JP5177970B2 - Method for producing metal oxide nanoparticles, metal nanoparticles, treated metal nanoparticles and uses thereof - Google Patents

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本発明は、定方向径による20nm以下の平均粒子径を有する金属酸化物ナノ粒子の製造方法に関し、優れた機能性を有する金属酸化物ナノ粒子粉体および当該粉体を有する分散体を大量にかつ安価に製造することが可能な製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing metal oxide nanoparticles having an average particle diameter of 20 nm or less with a unidirectional diameter , and a large amount of metal oxide nanoparticle powder having excellent functionality and a dispersion having the powder. The present invention also relates to a manufacturing method that can be manufactured at low cost.

酸化物ナノ粒子は、電子部品材料、磁気記録材料、触媒材料、紫外線吸収材料など各種材料の高機能化、高性能化に寄与するものとして非常に着目されている材料である。   Oxide nanoparticles are a material that has attracted a great deal of attention as contributing to higher functionality and higher performance of various materials such as electronic component materials, magnetic recording materials, catalyst materials, and ultraviolet absorbing materials.

一般に、粒子を合成する方法としては、Breaking−downプロセスとBuilding−upプロセスが知られている。Breaking−downプロセスとしては、機械的粉砕法が一般に使用されるが、粒子径が1μm以下の微粒子を効率よく製造することは困難であり、また粉砕工程で不純物が混入する可能性が高い。一方、Building−upプロセスは、気相や液相中の化学反応により、粒子を調製する方法であり生成条件の制御、原料物質の選定などによりナノオーダーの微細粒子を調製できる方法である。   Generally, as a method for synthesizing particles, a Breaking-down process and a Building-up process are known. As a breaking-down process, a mechanical pulverization method is generally used. However, it is difficult to efficiently produce fine particles having a particle diameter of 1 μm or less, and impurities are likely to be mixed in the pulverization step. On the other hand, the Building-up process is a method of preparing particles by a chemical reaction in a gas phase or a liquid phase, and is a method capable of preparing nano-order fine particles by controlling production conditions, selecting a raw material, and the like.

気相法の代表例としては、ガス中蒸発法や気相反応法(CVD)がある。ガス中蒸発法は、低圧の不活性ガス中で、抵抗加熱法や高周波誘導加熱法、プラズマ法、レーザー法などにより金属を加熱し蒸発させることにより粒子を生成させる方法である。これらは特殊な条件での反応であるため、装置コストが高くなり、コスト面で不利である。また、蒸気圧の低い酸化物粒子の製造には適さない方法である。さらに、CVDは、原料化合物の反応性が高いため、取扱い性、安全性で問題が多い。   Typical examples of the gas phase method include a gas evaporation method and a gas phase reaction method (CVD). The gas evaporation method is a method of generating particles in a low-pressure inert gas by heating and evaporating a metal by a resistance heating method, a high frequency induction heating method, a plasma method, a laser method, or the like. Since these are reactions under special conditions, the cost of the apparatus is high, which is disadvantageous in terms of cost. Further, this method is not suitable for producing oxide particles having a low vapor pressure. Furthermore, since CVD has high reactivity of raw material compounds, there are many problems in handling and safety.

一方、液相法としては、共沈法、アルコキシド法、水熱合成法などが挙げられる。共沈法は、金属水酸化物等の金属酸化物前駆体を生成させた後、この前駆体を含む溶液を金属酸化物が生成する温度以上に加熱して、金属酸化物ナノ粒子を生成する方法である。しかしながら、生成した金属酸化物ナノ粒子が加熱工程において粒子成長してしまう問題があった。また、アルコキシド法は、金属アルコキシドを加水分解することにより金属酸化物微粒子を得る方法である(特開平06−287005号)。この方法は、低温での合成方法であるため、凝集が生じ難く、比較的容易に金属酸化物ナノ粒子を得ることができるが、一部の金属酸化物にしか適用できないこと、原料コストが高い問題点がある。また低温合成のため結晶性が十分でなく、本来保有する金属酸化物の特性が発揮できない問題点があった。更に、水熱合成法は、金属酸化物前駆体を圧力下で反応させるものであるが、結晶化のため加熱すると粒子が粗大化する問題がある。また短時間で核生成させるために亜臨界ないしは超臨界条件にて水熱反応させたりしているが(特開2005−255450号)、反応条件が厳しく多量のナノ粒子を安価に調製することが困難である問題があった。   On the other hand, examples of the liquid phase method include a coprecipitation method, an alkoxide method, and a hydrothermal synthesis method. In the coprecipitation method, after a metal oxide precursor such as a metal hydroxide is generated, a solution containing the precursor is heated to a temperature higher than that at which the metal oxide is generated to generate metal oxide nanoparticles. Is the method. However, there is a problem that the generated metal oxide nanoparticles grow in the heating process. The alkoxide method is a method for obtaining metal oxide fine particles by hydrolyzing a metal alkoxide (Japanese Patent Laid-Open No. 06-287005). Since this method is a synthesis method at a low temperature, aggregation is unlikely to occur, and metal oxide nanoparticles can be obtained relatively easily. However, this method can be applied only to some metal oxides, and the raw material cost is high. There is a problem. In addition, the crystallinity is not sufficient because of low-temperature synthesis, and there is a problem that the characteristics of the metal oxide originally possessed cannot be exhibited. Furthermore, the hydrothermal synthesis method involves reacting a metal oxide precursor under pressure, but there is a problem that the particles become coarse when heated for crystallization. In order to nucleate in a short time, hydrothermal reaction is performed under subcritical or supercritical conditions (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-255450), but the reaction conditions are severe and a large amount of nanoparticles can be prepared at low cost. There was a problem that was difficult.

その他、溶液を小液滴として熱風中に噴霧し急速に乾燥させる噴霧乾燥法や、溶液を高温雰囲気中へ噴霧し、瞬間的に溶媒の蒸発と金属塩の熱分解を起こす噴霧熱分解法などが知られているが、溶媒の蒸発および金属塩の熱分解ガスの発生が急激に起こるため、生成粒子は一般に中空状になり易い問題点がある。また、微粒子が生成しても加熱工程で金属酸化物微粒子同士が融着する問題点があった。   In addition, spray drying method in which the solution is sprayed in hot air as small droplets and dried quickly, or spray pyrolysis method in which the solution is sprayed into a high temperature atmosphere and the solvent is instantly evaporated and the metal salt is thermally decomposed. However, since the evaporation of the solvent and the generation of the pyrolysis gas of the metal salt occur rapidly, the produced particles generally have a problem that they tend to be hollow. Further, even if the fine particles are generated, there is a problem that the metal oxide fine particles are fused in the heating process.

更に、上記方法で一次粒子径が小さい酸化物粒子を調製しても凝集や融着が生じることが多く、実際に機能性材料として使用するためには、粒子表面を処理することにより各種溶媒、モノマー、ポリマーへの分散を向上させることが必要であった。しかしながら、従来の金属酸化物粒子は、親水性であり、有機溶媒との親和性は低いため、有機性の表面処理剤などで表面処理を施そうとしても、凝集や融着が生じた粒子は、完全に分散する前に表面処理されることが多く、結果として均一な分散体ができないことがあった。また、表面処理の際に、表面処理剤と粒子との親和性を向上させる目的や、凝集や融着したものを再度分散させる目的に、高温高圧処理(特開2005−193237号)、ホモジナイザー処理、超音波処理、ミル処理(特開2005−220264号)などの処理を施しているが、特殊な装置が必要なこと、また上記処理を用いても凝集すると再分散が難しい問題点があるため、簡便で低コストな処理方法が望まれているものであった。   Furthermore, even when oxide particles having a small primary particle diameter are prepared by the above method, aggregation and fusion often occur. In order to actually use them as functional materials, various solvents, It was necessary to improve the dispersion to the monomer and polymer. However, conventional metal oxide particles are hydrophilic and have a low affinity with organic solvents. Therefore, even if an attempt is made to perform a surface treatment with an organic surface treatment agent or the like, particles that have agglomerated or fused are not produced. In many cases, the surface treatment is performed before complete dispersion, and as a result, a uniform dispersion cannot be obtained. In addition, during the surface treatment, high-temperature and high-pressure treatment (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-193237), homogenizer treatment is performed for the purpose of improving the affinity between the surface treatment agent and the particles, and for the purpose of re-dispersing the agglomerated or fused particles. , Ultrasonic treatment, mill treatment (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-220264), etc., but a special device is required, and re-dispersion is difficult when agglomeration occurs even if the above treatment is used. Therefore, a simple and low-cost processing method has been desired.

特開平06−287005JP 06-287005 特開2005−255450JP 2005-255450 A 特開2005−193237JP-A-2005-193237 特開2005−220264JP-A-2005-220264

上記のような現状を鑑み、分散安定性に優れた金属酸化物ナノ粒子を低コストかつ工業的規模で製造することを目的とする。   In view of the current situation as described above, an object is to produce metal oxide nanoparticles having excellent dispersion stability at low cost and on an industrial scale.

以下に本願発明を列挙する。
第一の発明は、水層および金属酸化物前駆体を含有する有機層からなる液を0.2MPaG以上1MPaG未満で反応させることを特徴とする定方向径による平均粒子径が20nm以下の金属酸化物ナノ粒子の製造方法である。好ましくは、(水層の仕込み体積)/(有機層の仕込み体積)が、0.3以上4未満である。また、当該有機層に含まれる溶媒の沸点が120℃以上であることが好ましい。当該金属酸化物ナノ粒子が、Al、Ti、V、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Hf、La、Ce、Nd、Smから選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物であることが好ましい。
The present invention is listed below.
First invention, the water layer and the metal oxide mean particle size by directed diameter which comprises bringing a liquid consisting of an organic layer containing the precursors to react at less than 0.2 MPaG 1 MPaG is 20nm or less of the metal oxide It is a manufacturing method of a product nanoparticle. Preferably, (preparation volume of aqueous layer) / (preparation volume of organic layer) is 0.3 or more and less than 4. Further, it is preferable that the boiling point of the solvent medium contained in the organic layer is 120 ° C. or higher. The metal oxide nanoparticles are at least one element selected from Al, Ti, V, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, In, Sn, Sb, Hf, La, Ce, Nd, and Sm. It is preferable that it is an oxide.

