JP7006908B2 - Metal oxide nanoparticles and their manufacturing method - Google Patents

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本発明は、金属酸化物ナノ粒子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to metal oxide nanoparticles and a method for producing the same.

透明プラスチックは、エレクトロニクス分野において欠かせない光学材料である。しかし、透明プラスチックは、無機光学ガラスに比べると屈折率、熱膨張率及び耐熱性の面で劣ってしまう。そこで、屈折率の高い無機材料である酸化ジルコニウム(ZrO)又は酸化チタン(TiO)等の金属酸化物ナノ粒子を透明プラスチック中に分散させる、いわゆる有機-無機ハイブリッド材料が、主に屈折率の向上の点で期待されている。 Transparent plastic is an indispensable optical material in the field of electronics. However, transparent plastic is inferior to inorganic optical glass in terms of refractive index, thermal expansion rate, and heat resistance. Therefore, so-called organic-inorganic hybrid materials in which metal oxide nanoparticles such as zirconium oxide (ZrO 2 ) or titanium oxide (TiO 2 ), which are inorganic materials having a high refractive index, are dispersed in a transparent plastic are mainly used. It is expected in terms of improvement.

屈折率の異なる2種類の物質が可視光波長である数百nm程度の大きさで複合化されると、光学的な散乱が起こるために濁ってしまい透明材料として利用できない。光学的な散乱が起こらないハイブリッド材料を創製するためには、可視光波長よりも十分に小さい数nm~数十nmの粒径で、安定に分散する金属酸化物ナノ粒子の合成が非常に重要になる。 When two kinds of substances having different refractive indexes are combined with a size of about several hundred nm, which is a visible light wavelength, they become turbid due to optical scattering and cannot be used as a transparent material. In order to create a hybrid material that does not cause optical scattering, it is very important to synthesize metal oxide nanoparticles that are stably dispersed with a particle size of several nm to several tens of nm, which is sufficiently smaller than the visible light wavelength. become.

ZrO及びTiO等の金属酸化物ナノ粒子は、表面自由エネルギーが大きく、水又は有機溶媒中で凝集しやすい。このため、金属酸化物ナノ粒子の分散性を向上させるために分散剤が用いられる。例えば、非特許文献1には、シランカップリング剤の加水分解及び縮合反応により得られるシルセスキオキサンが表面修飾されたTiO及びZrOのナノ粒子が開示されている。該ナノ粒子は、水に高度に分散する。さらに、ナノ粒子の分散剤として、非特許文献2及び非特許文献3では、それぞれ有機ホスホン酸及び界面活性剤が利用されている。 Metal oxide nanoparticles such as ZrO 2 and TiO 2 have a large surface free energy and tend to aggregate in water or an organic solvent. Therefore, a dispersant is used to improve the dispersibility of the metal oxide nanoparticles. For example, Non-Patent Document 1 discloses nanoparticles of TiO 2 and ZrO 2 surface-modified with zircesquioxane obtained by hydrolysis and condensation reaction of a silane coupling agent. The nanoparticles are highly dispersed in water. Further, as a dispersant for nanoparticles, organic phosphonic acid and a surfactant are used in Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3, respectively.

特許文献1には、高度に分散され、凝集が少なく透明性が高い金属酸化物微粒子分散物が開示されている。該金属酸化物微粒子分散物は、金属酸化物微粒子と、強酸とを、アルコールを含む水溶液中で分散させることで得られる。 Patent Document 1 discloses a metal oxide fine particle dispersion that is highly dispersed, has little aggregation, and is highly transparent. The metal oxide fine particle dispersion is obtained by dispersing the metal oxide fine particles and a strong acid in an aqueous solution containing alcohol.

特開2008-239461号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-239461

Yoshiro Kaneko、「Preparation of Highly Water-Dispersible Titanium-Silicon Binary Oxide Materials by Sol-Gel Method」、2011年、Journal of Nanoscience and Nanotechnology、11、2458Yoshiro Kaneko, "Preparation of Highlight Water-Dispersible Titanium-Silicon Binary Oxide Material Materials by Sol-Gel Method", 2011, JournalN. Shiori Takahashi、外5名、「Modification of TiO2 Nanoparticles with Oleyl Phosphate via Phase Transfer in the Toluene-Water System and Application of Modified Nanoparticles to Cyclo-Olefin-Polymer-Based Organic-Inorganic Hybrid Films Exhibiting High Refractive Indices」、2017年、ACS Applied Materials & Interfaces、9、1907Shiori Takahashi, outside five, "Modification of TiO2 Nanoparticles with Oleyl Phosphate via Phase Transfer in the Toluene-Water System and Application of Modified Nanoparticles to Cyclo-Olefin-Polymer-Based Organic-Inorganic Hybrid Films Exhibiting High Refractive Indices", 2017 , ACS Applied Materials & Interfaces, 9, 1907 Pacia M、外2名、「UV and visible light active aqueous titanium dioxide colloids stabilized by surfactants」、2014年、Dalton Transactions、43、12480Pacifica M, 2 outsiders, "UV and visible light active acute dioxide colloids stabled by surfactants", 2014, Dalton Transacts80

しかし、特許文献1に開示された金属酸化物微粒子分散物は、有機溶媒中でも分散するか否かが不明である。また、当該金属酸化物微粒子分散物は、分散液中に「強酸」を含むため、水溶液のpHが強酸性であると考えられる。その場合、酸に弱い樹脂とのハイブリッド化は困難である。さらに、当該金属酸化物微粒子分散物は、固体生成物を単離した後でも再分散するかどうか不明である。このため、特許文献1に開示された金属酸化物微粒子分散物では、ハイブリッド材料の原料としての利用が制限されるおそれがある。 However, it is unclear whether or not the metal oxide fine particle dispersion disclosed in Patent Document 1 is dispersed even in an organic solvent. Further, since the metal oxide fine particle dispersion contains "strong acid" in the dispersion liquid, it is considered that the pH of the aqueous solution is strongly acidic. In that case, it is difficult to hybridize with an acid-sensitive resin. Furthermore, it is unclear whether the metal oxide fine particle dispersion will be redispersed even after the solid product has been isolated. Therefore, the metal oxide fine particle dispersion disclosed in Patent Document 1 may be limited in its use as a raw material for hybrid materials.

非特許文献1~3に開示された分散剤は、炭化水素等の有機成分が含まれているため、耐熱性の面で課題がある。 Since the dispersants disclosed in Non-Patent Documents 1 to 3 contain organic components such as hydrocarbons, there is a problem in terms of heat resistance.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、水及び有機溶媒の両方に分散し、かつ耐熱性に優れる金属酸化物ナノ粒子及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide metal oxide nanoparticles dispersed in both water and an organic solvent and having excellent heat resistance, and a method for producing the same.

本発明の第1の観点に係る金属酸化物ナノ粒子は、
酸化ジルコニウム又は酸化チタンを含有する粒子と、
前記粒子の表面に存在する、フルオロアルキル基を含む酸の共役塩基成分と、
を含む。
The metal oxide nanoparticles according to the first aspect of the present invention are
Particles containing zirconium oxide or titanium oxide,
Conjugate base components of acids containing fluoroalkyl groups present on the surface of the particles,
including.

この場合、前記粒子は、
酸化ジルコニウムを含有し、
ジルコニウム原子と前記共役塩基成分とのモル比が、
1:0.5~0.7である、
こととしてもよい。
In this case, the particles are
Contains zirconium oxide,
The molar ratio of the zirconium atom to the conjugate base component is
1: 0.5-0.7,
It may be that.

また、前記粒子は、
酸化チタンを含有し、
チタン原子と前記共役塩基成分とのモル比が、
1:0.2~0.5である、
こととしてもよい。
In addition, the particles are
Contains titanium oxide,
The molar ratio of the titanium atom to the conjugate base component is
1: 0.2 to 0.5,
It may be that.

