JP3549347B2 - 赤外線吸収材料用イッテルビウム酸化物球状微粒子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線吸収材料として有用なイッテルビウム酸化物球状微粒子およびその製造方法に関するもので、特に粒径の揃った分散状態の良いイッテルビウム酸化物球状微粒子に係る。
赤外線吸収材料は、可視光を透過または反射し赤外線を吸収するので、肉眼では認識できないが光学機器により認識され、物流管理等で利用されるバーコードや文字、記号、図形等の秘密情報を記録物に印刷するインク等として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、秘密情報記録物には、可視光を吸収するインクや、特開平３−１５４１８７号公報、特開平３−２２７３７８号公報、特開平３−２７５３８９号公報に記載されたような赤外線吸収用インクが使用されその透明化が検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、可視光を吸収するインクは人間の目で認識できるため、バーコードが印刷物のデザインを損ねたり、容易にコピーできるため情報の秘密保持や複製の防止が困難である等の問題点がある。また、従来の有機系の赤外線吸収用インクには、シアニン系、ナフトキノン系等の可視領域に吸収のある色素であるため、透明化が不十分である等の問題点があった。
本発明は、上記問題点に鑑み、無色で、赤外線吸収効率を高める赤外線吸収材料用イッテルビウム酸化物球状微粒子を簡単な工程でかつ安価に提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、イッテルビウム酸化物のうちで、粒径の揃った分散状態の良い球状微粒子が赤外線吸収効率を高めることを見いだし、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、イッテルビウム酸化物球状微粒子の平均粒径が０．１μｍ以上２．０μｍ以下の範囲で、波長９７７ｎｍにおける光吸収率が６０％以上であることを特徴とするもので、その製造方法はイッテルビウム塩と尿素を含む水溶液を８０℃以上沸点以下で加熱してイッテルビウムの塩基性炭酸塩を析出させた後に固液分離し、６００℃以上１３００℃以下の温度で焼成することを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のイッテルビウム酸化物は、平均粒径が０．１ μｍ 以上２．０ μｍ 以下の範囲にある、粒径の揃った分散状態の良い球状微粒子である。
平均粒径が上記範囲内にあると赤外線吸収能力に優れたものが得られる。平均粒径が０．１ μｍ 未満では赤外線の吸収能力は十分あるが、これを得るには、実際の生産において、イッテルビウム溶液の濃度が極端に低くなり、取り扱う液量に対して得られるイッテルビウム酸化物の量が極端に少なくなるために生産性に劣り、また平均粒径が２．０ μｍ を超えると赤外線吸収能力が十分でない等の問題点がある。
【０００６】
得られるイッテルビウム酸化物球状微粒子の平均粒径は、イッテルビウムの濃度、尿素の濃度、加熱温度、加熱時間等を調整することで変化させることができる。例えば、製造時における水溶液中のイッテルビウムの濃度を上げると平均粒径は大きくなり、濃度を下げると平均粒径は小さくなる。また、製造時における水溶液中の尿素の濃度を上げると平均粒径は小さくなり、濃度を下げると平均粒径は大きくなる。そして、加熱温度は８０℃未満では尿素の加水分解速度が低すぎて十分な沈殿剤の供給が得られず、塩基性炭酸塩を得るのに不適である。加熱温度を沸点近くにまで上げるほどに尿素の加水分解速度が速まり、沈殿剤の供給速度が上がるため平均粒径は小さくなる傾向にあり反応時間も短くてすむ。
【０００７】
また、本発明の球状微粒子は、平面に投影した時の円の長径に対する短径の比が０．９５以上の真球に近い微粒子であり、球状微粒子といってさしつかえないもので、波長９７７ｎｍ における赤外線吸収率は６０％以上を示すのに対し、同様の平均粒径の球状でないものは約４５％の赤外線吸収率しか示さない。