第二の発明は、水層および金属酸化物前駆体を含有する有機層の二層からなる液を0.2MPaG以上1MPaG未満で反応させ得られる、定方向径による平均粒子径が20nm以下、結晶状態が正方晶及び/または単斜晶の金属酸化物ナノ粒子であって、アミノ基、チオール基、ビニル基、カルボキシル基、エポキシ基、OR基(但し、Rは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基およびアシル基から選ばれる少なくとも1種の置換されていても良い基である。)から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物で表面処理された金属酸化物ナノ粒子である。また、当該金属酸化物ナノ粒子が分散された分散体も包含するAccording to a second aspect of the present invention, an average particle diameter of 20 nm or less with a fixed direction diameter is obtained by reacting a liquid composed of two layers of an aqueous layer and an organic layer containing a metal oxide precursor at 0.2 MPaG or more and less than 1 MPaG. Tetragonal and / or monoclinic metal oxide nanoparticles having an amino group, a thiol group, a vinyl group, a carboxyl group, an epoxy group, an OR group (where R is a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group) Metal oxide nanoparticles surface-treated with a compound having at least one functional group selected from: a group, an aryl group, an aralkyl group and an acyl group. is there. Further, a dispersion in which the metal oxide nanoparticles are dispersed is also included .

第三の発明は、第一の発明に加え、アミノ基、チオール基、ビニル基、カルボキシル基、エポキシ基、OR基から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物で処理することを特徴とする処理金属酸化物ナノ粒子の製造方法である。当該金属酸化物ナノ粒子を溶媒に分散させ金属酸化物ナノ粒子分散体とすることもできる。 The third invention is a treatment characterized by treating with a compound having at least one functional group selected from an amino group, a thiol group, a vinyl group, a carboxyl group, an epoxy group, and an OR group in addition to the first invention. It is a manufacturing method of a metal oxide nanoparticle. It can also be a metal oxide nanoparticle dispersion by dispersing the metal oxide nanoparticles Solvent.

第四の発明は、第一の発明に加え、アミノ基、チオール基、ビニル基、カルボキシル基、エポキシ基、OR基から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物で処理する工程を有する光学材料の製造方法である。当該光学材料を溶媒に分散させ金属酸化物ナノ粒子分散体とすることもできる。 In addition to the first invention, the fourth invention is an optical material having a step of treating with a compound having at least one functional group selected from an amino group, a thiol group, a vinyl group, a carboxyl group, an epoxy group, and an OR group. It is a manufacturing method. The optical material can also be dispersed in a solvent to form a metal oxide nanoparticle dispersion.

本発明を用いることで、分散安定性に優れた金属酸化物ナノ粒子および金属酸化物分散体を低コストかつ工業的規模で製造することができる。   By using the present invention, metal oxide nanoparticles and metal oxide dispersions excellent in dispersion stability can be produced at a low cost on an industrial scale.

以下に、まず本発明第一の発明について説明する。本発明に係る水層および金属酸化物前駆体を含む有機層とを含む液とは、水層と有機層があれば良く、場合によっては水層と有機層が「懸濁」状態であっても良いし、無機物が含まれていても良い。水層と有機層は、(水層の仕込み体積)/(有機層の仕込み体積)で0.3以上4未満の範囲が好ましく、更に好ましくは0.5以上2未満である。0.3未満の場合、前駆体から酸化物への反応が進行し難く、酸化物ナノ粒子が合成されないことや、合成するためには長時間の反応が必要となり好ましくない。一方、4以上の場合は、水の量が多くなるため、一回の反応における粉体回収量が少なくなる問題がある。なお、水層の仕込み体積とは、反応容器に仕込む前の常圧、室温下での水層単独での体積のことである。一方、有機層の仕込み体積とは、金属酸化物前駆体と有機溶媒を混合した溶液の常圧、室温下における、反応前の体積のことである。   Hereinafter, the first invention of the present invention will be described first. The liquid containing an aqueous layer and an organic layer containing a metal oxide precursor according to the present invention may be an aqueous layer and an organic layer. In some cases, the aqueous layer and the organic layer are in a “suspension” state. Or may contain an inorganic substance. The water layer and the organic layer are preferably in the range of 0.3 or more and less than 4, more preferably 0.5 or more and less than 2, in terms of (water layer charge volume) / (organic layer charge volume). If it is less than 0.3, the reaction from the precursor to the oxide is difficult to proceed, the oxide nanoparticles are not synthesized, and a long time reaction is required for synthesis, which is not preferable. On the other hand, in the case of 4 or more, since the amount of water increases, there is a problem that the amount of recovered powder in one reaction decreases. In addition, the preparation volume of an aqueous layer is the volume of the aqueous layer alone under normal pressure and room temperature before charging to a reaction container. On the other hand, the charged volume of the organic layer is the volume before the reaction at normal pressure and room temperature of the solution in which the metal oxide precursor and the organic solvent are mixed.

第一の発明に係る水層は、水を含むものであればよく、好ましくは純水である。水層には、pHの調整のため、酸、アルカリなどを適宜加えることができる。水層のpHは4以上9未満であることが好ましい。   The water layer according to the first aspect of the present invention may be water containing water, and is preferably pure water. An acid, an alkali, or the like can be appropriately added to the aqueous layer for adjusting the pH. The pH of the aqueous layer is preferably 4 or more and less than 9.

第一の発明に係る有機層は、少なくとも金属酸化物前駆体が含まれていれば足りるが、好ましくは当該前駆体と溶媒Aを含むものである。場合によっては、保護剤となりうるカルボン酸、アミン化合物、アルコール、界面活性剤等を含ませることもできる。当該前駆体と溶媒Aを含む場合は当該前駆体の量は有機層に対して2〜95質量%、好ましくは5〜90質量%である。2質量%未満であるときは、収率が少なくなるため好ましくはなく、95質量%を超えるときは前駆体が多くなるために反応生成物が増加するが、容器中の固形物量が増加し均一な反応が起こり難くなるため好ましくはない。   The organic layer according to the first invention is sufficient if it contains at least a metal oxide precursor, but preferably contains the precursor and the solvent A. In some cases, a carboxylic acid, an amine compound, an alcohol, a surfactant, or the like that can serve as a protective agent can be included. When the precursor and the solvent A are included, the amount of the precursor is 2 to 95% by mass, preferably 5 to 90% by mass with respect to the organic layer. When the amount is less than 2% by mass, the yield decreases, which is not preferable. When the amount exceeds 95% by mass, the amount of the precursor increases and the reaction product increases. This is not preferable because it is difficult to cause a reaction.

当該有機層に含まれる溶媒(以下溶媒Aと称する)は通常溶媒として用いられるものであれば良く、好ましくは当該溶媒Aの沸点が120℃以上のものである。更に好ましくは180℃、より好ましくは210℃以上である。溶媒Aの沸点が120℃未満では、溶媒Aの蒸気圧も高くなるため、結果的に反応圧が高くなり、粒子の凝集や融着が生じ易くなる問題がある。溶媒の種類としては、金属酸化物前駆体を均一に溶解させるものであれば良く、炭化水素、ケトン、エステル、エーテル、アルコール、アミン、カルボン酸などが一般的に利用できる。例えば、オクタノール、デカノール、シクロヘキサノール、テルピネオール、デカン、ドデカン、テトラデカン、オクタン酸、2−エチルヘキサン酸、ネオデカン酸などを利用できる。 The solvent contained in the organic layer (hereinafter referred to as “solvent A”) may be any solvent that is usually used as a solvent, and preferably has a boiling point of 120 ° C. or higher. More preferably, it is 180 degreeC, More preferably, it is 210 degreeC or more. When the boiling point of the solvent A is less than 120 ° C., the vapor pressure of the solvent A is increased, resulting in a problem that the reaction pressure is increased and the particles are easily aggregated and fused. As the type of the solvent, any solvent that can uniformly dissolve the metal oxide precursor may be used, and hydrocarbons, ketones, esters, ethers, alcohols, amines, carboxylic acids, and the like can be generally used. For example, octanol, decanol, cyclohexanol, terpineol, decane, dodecane, tetradecane, octanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, neodecanoic acid and the like can be used.

当該金属酸化物ナノ粒子に用いられる金属元素は、Mg、Al、Ti、V、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Hf、La、Ce、Nd、Smから選ばれる少なくとも一種の元素を用いることができる。更に、2種類以上の金属酸化物前駆体を組み合わせることにより、2以上成分が混合した金属酸化物ナノ粒子も調製することが可能である。   Metal elements used for the metal oxide nanoparticles are Mg, Al, Ti, V, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, In, Sn, Sb, Hf, La, Ce, Nd, Sm. At least one element selected from can be used. Furthermore, it is also possible to prepare metal oxide nanoparticles in which two or more components are mixed by combining two or more kinds of metal oxide precursors.

