TW201934492A - 二氧化鈦水性分散體及其之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供具有高的分散性，凝聚或粗粒少之二氧化鈦水性分散體及其製造方法。
該分散體包含在表面具有高級脂肪酸或其鹽等疏水性化合物的二氧化鈦粒子、水性分散介質、HLB值為10以上的非離子性界面活性劑與烷醇胺等鹼性化合物，pH為8.5～13之範圍。該製造方法具有混合在表面具有疏水性化合物的二氧化鈦粒子、水性分散介質、HLB值為10以上的非離子性界面活性劑與鹼性化合物，使前述水性分散體的pH成為8.5～13之範圍的步驟。

Description

二氧化鈦水性分散體及其之製造方法
本發明關於二氧化鈦粒子的水性分散體及其製造方法。
粒徑為3～200nm左右的二氧化鈦粒子，由於可見光穿透性、紫外線遮蔽性優異，且具有高的安全性，故使用於化妝料、塗料、油墨、化學纖維、研磨用組成物等。
如此之微細的二氧化鈦具有一次粒子容易凝聚之性質，於凝聚的狀態下，上述特性(可見光穿透性、紫外線遮蔽性等)會降低。因此，準備在分散介質中預先分散有二氧化鈦粒子者(分散體)，使用此分散體，將二氧化鈦粒子應用於各種用途。
例如，專利文獻1中記載一種水性分散體，其包含經硬脂酸等所疏水化處理的超微粒子二氧化鈦與非離子性界面活性劑。該專利文獻中記載如此的水性分散體，即使應用於包含電解質成分的組成物(化妝料等)時，也抑制超微粒子二氧化鈦之凝聚，可實現充分的可見光穿透性與紫外線遮蔽性。
又，專利文獻2中記載一種水性分散體，其包含經聚矽氧等所撥水處理的紡錘狀超微粒子二氧化鈦與HLB值為10～17的分散劑，其中相對於分散體全量，超微粒子二氧化鈦、分散劑及水之含量為80質量%以上。該專利文獻中記載如此的水性分散體，係可使經撥水處理的超微粒子二氧化鈦均勻地分散於水性分散介質中，於摻合有該水性分散體的O/W型乳化化妝料中，可實現嬌嫩的觸感與優異的使用感。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平7-247119號公報
[專利文獻2]國際公開第2013/18827號
[發明所欲解決的課題]
近年來，於化妝料之領域中，要求二氧化鈦水性分散體之進一步提高的可見光穿透性、紫外線遮蔽性，為了實現其，要求進一步抑制二氧化鈦一次粒子之凝聚的高分散二氧化鈦粒子之水性分散體。不限於化妝料之領域，於使用超微粒子氧化鈦的水分散體之各種領域中，亦要求高分散的水分散體。於如此的要求中，如上述的以往之超微粒子二氧化鈦的水性分散體係難以對應。

[解決課題的手段]
本發明者們為了對應於上述要求而專心致力地檢討，結果發現於包含在表面具有疏水性化合物的二氧化鈦粒子與特定的分散劑之水性分散體中，藉由將其pH設定在特定之範圍，可成為凝聚或粗粒少的高分散之二氧化鈦水性分散體，而完成本發明。
即，本案發明為以下者等：
(1)一種二氧化鈦水性分散體，其包含：在表面具有疏水性化合物的二氧化鈦粒子、水性分散介質、HLB值為10以上的非離子性界面活性劑與鹼性化合物，且pH為8.5～13之範圍。
(2)如(1)記載之二氧化鈦水性分散體，其中前述鹼性化合物為烷醇胺。
(3)如(1)或(2)記載之二氧化鈦水性分散體，其中前述疏水性化合物為高級脂肪酸或其鹽。
(4)如(1)～(3)中任一項記載之二氧化鈦水性分散體，其中前述二氧化鈦粒子包含鉛作為雜質，該鉛之含量為3ppm以下。
(5)如(1)～(4)中任一項記載之二氧化鈦水性分散體，其中前述二氧化鈦粒子之縱橫比為3以下的球狀粒子。
(6)如(1)～(5)中任一項記載之二氧化鈦水性分散體，其中前述二氧化鈦粒子係在經鋅、鈦、鈰、鐵、矽及鋁的至少一種之氧化物或氫氧化物所被覆的二氧化鈦粒子之表面具有疏水性化合物。
(7)一種二氧化鈦水性分散體之製造方法，其具有混合在表面具有疏水性化合物的二氧化鈦粒子、水性分散介質、HLB值為10以上的非離子性界面活性劑與鹼性化合物，使前述水性分散體的pH成為8.5～13之範圍的步驟。
(8)如(7)記載之二氧化鈦水性分散體之製造方法，其中前述鹼性化合物為烷醇胺。

[發明的效果]
依照本發明，可提供具有高的分散性，凝聚或粗粒少之二氧化鈦水性分散體，其具有優異的可見光穿透性、紫外線遮蔽性等性能。又，如此的本發明之水性分散體係即使按照使用狀況，添加電解質成分或塗料成分、或油墨成分，或使水性分散體的pH變化，也容易維持二氧化鈦粒子的分散狀態。因此，可使用於以化妝料為首的各種組成物之製造。
[實施發明的形態]
本發明之水性分散體包含二氧化鈦粒子。二氧化鈦粒子的平均一次粒徑較佳為3～200nm，更佳為5～100nm，尤佳為10～100nm。具有如此粒徑的二氧化鈦粒子係可見光穿透性高，且紫外線遮蔽區域變合適。二氧化鈦粒子的平均一次粒徑係計測在電子顯微鏡下隨意選擇的200個粒子之粒徑，算出其粒徑的平均值(將其在本案中亦稱為「電子顯微鏡照相法」)。
二氧化鈦粒子之形狀係沒有特別的限定，可使用球狀、棒狀、針狀、紡錘狀、板狀等的任意形狀者。關於球狀以外的形狀之情況的上述平均一次粒徑，棒狀、針狀、紡錘狀粒子之情況係以短軸側的長度平均規定，板狀之情況係以面的對角線長度平均規定。將二氧化鈦粒子的長軸徑/短軸徑稱為縱橫比，較佳為3以下，更佳為1～2。二氧化鈦粒子之縱橫比係作為在電子顯微鏡下隨意選擇的200個粒子之長軸徑/短軸徑的平均值算出。
