JP5704345B2 - シラン表面処理金属酸化物微粒子およびその製造方法 - Google Patents

シラン表面処理金属酸化物微粒子およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、金属の酸化物コロイド粒子を核として、その外表面を複合酸化物コロイド粒子で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子であって、5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)を核とし且つその外表面を、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.001乃至0.08のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比でアミン化合物が結合し1乃至4nmの一次粒子径を有するところの二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子(C)であって、且つ金属の酸化物コロイド粒子(A)に対する複合酸化物コロイド粒子(B)の質量比(B)/(A)が0.05乃至0.50であり、そして該コロイド粒子(C)の粒子表面にその表面積1nm2あたり1乃至4個のシリル基が結合してなることを特徴とするシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子、及びその親水性有機溶媒分散ゾル又は0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒分散ゾル並びにそれらゾルの効率的な製造法に関する。
本発明のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾル又は0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒分散ゾルは、樹脂、プラスチックス、ガラス等に適用する透明性紫外線吸収材料、透明性熱線吸収材料、高屈折率ハードコート剤、反射防止剤、封止材料等の様々な用途に用いられる。
疎水性有機溶媒を分散媒とした金属酸化物ゾルに関しては、例えば炭素原子数3乃至12の1級アルコキシル基が無機酸化物微粒子の表面の珪素原子に結合した、無機酸化物微粒子がメチルエチルケトン等の有機溶媒に安定に分散した有機溶媒分散無機酸化物ゾルの製造方法が知られている(特許文献1参照)。
また、酸化第二スズのコロイド粒子と酸化ジルコニウムのコロイド粒子とがこれらの酸化物の重量に基づいてZrO2/SnO2として0.02乃至1.0の比率に結合した構造と4乃至50nmの粒子径を有する酸化第二スズ−酸化ジルコニウムの複合体コロイド粒子を核として、その表面が0.1乃至100のWO3/SnO2質量比と0.1乃至100のSiO2/SnO2質量比と2乃至7nmの粒子径とを有する酸化タングステン−酸化第二スズ−二酸化珪素複合体のコロイド粒子で被覆されることによって形成された粒子径4.5乃至60nmの変性された酸化第二スズ−酸化ジルコニウム複合体コロイド粒子からなり、そしてこれら全金属酸化物を2乃至50質量%含む安定なゾル及びその製造法が記載されている(特許文献2参照)。
特開2005−200294号公報 特開2000−281344号公報 特開2000−281973号公報
特許文献2に記載された、酸化タングステン−酸化第二スズ−二酸化珪素複合体のコロイド粒子で被覆されることによって形成された粒子径4.5乃至60nmの変性された酸化第二スズ−酸化ジルコニウム複合体コロイド粒子からなり、これらの全金属酸化物を2乃至50質量%含む安定なゾルを、特にメチルエチルケトンやキシレンといった疎水性の高い有機溶媒を分散媒とする場合は、上記金属酸化物コロイド粒子を凝集せずに一次粒子径に近い状態で分散させるには不十分であった。
特許文献3における酸化第二スズ−酸化ジルコニウム複合体コロイドの表面の少なくとも一部を、酸化第二スズ−酸化タングステン−酸化珪素複合体コロイド粒子で被覆してなる変性酸化第二スズ−酸化ジルコニウム複合体コロイド粒子と有機珪素化合物とを含有するコーティング組成物は、上記コロイド粒子表面に有機珪素化合物への反応が不充分であり、高濃度に安定な疎水性有機溶媒に分散することはできない。
本発明は、水溶解度が0.05乃至12質量%の疎水性有機溶媒に分散可能な5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子及びその親水性有機溶媒分散ゾル又は0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒分散ゾルを提供することを目的とし、更に各種有機溶媒に再分散可能な金属酸化物コロイド粒子の微粉末を提供することを目的とする。
第1の観点として、金属の酸化物コロイド粒子を核として、その外表面を複合酸化物コロイド粒子で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子であって、5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)を核とし且つその外表面を、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.001乃至0.08のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比でアミン化合物が結合し1乃至4nmの一次粒子径を有するところの二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子(C)であって、且つ金属の酸化物コロイド粒子(A)に対する複合酸化物コロイド粒子(B)の質量比(B)/(A)が0.05乃至0.50であり、そして該コロイド粒子(C)の粒子表面にその表面積1nm2あたり1乃至4個のシリル基が結合してなることを特徴とするシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子、
第2観点として、前記シリル基が下記式(I)
−Si(R1a(X)3-a (I)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素原子数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表される第1観点に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子、
第3観点として、前記アミン化合物が第一アミン、第二アミン及び第三アミンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である第1観点に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子、
第4観点として、第1観点乃至第3観点のいずれか一つに記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾル、
第5観点として、前記親水性有機溶媒がメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ジメチルホルムアミド、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコール、及びプロピレングリコールモノメチルエーテルかなる群から選ばれる少なくとも1種である第4観点に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾル、
第6観点として、第1観点乃至第3観点のいずれか一つに記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子を含む0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒分散ゾル、
第7観点として、前記0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒がメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メタクリル酸メチル、ジイソプロピルエーテル、及びトルエンからなる群より選ばれる少なくとも1種である第6観点に記載の疎水性有機溶媒分散ゾル、
第8観点として、下記の(a)、(b)、(c)、(d)、(e)及び(f)工程を含む請求項4に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾルの製造方法:
(a)工程:スズ酸アルカリと珪酸アルカリとを二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5となる量で含有する水溶液を調製し、次いでその水溶液中に存在する陽イオンを除去して1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合体コロイド粒子の水性ゾルを調製し、更に該水性ゾルにM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比が0.1乃至1.0となる量のアミン化合物を添加することにより、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.1乃至1.0のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比で存在するアミン化合物で安定化された1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の水性ゾルを得る工程、
(b)工程:5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)の水性ゾルと(a)工程で得られた水性ゾルとを、前記金属の酸化物コロイド粒子(A)に対する前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の質量比(B’)/(A)が0.05乃至0.50となる量で混合することにより、前記金属の酸化物コロイド粒子(A)が前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)により被覆されてなる変性金属酸化物コロイド粒子(C’)の水性ゾルを得る工程、
(c)工程:(b)工程で得られた変性金属酸化物コロイド粒子(C’)の水性ゾルを陽イオン交換し、(a)工程で添加したアミン化合物を除去する工程、
(d)工程:(c)工程で得られた水性ゾルに、前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)に対するアミン化合物のモル比M/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)が0.001乃至0.08となる量のアミン化合物を添加することにより、前記酸化物コロイド粒子(A)を核とし且つその外表面を、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.001乃至0.08のM/(SnO2+SiO2)のモル比(但しMはアミン化合物)でアミン化合物が結合した1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子(C)であって、且つ前記金属の酸化物のコロイド粒子(A)に対する前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)の質量比(B)/(A)が0.05乃至0.50である変性金属酸化物コロイド粒子(C)の水性ゾルを得る工程、
(e)工程:(d)工程で得られた水性ゾルの分散媒を親水性有機溶媒に置換する工程、
(f)工程:前記(e)工程で得られた親水性有機溶媒分散ゾルに下記の一般式(II)
Si(R1a(X)4-a (II)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表される有機珪素化合物及びその加水分解物、並びに下記の一般式(III)
(R1 3Si)2NH (III)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表す。)
で表される有機珪素化合物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)に対する有機珪素化合物の質量比が0.01乃至0.50となるように添加して、一般式(I)
−Si(R1a(X)3-a (I)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表されるシリル基を前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の表面に結合させる工程、
第9観点として前記アミン化合物として第一アミン、第二アミン及び第三アミンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を用いる第8観点に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾルの製造方法、
第10観点として前記親水性有機溶媒としてメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ジメチルホルムアミド、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコール、及びプロピレングリコールモノメチルエーテルかなる群から選ばれる少なくとも1種を用いる第8観点又は第9観点に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾルの製造方法、
第11観点として、下記の(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)及び(g)工程を含む第6観点又は第7観点に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子を含む0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒分散ゾルの製造方法:
(a)工程:スズ酸アルカリと珪酸アルカリとを二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5となる量で含有する水溶液を調製し、次いでその水溶液中に存在する陽イオンを除去して1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合体コロイド粒子の水性ゾルを調製し、更に該水性ゾルにM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比が0.1乃至1.0となる量のアミン化合物を添加することにより、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.1乃至1.0のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比で存在するアミン化合物で安定化された1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の水性ゾルを得る工程、
(b)工程:5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)の水性ゾルと(a)工程で得られた水性ゾルとを、前記金属の酸化物コロイド粒子(A)に対する前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の質量比(B’)/(A)が0.05乃至0.50となる量で混合することにより、前記金属の酸化物コロイド粒子(A)が前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)により被覆されてなる変性金属酸化物コロイド粒子(C’)の水性ゾルを得る工程、
(c)工程:(b)工程で得られた変性金属酸化物コロイド粒子(C’)の水性ゾルを陽イオン交換し、(a)工程で添加したアミン化合物を除去する工程、
(d)工程:前記(c)工程で得られた水性ゾルに、前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)に対するアミン化合物のモル比としてM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)が0.001乃至0.08となる量のアミン化合物を添加することにより、前記酸化物コロイド粒子(A)を核とし且つその外表面を、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.001乃至0.08のM/(SnO2+SiO2)のモル比(但しMはアミン化合物)でアミン化合物が結合した1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)で被覆してなるコロイド(C)であって、且つ前記金属の酸化物のコロイド粒子(A)に対する前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)の質量比(B)/(A)が0.05乃至0.50である変性金属酸化物コロイド粒子(C)の水性ゾルを得る工程、
(e)工程:(d)工程で得られた水性ゾルの分散媒を親水性有機溶媒に置換する工程、
(f)工程:前記(e)工程で得られた親水性有機溶媒分散ゾルに下記の一般式(II)
Si(R1a(X)4-a (II)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表される有機珪素化合物及びその加水分解物、並びに下記の一般式(III)
(R1 3Si)2NH (III)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表す。)
で表される有機珪素化合物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)に対する有機珪素化合物の質量比が0.01乃至0.50となるように添加して、一般式(I)
−Si(R1a(X)3-a (I)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表されるシリル基を前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の表面に結合させる工程、
