JP7365010B2 - 揮発性アルデヒドの発生を低減した金属酸化物粒子含有組成物 - Google Patents
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Description
また、金属酸化物粒子は光活性を有する粒子が数多く報告されている。酸化チタン粒子、酸化スズ粒子、酸化ジルコニウム粒子は光活性を有する粒子の代表例である。
金属の酸化物コロイド粒子を核として、その外表面を複合酸化物コロイド粒子で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子であって、5乃至60nmの一次粒子径を有するTi、Fe、Zr、Sn、Ta、Nb、Y、Mo、W、Pb、In、Bi及びSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物コロイド粒子(A)を核とし且つその外表面を、二酸化珪素/酸化第二スズの質量比が0.1乃至5.0であり且つ0.001乃至0.08のM/(SnO2+SiO2)(但しMはアミン化合物を表す)のモル比でアミン化合物が結合し1乃至4nmの一次粒子径を有するところの二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B)で被覆してなる変性金属酸化物コロイド粒子(C)と、それらを用いたコーティング組成物が開示されている(特許文献1参照)。
金属又は金属酸化物のナノ粒子にリン酸系の界面活性剤で表面を被覆することを特徴とするナノ粒子の製造方法が開示されている(特許文献2参照)。
リンを含むオキソ酸で被覆した酸化チタン粒子と、(メタ)アクリルモノマーと、リン又は硫黄のオキソ酸とを含有する酸化チタン分散液が開示されている(特許文献3参照)。
第2観点として、上記光活性を有する金属酸化物粒子(A)が酸化チタン、酸化スズ、及び酸化ジルコニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の光活性を有する金属酸化物を含み、動的光散乱法による平均粒子径が5~500nmである金属酸化物粒子である第1観点に記載の組成物、
第3観点として、上記光活性を有する金属酸化物粒子(A)が、酸化チタン、酸化スズ、及び酸化ジルコニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の光活性を有する金属酸化物を、全金属酸化物中に50モル%以上含有するものである第1観点又は第2観点に記載の組成物、
第4観点として、上記光活性を有する金属酸化物粒子(A)が、光活性を有する金属酸化物からなる金属酸化物粒子、光活性を有する金属酸化物を含む金属酸化物粒子、又はコアシェル型金属酸化物粒子であって、該コアシェル型金属酸化物粒子は、核となる金属酸化物粒子の表面を核の金属酸化物の金属酸化物成分又は金属酸化物含有率とは異なる金属酸化物成分又は金属酸化物含有率の金属酸化物粒子の被覆層で被覆したコアシェル型金属酸化物粒子であり、該核の金属酸化物粒子、該被覆層の金属酸化物粒子、又はその両者が光活性を有する金属酸化物を含む、第1観点乃至第3観点の何れか一つに記載の組成物、
第5観点として、上記光活性を有する金属酸化物粒子(A)が、核となる酸化チタンを含む金属酸化物粒子の表面を、シリカを含む金属酸化物粒子で被覆したコアシェル型金属酸化物粒子であって、全金属酸化物中に50モル%以上の酸化チタンを含有する第4観点に記載の組成物、
第6観点として、上記核の金属酸化物粒子が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化チタン-酸化スズの複合酸化物、酸化ジルコニウム-酸化スズの複合酸化物、酸化チタン-酸化ジルコニウムの複合酸化物、又は酸化チタン-酸化ジルコニウム-酸化スズの複合酸化物である第4観点に記載の組成物、
第7観点として、上記被覆層の金属酸化物粒子が、二酸化ケイ素、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化タングステン、酸化アルミニウム、及び酸化ジルコニウムからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属酸化物粒子又は複合金属酸化物粒子である第4観点に記載の組成物、
第8観点として、上記分散剤(B)が、シラン化合物、有機酸若しくはその塩、リン酸エステル、又は界面活性剤である第1観点乃至第7観点の何れか一つに記載の組成物、
第9観点として、上記シラン化合物がシランカップリング剤であり、該シランカップリング剤は、式(1)乃至式(3):
式(2)及び式(3)中、R3及びR5はそれぞれ炭素原子数1~3のアルキル基、又は炭素原子数6~30のアリール基で且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものであり、R4及びR6はそれぞれアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン基を示し、Yはアルキレン基、NH基、又は酸素原子を示し、bは1~3の整数であり、cは0又は1の整数であり、dは1~3の整数である。)
からなる群より選ばれる少なくとも1種のシラン化合物である第8観点に記載の組成物、
第10観点として、有機酸が、2価脂肪族カルボン酸、脂肪族オキシカルボン酸、アミノ酸、及びキレート剤からなる群から選ばれる少なくとも1種の有機酸であり、2価脂肪族カルボン酸はシュウ酸、マロン酸、及びコハク酸からなる群から選択され、脂肪族オキシカルボン酸はグリコール酸、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、及びクエン酸からなる群から選択され、アミノ酸はグリシン、アラニン、バリン、ロイシン、セリン、及びトリオニンからなる群から選択され、キレート剤はエチレンジアミン四酢酸、L-アスパラギン酸-N,N-二酢酸、及びジエチレントリアミン五酢酸からなる群から選択される第8観点に記載の組成物、
