分散液の温度を60℃に昇温した後、濃度5重量%のアンモニア水1.6gを1分間で添加して有機珪素化合物の加水分解を行った。
得られた改質五酸化アンチモン微粒子(R8)粉末について、平均粒子径、安息角を測定し、結果を表に示した。
実施例1において、改質五酸化アンチモン微粒子(R8)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質五酸化アンチモン微粒子(R8)有機溶媒分散体を調製した。
また、固形分濃度30重量%の改質五酸化アンチモン微粒子(R8)メタノール分散体および改質五酸化アンチモン微粒子(R8)メチルイソブチルケトン分散体について分散性および安定性を評価し、結果を表に示す。
実施例1において、改質五酸化アンチモン微粒子(R8)粉末を用いた以外は同様にして固形分濃度30重量%の改質五酸化アンチモン微粒子(R8)有機樹脂分散体を調製した。
Claims (13)
- 有機金属化合物で表面処理された金属酸化物微粒子(但し、ジルコニア微粒子を除く)の粉末であって、平均二次粒子径(DM2)(レーザー法)が5〜500nmの範囲にあり、平均一次粒子径(DM1)(TEM法)が5〜500nmの範囲にあり、平均二次粒子径(DM2)と平均一次粒子径(DM1)との比(DM2)/(DM1)が1〜10の範囲にあることを特徴とする改質金属酸化物微粒子粉末。
- 前記有機金属化合物が下記式(1)で表される化合物であり、有機金属化合物の表面処理量が金属酸化物微粒子を固形分として100重量部に対し、Rn-MO(m-n)/2として1〜300重量部の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の改質金属酸化物微粒子粉末。
Rn-MXm-n ・・・・・・・(1)
(但し、式中、Mは金属元素、Rは炭素数1〜20の非置換または置換炭化水素基であって、互いに同一であっても異なっていてもよい。X:炭素数1〜4のアルコキシ基、水酸基、ハロゲンまたは水素であり、mは元素Mの価数であって3または4であり、nは0〜2の整数であってm−nが2または3) - 前記金属元素MがSi、Ti、Zr、Alから選ばれる少なくとも1種の金属元素であることを特徴とする請求項2に記載の改質金属酸化物微粒子粉末。
- 前記金属酸化物微粒子がSiO2、Al2O3、TiO2、これらの複合酸化物、およびこれらとZrO2との複合酸化物、Sb2O5、ZnO2、SnO2、In2O3、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、Fドープ酸化錫(FTO)、リンドープ酸化錫(PTO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)からなる金属酸化物微粒子およびこれらの混合物であることを特徴とする請求項1に記載の改質金属酸化物微粒子粉末。
- 前記有機金属化合物の金属MがSiであり、29Si MAS NMRスペクトルの主ピークの半値幅が3〜15ppmの範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の改質金属酸化物微粒子粉末。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の改質金属酸化物微粒子粉末が有機溶媒および/または有機樹脂に分散してなることを特徴とする改質金属酸化物微粒子分散体。
- 前記改質金属酸化物微粒子の濃度が固形分として1〜70重量%の範囲にあることを特徴とする請求項6に記載の改質金属酸化物微粒子分散体。
- (a)金属酸化物微粒子(但し、ジルコニア微粒子を除く)の水および/または有機溶媒分散液を調製したのち、
(b)前記分散液に、下記式(1)で表される有機金属化合物を添加し、
(c)有機金属化合物の加水分解触媒を加えることなく、かつ溶媒置換をすることなく乾燥することを特徴とする、
有機金属化合物で表面処理された金属酸化物微粒子(但し、ジルコニア微粒子を除く)の粉末であって、平均二次粒子径(DM2)(レーザー法)が5〜500nmの範囲にあり、平均一次粒子径(DM1)(TEM法)が5〜500nmの範囲にあり、平均二次粒子径(DM2)と平均一次粒子径(DM1)との比(DM2)/(DM1)が1〜10の範囲にある改質金属酸化物微粒子粉末の製造方法。
Rn-MXm-n ・・・・・・・(1)
(但し、式中、Mは金属元素、Rは炭素数1〜20の非置換または置換炭化水素基であって、互いに同一であっても異なっていてもよい。X:炭素数1〜4のアルコキシ基、水酸基、ハロゲン、水素、m:元素Mの価数であって3または4、n:0〜2の整数であってm−nが2または3) - 前記金属元素MがSi、Ti、Zr、Alから選ばれる少なくとも1種の金属元素であることを特徴とする請求項8に記載の改質金属酸化物微粒子粉末の製造方法。
- 改質前の金属酸化物微粒子の平均粒子径(DM)が5〜400nmの範囲にあり、改質後の粉末の前記平均二次粒子径(DM2)との比(DM2)/(DM)が0.2〜5であることを特徴とする請求項8または9に記載の改質金属酸化物微粒子粉末の製造方法。
(なお、平均粒子径(DM)は、分散媒として水を使用し、固形分濃度10重量%に調整したものを超音波分散し、動的光散乱法で測定する) - 乾燥温度が200℃以下であることを特徴とする請求項8に記載の改質金属酸化物微粒子粉末の製造方法。
- 乾燥を流動下で行うことを特徴とする請求項8に記載の改質金属酸化物微粒子粉末の製造方法。
- 乾燥を減圧下で行うことを特徴とする請求項8に記載の改質金属酸化物微粒子粉末の製造方法。
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