關於二氧化鈦粒子的結晶構造，亦沒有特別的限定，可使用銳鈦礦型、金紅石型、板鈦礦型等者。從抑制光觸媒活性之觀點來看，較佳為使用金紅石型者。二氧化鈦粒子係除了二氧化鈦(TiO2 )以外，還可為偏鈦酸(TiO2 ・nH2 O)、原鈦酸(Ti(OH)4 )所示的化合物。
二氧化鈦粒子係可藉由各種眾所周知的方法製造。作為上述之具有比較小的平均一次粒徑之二氧化鈦粒子之製造方法，例如可使用：以鹼將四氯化鈦水溶液中和水解，燒成所得的含水二氧化鈦之方法(將此在本案中亦稱為「燒成法」)，或以鹼將四氯化鈦水溶液中和水解，以氫氧化鈉加熱處理所得之含水二氧化鈦，以酸加熱熟成所得之反應生成物之方法(將此在本案中亦稱為「濕式法」)等。一般而言，以上述燒成法可得到球狀的二氧化鈦粒子，以上述濕式法可得到紡錘狀的二氧化鈦粒子。又，燒成法、濕式法皆可得到金紅石型的二氧化鈦粒子。另外，燒成法所得之二氧化鈦粒子係可得到縱橫比大約3以下，較佳1～2的球狀粒子。
燒成法所得之球狀的二氧化鈦粒子，係因燒成而結晶性升高，可高度地抑制光觸媒活性。因此，於要求抑制光觸媒活性的用途(例如化妝料等)中，較佳為使用燒成法所得之球狀的二氧化鈦粒子。
二氧化鈦粒子可包含製造上不可避免的各種雜質。作為雜質元素，可舉出Al、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、Zn、Zr、Ag、Pb、Cl、Nb等。此處，於雜質元素之中，鉛(Pb)之含量係以TiO2 的質量基準，較佳為3ppm以下。以鉛(Pb)為首的雜質元素之含量的測定係使用原子吸光分光光度計。
將本發明之二氧化鈦水性分散體使用於化妝料時，由於鉛的含量為非常小(3ppm以下)，可減少對於人體的影響。又，於化妝料以外之用途中，將本發明之二氧化鈦水性分散體以放出至自然環境的方式使用時(例如，用於研磨用組成物等之使用後拋棄者時)，可減低對於環境的負荷。
作為能以高效率得到鉛(Pb)之含量為上述範圍的二氧化鈦粒子之方法，可舉出以上述的四氯化鈦作為起始物質之燒成法或濕式法等。
二氧化鈦粒子係可其粒子表面經其他的無機化合物所被覆者。被覆材料係可使用眾所周知的無機表面處理材料，例如可使用鋅、鈦、鈰、鐵、矽及鋁之內的至少一種之氧化物或氫氧化物等。被覆量係以TiO2 的質量基準，較佳為1%～30%。二氧化鈦粒子雖然具有光觸媒活性，但是若被覆無機化合物，則可抑制光觸媒活性，於如此的用途(例如化妝料等)中，較佳為被覆有無機化合物者。
本發明之水性分散體中的二氧化鈦粒子係在表面具有疏水性化合物。疏水性化合物係存在於二氧化鈦粒子之表面，使二氧化鈦粒子與水的親和性降低者，其代表為在分子內具有烴基的化合物。作為疏水性化合物，例如可使用二甲基聚矽氧烷、甲基氫聚矽氧烷、有機改質聚矽氧油等之矽氧烷類、矽烷系偶合劑、鈦酸酯系偶合劑、鋁系偶合劑、氟系偶合劑等之偶合劑、高級脂肪酸或其鹽、高級醇、具有高級烷基的胺等。
作為疏水性化合物，較佳為高級脂肪酸(碳數C12以上的一元羧酸)或其鹽。藉由使用高級脂肪酸，可更提高水性分散體中的二氧化鈦粒子之分散性。作為高級脂肪酸，可舉出飽和脂肪酸(月桂酸、肉豆蒄酸、棕櫚酸、硬脂酸等)、不飽和脂肪酸(油酸等)，其中較佳為硬脂酸。作為高級脂肪酸的鹽，較佳為鈉、鉀、銨等的鹽。
疏水性化合物之被覆量，較佳為能均勻地被覆二氧化鈦粒子之程度。具體而言，以TiO2 質量基準，較佳為0.5～12%，更佳為0.5～8%，尤佳為2～5%。如此地，可均勻地被覆二氧化鈦粒子，可確保水性分散體中的充分之分散性及隨著時間經過的安定性。又，由於被覆量不過剩，可防止多餘的疏水性化合物游離及在水性分散體發生發泡者。為了將疏水性化合物被覆於二氧化鈦粒子之表面，可混合疏水性化合物與二氧化鈦粒子等而進行。
被覆有上述疏水性化合物的二氧化鈦粒子，較佳為以10～70質量%之比例含於水性分散體中，由於設為10質量%以上，可抑制將本發明之水性分散體摻合於各種水性組成物時的摻合量，由於設為70質量%以下，可確保水性分散體的流動性，容易摻合於各種水性組成物中。上限值更佳為60質量%，尤佳為55質量%以下。又，下限值更佳為15質量%，尤佳為20質量%。若更從水性分散體的生產效率之觀點來看，則下限值尤更佳為25質量%。
本發明之水性分散體中的被覆有疏水性化合物的二氧化鈦粒子，係分散於水性分散介質中。本發明中所謂的水性分散介質，就是以水為主成分者，即水之含量為50質量%以上，較佳為80質量%以上，更佳為90質量%以上，尤佳為100質量%。從提高二氧化鈦粒子的分散性之觀點來看，水較佳為純水。作為水以外之成分，可舉出甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、丙酮、甲基乙基酮、四氫呋喃等之水溶解的有機溶劑。
本發明之二氧化鈦水性分散體包含HLB值為10以上的非離子性界面活性劑。所謂的HLB(親水性-親油性平衡)值，就是表示界面活性劑對於水與油(在水中不溶性的有機化合物)之親和性的程度之值，若HLB值為10以上，則親水性高。