上記のように、粒径の揃った分散状態の良い球状微粒子は、赤外線の吸収効率を高め、波長８００ 〜１１００ｎｍ、特には９００ｎｍ 〜１０００ｎｍの近赤外線領域に強い吸収を持つ。一方、波長３８０ 〜７８０ｎｍ の可視光線領域にはほとんど吸収が無く極めて無色に近い。そのため、肉眼での識別は困難であるが、一般に使用される赤外線吸収検知装置により容易に検知され、秘密情報等の記録物の印刷用インクとして好適である。
【０００８】
次に、本発明のイッテルビウム酸化物球状微粒子の製造方法について説明する。
硝酸塩、塩化物、硫酸塩等のイッテルビウム水溶性塩と尿素を純水に溶解する。この際、混合溶液中のイッテルビウムの濃度を０．０１〜０．０８ｍｏｌ／Ｌ 、尿素の濃度をイッテルビウム濃度の４〜１００ 倍モルとなるようにそれぞれの添加量を調製する。イッテルビウムの濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌ 未満では生産性に劣り、０．０８ｍｏｌ／Ｌ を超えると生成する球状のイッテルビウムの塩基性炭酸塩が凝集してしまい、球状で分散性の良いイッテルビウム酸化物が得られなくなる。また、尿素の濃度がイッテルビウム濃度の４倍モル未満では沈殿剤の供給速度が十分ではなく、沈殿反応に時間がかかり過ぎ、１００ 倍モルを超えると製造コストに占める尿素のコストの比率が上がるため好ましくない。但し、製造不可能という意味ではない。
次に、上記混合液を８０℃〜沸点に加熱すると、尿素は加水分解し溶液中に球状のイッテルビウムの塩基性炭酸塩が析出してくる。更に、８０℃〜沸点に加熱し続けてイッテルビウムの塩基性炭酸塩を完全に析出させる。加熱温度は８０℃未満では尿素の加水分解速度が低すぎて十分な沈殿剤の供給が得られず、反応に非常に長い時間が必要となり、沸点を超えると密閉系での加圧反応となり、この場合は球状のイッテルビウムの塩基性炭酸塩ではなく結晶性の球状ではないイッテルビウム炭酸塩が生成してしまう。
得られたイッテルビウムの塩基性炭酸塩を固液分離し、空気中若しくは酸化性雰囲気中で、６００ ℃以上１３００℃以下、好ましくは７５０ ℃以上９５０ ℃以下で焼成すると、白色で、平均粒径が０．１ μｍ 以上２．０ μｍ 以下の範囲にある分散性の良いイッテルビウム酸化物球状微粒子が得られる。焼成温度が６００ ℃未満では塩基性炭酸塩から酸化物にならず、１３００℃を超えると生成した酸化物の焼結が始まり、単分散の球状微粒子でなくなってしまう。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明を実施例と比較例を挙げて説明する。
（実施例）
純水中に硝酸イッテルビウムの濃度を０．０４ｍｏｌ／Ｌ 、尿素濃度を０．６４ｍｏｌ／Ｌ に調製した反応溶液６Ｌ を９５℃に加熱した。更に、９５℃で９７分間保持した後、ブフナー漏斗で濾別し沈殿物を得た。得られたケーキを石英容器に入れ、８００ ℃で２時間焼成した後放冷したところ、４６．５ｇ の粉末が得られた。得られた粉末を分析したところ酸化イッテルビウムあった。この酸化イッテルビウムを電子顕微鏡で観察したところ、図１に示すように、粒径が約０．２ μｍ の球状微粒子であった。また、粒度分布測定装置で測定したところ、図２に示すように、平均粒径Ｄ５０ が約０．３５μｍ であった。更に、このイッテルビウム酸化物球状微粒子の赤外線吸収率を赤外線吸光光度計で測定したところ、図３に示すように、可視光線領域にはほとんど吸収が無いが、赤外線の波長領域における赤外線吸収能は全体的に高く、波長９７７ｎｍ においては６３％以上の高い赤外線吸収能を示した。
【００１０】
（比較例）
平均粒径が約５．５ μｍ の酸化イッテルビウム粒子１００ｇをビーズミルで粉砕して酸化イッテルビウム微粒子９８．５ｇ を得た。この粉末を電子顕微鏡で観察したところ、大きさが約０．４ μｍ 程度で、形状が不揃いな微粒子であった。この酸化イッテルビウム微粒子の赤外線吸収率を赤外線吸光光度計で測定したところ、図４に示すように、赤外線の波長領域における赤外線吸収能は全体的に低く、波長
