JP5969300B2 - Manufacturing method of UV shielding material - Google Patents

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Description

本発明は、紫外線遮蔽素材の製造方法に関する。 The present invention relates to a process for the production of ultraviolet shielding material.

近年、様々な分野で紫外線の遮蔽が求められている。紫外線は太陽光線の中にも含まれており、人体に照射されれば日焼けやシミの発生等の原因となり、肌の老化の原因となる可能性があるばかりか、近年では、眼病の原因となる可能性も指摘されている。また、人体に限らず、紙やプラスチック、ゴムなどに長時間紫外線が照射されると、紫外線の持つエネルギーにより変色したり、劣化したりすることの原因となる。   In recent years, there has been a demand for shielding ultraviolet rays in various fields. Ultraviolet rays are also contained in sunlight, and if irradiated to the human body, it may cause sunburn, spots, etc., and may cause skin aging. The possibility of becoming is also pointed out. Further, when ultraviolet rays are irradiated not only on the human body but also on paper, plastics, rubber, etc. for a long time, it may cause discoloration or deterioration due to the energy of the ultraviolet rays.

これに対して、紫外線を遮蔽する種々の紫外線遮蔽素材が知られている。紫外線遮蔽素材としては、例えば、酸化チタンや酸化亜鉛が知られている。対象物の表面を酸化チタンや酸化亜鉛で覆うことにより、紫外線が反射・散乱することにより、対象物に紫外線が照射されることを防いでいる。   On the other hand, various ultraviolet shielding materials that shield ultraviolet rays are known. As an ultraviolet shielding material, for example, titanium oxide and zinc oxide are known. By covering the surface of the target object with titanium oxide or zinc oxide, the target object is prevented from being irradiated with the ultraviolet light by being reflected and scattered.

しかしながら、紫外線遮蔽素材として酸化チタンを使用した場合には、酸化チタンが光を吸収する際に生じる光触媒効果によって強力な酸化還元能力が発現し、周囲の有機物を分解してしまうという問題点がある。このため、例えば、化粧品等として肌に塗布した場合には、紫外線の遮蔽効果が期待できる一方で、メラニンやシミの発生等老化の原因となる可能性が指摘されており、そのまま使用することは難しいという課題がある。また、対象物の表面に塗剤等として塗布した場合には、酸化チタンによって紫外線の遮蔽効果が期待される一方で、酸化チタンの酸化還元能力により、塗剤や対象物の表面の有機物を分解し、期待する劣化防止効果が得られないという課題がある。   However, when titanium oxide is used as an ultraviolet shielding material, there is a problem that a strong redox ability is developed due to a photocatalytic effect generated when titanium oxide absorbs light, and the surrounding organic substances are decomposed. . For this reason, for example, when it is applied to the skin as cosmetics, etc., it can be expected to have an ultraviolet shielding effect, but it has been pointed out that it may cause aging such as the occurrence of melanin and stains. There is a problem that it is difficult. In addition, when applied to the surface of an object as a coating agent, etc., titanium oxide is expected to block UV rays, while the oxidation / reduction ability of titanium oxide decomposes organic substances on the surface of the coating material and the object. However, there is a problem that the expected deterioration prevention effect cannot be obtained.

また、酸化チタンや酸化亜鉛は、顔料として使用されていることから明らかなように、
白色を有する。このため、酸化チタンを使用した化粧品や塗剤は白色となり、透明な化粧
品や塗剤とすることができないという課題がある。
As is clear from the fact that titanium oxide and zinc oxide are used as pigments,
Has a white color. For this reason, the cosmetics and coating agent using a titanium oxide become white, and there exists a subject that it cannot be set as a transparent cosmetics and coating agent.

対象物を紫外線から保護するための紫外線遮蔽素材が熱望されている中、本発明者らは、酸化チタンナノチューブの表面に自己組織膜を形成することにより、紫外線吸収材料として好適に使用することのできる機能性材料を発明した(特許文献1)。この文献に記載の機能性材料では、酸化チタンナノチューブの表面に自己組織膜を形成することにより、酸化チタンの有する光触媒活性を抑制している。このように、酸化チタンナノチューブの表面に自己組織膜を形成することにより、遮蔽素材として酸化チタンナノチューブを使用できる可能性が示された。   While an ultraviolet shielding material for protecting an object from ultraviolet rays has been eagerly desired, the present inventors can use it suitably as an ultraviolet absorbing material by forming a self-organized film on the surface of the titanium oxide nanotube. A functional material that can be produced has been invented (Patent Document 1). In the functional material described in this document, the photocatalytic activity of titanium oxide is suppressed by forming a self-organized film on the surface of the titanium oxide nanotube. Thus, the possibility that a titanium oxide nanotube can be used as a shielding material by forming a self-organized film on the surface of the titanium oxide nanotube was shown.

特開2009−208988号公報JP 2009-208988 A

しかしながら、酸化チタンナノチューブ又は自己組織膜を形成した酸化チタンナノチューブを水に溶かした場合には、非常に高い凝集性を有する。これは、酸化チタンナノチューブがチューブ形状であるというその立体的な性質と、酸化チタンナノチューブの表面に多数の水酸基が存在することにより、水酸基同士が水中で結合しやすいという化学的な性質によるものであると考えられる。特許文献1では、酸化チタンナノチューブの表面に存在する水酸基を自己組織膜で覆うことによって水酸基同士が結合すことを妨げてはいるが、十分とは言えない。事実、特許文献1では、修飾酸化チタンナノチューブが1180ppm、未修飾酸化チタンナノチューブが3440ppmの濃度でそれぞれ水中に分散させており、これ以上の濃度における水性溶媒への分散性については何ら開示されていない。   However, when titanium oxide nanotubes or titanium oxide nanotubes having a self-organized film are dissolved in water, they have very high cohesiveness. This is due to the three-dimensional nature of titanium oxide nanotubes in the shape of a tube and the chemical nature of the ability of hydroxyl groups to bond easily in water due to the presence of numerous hydroxyl groups on the surface of titanium oxide nanotubes. It is believed that there is. In Patent Document 1, the hydroxyl groups existing on the surface of the titanium oxide nanotubes are covered with the self-organized film to prevent the hydroxyl groups from being bonded to each other, but this is not sufficient. In fact, Patent Document 1 disperses modified titanium oxide nanotubes in water at a concentration of 1180 ppm and unmodified titanium oxide nanotubes at a concentration of 3440 ppm, respectively, and does not disclose any dispersibility in an aqueous solvent at a concentration higher than this. .

紫外線遮蔽素材として酸化チタンナノチューブを使用するためには、上述した濃度では不十分である。このため、高濃度であっても水性溶媒に十分に分散可能な酸化チタンナノチューブの開発が熱望されていた。一方で、酸化チタンは白色を有するため、高濃度にすると、白色を帯びることになる。このため、高い紫外線遮蔽効果が求められるため高濃度で分散することと、高濃度でも透明性を保つこととの二つの要求を満たす紫外線遮蔽素材の開発が熱望されている。   In order to use titanium oxide nanotubes as an ultraviolet shielding material, the above-described concentration is insufficient. For this reason, development of a titanium oxide nanotube that can be sufficiently dispersed in an aqueous solvent even at a high concentration has been eagerly desired. On the other hand, since titanium oxide has a white color, it becomes white when the concentration is high. For this reason, since the high ultraviolet-ray shielding effect is calculated | required, development of the ultraviolet-ray shielding material which satisfy | fills two requirements of disperse | distributing at high concentration and maintaining transparency also at high concentration is eagerly desired.

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、優れた紫外線遮蔽効果を有しながら、水性溶媒に対して優れた分散性を有し、透明性に優れた紫外線遮蔽素材の製造方法を提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and has a superior dispersibility in an aqueous solvent while having an excellent ultraviolet shielding effect, and a method for producing an ultraviolet shielding material excellent in transparency. The main purpose is to provide

本発明者らは、上述した主目的を達成するために、水熱合成により酸化チタンから酸化チタンナノチューブを合成する合成ステップと、前記合成ステップで合成した酸化チタンナノチューブとビーズとを混合した状態で前記酸化チタンナノチューブと前記ビーズとを攪拌する攪拌ステップと、前記酸化チタンナノチューブに超音波を照射する超音波処理ステップと、を含む方法で製造されることで、チューブ長が150ナノメートルより大きく1000ナノメートルより短い酸化チタンナノチューブが水性溶媒に分散してなることにより、水性溶媒に十分な分散性を有し、高い紫外線遮蔽効果と透明性とが両立可能な紫外線遮蔽素材を見いだし、本発明を完成するに至った。   In order to achieve the main object described above, the inventors have synthesized a synthesis step of synthesizing titanium oxide nanotubes from titanium oxide by hydrothermal synthesis, and a mixture of the titanium oxide nanotubes synthesized in the synthesis step and beads. The tube length is greater than 150 nanometers by being manufactured by a method including a stirring step of stirring the titanium oxide nanotubes and the beads and an ultrasonic treatment step of irradiating the titanium oxide nanotubes with ultrasonic waves. By dispersing titanium oxide nanotubes shorter than nanometers in an aqueous solvent, an ultraviolet shielding material having sufficient dispersibility in an aqueous solvent and having both a high ultraviolet shielding effect and transparency can be found. It came to be completed.