第11観点として、上記リン酸エステルが式(4)乃至式(6):
第12観点として、上記リン酸エステルが炭素原子数6~10のアルキル基を有するポリオキシエチレンアルキル(C6~10)エーテルリン酸エステルである第8観点に記載の組成物、
第13観点として、上記界面活性剤が、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、又は両性界面活性剤である第8観点に記載の組成物、
第14観点として、上記有機溶媒(C)が、エーテル結合を有していても良い炭素原子数3~10のアルコール、エステル、ケトン、アミド、又は炭化水素である第1観点乃至第13観点の何れか一つに記載の組成物、
第15観点として、更に総炭素原子数が5~35の第2級アミン又は第3級アミンを含む第1観点乃至第14観点の何れか一つに記載の組成物、
第16観点として、上記組成物15gに波長365nmの紫外線を0.4mW/cm2の強度で4時間照射した時に該組成物中に発生する揮発性アルデヒド化合物が2ppm以下である第1観点乃至第15観点の何れか一つに記載の組成物、
第17観点として、固形分が0.1~70質量%であり、且つ、全固形分中に光活性を有する金属酸化物粒子(A)が80~99質量%、分散剤(B)が1~20質量%である第1観点乃至第16観点の何れか一つに記載の組成物、
第18観点として、第1観点乃至第17観点の何れか一つに記載の組成物に、更に熱硬化性又は光硬化性の樹脂を含むワニス、
第19観点として、ワニスがハードコート剤又は充填剤である第18観点に記載の上記ワニス、及び
第20観点として、下記工程(i)及び(ii)を含む、第1観点乃至第17観点の何れか一つに記載の組成物の製造方法、
工程(i):光活性を有する金属酸化物粒子(A)、分散剤(B)、及び揮発性アルデヒド化合物以外の有機溶媒(C)を混合する工程(i)、
工程(ii):工程(i)で得られた液体を炭素原子数1~2のアルコールが全溶媒中に200ppm以下の割合になるまで除去する工程(ii)、
である。
コアシェル型金属酸化物粒子は、核となる金属酸化物粒子の表面を核の金属酸化物の金属酸化物成分又は金属酸化物含有率とは異なる金属酸化物成分又は金属酸化物含有率の金属酸化物粒子の被覆層で被覆したコアシェル型金属酸化物粒子であって核の金属酸化物粒子、被覆層の金属酸化物粒子、又はその両者が光活性を有する金属酸化物を含む事ができる。
例えば、光活性を有する金属酸化物粒子(A)が、核となる酸化チタンを含む金属酸化物粒子の表面を、シリカを含む金属酸化物粒子で被覆したコアシェル型金属酸化物粒子であって、全金属酸化物中に50モル%以上の酸化チタンを含有する粒子を例示する事ができる。
コアシェル構造の場合は、核の金属酸化物粒子と被覆層の金属酸化物粒子の質量比は、(被覆の金属酸化物粒子)/(核の金属酸化物粒子)=0.05~0.50の範囲に設定する事ができる。
珪酸アルカリとしては珪酸ナトリウム、珪酸カリウムを用いることができる。
スズ酸アルカリと珪酸アルカリとは、二酸化珪素/酸化第二スズを質量比として0.1乃至5の比率で含有する水溶液として調製され、次いでその水溶液中に存在する陽イオンを陽イオン交換樹脂により除去したものを使用できる。
調製された水溶液は陽イオン交換樹脂を用いて陽イオンが除去される。陽イオン交換樹脂としては水素型の強酸性陽イオン交換樹脂が好ましく、陽イオン交換には例えばアンバーライト(商品名)120B等を充填したカラムを用いることができる。この陽イオン交換を行うことにより、珪酸成分とスズ酸成分とが重合し、1乃至4nmの一次粒子径を有する二酸化珪素-酸化第二スズ複合体コロイド粒子が生成することができる。
例えば、光活性を有する金属酸化物粒子(A)がシリカ粒子を含む場合、上記アミンの含有量はシリカ粒子のSiO2の100gに対して0.01~10.0ミリモル、又は0.01~5.0ミリモルに設定する事ができる。
式(2)及び式(3)中、R3及びR5はそれぞれ炭素原子数1~3のアルキル基、又は炭素原子数6~30のアリール基で且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものであり、R4及びR6はそれぞれアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン基を示し、Yはアルキレン基、NH基、又は酸素原子を示し、bは1~3の整数であり、cは0又は1の整数であり、dは1~3の整数である。
また、アルキレン基は上述のアルキル基から誘導されるアルキレン基を挙げる事ができる。
それら化合物としては以下に例示することができる。
加水分解触媒としての金属キレート化合物としては、例えばトリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム等が挙げられる。加水分解触媒としての有機酸としては、例えば酢酸、シュウ酸等が挙げられる。加水分解触媒としての無機酸としては、例えば塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、リン酸等を挙げられる。加水分解触媒としての有機塩基としては、例えばピリジン、ピロール、ピペラジン、第4級アンモニウム塩が挙げられる。加水分解触媒としての無機塩基としては、例えばアンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが挙げられる。
式(4)乃至式(6)中、X1、X2、及びX3はそれぞれ炭素原子数2~20のアルキレン基を示し、f、h、及びjはそれぞれ1~100の整数を示し、e、g、及びiはそれぞれ1~3の整数を示し、Y1、Y2、及びY3はそれぞれ水素原子、炭素原子数1~20のアルキル基、炭素原子数2~20のアルケニル基、又は(メタ)アクリル基を示す。
工程(i):光活性を有する金属酸化物粒子(A)、分散剤(B)、及び揮発性アルデヒド化合物以外の有機溶媒(C)を混合する工程(i)、
工程(ii):工程(i)で得られた液体を炭素原子数1~2のアルコールが全溶媒中に200ppm以下の割合になるまで除去する工程(ii)、
