JP5532199B2 - Colloidal solution of metal compound and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、金属化合物のコロイド溶液およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a colloidal solution of a metal compound and a method for producing the same.

金属酸化物や金属塩などの金属化合物は触媒など様々な用途に用いられている。このような金属化合物においては、近年、その機能を十分に発揮させたり、バルク体にはない機能を発揮させたりするためにナノサイズ化が図られている。   Metal compounds such as metal oxides and metal salts are used in various applications such as catalysts. In recent years, such metal compounds have been made nanosized in order to fully exhibit their functions or to exhibit functions not found in bulk bodies.

例えば、特開2008−19106号公報(特許文献1)には、金属イオンを含有する水溶液に水溶性アミンを添加し、水溶液のpHを4以上にすることによって一次粒子径がナノメートルオーダーの金属酸化物粒子の製造する方法が開示されている。さらに、高分子保護剤を共存させて製造することにより金属酸化物粒子を水へ高分散させることが可能であることも開示されている。   For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-19106 (Patent Document 1) discloses a metal having a primary particle size of nanometer order by adding a water-soluble amine to an aqueous solution containing metal ions and adjusting the pH of the aqueous solution to 4 or more. A method for producing oxide particles is disclosed. Furthermore, it is also disclosed that metal oxide particles can be highly dispersed in water by making the polymer protective agent coexist.

しかしながら、セリウムイオン、ジルコニウムイオンおよびイットリウムイオンを含有する水溶液にジエタノールアミンおよびポリエチレングリコールを添加した後、得られた溶液に硝酸を添加してpH3に調整し、さらに超音波処理を施しても、得られた凝集体の粒子径はサブミクロンオーダーと大きく、さらにコロイド溶液の保存性も十分なものではなかった。
特開2008−19106号公報
However, after adding diethanolamine and polyethylene glycol to an aqueous solution containing cerium ions, zirconium ions and yttrium ions, the resulting solution is adjusted to pH 3 by adding nitric acid, and further subjected to ultrasonic treatment. The particle size of the agglomerates was as large as submicron order, and the storage stability of the colloidal solution was not sufficient.
JP 2008-19106 A

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、径が小さく均一な金属化合物の結晶子が、径が小さく均一な凝集体の状態で分散し、且つ保存性に優れた金属化合物のコロイド溶液およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art. The crystallites of a metal compound having a small diameter and uniform are dispersed in a state of a uniform aggregate having a small diameter and excellent in storage stability. It is an object to provide a colloidal solution of a metal compound and a method for producing the same.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、金属化合物の原料である金属イオンおよび高分子分散剤を含有する2種類以上の原料溶液を所定の高剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合し、さらに、金属化合物結晶子の凝集体を破壊すると同時に単独の結晶子に高分子分散剤を吸着させることにより、径が小さく均一な金属化合物の結晶子が、径が小さく均一な凝集体の状態で分散したコロイド溶液が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention obtained two or more kinds of raw material solutions containing a metal ion and a polymer dispersant, which are raw materials for metal compounds, at a predetermined high shear rate. Introduced directly into the region, and mixed homogeneously. Furthermore, by destroying the agglomerates of metal compound crystallites and simultaneously adsorbing the polymer dispersant to a single crystallite, the crystals of metal compounds with small diameters are uniform. The inventors have found that a colloidal solution in which a child is dispersed in a state of uniform aggregates having a small diameter can be obtained, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の金属化合物のコロイド溶液は、2種類以上の原料溶液を混合することにより製造された金属化合物のコロイド溶液であって、
前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類は前記金属化合物の原料である金属イオンを含有するものであり、前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類は、(メタ)アクリル酸の単独重合体、(メタ)アクリル酸と(メタ)アクリル酸エステルとの共重合体、およびこれらのナトリウム塩、アンモニウム塩からなる群から選択される少なくとも1種の重量平均分子量が800〜3000の(メタ)アクリル酸系重合体を含有するものであり、
ローターと、該ローターの外周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された外側ステータと、前記ローターの内周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された内側ステータとを備えるホモジナイザーを用い、
前記ローターを回転させることによって形成された3000sec−1以上の剪断速度となっている領域に前記各原料溶液を独立に直接導入して均質混合することにより得られたものであり、
透過型電子顕微鏡観察により測定された粒度分布における累積個数が50%となる結晶子径d50が0.8〜3nmであり且つ累積個数が90%となる結晶子径d90が前記結晶子径d50の1.5倍以下である金属化合物の結晶子の凝集体と、高分子分散剤として前記(メタ)アクリル酸系重合体とを含有し、前記凝集体が、動的光散乱法により測定された粒度分布における累積質量が50%となる凝集粒子径D50が4〜9nmであり且つ累積質量が90%となる凝集粒子径D90が前記凝集粒子径D50の2.5倍以下のものであり、前記(メタ)アクリル酸系重合体の含有量が前記金属化合物の結晶子の単位表面積に対して9〜15mg/mであり、pHが5.0〜10.0である、ことを特徴とするものである。
That is, the colloidal solution of the metal compound of the present invention is a colloidal solution of a metal compound produced by mixing two or more raw material solutions,
At least one of the two or more raw material solutions contains a metal ion that is a raw material of the metal compound, and at least one of the two or more raw material solutions is (meth) acrylic acid. A homopolymer of (meth) acrylic acid and a copolymer of (meth) acrylic acid ester, and at least one selected from the group consisting of sodium salts and ammonium salts thereof having a weight average molecular weight of 800 to 3000 It contains a (meth) acrylic acid polymer,
Arranged so that a predetermined gap region is formed between the rotor and the outer stator arranged to form a predetermined gap region between the rotor and the inner periphery of the rotor. Using a homogenizer with an inner stator
Each of the raw material solutions is directly and independently introduced into a region formed by rotating the rotor and having a shear rate of 3000 sec −1 or more, and obtained by homogeneous mixing.
Cumulative number 50 percent becomes the crystallite size d 50 is 0.8~3nm and crystallite diameter d 90 is the crystallite size of which cumulative number of 90% at a measuring particle size distribution by transmission electron microscopy and aggregates of crystallites of the metal compound is 1.5 times the d 50, containing said as the polymer dispersant (meth) acrylic acid polymer, wherein the agglomerates, by dynamic light scattering method agglomerated particle size D 90 of and cumulative mass is the aggregated particle diameter D 50 which cumulative mass is 50% 4~9nm in measured particle size distribution is 90% or less 2.5 times the aggregate particle diameter D 50 are those of the (meth) 9~15mg / m 2 der respect to the unit surface area of the crystallite of the content of the acrylic polymer is the metal compound Ri, pH is at 5.0 to 10.0 It is characterized by that.

このような金属化合物のコロイド溶液においては、前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類が前記金属イオンを含有するものであり、残りの原料溶液のうちの少なくとも1種類が前記(メタ)アクリル酸系重合体を含有するものであることが好ましく、前記金属イオンを含有する原料溶液が前記金属化合物の原料である金属の塩を含む溶液であり、前記(メタ)アクリル酸系重合体を含有する原料溶液がさらに中和剤を含むものであることがより好ましい。また、前記金属イオンを含有する原料溶液の陽イオン濃度は0.01〜0.5mol/Lであることが好ましい。In such a metal compound colloidal solution, at least one of the two or more raw material solutions contains the metal ion, and at least one of the remaining raw material solutions contains the (meta) It is preferable to contain an acrylic acid polymer, and the raw material solution containing the metal ion is a solution containing a metal salt that is a raw material of the metal compound, and the (meth) acrylic acid polymer is More preferably, the raw material solution to be contained further contains a neutralizing agent. Moreover, it is preferable that the cation density | concentration of the raw material solution containing the said metal ion is 0.01-0.5 mol / L.

本発明の金属化合物のコロイド溶液の製造方法は、2種類以上の原料溶液を混合して金属化合物のコロイド溶液を製造する方法であって、前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類は前記金属化合物の原料である金属イオンを含有するものであり、前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類は、(メタ)アクリル酸の単独重合体、(メタ)アクリル酸と(メタ)アクリル酸エステルとの共重合体、およびこれらのナトリウム塩、アンモニウム塩からなる群から選択される少なくとも1種の重量平均分子量が800〜3000の(メタ)アクリル酸系重合体を含有するものであり、ローターと、該ローターの外周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された外側ステータと、前記ローターの内周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された内側ステータとを備えるホモジナイザーを用い、前記ローターを回転させることによって形成された3000sec−1以上(好ましくは6000sec−1以上)の剪断速度となっている領域に、前記コロイド溶液における(メタ)アクリル酸系重合体の含有量が前記金属化合物の結晶子の単位表面積に対して9〜15mg/mとなるように、前記各原料溶液を独立に直接導入して均質混合し、得られたコロイド溶液のpHを5.0〜10.0に調整することを特徴とする方法である。 The method for producing a colloidal solution of a metal compound of the present invention is a method for producing a colloidal solution of a metal compound by mixing two or more kinds of raw material solutions, wherein at least one of the two or more kinds of raw material solutions is It contains a metal ion that is a raw material of the metal compound, and at least one of the two or more raw material solutions is a homopolymer of (meth) acrylic acid, (meth) acrylic acid and (meth) It contains a copolymer with an acrylate ester, and a (meth) acrylic acid polymer having a weight average molecular weight of 800 to 3000 selected from the group consisting of sodium salts and ammonium salts thereof . A rotor and an outer stator disposed so that a predetermined gap region is formed between the outer periphery of the rotor and an inner periphery of the rotor. Using a homogenizer and a arranged inside stator as regions of constant gap is formed, the rotor 3000 sec -1 or more, which is formed by rotating the (preferably 6000Sec -1 or higher) a shear rate of In each region, each raw material solution is independently adjusted so that the content of the (meth) acrylic acid polymer in the colloidal solution is 9 to 15 mg / m 2 with respect to the unit surface area of the crystallite of the metal compound. It is a method characterized by adjusting the pH of the resulting colloidal solution to 5.0-10.0 by introducing it directly into the mixture and mixing homogeneously.

このようなコロイド溶液の製造方法においては、前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類として前記金属イオンを含有するものを使用し、残りの原料溶液のうちの少なくとも1種類として前記(メタ)アクリル酸系重合体を含有するものを使用することが好ましく、前記金属イオンを含有する原料溶液が前記金属化合物の原料である金属の塩を含む溶液であり、前記(メタ)アクリル酸系重合体を含有する原料溶液がさらに中和剤を含むものであることがより好ましい。また、前記金属イオンを含有する原料溶液の陽イオン濃度は0.01〜0.5mol/Lであることが好ましい。 In such a method for producing a colloidal solution, one containing the metal ions is used as at least one of the two or more kinds of raw material solutions, and the above (meta) is used as at least one of the remaining raw material solutions. It is preferable to use a material containing an acrylic acid polymer, and the raw material solution containing the metal ion is a solution containing a metal salt that is a raw material of the metal compound, and the (meth) acrylic acid heavy polymer It is more preferable that the raw material solution containing the coalescence further contains a neutralizing agent. Moreover, it is preferable that the cation density | concentration of the raw material solution containing the said metal ion is 0.01-0.5 mol / L.

本発明の金属化合物のコロイド溶液において、前記(メタ)アクリル酸系重合体としては、コロイド溶液のpHが5.0以上7.0未満の場合には、全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合が90%以上100%以下のものが好ましく、コロイド溶液のpHが7.0以上10.0以下の場合には前記親水基を有する繰り返し単位の割合が50%以上100%以下のものが好ましい。また、本発明の金属化合物のコロイド溶液の製造方法においては、前記(メタ)アクリル酸系重合体中の全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合が90%以上100%以下である場合にはコロイド溶液のpHを5.0以上10.0以下に調整し、前記親水基を有する繰り返し単位の割合が50%以上90%未満である場合にはコロイド溶液のpHを7.0以上10.0以下に調整することが好ましい。 Colloidal solution odor of the metal compound of the present invention Te, the (meth) acrylic acid-based polymer, when the pH of the colloidal solution is lower than 5.0 or 7.0, the hydrophilic groups of the total repeating units The ratio of those having 90 to 100% is preferable. When the pH of the colloidal solution is 7.0 to 10.0, the ratio of the repeating unit having the hydrophilic group is 50% to 100%. Is preferred. In the method for producing a colloidal solution of a metal compound of the present invention, when the ratio of those having a hydrophilic group among all repeating units in the (meth) acrylic acid polymer is 90% or more and 100% or less. Adjusts the pH of the colloidal solution to 5.0 or more and 10.0 or less, and when the ratio of the repeating unit having the hydrophilic group is 50% or more and less than 90%, the pH of the colloidal solution is 7.0 or more and 10. It is preferable to adjust to 0 or less.