すなわち、本発明の紫外線遮蔽素材の製造方法は、
水熱合成により酸化チタンから酸化チタンナノチューブを合成する合成ステップと、
前記合成ステップで合成した酸化チタンナノチューブとビーズとを混合した状態で前記酸化チタンナノチューブと前記ビーズとを攪拌する攪拌ステップと、
前記酸化チタンナノチューブに超音波を照射する超音波処理ステップと、
を含むことで、
チューブ長が150ナノメートルより大きく1000ナノメートルより短い酸化チタンナノチューブが水性溶媒に分散してなることを特徴とする、
紫外線遮蔽素材の製造方法である。
That is, the manufacturing method of the ultraviolet shielding material of the present invention is:
A synthesis step of synthesizing titanium oxide nanotubes from titanium oxide by hydrothermal synthesis;
A stirring step of stirring the titanium oxide nanotubes and the beads in a state where the titanium oxide nanotubes and beads synthesized in the synthesis step are mixed; and
An ultrasonic treatment step of irradiating the titanium oxide nanotube with ultrasonic waves;
By including
Titanium oxide nanotubes having a tube length larger than 150 nanometers and shorter than 1000 nanometers are dispersed in an aqueous solvent,
This is a method for producing an ultraviolet shielding material.

本発明の紫外線遮蔽素材の製造方法において、前記合成ステップは、アルカリ性雰囲気下であり、かつ、常圧より高い圧力下で合成する合成ステップであってもよい。ここで、アルカリ性雰囲気下とは、pHが13以上であることが好ましい。このとき、10mol/dm(以下、「M」と言う。)以上の水酸化ナトリウムによりpH13以上とすることが好ましく、15M以上の水酸化ナトリウムによりpH13以上とすることがより好ましい。また、常圧より高い圧力とは、圧力が0.2メガパスカル以上0.6メガパスカル以下が好ましく、0.25メガパスカル以上0.35メガパスカル以下がより好ましい。水熱合成を行う際の圧力を0.2メガパスカル以上の圧力とすることで、酸化チタンを十分にナノチューブ形状にすることができる。こうすることにより、紫外線の遮蔽効果を保ちつつ、水性溶媒に溶かした際に、十分な透明性を維持することができる。 In the method for producing an ultraviolet shielding material of the present invention, the synthesis step may be a synthesis step in which synthesis is performed in an alkaline atmosphere and under a pressure higher than normal pressure. Here, the alkaline atmosphere preferably has a pH of 13 or more. At this time, the pH is preferably 13 or more with sodium hydroxide of 10 mol / dm 3 (hereinafter referred to as “M”) or more, and more preferably 13 or more with sodium hydroxide of 15 M or more. The pressure higher than the normal pressure is preferably 0.2 to 0.6 megapascal, more preferably 0.25 to 0.35 megapascal. By setting the pressure at the time of hydrothermal synthesis to a pressure of 0.2 megapascals or more, the titanium oxide can be sufficiently made into a nanotube shape. By doing so, sufficient transparency can be maintained when dissolved in an aqueous solvent while maintaining the ultraviolet shielding effect.

本発明の紫外線遮蔽素材の製造方法において、前記酸化チタンナノチューブが懸濁した懸濁液のpHが中性領域になるまで中和する中和ステップと、を更に含むものであってもよい。このとき、中性領域とは、pH7.0以上pH8.0以下が好ましく、pH7.0がより好ましい。アルカリ性雰囲気下で行う合成ステップにより、酸化チタンナノチューブがアルカリ塩状態であるため、pHが7.0以上pH8.0以下となるまで中和することにより、水性溶媒への溶解度及び分散性を向上させることができる。また、pH7.0となるまで中和することにより、品質を一定に保ち、溶解度及び分散性を更に向上させることができる。 The method for producing an ultraviolet shielding material of the present invention may further include a neutralization step of neutralizing until the pH of the suspension in which the titanium oxide nanotubes are suspended becomes a neutral region. At this time, the neutral region is preferably pH 7.0 or more and pH 8.0 or less, and more preferably pH 7.0. Since the titanium oxide nanotubes are in an alkali salt state by the synthesis step performed in an alkaline atmosphere, the solubility and dispersibility in an aqueous solvent are improved by neutralizing until the pH becomes 7.0 or higher and pH 8.0 or lower. Can be made. Further, by neutralizing to pH 7.0, the quality can be kept constant and the solubility and dispersibility can be further improved.

本発明の紫外線遮蔽素材の製造方法において、前記超音波処理ステップの後に、0.1マイクロメートル以上50マイクロメートル以下のフィルタを用いて濾過する濾過ステップと、を更に含むものであってもよい。このとき、フィルタの径は、0.3マイクロメートル以上20マイクロメートル以下がより好ましく、0.5マイクロメートル以上10マイクロメートル以下がより好ましい。ナノチューブ形状の酸化チタンが凝集した凝集体は、大きさが通常50マイクロメートル以上になるため、フィルタの径を50マイクロメートル以下とすることで、酸化チタンナノチューブの凝集体を効率的に除去することができるため、水性溶媒に溶かした際に、十分な透明性を維持することができるため好ましく、20マイクロメートル以下の径にすれば、より透明性を高くすることができるためより好ましく、10マイクロメートル以下にすれば、さらに透明性を高くすることができるため好ましい。一方、この透明性は0.1マイクロメートル以下の径のフィルタであっても同様の効果を得ることができるが、濾過ステップに大きな時間が必要となるため、十分な透明性を確保しつつ短時間で紫外線遮蔽材料を得るためにも、0.1マイクロメートル以上であってもよく、0.3マイクロメートルがより好ましく、0.5マイクロメートル以上がより好ましい。 The method for producing an ultraviolet shielding material of the present invention may further include a filtration step of filtering using a filter of 0.1 to 50 micrometers after the ultrasonic treatment step. At this time, the diameter of the filter is more preferably from 0.3 to 20 micrometers, and more preferably from 0.5 to 10 micrometers. Aggregates formed by agglomeration of nanotube-shaped titanium oxide usually have a size of 50 micrometers or more. Therefore, the aggregate of titanium oxide nanotubes can be efficiently removed by setting the filter diameter to 50 micrometers or less. Therefore, when it is dissolved in an aqueous solvent, it is preferable because sufficient transparency can be maintained. If the diameter is 20 micrometers or less, it is more preferable because transparency can be further increased. It is preferable to use a meter or less because the transparency can be further increased. On the other hand, this transparency can achieve the same effect even with a filter having a diameter of 0.1 μm or less. However, since a large amount of time is required for the filtration step, the transparency is short while ensuring sufficient transparency. In order to obtain the ultraviolet shielding material with time, it may be 0.1 micrometers or more, more preferably 0.3 micrometers, and more preferably 0.5 micrometers or more.

本発明の紫外線遮蔽素材の製造方法において、前記超音波処理ステップで照射する超音波は、振動数が15キロヘルツ以上30キロヘルツ以下が好ましく、20キロヘルツ以上30キロヘルツ以下が好ましい。このとき、振幅は5マイクロメートル以上50マイクロメートル以下が好ましく、20マイクロメートル以上50マイクロメートル以下がより好ましい。超音波の振動数及び振幅をこの範囲内に設定すると、キャビテーションが大量に発生し、その崩壊に起因する衝撃波によるナノ粒子同士の衝突エネルギーが増大するためである。 In the method for producing an ultraviolet shielding material of the present invention, the ultrasonic wave irradiated in the ultrasonic treatment step preferably has a frequency of 15 kHz to 30 kHz, and preferably 20 kHz to 30 kHz. At this time, the amplitude is preferably 5 micrometers or more and 50 micrometers or less, and more preferably 20 micrometers or more and 50 micrometers or less. This is because when the frequency and amplitude of the ultrasonic waves are set within this range, a large amount of cavitation occurs, and the collision energy between the nanoparticles due to the shock wave resulting from the collapse increases.