(g)工程:(f)工程で得られた親水性溶媒分散ゾルの分散媒を0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒に置換する工程、
第12観点として、前記アミン化合物に第一アミン、第二アミン及び第三アミンからなる群より選ばれる少なくとも1種を用いる第11観点に記載の疎水性有機溶媒分散ゾルの製造方法、
第13観点として、前記親水性有機溶媒としてメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ジメチルホルムアミド、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコール、及びプロピレングリコールモノメチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種を用い、前記0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒としてメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メタクリル酸メチル、ジイソプロピルエーテル、及びトルエンからなる少なくも1種を用いる第11観点又は第12観点に記載の疎水性有機溶媒分散ゾルの製造方法、
第14観点として、第1観点乃至第3観点のいずれか一つに記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子と重合性有機化合物とを含む重合性有機化合物の組成物、
第15観点として、前記重合性有機化合物がカチオン重合性樹脂である第14観点に記載の重合性有機化合物の組成物、
第16観点として、前記重合性有機化合物が重合性液状エポキシ樹脂である第14観点に記載の重合性有機化合物の組成物、
第17観点として、前記重合性有機化合物が分子内に1個以上のエポキシシクロヘキシル基を有する重合性エポキシ樹脂である第14観点に記載の重合性有機化合物の組成物、
第18観点として、重合性有機化合物がアクリルモノマー及びアクリルオリゴマーの両方又はいずれか一方である請求項14に記載の重合性有機化合物の組成物、
第19観点として、第1観点乃至第3観点のいずれか一つに記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子により構成される平均粒子径0.1乃至100μmの微粉末、
である。
本発明のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子は、親水性有機溶媒又は0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒のゾルとして得ることができ、また、本発明のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子は、各種の重合性有機化合物に分散されて重合性有機化合物の組成物を得ることができ、更には該シラン処理変性金属酸化物コロイド粒子で構成される微粉末は各種の有機溶媒に再分散が可能なものである。これらの性質により、各種の有機溶媒に対して高い分散性を有し、一次粒子の凝集が起こらないことから、様々な材料に添加して適用することが可能である。そして、該コロイド粒子は、高屈折率、超微粒子、高硬度等の特徴を有することから、各種の重合性有機化合物に分散して用いることにより、得られる硬化膜の種々の性能、例えば透明性、難燃性、耐熱性、耐光性、耐候性、電気絶縁性、耐薬品性、硬度、力学的強度等を高めることが期待できる。
5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)は、公知の方法、例えば、イオン交換法、解膠法、加水分解法、反応法により製造することができる。
上記のイオン交換法の例としては、上記金属の酸性塩を水素型イオン交換樹脂で処理する方法又は上記金属の塩基性塩を水酸基型陰イオン交換樹脂で処理する方法が挙げられる。
上記解膠法の例としては、上記金属の酸性塩を塩基で中和するか、又は上記金属の塩基性塩を酸で中和させることによって得られるゲルを洗浄した後、酸又は塩基で解膠する方法が挙げられる。
上記加水分解法の例としては、上記金属のアルコキシドを加水分解する方法、又は上記金属の塩基性塩を加熱下で加水分解した後、不要な酸を除去する方法が挙げられる。
上記反応法の例としては、上記金属の粉末と酸とを反応させる方法が挙げられる。
核となる金属の酸化物コロイド粒子(A)は、Ti、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種である金属の酸化物である。この金属の酸化物のコロイド粒子(A)は、原子価2乃至6の金属の酸化物であり、それらの形態として例えばTiO2、Fe23、ZrO2、SnO2、Ta25、Nb25、Y23、MoO3、WO3、PbO、In23Bi23、SrO等を例示することができる。
そしてこれらの金属の酸化物は単独で用いることも、組み合わせて用いることもできる。組み合わせとしては、上記金属酸化物を数種類混合する方法や、上記金属酸化物を複合化させる方法、又は金属酸化物を原子レベルで固溶体化する方法が挙げられる。
例えばSnO2粒子とWO3粒子とがその界面で化学的な結合を生じて複合化されたSnO2−WO3複合コロイド粒子、SnO2粒子とZrO2粒子とがその界面で化学的結合を生じて複合化されたSnO2−ZrO2複合体コロイド粒子、TiO2とZrO2とSnO2が原子レベルで固溶体を形成して得られたTiO2−ZrO2−SnO2複合コロイド粒子が挙げられる。
上記の核となる金属の酸化物コロイド粒子(A)は、金属成分の組み合わせによる化合物として用いることもでき、例えばTiSrO3、TiBaO3が挙げられる。
本発明において核となる金属の酸化物コロイド粒子(A)の水性ゾルは、pH5乃至11.5、好ましくはpH7乃至11.5のものを用いることができる。該水性ゾルのpHは必要に応じてアルカリ成分により調整することができ、用いられるアルカリ成分としてはリチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属水酸化物、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属の水酸化物、アンモニア、エチルアミン、トリエチルアミン、イソプロピルアミン、n−プロピルアミン等のアルキルアミン、ベンジルアミン等のアラルキルアミン、ピペリジン等の脂環式アミン、モノエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン、第4級アンモニウム水酸化物等が挙げられる。
本発明において核となる5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)を被覆する、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.001乃至0.08のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比でアミン化合物が結合した1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)は、その前駆体として二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.1乃至1.0のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比で存在するアミン化合物で安定化された1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の水性ゾルが作製され、この水性ゾルが前記金属の酸化物コロイド粒子(A)の水性ゾルに添加され、前記金属の酸化物コロイド粒子(A)の表面に前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)が被覆された後に、陽イオン交換により安定化のためのアミン化合物が除去され、続いて前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の安定化に適した量のアミン化合物をその表面に結合させることにより得られるものである。前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の安定化に適したアミン化合物の量は、M/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比として0.001乃至0.08の量である。前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)に結合するアミン化合物の量が前記M/(SnO2+SiO2)のモル比として0.001未満の量では、本発明の親水性有機溶媒分散ゾル又は0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒分散ゾルの分散安定性が不十分であるため好ましくない。また、前記M/(SnO2+SiO2)のモル比として0.08を超える量の場合は、前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の粒子表面に結合させる前記一般式(I)で表されるシリル基の結合の妨げになるため好ましくない。
前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)は、下記に示す公知の方法(例えば特公昭50−40119号)を利用して得ることができる。即ち珪酸アルカリ水溶液又は珪酸ゾル液とスズ酸アルカリ水溶液とを混合した後、陽イオン交換樹脂により陽イオンを除去することにより1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合体コロイド粒子を生成させ、次いで該コロイド粒子が分散したコロイド溶液にアミン化合物を添加し混合することにより、アミン化合物により安定化された二酸化珪素−酸化第二スズ複合体コロイド粒子の水性ゾルとして得ることができる。
アミン化合物は二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の表面に吸着するものの他、水性ゾルの分散媒中に溶解して存在することにより、該コロイド粒子(B’)の分散安定性を保持させるものと推定される。上記珪酸アルカリ水溶液又は珪酸ゾル液とスズ酸アルカリ水溶液とを混合した後、陽イオン交換樹脂により陽イオンを除去して得られるコロイド溶液は、アミン化合物を加えない又は上記0.1未満のM/(SnO2+SiO2)のモル比となる量のアミン化合物の添加では、数時間の放置により安定性を失いゲル化してしまうため、使用することができない。上記0.1乃至1.0のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比となる量のアミン化合物の添加は、上記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の水性ゾルの分散安定性の保持に十分な量である。M/(SnO2+SiO2)のモル比が1.0を超えてもアミン化合物が過剰に存在するだけで効率的ではない。
珪酸アルカリ水溶液としては珪酸ナトリウム、珪酸カリウムを、また珪酸ゾル液としてはこれらの珪酸アルカリ水溶液を陽イオン交換して得られる活性珪酸を用いることができる。スズ酸アルカリ水溶液としては、好ましくはスズ酸ナトリウム水溶液を用いることができる。
本発明に用いられるアミン化合物は、第一アミン、第二アミン及び第三アミンからなる群より選ばれる少なくとも1種である。第一アミンとしては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、アミルアミン、アリルアミン、ヘキシルアミン、ヘピチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、シクロプロピルアミン、シクロブチルアミン、シクロペンチルアミン及びシクロヘキシルアミンが挙げられる。第二アミンとしては、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、ジイソブチルアミン、N−エチル−1,2−ジメチルプロピルアミン、ジアミルアミン及びジアリルアミンが挙げられる。第三アミンとしては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリアミルアミン及びトリアリルアミンが挙げられる。
本発明のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子は、金属の酸化物コロイド粒子を核として、その外表面を複合酸化物コロイド粒子で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子であって、5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)を核とし且つその外表面を、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.001乃至0.08のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比でアミン化合物が結合し1乃至4nmの一次粒子径を有するところの二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子(C)であって、且つ金属の酸化物コロイド粒子(A)に対する複合酸化物コロイド粒子(B)の質量比(B)/(A)が0.05乃至0.50である変性金属酸化物コロイド粒子(C)の粒子表面に、その表面積1nm2あたり1乃至4個のシリル基が結合しているものである。
前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)は、核として用いられる前記金属の酸化物コロイド粒子(A)の水性ゾルと二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.1乃至1.0のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比で存在するアミン化合物で安定化された1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の水性ゾルとをその金属酸化物に換算した(B’)/(A)の質量比で0.05乃至0.50となる量で混合して前記変性金属酸化物コロイド粒子(C’)の水性ゾルを得た後、該水性ゾルを陽イオン交換によりアミン化合物を除去して、更に前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)に対するアミン化合物のモル比としてM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)が0.001乃至0.08となる量のアミン化合物を添加することにより得ることができる。
前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の水性ゾルは、本発明の目的が達成される限り、他の任意成分を含有することができる。特にオキシカルボン酸類を全金属酸化物の合計量に対し約10重量%以下に含有させると分散性等の性能が更に改良されたコロイドが得られる。
用いられるオキシカルボン酸の例としては、乳酸、酒石酸、リンゴ酸、クエン酸、グルコン酸等が挙げられる。また、アルカリ成分を含有することができ、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属の水酸化物、アンモニア等を含有することもできる。これらは上記の酸性成分と併用することもできる。
前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の水性ゾルは、例えば蒸発法、限外濾過法等により変性金属酸化物コロイド粒子(C)の全金属酸化物の合計量として約50質量%に濃縮することができる。
本発明のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子は、前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の表面に下記の一般式(I)
−Si(R1a(X)3-a (I)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素原子数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表されるシリル基が、その表面積1nm2あたり1乃至4個結合したものである。
前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の表面積1nm2あたりのシリル基の個数は、ICP発光分光分析法、CHN元素分析法を用いて測定することができる。前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の比表面積は窒素吸着法により測定することができる。
本発明の変性金属酸化物コロイド粒子(C)の表面に結合するシリル基は、下記の一般式(II)
(R1aSi(X)4-a (II)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素原子数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)又は一般式(III)
(R1 3Si)2NH (III)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表す。)
で表される有機珪素化合物をコロイド粒子表面と反応させることにより結合させることができる。
本発明のシリル化に用いられる有機珪素化合物について詳細に説明する。
一般式(II)及び(III)においてR1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素原子数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。
アルキル基としては、好ましくは炭素原子数1乃至30、より好ましくは1乃至18のものであり、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ヘキシル基、t−ブチル基、sec−ブチル基、デシル基、ドデシル基、オクタデシル基等が挙げられる。
アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。好ましくはフェニル基である。
一般式(II)において、Xは水酸基または加水分解可能な基であり、炭素原子数1乃至4のアルコキシ基である。アルコキシ基は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基が挙げられる。aは0乃至3の整数を表す。R1又はXが複数存在するとき、複数のR1又はXはそれぞれ同じであっても異なってもよい。aとして好ましくは1又は2であり、特に好ましくは1である。
1に含まれる置換基としては特に制限はないが、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、水酸基、メルカプト基、カルボキシル基、エポキシ基、アルキル基(メチル、エチル、イソプロピル、プロピル、t−ブチル等)、アリール基(フェニル、ナフチル等)、芳香族へテロ環基(フリル、ピラゾリル、ピリジル等)、アルコキシ基(メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ等)、アリールオキシ(フェノキシ等)、アルケニル基(ビニル、1-プロペニル等)、アシルオキシ基(アセトキシ、アクリロイルオキシ、メタクリロイルオキシ等)、アルコキシカルボニル基(メトキシカルボニル、エトキシカルボニル等)、アリールオキシカルボニル基(フェノキシカルボニル等)、カルバモイル基(カルバモイル、N−メチルカルバモイル等)、アシルアミノ基(アセチルアミノ、ベンゾイルアミノ、アクリルアミノ、メタクリルアミノ等)が挙げられ、これら置換基は更に置換されていてもよい。
1が複数ある場合は、少なくとも一つが置換アルキル基又は置換アリール基であることが好ましい。
上記一般式(II)で示される有機珪素化合物は、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、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、テトラn−ブトキシシラン、テトラアセトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリブトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリアミロキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、メチルトリベンジルオキシシラン、メチルトリフェネチルオキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリエトキシシラン、グリシドキシメチルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルトリエトキシシラン、αーグリシドキシエチルトリメトキシシラン、α−グリシドキシエチルトリエトキシシラン、β−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、β−グリシドキシエチルトリエトキシシラン、α−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、α−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリブトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリフェノキシシラン、α−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、α−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、β−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、δ−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、δ−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルトリメトキシシラン、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルトリエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリプロポキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリブトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリフェノキシシラン、γ−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピルトリメトキシシラン、γ−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピルトリエトキシシラン、δ−(3,4−エポキシシクロヘキシル)ブチルトリメトキシシラン、δ−(3,4−エポキシシクロヘキシル)ブチルトリエトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジメトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジエトキシシラン、α−グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、α−グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、β−グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、β−グリシドキシエチルエチルジメトキシシラン、α−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、α−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、β−グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジブトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジフェノキシシラン、γ−グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルビニルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルビニルジエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリアセトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリアセトキシシラン、3、3、3−トリフロロプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、β−シアノエチルトリエトキシシラン、クロロメチルトリメトキシシラン、クロロメチルトリエトキシシラン、N−(β−アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(β−アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン、γ−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ−クロロプロピルメチルジエトキシシラン、ジメチルジアセトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトメチルジエトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン等が挙げられ、これらを単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
また、前記一般式(II)の有機珪素化合物の加水分解物は、式中のR1、Xの一部又は全部が水素原子に置換された化合物である。これら一般式(II)の有機珪素化合物の加水分解物は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記有機珪素化合物の加水分解は、この有機珪素化合物に水又は所望により塩酸水溶液、硫酸水溶液若しくは酢酸水溶液の酸性水溶液を添加し、攪拌することにより行われる。
本発明において、シリル化に用いる有機珪素化合物は一般式(II)で表される化合物及びその加水分解物からなる群より選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。特にメチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン及び/又はそれら加水分解物が好ましい。
上記一般式(III)で表される有機珪素化合物は、例えば、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、ヘキサ(t−ブチル)ジシラザン、ヘキサブチルジシラザン、ヘキサオクチルジシラザン、ヘキサシクロヘキシルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン等が挙げられる。本発明において、特にヘキサメチルジシラザンを用いることが好ましい。
また、本発明において、シリル化には一般式(II)で表される化合物及びその加水分解物からなる群より選ばれる少なくとも1種と、一般式(III)で示される有機珪素化合物とを併せて用いることも好ましい。
本発明のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子は、親水性有機溶媒分散ゾルとして得ることができる。
親水性有機溶媒としては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール、ジメチルホルムアミド等の環状アミド類、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコール類等が挙げられ、これらを組み合わせてもよい。
本発明のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾルは、前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の全金属酸化物の合計の濃度として0.1乃至50質量%であり、好ましくは1乃至30質量%である。全金属酸化物の合計の濃度は必要に応じて50質量%より高くすることもできる。
本発明のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子は、0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒分散ゾルとして得ることができる。
本発明において疎水性有機溶媒の水溶解度とは、20℃において有機溶媒を水と混合し2相を形成させたときの、有機相中の水の含有率を指す。
本発明に用いる0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒は、例えば1−ペンタノール(水溶解度6.8質量%)、メチルエチルケトン(9.9質量%)、メチルイソブチルケトン(1.8質量%)、シクロヘキサノン(8質量%)、酢酸エチル(2.9質量%)、酢酸ブチル(1.9質量%)、メタクリル酸メチル(1.1質量%)、ジイソプロピルエーテル(0.55質量%)、ジブチルエーテル(0.2質量%)、又はトルエン(0.05質量%)が挙げられる。
本発明のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子を含む0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒分散ゾルは、前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の全金属酸化物の合計の濃度として0.1乃至50質量%であり、好ましくは1乃至30質量%である。全金属酸化物の合計の濃度は必要に応じて50質量%より高くすることもできる。
本発明のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾルは下記の(a)、(b)、(c)、(d)、(e)及び(f)工程を含む方法により製造することができる。
(a)工程:スズ酸アルカリと珪酸アルカリとを二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5となる量で含有する水溶液を調製し、次いでその水溶液中に存在する陽イオンを除去して1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合体コロイド粒子の水性ゾルを調製し、更に該水性ゾルにM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比が0.1乃至1.0となる量のアミン化合物を添加することにより、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.1乃至1.0のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比で存在するアミン化合物で安定化された1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の水性ゾルを得る工程、
(b)工程:5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)の水性ゾルと(a)工程で得られた水性ゾルとを、前記金属の酸化物コロイド粒子(A)に対する前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の質量比(B’)/(A)が0.05乃至0.50となる量で混合することにより、前記金属の酸化物コロイド粒子(A)が前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)により被覆されてなる変性金属酸化物コロイド粒子(C’)の水性ゾルを得る工程、
(c)工程:前記(b)工程で得られた変性金属酸化物コロイド粒子(C’)の水性ゾルを陽イオン交換し、(a)工程で添加したアミン化合物を除去する工程、
(d)工程:前記(c)工程で得られた水性ゾルに、前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)に対するアミン化合物のモル比M/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)が0.001乃至0.08となる量のアミン化合物を添加することにより、前記酸化物コロイド粒子(A)を核とし且つその外表面を、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.001乃至0.08のM/(SnO2+SiO2)のモル比(但しMはアミン化合物)でアミン化合物が結合した1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子(C)であって、且つ前記金属の酸化物のコロイド粒子(A)に対する前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)の質量比(B)/(A)が0.05乃至0.50である変性金属酸化物コロイド粒子(C)の水性ゾルを得る工程、
(e)工程:前記(d)工程で得られた水性ゾルの分散媒を親水性有機溶媒に置換する工程、及び、
(f)工程:前記(e)工程で得られた親水性有機溶媒分散ゾルに下記の一般式(II)
Si(R1a(X)4-a (II)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表される有機珪素化合物及びその加水分解物、並びに下記の一般式(III)
(R1 3Si)2NH (III)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表す。)
で表される有機珪素化合物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)に対する有機珪素化合物の質量比が0.01乃至0.50となるように添加して、一般式(I)
−Si(R1a(X)3-a (I)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表されるシリル基を前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の表面に結合させる工程。
(a)工程においてスズ酸アルカリとしては、スズ酸ナトリウム又はスズ酸カリウムを用いることができ、好ましくはスズ酸ナトリウムである。
珪酸アルカリとしては珪酸ナトリウム、珪酸カリウムを用いることができる。
スズ酸アルカリと珪酸アルカリとは、二酸化珪素/酸化第二スズを質量比として0.1乃至5の比率で含有する水溶液として調製され、次いでその水溶液中に存在する陽イオンを陽イオン交換樹脂により除去する。
スズ酸アルカリと珪酸アルカリとは、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0の比率となるよう計量されて水に溶解され調製される。好ましい水溶液の固形分濃度は(SnO2+SiO2)として1乃至12質量%である。
調製された水溶液は陽イオン交換樹脂を用いて陽イオンが除去される。陽イオン交換樹脂としては水素型の強酸性陽イオン交換樹脂が好ましく、例えばアンバーライト(登録商標)120B等をカラムに充填して用いることができる。この陽イオン交換を行うことにより、珪酸成分とスズ酸成分とが重合し、1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合体コロイド粒子が生成する。
この二酸化珪素−酸化第二スズ複合体コロイド粒子は安定性に乏しく、放置すると数時間でゲル化するため、陽イオン交換後は速やかにアミン化合物を添加して安定化させて、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.1乃至1.0のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比で存在するアミン化合物で安定化された1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の水性ゾルとすることが必要である。得られる水性ゾルは(SnO2+SiO2)として0.1乃至10質量%である。