作為非離子性界面活性劑，可舉出聚氧化烯烷基醚、聚氧化烯脂肪酸酯、聚氧化烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧化烯蓖麻油、聚氧化烯硬化蓖麻油、聚氧化烯山梨糖醇四脂肪酸酯、甘油脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、聚氧化烯衍生物、蔗糖脂肪酸酯、具有聚氧化烯基的有機聚矽氧烷、具有聚甘油基的有機聚矽氧烷、具有糖鏈的有機聚矽氧烷等。本發明中的非離子性界面活性劑係指上述列舉的各種非離子性界面活性劑之中，HLB值為10以上，即10～20之範圍者。所含有的非離子性界面活性劑之疏水性基係與二氧化鈦粒子的疏水性化合物鍵結，非離子性界面活性劑的親水性基係與水性分散介質的水分子之OH- 鍵結等而相互作用，可使二氧化鈦粒子均勻且良好地分散於水性分散體中。作為非離子性界面活性劑，較佳為使用具有聚氧化烯基的有機聚矽氧烷、聚氧化烯衍生物或聚氧化烯脂肪酸酯。例如，作為具有聚氧化烯基的有機聚矽氧烷，可舉出聚乙二醇甲醚聚二甲基矽氧烷、聚乙二醇聚二甲基矽氧烷。作為聚氧化烯衍生物，可舉出聚氧化烯烷基醚、聚氧乙烯二苯乙烯化苯基醚、聚氧乙烯苯乙烯化苯基醚、聚氧乙烯三苄基苯基醚、聚氧化烯癸基醚、聚氧乙烯十三基醚等。作為聚氧化烯脂肪酸酯，可舉出聚乙二醇單月桂酸酯、聚乙二醇單硬脂酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯、聚乙二醇單油酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐單油酸酯等。
非離子性界面活性劑的HLB值較佳為13～19之範圍，更佳為13～16之範圍。由於使用如此的HLB值之非離子性界面活性劑，可實現分散性更高的水性分散體。
本發明中的HLB值係可藉由下述(1)式算出。
HLB值=20´親水部的式量之總和/非離子性界面活性劑的分子量・・・(1)
還有，僅具有聚氧乙烯基作為親水部的非離子性界面活性劑時，式(1)亦可換為如下述式(2)。
HLB值=聚氧乙烯基的質量%/5・・・(2)
上述非離子性界面活性劑較佳為在水性分散體中以1～10質量%之比例含有。由於設為如此的範圍，可一邊控制成本，一邊使二氧化鈦粒子充分地分散於水(水性分散介質)中。
本發明之水性分散體進一步包含鹼性化合物。本發明中所謂的鹼性化合物，就是指藉由至少其一部分在水性分散體中電離，而使水性分散體的pH偏移至鹼側之作用者。即，本發明之鹼性化合物不僅是作為鹼性化合物本身而存在於水性分散體中，而且可以鹼性化合物電離的離子形態或其反應生成物之形態等存在。
作為如此的鹼性化合物，可使用鹼性的無機化合物或鹼性的有機化合物。作為鹼性的無機化合物，例如可舉出鹼金屬或鹼土類金屬的氫氧化物、各種鹽(碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽、醋酸鹽或氯化物)、氨、銨鹽等。具體而言，可舉出氫氧化鈣、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、硫酸鉀、醋酸鉀、氯化鉀、氫氧化鈉、碳酸氫銨、碳酸銨、碳酸氫鈉、碳酸鈉、碳酸銨、碳酸氫銨等。
作為鹼性的有機化合物，例如可舉出烷基胺、烷醇胺、四級銨化合物等。作為烷基胺，可舉出丙胺等。作為烷醇胺，可舉出單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等。作為四級銨化合物，可舉出四甲銨、四乙銨、四丁銨等的氫氧化物、或氯化物、碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等的鹽等，具體而言，可舉出氫氧化四甲銨、氫氧化四乙銨、氫氧化四丁銨等的氫氧化四烷基銨、碳酸四甲銨、氯化四甲銨等的四烷基銨鹽等。
本發明之二氧化鈦水性分散體係特徵在於其pH為8.5～13之範圍。包含被覆有疏水性化合物的二氧化鈦粒子、水性分散介質及非離子性界面活性劑之水性分散體，通常在中性附近的pH(pH6～8左右)，但使其含有上述鹼性化合物，而將其pH調整至特定之範圍(8.5～13)。即，於水性分散體中包含鹼性化合物時，可藉由水性分散體的pH為8.5～13之範圍內而確認。水性分散體的pH係使用HORIBA公司製pH計D-51，在20℃之溫度條件下測定。鹼性化合物的濃度或添加量並沒有特別的限定，只要是能將水性分散體的pH調整至上述範圍之濃度、添加量即可。二氧化鈦水性分散體的pH較佳為8.5～11之範圍，可實現二氧化鈦粒子的高分散性。
本發明之二氧化鈦水性分散體，由於pH為上述之範圍，而對於具有中性附近的pH之以往的水性分散體，實現高的分散性。本發明之水性分散體的分散性係將水性分散體中的二氧化鈦粒子(二次粒子)之累積50%徑(D50)或粒徑為1μm以上者的累積頻率(將其在本案中亦稱為「粗粒累積頻率」)等當作指標，進行評價。此等D50或粗粒累積頻率係可從使用雷射繞射/散射式粒度分布測定裝置(堀場製作所製：LA-950A2)所測定的水性分散體中二氧化鈦粒子之粒度分布來算出。
本發明之二氧化鈦水性分散體係二次粒子的累積50%徑(D50)較佳為75nm以下，更佳為70nm以下。又，二次粒子的粒徑為1μm以上者的累積頻率(粗粒累積頻率)較佳為10%以下，更佳為7%以下，尤佳為4.5%以下。
特別地，本發明之二氧化鈦水性分散體係二次粒子之累積50%徑(D50)較佳為75nm以下，且粗粒累積頻率較佳為4.5%以下，D50更佳為70nm以下，且粗粒累積頻率更佳為3%以下。
又，本發明之二氧化鈦水性分散體係在添加電解質(鹽)時，二次粒子之粒徑為1μm以上者的累積頻率(粗粒累積頻率)較佳為8%以下。