を含むものである。炭素原子数1~2のアルコールの除去は例えば蒸発法や限外ろ過法により行う事ができる。
ここで、固形分とは組成物から溶媒成分を除いた成分をいい、固形分濃度とは、組成物中の固形分の濃度をいう。
これら熱硬化剤は固体であっても溶剤に溶解することによって使用することはできるが、溶剤の蒸発により硬化物の密度低下や細孔の生成により硬化物の強度低下や、耐水性の低下を生ずるために、硬化剤自体が常温、常圧下で液状のものが好ましい。
この中で、水酸化テトラメチルアンモニウム0.1~2.38質量%水溶液を用いることができる。
例えば、本発明では第4級アンモニウムイオン/チタン原子のモル比が0.1~1.5、アミノ酸/チタン原子のモル比が0.1~1.5、且つ5~500nmの平均粒子径と光活性を有する酸化チタン粒子を含むゾルが挙げられる。上記平均粒子径は動的光散乱法により求める事ができる。
〔粘度〕オストワルド粘度計にて求めた(25℃)。
〔水分〕カールフィッシャー滴定法にて求めた。
〔動的光散乱による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)〕組成物を分散溶媒で希釈し、溶媒のパラメーターを用いて、動的光散乱法測定装置:Malvern Instruments Ltd製ゼータ-サイザーで測定した。
組成物中のメタノール量は、ガスクロマトグラフ(島津製作所製GC―2014)を用いて以下の条件により求めた。
カラム:3mm×1mガラスカラム
充填剤:ポーラパックQ
カラム温度:130~230℃(昇温8℃/min)
キャリアー:N2 40mL/min
検出器:FID
注入量:1μL
内部標準:アセトニトリル
粒子と溶媒を遠心式限外ろ過で分離した後、溶媒をメタノールで10倍希釈し、希釈液1mLに20%リン酸水溶液を0.02mLと1000ppmDNPHアセトニトリル溶液を0.5mL添加した。得られた溶液を60℃のアルミブロックヒーターで60分加熱した。これを高速液体クロマトグラム(Waters製、ACQUITY Ultra Performance LC)を用いて以下の条件により定量した。
カラム:ACQUITY UPLC BEH c18 1.7um 2.1x100mm
流量:0.3mL/min
移動相:アセトニトリル/水=55/45
注入量:3μL
カラム温度:40℃
検出器:PDA(360nm)
検量線は関東化学製アルデヒド類-2,4-DNPH混合標準原液(HPLC用)を用いた。DNPH反応率の補正としてホルムアルデヒド標準液を0.1ppmに希釈し、上記の手順で前処理したサンプルを測定した。
組成物15gをスクリュー瓶に入れ、UVランプ(アズワン製Handy UVLamp SLUV-6)で4時間照射した後、上記の手順で液中のホルムアルデヒド量を分析した。このときUV波長は365nm、UV強度は0.4mW/cm2であった。
25質量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液319.5gを純水947.1gに溶解し、次いでメタスズ酸14.8g(SnO2換算で12.5g含有)、チタンテトライソプロポキシド236.6g(TiO2換算で66.6g含有)、及びシュウ酸二水和物82.0g(シュウ酸換算で58.5g)を撹拌下で添加した。該混合溶液を80℃で2時間保持し、更に580Torrまで減圧して2時間保持し、混合溶液を調製した。ガラスライニングされたオートクレーブ容器に、上記混合溶液を投入し、140℃で5時間水熱処理を行い、室温に冷却後、取り出した。得られたゾルは酸性の酸化チタン-酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(A1)の水分散ゾルであり、pH3.9、全金属酸化物濃度(TiO2、及びSnO2)5.0質量%、動的光散乱法による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)16nmであった。得られたゾルを110℃で乾燥させた粉末のX線回折分析を行い、ルチル型結晶であることが確認された。
JIS3号珪酸ナトリウム(SiO2換算で29.8質量%含有)77.2gを純水668.8gに溶解し、次いでスズ酸ナトリウムNaSnO3・H2O(SnO2換算で55.1質量%含有)20.9gを溶解した。得られた水溶液を水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライト(登録商標)IR-120B)を充填したカラムに通液した。次いで得られた水分散ゾルにジイソプロピルアミンを7.2g添加した。得られたゾルはアルカリ性の二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B1)の水分散ゾルであり、pH8.0、全金属酸化物濃度(SiO2、及びSnO2)1.7質量%、透過型電子顕微鏡による観察で一次粒子径は1~4nmであった。
オキシ塩化ジルコニウム(ZrO2換算で21.2質量%含有)82.7gを純水501.1gで希釈して、オキシ塩化ジルコニウム水溶液583.8g(ZrO2換算で3.0質量%含有)を調製し、参考例1で調製した酸化チタン-酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(A1)の水分散ゾル1516.2gを撹拌下で添加した。次いで95℃に加熱することにより加水分解を行って、表面に酸化ジルコニウムの薄膜層が形成された酸化チタン-酸化第二スズ-酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子の水分散ゾルを得た。得られた水分散ゾル2041.2gを参考例2で調製したアルカリ性の二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B1)の水分散ゾル1763.3gに撹拌下で添加し、陰イオン交換樹脂(アンバーライト(登録商標)IRA-410、オルガノ(株)製)500ミリリットルを詰めたカラムに通液した。次いで通液後の水分散ゾルを95℃で3時間加熱した後、限外濾過膜法で濃縮し、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン-酸化第二スズ-酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(C1)の水分散ゾルを得た。この水分散ゾルは、pH5.2、全金属酸化物(TiO2、ZrO2、SnO2、及びSiO2)濃度30.5質量%、粘度5.0mPa・s、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)20nmであった。