前記陽イオン交換により生成する二酸化珪素−酸化第二スズ複合体コロイド粒子の安定化には、M/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比として0.1乃至1.0となる量のアミン化合物の添加が適切である。M/(SnO2+SiO2)のモル比が0.1乃至1.0の未満のアミン化合物の添加では、数時間の放置により安定性を失いゲル化するため好ましくない。
次いで(b)工程において、5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)の水性ゾルと(a)工程で得られた二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.1乃至1.0のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比のアミン化合物で安定化された1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の水性ゾルとを、前記金属の酸化物コロイド粒子(A)に対する前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の質量比(B’)/(A)として0.05乃至0.50の比で混合することにより、前記金属の酸化物コロイド粒子(A)が前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)により被覆されてなる変性金属酸化物コロイド粒子(C’)の水性ゾルを得ることができる。
前記金属の酸化物コロイド粒子(A)の水性ゾルの固形分濃度は0.5乃至50質量%であり、5乃至30質量%であることが好ましい。
前記金属の酸化物コロイド粒子(A)の水性ゾルは、pH5乃至11.5、好ましくはpH7乃至11.5のものを用いることができる。該水性ゾルのpHは必要に応じてアルカリ成分により調整することができ、用いられるアルカリ成分としてはリチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属水酸化物、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属の水酸化物、アンモニア、エチルアミン、トリエチルアミン、イソプロピルアミン、n−プロピルアミン等のアルキルアミン、ベンジルアミン等のアラルキルアミン、ピペリジン等の脂環式アミン、モノエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン、第4級アンモニウム水酸化物等が挙げられる。
前記金属の酸化物コロイド粒子(A)の水性ゾルと前記(a)工程で得られた水性ゾルとの混合は、攪拌下で行うことが好ましい。
前記金属の酸化物コロイド粒子(A)に対する前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の混合比は、質量比(B’)/(A)として0.05乃至0.50が好ましく、0.05未満では二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)による核となる前記金属の酸化物コロイド粒子(A)の被覆を十分に行うことができず、安定な親水性有機溶媒分散ゾル又は0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒分散ゾルを得ることができない。また、前記質量比は0.50で十分であり、0.50を超えても効率的ではない。
次いで(c)工程において(b)工程で得られた変性金属酸化物コロイド粒子(C’)の水性ゾルの陽イオン交換を行う。陽イオン交換は水素型の強酸性陽イオン交換樹脂を用いることが好ましい。
次いで(d)工程では、(c)工程で得られた水性ゾルに、前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)に対するアミン化合物のモル比としてM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)が0.001乃至0.08となる量のアミン化合物を添加する。添加するアミン化合物の量が前記M/(SnO2+SiO2)のモル比として0.001未満では、本発明の親水性有機溶媒分散ゾルの分散安定性が不十分となるため好ましくない。また、前記M/(SnO2+SiO2)のモル比として0.08を超える場合は、前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の粒子表面に結合させる前記一般式(I)で表されるシリル基の結合の妨げになるため好ましくない。
次いで(e)工程では、(d)工程で得られた水性ゾルを親水性有機溶媒に置換する。分散媒を水から親水性有機溶媒に置換する方法は公知の方法を用いることができ、常圧下又は減圧下における蒸発置換法、限外濾過膜法、溶媒抽出法等である。
溶媒置換を効率よく行うため、(d)工程で得られた水性ゾルは、含まれる変性金属酸化物コロイド粒子(C)の濃度を1乃至70質量%、又は10乃至50質量%の範囲で予め濃縮しておくことが好ましい。ゾルの濃縮は、加熱蒸発法、限外濾過法等の公知の方法を用いることができる。溶媒置換の際のゾルの温度は室温から親水性溶媒の沸点の範囲で行われる。溶媒置換はゾル中の水分が5質量%未満となるまで行われる。(e)工程で得られるゾルの固形分濃度は、前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の全金属酸化物濃度として20乃至70質量%である。
用いられる親水性有機溶媒としては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール、ジメチルホルムアミド等の環状アミド類、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコール類等が挙げられる。
次いで(f)工程では、(e)工程で得られた親水性有機溶媒分散ゾルに下記の一般式(II)
Si(R1a(X)4-a (II)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表される有機珪素化合物及びその加水分解物、並びに下記の一般式(III)
(R1 3Si)2NH (III)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表す。)
で表される有機珪素化合物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)に対する有機珪素化合物の質量比が0.01乃至0.50となるように添加して、一般式(I)
−Si(R1a(X)3-a (I)
(但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素原子数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表されるシリル基を前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の表面に結合させる。
(f)工程に用いられる一般式(II)及び(III)の有機珪素化合物の例示は上述の通りであり、(e)工程で得られた変性金属酸化物コロイド粒子(C)の親水性有機溶媒分散ゾルに前記一般式(II)で表される有機珪素化合物及び一般式(III)で表される有機珪素化合物の両方、またはいずれか一方を添加して熟成することにより、前記式(I)で表されるシリル基が前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の表面に結合される。
前記一般式(II)又は一般式(III)で表される有機珪素化合物から前記式(I)で表されるシリル基が生成するためには、前記有機珪素化合物1モルに対して1乃至4モルの水が必要である。この必要な水は、あらかじめ親水性有機溶媒分散ゾルに含有させてもよく、また有機珪素化合物の添加後に加えてもよい。
前記有機珪素化合物が添加された後は熟成が行われる。熟成温度は常温から用いられる親水性有機溶媒の沸点の範囲で行うことができ、前記有機溶媒の沸点付近で行う方がシリル基の反応効率がよく、好ましい。
上記の熟成は、大気圧下で行うことができ、還流下で行うことが好ましい。
前記一般式(II)の有機珪素化合物は予め加水分解を行ったものを添加してもよい。上記有機珪素化合物の加水分解物は、この有機珪素化合物に水又は所望により塩酸水溶液、硫酸水溶液若しくは酢酸水溶液の酸性水溶液を添加し、攪拌することにより得ることができる。
用いられる有機珪素化合物は、特にメチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン及び/又はそれら加水分解物が好ましい。
(f)工程を行うことにより、前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の表面積1nm2あたり1乃至4個のシリル基が結合しているシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾルが得られる。得られる親水性有機溶媒分散ゾルの固形分濃度は、前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の全金属酸化物濃度として20乃至70質量%である。
本発明の、金属の酸化物コロイド粒子を核として、その外表面を複合酸化物コロイド粒子で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子であって、5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)を核とし且つその外表面を、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.001乃至0.08のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比でアミン化合物が結合し1乃至4nmの一次粒子径を有するところの二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子(C)であって、且つ金属の酸化物コロイド粒子(A)に対する複合酸化物コロイド粒子(B)の質量比(B)/(A)が0.05乃至0.50である変性金属酸化物コロイド粒子(C)の粒子表面に、その表面積1nm2あたり1乃至4個のシリル基が結合していることを特徴とするシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子を含む、0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒ゾルの製造方法は、前記シラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾルの製造方法である前記(a)、(b)、(c)、(d)、(e)及び(f)工程の後、親水性有機溶媒を0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒に置換する(g)工程を含む方法である。
分散媒を親水性有機溶媒から0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒に置換する際のゾルの温度は室温から0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒の沸点の範囲で行われる。溶媒置換はゾル中の親水性溶媒濃度が2質量%未満となるまで行われる。
(g)工程で得られるゾルの全金属酸化物濃度は、前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の全金属酸化物濃度として20乃至70質量%である。
本発明は、金属の酸化物コロイド粒子を核として、その外表面を複合酸化物コロイド粒子で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子であって、5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)を核とし且つその外表面を、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.001乃至0.08のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比でアミン化合物が結合し1乃至4nmの一次粒子径を有するところの二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子(C)であって、且つ金属の酸化物コロイド粒子(A)に対する複合酸化物コロイド粒子(B)の質量比(B)/(A)が0.05乃至0.50であり、そして該コロイド粒子(C)の粒子表面にその表面積1nm2あたり1乃至4個のシリル基が結合してなることを特徴とするシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子と重合性有機化合物との重合性化合物の組成物である。
本発明に用いられる重合性有機化合物とは、分子内に1個以上の重合性基を有する有機化合物であり、30℃で液状のものである。本発明に用いられる重合性有機化合物としてはモノマー、オリゴマー、プレポリマーのいずれでもよい。例えばアクリルモノマー、アクリルオリゴマー、重合性液状エポキシ樹脂、重合性オキセタン樹脂又は重合性ビニルエーテル樹脂等が挙げられる。
本発明は、重合性エポキシ樹脂、重合性オキセタン樹脂、重合性ビニルエーテル樹脂等のカチオン重合性樹脂を用いる場合に特に効果を発揮する。また、重合性エポキシ樹脂の中でも分子内に1個以上のエポキシシクロヘキシル基を持つ重合性エポキシ樹脂に対して特に効果を発揮する。
アクリルモノマーとしては特に限定されるものではないが、具体例としては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ノナエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ノナプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、2,2−ビス〔4−((メタ)アクリロキシジエトキシ)フェニル〕プロパン、3−フェノキシ−2−プロパノイルアクリレート、1,6−ビス(3−アクリロキシ−2−ヒドロキシプロピル)−ヘキシルエーテル、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、グリセロールトリ(メタ)アクリレート、トリス−(2−ヒドロキシルエチル)−イソシアヌル酸エステル(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、2−ノルボルニルメチルメタクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2,2−ジメチルブチルアクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−メトキシメトキシエチルアクリレート、3−ペンチル(メタ)アクリレート、3−メチル−2−ノルボルニルメチルメタクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−メチル−2−プロピルペンチルアクリレート、5−ノルボルネン−2−イルメチルメタクリレート、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−オクタデシル(メタ)アクリレート、n−ノニル(メタ)アクリレート、sec−ブチル(メタ)クリレート、t−ペンチル(メタ)アクリレート、α−ヒドロキシメチルアクリル酸エチル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸ブチル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸、アクリル酸n−ステアリル、イソオクチルアクリレート、イソノニルアクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、エチルカルビトールアクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、シクロペンチルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、セチルアクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フタル酸水素(メタ)アクリロイルオキシエチル、ベンジル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、アリル化シクロヘキシルジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールアジペートジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、グリセリンプロポキシトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンポリエトキシトリ(メタ)アクリレート、プロピオン酸変性ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、プロピオン酸変性ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、プロポキシ化ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、プロピオン酸変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、グリシジルメタクリレート等が挙げられる。
なお、ここで例えばエチレングリコールジ(メタ)アクリレートとはエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジメタクリレートとを意味する。
