KR100947658B1 - Production of metal oxide nano-dispersed transparent solution by semi-batch method - Google Patents

Production of metal oxide nano-dispersed transparent solution by semi-batch method Download PDF

Info

Publication number
KR100947658B1
KR100947658B1 KR1020080030826A KR20080030826A KR100947658B1 KR 100947658 B1 KR100947658 B1 KR 100947658B1 KR 1020080030826 A KR1020080030826 A KR 1020080030826A KR 20080030826 A KR20080030826 A KR 20080030826A KR 100947658 B1 KR100947658 B1 KR 100947658B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal oxide
semi
acid
mol
alkoxide
Prior art date
Application number
KR1020080030826A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20090105395A (en
Inventor
김현기
박찬호
김영희
Original Assignee
주식회사 옴니켐
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 옴니켐 filed Critical 주식회사 옴니켐
Priority to KR1020080030826A priority Critical patent/KR100947658B1/en
Publication of KR20090105395A publication Critical patent/KR20090105395A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100947658B1 publication Critical patent/KR100947658B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/80Processes for incorporating ingredients
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D1/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/006Anti-reflective coatings

Abstract

본 발명은 반 회분 방법을 사용하여 분산제를 사용하지 않고서도 용액 내에서 침전되지 않고 분산되어져 있는 투명한 금속 산화물 나노 분산 용액을 제공한다. 본 발명에 따른 금속 산화물 나노 분산 용액은 고 굴절 특성을 갖고 있으므로 반사방지막 코팅 소재로 매우 적합하다. The present invention uses a semi-batch method to provide a transparent metal oxide nano dispersion solution that is dispersed without precipitation in solution without the use of a dispersant. Since the metal oxide nano dispersion solution according to the present invention has high refractive characteristics, it is very suitable as an antireflection coating material.

반회분 방법, 금속산화물, 고굴절 Semi-batch method, metal oxide, high refractive index

Description

반회분법에 의한 금속 산화물 나노분산 투명 용액의 제조방법{PRODUCTION OF METAL OXIDE NANO-DISPERSED TRANSPARENT SOLUTION BY SEMI-BATCH METHOD}Production method of metal oxide nanodispersion transparent solution by semi-batch method {PRODUCTION OF METAL OXIDE NANO-DISPERSED TRANSPARENT SOLUTION BY SEMI-BATCH METHOD}

본 발명은 반회분법에 의한 금속 산화물 입자 분산액의 제조방법 및 그로부터 제조된 금속산화물 입자 분산액에 관한 것으로, 상세하게는 고 굴절 특성을 지니고 반사 방지용 코팅 용액에 사용되는 티타니아, 지르코니아 등의 금속 산화물 입자가 분산된 투명한 나노 분산액 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a metal oxide particle dispersion by a semi-batch method and a metal oxide particle dispersion prepared therefrom. Specifically, metal oxide particles such as titania and zirconia, which have high refractive characteristics and are used in an antireflection coating solution, The present invention relates to a dispersed transparent nano dispersion and a method for preparing the same.

일반적으로 CRT를 비롯한 LCD, PDP와 같은 디스플레이 장치의 사용이 일반화됨에 따라서 디스플레이 표면의 내마모성, 방오성 뿐만 아니라, 밝은 조명 하에서 사용하는 경우에 태양광, 형광등 등의 외부 광이 디스플레이 표면에 비춰지면서 반사되는 것을 방지하는 성능이 요구되고 있다. 또한 이러한 디스플레이 외에 외부 건축용 필름 등에 적용되는 경우에도 반사 방지의 효과를 필요로 하는 경우가 많이 있다. 반사 방지 기능은 실제로는 이러한 디스플레이에 적용되기 훨씬 더 이전부터 우리 생활에 이용되어 왔는데, 그 대표적인 예가 안경 등 각종 렌즈에 반사방지 물질을 코팅하여 사용하는 것이다. 이러한 반사 방지 기능을 부여하기 위해서는 고 굴절 코팅용액과 저 굴절 코팅용액을 순차적으로 기재에 코팅함으로써 가능한데, 일반적으로 고 굴절 코팅 용액으로는 티타니아 또는 지르코니아 등이 사용되고 있으며 이의 굴절율은 대략 1.8에서 2.2의 범위에 있다. 그리고 저 굴절 코팅 용액으로는 실리카 등이 대표적으로 사용되고 있으며 굴절율은 약 1.45이다. 반사 방지의 효과를 위해서는 고 굴절층과 저 굴절층의 굴절율의 차이가 많이 나면 날수록 효과가 크다고 볼 수 있다. 따라서 지금까지 고 굴절 소재는 굴절율을 더 높일 수 있는 방향으로, 그리고 저 굴절 소재는 가능하면 굴절율을 낮출 수 있는 방향으로 연구가 진행되고 있다.In general, as the use of display devices such as CRTs, LCDs, and PDPs is generalized, not only wear resistance and antifouling properties of the display surface but also external light such as sunlight and fluorescent lights are reflected on the display surface when used under bright lighting. The performance to prevent that is calculated | required. In addition, in addition to such a display, when applied to an external building film or the like, there are many cases in which an antireflection effect is required. In fact, anti-reflective function has been used in our lives even before it is applied to such a display. A representative example is the coating of anti-reflective materials on various lenses such as glasses. In order to impart this anti-reflection function, it is possible to sequentially coat the high refractive coating solution and the low refractive coating solution on the substrate. Generally, a high refractive coating solution is used such as titania or zirconia, and its refractive index is in the range of about 1.8 to 2.2. Is in. As the low refractive coating solution, silica and the like are typically used, and the refractive index is about 1.45. For the anti-reflection effect, the greater the difference in refractive index between the high refractive layer and the low refractive layer, the greater the effect. Thus, until now, research has been conducted in the direction of increasing the refractive index of the high refractive material and in the direction of decreasing the refractive index of the low refractive material.