また、上記本発明の第1の観点に係る金属酸化物ナノ粒子は、
平均粒径が2~7nmである、
こととしてもよい。
Further, the metal oxide nanoparticles according to the first aspect of the present invention are
The average particle size is 2-7 nm,
It may be that.

本発明の第2の観点に係る金属酸化物ナノ粒子の製造方法は、
ジルコニウムアルコキシド又はチタンアルコキシドを、溶媒に含まれるフルオロアルキル基を含む酸を触媒として加水分解及び縮合反応させる反応ステップと、
前記溶媒を除去し、固体生成物を得る乾燥ステップと、
前記固体生成物を加熱する加熱ステップと、
を含み、
前記反応ステップでは、1.0当量の前記ジルコニウムアルコキシドに対して、1.0~20.0当量の前記フルオロアルキル基を含む酸を反応させ、1.0当量の前記チタンアルコキシドに対して、1.0~10.0当量の前記フルオロアルキル基を含む酸を反応させる
The method for producing metal oxide nanoparticles according to the second aspect of the present invention is as follows.
A reaction step in which a zirconium alkoxide or a titanium alkoxide is hydrolyzed and condensed using an acid containing a fluoroalkyl group contained in a solvent as a catalyst.
A drying step of removing the solvent to obtain a solid product,
A heating step that heats the solid product,
Including
In the reaction step, 1.0 equivalent of the zirconium alkoxide is reacted with 1.0 to 20.0 equivalents of the acid containing the fluoroalkyl group, and 1.0 equivalent of the titanium alkoxide is 1 .0 to 10.0 equivalents of the acid containing the fluoroalkyl group are reacted .

この場合、前記フルオロアルキル基を含む酸は、
ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドである、
こととしてもよい。
In this case, the acid containing the fluoroalkyl group is
Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide,
It may be that.

また、前記反応ステップでは、
ジルコニウムアルコキシドを、溶媒に含まれるトリフルオロメタンスルホン酸又はトリフルオロ酢酸を触媒として加水分解及び縮合反応させる、
こととしてもよい。
Further, in the reaction step,
Hydrolyze and condense the zirconium alkoxide with trifluoromethanesulfonic acid or trifluoroacetic acid contained in the solvent as a catalyst.
It may be that.

本発明に係る金属酸化物ナノ粒子は、水及び有機溶媒の両方に分散し、かつ耐熱性に優れる。 The metal oxide nanoparticles according to the present invention are dispersed in both water and an organic solvent and have excellent heat resistance.

実施例1で合成したZrOナノ粒子の赤外吸収(IR)スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the infrared absorption (IR) spectrum of the ZrO2 nanoparticles synthesized in Example 1. FIG . 実施例1で合成したZrOナノ粒子のエネルギー分散型X線(EDX)スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the energy dispersive X-ray (EDX) spectrum of the ZrO2 nanoparticles synthesized in Example 1. FIG . 実施例1で合成したTiOナノ粒子のIRスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the IR spectrum of the TiO 2 nanoparticles synthesized in Example 1. FIG. 実施例1で合成したTiOナノ粒子のEDXスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the EDX spectrum of the TIO 2 nanoparticles synthesized in Example 1. FIG. 実施例1で合成したZrOナノ粒子の分散液の写真を示す図である。It is a figure which shows the photograph of the dispersion liquid of the ZrO2 nanoparticles synthesized in Example 1. FIG . 実施例1で合成したZrOナノ粒子の種々の溶媒における分散液の可視・紫外吸収(UV-Vis)スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the visible-ultraviolet absorption (UV-Vis) spectrum of the dispersion liquid in various solvents of the ZrO2 nanoparticles synthesized in Example 1. FIG . 実施例1で合成したTiOナノ粒子の分散液の写真を示す図である。It is a figure which shows the photograph of the dispersion liquid of the TIO 2 nanoparticles synthesized in Example 1. FIG. 実施例1で合成したTiOナノ粒子の種々の溶媒における分散液のUV-Visスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the UV-Vis spectrum of the dispersion liquid in the various solvents of the TIO 2 nanoparticles synthesized in Example 1. FIG. 実施例1で合成したZrOナノ粒子のアセトン分散液に関する動的光散乱法(DLS)で得られたヒストグラムを示す図である。(a)及び(c)は、それぞれ0.5w/v%及び1.0w/v%の濃度の分散液の散乱強度の分布を示す図である。(b)及び(d)は、それぞれ0.5w/v%及び1.0w/v%の濃度の分散液の個数分布を示す図である。It is a figure which shows the histogram obtained by the dynamic light scattering method (DLS) about the acetone dispersion liquid of the ZrO2 nanoparticles synthesized in Example 1. FIG . (A) and (c) are diagrams showing the distribution of the scattering intensity of the dispersion liquid having the concentrations of 0.5 w / v% and 1.0 w / v%, respectively. (B) and (d) are diagrams showing the number distribution of dispersions having concentrations of 0.5 w / v% and 1.0 w / v%, respectively. 実施例1で合成したTiOナノ粒子のアセトン分散液に関するDLSで得られたヒストグラムを示す図である。(a)及び(c)は、それぞれ0.5w/v%及び1.0w/v%の濃度の分散液の散乱強度の分布を示す図である。(b)及び(d)は、それぞれ0.5w/v%及び1.0w/v%の濃度の分散液の個数分布を示す図である。It is a figure which shows the histogram obtained by the DLS about the acetone dispersion liquid of the TIO 2 nanoparticles synthesized in Example 1. FIG. (A) and (c) are diagrams showing the distribution of the scattering intensity of the dispersion liquid having the concentrations of 0.5 w / v% and 1.0 w / v%, respectively. (B) and (d) are diagrams showing the number distribution of dispersions having concentrations of 0.5 w / v% and 1.0 w / v%, respectively. 実施例1及び実施例5で合成したZrOナノ粒子のEDXスペクトルを示す図である。(a)、(b)、(c)及び(d)は、ジルコニウムテトラn-ブトキシド(ZTB)にビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(HNTf)をそれぞれ1.0、2.0、5.0及び10.0当量加えて合成したZrOナノ粒子のEDXスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the EDX spectrum of the ZrO2 nanoparticles synthesized in Example 1 and Example 5. In (a), (b), (c) and (d), zirconium tetra n-butoxide (ZTB) and bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (HNTf 2 ) are added to 1.0, 2.0 and 5.0, respectively. It is a figure which shows the EDX spectrum of the ZrO2 nanoparticles synthesized by adding 10.0 equivalents. 実施例1及び実施例6で合成したTiOナノ粒子のEDXスペクトルを示す図である。(a)、(b)、(c)及び(d)は、チタンテトラn-ブトキシド(TTB)に、HNTfをそれぞれ2.0、3.0、4.0及び5.0当量加えて合成したTiOナノ粒子のEDXスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the EDX spectrum of the TIO 2 nanoparticles synthesized in Example 1 and Example 6. (A), (b), (c) and (d) are synthesized by adding 2.0, 3.0, 4.0 and 5.0 equivalents of HNTf 2 to titanium tetra n-butoxide (TTB), respectively. It is a figure which shows the EDX spectrum of the TIO 2 nanoparticles.

本発明に係る実施の形態について説明する。なお、本発明は下記の実施の形態によって限定されるものではない。 An embodiment of the present invention will be described. The present invention is not limited to the following embodiments.

(実施の形態)
本実施の形態に係る金属酸化物ナノ粒子は、ZrO又はTiOを含有する粒子と、当該粒子の表面に存在する、フルオロアルキル基を含む酸の共役塩基成分と、を含む。
(Embodiment)
The metal oxide nanoparticles according to the present embodiment include particles containing ZrO 2 or TiO 2 and a conjugate base component of an acid containing a fluoroalkyl group present on the surface of the particles.

上記粒子は、より詳細には、ZrO又はTiOを含むナノ粒子である。当該粒子は、TiO及びZrOのいずれか一方を含有してもよいし、両方を含有してもよい。 More specifically, the particles are nanoparticles containing ZrO 2 or TiO 2 . The particles may contain either TiO 2 or ZrO 2 or both.