本発明の紫外線遮蔽素材の製造方法において、前記ビーズは、0.3ミリメートル以上1.0ミリメートル以下が好ましく、0.3ミリメートル以上0.5ミリメートル以下がより好ましい。このとき、前記攪拌ステップにおいて充填されるビーズの割合は、攪拌領域の容積に対して50%以上90%以下が好ましく、70%以上80%以下がより好ましい。遠心分離などを利用した特殊な分離方式で分離するのでは無く、従来から信頼性のある手法として知られたスクリ−ンにより分離可能なビーズ径である0.3ミリメートル以上が好ましい。また、均質にナノ粒子にせん断力を付与することができる0.5ミリメートル以下がより好ましく、1.0ミリメートルより大きい場合には、均質にせん断力を付与できないため好ましくない。 In the method for producing an ultraviolet shielding material of the present invention, the bead is preferably from 0.3 mm to 1.0 mm, and more preferably from 0.3 mm to 0.5 mm. At this time, the ratio of the beads filled in the stirring step is preferably 50% or more and 90% or less, and more preferably 70% or more and 80% or less with respect to the volume of the stirring region. Rather than separation by a special separation method using centrifugation or the like, a bead diameter of 0.3 mm or more, which can be separated by a screen conventionally known as a reliable method, is preferable. Further, it is more preferably 0.5 mm or less capable of uniformly applying a shearing force to the nanoparticles, and a thickness larger than 1.0 mm is not preferable because the shearing force cannot be applied uniformly.

本発明の紫外線遮蔽素材の製造方法において、前記ビーズの堅さは、モース硬度7以上10以下が好ましく、8以上9以下がより好ましい。ビーズのモース硬度が7未満の場合には、酸化チタンナノチューブを十分な細かさにすることができず、チューブ方向の長さが長くなる可能性があるため、好ましくない。 In the method for producing an ultraviolet shielding material of the present invention, the hardness of the beads is preferably a Mohs hardness of 7 or more and 10 or less, and more preferably 8 or more and 9 or less. When the Mohs hardness of the beads is less than 7, it is not preferable because the titanium oxide nanotubes cannot be made sufficiently fine and the length in the tube direction may become long.

本発明の紫外線遮蔽素材の製造方法において、前記酸化チタンナノチューブは、前記酸化チタンナノチューブの表面を親水性の官能基を有するカップリング剤で修飾したものであってもよい。こうすれば、酸化チタンナノチューブの表面をカップリング剤で覆うことにより、酸化チタンの有する光触媒活性を抑制することができる。このとき、このカップリング剤は、シランカップリング剤であることが好ましく、親水性の官能基を有するカップリング剤であることがより好ましい。親水性の官能基を有するカップリング剤を使用することにより、水性溶媒への親和性を高め、均一に分散させることが可能になるためである。 In the method for producing an ultraviolet shielding material of the present invention, the titanium oxide nanotubes may be those obtained by modifying the surface of the titanium oxide nanotubes with a coupling agent having a hydrophilic functional group. In this case, the photocatalytic activity of titanium oxide can be suppressed by covering the surface of the titanium oxide nanotube with the coupling agent. At this time, the coupling agent is preferably a silane coupling agent, and more preferably a coupling agent having a hydrophilic functional group. This is because by using a coupling agent having a hydrophilic functional group, it is possible to increase the affinity for an aqueous solvent and disperse it uniformly.

TNTの一例を示すTEMイメージ図。The TEM image figure which shows an example of TNT. IS−TNTの一例を示すTEMイメージ図。The TEM image figure which shows an example of IS-TNT. 紫外線照射時間毎におけるTNTの可視光透過率の変化を示すグラフ。The graph which shows the change of the visible light transmittance | permeability of TNT for every ultraviolet irradiation time. 紫外線照射時間毎におけるIS−TNTの可視光透過率の変化を示すグラフ。The graph which shows the change of the visible light transmittance | permeability of IS-TNT for every ultraviolet irradiation time. 濾過の有無によるTNTのカット率の違いを示すグラフ。The graph which shows the difference in the cut rate of TNT by the presence or absence of filtration. 濾過の有無によるIS−TNTのカット率の違いを示すグラフ。The graph which shows the difference in the cut rate of IS-TNT by the presence or absence of filtration.

次に、本発明の実施の形態の一例である紫外線遮蔽素材の製造方法の実施形態について、詳細に説明する。この紫外線遮蔽素材は、主として、酸化チタンナノチューブ(以下、「TNT」と言う。)又はイミダゾールシラン修飾型酸化チタンナノチューブ(以下、「IS−TNT」と言う。)を含んでいるため、ここでは、TNTの調製方法について説明した後に、IS−TNTの調製方法について説明する。 Next, an embodiment of a method for manufacturing an ultraviolet shielding material , which is an example of an embodiment of the present invention, will be described in detail. Since this ultraviolet shielding material mainly contains titanium oxide nanotubes (hereinafter referred to as “TNT”) or imidazole silane-modified titanium oxide nanotubes (hereinafter referred to as “IS-TNT”), After describing the method for preparing TNT, the method for preparing IS-TNT will be described.

(水熱合成処理)
このTNTは、酸化チタンを出発原料として、水熱合成を用いて調製する。具体的には、10M以上20M以下の水酸化ナトリウム水溶液中に酸化チタンを添加し、110℃以上180℃以下の温度で0.2メガパスカル以上0.6メガパスカル以下の圧力に保ち、10時間以上100時間以下の時間で水熱合成を行った。なお、水熱合成の温度は120℃以上180℃以下であってもよく、140℃以上180℃以下であってもよく、155℃以上170℃以下であっても良い。こうすることにより、水性溶媒への分散性が高く、チューブ長が150ナノメートルより大きく1000ナノメートルより短い酸化チタンナノチューブが得られる。なお、このチューブ長は、水熱合成処理の圧力及び温度を変更することで適宜調製することができ、例えば、チューブ長が150ナノメートルより大きく500ナノメートルより短い酸化チタンナノチューブとしても良いし、チューブ長が150ナノメートルより大きく250ナノメートルより短い酸化チタンナノチューブとしても良いし、チューブ長が200ナノメートルの酸化チタンナノチューブとしてもよい。
(Hydrothermal synthesis treatment)
This TNT is prepared by hydrothermal synthesis using titanium oxide as a starting material. Specifically, titanium oxide is added to an aqueous solution of sodium hydroxide of 10 M or more and 20 M or less, and the pressure is maintained at a temperature of 110 ° C. or higher and 180 ° C. or lower at a pressure of 0.2 megapascal or higher and 0.6 megapascal or lower for 10 hours. Hydrothermal synthesis was performed for a time of 100 hours or less. The hydrothermal synthesis temperature may be 120 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, 140 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, or 155 ° C. or higher and 170 ° C. or lower. By doing so, a titanium oxide nanotube having a high dispersibility in an aqueous solvent and a tube length larger than 150 nanometers and shorter than 1000 nanometers can be obtained. The tube length can be appropriately prepared by changing the pressure and temperature of the hydrothermal synthesis treatment. For example, the tube length may be a titanium oxide nanotube having a tube length larger than 150 nanometers and shorter than 500 nanometers, The tube length may be a titanium oxide nanotube having a tube length greater than 150 nanometers and shorter than 250 nanometers, or may be a titanium oxide nanotube having a tube length of 200 nanometers.

(中和処理)
水熱合成で得られた合成物に溶液のpHが中性領域となるまで酸を加えた後、水洗した。水洗後、100℃で2時間乾燥させたところ、白色の粉体(以下、「試料1」と言う。)を得た。このとき、中性領域とは、pH7.0以上8.0以下が好ましく、pH7.0がより好ましい。こうすることにより、水性溶媒への溶解度及び分散性を向上し、得られた合成物の品質を一定に保つことができる。
(Neutralization treatment)
An acid was added to the synthesized product obtained by hydrothermal synthesis until the pH of the solution became a neutral region, and then washed with water. After washing with water and drying at 100 ° C. for 2 hours, a white powder (hereinafter referred to as “Sample 1”) was obtained. At this time, the neutral region is preferably pH 7.0 or more and 8.0 or less, and more preferably pH 7.0. By doing so, the solubility and dispersibility in an aqueous solvent can be improved, and the quality of the resulting synthesized product can be kept constant.