なお、本発明の製造方法によって、径が小さく均一な金属化合物の結晶子が、径が小さく均一な凝集体の状態で分散したコロイド溶液が得られる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、金属化合物結晶子などのナノ粒子は水などの水性溶液中では凝集しやすく、通常、分散剤を添加してナノ粒子に吸着させて凝集を抑制している。本発明に用いられる高分子分散剤もナノ粒子に吸着して凝集を抑制するものと推察されるが、高分子分散剤を添加して通常の攪拌を行なっただけでは粒子径の大きな凝集体が形成する傾向にある。これは、通常、高分子分散剤が一次粒子よりも大きく、架橋構造を形成しやすいため、高分子分散剤の架橋反応に伴って高分子分散剤が吸着したナノ粒子が凝集するため、また、高分子分散剤が複数の金属化合物結晶子に同時に吸着するためであると推察される。   The reason why the colloidal solution in which the crystallite of the metal compound having a small diameter and uniform is dispersed in the state of a uniform aggregate having a small diameter is obtained by the production method of the present invention is not necessarily clear. Guesses as follows. That is, nanoparticles such as metal compound crystallites are likely to aggregate in an aqueous solution such as water. Usually, a dispersant is added and adsorbed on the nanoparticles to suppress aggregation. It is surmised that the polymer dispersant used in the present invention is also adsorbed to the nanoparticles and suppresses aggregation, but an aggregate having a large particle diameter is formed only by adding the polymer dispersant and performing normal stirring. Tend to form. This is because the polymer dispersant is usually larger than the primary particles and tends to form a crosslinked structure, so that the nanoparticles adsorbed by the polymer dispersant agglomerate with the crosslinking reaction of the polymer dispersant, This is presumably because the polymer dispersant is adsorbed simultaneously on a plurality of metal compound crystallites.

また、ジエタノールアミンとポリエチレングリコールを添加した場合にも粒子径の大きな凝集体が形成する傾向にある。これは、金属化合物を生成させるために添加したジエタノールアミンが、生成した金属化合物粒子に吸着してポリエチレングリコールの吸着を阻害するため、ポリエチレングリコールによる凝集抑制効果が十分に発揮されず、また、ジエタノールアミンが金属化合物粒子に吸着しても十分な立体障害斥力が作用せず、ジエタノールアミンによる凝集抑制効果も十分に発揮されないためであると推察される。また、ポリエチレングリコールの吸着量が少なく斥力の作用が小さいため、コロイド溶液の保存中に凝集体がさらに凝集して分散性が低下するものと推察される。   Further, when diethanolamine and polyethylene glycol are added, aggregates having a large particle size tend to be formed. This is because the diethanolamine added to produce the metal compound is adsorbed on the produced metal compound particles and inhibits the adsorption of polyethylene glycol, so that the aggregation suppressing effect by polyethylene glycol is not sufficiently exhibited. It is presumed that sufficient steric hindrance repulsion does not act even when adsorbed on the metal compound particles, and the aggregation suppressing effect by diethanolamine is not sufficiently exhibited. Further, since the adsorption amount of polyethylene glycol is small and the repulsive action is small, it is presumed that the aggregate further aggregates during storage of the colloidal solution and the dispersibility is lowered.

一方、本発明の製造方法においては、高分子分散剤の添加に加えて反応場に高い剪断力を付与しているため、金属化合物結晶子の凝集構造が破壊されるのと同時に高分子分散剤が結晶子に吸着し、凝集体は粒子径が比較的小さい状態でコロイド溶液中に存在するものと推察される。また、高分子分散剤はコロイド溶液中で安定に存在するため、小さな凝集体はさらに凝集せず、コロイド溶液中で安定に分散しているものと推察される。   On the other hand, in the production method of the present invention, since a high shear force is imparted to the reaction field in addition to the addition of the polymer dispersant, the aggregate structure of the metal compound crystallites is destroyed and at the same time the polymer dispersant Is adsorbed on the crystallites, and the aggregates are presumed to exist in the colloidal solution in a relatively small particle size. Further, since the polymer dispersant is stably present in the colloidal solution, it is assumed that the small aggregates are not further aggregated and are stably dispersed in the colloidal solution.

本発明によれば、径が小さく均一な金属化合物の結晶子が、径が小さく均一な凝集体の状態で分散し、且つ保存性に優れた金属化合物のコロイド溶液を得ることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to obtain a metal compound colloidal solution in which a uniform crystallite of a metal compound having a small diameter is dispersed in a state of a uniform aggregate having a small diameter and excellent in storage stability.

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.

先ず、本発明の金属化合物のコロイド溶液について説明する。本発明の金属化合物のコロイド溶液は、粒度分布における累積個数が50%となる結晶子径d50が0.8〜3nmであり且つ累積個数が90%となる結晶子径d90が前記結晶子径d50の1.5倍以下である金属化合物の結晶子の凝集体と、高分子分散剤とを含有し、前記凝集体が、粒度分布における累積質量が50%となる凝集粒子径D50が4〜70nmであり且つ累積質量が90%となる凝集粒子径D90が前記凝集粒子径D50の2.5倍以下のものであることを特徴とするものである。 First, the colloidal solution of the metal compound of the present invention will be described. Colloidal solution of metal compounds of the present invention, the crystallite diameter d 90 is the crystallites and the cumulative number is a crystallite size d 50 of 0.8~3nm cumulative number becomes 50% is 90% in the particle size distribution An aggregated particle diameter D 50 containing a crystallite aggregate of a metal compound having a diameter d 50 or less of a diameter d 50 and a polymer dispersant, wherein the aggregate has a cumulative mass in a particle size distribution of 50%. The aggregate particle diameter D 90 at which the cumulative mass is 90% and the cumulative mass is 90% is not more than 2.5 times the aggregate particle diameter D 50 .

本発明において、金属化合物の結晶子の粒度分布は、例えば、金属化合物の透過型電子顕微鏡観察において50個の金属化合物結晶子を抽出して結晶子径を直接測定することによって求めることができる。本発明のコロイド溶液に含まれる金属化合物の結晶子は、このようにして測定された粒度分布において累積個数が50%となる結晶子径d50が0.8〜3nm(好ましくは1.0〜2.0nm)であり且つ累積個数が90%となる結晶子径d90が前記結晶子径d50の1.5倍以下(好ましくは1.3倍以下)のものである。このような結晶子径d50およびd90を有する金属化合物結晶子は比表面積が大きく、例えば高活性且つ高耐久性の触媒の出発原料として有用である。 In the present invention, the particle size distribution of the metal compound crystallites can be determined by, for example, extracting 50 metal compound crystallites and directly measuring the crystallite diameter in a transmission electron microscope observation of the metal compound. Crystallites of the metal compound contained in the colloidal solution of the present invention thus crystallite size d 50 of the cumulative number of 50% in the measured particle size distribution is 0.8~3Nm (preferably 1.0 to And the crystallite diameter d 90 at which the cumulative number becomes 90% is 1.5 times or less (preferably 1.3 times or less) of the crystallite diameter d 50 . The metal compound crystallites having such crystallite diameters d 50 and d 90 have a large specific surface area and are useful as a starting material for a highly active and highly durable catalyst, for example.

本発明のコロイド溶液中では、このような金属化合物の結晶子が凝集した状態で存在している。コロイド溶液中の金属化合物結晶子の凝集体の粒度分布は、例えば、動的光散乱法により測定することができる。本発明のコロイド溶液に含まれる金属化合物結晶子の凝集体は、このようにして測定された粒度分布において累積質量が50%となる凝集粒子径D50が4〜70nm(好ましくは4〜30nm、より好ましくは4〜9nm)であり且つ累積質量が90%となる凝集粒子径D90が前記凝集粒子径D50の2.5倍以下(好ましくは2.0倍以下)のものである。このような凝集粒子径D50およびD90を有する凝集体は、熱処理により凝集粒子径に対応した大きさの結晶子となる。この結晶子は比表面積と耐熱性とのバランスに優れた触媒担体として有用である。また、前記凝集体をアルミナ骨格を有する粒子に吸着させた場合、アルミナ骨格を有する粒子の細孔径を変化させることによって、前記凝集体の細孔径分布を任意に制御することが可能となる。したがって、触媒担体の調製の際に本発明の金属化合物のコロイド溶液を用いることによって、触媒の使用温度領域に応じて理想的な形状の触媒担体を設計することが可能となり、例えば、ガス拡散性に最適な細孔径を有し、拡散律速領域で理想的な触媒活性を有する高耐熱性の触媒を得ることが可能となる。 In the colloidal solution of the present invention, such metal compound crystallites are present in an aggregated state. The particle size distribution of the aggregates of metal compound crystallites in the colloidal solution can be measured by, for example, a dynamic light scattering method. Aggregates of the metal compound crystallites contained in the colloidal solution of the present invention, aggregated particle diameter D 50 which cumulative mass in measured particle size distribution in this way is 50 percent 4~70Nm (preferably 4~30Nm, More preferably, the aggregated particle diameter D 90 with a cumulative mass of 90% is not more than 2.5 times (preferably not more than 2.0 times) the aggregated particle diameter D 50 . Aggregates having such aggregated particle diameters D 50 and D 90 become crystallites having a size corresponding to the aggregated particle diameter by heat treatment. This crystallite is useful as a catalyst carrier having an excellent balance between specific surface area and heat resistance. In addition, when the aggregate is adsorbed on particles having an alumina skeleton, the pore size distribution of the aggregate can be arbitrarily controlled by changing the pore diameter of the particles having the alumina skeleton. Therefore, by using the colloidal solution of the metal compound of the present invention in the preparation of the catalyst carrier, it becomes possible to design an ideally shaped catalyst carrier according to the operating temperature range of the catalyst. It is possible to obtain a highly heat-resistant catalyst having an optimum pore diameter and having an ideal catalytic activity in the diffusion-controlled region.

本発明にかかる金属化合物に含まれる金属としては特に制限はないが、Ti、Zr、Al、Si、希土類金属(La、Ce、Pr、Y、Scなど)、アルカリ土類金属(Sr、Ca、Baなど)、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Rh、Ag、Pt、Pd、Au、V、Mnなどが挙げられる。これらの金属は1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。中でも、酸素ストレージ能と耐熱性を有するという観点からZr、Ce、Y、Al、Laが好ましい。   The metal contained in the metal compound according to the present invention is not particularly limited, but Ti, Zr, Al, Si, rare earth metals (La, Ce, Pr, Y, Sc, etc.), alkaline earth metals (Sr, Ca, Ba, etc.), Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Rh, Ag, Pt, Pd, Au, V, Mn and the like. These metals may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. Among these, Zr, Ce, Y, Al, and La are preferable from the viewpoint of having oxygen storage ability and heat resistance.

また、本発明にかかる金属化合物としては特に制限はないが、前記金属の酸化物、水酸化物、塩、炭化物、窒化物、硫化物、これらの中間生成物などが挙げられる。前記金属酸化物としては、前記金属を1種含有する酸化物、前記金属を2種以上含有する複合酸化物、前記金属を1種含有する酸化物の混合物などが挙げられる。具体的な金属酸化物としては、CeO、ZrO、Y、TiO、Al、Fe、これらの複合酸化物、および混合物などが挙げられ、中でも、酸素ストレージ能と耐熱性を有するという観点から、CeOまたはZrOを主成分とする複合酸化物が好ましく、CeO−ZrO−Y3元系複合酸化物がより好ましい。 Further, the metal compound according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include the metal oxides, hydroxides, salts, carbides, nitrides, sulfides, and intermediate products thereof. Examples of the metal oxide include an oxide containing one kind of the metal, a composite oxide containing two or more kinds of the metal, and a mixture of oxides containing one kind of the metal. Specific metal oxides include CeO 2 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , composite oxides thereof, and mixtures thereof, among others, oxygen storage from the viewpoint of having a capability and heat resistance, composite oxide composed mainly of CeO 2 or ZrO 2 are preferable, CeO 2 -ZrO 2 -Y 2 O 3 3 -element complex oxide are more preferred.

また、前記金属水酸化物としては、前記金属を1種または2種以上含有する水酸化物、およびこれらの混合物などが挙げられる。具体的な金属水酸化物としては、Ce(OH)、Zr(OH)、Al(OH)、Ti(OH)、Fe(OH)などが挙げられる。さらに、前記金属塩としては、硫酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、リン酸塩などが挙げられる。具体的な金属塩としては、BaSO、CaCO、シュウ酸カルシウム、リン酸チタニウムなどが挙げられる。また、炭化物、窒化物、硫化物等についても同様である。 Examples of the metal hydroxide include hydroxides containing one or more of the metals, and mixtures thereof. Specific examples of the metal hydroxide include Ce (OH) 4 , Zr (OH) 4 , Al (OH) 3 , Ti (OH) 4 , and Fe (OH) 2 . Furthermore, examples of the metal salt include sulfates, carbonates, oxalates, and phosphates. Specific examples of the metal salt include BaSO 4 , CaCO 3 , calcium oxalate, and titanium phosphate. The same applies to carbides, nitrides, sulfides and the like.