アクリルオリゴマーとしては特に限定されるものではないが、代表的なものとして、エポキシアクリレートオリゴマー、ウレタンアクリレートオリゴマー、ポリエステルアクリレートオリゴマー等が挙げられる。
重合性エポキシ樹脂としては、特に限定されるものではないが、具体例としては、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,2−エポキシ−4−(エポキシエチル)シクロヘキサン、グリセロールトリグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、2,6−ジグリシジルフェニルグリシジルエーテル、1,1,3−トリス[p−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル]プロパン、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸ジグリシジルエステル、4,4’−メチレンビス(N,N−ジグリシジルアニリン)、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、トリメチロールエタントリグリシジルエーテル、トリグリシジル−p−アミノフェノール、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、テトラグリシジル−1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビスフェノール−A−ジグリシジルエーテル、ビスフェノール−S−ジグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテルレゾルシノールジグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエステル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、テトラブロモビスフェノール−A−ジグリシジルエーテル、ビスフェノールヘキサフルオロアセトンジグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールジグリシジルエーテル、水素化ビスフェノール−A−ジグリシジルエーテル、トリス−(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート、1−{2,3−ジ(プロピオニルオキシ)}−3,5−ビス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6・(1H,3H,5H)−トリオン、1,3−ビス{2,3−ジ(プロピオニルオキシ)}−5−(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6・(1H,3H,5H)−トリオン、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート、ジグリセロールポリジグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、1,4−ビス(2,3−エポキシプロポキシパーフルオロイソプロピル)シクロヘキサン、ソルビトールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、レゾルシンジグリシジルエーテル、1,6−へキサンジオールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、p−ターシャリーブチルフェニルグリシジルエーテル、アジピン酸ジグリシジルエーテル、o−フタル酸ジグリシジルエーテル、ジブロモフェニルグリシジルエーテル、1,2,7,8−ジエポキシオクタン、1,6−ジメチロールパーフルオロヘキサンジグリシジルエーテル、4,4’−ビス(2,3−エポキシプロポキシパーフルオロイソプロピル)ジフェニルエーテル、2,2−ビス(4−グリシジルオキシフェニル)プロパン、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4−エポキシシクロヘキシルオキシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)−3’,4’−エポキシ−1,3−ジオキサン−5−スピロシクロヘキサン、1,2−エチレンジオキシ−ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメタン)、4’,5’−エポキシ−2’−メチルシクロヘキシルメチル−4,5−エポキシ−2−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、エチレングリコール−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、ビス−(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、及びビス(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテルを挙げることができる。
上記のうち分子内に1個以上のエポキシシクロヘキシル基を含む重合性エポキシ樹脂としては3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4−エポキシシクロヘキシルオキシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)−3’,4’−エポキシ−1,3−ジオキサン−5−スピロシクロヘキサン、1,2−エチレンジオキシ−ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメタン)、4’,5’−エポキシ−2’−メチルシクロヘキシルメチル−4,5−エポキシ−2−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、エチレングリコール−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、ビス−(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、及びビス(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテルを挙げることができる。
重合性オキセタン樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、3−エチル−3−(フェノキシメチル)オキセタン、3,3−ジエチルオキセタン、及び3−エチル−3−(2−エチルヘキシロキシメチル)オキセタン、1,4−ビス(((3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ)メチル)ベンゼン、ジ((3−エチル−3−オキセタニル)メチル)エーテル、及びペンタエリスリトールテトラキス((3−エチル−3−オキセタニル)メチル)エーテル等を挙げることができる。
重合性ビニルエーテル樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、ビニル−2−クロロエチルエーテル、ビニル−ノルマルブチルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ビニルグリシジルエーテル、ビス(4−(ビニロキシメチル)シクロヘキシルメチル)グルタレート、トリ(エチレングリコール)ジビニルエーテル、アジピン酸ジビニルエステル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリス(4−ビニロキシ)ブチルトリメリレート、ビス(4−(ビニロキシ)ブチル)テレフタレート、ビス(4−(ビニロキシ)ブチルイソフタレート、エチレングリコールジビニルエーテル、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、テトラメチレングリコールジビニルエーテル、テトラエチレングリコールジビニルエーテル、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、トリメチロールエタントリビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、テトラエチレングリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル及びシクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル等を挙げることができる。
前記重合性化合物組成物は、各種重合性化合物の重合条件下で重合反応を行うことにより、シラン処理変性金属酸化物コロイド粒子が分散された重合物が得られる。
また、本発明は、金属の酸化物コロイド粒子を核として、その外表面を複合酸化物コロイド粒子で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子であって、5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)を核とし且つその外表面を、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.001乃至0.08のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比でアミン化合物が結合し1乃至4nmの一次粒子径を有するところの二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子(C)であって、且つ金属の酸化物コロイド粒子(A)に対する複合酸化物コロイド粒子(B)の質量比(B)/(A)が0.05乃至0.50であり、そして該コロイド粒子(C)の粒子表面にその表面積1nm2あたり1乃至4個のシリル基が結合してなることを特徴とするシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子により構成される平均粒子径0.1乃至100μmの微粉末である。
前記微粉末は、前記第8観点乃至第10観点で製造されたシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾル又は第11観点乃至第13観点で製造されたシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒分散ゾルを乾燥することにより得られたものである。乾燥は、真空乾燥、凍結乾燥等の公知の方法で行うことができる。
また、乾燥後、得られた微粉末の平均粒子径を調整するために乾式粉砕を行ってもよい。
得られた微粉末の平均粒子径は、レーザー回折粒度分布測定法等の方法で測定することができる。
本発明のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子により構成される微粉末は、有機溶媒への再分散性が良好であり、各種の親水性有機溶媒、0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒に添加して、攪拌を行うことにより、平均粒子径が100nm未満の粒子として有機溶媒に分散する。
以下、実施例および比較例により本発明は具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下に本発明の実施例を示す。尚、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。物性の測定方法は以下に示す。
〔水分〕カールフィッシャー滴定法にて求めた。
〔動的光散乱法粒子径〕ゾルを分散溶媒で希釈し、溶媒のパラメーターを用いて、動的光散乱法測定装置:COULTER N4PLUS(商品名:米国COULTER社製)で測定した。
〔比重〕浮き秤法にて求めた。
〔粘度〕オストワルド粘度計にて求めた(20℃)。
製造例1
JIS3号珪酸ナトリウム(SiO2として29.8質量%含有、富士化学(株)製)36gを純水400gに溶解し、次いでスズ酸ナトリウムNaSnO3・H2O(SnO2として55.1質量%含有、昭和化工(株)製)9.8gを溶解した。得られた水溶液を水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライト(登録商標)IR−120B)を充填したカラムに通すことにより、酸性の酸化第二スズ−シリカ複合コロイド粒子の水性ゾル(pH2.4、SnO2として0.44質量%、SiO2として0.87質量%を含有、SiO2/SnO2質量比2.0)1240gを得た。次いで得られた水性ゾルにジイソプロピルアミンを3.2g添加した。得られたゾルはアルカリ性の酸化第二スズ−シリカ複合コロイド粒子の水性ゾルであり、pH8.0であった。該水性ゾルは、透過型電子顕微鏡により5nm以下の1次粒子径のコロイド粒子が観察された。また、ジイソプロピルアミン/(SnO2+SiO2)のモル比は、0.15であった。
製造例2
JIS3号珪酸ナトリウム(SiO2として14.7質量%含有、富士化学(株)製)32.8gを純水178gに溶解し、次いでスズ酸ナトリウムNaSnO3・H2O(SnO2として55.7質量%含有、昭和化工(株)製)2.9gを溶解した。得られた水溶液を水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR−120B)を充填したカラムに通すことにより、酸性の酸化第二スズ−シリカ複合コロイド粒子の水性ゾル(pH2.8、SnO2として0.31質量%、SiO2として0.94質量%を含有、SiO2/SnO2質量比3.0)510gを得た。次いで得られた水性ゾルにジイソプロピルアミンを1.8g添加した。得られたゾルはアルカリ性の酸化第二スズ−シリカ複合コロイド粒子とそのオリゴマーの水性ゾルであり、pH6.1であった。該水性ゾルは、透過型電子顕微鏡により5nm以下の1次粒子径のコロイド粒子が観察された。また、ジイソプロピルアミン/(SnO2+SiO2)のモル比は、0.20であった。
製造例3
300mLのビーカーに純水97.6gを入れ、シュウ酸二水和物17.4g(宇部興産(株)製)、チタンテトライソプロポキシド30.3g(TiO2換算して8.5g含有、関東化学(株)製)、25質量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液67.8g(多摩化学工業(株)製)を攪拌下に添加した。得られた混合溶液は、シュウ酸/チタン原子のモル比1.5、水酸化テトラメチルアンモニウム/シュウ酸のモル比1.33であった。該混合溶液213.1gを大気圧下、開放系で88乃至92℃で3時間保持し、副生するイソプロパノールを蒸留除去して、チタン含有水溶液187.5gを調製した。得られたチタン含有水溶液に純水25.6gを添加して、チタン含有水溶液のTiO2換算濃度を4.0質量%に調整した。濃度調整後のチタン含有水溶液のpHは5.9、電導度は28.4mS/cmであった。300mLのステンレス製オートクレーブ容器に上記チタン含有水溶液213.1gを投入し、140℃で5時間水熱処理を行った。室温に冷却後、取り出された処理後の溶液は透明性の高い酸化チタンゾルであった。得られたゾルは、比重1.048、pH4.2、電導度31.1mS/cm、TiO2濃度4.0質量%、水酸化テトラメチルアンモニウム濃度11.9質量%、シュウ酸濃度8.8質量%、動的光散乱法粒子径(COULTER社N5で測定)12nm、粘度3.2mPa・s(B型粘度計)、透過型電子顕微鏡観察では一次粒子径5nmの略球状の粒子が観察された。得られたゾルを110℃で乾燥させた粉末のX線回折分析を行い、アナターゼ型結晶であることが確認された。得られたアナターゼ型酸化チタンゾルを室温で1ヶ月静置したが、透明性を維持したままであり、沈降物は生成しなかった。
製造例4
(a)工程:1m3のベッセルに、炭酸水素テトラメチルアンモニウム(多摩化学工業(株)製、水酸化テトラメチルアンモニウムに換算して42.4質量%を含有する。)水溶液251.85kgと、純水95.6kgとを投入し希釈水溶液とした。この水溶液を攪拌しながら、オキシ炭酸ジルコニウム粉末(ZrOCO3、AMR製、ZrO2として40.11質量%を含有する。)を水溶液中に徐々に添加し、合計で491.85kg投入した。添加終了後、85℃に加温後、メタスズ酸8.23kg(昭和化工(株)製、SnO2として7.08kg含有する。)を徐々に添加し、105℃にて5時間加温熟成を行った。この加熱熟成終了時点では混合液はゾル状であった。更に145℃にて5時間の水熱処理を行った。水熱処理後に得られたものは、酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合体のコロイド粒子を含有するゾルであり、(ZrO2+SnO2)濃度として12.86質量%、比重1.180、pH10.62であった。次いでこのゾルを限外ろ過装置にて純水を添加しながら、ゾルを洗浄、濃縮したところ、濃度6.03質量%の比重1.052、pH9.43の酸化ジルコニウム−酸化スズ複合体コロイド粒子を含むゾル1040kgが得られた。得られた酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合体コロイドは、電子顕微鏡観察による粒子径が5乃至15nmであった。
実施例1