炭酸水素テトラメチルアンモニウム(水酸化テトラメチルアンモニウム換算で42.4質量%含有)水溶液293.7gを、純水111.5gで希釈し、この水溶液を攪拌しながら、オキシ炭酸ジルコニウム粉末(ZrO2換算で40.1質量%含有)168.4gを徐々に添加した。添加終了後、85℃に加温し、メタスズ酸9.6g(SnO2として86.0質量%含)を徐々に添加し、105℃にて5時間加温熟成を行い、更に145℃にて5時間の水熱処理を行った。次いでこのゾルを限外ろ過装置にて純水を添加しながら、ゾルを洗浄、濃縮した。得られたゾルはアルカリ性の酸化ジルコニウム-酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(A2)の水分散ゾルであり、pH9.4、全金属酸化物濃度(ZrO2、及びSnO2の合計)5.0質量%、動的光散乱法による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)15nmであった。
参考例3で得られたアルカリ性の酸化ジルコニウム-酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(A2)の水分散ゾル1411.7gに、参考例2で調製したアルカリ性の二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B1)の水分散ゾル830.4gを攪拌下で添加した。次いで95℃に加熱して2時間保持した後、水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライト(登録商標)IR-120B)を充填したカラムに通液した後、通液後のゾルを限外濾過膜法で濃縮し、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化ジルコニウム-酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(C2)の水分散ゾルを得た。この水分散ゾルは、pH5.0、全金属酸化物(ZrO2、SnO2、及びSiO2)濃度30質量%、粘度5.3mPa・s、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)20nmであった。
シュウ酸二水和物64.0g(シュウ酸換算で45.7g)を純水723.3gに溶解し、攪拌しながら70℃まで加温した後、35%過酸化水素水290.3gと金属スズ粉末(SnO2換算で99.7%含有)128.1gを添加した。過酸化水素水と金属スズの添加は交互に10回分割で行った。始めに35%過酸化水素水29.0gを、次いで金属スズ12.8gを添加した。反応が終了するのを待って(10~15分)この操作を繰り返した。添加に要した時間は2時間で添加終了後、液温を90℃に保ちながら2時間加熱し反応を終了させた。次いで、35%過酸化水素水394.5gを添加し、90℃で5時間保持した。次いで、イソプロピルアミン5.1gを添加し、50℃で3時間保持した後、陰イオン交換樹脂(アンバーライト(登録商標)IRA-410)500ミリリットルを詰めたカラムに通液した。得られたゾルはアルカリ性の酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(A3)の水分散ゾルであり、pH11.0、SnO2濃度4.0質量%、動的光散乱法による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)20nmであった。
参考例4で得られた酸化第二スズコロイド粒子(A3)の水分散ゾル1458.8gに、参考例2で調製したアルカリ性の二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B1)の水分散ゾル514.9gを攪拌下で添加した。次いで95℃に加熱して2時間保持した後、水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライト(登録商標)IR-120B)を充填したカラムに通液した。次いで通液後のゾルを限外濾過膜法で濃縮し、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化第二スズコロイド粒子(C3)の水分散ゾルを得た。この水分散ゾルは、全金属酸化物(SnO2、及びSiO2)濃度30.5質量%、粘度4.8mPa・s、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)18nmであった。
5リットルの容器に純水1431.0gを入れ、35質量%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液315.0g、グリシン39.6g、チタンテトライソプロポキシド213.2g(TiO2換算で59.9g含有)を攪拌下に添加した。得られた混合溶液は、水酸化テトラエチルアンモニウム/チタン原子のモル比1.00、グリシン/チタン原子のモル比0.70であった。該混合溶液を、90℃で2時間保持した後、95℃で5時間保持し、チタン混合溶液を調製した。調製後のチタン混合溶液のpH11.1、TiO2濃度3.0質量%であった。3リットルのSUS製オートクレーブ容器に上記チタン混合溶液1500gを投入し、150℃で5時間水熱処理を行った。室温に冷却後、取り出された水熱処理後の溶液は乳白色の酸化チタンコロイド粒子の水分散液であった。得られた分散液は、pH12.2、TiO2濃度3.0質量%、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)140nmであった。