최근에 고 굴절 코팅 소재로서 다공 또는 중공 형태의 무기계 구상 비드 개발이 시도되고 있는데 이는 대부분 다시 용액 상에서 분산을 한다거나 분산을 용이하게 하기 위해서 유기물을 표면에 코팅하는 등의 별도 과정을 거쳐야 한다(대한민국 등록특허 제0698935호). 그리고 대부분의 경우에도, 합성된 고 굴절 분말들은 일정량의 분산제 및 기타 첨가제를 용매와 혼합한 후, 밀링 장비를 이용하여 장시간 분산하는 공정을 거쳐야 하는 문제점이 있다.Recently, attempts have been made to develop inorganic spherical beads in porous or hollow form as high refractive coating materials. Most of them have to undergo a separate process such as dispersing in solution or coating organic materials on the surface to facilitate dispersion. Patent No. 0698935). In most cases, the synthesized high refractive powders have a problem in that a predetermined amount of dispersant and other additives are mixed with a solvent and then subjected to a long dispersion process using a milling equipment.

그러나 현재까지 고 굴절 코팅 소재인 티타니아 또는 지르코니아 등의 금속 산화물 입자를 제조함에 있어서, 전구체 용액과 가수분해 촉매의 혼합액에 하는 물을 첨가하되 물의 주입량을 조절하여 금속 산화물 입자의 입경을 제어하는 제조방법은 거의 전무한 실정이다.However, to date, in preparing metal oxide particles such as titania or zirconia, which are highly refractive coating materials, a method of controlling the particle diameter of the metal oxide particles by adding water to a mixture solution of a precursor solution and a hydrolysis catalyst and controlling the injection amount of water Is almost absent.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 기존의 금속산화물 분말 합성 후 용액 내 재 분산 시키는 과정을 없애고 분말의 합성과 동시에 용액 내 분산이 이루어지도록 함으로써 제조 공정을 단순화하고 대량 생산화 할 수 있는 금속 산화물 입자 분산액의 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to simplify the manufacturing process and mass production by eliminating the process of re-dispersing in the solution after the synthesis of the metal oxide powder to the existing to solve the above problems and to be dispersed in the solution at the same time as the synthesis of the powder It is to provide a method for producing a metal oxide particle dispersion.

또한 본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 전구체 용액과 가수분해 촉매의 혼합액에 물을 주입하는 반회분(semi-batch) 방법을 사용하고 주입되는 물의 함량 및 주입속도를 조절하여 금속 산화물 입자의 입경을 제어하는 제조방법을 제공하는 것이다. In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to use a semi-batch method of injecting water into the mixture solution of the precursor solution and the hydrolysis catalyst and to control the particle size of the metal oxide particles by controlling the content and the injection rate of the injected water It is to provide a manufacturing method for controlling.

또한 본 발명이 이루고자하는 또 다른 기술적 과제는 상기의 제조방법으로 제조되어 입경 및 굴절율이 제어되고 분산성이 우수한 금속 산화물 입자 분산액을 제공하는 것이다. 보다 구체적으로는 티타니아, 지르코니아 등 고 굴절율을 갖는 금속산화물 입자가 분산되어 있어 반사방지기능을 부여하기 위한 고 굴절 코팅액으로 사용하기에 적합한 금속 산화물 입자 분산액을 제공하는 것이다. In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a metal oxide particle dispersion is prepared by the above manufacturing method is controlled particle diameter and refractive index and excellent dispersibility. More specifically, metal oxide particles having a high refractive index such as titania and zirconia are dispersed to provide a metal oxide particle dispersion suitable for use as a high refractive coating solution for imparting an antireflection function.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 안정화제, 금속 알콕사이드 및 알코올 용매의 혼합액을 제조한 후 상기 혼합액에 유기산을 첨가하여 반응액을 제조하는 단계, 및 상기 반응액에 물을 첨가하여 가수분해 반응을 통해 금속산 화물 입자를 형성하는 단계를 포함하는 반회분법에 의한 금속산화물 입자 분산액의 제조방법 및 이로부터 제조된 금속 산화물 입자 분산액을 제공한다. In order to achieve the above technical problem, in the present invention, after preparing a mixed solution of a stabilizer, a metal alkoxide and an alcohol solvent, preparing a reaction solution by adding an organic acid to the mixed solution, and adding water to the reaction solution to perform a hydrolysis reaction. It provides a method for producing a metal oxide particle dispersion by a semi-batch method comprising the step of forming a metal oxide particle through and a metal oxide particle dispersion prepared therefrom.

