JP5578073B2

JP5578073B2 - コア−シェル粒子の製造方法および中空粒子の製造方法

Info

Publication number: JP5578073B2
Application number: JP2010515900A
Authority: JP
Inventors: 洋平河合; 貴重米田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2029-06-03
Also published as: JPWO2009148097A1; EP2298694A4; CN102046522A; US20110076484A1; WO2009148097A1; TW201004864A; EP2298694A1

Description

本発明は、コア−シェル粒子の製造方法および該コア−シェル粒子を用いた中空粒子の製造方法に関する。

酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物粒子は、紫外線遮蔽能を有することから、樹脂用フィラー、化粧料等として用いられている。また、インジウムがドープされた酸化スズ（以下、ＩＴＯと記す。）等の金属酸化物粒子は、は、赤外線遮蔽能を有することから、樹脂用フィラー、ガラス用コーティング等として用いられている。

しかし、該金属酸化物粒子は、下記の問題を有する。
（ｉ）酸化チタン、酸化亜鉛等は光触媒活性を有するため、該金属酸化物粒子を樹脂用フィラー、化粧料等に用いた場合、有機物（樹脂、化粧料の他の成分等。）を分解する。
（ii）酸化亜鉛粒子をフッ素樹脂用フィラーに用いた場合、フッ素樹脂から遊離するフッ素化合物と酸化亜鉛とが反応してフッ化亜鉛に変質し、紫外線遮断能が低下する。
（iii）ＩＴＯ粒子を樹脂用フィラー、ガラス用コーティング等として用いた場合、ＩＴＯが酸化劣化して、赤外線遮蔽能が低下する。

そのため、金属酸化物粒子を前記用途に用いる場合は、通常、金属酸化物粒子をコア粒子とし、該粒子の表面を、酸化ケイ素（シリカ）等の金属酸化物からなるシェルで被覆したコア−シェル粒子として用いる。

また、該コア−シェル粒子のコア粒子を溶解させて、酸化ケイ素（シリカ）等の金属酸化物からなるシェルからなる中空粒子を得ることが知られている。該中空粒子は、屈折率が低いことから、反射防止膜等の材料に用いられている。

前記コア−シェル粒子および中空粒子の製造方法としては、下記工程を有する方法が知られている（特許文献１）。

特許文献１は、“コア粒子である酸化亜鉛粒子の分散液中で、酸化ケイ素前駆体をｐＨ＞８で反応させて、酸化亜鉛粒子の表面に酸化ケイ素からなるシェルを形成し、コア−シェル粒子を含む分散液を得る工程”を開示している。また、特許文献１は、“コア−シェル粒子を含む分散液と酸性カチオン交換樹脂とを混合接触させ、ｐＨ＝２〜８で酸化亜鉛粒子を溶解させ、シェルからなる中空粒子を含む分散液を得る工程”を開示している。

しかし、該方法では、シェルの形成を室温で行っているため、コア−シェル粒子の製造に時間がかかる。また、酸化ケイ素前駆体の反応速度を上げるために加熱を行うと、コア粒子の表面以外でも酸化ケイ素前駆体の反応が進行し、酸化ケイ素前駆体のみからなる粒子が生成する。ここで、コア粒子の表面以外で酸化ケイ素前駆体のみからなる粒子が生成することを析出という。さらに、この析出が進行すると、分散液がゲル化もしくは固形物が分散媒に分散せずに沈殿する。

特開２００６−３３５６０５号公報

本発明は、シェル形成材料からなる粒子およびゲルの生成を抑えつつ、コア−シェル粒子および中空粒子を製造できる方法、シェル厚が精密に制御されたコア−シェル粒子および塗料組成物、ならびに反射防止効果の高い塗膜を有する物品を提供する。

本発明のコア−シェル粒子の製造方法は、誘電率が１０以上の材料からなるコア粒子と、金属酸化物前駆体とを含む液に、マイクロ波を照射して、前記コア粒子の表面に金属酸化物からなるシェルを形成する、コア−シェル粒子の製造方法であって、前記コア粒子が、酸化亜鉛粒子、酸化チタン粒子、インジウムがドープされた酸化スズ粒子またはマンガンドープ硫化亜鉛粒子であり、前記金属酸化物前駆体が、アルコキシシランであり、マイクロ波の出力が、誘電率が１０以上の材料からなるコア粒子と、金属酸化物前駆体とを含む前記液が５０〜３００℃に加熱される出力であり、前記コア粒子の平均凝集粒子径が、１〜１０００ｎｍであることを特徴とする。

前記コア−シェル粒子のシェルの厚さは、１〜５００ｎｍであることが好ましい。
前記コア−シェル粒子の平均凝集粒子径は、３〜１０００ｎｍであることが好ましい。

本発明の中空粒子の製造方法は、本発明のコア−シェル粒子の製造方法で得られたコア−シェル粒子のコア粒子を溶解または分解させることを特徴とする。
前記コア粒子は、酸化亜鉛粒子であることが好ましい。

本発明のコア−シェル粒子の製造方法によれば、シェル形成材料からなる粒子およびゲルの生成を抑えつつ、コア−シェル粒子を製造できる。
本発明のコア−シェル粒子は、シェル形成材料からなる粒子およびゲルが少ないため、シェル厚が精密に制御される。
本発明の中空粒子の製造方法によれば、シェル形成材料からなる粒子およびゲルの生成を抑えつつ、中空粒子を製造できる。
本発明の塗料組成物は、シェル形成材料からなる粒子およびゲルが少ない。
本発明の物品は、反射防止効果の高い塗膜を有する。

＜コア−シェル粒子の製造方法＞
本発明のコア−シェル粒子の製造方法は、誘電率が１０以上の材料からなるコア粒子と、金属酸化物前駆体とを含む液に、マイクロ波を照射して、前記コア粒子の表面に金属酸化物からなるシェルを形成する方法である。