９７７ｎｍ における赤外線吸収率は４４．５％であった。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、赤外線吸収材料として有用なイッテルビウム酸化物球状微粒子を簡単な工程でかつ安価に製造でき、産業上その利用価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイッテルビウム酸化物球状微粒子の電子顕微鏡写真（１０，０００倍）である。
【図２】本発明のイッテルビウム酸化物球状微粒子の粒度分布を示す図である。
【図３】本発明のイッテルビウム酸化物球状微粒子の赤外線吸収率を示す図である。
【図４】従来のイッテルビウム酸化物の赤外線吸収率を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線吸収材料として有用なイッテルビウム酸化物球状微粒子およびその製造方法に関するもので、特に粒径の揃った分散状態の良いイッテルビウム酸化物球状微粒子に係る。
赤外線吸収材料は、可視光を透過または反射し赤外線を吸収するので、肉眼では認識できないが光学機器により認識され、物流管理等で利用されるバーコードや文字、記号、図形等の秘密情報を記録物に印刷するインク等として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、秘密情報記録物には、可視光を吸収するインクや、特開平３−１５４１８７号公報、特開平３−２２７３７８号公報、特開平３−２７５３８９号公報に記載されたような赤外線吸収用インクが使用されその透明化が検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、可視光を吸収するインクは人間の目で認識できるため、バーコードが印刷物のデザインを損ねたり、容易にコピーできるため情報の秘密保持や複製の防止が困難である等の問題点がある。また、従来の有機系の赤外線吸収用インクには、シアニン系、ナフトキノン系等の可視領域に吸収のある色素であるため、透明化が不十分である等の問題点があった。
本発明は、上記問題点に鑑み、無色で、赤外線吸収効率を高める赤外線吸収材料用イッテルビウム酸化物球状微粒子を簡単な工程でかつ安価に提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、イッテルビウム酸化物のうちで、粒径の揃った分散状態の良い球状微粒子が赤外線吸収効率を高めることを見いだし、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、イッテルビウム酸化物球状微粒子の平均粒径が０．１μｍ以上２．０μｍ以下の範囲で、波長９７７ｎｍにおける光吸収率が６０％以上であることを特徴とするもので、その製造方法はイッテルビウム塩と尿素を含む水溶液を８０℃以上沸点以下で加熱してイッテルビウムの塩基性炭酸塩を析出させた後に固液分離し、６００℃以上１３００℃以下の温度で焼成することを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のイッテルビウム酸化物は、平均粒径が０．１ μｍ 以上２．０ μｍ 以下の範囲にある、粒径の揃った分散状態の良い球状微粒子である。
平均粒径が上記範囲内にあると赤外線吸収能力に優れたものが得られる。平均粒径が０．１ μｍ 未満では赤外線の吸収能力は十分あるが、これを得るには、実際の生産において、イッテルビウム溶液の濃度が極端に低くなり、取り扱う液量に対して得られるイッテルビウム酸化物の量が極端に少なくなるために生産性に劣り、また平均粒径が２．０ μｍ を超えると赤外線吸収能力が十分でない等の問題点がある。
【０００６】
得られるイッテルビウム酸化物球状微粒子の平均粒径は、イッテルビウムの濃度、尿素の濃度、加熱温度、加熱時間等を調整することで変化させることができる。例えば、製造時における水溶液中のイッテルビウムの濃度を上げると平均粒径は大きくなり、濃度を下げると平均粒径は小さくなる。また、製造時における水溶液中の尿素の濃度を上げると平均粒径は小さくなり、濃度を下げると平均粒径は大きくなる。そして、加熱温度は８０℃未満では尿素の加水分解速度が低すぎて十分な沈殿剤の供給が得られず、塩基性炭酸塩を得るのに不適である。加熱温度を沸点近くにまで上げるほどに尿素の加水分解速度が速まり、沈殿剤の供給速度が上がるため平均粒径は小さくなる傾向にあり反応時間も短くてすむ。