一般而言，水性分散體中所包含的二氧化鈦粒子之濃度愈大，愈難以將上述之累積50%徑(D50)或粗粒累積頻率抑制在小。相對於其，於本發明之二氧化鈦水性分散體中，藉由組合：以疏水性化合物處理二氧化鈦粒子的表面，使用HLB值為10以上的非離子性界面活性劑作為分散劑，及使用鹼性化合物將分散體的pH調整至8.5～13之效果，而即使以比較高的濃度含有二氧化鈦粒子時(具體而言，25質量%～55質量%左右)，也能將D50或粗粒累積頻率維持在上述之較佳數值範圍。因此，可高效率地製造高分散之二氧化鈦水性分散體。
又，本發明之二氧化鈦水性分散體係藉由電子顯微鏡法測定的平均一次粒徑(Da)與二次粒子的累積50%徑之比(D50/Da)的值較佳為5以下，更佳為3.5以下，尤佳為2以下。
作為用於將二氧化鈦水性分散體的pH調整至上述範圍之鹼性化合物，較佳為使用烷醇胺。烷醇胺係在烷烴骨架上具有羥基與胺基的化合物。使用烷醇胺時，於包含被覆有疏水性化合物的二氧化鈦粒子與特定的非離子性界面活性劑之水性分散體中，可尤其實現高的分散性。具體而言，可使上述的粗粒累積頻率成為1%以下。在水性分散體中包含烷醇胺作為鹼性化合物者，係可藉由氣相層析-質量分析法(GC/MS)確認。
本發明之水性分散體係除了被覆有疏水性化合物的二氧化鈦粒子、上述的非離子性界面活性劑及鹼性化合物之外，還可含有消泡劑或防腐劑等的各種添加劑。作為消泡劑，例如可舉出山梨糖醇酐脂肪酸酯的Sorgen(註冊商標)30(第一工業製藥公司製)、乳化型消泡劑的KM-73、KM-73A、KM-73E、KM-70、KM-72、KM-72F、KM-72S、KM-72FS(皆信越化學公司製)、聚矽氧系消泡劑的BYK-044(BYK公司製)等。其中，較佳為Sorgen (註冊商標)30。
本發明之二氧化鈦水性分散體係可藉由混合被覆有疏水性化合物的二氧化鈦粒子、水性分散介質、HLB值為10以上的非離子性界面活性劑與鹼性化合物，使水性分散體的pH成為8.5～13之範圍而製造。
關於本製造方法所用的二氧化鈦粒子、存在於該粒子表面的疏水性化合物、水性分散介質及HLB值為10以上的非離子性界面活性劑，可使用上述者。又，作為鹼性化合物，亦可使用上述者。其中，由於使用烷醇胺作為鹼性化合物時，於包含被覆有疏水性化合物的二氧化鈦粒子與特定的非離子性界面活性劑之水性分散體中，尤其能實現高的分散性，故於本製造方法中宜使用烷醇胺作為鹼性化合物。
鹼性化合物的濃度或添加量係沒有特別的限定，只要是能實現上述pH範圍之濃度、添加量即可。又，於水性分散體之調製時，混合上述者順序係沒有特別的限定，關於混合方式，亦可使用眾所周知的方法或機器。
對於本發明之水性分散體，以提高二氧化鈦粒子的分散性為目的，可施予濕式粉碎處理。濕式粉碎處理係可使用珠磨機或砂磨機等、各種眾所周知的濕式粉碎機。作為粉碎介質，可使用玻璃珠或鋯石珠等。
如上述pH之範圍經調整的二氧化鈦水性分散體，係可按照應用其之組成物的用途，適宜地再調整pH。例如，將本發明之水性分散體應用於化妝料時，可使用酸性化合物(硫酸、鹽酸、硝酸、醋酸、碳酸、草酸、磷酸等)，將pH調整至弱酸性～弱鹼性(pH4.5～8.5)。本發明之二氧化鈦水性分散體係即使再調整pH時，也能高度地維持再調整前的分散狀態。
本發明之二氧化鈦水性分散體具有非常高的分散性，且即使添加電解質(鹽)或使pH變化時，也維持其的高分散狀態。因此，可適用作為水性分散體，摻合至要求高的分散性之各種組成物(化妝料、塗料、油墨、纖維、醫藥品、研磨用組成物等)。
使用本發明之二氧化鈦水性分散體的化妝料，係可藉由混合水性分散體與任意的化妝料原料而製造。作為任意的化妝料原料，例如可使用油劑、界面活性劑、保濕劑、高級醇、金屬離子封鎖劑、天然及合成高分子、水溶性及油溶性高分子、紫外線遮蔽劑、各種萃取液、顏料或有機染料等的色劑、防腐劑、抗氧化劑、色素、增黏劑、pH調整劑、香料、冷感劑、制汗劑、殺菌劑、皮膚活化劑、各種粉體等的成分。混合有此等者係可成為洗劑狀、乳膏狀、糊狀、棒狀、乳液狀等的各種形態。
使用本發明之水性分散體的塗料，係可藉由混合二氧化鈦水性分散體、與各種的樹脂(例如，聚乙烯醇樹脂、氯乙烯-醋酸乙烯酯系共聚合樹脂、丙烯酸樹脂、環氧樹脂、胺甲酸酯樹脂、醇酸樹脂、聚酯樹脂、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、丙烯酸-苯乙烯共聚物、纖維素樹脂、酚樹脂、胺基樹脂等)或溶劑、水等而製造。
使用本發明之水性分散體的研磨用組成物，係可藉由混合二氧化鈦水性分散體、與水性分散介質、用於調整研磨用組成物的pH之添加劑(酸或其鹽、或鹼或其鹽)、使研磨對象物的表面氧化之氧化劑、作為用於研磨對象物的表面或研磨粒表面之水溶性高分子、抑制研磨對象物的腐蝕之防蝕劑或螯合劑、具有其他功能的防腐劑、防黴劑等等而製造。

[實施例]
以實施例為基礎，更詳細說明本發明。本發明不限定於此等之實施例。
(實施例1)
作為被覆有疏水性化合物的二氧化鈦粒子，準備球狀的超微粒子二氧化鈦(石原產業製：TTO-55(C))。此二氧化鈦粒子係藉由上述之「燒成法」製造者，結晶型為金紅石型，藉由電子顯微鏡照相法測定的平均一次粒徑為40nm，縱橫比為1.3。
該二氧化鈦粒子係其粒子表面被氫氧化鋁(Al(OH)3 )所被覆，更在其上被覆硬脂酸者，氫氧化鋁的被覆量(用於被覆的處理量)係以TiO2 質量基準為3%，硬脂酸的被覆量(用於被覆的處理量)係以TiO2 質量基準為3%。另外，關於如此的二氧化鈦粒子之製造方法之詳細，如同日本特開平7-247119號之實施例1中記載者。