具体的には、下記の工程を有する方法が挙げられる。
（ａ）コア粒子を分散媒に分散させたコア粒子の分散液に、金属酸化物前駆体、必要に応じて水、有機溶媒、アルカリまたは酸、他の添加化合物等を加え、原料液を調製する工程。
（ｂ）該原料液にマイクロ波を照射して該原料液を加熱するとともに、金属酸化物前駆体をアルカリまたは酸によって加水分解して、コア粒子の表面に金属酸化物を析出させ、シェルを形成し、コア−シェル粒子の分散液を得る工程。
（ｃ）必要に応じて、コア−シェル粒子の分散液から分散媒を除去し、コア−シェル粒子を回収する工程。

工程（ａ）：
コア粒子の材料の誘電率は、１０以上であり、１０〜２００が好ましく、１５〜１００がより好ましい。コア粒子の材料の誘電率が１０以上であれば、マイクロ波を吸収しやすくなるため、マイクロ波によってコア粒子を選択的に、かつ高温に加熱できる。
マイクロ波を照射した際に誘電体内部で熱に代わる電力は次式で示される。
Ｐ＝２πｆＥ^２εｔａｎδ
（Ｐ：電力、ｆ：周波数、Ｅ：電界の大きさ、ε：誘電率、ｔａｎδ：誘電正接）
したがって、発生熱量は誘電率と誘電正接の積によって決まるため、誘電率だけでなく誘電正接が大きい材料ほど加熱されやすい。誘電正接は、０．００１〜１が好ましく、さらに好ましくは０．０１〜１である。

誘電率および誘電正接は、ネットワークアナライザを用いて、ブリッジ回路によって試料に電場を印加し、反射係数と位相を測定した値から算出することができる。
コア粒子の材料は、誘電率が１０以上の材料であればよい。
誘電率が１０以上の材料としては、酸化亜鉛、酸化チタン、ＩＴＯ、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、硫化亜鉛、ガリウム砒素、インジウムリン、２硫化銅アルミニウム、２硫化銅ガリウム、２硫化銅インジウム、銅インジウムダイセレナイド、銀インジウムダイセレナイド、イットリア、バナジン酸イットリウム、酸化鉄、酸化カドミウム、酸化銅、酸化ビスマス、酸化タングステン、酸化セリウム、酸化すず、金、銀、銅、白金、パラジウム、ルテニウム、鉄白金、カーボン等が挙げられる。

コア粒子としては、紫外線遮蔽能に優れる点からは、酸化亜鉛粒子、酸化チタン粒子が好ましく、赤外線遮蔽能に優れる点からは、ＩＴＯ粒子が好ましく、蛍光特性に優れる点からは、マンガンドープ硫化亜鉛粒子が好ましい。
コア粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、角状、針状、シート状、鎖状、繊維状、中空状等を用いることができる。

分散液中におけるコア粒子の平均凝集粒子径（直径）は、１〜１０００ｎｍが好ましく、１〜３００ｎｍがより好ましい。コア粒子の平均凝集粒子径が１ｎｍ以上であれば、コア粒子の質量あたりの表面積が増えすぎることがなく、被覆に必要な金属酸化物の量が抑えられる。コア粒子の平均凝集粒子径が１０００ｎｍ以下であれば、分散媒への分散性が良好となる。
分散液中におけるコア粒子の平均凝集粒子径は、動的光散乱法で測定される。
コア粒子の濃度は、コア粒子の分散液（１００質量％）中、０．１〜４０質量％が好ましく、０．５〜２０質量％がより好ましい。コア粒子の濃度が０．５質量％以上であれば、コア−シェル粒子の製造効率が良好となる。コア粒子の濃度が２０質量％以下であれば、コア粒子が凝集しにくい。

分散媒としては、水、アルコール類（メタノール、エタノール、イソプロパノール等。）、ケトン類（アセトン、メチルエチルケトン等。）、エーテル類（テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン等。）、エステル類（酢酸エチル、酢酸メチル等。）、グリコールエーテル類（エチレングリコールモノアルキルエーテル等。）、含窒素化合物類（Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等。）、含硫黄化合物類（ジメチルスルホキシド等。）等が挙げられる。
分散媒は、金属酸化物前駆体の加水分解に水が必要であるため、分散媒１００質量％中、５〜１００質量％の水を含むことが好ましい。

金属酸化物としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、およびＺｒからなる群から選ばれる１種以上の金属の酸化物が挙げられる。金属酸化物は、金属がＳｉの場合、ＳｉＯ_２であり、Ａｌの場合、Ａｌ_２Ｏ_３であり、Ｃｕの場合、ＣｕＯであり、Ｃｅの場合、ＣｅＯ_２であり、Ｓｎの場合、ＳｎＯ_２であり、Ｔｉの場合、ＴｉＯ_２であり、Ｃｒの場合、Ｃｒ_２Ｏ_３であり、Ｃｏの場合、ＣｏＯであり、Ｆｅの場合、Ｆｅ_２Ｏ_３であり、Ｍｎの場合、ＭｎＯ_２であり、Ｎｉの場合、ＮｉＯであり、Ｚｎの場合、ＺｎＯであり、Ｚｒの場合、ＺｒＯ_２である。

金属酸化物前駆体としては、金属アルコキシド等が挙げられ、緻密なシェルを形成する点から、アルコキシシランが好ましい。
アルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン（以下、ＴＥＯＳと記す。）、テトラｎ−プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン等が挙げられ、反応速度が適正な点から、ＴＥＯＳが好ましい。

金属酸化物前駆体の量は、シェルの厚さが１〜５００ｎｍとなる量が好ましく、シェルの厚さが１〜１００ｎｍとなる量がより好ましい。
金属酸化物前駆体の量（金属酸化物換算）は、具体的には、コア粒子１００質量部に対して、０．１〜１００００質量部が好ましい。

アルカリとしては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、ジメチルアミン、トリエチルアミン、アニリン等が挙げられ、加温により除去可能な点から、アンモニアが好ましい。
アルカリの量は、金属酸化物前駆体が三次元的に重合して緻密なシェルを形成しやすい点から、原料液のｐＨが８．５〜１０．５となる量が好ましく、９．０〜１０．０となる量がより好ましい。