第一の発明に係る当該金属前駆体については、有機層に溶解する前駆体であれば特に限定されたものではなく、水酸化物、塩化物、硫化物、カルボン酸塩、アミン化合物、アルコキシドなどを使用することができる。この中でも、カルボン酸塩を利用すると、粒子径が細かく、更に低コストに粒子を合成できるため好ましい。カルボン酸塩としては、具体的には、分子内にカルボキシル基の水素原子が金属原子に置換された結合を少なくとも一つ有する化合物であり、カルボキシル基としては、例えば、飽和モノカルボン酸、不飽和モノカルボン酸、飽和多価カルボン酸、不飽和多価カルボン酸などの鎖式カルボン酸;環式飽和カルボン酸;芳香族カルボン酸;更に分子内にヒドロキシル基、アミノ基、アルコキシ基、スルホン基の官能基または原子団を有する金属塩などを用いることができる。更に、金属カルボン酸塩またはカルボン酸残基の一部が水酸基やアルコキシ基で置換されたものなども好適に用いることができる。カルボン酸の種類に関しては、カルボキシル基の炭素数が6〜12のカルボン酸塩を好適に使用できる。例えば、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、2−エチルヘキサン酸、2−メチルヘプタン酸、4−メチルオクタン酸、ネオデカン酸、サリチル酸などのカルボン酸化合物を挙げることができる。中でも、2−エチルヘキサン酸、ネオデカン酸の化合物が好適に用いられる。炭素数が6より小さい場合は、結晶化した酸化物ナノ粒子の調製が困難となり、機能性材料として利用できないことが多い。炭素数が12以上となると溶媒への溶解度が悪くなることが多く、生産性が低くなり好ましくない。なお、カルボン酸の塩の調製に関しては、Mg塩などの前駆体を調製した後、その他金属化合物の水溶液と接触させることにより、Mgと金属化合物の金属成分との交換反応により調製することもできる。   The metal precursor according to the first invention is not particularly limited as long as it is a precursor that dissolves in the organic layer, such as hydroxide, chloride, sulfide, carboxylate, amine compound, alkoxide, etc. Can be used. Among these, use of a carboxylate is preferable because the particle diameter is fine and the particles can be synthesized at a lower cost. Specifically, the carboxylate is a compound having at least one bond in which a hydrogen atom of a carboxyl group is substituted with a metal atom in the molecule. Examples of the carboxyl group include saturated monocarboxylic acid, unsaturated Chain carboxylic acid such as monocarboxylic acid, saturated polyvalent carboxylic acid, unsaturated polyvalent carboxylic acid; cyclic saturated carboxylic acid; aromatic carboxylic acid; and hydroxyl group, amino group, alkoxy group, sulfone group in the molecule A metal salt having a functional group or an atomic group can be used. Furthermore, metal carboxylates or those in which a part of the carboxylic acid residue is substituted with a hydroxyl group or an alkoxy group can be suitably used. Regarding the type of carboxylic acid, a carboxylate having 6 to 12 carbon atoms in the carboxyl group can be suitably used. Examples thereof include carboxylic acid compounds such as hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, 2-methylheptanoic acid, 4-methyloctanoic acid, neodecanoic acid, and salicylic acid. Of these, compounds of 2-ethylhexanoic acid and neodecanoic acid are preferably used. When the number of carbon atoms is smaller than 6, it is difficult to prepare crystallized oxide nanoparticles, and it is often impossible to use them as functional materials. When the number of carbon atoms is 12 or more, the solubility in a solvent often deteriorates, and the productivity is lowered, which is not preferable. In addition, regarding the preparation of the carboxylic acid salt, after preparing a precursor such as Mg salt, it can also be prepared by contacting with an aqueous solution of another metal compound to exchange the Mg with the metal component of the metal compound. .

反応に際しては、溶媒A、金属酸化物前駆体を含む有機層,水層の他に、分散剤を添加しても良い。分散剤としては、水層、有機層のいずれか一方以上の層で分散性能を有するものであれば良い。分散剤としては、カルボン酸、アミン化合物、アルコキシド、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤などが挙げられる。分散剤の量としては、金属酸化物に対して0.01倍モル以2倍モル未満であることが好ましい。   In the reaction, a dispersant may be added in addition to the solvent A, the organic layer containing the metal oxide precursor, and the water layer. Any dispersant may be used as long as it has a dispersion performance in one or more of an aqueous layer and an organic layer. Examples of the dispersant include a carboxylic acid, an amine compound, an alkoxide, a silane coupling agent, a titanate coupling agent, and an aluminate coupling agent. The amount of the dispersant is preferably 0.01 times mol or more and less than 2 times mol with respect to the metal oxide.

水層と金属酸化物ナノ粒子を有する有機層とを反応させる反応圧力は、0.2MPaG以上1MPaG(メガパスカルゲージ)未満である。1MPaG以上となると、粒子の凝集が生じ易くなることや装置コストが高くなる問題があるため好ましくない。また常圧では、結晶形成に高温を要し、熱的な凝集が促進されるため、0.2MPaG以上であるThe reaction pressure for reacting the aqueous layer with the organic layer having metal oxide nanoparticles is 0.2 MPaG or more and less than 1 MPaG (megapascal gauge). If it is 1 MPaG or more, there is a problem that the aggregation of particles is likely to occur and the cost of the apparatus is increased, which is not preferable. In the atmospheric pressure, it requires high temperature crystal form, since the thermal agglomeration is promoted, at least 0.2 MPaG.

また、反応温度については、容器内の圧力が1MPaG未満となるように設定すればよいが、水の飽和水蒸気圧を考慮すれば、180℃未満の反応温度で反応させることが好ましい。   Further, the reaction temperature may be set so that the pressure in the container is less than 1 MPaG, but the reaction is preferably performed at a reaction temperature of less than 180 ° C. in consideration of the saturated water vapor pressure of water.

反応時間に関しては、特に限定されないが、0.1hr以上10hr未満が好ましく、0.5hr以上6hr未満が好適である。   Although it does not specifically limit regarding reaction time, 0.1 hr or more and less than 10 hr are preferable, and 0.5 hr or more and less than 6 hr are suitable.

反応系雰囲気は、空気、酸素、水素、窒素、アルゴン、COなど特に限定されるものではないが、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気にて反応させることが、安全面および凝集抑制面から好ましい。一方、空気、酸素雰囲気下にて反応させることは、安全面、凝集の促進面から好ましくない。 The reaction system atmosphere is not particularly limited, such as air, oxygen, hydrogen, nitrogen, argon, CO 2 , but reacting in an inert gas atmosphere such as nitrogen, argon or the like is from the viewpoint of safety and aggregation suppression. preferable. On the other hand, reacting in an air or oxygen atmosphere is not preferable in terms of safety and aggregation.

上記の方法により、本発明に係る第二の発明である金属酸化物ナノ粒子を得ることができる。本発明により製造した粒子の平均粒子径は1nm以上20nm以下であり、好ましくは2nm以上19nm以下である。20nmを超える場合は、分散液としたときに透明性が低くなるため、機能性材料としての利用価値が小さくなる。粒子径の測定方法は、一般的な粒子の測定方法を用いることができる。例えば、透過型電子顕微鏡(TEM),電界放射型透過電子顕微鏡(FE−TEM),電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)等を適宜使用することができる。平均粒子径の値は、定方向径(定方向の平行線で粒子をはさんだときの距離で表される径)で測定された100個の粒子の平均値から導出される値である。   By the above method, the metal oxide nanoparticles which are the second invention according to the present invention can be obtained. The average particle size of the particles produced according to the present invention is 1 nm or more and 20 nm or less, preferably 2 nm or more and 19 nm or less. When the thickness exceeds 20 nm, the transparency becomes low when the dispersion is used, and the utility value as a functional material is reduced. As a particle diameter measuring method, a general particle measuring method can be used. For example, a transmission electron microscope (TEM), a field emission transmission electron microscope (FE-TEM), a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), or the like can be used as appropriate. The value of the average particle diameter is a value derived from an average value of 100 particles measured with a constant direction diameter (a diameter represented by a distance when the particles are sandwiched by parallel lines in a constant direction).

本発明の粒子の形状は、特に限定されない。形状の具体例としては、球状、楕円球状、立方体状、直方体状、ピラミッド状、針状、柱状、棒状、筒状、りん片状、板状の薄片状などが例示される。   The shape of the particles of the present invention is not particularly limited. Specific examples of the shape include a spherical shape, an elliptical spherical shape, a cubic shape, a rectangular parallelepiped shape, a pyramid shape, a needle shape, a columnar shape, a rod shape, a cylindrical shape, a flake shape, and a plate-like flake shape.

本発明により製造した粒子のBET比表面積は、40m/g以上、更に好ましくは80m/g以上である。40m/g未満では、表面積が小さく機能性材料としての利用価値が小さくなる。 The particles produced according to the present invention have a BET specific surface area of 40 m 2 / g or more, more preferably 80 m 2 / g or more. If it is less than 40 m < 2 > / g, a surface area is small and the utility value as a functional material becomes small.

また、水層および金属酸化物前駆体を含有する有機層の二層からなる液を0.2MPaG以上1MPaG未満の反応温度で反応させた後、得られた当該金属ナノ粒子を精製することもできる。当該精製は、反応時において当該粒子の凝集体、析出したカーボンを除くためである。精製の例を示すと反応後の溶液は、上層に有機層、下層に水層に分離した形となっており、金属酸化物ナノ粒子は、水層の下部で沈殿物として存在する。したがって、有機層および水層と沈殿物をろ過など一般的な方法で分離することにより容易に回収することができる。次に、凝集粒子やカーボンを除去するために、回収した沈殿物にトルエンを加え、フィルターでろ過し、凝集粒子やカーボンはなどの大粒子と当該ナノ粒子を分離する。続いて、ろ液から溶媒を除去することにより不純物が少なく、均一な粒子径を有する金属酸化物ナノ粒子粉末を製造することができる。   Moreover, after reacting a liquid composed of two layers of an aqueous layer and an organic layer containing a metal oxide precursor at a reaction temperature of 0.2 MPaG or more and less than 1 MPaG, the obtained metal nanoparticles can be purified. . The purification is to remove aggregates of the particles and precipitated carbon during the reaction. As an example of purification, the solution after the reaction is separated into an organic layer in the upper layer and an aqueous layer in the lower layer, and the metal oxide nanoparticles exist as precipitates in the lower part of the aqueous layer. Therefore, it can collect | recover easily by isolate | separating an organic layer and an aqueous layer, and a deposit by general methods, such as filtration. Next, in order to remove aggregated particles and carbon, toluene is added to the collected precipitate and filtered through a filter to separate the nanoparticles from large particles such as aggregated particles and carbon. Subsequently, by removing the solvent from the filtrate, a metal oxide nanoparticle powder having a small particle size and a uniform particle size can be produced.

本発明において、酸化物ナノ粒子の沈殿物を回収した後の溶液は、有機層のみを分別ロート等で分離することにより、再度繰り返し利用すること好ましい。再利用することにより、廃液の削減、原料コストの低減に結びつくことができため、低コストに酸化物ナノ粒子を調製することができる。   In the present invention, it is preferable that the solution after collecting the precipitate of oxide nanoparticles is repeatedly used again by separating only the organic layer with a separating funnel or the like. Recycling can lead to a reduction in waste liquid and a reduction in raw material costs, so that oxide nanoparticles can be prepared at a low cost.