製造例4で調製した酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル830g(全金属酸化物として50g含有)に製造例1で調製したアルカリ性の二酸化珪素−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル769gを添加し、十分に攪拌した。次いで95℃で2時間加熱熟成して、二酸化珪素−酸化第二スズ複合コロイド粒子で被覆された変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル1599gを得た。得られたゾルのpHは8.3、全金属酸化物濃度は3.7質量%であった。得られた変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾルを水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR−120B)を充填したカラムに通し、酸性の変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル1980gを得た。得られたゾルはpH2.7、全金属酸化物濃度は3.0質量%であった。得られた酸性ゾルにジイソブチルアミンを0.5g添加し、変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面にジイソブチルアミンを結合させた。このときのゾルのpHは4.3であった。次いで得られたゾルを限外濾過装置を用いて全金属酸化物濃度20質量%まで濃縮した。濃縮後のゾルの比重は1.211、pHは3.7であった。この濃縮された水性ゾルをナス型フラスコ付きエバポレータに投入し、該ゾルにメタノールを添加しながら600Torrで水を留去することにより、ジイソブチルアミンが結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメタノールゾルを得た。得られたメタノールゾルは、比重0.961、粘度1.0mPa・s、pH4.9(ゾルと同質量の水で希釈)、全金属酸化物濃度21質量%、水分2.3%であった。得られたメタノールゾルにメチルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 商品名LS−530)を6g添加し、還留加熱を5時間行うことでシリル化を行い、メチルジメトキシシリル基を変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合させた。次いでエバポレータを用いて80Torrでメチルエチルケトンを添加しながらメタノールを留去することにより、メタノールをメチルエチルケトンに置換して、ジイソブチルアミン及びメチルジメトキシシリル基が表面に結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメチルエチルケトンゾルが得られた。得られたゾルは比重1.084、粘度1.0mPa・s、全金属酸化物濃度30.6質量%、透過型電子顕微鏡観察による一次粒子径は5乃至10nm、動的光散乱法粒子径は10nmであった。また、ジイソブチルアミン/(SnO2+SiO2)のモル比は、0.030であり、変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合したシリル基の個数は、表面積1nm2当たり、2.1個であった。
実施例2
製造例3で調製した酸化チタンコロイド粒子の水性ゾル1000g(全金属酸化物として40g含有)を限外ろ過膜にて注水洗浄して電解質を除去した後、製造例1で調製したアルカリ性の二酸化珪素−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル960gを添加し、十分に攪拌した。次いで95℃で2時間加熱熟成して、二酸化珪素−酸化第二スズ複合コロイド粒子で被覆された変性酸化チタンコロイド粒子の水性ゾル1920gを得た。得られたゾルのpHは8.3、全金属酸化物濃度は3.7質量%であった。得られた変性酸化チタン複合コロイド粒子の水性ゾルを水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR−120B)を充填したカラムに通し、酸性の変性酸化チタン複合コロイド粒子の水性ゾル1980gを得た。得られたゾルはpH2.7、全金属酸化物濃度は3.0質量%であった。得られたゾルにジイソブチルアミンを0.5g添加し、変性酸化チタンコロイド粒子の表面にジイソブチルアミンを結合させた。このときのゾルのpHは4.3であった。次いで得られたゾルを限外濾過装置を用いて全金属酸化物濃度20質量%まで濃縮した。濃縮後のゾルの比重は1.211、pHは3.7であった。この濃縮された水性ゾルをナス型フラスコ付きエバポレータに投入し、該ゾルにメタノールを添加しながら600Torrで水を留去することにより、ジイソブチルアミンが結合した変性酸化チタンコロイド粒子のメタノールゾルを得た。得られたメタノールゾルは、比重0.961、粘度1.0mPa・s、pH4.9(ゾルと同質量の水で希釈)、全金属酸化物濃度21質量%、水分2.3%であった。得られたメタノールゾルにメチルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 商品名LS−530)を6g添加し、還留加熱を5時間行うことでシリル化を行い、メチルジメトキシシリル基を変性酸化チタンコロイド粒子の表面に結合させた。次いでエバポレータを用いて80Torrでメチルエチルケトンを添加しながらメタノールを留去することにより、メタノールをメチルエチルケトンに置換して、ジイソブチルアミン及びメチルジメトキシシリル基が表面に結合した変性酸化チタンコロイド粒子のメチルエチルケトンゾルが得られた。得られたゾルは比重1.084、粘度1.0mPa・s、全金属酸化物濃度30.6質量%、透過型電子顕微鏡観察による一次粒子径は5乃至10nm、動的光散乱法粒子径は10nmであった。また、ジイソブチルアミン/(SnO2+SiO2)のモル比は、0.024であり、変性酸化チタンコロイド粒子の表面に結合したシリル基の個数は、表面積1nm2当たり2.1個であった。
実施例3
製造例3で調製した酸化チタンコロイド粒子(A)の水性ゾル1000g(総金属酸化物として40g含有)を限外ろ過膜にて注水洗浄し、電解質を除去した後、製造例1で調製したアルカリ性の酸化第二スズ−シリカコロイド粒子とそのオリゴマーの水性ゾル923.1gを添加し、十分に攪拌した。次いで95℃で2時間加熱熟成して、酸化第二スズ−シリカ複合コロイド粒子とそのオリゴマーで被覆された変性酸化チタンコロイド粒子の水性ゾル1923.1gを得た。得られたゾルのpHは10.4、全金属酸化物濃度は2.7質量%であった。得られた変性酸化チタン複合コロイド粒子の水性ゾルを水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR−120B)を充填したカラムに通し、酸性の変性酸化チタン複合コロイド粒子の水性ゾル2080gを得た。得られたゾルはpH2.7、全金属酸化物濃度は2.5質量%であった。得られたゾルにジイソブチルアミンを0.5g添加し、変性酸化チタンコロイド粒子の表面にジイソブチルアミンを結合させた。このときのゾルのpHは3.0であった。次いで得られたゾルをナス型フラスコ付きエバポレーターに投入して濃縮し、メタノールを添加しながら600Torrで水を留去することにより、ジイソブチルアミンが結合した変性酸化チタンコロイド粒子のメタノールゾル253.7gを得た。得られたメタノールゾルは、比重0.949、粘度1.2mPa・s、pH4.6(ゾルと同質量の水で希釈)、全金属酸化物濃度20.5質量%、水分0.3%であった。得られたメタノールゾル126.9gにフェニルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 商品名KBM−103)を3.8g添加し、還留加熱を5時間行うことでシリル化を行い、フェニルジメトキシシリル基を変性酸化チタンコロイド粒子の表面に結合させた。次いでエバポレータを用いて100Torrでプロピレングリコールモノメチルエーテルを添加しながらメタノールを留去することによりメタノールをプロピレングリコールモノメチルエーテルに置換して、ジイソブチルアミン及びフェニルジメトキシシリル基が表面に結合した変性酸化チタンコロイド粒子のプロピレングリコールモノメチルエーテルゾル247.7gが得られた。得られたゾルは比重0.982、粘度2.0mPa・s、全金属酸化物濃度10.5質量%、透過型電子顕微鏡観察による1次粒子径は5乃至10nm、動的光散乱法粒子径は11nmであった。また、ジイソブチルアミン/(SnO2+SiO2)のモル比は、0.024であり、表面変性酸化チタンコロイド粒子の表面に結合したシリル基の個数は、表面積1nm2あたり1.2個であった。
実施例4
製造例3で調製した酸化チタンコロイド粒子(A)の水性ゾル1000g(総金属酸化物として40g含有)を限外ろ過膜にて注水洗浄し、電解質を除去した後、製造例1で調製したアルカリ性の酸化第二スズ−シリカコロイド粒子とそのオリゴマーの水性ゾル923.1gを添加し、十分に攪拌した。次いで95℃で2時間加熱熟成して、酸化第二スズ−シリカ複合コロイド粒子とそのオリゴマーで被覆された変性酸化チタンコロイド粒子の水性ゾル1923.1gを得た。得られたゾルのpHは10.4、全金属酸化物濃度は3.0質量%であった。得られた変性酸化チタン複合コロイド粒子の水性ゾルを水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR−120B)を充填したカラムに通し、酸性の変性酸化チタン複合コロイド粒子の水性ゾル1923.1gを得た。得られたゾルはpH2.7、全金属酸化物濃度は2.7質量%であった。得られたゾルにジイソブチルアミンを0.5g添加し、変性酸化チタンコロイド粒子の表面にジイソブチルアミンを結合させた。このときのゾルのpHは3.0であった。次いで得られたゾルをナス型フラスコ付きエバポレーターに投入して濃縮し、メタノールを添加しながら600Torrで水を留去することにより、ジイソブチルアミンが結合した変性酸化チタンコロイド粒子のメタノールゾル253.7gを得た。得られたメタノールゾルは、比重0.949、粘度1.2mPa・s、pH4.6(ゾルと同質量の水で希釈)、全金属酸化物濃度20.5質量%、水分0.3%であった。得られたメタノールゾル126.9にフェニルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 商品名KBM−103)を3.8g添加し、還留加熱を5時間行い、さらに、ヘキサメチルジシラザン(信越シリコーン製 商品名LS−7150)を5.2g添加し、還流過熱を3時間行うことで、フェニルジメトキシシリル基、トリメチルシリル基を変性酸化チタンコロイド粒子の表面に結合させた。次いでエバポレータを用いて80Torrでプロピレングリコールモノメチルエーテルを添加しながらメタノールを留去することによりメタノールをプロピレングリコールモノメチルエーテルに置換して、ジイソブチルアミン及びフェニルジメトキシシリル基、トリメチルシリル基が表面に結合した変性酸化チタンコロイド粒子のプロピレングリコールモノメチルエーテルゾルが252.6g得られた。得られたゾルは比重0.980、粘度2.5mPa・s、全金属酸化物濃度10.3質量%、透過型電子顕微鏡観察による1次粒子径は5乃至10nm、動的光散乱法粒子径は21nmであった。また、ジイソブチルアミン/(SnO2+SiO2)のモル比は、0.024、表面変性酸化チタンコロイド粒子の表面に結合したシリル基の個数は、表面積1nm2あたり4.0個であった。
実施例5
製造例4で調製した酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子(A)の水性ゾル830g(総金属酸化物として50g含有)に製造例1で調製したアルカリ性の酸化第二スズ−シリカコロイド粒子とそのオリゴマーの水性ゾル769gを添加し、十分に攪拌した。次いで95℃で2時間加熱熟成して、酸化第二スズ−シリカ複合コロイド粒子とそのオリゴマーで被覆された変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の水性ゾル1599gを得た。得られたゾルのpHは8.3、全金属酸化物濃度は3.7質量%であった。得られた変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾルを水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR−120B)を充填したカラムに通し、純水を用いて該水性ゾルを回収して、酸性の変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル1980gを得た。得られたゾルはpH2.7、全金属酸化物濃度は3.0質量%であった。得られたゾルにジイソブチルアミンを0.5g添加し、変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面にジイソブチルアミンを結合させた。このときのゾルのpHは4.3であった。次いで得られたゾルを限外濾過装置を用いて全金属酸化物濃度20質量%まで濃縮した。濃縮後のゾルの比重は1.211、pHは3.7であった。この濃縮された水性ゾルをナス型フラスコ付きエバポレータに投入し、該ゾルにメタノールを添加しながら600Torrで水を留去することにより、ジイソブチルアミンが結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメタノールゾル285.7gを得た。得られたメタノールゾルは、比重0.961、粘度1.0mPa・s、pH4.9(ゾルと同質量の水で希釈)、全金属酸化物濃度21質量%、水分2.3%であった。得られたメタノールゾルにデシルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 商品名KBM−3103C)を15.7g添加し、還留加熱を5時間行行い、さらに、ヘキサメチルジシラザン(信越シリコーン製 商品名LS−7150)を1.8g添加し、還流過熱を5時間行うことで、デシルジメトキシ基、トリメチル基を変性酸化チタンコロイド粒子の表面に結合させた。次いでエバポレータを用いて110Torrでトルエンを添加しながらメタノールを留去することによりメタノールをトルエンに置換して、ジイソブチルアミン及びデシルトリメトキシリル基、トリメチルシリル基が表面に結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のトルエンゾルが196g得られた。得られたゾルは比重1.122、粘度1.3mPa・s、全金属酸化物濃度30.6質量%、透過型電子顕微鏡観察による1次粒子径は5乃至10nm、動的光散乱法粒子径は31nmであった。また、ジイソブチルアミン/(SnO2+SiO2)のモル比は、0.030であり、表面変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合したシリル基の個数は、表面積1nm2あたり4.0個であった。
実施例6
製造例4で調製した酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子(A)の水性ゾル830g(総金属酸化物として50g含有)に製造例1で調製したアルカリ性の酸化第二スズ−シリカコロイド粒子とそのオリゴマーの水性ゾル769gを添加し、十分に攪拌した。次いで95℃で2時間加熱熟成して、酸化第二スズ−シリカ複合コロイド粒子とそのオリゴマーで被覆された変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の水性ゾル1599gを得た。得られたゾルのpHは8.3、全金属酸化物濃度は3.7質量%であった。得られた変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾルを水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR−120B)を充填したカラムに通し、純水を用いて該水性ゾルを回収して、酸性の変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル1980gを得た。得られたゾルはpH2.7、全金属酸化物濃度は3.0質量%であった。得られたゾルにジイソブチルアミンを0.5g添加し、変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面にジイソブチルアミンを結合させた。このときのゾルのpHは4.3であった。次いで得られたゾルを限外濾過装置を用いて全金属酸化物濃度20質量%まで濃縮した。濃縮後のゾルの比重は1.211、pHは3.7であった。この濃縮された水性ゾルをナス型フラスコ付きエバポレータに投入し、該ゾルにメタノールを添加しながら600Torrで水を留去することにより、ジイソブチルアミンが結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメタノールゾル285.7gを得た。得られたメタノールゾルは、比重0.961、粘度1.0mPa・s、pH4.9(ゾルと同質量の水で希釈)、全金属酸化物濃度21質量%、水分2.3%であった。得られたメタノールゾルにスチリルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 商品名KBM−1403)を6.7g添加し、還留加熱を5時間行うことでシリル化を行い、スチリルジメトキシシリル基を変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合させた。次いでエバポレータを用いて80Torrでメチルエチルケトンを添加しながらメタノールを留去することによりメタノールをメチルエチルケトンに置換して、ジイソブチルアミン及びスチリルジメトキシシリル基が表面に結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメチルエチルケトンゾル200gが得られた。得られたゾルは比重1.095、粘度3.1mPa・s、全金属酸化物濃度30.0質量%、透過型電子顕微鏡観察による1次粒子径は5乃至10nm、動的光散乱法粒子径は10nmであった。また、ジイソブチルアミン/(SnO2+SiO2)のモル比は、0.030であり、表面変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合したシリル基の個数は、表面積1nm2あたり1.5個であった。
実施例7