フルオロアルキル基を含む酸としては、例えば、ビス(フルオロスルホニル)イミド、ビス(ジフルオロホスホニル)イミド、HNTf、フルオロメタンスルホン酸、ジフルオロメタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸(TFSA)、フルオロ酢酸、ジフルオロ酢酸、トリフルオロ酢酸(TFA)、ヘキサフルオロリン酸及びテトラフルオロホウ酸等が挙げられる。 Examples of the acid containing a fluoroalkyl group include bis (fluorosulfonyl) imide, bis (difluorophosphonyl) imide, HNTf 2 , fluoromethanesulfonic acid, difluoromethanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid (TFSA), fluoroacetic acid, and the like. Examples thereof include difluoroacetic acid, trifluoroacetic acid (TFA), hexafluorophosphate and tetrafluoroboric acid.

より具体的には、フルオロアルキル基を含む酸がHNTf(化学式(CFSONH)の場合、当該酸の共役塩基成分は化学式(CFSOで表される成分である。 More specifically, when the acid containing a fluoroalkyl group is HNTf 2 (chemical formula (CF 3 SO 2 ) 2 NH), the conjugate base component of the acid is represented by the chemical formula (CF 3 SO 2 ) 2 N . It is an ingredient.

フルオロアルキル基を含む酸の共役塩基成分がZrO又はTiOを含有する粒子の表面に存在するとは、共役塩基成分が粒子の少なくとも一部を被覆している状態、又は共役塩基成分の少なくとも一部が粒子から露出している状態を含む。好ましくは、金属酸化物ナノ粒子において、共役塩基成分の少なくとも一部が粒子に含まれる分子と結合して、粒子表面に露出している。 The presence of a conjugate base component of an acid containing a fluoroalkyl group on the surface of a particle containing ZrO 2 or TiO 2 means that the conjugate base component covers at least a part of the particle, or at least one of the conjugate base components. Includes the part exposed from the particles. Preferably, in the metal oxide nanoparticles, at least a part of the conjugate base component is bonded to the molecule contained in the particle and exposed on the particle surface.

粒子に含まれる金属酸化物の金属原子と共役塩基成分とのモル比は特に限定されない。粒子がZrOを含有する場合、例えば、ジルコニウム原子と共役塩基成分とのモル比は、1:0.2~1、好ましくは1:0.5~0.7、より好ましくは1:0.6である。 The molar ratio of the metal atom of the metal oxide contained in the particles to the conjugate base component is not particularly limited. When the particles contain ZrO 2 , for example, the molar ratio of the zirconium atom to the conjugate base component is 1: 0.2 to 1, preferably 1: 0.5 to 0.7, and more preferably 1: 0. It is 6.

粒子がTiOを含有する場合、例えば、チタン原子と共役塩基成分とのモル比は、1:0.2~1、好ましくは1:0.2~0.5、より好ましくは1:0.3である。 When the particles contain TiO 2 , for example, the molar ratio of the titanium atom to the conjugate base component is 1: 0.2 to 1, preferably 1: 0.2 to 0.5, and more preferably 1: 0. It is 3.

粒子に含まれる金属酸化物の金属原子と上記共役塩基成分とのモル比は、公知の方法で決定できる。好ましくは、金属原子と共役塩基成分とのモル比は、EDXを用いて決定される。 The molar ratio of the metal atom of the metal oxide contained in the particles to the conjugate base component can be determined by a known method. Preferably, the molar ratio of metal atom to conjugate base component is determined using EDX.

本実施の形態に係る金属酸化物ナノ粒子の平均粒径は、数十nm以下であれば特に限定されないが、例えば、0.1~80nm、0.5~50nm、1~30nm又は2~20nmである。好適には、金属酸化物ナノ粒子の平均粒径は、2~7nmである。より詳細には、粒子がZrOを含有する場合、金属酸化物ナノ粒子の平均粒径は、1~5nm、好ましくは2~4nmである。一方、粒子がTiOを含有する場合、金属酸化物ナノ粒子の平均粒径は、4~7nm、好ましくは5~6nmである。 The average particle size of the metal oxide nanoparticles according to the present embodiment is not particularly limited as long as it is several tens of nm or less, but is, for example, 0.1 to 80 nm, 0.5 to 50 nm, 1 to 30 nm, or 2 to 20 nm. Is. Preferably, the average particle size of the metal oxide nanoparticles is 2 to 7 nm. More specifically, when the particles contain ZrO 2 , the average particle size of the metal oxide nanoparticles is 1 to 5 nm, preferably 2 to 4 nm. On the other hand, when the particles contain TiO 2 , the average particle size of the metal oxide nanoparticles is 4 to 7 nm, preferably 5 to 6 nm.

金属酸化物ナノ粒子の粒径は、公知の方法、例えば、ふるい分け法、沈降法、顕微鏡法、光散乱法、DLS、レーザー回折・散乱法及び電気的抵抗試験等で測定できる。粒径は、測定方法に応じて、ストーク相当径、円相当径、球相当径で表すことができる。また、粒径は、複数の粒子を測定対象として、その平均で表した個数平均粒径、体積平均粒径、面積平均粒径等であってもよい。例えば、個数平均粒径は、レーザー回折・散乱法等の測定に基づく個数分布等から算出される平均粒径である。具体的には、粉体の集団の全体積を100%として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが50%となる点の粒径である50%径(D50)を平均粒径としてもよい。 The particle size of the metal oxide nanoparticles can be measured by a known method, for example, a sieving method, a precipitation method, a microscopic method, a light scattering method, a DLS, a laser diffraction / scattering method, an electrical resistance test, or the like. The particle size can be represented by a stalk-equivalent diameter, a circle-equivalent diameter, and a sphere-equivalent diameter, depending on the measurement method. Further, the particle size may be a number average particle size, a volume average particle size, an area average particle size, or the like expressed by averaging a plurality of particles as measurement targets. For example, the number average particle size is an average particle size calculated from a number distribution or the like based on measurements by a laser diffraction / scattering method or the like. Specifically, when the cumulative curve is obtained with the total volume of the powder population as 100%, the 50% diameter ( D50 ), which is the particle size at the point where the cumulative curve becomes 50%, can be used as the average particle size. good.

次に、本実施の形態に係る金属酸化物ナノ粒子に好ましい製造方法の一例について説明する。金属酸化物ナノ粒子の製造方法は、反応ステップと、乾燥ステップと、加熱ステップと、を含む。反応ステップでは、ジルコニウムアルコキシド又はチタンアルコキシドを、溶媒に含まれるフルオロアルキル基を含む酸を触媒として加水分解及び縮合反応させる。 Next, an example of a preferable production method for the metal oxide nanoparticles according to the present embodiment will be described. The method for producing metal oxide nanoparticles includes a reaction step, a drying step, and a heating step. In the reaction step, zirconium alkoxide or titanium alkoxide is hydrolyzed and condensed using an acid containing a fluoroalkyl group contained in the solvent as a catalyst.

ジルコニウムアルコキシドは、一般式Zr(OR)で示され、加水分解によってZrOを生じさせるものであれば特に限定されない。式中の(OR)の一部がアセチルアセトネート(C)やエチルアセトアセテート(C)で置換されていてもよい。好ましくは、ジルコニウムアルコキシドは、アルコキシドのR部分が低級(好ましくはC1-6)アルキル基のものである。 The zirconium alkoxide is represented by the general formula Zr (OR) 4 , and is not particularly limited as long as it produces ZrO 2 by hydrolysis. A part of (OR) in the formula may be substituted with acetylacetonate ( C5H7O2 ) or ethylacetacetate ( C6H9O3 ). Preferably, the zirconium alkoxide is one in which the R moiety of the alkoxide is a lower (preferably C 1-6 ) alkyl group.