又，對於該二氧化鈦粒子，以下述測定方法測定鉛的含量，結果其含量未達3ppm。
＜鉛含量之測定方法＞
(1)秤量：秤量試料(二氧化鈦粒子)0.500g，移入至加有硫酸銨15g的500ml之高型燒杯中。
(2)溶解：添加少量的水而成為漿料狀後，添加硫酸(98%)30ml，以錶玻璃覆蓋，在加熱器上加熱而溶解試料。
(3)稀釋：放置冷卻後，添加水約50ml，充分混合後，將全量移入至250ml燒瓶中。
(4)定容：冷卻到室溫後，加水到標線為止，充分振動混合。
(5)定量：對於此溶液，使用原子吸光分光光度計(島津製作所公司製AA-7000)，以爐法測定。由同時作成的校正曲線來定量Pb。
混合純水42.95質量份與作為分散劑的非離子性界面活性劑之PEG-11甲醚聚二甲基矽氧烷(KF-6011：信越聚矽氧公司製，HLB值：14.5)6.75質量份。一邊攪拌混合液，一邊在其中徐徐投入上述之被覆有疏水性化合物的二氧化鈦粒子45.00質量份，以分散機充分地混合。於其中，添加作為鹼性化合物的單乙醇胺0.30質量份與作為消泡劑的山梨糖醇酐脂肪酸酯(Sorgen(註冊商標)30：第一工業化學公司製)5.00質量份，使用珠磨機(Shinmaru Enterprises公司製Dyno-Mill MULTI LAB型)進行粉碎。粉碎條件係如以下。
粉碎介質：鋯石珠(SAINT-GOBAN公司製ER120S 0.4/0.6mm)
粉碎強度：圓周速度10m/s、流速120ml/min
以上對於如此所得之二氧化鈦水性分散體，使用pH計(HORIBA公司製D-51)，於20℃之溫度條件下測定pH，結果pH為9.6。
(實施例2)
除了將實施例1中使用的非離子性界面活性劑變更為PEG-9聚二甲基矽氧烷(KF-6013：信越聚矽氧公司製，HLB值：10.0)以外，與實施例1同樣地，得到實施例2之二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為9.6。
(實施例3)
除了將實施例1中使用的鹼性化合物變更為17%氨水溶液(0.62質量份)以外，與實施例1同樣地，得到二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為9.4。
(實施例4)
除了將實施例1中使用的鹼性化合物變更為20%氫氧化鈉水溶液(0.35質量份)以外，與實施例1同樣地，得到二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為9.6。
(實施例5)
除了將實施例1中使用的鹼性化合物變更為二乙醇胺(0.52質量份)以外，與實施例1同樣地，得到二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為9.3。
(實施例6)
除了將實施例1中使用的鹼性化合物變更為三乙醇胺(1.1質量份)以外，與實施例1同樣地，得到二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為8.9。
(實施例7)
除了將實施例1中使用的鹼性化合物變更為丙胺(0.33質量份)以外，與實施例1同樣地，得到二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為9.6。
(實施例8)
將實施例1中使用的二氧化鈦粒子變更為紡錘狀的超微粒子二氧化鈦(石原產業製：TTO-S-4)。此二氧化鈦粒子係藉由上述之「濕式法」製造者，結晶型為金紅石型，藉由電子顯微鏡照相法測定的平均一次粒徑為15nm，縱橫比為6.1。又，以原子吸光分光光度計(島津製作所公司製AA-7000)測定的該二氧化鈦粒子之鉛的含量未達3ppm。
以氫氧化鋁(Al(OH)3 )被覆該二氧化鈦之粒子表面，更在其上被覆硬脂酸。氫氧化鋁的被覆量(用於被覆的處理量)係以TiO2 質量基準為13.0%，硬脂酸的被覆量(用於被覆的處理量)係以TiO2 質量基準為10.5%。
除了使用如此被覆有疏水性化合物的二氧化鈦粒子以外，與實施例1同樣地，得到二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為9.2。
(實施例9)
將實施例1中使用的二氧化鈦粒子變更為球狀且比較小的粒徑之超微粒子二氧化鈦(石原產業製：TTO-51(C))。此二氧化鈦粒子係藉由上述之「燒成法」製造，結晶型為金紅石型，藉由電子顯微鏡照相法測定的平均一次粒徑為20nm，縱橫比為2.4。又，以原子吸光分光光度計(島津製作所公司製AA-7000)測定的該二氧化鈦粒子之鉛的含量未達3ppm。
以氫氧化鋁(Al(OH)3 )被覆該二氧化鈦之粒子表面，更在其上被覆硬脂酸。氫氧化鋁的被覆量(用於被覆的處理量)係以TiO2 質量基準為13.3%，硬脂酸的被覆量(用於被覆的處理量)係以TiO2 質量基準為4.8%。
混合純水60.13質量份與作為分散劑的非離子性界面活性劑之PEG-11甲醚聚二甲基矽氧烷(KF-6011：信越聚矽氧公司製，HLB值：14.5)7.34質量份。一邊攪拌混合液，一邊在其中徐徐投入前述之被覆有疏水性化合物的二氧化鈦粒子24.46質量份，以分散機充分地混合。於其中，添加作為鹼性化合物的單乙醇胺0.25質量份與作為消泡劑的山梨糖醇酐脂肪酸酯(Sorgen(註冊商標)30：第一工業化學公司製)7.83質量份，使用珠磨機(Shinmaru Enterprises公司製Dyno-Mill MULTI LAB型)進行粉碎。粉碎條件係與實施例1之情況相同條件。如此地，得到二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為8.9。