本発明のコロイド溶液には高分子分散剤が含まれている。コロイド溶液中に高分子分散剤が存在することによって、前記金属化合物の結晶子は、前記凝集粒子径および前記粒度分布を有する凝集体の状態で安定してコロイド溶液中に分散することが可能となる。   The colloidal solution of the present invention contains a polymer dispersant. The presence of the polymer dispersant in the colloidal solution enables the crystallites of the metal compound to be stably dispersed in the colloidal solution in the state of an aggregate having the aggregated particle size and the particle size distribution. Become.

本発明のコロイド溶液において、前記高分子分散剤の含有量としては、前記金属化合物の結晶子の単位表面積に対して9〜21mg/mが好ましく、9〜15mg/mがより好ましい。高分子分散剤の含有量が前記範囲にあると金属化合物結晶子の凝集体は粒子径が小さく均一なものとなり、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、前記高分子分散剤の含有量が前記下限未満になると金属化合物結晶子の表面を高分子分散剤が十分に被覆することができず、結晶子同士が凝集してより大きな凝集体が形成される傾向にあり、他方、前記上限を超えるとコロイド溶液中に遊離の高分子分散剤が多く存在するため、高分子分散剤の架橋反応が著しく進行し、より大きな凝集体が残存する傾向にある。 In the colloidal solution of the present invention, the content of the polymer dispersant is preferably 9 to 21 mg / m 2 and more preferably 9 to 15 mg / m 2 with respect to the unit surface area of the crystallite of the metal compound. When the content of the polymer dispersant is in the above range, the aggregate of the metal compound crystallites has a small particle size and is uniform, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. On the other hand, when the content of the polymer dispersant is less than the lower limit, the surface of the metal compound crystallite cannot be sufficiently covered with the polymer dispersant, and the crystallites aggregate to form larger aggregates. On the other hand, if the upper limit is exceeded, a large amount of free polymer dispersant is present in the colloidal solution, so that the crosslinking reaction of the polymer dispersant proceeds remarkably and larger aggregates tend to remain. is there.

このような高分子分散剤の重量平均分子量としては特に制限はないが、800〜8000が好ましく、800〜3000がより好ましい。高分子分散剤の重量平均分子量が前記範囲にあると金属化合物結晶子の凝集体は粒子径が小さく均一なものとなり、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、高分子分散剤の重量平均分子量が前記下限未満になると高分子分散剤が結晶子に吸着しても立体障害や静電反発による斥力が十分に発現せず、結晶子同士が凝集する傾向にあり、他方、前記上限を超えると高分子分散剤が結晶子に比べて極端に大きくなり、より大きな凝集体が残存する傾向にある。なお、前記重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定され、標準ポリスチレンで換算した値である。   Although there is no restriction | limiting in particular as a weight average molecular weight of such a polymer dispersing agent, 800-8000 are preferable and 800-3000 are more preferable. When the weight average molecular weight of the polymer dispersant is within the above range, the aggregate of metal compound crystallites has a small particle size and becomes uniform, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. On the other hand, when the weight average molecular weight of the polymer dispersant is less than the lower limit, even if the polymer dispersant is adsorbed to the crystallite, the repulsive force due to steric hindrance or electrostatic repulsion is not sufficiently exhibited, and the crystallites tend to aggregate. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the polymer dispersant becomes extremely larger than the crystallites, and larger aggregates tend to remain. The weight average molecular weight is a value measured by gel permeation chromatography (GPC) and converted to standard polystyrene.

本発明に用いられる高分子分散剤としては、(メタ)アクリル酸の単独重合体、(メタ)アクリル酸と(メタ)アクリル酸エステルとの共重合体、(メタ)アクリル酸と他のビニルモノマーとの共重合体といった(メタ)アクリル酸系重合体などが挙げられ、中でも、水溶性を保持するという観点から、(メタ)アクリル酸系重合体が好ましく、(メタ)アクリル酸の単独重合体および(メタ)アクリル酸と(メタ)アクリル酸エステルとの共重合体がより好ましい。   The polymer dispersant used in the present invention includes a homopolymer of (meth) acrylic acid, a copolymer of (meth) acrylic acid and (meth) acrylic acid ester, (meth) acrylic acid and other vinyl monomers (Meth) acrylic acid polymers such as copolymers, and (meth) acrylic acid polymers are preferred from the viewpoint of maintaining water solubility, and (meth) acrylic acid homopolymers. A copolymer of (meth) acrylic acid and (meth) acrylic acid ester is more preferred.

また、高分子分散剤として(メタ)アクリル酸系重合体を用いた場合、本発明のコロイド溶液のpHは5.0〜10.0であることが好ましく、6.0〜9.0であることがより好ましい。コロイド溶液のpHが前記範囲にあると金属化合物結晶子の凝集体は粒子径が小さく均一なものとなり、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、pHが前記下限未満になると(メタ)アクリル酸系重合体中のカルボキシル基が解離しないため、(メタ)アクリル酸系重合体の金属化合物結晶子への吸着量が少なくなり、結晶子同士がさらに凝集する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、金属化合物の種類にも依るが、金属化合物結晶子の表面が負にチャージしやすく、カルボキシル基が解離した(メタ)アクリル酸系重合体の吸着量が少なくなり、結晶子同士がさらに凝集する傾向にある。   Moreover, when a (meth) acrylic acid polymer is used as the polymer dispersant, the pH of the colloidal solution of the present invention is preferably 5.0 to 10.0, and 6.0 to 9.0. It is more preferable. When the pH of the colloidal solution is within the above range, the aggregate of metal compound crystallites has a small particle size and becomes uniform, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. On the other hand, since the carboxyl group in the (meth) acrylic acid polymer does not dissociate when the pH is less than the lower limit, the amount of adsorption of the (meth) acrylic acid polymer to the metal compound crystallite decreases, On the other hand, when the above upper limit is exceeded, depending on the type of the metal compound, the surface of the metal compound crystallite is likely to be negatively charged, and the (meth) acrylic acid-based heavy compound in which the carboxyl group has been dissociated. The adsorbed amount of coalescence decreases, and crystallites tend to aggregate further.

また、前記(メタ)アクリル酸系重合体中の全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合としては、得られるコロイド溶液のpHが5.0以上7.0未満の場合には90%以上100%以下が好ましい。また、コロイド溶液のpHが7.0以上10.0以下の場合には親水基を有する繰り返し単位の割合は50%以上100%以下が好ましく、75%以上100%以下がより好ましい。親水基を有する繰り返し単位の割合が前記範囲にあると(メタ)アクリル酸系重合体が金属化合物結晶子にループトレイン型で吸着するため、立体障害による斥力が作用して結晶子同士の凝集が効果的に抑制され、金属化合物結晶子の凝集体は粒子径が小さく均一なものとなり、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、親水基を有する繰り返し単位の割合が前記下限未満になると(メタ)アクリル酸系重合体中の解離したカルボキシル基が不足し、(メタ)アクリル酸系重合体の金属化合物結晶子への吸着量が少なくなり、結晶子同士がさらに凝集する傾向にある。   The proportion of those having a hydrophilic group among all repeating units in the (meth) acrylic acid polymer is 90% or more when the pH of the resulting colloidal solution is 5.0 or more and less than 7.0. 100% or less is preferable. When the pH of the colloidal solution is 7.0 or more and 10.0 or less, the ratio of the repeating unit having a hydrophilic group is preferably 50% or more and 100% or less, and more preferably 75% or more and 100% or less. When the ratio of the repeating unit having a hydrophilic group is within the above range, the (meth) acrylic acid polymer is adsorbed to the metal compound crystallite in a loop train type, and therefore repulsive force due to steric hindrance acts to cause aggregation of the crystallites. Effectively suppressed, the agglomerates of metal compound crystallites have a small particle size and are uniform, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. On the other hand, when the ratio of the repeating unit having a hydrophilic group is less than the lower limit, the dissociated carboxyl group in the (meth) acrylic acid polymer is insufficient, and the (meth) acrylic acid polymer is adsorbed on the metal compound crystallite. The amount decreases and the crystallites tend to further aggregate.

本発明に用いられる溶媒としては、水が好ましい。したがって、本発明のコロイド溶液としてはコロイド水溶液が好ましい。   The solvent used in the present invention is preferably water. Accordingly, a colloidal aqueous solution is preferred as the colloidal solution of the present invention.

このような本発明の金属化合物のコロイド溶液は、例えば、2種類以上の原料溶液(好ましくは原料水溶液。以下、同様である。)を混合する方法であって、前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類として前記金属イオンを含有するものを使用し、前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類として前記高分子分散剤を含有するものを使用し、これら原料溶液を3000sec−1以上の高剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合する方法によって製造することができる。この方法によれば、金属化合物結晶子が凝集しやすい水中においても、径が小さく均一な凝集体の状態で金属化合物結晶子を分散させることが可能となる。 Such a colloidal solution of the metal compound of the present invention is, for example, a method of mixing two or more kinds of raw material solutions (preferably a raw material aqueous solution, the same shall apply hereinafter), using those containing the metal ions as at least one of which uses those containing the polymer dispersing agent as at least one of said two or more kinds of raw material solution, 3000 sec these raw solution - It can be produced by a method in which it is independently introduced directly into a region having a high shear rate of 1 or more and homogeneously mixed. According to this method, it is possible to disperse the metal compound crystallites in a state of uniform aggregates with a small diameter even in water in which the metal compound crystallites easily aggregate.

このような金属化合物のコロイド溶液の製造に用いられる装置としては、例えば、図1に示すものが挙げられる。以下、図面を参照しながら、本発明の金属化合物のコロイド溶液を製造するための好適な装置ついて詳細に説明する。なお、以下の説明および図面中、同一または相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   As an apparatus used for manufacturing such a colloidal solution of a metal compound, for example, the apparatus shown in FIG. Hereinafter, a preferred apparatus for producing a colloidal solution of a metal compound of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description and drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted.

図1に示す製造装置は、高速攪拌装置としてホモジナイザー10を備えており、ホモジナイザー10の先端部(攪拌部)が反応容器20内に配置されている。ホモジナイザー10の先端部は、図2に示すように、凹型のローター11と、ローター11の外周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された凹型の外側ステータ12と、ローター11の内周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された凸型の内側ステータ13とを備えている。さらに、ローター11は、回転シャフト14を介してモーター15に接続されており、高速回転することが可能な構造となっている。   The manufacturing apparatus shown in FIG. 1 includes a homogenizer 10 as a high-speed stirring device, and the tip (stirring portion) of the homogenizer 10 is disposed in the reaction vessel 20. As shown in FIG. 2, the front end of the homogenizer 10 includes a concave outer stator 12 disposed so that a predetermined gap region is formed between the concave rotor 11 and the outer periphery of the rotor 11, and the rotor. 11 and a convex inner stator 13 arranged so that a predetermined gap region is formed between the inner periphery of the inner stator 11 and the inner periphery. Furthermore, the rotor 11 is connected to a motor 15 via a rotating shaft 14 and has a structure capable of rotating at high speed.

そして、図1に示す製造装置においては、複数のノズル、すなわち、原料溶液Aを導入するためのノズル16Aと原料溶液Bを導入するためのノズル16Bとが、それぞれ内側ステータ13におけるローター11に対向する面にそれぞれ設けられている。また、ノズル16Aには流路17Aを介して原料溶液Aの供給装置(図示せず)が、ノズル16Bには流路17Bを介して原料溶液Bの供給装置(図示せず)がそれぞれ接続されており、ローター11と内側ステータ13との間の領域に原料溶液Aと原料溶液Bとをそれぞれ独立して直接的に導入することが可能な構造となっている。   In the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, a plurality of nozzles, that is, a nozzle 16 </ b> A for introducing the raw material solution A and a nozzle 16 </ b> B for introducing the raw material solution B are opposed to the rotor 11 in the inner stator 13. It is provided on each surface. Further, a supply device (not shown) for the raw material solution A is connected to the nozzle 16A via a flow path 17A, and a supply device (not shown) for the raw material solution B is connected to the nozzle 16B via a flow path 17B. The raw material solution A and the raw material solution B can be directly and independently introduced into the region between the rotor 11 and the inner stator 13.

