JP5962612B2 - Method for producing organosol - Google Patents
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Description
本発明は、オルガノゾル及びその製造方法に関する。更に詳しくは、水分散コロイド溶液の分散媒を水から有機溶媒に置換する方法を経るオルガノゾルの製造方法であって、その際に分級・粉砕等の機械的単位操作を経ずとも良好な分散状態と透明性を兼ね備え、容易に実施できて有用性が高いオルガノゾルを製造する方法、及びこれによって得られるオルガノゾルに関する。 The present invention relates to an organosol and a method for producing the same. More specifically, it is a method for producing an organosol through a method of replacing the dispersion medium of the water-dispersed colloidal solution from water to an organic solvent, in which a good dispersion state is obtained without performing mechanical unit operations such as classification and grinding. The present invention relates to a method for producing an organosol having both transparency and transparency, which can be easily carried out and highly useful, and an organosol obtained thereby.
有機溶媒分散コロイド溶液は、無機酸化物微粒子が有機溶媒中で凝集せずに安定に分散していることを特徴としているもので、オルガノゾルとも呼ばれている。このようなオルガノゾルは各種の有機樹脂との相溶性に優れているため、水分散コロイド溶液では広範な適用が困難であった分野、例えば、有機−無機コンポジット、樹脂改質、ナノフィラー、塗料などに利用されており、多くの需要がある。 The organic solvent-dispersed colloidal solution is characterized in that inorganic oxide fine particles are stably dispersed without agglomerating in an organic solvent, and is also called an organosol. Since such organosols are excellent in compatibility with various organic resins, fields that have been difficult to be widely applied in water-dispersed colloidal solutions, such as organic-inorganic composites, resin modifications, nanofillers, paints, etc. There are many demands.
オルガノゾルには、様々な製造方法が知られているが、いずれの手法でも特殊な条件や特別なノウハウを要することが多い。このような製造の困難さは、当該分野の産業発展の妨げとなってきたものであり、簡便で一般性が高く、かつ有用なオルガノゾルを製造するための系統的な指針はこれまでに知られていなかった。 Various manufacturing methods are known for organosols, but any method often requires special conditions and special know-how. Such difficulty in production has hindered industrial development in the field, and systematic guidelines for producing simple, general, and useful organosols have been known so far. It wasn't.
特許文献1(特開2012−77267号公報)には、酸化チタンインゴットを真空中アークプラズマで気化させるとともに、核形成後に気相で表面処理して、有機溶媒分散体とする手法が提案されている。本手法は、極限的な反応条件であり、一般的な反応器で実施するのは困難であった。 Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2012-77267) proposes a method in which a titanium oxide ingot is vaporized by arc plasma in a vacuum and surface-treated in a gas phase after nucleation to form an organic solvent dispersion. Yes. This method is an extreme reaction condition, and it was difficult to carry out with a general reactor.
特許文献2(特開2010−143806号公報)には、疎水性シランカップリング剤を用いて湿式表面処理されたシリカ微粒子を有機溶媒中に再分散させる手法が例示されている。本手法は、簡便ではあるものの、無機微粒子の再分散性は系に依存するところが大きい。即ち、製造の成否が溶媒の種類や溶媒置換方法に鋭敏に左右されると考えられる。例えば、本提案の骨子は水中で特定の条件を用いて微粒子を疎水化し、次いで有機溶媒を添加することであると考えられるが、疎水化された微粒子は水中では不安定であるため、有機溶媒を添加するタイミングの見極めが難しいと考えられる。工業プロセスにおいては、製造設備の回転率等の問題から、常に次工程をすぐに実施できる状態であるとは限らない。よって、次工程用製造中間体は安定であることが望ましい。しかしながら、実施例では、疎水化された微粒子の水中での安定性については言及されておらず、また溶媒置換は、ロータリーエバポレーター中で、メタノールを蒸留しながらイソプロピルアルコールを少しずつ添加するという繁雑な操作を要求している。よって本手法並びにその技術思想は、オルガノゾル製造のための系統的指針を与えているとは言い難い。 Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-143806) exemplifies a method of redispersing silica fine particles that have been wet-surface-treated using a hydrophobic silane coupling agent in an organic solvent. Although this method is simple, the redispersibility of the inorganic fine particles largely depends on the system. That is, it is considered that the success or failure of production is sensitive to the type of solvent and the solvent replacement method. For example, the main point of the proposal is to hydrophobize the microparticles using specific conditions in water, and then add an organic solvent. However, since the hydrophobized microparticles are unstable in water, It is thought that it is difficult to determine the timing of adding. In an industrial process, due to problems such as the rotation rate of manufacturing equipment, it is not always possible to immediately carry out the next process. Therefore, it is desirable that the production intermediate for the next process is stable. However, the examples do not mention the stability of the hydrophobized microparticles in water, and the solvent substitution is a complicated process in which isopropyl alcohol is added little by little while distilling methanol in a rotary evaporator. An operation is requested. Therefore, it cannot be said that this method and its technical idea provide systematic guidelines for producing organosols.
特許文献3(特開2007−246351号公報)及び特許文献4(特開2009−227500号公報)には、先の特許文献2で述べたような安定性についての問題が顕著とならない例について開示されている。これらの提案では、表面処理剤として主にγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを念頭においてオルガノゾルが製造されている。γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランは、水に対する溶解性が比較的高く、両親媒性分子であるため、安定な製造が実現されていると考えられる。しかしながら、表面処理剤はγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランに限らず、種々の疎水化処理ができることが望ましい。よって、これらの提案は一般性の高いものであるとは言い難い。 Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-246351) and Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-227500) disclose an example in which the problem regarding stability as described in Patent Document 2 is not significant. Has been. In these proposals, organosols are produced mainly with γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane in mind as a surface treatment agent. Since γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane has a relatively high solubility in water and is an amphiphilic molecule, it is considered that stable production has been realized. However, the surface treatment agent is not limited to γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, and it is desirable that various surface treatments can be performed. Therefore, it is hard to say that these proposals are highly general.
特許文献5(特開2009−13033号公報)には、表面被覆シリカオルガノゾルの製造方法が開示されている。本提案では既に溶媒置換された市販のシリカオルガノゾルを更にシランカップリング剤で処理する手法が示されている。この製造方法は、オルガノシリカゾルの利用法の一例としての範疇にあるもので、水分散コロイド溶液からオルガノゾルを製造する工程を示したものではない。 Patent Document 5 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-13033) discloses a method for producing a surface-coated silica organosol. In this proposal, a method of further treating a commercially available silica organosol having a solvent substitution with a silane coupling agent is shown. This production method is in the category of an example of a method for using an organosilica sol, and does not indicate a process for producing an organosol from an aqueous dispersion colloidal solution.
特許文献6(特許第3906933号公報)には、一旦製造した水分散コロイド溶液の水を完全に除去し、有機溶媒に再分散させてオルガノゾルを得る手法が示されている。本手法は、有機溶媒に再分散させるために粉砕や分級などの機械的単位操作を要する。粉砕には多くのエネルギーを要するのみならず、分散剤を要する場合もあり、物質効率上好ましくなく、産業的には不利な点がある。 Patent Document 6 (Japanese Patent No. 3906933) discloses a method of obtaining an organosol by completely removing water of a water-dispersed colloidal solution once produced and redispersing it in an organic solvent. This method requires mechanical unit operations such as grinding and classification in order to redisperse in an organic solvent. Grinding requires not only a lot of energy but also a dispersant, which is not preferable in terms of material efficiency and has industrial disadvantages.
その一方で、水分散コロイド溶液には、多くの優れた製造方法が知られている。例えば、特許文献7(特許第2783417号公報)、特許文献8(特許第3225553号公報)、及び特許文献9(特許第4051726号公報)等を挙げることができる。また、水分散コロイド溶液として、市販されているものを入手することも容易である。 On the other hand, many excellent production methods are known for aqueous dispersion colloidal solutions. For example, Patent Literature 7 (Japanese Patent No. 2783417), Patent Literature 8 (Japanese Patent No. 3225553), Patent Literature 9 (Japanese Patent No. 4051726), and the like can be mentioned. It is also easy to obtain a commercially available aqueous colloid solution.
以上のように、同じコロイド溶液といえども、分散媒が水であるか有機溶媒であるかによって、その製造方法の容易さは大きく異なっており、特に分散媒が有機溶媒であるオルガノゾルの製造方法に関する分野は立ちおくれていた。 As described above, even in the same colloid solution, the ease of the production method varies greatly depending on whether the dispersion medium is water or an organic solvent, and in particular, a method for producing an organosol in which the dispersion medium is an organic solvent. The field about was left.
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、無機酸化物コロイド水分散液から出発してオルガノゾルを製造する方法において、容易に実施できて有用性が高く、分級・粉砕等の機械的単位操作を経ずとも良好な分散状態と透明性を兼ね備えたオルガノゾルの製造方法及び該方法により得られるオルガノゾルを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a method of producing an organosol starting from an inorganic oxide colloid aqueous dispersion, it can be easily carried out and is highly useful, and mechanical unit operations such as classification and grinding. It is an object of the present invention to provide a method for producing an organosol having both a good dispersion state and transparency without passing through the method, and an organosol obtained by the method.
本発明者らは、上述した背景技術について考察し、一つの課題を見出した。即ち、無機酸化物コロイド水分散液から出発してオルガノゾルを製造する場合、主に表面処理工程(a)と溶媒置換工程(b)があるわけであるが、これら二つの工程の兼ね合いが困難なことが課題であると考えられる。つまり、工程(a)で表面処理が効率的に進行し微粒子の疎水化度が向上した場合は工程(b)が実施し易くなるものの、水中での微粒子の安定性は低下する。従って、工程(a)が終了した段階での安定性が問題となる。その一方で、工程(a)の表面処理を水中での分散安定性を確保できる程度にすると、工程(b)の実施可能な範囲が制限されてしまう。 The present inventors considered the background art mentioned above and found one problem. That is, when an organosol is produced starting from an inorganic oxide colloid aqueous dispersion, there are mainly a surface treatment step (a) and a solvent replacement step (b), but it is difficult to balance these two steps. Is considered a problem. That is, when the surface treatment efficiently proceeds in the step (a) and the degree of hydrophobicity of the fine particles is improved, the step (b) is easily performed, but the stability of the fine particles in water is lowered. Therefore, the stability at the stage where the step (a) is completed becomes a problem. On the other hand, if the surface treatment in the step (a) is performed to such an extent that the dispersion stability in water can be ensured, the range in which the step (b) can be performed is limited.
このような相反する問題を同時に解決する具体的方法であって、有用性が高く、当該産業分野の発展に資するような明確な技術思想はこれまでに提出されていない。 It is a concrete method for solving such conflicting problems at the same time, and has not been submitted so far with a clear technical idea that is highly useful and contributes to the development of the industrial field.
本発明者らは、オルガノゾル製造におけるこのような課題を解決するために鋭意検討した結果、次の工程(A)〜(G)、即ち、
(A)無機酸化物コロイド水分散液を準備する工程、
(B)水と完全には相溶せず2相系を形成することを特徴とするアルコールを添加する工程、
(C)有機ケイ素化合物及び/又はその(部分)加水分解縮合物を添加する工程、
(D)マイクロ波を照射する工程、
(E)有機溶媒を添加する工程、
(F)共沸蒸留及び/又は限外ろ過によって水を留去する工程、及び
必要に応じて
(G)水を1,000ppm以下まで除去する工程
からなる水性コロイド溶液の溶媒置換を経るオルガノゾルの製造方法が有用である事実を知見し、本発明をなすに至った。
As a result of intensive studies to solve such problems in organosol production, the present inventors have made the following steps (A) to (G), that is,
(A) preparing an inorganic oxide colloid aqueous dispersion,
(B) adding alcohol characterized in that it is not completely compatible with water and forms a two-phase system;
(C) adding an organosilicon compound and / or (partial) hydrolysis condensate thereof,
(D) a step of irradiating microwaves;
(E) adding an organic solvent,
(F) An organosol which undergoes solvent substitution in an aqueous colloidal solution comprising the steps of distilling off water by azeotropic distillation and / or ultrafiltration, and (G) removing water to 1,000 ppm or less as necessary. The fact that the production method is useful has been found and the present invention has been made.
従って、本発明は、下記オルガノゾルの製造方法及びオルガノゾルを提供する。
〔1〕
(A)無機酸化物コロイド水分散液を準備する工程、
(B)水と完全には相溶せず2相系を形成することを特徴とするアルコールを添加する工程、
(C)下記一般式(1)
R1 pR2 qR3 rSi(OR4)4-p-q-r (1)
(式中、R1は水素原子、非置換もしくは置換の炭素数1以上20以下の1価炭化水素基、ケイ素原子数50以下のポリジメチルシロキサン基、又はイソシアヌレート基であり、R2、R3及びR4はそれぞれ炭素数1以上6以下のアルキル基である。pは1〜3の整数、qは0,1又は2、rは0,1又は2であり、p+q+rは1〜3の整数である。)
で示される有機ケイ素化合物及び/又はその部分加水分解縮合物もしくは加水分解縮合物を添加する工程、
(D)マイクロ波を照射する工程、
(E)有機溶媒を添加する工程、及び
(F)共沸蒸留及び/又は限外ろ過によって水を留去する工程
からなる水性コロイド溶液の溶媒置換を経るオルガノゾルの製造方法。
〔2〕
さらに、(G)水を1,000ppm以下まで除去する工程を備える〔1〕に記載のオルガノゾルの製造方法。
〔3〕
工程(A)において準備される無機酸化物コロイド水分散液の分散質が、酸化チタン微粒子を核とし、該核の外側に酸化ケイ素の殻を有するコアシェル微粒子であることを特徴とする〔1〕又は〔2〕に記載のオルガノゾルの製造方法。
〔4〕
工程(A)において準備される無機酸化物コロイド水分散液の分散質が、スズ及び/又はマンガンを固溶した正方晶系酸化チタン固溶体微粒子を核とし、核の外側に酸化ケイ素の殻を有するコアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体水分散液であって、動的光散乱法で測定した該核微粒子の体積平均50%累計粒子径が30nm以下で、該コアシェル型微粒子の体積平均50%累計粒子径が50nm以下であり、前記スズ成分の固溶量が、チタンとのモル比(Ti/Sn)で10〜1,000、前記マンガン成分の固溶量が、チタンとのモル比(Ti/Mn)で10〜1,000である、コアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体微粒子を用いることを特徴とする〔1〕又は〔2〕に記載のオルガノゾルの製造方法。
〔5〕
工程(A)において準備される無機酸化物コロイド水分散液の分散質が、アルミナ及び/又はシリカであって、動的光散乱法で測定した該分散質の体積平均50%累計粒子径が10nm以上100nm以下であることを特徴とする〔1〕又は〔2〕に記載のオルガノゾルの製造方法。
〔6〕
工程(B)において添加するアルコールの水に対する20℃における溶解度が1(アルコール1g/水100g)以上、30(アルコール30g/水100g)以下であることを特徴とする〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のオルガノゾルの製造方法。
〔7〕
工程(B)において添加するアルコールが、炭素数4以上8以下の芳香族基を含んでいてもよい直鎖型、分岐鎖型又は環型の1価のアルコール、及び炭素数3以上8以下のフッ素原子で全置換又は部分置換された1価のアルコールからなる群から選ばれる一種又は二種以上であることを特徴とする〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載のオルガノゾルの製造方法。
〔8〕
工程(D)において、マイクロ波の積算照射時間が60秒以上3,600秒以内であり、照射後の系の温度が10℃以上150℃以下であることを特徴とする〔1〕〜〔7〕のいずれかに記載のオルガノゾルの製造方法。
〔9〕
工程(E)において添加される溶媒が、炭素数5以上30以下の炭化水素化合物、アルコール化合物、エーテル化合物、エステル化合物、ケトン化合物、及びアミド化合物からなる群から選ばれる一種又は二種以上であることを特徴とする〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載のオルガノゾルの製造方法。
〔10〕
工程(G)において、水を1,000ppm以下まで除去する方法が、3Å以上10Å以下の細孔直径を有するゼオライトを用いた物理吸着であることを特徴とする〔2〕〜〔9〕のいずれかに記載のオルガノゾルの製造方法。
〔11〕
工程(G)において、水を1,000ppm以下まで除去する方法が、オルト有機酸エステル、又は下記一般式(2)
(R5O)(R6O)CR7R8 (2)
(式中、R5及びR6はそれぞれ炭素数1以上10以下の1価炭化水素基であって、互いに結合して環を形成してもよく、またR7及びR8はそれぞれ炭素数1以上10以下の1価炭化水素基であって、互いに結合して環を形成してもよい。)
で示されるgem−ジアルコキシアルカンを用いた化学反応を伴う方法であることを特徴とする〔2〕〜〔9〕のいずれかに記載のオルガノゾルの製造方法。
Therefore, the present invention provides the following organosol production method and organosol.
[1]
(A) preparing an inorganic oxide colloid aqueous dispersion,
(B) adding alcohol characterized in that it is not completely compatible with water and forms a two-phase system;
(C) The following general formula (1)
R 1 p R 2 q R 3 r Si (OR 4 ) 4-pqr (1)
(In the formula, R 1 is a hydrogen atom, non-substituted or substituted carbon atoms 1 to 20 monovalent hydrocarbon group, a silicon atom number of 50 or less polydimethylsiloxane group, or an isocyanurate group, R 2, R 3 and R 4 are each an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, p is an integer of 1 to 3, q is 0, 1 or 2, r is 0, 1 or 2, and p + q + r is 1 to 3. (It is an integer.)
A step of adding an organosilicon compound and / or a partially hydrolyzed condensate or hydrolyzed condensate thereof,
(D) a step of irradiating microwaves;
(E) The manufacturing method of the organosol through the solvent substitution of the aqueous colloidal solution which consists of the process of adding an organic solvent, and the process of (F) distilling off water by azeotropic distillation and / or ultrafiltration.
[2]
Furthermore, (G) The manufacturing method of the organosol as described in [1] provided with the process of removing water to 1,000 ppm or less.
[3]
The dispersoid of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion prepared in the step (A) is a core-shell fine particle having titanium oxide fine particles as nuclei and a silicon oxide shell outside the nuclei [1] Or the manufacturing method of the organosol as described in [2].
[4]
The dispersoid of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion prepared in the step (A) has tetragonal titanium oxide solid solution fine particles in which tin and / or manganese is dissolved as a nucleus, and has a silicon oxide shell outside the nucleus. A core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution aqueous dispersion having a volume average 50% cumulative particle diameter of the core fine particles measured by a dynamic light scattering method of 30 nm or less and a volume average 50% cumulative particle of the core-shell type fine particles. The diameter is 50 nm or less, the solid solution amount of the tin component is 10 to 1,000 in terms of the molar ratio with titanium (Ti / Sn), and the solid solution amount of the manganese component is the molar ratio of titanium (Ti / Sn). The method for producing an organosol according to [1] or [2], wherein core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution fine particles having a Mn) of 10 to 1,000 are used.
[5]
The dispersoid of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion prepared in the step (A) is alumina and / or silica, and the volume average 50% cumulative particle diameter of the dispersoid measured by a dynamic light scattering method is 10 nm. The method for producing an organosol according to [1] or [2], wherein the method is 100 nm or less.
[6]
[1] to [5], wherein the solubility of the alcohol added in the step (B) at 20 ° C. is 1 (1 g alcohol / 100 g water) or more and 30 (30 g alcohol / 100 g water) or less. The manufacturing method of the organosol in any one.
[7]
The alcohol to be added in the step (B) is a linear, branched or cyclic monovalent alcohol which may contain an aromatic group having 4 to 8 carbon atoms, and 3 to 8 carbon atoms. The method for producing an organosol according to any one of [1] to [6], wherein the organosol is one or more selected from the group consisting of monovalent alcohols that are fully or partially substituted with fluorine atoms.
[8]
In the step (D), the integrated microwave irradiation time is 60 seconds or more and 3,600 seconds or less, and the temperature of the system after irradiation is 10 ° C. or more and 150 ° C. or less [1] to [7] ] The manufacturing method of the organosol in any one of.
[9]
The solvent added in the step (E) is one or more selected from the group consisting of hydrocarbon compounds having 5 to 30 carbon atoms, alcohol compounds, ether compounds, ester compounds, ketone compounds, and amide compounds. The method for producing an organosol as described in any one of [1] to [8].
[10]
Any of [2] to [9], wherein the method of removing water to 1,000 ppm or less in the step (G) is physical adsorption using a zeolite having a pore diameter of 3 to 10 mm A method for producing an organosol as described above.
[11]
In the step (G), a method for removing water up to 1,000 ppm or less is an ortho organic acid ester or the following general formula (2)
(R 5 O) (R 6 O) CR 7 R 8 (2)
(In the formula, R 5 and R 6 are each a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, which may be bonded to each other to form a ring, and R 7 and R 8 each have 1 carbon atom. 10 or less monovalent hydrocarbon groups which may be bonded to each other to form a ring.
The method for producing an organosol according to any one of [2] to [9], which is a method involving a chemical reaction using a gem-dialkoxyalkane represented by formula (1).
本発明によれば、無機酸化物コロイド水分散液から、簡便かつ確実にオルガノゾルを製造することができる。本発明の製造方法によれば、オルガノシリカゾルやオルガノアルミナゾルのみならず、これまでにその製造が比較的困難となれてきたオルガノチタニアゾルについても製造が可能となる。本発明の手法によって製造されたオルガノチタニアゾルを含有することを特徴とする塗料組成物は、透明性に優れた塗膜を形成することができる。 According to the present invention, an organosol can be easily and reliably produced from an inorganic oxide colloid aqueous dispersion. According to the production method of the present invention, it is possible to produce not only organosilica sol and organoalumina sol but also organotitania sol which has been relatively difficult to produce so far. The coating composition characterized by containing an organotitania sol produced by the method of the present invention can form a coating film excellent in transparency.
以下に、本発明のオルガノゾルの製造方法を詳細に説明する。
本発明のオルガノゾルの製造方法は、下記工程(A)〜(F)、及び必要に応じて下記工程(G)からなる水性コロイド溶液の溶媒置換を経るものである。
(A)無機酸化物コロイド水分散液を準備する工程、
(B)水と完全には相溶せず2相系を形成することを特徴とするアルコールを添加する工程、
(C)下記一般式(1)
R1 pR2 qR3 rSi(OR4)4-p-q-r (1)
(式中、R1は水素原子、非置換もしくは置換の炭素数1以上20以下の1価炭化水素基、ケイ素原子数50以下のポリジメチルシロキサン基、又はイソシアヌレート基であり、R2、R3及びR4はそれぞれ炭素数1以上6以下のアルキル基である。pは1〜3の整数、qは0,1又は2、rは0,1又は2であり、p+q+rは1〜3の整数である。)
で示される有機ケイ素化合物及び/又はその(部分)加水分解縮合物を添加する工程、
(D)マイクロ波を照射する工程、
(E)有機溶媒を添加する工程、
(F)共沸蒸留及び/又は限外ろ過によって水を留去する工程、
(G)水を1,000ppm以下まで除去する工程。
Below, the manufacturing method of the organosol of this invention is demonstrated in detail.
The method for producing an organosol of the present invention involves solvent replacement of an aqueous colloidal solution comprising the following steps (A) to (F) and, if necessary, the following step (G).