酸としては、塩酸、硝酸等が挙げられる。なお、酸化亜鉛粒子は酸に溶解するため、コア粒子として酸化亜鉛粒子を用いる場合、金属酸化物前駆体の加水分解はアルカリによって行うことが好ましい。
酸の量は、原料液のｐＨが３．５〜５．５となる量が好ましい。

他の添加化合物としては、金属キレート化合物、有機スズ化合物、金属アルコレート、金属脂肪酸塩等が挙げられ、シェルの強度の点から、金属キレート化合物、有機スズ化合物が好ましく、金属キレート化合物が特に好ましい。
他の添加化合物の量（金属酸化物換算）は、金属酸化物前駆体の量（金属酸化物換算）の１００質量部に対して０．１〜２０質量部が好ましく、０．２〜８質量部がより好ましい。

工程（ｂ）：
マイクロ波とは、通常、周波数が３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの電磁波を指す。通常は、周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波が用いられるが非加熱物が有効に加熱される周波数を選択すればよく、これに限定されるものではない。電波法により、ＩＳＭバンドと呼ばれる通信以外の目的で電波を利用する用途のために周波数帯が定められており、例えば４３３．９２（±０．８７）ＭＨｚ、８９６（±１０）ＭＨｚ、９１５（±１３）ＭＨｚ、２３７５（±５０）ＭＨｚ、２４５０（±５０）ＭＨｚ、５８００（±７５）ＭＨｚ、２４１２５（±１２５）ＭＨｚ等のマイクロ波を用いることができる。

マイクロ波の出力は、原料液が３０〜５００℃に加熱される出力が好ましく、原料液が５０〜３００℃に加熱される出力がより好ましい。
原料液の温度が３０℃以上であれば、緻密なシェルを短時間で形成できる。原料液の温度が５００℃以下であれば、コア粒子表面以外で析出する金属酸化物の量が抑えられる。
マイクロ波加熱処理は、バッチ処理でもよいが、大量に製造する場合には流通式装置による連続処理がより好ましい。マイクロ波の照射方式はシングルモードでもよいが、大量に製造する場合には均一に加熱できるマルチモードがより好ましい。
マイクロ波の照射時間は、マイクロ波の出力（原料液の温度）に応じて、所望の厚さのシェルが形成される時間に調整すればよく、たとえば、１０秒〜６０分である。

工程（ｃ）：
コア−シェル粒子の分散液から分散媒を除去し、コア−シェル粒子を回収する方法としては、下記の方法が挙げられる。
（ｃ−１）コア−シェル粒子の分散液を加熱して、分散媒等を揮発させる方法。
（ｃ−２）コア−シェル粒子の分散液を固液分離して、固形分を乾燥する方法。
（ｃ−３）スプレードライヤーを用い、加熱されたガス中にコア−シェル粒子の分散液を噴霧して分散媒等を揮発させる方法（スプレードライ法）。
（ｃ−４）コア−シェル粒子の分散液を冷却し減圧することで、分散媒等を昇華させる方法（凍結乾燥法）。

以上説明した本発明のコア−シェル粒子の製造方法にあっては、誘電率が１０以上の材料からなるコア粒子と金属酸化物前駆体とを含む原料液にマイクロ波を照射しているため、コア粒子を選択的に、かつ高温に加熱できる。そのため、原料液全体が高温になったとしても、コア粒子がさらに高温に加熱されているため、金属酸化物前駆体の加水分解がコア粒子の表面にて優先的に進行し、コア粒子の表面に金属酸化物が選択的に析出する。よって、コア粒子の表面以外に単独で析出するシェル形成材料（金属酸化物）からなる粒子の量が抑えられる。また、シェルを高温条件にて形成できるため、シェルが短時間で形成される。

＜コア−シェル粒子＞
本発明のコア−シェル粒子は、本発明のコア−シェル粒子の製造方法で得られたコア−シェル粒子である。
コア−シェル粒子のシェルの厚さは、１〜５００ｎｍが好ましく、１〜１００ｎｍがより好ましい。シェルの厚さが１ｎｍ以上であれば、コア粒子の光触媒活性が充分に抑えられ、また、コア粒子の変質、劣化が充分に抑えられる。シェルの厚さが５００ｎｍ以下であれば、コア粒子が有する紫外線遮蔽能、赤外線遮蔽能等の機能が充分に発揮される。

シェルの厚さは、金属酸化物前駆体の量、マイクロ波の出力、照射時間等を適宜調整することにより調整できる。例えば、コア粒子の周囲に目標厚さのシェルが形成したと仮定した場合のコア粒子とシェルとの体積比から、コア粒子とシェル形成材料（金属酸化物）との比重を用いて質量比に換算し、コア粒子に対する金属酸化物前駆体の仕込量を調整することでシェルの厚さをコントロールできる。

シェルの厚さは、コア−シェル粒子を透過型電子顕微鏡にて観察し、１００個の粒子を無作為に選び出し、各コア−シェル粒子のシェルの厚さを測定し、１００個のコア−シェル粒子のシェルの厚さを平均した値である。
コア−シェル粒子の平均凝集粒子径（直径）は、３〜１０００ｎｍが好ましく、３〜３００ｎｍがより好ましい。
コア−シェル粒子の平均凝集粒子径は、分散媒中におけるコア−シェル粒子の平均凝集粒子径であり、動的光散乱法で測定される。
コア−シェル粒子の平均一次粒子径は、３〜５００ｎｍが好ましく、３〜２００ｎｍがより好ましい。
コア−シェル粒子の平均一次粒子径（直径）は、コア−シェル粒子を透過型電子顕微鏡にて観察し、１００個の粒子を無作為に選び出し、各コア−シェル粒子の粒子径を測定し、１００個のコア−シェル粒子の粒子径を平均した値である。