さらに、図1に示す製造装置においては、図3および図4に示すように、ノズル16Aおよびノズル16Bが、内側ステータ13におけるローター11に対向する面において、ローター11の回転軸Xに対して直交する所定の面Yの外周方向に交互に設けられている。   Further, in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, as shown in FIGS. 3 and 4, the nozzle 16 </ b> A and the nozzle 16 </ b> B are orthogonal to the rotation axis X of the rotor 11 on the surface facing the rotor 11 in the inner stator 13. The predetermined surfaces Y are alternately provided in the outer peripheral direction.

なお、図3および図4においては、ノズル16Aおよびノズル16Bがそれぞれ12個ずつ設けられているが(24孔タイプ)、ノズル16Aおよびノズル16Bの数は特に限定されるものではない。したがって、ノズル16Aおよびノズル16Bがそれぞれ1個ずつ設けられていればよいが(2孔タイプ)、原料溶液Aおよび原料溶液Bが前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間をより短縮できるという観点から、ノズル16Aおよびノズル16Bの数はそれぞれ10個以上であることが好ましく、20個以上であることがより好ましい。一方、ノズル16Aおよびノズル16Bのそれぞれの数の上限は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、ノズルの詰まりをより確実に防止するという観点から、交互に配置されたノズル16Aおよびノズル16Bの開口部の直径が0.1mm程度以上の寸法を取り得るようにすることが好ましい。このようにノズルの開口部の直径は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、ノズルの詰まりをより確実に防止するという観点から、0.1〜1mm程度であることが好ましい。   3 and 4, 12 nozzles 16A and 12 nozzles 16B are provided (24-hole type), but the number of nozzles 16A and nozzles 16B is not particularly limited. Therefore, it is only necessary to provide one nozzle 16A and one nozzle 16B (two-hole type), but the time from when the raw material solution A and the raw material solution B are introduced into the region until homogeneous mixing is further reduced. From the viewpoint of being able to do so, the number of nozzles 16A and 16B is preferably 10 or more, and more preferably 20 or more. On the other hand, the upper limit of the number of each of the nozzles 16A and 16B is not particularly limited and varies depending on the size of the apparatus. From the viewpoint of more reliably preventing nozzle clogging, the alternately arranged nozzles 16A It is preferable that the diameter of the opening of the nozzle 16B can be about 0.1 mm or more. As described above, the diameter of the opening of the nozzle is not particularly limited and varies depending on the size of the apparatus, but is preferably about 0.1 to 1 mm from the viewpoint of more reliably preventing nozzle clogging. .

また、図3および図4においては、ノズル16Aおよびノズル16Bが、ローター11の回転軸Xに対して直交する一つの面Yの外周方向に一列に交互に設けられているが、複数の面の外周方向に複数の列において交互に設けられていてもよい。   3 and 4, the nozzles 16A and the nozzles 16B are alternately provided in a row in the outer circumferential direction of one surface Y orthogonal to the rotation axis X of the rotor 11. It may be provided alternately in a plurality of rows in the outer circumferential direction.

以上説明した図1に示す製造装置においては、ノズル16Aとノズル16Bとから原料溶液Aおよび原料溶液Bがそれぞれ導入される領域、すなわち図1および図2においてはローター11の内周と内側ステータ13の外周との間の領域において、剪断速度が3000sec−1以上であることが好ましく、6000sec−1以上であることが特に好ましい。この領域の剪断速度が前記下限未満になると金属化合物結晶子の凝集と複数の結晶子に高分子分散剤が吸着した構造が破壊されず、より大きな凝集体が残存する傾向にある。 In the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 described above, regions where the raw material solution A and the raw material solution B are respectively introduced from the nozzle 16A and the nozzle 16B, that is, the inner periphery of the rotor 11 and the inner stator 13 in FIGS. in the region between the outer periphery of, preferably shear rate is 3000 sec -1 or more, and particularly preferably 6000Sec -1 or more. When the shear rate in this region is less than the lower limit, the aggregation of the metal compound crystallites and the structure in which the polymer dispersant is adsorbed on the plurality of crystallites are not destroyed, and larger aggregates tend to remain.

このような高い剪断速度を達成するための条件としては、ローターの回転速度およびローターとステータとの間のギャップの大きさが影響するため、前記領域の剪断速度が前記条件を満たすようにそれらを設定する必要がある。具体的なローター11の回転速度は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、例えば、内側ステータ13の外径12.2mm、ローター11と外側ステータ12との間のギャップ0.5mm、およびローター11と内側ステータ13との間のギャップ0.5mmの場合にはローター11の回転速度を好ましくは3000〜30000rpm、より好ましくは3000〜20000rpmに設定することによって前記範囲の剪断速度を達成することが可能となる。   The conditions for achieving such a high shear rate are affected by the rotational speed of the rotor and the size of the gap between the rotor and the stator. Must be set. The specific rotation speed of the rotor 11 is not particularly limited and varies depending on the size of the apparatus. For example, the outer diameter of the inner stator 13 is 12.2 mm, and the gap between the rotor 11 and the outer stator 12 is 0. In the case of 5 mm and a gap between the rotor 11 and the inner stator 13 of 0.5 mm, the rotational speed of the rotor 11 is preferably set to 3000 to 30000 rpm, more preferably 3000 to 20000 rpm, and the shear rate in the above range is set. Can be achieved.

また、ローター11と内側ステータ13との間のギャップの大きさも特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、0.2〜1.0mmであることが好ましく、0.2〜0.5mmであることがより好ましい。さらに、ローター11と外側ステータ12との間のギャップの大きさも特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、0.2〜1.0mmであることが好ましく、0.2〜0.5mmであることがより好ましい。このギャップの大きさの変化に対応してローター11の回転速度を調整することにより前記範囲の剪断速度を達成することが可能となる。これらのギャップが前記下限未満になるとギャップの詰まりが発生し易くなる傾向にあり、前記上限を超えると高い剪断速度を達成できなくなる傾向にある。   Further, the size of the gap between the rotor 11 and the inner stator 13 is not particularly limited and varies depending on the size of the device, but is preferably 0.2 to 1.0 mm, and preferably 0.2 to 0 mm. More preferably, it is 5 mm. Further, the size of the gap between the rotor 11 and the outer stator 12 is not particularly limited, and varies depending on the size of the device, but is preferably 0.2 to 1.0 mm, and preferably 0.2 to 0 mm. More preferably, it is 5 mm. By adjusting the rotational speed of the rotor 11 in response to the change in the size of the gap, it becomes possible to achieve the shear speed in the above range. When these gaps are less than the lower limit, clogging of the gaps tends to occur, and when the upper limit is exceeded, high shear rates tend not to be achieved.

また、図1に示す製造装置においては、ノズル16Aとノズル16Bとからそれぞれ供給された原料溶液Aおよび原料溶液Bが、前記領域に導入されてから1msec以内(特に好ましくは0.5msec以内)に均質混合されるようにノズル16Aおよびノズル16Bが配置されていることが好ましい。なお、ここでいう原料溶液が前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間とは、ノズル16A(またはノズル16B)から導入された原料溶液A(または原料溶液B)がローター11の回転につれて移動し、隣接するノズル16B(またはノズル16A)の位置に到達してノズル16B(またはノズル16A)から導入された原料溶液B(または原料溶液A)と混合されるまでの時間をいう。   Further, in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the raw material solution A and the raw material solution B respectively supplied from the nozzle 16A and the nozzle 16B are introduced within 1 msec (particularly preferably within 0.5 msec) after being introduced into the region. It is preferable that the nozzle 16A and the nozzle 16B are arranged so as to be homogeneously mixed. Here, the time from when the raw material solution is introduced into the region until it is homogeneously mixed is the time when the raw material solution A (or raw material solution B) introduced from the nozzle 16A (or nozzle 16B) rotates the rotor 11. It is a time until the position of the adjacent nozzle 16B (or nozzle 16A) is reached and mixed with the raw material solution B (or raw material solution A) introduced from the nozzle 16B (or nozzle 16A).

以上、本発明のコロイド溶液の製造に用いられる装置について説明したが、本発明のコロイド溶液の製造方法は、図1に示す製造装置を用いる方法に限定されるものではない。例えば、図1に示す製造装置においては、2種類の原料溶液が導入できるように構成されているが、3種類以上の原料溶液が導入できるようにノズルや原料溶液供給装置等を構成してもよい。   As mentioned above, although the apparatus used for manufacture of the colloidal solution of this invention was demonstrated, the manufacturing method of the colloidal solution of this invention is not limited to the method using the manufacturing apparatus shown in FIG. For example, the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 is configured so that two kinds of raw material solutions can be introduced, but a nozzle, a raw material solution supply apparatus, or the like may be configured so that three or more kinds of raw material solutions can be introduced. Good.

また、図1に示す製造装置においては、ノズル16Aとノズル16Bとがそれぞれ内側ステータ13におけるローター11に対向する面にそれぞれ設けられているが、ノズル16Aとノズル16Bとがそれぞれ外側ステータ12におけるローター11に対向する面にそれぞれ設けられていてもよい。そのように構成すれば、ローター11と外側ステータ12との間の領域に原料溶液Aと原料溶液Bとをそれぞれ独立して直接的に導入することが可能となる。なお、その領域における剪断速度は前記条件を満たすように設定する必要がある。   Further, in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the nozzle 16 </ b> A and the nozzle 16 </ b> B are respectively provided on the surface facing the rotor 11 in the inner stator 13, but the nozzle 16 </ b> A and the nozzle 16 </ b> B are respectively rotors in the outer stator 12. 11 may be provided respectively on the surface facing 11. If comprised in that way, it will become possible to introduce the raw material solution A and the raw material solution B directly into the area | region between the rotor 11 and the outer side stator 12, respectively independently. Note that the shear rate in that region needs to be set so as to satisfy the above condition.

次に、本発明のコロイド溶液の製造方法の好適な一実施形態について説明する。本発明のコロイド溶液の製造方法においては、原料溶液を導入する領域の剪断速度を前記範囲に設定し、前記各原料溶液を前記領域に独立して直接的に導入する。例えば、図1に示す製造装置を用いる場合には、ノズル16Aとノズル16Bとから原料溶液Aおよび原料溶液Bがそれぞれ導入される領域、すなわち図1および図2においてはローター11と内側ステータ13との間の領域の剪断速度が前記範囲となるようにローター11を高速回転させ、原料溶液Aおよび原料溶液Bをそれぞれノズル16Aおよびノズル16Bから前記領域に独立して直接的に導入する。このように極めて高剪断速度となっている領域に直接導入された各原料溶液は、極めて短時間の間に均質混合されて反応が終了し、金属化合物の結晶子が形成され、著しく凝集する。これと同時に、瞬時に凝集体が破壊され、効果的に高分子分散剤が結晶子表面に吸着する。その結果、結晶子が高分散したコロイド溶液を得ることができる。   Next, a preferred embodiment of the method for producing a colloidal solution of the present invention will be described. In the method for producing a colloidal solution of the present invention, the shear rate of the region into which the raw material solution is introduced is set in the above range, and each of the raw material solutions is directly and independently introduced into the region. For example, when the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 is used, regions where the raw material solution A and the raw material solution B are respectively introduced from the nozzle 16A and the nozzle 16B, that is, the rotor 11 and the inner stator 13 in FIG. 1 and FIG. The rotor 11 is rotated at a high speed so that the shear rate in the region between is within the above range, and the raw material solution A and the raw material solution B are directly introduced into the region independently from the nozzle 16A and the nozzle 16B, respectively. Thus, each raw material solution directly introduced into the region where the shear rate is extremely high is homogeneously mixed in a very short time to complete the reaction, and a crystallite of a metal compound is formed and remarkably aggregates. At the same time, the aggregate is instantaneously broken, and the polymer dispersant is effectively adsorbed on the crystallite surface. As a result, a colloidal solution in which crystallites are highly dispersed can be obtained.

本発明のコロイド溶液の製造方法においては、前記金属イオンと前記高分子分散剤は、同じ原料溶液に含まれていてもよいし、各々別の原料溶液に含まれていてもよいが、前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類が前記金属イオンを含むものであり、残りの原料溶液のうちの少なくとも1種類が前記高分子分散剤を含むものであることが好ましい。例えば、図1に示す製造装置を用いる場合には、前記金属イオンと前記高分子分散剤がともに原料溶液Aに含まれていてもよいし、原料溶液Aに前記金属イオンが含まれ、原料溶液Bに前記高分子分散剤が含まれていてもよいが、後者が好ましい。   In the method for producing a colloidal solution of the present invention, the metal ions and the polymer dispersant may be contained in the same raw material solution, or may be contained in different raw material solutions. It is preferable that at least one of the plurality of raw material solutions contains the metal ion, and at least one of the remaining raw material solutions contains the polymer dispersant. For example, when the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 is used, both the metal ions and the polymer dispersant may be contained in the raw material solution A, or the raw material solution A contains the metal ions. The polymer dispersant may be contained in B, but the latter is preferable.