(A) preparing an inorganic oxide colloid aqueous dispersion,
(B) adding alcohol characterized in that it is not completely compatible with water and forms a two-phase system;
(C) The following general formula (1)
R 1 p R 2 q R 3 r Si (OR 4 ) 4-pqr (1)
(In the formula, R 1 is a hydrogen atom, non-substituted or substituted carbon atoms 1 to 20 monovalent hydrocarbon group, a silicon atom number of 50 or less polydimethylsiloxane group, or an isocyanurate group, R 2, R 3 and R 4 are each an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, p is an integer of 1 to 3, q is 0, 1 or 2, r is 0, 1 or 2, and p + q + r is 1 to 3. (It is an integer.)
A step of adding an organosilicon compound and / or a (partial) hydrolysis condensate thereof,
(D) a step of irradiating microwaves;
(E) adding an organic solvent,
(F) a step of distilling off water by azeotropic distillation and / or ultrafiltration,
(G) The process of removing water to 1,000 ppm or less.
工程(A)
本発明のオルガノゾルの製造方法における工程(A)は、無機酸化物コロイド水分散液を準備する工程である。工程(A)において準備する無機酸化物コロイド水分散液は、好ましくは1〜200nmの体積平均50%累計粒子径を有する無機酸化物粒子等の無機酸化物コロイド水分散液の分散質が水を含む液体分散媒中に凝集せずに分散しているものである。
Process (A)
Step (A) in the method for producing an organosol of the present invention is a step of preparing an inorganic oxide colloid aqueous dispersion. The inorganic oxide colloid aqueous dispersion prepared in the step (A) is preferably a dispersion of an inorganic oxide colloid aqueous dispersion such as inorganic oxide particles having a volume average 50% cumulative particle diameter of 1 to 200 nm. Dispersed without agglomerating in the liquid dispersion medium.
無機酸化物コロイド水分散液の分散質
本発明で用いる無機酸化物コロイド水分散液の分散質は、金属酸化物等の無機酸化物である。金属酸化物を構成する元素としては、13族元素、14族元素(炭素を除く)、第1系列遷移元素、第2系列遷移元素、第3系列遷移元素、ランタノイド等が挙げられる。13族元素では、特にアルミニウム、ホウ素、インジウム等から誘導される酸化物が好適であり、アルミナゾルが一般的に知られている。14族元素(炭素を除く)では、ケイ素、スズ等から誘導される酸化物が好適であり、シリカゾルが一般的である。第1系列遷移元素では、チタン、マンガン、亜鉛等から誘導される酸化物が好適である。これらの酸化物は、特定波長の光吸収材料として用いられることが多い。第2系列遷移元素では、イットリウム、ジルコニウム等から誘導される酸化物が好適である。これらの酸化物は、特定波長の光吸収及び蛍光材料として用いられることが多い。第3系列遷移元素では、ハフニウム、タンタル等から誘導される酸化物が好適である。ランタノイドでは、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジウム、テルビウム、ジスプロジウム、イッテルビウム等から誘導される酸化物が好適である。これらの酸化物は、特定波長の光吸収及び蛍光材料として用いられることが多い。
Dispersoid of inorganic oxide colloid aqueous dispersion The dispersoid of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion used in the present invention is an inorganic oxide such as a metal oxide. Examples of elements constituting the metal oxide include group 13 elements, group 14 elements (excluding carbon), first series transition elements, second series transition elements, third series transition elements, lanthanoids, and the like. Among group 13 elements, oxides derived from aluminum, boron, indium and the like are particularly suitable, and alumina sol is generally known. Among group 14 elements (excluding carbon), oxides derived from silicon, tin and the like are suitable, and silica sol is common. As the first series transition element, an oxide derived from titanium, manganese, zinc or the like is preferable. These oxides are often used as a light-absorbing material having a specific wavelength. As the second series transition element, an oxide derived from yttrium, zirconium or the like is preferable. These oxides are often used as light absorption and fluorescent materials of specific wavelengths. As the third series transition element, an oxide derived from hafnium, tantalum, or the like is preferable. As the lanthanoid, an oxide derived from lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, terbium, dysprodium, ytterbium, or the like is preferable. These oxides are often used as light absorption and fluorescent materials of specific wavelengths.
本発明で用いる無機酸化物コロイド水分散液の分散質は、前記の金属酸化物の群から選ばれるものであれば、一種単独で又は二種以上を複合したものを用いることができる。ここで述べる複合とは、広義の意味であり、単純混合及び化学結合を介して複合化されたものであればよい。化学結合を介した複合とは、例えば、下記一般式(3)で表されるような形態をいう。
(M1Ox)m(M2Oy)n (3)
The dispersoid of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion used in the present invention may be one kind or a combination of two or more kinds as long as it is selected from the group of metal oxides. The compound described here has a broad meaning, and any compound may be used as long as it is compounded through simple mixing and chemical bonding. The compound through a chemical bond refers to a form represented by the following general formula (3), for example.
(M 1 O x ) m (M 2 O y ) n (3)
ここで、M1は、Al、B、In、Si、Ge、Sn、Ti、Mn、Zn、Y、Zr、Hf、Ta、La、Ce、Pr、Nd、Tb、Dy、Ybの元素記号で表されるいずれか一種である。M2は、Al、B、In、Si、Ge、Sn、Ti、Mn、Zn、Y、Zr、Hf、Ta、La、Ce、Pr、Nd、Tb、Dy、Ybの元素記号で表されるいずれか一種であり、M1で選択されたものと同一ではない元素である。x、yは、M1の価数をaとすればx=a/2、M2の価数をbとすればy=b/2で表すことができる。m、nは、m+n=1を満たす実数であって、かつ0<m<1及び0<n<1を満たす。即ち、構造中において、M1とM2が酸素を介して結合した単位を有している。M1とM2は、構造中において散在していてもよく、また偏在していてもよい。M1とM2が構造中において散在しているものは、複数種の金属アルコキシドの共加水分解物において見られる構造である。M1とM2が構造中において偏在しているものは、コアシェル粒子(金属酸化物微粒子を核とし、この核の外側に他の金属酸化物の殻を有する粒子)において見られる構造であり、例えば、複数種の金属アルコキシドを種類に応じて段階的に加水分解することで形成される。 Here, M 1 is an element symbol of Al, B, In, Si, Ge, Sn, Ti, Mn, Zn, Y, Zr, Hf, Ta, La, Ce, Pr, Nd, Tb, Dy, Yb. It is one of the types represented. M 2 is represented by an element symbol of Al, B, In, Si, Ge, Sn, Ti, Mn, Zn, Y, Zr, Hf, Ta, La, Ce, Pr, Nd, Tb, Dy, and Yb. It is one of these elements and is not the same element as that selected for M 1 . x and y can be expressed as x = a / 2 if the valence of M 1 is a, and y = b / 2 if the valence of M 2 is b. m and n are real numbers satisfying m + n = 1 and satisfy 0 <m <1 and 0 <n <1. That is, in the structure, M 1 and M 2 have a unit bonded through oxygen. M 1 and M 2 may be scattered in the structure or may be unevenly distributed. What is scattered in the structure of M 1 and M 2 is a structure found in a co-hydrolyzate of a plurality of types of metal alkoxides. What is unevenly distributed in the structure of M 1 and M 2 is a structure found in core-shell particles (particles having metal oxide fine particles as nuclei and having other metal oxide shells outside the nuclei) For example, it is formed by hydrolyzing a plurality of types of metal alkoxides in stages according to the type.
本発明で用いられる金属酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化スズ、酸化ホウ素、酸化インジウム等が挙げられる。これらの無機酸化物コロイド水分散液を、例えばコーティング塗料に添加する場合には、目的に応じて一種又は二種以上の金属酸化物が用いられることが普通であるので、本発明における無機酸化物コロイド水分散液が複数種の金属酸化物を含有していることを妨げない。コーティング塗料に無機酸化物コロイド水分散液を添加する目的には、機械的特性の付与、紫外線遮蔽特性の付与、電気伝導性の付与等が挙げられる。機械的特性の付与のためには、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化ホウ素及びこれらを構成する金属元素を一種又は二種以上含有する複合酸化物が用いられることが多い。紫外線遮蔽特性の付与のためには、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム等を用いることが多く、更に機械的特性付与のための酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化スズ等と複合及び混合して用いることもできる。電気伝導性の付与のためには、酸化インジウム−酸化スズ複合体が用いられることが多い。いずれにせよ、これらの金属酸化物は多様な機能を付与することができるものであるが、無機酸化物コロイド水分散液としての化学工学上の様態は類似したものであり、従って、無機酸化物コロイド水分散液の溶媒置換を考える場合には、ここに挙げた金属酸化物を一種単独又は二種以上を複合したものについて、一群として取り扱うことが可能である。 Examples of the metal oxide used in the present invention include silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, zinc oxide, cerium oxide, tin oxide, boron oxide, and indium oxide. When these inorganic oxide colloid aqueous dispersions are added to, for example, coating paints, one or more metal oxides are usually used depending on the purpose. It does not prevent the colloidal aqueous dispersion from containing a plurality of types of metal oxides. Examples of the purpose of adding the inorganic oxide colloid aqueous dispersion to the coating paint include imparting mechanical properties, imparting ultraviolet shielding properties, imparting electrical conductivity, and the like. In order to impart mechanical properties, a composite oxide containing one or more of silicon oxide, aluminum oxide, tin oxide, boron oxide and metal elements constituting them is often used. In order to impart UV shielding properties, titanium oxide, zinc oxide, cerium oxide, etc. are often used, and in combination with silicon oxide, aluminum oxide, tin oxide, etc. for imparting mechanical properties. You can also. In order to impart electric conductivity, an indium oxide-tin oxide composite is often used. In any case, these metal oxides can provide various functions, but the chemical engineering aspects of the inorganic oxide colloidal aqueous dispersion are similar. When considering the solvent replacement of the colloidal aqueous dispersion, it is possible to treat the metal oxides listed here alone or in combination of two or more as a group.
無機酸化物コロイド水分散液の種類
無機酸化物コロイド水分散液は、分散質の種類によって多様な機能性を有する。多様な機能性とは、例えば、コーティング組成物に添加した際に耐擦傷性や可撓性の付与を行える機械的特性、光の屈折率制御性、紫外線遮蔽性、放射線遮蔽性、蛍光性等の付与を行える光学特性、電気伝導性や誘電率の付与を行える電気的特性等である。このように、無機酸化物コロイド水分散液は、それを構成する元素の種類も多様であれば、発現する機能も多様である。しかしながら、無機酸化物コロイド水分散液としての化学工学上の様態は類似したものであり、従って、無機酸化物コロイド水分散液の溶媒置換を考える場合には、ここに挙げた金属酸化物等の無機酸化物を一種単独又は二種以上を複合したものについて、一群として取り扱うことが可能である。化学工学上の様態とは、粉体工学や移動現象論の範疇において議論される物理的性質のことであり、例えば、分散質の粒子径や、ゼータ電位等である。これらの物理量を用いて議論している限りにおいて、無機酸化物コロイド水分散液は分散質を構成する元素の種類が異なっていても、互いに比較考量可能で並列な集合として認識できる。従って、本明細書や実施例において全ての種類及び/又は組み合わせの無機酸化物(金属酸化物)コロイド水分散液について詳細に言及されていないからといって、記述されていない無機酸化物コロイド水分散液についても本発明の範囲に含まれることを妨げない。
Types of Inorganic Oxide Colloidal Aqueous Dispersion Inorganic oxide colloidal aqueous dispersions have various functions depending on the type of dispersoid. Various functionalities include, for example, mechanical properties that can impart scratch resistance and flexibility when added to a coating composition, light refractive index controllability, ultraviolet shielding properties, radiation shielding properties, fluorescence properties, etc. These are the optical characteristics that can be applied, electrical properties that can provide electrical conductivity and dielectric constant, and the like. As described above, the inorganic oxide colloidal aqueous dispersion has various functions as long as there are various types of elements constituting the inorganic oxide colloidal water dispersion. However, the chemical engineering aspects of the inorganic oxide colloidal aqueous dispersion are similar, and therefore, when considering solvent replacement of the inorganic oxide colloidal aqueous dispersion, the metal oxides listed here and the like A single type of inorganic oxide or a combination of two or more types can be handled as a group. A chemical engineering aspect is a physical property discussed in the category of powder engineering or migration phenomenology, such as particle size of a dispersoid, zeta potential, and the like. As long as these physical quantities are used for discussion, the inorganic oxide colloidal aqueous dispersion can be recognized as a parallel set that can be compared with each other even if the types of elements constituting the dispersoid are different. Accordingly, inorganic oxide colloidal water not described in detail in the present specification and examples is not described because all types and / or combinations of inorganic oxide (metal oxide) colloidal aqueous dispersions are not described in detail. The dispersion liquid is not prevented from being included in the scope of the present invention.
無機酸化物コロイド水分散液の分散質の粒子径(平均累計粒子径)は、種々の方法で測定できる。本発明での粒子径の範囲は、レーザー光を用いた動的光散乱法で測定したものの体積基準の50%累計粒子径(D50)としてとして議論するが、傍証として電子顕微鏡法を用いて観測することも可能である。これらの測定法によって求められる値は、測定装置に依存したものではないが、例えば、動的光散乱法としては、ナノトラックUPA−EX150(日機装(株)製)等の装置を用いることができる。また、電子顕微鏡法としては透過型電子顕微鏡H−9500(日立ハイテクノロジーズ(株)製)を装置として例示することができる。例えば、無機酸化物コロイド水分散液をコーティング塗料に添加する場合は、可視領域における透明性が重要であるため、分散質の平均累計粒子径は、1〜200nmが好ましく、1〜100nmであることがより好ましく、1〜80nmであることが更に好ましく、1〜50nmであることが特に好ましい。分散質の平均累計粒子径が200nmを超えると、可視領域の光波長より大きくなり、散乱が顕著となる場合がある。また、1nm未満になると、分散質の系中での総表面積が極めて大きくなることにより、無機酸化物コロイド水分散液としての取り扱いが困難になる場合がある。 The particle size (average cumulative particle size) of the dispersoid of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion can be measured by various methods. The particle diameter range in the present invention is discussed as a volume-based 50% cumulative particle diameter (D 50 ) measured by a dynamic light scattering method using laser light. It is also possible to observe. The values obtained by these measuring methods are not dependent on the measuring device, but for example, a device such as Nanotrac UPA-EX150 (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) can be used as the dynamic light scattering method. . Further, as an electron microscope method, a transmission electron microscope H-9500 (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) can be exemplified as an apparatus. For example, when an inorganic oxide colloid aqueous dispersion is added to a coating material, transparency in the visible region is important, so the average cumulative particle size of the dispersoid is preferably 1 to 200 nm, and preferably 1 to 100 nm. Is more preferable, it is still more preferable that it is 1-80 nm, and it is especially preferable that it is 1-50 nm. When the average cumulative particle diameter of the dispersoid exceeds 200 nm, the particle diameter becomes larger than the light wavelength in the visible region, and scattering may be significant. On the other hand, when the thickness is less than 1 nm, the total surface area in the dispersoid system may be extremely large, which may make it difficult to handle the inorganic oxide colloid water dispersion.
無機酸化物コロイド水分散液のゼータ電位(ζ)は、電気二重層を有する固−液界面に電場を印加した際に、分散質粒子の泳動現象が見られるが、この泳動現象の電気泳動移動度に比例する値として認識される。ゼータ電位は種々の方法で測定できるが、このような値を測定する装置として、例えば、ELS−3000(大塚電子(株)製)を挙げることができる。本発明のようなオルガノゾルについては、有機溶媒の誘電率に多様な範囲がある。ゼータ電位は、誘電率にも依存する関数であるため、このような場合は誘電率の測定を行えばよい。誘電率の測定装置としては、Model−871(日本ルフト(株)製)を例示することができる。ゼータ電位は、mVの単位で、−200<ζ<200の範囲に収まることが多い。ゼータ電位は、その絶対値が大きいほど無機酸化物コロイド水分散液の分散系が安定していることを示している。従って、ゼータ電位の絶対値(|ζ|)は、3mV以上であることが好ましく、10mV以上であることがより好ましく、20mV以上であることが更に好ましい。ゼータ電位の絶対値(|ζ|)が3mV未満であると、無機酸化物コロイド水分散液の分散質の分散安定性が十分ではない場合がある。ゼータ電位の絶対値(|ζ|)の上限は特に定めないが、通常は物理限界を有している(200mV程度)。 The zeta potential (ζ) of inorganic oxide colloidal aqueous dispersion shows the migration phenomenon of dispersoid particles when an electric field is applied to the solid-liquid interface having an electric double layer. Recognized as a value proportional to degrees. The zeta potential can be measured by various methods, and examples of an apparatus for measuring such a value include ELS-3000 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). For organosols such as the present invention, there are various ranges of dielectric constants of organic solvents. Since the zeta potential is a function that also depends on the dielectric constant, in such a case, the dielectric constant may be measured. As a dielectric constant measuring apparatus, Model-871 (manufactured by Nippon Luft Co., Ltd.) can be exemplified. The zeta potential is often in the range of −200 <ζ <200 in units of mV. The zeta potential indicates that the larger the absolute value, the more stable the dispersion system of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion. Therefore, the absolute value (| ζ |) of the zeta potential is preferably 3 mV or more, more preferably 10 mV or more, and further preferably 20 mV or more. If the absolute value of the zeta potential (| ζ |) is less than 3 mV, the dispersion stability of the dispersoid of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion may not be sufficient. The upper limit of the absolute value (| ζ |) of the zeta potential is not particularly defined, but usually has a physical limit (about 200 mV).
無機酸化物コロイド水分散液の分散媒
本発明の工程(A)で準備する無機酸化物コロイド水分散液は、水を分散媒とすることを特徴とする。水としては、水道水、工業用水、井戸水、天然水、雨水、蒸留水、イオン交換水等の淡水を用いることができるが、特にイオン交換水であることが好ましい。イオン交換水は、純水製造器(例えば、オルガノ(株)製、製品名「FW−10」、メルクミリポア(株)製、製品名「Direct−QUV3」等)を用いて製造することができる。また、分散媒には、以下に述べるように無機酸化物コロイド水分散液を製造する工程で水と任意に混和可能な1価のアルコールを含んでいてもよい。水と任意に混和可能な1価のアルコールは、コアシェル微粒子を製造する際の共溶媒及びゾル−ゲル反応における金属アルコキシドの加水分解副生成物としての由来で含有してもよい。水と任意に混和可能な1価のアルコールは、水に対して0質量%以上30質量%以下で含んでいることが好ましく、0質量%以上25質量%以下であることがより好ましく、0質量%以上20質量%以下であることが更に好ましい。水と任意に混和可能な1価のアルコールの含有量が30質量%より多くなると、工程(B)において添加する水と完全には相溶しないアルコールの相溶化剤として作用することがあるため好ましくないことがある。
Dispersion medium of inorganic oxide colloid aqueous dispersion The inorganic oxide colloid aqueous dispersion prepared in the step (A) of the present invention is characterized by using water as a dispersion medium. As water, fresh water such as tap water, industrial water, well water, natural water, rain water, distilled water, ion-exchanged water and the like can be used, and ion-exchanged water is particularly preferable. Ion-exchanged water can be produced using a pure water production device (for example, product name “FW-10” manufactured by Organo Corporation, product name “Direct-QUV3” manufactured by Merck Millipore Corporation), etc.). . Further, the dispersion medium may contain a monohydric alcohol that is arbitrarily miscible with water in the step of producing the inorganic oxide colloid aqueous dispersion as described below. The monohydric alcohol that is optionally miscible with water may be contained as a co-solvent in producing the core-shell fine particles and the origin as a hydrolysis by-product of the metal alkoxide in the sol-gel reaction. The monohydric alcohol arbitrarily miscible with water is preferably contained in an amount of 0% by mass to 30% by mass with respect to water, more preferably 0% by mass to 25% by mass, and 0% by mass. % To 20% by mass is more preferable. If the content of monohydric alcohol arbitrarily miscible with water is more than 30% by mass, it may act as a compatibilizer for alcohol that is not completely compatible with water added in step (B). There may not be.
無機酸化物コロイド水分散液の濃度
本発明の工程(A)で準備する無機酸化物コロイド水分散液の濃度は、好ましくは1質量%以上35質量%以下、より好ましくは5質量%以上30質量%以下、更に好ましくは10質量%以上25質量%以下である。無機酸化物コロイド水分散液の濃度が1質量%より低いと、製造効率が良くないことがあり、好ましくない。無機酸化物コロイド水分散液の濃度が35質量%より高いと、pHや温度等の条件によっては、ゲル化し易くなることがあるため好ましくない。ここでいう濃度とは、無機酸化物コロイド水分散液全体(分散質及び分散媒の質量の総和)中に含まれる分散質の質量の割合を100分率で表わしたものと理解すべきである。濃度は、無機酸化物コロイド水分散液の一定量を秤量して、分散媒を強制乾固した際の質量変化から求めることができる。
Concentration of inorganic oxide colloid aqueous dispersion The concentration of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion prepared in the step (A) of the present invention is preferably 1% by mass to 35% by mass, more preferably 5% by mass to 30% by mass. % Or less, more preferably 10 mass% or more and 25 mass% or less. When the concentration of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion is lower than 1% by mass, the production efficiency may not be good, which is not preferable. When the concentration of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion is higher than 35% by mass, gelation may be easily caused depending on conditions such as pH and temperature. The concentration mentioned here should be understood as the ratio of the mass of the dispersoid contained in the entire inorganic oxide colloidal aqueous dispersion (the sum of the mass of the dispersoid and the dispersion medium) expressed as 100 fractions. . The concentration can be determined from a change in mass when a certain amount of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion is weighed and the dispersion medium is forcibly dried.
コアシェル微粒子を含む無機酸化物コロイド水分散液
本発明で用いる無機酸化物コロイド水分散液としては、とりわけ、上述した金属元素の酸化物の一種単独又は二種以上を複合したものを核とし、この核の外側に上述した金属元素の酸化物の一種単独又は二種以上を複合したものの殻を有するコアシェル微粒子を含有するコロイド水分散液を用いるのが好ましい。このようなコアシェル微粒子含有コロイド水分散液としては、酸化チタンを核とし、この核の外側に酸化ケイ素の殻を有するコアシェル微粒子を含むコロイド水分散液、特に酸化チタン−酸化スズ及び/又は酸化マンガン複合酸化物(スズ及び/又はマンガンを固溶した酸化チタン微粒子)を核とし、この核の外側に酸化ケイ素の殻を有するコアシェル微粒子を含むコロイド水分散液等が挙げられる。以下に、本発明に用いられるコアシェル微粒子(コアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体)コロイド水分散液について詳細に説明する。
Inorganic oxide colloidal aqueous dispersion containing core-shell fine particles As the inorganic oxide colloidal aqueous dispersion used in the present invention, in particular, a core of one or a combination of two or more of the metal element oxides described above is used. It is preferable to use a colloidal aqueous dispersion containing core-shell fine particles having a shell of one or a combination of two or more of the above-described metal element oxides on the outside of the core. As such a core-shell fine particle-containing colloidal water dispersion, a colloidal water dispersion containing core-shell fine particles having titanium oxide as a nucleus and a silicon oxide shell outside the nucleus, particularly titanium oxide-tin oxide and / or manganese oxide. Examples thereof include a colloidal aqueous dispersion containing a core-shell fine particle having a complex oxide (titanium oxide fine particles in which tin and / or manganese is solid-dissolved) as a nucleus and a silicon oxide shell outside the nucleus. Hereinafter, the core-shell fine particles (core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution) colloidal aqueous dispersion used in the present invention will be described in detail.
コアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体(微粒子)コロイド水分散液
コアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体コロイド水分散液は、スズ及び/又はマンガンを固溶した正方晶系酸化チタン微粒子を核とし、該核の外側に酸化ケイ素の殻を有するコアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体を水等の水性分散媒中に分散したものであることが好ましい。
Core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution (fine particles) colloidal water dispersion Core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution colloidal water dispersion has a core of tetragonal titanium oxide fine particles in which tin and / or manganese is solid-solved as a nucleus. It is preferable that a core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution having a silicon oxide shell outside is dispersed in an aqueous dispersion medium such as water.
ここで、酸化チタンには、通常、ルチル型、アナターゼ型、ブルッカイト型の3つがあるが、本発明では、光触媒活性が低く、紫外線吸収能力に優れた正方晶系ルチル型の酸化チタンをスズ及び/又はマンガンの固溶媒として用いることが好ましい。 Here, there are usually three types of titanium oxide: rutile type, anatase type, and brookite type. In the present invention, tetragonal rutile type titanium oxide having low photocatalytic activity and excellent ultraviolet absorption ability is replaced with tin and titanium oxide. It is preferable to use it as a solid solvent for manganese.
固溶質としてのスズ成分は、スズ塩から誘導されるものであればよく、酸化スズ、硫化スズ等のスズカルコゲナイドが挙げられ、酸化スズであることが好ましい。スズ塩としては、フッ化スズ、塩化スズ、臭化スズ、ヨウ化スズ等のスズハロゲン化物、シアン化スズ、イソチオシアン化スズ等のスズ擬ハロゲン化物、又は硝酸スズ、硫酸スズ、燐酸スズ等のスズ鉱酸塩等を用いることができるが、安定性と入手の容易さから塩化スズを用いることが好ましい。また、スズ塩におけるスズは二価から四価の原子価のものから選択できるが、四価のスズを用いることが特に好ましい。 The tin component as a solid solute may be derived from a tin salt, and examples thereof include tin chalcogenides such as tin oxide and tin sulfide, and tin oxide is preferable. Tin salts include tin halides such as tin fluoride, tin chloride, tin bromide and tin iodide, tin pseudohalides such as tin cyanide and tin isothiocyanide, or tin nitrate, tin sulfate and tin phosphate. Tin mineral acid salt and the like can be used, but it is preferable to use tin chloride from the viewpoint of stability and availability. Further, tin in the tin salt can be selected from divalent to tetravalent valences, but it is particularly preferable to use tetravalent tin.
固溶質としてのマンガン成分は、マンガン塩から誘導されるものであればよく、酸化マンガン、硫化マンガン等のマンガンカルコゲナイドが挙げられ、酸化マンガンであることが好ましい。マンガン塩としては、フッ化マンガン、塩化マンガン、臭化マンガン、ヨウ化マンガン等のマンガンハロゲン化物、シアン化マンガン、イソチオシアン化マンガン等のマンガン擬ハロゲン化物、硝酸マンガン、硫酸マンガン、燐酸マンガン等のマンガン鉱酸塩等を用いることができるが、安定性と入手の容易さから塩化マンガンを用いることが好ましい。また、マンガン塩におけるマンガンは2価から7価の原子価のものから選択できるが、2価のマンガンを用いることが特に好ましい。 The manganese component as the solid solute may be derived from a manganese salt, and examples thereof include manganese chalcogenides such as manganese oxide and manganese sulfide, and manganese oxide is preferable. Manganese salts include manganese halides such as manganese fluoride, manganese chloride, manganese bromide, and manganese iodide; manganese pseudohalides such as manganese cyanide and manganese isothiocyanide; manganese such as manganese nitrate, manganese sulfate, and manganese phosphate. A mineral acid salt or the like can be used, but it is preferable to use manganese chloride from the viewpoint of stability and availability. Further, manganese in the manganese salt can be selected from divalent to heptovalent valences, but it is particularly preferable to use divalent manganese.
スズ及びマンガンを正方晶系酸化チタンに固溶させる場合、スズ成分の固溶量が、チタンとのモル比(Ti/Sn)で好ましくは10〜1,000、より好ましくは20〜200であり、マンガン成分の固溶量が、チタンとのモル比(Ti/Mn)で好ましくは10〜1,000、より好ましくは20〜200である。スズ成分、マンガン成分の固溶量が、チタンとのモル比(Ti/Sn)、(Ti/Mn)で10よりも少ないとき、スズ及びマンガンに由来する可視領域の光吸収が顕著となり、一方、1,000を超えると、光触媒活性が十分に失活せず、結晶系も可視吸収能の小さいアナターゼ型となるため好ましくない。なお、スズ及びマンガンのいずれか一方を正方晶系酸化チタンに固溶させる場合のスズ成分の固溶量、マンガン成分の固溶量も上記値と同様である。 When tin and manganese are dissolved in tetragonal titanium oxide, the solid solution amount of the tin component is preferably 10 to 1,000, more preferably 20 to 200, in terms of a molar ratio with titanium (Ti / Sn). The solid solution amount of the manganese component is preferably 10 to 1,000, more preferably 20 to 200, in terms of a molar ratio (Ti / Mn) with titanium. When the solid solution amount of the tin component and the manganese component is less than 10 in terms of the molar ratio with titanium (Ti / Sn) and (Ti / Mn), light absorption in the visible region derived from tin and manganese becomes prominent. If it exceeds 1,000, the photocatalytic activity is not sufficiently deactivated, and the crystal system becomes an anatase type having a small visible absorption ability, which is not preferable. In addition, the solid solution amount of the tin component and the solid solution amount of the manganese component in the case where either one of tin and manganese is dissolved in tetragonal titanium oxide are the same as the above values.
スズ成分及びマンガン成分の固溶様式は、置換型であっても侵入型であってもよい。ここでいう、置換型とは、酸化チタンのチタン(IV)イオンのサイトにスズ及びマンガンが置換されて形成される固溶様式のことであり、侵入型とは、酸化チタンの結晶格子間にスズ及びマンガンが存在することにより形成される固溶様式のことである。侵入型では、着色の原因となるF中心が形成され易く、また金属イオン周囲の対称性が悪いため金属イオンにおける振電遷移のフランク−コンドン因子も増大し、可視光を吸収し易くなる。そのため、置換型であることが好ましい。 The solid solution mode of the tin component and the manganese component may be a substitution type or an interstitial type. Here, the substitution type is a solid solution mode formed by substituting tin and manganese at the site of titanium (IV) ions of titanium oxide, and the interstitial type is between the crystal lattices of titanium oxide. It is a solid solution mode formed by the presence of tin and manganese. In the interstitial type, an F center that causes coloration is easily formed, and since the symmetry around the metal ion is poor, the Frank-Condon factor of vibronic transition in the metal ion is increased, and visible light is easily absorbed. Therefore, the substitution type is preferable.
スズ及び/又はマンガンを固溶した正方晶系酸化チタン微粒子の核の外側に形成される酸化ケイ素の殻は、酸化ケイ素を主成分とし、スズやアルミニウムなどその他の成分を含有していてもよく、どのような手法で形成させたものであってもよい。例えば、該酸化ケイ素の殻は、テトラアルコキシシランの加水分解縮合によって形成することができる。テトラ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、テトラ(n−プロポキシ)シラン、テトラ(i−プロポキシ)シラン、テトラ(n−ブトキシ)シラン等の通常入手可能なものを用いればよいが、反応性と安全性の観点からテトラエトキシシランを用いることが好ましい。このようなものとして、例えば、市販の「KBE−04」(信越化学工業(株)製)を用いることができる。また、テトラアルコキシシランの加水分解縮合は、水中で行えばよく、アンモニア、アルミニウム塩、有機アルミニウム、スズ塩、有機スズ等の縮合触媒を適宜用いればよいが、アンモニアは該核微粒子の分散剤としての作用も兼ね備えているため、特に好ましい。 The shell of silicon oxide formed outside the core of tetragonal titanium oxide fine particles with solid solution of tin and / or manganese may contain silicon oxide as the main component and other components such as tin and aluminum. , Any method may be used. For example, the silicon oxide shell can be formed by hydrolytic condensation of tetraalkoxysilane. As tetraalkoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra (n-propoxy) silane, tetra (i-propoxy) silane, tetra (n-butoxy) silane and the like, which are usually available, may be used. Tetraethoxysilane is preferably used from the viewpoint of reactivity and safety. As such a thing, commercially available "KBE-04" (made by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) can be used, for example. The hydrolysis and condensation of tetraalkoxysilane may be performed in water, and a condensation catalyst such as ammonia, aluminum salt, organoaluminum, tin salt, or organotin may be used as appropriate. Ammonia is used as a dispersant for the core fine particles. It is particularly preferable because it also has the above action.
このようなスズ及び/又はマンガンを固溶した正方晶系酸化チタン微粒子を核とし、該核の外側に酸化ケイ素の殻を有するコアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体全体に対する殻の酸化ケイ素の割合は、20〜50質量%、好ましくは25〜45質量%、より好ましくは30〜40質量%である。20質量%よりも少ないとき、殻の形成が不十分であり、一方、50質量%を超えると、該粒子の凝集を促進し分散液が不透明となるため好ましくない。 The ratio of the silicon oxide in the shell to the whole of the core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution having the core of tetragonal titanium oxide fine particles in which tin and / or manganese are solid-solved and having a silicon oxide shell outside the nucleus is It is 20-50 mass%, Preferably it is 25-45 mass%, More preferably, it is 30-40 mass%. When the amount is less than 20% by mass, the formation of the shell is insufficient. On the other hand, when the amount exceeds 50% by mass, the aggregation of the particles is promoted and the dispersion becomes opaque.
コアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体において、レーザー光を用いた動的光散乱法で測定した核となるスズ及び/又はマンガンを固溶した正方晶系酸化チタン微粒子の体積基準の50%累計粒子径(D50)は30nm以下、より好ましくは20nm以下であり、コアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体の体積基準の50%累計粒子径(D50)は50nm以下であり、より好ましくは30nm以下である。上記核微粒子及びコアシェル型固溶体のD50値が上記上限値を超えるとき、分散液が不透明となるため好ましくない。また、上記核微粒子のD50の下限値は特に限定されないが、通常、5nm以上、コアシェル型固溶体のD50下限値は、6nm以上である。なお、このような体積基準の50%累計粒子径(D50)を測定する装置としては、例えば、ナノトラックUPA−EX150(日機装(株)製)等を挙げることができる(以下、同じ)。 50% cumulative particle diameter of core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution based on volume of tetragonal titanium oxide fine particles with solid solution of tin and / or manganese as cores measured by dynamic light scattering method using laser light (D 50 ) is 30 nm or less, more preferably 20 nm or less, and the volume-based 50% cumulative particle diameter (D 50 ) of the core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution is 50 nm or less, more preferably 30 nm or less. . When the D 50 value of the core fine particles and the core-shell solid solution exceeds the upper limit, the dispersion becomes opaque, which is not preferable. Further, the lower limit value of D 50 of the above-mentioned core fine particles is not particularly limited, but usually, the lower limit value of D 50 of the core-shell type solid solution is 6 nm or more. An example of an apparatus for measuring such a volume-based 50% cumulative particle diameter (D 50 ) is Nanotrac UPA-EX150 (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) (hereinafter the same).
コアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体を分散する水性分散媒としては、水、及び水と任意の割合で混合される親水性有機溶媒との混合溶媒が挙げられる。水としては、例えば、脱イオン水(イオン交換水)、蒸留水、純水等が好ましい。親水性有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコールが好ましい。この場合、親水性有機溶媒の混合割合は、水性分散媒中0〜30質量%であることが好ましい。30質量%を超えると、工程(B)において、水と完全には相溶しないアルコールの相溶化剤として作用することがあるため好ましくないことがある。中でも、生産性、コスト等の点から脱イオン水、純水が最も好ましい。 Examples of the aqueous dispersion medium in which the core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution is dispersed include water and a mixed solvent of water and a hydrophilic organic solvent mixed at an arbitrary ratio. As water, for example, deionized water (ion exchange water), distilled water, pure water and the like are preferable. As the hydrophilic organic solvent, for example, alcohols such as methanol, ethanol, and isopropanol are preferable. In this case, the mixing ratio of the hydrophilic organic solvent is preferably 0 to 30% by mass in the aqueous dispersion medium. If it exceeds 30% by mass, it may act as a compatibilizing agent for alcohol that is not completely compatible with water in step (B), which may be undesirable. Among these, deionized water and pure water are most preferable from the viewpoints of productivity and cost.
コアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体と水性分散媒とから形成されるコアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体コロイド水分散液において、上記コアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体の濃度は、0.1質量%以上10質量%未満が好ましく、より好ましくは0.5〜5質量%、更に好ましくは1〜3質量%である。なお、この水性分散媒中には、後述するコアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体の製造過程において使用される塩基性物質(分散剤)等を含んでいることを許容する。特に、塩基性物質は、pH調整剤、分散剤としての性質を兼ね備えているので、上記水性分散媒と共に適当な濃度の水溶液にして用いてもよい。但し、コアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体コロイド水分散液には、アンモニア、アルカリ金属の水酸化物、リン酸化合物、リン酸水素化合物、炭酸化合物及び炭酸水素化合物以外の分散剤(塩基性物質)を含有していないことが好ましい。これは、上記塩基性物質を含有させておくことによって、従来、酸化チタン微粒子の分散剤として使用せざるを得なかった高分子分散剤を敢えて使用する必要がなくなり、従って、該高分子分散剤を含む酸化チタン微粒子分散剤をコーティング剤に適用した際に生じていた塗膜(硬化膜)の耐擦傷性及び基材との密着性に係る阻害を回避できるためである。 In the core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution colloid aqueous dispersion formed from the core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution and the aqueous dispersion medium, the concentration of the core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution is 0.1% by mass or more. Less than 10 mass% is preferable, More preferably, it is 0.5-5 mass%, More preferably, it is 1-3 mass%. The aqueous dispersion medium is allowed to contain a basic substance (dispersant) used in the process of producing a core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution described later. In particular, since the basic substance has properties as a pH adjusting agent and a dispersing agent, it may be used in an aqueous solution having an appropriate concentration together with the aqueous dispersion medium. However, the core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution colloidal aqueous dispersion contains a dispersant (basic substance) other than ammonia, alkali metal hydroxide, phosphate compound, hydrogen phosphate compound, carbonate compound and bicarbonate compound. It is preferable not to contain. This is because it is not necessary to dare to use a polymer dispersing agent that has been conventionally used as a dispersing agent for titanium oxide fine particles by containing the basic substance. This is because it is possible to avoid the inhibition of the scratch resistance of the coating film (cured film) and the adhesion to the base material, which were generated when the titanium oxide fine particle dispersing agent containing sapphire is applied to the coating agent.
このようなコアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体水分散液における塩基性物質(分散剤)としては、例えば、アンモニア、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、リン酸二水素一リチウム、リン酸二水素一ナトリウム、リン酸二水素一カリウム、リン酸二水素一セシウム、リン酸水素二リチウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸水素二セシウム、リン酸三リチウム、リン酸三ナトリウム、リン酸三カリウム、リン酸三セシウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素セシウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム等を挙げることができ、特に、アンモニア及び水酸化ナトリウムが好ましい。 Examples of the basic substance (dispersant) in such a core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution aqueous dispersion include ammonia, lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, cesium hydroxide, and dihydrogen phosphate. Lithium, monosodium dihydrogen phosphate, monopotassium dihydrogen phosphate, dicesium dihydrogen phosphate, dilithium hydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, dicesium hydrogen phosphate, triphosphate Examples include lithium, trisodium phosphate, tripotassium phosphate, tricesium phosphate, lithium bicarbonate, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, cesium bicarbonate, lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, cesium carbonate, etc. In particular, ammonia and sodium hydroxide are preferred.
このような構成のコアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体コロイド水分散液は高い透明性を有し、例えば、1質量%濃度のコアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体コロイド水分散液が満たされた光路長1mmの石英セルを通過する550nmの波長の光の透過率が通常80%以上、より好ましくは85%以上、更に好ましくは90%以上である。なお、このような透過率は、紫外可視透過スペクトルを測定することによって、容易に求めることができる。 The core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution colloidal aqueous dispersion having such a configuration has high transparency, for example, an optical path length filled with a core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution colloidal aqueous dispersion having a concentration of 1% by mass. The transmittance of light having a wavelength of 550 nm passing through a 1 mm quartz cell is usually 80% or more, more preferably 85% or more, and still more preferably 90% or more. Such transmittance can be easily obtained by measuring an ultraviolet-visible transmission spectrum.
特に、以下に述べるスズ及び/又はマンガンを固溶したコアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体コロイド水分散液の製造方法によるものは、該固溶体を得るに際し、製造工程中で粉砕や分級等の機械的単位操作を経ていないにもかかわらず、上記の特定の累計粒子径にすることができるので、生産効率が非常に高いだけでなく、上記の高い透明性を確保できる。 In particular, the core shell type tetragonal titanium oxide solid solution colloidal aqueous dispersion manufacturing method in which tin and / or manganese is dissolved as described below is used to obtain mechanical solutions such as pulverization and classification in the manufacturing process when obtaining the solid solution. In spite of not having passed unit operation, since it can be set as the said specific cumulative particle diameter, not only production efficiency is very high but said high transparency can be ensured.
コアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体コロイド水分散液の製造方法
上述した構成を有するスズ及び/又はマンガンを固溶したコアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体水分散液の製造方法は、次の工程(イ)、(ロ)からなる。
・工程(イ)
この工程では、先ず、スズ成分及び/又はマンガン成分が正方晶系酸化チタンに固溶している正方晶系酸化チタン固溶体微粒子の水分散体を用意する。この水分散体を得る方法は、特に限定されないが、原料となるチタン化合物、スズ化合物、マンガン化合物、塩基性物質及び過酸化水素を水性分散媒中で反応させて、一旦、スズ及び/又はマンガンを含有したペルオキソチタン酸溶液を得た後、これを水熱処理してスズ及び/又はマンガンを固溶した正方晶系酸化チタン微粒子分散液を得る方法が好ましい。
Method for Producing Core-Shell Type Tetragonal Titanium Oxide Solid Solution Colloidal Water Dispersion A method for producing core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution aqueous dispersion in which tin and / or manganese having the above-described configuration is dissolved is as follows. ), (B).
・ Process (I)
In this step, first, an aqueous dispersion of tetragonal titanium oxide solid solution fine particles in which a tin component and / or a manganese component are dissolved in tetragonal titanium oxide is prepared. The method for obtaining this water dispersion is not particularly limited, but the titanium compound, tin compound, manganese compound, basic substance and hydrogen peroxide as raw materials are reacted in an aqueous dispersion medium, and then tin and / or manganese are used. A method of obtaining a tetragonal titanium oxide fine particle dispersion in which tin and / or manganese is solid-solved is obtained by hydrothermally treating the peroxotitanic acid solution containing.
前段のスズ及び/又はマンガンを含有したペルオキソチタン酸溶液を得るまでの反応は、水性分散媒中の原料チタン化合物に塩基性物質を添加して水酸化チタンとし、含有する不純物イオンを除去し、過酸化水素を添加してペルオキソチタン酸とした後にスズ化合物及び/又はマンガン化合物を添加して、スズ及び/又はマンガンを含有したペルオキソチタン酸溶液とする方法でも、水性分散媒中の原料チタン化合物にスズ化合物及び/又はマンガン化合物を添加した後に塩基性物質を添加してスズ及び/又はマンガンを含有した水酸化チタンとし、含有する不純物イオンを除去し、過酸化水素を添加してスズ及び/又はマンガンを含有したペルオキソチタン酸溶液とする方法でもよい。 The reaction until obtaining the peroxotitanic acid solution containing tin and / or manganese in the previous stage is performed by adding a basic substance to the raw material titanium compound in the aqueous dispersion medium to form titanium hydroxide, and removing impurity ions contained therein, The raw material titanium compound in the aqueous dispersion medium can also be obtained by adding hydrogen peroxide to form peroxotitanic acid and then adding a tin compound and / or manganese compound to form a peroxotitanic acid solution containing tin and / or manganese. After adding a tin compound and / or a manganese compound to the above, a basic substance is added to form titanium hydroxide containing tin and / or manganese, impurity ions contained are removed, hydrogen peroxide is added, and tin and / or Alternatively, a peroxotitanic acid solution containing manganese may be used.
ここで、原料のチタン化合物としては、例えば、チタンの塩酸塩、硝酸塩、硫酸塩等の無機酸塩、蟻酸、クエン酸、蓚酸、乳酸、グリコール酸等の有機酸塩、これらの水溶液にアルカリを添加して加水分解することにより析出させた水酸化チタン等が挙げられ、これらの一種単独で又は二種以上を組み合わせて使用してもよい。 Here, as the raw material titanium compound, for example, inorganic acid salts such as titanium hydrochloride, nitrate and sulfate, organic acid salts such as formic acid, citric acid, succinic acid, lactic acid and glycolic acid, alkalis are added to these aqueous solutions. Examples thereof include titanium hydroxide precipitated by hydrolysis by addition, and these may be used alone or in combination of two or more.
スズ化合物及び/又はマンガン化合物としては、前述のスズ塩及び/又はマンガン塩が、それぞれ前述の固溶量となるように使用される。また、水性分散媒、塩基性物質も、それぞれ前述のものが、前述の配合となるように使用される。 As a tin compound and / or a manganese compound, the above-mentioned tin salt and / or manganese salt are used so that it may become the above-mentioned solid solution amount, respectively. In addition, the aqueous dispersion medium and the basic substance are also used so that the above-mentioned compounds have the aforementioned composition.
過酸化水素は、上記原料チタン化合物又は水酸化チタンをペルオキソチタン、つまりTi−O−O−Ti結合を含む酸化チタン系化合物に変換させるためのものであり、通常、過酸化水素水の形態で使用される。過酸化水素の添加量は、チタン、スズ及びマンガンの合計モル数の1.5〜5倍モルとすることが好ましい。また、この過酸化水素を添加して原料チタン化合物又は水酸化チタンをペルオキソチタン酸にする反応における反応温度は、5〜60℃とすることが好ましく、反応時間は、30分〜24時間とすることが好ましい。 Hydrogen peroxide is used to convert the above raw material titanium compound or titanium hydroxide into peroxotitanium, that is, a titanium oxide-based compound containing a Ti—O—O—Ti bond. used. The amount of hydrogen peroxide added is preferably 1.5 to 5 times the total number of moles of titanium, tin and manganese. Further, the reaction temperature in the reaction of adding hydrogen peroxide to convert the raw material titanium compound or titanium hydroxide to peroxotitanic acid is preferably 5 to 60 ° C., and the reaction time is 30 minutes to 24 hours. It is preferable.