(調製工程)
次に試料1を水に懸濁し、濃度が1wt%〜7wt%となるように調製して懸濁液を得た。この懸濁液に分散剤を少量添加し、分散用のビーズと試料1と混合し、超音波照射と合わせて分散化を行い、透明性の高い懸濁液(以下、「試料2」と言う。)を得た。このように、超音波による振動とビーズによる物理的な衝撃とを加えることにより、試料2中に含まれるナノチューブ形状の酸化チタンを所望の形状に調製することができる。
(Preparation process)
Next, Sample 1 was suspended in water and prepared so that the concentration would be 1 wt% to 7 wt% to obtain a suspension. A small amount of a dispersant is added to this suspension, and the dispersion beads and sample 1 are mixed together. The suspension is dispersed together with ultrasonic irradiation, and a highly transparent suspension (hereinafter referred to as “sample 2”). .) Thus, by applying vibration by ultrasonic waves and physical impact by beads, nanotube-shaped titanium oxide contained in the sample 2 can be prepared in a desired shape.

試料1を水に懸濁する濃度は、1wt%〜7wt%が好ましく、2wt%〜4wt%がより好ましい。試料1は、主にナノチューブ形状の酸化チタンからなり、高アルカリ条件下で合成したナノチューブ形状の酸化チタンは、表面に水酸基が露出しているため、互いの水酸基同士が相互作用を起こしやすいため、高濃度にすることで、互いに凝集しやすくなる。そこで、水に懸濁する濃度を7wt%以下とすることにより、資料1同士が凝集し、凝集体を形成する可能性を未然に低減することができ、4wt%以下とすることで、凝集体を形成する可能性を更に低減することができる。   The concentration at which the sample 1 is suspended in water is preferably 1 wt% to 7 wt%, and more preferably 2 wt% to 4 wt%. Sample 1 is mainly composed of nanotube-shaped titanium oxide, and the nanotube-shaped titanium oxide synthesized under highly alkaline conditions has hydroxyl groups exposed on the surface, so that the hydroxyl groups tend to interact with each other. By making it high concentration, it becomes easy to aggregate each other. Therefore, by setting the concentration suspended in water to 7 wt% or less, the possibility that the materials 1 aggregate and form aggregates can be reduced, and by setting the concentration to 4 wt% or less, the aggregates The possibility of forming can be further reduced.

ここで使用する分散剤としては、例えば、トリポリリン酸ナトリウムを使用することができ、分散剤の添加量は、添加剤の種類及び試料1の濃度に従って、適宜定めることができる。また、分散剤は添加しなくとも良い。   As the dispersant used here, for example, sodium tripolyphosphate can be used, and the addition amount of the dispersant can be appropriately determined according to the kind of the additive and the concentration of the sample 1. Moreover, it is not necessary to add a dispersing agent.

ここで使用するビーズのモース硬度は7以上10以下が好ましく、8以上9以下がより好ましい。具体的には、例えば、ガーネット、石英、ケイ素、ベリリウム、ジルコニウム、オスミウム、トパーズ、タングステンカーバイド、コランダム、アルミナ、シリコンカーバイド、ダイヤモンド等が好ましい。ビーズのモース硬度が7未満の場合には、酸化チタンナノチューブを十分な細かさにすることができないため、好ましくない。   The Mohs hardness of the beads used here is preferably 7 or more and 10 or less, and more preferably 8 or more and 9 or less. Specifically, for example, garnet, quartz, silicon, beryllium, zirconium, osmium, topaz, tungsten carbide, corundum, alumina, silicon carbide, diamond and the like are preferable. When the Mohs hardness of the beads is less than 7, it is not preferable because the titanium oxide nanotubes cannot be made sufficiently fine.

ここで使用するビーズの径は、0.3ミリメートル以上1.0ミリメートル以下が好ましく、0.3ミリメートル以上0.5ミリメートル以下がより好ましい。このとき、充填されるビーズの割合は、攪拌領域の容積に対して50%以上90%以下が好ましく、70%以上80%以下がより好ましい。従来から信頼性のある手法として知られたスクリ−ンにより分離可能なビーズ径である0.3ミリメートル以上が好ましく、均質にナノ粒子にせん断力を付与することができる0.5ミリメートル以下が好ましい。また、1.0ミリメートルより大きい場合には、均質にせん断力を付与できないため好ましくない。   The diameter of the beads used here is preferably 0.3 mm or more and 1.0 mm or less, and more preferably 0.3 mm or more and 0.5 mm or less. At this time, the ratio of beads to be filled is preferably 50% or more and 90% or less, and more preferably 70% or more and 80% or less with respect to the volume of the stirring region. A diameter of 0.3 mm or more, which is a bead diameter separable by a screen known as a reliable method, is preferable, and 0.5 mm or less, which can uniformly apply a shearing force to nanoparticles, is preferable. . On the other hand, if it is larger than 1.0 mm, it is not preferable because a shearing force cannot be applied uniformly.

ここで照射する超音波は、振動数が15キロヘルツ以上30キロヘルツ以下が好ましく、20キロヘルツ以上30キロヘルツ以下が好ましい。このとき、振幅は5マイクロメートル以上50マイクロメートル以下が好ましく、20マイクロメートル以上50マイクロメートル以下がより好ましい。超音波の振動数及び振幅をこの範囲内に設定すると、キャビテーションが大量に発生し、その崩壊に起因する衝撃波によるナノ粒子同士の衝突エネルギーが増大するためである。   The ultrasonic wave irradiated here preferably has a frequency of 15 kHz to 30 kHz, and preferably 20 kHz to 30 kHz. At this time, the amplitude is preferably 5 micrometers or more and 50 micrometers or less, and more preferably 20 micrometers or more and 50 micrometers or less. This is because when the frequency and amplitude of the ultrasonic waves are set within this range, a large amount of cavitation occurs, and the collision energy between the nanoparticles due to the shock wave resulting from the collapse increases.

(濾過工程)
分散工程で得られた試料2を、膜フィルタ(孔径0.7マイクロメートル)を用いて、濾過を行い、濾過物(以下、「試料3」と言う。)を得た。この試料3には、粒径が0.7マイクロメートル以上に凝集した状態のものが取り除かれているため、粒径が0.7マイクロメートル未満のものが選択されることになる。試料3中に含まれる酸化チタンはナノチューブ形状であるため、具体的には、ナノチューブの長さが0.7マイクロメートル未満であると考えられる。このように、チューブの長さを0.7マイクロメートル未満とすることで、水性溶媒へ溶解した際に凝集を未然に低減し、優れた分散性を有する。このようにして得られたナノチューブ形状の酸化チタン(TNT)の一例として、透過型電子顕微鏡でTNTを撮影した画像をTEMイメージとして図1に示す。図1から明らかなように、処理前には粒子径状であった酸化チタンがナノチューブ形状に変わっている。
(Filtering process)
Sample 2 obtained in the dispersing step was filtered using a membrane filter (pore diameter 0.7 μm) to obtain a filtrate (hereinafter referred to as “sample 3”). Since the sample 3 in a state where the particle size is aggregated to 0.7 μm or more is removed, the sample 3 having a particle size of less than 0.7 μm is selected. Since the titanium oxide contained in the sample 3 has a nanotube shape, specifically, the nanotube length is considered to be less than 0.7 micrometers. Thus, when the length of the tube is less than 0.7 micrometers, aggregation is reduced in advance when dissolved in an aqueous solvent, and excellent dispersibility is obtained. As an example of the nanotube-shaped titanium oxide (TNT) thus obtained, an image obtained by photographing the TNT with a transmission electron microscope is shown in FIG. 1 as a TEM image. As can be seen from FIG. 1, the titanium oxide that had been in the form of particle diameter before the treatment has been changed to a nanotube shape.

(表面修飾工程)
次に、シランカップリング剤により表面修飾を行った紫外線遮蔽素材について説明する。ここで、IS−TNTは、上述した合成工程で調製したTNTをシランカップリング剤により表面修飾したものであり、表面修飾前のTNTの調製方法は、TNTの合成工程と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Surface modification process)
Next, an ultraviolet shielding material whose surface is modified with a silane coupling agent will be described. Here, IS-TNT is obtained by surface-modifying TNT prepared in the above-described synthesis process with a silane coupling agent, and the preparation method of TNT before surface modification is the same as the TNT synthesis process. Then, explanation is omitted.

上述した合成工程と同様の方法で調製したTNTを有機溶媒に懸濁して得られた懸濁液に、シランカップリング剤を添加した後、100〜150℃で12時間〜24時間攪拌した。   A silane coupling agent was added to a suspension obtained by suspending TNT prepared in the same manner as in the synthesis step described above in an organic solvent, and then stirred at 100 to 150 ° C. for 12 to 24 hours.