(實施例10)
將實施例1中使用的二氧化鈦粒子變更為球狀且比較大的粒徑之超微粒子氧化鈦(石原產業製：MPT-142)。此二氧化鈦粒子係藉由上述之「燒成法」製造，結晶型為金紅石型，藉由電子顯微鏡照相法測定的平均一次粒徑為80nm，縱橫比為1.2。又，以原子吸光分光光度計(島津製作所公司製AA-7000)測定的該二氧化鈦粒子之鉛的含量未達3ppm。
以氫氧化鋁(Al(OH)3 )被覆該二氧化鈦之粒子表面，更在其上被覆硬脂酸。氫氧化鋁的被覆量(用於被覆的處理量)係以TiO2 質量基準為2.1%，硬脂酸的被覆量(用於被覆的處理量)係以TiO2 質量基準為1.2%。
除了使用如此的二氧化鈦粒子以外，與實施例1同樣地，得到二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為9.7。
(實施例11)
將實施例1中使用的非離子性界面活性劑變更為聚氧乙烯山梨糖醇酐單油酸酯(Tween 60：東京化成工業公司製，HLB值：15.0)。其以外係與實施例1同樣地，得到實施例11之二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為9.2。
(實施例12)
將實施例1中使用的非離子性界面活性劑變更為聚氧化烯癸基醚(Noigen(註冊商標)XL-140：第一工業化學公司製，HLB值：15.9)。其以外係與實施例1同樣地，得到實施例12之二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為9.0。
(實施例13)
將實施例1中使用的非離子性界面活性劑變更為聚氧乙烯十三基醚(Noigen(註冊商標)TDS-120：第一工業化學公司製，HLB值：14.8)。其以外係與實施例1同樣地，得到實施例13之二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為9.0。
(實施例14)
將實施例1中使用的非離子性界面活性劑變更為聚氧乙烯苯乙烯化苯基醚(Noigen(註冊商標)EA-177：第一工業化學公司製，HLB值：15.6)。其以外係與實施例1同樣地，得到實施例14之二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為9.1。
(實施例15)
將實施例1中使用的非離子性界面活性劑變更為聚氧乙烯苯乙烯化苯基醚(Noigen(註冊商標)EA-157：第一工業化學公司製，HLB值：14.3)。其以外係與實施例1同樣地，得到實施例15之二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為9.1。
(實施例16)
以實施例1之二氧化鈦粒子的構成為基本，以下述之方法準備將脂肪酸之被覆從硬脂酸變更為月桂酸者。
一邊將四氯化鈦水溶液(以TiO2 換算為200g/l)保持在室溫，一邊以氫氧化鈉水溶液中和而使膠體狀的非晶質氫氧化鈦析出，然後熟成而得到金紅石型的二氧化鈦溶膠。過濾該溶膠，洗淨而得到洗淨餅，將該洗淨餅在600℃燒成3小時，以砂磨機進行濕式粉碎，成為二氧化鈦粒子的漿料。
將該漿料加熱至80℃，保持溫度，一邊充分地攪拌，一邊對於二氧化鈦，添加以Al2 O3 換算為4質量%的鋁酸鈉，使用20質量%硫酸，使漿料的pH成為7.5～8.5，而以鋁的水合氧化物(氧化鋁)被覆二氧化鈦粒子。再者，使用20質量%硫酸，使漿料的pH成為5左右，對於二氧化鈦，添加以月桂酸換算為5質量%的月桂酸鈉，攪拌1小時左右，混合後，將漿料的溫度冷卻到50℃以下為止。過濾其，洗淨、乾燥後，以錘磨機進行粉碎，得到月桂酸被覆二氧化鈦粒子。此二氧化鈦粒子之鉛的含量未達3ppm。
使用上述的月桂酸被覆二氧化鈦粒子，以與實施例1同樣之方法，得到實施例16之二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為9.1。還有，於實施例16中，如下述地若干變更各成分之摻合量。
純水：60.0質量份
PEG-11甲醚聚二甲基矽氧烷：4.5質量份
二氧化鈦粒子：30.0質量份
單乙醇胺：0.5質量份
山梨糖醇酐脂肪酸酯：5.0質量份
(實施例17)
除了以實施例1之二氧化鈦粒子的構成為基本，將上述實施例16中使用的月桂酸鈉變更為油酸鈉以外，與實施例16同樣地，得到油酸被覆二氧化鈦粒子。此油酸被覆二氧化鈦粒子之鉛的含量未達3ppm。
使用油酸被覆二氧化鈦粒子，以與實施例1同樣之方法得到二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為9.1。還有，實施例17之水性分散體的各成分之摻合量係與實施例16相同。
(比較例1-1)
除了省略實施例1中使用的鹼性化合物(單乙醇胺)之添加，以純水置換鹼性化合物的未添加分(0.3質量份)以外，與實施例1同樣地，得到二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為6.3。