こうして得られるスズ及び/又はマンガンを含有したペルオキソチタン酸溶液は、pH調整等のため、塩基性物質又は酸性物質を含んでいてもよい。ここでいう、塩基性物質としては、例えば、アンモニア等が挙げられ、酸性物質としては、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、炭酸、リン酸、過酸化水素等の無機酸及び蟻酸、クエン酸、蓚酸、乳酸、グリコール酸等の有機酸が挙げられる。この場合、得られたスズ及び/又はマンガンを含有したペルオキソチタン酸溶液のpHは1〜7、特に4〜7であることが取り扱いの安全性の点で好ましい。 The peroxotitanic acid solution containing tin and / or manganese thus obtained may contain a basic substance or an acidic substance for pH adjustment or the like. Examples of the basic substance herein include ammonia, and examples of the acidic substance include inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, carbonic acid, phosphoric acid, and hydrogen peroxide, formic acid, citric acid, and oxalic acid. , Organic acids such as lactic acid and glycolic acid. In this case, the pH of the obtained peroxotitanic acid solution containing tin and / or manganese is preferably 1 to 7, particularly 4 to 7 from the viewpoint of handling safety.
次いで、後述のスズ及び/又はマンガンを固溶した正方晶系酸化チタン微粒子分散液を得るまでの反応は、上記スズ及び/又はマンガンを含有したペルオキソチタン酸溶液を、圧力0.01〜4.5MPa、好ましくは0.15〜4.5MPa、温度80〜250℃、好ましくは120〜250℃、反応時間1分〜24時間の条件下での水熱反応に供される。その結果、スズ及び/又はマンガンを含有したペルオキソチタン酸は、スズ及び/又はマンガンを固溶した正方晶系酸化チタン微粒子に変換されていく。 Subsequently, the reaction until obtaining a tetragonal titanium oxide fine particle dispersion in which tin and / or manganese described below are solid-dissolved is carried out using the above-mentioned peroxotitanic acid solution containing tin and / or manganese at a pressure of 0.01 to 4. It is subjected to a hydrothermal reaction under conditions of 5 MPa, preferably 0.15 to 4.5 MPa, a temperature of 80 to 250 ° C., preferably 120 to 250 ° C., and a reaction time of 1 minute to 24 hours. As a result, peroxotitanic acid containing tin and / or manganese is converted into tetragonal titanium oxide fine particles in which tin and / or manganese are dissolved.
本発明においては、こうして得られるスズ及び/又はマンガンを固溶した正方晶系酸化チタン微粒子分散液に、1価アルコール、アンモニア、及びテトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシランを配合する。 In the present invention, tetraalkoxy titanium oxide fine particle dispersion in which tin and / or manganese thus obtained are solid-dissolved is mixed with monohydric alcohol, ammonia, and tetraalkoxysilane such as tetraethoxysilane.
1価アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、及びこれらの任意の混合物が使用され、特に好ましくはエタノールが使用される。このような1価アルコールの配合量は、上記酸化チタン微粒子分散液100質量部に対して、100質量部以下、好ましくは30質量部以下で使用される。特に、1価アルコールの配合量を変えることによって、次工程において、スズ及び/又はマンガンを固溶した正方晶系酸化チタン微粒子からなる核の外側に形成する酸化ケイ素の殻の厚さを制御することが可能になる。一般に、1価アルコールの配合量を増やせば、テトラアルコキシシラン等のケイ素反応剤の反応系への溶解度が増大する一方で酸化チタンの分散状態には悪影響を与えないので、該殻の厚さは厚くなる。即ち、次工程において得られるスズ及び/又はマンガンを固溶したコアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体水分散液は、製造工程中で粉砕や分級等の機械的単位操作を経ていないにもかかわらず、上記特定の累計粒子径の範囲にすることができ、可視部における透明性を付与し得る。1価アルコールの配合量は、30質量部以下であることが好ましいが、これ以上のアルコールを含有する場合であっても、濃縮の工程でアルコールを選択的に取り除くことも可能であるため、適宜必要な操作を追加することができる。 As the monohydric alcohol, methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, and any mixture thereof are used, and ethanol is particularly preferably used. Such a monohydric alcohol is used in an amount of 100 parts by mass or less, preferably 30 parts by mass or less, with respect to 100 parts by mass of the titanium oxide fine particle dispersion. In particular, by changing the blending amount of monohydric alcohol, in the next step, the thickness of the silicon oxide shell formed outside the nucleus composed of tetragonal titanium oxide fine particles in which tin and / or manganese is dissolved is controlled. It becomes possible. In general, if the amount of monohydric alcohol is increased, the solubility of the silicon reagent such as tetraalkoxysilane in the reaction system is increased while the dispersion of titanium oxide is not adversely affected. Become thicker. That is, the core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution aqueous dispersion in which tin and / or manganese obtained in the next step is solid solution is not subjected to mechanical unit operations such as pulverization and classification in the production process. It can be in the range of the specific cumulative particle diameter, and can impart transparency in the visible region. The blending amount of the monohydric alcohol is preferably 30 parts by mass or less, but even if it contains more alcohol than this, it is possible to selectively remove the alcohol in the concentration step. Necessary operations can be added.
アンモニアは、アンモニア水であり、スズ及び/又はマンガンを固溶した正方晶系酸化チタン微粒子分散液中にアンモニアガスを吹き込むことによってアンモニア水の添加に代えてもよく、更に該分散液中でアンモニアを発生し得る反応剤を加えることによってアンモニア水の添加に代えてもよい。アンモニア水の濃度は、特に限定されるものではなく、市販のどのようなアンモニア水を用いてもよい。本発明の工程においては、例えば、28質量%の濃アンモニア水を用いて、スズ及び/又はマンガンを固溶した正方晶系酸化チタン微粒子分散液のpHを9〜12、より好ましくは9.5〜11.5となる量までアンモニア水を添加することが好ましい。 Ammonia is ammonia water, which may be replaced with addition of ammonia water by blowing ammonia gas into a tetragonal titanium oxide fine particle dispersion in which tin and / or manganese are solid-dissolved, and further ammonia in the dispersion. It may be replaced with the addition of aqueous ammonia by adding a reactant capable of generating. The concentration of the ammonia water is not particularly limited, and any commercially available ammonia water may be used. In the process of the present invention, for example, the pH of the tetragonal titanium oxide fine particle dispersion in which tin and / or manganese is solid-solved using 28% by mass of concentrated aqueous ammonia is 9 to 12, more preferably 9.5. It is preferable to add ammonia water to an amount of ˜11.5.
テトラアルコキシシランとしては、上述したものを用いることができるが、テトラエトキシシランが好ましい。テトラエトキシシランには、それ自体の他、テトラエトキシシランの(部分)加水分解物も用いることができる。このようなテトラエトキシシラン又はテトラエトキシシランの(部分)加水分解物としては、市販のどのようなものでもよく、例えば、商品名「KBE−04」(テトラエトキシシラン:信越化学工業(株)製)、商品名「シリケート35」,「シリケート45」(テトラエトキシシランの部分加水分解縮合物:多摩化学工業(株)製)、商品名「ESI40」,「ESI48」(テトラエトキシシランの部分加水分解縮合物:コルコート(株)製)等を使用してもよい。これらのテトラエトキシシラン等は、一種を単独で用いても、複数種を用いてもよい。 As the tetraalkoxysilane, those described above can be used, and tetraethoxysilane is preferable. In addition to itself, tetraethoxysilane (partial) hydrolyzate can also be used as tetraethoxysilane. Such a tetraethoxysilane or a (partial) hydrolyzate of tetraethoxysilane may be any commercially available product. For example, trade name “KBE-04” (tetraethoxysilane: manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) ), Trade names "silicate 35", "silicate 45" (tetrahydrosilane partial hydrolysis condensate: manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd.), trade names "ESI40", "ESI48" (tetraethoxysilane partial hydrolysis) Condensate: Colcoat Co., Ltd.) may be used. These tetraethoxysilanes or the like may be used alone or in combination.
テトラアルコキシシランの配合量は、加水分解後の酸化ケイ素を含有する酸化チタンに対して20〜50質量%、好ましくは25〜45質量%、より好ましくは30〜40質量%となるように用いる。20質量%よりも少ないとき、殻の形成が不十分となり、50質量%よりも多いとき、該粒子の凝集を促進し、分散液が不透明となることがあるため好ましくない。 The tetraalkoxysilane is used in an amount of 20 to 50% by mass, preferably 25 to 45% by mass, more preferably 30 to 40% by mass with respect to titanium oxide containing silicon oxide after hydrolysis. When the amount is less than 20% by mass, the formation of the shell is insufficient. When the amount is more than 50% by mass, the aggregation of the particles is promoted and the dispersion may become opaque.
スズ及び/又はマンガンを固溶した正方晶系酸化チタン微粒子分散液に、1価アルコール、アンモニア、及びテトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシランを加えて混合する方法は、どのような方法で実施してもよく、例えば、磁気攪拌、機械攪拌、震盪攪拌等を用いることができる。 What is the method of adding tetraalkoxysilane such as monohydric alcohol, ammonia, and tetraethoxysilane to the tetragonal titanium oxide fine particle dispersion in which tin and / or manganese are solid-dissolved? For example, magnetic stirring, mechanical stirring, shaking stirring, etc. can be used.
・工程(ロ)
ここでは、上記(イ)の工程で得られた混合物を急速加熱することにより、スズ及び/又はマンガンを固溶した正方晶系酸化チタン微粒子を核とし、該核の外側に酸化ケイ素の殻を有するコアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体の微粒子を形成させる。
・ Process (b)
Here, by rapidly heating the mixture obtained in the step (a), tetragonal titanium oxide fine particles in which tin and / or manganese are solid-solved are used as nuclei, and a silicon oxide shell is formed outside the nuclei. Core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution fine particles are formed.
工程(イ)で得られた混合物を急速加熱する方法は、既存のどのようなものであってもよく、マイクロ波による加熱、高い熱交換効率を達成できるマイクロリアクター、及び大きな熱容量を持った外部熱源との熱交換等を用いることができる。特に、マイクロ波を用いた加熱方法は、均一かつ急速に加熱することができるため好ましい。なお、マイクロ波を照射して加熱する工程は、回分工程であっても連続工程であってもよい。 The method for rapidly heating the mixture obtained in step (a) may be any existing method, such as microwave heating, a microreactor capable of achieving high heat exchange efficiency, and an external having a large heat capacity. Heat exchange with a heat source or the like can be used. In particular, a heating method using a microwave is preferable because it allows uniform and rapid heating. In addition, the process of irradiating and heating microwaves may be a batch process or a continuous process.
急速加熱法は、室温から分散媒の沸点直下(通常、10〜80℃程度)に達するまでの時間が10分以内であることが好ましい。これは、10分を超える加熱方法のとき、該粒子が凝集することとなり、好ましくないからである。 In the rapid heating method, it is preferable that the time from reaching room temperature to just below the boiling point of the dispersion medium (usually about 10 to 80 ° C.) is within 10 minutes. This is because when the heating method exceeds 10 minutes, the particles are aggregated, which is not preferable.
このような急速加熱法にマイクロ波加熱を用いるときは、例えば、その周波数が300MHz〜3THzの電磁波の中から適宜選択することができる。日本国内においては、電波法によって、通常使用可能なマイクロ波周波数帯域が、2.45GHz、5.8GHz、24GHz等に決められているが、中でも2.45GHzは、民生用にも多く使用されており、この周波数の発振用マグネトロンは設備価格上有利である。しかしながら、この基準は特定の国や地域の法律や経済状況に依存したものであり、技術的には周波数を限定するものではない。マイクロ波の出力は100W〜24kW、好ましくは100W〜20kWの定格を有する限り、市販のどのような装置を用いてもよい。例えば、μReactorEx(四国計測工業(株)製)、Advancer(バイオタージ(株)製)等を用いることができる。 When microwave heating is used for such a rapid heating method, for example, the frequency can be appropriately selected from electromagnetic waves having a frequency of 300 MHz to 3 THz. In Japan, the microwave frequency band that can be normally used is determined by the radio wave law to 2.45 GHz, 5.8 GHz, 24 GHz, etc., but 2.45 GHz is often used for consumer use. Therefore, the magnetron for oscillation at this frequency is advantageous in terms of equipment cost. However, this standard depends on the laws and economic conditions of specific countries and regions, and technically does not limit the frequency. As long as the microwave output has a rating of 100 W to 24 kW, preferably 100 W to 20 kW, any commercially available apparatus may be used. For example, μReactorEx (manufactured by Shikoku Keiki Kogyo Co., Ltd.), Advanced (manufactured by Biotage Co., Ltd.) and the like can be used.
マイクロ波加熱のとき、加熱に要する時間を10分以内とするためには、マイクロ波の出力を調節するか、回分反応の場合は反応液量を、連続反応の場合は反応流量を適宜調節して行うことができる。 In order to keep the time required for heating within 10 minutes during microwave heating, the output of the microwave is adjusted, or the reaction liquid volume is adjusted appropriately for batch reactions and the reaction flow rate is adjusted for continuous reactions. Can be done.
このようにして得られたスズ及び/又はマンガンを固溶したコアシェル型正方晶系酸化チタン固溶体コロイド水分散液は、本発明のオルガノゾルの製造に好適に用いることができる。 The core-shell type tetragonal titanium oxide solid solution colloidal aqueous dispersion obtained by solidly dissolving tin and / or manganese thus obtained can be suitably used for producing the organosol of the present invention.
ここまでに述べたように、無機酸化物コロイド水分散液は自家製造することもできるが、市販のものを使用することもできる。例えば、水性シリカゾルとして日産化学工業(株)製のスノーテックス(登録商標)シリーズや水性アルミナゾルが利用可能である。
この場合、レーザー光を用いた動的光散乱法で測定した体積基準の50%累計粒子径(D50)は、10nm以上100nm以下であることが好ましく、より好ましくは12nm以上80nm以下である。上記無機酸化物コロイド水分散液の分散質のD50値が上記上限値を超えると、白濁し易い場合があり、上記下限値未満では凝集し易い場合がある。
As described so far, the inorganic oxide colloidal aqueous dispersion can be produced in-house, but a commercially available one can also be used. For example, the Snowtex (registered trademark) series manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. or an aqueous alumina sol can be used as the aqueous silica sol.
In this case, the volume-based 50% cumulative particle diameter (D 50 ) measured by a dynamic light scattering method using laser light is preferably 10 nm or more and 100 nm or less, more preferably 12 nm or more and 80 nm or less. When the D 50 value of the dispersoid of the inorganic oxide colloidal aqueous dispersion exceeds the upper limit, it may easily become cloudy, and when it is less than the lower limit, it may easily aggregate.
無機酸化物コロイド水分散液の固形分濃度は、好ましくは1質量%以上30質量%以下であり、より好ましくは5質量%以上25質量%以下であり、更に好ましくは10質量%以上20質量%以下である。1質量%未満であると、オルガノゾル製造における産業上の効率から好ましくないことがあり、30質量%を超えると、無機酸化物コロイド水分散液が流動性を失いゲル化することがあるため好ましくない場合がある。 The solid content concentration of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion is preferably 1% by mass to 30% by mass, more preferably 5% by mass to 25% by mass, and still more preferably 10% by mass to 20% by mass. It is as follows. If it is less than 1% by mass, it may not be preferable from the industrial efficiency in organosol production, and if it exceeds 30% by mass, the inorganic oxide colloidal aqueous dispersion may lose its fluidity and become gelled. There is a case.
無機酸化物コロイド水分散液の液性は、好ましくはpHが2以上12以下であり、より好ましくはpHが3以上11以下であり、更に好ましくは4以上10以下である。pHが2未満又は12を超えると無機酸化物コロイド水分散液が流動性を失いゲル化することがあるため好ましくない場合がある。 The liquidity of the inorganic oxide colloidal aqueous dispersion is preferably a pH of 2 or more and 12 or less, more preferably a pH of 3 or more and 11 or less, and further preferably 4 or more and 10 or less. If the pH is less than 2 or more than 12, the inorganic oxide colloidal aqueous dispersion may lose its fluidity and gel, which may be undesirable.
工程(B)
工程(B)は、水と完全には相溶せず2相系を形成することを特徴とするアルコールを添加する工程である。通常の条件では、ここで添加するアルコールは、無機酸化物コロイド水分散液とは混合せず、また分散液中の無機酸化物分散質が該アルコール中に移行することはない。
Process (B)
Step (B) is a step of adding an alcohol that is not completely compatible with water and forms a two-phase system. Under normal conditions, the alcohol added here is not mixed with the inorganic oxide colloidal aqueous dispersion, and the inorganic oxide dispersoid in the dispersion does not migrate into the alcohol.
工程(B)で添加するアルコールは、炭素数4以上8以下の芳香族基を含んでいてもよい直鎖型、分岐鎖型又は環型の1価のアルコール、及び炭素数3以上8以下のフッ素原子で(部分)置換された1価のアルコールからなる群からから選ばれる一種又は二種以上であることが好ましい。炭素数が2以下のアルコールは通常の条件では、水と任意に混和するために本工程で用いることはできない。また炭素数が8より大きくなると、パラフィンとしての性質が強くなり、本工程での適用が困難なことがあるため好ましくない。炭素数4以上8以下の芳香族基を含んでいてもよい直鎖型、分岐鎖型又は環型の1価のアルコールであることがより好ましい。フッ素原子での置換は、全置換(パーフルオロアルキル)型及び部分置換型のいずれであってもよい。長鎖アルキル基において、全置換型のアルコールは高価となるため、置換数は原価に応じて調整可能である。アルコールの価数が2より大きくなると、水溶性が強くなる傾向があり、また増粘して取り扱いが困難になることもあり好ましくない。 The alcohol added in the step (B) is a linear, branched or cyclic monovalent alcohol which may contain an aromatic group having 4 to 8 carbon atoms, and 3 to 8 carbon atoms. It is preferable that it is 1 type, or 2 or more types selected from the group consisting of monovalent alcohols substituted (partially) with fluorine atoms. Alcohols having 2 or less carbon atoms cannot be used in this step because they are miscible with water under normal conditions. On the other hand, when the number of carbon atoms is larger than 8, it is not preferable because the properties as paraffin are enhanced and application in this step may be difficult. It is more preferably a linear, branched, or cyclic monovalent alcohol that may contain an aromatic group having 4 to 8 carbon atoms. The substitution with a fluorine atom may be either a fully substituted (perfluoroalkyl) type or a partially substituted type. In a long-chain alkyl group, a fully substituted alcohol is expensive, and the number of substitutions can be adjusted according to the cost. If the valence of the alcohol is greater than 2, the water solubility tends to be strong, and the viscosity is increased, making it difficult to handle.
工程(B)で添加するアルコールの具体例としては、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、ネオペンチルアルコール、シクロペンタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、tert−ヘキシルアルコール、シクロヘキサノール等の直鎖、分岐鎖、環状のアルコール類、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、ベンジルアルコール等の含芳香環アルコール類、ヘプタフルオロプロパン−1−オール、ヘプタフルオロプロパン−2−オール、3,3,4,4,4−ペンタフルオロブタン−1−オール、ノナフルオロブタン−1−オール、ノナフルオロブタン−2−オール等のフッ素原子で(部分)置換された直鎖、環状のアルコール類を挙げることができる。 Specific examples of the alcohol added in the step (B) include 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, neopentyl alcohol, cyclopentanol, 1-butanol, Fragrances such as hexanol, 2-hexanol, 3-hexanol, tert-hexyl alcohol, cyclohexanol, etc., straight chain, branched chain, cyclic alcohols, phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, benzyl alcohol, etc. Cyclic alcohols, heptafluoropropan-1-ol, heptafluoropropan-2-ol, 3,3,4,4,4-pentafluorobutan-1-ol, nonafluorobutan-1-ol, nonafluorobutane- (Partially) substituted with a fluorine atom such as 2-ol Chain, or a cyclic alcohols.
工程(B)において、添加するアルコールの20℃における水に対する溶解度は、1(アルコール1g/水100g)以上、30(アルコール30g/水100g)以下であることが好ましく、5以上28以下であることがより好ましく、10以上26以下であることが更に好ましい。1未満であると本発明の効果を発現できないことがあり、30を超えると、工程(A)で用いた水と任意に混和するアルコールの作用によって、完全相溶することがある。 In the step (B), the solubility of the alcohol to be added in water at 20 ° C. is preferably 1 (alcohol 1 g / water 100 g) or more and 30 (alcohol 30 g / water 100 g) or less, preferably 5 or more and 28 or less. Is more preferably 10 or more and 26 or less. If it is less than 1, the effect of the present invention may not be exhibited, and if it exceeds 30, it may be completely compatible by the action of an alcohol that is arbitrarily mixed with water used in step (A).
工程(B)において、添加するアルコールの水に対する溶解度は、常法に従って測定することが可能である。例えば、20℃において該アルコールをビュレットに入れ、純水100gが入ったコニカルビーカー中によく攪拌しながら滴下する。該アルコールが溶解できずに二相系を形成した時点で滴下を終了する。その際の重量増加量が、水100gに対する該アルコールの溶解度である。 In the step (B), the solubility of the alcohol to be added in water can be measured according to a conventional method. For example, the alcohol is placed in a burette at 20 ° C. and added dropwise to a conical beaker containing 100 g of pure water with good stirring. When the alcohol cannot be dissolved and a two-phase system is formed, the dropping is finished. The amount of weight increase at that time is the solubility of the alcohol in 100 g of water.
工程(B)において、添加するアルコールの添加量は、工程(A)で用いた無機酸化物コロイド水分散液の水成分100質量部に対して、好ましくは10質量部以上1,000質量部以下、より好ましくは15質量部以上500質量部以下、更に好ましくは20質量部以上300質量部以下である。添加量が10質量部よりも少ないと、抽出効率が高くない場合がある。添加量が1,000質量部よりも多くなると、有機溶媒を大量に使用することによる産業上及び環境上の問題がある。 In the step (B), the addition amount of the alcohol to be added is preferably 10 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the water component of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion used in the step (A). More preferably, they are 15 to 500 mass parts, More preferably, they are 20 to 300 mass parts. If the amount added is less than 10 parts by mass, the extraction efficiency may not be high. When the addition amount is more than 1,000 parts by mass, there are industrial and environmental problems due to the use of a large amount of organic solvent.
工程(C)
工程(C)は、下記一般式(1)で示される有機ケイ素化合物及び/又はその(部分)加水分解縮合物を添加する工程である。
R1 pR2 qR3 rSi(OR4)4-p-q-r (1)
(式中、R1は水素原子、非置換もしくは置換の炭素数1以上20以下の1価炭化水素基、ケイ素原子数50以下のポリジメチルシロキサン基、又はイソシアヌレート基であり、R2、R3及びR4はそれぞれ炭素数1以上6以下のアルキル基である。pは1〜3の整数、qは0,1又は2、rは0,1又は2であり、p+q+rは1〜3の整数である。)
Process (C)
Step (C) is a step of adding an organosilicon compound represented by the following general formula (1) and / or (partial) hydrolysis condensate thereof.
R 1 p R 2 q R 3 r Si (OR 4 ) 4-pqr (1)
(In the formula, R 1 is a hydrogen atom, non-substituted or substituted carbon atoms 1 to 20 monovalent hydrocarbon group, a silicon atom number of 50 or less polydimethylsiloxane group, or an isocyanurate group, R 2, R 3 and R 4 are each an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, p is an integer of 1 to 3, q is 0, 1 or 2, r is 0, 1 or 2, and p + q + r is 1 to 3. (It is an integer.)