より具体的には、ジルコニウムアルコキシドとしては、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ZTB、ジルコニウムトリブトキシモノアセチルアセトネート、ジルコニウムジブトキシビス(エチルアセトアセテート)、ジルコニウムモノブトキシアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)及びそれらの混合物が挙げられる。好適には、ジルコニウムアルコキシドは、ZTBである。 More specifically, as the zirconium alkoxide, zirconium tetraethoxydo, zirconium tetraisopropoxide, ZTB, zirconium tributoxymonoacetylacetate, zirconium dibutoxybis (ethylacetate acetate), zirconium monobutoxyacetylacetonate bis ( Ethylacetacetate) and mixtures thereof. Preferably, the zirconium alkoxide is ZTB.

チタンアルコキシドは、一般式:Ti(OR)で示され、加水分解によってTiOを生じさせるものであれば特に限定されない。式中の(OR)の一部がアセチルアセトネート(C)やエチルアセトアセテート(C)で置換されていてもよい。好ましくは、チタンアルコキシドは、アルコキシドのR部分が低級(好ましくはC1-6)アルキル基であるものである。 The titanium alkoxide is represented by the general formula: Ti (OR) 4 , and is not particularly limited as long as it produces TiO 2 by hydrolysis. A part of (OR) in the formula may be substituted with acetylacetonate ( C5H7O2 ) or ethylacetacetate ( C6H9O3 ). Preferably, the titanium alkoxide is one in which the R moiety of the alkoxide is a lower (preferably C 1-6 ) alkyl group.

より具体的には、チタンアルコキシドとしては、チタンテトラエトキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラn-プロポキシド、TTB、チタンテトラメトキシド、チタンジイソプロポキシビス(アセチルアセトネート)、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)及びそれらの混合物が挙げられる。好適には、チタンアルコキシドはTTBである。 More specifically, as titanium alkoxide, titanium tetraethoxydo, titanium tetraisopropoxide, titanium tetra n-propoxide, TTB, titanium tetramethoxydo, titanium diisopropoxybis (acetylacetonate), titanium diiso Examples include propoxybis (ethylacetacetate) and mixtures thereof. Preferably, the titanium alkoxide is TTB.

反応ステップで用いられる溶媒は、ジルコニウムアルコキシド又はチタンアルコキシドの加水分解及び縮合反応を妨げない限り特に限定されない。例えば、水とアルコールとの混合溶媒を用いることができる。混合溶媒のアルコールとしては、アルキル基が短いアルコール、例えばメタノール、エタノール及びプロパノールが挙げられる。アルコールとしてメタノールを用いる場合、水とメタノールの割合は体積比で1:15~25、1:18~22、好ましくは1:19である。 The solvent used in the reaction step is not particularly limited as long as it does not interfere with the hydrolysis and condensation reaction of zirconium alkoxide or titanium alkoxide. For example, a mixed solvent of water and alcohol can be used. Examples of the alcohol of the mixed solvent include alcohols having a short alkyl group such as methanol, ethanol and propanol. When methanol is used as the alcohol, the ratio of water to methanol is 1:15 to 25, 1:18 to 22, preferably 1:19 by volume.

フルオロアルキル基を含む酸の濃度は特に限定されず、適宜調整すればよく、例えば0.1~1mol/L、0.2~0.8mol/L、好ましくは0.5mol/Lである。ジルコニウムアルコキシドを用いる場合、ジルコニウムアルコキシドに対して、例えば1.0~20.0当量のフルオロアルキル基を含む酸が混合される。好ましくは、ジルコニウムアルコキシドに対するフルオロアルキル基を含む酸は、1.0~8.0当量、1.0~7.0当量、より好ましくは2.0~5.0当量である。 The concentration of the acid containing a fluoroalkyl group is not particularly limited and may be appropriately adjusted, for example, 0.1 to 1 mol / L, 0.2 to 0.8 mol / L, preferably 0.5 mol / L. When a zirconium alkoxide is used, an acid containing, for example, 1.0 to 20.0 equivalents of a fluoroalkyl group is mixed with the zirconium alkoxide. Preferably, the acid containing a fluoroalkyl group with respect to the zirconium alkoxide is 1.0 to 8.0 equivalents, 1.0 to 7.0 equivalents, more preferably 2.0 to 5.0 equivalents.

反応ステップにおいてジルコニウムアルコキシドを用いる場合、溶媒に含まれるフルオロアルキル基を含む酸として特に好ましいのは、HNTf、TFSA又はTFAである。 When zirconium alkoxide is used in the reaction step, HNTf 2 , TFSA or TFA is particularly preferable as the acid containing a fluoroalkyl group contained in the solvent.

チタンアルコキシドを用いる場合、チタンアルコキシドに対して、例えば1.0~10.0当量のフルオロアルキル基を含む酸が混合される。好ましくは、チタンアルコキシドに対するフルオロアルキル基を含む酸は、2.0~10.0当量、3.0~8.0当量、より好ましくは5.0~7.0当量である。 When titanium alkoxide is used, an acid containing, for example, 1.0 to 10.0 equivalents of a fluoroalkyl group is mixed with the titanium alkoxide. Preferably, the acid containing the fluoroalkyl group with respect to the titanium alkoxide is 2.0 to 10.0 equivalents, 3.0 to 8.0 equivalents, more preferably 5.0 to 7.0 equivalents.

反応ステップにおいてチタンアルコキシドを用いる場合、溶媒に含まれるフルオロアルキル基を含む酸として特に好ましいのは、HNTfである。 When titanium alkoxide is used in the reaction step, HNTf 2 is particularly preferable as the acid containing a fluoroalkyl group contained in the solvent.

反応ステップは、加水分解及び縮合反応(すなわちゾル-ゲル反応)が進行する条件で行われる。例えば、溶媒中で、ジルコニウムアルコキシド又はチタンアルコキシド及びフルオロアルキル基を含む酸を、室温で所定時間、例えば1~6時間、好ましくは1~3時間、撹拌すればよい。 The reaction step is carried out under the condition that the hydrolysis and condensation reaction (that is, the sol-gel reaction) proceeds. For example, an acid containing zirconium alkoxide or titanium alkoxide and a fluoroalkyl group may be stirred at room temperature for a predetermined time, for example, 1 to 6 hours, preferably 1 to 3 hours.

乾燥ステップでは、溶媒を除去することで固体生成物を得る。乾燥ステップでは、溶媒の除去を促進するために、反応ステップで生成した生成物を含む溶媒を適宜加熱してもよい。この場合、例えば、溶媒が50~60℃になるように加熱すればよい。加熱ステップは、溶媒除去後にさらに生成物を150℃程度に加熱してもよい。こうすることで、生成物の反応をさらに進行させることができる。 In the drying step, the solvent is removed to give a solid product. In the drying step, the solvent containing the product produced in the reaction step may be appropriately heated in order to promote the removal of the solvent. In this case, for example, the solvent may be heated to 50 to 60 ° C. In the heating step, the product may be further heated to about 150 ° C. after removing the solvent. By doing so, the reaction of the product can be further advanced.

続いて、加熱ステップでは、固体生成物を加熱する。これにより、本実施の形態に係る金属酸化物ナノ粒子が得られる。加熱ステップでは、100~200℃、好ましくは130~180℃、好適には150℃で固体生成物が加熱されればよい。加熱時間は、適宜調整すればよいが、例えば150℃に加熱する場合は、2時間程度である。 Subsequently, the heating step heats the solid product. As a result, the metal oxide nanoparticles according to the present embodiment can be obtained. In the heating step, the solid product may be heated at 100-200 ° C, preferably 130-180 ° C, preferably 150 ° C. The heating time may be appropriately adjusted, but for example, when heating to 150 ° C., it is about 2 hours.

なお、フルオロアルキル基を含む酸等を除去するために、当該加熱ステップの前に、乾燥ステップによって得られた粗生成物をクロロホルム等の有機溶剤で洗浄し、デカンテーションした後で減圧乾燥してもよい。 In addition, in order to remove an acid or the like containing a fluoroalkyl group, the crude product obtained by the drying step is washed with an organic solvent such as chloroform before the heating step, decanted and then dried under reduced pressure. May be good.