보다 상세하게는 상기 반응액에 첨가하는 물의 함량을 상기 금속 알콕사이드에 대하여 5 내지 50 몰비로 조절함으로써 제조되는 금속 산화물의 입자 크기를 2 내지 300nm 범위에서 조절할 수 있는 제조방법을 제공한다.More specifically, it provides a production method that can adjust the particle size of the metal oxide prepared in the range of 2 to 300nm by adjusting the amount of water added to the reaction solution to 5 to 50 molar ratio with respect to the metal alkoxide.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. 또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.At this time, if there is no other definition in the technical terms and scientific terms used, it has a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art. In addition, repeated description of the same technical configuration and operation as in the prior art will be omitted.

본 발명에 따른 금속산화물 입자 분산액의 제조방법은 하기의 단계를 포함한다.The method for preparing a metal oxide particle dispersion according to the present invention includes the following steps.

a) 안정화제, 금속 알콕사이드 및 알코올 용매의 혼합액을 제조하는 단계;a) preparing a mixture of a stabilizer, a metal alkoxide and an alcohol solvent;

b) 상기 혼합액에 유기산을 첨가하여 반응액을 제조하는 단계; 및b) preparing a reaction solution by adding an organic acid to the mixed solution; And

c) 상기 반응액에 물을 상기 금속 알콕사이드에 대하여 5 내지 50 몰비로 주입하여 가수분해 반응을 통해 입경이 조절된 금속산화물 입자를 형성하는 단계.c) injecting water into the reaction solution at a molar ratio of 5 to 50 with respect to the metal alkoxide to form metal oxide particles having a particle size adjusted through a hydrolysis reaction.

본 발명에 따른 제조방법에서 물의 주입량을 금속 알콕사이드에 대하여 5 내지 50 몰비의 범위에서 조절하면 몰비에 따라 금속산화물 입자의 평균 입경을 2 내지 300nm의 범위로 조절할 수 있다. 첨가하는 물의 양이 금속 알콕사이드에 대하여 15 내지 40몰비인 경우에는 금속산화물 입자의 평균 입경을 2 내지 200nm로 조절할 수 있고, 첨가하는 물의 양이 금속 알콕사이드에 대하여 30 내지 40 몰비인 경우에는 금속산화물 입자의 평균 입경을 2 내지 60nm로 조절할 수 있다. 상기 물의 주입량이 금속 알콕사이드에 대하여 5몰비 미만인 경우 금속 알콕사이드 전구체의 물에 의한 가수분해 반응이 원활히 일어나지 않게 되어 미 반응 알콕사이드 물질이 존재하게 되고, 50 몰비를 초과하는 경우에는 과량의 물 존재로 인해 가수 분해 반응이 매우 빠르게 진행되면서 응집(aggregation) 현상이 발생하므로 바람직하지 못하다. In the preparation method according to the present invention, if the injection amount of water is adjusted in the range of 5 to 50 molar ratio with respect to the metal alkoxide, the average particle diameter of the metal oxide particles can be adjusted in the range of 2 to 300 nm according to the molar ratio. When the amount of water to be added is 15 to 40 mole ratio with respect to the metal alkoxide, the average particle diameter of the metal oxide particles can be adjusted to 2 to 200 nm, and when the amount of water to be added is 30 to 40 mole ratio with respect to the metal alkoxide, the metal oxide particles The average particle diameter of can be adjusted to 2 to 60 nm. When the amount of water injected is less than 5 molar ratio with respect to the metal alkoxide, the hydrolysis reaction of the metal alkoxide precursor by water does not occur smoothly, and the unreacted alkoxide material is present. It is not preferable because the decomposition reaction proceeds very fast and aggregation occurs.

또한 반응액 내의 균일한 반응을 유도하여 제조되는 금속 산화물 입자의 입도 분포를 보다 균일하게 하기 위하여 c)단계에서 물의 첨가속도를 0.01 내지 0.3 mol/min의 범위 내에서 조절하는 것이 바람직하다. 상기 물의 주입속도가 0.01 mol/min 미만인 경우 반응속도가 너무 느리고, 0.3 mol/min를 초과하는 경우에는 제조되는 금속산화물 입자의 입도 분포가 넓어져서 균일한 크기분포를 갖는 금속 산화물 입자를 제조하기 어렵다. 즉, 0.01 mol/min 미만일 경우에는 첨가 속도가 느려 이상적인 반회분 프로세스가 되어 입도 분포에 유리하게 작용할 수 있으나, 생산 효율 측면에서는 불리하게 작용하게 된다. 그리고 0.3 mol/min을 초과할 경우에는 반회분식이 아닌 점점 회분식 프로세스에 가까워지기 때문에 반응 속도가 매우 빨라져 균일한 입경을 지닌 금속 산화물 입자의 생성이 어렵다.In addition, in order to make the particle size distribution of the metal oxide particles produced by inducing a uniform reaction in the reaction solution more uniformly, it is preferable to adjust the addition rate of water in the range of 0.01 to 0.3 mol / min. When the injection rate of the water is less than 0.01 mol / min, the reaction rate is too slow, when it exceeds 0.3 mol / min, it is difficult to produce a metal oxide particles having a uniform size distribution because the particle size distribution of the metal oxide particles is widened . In other words, if less than 0.01 mol / min, the addition rate is slow to become an ideal semi-batch process may be advantageous to the particle size distribution, but adversely in terms of production efficiency. In addition, when the content exceeds 0.3 mol / min, the reaction rate is very fast because it is closer to the batch process rather than the semi-batch, and it is difficult to produce metal oxide particles having a uniform particle size.