上記式(1)中、R1は水素原子、非置換もしくは置換の炭素数1以上20以下、特に1以上10以下の1価炭化水素基、ケイ素原子数1以上50以下、特に5以上40以下、とりわけ10以上30以下のポリジメチルシロキサン基、又はイソシアヌレート基であり、具体的には、水素原子;メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−デシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;ビニル基、アリル基等のアルケニル基;フェニル基等のアリール基;クロロメチル基、γ−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、パーフルオロオクチルエチル基等のハロゲン置換炭化水素基;γ−アクリロイルオキシプロピル基、γ−メタクリロイルオキシプロピル基、γ−グリシドキシプロピル基、3,4−エポキシシクロヘキシルエチル基、γ−メルカプトプロピル基、γ−アミノプロピル基、N−(2−アミノエチル)アミノプロピル基、γ−イソシアネートプロピル基等の(メタ)アクリロイルオキシ、エポキシ、メルカプト、アミノ、イソシアネート基置換炭化水素基;ポリジメチルシロキサン基;イソシアヌレート基などを例示することができる。また、複数のイソシアネート基置換炭化水素基のイソシアネート基同士が結合したイソシアヌレート基も例示することができる。これらの中でも、特にn−プロピル基、ビニル基、γ−アクリロイルオキシプロピル基、γ−メタクリロイルオキシプロピル基、トリイソシアヌレートが好ましい。 In the above formula (1), R 1 is a hydrogen atom, an unsubstituted or substituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, particularly 1 to 10 carbon atoms, and 1 to 50 silicon atoms, particularly 5 to 40 carbon atoms. In particular, it is a polydimethylsiloxane group or isocyanurate group of 10 or more and 30 or less, specifically a hydrogen atom; a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, or an n-pentyl group. Alkyl groups such as n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group and n-decyl group; cycloalkyl groups such as cyclopentyl group and cyclohexyl group; alkenyl groups such as vinyl group and allyl group; Aryl group; halogen-substituted hydrocarbon group such as chloromethyl group, γ-chloropropyl group, 3,3,3-trifluoropropyl group, perfluorooctylethyl group; γ-acryloyloxypropyl group, γ-methacryloyloxypropyl group, γ-glycidoxypropyl group, 3,4-epoxycyclohexylethyl group, γ-mercaptopropyl group, γ-aminopropyl group, N- (2-aminoethyl) ) (Meth) acryloyloxy such as aminopropyl group and γ-isocyanatopropyl group, epoxy, mercapto, amino, isocyanate group-substituted hydrocarbon group; polydimethylsiloxane group; isocyanurate group and the like. Moreover, the isocyanurate group which the isocyanate groups of several isocyanate group substituted hydrocarbon groups couple | bonded can also be illustrated. Among these, n-propyl group, vinyl group, γ-acryloyloxypropyl group, γ-methacryloyloxypropyl group, and triisocyanurate are particularly preferable.
R2、R3及びR4はそれぞれ炭素数1以上6以下のアルキル基であり、具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が例示できる。これらの中でも、R2、R3としてはメチル基、R4としてはメチル基、エチル基が好ましい。 R 2 , R 3 and R 4 are each an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, specifically, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, n-pentyl group. N-hexyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group and the like. Among these, R 2 and R 3 are preferably a methyl group, and R 4 is preferably a methyl group or an ethyl group.
pは1〜3の整数、好ましくは1、qは0,1又は2、好ましくは0、rは0,1又は2、好ましくは0であり、p+q+rは1〜3の整数、好ましくは1である。 p is an integer of 1 to 3, preferably 1, q is 0, 1 or 2, preferably 0, r is 0, 1 or 2, preferably 0, and p + q + r is an integer of 1 to 3, preferably 1. is there.
一般式(1)で示される有機ケイ素化合物及びその(部分)加水分解縮合物の具体例としては、p=1、q、r=0の場合では、ハイドロジェントリメトキシシラン、ハイドロジェントリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリイソプロポキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロイルオ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、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、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、パーフルオロオクチルエチ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−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、イソシアネート基同士が結合したトリス(3−トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、トリス(3−トリエトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、メチルトリメトキシシランの部分加水分解縮合物(商品名「KC−89S」,「X−40−9220」信越化学工業(株)製)、メチルトリメトキシシランとγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランの部分共加水分解縮合物(商品名「X−41−1056」信越化学工業(株)製)などを挙げることができる。 Specific examples of the organosilicon compound represented by the general formula (1) and its (partial) hydrolysis condensate include hydrogentrimethoxysilane, hydrogentriethoxysilane, methyl when p = 1, q and r = 0. Trimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltriisopropoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, ethyltriisopropoxysilane, propyltrimethoxysilane, propyltriethoxysilane, propyltriisopropoxysilane, phenyltrimethoxy Silane, vinyltrimethoxysilane, allyltrimethoxysilane, γ-methacryloyloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloyloxypropyltriethoxysilane, γ-acryloyloxypropyltrimethoxy Run, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, 3,3,3 -Trifluoropropyltrimethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltriethoxysilane, perfluorooctylethyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltri Ethoxysilane, N- (2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxysilane, γ-isocyanatopropyltrimethoxysilane, γ-isocyanatopropyltriethoxysilane, tris (3-trimethoxysilane) in which isocyanate groups are bonded to each other Rupropyl) isocyanurate, tris (3-triethoxysilylpropyl) isocyanurate, methyltrimethoxysilane partially hydrolyzed condensate (trade names “KC-89S”, “X-40-9220” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) ), A partial cohydrolysis condensate of methyltrimethoxysilane and γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane (trade name “X-41-1056” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and the like.
また、一般式(1)で示される有機ケイ素化合物として、p=1、q、r=0で、R1がポリジメチルシロキサン基である場合の具体例として、例えば、下記一般式(4)で表わされる化合物を挙げることができる。一般式(4)中において、sは好ましくは1以上50以下の整数であり、より好ましくは5以上40以下の整数であり、更に好ましくは10以上30以下の整数である。sが50より大きくなると、シリコーンオイルとしての性質が強くなり、表面処理されたオルガノゾルの各種樹脂への溶解性が限定されることがある。一般式(4)において、平均構造がs=30の化合物は、商品名「X−24−9822」(信越化学工業(株)製)として入手することができる。
一般式(1)で示される有機ケイ素化合物の具体例としては、p=1、q=1、r=0の場合では、メチルハイドロジェンジメトキシシラン、メチルハイドロジェンジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルエチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、メチルプロピルジメトキシシラン、メチルプロピルジエトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、ビニ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、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロイ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−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシランなどを挙げることができる。 Specific examples of the organosilicon compound represented by the general formula (1) include, when p = 1, q = 1, and r = 0, methyl hydrogen dimethoxy silane, methyl hydrogen diethoxy silane, dimethyl dimethoxy silane, dimethyl Diethoxysilane, methylethyldimethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, methylpropyldimethoxysilane, methylpropyldiethoxysilane, diisopropyldimethoxysilane, phenylmethyldimethoxysilane, vinylmethyldimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyl Dimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethylmethyldimethoxysilane, γ-methacryloyloxypropylmethyldimethoxy Silane, .gamma.-methacryloyloxy propyl methyl diethoxy silane, .gamma.-mercaptopropyl methyl dimethoxy silane, .gamma.-aminopropyl methyl diethoxy silane, N- (2- aminoethyl) and aminopropyl methyl dimethoxy silane and the like.
一般式(1)で示される有機ケイ素化合物の具体例としては、p=1、q=1、r=1の場合では、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、n−プロピルジメチルメトキシシラン、n−プロピルジエチルメトキシシラン、n−プロピルジメチルエトキシシラン、イソプロピルジメチルメトキシシラン、イソプロピルジエチルメトキシシラン、イソプロピルジメチルエトキシシラン、n−ブチルジメチルメトキシシラン、n−ブチルジメチルエトキシシラン、n−ペンチルジメチルメトキシシラン、n−ペンチルジメチルエトキシシラン、n−ヘキシルジメチルメトキシシラン、n−ヘキシルジメチルエトキシシラン、n−デシルジメチルメトキシシラン、n−デシルジメチルエトキシシランなどを挙げることができる。 Specific examples of the organic silicon compound represented by the general formula (1) include trimethylmethoxysilane, trimethylethoxysilane, triethylmethoxysilane, and n-propyldimethylmethoxysilane when p = 1, q = 1, and r = 1. N-propyldiethylmethoxysilane, n-propyldimethylethoxysilane, isopropyldimethylmethoxysilane, isopropyldiethylmethoxysilane, isopropyldimethylethoxysilane, n-butyldimethylmethoxysilane, n-butyldimethylethoxysilane, n-pentyldimethylmethoxysilane , N-pentyldimethylethoxysilane, n-hexyldimethylmethoxysilane, n-hexyldimethylethoxysilane, n-decyldimethylmethoxysilane, n-decyldimethylethoxysilane, etc. It can be mentioned.
工程(C)において添加するシランの添加量は、工程(A)における無機酸化物コロイド水分散液の固形分に対して、好ましくは1質量%以上50質量%以下であり、より好ましくは3質量%以上40質量%以下であり、更に好ましくは5質量%以上30質量%以下である。添加量が50質量%よりも多いと、オルガノゾル中における有効成分である無機酸化物の割合が相対的に低下するため、産業効率上好ましくない。添加量が1質量%よりも少ないと、有機溶媒中での無機酸化物微粒子の分散安定性が確保しにくくなることがある。 The amount of silane added in the step (C) is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 3% by mass with respect to the solid content of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion in the step (A). % To 40% by mass, more preferably 5% to 30% by mass. When the addition amount is more than 50% by mass, the proportion of the inorganic oxide that is an active ingredient in the organosol is relatively reduced, which is not preferable in terms of industrial efficiency. When the addition amount is less than 1% by mass, it may be difficult to ensure the dispersion stability of the inorganic oxide fine particles in the organic solvent.
工程(C)におけるシランの添加方法は、液中滴下、液外滴下、ポーション添加などを実施することができ、液中滴下であることが好ましい。 The addition method of the silane in a process (C) can implement dripping in a liquid, liquid dripping, a potion addition, etc., and it is preferable that it is dripping in a liquid.
工程(C)におけるシラン添加時の液温は、好ましくは0℃以上45℃以下であり、より好ましくは5℃以上40℃以下であり、更に好ましくは10℃以上35℃以下である。液温が0℃より低くなると、無機酸化物コロイド水分散液が凍結による状態変化を経て変質する可能性がある。液温が45℃より高くなると、添加した有機ケイ素化合物が予期せぬ加水分解縮合反応を起こすことがある。 The liquid temperature at the time of silane addition in the step (C) is preferably 0 ° C. or higher and 45 ° C. or lower, more preferably 5 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, and further preferably 10 ° C. or higher and 35 ° C. or lower. When the liquid temperature is lower than 0 ° C., there is a possibility that the inorganic oxide colloidal aqueous dispersion is deteriorated through a state change due to freezing. When the liquid temperature is higher than 45 ° C., the added organosilicon compound may cause an unexpected hydrolysis condensation reaction.
工程(D)
工程(D)は、マイクロ波を照射する工程である。マイクロ波照射は、その周波数が300MHz〜3THzの電磁波の中から適宜選択することができる。日本国内においては、電波法によって、通常使用可能なマイクロ波周波数帯域が、2.45GHz、5.8GHz、24GHz等に決められているが、中でも2.45GHzは、民生用にも多く使用されており、この周波数の発振用マグネトロンは設備価格上有利である。しかしながら、この基準は特定の国や地域の法律や経済状況に依存したものであり、技術的には周波数を限定するものではない。マイクロ波の出力は100W〜24kW、好ましくは100W〜20kWの定格を有する限り、市販のどのような装置を用いてもよい。例えば、μReactorEx(四国計測工業(株)製)、Advancer(バイオタージ(株)製)等を用いることができる。
Process (D)
Step (D) is a step of irradiating microwaves. The microwave irradiation can be appropriately selected from electromagnetic waves having a frequency of 300 MHz to 3 THz. In Japan, the microwave frequency band that can be normally used is determined by the radio wave law to 2.45 GHz, 5.8 GHz, 24 GHz, etc., but 2.45 GHz is often used for consumer use. Therefore, the magnetron for oscillation at this frequency is advantageous in terms of equipment cost. However, this standard depends on the laws and economic conditions of specific countries and regions, and technically does not limit the frequency. As long as the microwave output has a rating of 100 W to 24 kW, preferably 100 W to 20 kW, any commercially available apparatus may be used. For example, μReactorEx (manufactured by Shikoku Keiki Kogyo Co., Ltd.), Advanced (manufactured by Biotage Co., Ltd.) and the like can be used.
マイクロ波を照射する時間は、好ましくは60秒以上3,600秒以内、より好ましくは120秒以上1,800秒以内、更に好ましくは180秒以上900秒以内である。時間が60秒より短いと工程(C)で添加した有機ケイ素化合物と無機酸化物微粒子の表面水酸基の反応が不十分となることがあり、3,600秒より長いと産業効率上好ましくない。反応時間はこれらの範囲に入るようにその他の反応条件(pH・濃度)を調整することにより実施することが可能である。 The microwave irradiation time is preferably 60 seconds to 3,600 seconds, more preferably 120 seconds to 1,800 seconds, and still more preferably 180 seconds to 900 seconds. If the time is shorter than 60 seconds, the reaction between the organosilicon compound added in the step (C) and the surface hydroxyl groups of the inorganic oxide fine particles may be insufficient, and if it is longer than 3,600 seconds, it is not preferable in terms of industrial efficiency. The reaction time can be carried out by adjusting other reaction conditions (pH / concentration) so as to fall within these ranges.
工程(D)では、更に攪拌しながらマイクロ波を照射することが好ましい。攪拌は、機械攪拌、磁気攪拌、震盪攪拌等を用いることができる。攪拌することによって、工程(B)で添加した疎水性アルコールと無機酸化物水性分散液が懸濁し、マイクロ波によって、工程(C)で添加した有機ケイ素化合物で表面処理された微粒子が効率的に疎水性アルコールへと移行することができる。攪拌は乱流攪拌であることが好ましい。 In the step (D), it is preferable to irradiate the microwave while further stirring. For stirring, mechanical stirring, magnetic stirring, shaking stirring, or the like can be used. By stirring, the hydrophobic alcohol and the inorganic oxide aqueous dispersion added in the step (B) are suspended, and the fine particles surface-treated with the organosilicon compound added in the step (C) are efficiently obtained by the microwave. It can migrate to hydrophobic alcohols. The stirring is preferably turbulent stirring.
攪拌の程度は系のレイノルズ数を計算することによって見積もることができる。攪拌レイノルズ数は、好ましくは3,000以上1,000,000以下、より好ましくは5,000以上500,000以下、更に好ましくは10,000以上200,000以下である。3,000より小さいと、層流攪拌となり効率的な懸濁が困難な場合がある、1,000,000より大きいと、攪拌に要するエネルギーが不必要に大きくなることによる産業効率上の観点から好ましくない。 The degree of agitation can be estimated by calculating the Reynolds number of the system. The stirring Reynolds number is preferably 3,000 to 1,000,000, more preferably 5,000 to 500,000, and still more preferably 10,000 to 200,000. If it is smaller than 3,000, laminar stirring may occur and efficient suspension may be difficult. If it is larger than 1,000,000, the energy required for stirring becomes unnecessarily large from the viewpoint of industrial efficiency. It is not preferable.
なお、上記レイノルズ数(Re)は、下記数式(1)から求めることができる。数式(1)においてρは密度(kg/m3)、nは回転数(rps)、dは攪拌子長(m)、μは粘度(Pa・s)をそれぞれ表す。
Re=ρ・n・d2/μ 数式(1)
本発明で扱うオルガノゾルは、ρが900〜2,000(kg/m3)、好ましくは1,000〜1,500(kg/m3)であり、μが0.001〜0.05(Pa・s)、好ましくは0.002〜0.01(Pa・s)である。例えば、攪拌子長dが5(cm)の磁気回転子を回転数nが700(rpm)で、ρが1,000(kg/m3)、μが0.002(Pa・s)のオルガノゾルを回転した場合のReは約15,000である。nとdを適宜選択することによって上記所望のReの範囲となるように調節することができる。
The Reynolds number (Re) can be obtained from the following mathematical formula (1). In Equation (1), ρ represents density (kg / m 3 ), n represents rotation speed (rps), d represents stirrer length (m), and μ represents viscosity (Pa · s).
Re = ρ · n · d 2 / μ Equation (1)
In the organosol used in the present invention, ρ is 900 to 2,000 (kg / m 3 ), preferably 1,000 to 1,500 (kg / m 3 ), and μ is 0.001 to 0.05 (Pa S), preferably 0.002 to 0.01 (Pa · s). For example, a magnetic rotor having a stirrer length d of 5 (cm), an organosol having a rotation speed n of 700 (rpm), ρ of 1,000 (kg / m 3 ), and μ of 0.002 (Pa · s) Re is about 15,000. By appropriately selecting n and d, it can be adjusted to be within the desired Re range.
また、攪拌には、邪魔板を設置した反応器を用いることによる攪拌効率の向上方法を実施してもよい。 Moreover, you may implement the stirring efficiency improvement method by using the reactor which installed the baffle plate for stirring.
マイクロ波照射は、結果として反応液の温度上昇をもたらす。マイクロ波照射後の温度範囲は、好ましくは10℃以上150℃以下、より好ましくは60℃以上100℃以下、更に好ましくは80℃以上90℃以下である。マイクロ波照射後の温度が10℃より低いと反応に時間を要する場合がある。またマイクロ波照射後の温度が150℃より高いと、無機酸化物コロイド水分散液の溶媒が沸騰して反応系が扱いにくくなることがある。 Microwave irradiation results in an increase in the temperature of the reaction solution. The temperature range after microwave irradiation is preferably 10 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably 60 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and still more preferably 80 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. When the temperature after microwave irradiation is lower than 10 ° C., the reaction may take time. On the other hand, if the temperature after microwave irradiation is higher than 150 ° C., the solvent of the inorganic oxide colloidal aqueous dispersion may boil, making the reaction system difficult to handle.
工程(E)
工程(E)は、有機溶媒を添加する工程である。工程(E)で添加される有機溶媒は、炭素数5以上30以下の炭化水素化合物、アルコール化合物、エーテル化合物、エステル化合物、ケトン化合物、及びアミド化合物からなる群から選ばれる一種又は二種以上である。
Process (E)
Step (E) is a step of adding an organic solvent. The organic solvent added in the step (E) is one or more selected from the group consisting of hydrocarbon compounds having 5 to 30 carbon atoms, alcohol compounds, ether compounds, ester compounds, ketone compounds, and amide compounds. is there.
このような有機溶媒の具体例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、イコサン、エイコサン、ドコサン、トリイコサン、テトライコサン、ペンタイコサン、ヘキサイコサン、ヘプタイコサン、オクタイコサン、ノナイコサン、トリアコンタン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、及びこれらを含む混合物である石油エーテル、ケロシン、リグロイン、ヌジョール等の炭素数5以上30以下の炭化水素化合物;メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、シクロペンタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、β−チアジグリコール、ブチレングリコール、グリセリン等の単価及び多価アルコール化合物;ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ブチレングリコールモノメチルエーテル、ブチレングリコールモノエチルエーテル、ブチレングリコールモノプロピルエーテル、ブチレングリコールモノブチルエーテル等のエーテル化合物;蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸プロピル、蟻酸ブチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、酪酸ブチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸ブチル、蓚酸ジメチル、蓚酸ジエチル、蓚酸ジプロピル、蓚酸ジブチル、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、マロン酸ジプロピル、マロン酸ジブチル、エチレングリコールジフォルメート、エチレングリコールジアセテート、エチレングリコールジプロピオネート、エチレングリコールジブチレート、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコールジプロピオネート、プロピレングリコールジブチレート、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエステル化合物;アセトン、ダイアセトンアルコール、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルノルマルブチルケトン、ジブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン等のケトン化合物;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、テトラアセチルエチレンジアミド、テトラアセチルヘキサメチレンテトラミド、N,N−ジメチルヘキサメチレンジアミンジアセテート等のアミド化合物を挙げることができる。 Specific examples of such organic solvents include pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane, tetradecane, pentadecane, hexadecane, heptadecane, octadecane, nonadecane, icosane, eicosane, docosane, triicosane, tetricosane. Pentycosane, Hexaicosane, Heptaicosane, Octaicosane, Nonaicosane, Triacontane, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, and mixtures containing these such as petroleum ether, kerosene, ligroin, nujol 30 or less hydrocarbon compound; methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, cyclopentanol, ethylene glycol, propylene glycol, β Unit price and polyhydric alcohol compounds such as thiadiglycol, butylene glycol, glycerin; diethyl ether, dipropyl ether, cyclopentyl methyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether , Ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether, butylene glycol monomethyl ether, butylene glycol monoethyl ether, butylene Ether compounds such as recall monopropyl ether, butylene glycol monobutyl ether; methyl formate, ethyl formate, propyl formate, butyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, Butyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, propyl butyrate, butyl butyrate, methyl benzoate, ethyl benzoate, propyl benzoate, butyl benzoate, dimethyl oxalate, diethyl oxalate, dipropyl oxalate, dibutyl oxalate, dimethyl malonate, malonic acid Diethyl, dipropyl malonate, dibutyl malonate, ethylene glycol diformate, ethylene glycol diacetate, ethylene glycol dipropionate, ethylene glycol dibutyrate, propylene glycol Rudiacetate, propylene glycol dipropionate, propylene glycol dibutyrate, ethylene glycol methyl ether acetate, propylene glycol methyl ether acetate, butylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol ethyl ether acetate, butylene glycol monoethyl ether acetate Ester compounds such as acetone, diacetone alcohol, diethyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl normal butyl ketone, dibutyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, cycloheptanone, cyclooctanone, etc .; dimethylformamide, dimethyl Acetamide, tetraacetyl Ethylene diamide, tetraacetyl hexamethylene tetramide, N, may be mentioned amide compounds such as N- dimethyl hexamethylenediamine diacetate.
工程(E)で添加する有機溶媒の量は、工程(A)で用いた無機酸化物コロイド水分散液の水成分100質量部に対して、好ましくは50質量部以上1,000質量部以下、より好ましくは100質量部以上500質量部以下、更に好ましくは120質量部以上300質量部以下である。添加量が50質量部よりも少ないと、次工程(F)において水を十分に除去できない場合がある。添加量が1,000質量部よりも多くなると、有機溶媒を大量に使用することによる産業上及び環境上の問題があるため好ましくない。 The amount of the organic solvent added in the step (E) is preferably 50 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the water component of the inorganic oxide colloid aqueous dispersion used in the step (A). More preferably, it is 100 to 500 mass parts, More preferably, it is 120 to 300 mass parts. If the amount added is less than 50 parts by mass, water may not be sufficiently removed in the next step (F). When the addition amount is more than 1,000 parts by mass, there is an industrial and environmental problem caused by using a large amount of the organic solvent, which is not preferable.