また、本発明のコロイド溶液の製造方法においては、前記金属イオンを含む原料溶液(例えば前記原料溶液A)の陽イオン濃度としては0.01〜0.5mol/Lが好ましく、0.05〜0.1mol/Lがより好ましい。陽イオン濃度が前記範囲にあると金属化合物結晶子の凝集体は粒子径が小さく均一なものとなり、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、陽イオン濃度が前記下限未満になると金属化合物の結晶子の収率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えるとコロイド溶液中の金属化合物結晶子の粒子間距離が短くなるため、結晶子に吸着した高分子分散剤が多数の結晶子に吸着しやすくなり、結晶子や凝集体同士がさらに凝集する傾向にある。   In the method for producing a colloidal solution of the present invention, the cation concentration of the raw material solution containing the metal ions (for example, the raw material solution A) is preferably 0.01 to 0.5 mol / L, preferably 0.05 to 0. More preferable is 1 mol / L. When the cation concentration is within the above range, the aggregate of metal compound crystallites has a small particle size and becomes uniform, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. On the other hand, when the cation concentration is less than the lower limit, the yield of the crystallites of the metal compound tends to decrease, whereas when the upper limit is exceeded, the distance between the particles of the metal compound crystallites in the colloidal solution is shortened. The polymer dispersant adsorbed on the crystallites tends to be adsorbed on many crystallites, and the crystallites and aggregates tend to further aggregate.

本発明のコロイド溶液の製造方法において高分子分散剤として(メタ)アクリル酸系重合体を用いた場合には、コロイド溶液のpHを5.0〜10.0に調整することが好ましく、6.0〜9.0に調整することがより好ましい。特に、前記(メタ)アクリル酸系重合体として全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合が90%以上100%以下のものを用いる場合には、コロイド溶液のpHを5.0以上10.0以下に調整することがさらに好ましい。また、親水基を有する繰り返し単位の割合が50%以上90%未満(より好ましくは75%以上90%未満)のものを用いる場合には、コロイド溶液のpHを7.0以上10.0以下に調整することがさらに好ましい。コロイド溶液のpHを前記範囲に調整することにより粒子径が小さく均一な金属化合物結晶子の凝集体を得ることができ、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、pHが前記下限未満になると(メタ)アクリル酸系重合体中のカルボキシル基が解離しないため、(メタ)アクリル酸系重合体の金属化合物結晶子への吸着量が少なくなり、結晶子同士がさらに凝集する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、金属化合物の種類にも依るが、金属化合物結晶子の表面が負にチャージしやすく、カルボキシル基が解離した(メタ)アクリル酸系重合体の吸着量が少なくなり、結晶子同士がさらに凝集する傾向にある。   When a (meth) acrylic acid polymer is used as a polymer dispersant in the method for producing a colloidal solution of the present invention, it is preferable to adjust the pH of the colloidal solution to 5.0 to 10.0. It is more preferable to adjust to 0-9.0. In particular, when the (meth) acrylic acid-based polymer having a hydrophilic group among all repeating units of 90% to 100% is used, the colloidal solution has a pH of 5.0 to 10. More preferably, it is adjusted to 0 or less. In addition, when the ratio of the repeating unit having a hydrophilic group is 50% or more and less than 90% (more preferably 75% or more and less than 90%), the pH of the colloidal solution is 7.0 or more and 10.0 or less. It is more preferable to adjust. By adjusting the pH of the colloidal solution to the above range, a uniform aggregate of metal compound crystallites having a small particle diameter can be obtained, and a colloidal solution excellent in storage stability can be obtained. On the other hand, since the carboxyl group in the (meth) acrylic acid polymer does not dissociate when the pH is less than the lower limit, the amount of adsorption of the (meth) acrylic acid polymer to the metal compound crystallite decreases, On the other hand, when the above upper limit is exceeded, depending on the type of the metal compound, the surface of the metal compound crystallite is likely to be negatively charged, and the (meth) acrylic acid-based heavy compound in which the carboxyl group has been dissociated. The adsorbed amount of coalescence decreases, and crystallites tend to aggregate further.

各原料溶液の送液速度としては特に制限はないが、10〜30ml/minが好ましい。原料溶液の送液速度が前記下限未満になると金属化合物の結晶子やその凝集体の製造効率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると金属化合物結晶子の凝集体の粒子径が大きくなる傾向にある。   The feed rate of each raw material solution is not particularly limited, but is preferably 10 to 30 ml / min. When the feed rate of the raw material solution is less than the lower limit, the production efficiency of the metal compound crystallites and aggregates thereof tends to decrease. Tend to be.

このような本発明のコロイド溶液の製造方法に適用できる反応系は特に制限されず、アルコキシドの加水分解反応や貧溶媒を用いた溶解度変化を利用する析出反応などが挙げられるが、中和反応や酸化還元反応といった核生成速度や反応速度が極めて早い反応においても前記製造方法によれば金属化合物結晶子の凝集体は粒子径が小さく均一なものとなり、保存安定性に優れたコロイド溶液が得られるため、本発明の製造方法はこのような核生成速度や反応速度が極めて早い反応系に対して特に有用である。   The reaction system applicable to such a method for producing a colloidal solution of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a hydrolysis reaction of alkoxide and a precipitation reaction utilizing a change in solubility using a poor solvent. Even in a reaction with a very fast nucleation rate or reaction rate such as an oxidation-reduction reaction, the agglomerates of metal compound crystallites have a small particle size and become uniform according to the production method, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. Therefore, the production method of the present invention is particularly useful for such a reaction system having a very high nucleation rate and reaction rate.

このような中和反応、酸化還元反応などにおける具体的な反応系は特に制限されるものではないが、例えば、2種類の原料溶液を用いる場合には以下のような反応系が挙げられる。   The specific reaction system in such neutralization reaction, oxidation-reduction reaction and the like is not particularly limited. For example, when two kinds of raw material solutions are used, the following reaction system can be mentioned.

(i)中和反応I
原料溶液A(金属イオン含有溶液):金属化合物の原料である前記金属の酢酸塩、脂肪酸塩(例えばシュウ酸塩)、無機酸の塩(例えば硝酸塩、硫酸塩、塩酸塩)を含有する溶液
原料溶液B(中和剤):アンモニア水、脂肪酸(例えばシュウ酸)もしくは無機酸(例えば硝酸、硫酸、塩酸)のアンモニウム塩を含有する溶液、またはアルカリ金属水酸化物溶液(水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液など)。
(I) Neutralization reaction I
Raw material solution A (metal ion-containing solution): Solution raw material containing the metal acetate, fatty acid salt (eg, oxalate), and inorganic acid salt (eg, nitrate, sulfate, hydrochloride) that is the raw material of the metal compound Solution B (neutralizing agent): ammonia water, a solution containing an ammonium salt of a fatty acid (for example, oxalic acid) or an inorganic acid (for example, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid), or an alkali metal hydroxide solution (aqueous sodium hydroxide solution, water) Potassium oxide aqueous solution).

(ii)中和反応II
原料溶液A(アルカリ性原料液):酢酸バリウム、塩化カルシウムなどを含有する溶液
原料溶液B(酸性原料液):硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウムなどを含有する溶液。
(Ii) Neutralization reaction II
Raw material solution A (alkaline raw material liquid): Solution raw material solution B (acidic raw material liquid) containing barium acetate, calcium chloride and the like: A solution containing ammonium sulfate, ammonium carbonate and the like.

(iii)酸化還元反応
原料溶液A:硝酸銀、塩化白金酸などを含有する溶液
原料溶液B:アセトアルデヒド溶液、水素化ホウ素ナトリウム溶液、ヒドラジン、エタノールなど。
(Iii) Redox reaction raw material solution A: Solution raw material solution B containing silver nitrate, chloroplatinic acid, etc .: Acetaldehyde solution, sodium borohydride solution, hydrazine, ethanol, and the like.

なお、高分子分散剤は、上記いずれの反応においても原料溶液Aおよび原料溶液Bの少なくとも一方に含まれていればよいが、原料溶液Bに含まれていることが好ましい。例えば、前記中和反応Iにおいては、金属化合物の原料である前記金属の塩を含有する原料溶液Aと、中和剤と高分子分散剤とを含有する原料溶液Bとを用いることが好ましい。   The polymer dispersant may be contained in at least one of the raw material solution A and the raw material solution B in any of the above reactions, but is preferably contained in the raw material solution B. For example, in the neutralization reaction I, it is preferable to use a raw material solution A containing a metal salt that is a raw material of a metal compound and a raw material solution B containing a neutralizing agent and a polymer dispersant.

このような原料溶液の組成や組み合わせは、目的とする金属化合物のコロイド溶液の種類や使用する原料の種類などに応じて適宜設定することができる。例えば、CeOを含有する金属酸化物のコロイド溶液を製造する場合、原料溶液Aとして4価のセリウムイオンを含むもの、および3価のセリウムイオンを含むもののいずれの原料溶液も使用することもできるが、後者の原料溶液Aを使用する場合には、酸化させて4価のセリウムイオンとするために、原料溶液Bとして中和剤の他に、原料溶液A中のセリウムイオンに対して当量以上の過酸化水素を含むものを使用することが好ましい。 The composition and combination of such raw material solutions can be appropriately set according to the type of the colloidal solution of the target metal compound and the type of raw material used. For example, when producing a colloidal solution of a metal oxide containing CeO 2 , any raw material solution including a raw material solution A containing tetravalent cerium ions and a trivalent cerium ion can be used. However, when the latter raw material solution A is used, in order to oxidize to tetravalent cerium ions, the raw material solution B is equivalent to the cerium ions in the raw material solution A in addition to the neutralizing agent. It is preferable to use those containing hydrogen peroxide.

以上説明した本発明の製造方法においては、2種類以上の原料溶液は事前に緩い攪拌条件下で混合されることなく、また各原料溶液に対して攪拌条件が相違することなく、極めて短時間の間に高剪断力下で均質混合され、且つ凝集体が破壊されるため、生成する金属化合物結晶子の凝集体は粒子径が小さく均一なものとなり、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることが可能となる。   In the production method of the present invention described above, two or more kinds of raw material solutions are not mixed in advance under a gentle stirring condition, and the stirring conditions are not different for each raw material solution. Since the mixture is homogeneously mixed under high shear force and aggregates are destroyed, the resulting metal compound crystallite aggregates have a small particle size and are uniform, and a colloidal solution with excellent storage stability can be obtained. Is possible.

本発明によって得られる金属化合物のコロイド溶液の組成は特に限定されず、様々な原料溶液を用いることによって、金属酸化物、金属水酸化物、金属塩といった種々の組成のコロイド溶液を得ることが可能となる。   The composition of the colloidal solution of the metal compound obtained by the present invention is not particularly limited. By using various raw material solutions, it is possible to obtain colloidal solutions having various compositions such as metal oxides, metal hydroxides, and metal salts. It becomes.

以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

(実施例1)
図1に示す製造装置(スーパーアジテーションリアクター)を用いてCeO−ZrO−Y3元系金属化合物のコロイド溶液を作製した。なお、ステータ13としてはノズル16Aおよびノズル16Bがそれぞれ24個ずつ設けられている48孔タイプのものを使用した。
Example 1
Manufacturing apparatus shown in FIG. 1 with (super agitation reactor) to produce a colloidal solution of CeO 2 -ZrO 2 -Y 2 O 3 3 -component metal compound. The stator 13 was a 48-hole type in which 24 nozzles 16A and 24 nozzles 16B were provided.

先ず、酢酸セリウム一水和物(III)12.7g、オキシ酢酸ジルコニウム12.8gおよび酢酸イットリウム四水和物1.7gをイオン交換水500gに溶解し、陽イオン濃度が0.1mol/Lの原料水溶液(原料溶液A)を調製した。また、酢酸アンモニウム23.2g、過酸化水素水13.6gおよびポリアクリル酸ナトリウム塩(重量平均分子量:1200、全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合:100%)140gをイオン交換水360gに溶解し、高分子分散剤水溶液(原料溶液B)を調製した。   First, 12.7 g of cerium acetate monohydrate (III), 12.8 g of zirconium oxyacetate and 1.7 g of yttrium acetate tetrahydrate were dissolved in 500 g of ion-exchanged water, and the cation concentration was 0.1 mol / L. A raw material aqueous solution (raw material solution A) was prepared. Further, 23.2 g of ammonium acetate, 13.6 g of hydrogen peroxide water and 140 g of polyacrylic acid sodium salt (weight average molecular weight: 1200, ratio of those having a hydrophilic group among all repeating units: 100%) were added to 360 g of ion-exchanged water. The polymer dispersant aqueous solution (raw material solution B) was prepared.