当該金属酸化物ナノ粒子を溶媒(以下、溶媒Bと称する)に分散させた金属酸化物ナノ粒子分散体とすることが可能である。本発明に用いる溶媒Bとは、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、炭化水素、アミド類を用いることができる。例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、オクタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、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ブチルエーテル、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、シクロヘキサン、ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等を挙げることができ、これらの溶媒が1種または2種以上利用することができる。特に、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサンなどの無極性溶媒に分散させることが好ましい。その他の極性溶媒に関しては、分散性が低く、白濁が生じるため実際には使用できない場合が多いからである。かかる場合には当該金属酸化物ナノ粒子に疎水処理を施すことで上記弊害を解消することができる。 It is possible to obtain a metal oxide nanoparticle dispersion in which the metal oxide nanoparticles are dispersed in a solvent (hereinafter referred to as solvent B) . As the solvent B used in the present invention, alcohol, ketone, ester, ether, hydrocarbon, amides can be used. For example, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, octanol, ethylene glycol, propylene glycol, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, γ-butyrolactone, propylene glycol Examples include monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, cyclohexane, dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone and the like. These solvents can be used alone or in combination of two or more. In particular, it is preferable to disperse in a nonpolar solvent such as benzene, toluene, xylene and cyclohexane. This is because other polar solvents have low dispersibility and cause white turbidity, and therefore cannot be used in many cases. It can be solutions extinguishing the negative effects in applying a hydrophobic treatment to the metal oxide nanoparticles in such a case.

また、当該分散体中の金属酸化物ナノ粒子の濃度は、用途に応じて適宜設定することができる。当該分散体に対して金属酸化物ナノ粒子含有量は1質量%以上70質量%未満であり、好ましくは、5質量%以上60質量%未満、更に好ましくは12質量%以上50質量%未満である。金属酸化物ナノ粒子の濃度が1質量%未満では、金属酸化物ナノ粒子濃度が低く、実用に向かない。一方、70質量%以上の場合、均一に分散するのが難しく、白濁する傾向があるため好ましくない。   Moreover, the density | concentration of the metal oxide nanoparticle in the said dispersion can be suitably set according to a use. The metal oxide nanoparticle content with respect to the dispersion is 1% by mass or more and less than 70% by mass, preferably 5% by mass or more and less than 60% by mass, and more preferably 12% by mass or more and less than 50% by mass. . When the concentration of the metal oxide nanoparticles is less than 1% by mass, the concentration of the metal oxide nanoparticles is low and not suitable for practical use. On the other hand, when it is 70% by mass or more, it is difficult to uniformly disperse and it tends to become cloudy, which is not preferable.

なお、当該金属酸化物ナノ粒子は、平均粒子径が20nm以下と非常に細かいため、トルエン、キシレン、シクロヘキサンなどの無極性溶媒に均一に分散させることができ透明性を保持することができる。例えば、本発明の方法により調製した酸化ジルコニウムナノ粒子粉体をトルエン中に30質量%含有するように分散させたところ、透明の酸化ジルコニウムナノ粒子−トルエン分散液を調製することができる。   In addition, since the average particle diameter of the metal oxide nanoparticles is as fine as 20 nm or less, the metal oxide nanoparticles can be uniformly dispersed in a nonpolar solvent such as toluene, xylene, or cyclohexane, and can maintain transparency. For example, when the zirconium oxide nanoparticle powder prepared by the method of the present invention is dispersed so as to be contained in 30% by mass in toluene, a transparent zirconium oxide nanoparticle-toluene dispersion can be prepared.

当該分散体に更に、金属酸化物ナノ粒子を含み、可塑剤をさらに含有するものである。可塑剤(可塑剤Bと称する)を添加することもできる。可塑剤Bとしては、特に限定されるものではないが、例えば、リン酸トリブチル、リン酸2−エチルヘキシル等のリン酸エステル系可塑剤、フタル酸ジメチル、フタル酸ジブチル等のフタル酸エステル系可塑剤、オレイン酸ブチル、グリセリンモノオレイン酸エステル等の脂肪族−塩基性エステル系可塑剤、アジピン酸ジブチル、セバシン酸ジ−2−エチルヘキシルなどの脂肪族二塩基酸エステル系可塑剤;ジエチレングリコールジベンゾエート、トリエチレングリコールジ−2−エチルブチラートなどの二価アルコールエステル系可塑剤;アセチルリシノール酸メチル、アセチルクエン酸トリブチルなどオキシ酸エステル系可塑剤等の従来公知の可塑剤を挙げることができる。   The dispersion further contains metal oxide nanoparticles and further contains a plasticizer. A plasticizer (referred to as plasticizer B) can also be added. The plasticizer B is not particularly limited. For example, phosphate plasticizers such as tributyl phosphate and 2-ethylhexyl phosphate, and phthalate plasticizers such as dimethyl phthalate and dibutyl phthalate. Aliphatic-basic ester plasticizers such as butyl oleate and glycerol monooleate; aliphatic dibasic ester plasticizers such as dibutyl adipate and di-2-ethylhexyl sebacate; diethylene glycol dibenzoate, tri Conventionally known plasticizers such as dihydric alcohol ester plasticizers such as ethylene glycol di-2-ethylbutyrate; oxyacid ester plasticizers such as methyl acetylricinoleate and tributyl acetylcitrate can be mentioned.

当該分散体にはモノマーを添加することができる。用いられるモノマーとしては、特に限定はなく、例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル等の(メタ)アクリル系モノマー、スチレン、ビニルトルエン、ジビニルベンゼン等のスチレン系モノマー、塩化ビニル、酢酸ビニル等のビニル系モノマーなど、従来公知のモノマーを挙げることができる。   A monomer can be added to the dispersion. The monomer used is not particularly limited, and examples thereof include (meth) acrylic monomers such as (meth) acrylic acid and (meth) acrylic acid esters, styrene monomers such as styrene, vinyltoluene, and divinylbenzene, vinyl chloride, Conventionally known monomers such as vinyl monomers such as vinyl acetate can be listed.

第二の発明及び第三の発明は、当該金属酸化物ナノ粒子を、アミノ基、チオール基、ビニル基、カルボキシル基、エポキシ基、OR基(但し、Rは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基およびアシル基から選ばれる少なくとも1種の置換されていても良い基である。)から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物(「表面処理剤」と称する)と溶液中で加熱させることで得られる表面処理された金属酸化物ナノ粒子(「処理金属酸化物ナノ粒子」と称する)及び当該製造方法である。当該処理を金属酸化物ナノ粒子に施すことにより、当該粒子の各種溶剤、モノマーへの分散性を向上させることができる。 In the second invention and the third invention , the metal oxide nanoparticles are added to an amino group, a thiol group, a vinyl group, a carboxyl group, an epoxy group, an OR group (where R is a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group). A compound having at least one functional group selected from an aryl group, an aralkyl group, and an acyl group (referred to as a “surface treatment agent”) and a solution. The surface-treated metal oxide nanoparticles (referred to as “treated metal oxide nanoparticles”) obtained by heating with, and the production method. By applying the treatment to the metal oxide nanoparticles, the dispersibility of the particles in various solvents and monomers can be improved.

表面処理剤としては、アミノ基、チオール基、ビニル基、カルボキシル基、エポキシ基、OR基から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物であれば、特に限定されるものでないが、アルミニウムトリメトキシド、アルミニウムトリエトキシド、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリ−n−ブトキシド、アルミニウムトリ−sec−ブトキシド、アルミニウムトリ−tert−ブトキシド、モノsecブトキシアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムトリエトキシエトキシエトキシド、アルミニウムフェノキシド等のアルミニウムアルコキシドや、ジイソプロポキシアルミニウムエチルアセトアセテート、ジイソプロポキシアルミニウムアルキルアセトアセテート、ジイソプロポキシアルミニウムモノメタクリレート、アルミニウムステアレートオキサイドトリマー、イソプロポキシアルミニウムアルキルアセトアセテートモノ(ジオクチルホスフェート)等の各種アルミニウム系カップリング剤等;チタニウムn−ブトキシド、チタニウムテトラ−tert−ブトキシド、チタニウムテトラ−sec−ブトキシド、チタニウムテトラエトキシド、チタニウムテトライソプロポキシド、チタニウムテトラ2−エチルヘキソキシド、チタニウムテトライソブトキシド、チタニウムラクテート、チタニウムテトラメトキシド、チタニウムテトラ(メトキシプロポキシド)、チタニウムテトラ(メチルフェノキシド)、チタニウムテトラn−ノニロキシド、チタニウムテトラn−ブトキシド、チタニウムテトラステアリロキシド、チタニウムビス(トリエタノールアミン)−ジイソプロポキシド等のチタニウムアルコキシドや、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、テトラオクニルビス(ジトリデシルホスファイト)チタネート、テトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)オキシアセテートチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)エチレンチタネート、イソプロピルトリ(ジオクチルホスフェート)チタネート、イソプロピルトリ(N−アミノエチル−アミノエチル)チタネート、テトラ(2,2−ジアリルオキシメチル−1−ブチル)ビス(ジトリデシル)ホスファイトチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート等の各種チタン系カップリング剤;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリエトキシシラン、2−(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、3−グリシドキシプロピルトルメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトルエトキシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシランザン等の各種シランカップリング剤;ジルコニウムテトラn−ブトキシド、ジルコニウムテトラtert−ブトキシド、ジルコニウムテトラ2−エチルヘキソキシド、ジルコニウムテトライソブトキシド、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ジルコニウムテトラn−プロポキシド、ジルコニウムテトラ(2−メチル−2−ブトキシド)等のジルコニウムアルコキシドや、ジルコニウムジn−ブトキシド(ビス−2,4−ペンタンジオネート)、ジルコニウムトリn−ブトキシドペンタンジオネート、ジルコニウムジメタクリレートジブトキシド等の各種ジルコニウム化合物等ヒドロキシステアリン酸、サリチル酸などのヒドロキシカルボン酸、2−[2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ]酢酸などのエーテルカルボン酸、カルボキシル化ポリブタジエン、カルボキシル化ポリイソプレンなどのカルボン酸系カップリング剤、マレイン酸変性ポリプロピレンなどが好ましい。更に好ましくは、シランカップリング剤、ヒドロキシカルボン酸、エーテルカルボン酸である。   The surface treatment agent is not particularly limited as long as it is a compound having at least one functional group selected from an amino group, a thiol group, a vinyl group, a carboxyl group, an epoxy group, and an OR group, but aluminum trimethoxide. , Aluminum triethoxide, aluminum triisopropoxide, aluminum tri-n-butoxide, aluminum tri-sec-butoxide, aluminum tri-tert-butoxide, monosec butoxy aluminum diisopropylate, aluminum triethoxyethoxy ethoxide, aluminum phenoxide Such as aluminum alkoxide, diisopropoxy aluminum ethyl acetoacetate, diisopropoxy aluminum alkyl acetoacetate, diisopropoxy aluminum monometa Various aluminum-based coupling agents such as relate, aluminum stearate oxide trimer, isopropoxy aluminum alkyl acetoacetate mono (dioctyl phosphate), etc .; titanium n-butoxide, titanium tetra-tert-butoxide, titanium tetra-sec-butoxide, titanium tetra Ethoxide, Titanium tetraisopropoxide, Titanium tetra-2-ethylhexoxide, Titanium tetraisobutoxide, Titanium lactate, Titanium tetramethoxide, Titanium tetra (methoxypropoxide), Titanium tetra (methylphenoxide), Titanium tetra n- Nonyloxide, titanium tetra-n-butoxide, titanium tetrastearyloxide, titanium bis (tri (Tanolamine) -diisopropoxide, titanium alkoxide, isopropyl triisostearoyl titanate, isopropyl trioctanoyl titanate, tetraoctyl bis (ditridecyl phosphite) titanate, tetraisopropyl bis (dioctyl phosphite) titanate, isopropyl tris ( Dioctyl pyrophosphate) titanate, bis (dioctyl pyrophosphate) oxyacetate titanate, bis (dioctyl pyrophosphate) ethylene titanate, isopropyl tri (dioctyl phosphate) titanate, isopropyl tri (N-aminoethyl-aminoethyl) titanate, tetra (2, 2-diallyloxymethyl-1-butyl) bis (ditridecyl) phosphite titanate, isop Various titanium-based coupling agents such as propyl dimethacrylic isostearoyl titanate, isopropyl tridecyl benzene sulfonyl titanate, isopropyl tricumyl phenyl titanate; vinyl trimethoxy silane, vinyl trichloro silane, vinyl triethoxy silane, 2- (3,4 epoxy) (Cyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltolmethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyl Methyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-methacryloxypropyltolethoxylane, -Various silane coupling agents such as acryloxypropyltrimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane, hexamethyldisilanezan; Zirconium tetra n-butoxide, zirconium tetra tert-butoxide, zirconium tetra 2-ethyl hexoxide, zirconium tetraisobutoxide, zirconium tetraethoxide, zirconium tetraisopropoxide, zirconium tetra n-propoxide, zirconium tetra (2-methyl Zirconium alkoxides such as 2-butoxide), zirconium di-n-butoxide (bis-2,4-pentanedionate), zirconium tri-n-butoxide pentadionone Various zirconium compounds such as zirconium dimethacrylate dibutoxide, etc. Hydroxystearic acid, hydroxycarboxylic acids such as salicylic acid, ether carboxylic acids such as 2- [2- (2-methoxyethoxy) ethoxy] acetic acid, carboxylated polybutadiene, carboxylated poly Carboxylic acid coupling agents such as isoprene and maleic acid-modified polypropylene are preferred. More preferred are silane coupling agents, hydroxycarboxylic acids, and ether carboxylic acids.