この工程は、好ましくは0℃以上45℃以下、より好ましくは5℃以上40℃以下、更に好ましくは10℃以上30℃以下の温度で行う。温度が0℃より低いと、無機酸化物コロイド水分散液由来の水成分が凍結して変質する可能性がある。また、温度が45℃より高いと、VOC(揮発性有機化合物)が大気環境及び作業環境に放出され易くなり、安全上及び労働環境衛生上好ましくない。 This step is preferably performed at a temperature of 0 ° C to 45 ° C, more preferably 5 ° C to 40 ° C, and even more preferably 10 ° C to 30 ° C. When the temperature is lower than 0 ° C., the water component derived from the inorganic oxide colloid aqueous dispersion may freeze and be altered. Moreover, when temperature is higher than 45 degreeC, it will become easy to discharge | release VOC (volatile organic compound) to air | atmosphere environment and a working environment, and it is unpreferable on safety | security and work environment health.
工程(E)では、有機溶媒の添加によって表面処理された無機酸化物微粒子を均一に有機溶媒相に分散させることができる。工程(E)で溶媒を加えたことによって、系が均一相及び二相のいずれを形成してもよい。二相を形成した場合には有機層を分液によって分取することもできる。 In the step (E), the inorganic oxide fine particles surface-treated by adding the organic solvent can be uniformly dispersed in the organic solvent phase. By adding a solvent in the step (E), the system may form either a homogeneous phase or a two-phase. When two phases are formed, the organic layer can be separated by liquid separation.
工程(F)
工程(F)は、共沸蒸留及び/又は限外ろ過によって水を除去する工程である。水の除去は、共沸蒸留で実施することがより好ましい。
Process (F)
Step (F) is a step of removing water by azeotropic distillation and / or ultrafiltration. The removal of water is more preferably carried out by azeotropic distillation.
工程(F)における共沸蒸留は、工程(A)で用いた無機酸化物コロイド水分散液に由来する水を除去することを目的としている。この水と共沸する有機溶媒は、工程(B)及び工程(E)のいずれで加えたもの由来であってもよい。共沸蒸留では、水と有機溶媒の蒸気圧の総和が系の圧力とつりあった際に、気液平衡曲線から予測される割合で水と有機溶媒の混合物が留去される現象である。 The azeotropic distillation in the step (F) is intended to remove water derived from the inorganic oxide colloid aqueous dispersion used in the step (A). The organic solvent azeotroped with water may be derived from one added in either step (B) or step (E). Azeotropic distillation is a phenomenon in which a mixture of water and an organic solvent is distilled off at a rate predicted from a vapor-liquid equilibrium curve when the sum of the vapor pressures of water and an organic solvent is balanced with the system pressure.
工程(F)は、200mmHg以上760mmHg以下の圧力で実施することが好ましく、300mmHg以上760mmHg以下の圧力で実施することがより好ましく、400mmHg以上760mmHg以下の圧力で実施することが更に好ましい。200mmHgより低い圧力では、混合物が突沸して制御しにくいことがあり、760mmHgより高い圧力では、水が蒸発しにくくなることがある。 The step (F) is preferably performed at a pressure of 200 mmHg or more and 760 mmHg or less, more preferably performed at a pressure of 300 mmHg or more and 760 mmHg or less, and further preferably performed at a pressure of 400 mmHg or more and 760 mmHg or less. If the pressure is lower than 200 mmHg, the mixture may suddenly boil and be difficult to control, and if the pressure is higher than 760 mmHg, water may be difficult to evaporate.
工程(F)は、50℃以上250℃以下の温度で実施することが好ましく、60℃以上200℃以下の温度で実施することがより好ましく、80℃以上150℃以下の温度で実施することが更に好ましい。50℃より低い温度では、留去に時間を要することがあり、250℃より高い温度では、オルガノゾルが変質することがある。このような範囲で実施できるように、圧力を適宜調節することができる。 The step (F) is preferably performed at a temperature of 50 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, more preferably performed at a temperature of 60 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, and is preferably performed at a temperature of 80 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. Further preferred. When the temperature is lower than 50 ° C., it may take time for distillation, and when the temperature is higher than 250 ° C., the organosol may be altered. The pressure can be appropriately adjusted so that it can be carried out in such a range.
工程(F)で要する加熱は、熱媒との接触による加熱、誘導加熱、及びマイクロ波による加熱の各種方法を用いることができる。 For the heating required in the step (F), various methods of heating by contact with a heat medium, induction heating, and heating by microwaves can be used.
工程(F)では、共沸蒸留に代えて、又は組み合わせて限外ろ過を実施することができる。限外ろ過では、無機及び/又は有機基材の表面に設けられた細孔を通過させることによって実施することができる。無機及び/又は有機基材は、このような細孔を有するものであれば材料は特定されないが、好ましくは5nm以上50nm以下、より好ましくは5nm以上30nm以下の平均細孔径を有しているものを使用する。細孔径が5nm未満であると、ろ過速度が遅くなる場合があり、30nmを超えると、オルガノゾルの分散質がろ液側に流出するおそれがある。 In the step (F), ultrafiltration can be carried out instead of or in combination with azeotropic distillation. Ultrafiltration can be performed by passing through pores provided on the surface of an inorganic and / or organic substrate. The inorganic and / or organic base material is not specified as long as it has such pores, but preferably has an average pore diameter of 5 nm to 50 nm, more preferably 5 nm to 30 nm. Is used. If the pore diameter is less than 5 nm, the filtration rate may be slow, and if it exceeds 30 nm, the dispersoid of the organosol may flow out to the filtrate side.
限外ろ過を実施する場合には、溶媒の種類によるろ過膜の透過係数の違いを考慮して、有機溶媒を添加しながら実施することが可能である。 When carrying out ultrafiltration, it is possible to carry out while adding an organic solvent in consideration of the difference in the permeation coefficient of the filtration membrane depending on the type of solvent.
水の除去は、工程後の水分濃度を測定することによって確認することができる。このような確認方法としては、カール・フィッシャー反応を利用した電量滴定が利用可能である。このような目的に利用できる好適な滴定装置として、例えば、平沼産業(株)製「AQV−2100」、三菱化学アナリテック(株)製「KF−200」等を挙げることができる。 The removal of water can be confirmed by measuring the water concentration after the process. As such a confirmation method, coulometric titration using Karl Fischer reaction can be used. Suitable titration apparatuses that can be used for such purposes include “AQV-2100” manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd., “KF-200” manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd., and the like.
工程(F)後の水分濃度は、好ましくは1質量%以下であり、より好ましくは0.5質量%以下であり、更に好ましくは0.1質量%以下である。水分濃度が1質量%より大きいとオルガノゾルとして各種樹脂などと混合した際に白濁の原因となることがある。なお、本工程(F)実施後における水分濃度の下限値は特に定めないが0.1質量%程度である。工程(E)で用いた有機溶媒自体にも水が一定の割合で含まれていることがあり、工程(F)のみによって、水分濃度を0.1質量%を超えて低減させることは、エネルギー効率上好ましくない。工程(F)の実施のみによって水分濃度が所望の水準に達しない場合は、次工程(G)を実施することができる。 The water concentration after the step (F) is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less, and further preferably 0.1% by mass or less. If the water concentration is higher than 1% by mass, it may cause white turbidity when mixed with various resins as an organosol. In addition, although the lower limit of the water concentration after implementation of this step (F) is not particularly defined, it is about 0.1% by mass. The organic solvent itself used in the step (E) may contain water at a certain ratio, and reducing the water concentration by more than 0.1% by mass only by the step (F) It is not preferable in terms of efficiency. When the water concentration does not reach a desired level only by performing the step (F), the next step (G) can be performed.
工程(G)
工程(G)は、前工程(F)で除去しきれなかったオルガノゾル中に存在する痕跡量の水を除去する工程である。本工程では、水分濃度が好ましくは1,000ppm以下、より好ましくは500ppm以下、更に好ましくは100ppm以下、最も好ましくは10ppm以下まで低減する。本工程における水分濃度の下限値は特に定めないが、10ppm程度である。10ppmを超えての脱水は、特殊な用途を除き、通常は必要でない。
Process (G)
Step (G) is a step of removing a trace amount of water present in the organosol that could not be removed in the previous step (F). In this step, the water concentration is preferably reduced to 1,000 ppm or less, more preferably 500 ppm or less, still more preferably 100 ppm or less, and most preferably 10 ppm or less. The lower limit of the water concentration in this step is not particularly defined, but is about 10 ppm. Dehydration above 10 ppm is usually not necessary except for special applications.
工程(G)の実施には、好ましくは3Å以上10Å以下の細孔直径を有するゼオライトを用いた物理吸着や、オルト有機酸エステル又は下記一般式(2)で示されるgem−ジアルコキシアルカンを用いた化学反応を伴う方法で実施することができる。
(R5O)(R6O)CR7R8 (2)
(式中、R5及びR6はそれぞれ炭素数1以上10以下の1価炭化水素基であって、互いに結合して環を形成してもよく、またR7及びR8はそれぞれ炭素数1以上10以下の1価炭化水素基であって、互いに結合して環を形成してもよい。)
For the implementation of the step (G), preferably, physical adsorption using a zeolite having a pore diameter of 3 to 10 mm, or an ortho organic acid ester or a gem-dialkoxyalkane represented by the following general formula (2) is used. It can be carried out by a method involving chemical reactions.
(R 5 O) (R 6 O) CR 7 R 8 (2)
(In the formula, R 5 and R 6 are each a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, which may be bonded to each other to form a ring, and R 7 and R 8 each have 1 carbon atom. 10 or less monovalent hydrocarbon groups which may be bonded to each other to form a ring.
ゼオライトとして用いることができる物質の例としては、K4Na4[Al8Si8O32]、Na[AlSi2O6]、Na2[Al2Si7O18]、(K,Ba,Sr)2Sr2Ca2(Ca,Na)4[Al18Si18O72]、Li[AlSi2O6]O、Ca8Na3[Al19Si77O192]、(Sr,Ba)2[Al4Si12O32]、(Sr,Ba)2[Al4Si12O32]、(Ca0.5,Na,K)4[Al4Si8O24]、CaMn[Be2Si5O13(OH)2]、(Na,K,Ca0.5,Sr0.5,Ba0.5,Mg0.5)6[Al6Si30O72]、Ca[Al2Si3O10]、(Ca0.5,Na,K)4-5[Al4-5Si20-19O48]、Ba[Al2Si3O10]、(Ca,Na2)[Al2Si4O12]、K2(Na,Ca0.5)8[Al10Si26O72]、(Na,Ca0.5,Mg0.5,K)z[AlzSi12-zO24]、(K,Na,Mg0.5,Ca0.5)6[Al6Si30O72]、NaCa2.5[Al6Si10O32]、Na4[Zn2Si7O18]、Ca[Al2Si2O8]、(Na2,Ca,K2)4[Al8Si16O48]、Na5[Al5Si11O32]、(Na,Ca)6-8[(Al,Si)20O40]、Ca[Al2Si6O16]、Na3Mg3Ca5[Al19Si117O272]、(Ba0.5,Ca0.5,K,Na)5[Al5Si11O32]、(Ca0.5,Sr0.5,Ba0.5,Mg0.5,Na,K)9[Al9Si27O72]、Li2Ca3[Be3Si3O12]F2、K6[Al4Si6O20]B(OH)4Cl、Ca4[Al8Si16O48]、K4Na12[Be8Si28O72]、(Pb7Ca2)[Al12Si36(O,OH)100]、(Mg2.5K2Ca1.5)[Al10Si26O72]、K5Ca2[Al9Si23O64]、Na16Ca16[Al48Si72O240]、K9[Al9Si23O64]、(Na2,Ca,K2)4[Al8Si40O96]、Na3Ca4[Al11Si85O192]、Na2[Al2Si3O10]、CaKMg[Al5Si13O36]、(Ca5.5Li3.6K1.2Na0.2)Li8[Be24P24O96]、Ca2[Al4Si4O15(OH)2]、(K,Ca0.5,Na,Ba0.5)10[Al10Si32O84]、K9Na(Ca,Sr)[Al12Si24O72]、(K,Na,Ca0.5,Ba0.5)z[AlzSi16-zO32]・、(Cs,Na)[AlSi2O6]、Ca2[Be(OH)2Al2Si4O13]、Ca[Al2Si3O10]、Ca[Al2Si7O18]、(Ca0.5,Na,K)9[Al9Si27O72]、NaCa[Al3Si17O40]、Ca2Na[Al5Si5O20]、Ca[Al2Si6O16]、Ca4(K2,Ca,Sr,Ba)3Cu3(OH)8[Al12Si12O48]、Ca[Al2Si4O12]、Ca[Be3(PO4)2(OH)2]、KzCa(1.5-0.5z)[Al3Si3O12]、Ca[Al2Si6O16]等の化学組成を有するものを挙げることができる。 Examples of substances that can be used as zeolite include K 4 Na 4 [Al 8 Si 8 O 32 ], Na [AlSi 2 O 6 ], Na 2 [Al 2 Si 7 O 18 ], (K, Ba, Sr). ) 2 Sr 2 Ca 2 (Ca, Na) 4 [Al 18 Si 18 O 72 ], Li [AlSi 2 O 6 ] O, Ca 8 Na 3 [Al 19 Si 77 O 192 ], (Sr, Ba) 2 [ Al 4 Si 12 O 32 ], (Sr, Ba) 2 [Al 4 Si 12 O 32 ], (Ca 0.5 , Na, K) 4 [Al 4 Si 8 O 24 ], CaMn [Be 2 Si 5 O 13 ( OH) 2 ], (Na, K, Ca 0.5 , Sr 0.5 , Ba 0.5 , Mg 0.5 ) 6 [Al 6 Si 30 O 72 ], Ca [Al 2 Si 3 O 10 ], (Ca 0.5 , Na, K) 4-5 [Al 4-5 Si 20-19 O 48 ], Ba [Al 2 Si 3 O 10], (Ca, Na 2) [Al 2 Si 4 O 12], K 2 (Na Ca 0.5) 8 [Al 10 Si 26 O 72], (Na, Ca 0.5, Mg 0.5, K) z [Al z Si 12-z O 24], (K, Na, Mg 0.5, Ca 0.5) 6 [Al 6 Si 30 O 72 ], NaCa 2.5 [Al 6 Si 10 O 32 ], Na 4 [Zn 2 Si 7 O 18 ], Ca [Al 2 Si 2 O 8 ], (Na 2 , Ca, K 2 ) 4 [ Al 8 Si 16 O 48], Na 5 [Al 5 Si 11 O 32], (Na, Ca) 6-8 [(Al, Si) 20 O 40], Ca [Al 2 Si 6 O 16], Na 3 Mg 3 Ca 5 [Al 19 Si 117 O 272 ], (Ba 0.5 , Ca 0.5 , K, Na) 5 [Al 5 Si 11 O 32 ], (Ca 0.5 , Sr 0.5 , Ba 0.5 , Mg 0.5 , Na, K 9 [Al 9 Si 27 O 72 ], Li 2 Ca 3 [Be 3 Si 3 O 12 ] F 2 , K 6 [Al 4 Si 6 O 20 ] B (OH) 4 Cl, Ca 4 [Al 8 Si 16 O 48 ], K 4 Na 12 [Be 8 Si 28 O 72], (Pb 7 Ca 2) [Al 12 Si 36 (O, OH) 100], (Mg 2.5 K 2 Ca 1.5) [Al 10 Si 26 O 72] K 5 Ca 2 [Al 9 Si 23 O 64 ], Na 16 Ca 16 [Al 48 Si 72 O 240 ], K 9 [Al 9 Si 23 O 64 ], (Na 2 , Ca, K 2 ) 4 [Al 8 Si 40 O 96 ], Na 3 Ca 4 [Al 11 Si 85 O 192 ], Na 2 [Al 2 Si 3 O 10 ], CaKMg [Al 5 Si 13 O 36 ], (Ca 5.5 Li 3.6 K 1.2 Na 0.2 ) Li 8 [Be 24 P 24 O 96 ], Ca 2 [Al 4 Si 4 O 15 (OH) 2 ], (K, Ca 0.5 , Na, Ba 0.5 ) 10 [Al 10 Si 32 O 84 ], K 9 Na (Ca, Sr) [Al 12 Si 24 O 72], (K, Na, Ca 0.5, Ba 0.5) z [Al z Si 16-z O 32] ·, (Cs, Na) [AlSi 2 O 6 ], Ca 2 [Be (OH) 2 Al 2 Si 4 O 13 ], Ca [Al 2 Si 3 O 10 ], Ca [Al 2 Si 7 O 18 ], (Ca 0.5 , Na, K) 9 [ Al 9 Si 27 O 72 ], NaCa [Al 3 Si 17 O 40 ], Ca 2 Na [Al 5 Si 5 O 20 ], Ca [Al 2 Si 6 O 16 ], Ca 4 (K 2 , Ca, Sr, Ba) 3 Cu 3 (OH) 8 [Al 12 Si 12 O 48 ], Ca [Al 2 Si 4 O 12 ], Ca [Be 3 (PO 4 ) 2 (OH) 2 ], K z Ca (1.5-0.5 z) Those having a chemical composition such as [Al 3 Si 3 O 12 ] and Ca [Al 2 Si 6 O 16 ] can be mentioned.
本工程に用いるゼオライトは、好ましくは3Å以上10Å以下、より好ましくは4Å以上8Å以下、更に好ましくは4Å以上6Å以下の細孔直径を有するものを使用することができる。細孔直径が3Åより小さいと水を十分に吸着できないことがある。細孔直径が10Åより大きいと水の吸着に時間を要することがある。 As the zeolite used in this step, those having a pore diameter of preferably 3 to 10 mm, more preferably 4 to 8 mm, and still more preferably 4 to 6 mm can be used. If the pore diameter is smaller than 3 mm, water may not be sufficiently adsorbed. If the pore diameter is larger than 10 mm, it may take time to adsorb water.
このような脱水用ゼオライトとしては、モレキュラーシーブ3A、モレキュラーシーブ4A、モレキュラーシーブ5A、モレキュラーシーブ6A、モレキュラーシーブ7A、モレキュラーシーブ8A、モレキュラーシーブ9A、モレキュラーシーブ10A、モレキュラーシーブ3X、モレキュラーシーブ4X、モレキュラーシーブ5X、モレキュラーシーブ6X、モレキュラーシーブ7X、モレキュラーシーブ8X、モレキュラーシーブ9X、モレキュラーシーブ10X等という名称で市販されているものの中から適宜組み合わせて用いることができ、例えば、細孔直径が約4ÅであるLTA型ゼオライトとして、関東化学(株)製「カタログ番号25958−08」を用いることができる。 Examples of such dehydrating zeolite include molecular sieve 3A, molecular sieve 4A, molecular sieve 5A, molecular sieve 6A, molecular sieve 7A, molecular sieve 8A, molecular sieve 9A, molecular sieve 10A, molecular sieve 4X, molecular sieve 4X, Sieve 5X, molecular sieve 6X, molecular sieve 7X, molecular sieve 8X, molecular sieve 9X, molecular sieve 10X and the like can be used in combination as appropriate. For example, the pore diameter is about 4 mm. As an LTA type zeolite, “catalog number 25958-08” manufactured by Kanto Chemical Co., Inc. can be used.
ゼオライトは、工程(F)で得られたオルガノゾルに対して、好ましくは1質量%以上20質量%以下、より好ましくは2質量%以上15質量%以下、更に好ましくは5質量%以上10質量%以下用いる。使用量が1質量%より少ないと、脱水効果が十分に得られないことがある。使用量が20質量%より多くても、脱水の程度が向上するわけではないことが多いため、これ以上使用することは実際上好ましくない。 The zeolite is preferably 1% by mass or more and 20% by mass or less, more preferably 2% by mass or more and 15% by mass or less, and further preferably 5% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the organosol obtained in the step (F). Use. If the amount used is less than 1% by mass, the dehydration effect may not be sufficiently obtained. Even if the amount used is more than 20% by mass, the degree of dehydration is not always improved, so that it is not preferable to use more than this.
工程(G)では、前述したように、オルト有機酸エステル、又は下記一般式(2)で示されるgem−ジアルコキシアルカンを用いた化学反応を伴う方法でも実施することができる。
(R5O)(R6O)CR7R8 (2)
(式中、R5及びR6はそれぞれ炭素数1以上10以下の1価炭化水素基であって、互いに結合して環を形成してもよく、またR7及びR8はそれぞれ炭素数1以上10以下の1価炭化水素基であって、互いに結合して環を形成してもよい。)
In the step (G), as described above, it can also be carried out by a method involving a chemical reaction using an ortho organic acid ester or a gem-dialkoxyalkane represented by the following general formula (2).
(R 5 O) (R 6 O) CR 7 R 8 (2)
(In the formula, R 5 and R 6 are each a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, which may be bonded to each other to form a ring, and R 7 and R 8 each have 1 carbon atom. 10 or less monovalent hydrocarbon groups which may be bonded to each other to form a ring.
上記式(2)中、R5〜R8はそれぞれ炭素数1以上10以下、特に1以上6以下の1価炭化水素基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;ビニル基、アリル基等のアルケニル基;フェニル基等のアリール基などを例示することができる。また、R5とR6、R7とR8とは、互いに結合して環を形成してもよく、その場合には炭素数4〜8の2価炭化水素基を示す。 In the above formula (2), R 5 to R 8 are each a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, particularly 1 to 6 carbon atoms. Specifically, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group Group, butyl group, isobutyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, decyl group and other alkyl groups; cyclopentyl group, cyclohexyl group and other cycloalkyl groups; vinyl group, allyl group and other alkenyl groups; phenyl group An aryl group such as can be exemplified. R 5 and R 6 , R 7 and R 8 may combine with each other to form a ring, and in that case, a C 4-8 divalent hydrocarbon group.
オルト有機酸エステル及びgem−ジアルコキシアルカンは、いずれもアセタール骨格を分子中に有している。オルト有機酸エステルは有機酸エステルのアセタールであり、gem−ジアルコキシアルカンはケトンのアセタールである。アセタールは、水と反応してアルコールとカルボニル化合物に分解する性質があるため、脱水の目的で用いることができる。反応によって、水が消費されて有機溶媒を添加したことと同じ効果が得られる。 Both ortho-organic acid esters and gem-dialkoxyalkanes have an acetal skeleton in the molecule. Ortho organic acid esters are acetals of organic acid esters, and gem-dialkoxyalkanes are acetals of ketones. Acetal can be used for dehydration because it reacts with water and decomposes into alcohol and a carbonyl compound. The reaction has the same effect as consuming water and adding an organic solvent.