参考例5で得られた酸化チタンコロイド粒子(A4)の水分散ゾル1400.0gに、参考例2で調製したアルカリ性の二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B1)の水分散ゾル247.1gを攪拌下で添加した。次いで95℃に加熱して2時間保持した後、水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライト(登録商標)IR-120B)を充填したカラムに通液した。次いで通液後のゾルを限外濾過膜法で濃縮し、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタンコロイド粒子(C4)の水分散ゾルを得た。この水分散ゾルは、全金属酸化物(TiO2、SnO2、及びSiO2)濃度30.5質量%、粘度3.5mPa・s、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)128nmであった。
製造例1で得られた、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン-酸化第二スズ-酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(C1)の水分散ゾル100gに、IPA(イソプロピルアルコール)69.5g、ポリオキシエチレンアルキルエーテルフォスフェート(東邦化学工業(株)製:商品名RA-600)1.52gを撹拌下で添加し、粒子を表面修飾した。次いで、得られた水分散ゾルの分散媒をロータリーエバポレーターを用いてIPAに置換して、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン-酸化第二スズ-酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(C1)のIPA分散ゾルを得た。この段階で溶媒中に残存するメタノールを低減した。このIPA分散ゾルは、pH5.0、全金属酸化物(TiO2、ZrO2、SnO2、及びSiO2)濃度20.5質量%、粘度2.3mPa・s、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)22nmであった。金属酸化物粒子中のSnO2は11.4モル%、TiO2は54.8モル%、ZrO2は10.1モル%、SiO2は23.6モル%であった。
このとき、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量は11ppm、耐光性試験前後のホルムアルデヒド量はそれぞれ1ppm未満であった。
実施例1において、溶媒をプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)に変更した以外は、実施例1と同様にゾルを作製した。このときPGME分散ゾルは、pH4.2、全金属酸化物(TiO2、ZrO2、SnO2、及びSiO2)濃度30.5質量%、粘度4.5mPa・s、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)26nmであった。金属酸化物粒子中のSnO2は11.4モル%、TiO2は54.8モル%、ZrO2は10.1モル%、SiO2は23.6モル%であった。
このとき組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量は10ppm、耐光性試験前後のホルムアルデヒド量はそれぞれ1ppm未満であった。
製造例1で得られた、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン-酸化第二スズ-酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(C1)の水分散ゾル100gに、5%クエン酸水溶液30.5gを撹拌下で添加した。次いで、ゾルを90℃で2時間加熱し、粒子をクエン酸で表面修飾した。得られた水分散ゾルの分散媒をロータリーエバポレーターを用いてn-プロパノールに置換して、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン-酸化第二スズ-酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(C1)のn-プロパノール分散ゾルを得た。この段階で溶媒中に残存するメタノールを低減した。このn-プロパノール分散ゾルは、pH3.5、全金属酸化物(TiO2、ZrO2、SnO2、及びSiO2)濃度19.5質量%、粘度2.2mPa・s、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)18nmであった。金属酸化物粒子中のSnO2は11.4モル%、TiO2は54.8モル%、ZrO2は10.1モル%、SiO2は23.6モル%であった。
このとき、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量は5ppm、耐光性試験前後のホルムアルデヒド量はそれぞれ1ppm未満であった。
実施例1において、ゾルを製造例2の二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化ジルコニウム-酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(C2)に変更した以外は、実施例1と同様に実施した。得られたIPA分散ゾルは、pH5.0、全金属酸化物(ZrO2、SnO2、及びSiO2)濃度20.3質量%、粘度2.2mPa・s、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)27nmであった。金属酸化物粒子中のSnO2は11.8モル%、ZrO2は67.2モル%、SiO2は20.9モル%であった。