図1に示すように、ホモジナイザー10の先端を100mlビーカー20の中に浸るようにセットし、ホモジナイザー10におけるローター11を10000rpmの回転速度で回転させながら、上記原料溶液Aと原料溶液Bとをそれぞれ5ml/minの供給速度でチューブポンプ(図示せず)を用いてノズル16Aおよびノズル16Bからローター11と内側ステータ13との間の領域に送液して混合し、金属化合物のコロイド溶液を作製した。   As shown in FIG. 1, the tip of the homogenizer 10 is set so as to be immersed in a 100 ml beaker 20, and the raw material solution A and the raw material solution B are respectively rotated while rotating the rotor 11 in the homogenizer 10 at a rotational speed of 10,000 rpm. Using a tube pump (not shown) at a supply rate of 5 ml / min, liquid was fed from the nozzle 16A and nozzle 16B to the region between the rotor 11 and the inner stator 13 and mixed to prepare a colloidal solution of the metal compound. .

なお、ローター11の外径は17.8mm、ローター11と外側ステータ12との間のギャップは0.5mmであり、それらの間の領域における剪断速度は18730sec−1であった。また、内側ステータ13の外径は12.2mm、ローター11と内側ステータ13との間のギャップは0.5mmであり、それらの間の領域における剪断速度は18730sec−1であった。また、原料溶液Aと原料溶液Bとが前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間は0.126msecであった。ここで、均質混合されるまでの時間とは、ノズル16Aまたはノズル16Bから吐出された原料溶液Aまたは原料溶液Bがローター11の回転によって隣接するノズル16Bまたはノズル16Aに到達するまでの時間と定義されるものである。 The outer diameter of the rotor 11 was 17.8 mm, the gap between the rotor 11 and the outer stator 12 was 0.5 mm, and the shear rate in the region between them was 18730 sec −1 . The outer diameter of the inner stator 13 was 12.2 mm, the gap between the rotor 11 and the inner stator 13 was 0.5 mm, and the shear rate in the region between them was 18730 sec −1 . Further, the time from when the raw material solution A and the raw material solution B were introduced into the region until they were homogeneously mixed was 0.126 msec. Here, the time until homogeneous mixing is defined as the time until the raw material solution A or the raw material solution B discharged from the nozzle 16A or the nozzle 16B reaches the adjacent nozzle 16B or the nozzle 16A by the rotation of the rotor 11. It is what is done.

ビーカー20からあふれて出てくる中和反応後のコロイド溶液を、上記ビーカー20のさらに下に1Lビーカー(図示せず)をセットして受け止めた。   The neutralized colloidal solution overflowing from the beaker 20 was received by setting a 1 L beaker (not shown) further below the beaker 20.

得られた金属化合物のコロイド溶液のpHを表1に示す。また、コロイド溶液の一部を80℃で24時間乾燥させ、粉末状の試料を作製した。この試料について高分解能透過型電子顕微鏡(高分解能TEM)の電子線回折測定を行い、得られた電子線回折パターンより前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のCeO−ZrO−Y3元系複合酸化物単結晶であることが確認された。さらに、この試料について高分解能TEM写真を撮影し、TEM写真中の50個の金属化合物結晶子を抽出して結晶子径を直接測定して粒度分布を求めたところ、図5に示すような結果が得られた。この金属化合物結晶子の粒度分布から金属化合物の累積個数が50%となる結晶子径d50(平均結晶子径)を求め、さらに、金属化合物結晶子の比表面積を算出して金属化合物結晶子の単位表面積当りの高分子分散剤の含有量を求めた。これらの結果を表1に示す。 The pH of the obtained colloidal solution of the metal compound is shown in Table 1. A part of the colloidal solution was dried at 80 ° C. for 24 hours to prepare a powder sample. This sample was subjected to electron diffraction measurement with a high resolution transmission electron microscope (high resolution TEM). From the obtained electron beam diffraction pattern, the metal compound had a fluorite structure and a single phase CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O. 3 It was confirmed to be a ternary complex oxide single crystal. Further, a high-resolution TEM photograph of this sample was taken, 50 metal compound crystallites in the TEM photograph were extracted, and the crystallite diameter was directly measured to obtain the particle size distribution. The result shown in FIG. was gotten. From this particle size distribution of the metal compound crystallites, a crystallite diameter d 50 (average crystallite diameter) at which the cumulative number of metal compounds becomes 50% is obtained, and a specific surface area of the metal compound crystallites is calculated to obtain a metal compound crystallite. The content of the polymer dispersant per unit surface area was determined. These results are shown in Table 1.

次に、コロイド溶液中の微粒子の粒度分布を動的光散乱法(日機装(株)製「Nanotrac250」を使用)により測定したところ、図5に示すような粒度分布が得られた。このコロイド溶液中の微粒子の粒度分布から累積質量が50%となる粒子径D50(平均結晶子径)を求めた。その結果を表1に示す。結晶子径d50よりもコロイド溶液中の微粒子の粒子径D50の方が大きいことから、コロイド溶液中の金属化合物の結晶子は凝集体を形成していることが確認された。 Next, when the particle size distribution of the fine particles in the colloidal solution was measured by a dynamic light scattering method (using “Nanotrac250” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), a particle size distribution as shown in FIG. 5 was obtained. From the particle size distribution of the fine particles in the colloidal solution, the particle diameter D 50 (average crystallite diameter) at which the cumulative mass becomes 50% was determined. The results are shown in Table 1. Since the larger the particle diameter D 50 of the particles in the colloidal solution than the crystallite size d 50, crystallites of a metal compound in the colloidal solution, it was confirmed that form aggregates.

また、金属化合物の結晶子の粒度分布から、累積個数が90%となる結晶子径d90を求め、コロイド溶液中の微粒子の粒度分布から、累積質量が90%となる凝集粒子径D90を求めた。さらに、30日間静置したコロイド溶液について上記と同様にして凝集体の粒度分布を測定し、累積質量が50%となる凝集粒子径D50を求めた。これらの結果を表1に示す。 Further, the crystallite diameter d 90 at which the cumulative number becomes 90% is obtained from the particle size distribution of the crystallites of the metal compound, and the aggregated particle diameter D 90 at which the cumulative mass becomes 90% is obtained from the particle size distribution of the fine particles in the colloid solution. Asked. Furthermore, the left colloidal solution 30 days to measure the particle size distribution of the aggregate in the same manner as described above to determine the agglomerated particle size D 50 which cumulative mass is 50%. These results are shown in Table 1.

(実施例2)
高分子分散剤として重量平均分子量が1200のポリアクリル酸ナトリウム塩の代わりに重量平均分子量が2000のポリアクリル酸アンモニウム塩(全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合:100%)を使用した以外は実施例1と同様にして金属化合物のコロイド溶液を作製した。
(Example 2)
Instead of polyacrylic acid sodium salt having a weight average molecular weight of 1200, a polyacrylic acid ammonium salt having a weight average molecular weight of 2000 (ratio of those having a hydrophilic group among all repeating units: 100%) was used as the polymer dispersant. A metal compound colloidal solution was prepared in the same manner as in Example 1 except for the above.

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例1と同様にして高分解能TEMの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のCeO−ZrO−Y3元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例1と同様にして、コロイド溶液のpH、高分子分散剤の含有量、結晶子径d50およびd90、凝集粒子径D50およびD90を求めた。これらの結果を表1に示す。 The metal compound in the obtained colloidal solution was subjected to high-resolution TEM electron diffraction measurement in the same manner as in Example 1. As a result, the metal compound had a fluorite structure and a single-phase CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O. 3 It was confirmed to be a ternary complex oxide single crystal. Further, in the same manner as in Example 1, the pH of the colloidal solution, the content of the polymer dispersant, the crystallite diameters d 50 and d 90 , and the aggregate particle diameters D 50 and D 90 were determined. These results are shown in Table 1.

比較例1
高分子分散剤として重量平均分子量が1200のポリアクリル酸ナトリウム塩の代わりに重量平均分子量が8000のポリアクリル酸ナトリウム塩(全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合:100%)を使用した以外は実施例1と同様にして金属化合物のコロイド溶液を作製した。
( Comparative Example 1 )
Instead of the polyacrylic acid sodium salt having a weight average molecular weight of 1200, a polyacrylic acid sodium salt having a weight average molecular weight of 8000 (ratio of those having a hydrophilic group among all repeating units: 100%) was used as the polymer dispersant. A metal compound colloidal solution was prepared in the same manner as in Example 1 except for the above.

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例1と同様にして高分解能TEMの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のCeO−ZrO−Y3元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例1と同様にして、コロイド溶液のpH、高分子分散剤の含有量、結晶子径d50およびd90、凝集粒子径D50およびD90を求めた。これらの結果を表1に示す。 The metal compound in the obtained colloidal solution was subjected to high-resolution TEM electron diffraction measurement in the same manner as in Example 1. As a result, the metal compound had a fluorite structure and a single-phase CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O. 3 It was confirmed to be a ternary complex oxide single crystal. Further, in the same manner as in Example 1, the pH of the colloidal solution, the content of the polymer dispersant, the crystallite diameters d 50 and d 90 , and the aggregate particle diameters D 50 and D 90 were determined. These results are shown in Table 1.

比較例2
酢酸セリウム一水和物(III)1.27g、オキシ酢酸ジルコニウム1.28gおよび酢酸イットリウム四水和物0.17gをイオン交換水500gに溶解し、陽イオン濃度が0.01mol/Lの原料水溶液を調製した。また、酢酸アンモニウム2.32g、過酸化水素水1.36gおよびポリアクリル酸ナトリウム塩(重量平均分子量:2000、全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合:100%)14.0gをイオン交換水496gに溶解し、高分子分散剤水溶液を調製した。これらの原料水溶液および高分子分散剤水溶液をそれぞれ原料溶液AおよびBとして使用した以外は実施例1と同様にして金属化合物のコロイド溶液を作製した。
( Comparative Example 2 )
Raw material aqueous solution in which 1.27 g of cerium acetate monohydrate (III), 1.28 g of zirconium oxyacetate and 0.17 g of yttrium acetate tetrahydrate are dissolved in 500 g of ion-exchanged water and the cation concentration is 0.01 mol / L. Was prepared. Further, 2.32 g of ammonium acetate, 1.36 g of hydrogen peroxide water and 14.0 g of polyacrylic acid sodium salt (weight average molecular weight: 2000, ratio of those having a hydrophilic group among all repeating units: 100%) were ion-exchanged. It melt | dissolved in 496 g of water, and prepared polymer dispersing agent aqueous solution. A colloidal solution of a metal compound was prepared in the same manner as in Example 1 except that these raw material aqueous solution and polymer dispersant aqueous solution were used as raw material solutions A and B, respectively.

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例1と同様にして高分解能TEMの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のCeO−ZrO−Y3元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例1と同様にして、コロイド溶液のpH、高分子分散剤の含有量、結晶子径d50およびd90、凝集粒子径D50およびD90を求めた。これらの結果を表1に示す。 The metal compound in the obtained colloidal solution was subjected to high-resolution TEM electron diffraction measurement in the same manner as in Example 1. As a result, the metal compound had a fluorite structure and a single-phase CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O. 3 It was confirmed to be a ternary complex oxide single crystal. Further, in the same manner as in Example 1, the pH of the colloidal solution, the content of the polymer dispersant, the crystallite diameters d 50 and d 90 , and the aggregate particle diameters D 50 and D 90 were determined. These results are shown in Table 1.

実施例3
酢酸アンモニウム23.2g、過酸化水素水13.6gおよびアクリル酸/アクリル酸メチル共重合体のアンモニウム塩(重量平均分子量:2000、全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合:75%、全繰り返し単位のうちの疎水基を有するものの割合:25%)140gをイオン交換水360gに溶解した。得られるコロイド溶液のpHが9となるように、この溶液にアンモニア水を添加して高分子分散剤水溶液を調製した。この高分子分散剤水溶液を原料溶液Bとして使用した以外は実施例1と同様にして金属化合物のコロイド溶液を作製した。
( Example 3 )
Ammonium acetate 23.2 g, hydrogen peroxide solution 13.6 g and ammonium salt of acrylic acid / methyl acrylate copolymer (weight average molecular weight: 2000, proportion of those having a hydrophilic group among all repeating units: 75%, total 140 g of a repeating unit having a hydrophobic group (25%) was dissolved in 360 g of ion-exchanged water. Aqueous polymer dispersant solution was prepared by adding aqueous ammonia to this solution so that the resulting colloidal solution had a pH of 9. A colloidal solution of a metal compound was prepared in the same manner as in Example 1 except that this polymer dispersant aqueous solution was used as the raw material solution B.