オルト有機酸エステルの具体例としては、オルト蟻酸メチル、オルト蟻酸エチル、オルト蟻酸プロピル、オルト蟻酸ブチル、オルト酢酸メチル、オルト酢酸エチル、オルト酢酸プロピル、オルト酢酸ブチル、オルトプロピオン酸メチル、オルトプロピオン酸エチル、オルトプロピオン酸プロピル、オルトプロピオン酸ブチル、オルト酪酸メチル、オルト酪酸エチル、オルト酪酸プロピル、オルト酪酸ブチル等を挙げることができる。 Specific examples of ortho organic acid esters include methyl orthoformate, ethyl orthoformate, propyl orthoformate, butyl orthoformate, methyl orthoacetate, ethyl orthoacetate, propyl orthoacetate, butyl orthoacetate, methyl orthopropionate, orthopropionic acid. Examples thereof include ethyl, propyl orthopropionate, butyl orthopropionate, methyl orthobutyrate, ethyl orthobutyrate, propyl orthobutyrate, and butyl orthobutyrate.
gem−ジアルコキシアルカンの具体例としては、アセトンジメチルアセタール、アセトンジエチルアセタール、アセトンジプロピルアセタール、アセトンジブチルアセタール、アセトンエチレングリコールアセタール、アセトンプロピレングリコールアセタール、メチルエチルケトンジメチルアセタール、メチルエチルケトンジエチルアセタール、メチルエチルケトンジプロピルアセタール、メチルエチルケトンジブチルアセタール、メチルエチルケトンエチレングリコールアセタール、メチルエチルケトンプロピレングリコールアセタール、メチルイソブチルケトンジメチルアセタール、メチルイソブチルケトンジエチルアセタール、メチルイソブチルケトンジプロピルアセタール、メチルイソブチルケトンジブチルアセタール、メチルイソブチルケトンエチレングリコールアセタール、メチルイソブチルケトンプロピレングリコールアセタール、シクロペンタノンジメチルアセタール、シクロペンタノンジエチルアセタール、シクロペンタノンジプロピルアセタール、シクロペンタノンジブチルアセタール、シクロペンタノンエチレングリコールアセタール、シクロペンタノンプロピレングリコールアセタール、シクロヘキサノンジメチルアセタール、シクロヘキサノンジエチルアセタール、シクロヘキサノンジプロピルアセタール、シクロヘキサノンジブチルアセタール、シクロヘキサノンエチレングリコールアセタール、シクロヘキサノンプロピレングリコールアセタール等を挙げることができる。 Specific examples of gem-dialkoxyalkane include acetone dimethyl acetal, acetone diethyl acetal, acetone dipropyl acetal, acetone dibutyl acetal, acetone ethylene glycol acetal, acetone propylene glycol acetal, methyl ethyl ketone dimethyl acetal, methyl ethyl ketone diethyl acetal, methyl ethyl ketone dipropyl acetal , Methyl ethyl ketone dibutyl acetal, methyl ethyl ketone ethylene glycol acetal, methyl ethyl ketone propylene glycol acetal, methyl isobutyl ketone dimethyl acetal, methyl isobutyl ketone diethyl acetal, methyl isobutyl ketone dipropyl acetal, methyl isobutyl ketone dibutyl acetal, methyl Sobutyl ketone ethylene glycol acetal, methyl isobutyl ketone propylene glycol acetal, cyclopentanone dimethyl acetal, cyclopentanone diethyl acetal, cyclopentanone dipropyl acetal, cyclopentanone dibutyl acetal, cyclopentanone ethylene glycol acetal, cyclopentanone propylene glycol Examples include acetal, cyclohexanone dimethyl acetal, cyclohexanone diethyl acetal, cyclohexanone dipropyl acetal, cyclohexanone dibutyl acetal, cyclohexanone ethylene glycol acetal, and cyclohexanone propylene glycol acetal.
これらのアセタール骨格を有する化合物(オルト有機酸エステル又は一般式(2)で示されるgem−ジアルコキシアルカン)の選択は、水と反応した際に生成する分子の種類で好ましいものがある場合には、それを見越して使用することができる。例えば、オルガノゾル中から水を除いて、シクロヘキサノンとブタノールで置換する場合には、シクロヘキサノンジブチルアセタールを用いることによって目的を達成することができる。 When there is a preferred type of molecule generated when reacting with water, the selection of these compounds having an acetal skeleton (ortho organic acid ester or gem-dialkoxyalkane represented by the general formula (2)) Can be used in anticipation of it. For example, when water is removed from the organosol and substitution is performed with cyclohexanone and butanol, the object can be achieved by using cyclohexanone dibutyl acetal.
アセタール骨格を有する化合物(オルト有機酸エステル又は一般式(2)で示されるgem−ジアルコキシアルカン)は、工程(F)で得られたオルガノゾルに対して、好ましくは0.5質量%以上20質量%以下、より好ましくは2質量%以上15質量%以下、更に好ましくは5質量%以上10質量%以下用いる。使用量が0.5質量%より少ないと、脱水効果が十分に得られないことがある。使用量が20質量%より多くても、脱水の程度が向上するわけではないことが多く、オルガノゾルとして樹脂等と混合した際に、エッチング等の予期せぬ効果をもたらすことがあるため、これ以上使用することは実際上好ましくない。 The compound having an acetal skeleton (ortho organic acid ester or gem-dialkoxyalkane represented by the general formula (2)) is preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass with respect to the organosol obtained in the step (F). % Or less, more preferably 2% by mass or more and 15% by mass or less, and further preferably 5% by mass or more and 10% by mass or less. If the amount used is less than 0.5% by mass, the dehydration effect may not be sufficiently obtained. Even if the amount used is more than 20% by mass, the degree of dehydration is not always improved, and when mixed with a resin or the like as an organosol, an unexpected effect such as etching may be brought about. It is practically undesirable to use it.
オルガノゾル
本発明によって製造されたオルガノゾルは、好ましくは1質量%以上30質量%以下、より好ましくは5質量%以上25質量%以下、更に好ましくは10質量%以上20質量%以下の分散質を含有する。分散質の含有量が1質量%未満である場合は、有効濃度として樹脂に混合した際に不十分であることがある。分散質の含有量が30質量%を超える場合は、オルガノゾルの保存安定性が不十分であることがある。
Organosol The organosol produced according to the present invention preferably contains a dispersoid of 1% by mass to 30% by mass, more preferably 5% by mass to 25% by mass, and even more preferably 10% by mass to 20% by mass. . When the content of the dispersoid is less than 1% by mass, it may be insufficient when mixed with the resin as an effective concentration. When the content of the dispersoid exceeds 30% by mass, the storage stability of the organosol may be insufficient.
本発明によって製造されたオルガノゾルは、溶媒置換後に粉砕や分級等の機械的単位操作を経ていないにもかかわらず、良好な分散状態を維持していることを特徴としている。このような分散状態の観察は、レーザー光を用いた動的光散乱法による粒子径測定を実施することによって調べることができる。無機酸化物微粒子が有機溶媒中において、動的光散乱法による体積平均での50%累計平均径の値として、好ましくは1〜200nm、より好ましくは1〜150nm、更に好ましくは1〜100nmで分散している。動的光散乱法による体積平均での50%累計平均径が200nmより大きい場合は、オルガノゾルが白濁し易くなることがある。動的光散乱法による体積平均での50%累計平均径が1nmより小さい場合は、オルガノゾルとしての扱いが困難となることがある。 The organosol produced according to the present invention is characterized in that it maintains a good dispersion state even though it has not undergone mechanical unit operations such as grinding and classification after solvent substitution. Observation of such a dispersed state can be examined by carrying out particle size measurement by a dynamic light scattering method using laser light. The inorganic oxide fine particles are dispersed in an organic solvent at a volume average value of 50% cumulative average diameter by dynamic light scattering method, preferably 1 to 200 nm, more preferably 1 to 150 nm, still more preferably 1 to 100 nm. doing. When the 50% cumulative average diameter in volume average by the dynamic light scattering method is larger than 200 nm, the organosol may be easily clouded. When the 50% cumulative average diameter in volume average by the dynamic light scattering method is smaller than 1 nm, it may be difficult to handle as an organosol.
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not restrict | limited to the following Example.
[実施例1]
オルガノシリカゾル(OS−1)の合成
工程(A)
磁気攪拌子を備えた1,000mLフラスコに、市販のコロイダルシリカ水分散液(日産化学工業(株)製、商品名「スノーテックスO」)200gを入れた。なお、このコロイダルシリカ水分散液「スノーテックスO」の動的光散乱法による体積平均50%累計粒子径は20nm、濃度は20質量%であることを確認した。
工程(B)
先の工程(A)でコロイダルシリカ水分散液を入れたフラスコに、イソブチルアルコール(デルタ化成(株)製)200gを入れた。コロイダルシリカとイソブチルアルコールは完全に相溶せず、2相を成した。なお、イソブチルアルコールの20℃における水に対する溶解度は、10(g/100g水)であった。
工程(C)
先の工程(A),(B)を経たフラスコに、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名「KBM−5103」)20gを入れた。該シランは主として有機層(イソブチルアルコール層)に溶解する様子が観察された。
工程(D)
先の工程(A)〜(C)を経たフラスコをマイクロ波照射装置(四国計測工業(株)製、製品名「μReactorEx」)のキャビティー内に入れた。磁気攪拌子を700rpmで回転させながら、マイクロ波を5分間照射した。マイクロ波の照射は液温が最高で82℃に達するように、該装置に内蔵のプログラムで制御した。マイクロ波照射後、液温が40℃になるまで室温で静置した。この際に、コロイダルシリカ水分散液の分散質成分が有機層(イソブチルアルコール層)に移行する様子が観測された。
工程(E)
先の工程(A)〜(D)を経たフラスコに、磁気攪拌子で攪拌(700rpm)しながら、有機溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGM、日本乳化剤(株)製)300gを添加した。有機溶媒添加後、反応液は均一で透明な状態を呈した。
工程(F)
先の工程(A)〜(E)を経たフラスコの内容物を蒸留用フラスコに移し、溶媒を760mmHgの圧力下において加熱留去した。フラスコ内温が約85℃の時点で留去が起こった。留出量が500gに達するまで留去を続けた。留去終了時の内温は約120℃であった。フラスコ内容物を室温まで冷却し、水分濃度の分析(カールフィッシャー法)を行ったところ0.15質量%であった。合成されたオルガノシリカゾル(OS−1)の動的光散乱法による体積平均50%累計粒子径を測定した。測定結果は図1の通りであった。また、透過型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ(株)製、装置名「H−9500」)を用いてOS−1の粒子の観察(50k)を行った。結果を図2に示した。
工程(G)
工程(A)〜(F)で製造したオルガノシリカゾル(OS−1)の一部(50g)をモレキュラーシーブ4A(関東化学(株)製、「25958−08」)5gで処理したところ、水分濃度が119質量ppmまで低下した。この際に凝集は見られなかったことから、工程(F)で除去しきれなかった水分の低減にモレキュラーシーブ処理が有用であることが明らかとなった。
表1に結果と工程をまとめて示した。
[Example 1]
Synthesis of organosilica sol (OS-1)
Process (A)
200 g of a commercially available colloidal silica aqueous dispersion (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., trade name “Snowtex O”) was placed in a 1,000 mL flask equipped with a magnetic stir bar. The colloidal silica aqueous dispersion “Snowtex O” was confirmed to have a volume average 50% cumulative particle size of 20 nm and a concentration of 20% by mass by dynamic light scattering.
Process (B)
200 g of isobutyl alcohol (manufactured by Delta Kasei Co., Ltd.) was placed in the flask containing the colloidal silica aqueous dispersion in the previous step (A). Colloidal silica and isobutyl alcohol were not completely compatible and formed two phases. The solubility of isobutyl alcohol in water at 20 ° C. was 10 (g / 100 g water).
Process (C)
20 g of 3-acryloyloxypropyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name “KBM-5103”) was put into the flask after the previous steps (A) and (B). It was observed that the silane was mainly dissolved in the organic layer (isobutyl alcohol layer).
Process (D)
The flask which passed through previous process (A)-(C) was put in the cavity of a microwave irradiation apparatus (The product name "microReactorEx" by Shikoku Keiki Kogyo KK). While rotating the magnetic stir bar at 700 rpm, microwaves were irradiated for 5 minutes. The microwave irradiation was controlled by a program built in the apparatus so that the liquid temperature reached 82 ° C. at the maximum. After microwave irradiation, the solution was allowed to stand at room temperature until the liquid temperature reached 40 ° C. At this time, it was observed that the dispersoid component of the aqueous colloidal silica dispersion was transferred to the organic layer (isobutyl alcohol layer).
Process (E)
While stirring with a magnetic stirrer (700 rpm), 300 g of propylene glycol monomethyl ether (PGM, manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd.) was added to the flask through the previous steps (A) to (D). After the addition of the organic solvent, the reaction solution was uniform and transparent.
Process (F)
The contents of the flask after the previous steps (A) to (E) were transferred to a distillation flask, and the solvent was distilled off by heating under a pressure of 760 mmHg. Distillation occurred when the temperature inside the flask was about 85 ° C. Distillation was continued until the distillate amount reached 500 g. The internal temperature at the end of the distillation was about 120 ° C. The flask contents were cooled to room temperature and analyzed for moisture concentration (Karl Fischer method), and it was 0.15% by mass. The volume average 50% cumulative particle diameter of the synthesized organosilica sol (OS-1) was measured by a dynamic light scattering method. The measurement result was as shown in FIG. In addition, the OS-1 particles were observed (50 k) using a transmission electron microscope (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, apparatus name “H-9500”). The results are shown in FIG.
Process (G)
When a part (50 g) of the organosilica sol (OS-1) produced in steps (A) to (F) was treated with 5 g of molecular sieve 4A (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., “25958-08”), the water concentration Decreased to 119 mass ppm. Since aggregation was not observed at this time, it became clear that the molecular sieve treatment is useful for reducing the moisture that could not be removed in the step (F).
Table 1 summarizes the results and steps.
[実施例2]
実施例1の工程(G)に代えて、下記工程(G’)を実施した。
工程(G’)
オルガノシリカゾル(OS−1)50gをオルト蟻酸エチル(日宝化学(株)製)2.5gで処理したところ、水分濃度が88.3ppmまで低下した。この際に凝集は見られなかったことから、工程(F)で除去しきれなかった水分の低減にオルト蟻酸エチル処理が有用であることが明らかとなった。
表1に結果と工程をまとめて示した。
[Example 2]
It replaced with the process (G) of Example 1, and implemented the following process (G ').
Process (G ')
When 50 g of organosilica sol (OS-1) was treated with 2.5 g of ethyl orthoformate (manufactured by Nichibo Chemical Co., Ltd.), the water concentration decreased to 88.3 ppm. Since no aggregation was observed at this time, it became clear that the treatment with ethyl orthoformate was useful for reducing the moisture that could not be removed in step (F).
Table 1 summarizes the results and steps.
[実施例3]
実施例1の工程(G)に代えて、下記工程(G”)を実施した。また、工程(F)においてPGMを400gまで共沸留去した後に、無機セラミック限外ろ過膜を用いてPGMを100gろ過した。
工程(G”)
オルガノシリカゾル(OS−1)50gをアセトンジメチルアセタール(関東化学(株)製)2.5gで処理したところ、水分濃度が31.3ppmまで低下した。この際に凝集は見られなかったことから、工程(F)で除去しきれなかった水分の低減にアセトンジメチルアセタール処理が有用であることが明らかとなった。
表1に結果と工程をまとめて示した。
[Example 3]
The following step (G ″) was carried out instead of the step (G) in Example 1. In addition, after the PGM was azeotropically distilled up to 400 g in the step (F), the PGM was obtained using an inorganic ceramic ultrafiltration membrane. 100 g of was filtered.
Process (G ")
When 50 g of organosilica sol (OS-1) was treated with 2.5 g of acetone dimethyl acetal (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), the water concentration decreased to 31.3 ppm. Since aggregation was not observed at this time, it became clear that the acetone dimethyl acetal treatment was useful for reducing the moisture that could not be removed in the step (F).
Table 1 summarizes the results and steps.
[実施例4]
オルガノチタニアゾル(OT−1)の合成
工程(A)
無機酸化物コロイド水分散液として、酸化チタン−酸化スズ複合酸化物を核とし、酸化ケイ素を殻とするコアシェル微粒子を分散質とし、水を分散媒とするものを調製した。先ず、核となる酸化チタン−酸化スズ複合酸化物微粒子を含有する分散液を製造し、次いで、テトラエトキシシランを加水分解縮合することで、コアシェル微粒子を含有するコロイド水分散液とした。
36質量%の塩化チタン(IV)水溶液(石原産業(株)製、製品名:TC−36)66.0gに塩化スズ(IV)五水和物(和光純薬工業(株)製)1.8gを添加し、よく混合した後、これをイオン交換水1,000gで希釈した。スズ成分の固溶量は2mol%であった。この金属塩水溶液混合物に5質量%のアンモニア水(和光純薬工業(株)製)300gを徐々に添加して中和、加水分解することによりスズを含有する水酸化チタンの沈殿物を得た。このときの水酸化チタンスラリーのpHは8であった。得られた水酸化チタンの沈殿物を、イオン交換水の添加とデカンテーションを繰り返して脱イオン処理した。この脱イオン処理後のスズを含有する水酸化チタン沈殿物に30質量%過酸化水素水(和光純薬工業(株)製)100gを徐々に添加し、その後60℃で3時間攪拌して十分に反応させた。その後、純水を添加して濃度調整を行うことにより、半透明のスズ含有ペルオキソチタン酸溶液(固形分濃度1質量%)を得た。容積500mLのオートクレーブ(耐圧硝子工業(株)製、製品名:TEM−D500)に、上記のように合成したペルオキソチタン酸溶液350mLを仕込み、これを200℃、1.5MPaの条件下、240分間水熱処理した。その後、オートクレーブ内の反応混合物を、サンプリング管を経由して、25℃の水浴中に保持した容器に排出し、急速に冷却することで反応を停止させ、酸化チタン分散液(i)を得た。なお、この酸化チタン分散液(i)中の酸化チタン−酸化スズ複合酸化物微粒子の動的光散乱法による体積平均50%累計粒子径は9nmであることを確認した。
磁気回転子と温度計を備えたセパラブルフラスコに、酸化チタン分散液(i)1,000質量部、エタノール100質量部、アンモニア2.0質量部を室温(25℃)で加えて磁気攪拌した。このセパラブルフラスコを氷浴に浸漬し、内容物温度が5℃になるまで冷却した。ここに、テトラエトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名「KBE−04」)18質量部を加えた後に、セパラブルフラスコをμReactorEx(四国計測工業(株)製)内に設置して、周波数2.45GHz、出力1,000Wのマイクロ波を1分間にわたって照射しながら磁気攪拌した。その間、温度計を観測して内容物温度が85℃に達するのを確認した。得られた混合物を定性ろ紙(Advantec 2B)でろ過して希薄コロイド溶液を得た。この希薄コロイド溶液を限外ろ過によって10質量%まで濃縮し、無機酸化物コロイド水分散液(WT−1)を得た。なお、この無機酸化物コロイド水分散液(WT−1)中のコアシェル微粒子の動的光散乱法による体積平均50%累計粒子径は12nmであることを確認した。WT−1(200g)を磁気攪拌子を備えた1,000mLのセパラブルフラスコに入れた。
工程(B)
先の工程(A)でWT−1を入れたフラスコに、イソブチルアルコール(デルタ化成(株)製)200gを入れた。コロイダルシリカとイソブチルアルコールは完全に相溶せず、2相を成した。なお、イソブチルアルコールの20℃における水に対する溶解度は、10(g/100g水)であった。
工程(C)
先の工程(A),(B)を経たフラスコに、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名「KBM−5103」)20gを入れた。該シランは主として有機層(イソブチルアルコール層)に溶解する様子が観察された。
工程(D)
先の工程(A)〜(C)を経たフラスコをマイクロ波照射装置(四国計測工業(株)製、製品名「μReactorEx」)のキャビティー内に入れた。磁気攪拌子を700rpmで回転させながら、マイクロ波を5分間照射した。マイクロ波の照射は液温が最高で82℃に達するように、該装置に内蔵のプログラムで制御した。マイクロ波照射後、液温が40℃になるまで室温で静置した。この際に、無機酸化物コロイド水分散液は懸濁状態であった。
工程(E)
先の工程(A)〜(D)を経たフラスコに、磁気攪拌子で攪拌(700rpm)しながら、有機溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテル(日本乳化剤(株)製)300gを添加した。有機溶媒添加後、反応液は均一で透明な状態を呈した。
工程(F)
先の工程(A)〜(E)を経たフラスコの内容物を蒸留用フラスコに移し、溶媒を760mmHgの圧力下において加熱留去した。フラスコ内温が約85℃の時点で留去が起こった。留出量が500gに達するまで留去を続けた。留去終了時の内温は約120℃であった。フラスコ内容物を室温まで冷却し、水分濃度の分析(カールフィッシャー法)を行ったところ0.20質量%であった。合成されたオルガノチタニアゾル(OT−1)の動的光散乱法による体積平均50%累計粒子径を測定した。測定結果は図3の通りであった。また、透過型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ(株)製、装置名「H−9500」)を用いてOT−1の粒子の観察(50k)を行った。結果を図4に示した。
工程(G)
工程(A)〜(F)で製造したオルガノチタニアゾル(OT−1)の一部(50g)をモレキュラーシーブ4A(関東化学(株)製、「25958−08」)5gで処理したところ、水分濃度が250質量ppmまで低下した。この際に凝集は見られなかったことから、工程(F)で除去しきれなかった水分の低減にモレキュラーシーブ処理が有用であることが明らかとなった。
表1に結果と工程をまとめて示した。
[Example 4]
Synthesis of organo titania sol (OT-1)
Process (A)
As an inorganic oxide colloidal water dispersion, a core-shell fine particle having a titanium oxide-tin oxide composite oxide as a core, a silicon oxide shell as a dispersoid, and water as a dispersion medium was prepared. First, a dispersion containing titanium oxide-tin oxide composite oxide fine particles serving as a nucleus was produced, and then tetraethoxysilane was hydrolyzed and condensed to obtain a colloidal aqueous dispersion containing core-shell fine particles.
36 mass% titanium chloride (IV) aqueous solution (Ishihara Sangyo Co., Ltd., product name: TC-36) 66.0 g and tin chloride (IV) pentahydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) After adding 8 g and mixing well, it was diluted with 1,000 g of ion-exchanged water. The solid solution amount of the tin component was 2 mol%. To this metal salt aqueous solution mixture, 300 g of 5% by mass ammonia water (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was gradually added to neutralize and hydrolyze to obtain a titanium hydroxide precipitate containing tin. . The pH of the titanium hydroxide slurry at this time was 8. The resulting precipitate of titanium hydroxide was deionized by repeatedly adding ion-exchanged water and decanting. 100 g of 30% by mass hydrogen peroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is gradually added to the titanium hydroxide precipitate containing tin after the deionization treatment, and then sufficiently stirred for 3 hours at 60 ° C. To react. Thereafter, the concentration was adjusted by adding pure water to obtain a translucent tin-containing peroxotitanic acid solution (solid content concentration 1 mass%). 350 mL of the peroxotitanic acid solution synthesized as described above was charged into an autoclave having a volume of 500 mL (product name: TEM-D500, manufactured by Pressure Glass Co., Ltd.), and this was carried out for 240 minutes at 200 ° C. and 1.5 MPa. Hydrothermally treated. Thereafter, the reaction mixture in the autoclave was discharged into a container held in a water bath at 25 ° C. via a sampling tube, and the reaction was stopped by rapidly cooling to obtain a titanium oxide dispersion (i). . In addition, it was confirmed that the volume average 50% cumulative particle diameter of the titanium oxide-tin oxide composite oxide fine particles in the titanium oxide dispersion liquid (i) was 9 nm by a dynamic light scattering method.