加熱処理の方法に関しては、金属酸化物ナノ粒子と表面処理剤を含む混合物を加熱処理すればよい。例えば、金属酸化物ナノ粒子を溶媒に分散させた後、表面処理剤を適宜添加し、加熱処理すればよい。加熱温度に関しては、0℃以上180℃未満であり、好ましくは10℃以上120℃未満である。更に好ましくは、20℃以上100℃未満である。0℃未満では、反応が進行しない。一方180℃以上は、安全面、コスト面からも好ましくない。また、反応時間に関しては、0.1hr以上10hr未満、好ましくは0.3hr以上3hr未満である。   Regarding the heat treatment method, a mixture containing metal oxide nanoparticles and a surface treatment agent may be heat treated. For example, after dispersing metal oxide nanoparticles in a solvent, a surface treatment agent may be added as appropriate, followed by heat treatment. Regarding heating temperature, it is 0 degreeC or more and less than 180 degreeC, Preferably it is 10 degreeC or more and less than 120 degreeC. More preferably, it is 20 degreeC or more and less than 100 degreeC. Below 0 ° C, the reaction does not proceed. On the other hand, 180 ° C. or higher is not preferable from the viewpoint of safety and cost. The reaction time is 0.1 hr or more and less than 10 hr, preferably 0.3 hr or more and less than 3 hr.

表面処理時に使用する溶媒としては、金属酸化物ナノ粒子を均一に分散させる溶媒であればよく、好ましくはトルエン、キシレン、シクロヘキサンである。溶液における金属酸化物ナノ粒子の割合は、0.1質量%以上50質量%未満であることが好ましい。本発明の粒子は、トルエン、キシレンへの分散性が非常に良好であり、その均一に分散された状態で表面処理剤と反応させることができるため、特殊な装置も必要なく、かつ温和な条件下にて短時間で処理できることから、非常に優れた表面処理方法である。一方、従来方法にあるような水、炭素数が4以下のアルコール類やケトン類を添加すると金属酸化物ナノ粒子の2次凝集が生じるため、表面処理が均一に行えないため好ましくない。本処理を施すことにより、もともと無極性の溶媒に親和性を有する粒子が、極性の高い溶媒への親和性も有するようになる。これは、親水性の高い酸化物ナノ粒子を疎水性に変化させる従来の表面処理方法とは全く異なるものである。   The solvent used for the surface treatment may be any solvent that uniformly disperses the metal oxide nanoparticles, and is preferably toluene, xylene, or cyclohexane. The ratio of the metal oxide nanoparticles in the solution is preferably 0.1% by mass or more and less than 50% by mass. The particles of the present invention have very good dispersibility in toluene and xylene, and can be reacted with the surface treatment agent in a uniformly dispersed state, so that no special equipment is required and mild conditions are used. Since it can be processed under a short time, it is a very excellent surface treatment method. On the other hand, addition of water, alcohols and ketones having 4 or less carbon atoms as in the conventional method is not preferable because secondary aggregation of the metal oxide nanoparticles occurs and the surface treatment cannot be performed uniformly. By performing this treatment, the particles having an affinity for a nonpolar solvent originally have an affinity for a highly polar solvent. This is completely different from the conventional surface treatment method in which highly hydrophilic oxide nanoparticles are changed to hydrophobic.

表面処理剤は、当該金属酸化物ナノ粒子に対して1質量%以上40質量%未満であり、好ましくは、3質量%以上30質量%未満である。更に好ましくは、5質量%以上25質量%未満である。3質量%未満のときは、表面処理の効果が少なくトルエン、キシレン、シクロヘキサン以外の溶媒への分散性は向上しない。一方、40質量%以上であると金属酸化物ナノ粒子に対する表面処理剤の割合が多くなる。その結果、表面処理金属酸化物ナノ粒子を分散させた有機マトリックス材料において、本来、処理金属酸化物ナノ粒子が有する高屈折能や紫外線遮断能を発現させるためには、相当量の金属酸化物ナノ粒子の混合が必要となるため好ましくない。   The surface treatment agent is 1% by mass or more and less than 40% by mass, and preferably 3% by mass or more and less than 30% by mass with respect to the metal oxide nanoparticles. More preferably, it is 5 mass% or more and less than 25 mass%. When the amount is less than 3% by mass, the effect of the surface treatment is small and the dispersibility in solvents other than toluene, xylene and cyclohexane is not improved. On the other hand, when it is 40% by mass or more, the ratio of the surface treatment agent to the metal oxide nanoparticles increases. As a result, in the organic matrix material in which the surface-treated metal oxide nanoparticles are dispersed, a substantial amount of the metal oxide nanoparticle is inherently required to express the high refractive power and ultraviolet blocking ability of the treated metal oxide nanoparticles. Since mixing of particles is required, it is not preferable.

当該処理金属酸化物ナノ粒子を溶媒(以下、溶媒Cと称する)に分散させ処理金属酸化物ナノ粒子分散体を得ることができる。溶媒Cは、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、炭化水素、アミド類を用いることができる。例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、オクタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、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ブチルエーテル、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、シクロヘキサン、ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等を挙げることができ、これらの溶媒が1種または2種以上利用することができる。 The treated metal oxide nanoparticles can be dispersed in a solvent (hereinafter referred to as solvent C) to obtain a treated metal oxide nanoparticle dispersion. As the solvent C, alcohol, ketone, ester, ether, hydrocarbon and amide can be used. For example, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, octanol, ethylene glycol, propylene glycol, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, γ-butyrolactone, propylene glycol Examples include monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, cyclohexane, dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone and the like. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

当該処理金属酸化物ナノ粒子は、上記各種溶媒に適宜分散し透明分散体が得られる。当該分散体中の酸化物ナノ粒子の濃度は、用途に応じて適宜設定することができる。当該分散体に対して当該処理金属酸化物ナノ粒子は1質量%以上60質量%未満であり、好ましくは、5質量%以上55質量%未満、更に好ましくは12質量%以上50質量%未満である。酸化物ナノ粒子の濃度が1質量%未満では、余分な分散媒が必要となるだけである。一方、60質量%以上の場合、均一に分散するのが難しく、白濁する傾向があるため好ましくない。なお、本発明による製造した粒子は、平均粒子径が20nm以下と非常に細かいため、上記溶媒に均一に分散させると透明性を保持することができる。   The treated metal oxide nanoparticles are appropriately dispersed in the various solvents to obtain a transparent dispersion. The density | concentration of the oxide nanoparticle in the said dispersion can be suitably set according to a use. The treated metal oxide nanoparticles are 1% by mass or more and less than 60% by mass, preferably 5% by mass or more and less than 55% by mass, and more preferably 12% by mass or more and less than 50% by mass with respect to the dispersion. . If the concentration of the oxide nanoparticles is less than 1% by mass, only an extra dispersion medium is required. On the other hand, when it is 60% by mass or more, it is difficult to uniformly disperse and it tends to become cloudy, which is not preferable. In addition, since the particle | grains manufactured by this invention are very fine with an average particle diameter of 20 nm or less, transparency can be hold | maintained if it disperse | distributes uniformly in the said solvent.