ここで用いるシランカップリング剤は、分子内に有機材料と反応結合する官能基及び無機材料と反応結合する官能基を同時に有する有機ケイ素化合物で、ケイ素原子に1つの有機官能基と2〜3の無機物と反応する加水分解基を持っている構造を有しており、これによって無機物表面を修飾できる化合物である。   The silane coupling agent used here is an organosilicon compound having both a functional group reactively bonded to an organic material and a functional group reactively bonded to an inorganic material in the molecule, one organic functional group per silicon atom and 2 to 3 It is a compound that has a structure having a hydrolyzable group that reacts with an inorganic substance, whereby the surface of the inorganic substance can be modified.

このようなシランカップリング剤としては、例えば、RSiX (X:ケイ素原子に結合している加水分解性基でアルコキシ基,アセトキシ基,クロル原子など; R:有機官能基、この部分にエポキシ基,ビニル基,アミノ基などの有機材料と反応結合する官能基を導入できる) という構造式で書くことができる。具体的な化合物としては、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、エチルトリプロポキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、n−プロピルトリプロポキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリブトキシシラン、n−プロピルブトキシシラン、イソプロピルブトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリプロポキシシラン、フェニルトリブトキシシラン、n−オクチルトリメトキシシラン、n−オクチルトリエトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシシラン、n−オクチルトリエトキシシラン等のアルキル側鎖を有するもの、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどの末端にエポキシ基を有するもの、アリルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、トリクロロビニルシラン、トリエトキシビニルシラン、ビニルトリメトキシシラン等のビニル基を有するもの、3−(2−アミノエチルアミノ)プロピルトリエトキシシラン、3−(2−アミノエチルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ基を有するもの、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−(トリエトキシシリル)プロピルイソシアネート、3−(トリエトキシシリル)プロピルメタクリレート、クロロメチルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、イミダゾールシラン等の様々な官能基を有するものが挙げられる。 As such a silane coupling agent, for example, RSiX 3 (X: a hydrolyzable group bonded to a silicon atom, an alkoxy group, an acetoxy group, a chloro atom, etc .; R: an organic functional group, an epoxy group in this part , Vinyl groups, amino groups, and other functional materials that can react with organic materials can be introduced). Specific compounds include methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane, methyltripropoxysilane, ethyltripropoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, and n-propyltriethoxysilane. , N-propyltripropoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, isopropyltriethoxysilane, isopropyltripropoxysilane, methyltributoxysilane, ethyltributoxysilane, n-propylbutoxysilane, isopropylbutoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltri Ethoxysilane, phenyltripropoxysilane, phenyltributoxysilane, n-octyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, -Those having an alkyl side chain such as octadecyltrimethoxysilane and n-octyltriethoxysilane, and epoxy at the terminal such as 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane A group having a vinyl group such as allyltriethoxysilane, allyltrimethoxysilane, trichlorovinylsilane, triethoxyvinylsilane, vinyltrimethoxysilane, 3- (2-aminoethylamino) propyltriethoxysilane, 3- Those having an amino group such as (2-aminoethylamino) propyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopro Examples having various functional groups such as rutriethoxysilane, 3- (triethoxysilyl) propyl isocyanate, 3- (triethoxysilyl) propyl methacrylate, chloromethyltriethoxysilane, trifluoropropyltrimethoxysilane, and imidazolesilane It is done.

このようなシランカップリング剤の中でも、例えば、3−(2−アミノエチルアミノ)プロピルトリエトキシシラン、3−(2−アミノエチルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトトリエトキシシラン、3−メルカプトトリメトキシシラン等が末端に親水性の官能基を有するもの好ましく、例えば、イミダゾールシラン、2,3−ジヒドロキシプロピルトリエトキシシラン、2,3−ジヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、3−イミダゾリウムプロピルトリエトキシシラン、3−イミダゾリウムプロピルトリメトキシシラン等の末端に水酸基やイミダゾリウム基等の高い親水性を有する官能基を有するものがより好ましい。また、イミダゾールシランは末端に水酸基とイミダゾリウム基の両方を有するため、高い親水性を有する官能基を有する点でより好ましい。   Among such silane coupling agents, for example, 3- (2-aminoethylamino) propyltriethoxysilane, 3- (2-aminoethylamino) propyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3- Aminopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptotriethoxysilane, 3-mercaptotrimethoxysilane and the like having a hydrophilic functional group at the terminal are preferable. For example, imidazolesilane, 2,3-dihydroxypropyltriethoxysilane, 2, Those having a highly hydrophilic functional group such as a hydroxyl group or an imidazolium group at the terminal, such as 3-dihydroxypropyltrimethoxysilane, 3-imidazoliumpropyltriethoxysilane, and 3-imidazoliumpropyltrimethoxysilane are more preferable. Moreover, since imidazole silane has both a hydroxyl group and an imidazolium group at the terminal, it is more preferable in that it has a functional group having high hydrophilicity.

ここで使用する反応促進剤としては、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン等の第三級アミンを用いても良い。反応促進剤を添加することにより、反応時間を短縮し、生産性を向上することができる。   As the reaction accelerator used here, for example, a tertiary amine such as triethylamine, tributylamine, diisopropylethylamine or the like may be used. By adding a reaction accelerator, reaction time can be shortened and productivity can be improved.

(精製工程)
こうして得られた表面修飾が施されたTNTを含む溶液を室温まで自然冷却した後、遠心分離を行い、得られた沈殿画分を得た。この沈殿画分を脱水トルエンに再度懸濁し、125℃で約6時間攪拌した後、再度遠心分離を行って沈殿画分を得た。この沈殿画分を3回ヘキサンで洗浄した後、100℃で約16時間乾燥し、表面修飾が施されたTNTを得た。なお、ヘキサンでの洗浄方法は、沈殿画分をヘキサンに再懸濁した後、遠心分離を行って沈殿画分を得るという方法で行った。
(Purification process)
The solution containing the surface-modified TNT thus obtained was naturally cooled to room temperature, and then centrifuged to obtain the resulting precipitate fraction. This precipitate fraction was suspended again in dehydrated toluene, stirred at 125 ° C. for about 6 hours, and then centrifuged again to obtain a precipitate fraction. This precipitated fraction was washed three times with hexane and then dried at 100 ° C. for about 16 hours to obtain a surface-modified TNT. The washing method with hexane was performed by resuspending the precipitate fraction in hexane and then centrifuging to obtain the precipitate fraction.

こうして得られた表面修飾が施されたTNTは、遠心分離を行い、得られた沈殿画分を脱水トルエンに再度懸濁し、室温で約6時間攪拌した。続いて、更に遠心分離を行い、得られた沈殿画分をヘキサンにて3回洗浄し、得られた沈殿画分を回収し、120℃の温風乾燥機中で2時間乾燥させて表面修飾が施されたTNTを精製し、表面修飾が施されたTNTを得た。このようにして得られた表面修飾が施されたTNTの一例として、イミダゾールシランで表面修飾を施したTNTを透過型電子顕微鏡で撮影した画像をTEMイメージとして図2に示す。図2から明らかなように、イミダゾールシランで表面修飾を施した状態であっても、ナノチューブ形状を保っている。   The surface-modified TNT thus obtained was centrifuged, and the resulting precipitate fraction was resuspended in dehydrated toluene and stirred at room temperature for about 6 hours. Subsequently, the mixture was further centrifuged, and the resulting precipitate fraction was washed three times with hexane. The resulting precipitate fraction was collected and dried in a hot air dryer at 120 ° C. for 2 hours for surface modification. Was purified to obtain TNT with surface modification. As an example of the surface-modified TNT thus obtained, an image obtained by photographing the surface-modified TNT with imidazole silane with a transmission electron microscope is shown in FIG. As is apparent from FIG. 2, the nanotube shape is maintained even in the state where the surface is modified with imidazole silane.

(各サンプルの調製)
10Mの水酸化ナトリウム水溶液中にアナターゼ型酸化チタンを質量比が10:1の割合で添加し、150℃の温度で20時間水熱合成を行った。こうして得られた反応物を中和した後水洗し、100°で2時間乾燥させたところ、白色の粉体を得た。
(Preparation of each sample)
Anatase-type titanium oxide was added to a 10M sodium hydroxide aqueous solution at a mass ratio of 10: 1, and hydrothermal synthesis was performed at a temperature of 150 ° C. for 20 hours. The reaction product thus obtained was neutralized, washed with water, and dried at 100 ° for 2 hours to obtain a white powder.

この白色粉体を水に3wt%となるように懸濁し、株式会社井上製作所社製のナノソニックミル(型式:NSM−0.1C)に投入して分散化を行いサンプル1を得た。このナノソニックミルに投入された試料は、装置内でビーズと混合され、超音波を照射されて、白色粉体は水中に均一に分散する。   This white powder was suspended in water so as to be 3 wt%, and placed in a nanosonic mill (model: NSM-0.1C) manufactured by Inoue Seisakusho Co., Ltd. to be dispersed to obtain Sample 1. The sample put into the nanosonic mill is mixed with beads in the apparatus and irradiated with ultrasonic waves, and the white powder is uniformly dispersed in water.