以上説明した本発明のコア−シェル粒子にあっては、本発明のコア−シェル粒子の製造方法で得られたものであるため、シェル形成材料（金属酸化物）からなる粒子の量が少なく、シェル厚を精密に制御することができる。

＜中空粒子の製造方法＞
本発明の中空粒子の製造方法は、本発明のコア−シェル粒子の製造方法で得られたコア−シェル粒子のコア粒子を溶解または分解させる方法である。
具体的には、下記の工程を有する方法が挙げられる。
（ａ’）コア粒子を分散媒に分散させたコア粒子の分散液に、金属酸化物前駆体、必要に応じて水、有機溶媒、アルカリまたは酸、他の添加化合物等を加え、原料液を調製する工程。
（ｂ’）該原料液にマイクロ波を照射して該原料液を加熱するとともに、金属酸化物前駆体をアルカリまたは酸によって加水分解して、コア粒子の表面に金属酸化物を析出させ、シェルを形成し、コア−シェル粒子の分散液を得る工程。
（ｃ’）該分散液に含まれるコア−シェル粒子のコア粒子を溶解または分解し、シェルからなる中空粒子の分散液を得る工程。

工程（ａ’）：
工程（ａ’）は、本発明のコア−シェル粒子の製造方法における工程（ａ）と同様の工程である。
コア粒子の材料は、誘電率が１０以上の材料であり、かつ工程（ｃ’）にて溶解または分解できるものであればよい。
コア粒子としては、熱分解性有機粒子（界面活性剤ミセル、水溶性有機ポリマー、スチレン樹脂、アクリル樹脂等。）、酸溶解性無機粒子（酸化亜鉛、アルミン酸ナトリウム、炭酸カルシウム、塩基性炭酸亜鉛等。）、光溶解性無機粒子（硫化亜鉛、硫化カドミウム、酸化亜鉛等。）等が挙げられる。特に、酸化亜鉛粒子が好ましい。
工程（ｂ’）：
工程（ｂ’）は、本発明のコア−シェル粒子の製造方法における工程（ｂ）と同様の工程である。
工程（ｃ’）：
コア粒子が酸溶解性無機粒子の場合、酸を添加することによってコア粒子を溶解、除去できる。
酸としては、無機酸（塩酸、硫酸、硝酸等。）、有機酸（ギ酸、酢酸等。）、酸性カチオン交換樹脂等が挙げられる。

以上説明した本発明の中空粒子の製造方法にあっては、本発明のコア−シェル粒子の製造方法で得られたコア−シェル粒子を用いているため、得られる分散液に含まれるシェル形成材料（金属酸化物）からなる粒子の量が抑えられる。また、シェルを高温条件にて形成できるため、シェルが短時間で形成される。

＜中空粒子＞
中空粒子のシェルの厚さは、１〜５０ｎｍが好ましく、１〜２０ｎｍがより好ましい。シェルの厚さが１ｎｍ以上であれば、充分な強度を有する。シェルの厚さが５０ｎｍ以下であれば、反射防止効果の高い塗膜を形成できる。
シェルの厚さは、金属酸化物前駆体の量、マイクロ波の出力、照射時間等を適宜調整することにより調整できる。
シェルの厚さは、中空粒子を透過型電子顕微鏡にて観察し、１００個の粒子を無作為に選び出し、各中空粒子のシェルの厚さを測定し、１００個の中空粒子のシェルの厚さを平均した値である。

中空粒子の平均凝集粒子径（直径）は、５〜３００ｎｍが好ましく、１０〜１００ｎｍがより好ましい。中空粒子の平均凝集粒子径が５ｎｍ以上であれば、隣接する中空粒子間に充分な空隙が形成されるため、塗膜の屈折率が低くなり、反射防止効果が高くなる。中空粒子の平均凝集粒子径が３００ｎｍ以下であれば、光の散乱が抑えられるため、透明性の高い塗膜が得られる。
中空粒子の平均凝集粒子径は、分散媒中における中空粒子の平均凝集粒子径であり、動的光散乱法で測定される。
中空粒子の平均一次粒子径（直径）は、５〜１００ｎｍが好ましく、５〜８０ｎｍがより好ましい。中空粒子の平均一次粒子径が該範囲内にあれば、塗膜の反射防止効果が高くなる。
中空粒子の平均一次粒子径は、中空粒子を透過型電子顕微鏡にて観察し、１００個の粒子を無作為に選び出し、各中空粒子の粒子径を測定し、１００個の中空粒子の粒子径を平均した値である。

＜塗料組成物＞
本発明の塗料組成物は、本発明の中空粒子の製造方法で得られた中空粒子と、分散媒と、必要に応じてバインダーとを含む。
分散媒としては、水、アルコール類（メタノール、エタノール、イソプロパノール等。）、ケトン類（アセトン、メチルエチルケトン等。）、エーテル類（テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン等。）、エステル類（酢酸エチル、酢酸メチル等。）、グリコールエーテル類（エチレングリコールモノアルキルエーテル等。）、含窒素化合物類（Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等。）、含硫黄化合物類（ジメチルスルホキシド等。）等が挙げられる。

バインダーとしては、アルコキシシラン（テトラメトキシシラン、ＴＥＯＳ等。）、アルコキシシランを加水分解して得られるケイ酸オリゴマー、シラノール基を有するケイ素化合物（ケイ酸、トリメチルシラノール等。）、活性シリカ（水ガラス、オルトケイ酸ナトリウム等。）、有機ポリマー（ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミド誘導体、ポリビニルアルコール等。）等が挙げられる。