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例1と同様にして高分解能TEMの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のCeO−ZrO−Y3元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例1と同様にして、コロイド溶液のpH、高分子分散剤の含有量、結晶子径d50およびd90、凝集粒子径D50およびD90を求めた。これらの結果を表1に示す。 The metal compound in the obtained colloidal solution was subjected to high-resolution TEM electron diffraction measurement in the same manner as in Example 1. As a result, the metal compound had a fluorite structure and a single-phase CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O. 3 It was confirmed to be a ternary complex oxide single crystal. Further, in the same manner as in Example 1, the pH of the colloidal solution, the content of the polymer dispersant, the crystallite diameters d 50 and d 90 , and the aggregate particle diameters D 50 and D 90 were determined. These results are shown in Table 1.

比較例3
実施例1と同様にして調製した原料溶液AおよびBをビーカー中で混合し、攪拌子を用いて100rpmの回転速度で攪拌して金属化合物のコロイド溶液を作製した。得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例1と同様にして高分解能TEMの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のCeO−ZrO−Y3元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例1と同様にして、コロイド溶液のpH、高分子分散剤の含有量、結晶子径d50およびd90、凝集粒子径D50およびD90を求めた。これらの結果を表1に示す。
( Comparative Example 3 )
The raw material solutions A and B prepared in the same manner as in Example 1 were mixed in a beaker and stirred at a rotation speed of 100 rpm using a stirrer to prepare a colloidal solution of a metal compound. The metal compound in the obtained colloidal solution was subjected to high-resolution TEM electron diffraction measurement in the same manner as in Example 1. As a result, the metal compound had a fluorite structure and a single-phase CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O. 3 It was confirmed to be a ternary complex oxide single crystal. Further, in the same manner as in Example 1, the pH of the colloidal solution, the content of the polymer dispersant, the crystallite diameters d 50 and d 90 , and the aggregate particle diameters D 50 and D 90 were determined. These results are shown in Table 1.

比較例4
ローター11を回転させずに原料溶液Aと原料溶液Bとを送液した以外は実施例1と同様にして金属化合物のコロイド溶液を作製した。得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例1と同様にして高分解能TEMの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のCeO−ZrO−Y3元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例1と同様にして、コロイド溶液のpH、高分子分散剤の含有量、結晶子径d50およびd90、凝集粒子径D50およびD90を求めた。これらの結果を表1に示す。
( Comparative Example 4 )
A colloidal solution of a metal compound was prepared in the same manner as in Example 1 except that the raw material solution A and the raw material solution B were fed without rotating the rotor 11. The metal compound in the obtained colloidal solution was subjected to high-resolution TEM electron diffraction measurement in the same manner as in Example 1. As a result, the metal compound had a fluorite structure and a single-phase CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O. 3 It was confirmed to be a ternary complex oxide single crystal. Further, in the same manner as in Example 1, the pH of the colloidal solution, the content of the polymer dispersant, the crystallite diameters d 50 and d 90 , and the aggregate particle diameters D 50 and D 90 were determined. These results are shown in Table 1.

比較例5
ローター11の回転速度を1000rpmに変更した以外は実施例1と同様にして金属化合物のコロイド溶液を作製した。この場合、ローター11と外側ステータ12との間の領域における剪断速度は1873sec−1であり、ローター11と内側ステータ13との間の領域における剪断速度は1873sec−1であった。また、原料溶液Aと原料溶液Bとが前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間は1.26msecであった。
( Comparative Example 5 )
A colloidal solution of a metal compound was prepared in the same manner as in Example 1 except that the rotation speed of the rotor 11 was changed to 1000 rpm. In this case, the shear rate in the region between the rotor 11 and the outer stator 12 was 1873 sec −1 , and the shear rate in the region between the rotor 11 and the inner stator 13 was 1873 sec −1 . Further, the time from when the raw material solution A and the raw material solution B were introduced into the region until they were homogeneously mixed was 1.26 msec.

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例1と同様にして高分解能TEMの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のCeO−ZrO−Y3元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例1と同様にして、コロイド溶液のpH、高分子分散剤の含有量、結晶子径d50およびd90、凝集粒子径D50およびD90を求めた。これらの結果を表1に示す。 The metal compound in the obtained colloidal solution was subjected to high-resolution TEM electron diffraction measurement in the same manner as in Example 1. As a result, the metal compound had a fluorite structure and a single-phase CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O. 3 It was confirmed to be a ternary complex oxide single crystal. Further, in the same manner as in Example 1, the pH of the colloidal solution, the content of the polymer dispersant, the crystallite diameters d 50 and d 90 , and the aggregate particle diameters D 50 and D 90 were determined. These results are shown in Table 1.

比較例6
酢酸アンモニウム23.2gおよび過酸化水素水13.6gをイオン交換水500gに溶解した。この高分子分散剤を含まない水溶液を原料溶液Bとして使用した以外は実施例1と同様にして金属化合物のコロイド溶液を作製した。
( Comparative Example 6 )
Ammonium acetate (23.2 g) and hydrogen peroxide water (13.6 g) were dissolved in ion-exchanged water (500 g). A colloidal solution of a metal compound was prepared in the same manner as in Example 1 except that this aqueous solution containing no polymer dispersant was used as the raw material solution B.

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例1と同様にして高分解能TEMの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のCeO−ZrO−Y3元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例1と同様にして、コロイド溶液のpH、結晶子径d50およびd90、凝集粒子径D50およびD90を求めた。これらの結果を表1に示す。 The metal compound in the obtained colloidal solution was subjected to high-resolution TEM electron diffraction measurement in the same manner as in Example 1. As a result, the metal compound had a fluorite structure and a single-phase CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O. 3 It was confirmed to be a ternary complex oxide single crystal. In the same manner as in Example 1, the pH of the colloidal solution, the crystallite diameters d 50 and d 90 , and the aggregated particle diameters D 50 and D 90 were determined. These results are shown in Table 1.

比較例7
先ず、酢酸セリウム一水和物(III)12.7g、オキシ酢酸ジルコニウム12.8gおよび酢酸イットリウム四水和物1.7gをイオン交換水500gに溶解し、陽イオン濃度が0.1mol/Lの原料水溶液(原料溶液A)を調製した。また、ジエタノールアミン31.6g、過酸化水素水13.6gおよび重量平均分子量20000のポリエチレングリコール0.68gをイオン交換水500gに溶解し、高分子分散剤水溶液(原料溶液B)を調製した。
( Comparative Example 7 )
First, 12.7 g of cerium acetate monohydrate (III), 12.8 g of zirconium oxyacetate and 1.7 g of yttrium acetate tetrahydrate were dissolved in 500 g of ion-exchanged water, and the cation concentration was 0.1 mol / L. A raw material aqueous solution (raw material solution A) was prepared. Further, 31.6 g of diethanolamine, 13.6 g of hydrogen peroxide water and 0.68 g of polyethylene glycol having a weight average molecular weight of 20000 were dissolved in 500 g of ion-exchanged water to prepare an aqueous polymer dispersant solution (raw material solution B).

これらの原料溶液AおよびBをビーカー中で混合し、硝酸を添加してpH3に調整した。この溶液に、振動数20kHz、振幅30μm、出力200Wの超音波ホモジナイザーを用いて30分間超音波処理を施し、金属化合物のコロイド溶液を作製した。   These raw material solutions A and B were mixed in a beaker, and nitric acid was added to adjust the pH to 3. This solution was subjected to ultrasonic treatment for 30 minutes using an ultrasonic homogenizer with a vibration frequency of 20 kHz, an amplitude of 30 μm, and an output of 200 W to prepare a colloidal solution of a metal compound.

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例1と同様にして高分解能TEMの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のCeO−ZrO−Y3元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例1と同様にして、コロイド溶液のpH、高分子分散剤の含有量、結晶子径d50およびd90、凝集粒子径D50およびD90を求めた。これらの結果を表1に示す。また、コロイド溶液中の粒子(凝集体)の粒度分布を図5に示す。 The metal compound in the obtained colloidal solution was subjected to high-resolution TEM electron diffraction measurement in the same manner as in Example 1. As a result, the metal compound had a fluorite structure and a single-phase CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O. 3 It was confirmed to be a ternary complex oxide single crystal. Further, in the same manner as in Example 1, the pH of the colloidal solution, the content of the polymer dispersant, the crystallite diameters d 50 and d 90 , and the aggregate particle diameters D 50 and D 90 were determined. These results are shown in Table 1. FIG. 5 shows the particle size distribution of particles (aggregates) in the colloidal solution.

また、得られた金属化合物のコロイド溶液に遠心加速沈降処理を施して、より大きな凝集体粒子を除去し、上澄み液のみを採取することを試みたが、極く一部(数%)の凝集体が残留したのみで、試料のほとんどは沈殿として除去された。   In addition, the colloidal solution of the obtained metal compound was subjected to centrifugal acceleration sedimentation treatment to remove larger aggregate particles, and an attempt was made to collect only the supernatant liquid. Only the aggregate remained, and most of the sample was removed as a precipitate.

Figure 0005532199
Figure 0005532199

図5および表1に示した結果から明らかなように、本発明の製造方法により高剪断力下で原料溶液を混合して得られた金属化合物のコロイド溶液(実施例1〜3)においては、結晶子径がナノオーダーで粒径分布も狭い金属化合物結晶子が、凝集粒子径がナノオーダーで粒径分布も狭い凝集体の状態で含まれていることが確認された。また、30日間保存しても凝集体の粒子径に変化は見られず、実施例1〜3で得たコロイド溶液は保存性に優れたものであった。 As is clear from the results shown in FIG. 5 and Table 1, in the colloidal solution of the metal compound ( Examples 1 to 3 ) obtained by mixing the raw material solution under high shear force by the production method of the present invention, It was confirmed that metal compound crystallites having a crystallite size of nano-order and a narrow particle size distribution were included in an aggregate state in which the aggregate particle size was nano-order and the particle size distribution was narrow. Moreover, even if it preserve | saved for 30 days, the change was not looked at by the particle diameter of the aggregate, and the colloidal solution obtained in Examples 1-3 was excellent in the preservability.

一方、ジエタノールアミンとポリエチレングリコールを添加し、pHを3に調整して超音波処理を施した場合(比較例7)においては、結晶子径がナノオーダーの金属化合物結晶子が、凝集粒子径がサブミクロンオーダーの凝集体の状態で含まれており、分散性に劣るものであった。また、超音波処理により水溶液の温度が若干上昇したため、一部、結晶子が成長し、粒度分布幅が大きくなったと推察される。さらに、30日間保存したコロイド溶液においては、凝集体の粒子径がさらに大きくなり、保存性に劣るものであった。   On the other hand, when diethanolamine and polyethylene glycol are added and the pH is adjusted to 3 and sonication is performed (Comparative Example 7), the metal compound crystallite having a crystallite size of nano-order has an aggregate particle size of sub- It was contained in the state of an aggregate of micron order and was inferior in dispersibility. In addition, since the temperature of the aqueous solution slightly increased due to the ultrasonic treatment, it is surmised that a part of the crystallites grew and the particle size distribution width increased. Furthermore, in the colloidal solution preserve | saved for 30 days, the particle diameter of the aggregate became still larger and it was inferior to preservability.

また、表1に示した結果から明らかなように、攪拌子を用いて混合した場合(比較例3)、反応場に剪断力を付与しなかった場合(比較例4)、および反応場に低剪断力を付与した場合(比較例5)、高分子分散剤を添加しなかった場合(比較例6)においては、結晶子径がナノオーダーの金属化合物結晶子が、凝集粒子径がミクロンオーダーの凝集体の状態で含まれており、分散性に劣るものであった。 Further, as is clear from the results shown in Table 1, when mixing is performed using a stir bar ( Comparative Example 3 ), when no shear force is applied to the reaction field ( Comparative Example 4 ), and when the reaction field is low In the case where a shearing force was applied ( Comparative Example 5 ) and in the case where no polymer dispersant was added ( Comparative Example 6 ), the metal compound crystallites having a crystallite size of nano-order had an aggregate particle diameter of micron-order. It was contained in the state of an aggregate and was inferior in dispersibility.

さらに、実施例1〜2および比較例1を比較すると、高分子分散剤の分子量が大きくなっても金属化合物結晶子の平均結晶子径(d50)および粒度分布幅(d90/d50)に違いは見られなかったが、高分子分散剤の分子量が大きくなるにつれて凝集体の平均粒子径(D50)が大きくなることが確認された。また、実施例1と比較例2とを比較すると、高分子分散剤の含有量が多くなっても金属化合物結晶子の平均結晶子径(d50)および粒度分布幅(d90/d50)に違いは見られなかったが、高分子分散剤の含有量が多くなるにつれて凝集体の平均粒子径(D50)が大きくなることが確認された。 Further, when Examples 1-2 and Comparative Example 1 are compared, the average crystallite diameter (d 50 ) and the particle size distribution width (d 90 / d 50 ) of the metal compound crystallites even when the molecular weight of the polymer dispersant increases. However, it was confirmed that the average particle diameter (D 50 ) of the aggregates increased as the molecular weight of the polymer dispersant increased. Further, when Example 1 and Comparative Example 2 are compared, the average crystallite diameter (d 50 ) and particle size distribution width (d 90 / d 50 ) of the metal compound crystallites even when the content of the polymer dispersant increases. However, it was confirmed that the average particle diameter (D 50 ) of the aggregates increased as the content of the polymer dispersant increased.