(比較例1-2)
除了省略實施例9中使用的鹼性化合物(單乙醇胺)之添加，以純水置換鹼性化合物的未添加分(0.25質量份)以外，與實施例9同樣地，得到二氧化鈦水性分散體。此水性分散體之pH為5.4。
(比較例2)
將實施例1中使用的非離子性界面活性劑變更為HLB值低的PEG-32甲醚聚二甲基矽氧烷(KF-6004：信越聚矽氧公司製，HLB值：9.0)。其以外係與實施例1同樣地，嘗試二氧化鈦水性分散體之製造，但成為糊狀而無法分散，得不到二氧化鈦水性分散體。
(比較例3)
除了於實施例16中不添加月桂酸鈉以外，與實施例16同樣地，得到二氧化鈦粒子。
除了使用該二氧化鈦粒子以外，與實施例1同樣地，嘗試二氧化鈦水性分散體之製造，但成為糊狀而無法分散，得不到二氧化鈦水性分散體。
(分散性之評價)
以評價上述之各種實施例及比較例的二氧化鈦水性分散體之分散性為目的，用下述之方法採集分散性之指標的各種數據。
(二次粒徑(D50))
使用雷射繞射/散射式粒度分布測定裝置(堀場製作所公司製：LA-950A2)，測定各種實施例及比較例之水性分散體中的二氧化鈦粒子之粒徑(二次粒徑)的粒度分布。於測定時，分散介質(水)的折射率為1.33，二氧化鈦的折射率為2.75。在溶劑使用離子交換水，以穿透率(R)成為75～85%之範圍的方式添加實施例或比較例之水性分散體，調製測定用樣品，於循環速度5、攪拌強度3、無超音波照射之條件下測定。
算出此粒度分布中的體積基準之累積50%徑(中值徑)，當作二氧化鈦水性分散體中的二次粒徑(D50)。二次粒徑(D50)之值愈小，認為水性分散體的二氧化鈦粒子之分散性愈良好。
(粗粒累積頻率)
於以上述方法測定的粒度分布中，算出二氧化鈦粒子之粒徑(二次粒徑)為1μm以上者的累積頻率(%)，當作二氧化鈦水性分散體中的粗粒累積頻率。粗粒累積頻率之值愈小，認為水性分散體的二氧化鈦粒子之分散性愈良好。
(電解質之影響評價)
評價在各種實施例及比較例之水性分散體中添加電解質(鹽)時的對於分散性之影響。惟，關於實施例2與12之該評價結果係未顯示於表1中。
具體而言，以各種實施例及比較例之二氧化鈦水性分散體的鹽濃度成為4質量%之方式，在水性分散體中添加氯化鈉。對於氯化鈉添加後之水性分散體，以與上述相同之方法，採集二次粒徑(D50)及粗粒累積頻率之數據。
表1中顯示與水性分散體之分散性及電解質之影響有關的評價結果。惟，實施例10及比較例2與3之評價結果係未顯示於表1中。表1中之鹼性化合物的英文字母記載之中，MEA表示單乙醇胺，DEA表示二乙醇胺，TEA表示三乙醇胺，PA表示丙胺。
於表1中，首先著眼於實施例1、2及比較例1-1。於實施例1、2之二氧化鈦水性分散體中，在未添加電解質(鹽)之狀態(鹽添加前)下，可知二次粒徑(D50)為比較例1-1之同等以下。又，關於粗粒累積頻率，可知亦更小於比較例1-1之水性分散體。如此地，於實施例1、2之二氧化鈦水性分散體中，與比較例1-1之水性分散體相比下，分散性係升高。茲認為此係因為水性分散體中的鹼性化合物之存在及藉此造成的水性分散體之pH(8.5～13之範圍)。
其中，於實施例1之水性分散體中，未添加電解質(鹽)之狀態(鹽添加前)的粗粒累積頻率係成為非常小之值(具體而言頻率0%)。茲認為此係因為與實施例2之比較，除了上述主要因素之外，還有在非離子性界面活性劑使用HLB值高(13以上)者。
又，於添加有電解質(鹽)之狀態(鹽添加時)下，可知實施例1之水性分散體係高度維持電解質(鹽)添加前之分散狀態。茲認為此係因為在非離子性界面活性劑使用HLB值高(13以上)者。
於實施例1與2中，雖然分別使用PEG-11甲醚聚二甲基矽氧烷與PEG-9聚二甲基矽氧烷作為非離子性界面活性劑，但是可知即使為使用具有相同程度的HLB值之其他非離子性界面活性劑的情況(實施例11～15)，也同樣地能維持高的分散狀態。又，於實施例1、2中，雖然使用硬脂酸作為疏水性化合物，但是可知即使為使用其他脂肪酸(月桂酸、油酸)的情況(實施例16、17)，也同樣地能維持高的分散狀態。事實上，於實施例11～17中，未添加電解質(鹽)之狀態(鹽添加前)的二次粒徑(D50)及粗粒累積頻率係與實施例1同樣，亦更小於比較例1-1之水性分散體(尤其，粗粒累積頻率係與實施例1同樣，為0%之非常小)，而且添加有電解質(鹽)之狀態(鹽添加時)的二次粒徑(D50)及粗粒累積頻率亦與實施例1同樣，更小於比較例1-1之添加有電解質(鹽)之狀態(鹽添加時)下的水性分散體之二次粒徑(D50)及粗粒累積頻率。
接著，著眼於實施例1及實施例3～7。於此等之實施例中，在用於使二氧化鈦水性分散體之pH成為上述指定範圍的鹼性化合物中，使用各種的化合物，但可知任何者皆使二次粒徑(D50)及粗粒累積頻率成為充分小之值，得到高的分散性。可知此高的分散性，係在添加有電解質(鹽)之狀態(鹽添加時)下亦高度地維持。事實上，於實施例1及實施例3～7中，未添加電解質(鹽)之狀態(鹽添加前)的二次粒徑(D50)及粗粒累積頻率係更小於比較例1-1之未添加電解質(鹽)之狀態(鹽添加前)的二次粒徑(D50)及粗粒累積頻率，而且添加有電解質(鹽)之狀態(鹽添加時)的二次粒徑(D50)及粗粒累積頻率亦更小於比較例1-1之添加有電解質(鹽)之狀態(鹽添加時)下的水性分散體的二次粒徑(D50)及粗粒累積頻率。