中空粒子とバインダーとの質量比（中空粒子／バインダー）は、１０／０〜５／５が好ましく、９／１〜７／３がより好ましい。中空粒子／バインダー（質量比）が該範囲であれば、塗膜の屈折率を低く維持でき、反射防止効果が高い塗膜を形成できる。
本発明の塗料組成物の固形分濃度は、０．１〜２０質量％が好ましい。
本発明の塗料組成物は、本発明の中空粒子の製造方法以外で得られた中空粒子または中実粒子を、本発明の効果を損なわない範囲で含んでいてもよい。
本発明の塗料組成物は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等の塩化物、硝酸塩、硫酸塩、蟻酸塩、酢酸塩等のアルカリ土類金属塩；無機酸、有機酸、塩基、金属キレート化合物、４級アンモニウム塩、有機スズ化合物等の硬化触媒；紫外線遮蔽性、赤外線遮蔽性、導電性を示す無機粒子；顔料、染料、界面活性剤等の公知の添加剤を含んでいてもよい。
本発明の塗料組成物には、さらに無機物及び／又は有機物からなる各種塗料用配合剤が配合され、ハードコート、アルカリバリア、着色、導電、帯電防止、偏光、紫外線遮蔽、赤外線遮蔽、防汚、防曇、光触媒、抗菌、蛍光、蓄光、屈折率制御、撥水、撥油、指紋除去、滑り性等より選ばれる１種または２種以上の機能が付与されてもよい。

本発明の塗料組成物には、塗膜に求められる機能に応じて、通常使用される添加剤、例えば、泡立ち防止剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、粘度調整剤、酸化防止剤、防カビ剤等を適宜添加することができる。また、塗膜を目的に応じた色に着色するため、塗料用として通常使用される種々の顔料、例えばチタニア、ジルコニア、鉛白、ベンガラ等を配合することも可能である。

以上説明した本発明の塗料組成物にあっては、本発明の中空粒子の製造方法で得られた中空粒子を含むため、シェル形成材料（金属酸化物）からなる中実粒子の量が少ない。よって、屈折率が低く、反射防止効果が高い塗膜を形成できる。

＜物品＞
本発明の物品は、本発明の塗料組成物からなる塗膜が形成されたものである。
塗膜の膜厚は、５０〜３００ｎｍが好ましく、８０〜２００ｎｍがより好ましい。塗膜の膜厚が５０ｎｍ以上であれば、光の干渉が起こり、反射防止効果が発現する。塗膜の膜厚が３００ｎｍ以下であれば、クラックが発生せずに製膜できる。
塗膜の膜厚は、塗工および非塗工界面を段差計で測定することによって得られる。
塗膜の屈折率は、１．２〜１．４が好ましく、１．２３〜１．３５がより好ましい。塗膜の屈折率が１．２以上であれば、膜の上面で反射される光と下面で反射される光が干渉することで打ち消し合い、反射防止効果が高い塗膜が得られる。塗膜の屈折率が１．４以下であれば、膜の上面で反射される光と下面で反射される光が干渉することで打ち消し合い、ガラスを基材とした場合に反射防止効果が高い塗膜が得られる。該塗膜の反射率は、０．０〜１．４％が好ましく、０．０〜１．０％がより好ましい。

塗膜の屈折率は、５５０ｎｍにおける屈折率であり、屈折計により測定される。
塗膜は、基材表面に本発明の塗料組成物を塗布し、乾燥することによって形成できる。塗膜は、膜強度の点からは、さらに加熱または焼成されることが好ましく、ガラスの強化工程において焼成されることがコストの点においてより好ましい。

基材の材料としては、ガラス、金属、有機ポリマー、シリコン等が挙げられ、あらかじめ何らかの塗膜が形成されている基材でもよい。ガラスとしては、フロート法等により成形されたガラスのほか、表面に凹凸が刻印されたロール部材と他のロール部材との間に溶融したガラスが供給されロールアウト成形されることにより得られる型板ガラスも使用できる。特に、本発明の塗料組成物を塗布し、乾燥することによって塗膜を形成した型板ガラスは太陽電池用カバーガラスとして好ましく使用できる。この場合、型板ガラスの平滑面（凹凸が小さい側の面）に塗膜が形成されるのが好ましい。有機ポリマーとしては、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと記す。）、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、トリアセチルアセテート等が挙げられる。
基材の形状としては、板、フィルム等が挙げられる。

本発明の物品には、別の機能層（密着改善層、保護層等）が本発明の効果を損なわない範囲において形成されていてもよい。なお、本発明においては、生産性、耐久性の点から、本発明における塗膜のみが形成されていることが好ましい。
基材には、あらかじめ無機物及び／又は有機物からなる塗膜が形成され、ハードコート、アルカリバリア、着色、導電、帯電防止、偏光、紫外線遮蔽、赤外線遮蔽、防汚、防曇、光触媒、抗菌、蛍光、蓄光、屈折率制御、撥水、撥油、指紋除去、滑り性等より選ばれる１種または２種以上の機能が付与されていてもよい。さらにまた、本発明の塗料組成物が塗布されてなる塗膜の上に無機物及び／又は有機物からなる機能性の塗膜が形成され、ハードコート、アルカリバリア、着色、導電、帯電防止、偏光、紫外線遮蔽、赤外線遮蔽、防汚、防曇、光触媒、抗菌、蛍光、蓄光、屈折率制御、撥水、撥油、指紋除去、滑り性等より選ばれる１種または２種以上の機能が付与されてもよい。

塗布方法としては、バーコート、ダイコート、グラビアコート、ロールコート、フローコート、スプレーコート、オンラインスプレーコート、超音波スプレーコート、インクジェット、ディップコート等の公知の方法が挙げられる。オンラインスプレーコートとは、基材を成型するライン上でそのままスプレー塗布する方法であり、基板を再加熱する工程が省けるため、物品を低コストで製造でき、有用である。
以上説明した本発明の物品にあっては、本発明の塗料組成物からなる塗膜を有するため、反射防止効果が高い。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例にのみに限定されるものではない。
例１〜８は、実施例であり、例９〜１４は、比較例である。