상기 안정화제는 가수분해 반응에 의해 형성되는 금속산화물 입자의 안정성을 높여주는 역할을 하는 것으로서 금속 알콕사이드의 금속과 결합할 수 있는 작용기를 가지는 물질을 사용할 수 있으며, 하기 화학식 1의 β-디케톤화합물을 사용하 는 것이 바람직하고, β-디케톤화합물 중에서 아세틸아세톤이 안정화 효과 및 상용성 측면에서 보다 바람직하다.The stabilizer serves to increase the stability of the metal oxide particles formed by the hydrolysis reaction may be used a material having a functional group capable of bonding with the metal of the metal alkoxide, β-diketone compound of the formula Is preferably used, and acetylacetone is more preferable in terms of stabilizing effect and compatibility among β-diketone compounds.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112008024033677-pat00001
Figure 112008024033677-pat00001

[상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 독립적으로 C1~C10의 알킬 또는 C6~C10의 아릴기로부터 선택된다.] [In Formula 1, R 1 and R 2 are independently selected from C1 ~ C10 alkyl or C6 ~ C10 aryl group.]

b)단계에서 반응액 내 안정화제의 농도는 0.5 내지 1.5 mol/L(M)인 것이 바람직한데, 이는 상기 농도가 0.5M 미만인 경우 전구체인 금속 알콕사이드의 일부 금속과만 결합하게 되어 반응 용액이 불안정 하게 되며, 1.5M을 초과하는 경우 여분의 β-디케톤화합물이 남게 되어 불순물로 작용하고 투명성이 저하됨으로써 코팅 용액으로서 다소 불리할 수 있기 때문이다.In step b), the concentration of the stabilizer in the reaction solution is preferably 0.5 to 1.5 mol / L (M). When the concentration is less than 0.5M, the reaction solution becomes unstable because it binds only a part of the metal of the metal alkoxide as a precursor. If it exceeds 1.5M, the extra β-diketone compound remains because it acts as an impurity and the transparency is lowered because it may be somewhat disadvantageous as a coating solution.

상기 금속 알콕사이드는 티타늄 알콕사이드 또는 지르코늄 알콕사이드로부터 선택되는 전구체를 사용하는 경우 티타니아 또는 지르코니아와 같은 고굴절율을 가지는 금속 산화물 입자를 형성할 수 있다. 티타늄 알콕사이드는 Ti(OR3)4, 지르코늄 알콕사이드는 Zr(OR4)4로 나타낼 수 있고 상기 R3 및 R4는 C1~C5의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기로부터 선택된다.The metal alkoxide may form metal oxide particles having a high refractive index such as titania or zirconia when using a precursor selected from titanium alkoxide or zirconium alkoxide. Titanium alkoxide may be represented by Ti (OR 3 ) 4 , zirconium alkoxide may be represented by Zr (OR 4 ) 4 , and R 3 and R 4 may be selected from C 1 to C 5 straight or branched alkyl groups.

금속 알콕사이드의 농도는 0.1 내지 1.0 mol/L(M)인 것이 바람직한데, 이는 상기 농도가 0.1M 미만일 경우에는 작은 입경을 가진 금속 산화물 입자가 생성되는 반면, 수율 측면에서 매우 불리하게 작용하고, 많은 양의 생성물을 얻기 위해서 여러 번 반복 실험을 실시해야 하는 문제가 있고, 1.0M을 초과하는 경우에는 매우 큰 입경을 가진 금속 산화물 입자가 생성되어 투명성을 요구하는 코팅 용액으로 부적합할 수 있기 때문이다.The concentration of the metal alkoxide is preferably from 0.1 to 1.0 mol / L (M), which produces a metal oxide particle having a small particle diameter when the concentration is less than 0.1M, while very disadvantageous in terms of yield, This is because there are problems that repeated experiments have to be performed several times in order to obtain a positive product, and when it exceeds 1.0 M, metal oxide particles having a very large particle diameter are produced, which may be unsuitable for coating solutions requiring transparency.

상기 유기산은 가수분해 반응의 촉매로서 사용되며, 그 종류로는 포름산(formic acid), 프로피온산(propionic acid), 초산(acetic acid), n-부티르산(n-buturic acid), n-발레르산(n-valeric acid), 소르빈산(sorbic acid) 또는 이의 혼합물로부터 선택되고 반응액 내 농도가 0.05 내지 0.5 mol/L(M), 보다 좋게는 0.1 내지 0.2 mol/L(M)인 것이 바람직한데, 이는 상기 유기산의 농도가 0.05 mol/L 미만인 경우에는 가수 분해 반응 촉매로서의 역할이 미미하게 되어 큰 입자가 생성될 방향으로 많은 영향을 미치게 되며, 0.5 mol/L을 초과하는 경우에는 과량의 유기산으로 인해 입자 생성 자체가 안 되는 결과를 초래할 수 있다. 염산, 질산, 또는 황산 등의 무기산을 사용하는 경우 Cl-, NO3 -, SO4 2- 등의 음이온이 금속 산화물 입자에 혼입되거나 물성을 저하시킬 수 있고 분산성을 저하시킬 수 있어 유기산을 사용하는 것이 보다 바람직하다.The organic acid is used as a catalyst for the hydrolysis reaction, and the kinds thereof include formic acid, propionic acid, acetic acid, n-buturic acid, and n-valeric acid (n -valeric acid), sorbic acid or mixtures thereof, and preferably in the reaction solution has a concentration of 0.05 to 0.5 mol / L (M), more preferably 0.1 to 0.2 mol / L (M). When the concentration of the organic acid is less than 0.05 mol / L, the role of the hydrolysis reaction catalyst is insignificant, and much influence in the direction in which the large particles are produced. When the concentration of the organic acid exceeds 0.5 mol / L, the formation of particles due to the excess organic acid It can lead to substandard results. When using a mineral acid such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, or Cl -, NO 3 -, SO 4 2- anion may be reduced, such as the mixed or the physical properties of the metal oxide particles and the use of organic acids can be decreased dispersibility It is more preferable to do.