To a separable flask equipped with a magnetic rotor and a thermometer, 1,000 parts by mass of titanium oxide dispersion (i), 100 parts by mass of ethanol, and 2.0 parts by mass of ammonia were added at room temperature (25 ° C.) and magnetically stirred. . The separable flask was immersed in an ice bath and cooled until the content temperature reached 5 ° C. After adding 18 parts by mass of tetraethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name “KBE-04”), the separable flask was set in μReactorEx (manufactured by Shikoku Keiki Kogyo Co., Ltd.). Then, magnetic stirring was performed while irradiating a microwave with a frequency of 2.45 GHz and an output of 1,000 W for 1 minute. Meanwhile, a thermometer was observed to confirm that the content temperature reached 85 ° C. The obtained mixture was filtered with a qualitative filter paper (Advantec 2B) to obtain a diluted colloidal solution. The diluted colloidal solution was concentrated to 10% by mass by ultrafiltration to obtain an inorganic oxide colloidal aqueous dispersion (WT-1). In addition, it confirmed that the volume average 50% cumulative particle diameter by the dynamic light scattering method of the core-shell fine particles in this inorganic oxide colloid water dispersion (WT-1) was 12 nm. WT-1 (200 g) was placed in a 1,000 mL separable flask equipped with a magnetic stir bar.
Process (B)
200 g of isobutyl alcohol (manufactured by Delta Kasei Co., Ltd.) was placed in the flask containing WT-1 in the previous step (A). Colloidal silica and isobutyl alcohol were not completely compatible and formed two phases. The solubility of isobutyl alcohol in water at 20 ° C. was 10 (g / 100 g water).
Process (C)
20 g of 3-acryloyloxypropyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name “KBM-5103”) was put into the flask after the previous steps (A) and (B). It was observed that the silane was mainly dissolved in the organic layer (isobutyl alcohol layer).
Process (D)
The flask which passed through previous process (A)-(C) was put in the cavity of a microwave irradiation apparatus (The product name "microReactorEx" by Shikoku Keiki Kogyo KK). While rotating the magnetic stir bar at 700 rpm, microwaves were irradiated for 5 minutes. The microwave irradiation was controlled by a program built in the apparatus so that the liquid temperature reached 82 ° C. at the maximum. After microwave irradiation, the solution was allowed to stand at room temperature until the liquid temperature reached 40 ° C. At this time, the inorganic oxide colloid aqueous dispersion was in a suspended state.
Process (E)
While stirring with a magnetic stirrer (700 rpm), 300 g of propylene glycol monomethyl ether (manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd.) was added to the flask through the previous steps (A) to (D). After the addition of the organic solvent, the reaction solution was uniform and transparent.
Process (F)
The contents of the flask after the previous steps (A) to (E) were transferred to a distillation flask, and the solvent was distilled off by heating under a pressure of 760 mmHg. Distillation occurred when the temperature inside the flask was about 85 ° C. Distillation was continued until the distillate amount reached 500 g. The internal temperature at the end of the distillation was about 120 ° C. The flask contents were cooled to room temperature and analyzed for moisture concentration (Karl Fischer method). As a result, the content was 0.20% by mass. The volume average 50% cumulative particle diameter of the synthesized organotitania sol (OT-1) was measured by a dynamic light scattering method. The measurement results were as shown in FIG. Moreover, observation of the particles of OT-1 (50 k) was performed using a transmission electron microscope (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, apparatus name “H-9500”). The results are shown in FIG.
Process (G)
When a part (50 g) of the organotitania sol (OT-1) produced in steps (A) to (F) was treated with 5 g of molecular sieve 4A (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., “25958-08”), the water concentration Decreased to 250 ppm by mass. Since aggregation was not observed at this time, it became clear that the molecular sieve treatment is useful for reducing the moisture that could not be removed in the step (F).
Table 1 summarizes the results and steps.
[実施例5]
実施例4で行った工程(B)において、イソブチルアルコール200gに代えて1−ブタノール200gを用いて実施した他は実施例4と同様の操作を行った。1−ブタノールの20℃における水に対する溶解度は7.7(g/100g水)であった。
表1に結果と工程をまとめて示した。
[Example 5]
The same operation as in Example 4 was performed except that, in the step (B) performed in Example 4, 200 g of 1-butanol was used instead of 200 g of isobutyl alcohol. The solubility of 1-butanol in water at 20 ° C. was 7.7 (g / 100 g water).
Table 1 summarizes the results and steps.
[実施例6]
実施例4で行った工程(B)において、イソブチルアルコール200gに代えて2−ブタノール200gを用いて実施した他は実施例4と同様の操作を行った。2−ブタノールの20℃における水に対する溶解度は26(g/100g水)であった。
表1に結果と工程をまとめて示した。
[Example 6]
The same operation as in Example 4 was performed except that, in the step (B) performed in Example 4, 200 g of 2-butanol was used instead of 200 g of isobutyl alcohol. The solubility of 2-butanol in water at 20 ° C. was 26 (g / 100 g water).
Table 1 summarizes the results and steps.
[実施例7]
実施例4で行った工程(B)において、イソブチルアルコール200gに代えてシクロペンタノール200gを用いて実施した他は実施例4と同様の操作を行った。シクロペンタノールの20℃における水に対する溶解度は1.2(g/100g水)であった。
表1に結果と工程をまとめて示した。
[Example 7]
The same operation as in Example 4 was performed except that in Step (B) performed in Example 4, 200 g of cyclopentanol was used instead of 200 g of isobutyl alcohol. The solubility of cyclopentanol in water at 20 ° C. was 1.2 (g / 100 g water).
Table 1 summarizes the results and steps.
[実施例8]
実施例4で行った工程(C)において、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン20gに代えてn−プロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、製品名「KBM−3033」)20gを用いて実施した他は実施例4と同様の操作を行った。
表1に結果と工程をまとめて示した。
[Example 8]
In the step (C) performed in Example 4, 20 g of n-propyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name “KBM-3033”) was used instead of 20 g of 3-acryloyloxypropyltrimethoxysilane. The same operation as in Example 4 was performed except that the above was performed.
Table 1 summarizes the results and steps.
[実施例9]
実施例4で行った工程(C)において、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン20gに代えてビニルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、製品名「KBM−1003」)20gを用いて実施した他は実施例4と同様の操作を行った。
表1に結果と工程をまとめて示した。
[Example 9]
In the step (C) performed in Example 4, 20 g of vinyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name “KBM-1003”) was used instead of 20 g of 3-acryloyloxypropyltrimethoxysilane. Otherwise, the same operation as in Example 4 was performed.
Table 1 summarizes the results and steps.
[実施例10]
実施例4で行った工程(E)において、プロピレングリコールモノメチルエーテル300gに代えて、ダイアセトンアルコール300gを用いて実施した他は実施例4と同様の操作を行った。
表2に結果と工程をまとめて示した。
[Example 10]
The same operation as in Example 4 was performed except that in Step (E) performed in Example 4, 300 g of diacetone alcohol was used instead of 300 g of propylene glycol monomethyl ether.
Table 2 summarizes the results and steps.
[実施例11]
実施例4で行った工程(E)において、プロピレングリコールモノメチルエーテル300gに代えて、混合溶媒(プロピレングリコールモノメチルエーテル:リグロイン=9:1)300gを用いて実施した他は実施例4と同様の操作を行った。
表2に結果と工程をまとめて示した。
[Example 11]
The same operation as in Example 4 except that in the step (E) performed in Example 4, 300 g of a mixed solvent (propylene glycol monomethyl ether: ligroin = 9: 1) was used instead of 300 g of propylene glycol monomethyl ether. Went.
Table 2 summarizes the results and steps.
[比較例1]
実施例4で行った工程(B)において、イソブチルアルコール200gに代えてメタノール200gを使用して実施したところ、分散質の凝集が見られた。メタノールの20℃における水に対する溶解度は∞(任意混合)であった。
表2に結果と工程をまとめて示した。
[Comparative Example 1]
In the step (B) performed in Example 4, when 200 g of methanol was used instead of 200 g of isobutyl alcohol, agglomeration of dispersoids was observed. The solubility of methanol in water at 20 ° C. was ∞ (arbitrary mixing).
Table 2 summarizes the results and steps.
[比較例2]
実施例4で行った工程(B)において、イソブチルアルコール200gに代えてエタノール200gを使用して実施したところ、分散質の凝集が見られた。エタノールの20℃における水に対する溶解度は∞(任意混合)であった。
表2に結果と工程をまとめて示した。
[Comparative Example 2]
In the step (B) performed in Example 4, when 200 g of ethanol was used instead of 200 g of isobutyl alcohol, aggregation of dispersoids was observed. The solubility of ethanol in water at 20 ° C. was ∞ (arbitrary mixing).
Table 2 summarizes the results and steps.
[比較例3]
実施例4で行った工程(B)において、イソブチルアルコール200gに代えて2−プロパノール200gを使用して実施したところ、分散質の凝集が見られた。2−プロパノールの20℃における水に対する溶解度は∞(任意混合)であった。
表2に結果と工程をまとめて示した。
[Comparative Example 3]
In the step (B) performed in Example 4, when 200 g of 2-propanol was used instead of 200 g of isobutyl alcohol, dispersoid aggregation was observed. The solubility of 2-propanol in water at 20 ° C. was ∞ (arbitrary mixing).
Table 2 summarizes the results and steps.
[比較例4]
実施例4で行った工程(B)において、イソブチルアルコール200gに代えて1−デカノール200gを使用して実施したところ、分散質の凝集が見られた。1−デカノールの20℃における水に対する溶解度は0.1(g/100g水)であった。
表2に結果と工程をまとめて示した。
[Comparative Example 4]
In the step (B) performed in Example 4, when 200 g of 1-decanol was used instead of 200 g of isobutyl alcohol, dispersoid aggregation was observed. The solubility of 1-decanol in water at 20 ° C. was 0.1 (g / 100 g water).
Table 2 summarizes the results and steps.
[比較例5]
実施例4で行った工程(D)において、マイクロ波加熱に代えてオイルバスで内温が82℃になるように加熱した。加熱に要した時間は1時間であった。この際に分散質の凝集が見られた。
表2に結果と工程をまとめて示した。
[Comparative Example 5]
In the process (D) performed in Example 4, it heated so that it might become 82 degreeC with an oil bath instead of microwave heating. The time required for heating was 1 hour. At this time, aggregation of dispersoids was observed.
Table 2 summarizes the results and steps.
[比較例6]
実施例4で行った工程(G)において、乾燥剤としてモレキュラーシーブ4A5gに代えて硫酸ナトリウムを同量用いた。この際に分散質の凝集が見られた。
表2に結果と工程をまとめて示した。
[Comparative Example 6]
In the step (G) performed in Example 4, the same amount of sodium sulfate was used as a desiccant in place of 5 g of molecular sieve 4A. At this time, aggregation of dispersoids was observed.
Table 2 summarizes the results and steps.
[比較例7]
実施例4で行った工程(G)において、乾燥剤としてモレキュラーシーブ4A5gに代えて硫酸マグネシウムを同量用いた。この際に分散質の凝集が見られた。
表2に結果と工程をまとめて示した。
[Comparative Example 7]
In the step (G) performed in Example 4, the same amount of magnesium sulfate was used as a desiccant in place of 5 g of molecular sieve 4A. At this time, aggregation of dispersoids was observed.
Table 2 summarizes the results and steps.
表1,2における略号の意味は次の通りである。
工程(A)
STO:コロイダルシリカ水分散液、日産化学工業(株)製、製品名「スノーテックスO」
TiO2@SiO2:実施例4−工程(A)で製造方法を示したシリカ被覆酸化チタン水分散液
工程(B)
IBA:イソブチルアルコール
1−BuOH:1−ブタノール
2−BuOH:2−ブタノール
CypOH:シクロペンタノール
MeOH:メタノール
EtOH:エタノール
IPA:イソプロピルアルコール
1−DecOH:1−デカノール
工程(C)
KBM−5103:3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン
KBM−3033:n−プロピルトリメトキシシラン
KBM−1003:ビニルトリメトキシシラン
工程(D)
MW:マイクロ波加熱
OB:オイルバス加熱
工程(E)
PGM:プロピレングリコールモノメチルエーテル
DAA:ダイアセトンアルコール
LG:リグロイン
工程(F)
AD:共沸留去(Azeotropic Distillation)
UF:限外ろ過(Ultra Filtration)
工程(G)
MS4A:モレキュラーシーブ4A
OFE:オルト蟻酸エチル
DMP:アセトンジメチルアセタール(2,2−ジメトキシプロパン)
Na2SO4:硫酸ナトリウム
MgSO4:硫酸マグネシウム
結果
「○」:凝集が発生せずにオルガノゾルが得られたものであって動的光散乱法によって測定した体積平均の50%累計粒子径が200nm以下であったもの
「×」:凝集が発生したものであって動的光散乱法によって測定した体積平均の50%累計粒子径が200nmより大きかったもの
The meanings of the abbreviations in Tables 1 and 2 are as follows.
Process (A)
STO: Colloidal silica aqueous dispersion, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., product name “Snowtex O”
TiO 2 @SiO 2 : Example 4 Silica-coated titanium oxide aqueous dispersion step (B) showing the production method in step (A)
IBA: isobutyl alcohol 1-BuOH: 1-butanol 2-BuOH: 2-butanol CypOH: cyclopentanol MeOH: methanol EtOH: ethanol IPA: isopropyl alcohol 1-DecOH: 1-decanol Step (C)
KBM-5103: 3-acryloyloxypropyltrimethoxysilane KBM-3033: n-propyltrimethoxysilane KBM-1003: vinyltrimethoxysilane Step (D)
MW: Microwave heating OB: Oil bath heating process (E)
PGM: Propylene glycol monomethyl ether DAA: Diacetone alcohol LG: Ligroin process (F)
AD: azeotropic distillation (A zeotropic D istillation)
UF: ultrafiltration (U ltra F iltration)
Process (G)
MS4A: Molecular sieve 4A
OFE: ethyl orthoformate DMP: acetone dimethyl acetal (2,2-dimethoxypropane)
Na 2 SO 4 : Sodium sulfate MgSO 4 : Magnesium sulfate Result “◯”: An organosol was obtained without agglomeration, and the volume average 50% cumulative particle size measured by the dynamic light scattering method was 200 nm. What was below “×”: agglomeration occurred, 50% cumulative particle diameter of volume average measured by dynamic light scattering method was larger than 200 nm
実施例及び比較例の説明
無機酸化物コロイド水分散液として、実施例1〜3はコロイダルシリカゾルを、実施例4〜11では水分散チタニアゾルを用いて実施している。このように、本発明は種々の無機酸化物コロイド水分散液に適用可能であることが示唆された。
工程(B)では、水に対する溶解度が約1〜30のアルコールを用いて実施した場合には良好な結果を示すが、水と任意に混合するアルコール(比較例1〜3)や溶解度の小さいもの(比較例4)を用いた場合には、良好な結果を与えなかった。このような特定の溶解度のアルコールを表面処理工程に用いることの有用性はこれまでに知られていなかった。
工程(C)では、多様な炭素官能基を有するシランが利用できることが明らかとなった。
工程(D)では、マイクロ波の加熱が重要であることが実施例1〜11から明らかとなった。なお、オイルバスの加熱は好適に用いることができなかった(比較例5)。このようなオルガノゾル製造の表面処理工程におけるマイクロ波の有用性はこれまでに知られていなかった。
工程(F)では共沸留去及び限外ろ過を利用できることが分かった。
工程(G)では、モレキュラーシーブ及びアセタール系化合物を好適に用いることができるのに対し(実施例1〜11)、無水塩(比較例6,7)では凝集が発生した。このようにオルガノゾルに適用可能な脱水剤の選択はこれまでに知られていなかった。
Description of Examples and Comparative Examples As inorganic oxide colloidal aqueous dispersions, Examples 1 to 3 are carried out using colloidal silica sol, and Examples 4 to 11 are carried out using water-dispersed titania sol. Thus, it was suggested that the present invention is applicable to various inorganic oxide colloid aqueous dispersions.
In the step (B), when an alcohol having a solubility in water of about 1 to 30 is used, good results are shown. However, alcohol (comparative examples 1 to 3) arbitrarily mixed with water and a low solubility When (Comparative Example 4) was used, good results were not given. The usefulness of using an alcohol having such a specific solubility in the surface treatment process has not been known so far.
In the step (C), it became clear that silanes having various carbon functional groups can be used.
It became clear from Examples 1-11 that the heating of a microwave is important in a process (D). In addition, the heating of the oil bath could not be used suitably (Comparative Example 5). The usefulness of microwaves in the surface treatment process for producing such organosols has not been known so far.
It was found that azeotropic distillation and ultrafiltration can be used in step (F).
In the step (G), molecular sieves and acetal compounds can be suitably used (Examples 1 to 11), whereas aggregation was generated in the anhydrous salts (Comparative Examples 6 and 7). Thus, selection of the dehydrating agent applicable to organosol was not known until now.
図1はオルガノシリカゾル(OS−1)の粒子径分布の測定結果である。図1から、本発明の手法では分散媒が有機溶媒に完全に置換されても凝集が発生していないことが明らかとなった。
図2はOS−1の透過型電子顕微鏡画像である。図2から、分散質のシリカ成分はモルフォロジーを変化させていないことが明らかとなり、本発明の手法は無機酸化物粒子の核自体を化学変化させることのない温和な手法であることが明らかとなった。
図3はオルガノチタニアゾル(OT−1)の粒子径分布の測定結果である。図3から、本発明の手法では分散媒が有機溶媒に完全に置換されても凝集が発生していないことが明らかとなった。
図4はOT−1の透過型電子顕微鏡画像である。図4から、分散質のチタニア成分はモルフォロジーを変化させていないことが明らかとなり、本発明の手法は無機酸化物粒子の核自体を化学変化させることのない温和な手法であることが明らかとなった。
図1〜4の結果は、「完全な溶媒置換」と「温和で凝集が発生していない」という二つの課題を両立して解決したことを示している。これら実施例及び比較例は、本発明の有用性を示すための典型的な例であり、本発明の範囲を制限するものではない。
FIG. 1 shows the measurement results of the particle size distribution of organosilica sol (OS-1). From FIG. 1, it has been clarified that no aggregation occurs even when the dispersion medium is completely substituted with an organic solvent in the method of the present invention.
FIG. 2 is a transmission electron microscope image of OS-1. FIG. 2 reveals that the silica component of the dispersoid does not change the morphology, and that the method of the present invention is a mild method that does not chemically change the core of the inorganic oxide particles. It was.
FIG. 3 shows the measurement results of the particle size distribution of organotitania sol (OT-1). From FIG. 3, it has been clarified that no aggregation occurs even when the dispersion medium is completely substituted with an organic solvent in the method of the present invention.
FIG. 4 is a transmission electron microscope image of OT-1. FIG. 4 reveals that the dispersoid titania component does not change the morphology, and that the method of the present invention is a mild method that does not chemically change the core of the inorganic oxide particles. It was.
The results in FIGS. 1 to 4 indicate that the two problems of “complete solvent replacement” and “mild and no aggregation” have been solved in a balanced manner. These Examples and Comparative Examples are typical examples for showing the usefulness of the present invention, and do not limit the scope of the present invention.
本発明によって製造されたオルガノゾルは、無機酸化物微粒子を用いる分野に応用が可能である。例えば、塗料組成物、発光素子封止材、熱伝導性組成物などへの応用が考えられる。これらの分野では、無機酸化物微粒子を高度に分散させるために様々な機械的手法が用いられていたが、バインダーとの相溶性に優れたオルガノゾルを使用すれば組成物化の手法簡便化に貢献することができる。特に、高透明性、高耐候性、高熱伝導性などが要求される分野にも好適に用いることができる。また本発明では、入手容易又は合成容易な水分散ゾルからオルガノゾルを製造することができるため、組成物化の際の材料選択の幅を大きく広げることができ、当該分野の産業発展に資すると考えられる。 The organosol produced according to the present invention can be applied to the field using inorganic oxide fine particles. For example, the application to a coating composition, a light emitting element sealing material, a heat conductive composition, etc. can be considered. In these fields, various mechanical techniques have been used to disperse inorganic oxide fine particles to a high degree. However, using organosols with excellent compatibility with binders contributes to simplification of the composition technique. be able to. In particular, it can be suitably used in fields that require high transparency, high weather resistance, high thermal conductivity, and the like. Further, in the present invention, an organosol can be produced from a readily available or easily synthesized water-dispersed sol, so that the range of material selection at the time of composition can be greatly widened, which is considered to contribute to industrial development in this field. .
Claims (11)
(B)水と完全には相溶せず2相系を形成することを特徴とするアルコールを添加する工程、
(C)下記一般式(1)
R1 pR2 qR3 rSi(OR4)4-p-q-r (1)
(式中、R1は水素原子、非置換もしくは置換の炭素数1以上20以下の1価炭化水素基、ケイ素原子数50以下のポリジメチルシロキサン基、又はイソシアヌレート基であり、R2、R3及びR4はそれぞれ炭素数1以上6以下のアルキル基である。pは1〜3の整数、qは0,1又は2、rは0,1又は2であり、p+q+rは1〜3の整数である。)
で示される有機ケイ素化合物及び/又はその部分加水分解縮合物もしくは加水分解縮合物を添加する工程、
(D)マイクロ波を照射する工程、
(E)有機溶媒を添加する工程、及び
(F)共沸蒸留及び/又は限外ろ過によって水を留去する工程
からなる水性コロイド溶液の溶媒置換を経るオルガノゾルの製造方法。 (A) preparing an inorganic oxide colloid aqueous dispersion,
(B) adding alcohol characterized in that it is not completely compatible with water and forms a two-phase system;
(C) The following general formula (1)
R 1 p R 2 q R 3 r Si (OR 4 ) 4-pqr (1)
(In the formula, R 1 is a hydrogen atom, non-substituted or substituted carbon atoms 1 to 20 monovalent hydrocarbon group, a silicon atom number of 50 or less polydimethylsiloxane group, or an isocyanurate group, R 2, R 3 and R 4 are each an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, p is an integer of 1 to 3, q is 0, 1 or 2, r is 0, 1 or 2, and p + q + r is 1 to 3. (It is an integer.)
A step of adding an organosilicon compound and / or a partially hydrolyzed condensate or hydrolyzed condensate thereof,
(D) a step of irradiating microwaves;
(E) The manufacturing method of the organosol through the solvent substitution of the aqueous colloidal solution which consists of the process of adding an organic solvent, and the process of (F) distilling off water by azeotropic distillation and / or ultrafiltration.
(R5O)(R6O)CR7R8 (2)
(式中、R5及びR6はそれぞれ炭素数1以上10以下の1価炭化水素基であって、互いに結合して環を形成してもよく、またR7及びR8はそれぞれ炭素数1以上10以下の1価炭化水素基であって、互いに結合して環を形成してもよい。)
で示されるgem−ジアルコキシアルカンを用いた化学反応を伴う方法であることを特徴とする請求項2〜9のいずれか1項に記載のオルガノゾルの製造方法。 In the step (G), a method for removing water up to 1,000 ppm or less is an ortho organic acid ester or the following general formula (2)
(R 5 O) (R 6 O) CR 7 R 8 (2)
(In the formula, R 5 and R 6 are each a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, which may be bonded to each other to form a ring, and R 7 and R 8 each have 1 carbon atom. 10 or less monovalent hydrocarbon groups which may be bonded to each other to form a ring.
The method for producing an organosol according to any one of claims 2 to 9, wherein the method involves a chemical reaction using a gem-dialkoxyalkane represented by formula (1).
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