（コア粒子の平均凝集粒子径）
コア粒子の平均凝集粒子径は、動的光散乱法粒度分析計（日機装社製、マイクロトラックＵＰＡ）を用いて測定した。
（誘電率）
コア粒子の材料の誘電率は、ネットワークアナライザ（アジレント・テクノロジー社製、ＰＮＡマイクロ波ベクトル・ネットワーク・アナライザ）を用いて、ブリッジ回路によって試料に電場を印加し、反射係数と位相を測定した値から算出した。
（液の状態）
加熱後の原料液の状態を目視および透過型電子顕微鏡で確認した。
分散：コア−シェル粒子が分散媒に均一に分散している。（目視で確認）
析出：コア−シェル粒子とは別に、酸化ケイ素粒子が多く析出している。（透過型電子顕微鏡で確認）
沈殿：固形物が分散媒に分散せず、沈殿している。（目視で確認）
（シェルの厚さ）
コア−シェル粒子の分散液をエタノールで０．１質量％に希釈した後、コロジオン膜にサンプリングして透過型電子顕微鏡にて観察し、１００個の粒子を無作為に選び出し、各コア−シェル粒子のシェルの厚さを測定し、１００個のコア−シェル粒子のシェルの厚さを平均した。
（最低反射率）
３８０〜１２００ｎｍにおける、基材上の塗膜の反射率を分光光度計（日立製作所社製、型式：Ｕ−４１００）で測定し、反射率の最小値（最低反射率）を求めた。

〔例１〕
２００ｍＬの石英製耐圧容器に、酸化亜鉛（ＺｎＯ、誘電率：１８）粒子の水分散液（平均凝集粒子径：３０ｎｍ、固形分濃度：２０質量％）の５５．６ｇ、ＴＥＯＳ（酸化ケイ素換算の固形分濃度：２８．８質量％）の６．９ｇ（目標シェル厚：２ｎｍ）、エタノールの３６．９ｇ、２８質量％のアンモニア水溶液の０．６ｇを入れ、ｐＨが１０の原料液を調製した。

耐圧容器を密封した後、マイクロ波加熱装置を用い、原料液に最大出力：５００Ｗ、周波数：２．４５ＧＨｚのマイクロ波（ＭＷ）を５分間照射し、ＴＥＯＳを加水分解して、酸化亜鉛粒子の表面に酸化ケイ素を析出させ、シェルを形成し、コア−シェル粒子の分散液の１００ｇを得た。マイクロ波照射中の反応液の温度は１２０℃であった。コア−シェル粒子の分散液の状態を観察した。結果を表１に示す。

コア−シェル粒子の分散液の一部を採取し、透過型顕微鏡にてシェルの厚さを測定したところ、目標シェル厚と同様に２ｎｍであった。結果を表１に示す。
コア−シェル粒子の分散液の１００ｇに、強酸性カチオン交換樹脂（総交換容量２．０ｍｅｑ／ｍＬ以上）の１００ｇを加え、１時間撹拌してｐＨが４となった後、ろ過により強酸性カチオン交換樹脂を除去し、中空粒子の分散液を得た。該分散液を限外ろ過により固形分濃度２０質量％まで濃縮した。

２００ｍＬのガラス製容器に、中空粒子の分散液（固形分濃度２０質量％）の６ｇ、ケイ酸オリゴマー溶液（固形分濃度５質量％）の６ｇ、エタノールの８８ｇを入れ、１０分間撹拌して、塗料組成物（固形分濃度１．５質量％）を得た。

該塗料組成物を、エタノール拭きしたガラス基板（１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ３．５ｍｍ）の表面に塗布し、回転数２００ｒｐｍで６０秒間スピンコートして均一化した後、６５０℃で１０分間焼成し、厚さ１００ｎｍの塗膜を形成した。該塗膜の最低反射率を測定した。結果を表１に示す。

〔例２〕
酸化亜鉛粒子の水分散液を６２．５ｇ、ＴＥＯＳを３．５ｇ（目標シェル厚：１ｎｍ）、エタノールを３３．７ｇ、アンモニア水溶液を０．３ｇに変更し、マイクロ波の最大出力を１０００Ｗに変更し、マイクロ波の照射時間を２分に変更した以外は、例１と同様にして、コア−シェル粒子の分散液の１００ｇを得た。マイクロ波照射中の反応液の温度は１８０℃であった。コア−シェル粒子の分散液の状態を観察した。結果を表１に示す。

また、例１と同様の操作を行い、シェルの厚さを測定したところ、目標シェル厚と同様に１ｎｍであった。結果を表１に示す。
また、例１と同様の操作を行い、中空粒子の分散液、塗料組成物を得た後、塗膜を形成した。該塗膜の最低反射率を測定した。結果を表１に示す。

〔例３〕
マイクロ波の最大出力を１００Ｗに変更し、マイクロ波の照射時間を６０分に変更した以外は、例１と同様にして、コア−シェル粒子の分散液の１００ｇを得た。マイクロ波照射中の反応液の温度は６０℃であった。コア−シェル粒子の分散液の状態を観察した。結果を表１に示す。
ケイ酸オリゴマー溶液（固形分濃度２質量％）をエタノール拭きしたガラス基板（１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ３．５ｍｍ）の表面に塗布し、回転数２００ｒｐｍで６０秒間スピンコートして均一化した後、２００℃で１０分間乾燥し、厚さ１００ｎｍの塗膜を形成した。

また、例１と同様の操作を行い、シェルの厚さを測定したところ、目標シェル厚と同様に２ｎｍであった。結果を表１に示す。
また、例１と同様の操作を行い、中空粒子の分散液、塗料組成物を得た後、塗膜を形成した。該塗膜の最低反射率を測定した。結果を表１に示す。

〔例４〕
２００ｍＬの石英製耐圧容器に、酸化亜鉛粒子の水分散液（平均凝集粒子径：７０ｎｍ、固形分濃度：２０質量％）の４５．５ｇ、ＴＥＯＳ（酸化ケイ素換算の固形分濃度：２８．８質量％）の３．５ｇ（目標シェル厚：２ｎｍ）、エタノールの５０．７ｇ、２８質量％のアンモニア水溶液の０．３ｇを入れ、ｐＨが１０の原料液を調製した。
耐圧容器を密封した後、マイクロ波加熱装置を用い、原料液に最大出力：１４００Ｗ、周波数：２．４５ＧＨｚのマイクロ波を１５分間照射し、ＴＥＯＳを加水分解して、酸化亜鉛粒子の表面に酸化ケイ素を析出させ、シェルを形成し、コア−シェル粒子の分散液の１００ｇを得た。マイクロ波照射中の反応液の温度は２８０℃であった。コア−シェル粒子の分散液の状態を観察した。結果を表１に示す。