【０００７】
また、本発明の球状微粒子は、平面に投影した時の円の長径に対する短径の比が０．９５以上の真球に近い微粒子であり、球状微粒子といってさしつかえないもので、波長９７７ｎｍ における赤外線吸収率は６０％以上を示すのに対し、同様の平均粒径の球状でないものは約４５％の赤外線吸収率しか示さない。
上記のように、粒径の揃った分散状態の良い球状微粒子は、赤外線の吸収効率を高め、波長８００ 〜１１００ｎｍ、特には９００ｎｍ 〜１０００ｎｍの近赤外線領域に強い吸収を持つ。一方、波長３８０ 〜７８０ｎｍ の可視光線領域にはほとんど吸収が無く極めて無色に近い。そのため、肉眼での識別は困難であるが、一般に使用される赤外線吸収検知装置により容易に検知され、秘密情報等の記録物の印刷用インクとして好適である。
【０００８】
次に、本発明のイッテルビウム酸化物球状微粒子の製造方法について説明する。
硝酸塩、塩化物、硫酸塩等のイッテルビウム水溶性塩と尿素を純水に溶解する。この際、混合溶液中のイッテルビウムの濃度を０．０１〜０．０８ｍｏｌ／Ｌ 、尿素の濃度をイッテルビウム濃度の４〜１００ 倍モルとなるようにそれぞれの添加量を調製する。イッテルビウムの濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌ 未満では生産性に劣り、０．０８ｍｏｌ／Ｌ を超えると生成する球状のイッテルビウムの塩基性炭酸塩が凝集してしまい、球状で分散性の良いイッテルビウム酸化物が得られなくなる。また、尿素の濃度がイッテルビウム濃度の４倍モル未満では沈殿剤の供給速度が十分ではなく、沈殿反応に時間がかかり過ぎ、１００ 倍モルを超えると製造コストに占める尿素のコストの比率が上がるため好ましくない。但し、製造不可能という意味ではない。
次に、上記混合液を８０℃〜沸点に加熱すると、尿素は加水分解し溶液中に球状のイッテルビウムの塩基性炭酸塩が析出してくる。更に、８０℃〜沸点に加熱し続けてイッテルビウムの塩基性炭酸塩を完全に析出させる。加熱温度は８０℃未満では尿素の加水分解速度が低すぎて十分な沈殿剤の供給が得られず、反応に非常に長い時間が必要となり、沸点を超えると密閉系での加圧反応となり、この場合は球状のイッテルビウムの塩基性炭酸塩ではなく結晶性の球状ではないイッテルビウム炭酸塩が生成してしまう。
得られたイッテルビウムの塩基性炭酸塩を固液分離し、空気中若しくは酸化性雰囲気中で、６００ ℃以上１３００℃以下、好ましくは７５０ ℃以上９５０ ℃以下で焼成すると、白色で、平均粒径が０．１ μｍ 以上２．０ μｍ 以下の範囲にある分散性の良いイッテルビウム酸化物球状微粒子が得られる。焼成温度が６００ ℃未満では塩基性炭酸塩から酸化物にならず、１３００℃を超えると生成した酸化物の焼結が始まり、単分散の球状微粒子でなくなってしまう。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明を実施例と比較例を挙げて説明する。
（実施例）
純水中に硝酸イッテルビウムの濃度を０．０４ｍｏｌ／Ｌ 、尿素濃度を０．６４ｍｏｌ／Ｌ に調製した反応溶液６Ｌ を９５℃に加熱した。更に、９５℃で９７分間保持した後、ブフナー漏斗で濾別し沈殿物を得た。得られたケーキを石英容器に入れ、８００ ℃で２時間焼成した後放冷したところ、４６．５ｇ の粉末が得られた。得られた粉末を分析したところ酸化イッテルビウムあった。この酸化イッテルビウムを電子顕微鏡で観察したところ、図１に示すように、粒径が約０．２ μｍ の球状微粒子であった。また、粒度分布測定装置で測定したところ、図２に示すように、平均粒径Ｄ５０ が約０．３５μｍ であった。更に、このイッテルビウム酸化物球状微粒子の赤外線吸収率を赤外線吸光光度計で測定したところ、図３に示すように、可視光線領域にはほとんど吸収が無いが、赤外線の波長領域における赤外線吸収能は全体的に高く、波長９７７ｎｍ においては６３％以上の高い赤外線吸収能を示した。