続いて、株式会社ロキテクノ社製膜フィルタ(品番:20L−SLF−007XS)を用いて濾過を行い、濾液(サンプル2)を得た。   Subsequently, filtration was performed using a membrane filter manufactured by Loki Techno Co., Ltd. (product number: 20L-SLF-007XS) to obtain a filtrate (sample 2).

10Mの水酸化ナトリウム水溶液中にアナターゼ型酸化チタンを質量比が10:1の割合で添加し、150℃の温度で20時間水熱合成を行った。こうして得られた反応物を中和した後水洗し、100°で2時間乾燥させたところ、白色の粉体を得た。   Anatase-type titanium oxide was added to a 10M sodium hydroxide aqueous solution at a mass ratio of 10: 1, and hydrothermal synthesis was performed at a temperature of 150 ° C. for 20 hours. The reaction product thus obtained was neutralized, washed with water, and dried at 100 ° for 2 hours to obtain a white powder.

この白色粉体30gを有機溶媒に懸濁した懸濁液に、25mlのイミダゾールシラン(JX日鉱日赤金属株式会社製,商品名:イミダゾールシランIS−3000)及び0.4mlのトリエチルアミンを添加し、約125℃に保ったまま、マグネットスターラー等を用いて約16時間攪拌した。続いて、室温まで自然冷却した後、遠心分離を行い、得られた沈殿画分を得た。この沈殿画分を脱水トルエンに再度懸濁し、125℃で約6時間攪拌した後、再度遠心分離を行って沈殿画分を得た。この沈殿画分を3回ヘキサンで洗浄した後、100℃で約16時間乾燥し、IS−TNTを得た。なお、ヘキサンでの洗浄方法は、沈殿画分をヘキサンに再懸濁した後、遠心分離を行って沈殿画分を得るという方法で行った。   To a suspension obtained by suspending 30 g of this white powder in an organic solvent, 25 ml of imidazole silane (manufactured by JX Nippon Mining & Metals Co., Ltd., trade name: imidazole silane IS-3000) and 0.4 ml of triethylamine are added. While maintaining at 125 ° C., the mixture was stirred for about 16 hours using a magnetic stirrer or the like. Subsequently, after naturally cooling to room temperature, centrifugation was performed to obtain the resulting precipitate fraction. This precipitate fraction was suspended again in dehydrated toluene, stirred at 125 ° C. for about 6 hours, and then centrifuged again to obtain a precipitate fraction. This precipitate fraction was washed three times with hexane and then dried at 100 ° C. for about 16 hours to obtain IS-TNT. The washing method with hexane was performed by resuspending the precipitate fraction in hexane and then centrifuging to obtain the precipitate fraction.

こうして得られたIS−TNTは、遠心分離を行い、得られた沈殿画分を脱水トルエンに再度懸濁し、室温で約6時間攪拌した。続いて、更に遠心分離を行い、得られた沈殿画分をヘキサンにて3回洗浄し、得られた沈殿画分を回収し、120℃の温風乾燥機中で2時間乾燥させてIS−TNTを精製し、表面修飾が施されたIS−TNTを得た。   The IS-TNT thus obtained was centrifuged, and the resulting precipitate fraction was resuspended in dehydrated toluene and stirred at room temperature for about 6 hours. Subsequently, the mixture was further centrifuged, and the resulting precipitate fraction was washed with hexane three times. The obtained precipitate fraction was collected and dried in a warm air dryer at 120 ° C. for 2 hours to obtain IS- TNT was purified to obtain IS-TNT with surface modification.

こうして得られたIS−TNTを水に3wt%となるように懸濁し、株式会社井上製作所社製のナノソニックミル(型式:NSM−0.1C)に投入して分散化を行いサンプル3を得た。   The IS-TNT thus obtained was suspended in water at 3 wt%, and placed in a nanosonic mill (model: NSM-0.1C) manufactured by Inoue Seisakusho Co., Ltd. for dispersion to obtain sample 3. It was.

続いて、株式会社ロキテクノ社製膜フィルタを用いて濾過を行い、濾液(サンプル4)を得た。   Subsequently, filtration was performed using a membrane filter manufactured by Loki Techno Co., Ltd. to obtain a filtrate (sample 4).

(各サンプルの可視光透過率の評価)
こうして得られたサンプル1〜4及びアナターゼ型酸化チタンについて、それぞれ0.16wt%となる割合で樹脂(DIC株式会社製,ボンコートCF−6240)に添加し、60マイクロメートルの膜厚となるように石英板に塗布した。
(Evaluation of visible light transmittance of each sample)
Samples 1 to 4 and anatase titanium oxide thus obtained were each added to a resin (DIC Co., Ltd., Boncoat CF-6240) at a ratio of 0.16 wt%, so that the film thickness was 60 micrometers. It was applied to a quartz plate.

続いて、それぞれの石英板を水中に浸漬した状態で紫外線ランプ(東芝ライテック株式会社製 殺菌ランプGL−6)を3センチメートル離れた距離から6時間照射し、37℃で12時間乾燥させた後に分光測定を行い、6時間後の透過率を測定した。同様にして、6時間毎に66時間測定を行った。この測定結果からJIS R 3106の手法に従って可視光透過率を算出し、可視光透過率と紫外線照射時間との関係を図3及び図4に示す。なお、ここで図3及び図4は可視光透過率と紫外線照射時間の関係を示すグラフである。図3には、酸化チタン(実線)、ブランク(点線)、サンプル1(一点鎖線),サンプル2(二点鎖線)がそれぞれ示されており、図4には、酸化チタン(実線)、ブランク(点線)、サンプル3(一点鎖線)、サンプル4(二点鎖線)がそれぞれ示されている。なお、縦軸は可視光透過率を示し、横軸は紫外線照射時間を示す。   Subsequently, after each quartz plate was immersed in water, an ultraviolet lamp (sterilization lamp GL-6 manufactured by Toshiba Lighting & Technology Co., Ltd.) was irradiated for 6 hours from a distance of 3 cm and dried at 37 ° C. for 12 hours. Spectroscopic measurement was performed, and the transmittance after 6 hours was measured. Similarly, measurement was performed every 6 hours for 66 hours. From this measurement result, the visible light transmittance is calculated according to the method of JIS R 3106, and the relationship between the visible light transmittance and the ultraviolet irradiation time is shown in FIGS. 3 and 4 are graphs showing the relationship between the visible light transmittance and the ultraviolet irradiation time. 3 shows titanium oxide (solid line), blank (dotted line), sample 1 (one-dot chain line), and sample 2 (two-dot chain line). FIG. 4 shows titanium oxide (solid line) and blank ( A dotted line), a sample 3 (one-dot chain line), and a sample 4 (two-dot chain line) are shown. The vertical axis represents the visible light transmittance, and the horizontal axis represents the ultraviolet irradiation time.

図3及び図4から明らかなように、サンプル1及びサンプル2の可視光透過率と比較して、サンプル3及びサンプル4の可視光透過率が高い。このことから、濾過の有無にかかわらず、TNTと比較してIS−TNTの透過率が高いと言える。言い換えると、TNTと比較してIS−TNTを塗布した石英板の透明性が高いと言える。このことから、TNTの表面をイミダゾールシランで修飾することにより、TNTと比較して透明性の低下を抑制することができると言える。これは、TNTの表面をイミダゾールシランで修飾することにより、TNTの表面に存在する水酸基を覆うことができるため、水酸基同士の相互作用により、凝集することを抑制することができるためであると発明者らは考えている。この結果、凝集体が生じることを未然に防止し、比較的大きな凝集体によって透明性が低下することを未然に防ぐことができたと考える。   As apparent from FIGS. 3 and 4, the visible light transmittances of the sample 3 and the sample 4 are higher than the visible light transmittances of the sample 1 and the sample 2. From this, it can be said that the transmittance of IS-TNT is higher than that of TNT regardless of the presence or absence of filtration. In other words, it can be said that the quartz plate coated with IS-TNT has higher transparency than TNT. From this, it can be said that by modifying the surface of TNT with imidazole silane, a decrease in transparency can be suppressed as compared with TNT. This is because by modifying the surface of TNT with imidazole silane, it is possible to cover the hydroxyl groups present on the surface of TNT, and therefore it is possible to suppress aggregation due to the interaction between the hydroxyl groups. They are thinking. As a result, it is considered that it was possible to prevent the formation of aggregates and to prevent the transparency from being lowered due to relatively large aggregates.