본 발명은 상기의 제조방법으로 제조된 금속 산화물 입자 분산액을 제공하며, 상기 분산액은 투명하고 분산안정성이 우수하다. 또한 상기 분산액에 함유되는 금속 산화물 입자는 평균 입경이 2 내지 300nm로 조절되고 입경이 작을수록 높은 굴절율을 가진다. 상기 금속 산화물 입자가 고굴절율을 갖는 티타니아 또는 지르코니아 입자인 경우 상기 분산액은 반사방지기능을 부여하기 위한 고굴절 코팅액으로 사용되기에 매우 적합하다.The present invention provides a dispersion of metal oxide particles prepared by the above method, wherein the dispersion is transparent and excellent in dispersion stability. In addition, the metal oxide particles contained in the dispersion have an average particle diameter of 2 to 300 nm, and the smaller the particle diameter, the higher the refractive index. When the metal oxide particles are titania or zirconia particles having a high refractive index, the dispersion is very suitable for use as a high refractive coating solution for imparting antireflection function.

이하 첨부한 도면을 바탕으로 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예로서 티타니아 또는 지르코니아가 분산된 투명한 나노 분산액의 제조공정을 나타낸 순서도이다. 안정화제로는 아세틸아세톤, 알코올 용매로는 이소프로판올, 가수분해 촉매로는 개미산(formic acid)을 사용한다. 도 1에 도시한 바와 같이 1단계로 아세틸 아세톤과 이소프로판올을 혼합 및 교반하고, 여기에 TTIP(titanium tetraisopropoxide) 또는 지르코늄 테트라이소프로폭사이드(zirconium tetraisopropoxide)를 첨가하여 혼합 및 교반하는 단계, 2단계로 개미산을 첨가하고 혼합 및 교반 시키는 단계, 3단계로 물을 일정 유속으로 첨가하고 약 1시간 30분 동안 반응을 실시하면 가수분해 반응과 중합 반응이 이루어져 티타니아 또는 지르코니아가 생성된다. 일반적으로 가수분해와 중합 반응 시 티타니아와 지르코니아의 반응 속도는 빠르게 진행 되는데 이는 입자의 크기에 매우 밀접한 영향을 미치게 된다. 본 발명에서는 상기 첨가하는 물의 양을 상기 TTIP(titanium tetraisopropoxide) 또는 지르코늄 테트라이소프로폭사이드(zirconium tetraisopropoxide)에 대하 5 내지 50몰비의 범위로 조절하고 물의 주입속도를 0.01 내지 0.3 mol/min로 조절하여 반응속도를 제어하였다. 상기 3단계 반응 후 평균 입경이 2 내지 300 nm 이고 입도 분포가 균일한 티타니아 또는 지르 코니아가 분산된 나노입자 분산액이 얻어진다. 1 is a flow chart illustrating a manufacturing process of a transparent nano dispersion in which titania or zirconia is dispersed as an embodiment according to the present invention. Acetyl acetone as a stabilizer, isopropanol as an alcohol solvent, and formic acid as a hydrolysis catalyst are used. As shown in FIG. 1, acetyl acetone and isopropanol are mixed and stirred in one step, followed by mixing and stirring by adding TTIP (titanium tetraisopropoxide) or zirconium tetraisopropoxide (zirconium tetraisopropoxide). Adding formic acid, mixing and stirring, water is added at a constant flow rate in three steps, and the reaction is carried out for about 1 hour and 30 minutes to form a hydrolysis reaction and a polymerization reaction to produce titania or zirconia. In general, the reaction rate of titania and zirconia proceeds rapidly during the hydrolysis and polymerization reaction, which affects the particle size very closely. In the present invention, the amount of water to be added is adjusted in the range of 5 to 50 molar ratio with respect to the TTIP (titanium tetraisopropoxide) or zirconium tetraisopropoxide (zirconium tetraisopropoxide) and the water injection rate is adjusted to 0.01 to 0.3 mol / min The reaction rate was controlled. After the three-step reaction, a nanoparticle dispersion in which titania or zirconia is dispersed having an average particle diameter of 2 to 300 nm and a uniform particle size distribution is obtained.