当該分散体に更に可塑剤(「可塑剤C」と称する)を添加することができる。可塑剤Cとしては、特に限定はなく、例えば、リン酸トリブチル、リン酸2−エチルヘキシル等のリン酸エステル系可塑剤、フタル酸ジメチル、フタル酸ジブチル等のフタル酸エステル系可塑剤、オレイン酸ブチル、グリセリンモノオレイン酸エステル等の脂肪族−塩基性エステル系可塑剤、アジピン酸ジブチル、セバシン酸ジ−2−エチルヘキシルなどの脂肪族二塩基酸エステル系可塑剤;ジエチレングリコールジベンゾエート、トリエチレングリコールジ−2−エチルブチラートなどの二価アルコールエステル系可塑剤;アセチルリシノール酸メチル、アセチルクエン酸トリブチルなどのオキシ酸エステル系可塑剤等の従来公知の可塑剤を挙げることができる。   A plasticizer (referred to as “plasticizer C”) can be further added to the dispersion. The plasticizer C is not particularly limited, and examples thereof include phosphate ester plasticizers such as tributyl phosphate and 2-ethylhexyl phosphate, phthalate plasticizers such as dimethyl phthalate and dibutyl phthalate, and butyl oleate. , Aliphatic-basic ester plasticizers such as glycerin monooleate, aliphatic dibasic ester plasticizers such as dibutyl adipate and di-2-ethylhexyl sebacate; diethylene glycol dibenzoate, triethylene glycol di- Conventionally known plasticizers such as dihydric alcohol ester plasticizers such as 2-ethylbutyrate; oxyester plasticizers such as methyl acetylricinoleate and tributyl acetylcitrate can be mentioned.

当該分散体は更にモノマーを添加することができる。モノマーとしては、特に限定はなく、例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル等の(メタ)アクリル系モノマー、スチレン、ビニルトルエン、ジビニルベンゼン等のスチレン系モノマー、塩化ビニル、酢酸ビニル等のビニル系モノマーなど、従来公知のモノマーを挙げることができる。   A monomer can be further added to the dispersion. The monomer is not particularly limited, and examples thereof include (meth) acrylic monomers such as (meth) acrylic acid and (meth) acrylic esters, styrene monomers such as styrene, vinyltoluene, and divinylbenzene, vinyl chloride, and vinyl acetate. Conventionally known monomers such as vinyl monomers such as

モノマー分散体における、無機ナノ微粒子の含有量については、特に限定はないが、好ましくは、モノマー分散体全体の2〜80重量%、さらに好ましくは5〜60重量%であり、この程度の含有量であれば、粘度等が低く取扱い易い。モノマー分散体は、無機ナノ粒子を分散含有してなる樹脂組成物、樹脂成形体等の用途に有用である。モノマー分散体の製造方法としては、たとえば、金属酸化物ナノ粒子をモノマーに添加して分散させる方法等を挙げることができる。   The content of the inorganic nanoparticles in the monomer dispersion is not particularly limited, but is preferably 2 to 80% by weight of the whole monomer dispersion, more preferably 5 to 60% by weight. If so, the viscosity and the like are low and easy to handle. The monomer dispersion is useful for applications such as a resin composition and a resin molded body in which inorganic nanoparticles are dispersedly contained. Examples of the method for producing the monomer dispersion include a method in which metal oxide nanoparticles are added to the monomer and dispersed.

第四の発明は、当該処理金属酸化物ナノ粒子を用いた光学材料である。当該粒子は粒子径が20nm以下であり、溶媒への分散性が優れている。この効果により導電性材料、紫外線遮断材料、透明膜、電磁波吸収体、光学材料、触媒材料など各種用途に幅広く用いることが可能である。特に酸化ジルコニウムナノ粒子は、正方晶の結晶構造を有し、平均粒子径が20nm以下、かつ各種溶媒への分散性に優れているため、光学材料用の屈折率制御材として好適に利用できる。
なお、使用する高分子バインダーとしては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等を構成単位とするホモポリマー又は2つ以上のモノマーからなるコポリマー、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ラジカル重合性樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。モノマーとして、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン等のビニルモノマー等が挙げられる。
バインダーと酸化ジルコニウムナノ粒子および/または処理酸化ジルコニウムナノ粒子の分散方法としては、例えば、熱可塑性樹脂をバインダーとして酸化ジルコニウムナノ粒子および/または処理酸化ジルコニウムナノ粒子と混合する場合、具体的には、熱可塑性樹脂が溶解した溶液と、酸化ジルコニウムナノ粒子および/または処理酸化ジルコニウムナノ粒子が均一に分散した分散液の二液を均一に混合し、溶媒を減圧加熱除去する方法や、熱可塑性樹脂を溶融した状態で酸化ジルコニウムナノ粒子および/または処理酸化ジルコニウムナノ粒子粉末をそのまま配合して溶融混練する方法、熱可塑性樹脂を溶融した状態で酸化ジルコニウムナノ粒子および/または処理酸化ジルコニウムナノ粒子が均一に分散した分散液を配合して溶融混練後に溶媒を減圧加熱除去する方法等が挙げられる。
光学材料用途として、例えば、レンズ(例えば、眼鏡レンズ、光学機器用レンズ、オプトエレクトロニクス用レンズ、レーザー用レンズ、CDピックアップ用レンズ、自動車用ランプレンズ、OHP用レンズ等)、光ファイバー、光導波路、光フィルター、光学用接着剤、光ディスク基盤、ディスプレー基盤、コーティング材、プリズム等の用途に好適である。
なお本発明における分散の定義とは、10質量%となるように秤量した金属酸化物ナノ粒子粉体または処理金属酸化物ナノ粒子を試料溶媒に混合し、10分間の攪拌後、定量濾紙(アドバンテック東洋株式会社製 No.5C)により回収される粉体の量が、仕込み粉体量の3%未満となるものであり、平均粒子径20nm以下の粒子が凝集していないため、溶媒中において透明性を保持できるものである。
The fourth invention is an optical material using those said treated metal oxide nanoparticles. The particles have a particle size of 20 nm or less and are excellent in dispersibility in a solvent. This effect can be widely used in various applications such as conductive materials, ultraviolet blocking materials, transparent films, electromagnetic wave absorbers, optical materials, and catalyst materials. In particular, zirconium oxide nanoparticles have a tetragonal crystal structure, an average particle diameter of 20 nm or less, and excellent dispersibility in various solvents, and therefore can be suitably used as a refractive index control material for optical materials.
The polymer binder used is a homopolymer having acrylic acid ester, methacrylic acid ester or the like as a structural unit or a copolymer comprising two or more monomers, polycarbonate resin, polyester resin, polyether resin, polyamide resin, polyimide resin. And thermoplastic resins such as polyolefin resin and polystyrene resin, and thermosetting resins such as epoxy resin, silicon resin and radical polymerizable resin. Examples of the monomer include vinyl monomers such as acrylic acid ester, methacrylic acid ester, and styrene.
As a dispersion method of the binder and the zirconium oxide nanoparticles and / or the treated zirconium oxide nanoparticles, for example, when the thermoplastic resin is mixed with the zirconium oxide nanoparticles and / or the treated zirconium oxide nanoparticles, specifically, A solution in which a thermoplastic resin is dissolved and a dispersion in which zirconium oxide nanoparticles and / or treated zirconium oxide nanoparticles are uniformly dispersed are uniformly mixed, and the solvent is removed by heating under reduced pressure. A method in which zirconium oxide nanoparticles and / or treated zirconium oxide nanoparticle powders are blended as they are in a molten state and melt-kneaded, and zirconium oxide nanoparticles and / or treated zirconium oxide nanoparticles are uniformly in a molten state of a thermoplastic resin. Mix and disperse the dispersed dispersion How to heating under reduced pressure removing the solvent, and the like later.
Examples of optical material applications include lenses (for example, eyeglass lenses, optical equipment lenses, optoelectronic lenses, laser lenses, CD pickup lenses, automotive lamp lenses, OHP lenses, etc.), optical fibers, optical waveguides, light Suitable for applications such as filters, optical adhesives, optical disk substrates, display substrates, coating materials, prisms and the like.
The definition of dispersion in the present invention is a mixture of metal oxide nanoparticle powder or treated metal oxide nanoparticles weighed so as to be 10% by mass in a sample solvent, and after stirring for 10 minutes, quantitative filter paper (Advantech) The amount of powder recovered by Toyo Co., Ltd. No. 5C) is less than 3% of the charged powder amount, and particles having an average particle diameter of 20 nm or less are not agglomerated, so it is transparent in the solvent. It can maintain the sex.

実施例における各物性の測定は、次のように実施した。 The measurement of each physical property in an Example was implemented as follows.

(BET比表面積)
酸化ジルコニウムの比表面積は、全自動BET比表面積測定装置(Mountech製 Macsorb Model1210)を使用し測定した。尚、吸着工程では液体窒素による冷却を行った。
(BET specific surface area)
The specific surface area of zirconium oxide was measured using a fully automatic BET specific surface area measuring device (Macsorb Model 1210 manufactured by Mounttech). In the adsorption process, cooling with liquid nitrogen was performed.

(定性分析)
金属酸化物の結晶状態の同定は、XRD(スペクトリス株式会社 全自動多目的X線回折装置 XPert Pro)を使用して行った。
(Qualitative analysis)
Identification of the crystal state of the metal oxide was performed using XRD (Spectris Co., Ltd. fully automatic multipurpose X-ray diffractometer XPPer Pro).

(粒子径)
金属酸化物ナノ粒子の粒子径測定は、FE−SEM(日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S−4800)を使用して行った。平均粒子径の値は、定方向径(定方向の平行線で粒子をはさんだときの距離で表される径)で測定された100個の粒子の平均値から導出される値である。
(Particle size)
The particle diameter of the metal oxide nanoparticles was measured using an FE-SEM (Hitachi Ultra High Resolution Field Emission Scanning Electron Microscope S-4800). The value of the average particle diameter is a value derived from an average value of 100 particles measured with a constant direction diameter (a diameter represented by a distance when the particles are sandwiched by parallel lines in a constant direction).