また、それぞれのサンプルの6時間後の可視光透過率と62時間後の可視光透過率とを比較すると、サンプル1及びサンプル2の可視光透過率の変化(図3参照)と比較して、サンプル3及びサンプル4の可視光透過率の変化(図4参照)が小さい。このことから、長時間紫外線が照射された場合であっても、TNTと比較してIS−TNTは可視光透過率の低下が小さいと言える。言い換えると、TNTと比較してIS−TNTを塗布した石英版の透明度が高く保たれていると言える。このことから、TNTの表面をイミダゾールシランで修飾することにより、TNTと比較して透明性の低下を抑制することができると言える。これは、TNTの表面をイミダゾールシランで修飾することにより、TNTの表面に自己組織膜を形成することができるため、酸化チタンの有する光活性作用により周囲の樹脂を劣化(白化)させることを抑制することができたためであると発明者らは考えている。この結果、樹脂が劣化することを未然に防止し、樹脂の劣化によって透明性が低下することを未然に防ぐことができたと考える。   Moreover, comparing the visible light transmittance after 6 hours and the visible light transmittance after 62 hours of each sample, compared with the change in the visible light transmittance of Sample 1 and Sample 2 (see FIG. 3), The change in the visible light transmittance of sample 3 and sample 4 (see FIG. 4) is small. From this, even if it is a case where ultraviolet rays are irradiated for a long time, compared with TNT, it can be said that IS-TNT has a small decrease in visible light transmittance. In other words, it can be said that the transparency of the quartz plate coated with IS-TNT is kept higher than that of TNT. From this, it can be said that by modifying the surface of TNT with imidazole silane, a decrease in transparency can be suppressed as compared with TNT. This is because by modifying the surface of TNT with imidazole silane, a self-assembled film can be formed on the surface of TNT, so that it is possible to suppress degradation (whitening) of the surrounding resin due to the photoactive action of titanium oxide. The inventors think that this is because they have been able to. As a result, it is considered that the resin can be prevented from deteriorating and the transparency can be prevented from deteriorating due to the deterioration of the resin.

ここで、本紫外線ランプで照射した紫外線量について評価する。紫外線ランプ(東芝ライテック株式会社製 殺菌ランプGL−6)を5センチメートル離れた距離から照射した際の紫外線の強度は、19μW/cmであるため、5cm離れた状態で照射した際の紫外線強度は、7600W/cmであり、これは、76J/msに相当する。よって、1時間当たりのエネルギーは、273、6kJ/msに相当する。一方、兵庫県姫路市内で定点観測を行ったUV−Bの照射強度における日積算量は、13.61795J/msdayであることが分かっている。このことから、この紫外線ランプの1時間当たりのエネルギーは、兵庫県姫路市内では、おおよそ2.008日に相当する。 Here, the amount of ultraviolet rays irradiated with the ultraviolet lamp is evaluated. The intensity of ultraviolet rays when irradiating an ultraviolet lamp (sterilization lamp GL-6, manufactured by Toshiba Lighting & Technology Corporation) from a distance of 5 cm is 19 μW / cm 2 , so the intensity of ultraviolet rays when irradiated with a distance of 5 cm Is 7600 W / cm 2 , which corresponds to 76 J / m 2 s. Therefore, the energy per hour corresponds to 273, 6 kJ / m 2 s. On the other hand, it is known that the daily integrated amount in the irradiation intensity of UV-B which was observed at a fixed point in Himeji City, Hyogo Prefecture is 13.61795 J / m 2 sday. Therefore, the energy per hour of this ultraviolet lamp is approximately 2.008 days in Himeji City, Hyogo Prefecture.

(各サンプルのカット率の評価)
次にサンプル1〜4について、TNT(又はIS−TNT)の濃度とカット率との関係を図5及び図6に示す。ここで、「カット率」とは、波長が280ナノメートルから370ナノメートルにおける透過率を積算した数値について、TNT(又はIS−TNT)のそれぞれの濃度のサンプルがTNT(又はIS−TNT)の濃度が0の場合と比較して、どの程度の割合であるかを示す値であり、具体的には、TNT(又はIS−TNT)の各濃度における280ナノメートルから370ナノメートルの波長における吸光度の積分値をTNT(又はIS−TNT)が含まれていない280ナノメートルから370ナノメートルの波長における吸光度の積分値で除算したものを値100から減算したものである。この式で表されるカット率が大きければ大きいほど、280ナノメートルから370メートルの波長(すなわち、地表に到達している紫外線に相当する領域の波長)を遮蔽していることを示す。
(Evaluation of cut rate of each sample)
Next, regarding samples 1 to 4, the relationship between the concentration of TNT (or IS-TNT) and the cut rate is shown in FIGS. Here, the “cut rate” is a numerical value obtained by integrating the transmittance at a wavelength of 280 to 370 nanometers, and the sample of each concentration of TNT (or IS-TNT) is TNT (or IS-TNT). This is a value indicating the ratio of the concentration compared to the case where the concentration is 0. Specifically, the absorbance at a wavelength of 280 nm to 370 nm at each concentration of TNT (or IS-TNT) Is obtained by subtracting from the value of 100 the value obtained by dividing the integral value of γ by the integral value of absorbance at wavelengths of 280 to 370 nanometers that do not include TNT (or IS-TNT). The larger the cut rate represented by this equation, the more the wavelength from 280 nanometers to 370 meters (that is, the wavelength in the region corresponding to the ultraviolet rays reaching the ground surface) is blocked.

まず、図5に、サンプル1(実線)とサンプル2(点線)の各濃度におけるカット率の変化を示す。ここで、図6は、サンプル1とサンプル2の各濃度におけるカット率の変化を示すグラフであり、縦軸がカット率を,横軸が酸化チタンの濃度をそれぞれ示している。図5から明らかなように、サンプル1は20%のカット率を得るためには、酸化チタン濃度が0.4wt%程度必要であることに対し、サンプル2は、約0.05wt%で20%のカット率が得られる。このことから、サンプル2はサンプル1と比較して、低濃度であっても20%以上のカット率が得られることは明らかである。言い換えると、低濃度でも高い紫外線遮蔽効果を有していると言える。これは、濾過を行うことにより、紫外線遮蔽効果の低い凝集体を除去することができたためであると考えられる。   First, FIG. 5 shows the change in the cut rate at each density of sample 1 (solid line) and sample 2 (dotted line). Here, FIG. 6 is a graph showing the change in the cut rate at each concentration of Sample 1 and Sample 2, where the vertical axis indicates the cut rate and the horizontal axis indicates the concentration of titanium oxide. As can be seen from FIG. 5, in order to obtain a cut rate of 20%, the sample 1 requires a titanium oxide concentration of about 0.4 wt%, whereas the sample 2 is about 0.05 wt% and 20%. A cut rate of can be obtained. From this, it is clear that Sample 2 can obtain a cut rate of 20% or more even when the concentration is lower than Sample 1. In other words, it can be said that it has a high ultraviolet shielding effect even at a low concentration. This is considered to be because the aggregate having a low ultraviolet shielding effect could be removed by filtration.

次に、図6に、サンプル3とサンプル4の各濃度におけるカット率の変化を示す。ここで、図6は、サンプル3(点線)とサンプル4(実線)の各濃度におけるカット率の変化を示すグラフであり、縦軸がカット率を、横軸が酸化チタン濃度をそれぞれ示している。図6から明らかなように、サンプル3及びサンプル4のいずれも酸化チタン濃度が約0.05wt%を境にカット率が大きく上昇している。このことから、サンプル3及びサンプル4において、十分な紫外線遮蔽効果を得るためには、酸化チタン濃度が0.05wt%以上必要であることは明らかである。また、サンプル3とサンプル4とを比較すると、サンプル3と比較して、サンプル4の方がいずれの濃度であっても高いカット率を有している。このことから、サンプル3と比較して、サンプル4は高い紫外線遮蔽効果を有していると言える。これは、濾過を行うことにより、紫外線遮蔽効果の低い凝集体を除去することができたためであると考えられる。   Next, FIG. 6 shows changes in the cut rate at the respective concentrations of Sample 3 and Sample 4. FIG. Here, FIG. 6 is a graph showing changes in the cut rate at each concentration of sample 3 (dotted line) and sample 4 (solid line), where the vertical axis shows the cut rate and the horizontal axis shows the titanium oxide concentration. . As is clear from FIG. 6, the cut rate of both sample 3 and sample 4 is greatly increased at the titanium oxide concentration of about 0.05 wt%. From this, it is clear that the sample 3 and the sample 4 require a titanium oxide concentration of 0.05 wt% or more in order to obtain a sufficient ultraviolet shielding effect. Further, when comparing the sample 3 and the sample 4, the sample 4 has a higher cut rate than the sample 3 regardless of the concentration. From this, it can be said that sample 4 has a higher ultraviolet shielding effect than sample 3. This is considered to be because the aggregate having a low ultraviolet shielding effect could be removed by filtration.