以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る金属酸化物ナノ粒子は、下記実施例2に示すように、水及び有機溶媒のいずれにも良好に分散し、極めて透明性が高い。また、当該金属酸化物ナノ粒子は、炭化水素を含まないので耐熱性に優れる。 As described in detail above, the metal oxide nanoparticles according to the present embodiment are well dispersed in both water and an organic solvent as shown in Example 2 below, and have extremely high transparency. Moreover, since the metal oxide nanoparticles do not contain hydrocarbons, they are excellent in heat resistance.

当該金属酸化物ナノ粒子は、実施例4に示すように、ZrOを含む場合、水、メタノール及びアセトンを溶媒として析出と分散とを複数回繰り返しても、再分散が可能である。また、TiOを含む場合、アセトンを溶媒として析出と分散とを複数回繰り返しても、再分散が可能である。よって、本実施の形態に係る金属酸化物ナノ粒子は、容易に再分散させることができるため、再利用可能で実用化において有利である。 As shown in Example 4 , when the metal oxide nanoparticles contain ZrO2, the metal oxide nanoparticles can be redispersed even if precipitation and dispersion are repeated a plurality of times using water, methanol and acetone as solvents. Further, when TiO 2 is contained, redispersion is possible even if precipitation and dispersion are repeated a plurality of times using acetone as a solvent. Therefore, since the metal oxide nanoparticles according to the present embodiment can be easily redispersed, they can be reused and are advantageous in practical use.

当該金属酸化物ナノ粒子は、ZrO又はTiOを含有する。ZrO及びTiOは屈折率が高い材料であるため、当該金属酸化物ナノ粒子を透明樹脂とハイブリッド化させることで、発光ダイオード(LED)封止材、薄型レンズ及び光ファイバー等の材料として利用できる。また、TiOを含有する金属酸化物ナノ粒子は光触媒としても利用可能である。 The metal oxide nanoparticles contain ZrO 2 or TiO 2 . Since ZrO 2 and TiO 2 are materials having a high refractive index, they can be used as materials for light emitting diode (LED) encapsulants, thin lenses, optical fibers, etc. by hybridizing the metal oxide nanoparticles with a transparent resin. .. Further, the metal oxide nanoparticles containing TiO 2 can also be used as a photocatalyst.

以下の実施例により、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the examples.

(実施例1:ZrOナノ粒子及びTiOナノ粒子の合成)
以下のようにZrOナノ粒子を合成した。50mLサンプル瓶中の85%ZTB1-ブタノール溶液(0.9028g、2.0mmol)に、水/メタノール(1:19、v/v)混合溶媒で0.5mol/Lに希釈したHNTfの溶液をZTB(mol)に対して5.0当量(20mL、10mmol)加え、室温で1時間撹拌した。
(Example 1: Synthesis of ZrO 2 nanoparticles and TiO 2 nanoparticles)
ZrO2 nanoparticles were synthesized as follows. A solution of HNTf 2 diluted to 0.5 mol / L with a mixed solvent of water / methanol (1:19, v / v) was added to an 85% ZTB1-butanol solution (0.9028 g, 2.0 mmol) in a 50 mL sample bottle. 5.0 equivalent (20 mL, 10 mmol) was added to ZTB (mol), and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour.

次に、得られた溶液をディスポーザルトレー(AS ONE社製、フィラー入りポリプロピレン製、100mm×70mm×13mm)に移し、開放系で加熱(約50~60℃)し溶媒を留去した後、さらに150℃のオーブンで2時間加熱した。その後、得られた粗生成物をクロロホルムで洗浄、デカンテーション、減圧乾燥し、再び150℃のオーブンで2時間加熱することで生成物としてZrOナノ粒子(ZrO-NTf-NP)を得た(0.6237g)。 Next, the obtained solution was transferred to a disposal tray (manufactured by AS ONE, made of polypropylene containing a filler, 100 mm × 70 mm × 13 mm), heated in an open system (about 50 to 60 ° C.), and the solvent was distilled off. Further, it was heated in an oven at 150 ° C. for 2 hours. Then, the obtained crude product was washed with chloroform, decanted, dried under reduced pressure, and heated again in an oven at 150 ° C. for 2 hours to obtain ZrO2 nanoparticles (ZrO2 - NTf2 - NP) as a product. (0.6237g).

また、以下のようにTiOナノ粒子を合成した。50mLサンプル瓶中でTTB(0.6090g、2.0mmol)と1-ブタノール(0.1075g)をTTB/1-ブタノール(85:15、w/w)で混合し、そこにHNTfの水/メタノール(1:19、v/v)混合溶媒で0.5mol/Lに希釈した溶液をTTB(mol)に対して5.0当量(20mL、10mmol)加え、室温で1時間撹拌させた。 In addition, TiO 2 nanoparticles were synthesized as follows. TTB (0.6090 g, 2.0 mmol) and 1-butanol (0.1075 g) were mixed with TTB / 1-butanol (85:15, w / w) in a 50 mL sample bottle, and HNTf 2 water / A solution diluted to 0.5 mol / L with a mixed solvent of methanol (1:19, v / v) was added in an amount of 5.0 equivalents (20 mL, 10 mmol) to TTB (mol), and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour.

続いて、得られた溶液をディスポーザルトレー(AS ONE社製、フィラー入りポリプロピレン製、100mm×70mm×13mm)に移し、開放系で加熱(約50~60℃)し溶媒を留去した後、さらに150℃のオーブンで2時間加熱した。その後、得られた粗生成物をクロロホルムで洗浄し、デカンテーションに続いて、減圧乾燥し、再び150℃のオーブンで2時間加熱することで生成物としてTiOナノ粒子(TiO-NTf-NP)を得た(0.3050g)。 Subsequently, the obtained solution was transferred to a disposal tray (manufactured by ASONE, made of polypropylene containing a filler, 100 mm × 70 mm × 13 mm), heated in an open system (about 50 to 60 ° C.), and the solvent was distilled off. Further, it was heated in an oven at 150 ° C. for 2 hours. Then, the obtained crude product was washed with chloroform, decanted, dried under reduced pressure, and heated again in an oven at 150 ° C. for 2 hours to obtain TIM 2 nanoparticles (TIO 2 -NTf 2- ) as a product. NP) was obtained (0.3050 g).

ZrO-NTf-NP及びTiO-NTf-NPの構造をフーリエ変換赤外分光法(FT-IR)及びEDXで確認した。FT-IR測定用サンプルは、赤外線吸収測定用KBrと少量のZrO-NTf-NP又はTiO-NTf-NPをメノウ乳鉢内で十分にすり潰し、錠剤成型器を用いて圧力をかけ、ペレット状にしたものを用いた。FT-IRの分析機器としてFT/IR-4200 type A(日本分光社製)を使用した。 The structures of ZrO 2 -NTf 2 -NP and TiO 2 -NTf 2 -NP were confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and EDX. For the sample for FT-IR measurement, KBr for infrared absorption measurement and a small amount of ZrO2 - NTf2 - NP or TiO2 -NTf2 - NP are sufficiently ground in an agate mortar, and pressure is applied using a tablet molder. Pellets were used. An FT / IR-4200 type A (manufactured by JASCO Corporation) was used as an FT-IR analytical instrument.

EDX測定用サンプルとして、アルミ板にカーボンテープを張り、その上にZrO-NTf-NP又はTiO-NTf-NPを付着させたものを用いた。EDXの分析機器としてQuanta400(日本FEI社製)を使用した。 As a sample for EDX measurement, a carbon tape was attached to an aluminum plate, and ZrO2 - NTf2 - NP or TIO2 - NTf2 - NP was attached thereto. Quanta400 (manufactured by FEI Japan) was used as an EDX analytical instrument.