(実施例1)
テトラデカンとネオデカン酸を混合し、40質量%ネオデカン酸−テトラデカン溶液を調製した。次に、水を等量添加し、更にオキシ塩化ジルコニウムの試薬を溶媒に添加し、良く攪拌させながら60℃で1時間反応させた後、水層を分離することで、ネオデカン酸ジルコニウム溶液を調製する。
次に、攪拌機付きオートレーブ内に、ネオデカン酸ジルコニウム−テトラデカン溶液500ccと水500ccを混合したものを仕込み、反応容器中の雰囲気を窒素ガスにて置換する。その後、175℃まで加熱し、3Hr反応させることにより、酸化物微粒子の合成を行った。昇温終了時の圧力は、0.9MPaGであった。
Example 1
Tetradecane and neodecanoic acid were mixed to prepare a 40 mass% neodecanoic acid-tetradecane solution. Next, add an equal amount of water, add a reagent of zirconium oxychloride to the solvent, react at 60 ° C. for 1 hour with good stirring, and then separate the aqueous layer to prepare a zirconium neodecanoate solution. To do.
Next, a mixture of 500 cc of a neodecanoic acid zirconium-tetradecane solution and 500 cc of water is charged into an autoclave equipped with a stirrer, and the atmosphere in the reaction vessel is replaced with nitrogen gas. Then, it heated to 175 degreeC and synthesize | combined oxide microparticles | fine-particles by making 3Hr reaction. The pressure at the end of the temperature increase was 0.9 MPaG.

反応後の溶液を取り出し、底部にたまった沈殿物をろ過により回収した。沈殿物をアセトンで洗浄し乾燥させた後、トルエンに分散させたところ、白濁の溶液となった。次に、精製工程として定量濾紙(アドバンテック東洋株式会社製 No.5C)にて再度ろ過を施し、沈殿物中の粗大粒子などを除去した。次に、ろ液中のトルエンを減圧乾燥させたところ、白色の粉体を回収することができた。
回収した粉体の粒子径をFE−SEMにて分析を実施したところ、定方向径による平均粒子径5nmの酸化ジルコニウムナノ粒子を確認することができた。
また、白色粉体の結晶構造を確認するため、XRDにて確認したところ、正方晶の構造を有することが確認された。
合成後の酸化ジルコニウムナノ粒子10gをトルエン90gに分散させたところ、透明の分散液が得られた。
The solution after the reaction was taken out, and the precipitate accumulated at the bottom was collected by filtration. The precipitate was washed with acetone, dried, and then dispersed in toluene to give a cloudy solution. Next, it filtered again with the quantitative filter paper (Advantech Toyo Co., Ltd. No. 5C) as a refinement | purification process, and removed the coarse particle etc. in a deposit. Next, when the toluene in the filtrate was dried under reduced pressure, a white powder could be recovered.
When the particle diameter of the recovered powder was analyzed by FE-SEM, zirconium oxide nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm with a fixed direction diameter could be confirmed.
Moreover, in order to confirm the crystal structure of white powder, when it confirmed with XRD, it was confirmed that it has a tetragonal structure.
When 10 g of the synthesized zirconium oxide nanoparticles were dispersed in 90 g of toluene, a transparent dispersion liquid was obtained.

(実施例2)
ドデカンと2−エチルヘキサン酸を混合し、40質量%エチルヘキサン酸−ドデカン溶液を調製する。次に、水を等量添加し、更に酢酸亜鉛の試薬を溶媒に添加し、良く攪拌させながら60℃で1時間反応させた後、水層を分離することで、2−ヘキサン酸亜鉛を調製する。
(Example 2)
Dodecane and 2-ethylhexanoic acid are mixed to prepare a 40 mass% ethylhexanoic acid-dodecane solution. Next, an equivalent amount of water was added, and a zinc acetate reagent was further added to the solvent. The mixture was reacted at 60 ° C. for 1 hour with good stirring, and then the aqueous layer was separated to prepare zinc 2-hexanoate. To do.

次に、攪拌機付きオートレーブ内に、2−エチルヘキサン酸亜鉛−ドデカン溶液500ccと水500ccを混合したものを仕込み、反応容器中の雰囲気を窒素ガスにて置換する。その後、150℃まで加熱し、3Hr反応させることにより、酸化物微粒子の合成を行った。そのときの反応圧力は、0.5MPaGであった。実施例1と同様に反応後の溶液に含まれる沈殿物を回収後、トルエンに分散させたところ、白濁の溶液となった。
次に、定量濾紙(アドバンテック東洋株式会社製 No.5C)を通過したろ過液からトルエンを減圧乾燥させたところ、白い色の粉体を回収することができた。
回収した粉体の粒子径をFE−SEMにて分析を実施したところ、定方向径による平均粒子径10nmのナノ粒子を確認することができた。
Next, a mixture of 500 cc of 2-ethylhexanoic acid zinc-dodecane solution and 500 cc of water is charged into an autoclave equipped with a stirrer, and the atmosphere in the reaction vessel is replaced with nitrogen gas. Then, it heated to 150 degreeC and synthesize | combined oxide microparticles | fine-particles by making 3Hr reaction. The reaction pressure at that time was 0.5 MPaG. In the same manner as in Example 1, the precipitate contained in the solution after the reaction was recovered and then dispersed in toluene to obtain a cloudy solution.
Next, when toluene was dried under reduced pressure from the filtrate that passed through the quantitative filter paper (No. 5C, manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd.), white powder could be recovered.
When the particle diameter of the collected powder was analyzed by FE-SEM, nanoparticles having an average particle diameter of 10 nm with a fixed direction diameter could be confirmed.

(実施例3)
テトラデカンとネオデカン酸を混合し、40質量%エチルヘキサン酸−テトラデカン溶液を調製する。次に、水を等量添加し、更に酢酸銅の試薬を溶媒に添加し、良く攪拌させながら40℃で1時間反応させた後、水層を分離することで、2−ヘキサン酸銅を調製する。
(Example 3)
Tetradecane and neodecanoic acid are mixed to prepare a 40 mass% ethylhexanoic acid-tetradecane solution. Next, an equivalent amount of water is added, and a copper acetate reagent is further added to the solvent. The mixture is reacted at 40 ° C. for 1 hour with good stirring, and then the aqueous layer is separated to prepare copper 2-hexanoate. To do.

次に、攪拌機付きオートレーブ内に、2−エチルヘキサン酸銅−テトラデカン溶液500ccと水500ccを混合したものを仕込み、反応容器中の雰囲気を窒素ガスにて置換する。その後、120℃まで加熱し、3Hr反応させることにより、酸化物微粒子の合成を行った。そのときの反応圧力は、0.2MPaGであった。反応後の溶液に含まれる沈殿物を回収後、トルエンに分散させたところ、赤褐色の溶液となった。
次に、定量濾紙(アドバンテック東洋株式会社製 No.5C)を通過したろ過液からトルエンを減圧乾燥させたところ、赤茶色の粉体を回収することができた。
回収した粉体の粒子径をFE−SEMにて分析を実施したところ、定方向径による平均粒子径15nmのナノ粒子を確認することができた。
Next, a mixture of 500 cc of 2-ethylhexanoic acid copper-tetradecane solution and 500 cc of water is charged into an autoclave equipped with a stirrer, and the atmosphere in the reaction vessel is replaced with nitrogen gas. Then, it heated to 120 degreeC and synthesize | combined oxide microparticles | fine-particles by making 3Hr reaction. The reaction pressure at that time was 0.2 MPaG. The precipitate contained in the solution after the reaction was collected and then dispersed in toluene to obtain a reddish brown solution.
Next, when toluene was dried under reduced pressure from the filtrate that passed through the quantitative filter paper (No. 5C manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd.), a reddish brown powder could be recovered.
When the particle diameter of the collected powder was analyzed by FE-SEM, nanoparticles having an average particle diameter of 15 nm with a fixed direction diameter could be confirmed.

(実施例4)
テトラデカンとネオデカン酸を混合し、40質量%ネオデカン酸−テトラデカン溶液を調製した。次に、水を添加し、更にオキシ塩化ジルコニウムの試薬を溶媒に添加し、良く攪拌させながら60℃で1時間反応させた後、水層を分離することで、ネオデカン酸ジルコニウム溶液を調製する。次に、攪拌機付きオートレーブ内に、表1に示す割合で、ネオデカン酸ジルコニウム−テトラデカン溶液500ccと水を100cc混合したものを仕込み、反応容器中の雰囲気を窒素ガスにて置換する。その後、175℃まで加熱し、3Hr反応させることにより、酸化物微粒子の合成を試みた。実施例1と同様の方法により粒子を回収した。定方向径による平均粒子径は7nmとほぼ実施例と同等の結果であったが、粒子の合成量は、実施例1の1/5倍量と少なく、かつ正方晶と単斜晶の混在する酸化ジルコニウム粒子であった。
Example 4
Tetradecane and neodecanoic acid were mixed to prepare a 40 mass% neodecanoic acid-tetradecane solution. Next, water is added, a reagent of zirconium oxychloride is further added to the solvent, the mixture is allowed to react at 60 ° C. for 1 hour with good stirring, and then the aqueous layer is separated to prepare a zirconium neodecanoate solution. Next, a mixture of 500 cc of a neodecanoic acid zirconium-tetradecane solution and 100 cc of water at a ratio shown in Table 1 is charged into the autoclave equipped with a stirrer, and the atmosphere in the reaction vessel is replaced with nitrogen gas. Then, the synthesis | combination of the oxide fine particle was tried by heating to 175 degreeC and making it react for 3Hr. Particles were collected by the same method as in Example 1. Although the average particle diameter by the fixed direction diameter was 7 nm, which was almost the same as that of the example, the synthesis amount of the particles was as small as 1/5 times that of Example 1, and tetragonal crystals and monoclinic crystals were mixed. Zirconium oxide particles.

(比較例1)
テトラデカンとネオデカン酸を混合し、40質量%ネオデカン酸−テトラデカン溶液を調製した。次に、水を添加し、更にオキシ塩化ジルコニウムの試薬を溶媒に添加し、良く攪拌させながら60℃で1時間反応させた後、水層を分離することで、ネオデカン酸ジルコニウム溶液を調製する。次に、攪拌機付きオートレーブ内に、ネオデカン酸ジルコニウム−テトラデカン溶液500ccを仕込み、反応容器中の雰囲気を窒素ガスにて置換する。その後、175℃まで加熱し、3Hr反応させることにより、酸化物微粒子の合成を試みた。水を全く加えないで反応させたものは、粒子状物質の生成は確認されなかった。
(Comparative Example 1)
Tetradecane and neodecanoic acid were mixed to prepare a 40 mass% neodecanoic acid-tetradecane solution. Next, water is added, a reagent of zirconium oxychloride is further added to the solvent, the mixture is allowed to react at 60 ° C. for 1 hour with good stirring, and then the aqueous layer is separated to prepare a zirconium neodecanoate solution. Next, 500 cc of a neodecanoic acid zirconium-tetradecane solution is charged into an autoclave equipped with a stirrer, and the atmosphere in the reaction vessel is replaced with nitrogen gas. Then, the synthesis | combination of the oxide fine particle was tried by heating to 175 degreeC and making it react for 3Hr. In the case where the reaction was carried out without adding water at all, formation of particulate matter was not confirmed.