此處，尤其在實施例1、5及6之二氧化鈦水性分散體中，不論有無添加電解質(鹽)，粗粒累積頻率成為非常小的值(具體而言，於電解質(鹽)添加前，頻率為0%，即使於電解質(鹽)添加時，也2%以下)。茲認為此係因為使用烷醇胺系的化合物作為鹼性化合物。
再者，著眼於實施例8，可知即使為使用紡錘狀等球狀以外的形狀之二氧化鈦粒子之情況，也與上述的各種實施例同樣地能發揮高的分散性。
又再者，著眼實施例9，可知作為二氧化鈦粒子，即使為使用粒徑(平均一次粒徑)比較小者之情況，也與上述的各種實施例同樣地得到高的分散性。事實上，於實施例9中，電解質(鹽)添加前的二次粒徑(D50)及粗粒累積頻率係更小於比較例1-2(使用與實施例9相同的小粒徑之二氧化鈦粒子者)之水性分散體的二次粒徑(D50)及粗粒累積頻率，此傾向係在電解質(鹽)添加時亦同樣。還有，於實施例9中，電解質(鹽)添加前的粗粒累積頻率係更大於比較例1-1。此係因為實施例9所用的二氧化鈦粒子為上述之「燒成法」所製造的球狀粒子，而且由於粒徑(平均一次粒徑)係更小於比較例1-1所用者，故在溶液中粒子容易凝聚，容易生成粗粒。又，於實施例10中，可知作為二氧化鈦粒子，使用粒徑(平均一次粒徑)比較大者之情況，亦得到同樣的效果(省略數據登載)。
(pH變化之影響評價)
評價使實施例之二氧化鈦水性分散體的pH變化時的對於分散性之影響。具體而言，將實施例1當作代表例，以此水性分散體的pH成為9、7及3之方式，在水性分散體中添加硫酸。對於在各pH調整後的水性分散體，以與上述相同之方法，採集二次粒徑(D50)及粗粒累積頻率之數據。表2中顯示其結果。
如表2所示，可知實施例1之水性分散體，係即使變更pH時，也高度地維持最初pH的二次粒徑(D50)及粗粒累積頻率，維持高的分散性。如此之傾向係不限於實施例1，在其他實施例亦同樣(省略數據登載)。
關於比較例1-1及比較例1-2之水性分散體，亦在變更pH時，同樣地維持最初的分散性(省略數據登載)。另一方面，如上述，由於最初pH的分散性係本實施例之水性分散體較優異，故pH變更後的水性分散體之分散性亦本實施例者較優異。
(穿透率特性之評價)
關於各種實施例及比較例之水性分散體的可見光穿透性及紫外線遮蔽性(彙總2，稱為穿透率特性)，用以下之方法評價。
關於各種實施例及比較例之水性分散體，調製1萬倍稀釋溶液。具體而言，精秤樣品約1g，添加離子交換水，稀釋到100倍，充分地攪拌。更採集此稀釋液1g，添加離子交換水，稀釋到100倍，攪拌而成為試驗試料。
對於此等之試料，置入10mm見方的石英槽內，使用分光光度計(日本分光股份有限公司製：V-660)，測定波長300nm～750nm(可見光～紫外光區域)之吸光度。表3中顯示其結果。於表3中，顯示在550nm的吸光度(A)當作在可見光區域的代表性吸光度，顯示在350nm的吸光度(B)當作在紫外光A區域的代表性吸光度，顯示在300nm的吸光度(C)當作在紫外光B區域的代表性吸光度。又，於表3中，一併顯示在可見光區域的吸光度與在紫外光區域的吸光度之比((B)/(A)及(C)/(A))。
如表3所示，可知與比較例1-1之水性分散體相比下，本實施例之二氧化鈦水性分散體(二氧化鈦粒子之濃度與比較例1-1相同的45質量%之實施例1～15)係在可見光區域的吸光度(A)變低，可見光的透過性高。另一方面，可知在紫外光區域的吸光度((B)或(C))變高，紫外光的遮蔽性高。如此穿透率特性亦表現在：實施例之在可見光區域的吸光度與在紫外光區域的吸光度之比((B)/(A)及(C)/(A))成為更大於比較例1-1之值者。實施例16、17由於與其他實施例、比較例相比下，皆水分散體之濃度稍微小，故吸光度為參考值，但關於吸光度比，可知成為更大於比較例1-1之值。
即，可知本發明之二氧化鈦水性分散體，由於具有上述的高分散性，故實現良好的可見光穿透性與高的紫外線遮蔽性。

[產業上的利用可能性]
本發明之二氧化鈦水性分散體具有高的分散性，即使添加電解質(鹽)或使pH變化時，也維持其高的分散狀態。因此，有用作為二氧化鈦水性分散體，摻合在要求高的分散性之各種組成物中。

Claims (8)

  1. 一種二氧化鈦水性分散體，其包含：在表面具有疏水性化合物的二氧化鈦粒子、水性分散介質、HLB值為10以上的非離子性界面活性劑與鹼性化合物，且pH為8.5～13之範圍。
  2. 如請求項1之二氧化鈦水性分散體，其中前述鹼性化合物為烷醇胺。
  3. 如請求項1或2之二氧化鈦水性分散體，其中前述疏水性化合物為高級脂肪酸或其鹽。
  4. 如請求項1～3中任一項之二氧化鈦水性分散體，其中前述二氧化鈦粒子包含鉛作為雜質，該鉛之含量為3ppm以下。
  5. 如請求項1～4中任一項之二氧化鈦水性分散體，其中前述二氧化鈦粒子之縱橫比為3以下的球狀粒子。
  6. 如請求項1～5中任一項之二氧化鈦水性分散體，其中前述二氧化鈦粒子係在經鋅、鈦、鈰、鐵、矽及鋁的至少一種之氧化物或氫氧化物所被覆的二氧化鈦粒子之表面具有疏水性化合物。
  7. 一種二氧化鈦水性分散體之製造方法，其具有混合在表面具有疏水性化合物的二氧化鈦粒子、水性分散介質、HLB值為10以上的非離子性界面活性劑與鹼性化合物，使前述水性分散體的pH成為8.5～13之範圍的步驟。
  8. 如請求項7之二氧化鈦水性分散體之製造方法，其中前述鹼性化合物為烷醇胺。
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