〔例５〕
２００ｍＬの石英製耐圧容器に、酸化チタン（誘電率：３０）粒子の水分散液（平均凝集粒子径：２０ｎｍ、固形分濃度：１．０質量％）の５０ｇ、ＴＥＯＳ（酸化ケイ素換算の固形分濃度：２８．８質量％）の１ｇ（目標シェル厚：３ｎｍ）、エタノールの４８．１ｇ、２８質量％のアンモニア水溶液の０．９ｇを入れ、ｐＨが１０の原料液を調製した。

耐圧容器を密封した後、マイクロ波加熱装置を用い、原料液に最大出力：１０００Ｗ、周波数：２．４５ＧＨｚのマイクロ波を５分間照射し、ＴＥＯＳを加水分解して、酸化チタン（ＴｉＯ_２）粒子の表面に酸化ケイ素を析出させ、シェルを形成し、コア−シェル粒子の分散液の１００ｇを得た。マイクロ波照射中の反応液の温度は１２０℃であった。コア−シェル粒子の分散液の状態を観察した。結果を表１に示す。
また、例１と同様の操作を行い、シェルの厚さを測定したところ、目標シェル厚と同様に３ｎｍであった。結果を表１に示す。

〔例６〕
２００ｍＬの石英製耐圧容器に、ＩＴＯ（誘電率：２４）粒子の水分散液（平均凝集粒子径：６０ｎｍ、固形分濃度：８質量％）の６２．５ｇ、ＴＥＯＳ（酸化ケイ素換算の固形分濃度：２８．８質量％）の１０．４ｇ（目標シェル厚：１５ｎｍ）、エタノールの２６．２ｇ、２８質量％のアンモニア水溶液の０．９ｇを入れ、ｐＨが１０の原料液を調製した。

耐圧容器を密封した後、マイクロ波加熱装置を用い、原料液に最大出力：１０００Ｗ、周波数：２．４５ＧＨｚのマイクロ波を５分間照射し、ＴＥＯＳを加水分解して、ＩＴＯ粒子の表面に酸化ケイ素を析出させ、シェルを形成し、コア−シェル粒子の分散液の１００ｇを得た。マイクロ波照射中の反応液の温度は１２０℃であった。コア−シェル粒子の分散液の状態を観察した。結果を表１に示す。
また、例１と同様の操作を行い、シェルの厚さを測定したところ、目標シェル厚と同様に１５ｎｍであった。結果を表１に示す。

〔例７〕
２０Ｌのポリ容器に、酸化亜鉛（ＺｎＯ、誘電率：１８）粒子の水分散液（平均凝集粒子径：３０ｎｍ、固形分濃度：２０質量％）の５５６０ｇ、ＴＥＯＳ（酸化ケイ素換算の固形分濃度：２８．８質量％）の６９０ｇ（目標シェル厚：２ｎｍ）、エタノールの３６９０ｇ、２８質量％のアンモニア水溶液の６０ｇを入れ、ｐＨが１０の原料液を調製した。

流通式マイクロ波加熱装置にポンプによって原料液を１６７ｍＬ／分で導入し、最大出力：５ｋＷ、周波数：２．４５ＧＨｚのマルチモードのマイクロ波を照射し、ＴＥＯＳを加水分解して、酸化亜鉛粒子の表面に酸化ケイ素を析出させ、シェルを形成し、コア−シェル粒子の分散液の１０ｋｇを得た。マイクロ波照射によって反応液の温度は３分間で１２０℃に達した。コア−シェル粒子の分散液の状態を観察した。結果を表１に示す。

該塗料組成物を、エタノール拭きしたガラス基板（１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ３．５ｍｍ）の表面に塗布し、回転数２００ｒｐｍで６０秒間スピンコートして均一化した後、６５０℃で１０分間焼成した後に急冷（ガラス強化条件）して、厚さ１００ｎｍの塗膜を形成した。該塗膜の最低反射率を測定した。結果を表１に示す。
同様に流通式マイクロ波加熱装置を用いても少量バッチ式装置で合成した粒子と同等の性能を有する中空粒子が得られた。

〔例８〕
２００ｍＬの石英製耐圧容器に、マンガンドープ硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ｍｎ、誘電率：１３）粒子の水分散液（平均凝集粒子径：１０ｎｍ、固形分濃度：１．０質量％）の５０ｇ、ＴＥＯＳ（酸化ケイ素換算の固形分濃度：２８．８質量％）の４ｇ（目標シェル厚：３ｎｍ）、エタノールの４２．４ｇ、２８質量％のアンモニア水溶液の３．６ｇを入れ、ｐＨが１０の原料液を調製した。

耐圧容器を密封した後、マイクロ波加熱装置を用い、原料液に最大出力：１０００Ｗ、周波数：２．４５ＧＨｚのマイクロ波を５分間照射し、ＴＥＯＳを加水分解して、マンガンドープ硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ｍｎ）粒子の表面に酸化ケイ素を析出させ、シェルを形成し、コア−シェル粒子の分散液の１００ｇを得た。マイクロ波照射中の反応液の温度は１２０℃であった。コア−シェル粒子の分散液の状態を観察した。結果を表２に示す。
また、例１と同様の操作を行い、シェルの厚さを測定したところ、目標シェル厚と同様に３ｎｍであった。結果を表２に示す。