(結果)
図1は、ZrO-NTf-NPのIRスペクトルを示す。該IRスペクトルにおいてNTfのスルホニル基及びトリフルオロメチル基由来の吸収ピークが観測された。図2は、ZrO-NTf-NPのEDXスペクトルを示す。該EDXスペクトルによって、ZrとSの原子数比が1.00対1.17であり、Zr原子とNTf成分のモル比は約1:0.59であった。以上の結果より、HNTfの良溶媒であるクロロホルムで洗浄したにも関わらず、ZrO-NTf-NPにはZrOに加えてNTf成分も含まれていることが示された。
(result)
FIG. 1 shows the IR spectrum of ZrO2 - NTf2 - NP. Absorption peaks derived from the sulfonyl group and trifluoromethyl group of NTf 2 were observed in the IR spectrum. FIG. 2 shows the EDX spectrum of ZrO2 - NTf2 - NP. According to the EDX spectrum, the atomic number ratio of Zr and S was 1.00 to 1.17, and the molar ratio of the Zr atom and the NTf2 component was about 1: 0.59. From the above results, it was shown that ZrO2 - NTf2 - NP contained an NTf2 component in addition to ZrO2, even though it was washed with chloroform, which is a good solvent for HNTf2 .

図3は、TiO-NTf-NPのIRスペクトルを示す。該IRスペクトルにおいてNTfのスルホニル基及びトリフルオロメチル基由来の吸収ピークが観測された。図4は、TiO-NTf-NPのEDXスペクトルを示す。該EDXスペクトルによって、TiとSの原子数比が1.00対0.57であり、Ti原子とNTf成分のモル比は約1:0.29であった。以上の結果より、HNTfの良溶媒であるクロロホルムで洗浄したにも関わらず、TiO-NTf-NPにはTiOに加えてNTf成分も含まれていることが示された。 FIG. 3 shows the IR spectrum of TiO 2 -NTf 2 -NP. Absorption peaks derived from the sulfonyl group and trifluoromethyl group of NTf 2 were observed in the IR spectrum. FIG. 4 shows the EDX spectrum of TiO 2 -NTf 2 -NP. According to the EDX spectrum, the atomic number ratio of Ti and S was 1.00 to 0.57, and the molar ratio of the Ti atom and the NTf 2 component was about 1: 0.29. From the above results, it was shown that TiO 2-NTf 2-NP contains an NTf 2 component in addition to TiO 2 , even though it was washed with chloroform, which is a good solvent for HNTf 2 .

(実施例2:ZrO-NTf-NP及びTiO-NTf-NPの分散性評価)
ZrO-NTf-NP及びTiO-NTf-NPの分散性を目視及びUV-Visにより行った。ZrO-NTf-NP又はTiO-NTf-NPを1.0w/v%で種々の溶媒に加え、目視で分散性を評価した。
(Example 2: Dispersity evaluation of ZrO2 - NTf2 - NP and TiO2 -NTf2 - NP)
The dispersibility of ZrO2 - NTf2 - NP and TiO2 -NTf2 - NP was visually and UV-Vis. ZrO 2 -NTf 2 -NP or TiO 2 -NTf 2 -NP was added to various solvents at 1.0 w / v%, and the dispersibility was visually evaluated.

UV-Visの測定では、測定用サンプルとしてZrO-NTf-NP又はTiO-NTf-NPの分散液(1.0w/v%)を10mm角の石英セルに2.5mLほど滴下して透過率モードで測定した。UV-Visの測定には、V-630 spectrophotometer(日本分光社製)を使用した。 In the measurement of UV-Vis, a dispersion liquid (1.0 w / v%) of ZrO2 - NTf2 - NP or TiO2 -NTf2 - NP as a measurement sample is dropped into a 10 mm square quartz cell in an amount of about 2.5 mL. And measured in the transmittance mode. A V-630 spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation) was used for the measurement of UV-Vis.

(結果)
ZrO-NTf-NPは、水、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、メタノール、エタノール及びアセトンに良好な分散性を示した(図5参照)。これらの分散液は透明で、ややオレンジ色に着色していた。一方、ZrO-NTf-NPは、酢酸エチル、クロロホルム、トルエン、ヘキサンには分散性を示さなかった。
(result)
ZrO2 - NTf2 - NP showed good dispersibility in water, dimethyl sulfoxide (DMSO), N, N-dimethylformamide (DMF), methanol, ethanol and acetone (see FIG. 5). These dispersions were transparent and slightly orange in color. On the other hand, ZrO2 - NTf2 - NP did not show dispersibility in ethyl acetate, chloroform, toluene and hexane.

図6は、ZrO-NTf-NPの水、DMSO、DMF、メタノール、エタノール及びアセトン分散液のUV-Visスペクトルを示す。いずれの分散液も高い透過率を示し、分散液の高い透明性を支持した。さらに、これらの分散液のUV-Visスペクトルにより、分散液の色であるオレンジ色の補色である青色の波長領域で光を吸収していることが確認された。 FIG. 6 shows UV-Vis spectra of ZrO2 - NTf2 - NP water, DMSO, DMF, methanol, ethanol and acetone dispersions. Both dispersions showed high transmittance, supporting the high transparency of the dispersions. Furthermore, from the UV-Vis spectra of these dispersions, it was confirmed that light was absorbed in the blue wavelength region, which is the complementary color of orange, which is the color of the dispersions.

TiO-NTf-NPは、水、DMSO、DMF及びアセトンに良好な分散性を示した(図7参照)。これらの分散液は透明で、ややオレンジ色に着色していた。一方、TiO-NTf-NPは、メタノール、エタノール、酢酸エチル、クロロホルム、トルエン、ヘキサンには分散性を示さなかった。 TiO 2 -NTf 2 -NP showed good dispersibility in water, DMSO, DMF and acetone (see FIG. 7). These dispersions were transparent and slightly orange in color. On the other hand, TIM 2-NTf 2 - NP did not show dispersibility in methanol, ethanol, ethyl acetate, chloroform, toluene and hexane.

図8は、TiO-NTf-NPの水、DMSO、DMF及びアセトン分散液のUV-Visスペクトルを示す。いずれの分散液も高い透過率を示し、分散液の高い透明性を支持した。さらに、これらの分散液のUV-Visスペクトルにより、分散液の色であるオレンジ色の補色である青色の波長領域で光を吸収していることが確認された。さらに、紫外光波長領域で光の透過率がほぼ0%であることから、TiO-NTf-NPは、TiOの特徴である紫外吸収特性を有することが確認された。 FIG. 8 shows the UV-Vis spectra of TiO 2 -NTf 2 -NP water, DMSO, DMF and acetone dispersions. Both dispersions showed high transmittance, supporting the high transparency of the dispersions. Furthermore, from the UV-Vis spectra of these dispersions, it was confirmed that light was absorbed in the blue wavelength region, which is the complementary color of orange, which is the color of the dispersions. Furthermore, since the light transmittance is almost 0% in the ultraviolet light wavelength region, it was confirmed that TIM 2 -NTf 2 -NP has the ultraviolet absorption characteristic characteristic of TiO 2 .

(実施例3:ZrO-NTf-NP及びTiO-NTf-NPの粒径評価)
ZrO-NTf-NP及びTiO-NTf-NPの粒径をDLSにより評価した。
(Example 3: Evaluation of particle size of ZrO2 - NTf2 - NP and TiO2 -NTf2 - NP)
The particle sizes of ZrO2 - NTf2 - NP and TiO2 -NTf2 - NP were evaluated by DLS.

DLS測定用サンプルとして、ZrO-NTf-NP又はTiO-NTf-NPのアセトン分散液(0.5w/v%および1.0w/v%)を10mm角の石英セルに1~1.5mLほど滴下したものを用いた。DLS測定装置として、Nano-ZS90(Malvern社製)を用いた。 As a sample for DLS measurement, 1 to 1 of ZrO2 - NTf2 - NP or TiO2 -NTf2 - NP acetone dispersion (0.5 w / v% and 1.0 w / v%) in a 10 mm square quartz cell. The one dropped by about 5 mL was used. As a DLS measuring device, Nano-ZS90 (manufactured by Malvern) was used.