製造例4で調製した酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子(A)の水性ゾル830g(総金属酸化物として50g含有)に製造例1で調製したアルカリ性の酸化第二スズ−シリカコロイド粒子とそのオリゴマーの水性ゾル769gを添加し、十分に攪拌した。次いで95℃で2時間加熱熟成して、酸化第二スズ−シリカ複合コロイド粒子とそのオリゴマーで被覆された変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の水性ゾル1599gを得た。得られたゾルのpHは8.3、全金属酸化物濃度は3.7質量%であった。得られた変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾルを水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR−120B)を充填したカラムに通し、純水を用いて該水性ゾルを回収して、酸性の変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル1980gを得た。得られたゾルはpH2.7、全金属酸化物濃度は3.0質量%であった。得られたゾルにジイソブチルアミンを0.5g添加し、変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面にジイソブチルアミンを結合させた。このときのゾルのpHは4.3であった。次いで得られたゾルを限外濾過装置を用いて全金属酸化物濃度20質量%まで濃縮した。濃縮後のゾルの比重は1.211、pHは3.7であった。この濃縮された水性ゾルをナス型フラスコ付きエバポレータに投入し、該ゾルにメタノールを添加しながら600Torrで水を留去することにより、ジイソブチルアミンが結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメタノールゾル285.7gを得た。得られたメタノールゾルは、比重0.961、粘度1.0mPa・s、pH4.9(ゾルと同質量の水で希釈)、全金属酸化物濃度21質量%、水分2.3%であった。得られたメタノールゾルにスチリルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 商品名KBM−1403)を13.4g添加し、還留加熱を5時間行うことでシリル化を行い、スチリルトリメトキシシリル基を変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合させた。次いでエバポレータを用いて80Torrでメチルエチルケトンを添加しながらメタノールを留去することによりメタノールをメチルエチルケトンに置換して、ジイソブチルアミン及びスチリルジメトキシシリル基が表面に結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメチルエチルケトンゾル200gが得られた。得られたゾルは比重1.095、粘度3.5mPa・s、全金属酸化物濃度30.0質量%、透過型電子顕微鏡観察による1次粒子径は5乃至10nm、動的光散乱法粒子径は10nmであった。また、ジイソブチルアミン/(SnO2+SiO2)のモル比は、0.030であり、表面変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合したシリル基の個数は、表面積1nm2あたり3.0個であった。
実施例8
製造例4で調製した酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子(A)の水性ゾル830g(総金属酸化物として50g含有)に製造例1で調製したアルカリ性の酸化第二スズ−シリカコロイド粒子とそのオリゴマーの水性ゾル769gを添加し、十分に攪拌した。次いで95℃で2時間加熱熟成して、酸化第二スズ−シリカ複合コロイド粒子とそのオリゴマーで被覆された変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の水性ゾル1599gを得た。得られたゾルのpHは8.3、全金属酸化物濃度は3.7質量%であった。得られた変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾルを水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR−120B)を充填したカラムに通し、純水を用いて該水性ゾルを回収して、酸性の変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル1980gを得た。得られたゾルはpH2.7、全金属酸化物濃度は3.0質量%であった。得られたゾルにジイソブチルアミンを0.5g添加し、変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面にジイソブチルアミンを結合させた。このときのゾルのpHは4.3であった。次いで得られたゾルを限外濾過装置を用いて全金属酸化物濃度20質量%まで濃縮した。濃縮後のゾルの比重は1.211、pHは3.7であった。この濃縮された水性ゾルをナス型フラスコ付きエバポレータに投入し、該ゾルにメタノールを添加しながら600Torrで水を留去することにより、ジイソブチルアミンが結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメタノールゾル285.7gを得た。得られたメタノールゾルは、比重0.961、粘度1.0mPa・s、pH4.9(ゾルと同質量の水で希釈)、全金属酸化物濃度21質量%、水分2.3%であった。得られたメタノールゾルにフェニルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 商品名LS−7150)を5.9g添加し、還留加熱を5時間行うことでシリル化を行い、フェニルジメトキシシリル基を変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合させた。次いでエバポレータを用いて80Torrでメチルエチルケトンを添加しながらメタノールを留去することによりメタノールをメチルエチルケトンに置換して、ジイソブチルアミン及びフェニルジメトキシシリル基が表面に結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメチルエチルケトンゾル200gが得られた。得られたゾルは比重1.095、粘度3.3mPa・s、全金属酸化物濃度30.0質量%、透過型電子顕微鏡観察による1次粒子径は5乃至10nm、動的光散乱法粒子径は11nmであった。また、ジイソブチルアミン/(SnO2+SiO2)のモル比は、0.030であり、表面変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合したシリル基の個数は、表面積1nm2あたり1.5個であった。
実施例9
製造例4で調製した酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子(A)の水性ゾル830g(総金属酸化物として50g含有)に製造例1で調製したアルカリ性の酸化第二スズ−シリカコロイド粒子とそのオリゴマーの水性ゾル769gを添加し、十分に攪拌した。次いで95℃で2時間加熱熟成して、酸化第二スズ−シリカ複合コロイド粒子とそのオリゴマーで被覆された変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の水性ゾル1599gを得た。得られたゾルのpHは8.3、全金属酸化物濃度は3.7質量%であった。得られた変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾルを水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR−120B)を充填したカラムに通し、純水を用いて該水性ゾルを回収して、酸性の変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル1980gを得た。得られたゾルはpH2.7、全金属酸化物濃度は3.0質量%であった。得られたゾルにジイソブチルアミンを0.5g添加し、変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面にジイソブチルアミンを結合させた。このときのゾルのpHは4.3であった。次いで得られたゾルを限外濾過装置を用いて全金属酸化物濃度20質量%まで濃縮した。濃縮後のゾルの比重は1.211、pHは3.7であった。この濃縮された水性ゾルをナス型フラスコ付きエバポレータに投入し、該ゾルにメタノールを添加しながら600Torrで水を留去することにより、ジイソブチルアミンが結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメタノールゾル285.7gを得た。得られたメタノールゾルは、比重0.961、粘度1.0mPa・s、pH4.9(ゾルと同質量の水で希釈)、全金属酸化物濃度21質量%、水分2.3%であった。得られたメタノールゾルにフェニルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 商品名LS−7150)を11.8g添加し、還留加熱を5時間行うことでシリル化を行い、フェニルジメトキシ基を変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合させた。次いでエバポレータを用いて80Torrでメチルエチルケトンを添加しながらメタノールを留去することによりメタノールをメチルエチルケトンに置換して、ジイソブチルアミン及びフェニルジメトキシシリル基が表面に結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメチルエチルケトンゾル200gが得られた。得られたゾルは比重1.095、粘度3.6mPa・s、全金属酸化物濃度30.0質量%、透過型電子顕微鏡観察による1次粒子径は5乃至10nm、動的光散乱法粒子径は9nmであった。また、ジイソブチルアミン/(SnO2+SiO2)のモル比は、0.030であり、表面変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合したシリル基の個数は、表面積1nm2あたり3.0個であった。
実施例10
製造例4で調製した酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル830g(全金属酸化物として50g含有)に製造例1で調製したアルカリ性の二酸化珪素−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル769gを添加し、十分に攪拌した。次いで95℃で2時間加熱熟成して、二酸化珪素−酸化第二スズ複合コロイド粒子で被覆された変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル1599gを得た。得られたゾルのpHは8.3、全金属酸化物濃度は3.7質量%であった。得られた変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾルを水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR−120B)を充填したカラムに通し、酸性の変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル1980gを得た。得られたゾルはpH2.7、全金属酸化物濃度は3.0質量%であった。得られた酸性ゾルにジイソブチルアミンを0.5g添加し、変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面にジイソブチルアミンを結合させた。このときのゾルのpHは4.3であった。次いで得られたゾルを限外濾過装置を用いて全金属酸化物濃度20質量%まで濃縮した。濃縮後のゾルの比重は1.211、pHは3.7であった。この濃縮された水性ゾルをナス型フラスコ付きエバポレータに投入し、該ゾルにメタノールを添加しながら600Torrで水を留去することにより、ジイソブチルアミンが結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメタノールゾルを得た。得られたメタノールゾルは、比重0.961、粘度1.0mPa・s、pH4.9(ゾルと同質量の水で希釈)、全金属酸化物濃度21質量%、水分2.3%であった。得られたメタノールゾルにジメチルジメトキシシラン(信越シリコーン製 商品名KBM−22)を4.45gと1-プロパノール16.6gを添加し、還留加熱を5時間行うことでシリル化を行い、ジメチルジメトキシシリル基を変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合させた。次いでエバポレータを用いて110Torrでメチルエチルケトンを添加しながらメタノールを留去することにより、メタノールをメチルエチルケトンに置換して、ジイソブチルアミン及びジメチルエトキシシリル基が表面に結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメチルエチルケトンゾルが得られた。得られたゾルは比重1.080、粘度1.7mPa・s、全金属酸化物濃度30.6質量%、透過型電子顕微鏡観察による一次粒子径は5乃至10nm、動的光散乱法粒子径は46nmであった。また、ジイソブチルアミン/(SnO2+SiO2)のモル比は、0.030であり、表面変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合したシリル基の個数は、表面積1nm2あたり1.2個であった。
実施例11
製造例4で調製した酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル830g(全金属酸化物として50g含有)に製造例1で調製したアルカリ性の二酸化珪素−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル769gを添加し、十分に攪拌した。次いで95℃で2時間加熱熟成して、二酸化珪素−酸化第二スズ複合コロイド粒子で被覆された変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル1599gを得た。得られたゾルのpHは8.3、全金属酸化物濃度は3.7質量%であった。得られた変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾルを水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR−120B)を充填したカラムに通し、酸性の変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル1980gを得た。得られたゾルはpH2.7、全金属酸化物濃度は3.0質量%であった。得られた酸性ゾルにジイソブチルアミンを0.5g添加し、変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面にジイソブチルアミンを結合させた。このときのゾルのpHは4.3であった。次いで得られたゾルを限外濾過装置を用いて全金属酸化物濃度20質量%まで濃縮した。濃縮後のゾルの比重は1.211、pHは3.7であった。この濃縮された水性ゾルをナス型フラスコ付きエバポレータに投入し、該ゾルにメタノールを添加しながら600Torrで水を留去することにより、ジイソブチルアミンが結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメタノールゾルを得た。得られたメタノールゾルは、比重0.961、粘度1.0mPa・s、pH4.9(ゾルと同質量の水で希釈)、全金属酸化物濃度21質量%、水分2.3%であった。得られたメタノールゾルにメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 商品名:KBM503)を5.0gと1-プロパノール17.2gを添加し、還留加熱を5時間行うことでシリル化を行い、メタクリロキシプロピルトリメトキシシリル基を変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合させた。次いでエバポレータを用いて110Torrでメチルエチルケトンを添加しながらメタノールを留去することにより、メタノールをメチルエチルケトンに置換して、ジイソブチルアミン及びメタクリロキシプロピルジメトキシシリル基が表面に結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメチルエチルケトンゾルが得られた。得られたゾルは比重1.088、粘度0.9mPa・s、全金属酸化物濃度30.3質量%、透過型電子顕微鏡観察による一次粒子径は5乃至10nm、動的光散乱法粒子径は8.6nmであった。また、ジイソブチルアミン/(SnO2+SiO2)のモル比は、0.030であり、表面変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の表面に結合したシリル基の個数は、表面積1nm2あたり1.0個であった。
実施例12
実施例1で得られたジイソブチルアミン及びメチルジメトキシシリル基が表面に結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子のメチルエチルケトンゾル50gをガラスシャーレに分取し、真空乾燥機で3時間乾燥させて微粉末約15gを得た。この微粉末をレーザー回折粒度分布測定装置を用いて平均粒子径を測定したところ、8μmであった。この微粉末10gをガラスビーカーに投入し、メチルエチルケトン40gを加えて1時間スターラーで撹拌したところ、微粉末はメチルエチルケトンに分散し、透明なゾルとなった。
比較例1
特許文献2における酸化タングステン−酸化第二スズ−二酸化珪素複合体のコロイド粒子で被覆されることによって形成された粒子径4.5乃至60nmの変性された酸化第二スズ−酸化ジルコニウム複合体コロイド粒子を水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR−120B)を充填したカラムに通し、酸性の変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾル1220gを得た。得られたゾルはpH2.9、全金属酸化物濃度は3.9質量%であった。得られたゾルにジイソブチルアミンを0.2g添加し、酸性の変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の表面にジイソブチルアミンを結合させた。このときのゾルのpHは4.2であった。次いで得られたゾルを限外濾過装置を用いて全金属酸化物濃度20質量%まで濃縮した。濃縮後のゾルの比重は1.116、pHは2.8であった。この濃縮された水性ゾルを実施例1と同様にメタノール置換を行った。得られたメタノールゾルは、比重0.950、粘度8.1mPa・s、pH3.8(ゾルと同質量の水で希釈)、全金属酸化物濃度20質量%、水分1.4%であった。得られたメタノールゾルにメチルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 商品名:LS−530)を4.8g添加し、還留加熱を5時間行うことでシリル化を行い、メチルジメトキシシリル基を変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の表面に結合させた。次いでエバポレータを用いて80Torrでメチルエチルケトンを添加しながらメタノールを留去することによりメタノールのメチルエチルケトンへの置換を試みたが、徐々に粘度が高くなり、透明性は維持したままゲル化し、メチルエチルケトンゾルを得ることができなかった。