한편 도 2는 기존의 제조 방법에 의한 금속 산화물 나노 분산 용액의 제조 공정을 나타낸 순서도이다. 종래의 제조방법의 경우에는 합성된 분말의 세척 및 건조 공정과 건조 후 용매로의 재 분산을 위해서 분산제 및 여러 가지 첨가제를 혼합한 후 장시간 밀링 공정을 필수적으로 거쳐야 한다. 따라서 세척과 건조의 중간 과정에서 입자들의 응집 현상이 발생, 입자의 크기 제어가 매우 어려워 바람직하지 못하다. On the other hand, Figure 2 is a flow chart showing a manufacturing process of the metal oxide nano dispersion solution by a conventional manufacturing method. In the conventional manufacturing method, a dispersant and various additives must be mixed and then milled for a long time in order to wash and dry the synthesized powder and to re-disperse it into a solvent after drying. Therefore, agglomeration of particles occurs in the middle of washing and drying, which is undesirable because it is very difficult to control the size of the particles.

본 발명에 따른 제조방법은 안정화제가 첨가된 금속전구체 반응액에 물의 주입량 및 주입속도를 조절하여 형성되는 금속 산화물 입자의 입경을 조절할 수 있으며, 특히 티타니아 또는 지르코니아가 분산된 투명한 분산액은 각 입자들 본래의 굴절율 특성을 그대로 구현하여 고 굴절 특성을 지니고 있으므로 반사방지막 코팅제로 매우 적합하다. 또한, 상술한 바와 같이 이러한 투명한 티타니아 또는 지르코니아 나노 분산액을 직접 고 굴절 코팅제로 사용하는 경우 종래의 합성 된 분말을 다시 재분산하는 과정에서 거쳐야 하는 세척 공정, 건조 공정 및 분산 공정을 생략할 수 있기 때문에 제품의 원가를 낮추고 대량 생산화 할 수 있는 이점이 있다.The production method according to the present invention can control the particle diameter of the metal oxide particles formed by adjusting the injection amount and the injection rate of water in the metal precursor reaction solution to which the stabilizer is added, in particular, the transparent dispersion in which titania or zirconia is dispersed is inherently It is very suitable as an anti-reflective coating because it has high refractive characteristics by realizing the refractive index characteristic of. In addition, as described above, when the transparent titania or zirconia nano dispersion is directly used as a high refractive coating agent, the washing process, drying process, and dispersion process, which must be performed in the process of redispersing the conventional synthesized powder, can be omitted. It has the advantage of lowering the cost of the product and mass production.

이하, 본 발명을 하기 실시 예를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예에 의해서 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

<실시예 1><Example 1>

아세틸아세톤 1 mol을 이소프로판올과 혼합한 후 10분 동안 교반한다. 그리고 TTIP(titanium tetraisopropoxide, 시약급)에 대한 물의 몰 비를 5에서 50까지로 변화시켜 계량 한 후 먼저 TTIP 1 mol을 상기 아세틸아세톤과 이소프로판올의 혼합 용액에 첨가하고 10분 동안 교반하여 아세틸아세톤 농도가 1M(mol/L), TTIP 농도가 1M인 혼합액 1L를 제조하였다. 이어서 상기 혼합액에 개미산 0.15 mol을 첨가하여 3분 동안 교반하여 반응액을 제조하였다. 상온에서 상기 반응액에 물을 첨가하되 하기 표 1에 나타낸 주입속도로 물을 가하고 첨가 종료 후 1시간 30분 동안 교반하여 투명한 티타니아 나노 분산액이 얻어진다. 티타니아 입자의 크기는 TTIP에 대한 물의 몰비가 증가함에 따라서 40까지는 비례해서 감소하다가 그 이상에서는 다시 증가하였으며, 굴절율의 값은 평균 입자 크기가 증가함에 따라 비례적으로 감소하였다. 굴절율은 TTIP에 대한 물의 몰비가 30~40일 때 가장 높았으며 50 이상에서는 매우 낮게 나타났다. 본 실시예에 따라 제조된 티타니아 분산액의 굴절율 및 분산액 내 티타니아 입경을 특정하여 하기 표 1에 나타내었다. 상기 분산액 내 티타니아 입경의 측정은 오츠카 제품의 DLS (Dynamic Light Scattering) 측정기(모델명:LPA-3000,3100)를 사용하였다.1 mol of acetylacetone is mixed with isopropanol and stirred for 10 minutes. Then, the molar ratio of water to TTIP (titanium tetraisopropoxide, reagent grade) was changed from 5 to 50, and then weighed. First, 1 mol of TTIP was added to the mixed solution of acetylacetone and isopropanol, and stirred for 10 minutes to increase the acetylacetone concentration. 1 M (mol / L), 1 L of a mixed solution having a TTIP concentration of 1 M was prepared. Subsequently, 0.15 mol of formic acid was added to the mixed solution, followed by stirring for 3 minutes to prepare a reaction solution. Water was added to the reaction solution at room temperature, but water was added at the injection rate shown in Table 1 below, followed by stirring for 1 hour and 30 minutes after completion of addition to obtain a transparent titania nano dispersion. The titania particle size decreased proportionally up to 40 as the molar ratio of water to TTIP increased, and then increased again. The value of the refractive index decreased proportionally as the average particle size increased. The refractive index was highest when the molar ratio of water to TTIP was 30-40 and very low above 50. The refractive index of the titania dispersion prepared according to the present example and the titania particle diameter in the dispersion were shown in Table 1 below. The Titania particle diameter in the dispersion was measured using a DLS (Dynamic Light Scattering) measuring instrument (Model: LPA-3000, 3100) manufactured by Otsuka.