(結果)
図9は、ZrO-NTf-NPのアセトン分散液に関するDLSヒストグラムを示す。ZrO-NTf-NPの個数平均粒径を求めたところ、分散液の濃度に依存することはなく、約3nmであった(図9(b)、(d)参照)。図9(a)、(c)に示す散乱強度の分布からは、100nm未満の凝集体を形成していたが、図9(b)、(d)に示す個数分布においてその凝集体の数が非常に少ないことが示された。このことからZrO-NTf-NPのアセトン分散液は、高い透明性を有していると考えられる。
(result)
FIG. 9 shows a DLS histogram for an acetone dispersion of ZrO2 - NTf2 - NP. When the number average particle size of ZrO2 - NTf2 - NP was determined, it was about 3 nm without depending on the concentration of the dispersion liquid (see FIGS. 9 (b) and 9 (d)). From the distribution of the scattering intensity shown in FIGS. 9 (a) and 9 (c), aggregates of less than 100 nm were formed, but in the number distribution shown in FIGS. 9 (b) and 9 (d), the number of the aggregates was large. It was shown to be very few. From this, it is considered that the acetone dispersion of ZrO2 - NTf2 - NP has high transparency.

図10は、TiO-NTf-NPのアセトン分散液に関するDLSヒストグラムを示す。TiO-NTf-NPの個数平均粒径を求めたところ、分散液の濃度に依存することはなく、約6nmであった(図10(b)、(d)参照)。図10(a)、(c)に示す散乱強度の分布からは、約130nmの凝集体を形成していたが、図10(b)、(d)に示す個数分布においてその凝集体の数が非常に少ないことが示された。このことからTiO-NTf-NPのアセトン分散液は、高い透明性を有していると考えられる。 FIG. 10 shows a DLS histogram for an acetone dispersion of TiO 2 -NTf 2 -NP. When the number average particle size of TiO 2 -NTf 2 -NP was determined, it was about 6 nm without depending on the concentration of the dispersion liquid (see FIGS. 10 (b) and 10 (d)). From the distribution of the scattering intensity shown in FIGS. 10 (a) and 10 (c), agglomerates of about 130 nm were formed, but in the number distribution shown in FIGS. 10 (b) and 10 (d), the number of the agglomerates was large. It was shown to be very few. From this, it is considered that the acetone dispersion of TiO 2 -NTf 2 -NP has high transparency.

(実施例4:ZrO-NTf-NP及びTiO-NTf-NPの再分散性の検討)
ZrO-NTf-NPの水分散液、メタノール分散液及びアセトン分散液(すべて1.0w/v%)で、析出と分散とを3回繰り返し、再分散が可能であるか否かを検討した。また、TiO-NTf-NPの水分散液及びアセトン分散液(1.0w/v%)について同様に再分散を検討した。
(Example 4: Examination of redispersibility of ZrO2 - NTf2 - NP and TiO2 -NTf2 - NP)
Precipitation and dispersion were repeated 3 times with ZrO2 - NTf2 - NP aqueous dispersion, methanol dispersion and acetone dispersion (all 1.0 w / v%) to examine whether redispersion was possible. did. Further, the redispersion of the aqueous dispersion of TiO2 -NTf2 - NP and the acetone dispersion (1.0 w / v%) was also examined in the same manner.

(結果)
ZrO-NTf-NPはすべての分散液で3回目の分散後でも良好な分散性を示した。一方、TiO-NTf-NPに関しては、水分散液は析出と分散とを1回繰り返した時点で白濁したが、アセトン分散液は析出と分散とを3回繰り返しても良好な分散性を示した。
(result)
ZrO2 - NTf2 - NP showed good dispersibility in all dispersions even after the third dispersion. On the other hand, regarding TiO 2 -NTf 2 -NP, the aqueous dispersion became cloudy when precipitation and dispersion were repeated once, but the acetone dispersion had good dispersibility even when precipitation and dispersion were repeated three times. Indicated.

(実施例5:ZrO-NTf-NPの分散性及びNTf成分の被覆率への当量変動による影響の検討)
上記実施例1のZrO-NTf-NPの合成におけるZTB(2.0mmol)に加えるHNTf溶液(0.5mol/L)を1.0当量(4mL、2mmol)、2.0当量(8mL、4mmol)及び10.0当量(40mL、20mmol)として、ZrO-NTf-NPを実施例1と同様に合成した。得られたZrO-NTf-NPの分散性を評価した。また、ZrO-NTf-NPの構造をEDXで確認した。
(Example 5: Examination of the effect of equivalent variation on the dispersibility of ZrO2 - NTf2 - NP and the coverage of NTf2 components)
1.0 equivalent (4 mL, 2 mmol) and 2.0 equivalent (8 mL) of the HNTf 2 solution (0.5 mol / L) added to ZTB (2.0 mmol) in the synthesis of ZrO 2 -NTf 2 -NP of Example 1 above. 4 mmol) and 10.0 equivalents (40 mL, 20 mmol) were used to synthesize ZrO 2 -NTf 2 -NP in the same manner as in Example 1. The dispersibility of the obtained ZrO2 - NTf2 - NP was evaluated. In addition, the structure of ZrO2 - NTf2 - NP was confirmed by EDX.

(結果)
実施例1で合成したZrO-NTf-NP(ZTBに対するHNTfが5.0当量)に加えて、本実施例で検討した各当量で合成したZrO-NTf-NPの分散性を表1に示す。この結果から、当量を減らしてもある程度の分散性が維持されることが示された。
(result)
In addition to the ZrO 2 -NTf 2 -NP synthesized in Example 1 (5.0 equivalents of HNTf 2 to ZTB), the dispersibility of ZrO 2 -NTf 2 -NP synthesized at each equivalent examined in this example was obtained. It is shown in Table 1. From this result, it was shown that a certain degree of dispersibility was maintained even if the equivalent was reduced.

Figure 0007006908000001
Figure 0007006908000001

図11(a)~(d)は、それぞれ1.0、2.0、5.0及び10.0当量で合成したZrO-NTf-NPのEDXスペクトルを示す。当量を変動させてもNTf成分による被覆率はほとんど変化せず、Zr原子とNTf成分のモル比が約1:0.52~0.56であることが示された。 11 (a) to 11 (d) show EDX spectra of ZrO2 - NTf2 - NP synthesized at 1.0, 2.0, 5.0 and 10.0 equivalents, respectively. Even if the equivalent amount was changed, the coverage with the NTf 2 component hardly changed, and it was shown that the molar ratio of the Zr atom and the NTf 2 component was about 1: 0.52 to 0.56.

(実施例6:TiO-NTf-NPの分散性及びNTf成分の被覆率への当量変動による影響の検討)
上記実施例1のTiO-NTf-NPの合成におけるTTB(2.0mmol)に加えるHNTf溶液(0.5mol/L)を2.0当量(8mL、4mmol)、3.0当量(12mL、6mmol)及び4.0当量(16mL、8mmol)として、TiO-NTf-NPを実施例1と同様に合成した。得られたTiO-NTf-NPの分散性を評価した。また、TiO-NTf-NPの構造をEDXで確認した。
(Example 6: Examination of the effect of equivalent variation on the dispersibility of TiO 2 -NTf 2 -NP and the coverage of NTf 2 components)
2.0 equivalents (8 mL, 4 mmol) and 3.0 equivalents (12 mL) of the HNTf 2 solution (0.5 mol / L) added to TTB (2.0 mmol) in the synthesis of TiO 2 -NTf 2 -NP of Example 1 above. , 6 mmol) and 4.0 equivalents (16 mL, 8 mmol) were synthesized in the same manner as in Example 1 . The dispersibility of the obtained TiO 2 -NTf 2 -NP was evaluated. In addition, the structure of TiO 2 -NTf 2 -NP was confirmed by EDX.