(各サンプルの透明性の変化)
最後に、サンプル1〜4について、目視により塗膜がどの濃度で白濁したかを目視で確認した。その結果、サンプル1は、0.099wt%以下では白濁が確認できなかったが、0.119wt%以上では白濁した。また、サンプル2は、0.102wt%以下では白濁が確認できなかったが、0.255wt%以上では白濁した。また、サンプル3は、0.063以下では白濁が確認できなかったが、0.071wt%以上では白濁した。また、サンプル4は、0.16wt%以下では白濁が確認できなかったが、0.4wt%以上では白濁した。なお、比較対象としてアナターゼ型酸化チタンで同様の実験を行ったところ、0.04wt%で既に白濁が確認され、透明性を確保することができなかった。このことから、濾過を行ったか否かについてTNTで比較すると、濾過を行うことにより、より高い濃度でも白濁しないことが言える。また、濾過を行ったか否かについてIS−TNTで比較すると、濾過を行うことにより、より高い濃度でも白濁しないことが言える。以上より、TNTとIS−TNTのいずれに対しても、濾過を行うことにより、白濁することなく多くのTNT又はIS−TNTを分散することができる。TNT又はIS−TNTの添加量が多くなれば多くなるほど紫外線遮蔽効果が高まることから、透明性を保ちつつ、高い紫外線遮蔽効果を得られたと言える。
(Change in transparency of each sample)
Finally, with respect to Samples 1 to 4, it was visually confirmed at which concentration the coating film became cloudy. As a result, sample 1 was not cloudy at 0.099 wt% or less, but was cloudy at 0.119 wt% or more. Sample 2 was not cloudy at 0.102 wt% or less, but was cloudy at 0.255 wt% or more. Sample 3 was not cloudy at 0.063 or less, but clouded at 0.071 wt% or more. Sample 4 was not cloudy at 0.16 wt% or less, but was cloudy at 0.4 wt% or more. In addition, when a similar experiment was performed using anatase-type titanium oxide as a comparison target, white turbidity was already confirmed at 0.04 wt%, and transparency could not be ensured. From this, it can be said that even if the concentration is higher, it does not become cloudy by performing the filtration when comparing whether or not the filtration is performed. Moreover, when it compares by IS-TNT about whether it filtered, it can be said that it does not become cloudy by a higher density | concentration by filtering. From the above, it is possible to disperse a large amount of TNT or IS-TNT without being clouded by performing filtration on both TNT and IS-TNT. As the added amount of TNT or IS-TNT increases, the ultraviolet shielding effect increases, so it can be said that a high ultraviolet shielding effect was obtained while maintaining transparency.

Claims (13)

水熱合成により酸化チタンから酸化チタンナノチューブを合成する合成ステップと、
前記合成ステップで合成した酸化チタンナノチューブとビーズとを混合した状態で前記
酸化チタンナノチューブと前記ビーズとを攪拌する攪拌ステップと、
前記酸化チタンナノチューブに超音波を照射する超音波処理ステップと、
を含むことで、
チューブ長が150ナノメートルより大きく1000ナノメートルより短い酸化チタン
ナノチューブが水性溶媒に分散してなることを特徴とする、
紫外線遮蔽素材の製造方法。
A synthesis step of synthesizing titanium oxide nanotubes from titanium oxide by hydrothermal synthesis;
A stirring step of stirring the titanium oxide nanotubes and the beads in a state where the titanium oxide nanotubes and beads synthesized in the synthesis step are mixed; and
An ultrasonic treatment step of irradiating the titanium oxide nanotube with ultrasonic waves;
By including
Titanium oxide nanotubes having a tube length larger than 150 nanometers and shorter than 1000 nanometers are dispersed in an aqueous solvent,
Manufacturing method of UV shielding material.
前記合成ステップは、pHが13以上であり、かつ、常圧より高い圧力下で合成する合成ステップである、
請求項1に記載の紫外線遮蔽素材の製造方法。
The synthesis step is a synthesis step in which the pH is 13 or more and synthesis is performed under a pressure higher than normal pressure.
The method for producing an ultraviolet shielding material according to claim 1.
前記常圧より高い圧力とは、0.2メガパスカル以上0.6メガパスカル以下の圧力である、
請求項2に記載の紫外線遮蔽素材の製造方法。
The pressure higher than the normal pressure is a pressure of 0.2 megapascal or more and 0.6 megapascal or less.
The manufacturing method of the ultraviolet-ray shielding raw material of Claim 2.
前記合成ステップは、15mol/dm以上の水酸化ナトリウムによりpHが13以上に保たれている、
請求項1から3のいずれか1項に記載の紫外線遮蔽素材の製造方法。
In the synthesis step, the pH is maintained at 13 or more with 15 mol / dm 3 or more of sodium hydroxide,
The manufacturing method of the ultraviolet-ray shielding raw material of any one of Claim 1 to 3.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の紫外線遮蔽素材の製造方法において、
前記合成ステップの後に、前記酸化チタンナノチューブが懸濁した懸濁液のpHが中性領域になるまで中和する中和ステップと、を更に含む、
紫外線遮蔽素材の製造方法。
In the manufacturing method of the ultraviolet-ray shielding material of any one of Claims 1-4,
A neutralization step of neutralizing the suspension of the titanium oxide nanotubes in a neutral region after the synthesis step;
Manufacturing method of UV shielding material.
前記超音波処理ステップの後に、径が0.1マイクロメートル以上10マイクロメートル以下のフィルタを用いて濾過する濾過ステップと、を更に含む、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の紫外線遮蔽素材の製造方法。
A filtration step of performing filtration using a filter having a diameter of 0.1 μm or more and 10 μm or less after the sonication step;
The manufacturing method of the ultraviolet-ray shielding raw material of any one of Claims 1-5.
前記超音波処理ステップは、振動数が15キロヘルツ以上30キロヘルツ以下であり、振幅が5マイクロメートル以上50マイクロメートル以下の超音波を前記酸化チタンナノチューブに照射するステップである、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の紫外線遮蔽素材の製造方法。
The ultrasonic treatment step is a step of irradiating the titanium oxide nanotube with ultrasonic waves having a vibration frequency of 15 kHz to 30 kHz and an amplitude of 5 μm to 50 μm.
The manufacturing method of the ultraviolet-ray shielding raw material of any one of Claims 1-6.
前記ビーズは、0.1ミリメートル以上1.0ミリメートル以下の範囲のビーズであり、
前記攪拌ステップは、前記ビーズを攪拌領域の容積に対して50%以上90%以下の割合になるよう充填して攪拌するステップである、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の紫外線遮蔽素材の製造方法。
The beads are beads having a range of 0.1 mm to 1.0 mm,
The stirring step is a step of filling and stirring the beads so as to have a ratio of 50% to 90% with respect to the volume of the stirring region.
The manufacturing method of the ultraviolet-ray shielding raw material of any one of Claims 1-7.
前記ビーズの硬度は、モース硬度7以上10以下である、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の紫外線遮蔽素材の製造方法。
The bead has a Mohs hardness of 7 to 10,
The manufacturing method of the ultraviolet-ray shielding raw material of any one of Claims 1-8.
前記酸化チタンナノチューブは、前記酸化チタンナノチューブの表面を親水性の官能基を有するカップリング剤で修飾したものである、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の紫外線遮蔽素材の製造方法。
The titanium oxide nanotube is obtained by modifying the surface of the titanium oxide nanotube with a coupling agent having a hydrophilic functional group.
The manufacturing method of the ultraviolet-ray shielding raw material of any one of Claims 1-9.
前記カップリング剤は、シランカップリング剤である、
請求項10に記載の紫外線遮蔽素材の製造方法。
The coupling agent is a silane coupling agent.
The method for producing an ultraviolet shielding material according to claim 10.
前記シランカップリング剤は、イミダゾリウム基及び水酸基の両方の官能基を有する、
請求項11に記載の紫外線遮蔽素材の製造方法。
The silane coupling agent has both an imidazolium group and a hydroxyl group,
The method for producing an ultraviolet shielding material according to claim 11.
前記シランカップリング剤は、イミダゾールシランを含む、
請求項11に記載の紫外線遮蔽素材の製造方法。
The silane coupling agent includes imidazole silane,
The method for producing an ultraviolet shielding material according to claim 11.
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