(実施例5)
金属酸化物ナノ粒子の表面を処理する工程である。実施例1で合成後の酸化ジルコニウムナノ粒子10gをトルエン90gに分散させた溶液に、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製 KBM−503)を1.5g添加した。上記溶液を80℃で1hr還流した後、減圧雰囲気下にて溶媒を除去し、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランにて表面処理を施した酸化ジルコニウムナノ粒子を調製した。
(Example 5)
This is a step of treating the surface of the metal oxide nanoparticles. 1.5 g of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (KBM-503 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added to a solution in which 10 g of the zirconium oxide nanoparticles synthesized in Example 1 were dispersed in 90 g of toluene. After refluxing the above solution at 80 ° C. for 1 hr, the solvent was removed under a reduced pressure atmosphere to prepare zirconium oxide nanoparticles subjected to surface treatment with 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane.

次に、表面処理した酸化ジルコニウム粒子5gをメチルイソブチルケトン50gに混合し攪拌したところ、処理酸化ジルコニウムナノ粒子分散液は透明であった。
表面処理を施した後の酸化ジルコニウム粒子をFT−IRにて分析したところ、表面処理前に認められたC−Hの結合(2800〜3000cm−1)と併せて、シランカップリング剤由来のSi−O−C(1000〜1130cm−1)が確認できた。
Next, when 5 g of the surface-treated zirconium oxide particles were mixed with 50 g of methyl isobutyl ketone and stirred, the treated zirconium oxide nanoparticle dispersion was transparent.
When the zirconium oxide particles after the surface treatment were analyzed by FT-IR, the Si bond derived from the silane coupling agent was combined with the C—H bond (2800 to 3000 cm −1) recognized before the surface treatment. -O-C (1000-1130 cm-1) was confirmed.

(実施例6)
実施例1で合成後の酸化ジルコニウムナノ粒子10gをトルエン90gに分散させた溶液に、ヒドロキシステアリン酸を1.5g添加した。上記溶液を100℃で1hr還流した後、反応後の溶液は、透明であったが、アセトンを200g添加すると白濁した。凝集し白濁した粒子を濾紙にて分離回収後、50℃にて1hr乾燥し、ヒドロキシステアリン酸処理した酸化ジルコニウム粒子を調製した。次に、表面処理した酸化ジルコニウム粒子5gをエタノール50gに混合し攪拌したところ、処理酸化ジルコニウムナノ粒子分散液は透明であった。
(Example 6)
1.5 g of hydroxystearic acid was added to a solution in which 10 g of the zirconium oxide nanoparticles synthesized in Example 1 were dispersed in 90 g of toluene. After refluxing the solution at 100 ° C. for 1 hr, the solution after the reaction was transparent, but became cloudy when 200 g of acetone was added. Aggregated and cloudy particles were separated and collected with a filter paper and dried at 50 ° C. for 1 hr to prepare zirconium oxide particles treated with hydroxystearic acid. Next, when 5 g of the surface-treated zirconium oxide particles were mixed with 50 g of ethanol and stirred, the treated zirconium oxide nanoparticle dispersion was transparent.

同様の調製方法で調製した処理酸化ジルコニウムナノ粒子をMMAモノマー、酢酸ブチル、MIBKに分散させたところ、処理酸化ジルコニウム粒子分散液は透明であった。   When the treated zirconium oxide nanoparticles prepared by the same preparation method were dispersed in MMA monomer, butyl acetate, and MIBK, the treated zirconium oxide particle dispersion was transparent.

(実施例7)
実施例1で合成後の酸化ジルコニウムナノ粒子10gをトルエン90gに分散させた溶液に、2−[2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ]酢酸を1.5g添加した。
上記溶液を80℃で1hr還流した後、減圧雰囲気下にて溶媒を除去し、2−[2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ]酢酸にて表面処理を施した処理酸化ジルコニウムナノ粒子を調製した。
(Example 7)
To a solution in which 10 g of the zirconium oxide nanoparticles synthesized in Example 1 were dispersed in 90 g of toluene, 1.5 g of 2- [2- (2-methoxyethoxy) ethoxy] acetic acid was added.
The solution was refluxed at 80 ° C. for 1 hr, and then the solvent was removed under a reduced pressure atmosphere to prepare treated zirconium oxide nanoparticles subjected to surface treatment with 2- [2- (2-methoxyethoxy) ethoxy] acetic acid. .

次に、処理酸化ジルコニウムナノ粒子5gをMMAモノマー50gに混合し攪拌したところ、処理酸化ジルコニウムナノ粒子分散液は透明であった。同様に処理酸化ジルコニウムナノ粒子5gをシクロヘキサノンに混合し攪拌したところ、処理酸化ジルコニウムナノ粒子分散液は透明であった。   Next, when 5 g of the treated zirconium oxide nanoparticles were mixed with 50 g of MMA monomer and stirred, the treated zirconium oxide nanoparticle dispersion was transparent. Similarly, when 5 g of treated zirconium oxide nanoparticles were mixed with cyclohexanone and stirred, the treated zirconium oxide nanoparticle dispersion was transparent.

本発明は、分散安定性に優れた金属酸化物ナノ粒子および/または金属酸化物ナノ粒子分散体を低コストかつ工業的規模で製造することができるものであり、当該ナノ粒子または/および分散体を用いた光学材料に使用する技術である。 The present invention can produce metal oxide nanoparticles and / or metal oxide nanoparticle dispersions excellent in dispersion stability at a low cost on an industrial scale, and the nanoparticles or / and dispersions. It is a technique used for optical materials using

Claims (10)

水層および金属酸化物前駆体を含有する有機層の二層からなる液を0.2MPaG以上1MPaG未満で反応させることを特徴とする定方向径による平均粒子径が20nm以下の金属酸化物ナノ粒子の製造方法。 Metal oxide nanoparticles having an average particle diameter of 20 nm or less with a unidirectional diameter, wherein a liquid composed of two layers of an aqueous layer and an organic layer containing a metal oxide precursor is reacted at 0.2 MPaG or more and less than 1 MPaG Manufacturing method. (水層の仕込み体積)/(有機層の仕込み体積)が、0.3以上4未満であることを特徴とする請求項1に記載の金属酸化物ナノ粒子の製造方法。 2. The method for producing metal oxide nanoparticles according to claim 1, wherein (preparation volume of aqueous layer) / (preparation volume of organic layer) is 0.3 or more and less than 4. 3. 有機層に含まれる溶媒の沸点が、120℃以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の金属酸化物ナノ粒子の製造方法。 The method for producing metal oxide nanoparticles according to claim 1 or 2, wherein the solvent contained in the organic layer has a boiling point of 120 ° C or higher. 請求項1〜3何れかに記載金属酸化物ナノ粒子が、Al、Ti、V、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Hf、La、Ce、Nd、Smから選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物であることを特徴とする金属酸化物ナノ粒子の製造方法。 The metal oxide nanoparticles according to any one of claims 1 to 3, wherein Al, Ti, V, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, In, Sn, Sb, Hf, La, Ce, Nd, A method for producing metal oxide nanoparticles, which is an oxide of at least one element selected from Sm. 水層および金属酸化物前駆体を含有する有機層の二層からなる液を0.2MPaG以上1MPaG未満で反応させ得られる、定方向径による平均粒子径が20nm以下、結晶状態が正方晶及び/または単斜晶の金属酸化物ナノ粒子であって、
アミノ基、チオール基、ビニル基、カルボキシル基、エポキシ基、OR基(但し、Rは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基およびアシル基から選ばれる少なくとも1種の置換されていても良い基である。)から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物で表面処理された
金属酸化物ナノ粒子。
A liquid composed of two layers of an aqueous layer and an organic layer containing a metal oxide precursor is reacted at 0.2 MPaG or more and less than 1 MPaG. Or monoclinic metal oxide nanoparticles ,
An amino group, a thiol group, a vinyl group, a carboxyl group, an epoxy group, an OR group (where R is a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, and an acyl group). Surface-treated with a compound having at least one functional group selected from:
Metal oxide nanoparticles.
請求項5記載の金属酸化物ナノ粒子が分散された分散体。A dispersion in which the metal oxide nanoparticles according to claim 5 are dispersed. 請求項1〜4何れかに記載の製造方法と
アミノ基、チオール基、ビニル基、カルボキシル基、エポキシ基、OR基(但し、Rは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基およびアシル基から選ばれる少なくとも1種の置換されていても良い基である。)から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物で処理する工程を有する
金属酸化物ナノ粒子分散体の製造方法。
A manufacturing method according to any one of claims 1 to 4 ,
An amino group, a thiol group, a vinyl group, a carboxyl group, an epoxy group, an OR group (where R is a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, and an acyl group). A method of producing a metal oxide nanoparticle dispersion comprising a step of treating with a compound having at least one functional group selected from :
請求項1〜4何れかに記載の製造方法とA manufacturing method according to any one of claims 1 to 4,
アミノ基、チオール基、ビニル基、カルボキシル基、エポキシ基、OR基(但し、Rは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基およびアシル基から選ばれる少なくとも1種の置換されていても良い基である。)から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物で処理する工程を有するAn amino group, a thiol group, a vinyl group, a carboxyl group, an epoxy group, an OR group (where R is a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, and an acyl group). A step of treating with a compound having at least one functional group selected from:
光学材料の製造方法。Manufacturing method of optical material.
請求項1〜4何れか、または請求項7に記載の製造方法と該金属酸化物ナノ粒子を溶媒に分散させる工程を有する金属酸化物ナノ粒子分散体の製造方法。The manufacturing method of any one of Claims 1-4, or the manufacturing method of the metal oxide nanoparticle dispersion which has the process of disperse | distributing this metal oxide nanoparticle to a solvent. 請求項1〜4何れか、または請求項7に記載の製造方法と該金属酸化物ナノ粒子を溶媒に分散させる工程を有する光学材料の製造方法。 The manufacturing method of any one of Claims 1-4, or the manufacturing method of the optical material which has the process of disperse | distributing this metal oxide nanoparticle to a solvent.
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