【００１０】
（比較例）
平均粒径が約５．５ μｍ の酸化イッテルビウム粒子１００ｇをビーズミルで粉砕して酸化イッテルビウム微粒子９８．５ｇ を得た。この粉末を電子顕微鏡で観察したところ、大きさが約０．４ μｍ 程度で、形状が不揃いな微粒子であった。この酸化イッテルビウム微粒子の赤外線吸収率を赤外線吸光光度計で測定したところ、図４に示すように、赤外線の波長領域における赤外線吸収能は全体的に低く、波長
９７７ｎｍ における赤外線吸収率は４４．５％であった。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、赤外線吸収材料として有用なイッテルビウム酸化物球状微粒子を簡単な工程でかつ安価に製造でき、産業上その利用価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイッテルビウム酸化物球状微粒子の電子顕微鏡写真（１０，０００倍）である。
【図２】本発明のイッテルビウム酸化物球状微粒子の粒度分布を示す図である。
【図３】本発明のイッテルビウム酸化物球状微粒子の赤外線吸収率を示す図である。
【図４】従来のイッテルビウム酸化物の赤外線吸収率を示す図である。
Claims (2)
- 平均粒径が０．１μｍ以上２．０μｍ以下の範囲で、波長９７７ｎｍにおける光吸収率が６０％以上であることを特徴とする赤外線吸収材料用イッテルビウム酸化物球状微粒子。
- イッテルビウム塩と尿素を含む水溶液を８０℃以上沸点以下で加熱してイッテルビウムの塩基性炭酸塩を析出させた後に固液分離し、６００℃以上１３００℃以下の温度で焼成することを特徴とする、平均粒径が０．１μｍ以上２．０μｍ以下の範囲にある赤外線吸収材料用イッテルビウム酸化物球状微粒子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33490896A JP3549347B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 赤外線吸収材料用イッテルビウム酸化物球状微粒子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33490896A JP3549347B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 赤外線吸収材料用イッテルビウム酸化物球状微粒子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10158629A JPH10158629A (ja) | 1998-06-16 |
| JP3549347B2 true JP3549347B2 (ja) | 2004-08-04 |
Family
ID=18282589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33490896A Expired - Fee Related JP3549347B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 赤外線吸収材料用イッテルビウム酸化物球状微粒子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3549347B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4677132B2 (ja) * | 2001-07-10 | 2011-04-27 | 信越化学工業株式会社 | 赤外線吸収材料、赤外線吸収インク及び印刷パターン |
-
1996
- 1996-11-29 JP JP33490896A patent/JP3549347B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10158629A (ja) | 1998-06-16 |
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