比較例2
酸性の変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子の水性ゾルに対してジイソブチルアミンを添加しないこと以外は実施例1と同様にしてメタノール置換を行ったが、メタノールに置換する途中でゾルがゲル化し、メチルエチルケトンゾルを得ることができなかった。
比較例3
ジイソブチルアミンが結合した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズ複合コロイド粒子のメタノールゾルに対してメチルトリメトキシシランを添加しないこと以外は実施例1と同様に行ったが、メチルエチルケトンに置換する途中でゾルがゲル化し、メチルエチルケトンゾルを得ることができなかった。
比較例4
ジイソブチルアミンを添加しないこと以外は実施例1と同様に調製した変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子の水性ゾルをエバポレータを用いてメタノールを添加しながら600Torrで水を留去することにより、メタノールに置換を行ったが、外観は白濁し、変性酸化ジルコニウム−酸化第二スズコロイド粒子は凝集したため、メタノールゾルを得ることができなかった。

Claims (19)

  1. 金属の酸化物コロイド粒子を核として、その外表面を複合酸化物コロイド粒子で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子であって、5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)を核とし且つその外表面を、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.001乃至0.08のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比でアミン化合物が結合し1乃至4nmの一次粒子径を有するところの二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子(C)であって、且つ金属の酸化物コロイド粒子(A)に対する複合酸化物コロイド粒子(B)の質量比(B)/(A)が0.05乃至0.50であり、そして該コロイド粒子(C)の粒子表面にその表面積1nm2あたり1乃至4個のシリル基が結合してなることを特徴とするシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子。
  2. 前記シリル基が下記の一般式(I)
    −Si(R1a(X)3-a (I)
    (但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素原子数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表される請求項1に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子。
  3. 前記アミン化合物が第一アミン、第二アミン及び第三アミンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である請求項1に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾル。
  5. 前記親水性有機溶媒がメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ジメチルホルムアミド、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコール及びプロピレングリコールモノメチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項4に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾル。
  6. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子を含む0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒分散ゾル。
  7. 前記疎水性有機溶媒が1−ペンタノール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メタクリル酸メチル、ジイソプロピルエーテル、及びトルエンからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項6に記載の疎水性有機溶媒分散ゾル。
  8. 下記の(a)、(b)、(c)、(d)、(e)及び(f)工程を含む請求項4に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾルの製造方法:
    (a)工程:スズ酸アルカリと珪酸アルカリとを二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5となる量で含有する水溶液を調製し、次いでその水溶液中に存在する陽イオンを除去して1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合体コロイド粒子の水性ゾルを調製し、更に該水性ゾルにM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比が0.1乃至1.0となる量のアミン化合物を添加することにより、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.1乃至1.0のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比で存在するアミン化合物で安定化された1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の水性ゾルを得る工程、
    (b)工程:5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)の水性ゾルと前記(a)工程で得られた水性ゾルとを、前記金属の酸化物コロイド粒子(A)に対する前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の質量比(B’)/(A)が0.05乃至0.50となる量で混合することにより、前記金属の酸化物コロイド粒子(A)が前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)により被覆されてなる変性金属酸化物コロイド粒子(C’)の水性ゾルを得る工程、
    (c)工程:前記(b)工程で得られた変性金属酸化物コロイド粒子(C’)の水性ゾルを陽イオン交換し、(a)工程で添加したアミン化合物を除去する工程、
    (d)工程:前記(c)工程で得られた水性ゾルに、前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)に対するアミン化合物のモル比M/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)が0.001乃至0.08となる量のアミン化合物を添加することにより、前記酸化物コロイド粒子(A)を核とし且つその外表面を、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.001乃至0.08のM/(SnO2+SiO2)のモル比(但しMはアミン化合物)でアミン化合物が結合した1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子(C)であって、且つ前記金属の酸化物のコロイド粒子(A)に対する前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)の質量比(B)/(A)が0.05乃至0.50である変性金属酸化物コロイド粒子(C)の水性ゾルを得る工程、
    (e)工程:前記(d)工程で得られた水性ゾルの分散媒を親水性有機溶媒に置換する工程、及び、
    (f)工程:前記(e)工程で得られた親水性有機溶媒分散ゾルに下記の一般式(II)Si(R1a(X)4-a (II)
    (但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表される有機珪素化合物及びその加水分解物、並びに下記の一般式(III)
    (R1 3Si)2NH (III)
    (但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表す。)
    で表される有機珪素化合物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)に対する有機珪素化合物の質量比が0.01乃至0.50となるように添加して、一般式(I)
    −Si(R1a(X)3-a (I)
    (但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表されるシリル基を前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の表面に結合させる工程。
  9. 前記アミン化合物として第一アミン、第二アミン及び第三アミンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を用いる請求項8に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾルの製造方法。
  10. 前記親水性有機溶媒としてメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ジメチルホルムアミド、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコール、及びプロピレングリコールモノメチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種を用いる請求項8又は9に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子の親水性有機溶媒分散ゾルの製造方法。
  11. 下記の(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)及び(g)工程を含む請求項6又は7に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子を含む0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒分散ゾルの製造方法:
    (a)工程:スズ酸アルカリと珪酸アルカリとを二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5となる量で含有する水溶液を調製し、次いでその水溶液中に存在する陽イオンを除去して1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合体コロイド粒子の水性ゾルを調製し、更に該水性ゾルにM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比が0.1乃至1.0となる量のアミン化合物を添加することにより、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.1乃至1.0のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比で存在するアミン化合物で安定化された1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の水性ゾルを得る工程、
    (b)工程:5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)の水性ゾルと前記(a)工程で得られた水性ゾルとを、前
    記金属の酸化物コロイド粒子(A)に対する前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)の質量比(B’)/(A)が0.05乃至0.50となる量で混合することにより、前記金属の酸化物コロイド粒子(A)が前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)により被覆されてなる変性金属酸化物コロイド粒子(C’)の水性ゾルを得る工程、
    (c)工程:前記(b)工程で得られた変性金属酸化物コロイド粒子(C’)の水性ゾルを陽イオン交換し、(a)工程で添加したアミン化合物を除去する工程、
    (d)工程:前記(c)工程で得られた水性ゾルに、前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B’)に対するアミン化合物のモル比としてM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)が0.001乃至0.08となる量のアミン化合物を添加することにより、前記酸化物コロイド粒子(A)を核とし且つその外表面を、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.001乃至0.08のM/(SnO2+SiO2)のモル比(但しMはアミン化合物)でアミン化合物が結合した1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)で被覆してなるコロイド(C)であって、且つ前記金属の酸化物のコロイド粒子(A)に対する前記二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)の質量比(B)/(A)が0.05乃至0.50である変性金属酸化物コロイド粒子(C)の水性ゾルを得る工程、
    (e)工程:前記(d)工程で得られた水性ゾルの分散媒を親水性有機溶媒に置換する工程、
    (f)工程:前記(e)工程で得られた親水性有機溶媒分散ゾルに下記の一般式(II)Si(R1a(X)4-a (II)
    (但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表される有機珪素化合物及びその加水分解物、並びに下記の一般式(III)
    (R1 3Si)2NH (III)
    (但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表す。)
    で表される有機珪素化合物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)に対する有機珪素化合物の質量比が0.01乃至0.50となるように添加して、一般式(I)
    −Si(R1a(X)3-a (I)
    (但し、R1は炭素原子数1乃至12の置換若しくは無置換のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、炭素原子数2乃至12の置換若しくは無置換のアルケニル基、炭素原子数6乃至12の置換若しくは無置換のアリール基若しくはハロゲン化アリール基を表すか、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシアルキル基、メルカプト基、アミノ基若しくはシアノ基を表し、Xは水酸基又は炭素数1乃至4のアルコキシ基を表す。aは0乃至3の整数を表す。)で表されるシリル基を前記変性金属酸化物コロイド粒子(C)の表面に結合させる工程、及び、
    (g)工程:前記(f)工程で得られた親水性溶媒分散ゾルの分散媒を0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒に置換する工程。
  12. 前記アミン化合物として第一アミン、第二アミン及び第三アミンからなる群より選ばれる
    少なくとも1種を用いる請求項11に記載の疎水性有機溶媒分散ゾルの製造方法。
  13. 前記親水性有機溶媒としてメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ジメチルホルムアミド、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコール、及びプロピレングリコールモノメチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種を用い、前記0.05乃至12質量%の水溶解度を有する疎水性有機溶媒としてメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メタクリル酸メチル、ジイソプロピルエーテル、及びトルエンからなる少なくも1種を用いる請求項11又は12に記載の疎水性有機溶媒分散ゾルの製造方法。
  14. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子と重合性有機化合物とを含む重合性有機化合物の組成物。
  15. 前記重合性有機化合物がカチオン重合性樹脂である請求項14に記載の重合性有機化合物の組成物。
  16. 前記重合性有機化合物が重合性液状エポキシ樹脂である請求項14に記載の重合性有機化合物の組成物。
  17. 前記重合性有機化合物が分子内に1個以上のエポキシシクロヘキシル基を有する重合性エポキシ樹脂である請求項14に記載の重合性有機化合物の組成物。
  18. 前記重合性有機化合物がアクリルモノマー及びアクリルオリゴマーの両方又はいずれか一方である請求項14に記載の重合性有機化合物の組成物。
  19. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のシラン処理変性金属酸化物コロイド粒子により構成される平均粒子径0.1乃至100μmの微粉末。
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