(結果)
実施例1で合成したTiO-NTf-NP(TTBに対するHNTfが5.0当量)に加えて、本実施例で検討した各当量で合成したTiO-NTf-NPの分散性を表2に示す。この結果から、当量を減らすと分散性は低下することが判明した。
(result)
In addition to the TiO 2 -NTf 2 -NP synthesized in Example 1 (5.0 equivalents of HNTf 2 with respect to TTB), the dispersibility of the TiO 2 -NTf 2 -NP synthesized at each equivalent examined in this example was obtained. It is shown in Table 2. From this result, it was found that the dispersibility decreased when the equivalent was reduced.

Figure 0007006908000002
Figure 0007006908000002

図12(a)~(d)は、それぞれ2.0、3.0、4.0及び5.0当量で合成したTiO-NTf-NPのEDXスペクトルを示す。TTBに対するHNTfの量を少なくするとNTf成分による被覆率が低下した。以上の結果より、優れた分散性を維持するには、Ti原子とNTf成分のモル比が少なくとも約1:0.29である必要があり、これよりもNTf成分が少ないと優れた分散性が得られないことが示された。 12 (a) to 12 (d) show EDX spectra of TiO 2 -NTf 2 -NP synthesized at 2.0, 3.0, 4.0 and 5.0 equivalents, respectively. When the amount of HNTf 2 with respect to TTB was reduced, the coverage with the NTf 2 component decreased. From the above results, in order to maintain excellent dispersibility, the molar ratio of the Ti atom to the NTf 2 component must be at least about 1: 0.29, and if the NTf 2 component is less than this, the dispersion is excellent. It was shown that sex was not obtained.

(実施例7:トリフルオロメチル基の分散性への影響の検討)
トリフルオロメチル基の有無が実施例1で合成されたナノ粒子の分散性に影響を与えるか否かを検討した。実施例1と同様に、50mLサンプル瓶中のZTB(0.9028g、2mmol)又はTTB(0.6090g、2mmol)に、TFSA、TFA又は塩酸(HCl)の水/メタノール(1:19、v/v)混合溶媒で0.5mol/Lに希釈した溶液を、ZTB又はTTB(mol)に対して5.0当量(20mL、10mmol)加え、ゾル-ゲル反応を行うことによりZrO-NP及びTiO-NPを得た。
(Example 7: Examination of the effect of trifluoromethyl group on dispersibility)
It was examined whether the presence or absence of the trifluoromethyl group affects the dispersibility of the nanoparticles synthesized in Example 1. Similar to Example 1, ZTB (0.9028 g, 2 mmol) or TTB (0.6090 g, 2 mmol) in a 50 mL sample bottle with TFSA, TFA or hydrochloric acid (HCl) water / methanol (1:19, v /). v) Add 5.0 equivalents (20 mL, 10 mmol) to ZTB or TTB (mol) of a solution diluted to 0.5 mol / L with a mixed solvent, and carry out a sol-gel reaction to carry out ZrO2 - NP and TIO. 2 -NP was obtained.

(結果)
ZrO-NP及びTiO-NPの各溶媒に対する分散性を目視観察により評価した。ZrO-NP及びTiO-NPの分散性を表3に示す。この結果から、ZrOにおいてはHNTfのみならずTFSA及びTFAを用いても分散性を示し、一方HClを用いた場合は分散性を示さなかったことから、トリフルオロメチル基の存在が生成物の分散に重要であることがわかった。TiOにおいてはHNTfでは分散性を示したが、TFSA、TFA及びHClを用いた場合は分散性を示さなかったことから、HNTfが特異的に生成物の分散性に影響を与えることがわかった。
(result)
The dispersibility of ZrO 2 -NP and TiO 2 -NP in each solvent was evaluated by visual observation. Table 3 shows the dispersibility of ZrO 2 -NP and TiO 2 -NP. From this result, in ZrO 2 , not only HNTf 2 but also TFSA and TFA showed dispersibility, while HCl did not show dispersibility, so the presence of trifluoromethyl group was a product. It turned out to be important for the dispersion of. In TiO 2 , HNTf 2 showed dispersibility, but when TFSA, TFA and HCl were used, it did not show dispersibility, so that HNTf 2 specifically affects the dispersibility of the product. all right.

Figure 0007006908000003
Figure 0007006908000003

上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。 The embodiments described above are for the purpose of explaining the present invention and do not limit the scope of the present invention. That is, the scope of the present invention is shown not by the embodiment but by the scope of claims. And various modifications made within the scope of the claims and within the equivalent meaning of the invention are considered to be within the scope of the present invention.

本発明は、種々の溶媒に安定に分散する金属酸化物ナノ粒子の製造に好適である。 The present invention is suitable for producing metal oxide nanoparticles that are stably dispersed in various solvents.

Claims (7)

酸化ジルコニウム又は酸化チタンを含有する粒子と、
前記粒子の表面に存在する、フルオロアルキル基を含む酸の共役塩基成分と、
を含む、金属酸化物ナノ粒子。
Particles containing zirconium oxide or titanium oxide,
Conjugate base components of acids containing fluoroalkyl groups present on the surface of the particles,
Including metal oxide nanoparticles.
前記粒子は、
酸化ジルコニウムを含有し、
ジルコニウム原子と前記共役塩基成分とのモル比が、
1:0.5~0.7である、
請求項1に記載の金属酸化物ナノ粒子。
The particles are
Contains zirconium oxide,
The molar ratio of the zirconium atom to the conjugate base component is
1: 0.5-0.7,
The metal oxide nanoparticles according to claim 1.
前記粒子は、
酸化チタンを含有し、
チタン原子と前記共役塩基成分とのモル比が、
1:0.2~0.5である、
請求項1に記載の金属酸化物ナノ粒子。
The particles are
Contains titanium oxide,
The molar ratio of the titanium atom to the conjugate base component is
1: 0.2 to 0.5,
The metal oxide nanoparticles according to claim 1.
平均粒径が2~7nmである、
請求項1から3のいずれか一項に記載の金属酸化物ナノ粒子。
The average particle size is 2-7 nm,
The metal oxide nanoparticles according to any one of claims 1 to 3.
ジルコニウムアルコキシド又はチタンアルコキシドを、溶媒に含まれるフルオロアルキル基を含む酸を触媒として加水分解及び縮合反応させる反応ステップと、
前記溶媒を除去し、固体生成物を得る乾燥ステップと、
前記固体生成物を加熱する加熱ステップと、
を含
前記反応ステップでは、1.0当量の前記ジルコニウムアルコキシドに対して、1.0~20.0当量の前記フルオロアルキル基を含む酸を反応させ、1.0当量の前記チタンアルコキシドに対して、1.0~10.0当量の前記フルオロアルキル基を含む酸を反応させる、
金属酸化物ナノ粒子の製造方法。
A reaction step in which a zirconium alkoxide or a titanium alkoxide is hydrolyzed and condensed using an acid containing a fluoroalkyl group contained in a solvent as a catalyst.
A drying step of removing the solvent to obtain a solid product,
A heating step that heats the solid product,
Including
In the reaction step, 1.0 equivalent of the zirconium alkoxide is reacted with 1.0 to 20.0 equivalents of the acid containing the fluoroalkyl group, and 1.0 equivalent of the titanium alkoxide is 1 Reacting an acid containing 0.0 to 10.0 equivalents of the fluoroalkyl group,
Method for producing metal oxide nanoparticles.
前記フルオロアルキル基を含む酸は、
ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドである、
請求項5に記載の金属酸化物ナノ粒子の製造方法。
The acid containing a fluoroalkyl group is
Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide,
The method for producing metal oxide nanoparticles according to claim 5.
前記反応ステップでは、
ジルコニウムアルコキシドを、溶媒に含まれるトリフルオロメタンスルホン酸又はトリフルオロ酢酸を触媒として加水分解及び縮合反応させる、
請求項5に記載の金属酸化物ナノ粒子の製造方法。
In the reaction step,
Hydrolyze and condense the zirconium alkoxide with trifluoromethanesulfonic acid or trifluoroacetic acid contained in the solvent as a catalyst.
The method for producing metal oxide nanoparticles according to claim 5.
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