このとき、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量は10ppm、耐光性試験前後のホルムアルデヒド量はそれぞれ1ppm未満であった。
実施例1において、ゾルを製造例3の二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化第二スズコロイド粒子(C3)に変更した以外は、実施例1と同様に実施した。得られたIPA分散ゾルは、pH5.0、全金属酸化物(SnO2、及びSiO2)濃度20.5質量%、粘度2.5mPa・s、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)26nmであった。金属酸化物粒子中のSnO2は80.7モル%、SiO2は19.3モル%であった。
このとき、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量は10ppm、耐光性試験前後のホルムアルデヒド量はそれぞれ1ppm未満であった。
製造例1で得られた、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン-酸化第二スズ-酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(C1)の水分散ゾル100gに、ポリエーテル変性シラン(信越化学工業(株)製:商品名X-12-641、構造は(CH3O)3SiC3H6(OC2H4)nOCH3)1.53gを撹拌下で添加した。次いで、ゾルを70℃で5時間加熱し、粒子を表面修飾した。得られた水分散ゾルの分散媒をロータリーエバポレーターを用いてn-プロパノールに置換して、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン-酸化第二スズ-酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(C1)のn-プロパノール分散ゾルを得た。この段階で溶媒中に残存するメタノールを低減した。このn-プロパノール分散ゾルは、pH6.9、全金属酸化物(TiO2、ZrO2、SnO2、及びSiO2)濃度30.5質量%、粘度4.6mPa・s、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)15nmであった。金属酸化物粒子中のSnO2は11.4モル%、TiO2は54.8モル%、ZrO2は10.1モル%、SiO2は23.6モル%であった。
このとき、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量は5ppm、耐光性試験前後のホルムアルデヒド量はそれぞれ1ppm未満であった。
実施例6で得られた、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン-酸化第二スズ-酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(C1)のn-プロパノール分散ゾルに、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量を試験的に25ppmになるようにメタノールを添加した。金属酸化物粒子中のSnO2は11.4モル%、TiO2は54.8モル%、ZrO2は10.1モル%、SiO2は23.6モル%であった。
このn-プロパノール分散ゾルの耐光性試験前後のホルムアルデヒド量はそれぞれ1ppm未満であった。
実施例6で得られた、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン-酸化第二スズ-酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(C1)のn-プロパノール分散ゾルに、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量を試験的に50ppmになるようにメタノールを添加した。金属酸化物粒子中のSnO2は11.4モル%、TiO2は54.8モル%、ZrO2は10.1モル%、SiO2は23.6モル%であった。
このn-プロパノール分散ゾルの耐光性試験前後のホルムアルデヒド量はそれぞれ1ppm未満であった。
実施例6で得られた、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン-酸化第二スズ-酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(C1)のn-プロパノール分散ゾルに、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量を試験的に75ppmになるようにメタノールを添加した。金属酸化物粒子中のSnO2は11.4モル%、TiO2は54.8モル%、ZrO2は10.1モル%、SiO2は23.6モル%であった。
このn-プロパノール分散ゾルの耐光性試験前後のホルムアルデヒド量はそれぞれ1ppm未満であった。
実施例6で得られた、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン-酸化第二スズ-酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(C1)のn-プロパノール分散ゾルに、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量を試験的に100ppmになるようにメタノールを添加した。金属酸化物粒子中のSnO2は11.4モル%、TiO2は54.8モル%、ZrO2は10.1モル%、SiO2は23.6モル%であった。