〔例９〕
２００ｍＬの石英製耐圧容器に、酸化亜鉛粒子の水分散液（平均凝集粒子径：３０ｎｍ、固形分濃度：２０質量％）の２５．０ｇ、ＴＥＯＳ（酸化ケイ素換算の固形分濃度：２８．８質量％）の１０．４ｇ（目標シェル厚：５．５ｎｍ）、エタノールの６３．７ｇ、２８質量％のアンモニア水溶液の０．９ｇを入れ、ｐＨが１０の原料液を調製した。
耐圧容器を密封した後、オイルバス（ＯＢ）を用い、原料液を１２０℃で５分間加熱した。しかし、固形物が分散媒に分散せずに沈殿し、コア−シェル粒子の分散液は得られなかった。結果を表２に示す。

〔例１０〕
オイルバスによる加熱を１８０℃で２分間行った以外は、例７と同様の操作を行った。しかし、固形物が分散媒に分散せずに沈殿し、コア−シェル粒子の分散液は得られなかった。結果を表２に示す。

〔例１１〕
オイルバスによる加熱を６０℃で６０分間行った以外は、例７と同様の操作を行い、コア−シェル粒子の分散液の１００ｇを得た。コア−シェル粒子の分散液の状態を観察した。結果を表２に示す。コア−シェル粒子とは別に、酸化ケイ素粒子が多く析出していた。
また、例１と同様の操作を行い、シェルの厚さを測定したところ、１ｎｍであり目標シェル厚を大幅に下回った。結果を表２に示す。
また、例１と同様の操作を行い、中空粒子の分散液、塗料組成物を得た後、塗膜を形成した。該塗膜の最低反射率を測定した。結果を表２に示す。塗膜の反射防止効果は低かった。

〔例１２〕
例５と同様にして原料液を調製した。
耐圧容器を密封した後、オイルバスを用い、原料液を１２０℃で５分間加熱した。しかし、固形物が分散媒に分散せずに沈殿し、コア−シェル粒子の分散液は得られなかった。結果を表２に示す。

〔例１３〕
例６と同様にして原料液を調製した。
耐圧容器を密封した後、オイルバスを用い、原料液を１２０℃で５分間加熱した。しかし、固形物が分散媒に分散せずに沈殿し、コア−シェル粒子の分散液は得られなかった。結果を表２に示す。

〔例１４〕
２０℃で６時間攪拌を行った以外は、例７と同様の操作を行い、コア−シェル粒子の分散液を１００ｇ得た。
コア−シェル粒子の分散状態を観察した。結果を表２に示す。分散状態は良好であったが、シェルの形成に長い時間を要した。
また、例１と同様の操作を行い、シェルの厚さを測定したところ、目標シェル厚と同様に５．５ｎｍであった。結果を表２に示す。
また、例１と同様の操作を行い、中空粒子の分散液、塗料組成物を得た後、塗膜を形成した。該塗膜の最低反射率を測定した。結果を表２に示す。

マイクロ波加熱によって、シェル組成物の沈殿および単独析出がないコア−シェル粒子を短時間で合成できた。これは、コア粒子がマイクロ波を照射することで選択的に加熱されたことで、コア粒子表面でのみシェル形成反応が進行したためであると考えられた。マイクロ波加熱を適用することで、シェルの厚みを設定通りに制御することが可能になる。したがって、シェルが厚くコア粒子の保護効果が高いコア−シェル粒子、シェル厚が薄く屈折率の低い中空粒子を合成できる点で有用である。

本発明の製造方法によって得られたコア−シェル粒子は、樹脂用フィラー、化粧料、ガラス用コーティング等として有用である。
本発明の製造方法によって得られた中空粒子は、反射防止膜形成用の材料等として有用である。

本発明の塗料組成物からなる塗膜が形成された物品は、車両用透明部品（ヘッドライトカバー、サイドミラー、フロント透明基板、サイド透明基板、リア透明基板等。）、車両用透明部品（インスツルメントパネル表面等。）、メーター、建築窓、ショーウインドウ、ディスプレイ（ノート型パソコン、モニター、ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＥＬＤ、ＣＲＴ、ＰＤＡ等。）、ＬＣＤカラーフィルター、タッチパネル用基板、ピックアップレンズ、光学レンズ、眼鏡レンズ、カメラ部品、ビデオ部品、ＣＣＤ用カバー基板、光ファイバー端面、プロジェクター部品、複写機部品、太陽電池用透明基板、携帯電話窓、バックライトユニット部品（たとえば、導光板、冷陰極管等。）、バックライトユニット部品液晶輝度向上フィルム（たとえば、プリズム、半透過フィルム等。）、液晶輝度向上フィルム、有機ＥＬ発光素子部品、無機ＥＬ発光素子部品、蛍光体発光素子部品、光学フィルター、光学部品の端面、照明ランプ、照明器具のカバー、増幅レーザー光源、反射防止フィルム、偏光フィルム、農業用フィルム等として有用である。
なお、２００８年６月３日に出願された日本特許出願２００８−１４５４９０号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims

誘電率が１０以上の材料からなるコア粒子と、金属酸化物前駆体とを含む液に、マイクロ波を照射して、前記コア粒子の表面に金属酸化物からなるシェルを形成する、コア−シェル粒子の製造方法であって、
前記コア粒子が、酸化亜鉛粒子、酸化チタン粒子、インジウムがドープされた酸化スズ粒子またはマンガンドープ硫化亜鉛粒子であり、
前記金属酸化物前駆体が、アルコキシシランであり、
マイクロ波の出力が、誘電率が１０以上の材料からなるコア粒子と、金属酸化物前駆体とを含む前記液が５０〜３００℃に加熱される出力であり、
前記コア粒子の平均凝集粒子径が、１〜１０００ｎｍである、コア−シェル粒子の製造方法。
前記コア−シェル粒子のシェルの厚さが、１〜５００ｎｍである、請求項１に記載のコア−シェル粒子の製造方法。
前記コア−シェル粒子の平均凝集粒子径が、３〜１０００ｎｍである、請求項１または２に記載のコア−シェル粒子の製造方法。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法で得られたコア−シェル粒子のコア粒子を溶解または分解させる、中空粒子の製造方法。
前記コア粒子が、酸化亜鉛粒子である、請求項４に記載の中空粒子の製造方法。