以上説明したように、本発明によれば、粒子径が小さく粒度分布が狭い金属化合物の結晶子が、粒子径が小さく粒度分布が狭い凝集体の状態で分散したコロイド溶液を得ること可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a colloidal solution in which crystallites of a metal compound having a small particle size and a narrow particle size distribution are dispersed in an aggregate state having a small particle size and a narrow particle size distribution. .

したがって、本発明の金属化合物のコロイド溶液は、金属化合物結晶子の凝集体がナノサイズで高度に分散したものであるため、様々な用途においてナノサイズ効果の発現が期待され、例えば、耐熱性と比表面積とのバランスに優れた触媒担体の出発原料などとして有用である。   Therefore, the colloidal solution of the metal compound of the present invention is a highly dispersed nano-sized agglomerate of metal compound crystallites. Therefore, the nano-size effect is expected to be exhibited in various applications. It is useful as a starting material for a catalyst carrier having an excellent balance with the specific surface area.

本発明に用いられる金属化合物コロイド溶液の製造装置の好適な一実施形態を示す模式縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows suitable one Embodiment of the manufacturing apparatus of the metal compound colloid solution used for this invention. 図1に示すホモジナイザー10の先端部(攪拌部)を示す拡大縦断面図である。FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing a tip portion (stirring portion) of the homogenizer 10 shown in FIG. 1. 図1に示す内側ステータ13の側面図である。It is a side view of the inner side stator 13 shown in FIG. 図1に示す内側ステータ13の横断面図である。It is a cross-sectional view of the inner stator 13 shown in FIG. 実施例1および比較例7において得られたコロイド溶液中の金属化合物の結晶子の粒度分布(累積個数)およびその凝集体の粒度分布(累積質量)を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the particle size distribution (cumulative number) of the crystallite of the metal compound in the colloidal solution obtained in Example 1 and Comparative Example 7 , and the particle size distribution (cumulative mass) of the aggregate.

符号の説明Explanation of symbols

10…ホモジナイザー、11…ローター、12…外側ステータ、13…内側ステータ、14…回転シャフト、15…モーター、16A,16B…ノズル、17A,17B…流路(供給管)、20…反応容器、A,B…反応溶液、X…回転軸、Y…回転軸Xに対して直交する面。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Homogenizer, 11 ... Rotor, 12 ... Outer stator, 13 ... Inner stator, 14 ... Rotating shaft, 15 ... Motor, 16A, 16B ... Nozzle, 17A, 17B ... Flow path (supply pipe), 20 ... Reaction vessel, A , B ... reaction solution, X ... rotation axis, Y ... surface perpendicular to the rotation axis X.

Claims (10)

2種類以上の原料溶液を混合することにより製造された金属化合物のコロイド溶液であって、
前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類は前記金属化合物の原料である金属イオンを含有するものであり、前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類は、(メタ)アクリル酸の単独重合体、(メタ)アクリル酸と(メタ)アクリル酸エステルとの共重合体、およびこれらのナトリウム塩、アンモニウム塩からなる群から選択される少なくとも1種の重量平均分子量が800〜3000の(メタ)アクリル酸系重合体を含有するものであり、
ローターと、該ローターの外周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された外側ステータと、前記ローターの内周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された内側ステータとを備えるホモジナイザーを用い、
前記ローターを回転させることによって形成された3000sec−1以上の剪断速度となっている領域に前記各原料溶液を独立に直接導入して均質混合することにより得られたものであり、
透過型電子顕微鏡観察により測定された粒度分布における累積個数が50%となる結晶子径d50が0.8〜3nmであり且つ累積個数が90%となる結晶子径d90が前記結晶子径d50の1.5倍以下である金属化合物の結晶子の凝集体と、前記(メタ)アクリル酸系重合体とを含有し、
前記凝集体が、動的光散乱法により測定された粒度分布における累積質量が50%となる凝集粒子径D50が4〜9nmであり且つ累積質量が90%となる凝集粒子径D90が前記凝集粒子径D50の2.5倍以下のものであり、
前記(メタ)アクリル酸系重合体の含有量が前記金属化合物の結晶子の単位表面積に対して9〜15mg/mであり、
pHが5.0〜10.0である
ことを特徴とする金属化合物のコロイド溶液。
A colloidal solution of a metal compound produced by mixing two or more kinds of raw material solutions,
At least one of the two or more raw material solutions contains a metal ion that is a raw material of the metal compound, and at least one of the two or more raw material solutions is (meth) acrylic acid. A homopolymer of (meth) acrylic acid and a copolymer of (meth) acrylic acid ester, and at least one selected from the group consisting of sodium salts and ammonium salts thereof having a weight average molecular weight of 800 to 3000 It contains a (meth) acrylic acid polymer,
Arranged so that a predetermined gap region is formed between the rotor and the outer stator arranged to form a predetermined gap region between the rotor and the inner periphery of the rotor. Using a homogenizer with an inner stator
Each of the raw material solutions is directly and independently introduced into a region formed by rotating the rotor and having a shear rate of 3000 sec −1 or more, and obtained by homogeneous mixing.
Cumulative number 50 percent becomes the crystallite size d 50 is 0.8~3nm and crystallite diameter d 90 is the crystallite size of which cumulative number of 90% at a measuring particle size distribution by transmission electron microscopy and aggregates of crystallites of the metal compound is 1.5 times the d 50, containing said (meth) acrylic polymer,
The aggregate, cumulative mass 50% become agglomerated particle size D 50 is 4~9nm and cumulative mass the agglomeration particle size D 90 comprised 90% of the measured particle size distribution by a dynamic light scattering method The aggregated particle diameter D is 2.5 times or less of 50 ,
The (meth) 9~15mg / m 2 der content of the acrylic polymer is to the unit surface area of the crystallites of the metal compound is,
pH is 5.0-10.0 ,
A colloidal solution of a metal compound characterized by the above.
前記(メタ)アクリル酸系重合体中の全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合が、コロイド溶液のpHが5.0以上7.0未満の場合には90%以上100%以下であり、コロイド溶液のpHが7.0以上10.0以下の場合には50%以上100%以下であることを特徴とする請求項に記載の金属化合物のコロイド溶液。 The ratio of those having a hydrophilic group among all repeating units in the (meth) acrylic acid polymer is 90% or more and 100% or less when the pH of the colloidal solution is 5.0 or more and less than 7.0. , colloidal solution of metal compound of claim 1 in which the pH of the colloidal solution, characterized in that in the case of 7.0 to 10.0 at 50% to 100%. 前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類が前記金属イオンを含有するものであり、残りの原料溶液のうちの少なくとも1種類が前記(メタ)アクリル酸系重合体を含有するものであることを特徴とする請求項1または2に記載の金属化合物のコロイド溶液。 At least one of the two or more raw material solutions contains the metal ion, and at least one of the remaining raw material solutions contains the (meth) acrylic acid polymer. A colloidal solution of a metal compound according to claim 1 or 2 . 前記金属イオンを含有する原料溶液が前記金属化合物の原料である金属の塩を含む溶液であり、前記(メタ)アクリル酸系重合体を含有する原料溶液がさらに中和剤を含むものであることを特徴とする請求項に記載の金属化合物のコロイド溶液。 The raw material solution containing the metal ions is a solution containing a metal salt that is a raw material of the metal compound, and the raw material solution containing the (meth) acrylic acid polymer further contains a neutralizing agent. A colloidal solution of the metal compound according to claim 3 . 前記金属イオンを含有する原料溶液の陽イオン濃度が0.01〜0.5mol/Lであることを特徴とする請求項1〜のうちのいずれか一項に記載の金属化合物のコロイド溶液。 Colloidal solution of metal compound according to any one of claims 1-4 for cation concentration of raw material solution containing the metal ions is characterized by a 0.01 to 0.5 mol / L. 2種類以上の原料溶液を混合して金属化合物のコロイド溶液を製造する方法であって、
前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類は前記金属化合物の原料である金属イオンを含有するものであり、前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類は、(メタ)アクリル酸の単独重合体、(メタ)アクリル酸と(メタ)アクリル酸エステルとの共重合体、およびこれらのナトリウム塩、アンモニウム塩からなる群から選択される少なくとも1種の重量平均分子量が800〜3000の(メタ)アクリル酸系重合体を含有するものであり、
ローターと、該ローターの外周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された外側ステータと、前記ローターの内周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された内側ステータとを備えるホモジナイザーを用い、
前記ローターを回転させることによって形成された3000sec−1以上の剪断速度となっている領域に、前記コロイド溶液における(メタ)アクリル酸系重合体の含有量が前記金属化合物の結晶子の単位表面積に対して9〜15mg/mとなるように、前記各原料溶液を独立に直接導入して均質混合し、
得られたコロイド溶液のpHを5.0〜10.0に調整することを特徴とする金属化合物のコロイド溶液の製造方法。
A method for producing a colloidal solution of a metal compound by mixing two or more raw material solutions,
At least one of the two or more raw material solutions contains a metal ion that is a raw material of the metal compound, and at least one of the two or more raw material solutions is (meth) acrylic acid. A homopolymer of (meth) acrylic acid and a copolymer of (meth) acrylic acid ester, and at least one selected from the group consisting of sodium salts and ammonium salts thereof having a weight average molecular weight of 800 to 3000 It contains a (meth) acrylic acid polymer,
Arranged so that a predetermined gap region is formed between the rotor and the outer stator arranged to form a predetermined gap region between the rotor and the inner periphery of the rotor. Using a homogenizer with an inner stator
In the region formed by rotating the rotor and having a shear rate of 3000 sec −1 or more, the content of the (meth) acrylic acid polymer in the colloid solution is the unit surface area of the crystallite of the metal compound. In contrast, each raw material solution is directly and independently introduced so as to be 9 to 15 mg / m 2, and homogeneously mixed .
A method for producing a colloidal solution of a metal compound , wherein the pH of the obtained colloidal solution is adjusted to 5.0 to 10.0 .
前記2種類以上の原料溶液のうちの少なくとも1種類が前記金属イオンを含有するものであり、残りの原料溶液のうちの少なくとも1種類が前記(メタ)アクリル酸系重合体を含有するものであることを特徴とする請求項に記載の金属化合物のコロイド溶液の製造方法。 At least one of the two or more raw material solutions contains the metal ion, and at least one of the remaining raw material solutions contains the (meth) acrylic acid polymer. The method for producing a colloidal solution of a metal compound according to claim 6 . 前記金属イオンを含有する原料溶液が前記金属化合物の原料である金属の塩を含む溶液であり、前記(メタ)アクリル酸系重合体を含有する原料溶液がさらに中和剤を含むものであることを特徴とする請求項に記載の金属化合物のコロイド溶液の製造方法。 The raw material solution containing the metal ions is a solution containing a metal salt that is a raw material of the metal compound, and the raw material solution containing the (meth) acrylic acid polymer further contains a neutralizing agent. A method for producing a colloidal solution of a metal compound according to claim 7 . 前記金属イオンを含有する原料溶液の陽イオン濃度が0.01〜0.5mol/Lであることを特徴とする請求項6〜8のうちのいずれか一項に記載の金属化合物のコロイド溶液の製造方法。 The colloidal solution of a metal compound according to any one of claims 6 to 8 , wherein the cation concentration of the raw material solution containing the metal ions is 0.01 to 0.5 mol / L. Production method. 前記(メタ)アクリル酸系重合体中の全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合が90%以上100%以下である場合にはコロイド溶液のpHを5.0以上10.0以下に調整し、前記親水基を有する繰り返し単位の割合が50%以上90%未満である場合にはコロイド溶液のpHを7.0以上10.0以下に調整することを特徴とする請求項6〜9に記載の金属化合物のコロイド溶液の製造方法。 The pH of the colloidal solution is adjusted to 5.0 or more and 10.0 or less when the ratio of those having a hydrophilic group among all repeating units in the (meth) acrylic acid polymer is 90% or more and 100% or less. and, to claim 6-9 proportion of the repeating unit having a hydrophilic group, which comprises adjusting the pH of the colloidal solution to 7.0 to 10.0 in the case is less than 50% 90% A method for producing a colloidal solution of the metal compound described.
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