このn-プロパノール分散ゾルの耐光性試験前後のホルムアルデヒド量はそれぞれ1ppm未満であった。
製造例4で得られた、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタンコロイド粒子(C4)の水分散ゾル100gに、IPA69.3g、ポリオキシエチレンアルキルエーテルフォスフェート(東邦化学工業(株)製:RA-600)1.53gを撹拌下で添加し、粒子を表面修飾した。次いで、得られた水分散ゾルの分散媒をロータリーエバポレーターを用いてIPAに置換して、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタンコロイド粒子(C1)のIPA分散ゾルを得た。このIPA分散ゾルは、pH2.9、全金属酸化物(TiO2、SnO2、及びSiO2)濃度20.5質量%、粘度9.1mPa・s、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)375nmであった。金属酸化物粒子中のSnO2は1.6モル%、TiO2は90.4モル%、SiO2は8.0モル%であった。
このとき、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量は9ppm、耐光性試験前後のホルムアルデヒド量はそれぞれ1ppm未満であった。
製造例1で得られた、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン-酸化第二スズ-酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(C1)の水分散ゾル100gをロータリーエバポレーターを用いてメタノールに置換して、二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン-酸化第二スズ-酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(C1)のメタノール分散ゾルを得た。このメタノール分散ゾルは、pH6.0、全金属酸化物(TiO2、ZrO2、SnO2、及びSiO2)濃度30.0質量%、粘度1.4mPa・s、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)18nmであった。金属酸化物粒子中のSnO2は11.4モル%、TiO2は54.8モル%、ZrO2は10.1モル%、SiO2は23.6モル%であった。
このとき、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量は70%、耐光性試験前のホルムアルデヒド量は1ppm未満であったが、耐光性試験後のホルムアルデヒド量は25ppmであった。
比較例1において、分散媒をエタノールに変更した以外は、比較例1と同様に実施した。金属酸化物粒子中のSnO2は11.4モル%、TiO2は54.8モル%、ZrO2は10.1モル%、SiO2は23.6モル%であった。
このとき、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存エタノール量は70%、耐光性試験前のアセトアルデヒド量は3ppm、耐光性試験後のアセトアルデヒド量は25ppmであった。
実施例1において、ポリオキシエチレンアルキルエーテルフォスフェート(東邦化学工業(株)製:RA-600)を添加しなかった以外は、実施例1と同様に実施した。このとき、ゾルは溶媒置換中にゲル化しIPAに分散しなかった。
実施例2において、ポリオキシエチレンアルキルエーテルフォスフェート(東邦化学工業(株)製:RA-600)を3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学(株)製:KBM-503)1.22gに変更した以外は、実施例2と同様に実施した。金属酸化物粒子中のSnO2は11.4モル%、TiO2は54.8モル%、ZrO2は10.1モル%、SiO2は23.6モル%であった。
このとき、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量は400ppm、耐光性試験前のホルムアルデヒド量は1ppm未満、耐光性試験後のホルムアルデヒド量は7ppmであった。
比較例1において、ゾルを製造例2の二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化ジルコニウム-酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(C2)に変更した以外は、比較例1と同様に実施した。金属酸化物粒子中のSnO2は11.8モル%、ZrO2は67.2モル%、SiO2は20.9モル%であった。
このとき、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量は70%、耐光性試験前のホルムアルデヒド量は1ppm未満、耐光性試験後のホルムアルデヒド量は2ppmであった。
比較例1において、ゾルを製造例3の二酸化珪素-酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化第二スズコロイド粒子(C3)に変更した以外は、比較例1と同様に実施した。金属酸化物粒子中のSnO2は80.7モル%、SiO2は19.3モル%であった。
このとき、組成物中のメタノールは分散媒中のメタノールとして残存メタノール量は70%、耐光性試験前のホルムアルデヒド量は1ppm未満、耐光性試験後のホルムアルデヒド量は12ppmであった。
一方、比較例1、比較例2、比較例5、比較例6は、実施例と比べて組成物中のメタノール、エタノールが多く、耐光性試験によりホルムアルデヒド、アセトアルデヒドが発生しており、比較例3は、粒子の表面修飾が無いためIPAへの分散性が悪かった。比較例4は、実施例10と比べて組成物中の残存メタノール量が多く、耐光性試験によりホルムアルデヒドが発生するものとなった。
Claims (18)
- 光活性を有する金属酸化物粒子(A)、分散剤(B)、及び揮発性アルデヒド化合物以外の有機溶媒(C)を含む組成物であって、
該組成物中に含まれる炭素原子数1~2のアルコールが200ppm以下の割合であり、
該光活性を有する金属酸化物粒子(A)が、酸化チタン、酸化スズ、及び酸化ジルコニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の光活性を有する金属酸化物を、全金属酸化物中に50モル%以上含有するものであり、
上記光活性を有する金属酸化物粒子(A)が、光活性を有する金属酸化物からなる金属酸化物粒子、光活性を有する金属酸化物を含む金属酸化物粒子、又はコアシェル型金属酸化物粒子であって、該コアシェル型金属酸化物粒子は、核となる金属酸化物粒子の表面を核の金属酸化物の金属酸化物成分又は金属酸化物含有率とは異なる金属酸化物成分又は金属酸化物含有率の金属酸化物粒子の被覆層で被覆したコアシェル型金属酸化物粒子であり、及び
該核となる金属酸化物粒子、該被覆層の金属酸化物粒子、又はその両者が光活性を有する金属酸化物を含む、
組成物。 - 上記光活性を有する金属酸化物粒子(A)が酸化チタン、酸化スズ、及び酸化ジルコニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の光活性を有する金属酸化物を含み、動的光散乱法による平均粒子径が5~500nmである金属酸化物粒子である請求項1に記載の組成物。
- 上記光活性を有する金属酸化物粒子(A)が、核となる酸化チタンを含む金属酸化物粒子の表面を、シリカを含む金属酸化物粒子で被覆したコアシェル型金属酸化物粒子であって、全金属酸化物中に50モル%以上の酸化チタンを含有する請求項1に記載の組成物。
- 上記核の金属酸化物粒子が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化チタン-酸化スズの複合酸化物、酸化ジルコニウム-酸化スズの複合酸化物、酸化チタン-酸化ジルコニウムの複合酸化物、又は酸化チタン-酸化ジルコニウム-酸化スズの複合酸化物の粒子である請求項1に記載の組成物。
- 上記被覆層の金属酸化物粒子が、二酸化ケイ素、酸化スズ、酸化アンチモ
ン、酸化タングステン、酸化アルミニウム、及び酸化ジルコニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属酸化物粒子又は複合金属酸化物の粒子である請求項1に記載の組成物。 - 上記分散剤(B)が、シラン化合物、有機酸若しくはその塩、リン酸エステル、又は界面活性剤である請求項1に記載の組成物。
- 上記シラン化合物がシランカップリング剤であり、該シランカップリング剤は、式(1)乃至式(3):
式(2)及び式(3)中、R3及びR5はそれぞれ炭素原子数1~3のアルキル基、又は炭素原子数6~30のアリール基で且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものであり、R4及びR6はそれぞれアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン基を示し、Yはアルキレン基、NH基、又は酸素原子を示し、bは1~3の整数であり、cは0又は1の整数であり、dは1~3の整数である。)
からなる群より選ばれる少なくとも1種のシラン化合物である請求項6に記載の組成物。 - 上記有機酸が、2価脂肪族カルボン酸、脂肪族オキシカルボン酸、アミノ酸、及びキレート剤からなる群から選ばれる少なくとも1種の有機酸であり、該2価脂肪族カルボン酸はシュウ酸、マロン酸、及びコハク酸からなる群から選択され、脂肪族オキシカルボン酸はグリコール酸、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、及びクエン酸からなる群から選択され、アミノ酸はグリシン、アラニン、バリン、ロイシン、セリン、及びトリオニンからなる群から選択され、キレート剤はエチレンジアミン四酢酸、L-アスパラギン酸-N,N-二酢酸、及びジエチレントリアミン五酢酸からなる群から選択される請求項6に記載の組成物。
- 上記リン酸エステルが炭素原子数6~10のアルキル基を有するポリオキシエチレンアルキル(C6~10)エーテルリン酸エステルである請求項6に記載の組成物。
- 上記界面活性剤が、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、又は両性界面活性剤である請求項6に記載の組成物。
- 上記有機溶媒(C)が、エーテル結合を有していても良い炭素原子数3~10のアルコール、エステル、ケトン、アミド、又は炭化水素である請求項1に記載の組成物。
- 更に総炭素原子数が5~35の第2級アミン又は第3級アミンを含む請求項1に記載の組成物。
- 上記組成物15gに波長365nmの紫外線を0.4mW/cm2の強度で4時間照射した時に該組成物中に発生する揮発性アルデヒド化合物が2ppm以下である請求項1に記載の組成物。
- 固形分が0.1~70質量%であり、且つ、全固形分中に光活性を有する金属酸化物粒子(A)が80~99質量%、分散剤(B)が1~20質量%である請求項1に記載の組成物。
- 請求項1乃至請求項15の何れか1項に記載の組成物に、更に熱硬化性又は光硬化性の樹脂を含むワニス。
- ワニスがハードコート剤又は充填剤である請求項16に記載の上記ワニス。
- 下記工程(i)及び(ii)を含む、請求項1乃至請求項15の何れか1項に記載の組成物の製造方法。
工程(i):光活性を有する金属酸化物粒子(A)、分散剤(B)、及び揮発性アルデヒド化合物以外の有機溶媒(C)を混合する工程(i)、
工程(ii):工程(i)で得られた液体を炭素原子数1~2のアルコールが全溶媒中に200ppm以下の割合になるまで除去する工程(ii)。
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