[표 1] TABLE 1

Figure 112008024033677-pat00002
Figure 112008024033677-pat00002

<실시예 2><Example 2>

지르코늄 테트라이소프로폭사이드(zirconium tetraisopropoxide, 시약급) 1몰을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 진행하여 지르코니아 입자를 제조하였다. 지르코니아 입자의 크기는 지르코늄 테트라이소프로폭사이드에 대한 물의 몰비가 증가함에 따라서 40까지는 비례해서 감소하다가 그 이상에서는 다시 증가하였으며, 굴절율의 값은 평균 입자 크기가 증가함에 비례해서 감소하였다. 굴절율은 지르코늄 테트라이소프로폭사이드에 대한 물의 몰비가 30~40일 때 가장 높았으며 50 이상에서는 매우 낮게 나타났다. 한편, 티타니아와 지르코니아를 동일 조건하에서 비교를 할 때, 지르코니아 보다는 티타니아의 평균 입경이 더 작고, 굴절율은 더 높음을 알 수 있었다. 본 실시예에 따라 얻은 지르코니아 입자의 특성을 하기 표 2에 나타내었다. Zirconia particles were prepared in the same manner as in Example 1, except that 1 mole of zirconium tetraisopropoxide (zirconium tetraisopropoxide, reagent grade) was used. The size of zirconia particles decreased proportionally up to 40 as the molar ratio of water to zirconium tetraisopropoxide increased and then increased again, and the refractive index decreased with increasing average particle size. The refractive index was highest when the molar ratio of water to zirconium tetraisopropoxide was 30 to 40 and was very low above 50. On the other hand, when comparing titania and zirconia under the same conditions, it was found that the average particle diameter of titania is smaller and the refractive index is higher than that of zirconia. The properties of the zirconia particles obtained according to this example are shown in Table 2 below.

[표 2]TABLE 2

Figure 112008024033677-pat00003
Figure 112008024033677-pat00003

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다. Although the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투명한 금속 산화물 나노 분산 용액의 제조 공정을 나타낸 순서도 이다. 1 is a flow chart showing a manufacturing process of a transparent metal oxide nano dispersion solution according to an embodiment of the present invention.

도 2는 기존의 제조 방법에 의한 금속 산화물 나노 분산 용액의 제조 공정을 나타낸 순서도이다. Figure 2 is a flow chart showing a manufacturing process of the metal oxide nano dispersion solution by a conventional manufacturing method.

Claims (10)

a) 0.5 내지 1.5 mol/L(M) 농도의 안정화제, 0.1 내지 1.0 mol/L(M) 농도의a) stabilizer at a concentration of 0.5 to 1.5 mol / L (M), at a concentration of 0.1 to 1.0 mol / L (M) 금속 알콕사이드 및 알코올 용매의 혼합액을 제조하는 단계 Preparing a mixture of a metal alkoxide and an alcohol solvent b) 상기 혼합액에 0.05 내지 0.5 mol/L 농도의 유기산을 첨가하여 반응액을b) adding the organic acid at a concentration of 0.05 to 0.5 mol / L to the mixed solution to 제조하는 단계 및  Manufacturing step and c) 상기 반응액에 물을 상기 금속 알콕사이드에 대하여 5 내지 50 몰비 및 0.01 내지 0.3 mol/min 범위의 속도로 주입하여 입자의 평균 입경을 2 내지 300 nm 로 조절하는 금속산화물 입자를 형성하는 단계c) injecting water into the reaction solution at a rate of 5 to 50 molar ratio and 0.01 to 0.3 mol / min with respect to the metal alkoxide to form metal oxide particles for adjusting the average particle diameter of the particles to 2 to 300 nm. 를 포함하는 반회분법에 의한 금속산화물 입자 분산액의 제조방법.Method for producing a metal oxide particle dispersion by a semi-batch method comprising a. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, c) 단계에서 물을 금속 알콕사이드에 대하여 15 내지 40 몰비로 첨가하여 금속산화물 입자의 평균 입경을 2 내지 200nm로 조절하는 것을 특징으로 하는 반회분법에 의한 금속산화물 입자 분산액의 제조방법.and c) adding water at a molar ratio of 15 to 40 to the metal alkoxide in step c) to adjust the average particle diameter of the metal oxide particles to 2 to 200 nm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, c)단계에서 물을 금속 알콕사이드에 대하여 30 내지 40 몰비로 첨가하여 금속산화물 입자의 평균 입경을 2 내지 60nm로 조절하는 것을 특징으로 하는 반회분법에 의한 금속산화물 입자 분산액의 제조방법.and c) adding water at a molar ratio of 30 to 40 to the metal alkoxide in step c) to adjust the average particle diameter of the metal oxide particles to 2 to 60 nm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 알콕사이드는 티타늄 알콕사이드 또는 지르코늄 알콕사이드로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 반회분법에 의한 금속산화물 입자 분산액의 제조방법.The metal alkoxide is a method for producing a metal oxide particle dispersion by a semi-batch method, characterized in that selected from titanium alkoxide or zirconium alkoxide. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 안정화제는 하기 화학식 1의 β-디케톤화합물인 것을 특징으로 하는 반회분법에 의한 금속산화물 입자 분산액의 제조방법.The stabilizer is a method for producing a metal oxide particle dispersion by a semi-batch method, characterized in that the β-diketone compound of the formula (1). [화학식 1][Formula 1]
Figure 112009078732347-pat00007
Figure 112009078732347-pat00007
[상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 독립적으로 C1~C10의 알킬 또는 C6~C10의 아릴기로부터 선택된다.][In Formula 1, R 1 and R 2 are independently selected from C1 ~ C10 alkyl or C6 ~ C10 aryl group.]
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유기산은 포름산(formic acid), 프로피온산(propionic acid), 초산(acetic acid), n-부티르산(n-buturic acid), n-발레르산(n-valeric acid), 소르빈산(sorbic acid) 또는 이의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 반회분법에 의한 금속산화물 입자 분산액의 제조방법.The organic acid is formic acid, propionic acid, acetic acid, n-buturic acid, n-valeric acid, sorbic acid or a mixture thereof. Method for producing a metal oxide particle dispersion by a semi-batch method, characterized in that selected from. 삭제delete
KR1020080030826A 2008-04-02 2008-04-02 Production of metal oxide nano-dispersed transparent solution by semi-batch method KR100947658B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080030826A KR100947658B1 (en) 2008-04-02 2008-04-02 Production of metal oxide nano-dispersed transparent solution by semi-batch method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080030826A KR100947658B1 (en) 2008-04-02 2008-04-02 Production of metal oxide nano-dispersed transparent solution by semi-batch method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090105395A KR20090105395A (en) 2009-10-07
KR100947658B1 true KR100947658B1 (en) 2010-03-12

Family

ID=41535102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080030826A KR100947658B1 (en) 2008-04-02 2008-04-02 Production of metal oxide nano-dispersed transparent solution by semi-batch method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100947658B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102372942A (en) * 2010-08-18 2012-03-14 素塔电子科技(上海)有限公司 Method for preparing nano-grade metal oxide transparent solution by using semi-continuous method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001220687A (en) * 2000-02-02 2001-08-14 Fuji Kagaku Kk Composition of zirconium and titanium series coating agent and producing method therefor
KR20080023016A (en) * 2006-09-08 2008-03-12 건양대학교산학협력단 Preparation method of high refractive index hard coating solutions for plastic ophthalmic lenses

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001220687A (en) * 2000-02-02 2001-08-14 Fuji Kagaku Kk Composition of zirconium and titanium series coating agent and producing method therefor
KR20080023016A (en) * 2006-09-08 2008-03-12 건양대학교산학협력단 Preparation method of high refractive index hard coating solutions for plastic ophthalmic lenses

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090105395A (en) 2009-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10481301B2 (en) Nanometric tin-containing metal oxide particle and dispersion, and preparation method and application thereof
KR100541750B1 (en) Non-acidic, non-basic colloid solution containing dispersed titanium dioxide, method for preparing the same, and coating material comprising the colloid solution
TWI428282B (en) Metal oxide complex sol, coating composition and optical member
CN106750466B (en) Reversible thermochromic film and preparation method thereof
JP4841880B2 (en) Inorganic oxide particles
KR101571706B1 (en) Substrate for hard coating film and coating solution for hard coating film
KR20030057436A (en) Silica composite oxide particles and a method for preparation thereof
WO2009148097A1 (en) Method for producing core-shell particle, core-shell particle, method for producing hollow particle, paint composition and article
CN102838889B (en) Preparation method of visible light full-waveband multilayer antireflection coating
CN109280389B (en) Preparation method of silver nanoparticle composite organic silicon resin
KR100950853B1 (en) Titania sol chelated with an organic complex, a method thereof, and a composition including said titania sol for forming medium, high, super-high refractive index coating layer
CA2178892A1 (en) Hydrated zinc stannate sols, coating compositions and optical elements
KR102136939B1 (en) Titania-monomer dispersions and method for preparing the same
JP2008037700A (en) Aggregate of silica-based compound oxide particle and method for manufacturing the same
KR20130034693A (en) Preparation method of hollow silica nano powder with high purity and low reflection coating membrane comprising the powder
CN113877563B (en) Cerium-coated titanium dioxide and preparation method thereof
KR100947658B1 (en) Production of metal oxide nano-dispersed transparent solution by semi-batch method
KR101163539B1 (en) Chain inorganic oxide fine particle groups, process for preparing dispersion of the fine particle groups, and uses of the fine particle groups
JP2856419B2 (en) Aqueous surface coating
CN109971413B (en) Preparation method of high-refractive-index LED packaging adhesive material
WO2019216152A1 (en) Surface-treated infrared-absorbing fine particle dispersion and infrared-absorbing transparent substrate
CN102532976A (en) Aqueous high-content nanometer calcium carbonate dispersoid and preparation method thereof
KR101359848B1 (en) Hollow silica particles, method of preparing the same and low-reflection coatings using the same
KR102145018B1 (en) Method for preparing ammonium tungstene bronze
KR102058140B1 (en) Method for preparing tungstene oxide hydrate nano particles

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130308

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee