WO2013085062A1 - 化合物、金属酸化物粒子及びそれらの製造方法と用途 - Google Patents

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高橋 邦夫
廣田 幸逸
篤 岡田
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株式会社日本触媒
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Definitions

  • the present invention relates to a compound, metal oxide particles, and a production method and use thereof.
  • Thin-type displays typified by liquid crystal displays are widespread, and they are remarkably widespread for computers, mobile use, mobile phones, mobile terminals, etc. in addition to conventional televisions.
  • Thin displays are multi-layered materials, films, and plates with various functions, but resin films are often used to improve functions and reduce weight, while electrodes use inorganic materials, and many types of materials are used. It has a laminated structure.
  • touch panels as input devices integrated with displays are widely used because of their ease of use.
  • touch panel systems There are various touch panel systems, and an optical system, an ultrasonic system, a resistive film system, a capacitive coupling system, and the like are known.
  • the resistive film type is most widely used because of its simple structure.
  • This resistive type touch panel has a structure in which two transparent conductive films are opposed to each other via a spacer. In this method, the conductive films facing each other are touched and input by pressing with a finger or a pen (for example, see Patent Document 1).
  • the capacitive coupling type touch panel detects the change in the capacitance of a sensor to which a voltage is applied when a human finger or the like approaches the sensor, and inputs it. It is said that the detection position accuracy can be further improved by arranging with a special pattern (see, for example, Patent Document 2).
  • a special pattern see, for example, Patent Document 2.
  • this capacitive coupling method compared to the resistive film method, since there is no mechanical working part, it is said that a long-life and highly reliable touch panel can be provided.
  • laminated materials such as glass, transparent electrodes, and resin films have a specific refractive index.
  • the transmittance may be lowered or the drawing pattern may be visually recognized.
  • ITO films are mainly used as transparent conductive films in touch panel displays, but the refractive index of this ITO film is relatively high at about 2.0, so that the reflectance of the sensor part of the touch panel becomes high and visibility is high. Was getting worse.
  • the reflectance is greatly different between the ITO electrode part and the part without the electrode, so the electrode drawing pattern is reflected and the visibility is poor. was there.
  • metal oxide particles are attracting a great deal of attention because they contribute to higher performance and higher performance of various materials such as optical materials, electronic component materials, magnetic recording materials, catalyst materials, and ultraviolet absorbing materials.
  • Zirconium oxide particles are known to exhibit a high refractive index. In order to achieve high functionality and high performance with such metal oxide particles, it is required that the metal oxide particles can be well dispersed in the substrate.
  • Patent Document 3 discloses zirconium oxide particles having improved dispersibility in various solvents.
  • zirconium oxide nanoparticles are disclosed that are coated with two or more coating agents, and at least one of the coating agents is R 1 —COOH (R 1 is a hydrocarbon group having 6 or more carbon atoms).
  • R 1 is a hydrocarbon group having 6 or more carbon atoms.
  • Patent Document 3 in order to obtain zirconium oxide nanoparticles coated with R 1 —COOH, zirconium oxychloride and R 1 COONa are reacted, water is mixed with this reaction product, and a hydrothermal reaction (also referred to as hydrothermal synthesis). )
  • an organic carboxylic acid metal salt obtained by reacting an organic carboxylic acid and a metal compound at a specific ratio is synthesized.
  • a method comprising a step of reacting the organic carboxylic acid and a zirconium compound to synthesize a carboxylic acid-zirconium complex and a step of subjecting the complex to hydrothermal synthesis (Patent Document 4). .
  • the present invention relates to a novel compound (intermediate compound) useful for the production of metal oxide particles coated with carboxylate groups, a novel metal oxide particle coated with carboxylate groups, and a new production method thereof.
  • the purpose is to provide.
  • the compound of the present invention is a metal or oxo metal to which a carboxylate group is bonded, and has a specific coordination number.
  • the metal oxide particles of the present invention are characterized by having a carboxylate compound as a coating component.
  • the present invention is a compound represented by the following formula (1), M m (-OCO-R) n (1)
  • M is a metal or oxo metal
  • R is a hydrocarbon group having a straight chain structure, a branched structure, an alicyclic structure, or an aromatic ring structure having 1 to 20 carbon atoms and optionally having a halogen and / or a hetero atom
  • m is an integer greater than or equal to 1
  • M is a metal
  • the valence is expressed as a valence
  • M is an oxo metal
  • n configures (i) R.
  • the chain length of the methylene chain is 2 at the maximum and the number of methylene chains of chain length 2 is 0 or 1, it is an integer that satisfies the relationship m ⁇ n ⁇ a ⁇ m, (ii) M ⁇ n, except that the methylene chain constituting R has a maximum chain length of 2 and the number of methylene chains having a chain length of 2 constituting R is 0 or 1.
  • the M is preferably at least one metal selected from the group consisting of Ti, Al, Zr, Zn, Sn, oxotitanium, oxozirconium and oxotin, or an oxo metal.
  • the present invention also includes metal oxide particles obtained from the compound.
  • the present invention provides a carboxylic acid having one or more substituents selected from the group consisting of an ester group, an ether group, an amide group, a thioester group, a thioether group, a carbonate group, a urethane group, and a urea group, or (meth) acrylic acid
  • the first carboxylic acid compound used in the coated metal oxide particles of the present invention is pKa 4.8 or less, and the first carboxylic acid compound or the second carboxylic acid compound has a polymerizable double bond. preferable.
  • the method for producing metal oxide particles of the present invention is characterized in that the metal compound or oxo metal compound is heated in the presence of water, and (i) the reaction is carried out in the presence of an aromatic hydrocarbon, (ii) It is preferable that the amount of water during the reaction is 17 mol or less with respect to 1 mol of the metal compound, and (iii) the reaction is performed in the presence of a basic compound.
  • the method for producing metal oxide particles according to the present invention is characterized by heating a mixture of a metal carbonate or oxo metal carbonate and a carboxylic acid in the presence of water.
  • the reaction is carried out in the presence of an aromatic hydrocarbon,
  • the amount of water during the reaction is 17 mol or less relative to 1 mol of the metal compound or oxometal compound,
  • the basic compound It is preferable to react in the presence of.
  • the method for producing the compound of the present invention is characterized by heating a mixture of a carbonate of M (M is the same as described above) and a carboxylic acid having an RCOO group (R is the same as described above), and (i) Reacting a carbonate of M with a carboxylic acid having an RCOO group in the presence of an aromatic hydrocarbon; (ii) reacting a carbonate of M with a carboxylic acid having an RCOO group in the presence of a basic compound.
  • M is the same as described above
  • R is the same as described above
  • the present invention further includes a solution containing a metal salt of a third carboxylic acid and a halide and a fourth carboxylic acid and a base that do not form a compound with the metal, and the fourth carboxylic acid and the base. Is preferably removed by reacting with the halide.
  • the solution includes an organic solvent capable of dissolving the compound after the reaction of the halide at the latest and a second solvent that is phase-separated from the organic solvent. It is preferable to separate the organic solvent and the second solvent after dissolving in the solvent.
  • the present invention also includes an invention related to a composition containing the compound and a composition containing the metal oxide particles.
  • the present invention also includes a resin composition for a transparent sheet-shaped molded article for display, which contains the metal oxide particles.
  • the metal oxide particles in the resin composition are preferably 10% by mass to 90% by mass in the composition.
  • the present invention also includes a planar molded body made of the resin composition for a transparent planar molded body for display. Furthermore, this invention also includes the laminated body by which the said planar molded object was laminated
  • the compound of the present invention is a metal or oxo metal to which a carboxylate group is bonded, and has a specific coordination number, so that it can be suitably used for producing metal oxide particles.
  • the metal oxide particles of the present invention are coated with the first carboxylic acid and the second carboxylic acid, the dispersibility in various media is extremely good, and application to various uses is possible. . In particular, it is remarkably useful for applications in which a fine microstructure represented by a resist is formed, and dispersion unevenness and development residue can be improved.
  • the metal oxide particles of the present invention are coated with a carboxylate compound, the dispersibility in a solvent and a resin is good and the heat resistance is also excellent. This effect is obtained by the above formula (2). This is further exhibited by metal oxide particles coated with a carboxylate compound having a structure. Therefore, the metal oxide particles of the present invention can exhibit their characteristics (such as a high refractive index) without agglomerating in the composition, and do not discolor even when exposed to high temperatures, which is extremely useful industrially. .
  • FIG. 1 shows an exposure curing / development of curable resin composition 1 (resist composition) of Example 2-3 containing substitution coated ZrO 2 particles 1 in Examples (Example 2-1) described later. It is a laser micrograph of the test pattern after.
  • FIG. 2 shows an exposure curing / development of the curable resin composition 4 (resist composition) of Example 2-8 containing substitution coated ZrO 2 particles 5 in a production example (Production Example 2-2) described later. It is a laser micrograph of the test pattern after.
  • FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a pyramid array pattern after curing the curable resin composition 2 in an example (Example 2-4) described later according to the evaluation procedure of “(16) Molding characteristics”. is there.
  • SEM scanning electron microscope
  • the metal oxide particles of the present invention can be produced by heating a metal compound or an oxo metal compound in the presence of water.
  • a metal compound or an oxo metal compound hereinafter sometimes referred to as a metal oxide precursor
  • a carboxylate compound or a carboxylic acid are heat-treated in the presence of water.
  • various compounds may be passed during the production. That is, the various metal oxide particles of the present invention can be obtained by each compound and each manufacturing method described below.
  • the resulting metal oxide particles are characterized in that they are coated with a carboxylate compound having the same RCOO group as the RCOO group in the compound.
  • the term “coating” means a state in which a carboxylate (carboxylic acid compound) or an organic compound is chemically bonded to a metal oxide particle, and a carboxylate (carboxylic acid compound) or an organic compound is attached to the metal oxide particle. Both physically attached states are included.
  • the metal oxide particles of the present invention can be produced by the following four methods. Each method will be described in detail below.
  • the metal oxide particles produced in the first invention have an average particle diameter of 1 nm or more and 100 nm or less, and the surface of the metal oxide particles is coated with an organic compound.
  • the refractive index of the metal oxide particles is preferably 1.5 or more, more preferably 1.55 or more, further preferably 1.6 or more, still more preferably 1.65 or more, and most preferably 1.7 or more. is there. By doing in this way, the refractive index of the composition containing this metal oxide particle can be raised, and total reflection at the time of light entering toward this composition from an adjacent material can be suppressed.
  • the metal forming the oxide having a refractive index of 1.7 or more is, for example, Al, Ti, Zr, In, Zn, Sn, La, Y, Ce, etc., preferably Al, Ti, Zr, Zn, Sn, Ce (more preferably Al, Ti, Zr, Zn, Sn), and particularly Ti and Zr are preferable.
  • the refractive index can be increased as the proportion of these metals alone or in complex oxide increases.
  • the organic compound used for coating is not particularly limited as long as it is an organic compound that can be coordinated and / or bonded to the surface of the metal oxide particles, but is not limited to organic carboxylic acid compounds, silane compounds, metal coupling agents, epoxy groups. Examples thereof include a containing compound, a hydroxyl group-containing compound, an amino group-containing compound, and a thiol group-containing compound. Preferred are organic carboxylic acid compounds, silane compounds, metal coupling agents, and epoxy group-containing compounds, and more preferred are organic carboxylic acid compounds.
  • the organic compound is an organic carboxylic acid compound, a silane compound, a metal coupling agent, or an epoxy group-containing compound
  • the metal oxide particles can be coated by a simple method and can be manufactured at low cost.
  • the total number of carbon atoms in the organic compound is preferably 3 or more. By setting the total carbon number to 3 or more, the dispersibility of the metal oxide particles in the solvent or resin can be improved. From the viewpoint of dispersibility, the organic compound preferably has a larger total carbon number, and its lower limit is more preferably 4, and still more preferably 5. On the other hand, the total carbon number of the organic compound is preferably 20 or less. By doing so, the yield of metal oxide particles coordinated and / or bonded to the organic compound can be improved.
  • the upper limit of the total carbon number of the organic compound is more preferably 18, more preferably 16, and particularly preferably 10.
  • the organic compound may have a halogen and / or a hetero atom, and may have a linear structure, a branched structure, an alicyclic structure, or an aromatic ring structure.
  • the organic compound is an organic carboxylic acid compound, it is preferable that the organic compound has a branched chain. By doing so, aggregation of metal oxide particles can be suppressed.
  • organic carboxylic acid compounds examples include acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, valeric acid, hexanoic acid, heptanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, octanoic acid, 2-methylheptanoic acid, 4-methyloctane.
  • Acid nonanoic acid, decanoic acid, neodecanoic acid, dodecanoic acid, tetradecanoic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, lactic acid, malic acid, citric acid, benzoic acid, phthalate Acid, isophthalic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pyruvic acid, butyric acid, pivalic acid, 2,2-dimethylbutyric acid, 3,3-dimethylbutyric acid, 2,2-dimethylvaleric acid, 2,2-diethylbutyric acid, 3,3-diethylbutyric acid, naphthenic acid, cyclohexanedicarboxylic acid, 2-acryloyloxy Tylsuccinic acid, 2-methacryloyloxyethyl succ
  • pivalic acid 2,2-dimethylbutyric acid, 3,3-dimethylbutyric acid, acrylic acid, methacrylic acid, 2-ethylhexanoic acid, neodecanoic acid, more preferably 2,2-dimethylbutyric acid, 3, 3-Dimethylbutyric acid.
  • the organic carboxylic acid compound may be used alone or in combination of two or more.
  • silane compound examples include vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxy.
  • Silane, p-styryltrimethoxysilane, and phenyltrimethoxysilane, and only one silane compound may be used, or two or more silane compounds may be used in combination.
  • metal coupling agent examples include aluminum alkoxides such as aluminum trimethoxide, aluminum triethoxide, aluminum triisopropoxide, aluminum tri-n-butoxide, aluminum tri-sec-butoxide, aluminum tri-t-butoxide; Aluminum coupling agents such as isopropoxy aluminum ethyl acetoacetate, diisopropoxy aluminum alkyl acetoacetate, diisopropoxy aluminum monomethacrylate, aluminum stearate oxide trimer, isopropoxy aluminum alkyl acetoacetate mono (dioctyl phosphate); titanium- n-butoxide, titanium tetra-t-butoxide, titanium tetra-sec-but Titanium alkoxides such as side, titanium tetraethoxide, titanium tetraisobutoxide, titanium tetramethoxide, titanium tetra (methoxypropoxide), titanium tetra (methoxyphenoxide); isopropyl triiso
  • Titanium-based coupling agents zirconium tetra-n-propoxide, zirconi M-tetra-t-butoxide, zirconium tetra (2-ethylhexoxide), zirconium tetraisobutoxide, zirconium tetraethoxide, zirconium tetraisopropoxide, zirconium tetra-n-propoxide, zirconium tetra (2-methyl-2- Zirconium alkoxides such as butoxide; zirconium compounds such as zirconium di-n-butoxide (bis-2,4-pentanedionate), zirconium tri-n-butoxide pentadionate, zirconium dimethacrylate dibutoxide; and metal cups Only one type of ring agent may be used, or two or more types may be used in combination.
  • Examples of the epoxy group-containing compound include 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate, bis (3,4-epoxycyclohexyl) adipate, hydrogenated bisphenol type epoxy resin, and hydrogenated novolak type.
  • hydroxyl group-containing compound examples include cyclohexanol, 1-butanol, 2-butanol, methylcyclohexanol, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-normal-butyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxy Ethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 3-hydroxypropyl acrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, 2-hydroxybutyl acrylate, 2-hydroxybutyl methacrylate, 3-hydroxybutyl acrylate, 3-hydroxybutyl methacrylate , 4-hydroxybutyl acrylate, 4-hydroxybutyl methacrylate, hydroxy acid
  • hydroxyl group-containing compounds may be used alone or may be used in combination of two or more. In the first invention, only one organic compound may be used as the organic carboxylic acid compound, the silane compound
  • the dispersibility of the metal oxide particles with respect to the monomer or polymer can be adjusted by selecting an organic compound that covers the surface of the metal oxide particles, but by using a group that exhibits affinity for the monomers constituting the medium, It is possible to improve the dispersibility of the particles with respect to the monomer and the polymer composed of the monomer. For example, if particles are coated with an organic compound having a vinyl group such as (meth) acrylic acid or (meth) acrylic acid ester, particles for monomers such as (meth) acrylic acid or (meth) acrylic acid ester having the same vinyl group The dispersibility of can be improved.
  • the particles are coated with an organic compound having a phenyl group, dispersibility with respect to a monomer such as styrene, a polymer such as a styrene resin or a phenol resin, and a monomer or polymer having a phenyl group can be improved.
  • the coating amount of the organic compound is preferably 0.1% by mass or more based on the metal oxide particles coated with the organic compound. By doing so, the dispersibility of the metal oxide particles in a resin medium, a solvent, or the like can be improved.
  • the binding amount is more preferably 0.5% by mass or more, and further preferably 2% by mass or more. If the amount of bonding is large, the amount of metal oxide particles contained per unit volume is small, so that the effect of improving the refractive index cannot be sufficiently exhibited, which is not preferable. Therefore, the amount of bonding is usually 30% by mass or less, preferably 25% by mass or less, and more preferably 20% by mass or less.
  • the metal oxide forming the metal oxide particles may be a single metal oxide, a solid solution of two or more oxides, or a composite oxide.
  • the single metal oxide include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), indium oxide (In 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), and tin oxide.
  • SnO 2 lanthanum oxide (La 2 O 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), magnesium oxide (MgO) are included, preferably titanium oxide, zirconium oxide, tin oxide is there.
  • the solid solution of two or more kinds of oxides include ITO and ATO.
  • the composite oxide include barium titanate (BaTiO 3 ), perovskite (CaTiO 3 ), spinel (MgAl 2 O 4 ), and the like.
  • the particle diameter of the metal oxide particles can be measured by processing crystallite diameters calculated from X-ray diffraction analysis and / or images obtained by various electron microscope observations.
  • the crystallite diameter of the metal oxide particles calculated by X-ray diffraction analysis is preferably 20 nm or less. By doing in this way, the transparency of the composition containing this metal oxide particle can be improved.
  • the crystallite diameter is more preferably 15 nm or less, and further preferably 10 nm or less.
  • the lower limit of the crystallite diameter is usually about 1 nm.
  • the particle diameters observed with various electron microscopes are obtained by enlarging the metal oxide particles with a transmission electron microscope (TEM), a field emission transmission electron microscope (FE-TEM), a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), etc. This can be determined by randomly selecting 100 particles, measuring the length in the major axis direction, and calculating the arithmetic average thereof.
  • TEM transmission electron microscope
  • FE-TEM field emission transmission electron microscope
  • FE-SEM field emission scanning electron microscope
  • the average particle size (average primary particle size) of the metal oxide particles in the electron microscope observation is preferably 100 nm or less. By doing in this way, the transparency of the composition containing this metal oxide particle can be improved.
  • the average primary particle diameter is more preferably 50 nm or less, still more preferably 30 nm or less, and most preferably 20 nm or less.
  • the lower limit of the average primary particle size is usually about 1 nm.
  • the refractive index of the metal oxide particles is preferably 1.7 or more.
  • the refractive index of the composition containing this metal oxide particle can be raised, and total reflection at the time of light entering toward this composition from an adjacent material can be suppressed.
  • the metal that forms an oxide having a refractive index of 1.7 or more include Al, Ti, Zr, In, Zn, Sn, La, Y, and Ce, and preferably Al, Ti, Zr, Zn, and Sn. In particular, Ti, Zr, and Sn are preferable.
  • the refractive index can be increased as the proportion of these metals alone or in complex oxide increases.
  • Examples of the crystal structure of the metal oxide include cubic, tetragonal, and monoclinic crystals. In particular, 70% or more of the entire crystal structure is preferably tetragonal. If the ratio of tetragonal crystal is large, the refractive index can be improved. The ratio of the tetragonal crystal to the monoclinic crystal (the latter / the former) is 0.8 or more, preferably 1.3 or more, and more preferably 2.0 or more. Tetragonal crystals can be used alone.
  • Examples of the shape of the metal oxide particles include a spherical shape, an elliptical spherical shape, a cubic shape, a rectangular parallelepiped shape, a pyramid shape, a needle shape, a columnar shape, a rod shape, a cylindrical shape, a flake shape, a plate shape, and a flake shape.
  • the shape is preferably spherical, granular, columnar, or the like.
  • zirconium oxide when zirconium oxide is used as the metal oxide, zirconium oxide has a high refractive index, and examples of its crystal structure include monoclinic crystals and tetragonal crystals.
  • crystal structure of zirconium oxide it is known that tetragonal crystals have the highest refractive index, and when a higher refractive index is required, it is preferable that the proportion of tetragonal crystals is large.
  • the metal oxide particles in the first invention have the characteristics of the metal oxide particles described in the first invention, they have the characteristics of the metal oxide particles described in the second invention described later. May have the characteristics of the metal oxide particles described in the third invention, may have the characteristics described in the fourth invention, and may further combine these characteristics. You may have.
  • the metal component is not particularly limited as long as it is contained in a compound that generates a metal oxide by a hydrothermal reaction.
  • the compound containing a metal component include various metal oxide precursors, including various metal hydroxides, chlorides, oxychlorides, sulfates, acetates, organic acid salts, alkoxides, and the like. Further, it may be a salt of various metals and a second carboxylic acid.
  • zirconium zirconium hydroxide, zirconium chloride, zirconyl oxychloride, zirconyl oxyacetate, zirconyl oxynitrate, zirconium sulfate, zirconium octoate, zirconium 2-ethylhexanoate, zirconium oleate, zirconium acetate, stearic acid
  • zirconium alkoxide such as zirconium oxide, zirconium laurate oxide, tetrabutoxyzirconium and the like can be mentioned.
  • titanium examples include titanium hydroxide, titanium chloride, titanium oxychloride, titanium oxyacetate, titanium oxynitrate, titanium sulfate, titanium octoate, titanium oleate oxide, titanium acetate, titanium stearate oxide, lauric acid oxidation
  • titanium alkoxide such as titanium and tetrabutoxytitanium (for example, tetra-n-butoxytitanium) is used.
  • an organic solvent containing water When employing a hydrothermal reaction, an organic solvent containing water can be employed.
  • the organic solvent hydrocarbons, ketones, ethers, alcohols and the like can be used. Since there is a possibility that the reaction does not proceed sufficiently in a solvent that vaporizes during a hydrothermal reaction, an organic solvent having a boiling point of 120 ° C. or higher under normal pressure is preferable, 180 ° C. or higher is more preferable, and 210 ° C. or higher is even more preferable.
  • DMF dimethylformamide
  • DMSO dimethylsulfoxide
  • a surfactant or the like When separated into two layers by adding the organic solvent, a surfactant or the like may be added to obtain a homogeneous phase state or a suspension emulsified state, but usually the two layers are subjected to a hydrothermal reaction. I can do it.
  • the composition may contain a sufficient amount of water derived from the raw material, but if there is no or little water contained in the raw material, add water before subjecting it to a hydrothermal reaction. There is a need.
  • the amount of water present in the hydrothermal reaction system is the number of moles of water relative to the number of moles of the metal oxide precursor or intermediate compound of metal oxide particles (hereinafter referred to as metal oxide precursor, etc.) present in the system.
  • the number (mole number of water / mole number of the metal oxide precursor, etc.) is preferably 4/1 to 100/1, more preferably 8/1 to 50/1. If it is less than 4/1, the hydrothermal reaction may take a long time, and the particle size of the obtained particles may increase. On the other hand, if it exceeds 100/1, there is no particular problem except that productivity is lowered because there are few metal oxide precursors present in the system.
  • the hydrothermal reaction pressure is preferably 0.5 MPa or more, more preferably 0.6 MPa or more.
  • the upper limit of the pressure is usually 3.0 MPa or less, preferably 2.0 MPa or less, more preferably 1.5 MPa or less, and particularly preferably 1.0 MPa or less.
  • the reaction temperature of the hydrothermal reaction is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 140 ° C. or higher, and further preferably 160 ° C. or higher.
  • the upper limit of the hydrothermal treatment temperature is not particularly limited, but is preferably 300 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower, and further preferably 220 ° C. or lower.
  • the hydrothermal treatment time is, for example, 5 to 50 hours, preferably 10 to 40 hours.
  • the atmosphere during the hydrothermal reaction is not limited, but is preferably an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.
  • the method of coordinating and / or bonding an organic compound to the metal oxide particles of the present invention is not limited to the method of passing through the metal oxide precursor described above.
  • the coating agent is applied to a solvent dispersion of metal oxide particles. It can be manufactured by adding and performing heat treatment.
  • the solvent to be used is not particularly limited as long as it has appropriate dispersibility in the metal oxide particles.
  • benzene, toluene, xylene, cyclohexane and the like can be used.
  • the concentration of the metal oxide may be adjusted as appropriate, but is preferably about 0.1 to 50% by mass.
  • the amount of the coating agent used may be appropriately adjusted, but is usually 1 to 60% by mass with respect to the metal oxide particles.
  • the heating temperature may be appropriately adjusted, but is usually about 30 to 180 ° C, preferably 40 to 150 ° C, more preferably 50 to 130 ° C.
  • the reaction time may be appropriately adjusted, but is usually 0.1 to 10 hours, preferably about 0.3 to 3 hours.
  • the method for producing metal oxide particles in the first invention may use the second, third and fourth methods described later, or can be synthesized by a known method.
  • a method of obtaining metal oxide particles by hydrothermal reaction in the presence of a metal compound and an organic compound used for coating, or synthesizing an intermediate compound from an organic compound and a metal compound used for coating in advance A method for obtaining metal oxide particles by hydrothermal reaction, a method for coating metal oxide fine particles prepared in advance with an organic compound used for coating, etc., can easily obtain metal oxide particles coated with an organic compound. Therefore, it is a preferred synthesis method.
  • the second invention includes a compound and metal oxide particles, and further includes a production method thereof.
  • the compound used in the second invention is a compound represented by the following formula (1), M m (-OCO-R) n (1)
  • M is a metal or oxo metal
  • R is a hydrocarbon group having a straight chain structure, a branched structure, an alicyclic structure, or an aromatic ring structure having 1 to 20 carbon atoms and optionally having a halogen and / or a hetero atom
  • m is an integer greater than or equal to 1
  • M is a metal
  • the valence is expressed as a valence
  • M is an oxo metal
  • n configures (i) R.
  • the chain length of the methylene chain is 2 at the maximum and the number of methylene chains of chain length 2 is 0 or 1, it is an integer that satisfies the relationship m ⁇ n ⁇ a ⁇ m, (ii) M ⁇ n, except that the methylene chain constituting R has a maximum chain length of 2 and the number of methylene chains having a chain length of 2 constituting R is 0 or 1.
  • the compound is preferably an integer satisfying the relationship of ⁇ a ⁇ m.
  • a carboxylate group is bonded to the metal or oxo metal, and the compound has a specific coordination number, so that it can be suitably used for the production of metal oxide particles. is there.
  • M represents a metal or an oxo metal, and one or more of these can be arbitrarily selected.
  • M is preferably one or more selected from transition metals, typical metals, and oxo metals (partial oxides) thereof, more preferably 1 selected from transition metals and oxo metals (partial oxides) of transition metals. More than a seed.
  • the oxo metal (partial oxide) means that the metal is in an oxidized state, the metal coordination is not saturated with an oxygen element, and a carboxylate group can be bonded.
  • M is preferably at least one selected from the group consisting of Ti, Al, Zr, Zn, Sn, oxotitanium, oxozirconium and oxotin.
  • R is a hydrocarbon group having a straight chain structure, a branched structure, an alicyclic structure, or an aromatic ring structure which has 1 to 20 carbon atoms and may have a halogen and / or a hetero atom, preferably A saturated hydrocarbon group having a linear structure, a branched structure, or an alicyclic structure.
  • the lower limit of the carbon number of R is preferably 3 or more, more preferably 4 or more.
  • the upper limit of the carbon number of R is preferably 15 or less, more preferably 12 or less.
  • the chain length of the methylene chain constituting R is 2 at the maximum, and the number of methylene chains of chain length 2 is 0 or 1 (that is, R does not have a methylene chain of chain length 2)
  • M is a metal
  • the valence is expressed as a valence
  • M is an oxo metal
  • it constitutes an oxo metal.
  • n is an integer that satisfies the relationship of m ⁇ n ⁇ a ⁇ m.
  • all of the coordination of M may be bonded to the carboxylate group, or there may be an M coordination that is not bonded to the carboxylate group.
  • R is hydrophobic
  • dispersibility in a hydrophobic solvent or a hydrophobic resin is particularly good, and workability is improved. To do.
  • the dispersibility of the metal oxide particles obtained from the compound in a hydrophobic solvent, a hydrophobic resin, or the like is improved.
  • the chain length of the methylene chain in R is 2 at the maximum and the number of methylene chains of chain length 2 is 0 or 1, the heat resistance of the metal oxide particles obtained from the compound can be improved.
  • the chain length of the methylene chain means the continuous number of unsubstituted methylene (—CH 2 —), preferably 1, and may be 0.
  • the total carbon number in R is preferably 3 or more.
  • the dispersibility of the metal oxide particles in the solvent or resin can be improved.
  • the total number of carbon atoms in R is larger, and the lower limit thereof is more preferably 4, more preferably 5.
  • the total number of carbon atoms in R is preferably 20 or less.
  • covered with the carboxylate compound obtained by this compound can be increased.
  • the upper limit of the total carbon number in R 10 is more preferable, More preferably, it is 6, Especially 5 is preferable.
  • R preferably has a branched chain, and by doing so, aggregation of metal oxide particles can be suppressed.
  • a particularly preferred carboxylate group is such that —R in the formula is —R 1 —R 2 —R 3 — (R 4 ) p —H.
  • p is 0 or 1
  • R 1 ⁇ R 4 are, -CH 2 -, - CR 5 R 6 - ( however, -CR 5 R 6 - is -CH 2 - except for) be either
  • any one of R 1 to R 4 is —CR 5 R 6 —.
  • R 5 and R 6 are the same or different and are any one of a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, and a propyl group.
  • R 5 and R 6 preferably do not contain a group having a tertiary hydrogen.
  • R 5 and R 6 may be different depending on the (—CR 5 R 6 —) unit.
  • R 5 and R 6 are preferably a methyl group or an ethyl group, and particularly preferably a methyl group.
  • R 5 and R 6 are preferably linear.
  • R 1 —R 2 —R 3 — (R 4 ) p —H (p 0, 1)
  • R 1 or R 2 is —CR 5 R 6 — (especially —C (CH 3 ) 2- ) is preferred.
  • R 1 is either —CH 2 — or —C (CH 3 ) 2 —
  • R 2 to R 4 are any one of —CH 2 —, —C (CH 3 ) 2 —, and —CH (CH 3 ) —, and any one of R 1 to R 4 is —C ( CH 3 ) 2 — is preferred.
  • Examples of the carboxylic acid forming the carboxylate group include butyric acid, pivalic acid, 2,2-dimethylbutyric acid, 3,3-dimethylbutyric acid, 2,2-dimethylvaleric acid, 2,2-diethylbutyric acid, 3,3- Examples include diethyl butyric acid, preferably pivalic acid, 2,2-dimethylbutyric acid, and 3,3-dimethylbutyric acid, and more preferably 2,2-dimethylbutyric acid and 3,3-dimethylbutyric acid.
  • the chain length of methylene chains constituting at least one type of R may be 2 at the maximum, and the number of methylene chains of chain length 2 may be 0 or 1.
  • M is Ti, Al, Zr, Zn, It is preferably at least one selected from the group consisting of Sn, oxotitanium, oxozirconium and oxotin, more preferably at least one of Zr and oxozirconium.
  • R represents a hydrocarbon group having a straight chain structure, a branched structure, an alicyclic structure, or an aromatic ring structure, which has 1 to 20 carbon atoms and may have a halogen and / or a hetero atom.
  • R represents a hydrocarbon group having a straight chain structure, a branched structure, an alicyclic structure, or an aromatic ring structure, which has 1 to 20 carbon atoms and may have a halogen and / or a hetero atom.
  • all the cases except that the chain length of methylene chain constituting R is 2 at the maximum and the number of methylene chains of chain length 2 constituting R is 0 or 1 are satisfied. It is a hydrocarbon group.
  • hydrocarbon groups examples include valeric acid, hexanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, octanoic acid, neodecanoic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, and lactic acid.
  • the compound of the second invention is obtained by reacting a metal compound or an oxo metal compound (for example, the above-mentioned M compound) with a carboxylate compound or a carboxylic acid (for example, the above-described carboxylate compound or carboxylic acid having an RCOO group of R). It is preferable to perform heat treatment (hereinafter, also simply referred to as “heat treatment”).
  • a metal compound or an oxo metal compound for example, metal carbonate, oxo metal carbonate, metal halide (such as chloride), oxo metal halide (such as chloride), metal oxide, or metal alkoxide is used. be able to.
  • the metal is zirconium, zirconium carbonate, zirconium oxycarbonate, zirconium hydroxide, zirconium chloride, zirconium oxychloride, zirconium oxyacetate, zirconium oxynitrate, zirconium sulfate, zirconium octoate, zirconium oleate, zirconium acetate, Zirconium alkoxides such as zirconium stearate oxide, zirconium laurate oxide, and tetrabutoxyzirconium are listed.
  • carboxylate compound or carboxylic acid used in the method for producing the compound of the second invention is an RCOO compound (carboxylate compound) or RCOOH (carboxylic acid) having R defined in (i) or (ii) above, respectively. good.
  • the amount of the carboxylate compound or carboxylic acid is not particularly limited, but can be, for example, 3 mol or less with respect to 1 mol of the metal compound or oxo metal compound.
  • a metal carbonate or an oxo metal carbonate for example, the carbonate of M above
  • a carboxylic acid for example, a carboxylic acid having an RCOO group of R above
  • a metal carbonate or oxo metal carbonate and carboxylic acid an acid / base reaction occurs by heat treatment, and a part of CO 3 of the carbonate is replaced with OCOR, and the carboxylate group of the second invention is bonded. Metal or oxo metal is produced. If a metal carbonate or an oxo metal carbonate is used, a metal or oxo metal having a carboxylate group bonded efficiently can be obtained with a theoretically smaller number of carboxylic acids.
  • the heat treatment temperature for producing the compound of the second invention is preferably 25 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher, still more preferably 70 ° C. or higher.
  • the heat treatment time is, for example, 30 minutes to 4 hours, preferably 1 to 3 hours.
  • the atmosphere during the heat treatment is not limited, but is preferably an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.
  • the metal oxide particles of the second invention can be produced by heating a metal compound or an oxo metal compound in the presence of water.
  • the metal oxide particles of the second invention can be produced, for example, by heat-treating a metal compound or oxo metal compound and a carboxylate compound or carboxylic acid in the presence of water. You may go through via the compound. That is, the metal oxide particles of the present invention can be obtained from the compound of the present invention, and metal oxide particles coated with a carboxylate compound having the same RCOO group as the RCOO group in the compound of the present invention can be obtained. it can.
  • the coating amount of the carboxylate compound in the metal oxide particles of the second invention is preferably 0.1% by mass or more with respect to the metal oxide particles coated with the carboxylate compound. By doing in this way, the dispersibility to the solvent etc. of a metal oxide particle can be improved.
  • the coating amount is more preferably 0.5% by mass or more, and still more preferably 2% by mass or more.
  • the coating amount is, for example, 30% by mass or less, preferably 25% by mass or less, more preferably 20% by mass or less.
  • the yield of metal oxide particles determined by (number of moles of metal in carboxylate compound-coated metal oxide particles) / (number of moles of metal in metal compound or oxo metal compound) ⁇ 100 is, for example, 50% or more. Preferably, it is 70% or more, more preferably 80% or more. The upper limit of the yield is usually about 98%.
  • the metal oxide forming the metal oxide particles obtained from the compound of the second invention, the crystal structure of the metal oxide, the particle diameter / crystallite diameter / average particle diameter / shape / refractive index of the metal oxide particles are as described above.
  • the description of the first invention is cited.
  • a mixture of a metal compound or oxo metal compound and a carboxylate compound or carboxylic acid may be heated in the presence of water.
  • the procedure is as follows: (i) Compound synthesis prior type in which a metal compound or oxo metal compound is first reacted with a carboxylate compound or carboxylic acid to synthesize the compound of the present invention, and then water is added to the reaction product to heat-treat. (Ii) A compound / metal oxide that synthesizes metal oxide particles simultaneously with the synthesis of the compound of the present invention by heat-treating a metal compound or oxo metal compound, a carboxylate compound or carboxylic acid, and water.
  • Simultaneous synthesis may be used.
  • the step of performing heat treatment by adding water in (i) and the reaction / heat treatment step in (ii) may be referred to as “hydrothermal treatment step”.
  • the compound synthesis prior type procedure (i) can lower the pressure during the heat treatment.
  • the amount of water contained in the mixture is, for example, 5 mol or more, preferably 7 mol or more, relative to 1 mol of the metal compound or oxo metal compound. Preferably it is 10 mol or more.
  • the water contained in the mixture means all the water present in the mixture, and not only the amount of added water, but also water contained in a compound such as a metal carbonate or oxo metal carbonate, or as a solvent. It is meant to include water.
  • the hydrothermal treatment temperature is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 140 ° C. or higher, and further preferably 160 ° C. or higher.
  • the upper limit of the hydrothermal treatment temperature is not particularly limited, but is preferably 300 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower, and further preferably 220 ° C. or lower.
  • the hydrothermal treatment time is, for example, 5 to 50 hours, preferably 10 to 40 hours.
  • the pressure during hydrothermal treatment is preferably 0.5 MPa or more, more preferably 0.6 MPa or more.
  • the upper limit of the pressure is usually 3.0 MPa or less, preferably 2.0 MPa or less, more preferably 1.5 MPa or less (particularly 1.0 MPa or less).
  • the atmosphere during hydrothermal treatment is not limited, but is preferably an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.
  • a mixture of the zirconium carbonate and the carboxylic acid (usually containing 5 mol or more of water with respect to 1 mol of zirconium). May be heat-treated, but the amount of carboxylic acid may be adjusted, or the mixture may further contain an aromatic hydrocarbon (that is, having an M carbonate and an RCOO group in the presence of the aromatic hydrocarbon).
  • Reacting carboxylic acid Reacting carboxylic acid
  • adjusting the amount of water contained in the mixture ie, the amount of water during the reaction of M carbonate and carboxylic acid having an RCOO group
  • a basic compound Heat treatment in the presence of (that is, reacting the carbonate of M with a carboxylic acid having an RCOO group in the presence of a basic compound) and the like. It preferred because it can adjust the ratio of tetragonal in Koniumu particles. Each is described below.
  • the molar amount of the carboxylic acid relative to 1 mol of zirconium is preferably less than 2 mol (requirement A).
  • the molar amount of the carboxylic acid is more preferably 1.5 mol or less, further preferably 1 mol or less, and further preferably 0.7 mol or less.
  • the molar amount of the carboxylic acid is preferably 0.2 mol or more. If the amount of carboxylic acid is too small, the coating amount of the carboxylate compound becomes insufficient.
  • the molar amount of the carboxylic acid is more preferably 0.3 mol or more, and further preferably 0.4 mol or more.
  • the mixture of zirconium carbonate and carboxylic acid contains an aromatic hydrocarbon (requirement B), thereby improving the proportion of tetragonal crystals in zirconium oxide particles (coated zirconium oxide particles) coated with a carboxylate compound.
  • aromatic hydrocarbon is preferably an alkyl group-substituted aromatic hydrocarbon having a total carbon number of 7 or more, more preferably an alkyl group-substituted aromatic hydrocarbon having a total carbon number of 8 or more (particularly 9 or more).
  • the aromatic hydrocarbon content in the mixture is preferably 30 parts by mass or more, more preferably 40 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of zirconium carbonate. Yes, more preferably 50 parts by mass or more.
  • the aromatic hydrocarbon content is excessive, the yield of the finally obtained coated zirconium oxide particles decreases.
  • the content of the aromatic hydrocarbon in the mixture is preferably 400 parts by mass or less, more preferably 200 parts by mass or less, and more preferably 100 parts by mass or less, with respect to 100 parts by mass of zirconium carbonate. preferable.
  • the amount of water in the mixture of the zirconium carbonate and the carboxylic acid is 17 mol or less with respect to 1 mol of zirconium (requirement C).
  • the amount of water in the mixture is preferably 15 mol or less, more preferably 10 mol or less, per 1 mol of zirconium.
  • the second invention it is preferable to perform the heat treatment in the presence of a basic compound (requirement D).
  • a basic compound (requirement D)
  • the basic compound is preferably at least 0.1 mol, more preferably at least 0.2 mol, and even more preferably at least 0.5 mol with respect to 1 mol of zirconium.
  • the upper limit of the amount of the basic compound is usually 2 mol or less, preferably 0.8 mol or less with respect to 1 mol of zirconium.
  • the basic compound is meant to include any defined base such as Bronsted base or Lewis base, and may be either an inorganic compound or an organic compound. Among these, at least one basic compound selected from alkali metal salts, alkaline earth metal salts, and primary to tertiary amines is preferable. Alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides are preferable. One or more organic amine compounds are preferred, and alkali metal hydroxides are particularly preferred. Most preferred as the basic compound is sodium hydroxide.
  • Requirement A to D described above may satisfy any one of the requirements, or may satisfy two or more simultaneously.
  • requirement A (requirement relating to the amount of carboxylic acid), requirement B (requirement relating to aromatic hydrocarbon), and requirement D (requirement relating to basic compound) are the production methods of the aforementioned compounds Is preferably satisfied.
  • the requirements A, B, and D may satisfy any one of the requirements, or may simultaneously satisfy two or more.
  • R is a hydrocarbon group having a carbon number of 1 or more and 20 or less and optionally having a halogen and / or hetero atom, and having a straight chain structure, branched structure, alicyclic structure, or aromatic ring structure.
  • a hydrocarbon group other than the hydrocarbon group satisfying both requirements that the chain length of the methylene chain constituting R is 2 at most and the number of methylene chains of chain length 2 constituting R is 0 or 1 That is, when obtaining metal oxide particles coated with a carboxylate compound containing an RCOO group such that R is as defined in (ii) in the compound of the second invention), in the presence of water It is preferable to employ a production method in which a mixture of a metal carbonate or oxo metal carbonate and a carboxylic acid is heated.
  • the metal oxide particles of the second invention are represented by the following formula (2) -OCO-R '(2) (In the formula, R ′ is a saturated hydrocarbon group, the chain length of methylene chains constituting the saturated hydrocarbon group is 2 at the maximum, and the number of methylene chains of chain length 2 is 0 or 1. is there.)
  • R ′ is a saturated hydrocarbon group
  • the chain length of methylene chains constituting the saturated hydrocarbon group is 2 at the maximum, and the number of methylene chains of chain length 2 is 0 or 1. is there.
  • the compound in the case of (i) among the compounds of the present invention may be used as described above. And you do not have to go through.
  • the metal oxide particles not passing through the compound (i) of the present invention are, for example, a method of organically adding a carboxylate compound to the metal oxide particles (for example, a carboxylic acid having an R′COO structure or a silane coupling). And a method of treating the agent with unmodified metal oxide particles by a dry method or a wet method).
  • a carboxylate compound for example, a carboxylic acid having an R′COO structure or a silane coupling.
  • a method of treating the agent with unmodified metal oxide particles by a dry method or a wet method).
  • R ′ in the above formula (2) is the same as R in the case of (i) of the compound of the second invention, and all the descriptions of R in the case of (i) of the compound of the present invention can be referred to. .
  • the type of metal is the same as M of the compound of the present invention.
  • the structure is the same as that of the aforementioned metal oxide particles (that is, metal oxide particles obtained from the compound of the present invention), and all of these descriptions can be referred to.
  • a second invention is the production of metal oxide particles characterized by heating a mixture of a metal compound or oxo metal compound which is a metal carbonate or oxo metal carbonate and a carboxylic acid in the presence of water. Methods are also encompassed.
  • metal oxide particles can be efficiently produced by using a metal compound or oxo metal compound which is a metal carbonate or oxo metal carbonate.
  • the metal compound or oxo metal compound which is a metal carbonate or oxo metal carbonate is not particularly limited, but when considering the refractive index of the metal oxide particles, for example, Al, Ti, Zr, In, Zn, Sn, La, Y, Ce, carbonates of these partial oxides, preferably Al, Ti, Zr, Zn, Sn, Ce, carbonates of these partial oxides, more preferably Al, Ti, Zr, Zn , Sn, carbonates of these partial oxides, and particularly carbonates of partial oxides of Ti and Zr.
  • the carboxylic acid include carboxylic acids exemplified for the compound of the present invention described above.
  • the metal oxide particles can be produced in the same manner as the above-described method for producing the metal oxide particles of the present invention.
  • Other requirements include, for example, the type of metal compound or oxo metal compound or carboxylic acid which is a metal carbonate or oxo metal carbonate used, and its mixing ratio, specific procedure, amount of water during hydrothermal treatment, water Heat treatment temperature and pressure conditions, hydrothermal treatment atmosphere, requirements A to D, all of which can be referred to.
  • the method for producing the metal oxide particles described in the second invention the method for producing the metal oxide particles described in the column of the first invention, the metal oxide particles described in the column of the third invention And the method for producing metal oxide particles described in the column of the fourth invention can be used.
  • the metal described in the first invention It may have characteristics of oxide particles, may have characteristics of compounds and metal oxide particles described in the third invention, and may have characteristics of metal oxide particles described in the fourth invention. You may have, Furthermore, you may have combining these characteristics.
  • Third invention (third method) has the greatest feature in that two or more carboxylic acid compounds are used for coating the metal oxide. Further, one kind of carboxylic acid compound used for coating is a carboxylic acid having one or more substituents selected from the group consisting of ester group, ether group, amide group, thioester group, thioether group, carbonate group, urethane group, and urea group Alternatively, dispersibility in various media was achieved by selecting (meth) acrylic acid.
  • the carboxylic acid compound is chemically bonded to the metal oxide, or forms a carboxylic acid or a salt thereof together with a hydrogen atom or a cationic atom and adheres to the metal oxide. This will be explained in order below.
  • the metal oxide particles of the third invention have extremely good dispersibility in various media and can be applied to various uses. In particular, it is remarkably useful for applications in which a fine microstructure represented by a resist is formed, and dispersion unevenness and development residue can be improved.
  • the carboxylic acid compound used for coating the metal oxide is selected from the group consisting of an ester group, an ether group, an amide group, a thioester group, a thioether group, a carbonate group, a urethane group, and a urea group.
  • a carboxylic acid having the above substituent hereinafter sometimes referred to as a specific substituent
  • (meth) acrylic acid hereinafter referred to as a first carboxylic acid compound
  • the first carboxylic acid compound may be (meth) acrylic acid, or may have one or more specific substituents, and may have a plurality of the same or different specific substituents, and the specific substituents. You may have substituents other than.
  • the specific substituent is preferably an ester group, an ether group, or an amide group from the viewpoint of availability, and more preferably an ester group or an ether group.
  • the upper limit is not particularly limited, but 20 or less is preferable from the viewpoint of handling in the production of metal oxide particles. More preferably, it is 10 or less, More preferably, it is 5 or less.
  • the first carboxylic acid compound may be a commercially available product, or can be synthesized by a known synthesis method. For example, a method of obtaining an ester compound by reacting various alcohol compounds with a dibasic acid or acid anhydride, a method of obtaining an ester compound by reacting an epoxy compound or glycidyl compound with a dibasic acid, or a reaction of alcohol or water with a cyclic ether.
  • a method for obtaining an ether compound a method for obtaining an amide compound by reacting an amine compound with a dibasic acid or acid anhydride, a method for obtaining a thioester compound by reacting a thiol compound with a dibasic acid or acid anhydride, a thioether compound by desulfurization of dithiol
  • the ⁇ carbon of the carboxyl group of the first carboxylic acid compound may be any of secondary carbon, tertiary carbon, quaternary carbon, or aromatic carbon. Further, the carboxyl group of the first carboxylic acid compound may be one or more, but in order to avoid cross-linking between particles during the production of metal oxide particles, it is preferably 3 or less, more preferably 2 Most preferably, it is one.
  • the pKa of the first carboxylic acid compound is preferably 4.8 or less, more preferably 4.7 or less, and even more preferably 4.6 or less.
  • a value calculated by computational chemistry software ACD / pKa version10.01 (manufactured by Advanced Chemistry Development. Inc.) can be adopted.
  • the first carboxylic acid compound preferably has a polymerizable double bond.
  • a polymerizable double bond in the coating component of the metal oxide particles, it is possible to copolymerize with other compounding components, so there is no problem of aggregation or bleed-out during curing, and it is also good in cured products It is possible to maintain a distributed state.
  • the polymerizable double bond may be included in the first carboxylic acid compound or may be included in the second carboxylic acid compound described later.
  • 1st or 2nd carboxylic acid compounds what is necessary is just to have a polymerizable double bond by at least 1 sort (s) among them.
  • the first carboxylic acid compound examples include acrylic acid, 2-acryloyloxyethyl succinic acid methacrylate, 2-methacryloyloxyethyl succinic acid, 2-acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid, 2-methacryloyloxy.
  • examples include ethylhexahydrophthalic acid, 2-acryloyloxyethyl phthalic acid, and 2-methacryloyloxyethyl phthalic acid.
  • acrylic acid, 2-acryloyloxyethyl succinic acid, 2-acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid, and 2-acryloyloxyethyl phthalic acid are preferably used.
  • the first carboxylic acid compound may be used alone or in combination of two or more.
  • the proportion of the first carboxylic acid compound covering the metal oxide particles is preferably 0.1 parts by mass or more of the first carboxylic acid compound with respect to 100 parts by mass of the metal oxide particles after coating. By doing in this way, the dispersibility to the solvent etc. of the metal oxide particle at the time of manufacture or in a product can be improved.
  • the amount of the first carboxylic acid compound is more preferably 0.5 parts by mass or more, and further preferably 2 parts by mass or more. A large coating amount is not preferable because the amount of metal oxide particles contained per unit volume is small. Therefore, the amount of the first carboxylic acid compound is usually 30 parts by mass or less, preferably 25 parts by mass or less, and more preferably 20 parts by mass or less.
  • the second carboxylic acid is not particularly limited as long as it is a carboxylic acid other than the first carboxylic acid, but from the viewpoint of the production process described later, a linear carboxylic acid having 3 or more carbon atoms or a branched carboxylic acid.
  • An acid, a cyclic carboxylic acid, or an aromatic carboxylic acid is preferably employed.
  • branched carboxylic acids are particularly preferred. By using a branched carboxylic acid, aggregation of metal oxide particles can be efficiently suppressed.
  • the second carboxylic acid compound may be used alone or in combination of two or more.
  • the ratio of the metal oxide particles and the second carboxylic acid compound covering the metal oxide particles is preferably 0.1 parts by mass or more of the second carboxylic acid compound with respect to 100 parts by mass of the metal oxide particles. By doing in this way, the dispersibility to the solvent etc. of the metal oxide particle at the time of manufacture or in a product can be improved.
  • the amount of the second carboxylic acid compound is more preferably 0.5 parts by mass or more, and further preferably 2 parts by mass or more. A large coating amount is not preferable because the amount of metal oxide particles contained per unit volume is small. Therefore, the amount of the second carboxylic acid compound is usually 30 parts by mass or less, preferably 25 parts by mass or less, and more preferably 20 parts by mass or less.
  • the total coverage of the first carboxylic acid compound and the second carboxylic acid compound is preferably 0.2 parts by mass or more, more preferably 1 part by mass or more, with respect to 100 parts by mass.
  • the amount is preferably 2 parts by mass or more, 40 parts by mass or less, preferably 35 parts by mass or less, and more preferably 30 parts by mass or less.
  • the mass ratio of the coating amount of the first carboxylic acid and the second carboxylic acid is preferably 100/1 to 1/100, more preferably 50/1 to 1 as the first carboxylic acid / second carboxylic acid. / 50, more preferably 30/1 to 1/30.
  • the metal oxide forming the metal oxide particles, the crystal structure of the metal oxide, the particle diameter, crystallite diameter, average particle diameter, shape, and refractive index of the metal oxide particles are: The above description of the first invention is cited.
  • the metal oxide particles of the third invention may be referred to as substitution coated particles.
  • substitution coated particles particles coated with the second carboxylic acid compound (hereinafter sometimes referred to as coated particles) are prepared, and then the coated particles It can be produced by replacing the second carboxylic acid on the surface with the first carboxylic acid compound.
  • coated particles can be obtained by performing a hydrothermal reaction between the metal component and the second carboxylic acid compound in the presence of water.
  • hydrothermal reaction the explanation of the first invention and the explanation of the second invention are incorporated.
  • coated metal particles coated with the second carboxylic acid compound can be produced by hydrothermal reaction of the metal component and the second carboxylic acid compound, (Ii) a salt of a second carboxylic acid compound and a metal oxide precursor; (ii) a metal salt of the second carboxylic acid compound; and (iii) a second carboxylic acid compound and a metal oxide precursor. It is preferable to hydrothermally react at least one kind.
  • a water-soluble and highly corrosive metal oxide precursor such as a chloride such as oxychloride of various metals and a nitrate such as oxynitrate is suitable as a raw material.
  • the salt is not only a single compound composed of a stoichiometric ratio of a carboxylic acid and a metal oxide precursor, but also a composite salt or a composition containing an unreacted carboxylic acid or metal oxide precursor. It may be a thing.
  • the salt of the second carboxylic acid compound and the metal oxide precursor is neutralized with an alkali metal and / or alkaline earth metal to a degree of neutralization of 0.1 to 0.8.
  • a salt of the second carboxylic acid compound and metal obtained by reacting the carboxylate-containing composition derived from the second carboxylic acid compound with the metal oxide precursor is preferable.
  • the carboxylate-containing composition neutralized in the range of 0.1 to 0.8 is 0.1% with respect to 1 mol of all carboxyl groups constituting the second carboxylic acid compound.
  • it can also be obtained by mixing an unneutralized second carboxylic acid compound and a completely and / or partially neutralized carboxylate compound.
  • the non-neutralized, completely neutralized or partially neutralized second carboxylic acid compound may be the same or different from each other, and further, unneutralized, completely neutralized or It may be a partially neutralized product.
  • the neutralization degree is preferably 0.1 to 0.8, more preferably 0.2 to 0.7. If it is less than 0.1, the second carboxylic acid compound has low solubility, so that the salt may not be sufficiently formed. If it exceeds 0.8, a large amount of white precipitate that is assumed to be a metal hydroxide is formed. In some cases, the yield of the metal oxide particles is reduced.
  • the alkali metal and alkaline earth metal used to obtain the carboxylate-containing composition may be any, but a metal that forms a highly water-soluble carboxylate is preferable, and alkali metals, particularly sodium and potassium are preferred. Is preferred.
  • the ratio of the carboxylate-containing composition to the metal oxide precursor is preferably 1 to 20 moles of carboxyl groups, and 1.2 to 18 moles per mole of metal oxide precursor. More preferred is 1.5 to 15 mol.
  • the reaction temperature is not particularly limited as long as the aqueous solution can be maintained, but is preferably from room temperature to 100 ° C, more preferably from 40 ° C to 80 ° C.
  • the salt obtained by reacting the carboxylate-containing composition and the metal oxide precursor may be subjected to a hydrothermal reaction as it is, but insoluble by-products may be removed by filtration or the like. preferable.
  • a metal salt of a second carboxylic acid compound prepared in advance is used.
  • the metal is not particularly limited, but preferably contains at least one selected from Ti, Al, Zr, Zn, Sn, and Ce.
  • Examples of the metal salt that can be used in the embodiment (ii) include titanium 2-ethylhexanoate, titanium 3,3-dimethylbutyrate, titanium octoate, titanium oleate, titanium stearate, titanium laurate, Examples include aluminum octoate, zirconium octoate, zirconium 2-ethylhexanoate, zirconium oleate oxide, zirconium stearate oxide, zirconium laurate oxide, zinc octoate, tin octoate, and cerium octoate.
  • the purity of the metal salt is low, it may be used after purification, but a commercially available product or a salt prepared in advance can be directly subjected to a hydrothermal reaction.
  • examples of the metal oxide precursor include hydroxides, chlorides, oxychlorides, sulfates, acetates, organic acid salts, and alkoxides of various metals.
  • zirconium zirconium hydroxide, zirconium chloride, zirconyl oxychloride, zirconyl oxyacetate, zirconyl oxynitrate, zirconium sulfate, zirconium octoate, zirconium oleate, zirconium acetate, zirconium stearate, zirconium laurate
  • zirconium alkoxide such as tetrabutoxyzirconium is used.
  • titanium examples include titanium hydroxide, titanium chloride, titanium oxychloride, titanium oxyacetate, titanium oxynitrate, titanium sulfate, titanium octoate, titanium oleate oxide, titanium acetate, titanium stearate oxide, lauric acid oxidation
  • titanium alkoxide such as titanium and tetrabutoxytitanium (for example, tetra-n-butoxytitanium) is used.
  • the second carboxylic acid compound is the same as (i) above.
  • the metal oxide precursor and the second carboxylic acid compound are preferably mixed in the presence of water.
  • the low-boiling compound contained in the metal oxide precursor such as ammonia or acetic acid
  • the pressure increase in the hydrothermal reaction in the next step may occur. Since it can be suppressed, it is preferable.
  • a metal oxide particle composition can be obtained by subjecting any of (i) to (iii) to a hydrothermal reaction.
  • an organic solvent exhibiting good solubility in the (i) to (iii) may be added.
  • metal oxide particles (coated particles) coated with the second carboxylic acid compound usually precipitate at the bottom of the container.
  • the coated particles can be purified to remove by-products such as carbon generated by the hydrothermal reaction, aggregates of the coated particles, and the like.
  • the precipitated product is filtered, dissolved in a solvent such as toluene, insolubles are filtered off, and then the solvent such as toluene is removed by concentration under reduced pressure to obtain coated particles.
  • the basic compound is not particularly limited as long as it shows basicity when dissolved in water, and any form such as Bronsted base or Lewis base may be used.
  • at least one basic compound selected from alkali metal salts, alkaline earth metal salts, and primary to tertiary amines is preferable.
  • Alkali metal or alkaline earth metal hydroxides, carboxylic acids Alkali metal salts and organic amine compounds are more preferable, and alkali metal hydroxides and organic amine compounds are particularly preferable.
  • the presence of the basic compound improves the yield of the produced coated particles.
  • carboxylic acids can be used as raw materials, and coated particles coated with a variety of carboxylate groups, which were difficult to produce by conventional methods, can be obtained.
  • the amount of the basic compound is preferably 0.03 mol or more and 1.5 mol or less with respect to 1 mol of the metal oxide precursor used in the step. By adding the basic compound in the above range, the yield of the coated particles is further improved.
  • the substituted coated particle (metal oxide particle) of the third invention is obtained. Specifically, this substitution is performed by stirring a mixture (particularly, a mixed solution) containing the coated particles and the first carboxylic acid compound.
  • the mass ratio between the first carboxylic acid compound and the coated particle is not particularly limited, but the first carboxylic acid compound / coated particle is preferably 5/100 to 200/100.
  • the amount of the first carboxylic acid compound to be introduced is insufficient and the dispersibility may be insufficient.
  • the amount to be introduced into the substitution-coated particles. May become inefficient and become inefficient. More preferably, it is 10/100 to 150/100.
  • the solvent used for the preparation of the mixed solution may be the solvent used in the hydrothermal reaction as it is, or another solvent may be used.
  • the same solvent (solvent for the composition) as used in a composition (such as a curable composition) described later is used.
  • the substitution-coated particles are prepared in such a solvent, the resulting substitution-coated particles have higher affinity in the composition and can prevent dispersion unevenness to a higher degree.
  • the stirring temperature is preferably 0 to 100 ° C., more preferably 10 to 70 ° C., still more preferably 20 to 50 ° C., and the concentration of the coated particles in the mixed solution is preferably 5 to 80% by mass, more preferably 10 ⁇ 60% by mass. Further, it is possible to carry out processing without solvent or at a higher concentration using a ball mill or the like.
  • the reaction time is preferably 10 minutes to 5 hours, more preferably 20 minutes to 2 hours.
  • the substitution-coated particles are preferably dissolved in the composition solvent.
  • the substitution coated particles may be precipitated by adding an appropriate poor solvent (for example, an aliphatic hydrocarbon solvent such as hexane).
  • the precipitate can be separated from the solvent by an appropriate solid-liquid separation method (filtration method, centrifugal method, etc.).
  • an appropriate solid-liquid separation method filtration method, centrifugal method, etc.
  • the displacement-coated particles are dissolved in a solvent, they can be separated from the solvent by concentration or the like.
  • the coated metal oxide particles of the third invention obtained by the above method are preferably washed.
  • the washing solvent is not particularly limited, but acetone, hexane, heptane, octane, methanol, and ethanol are preferably used.
  • the third invention, the first invention, the second invention, and the fourth invention can be combined with each other.
  • the method for producing the metal oxide particles described in the third invention the method for producing the metal oxide particles described in the column of the first invention, the metal oxide particles described in the column of the second invention And the method for producing metal oxide particles described in the column of the fourth invention can be used.
  • coated particles and the substituted coated particles described in the third invention are not limited to the compounds described in the first invention (in the middle of the metal oxide particles) as long as they have the characteristics described in the third invention.
  • Compound) and metal oxide particles may have the characteristics of the compound and metal oxide particles described in the second invention, and the metal oxide described in the fourth invention. It may have the characteristics of particles, and may further have a combination of these characteristics.
  • the metal oxide particle raw material may contain impurities such as halides.
  • the present invention also provides a method for producing metal oxide particles that effectively reduces these impurities. To do.
  • a carboxylic acid used for coating (hereinafter referred to as a third carboxylic acid, a salt of a third carboxylic acid and a metal oxide precursor, or a metal oxide in which the third carboxylic acid is bonded) Intermediate compounds of physical particles are collectively referred to as “third metal salt of carboxylic acid”), and a third carboxylic acid (hereinafter referred to as “fourth carboxylic acid”) is used together with a base.
  • a metal salt of an acid is treated, the liquidity of the halide changes, so that it becomes different from the metal salt of the third carboxylic acid or the metal oxide particle (coated metal oxide particle) and is separated. Removal becomes possible. Further surprisingly, according to the fourth invention, it is also clear that removal of a trace amount of halide is effective in improving the tetragonal ratio of the finally obtained metal oxide particles. It became.
  • the concentration of the halogen such as chlorine is reduced and the purified third Metal salts of carboxylic acids of the above (purified metal salts etc.) can be obtained. Further, when the purified metal salt or the like is used, not only the halogen concentration is reduced, but also metal oxide particles having a high tetragonal crystal ratio, that is, a high refractive index can be obtained.
  • a third carboxylic acid metal salt or the like prepared from a coating agent made of carboxylic acid as a raw material and a metal oxide precursor.
  • the metal salt or the like of the third carboxylic acid becomes metal oxide particles by a hydrothermal reaction.
  • the metal salt of the third carboxylic acid or the like at any timing of the series of steps from the preparation of the metal salt or the like of the third carboxylic acid to immediately before the production of the metal oxide particles is completed.
  • the fourth carboxylic acid, the base and the halide can react to change the liquidity of the halide from one (for example, oil-soluble) to the other (for example, water-soluble).
  • 3 can be removed from the metal salt of carboxylic acid 3 (for example, oil-soluble).
  • the amount of the base is not particularly limited, but is preferably 1 equivalent or less with respect to the fourth carboxylic acid. Depending on the choice of the base, when the amount exceeds 1 equivalent with respect to the amount of the fourth carboxylic acid, the base and the metal salt of the third carboxylic acid form a white precipitate to form a gel and separate and remove the halide. There is a fear that you can not.
  • the amount of the base is preferably 0.7 equivalents or less, more preferably 0.5 equivalents or less with respect to the fourth carboxylic acid, and the lower limit is not particularly limited, but is, for example, 0.1 equivalents or more.
  • a solution of a metal salt of a third carboxylic acid containing a halide as an impurity contains a fourth carboxylic acid and a predetermined amount of base.
  • the timing of containing the acid and the predetermined amount of base is not limited, and a series of production steps (ie, the third carboxylic acid) from the time of preparation of the metal salt of the third carboxylic acid to the production of the metal oxide particles.
  • the metal salt of the third carboxylic acid may be prepared at any stage from the middle of the preparation of the metal salt of the third carboxylic acid and the metal oxide precursor before the hydrothermal reaction step is completed.
  • the fourth carboxylic acid and a predetermined amount of base may be any of the following 1 to 3. 1. The carboxylic acid and base are reacted in advance to form a salt, and then added. 2. Carboxylic acid and base are added simultaneously. 3. After adding the carboxylic acid, the base is added.
  • the method for removing the halide reaction product (hereinafter also referred to as “liquid property change halide”) generated by the fourth carboxylic acid and base is a method utilizing the difference in liquidity from the metal salt of the third carboxylic acid. Any known method such as washing and crystallization can be employed, but removal by washing is simple and recommended.
  • the metal salt of the third carboxylic acid or the like is dissolved in one liquid solvent (for example, an oily solvent), and this solution is dissolved in the other liquid solvent (for example, an aqueous solvent). ).
  • liquid solvents may be added after the reaction of the halide, but it is preferable that they constitute part of a solution containing the metal salt of the third carboxylic acid and the like before the reaction.
  • the said liquid property is determined after reaction of a halide. That is, the solution containing the metal salt of the third carboxylic acid and the halide is an organic solvent (one liquid solvent (first solvent) that can dissolve the metal salt of the third carboxylic acid after the reaction of the halide at the latest.
  • an oily solvent and a second solvent (the other liquid solvent, for example, an aqueous solvent) that is phase-separated from the organic solvent, and the organic solvent is dissolved in the second solvent before the organic solvent is dissolved. It is preferable to separate the solvent and the second solvent. By doing in this way, the metal salt of 3rd carboxylic acid etc. which were melt
  • the organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the metal salt of the third carboxylic acid, but is an aromatic hydrocarbon solvent such as benzene, toluene, xylene, etc .; diisopropyl ether, t-butyl methyl ether, di Ether solvents such as butyl ether and diglyme; modified ethers such as propylene glycol monomethyl ether acetate; ketone solvents such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate; halogen solvents such as chloroform and dichloromethane Cyclic hydrocarbon solvents such as cyclohexane, methylcyclohexane, and ethylcyclohexane; chain hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, heptane, octane, iso
  • examples of the second solvent include water, a mixed solvent of water and a water-soluble organic solvent, and the like.
  • the water-soluble organic solvent include alcohols such as methanol and ethanol; ethers such as ethylene glycol, dimethoxyethane and tetrahydrofuran; ketones such as acetone and dioxane; and nitriles such as acetonitrile.
  • the amount of the first solvent is preferably 0.25 to 4.0 times by mass, more preferably 0.5 to 2.0 times by mass with respect to the metal oxide precursor. Further, the amount of the second solvent is preferably 0.2 to 10 times by mass, more preferably 0.5 to 5 times by mass with respect to the first solvent.
  • the reaction temperature when the fourth carboxylic acid and base are reacted with the halide is preferably 40 to 150 ° C. By setting the temperature within such a range, a halide reaction product can be efficiently generated and the halogen can be removed.
  • the lower limit of the reaction temperature is more preferably 50 ° C. or higher, still more preferably 70 ° C. or higher, and the upper limit of the reaction temperature is more preferably 130 ° C. or lower, still more preferably 100 ° C. or lower.
  • the reaction time is not particularly limited and is, for example, about 15 minutes to 3 hours (preferably 30 minutes to 1 hour).
  • the third carboxylic acid has a function of covering the metal oxide particles and improving dispersibility in a medium such as a solvent or a resin.
  • the carboxylic acid described in the first invention can be used.
  • the third carboxylic acid is preferably 1 to 5 moles, more preferably 2 to 4 moles per mole of metal in the metal oxide precursor.
  • the surplus third carboxylic acid that does not react with the metal oxide precursor is left, and this surplus third carboxylic acid is used as the fourth carboxylic acid.
  • the lower limit of the amount of the third carboxylic acid is preferably 1.3 mol or more, more preferably 1.5 mol or more with respect to 1 mol of the metal in the metal oxide precursor.
  • the upper limit of the third carboxylic acid amount is such that the dispersibility of the finally obtained metal oxide particles in the medium can be improved. For example, 3 mol or less, more preferably 1.5 mol or less.
  • the metal oxide precursor one or more selected from the group consisting of metal carbonates, metal halides and oxymetal halides can be used.
  • the metal constituting the metal oxide precursor include Ti, Al, Zr, In, Zn, Sn, La, Y, Ce, Mg, Ba, and Ca. From the viewpoint of increasing the refractive index of the finally obtained metal oxide, at least one selected from the group consisting of Ti, Al, Zr, Zn and Sn (especially Zr) is preferable.
  • the temperature at which the third carboxylic acid and the metal oxide precursor are reacted to produce a metal salt of the third carboxylic acid is about 50 to 100 ° C. (preferably 70 to 90 ° C.), and the time is It is about 1 to 5 hours (preferably 2 to 4 hours).
  • the fourth carboxylic acid is not particularly limited.
  • the carboxylic acid described in the first invention can be used in the same manner as the third carboxylic acid.
  • the fourth carboxylic acid may be different from or the same as the third carboxylic acid. In the case where they are particularly the same, in the preparation of the metal salt or the like of the third carboxylic acid, an excess carboxylic acid that does not react with the metal oxide precursor is left, and the excess carboxylic acid is converted into a fourth carboxylic acid. It is also preferable to use as.
  • the fourth carboxylic acid may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the fourth carboxylic acid is, for example, 0.3 mol or more, more preferably 0.5 mol or more, with respect to 1 mol of the metal in the metal oxide precursor.
  • the upper limit of the amount of the fourth carboxylic acid is not particularly limited, but is, for example, 4 mol or less, preferably 3 mol or less with respect to 1 mol of the metal in the metal oxide precursor.
  • the base is not particularly limited and may be a strong base or a weak base.
  • examples thereof include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, alkaline earth metal hydroxides such as magnesium hydroxide, and N-containing bases such as ammonia, triethylamine, and pyridine. Ammonia is preferred.
  • the halide can be removed, and the halogen concentration is, for example, 10 mass ppm or less (preferably 5 mass ppm or less) with respect to the metal of the metal oxide precursor.
  • a purified compound can be obtained.
  • removing halides present as impurities in the metal oxide precursor is also effective in improving the tetragonal ratio of the finally obtained metal oxide particles. It became clear.
  • metal oxide particles obtained by hydrothermal reaction of a metal salt or the like (purified metal salt or the like) of a third carboxylic acid with reduced halogen concentration obtained by the above production method ) Has a reduced halogen concentration and a high proportion of tetragonal crystals in the crystal. More specifically, the ratio of halogen to metal oxide particles is 10 mass ppm or less, and the ratio of tetragonal crystal to the total of all crystal systems in the crystal is 70% or more. The proportion of the halogen is preferably 7 ppm by mass or less (more preferably 5 ppm by mass or less), and the proportion of the tetragonal crystal is preferably 75% or more.
  • the metal oxide particles described above are coated with a carboxylate compound represented by the following formula (3).
  • -OC ( O) -R "(3)
  • R ′′ is a saturated hydrocarbon group. It is preferable to use a carboxylate compound having a total carbon number of 3 or more in R ′′.
  • R ′′ is a saturated hydrocarbon group.
  • R ′′ is a saturated hydrocarbon group.
  • R ′′ is a carboxylate compound having a total carbon number of 3 or more in R ′′.
  • the dispersibility of the finally obtained metal oxide particles in a medium such as a solvent or a resin can be improved.
  • R ′′ It is preferable that the total number of carbon atoms is larger, and the lower limit thereof is more preferably 4, more preferably 5.
  • the upper limit of the total number of carbon atoms in R ′′ is not particularly limited, but is, for example, 20 or less.
  • the method for producing the metal oxide particles described in the fourth invention the method for producing the metal oxide particles described in the column of the first invention, the metal oxide particles described in the column of the second invention And the method for producing metal oxide particles described in the column of the third invention can be incorporated.
  • the compound described in 1st invention intermediate compound of metal oxide particle
  • the metal oxide particles described in the third invention which may have the characteristics of the coated particles and the substituted coated particles described in the second invention. It may have the characteristics of particles, and may further have a combination of these characteristics.
  • composition also includes the composition containing each compound or each metal oxide particle mentioned above.
  • a composition of the present invention a dispersion in which a compound or metal oxide particles are dispersed in a solvent, a resin composition for a transparent sheet molded article for display containing the compound or metal oxide particles (hereinafter simply referred to as “resin composition”) For example).
  • resin composition a resin composition for a transparent sheet molded article for display containing the compound or metal oxide particles
  • the said metal oxide particle may be used independently, you may use it as a composition with another substance.
  • coated metal oxide particles of the present invention have remarkable dispersibility in various media, various solvents, monomers (monofunctional monomers and / or crosslinkable monomers), oligomers, polymers, etc. Can be added to or a combination thereof.
  • a solvent in which the compound or metal oxide particles of the present invention exhibits high dispersibility may be used.
  • alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, and ethylene glycol
  • ketones such as methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone
  • esters such as ethyl acetate, propyl acetate, and propylene glycol monomethyl ether acetate
  • ethylene glycol monomethyl Ethers ethers such as diethylene glycol monobutyl ether
  • modified ethers such as propylene glycol monomethyl ether acetate (preferably ether-modified and / or ester-modified ethers, more preferably ether-modified and / or ester-modified alkylene glycols); benzene, Toluene, xylene, ethylbenzene
  • One of these can be selected and used, or two or more can be selected and mixed for use. From the viewpoint of handleability, a solvent having a boiling point of 40 ° C. or higher and 250 ° C. or lower at normal pressure is suitable. For resist applications described later, ketones, modified ethers and the like are suitable.
  • a polymerizable compound such as a monofunctional monomer or a crosslinkable monomer may be used as a medium, and the compound or metal oxide particles of the present invention may exhibit high dispersibility.
  • the monofunctional monomer may be a compound having only one polymerizable carbon-carbon double bond, such as (meth) acrylic acid ester; styrene, p-tert-butylstyrene, ⁇ -methylstyrene, m- Styrenic monomers such as methylstyrene, p-methylstyrene, p-chlorostyrene, and p-chloromethylstyrene; carboxyl group-containing monomers such as (meth) acrylic acid; hydroxyl groups such as hydroxyethyl (meth) acrylate And monomers.
  • (meth) acrylic acid ester such as (meth) acrylic acid ester; styrene, p-tert-butylstyrene, ⁇ -methylstyrene, m- Styrenic monomers such as methylstyrene, p-methylstyrene, p-chlorostyrene, and p
  • (meth) acrylic acid ester examples include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, and isobutyl (meth).
  • (Meth) acrylic acid alkyl esters such as acrylate, tert-butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate; (meth) acrylic such as cyclohexyl (meth) acrylate and isobornyl (meth) acrylate Acid cycloalkyl ester; Aralkyl (meth) acrylate such as benzyl (meth) acrylate; (Meth) acrylate ester having glycidyl group such as glycidyl (meth) acrylate, etc., but methyl (meth) acrylate is Preferred. These exemplified monofunctional monomers may be used alone, or two or more kinds may be appropriately mixed and used.
  • the crosslinkable monomer may be a compound containing a plurality of carbon-carbon double bonds copolymerizable with the carbon-carbon double bond of the monofunctional monomer.
  • Specific examples of the crosslinkable monomer include alkylenes such as ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, and dipropylene glycol di (meth) acrylate.
  • Glycol poly (meth) acrylate neopentyl glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol poly (meth) acrylate such as dineopentyl glycol di (meth) acrylate; trimethylolpropane tri (meth) acrylate, ditrimethylolpropane tetra ( Trimethylolpropane poly (meth) acrylate such as (meth) acrylate; pens such as pentaerythritol tetra (meth) acrylate and dipentaerythritol hexa (meth) acrylate Polyfunctional (meth) acrylates such as erythritol poly (meth) acrylate; polyfunctional styrene monomers such as divinylbenzene; polyfunctional allyl esters such as diallyl phthalate, diallyl isophthalate, triallyl cyanurate, triallyl isocyanurate And monomers.
  • the concentration of the compound or metal oxide particles in the dispersion can be appropriately set according to the use, but is usually 90% by mass or less with respect to the dispersion. If it exceeds 90% by mass, it may be difficult to disperse uniformly and the dispersion may become cloudy.
  • the lower limit is not particularly limited, but is, for example, 1% by mass or more in consideration of the solvent cost. More preferably, they are 5 mass% or more and 80 mass% or less, More preferably, they are 10 mass% or more and 70 mass% or less.
  • the resin used in the resin composition is not particularly limited as long as it is usually used as a resin, and examples thereof include thermoplastic resins, thermosetting resins, and photocurable resins.
  • the composition containing the monomer corresponds to a curable composition.
  • the curable composition constitutes a resin composition after curing.
  • the composition of the present invention may be a resin composition containing the polymer (resin).
  • any of a thermoplastic resin, a thermosetting resin, and a photocurable resin can be used as the medium (matrix).
  • thermoplastic resin examples include polyamides such as 6-nylon, 66-nylon and 12-nylon; polyimides; polyurethanes; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; polyesters such as PET, PBT and PEN Aromatic polyethers such as polyethersulfone, polyetherethersulfone, polyetherketone and polyetheretherketone; polyvinylchlorides; polyvinylidene chlorides; polyvinylacetates; polystyrenes; (meth) acrylic resins Examples thereof include a series polymer; ABS resin; fluororesin; imidosilane resin; Moreover, soft resins and hard resins such as polyvinyl butyral resins, polyurethane resins, ethylene-vinyl acetate copolymer resins, and ethylene- (meth) acrylate copolymer resins are also included.
  • a thermoplastic resin is used as a medium, a known mixing means can be used, and for example, mixing with an extru
  • thermosetting resins examples include phenolic / formalin resins and cresol / formalin resins such as condensation resins, amino resins such as urea resins, melamine resins, and guanamine resins.
  • phenolic / formalin resins and cresol / formalin resins such as condensation resins, amino resins such as urea resins, melamine resins, and guanamine resins.
  • a resin a combination with a compound having a triazine ring, a guanamine derivative, a cyanuric acid derivative, or an isocyanuric acid derivative is also a preferred embodiment.
  • the resin curable by heat or light it is also possible to use a resin having a cationic polymerizable group and / or a radical polymerizable group.
  • epoxy resin urethane (meth) acrylate; epoxy (meth) acrylate; polyester (meth) acrylate; unsaturated polyester; styrene resin such as divinylbenzene; diallyl phthalate, diallyl isophthalate, triallyl cyanurate, Allyl ester resins such as triallyl isocyanurate; ethylene glycol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, 1,9-nonanediol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate 3-methyl-1,5-pentanediol di (meth) acrylate, 2-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol
  • a polymerizable monomer In the case of employing a resin that is cured by heat or light, it is also a preferred embodiment to use a polymerizable monomer, a polymerization initiator, a thermal polymerization accelerator, a photosensitizer, a photopolymerization accelerator, and the like in combination.
  • the polymerizable monomer is not particularly limited, and specific examples include styrene, 4-t-butylstyrene, ⁇ -methylstyrene, 4-chlorostyrene, 4-methylstyrene, 4-chloromethyl.
  • Styrene monomers such as styrene; methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, isobornyl ( (Meth) acrylate, 1-adamantyl (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate, trifluoroethyl (meta) (Meth) acrylic acid derivatives such as acrylate and perfluorooctylethyl (meth) acrylate; vinyl ether monomers such as hydroxybutyl vinyl ether and dodecyl vinyl ether; allyl
  • 1,3-dioxolane monomers (meth) acryloylmorpholine; N-vinylformamide; N-vinylpyrrolidone; These polymerizable monomers may be used alone or in combination of two or more. Of these polymerizable monomers, (meth) acrylic ester compounds are preferred.
  • polyimides polyurethanes, polyesters, (meth) acrylic resin polymers, phenol resins, amino resins, and epoxy resins are more preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the concentration of the metal oxide particles of the present invention in the composition can be appropriately set depending on the use.
  • all components of the uncured composition metal oxidation
  • It is 90% by mass or less with respect to 100% by mass (total of all used particles among physical particles, solvent, monomer, oligomer, polymer, and polymer precursor described later). If it exceeds 90% by mass, it may be difficult to uniformly disperse and the uncured composition may become cloudy.
  • the lower limit is not particularly limited, but is, for example, 1% by mass or more in consideration of the solvent cost. More preferably, they are 5 mass% or more and 80 mass% or less, More preferably, they are 10 mass% or more and 70 mass% or less.
  • the resin composition of the present invention includes not only the composition of the above-described polymer compound (polymer) and the compound of the present invention or metal oxide particles, but also a monomer (polymer precursor) constituting the polymer, For example, a composition of a mixture of a dicarboxylic acid and a diamine, an unsaturated carboxylic acid such as acrylic acid or methacrylic acid or an ester compound thereof, and the compound of the present invention or metal oxide particles is also included. Moreover, the resin composition of this invention may contain both a polymer and a monomer.
  • a polymer having particularly good heat resistance By using a polymer with good heat resistance, the effect of improving the heat resistance of the metal oxide particles of the present invention can be fully exhibited.
  • polyimides, (meth) acrylic resins, phenol resins, epoxy resins and the like are preferable.
  • the compounding amount of the metal oxide particles in the resin composition according to the present invention is preferably in the range of 1% by mass to 90% by mass in the composition. If the blending amount is less than 1% by mass, the refractive index of the sheet-like molded article or optical article made of the resin composition may be lowered. On the other hand, when the said compounding quantity exceeds 90 mass%, there exists a possibility that the viscosity of a composition may become high and workability
  • a more preferable upper limit of the compounding amount of the metal oxide particles is 85% by mass, and 80% by mass is most preferable. Moreover, the more preferable lower limit of the amount is 10% by mass, more preferably 15% by mass, and most preferably 20% by mass.
  • the resin composition of the present invention may contain a dispersion aid in order to further improve dispersibility.
  • the dispersion aid is not particularly limited as long as it can disperse the metal oxide particles of the present invention, but typically includes a surfactant and the like.
  • the surfactant examples include an anionic surfactant, a cationic surfactant, a zwitterionic surfactant, and a nonionic surfactant.
  • Anionic surfactants include fatty acid sodium such as sodium oleate, sodium stearate and sodium laurate; fatty acid surfactant such as fatty acid potassium and sodium fatty acid ester sulfonate; phosphoric acid such as sodium alkyl phosphate
  • An olefin surfactant such as sodium alpha olein sulfonate; an alcohol surfactant such as sodium alkyl sulfate; an alkyl benzene surfactant and the like are used.
  • alkylmethylammonium chloride alkyldimethylammonium chloride, alkyltrimethylammonium chloride, alkyldimethylbenzylammonium chloride and the like are used.
  • a carboxylic acid-based surfactant such as an alkylaminocarboxylate
  • a phosphate ester-based surfactant such as phosphobetaine
  • the nonionic surfactant include fatty acid surfactants such as polyoxyethylene lanolin fatty acid ester and polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester; polyoxyethylene alkylphenyl ether; fatty acid alkanolamide and the like.
  • 2-acryloyloxyethyl succinic acid 2-acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid, 2-acryloyloxyethyl phthalic acid, 2-methacryloyloxyethyl succinic acid, 2-methacryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid
  • 2-methacryloyloxyethyl succinic acid 2-methacryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid
  • the resin composition of the present invention may contain the compound of the present invention or metal oxide particles (substitution coated particles) and other additive components of the resin.
  • the additive component include a curing agent, a curing accelerator, a colorant, an internal mold release agent, a coupling agent, a reactive diluent, a plasticizer, a stabilizer, a flame retardant aid, a crosslinking agent, and a low shrinkage agent.
  • Polymerization inhibitors antioxidants, ultraviolet absorbers, antifoaming agents, leveling agents, thixotropic agents, thickeners and the like.
  • the resin composition of the present invention (including the cured curable composition) has high transparency because the metal oxide particles are uniformly dispersed.
  • the transmittance of light having a wavelength of 400 nm at a thickness of 100 ⁇ m can be 70% or more, preferably 75% or more, more preferably 80% or more.
  • the resin composition of the present invention (including the cured curable composition) contains a predetermined amount of metal oxide particles, and thus has a high refractive index.
  • the refractive index for light of 589 nm can be 1.5 or more, and preferably 1.6 or more.
  • the upper limit of the refractive index may be about 1.8.
  • the shape of the resin composition (including the cured curable composition) of the present invention is not particularly limited, and may be a molded body such as a film, a plate, a sheet, a film, or a fiber.
  • the transparent resin composition for transparent sheet molding is molded into a sheet shape.
  • the planar molded body includes all surfaces having a surface such as a film, a plate, a sheet, and a film, and does not depend on the thickness or the film thickness.
  • the shape may be any shape such as a square, a rectangle, a circle, an ellipse, a triangle, a polygon, an irregular shape, a roll form, and a laminated form.
  • the planar molded body obtained by the present invention can easily adjust the refractive index, it is possible to prevent reflection and scattering of light due to a difference in refractive index between layers of a display device having a multilayer structure. Furthermore, since the dielectric constant is improved by blending the metal oxide particles of the present invention, it can be suitably used for an insulating film.
  • an electrode pattern is drawn using a high refractive index material such as an ITO film as a transparent conductive film, and a first layer in which a pattern is drawn in the X direction and an pattern is drawn in the Y direction across an insulating layer. It has a two-layer three-layer structure.
  • the resin composition for a transparent sheet-shaped molded article of the present invention can be used suitably for a layer in contact with an electrode layer such as an insulating layer or a protective film because it can prevent a drawing pattern from being seen and improve visibility. be able to.
  • an electrode layer such as an insulating layer or a protective film
  • interlayer insulating films for semiconductor elements, planarizing films for solid-state imaging elements, microlens array patterns, or cores and cladding materials for optical waveguides can also be suitably employed.
  • the refractive index of the resin composition can be adjusted. Furthermore, since the average particle diameter of the metal oxide particles is 1 nm or more and 100 nm or less, the transparency of the resin composition is maintained. Since the surface of the metal oxide particles of the present invention is coated with an organic compound capable of coordination and / or bonding, the dispersibility in the resin is good and the heat resistance and ultraviolet resistance are also excellent. Therefore, the metal oxide particles of the present invention can exhibit their characteristics (such as a high refractive index) without aggregating in the composition, and do not change color even when exposed to high temperature or ultraviolet light. It can be suitably used for a resin layer or a resin film layer.
  • the surface of the metal oxide particles of the present invention is coated with an organic compound capable of coordination and / or bonding, the particle surface can be made hydrophobic compared to uncoated particles. It can be made excellent in water resistance and electrical properties (insulating properties) when cured.
  • Metal oxide particles (coated zirconium oxide particles) obtained by the present invention are used for optical lenses, optical film pressure-sensitive adhesives, optical film adhesives, nanoimprint resins, microlens arrays, and antireflections used for transparent electrodes. It is suitably used for optical materials such as a layer, an antireflection film, an antireflection agent, a surface coat of an optical lens, and an organic EL light extraction layer.
  • the curable composition using the metal oxide particles (substitution coated particles) produced according to the second invention contains highly dispersible metal oxide particles (substitution coating particles), and therefore has fluidity. And excellent curability. Therefore, the nanoimprint technology is excellent in mold transferability.
  • the metal oxide particles of the present invention can be developed for various uses because of their remarkable dispersibility. Applications requiring high dispersibility include resist applications, optical applications, coating applications, and adhesive applications. Optical lenses, optical film adhesives, optical film adhesives, nanoimprint resin compositions, microlens arrays, and transparent electrodes Antireflective layer, antireflective film and antireflective agent, surface coating of optical lens, organic EL light extraction layer, various hard coat materials, flattening film for TFT, overcoat for color filter, antireflective film, etc. It is suitably used for optical materials such as protective films, optical filters, insulating films for touch sensors, insulating films for TFTs, photo spacers for color filters, and protective films for touch panels.
  • the metal oxide particles of the present invention have high refractive index, high hardness, and high stability in addition to remarkable dispersibility, so an optical lens, an optical lens surface coat, various hard coat materials, an insulating film for a touch sensor, It is preferably used for an insulating film for TFT and a protective film for touch panel.
  • the metal oxide particles of the present invention can be applied to semiconductor gate insulating films and memory capacitor insulating films such as DRAMs by making use of their high dielectric constants in addition to optical applications.
  • a method for obtaining such an insulating film having a high dielectric constant a method in which an organic metal precursor is used and an oxidation process is performed after vapor deposition such as CVD (Chemical Vapor Deposition) or ALD (Atomic Layer Deposition). It has been known.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • the metal oxide particles of the present invention do not require high temperature treatment, have already a high dielectric constant at the time of production, and are single particles of several nanometers, so that they can be stacked for future semiconductor miniaturization. At the same time, since it does not require high-temperature treatment, it can be applied to semiconductor manufacturing on a plastic substrate.
  • a curable composition (curable resin) containing the metal oxide particles of the present invention is prepared.
  • the metal oxide particle of the present invention a polymer having an acid group, a polymer having an acid group and a radical polymerizable group or an epoxy group, a compound having a radical polymerizable double bond, a compound having an epoxy group, a photo radical Generator or photoacid generator, if necessary, solvent, colorant, filler, dye, pigment, antifoaming agent, coupling agent, leveling agent, sensitizer, mold release agent, lubricant, plasticizer, antioxidant,
  • a resist composition containing known additives such as an ultraviolet absorber, a flame retardant, a polymerization inhibitor, a thickener, and a dispersant is prepared.
  • Various components can be selected from combinations of known materials and known blending ratios.
  • a substrate is prepared by depositing the curable composition (curable resin composition) containing the metal oxide particles of the present invention on a transparent substrate such as glass or transparent plastic or a transparent electrode.
  • a transparent substrate such as glass or transparent plastic or a transparent electrode.
  • the transparent electrode include ITO, IZO, AZO, ZnO 2 and tin antimonic acid.
  • a transparent electrode thin film can be formed on a glass substrate by a conventional method such as a physical method such as vacuum deposition, sputtering, ion plating, ion beam deposition, or chemical vapor deposition. .
  • the curable composition containing the metal oxide particles of the present invention is coated on the above substrate by a known method such as spin coating or spraying, and dried to prepare a coating film.
  • a spin coating method is preferably used as the coating method.
  • drying conditions a method of heating and drying at room temperature to 120 ° C., preferably 60 ° C. to 100 ° C., 10 seconds to 60 minutes, preferably 30 seconds to 10 minutes under normal pressure or vacuum is preferable.
  • a photomask (patterning film) provided with an opening corresponding to a desired pattern shape is placed on the coating film in a contact state or in a non-contact state, and irradiated with light to be cured.
  • light means not only visible light but also radiation such as ultraviolet rays, X-rays, and electron beams, with ultraviolet rays being most preferred.
  • a high-pressure mercury lamp is preferably used as the ultraviolet ray source.
  • an alkaline aqueous solution is preferable because it has a low environmental load and can be developed with high sensitivity.
  • an alkali component potassium hydroxide, sodium hydroxide, sodium carbonate and the like are preferable.
  • the alkali concentration is preferably 0.01 to 5% by mass, more preferably 0.05 to 3% by mass, and most preferably 0.1 to 1% by mass. If the alkali concentration is lower than the above range, the solubility of the curable resin may be insufficient. Conversely, if the alkali concentration is high, the dissolving power may be too high and developability may be poor. Further, a surfactant may be added to the alkaline aqueous solution.
  • post-baking it is preferable to further cure by heating after alkali development (post-baking) to further advance the curing, and when the solvent remains.
  • the temperature at the post-baking is preferably 120 to 300 ° C, more preferably 150 to 250 ° C, and most preferably 180 to 230 ° C. If the post-baking temperature is higher than the above, the element may be colored or the smoothness of the coating film may be impaired due to thermal decomposition. On the other hand, if the post-baking temperature is low, the progress of curing is small and the coating film strength may be reduced. Post-baking may be performed after development in forming each member, or may be performed after all members are formed.
  • the element is preferably used in a display device, and a specific example is preferably a liquid crystal display device, but is not limited thereto, and may be a display device using an organic EL, for example. Moreover, it can be used suitably also for articles, such as a touch panel.
  • the metal oxide particles of the present invention have nano-order dispersibility, and are derived from the refractive index of the metal oxide, and the refractive index of the cured product. Is greatly improved, and can be suitably used. For example, it can be produced as follows.
  • the metal oxide particles of the present invention and resin monomers and oligomers are mixed using a mixer or the like to produce a resin composition having fluidity.
  • the resin composition is molded into a predetermined shape using a metal mold, a glass mold, a resin mold, etc., and a minute convex lens portion is formed on the surface (one surface) of the base material made of a flat resin composition.
  • the formed molded body is produced.
  • a resin composition containing an ultraviolet (UV) curable resin such as an acrylic resin.
  • UV ultraviolet
  • a radical polymerization reaction initiated by heating or light irradiation is used. Mold molding method, transfer molding method and the like.
  • this radical polymerization reaction include a polymerization reaction by heat (thermal polymerization), a polymerization reaction by light such as ultraviolet rays (photopolymerization), a polymerization reaction by gamma rays, or a method in which a plurality of these are combined.
  • the transparent composite in which the metal oxide particles of the present invention are dispersed in the resin is used, and the surface of the flat transparent substrate made of this transparent composite is used. Since the minute convex lens portion is formed, the light transmittance, the refractive index, the thermal stability, the hardness and the weather resistance can be improved.
  • an optical lens excellent in high light transmittance, high refractive index, high thermal stability, high hardness, and weather resistance can be provided. Since this microlens array is excellent in high light transmittance, high refractive index, high thermal stability, high hardness and weather resistance, OA equipment such as copying machines and printers that require high resolution and high reliability. It is suitable for etc.
  • the method of forming the microlens on the plate-like member has been exemplified. However, the method can be suitably used for a spherical lens, an aspherical lens, a Fresnel lens, and the like.
  • the metal oxide particles of the present invention have nano-order high dispersibility, and furthermore, the metal oxide has high hardness and excellent scratch resistance, so it is useful for increasing the hardness and scratch resistance of the substrate. It is. For example, it can be produced as follows.
  • the coating composition may contain, in addition to the metal oxide particles of the present invention, a polymerizable monomer and a polymerization initiator, a thermal polymerization accelerator, a photosensitizer, a photopolymerization accelerator, etc. Can be obtained by blending, mixing and stirring an organic solvent, a polymer, various additives and the like.
  • a polymerization initiator it is irradiated with an electron beam, when a thermal polymerization initiator is blended, by heating, and when a photopolymerization initiator is blended. It can be cured by irradiating with ultraviolet rays.
  • the above coating composition is applied to a substrate by a conventionally known method such as hand coating such as brush coating, spray coating, or dipping.
  • the coating amount is preferably 0.2 to 100 g / m 2 , more preferably 0.5 to 70 g / m 2 .
  • the coating thickness is preferably in the range of 1 to 500 ⁇ m, more preferably 2 to 200 ⁇ m.
  • polyethylene polyethylene
  • PP polypropylene
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PMMA polyacrylate
  • PVA polyvinyl alcohol
  • PS polystyrene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT Polybutylene terephthalate
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymer
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer
  • TAC triacetyl cellulose
  • COP cycloolefin polymer
  • PC poly Resin moldings and fills such as ether ketone (PEEK), polyamide imide (PAI), polyimide (PI), polyether amide (PEI), nylon (NY), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene chloride ;
  • Polyethylene-coated paper coated paper such as polyethylene terephthalate coated paper, paper such as uncoated paper; wood; glass; stainless steel
  • the coating composition applied to the substrate is cured by heating or ultraviolet irradiation to form a cured film.
  • heating temperature may be appropriately adjusted according to the type of the substrate, and is not particularly limited, but is preferably 80 to 200 ° C, more preferably 90 to 180 ° C, and still more preferably 100 to 170 ° C. Within range.
  • the heating time may be appropriately adjusted according to the application area and the like, and is not particularly limited, but is preferably 1 minute to 24 hours, more preferably 10 minutes to 12 hours, and further preferably 30 minutes to 6 hours. Is within the range.
  • a light source including light within a wavelength range of 150 to 450 nm may be used.
  • a light source include sunlight, a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, an ultrahigh-pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a gallium lamp, a xenon lamp, and a carbon arc lamp.
  • the cumulative amount of irradiation is preferably in the range of 0.1 to 10 J / cm 2 , more preferably 0.15 to 8 J / cm 2 , and still more preferably 0.2 to 5 J / cm 2 .
  • an electron beam having an acceleration voltage of preferably 10 to 500 kV, more preferably 20 to 300 kV, and still more preferably 30 to 200 kV may be used.
  • the irradiation amount is preferably in the range of 2 to 500 kGy, more preferably 3 to 300 kGy, and still more preferably 4 to 200 kGy.
  • the coating composition may use a simultaneous molding method.
  • This method is a resin molding in which a decorative film composed of at least a film and a decorative layer is placed in a mold for injection molding, and after closing the mold, a molding resin is injected into a cavity and the molding resin is solidified.
  • a decorative sheet is obtained by integrally bonding a decorative sheet to the surface of the product.
  • the hard coat material of the present invention includes OA equipment, communication equipment such as mobile phones, household electrical appliances, automotive interior / exterior parts, furniture exterior members, plastic lenses, cosmetic containers, beverage containers, organic EL displays, etc. It is suitably used in application fields such as displays, touch panels such as home appliances, sinks, washstands, and even show windows and window glass.
  • the average primary particle diameter of zirconium oxide particles was measured by observing with an ultra-high resolution field emission scanning electron microscope (S-4800, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). The zirconium oxide particles were observed at a magnification of 150,000 times, the length of each particle in the major axis direction was measured for any 100 particles, and the average value was taken as the average primary particle diameter.
  • Acid value 80 ml of acetone and 10 ml of water are added to 0.5 to 1 g of the polymer solution and stirred to dissolve uniformly.
  • An automatic titrator (“COM”) is prepared using 0.1 mol / L KOH aqueous solution as the titrant. -555 "manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd.) and the acid value of the solution was measured. The acid value of the polymer was calculated from the acid value of the solution and the polymer concentration, assuming that all the acids were derived from the polymer.
  • the curable resin composition was spin-coated on a glass substrate and dried at 100 ° C. for 3 minutes to form a coating film having a thickness of 2.0 ⁇ m.
  • the coating film was exposed to 50 mJ / cm 2 of UV light through a line-and-space photomask with a line width of 30 ⁇ m using a UV exposure apparatus (trade name: TME-150RNS, manufactured by Topcon), and a spin developer ( Development was performed with 0.05% aqueous potassium hydroxide solution for 20 seconds using Actes Co., Ltd. (trade name: ADE-3000S) to evaluate developability.
  • Refractive index measurement test Apply a curable resin composition on a slide glass with an applicator so that the film thickness becomes 100 ⁇ m, and irradiate ultraviolet rays of 1000 mJ / cm 2 with a high-pressure mercury lamp in a nitrogen atmosphere. To obtain a cured product.
  • the refractive index of light having a wavelength of 589 nm of the obtained cured product was measured at 20 ° C. using a refractometer (DR-M2 manufactured by Atago Co., Ltd.).
  • Pencil hardness In accordance with JIS K 5400 8.4.1 (testing machine method), a pencil scratch test was performed, and the pencil hardness when the coating film was scratched was defined as the hardness.
  • a release agent (“Fluorosurf (registered trademark) FG5020” manufactured by Fluoro Technology Co., Ltd.) was applied and formed using a spin coater (coating conditions: slope 5 sec ⁇ 1500 rpm 30 sec), and then at 80 ° C. Dry on hot plate for 5 minutes.
  • a mold made of polydimethylsiloxane was prepared using the mold obtained by the above-described mold release treatment as a master. Specifically, polydimethylsiloxane (manufactured by Shin-Etsu Silicone, "KE-1310ST”) and catalyst (manufactured by Shin-Etsu Silicone, "CAT-1310S”) are mixed at a ratio of 10: 1 (mass ratio), and defoamed. It was. This mixture was poured onto the master, and a support substrate (quartz plate) for molding was installed from above. The mixture was allowed to stand at room temperature for 24 hours and then kept in an oven at 80 ° C. for 3 hours.
  • the PDMS mold formed from “KE-1310ST” and “CAT-1310S” had a glass transition temperature of ⁇ 140 to ⁇ 120 ° C. and an elastic modulus at 23 ° C. of 6.0 MPa.
  • Example 1 100 g of basic zirconium carbonate (Zr 2 (CO 3 ) (OH) 2 O 2 , 43% ZrO 2 content 43% wet product, moisture content is 7 moles per mole of zirconium, manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd.), 2 , 2-Dimethylbutyric acid 83 g (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), xylene 50 g, and deionized water 59 g were heated to 80 ° C. in an open system and stirred for 1 hour. When 5 g of the organic layer after the reaction was taken out and added to 50 g of acetone, a white precipitate was deposited.
  • 2-Dimethylbutyric acid 83 g manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd
  • Example 2 Under stirring, 30 g of sodium hydroxide (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., special grade) was added to 210.6 g of pure water at 40 ° C. to obtain an aqueous sodium hydroxide solution. Next, 100.0 g of 2,2-dimethylbutyric acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the aqueous sodium hydroxide solution with stirring to prepare an aqueous 2,2-dimethylbutyric acid solution.
  • sodium hydroxide manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., special grade
  • the zirconium 2,2-dimethylbutyrate xylene solution was concentrated to 120 g with an evaporator, and 360 g of methanol (manufactured by Hokuko Chemical Co., Ltd.) was added thereto, and the precipitated white zirconium 2,2-dimethylbutyrate was removed by filtration. And dried under vacuum at room temperature for 12 hours.
  • the weight reduction rate of 2,2-dimethylbutyric acid zirconium after drying measured according to “(5) Measurement of weight reduction rate” was 65%, and the yield of zirconium 2,2-dimethylbutyrate after drying was 100 g. .
  • the above-mentioned zirconium 2,2-dimethylbutyrate had a weight reduction rate of 65% as measured according to “(5) Measurement of weight reduction rate”. Therefore, the weight ratio of ZrO 2 contained in the obtained compound was 35%. From this, it was found that the weight ratio of Zr atoms was 26%. Moreover, since the carbon content of the compound obtained as a result of measuring according to “(7) Measurement of carbon content” was 41%, it was found that the content ratio of the C 5 H 11 COO unit was 66%. It was. From this result, it was confirmed that the molar ratio of Zr atoms to C 5 H 11 COO units was 1 ⁇ 2, and the structure was ZrO (OCOC 5 H 11 ) 2 .
  • Example 3 100 g of basic zirconium carbonate (compositional formula: Zr 2 (CO 3 ) (OH) 2 O 2 , wet product having a ZrO 2 content of 43%, manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd.) and 83 g of 2,2-dimethylbutyric acid (zirconium 1 2 mol), xylene 50 g, and deionized water 59 g (9 mol per 1 mol of zirconium) were mixed in an autoclave, and the atmosphere in the autoclave was replaced with nitrogen gas. Thereafter, the mixture was heated to 190 ° C. and held for 22 hours (the pressure in the autoclave was 2.5 MPa). The solution after the reaction was taken out, and the precipitate accumulated at the bottom was separated by filtration and washed with 200 g of toluene. The washed product was dried to obtain 40 g of white coated zirconium oxide particles.
  • Example 4 29 g of white coated zirconium oxide particles were obtained in the same manner as in Example 3 except that 63 g of 2,2-dimethylbutyric acid was used (1.5 mol with respect to 1 mol of zirconium).
  • Example 5 100 g of basic zirconium carbonate (Zr 2 (CO 3 ) (OH) 2 O 2 , ZrO 2 content 43% wet product, manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd.), 83 g of 2,2-dimethylbutyric acid, 1,2,4 -A mixed solution of 50 g of trimethylbenzene and 59 g of deionized water was put in an autoclave, and the atmosphere in the autoclave was replaced with nitrogen gas. Thereafter, the mixture was heated to 190 ° C. and held for 22 hours (the pressure in the autoclave was 2.5 MPa). The solution after the reaction was taken out, and the precipitate accumulated at the bottom was separated by filtration and washed with 200 g of toluene. The washed product was dried to obtain 37 g of white coated zirconium oxide particles.
  • Zr 2 (CO 3 ) (OH) 2 O 2 , ZrO 2 content 43% wet product manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd.
  • Example 6 36 g of white coated zirconium oxide particles were obtained in the same manner as in Example 5 except that 63 g of 2,2-dimethylbutyric acid was used.
  • Example 7 100 g basic zirconium carbonate (Zr 2 (CO 3 ) (OH) 2 O 2 , 43% ZrO 2 wet product, Nippon Light Metal Co., Ltd.), 63 g 2,2-dimethylbutyric acid, 1,2,4
  • a mixed solution of 50 g of trimethylbenzene, 59 g of deionized water and 3 g of NaOH (0.2 mol with respect to 1 mol of zirconium) was put in an autoclave, and the atmosphere in the autoclave was replaced with nitrogen gas. Thereafter, the mixed solution was heated to 190 ° C. and maintained for 22 hours (the pressure in the autoclave was 2.6 MPa). The solution after the reaction was taken out, and the precipitate accumulated at the bottom was separated by filtration and washed with 200 g of toluene. The washed product was dried to obtain 46 g of white coated zirconium oxide particles.
  • Example 8 44 g of white coated zirconium oxide particles were obtained in the same manner as in Example 7 except that 42 g of 2,2-dimethylbutyric acid was used (1 mol per 1 mol of zirconium).
  • Example 9 100 g of basic zirconium carbonate (Zr 2 (CO 3 ) (OH) 2 O 2 , ZrO 2 content 43% wet product manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd.), 2,2-dimethylbutyric acid 42 g, 1,2,4 -A mixed solution of 100 g of trimethylbenzene and 3 g of NaOH was put in an autoclave, and the atmosphere in the autoclave was replaced with nitrogen gas. Thereafter, the mixed solution was heated to 190 ° C. and held for 22 hours (the pressure in the autoclave was 2.4 MPa). The solution after the reaction was taken out, and the precipitate accumulated at the bottom was separated by filtration and washed with 200 g of toluene. The washed product was dried to obtain 35 g of white coated zirconium oxide particles.
  • Zr 2 (CO 3 ) (OH) 2 O 2 , ZrO 2 content 43% wet product manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd. 2,2-dimethylbuty
  • Example 10 26 g of white coated zirconium oxide particles were obtained in the same manner as in Example 9 except that 21 g of 2,2-dimethylbutyric acid was used (0.5 mol with respect to 1 mol of zirconium) and the internal pressure of the autoclave was 2.6 MPa. Got.
  • Example 11 43 g of white coated zirconium oxide particles were obtained in the same manner as in Example 9, except that 50 g of 1,2,4-trimethylbenzene was used and the internal pressure of the autoclave was 2.6 MPa.
  • Example 12 100 g of basic zirconium carbonate (Zr 2 (CO 3 ) (OH) 2 O 2 , 43% ZrO 2 wet product manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd.), 63 g of 2,2-dimethylbutyric acid, 59 g of deionized water, And 3 g of NaOH were placed in an autoclave, and the atmosphere in the autoclave was replaced with nitrogen gas. Thereafter, the mixed solution was heated to 190 ° C. and maintained for 22 hours (the pressure in the autoclave was 2.6 MPa). The solution after the reaction was taken out, and the precipitate accumulated at the bottom was separated by filtration and washed with 200 g of toluene. The washed product was dried to obtain 47 g of white coated zirconium oxide particles.
  • Zr 2 (CO 3 ) (OH) 2 O 2 , 43% ZrO 2 wet product manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd. 63 g of 2,2-dimethylbutyric acid
  • Example 13 100 g of basic zirconium carbonate (Zr 2 (CO 3 ) (OH) 2 O 2 , ZrO 2 content 43% wet product, manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd.), 83 g of 2,2-dimethylbutyric acid, 1,2,4
  • a mixed solution of 50 g of trimethylbenzene, 59 g of deionized water and 9 g of NaOH (0.6 mol with respect to 1 mol of zirconium) was put in an autoclave, and the atmosphere in the autoclave was replaced with nitrogen gas. Thereafter, the mixture was heated to 170 ° C. and held for 22 hours (the pressure in the autoclave was 2.1 MPa).
  • the solution after the reaction was taken out, and the precipitate accumulated at the bottom was separated by filtration and washed with 200 g of toluene.
  • the washed product was dried to obtain 41 g of white coated zirconium oxide particles.
  • Example 14 100 g basic zirconium carbonate (Zr 2 (CO 3 ) (OH) 2 O 2 , 43% ZrO 2 wet product, Nippon Light Metal Co., Ltd.), 83 g 2,2-dimethylbutyric acid, 1,2,4-trimethyl
  • Zr 2 (CO 3 ) (OH) 2 O 2 , 43% ZrO 2 wet product, Nippon Light Metal Co., Ltd. 83 g 2,2-dimethylbutyric acid, 1,2,4-trimethyl
  • a mixed solution of 50 g of benzene and 59 g of deionized water was heated to 80 ° C. in an open system and stirred for 1 hour. Thereafter, 9 g of NaOH was added, put in an autoclave, and the atmosphere in the autoclave was replaced with nitrogen gas. Thereafter, the mixture was heated to 170 ° C. and held for 22 hours (the pressure in the autoclave was 0.8 MPa).
  • the solution after the reaction was taken out, and the precipitate
  • Example 15 100 g of basic zirconium carbonate (Zr 2 (CO 3 ) (OH) 2 O 2 , ZrO 2 content 43% wet product, manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd.), 83 g of 2,2-dimethylbutyric acid, 50 g of xylene, and deionized water 59 g of the mixed solution was heated to 80 ° C. in an open system and stirred for 1 hour. Thereafter, the mixed solution was put in an autoclave, and the atmosphere in the autoclave was replaced with nitrogen gas. Thereafter, the mixture was heated to 190 ° C. and held for 22 hours (the pressure in the autoclave was 1.4 MPa). The solution after the reaction was taken out, and the precipitate accumulated at the bottom was separated by filtration and washed with 200 g of toluene. The washed product was dried to obtain 41 g of white coated zirconium oxide particles.
  • the ratio of tetragonal crystal, the weight reduction rate, and the average particle diameter were determined by the methods (1) to (6) described above, and the heat resistance was confirmed. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 16 270 g of zirconium 2,2-dimethylbutyrate obtained in Example 2 was mixed with 338 g of xylene and 288 g of pure water to obtain a mixed solution.
  • the mixed solution was charged into an autoclave equipped with a stirrer, and the atmosphere in the autoclave was replaced with nitrogen gas. Thereafter, the mixed solution is heated to 190 ° C. and kept at that temperature for 16 hours (the pressure in the autoclave is 1.4 MPa). did.
  • the washed product was dried to obtain 103 g of white coated zirconium oxide particles.
  • the average particle diameter (average primary particle diameter) of the zirconium oxide particles obtained by measurement with an electron microscope was 11 nm. Further, when the obtained zirconium oxide particles were analyzed by an infrared absorption spectrum, absorption derived from C—H and absorption derived from COOH could be confirmed. The absorption is considered to be caused by 2,2-dimethylbutyric acid and / or 2,2-dimethylbutyric acid-derived carboxylate coated on the zirconium oxide particles.
  • the weight reduction rate of the zirconium oxide particles measured according to the above-mentioned “(5) Measurement of weight reduction rate” was 12% by mass. Therefore, it was found that the total amount of 2,2-dimethylbutyric acid and 2,2-dimethylbutyric acid-derived carboxylate coating the zirconium oxide particles was 12% by mass of the entire coated zirconium oxide particles.
  • the zirconium oxide particles remained white and did not change.
  • Example 17 Example using 3,3-dimethylbutyric acid Under stirring, 60 g of sodium hydroxide (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., special grade) was added to 421 g of pure water at 40 ° C. to obtain an aqueous sodium hydroxide solution. Next, 200.0 g of 3,3-dimethylbutyric acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the aqueous sodium hydroxide solution with stirring to prepare an aqueous 3,3-dimethylbutyric acid solution.
  • sodium hydroxide manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., special grade
  • the weight reduction rate of the 3,3-dimethylbutyric acid zirconium salt after drying measured in accordance with “(5) Measurement of the weight reduction rate” was 63%, and the yield of zirconium 3,3-dimethylbutyrate after drying was 190 g. .
  • the average particle diameter (average primary particle diameter) of the zirconium oxide particles obtained by measurement with an electron microscope was 11 nm. Further, when the obtained zirconium oxide particles were analyzed by an infrared absorption spectrum, absorption derived from C—H and absorption derived from COOH could be confirmed. This absorption is considered to be caused by 3,3-dimethylbutyric acid and / or carboxylate derived from 3,3-dimethylbutyric acid coated on zirconium oxide particles.
  • the weight reduction rate of the zirconium oxide particles measured according to the above-mentioned “(5) Measurement of weight reduction rate” was 12% by mass. Therefore, it was found that the total amount of 3,3-dimethylbutyric acid and carboxylate derived from 3,3-dimethylbutyric acid coating the zirconium oxide particles was 12% by mass of the entire coated zirconium oxide particles.
  • the zirconium oxide particles remained white and did not change.
  • Example 18 Under stirring, 2.6 g of sodium hydroxide (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., special grade) was added to 11.5 g of pure water at 40 ° C. to obtain an aqueous sodium hydroxide solution. Next, 7.5 g of pivalic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the aqueous sodium hydroxide solution with stirring to prepare an aqueous sodium pivalate solution and heated to 80 ° C.
  • sodium hydroxide manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., special grade
  • zirconium oxychloride (ZrOCl 2 .8H 2 O, manufactured by Daiichi Elemental Chemical Co., Ltd., Zircosol ZC-20) was added to the sodium pivalate aqueous solution over 20 minutes. Of zirconium pivalate precipitated. The zirconium pivalate was removed by filtration, washed with methanol, and dried at room temperature under vacuum for 12 hours. The weight reduction rate of zirconium pivalate after drying measured according to “(5) Measurement of weight reduction rate” was 60%, and the yield of zirconium pivalate after drying was 8.5 g.
  • zirconium pivalate 1.06 g, 1.22 g of xylene, 1.13 g of pure water and 0.13 g of sodium hydroxide (made by Kishida Chemical Co., Ltd., special grade) were mixed to obtain a mixed solution.
  • the mixed solution was charged into an autoclave equipped with a stirrer, and the atmosphere in the autoclave was replaced with nitrogen gas. Thereafter, the mixed solution was heated to 190 ° C., held for 16 hours (the pressure in the autoclave was 1.4 MPa), reacted, then taken out from the autoclave, and the precipitate accumulated at the bottom was separated by filtration and washed with 10 g of toluene. The washed product was dried to obtain 0.17 g of white coated zirconium oxide particles.
  • the weight reduction rate of the zirconium oxide particles measured according to “(5) Measurement of weight reduction rate” described above was 17% by mass. Therefore, it was found that the total amount of pivalic acid and pivalic acid-derived carboxylate covering the zirconium oxide particles was 17% by mass of the entire coated zirconium oxide particles.
  • the zirconium oxide particles remained white and did not change.
  • Example 19 The zirconium oxide particle transparent dispersion liquid obtained by mixing 1.0 g of the zirconium oxide particles obtained in Example 17, 1.0 g of stearic acid, and 18.0 g of toluene and heating at 50 ° C. was obtained.
  • Example 20 1 g of zirconium oxide particles obtained in Example 15, 4.5 g of acetic acid and 4.5 g of deionized water were mixed to obtain a zirconium oxide dispersion.
  • a zirconium oxide dispersion was obtained by mixing 0.5 g of Plaxel FM-1 (hydroxyl group-containing methacrylic monomer, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) and DAROCUR 1173 (radical photopolymerization initiator, manufactured by BASF Corporation) with the dispersion. 0.1 g of this dispersion was dropped on a glass plate with a pipette and heated at 150 ° C. for 30 minutes.
  • the film was cured by irradiating with 8 J / cm 2 ultraviolet rays with a high-pressure mercury lamp to obtain a transparent coating film. It was confirmed that the obtained coating film did not contain fingerprints even when touched with a finger, and that curing was sufficiently advanced.
  • Examples 3 to 13 are examples in which zirconium carbonate, carboxylic acid, and other compounds were mixed and subjected to hydrothermal treatment.
  • Examples 14 and 15 are examples in which zirconium carbonate and carboxylic acid were reacted in the presence of other compounds excluding NaOH, and then NaOH was added and hydrothermally treated in Example 14. In any of Examples 3 to 15, zirconium oxide particles coated with a carboxylate compound could be obtained.
  • Example 18 is an example in which zirconium oxychloride was used as the oxo metal compound and sodium pivalate was used as the carboxylate compound, and these were hydrothermally treated. Zirconium oxide particles coated with the carboxylate compound also by such a method could get.
  • the mixed solution was heated to 180 ° C. and kept at the temperature for 16 hours (the pressure in the autoclave was 0.94 MPa) to cause reaction to produce zirconium oxide particles.
  • the mixed solution after the reaction was taken out, the precipitate accumulated at the bottom was filtered off, washed with acetone, and dried.
  • the precipitate (100 g) after drying was dispersed in toluene (800 mL), a cloudy solution was obtained.
  • filtration was again performed using a quantitative filter paper (manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd., No. 5C) to remove coarse particles in the precipitate. Further, the filtrate was concentrated under reduced pressure to remove toluene, and white zirconium oxide particles (coated ZrO 2 particles) were recovered.
  • the average particle size (average primary particle size) of the coated ZrO 2 particles obtained by measurement with an electron microscope was 12 nm. Further, when the obtained coated ZrO 2 particles were analyzed by an infrared absorption spectrum, absorption derived from C—H and absorption derived from COOH were confirmed. The absorption is considered to be caused by 2-ethylhexanoic acid and / or carboxylate derived from 2-ethylhexanoic acid coated on zirconium oxide particles.
  • the mass reduction rate of the coated ZrO 2 particles measured according to “(5) Measurement of mass reduction rate” described above was 12% by mass. Therefore, it was found that 2-ethylhexanoic acid and / or carboxylate derived from 2-ethylhexanoic acid covering the zirconium oxide particles was 12% by mass of the entire zirconium oxide particles.
  • Example 2-1 Production of zirconium oxide nanoparticles coated with 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate and 2-acryloyloxyethyl succinate (substitution coated ZrO 2 particles 1)
  • PMEA propylene glycol monomethyl ether acetate
  • n-hexane (36 g) was added to agglomerate the dispersed particles to make the solution cloudy, and the aggregated particles were separated from the cloudy liquid with a filter paper. Thereafter, the separated aggregated particles are added to n-hexane (36 g), and after stirring for 10 minutes, the aggregated particles are separated by a filter paper.
  • zirconium oxide particles (substitution coated ZrO 2 particles 1) surface-treated with carboxylate derived from 2-ethylhexanoic acid and 2-acryloyloxyethyl succinate were prepared.
  • substitution-coated ZrO 2 particles 1 were dispersed in deuterated chloroform and used as measurement data, and analyzed by 1 H-NMR. As a result, it was found that the molar ratio of 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate to 2-acryloyloxyethyl succinate was 10:90.
  • the mass reduction rate of the substitution-coated ZrO 2 particles 1 measured according to “(5) Measurement of mass reduction rate” described above was 20% by mass. Therefore, it was found that 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate and 2-acryloyloxyethyl succinate covering the zirconium oxide particles accounted for 20% by mass of the entire zirconium oxide particles. .
  • Example 2-2 Production of zirconium oxide nanoparticles coated with 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate and 2-acryloyloxyethyl succinate (substitution-coated ZrO 2 particles 2) Production Example 2-1 The obtained coated ZrO 2 particles (10 g) and 2-acryloyloxyethyl succinate (1 g) were stirred and mixed until they were uniformly dispersed in PGMEA (12 g). Subsequently, n-hexane (36 g) was added to agglomerate the dispersed particles to make the solution cloudy, and the aggregated particles were separated from the cloudy liquid with a filter paper.
  • the separated aggregated particles are added to n-hexane (36 g), and after stirring for 10 minutes, the aggregated particles are separated by a filter paper, and the obtained particles are vacuum-dried at room temperature, whereby 2-ethylhexanoic acid and / or Alternatively, zirconium oxide particles (substitution coated ZrO 2 particles 2) surface-treated with carboxylate derived from 2-ethylhexanoic acid and 2-acryloyloxyethyl succinate were prepared.
  • substitution-coated ZrO 2 particles 2 were dispersed in deuterated chloroform, used as measurement data, and analyzed by 1 H-NMR. As a result, it was found that the molar ratio of 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate to 2-acryloyloxyethyl succinate was 30:70. Furthermore, the mass reduction rate of the substitution-coated ZrO 2 particles 2 measured according to “(5) Measurement of mass reduction rate” described above was 20% by mass.
  • Synthesis Example 2-1 A separable flask equipped with a cooling tube was prepared as a reaction tank, while dimethyl-2,2 ′-[oxybis (methylene)] bis-2-propenoate (20 g, hereinafter referred to as “MD”) was used as a monomer dropping tank.
  • MD dimethyl-2,2 ′-[oxybis (methylene)] bis-2-propenoate
  • Methacrylic acid 50 g, hereinafter referred to as “MAA”), methyl methacrylate (80 g, hereinafter referred to as “MMA”), cyclohexyl methacrylate (50 g, hereinafter referred to as “CHMA”), t-butylperoxy-2-
  • An ethyl hexanoate (4 g, “Perbutyl O” manufactured by NOF Corporation; hereinafter referred to as “PBO”) and PGMEA (75 g) were prepared by well stirring and mixed with ⁇ -mercaptopropionic acid as a chain transfer agent dropping tank. (6 g, hereinafter referred to as “ ⁇ -MPA”) and PGMEA (5 g) mixed well were prepared.
  • glycidyl methacrylate 50 g, hereinafter referred to as “GMA”
  • MBMTB 2,2′-methylenebis (4-methyl-6-t-butylphenol)
  • Triethylamine 0.8 g, hereinafter referred to as “TEA”
  • PGMEA 75 g was added and cooled to room temperature to obtain a polymer solution having a concentration of 40% by mass.
  • the weight average molecular weight of the polymer was 9000, and the acid value of the polymer solution was 72 mgKOH / g.
  • Example 2-3 The substituted coated ZrO 2 particles 1 obtained in Example 2-1 (5.0 g), the polymer solution obtained in Synthesis Example 1 (resin solution, 5.0 g), dipentaerythritol hexaacrylate (3. 0 g) and PGMEA (18.7 g).
  • Curable resin composition 1 was obtained by mixing Irgacure (registered trademark) 907 (0.2 g, manufactured by Ciba Japan) as a photopolymerization initiator in the obtained dispersion.
  • the transmittance of the cured coating film of the curable resin composition 1 measured according to the above-mentioned “(14) Transparency evaluation” was 99%.
  • the developability of the curable resin composition 1 was evaluated according to “(15) Evaluation of developability”, as can be seen from FIG. 1, no unexposed residue was observed, and the developability was good. .
  • Example 2-4 In a brown-brown glass bottle, the substituted coated ZrO 2 particles 1 obtained in Example 2-1 (6.0 g), FA-BZA (1.5 g, benzyl acrylate, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.), light acrylate TMP-A ( 0.5 g, trimethylolpropane triacrylate (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), DAROCUR1173 (0.4 g, photoradical polymerization initiator, manufactured by Ciba Japan Co., Ltd.), stirred until uniform, and curable resin composition 2 Got.
  • the obtained curable resin composition 2 was fluid at 25 ° C.
  • the obtained curable resin composition 2 was used and measured according to the above-mentioned “(17) Refractive index measurement test”, the obtained cured product had a refractive index of 1.64.
  • Example 2-5 In a brown-brown glass bottle, the substituted coated ZrO 2 particles 1 obtained in Example 2-1 (6.0 g), light acrylate TMP-A (6.0 g), methyl ethyl ketone (28 g, hereinafter referred to as “MEK”) were mixed. did.
  • Curable resin composition 3 was obtained by mixing Irgacure (registered trademark) 907 (0.24 g, manufactured by Ciba Japan Co., Ltd.) as a photopolymerization initiator in the obtained dispersion.
  • the obtained curable resin composition 3 was coated on a PET film (Toyobo A4300, film thickness 100 ⁇ m, pencil hardness 2H) with a bar coater # 10, dried at 80 ° C. for 3 minutes, and high-pressure mercury in an air atmosphere. Curing was performed by irradiating the lamp with ultraviolet rays of 1000 mJ / cm 2 to obtain a cured product. When the pencil hardness was measured, the hardness was 3H.
  • n-hexane (36 g) was added to agglomerate the dispersed particles to make the solution cloudy, and the aggregated particles were separated from the cloudy liquid with a filter paper. Thereafter, the separated aggregated particles are added to n-hexane (36 g), and after stirring for 10 minutes, the aggregated particles are separated by a filter paper.
  • zirconium oxide particles (substitution coated ZrO 2 particles 3) surface-treated with carboxylate derived from 2-ethylhexanoic acid and 2-acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid were prepared.
  • substitution-coated ZrO 2 particles 3 were dispersed in deuterated chloroform, used as measurement data, and analyzed by 1 H-NMR. As a result, it was found that the molar ratio of 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate to 2-acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid was 25:75.
  • the mass reduction rate of the zirconium oxide particles measured according to “(5) Measurement of mass reduction rate” described above was 19% by mass. Therefore, 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate and 2-acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid covering the zirconium oxide particles are 19% by mass of the entire zirconium oxide particles. I understood.
  • n-hexane (36 g) was added to agglomerate the dispersed particles to make the solution cloudy, and the aggregated particles were separated from the cloudy liquid with a filter paper. Thereafter, the separated aggregated particles are added to n-hexane (36 g), and after stirring for 10 minutes, the aggregated particles are separated by a filter paper, and the obtained particles are vacuum-dried at room temperature, whereby 2-ethylhexanoic acid and / or Alternatively, zirconium oxide particles (substitution coated ZrO 2 particles 4) surface-treated with a carboxylate derived from 2-ethylhexanoic acid and 2-acryloyloxyethylphthalic acid were prepared.
  • substitution-coated ZrO 2 particles 4 were dispersed in deuterated chloroform, used as measurement data, and analyzed by 1 H-NMR. As a result, it was found that the molar ratio of 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate and 2-acryloyloxyethylphthalic acid was 6:94.
  • the mass reduction rate of the zirconium oxide particles measured according to the above-mentioned “(5) Measurement of mass reduction rate” was 24% by mass. Therefore, 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate and 2-acryloyloxyethylhexahydrophthalic acid covering the zirconium oxide particles are 24% by mass of the entire zirconium oxide particles. I understood.
  • Production Example 2-2 Production of zirconium oxide nanoparticles coated with 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate and 3-acryloxypropyltrimethoxysilane Coated ZrO 2 obtained in Production Example 2-1 Particles (10 g) were dispersed in toluene (90 g) to prepare a clear solution. To the solution, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane (1.5 g, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KBM-5103) was added as a surface treatment agent, and the mixture was heated to reflux at 90 ° C. for 1 hour.
  • 3-acryloxypropyltrimethoxysilane 1.5 g, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KBM-5103
  • n-hexane 300 g was added to the solution after the reflux treatment to agglomerate the dispersed particles to make the solution cloudy.
  • Aggregated particles are separated from the white turbid solution with a filter paper, dried by heating at room temperature, and surface-treated with 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate and 3-acryloxypropyltrimethoxysilane.
  • Nanoparticles substitution coated ZrO 2 particles 5 were prepared.
  • the average particle diameter (average primary particle diameter) of the zirconium oxide particles obtained by measurement with an electron microscope was 12 nm. Further, analysis by infrared absorption spectrum revealed absorption derived from Si—O—C in addition to absorption derived from C—H and absorption derived from COOH. These absorptions are considered to be derived from 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate and 3-acryloxypropyltrimethoxysilane covering the zirconium oxide nanoparticles. Furthermore, the mass reduction rate of the zirconium oxide particles measured according to the above-mentioned “(5) Measurement of mass reduction rate” was 17% by mass.
  • the Si content was measured, and 3-acryloxypropyltrimethoxysilane in the coating layer was quantified.
  • the total carbon content in the nanoparticles is measured, and 2-ethylhexanoic acid and / or 2 is obtained by subtracting the carbon content derived from 3-acryloxypropyltrimethoxysilane. -The amount of carbon derived from carboxylate derived from ethylhexanoic acid was calculated, and the amount of carboxylate derived from 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid in the coating layer was determined.
  • the ratio of 3-acryloxypropyltrimethoxysilane to 2-ethylhexanoic acid and / or carboxylate derived from 2-ethylhexanoic acid in the coating layer was 1.5 in terms of molar ratio.
  • Example 2-8 Curable in the same manner except that as with substituted-coated ZrO 2 particles 5 which was synthesized in Preparation Example 2-2 in place of the substituted-coated ZrO 2 particles 1 Example 2-3 (curable resin composition 1) A resin composition 4 was obtained. The transmittance of the cured coating film of the curable resin composition 4 measured according to the above-mentioned “(14) Transparency evaluation” was 98%. Moreover, when the developability of the curable resin composition 4 was evaluated according to “(16) Evaluation of developability”, a residue in the unexposed area was observed as shown in FIG. .
  • Example 2-9 Curability was obtained in the same manner as in Example 2-4 (curable resin composition 2) except that the substituted coated ZrO 2 particles 5 synthesized in Production Example 2-2 were used instead of the substituted coated ZrO 2 particles 1.
  • a resin composition 5 was obtained.
  • the obtained curable resin composition 5 did not have fluidity at 25 ° C. Although it was going to evaluate "(20) Molding characteristic" about curable resin composition 5, curable resin composition 5 cannot be dripped on Si wafer, and a zirconia nanoparticle containing structure can be obtained. There wasn't.
  • Comparative Example 2-1 Light acrylate TMP-A (6.0 g) and methyl ethyl ketone (14 g) were mixed in a brown brown glass bottle.
  • Comparative curable resin composition 1 was obtained by mixing Irgacure (registered trademark) 907 (0.12 g, manufactured by Ciba Japan Co., Ltd.) as a photopolymerization initiator in the obtained dispersion.
  • the obtained comparative curable resin composition 1 was coated on a PET film (Toyobo A4300, film thickness 100 ⁇ m, pencil hardness 2H) with a bar coater # 10, dried at 80 ° C. for 3 minutes, and then pressurized under an air atmosphere. Although a 1000 mJ / cm 2 ultraviolet ray was irradiated with a mercury lamp, the film remained in a liquid state and a cured product could not be obtained.
  • Example 2-10 The coated ZrO 2 particles (10 g) obtained in Production Example 2-1 were stirred and mixed in PGMEA (12 g), but remained cloudy and could not be made into a uniform solution.
  • Example 3-1 432 g of basic zirconium carbonate (manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd., composition formula: Zr 2 (CO 3 ) (OH) 2 ) O 2 , a wet product having a moisture content of 46%. Contains 3400 ppm by mass of chlorine with respect to zirconium. Zirconium (1.52 mol), 354 g (3.04 mol) of 2,2-dimethylbutyric acid, and 216 g of xylene were reacted at 80 ° C. for 2 hours in a glass separable flask. At this time, the theoretical value of excess 2,2-dimethylbutyric acid that does not form a compound with zirconium is 1.52 mol.
  • Example 3-2 448 g of deionized water (16 mol per 1 mol of zirconium) was added to the oil layer obtained in Example 3-1, and the mixture was placed in an autoclave, and the atmosphere in the autoclave was replaced with nitrogen gas. Thereafter, the mixture was heated to 190 ° C. (reaction pressure: 1.4 MPa) and held for 16 hours. The solution after the reaction was taken out, and the precipitate accumulated at the bottom was filtered off and washed with 800 g of toluene. The washed product was dried to obtain 156 g of white coated zirconium oxide particles.
  • the average particle size (average primary particle size) of the coated zirconium oxide particles obtained by measurement with an electron microscope was 9 nm, and the shape thereof was granular.
  • the obtained coated zirconium oxide particles were measured for the chlorine content by ion chromatography, and no chlorine was detected.
  • Example 3-3 A zirconium dimethyl butyric acid compound was synthesized in the same manner as in Example 3-1, except that 2,2-dimethylbutyric acid in Example 3-1 was changed to 177 g (1.52 mol). As a result, when ammonia water was added, white turbidity was generated and gelled, and the organic layer (oil layer) and water tank could not be separated.
  • Example 3-4 A zirconium dimethyl butyrate compound was synthesized in the same manner as in Example 3-1, except that deionized water was used in place of the ammonia water in Example 3-1.
  • Example 3-5 Using the xylene solution obtained in Example 3-4, the coated zirconium oxide particles were synthesized in the same manner as in Example 3-2. As a result, 175 g of white coated zirconium oxide particles were obtained.
  • the average particle diameter (average primary particle diameter) of the coated zirconium oxide particles obtained by measurement with an electron microscope was 10 nm.
  • Production Example 4-1 Production of Zirconium Oxide Nanoparticles Coated with 2-Ethylhexanoic Acid Pure water (268 g) was mixed with 2-ethylhexanoic acid zirconium mineral spirit solution (782 g, manufactured by Daiichi Elemental Chemical Co., Ltd.). The obtained mixed solution was charged into an autoclave equipped with a stirrer, and the atmosphere in the autoclave was replaced with nitrogen gas. Thereafter, the mixed solution was heated to 180 ° C. and kept at the temperature for 16 hours (the pressure in the autoclave was 0.94 MPa) to cause reaction to produce zirconium oxide particles.
  • the average particle diameter (average primary particle diameter) of the zirconium oxide particles obtained by measurement with an electron microscope was 12 nm. Further, when the obtained zirconium oxide particles were analyzed by an infrared absorption spectrum, absorption derived from C—H and absorption derived from COOH could be confirmed. The absorption is considered to be caused by 2-ethylhexanoic acid and / or carboxylate derived from 2-ethylhexanoic acid coated on zirconium oxide particles.
  • the mass reduction rate of the zirconium oxide particles measured according to the above-mentioned “(5) Measurement of mass reduction rate” was 12% by mass. Therefore, it was found that 2-ethylhexanoic acid and / or carboxylate derived from 2-ethylhexanoic acid coated on the zirconium oxide particles was 12% by mass of the entire zirconium oxide particles.
  • Production Example 4-2 Production of zirconium oxide nanoparticles coated with 2-ethylhexanoic acid and 3-acryloxypropyltrimethoxysilane
  • the zirconium oxide nanoparticles (10 g) obtained in the above Production Example 4-1 were converted to toluene (90 g). )
  • To prepare a transparent solution To the solution, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane (1.5 g, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KBM-5103) was added as a surface treatment agent, and the mixture was heated to reflux at 90 ° C. for 1 hour.
  • n-hexane was added to the solution after the reflux treatment to agglomerate the dispersed particles to make the solution cloudy.
  • Aggregated particles were separated from the white turbid solution using a filter paper, and then heated and dried at room temperature to prepare zirconium oxide nanoparticles surface-treated with 2-ethylhexanoic acid and 3-acryloxypropyltrimethoxysilane.
  • diffraction lines belonging to tetragonal crystals and monoclinic crystals were detected. From the intensity of the diffraction lines, the ratio of tetragonal crystals to monoclinic crystals was 54/46.
  • the particle diameter (crystallite diameter) was 5 nm.
  • the average particle diameter (average primary particle diameter) of the zirconium oxide particles obtained by measurement with an electron microscope was 12 nm. Further, when analyzed by infrared absorption spectrum, absorption derived from Si—O—C was observed in addition to absorption derived from C—H and absorption derived from COOH. These absorptions are considered to be derived from 2-ethylhexanoic acid and 3-acryloxypropyltrimethoxysilane covering the zirconium oxide nanoparticles. Furthermore, the mass reduction rate of the zirconium oxide particles measured according to the above-mentioned “(5) Measurement of mass reduction rate” was 17% by mass.
  • the amount of 2-ethylhexanoic acid was determined.
  • the ratio of 3-acryloxypropyltrimethoxysilane to 2-ethylhexanoic acid in the coating layer was 1.5 in terms of molar ratio.
  • Example 4-1 Acrylic group-containing zirconia nanoparticles synthesized in Production Example 4-2 in a brown-brown glass bottle 7.5 g, light acrylate IBX-A (isobornyl acrylate, manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.) 10.0 g, light acrylate TMP-A (trimethylol) Propane triacrylate (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.) 2.5 g, DAROCUR 1173 (photo radical polymerization initiator, manufactured by Ciba Japan) 0.4 g, methyl ethyl ketone 10.0 g are charged and stirred until uniform, and the composition containing inorganic oxide fine particles I got a thing.
  • IBX-A isobornyl acrylate, manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.
  • TMP-A trimethylol
  • DAROCUR 1173 photo radical polymerization initiator, manufactured by Ciba Japan
  • Example 4-2 A composition was obtained in the same manner as in Example 4-1, except that the mixing ratio shown in Table 3 was used.
  • Comparative Example 4-1 A composition was obtained in the same manner as in Example 4-1, except that the mixing ratio shown in Table 3 was used. Table 3 shows the blending ratio, and the transmittance, refractive index, and dielectric constant of the obtained compositions containing the inorganic oxide fine particles of Examples 4-1 and 4-2 and the composition of Comparative Example 4-1. Indicates.
  • IBX-A Light acrylate IB-XA (isobornyl acrylate, manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.)
  • TMP-A Light acrylate TMP-A (trimethylolpropane triacurate, manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.)
  • DAROCUR1173 2-hydroxy-2methyl-1phenyl-propan-1-one (manufactured by Ciba Japan)
  • Production Example 5-1 Production of titanium oxide nanoparticles coated with 2-ethylhexanoic acid and / or carboxylate derived from 2-ethylhexanoic acid (coated TiO 2 particles) Tetra-n-butoxytitanium (170 g, 0.5 mol, manufactured by Nippon Soda Co., Ltd.) “B-1”) and 2-ethylhexanoic acid (345 g, 2.4 mol) were reacted in a glass separable flask at 80 ° C. for 3 hours.
  • Deionized water (65 g, 7 moles per mole of titanium) was added to the resulting solution, and the mixture was placed in an autoclave, and the atmosphere in the autoclave was replaced with nitrogen gas. Thereafter, the mixture was heated to 190 ° C. and held for 16 hours. The solution after the reaction was taken out, and the precipitate accumulated at the bottom was filtered off and washed with methanol (500 g). The washed product was dried to obtain 33 g of yellow coated titanium oxide particles (coated TiO 2 particles). When the crystal structure of the obtained titanium oxide particles was confirmed, only diffraction lines belonging to the anatase type were detected. The crystallite diameter was 6 nm.
  • the mass reduction rate of the coated titanium oxide particles (coated TiO 2 particles) measured according to “(5) Measurement of mass reduction rate” was 13%. Therefore, it was found that 2-ethylhexanoic acid and / or carboxylate derived from 2-ethylhexanoic acid covering the titanium oxide particles was 13% by mass of the entire titanium oxide particles.
  • Example 5-1 Production of titanium oxide nanoparticles (substitution coated TiO 2 particles) coated with 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate and 2-acryloyloxyethyl succinate Obtained in Production Example 5-1.
  • zirconia beads are removed by filtration, and titanium oxide particles coated with 2-ethylhexanoic acid and / or 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate and 2-acryloyloxyethyl succinate (substitution coated TiO 2 particles) ) Dispersion was obtained.
  • n-hexane 36 g was added to agglomerate the dispersed particles to make the solution cloudy, and the aggregated particles were separated from the cloudy liquid with a filter paper.
  • the separated aggregated particles are added to n-hexane (36 g), and after stirring for 10 minutes, the aggregated particles are separated by a filter paper, and the obtained particles are vacuum-dried at room temperature, whereby 2-ethylhexanoic acid and / or Alternatively, titanium oxide particles (substitution coated TiO 2 particles) surface-treated with 2-ethylhexanoic acid-derived carboxylate and 2-acryloyloxyethyl succinate were prepared. The obtained substitution-coated TiO 2 particles were dispersed in deuterated chloroform, used as measurement data, and analyzed by 1 H-NMR.
  • Example 5-2 Production of titanium oxide nanoparticles coated with 3,3-dimethylbutyric acid and / or 3,3-dimethylbutyric acid-derived carboxylate (coated TiO 2 particles) Tetra-n-butoxytitanium (170 g, 0.5 mol, Nippon Soda) “B-1”) and 3,3-dimethylbutyric acid (280 g, 2.4 mol) were reacted in a glass separable flask at 80 ° C. for 3 hours. Deionized water (65 g, 7 moles per mole of zirconium) was added to the resulting solution, and the mixture was placed in an autoclave, and the atmosphere in the autoclave was replaced with nitrogen gas.
  • Tetra-n-butoxytitanium 170 g, 0.5 mol, Nippon Soda) “B-1”
  • 3,3-dimethylbutyric acid 280 g, 2.4 mol
  • the mixture was heated to 190 ° C. and held for 16 hours.
  • the solution after the reaction was taken out, and the precipitate accumulated at the bottom was filtered off and washed with methanol (500 g).
  • the washed product was dried to obtain 62 g of yellow coated titanium oxide particles (coated TiO 2 particles).
  • the crystallite diameter was 6 nm.
  • the mass reduction rate of the coated titanium oxide particles (coated TiO 2 particles) measured according to “(5) Measurement of mass reduction rate” was 10%.
  • the carboxylate derived from 3,3-dimethylbutyric acid and / or 3,3-dimethylbutyric acid coating the titanium oxide particles was 10% by mass of the total titanium oxide particles.
  • the titanium oxide particles remained yellow.
  • Example 5-3 Production of Titanium Oxide Nanoparticles (Substitution-Coated TiO 2 Particles) Coated with 3,3-Dimethylbutyric Acid and / or 3,3-Dimethylbutyric Acid-Derived Carboxylate and 2-Acryloxyethyl Succinate
  • the zirconia beads are removed by filtration, and titanium oxide particles coated with 3,3-dimethylbutyric acid and / or 3,3-dimethylbutyric acid-derived carboxylate and 2-acryloyloxyethyl succinate (substitution-coated TiO A dispersion of 2 particles) was obtained.
  • n-hexane 36 g was added to 24 g of the obtained dispersion to agglomerate the dispersed particles to make the solution cloudy, and the aggregated particles were separated from the cloudy liquid by filter paper.
  • the separated aggregated particles are added to n-hexane (36 g), and after stirring for 10 minutes, the aggregated particles are separated by a filter paper, and the obtained particles are vacuum-dried at room temperature, whereby Titanium oxide particles (substitution coated TiO 2 particles) surface-treated with carboxylate derived from 3,3-dimethylbutyric acid and 2-acryloyloxyethyl succinate were prepared.
  • the obtained substitution-coated TiO 2 particles were dispersed in deuterated chloroform, used as measurement data, and analyzed by 1 H-NMR.

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Abstract

 本発明は、カルボン酸を効率よく利用でき、カルボキシレート基で被覆された金属酸化物粒子の製造に有用な化合物(中間化合物)、及びカルボキシレート基で被覆された金属酸化物粒子を提供する。すなわち本発明は、下記式(1)で表される化合物であって、 Mm(-OCO-R)n・・・(1) 式(1)中、 Mは金属又はオキソ金属であり、 Rは炭素数が1以上、20以下で、ハロゲン及び/又はヘテロ原子を有していても良い直鎖構造、分岐構造、脂環構造、又は芳香族環構造の炭化水素基であり、 mは1以上の整数であり、 Mが金属である場合はその価数をa価と表し、Mがオキソ金属である場合はオキソ金属を構成する金属の価数を(a+2)価と表す時、nは(i)Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であり、且つ鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1である場合には、m≦n≦a×mの関係を満たす整数であり、(ii)Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であることと、Rを構成する鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1であることの両方の要件を満たす場合以外は、m≦n<a×mの関係を満たす整数であることを特徴とする化合物である。

Description

化合物、金属酸化物粒子及びそれらの製造方法と用途
 本発明は、化合物、金属酸化物粒子及びそれらの製造方法と用途に関する。
 液晶ディスプレイに代表される薄型ディスプレイは広く普及し、従来のテレビジョン用に加え、コンピューター用、携帯使用向け、携帯電話用、移動端末用などとしてめざましく普及している。薄型ディスプレイは各種機能を有する材料やフィルム、板の多層体であるが、機能向上と軽量化のため樹脂フィルムが多く使用されている一方、電極には無機材料が使用され、多種類の材料が積層された構成となっている。
 一方、ディスプレイ一体型の入力装置としてのタッチパネルは、その使い勝手のよさから広く利用されている。このタッチパネルの方式には各種あり、光学式、超音波方式、抵抗膜方式、静電容量結合方式等が知られている。なかでも、その構造の単純さなどから抵抗膜方式が最も広く使用されており、この抵抗膜方式のタッチパネルは、2枚の透明導電膜を基板をスペーサーを介して対向させた構造をとっており、指又はペン等により押すことによって対向している導電膜が接触し、入力される方式のものである(例えば、特許文献1参照)。
 また静電容量結合方式のタッチパネルは、人間の指などがセンサーに接近することにより、電圧を印加したセンサーの静電容量が変化することを検出し、入力される方式のものであり、電極を特殊なパターンで配置することによって検出位置精度をより高めることができるとされている(例えば、特許文献2参照)。この静電容量結合方式では、抵抗膜方式と比べ、機械的な稼動部分がないため、長寿命で信頼性の高いタッチパネルを提供することができるとされている。
 しかしガラスや透明電極、樹脂フィルム等の積層材料は固有の屈折率を有しており、層間での屈折率差が大きい場合には、透過率の低下や描画パターンが視認される場合があった。特にタッチパネルディスプレイでは、透明導電膜として主にITO膜が利用されているが、このITO膜の屈折率は2.0程度と比較的高いため、タッチパネルのセンサー部分の反射率が高くなり、視認性が悪くなっていた。また、パターンを設けてITO電極を配置したITO基板を用いるタッチパネルセンサーでは、ITO電極部分と電極がない部分では反射率が大きく異なるため、電極の描画パターンが反射して、視認性に劣るという問題があった。
 ところで、金属酸化物粒子は、光学材料、電子部品材料、磁気記録材料、触媒材料、紫外線吸収材料など様々な材料の高機能化や高性能化に寄与するため、非常に注目されており、中でも酸化ジルコニウム粒子は高い屈折率を示すことが知られている。このような金属酸化物粒子による高機能化や高性能化を実現するためには、金属酸化物粒子を基材に良好に分散できることが要求される。
 例えば、本発明者によって出願された特許文献3に記載の発明では、様々な溶媒での分散性を向上させた酸化ジルコニウム粒子を開示している。具体的には、2種以上の被覆剤により被覆されており、被覆剤の少なくとも1種がR1-COOH(R1は炭素数6以上の炭化水素基)である酸化ジルコニウムナノ粒子を開示している。特許文献3では、R1-COOHで被覆された酸化ジルコニウムナノ粒子を得るため、オキシ塩化ジルコニウムとR1COONaを反応させ、この反応物に水を混合し、水熱反応(水熱合成とも称する)させている。
 また、他の例として、カルボン酸で被覆された酸化ジルコニウム粒子含有ナノ粒子の製造方法としては、有機カルボン酸と金属化合物とを特定の割合で反応させて得られた有機カルボン酸金属塩を合成する工程と該有機カルボン酸とジルコニウム化合物とを反応させてカルボン酸-ジルコニウム複合体を合成する工程と該複合体を水熱合成に供する工程とからなる方法も知られている(特許文献4)。
特開平10-48625号公報 特開2002-326301号公報 特開2008-44835号公報 特開2009-096681号公報
 本発明は、カルボキシレート基で被覆された金属酸化物粒子の製造に有用な新規な化合物(中間化合物)、及びカルボキシレート基で被覆された新規な金属酸化物粒子及びこれらの新たな製造方法を提供することを目的とする。
 本発明の化合物は、カルボキシレート基が結合した金属又はオキソ金属であり、特定の配位数を有することを特徴とする。また本発明の金属酸化物粒子は、被覆成分としてカルボキシレート化合物を有することを特徴とする。
 すなわち、本発明は、下記式(1)で表される化合物であって、
 Mm(-OCO-R)n・・・(1)
 式(1)中、
 Mは金属又はオキソ金属であり、
 Rは炭素数が1以上、20以下で、ハロゲン及び/又はヘテロ原子を有していても良い直鎖構造、分岐構造、脂環構造、又は芳香族環構造の炭化水素基であり、
 mは1以上の整数であり、
 Mが金属である場合はその価数をa価と表し、Mがオキソ金属である場合はオキソ金属を構成する金属の価数を(a+2)価と表す時、nは(i)Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であり、且つ鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1である場合には、m≦n≦a×mの関係を満たす整数であり、(ii)Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であることと、Rを構成する鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1であることの両方の要件を満たす場合以外は、m≦n<a×mの関係を満たす整数であることを特徴とする化合物である。
 前記MがTi、Al、Zr、Zn、Sn、オキソチタニウム、オキソジルコニウム及びオキソスズよりなる群から選択される少なくとも1種の金属又はオキソ金属であることが好ましい。また本発明は該化合物から得られる金属酸化物粒子も包含する。
 本発明は、エステル基、エーテル基、アミド基、チオエステル基、チオエーテル基、カーボネート基、ウレタン基、およびウレア基からなる群より選ばれる1以上の置換基を有するカルボン酸、または(メタ)アクリル酸である第1のカルボン酸化合物、および第1のカルボン酸化合物以外のカルボン酸化合物の少なくとも2種のカルボン酸化合物により被覆されている金属酸化物粒子も包含する。本発明の被覆された金属酸化物粒子に用いる第1のカルボン酸化合物がpKa4.8以下であること、第1のカルボン酸化合物または第2のカルボン酸化合物が重合性二重結合を有することが好ましい。
 また、本発明を別の側面から把握すると、下記式(2)で表されるカルボキシレート化合物で被覆された金属酸化物粒子である。
 -OCO-R’・・・(2)
 (但し、式中、R’は飽和炭化水素基であり、この飽和炭化水素基を構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2でありかつ鎖長2のメチレン鎖の数は0または1である。)
 本発明の金属酸化物粒子の製造方法は、水の存在下で金属化合物又はオキソ金属化合物を加熱することを特徴としており、(i)芳香族炭化水素の存在下で反応させること、(ii)反応時の水の量が金属化合物1モルに対して17モル以下であること、(iii)塩基性化合物の存在下で反応させること、などが好ましい。
 本発明の金属酸化物粒子の製造方法は、別の側面から把握すると、水の存在下で、金属の炭酸塩又はオキソ金属の炭酸塩と、カルボン酸との混合物を加熱することを特徴としており、(i)芳香族炭化水素の存在下で反応させること、(ii)反応時の水の量が金属化合物又はオキソ金属化合物1モルに対して17モル以下であること、(iii)塩基性化合物の存在下で反応させること、などが好ましい。
 本発明の化合物を製造する方法は、Mの炭酸塩(Mは前記に同じ)と、RCOO基を有するカルボン酸(Rは前記に同じ)との混合物を加熱することを特徴とし、(i)芳香族炭化水素の存在下で、Mの炭酸塩とRCOO基を有するカルボン酸を反応させること、(ii)塩基性化合物の存在下で、Mの炭酸塩とRCOO基を有するカルボン酸を反応させること、などが好ましい。
 本発明は、更に第3のカルボン酸の金属塩等とハロゲン化物とを含む溶液に、前記金属と化合物を形成しない第4のカルボン酸と塩基とを含有させ、これら第4のカルボン酸と塩基とを前記ハロゲン化物と反応させることによって、ハロゲン化物を除去することが好ましい。前記製造方法において、前記溶液は、遅くともハロゲン化物の反応後において化合物を溶解可能な有機溶媒と、この有機溶媒と相分離する第2溶媒とを含んでおり、前記ハロゲン化物の反応物を第2溶媒に溶解させてから有機溶媒と第2溶媒とを分離することが好ましい。
 また、本発明は、前記化合物を含有する組成物及び前記金属酸化物粒子を含有する組成物に係る発明も包含する。
 更に本発明は、前記金属酸化物粒子を含有する事を特徴とするディスプレイ用透明面状成形体用樹脂組成物も包含する。前記ディスプレイ用透明面状成形体用樹脂組成物は、樹脂組成物中の前記金属酸化物粒子が組成物中の10質量%~90質量%であることが好ましい。
 加えて本発明は、前記ディスプレイ用透明面状成形体用樹脂組成物からなる面状成形体も包含する。更に本発明は、前記面状成形体が積層された積層体、及び前記面状成形体が積層されたタッチパネル装置も包含する。
 本発明の化合物は、カルボキシレート基が結合した金属又はオキソ金属であり、特定の配位数を有するため、金属酸化物粒子の製造に好適に使用できる。
 また、本発明の金属酸化物粒子は、第1のカルボン酸及び第2のカルボン酸により被覆されているため、各種媒体への分散性が極めて良好であり、各種用途への応用が可能である。特にレジストに代表される精密微細構造を形成する用途には際立って有用であり、分散ムラや現像残渣の改善が可能となる。
 更に、本発明の金属酸化物粒子は、カルボキシレート化合物を被覆しているため、溶媒や樹脂への分散性が良好であるとともに、耐熱性にも優れており、この効果は上記式(2)構造を有するカルボキシレート化合物が被覆された金属酸化物粒子でより一層発揮される。よって、本発明の金属酸化物粒子は、組成物中で凝集することなくその特性(高い屈折率など)を発揮できるとともに、高温に曝されても変色することがなく、産業上極めて有用である。
図1は、後記する実施例(実施例2-1)における置換被覆型ZrO2粒子1を含有した実施例2-3の硬化性樹脂組成物1(レジスト組成物)を露光硬化・現像を行なった後のテストパターンのレーザー顕微鏡写真である。 図2は、後記する製造例(製造例2-2)における置換被覆型ZrO2粒子5を含有した実施例2-8の硬化性樹脂組成物4(レジスト組成物)を露光硬化・現像を行なった後のテストパターンのレーザー顕微鏡写真である。 図3は後記する実施例(実施例2-4)における硬化性樹脂組成物2を「(16)成形特性」の評価手順に従って硬化した後のピラミッドアレイパターンの走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。
 本発明の金属酸化物粒子は、金属化合物又はオキソ金属化合物を水の存在下で加熱することによって製造できる。本発明の金属酸化物粒子は、例えば、金属化合物又はオキソ金属化合物(以下、金属酸化物前駆体と称する場合がある。)と、カルボキシレート化合物又はカルボン酸を、水の存在下で加熱処理することによって製造可能である。本発明においては、この製造途中で様々な化合物(金属酸化物粒子の中間化合物)を経由しても良い。つまり、本発明の各種金属酸化物粒子は、以下に説明する各化合物や各製造方法により得ることができる。得られる金属酸化物粒子は、化合物中のRCOO基と同じRCOO基を有するカルボキシレート化合物で被覆されている点が特徴的である。
 なお、本発明では「被覆」とは、カルボキシレート(カルボン酸化合物)または有機化合物が金属酸化物粒子に化学的に結合した状態、カルボキシレート(カルボン酸化合物)または有機化合物が金属酸化物粒子に物理的に付着した状態の両方を包含することとする。
 本発明の金属酸化物粒子は、以下の4通りの方法により製造することができる。各方法について以下に詳述する。
1.第一の発明(第1の方法)
 第一の発明で製造される金属酸化物粒子は、平均粒子径が1nm以上、100nm以下であり、金属酸化物粒子の表面が、有機化合物により被覆されていることを特徴とする。
 金属酸化物粒子の屈折率は1.5以上であることが好ましく、より好ましくは1.55以上、更に好ましくは1.6以上、更に好ましくは1.65以上、最も好ましくは1.7以上である。このようにすることによって、該金属酸化物粒子を含有する組成物の屈折率を上昇でき、隣接する材料から該組成物へ向けて光が入射する際の全反射を抑制できる。屈折率が1.7以上の酸化物を形成する金属は、例えばAl、Ti、Zr、In、Zn、Sn、La、Y、Ceなどであり、好ましくはAl、Ti、Zr、Zn、Sn、Ce(更に好ましくはAl、Ti、Zr、Zn、Sn)であり、特にTi、Zrが好ましい。これらの金属の単独又は複合酸化物の割合が大きくなるほど、屈折率を大きくすることができる。
 被覆に使用される有機化合物は、金属酸化物粒子の表面に配位および/または結合可能な有機化合物であれば特に限定されないが、有機カルボン酸化合物、シラン系化合物、金属カップリング剤、エポキシ基含有化合物、水酸基含有化合物、アミノ基含有化合物、チオール基含有化合物などが挙げられる。好ましくは有機カルボン酸化合物、シラン系化合物、金属カップリング剤、エポキシ基含有化合物であり、更に好ましくは有機カルボン酸化合物である。前記有機化合物が有機カルボン酸化合物、シラン系化合物、金属カップリング剤、エポキシ基含有化合物である場合には簡便な方法で金属酸化物粒子に被覆でき、安価に製造が可能となる。前記有機化合物の総炭素数は、3以上であることが好ましい。総炭素数を3以上とすることによって、金属酸化物粒子の溶媒や樹脂中での分散性を向上できる。分散性の観点からは、前記有機化合物の総炭素数は多い方が好ましく、その下限値は、4がより好ましく、さらに好ましくは5である。一方、前記有機化合物の総炭素数は20以下であることが好ましい。このようにすることによって、有機化合物と配位および/または結合した金属酸化物粒子の収率を向上できる。前記有機化合物の総炭素数の上限は、18がより好ましく、さらに好ましくは16であり、特に10が好ましい。また、前記有機化合物はハロゲン及び/又はヘテロ原子を有しても良く、直鎖構造、分岐構造、脂環構造、または芳香族環構造であってもよい。前記有機化合物が有機カルボン酸化合物である場合は分枝鎖を有していることも好ましく、このようにすることによって、金属酸化物粒子の凝集を抑制できる。
 上記有機カルボン酸化合物は、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマール酸、吉草酸、ヘキサン酸、へプタン酸、2-エチルヘキサン酸、オクタン酸、2-メチルへプタン酸、4-メチルオクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ネオデカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、乳酸、りんご酸、クエン酸、安息香酸、フタール酸、イソフタル酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピルビン酸、酪酸、ピバリン酸、2,2-ジメチル酪酸、3,3-ジメチル酪酸、2,2-ジメチル吉草酸、2,2-ジエチル酪酸、3,3-ジエチル酪酸、ナフテン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、2-アクリロイロキシエチルコハク酸、2-メタクリロイロキシエチルコハク酸、2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-メタクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-アクリロイロキシエチルフタル酸、2-メタクリロイロキシエチルフタル酸等が挙げられる。中でも、好ましくはピバリン酸、2,2-ジメチル酪酸、3,3-ジメチル酪酸、アクリル酸、メタクリル酸、2-エチルヘキサン酸、ネオデカン酸であり、より好ましくは2,2-ジメチル酪酸、3,3-ジメチル酪酸である。有機カルボン酸化合物は1種のみを用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。
 上記シラン系化合物は、例えばビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシランであり、シラン系化合物は1種のみを用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。
 上記金属カップリング剤は、例えばアルミニウムトリメトキシド、アルミニウムトリエトキシド、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリ-n-ブトキシド、アルミニウムトリ-sec-ブトキシド、アルミニウムトリ-t-ブトキシドなどのアルミニウムアルコキシド;ジイソプロポキシアルミニウムエチルアセトアセテート、ジイソプロポキシアルミニウムアルキルアセトアセテート、ジイソプロポキシアルミニウムモノメタクリレート、アルミニウムステアレートオキサイドトリマー、イソプロポキシアルミニウムアルキルアセトアセテートモノ(ジオクチルホスフェイト)などのアルミニウム系カップリング剤;チタニウム-n-ブトキシド、チタニウムテトラ-t-ブトキシド、チタニウムテトラ-sec-ブトキシド、チタニウムテトラエトキシド、チタニウムテトライソブトキシド、チタニウムテトラメトキシド、チタニウムテトラ(メトキシプロポキシド)、チタニウムテトラ(メトキシフェノキシド)などのチタニウムアルコキシド;イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、テトラオクチルビス(ジトリデシルホスファイト)チタネート、テトライソプロピルビス(ジオクチルホスフェイト)チタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフェイト)チタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェイト)オキシアセテートチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェイト)エチレンチタネートなどのチタン系カップリング剤;ジルコニウムテトラ-n-プロポキシド、ジルコニウムテトラ-t-ブトキシド、ジルコニウムテトラ(2-エチルヘキソキシド)、ジルコニウムテトライソブトキシド、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、ジルコニウムテトラ-n-プロポキシド、ジルコニウムテトラ(2-メチル-2-ブトキシド)などのジルコニウムアルコキシド;ジルコニウムジ-n-ブトキシド(ビス-2,4-ペンタンジオネート)、ジルコニウムトリ-n-ブトキシドペンタンジオネート、ジルコニウムジメタクリレートジブトキシドなどのジルコニウム化合物;であり、金属カップリング剤は1種のみを用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。
 上記エポキシ基含有化合物は、例えば3,4-エポキシシクロヘキセニルメチル-3’,4’-エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、ビス(3,4-エポキシシクロヘキシル)アジペート、水素化ビスフェノール型エポキシ樹脂、水素化ノボラック型エポキシ樹脂、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、ε-カプロラクトン変性3,4-エポキシシクロヘキセニルメチル-3’,4’-エポキシシクロヘキセンカルボキシレート等が挙げられ、エポキシ基含有化合物は1種のみを用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。
 上記水酸基含有化合物は、例えばシクロヘキサノール、1-ブタノール、2-ブタノール、メチルシクロヘキサノール、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ-ノルマル-ブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、3-ヒドロキシプロピルアクリレート、3-ヒドロキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシブチルアクリレート、2-ヒドロキシブチルメタクリレート、3-ヒドロキシブチルアクリレート、3-ヒドロキシブチルメタクリレート、4-ヒドロキシブチルアクリレート、4-ヒドロキシブチルメタクリレート、水酸基含有重合体等が挙げられ、水酸基含有化合物は1種のみを用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。
 また、第一の発明では上記有機カルボン酸化合物、シラン系化合物、金属カップリング剤、エポキシ基含有化合物、または他の金属酸化物粒子の表面を被覆する有機化合物は1種のみを用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。
 金属酸化物粒子のモノマーやポリマーに対する分散性は、金属酸化物粒子の表面を被覆する有機化合物の選択により調整が可能であるが、媒体を構成するモノマーに対する親和性を示す基を用いることで、モノマーや当該モノマーからなるポリマーに対する粒子の分散性を改善することができる。例えば、(メタ)アクリル酸や(メタ)アクリル酸エステルなどビニル基を有する有機化合物で粒子を被覆すれば、同じくビニル基を有する(メタ)アクリル酸や(メタ)アクリル酸エステルなどのモノマーに対する粒子の分散性を向上させることができる。また、フェニル基を有する有機化合物で粒子を被覆すれば、スチレンなどのモノマーや、スチレン樹脂やフェノール樹脂などのポリマー、フェニル基を有するモノマーやポリマーに対する分散性を向上させることができる。
 本発明における有機化合物の被覆量は、有機化合物で被覆した金属酸化物粒子に対して、0.1質量%以上であることが好ましい。このようにすることによって、金属酸化物粒子の樹脂媒体や溶媒等への分散性を向上できる。前記結合量は、より好ましくは0.5質量%以上であり、さらに好ましくは2質量%以上である。結合量が多いと、単位体積当たりに含有される金属酸化物粒子の量が少なくなるため、屈折率向上の効果が十分に発揮できず、好ましくない。そこで前記結合量は、通常30質量%以下であり、好ましくは25質量%以下であり、より好ましくは20質量%以下である。
 金属酸化物粒子を形成する金属酸化物としては、単一金属の酸化物であっても良いし、2種以上の酸化物の固溶体であってもよいし、或いは複合酸化物であってもよい。単一金属酸化物には、例えば、酸化アルミニウム(Al23)、酸化チタニウム(TiO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化インジウム(In23)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)、酸化ランタン(La23)、酸化イットリウム(Y23)、酸化セリウム(CeO2)、酸化マグネシウム(MgO)が含まれ、好ましくは酸化チタニウム、酸化ジルコニウム、酸化スズである。2種以上の酸化物の固溶体としては、ITO、ATOなどが挙げられる。複合酸化物は、例えばチタン酸バリウム(BaTiO3)、灰チタン石(CaTiO3)、スピネル(MgAl24)などである。
 金属酸化物粒子の粒子径は、X線回折解析から算出される結晶子径及び/又は各種電子顕微鏡観察によって得られた画像を処理することによって測定できる。
 X線回折解析により算出される金属酸化物粒子の結晶子径は、20nm以下であることが好ましい。このようにすることによって、該金属酸化物粒子を含有する組成物の透明率を向上できる。該結晶子径は、より好ましくは15nm以下であり、さらに好ましくは10nm以下である。該結晶子径の下限は、通常1nm程度である。
 各種電子顕微鏡観察による粒子径は、金属酸化物粒子を透過型電子顕微鏡(TEM)、電界放射型透過電子顕微鏡(FE-TEM)、電界放射型走査電子顕微鏡(FE-SEM)などで拡大観察し、無作為に100個の粒子を選択してその長軸方向の長さを測定し、その算術平均を求めることで決定できる。
 上記電子顕微鏡観察における金属酸化物粒子の平均粒子径(平均一次粒子径)は、100nm以下が好ましい。このようにすることによって、該金属酸化物粒子を含有する組成物の透明率を向上できる。平均一次粒子径は、より好ましくは50nm以下であり、さらに好ましくは30nm以下、最も好ましくは20nm以下である。平均一次粒子径の下限は、通常1nm程度である。
 金属酸化物粒子の屈折率は1.7以上であることが好ましい。このようにすることによって、該金属酸化物粒子を含有する組成物の屈折率を上昇でき、隣接する材料から該組成物へ向けて光が入射する際の全反射を抑制できる。屈折率が1.7以上の酸化物を形成する金属は、例えばAl、Ti、Zr、In、Zn、Sn、La、Y、Ceなどであり、好ましくはAl、Ti、Zr、Zn、Snであり、特にTi、Zr、Snが好ましい。これらの金属の単独又は複合酸化物の割合が大きくなるほど、屈折率を大きくすることができる。
 金属酸化物の結晶構造は、例えば立方晶、正方晶、単斜晶などが挙げられる。特に結晶構造全体の70%以上が正方晶であることが好ましい。正方晶の割合が多いと屈折率を向上できる。単斜晶に対する正方晶の割合(後者/前者)は、0.8以上であり、好ましくは1.3以上であり、より好ましくは2.0以上である。また正方晶単独とすることもできる。
 金属酸化物粒子の形状としては球状、楕円球状、立方体状、直方体状、ピラミッド状、針状、柱状、棒状、筒状、りん片状、板状、薄片状などが挙げられる。溶媒への分散性などを考慮すると、前記形状としては、球状、粒状、柱状などが好ましい。
 ところで、金属酸化物として酸化ジルコニウムを使用する場合、酸化ジルコニウムは高い屈折率を有しており、その結晶構造としては、単斜晶、正方晶などが挙げられる。酸化ジルコニウムの結晶構造の中で、正方晶が最も高い屈折率を示すことが知られており、より高屈折率が求められる場合は、正方晶の割合が多いことが好ましい。また、これらの結晶構造の含有割合を調整することによって、酸化ジルコニウムの屈折率の調整を行うことも可能である。
 第一の発明における金属酸化物粒子は、第一の発明に記載される金属酸化物粒子の特徴を有している限り、後述する第二の発明に記載する金属酸化物粒子の特徴を有していてもよく、第三の発明に記載する金属酸化物粒子の特徴を有していてもよく、第四の発明に記載する特徴を有していてもよく、更に、これらの特徴を組み合わせて有していてもよい。
 金属成分は、水熱反応により金属酸化物を生成する化合物に含まれている限り特に限定されない。金属成分を含む化合物としては、種々の金属酸化物前駆体が挙げられ、例えば各種金属の水酸化物、塩化物、オキシ塩化物、硫酸塩、酢酸塩、有機酸塩、アルコキシド等が含まれ、さらには各種金属と第2のカルボン酸の塩であってもよい。例えばジルコニウムでの例では、水酸化ジルコニウム、塩化ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニル、オキシ酢酸ジルコニル、オキシ硝酸ジルコニル、硫酸ジルコニウム、オクタン酸ジルコニウム、2-エチルヘキサン酸ジルコニウム、オレイン酸酸化ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、ステアリン酸酸化ジルコニウム、ラウリン酸酸化ジルコニウム、テトラブトキシジルコニウム等のジルコニウムアルコキサイド等が挙げられる。また、チタンでの例では、水酸化チタン、塩化チタン、オキシ塩化チタン、オキシ酢酸チタン、オキシ硝酸チタン、硫酸チタン、オクタン酸チタン、オレイン酸酸化チタン、酢酸チタン、ステアリン酸酸化チタン、ラウリン酸酸化チタン、テトラブトキシチタン(例えば、テトラ-n-ブトキシチタン)等のチタンアルコキサイド等を用いる場合に好適な方法である。
 水熱反応を採用する場合には、水を含有する有機溶媒が採用できる。有機溶媒としては、炭化水素、ケトン、エーテル、アルコール等を用いることが出来る。水熱反応時に気化する溶媒では十分に反応が進行しない恐れがあるので、常圧下での沸点が120℃以上の有機溶媒が好ましく、180℃以上がより好ましく、210℃以上が更に好ましい。具体的には、デカン、ドデカン、テトラデカン、オクタノール、デカノール、シクロヘキサノール、テルピネオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、ヘキサンジオール、グリセリン、メタントリメチロール、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が例示され、ドデカン、テトラデカンが好ましい。
 前記有機溶媒を添加したことにより2層に分離した場合には、界面活性剤等を添加して均一相状態や懸濁乳化状態にしてもよいが、通常は2層のまま水熱反応に供することが出来る。
 前記組成物は原料に由来する十分な量の水を含有している場合もあるが、原料中に含まれる水分が無い又は少ない場合には、水熱反応に供する前に水分を添加しておく必要がある。
 水熱反応の系内に存在する水分量は、系内に存在する金属酸化物前駆体または金属酸化物粒子の中間化合物(以下、金属酸化物前駆体等と称する)のモル数に対する水のモル数(水のモル数/金属酸化物前駆体等のモル数)で4/1~100/1が好ましく、8/1~50/1がより好ましい。4/1未満では水熱反応に長時間を要したり、得られた粒子の粒径が大きくなったりすることがある。一方、100/1超では、系内に存在する金属酸化物前駆体が少ないため生産性が低下する以外は特に問題は無い。
 水熱反応の圧力は、好ましくは0.5MPa以上であり、より好ましくは0.6MPa以上である。該圧力の上限は、通常3.0MPa以下であり、好ましくは2.0MPa以下、より好ましくは1.5MPa以下、特に好ましくは1.0MPa以下である。
 水熱反応の反応温度は、100℃以上が好ましく、より好ましくは140℃以上であり、さらに好ましくは160℃以上である。水熱処理温度の上限は特に限定されないが、300℃以下が好ましく、より好ましくは250℃以下であり、さらに好ましくは220℃以下である。水熱処理時間は、例えば5~50時間であり、好ましくは10~40時間である。水熱反応時の雰囲気は限定されないが、好ましくは窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気である。
 本発明の金属酸化物粒子に有機化合物を配位および/または結合させる方法は上述の金属酸化物前駆体を経由する方法以外にも、例えば、金属酸化物粒子の溶媒分散液に上記被覆剤を添加し加熱処理を行うことで製造可能である。使用する溶媒は金属酸化物粒子に適度な分散性を有するものであれば特に制限されない。例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサンなどを用いることができる。金属酸化物の濃度は適宜調整すればよいが、0.1~50質量%程度にするのが好ましい。被覆剤の使用量は適宜調整すればよいが、通常は金属酸化物粒子に対して1~60質量%とする。加熱温度は適宜調整すればよいが、通常は30から180℃程度とし、好ましくは40~150℃、より好ましくは50~130℃とする。反応時間も適宜調整すればよいが、通常は0.1~10時間、好ましくは0.3~3時間程度とする。
 第一の発明における金属酸化物粒子の製造方法は後述する第二、第三、第四の方法を用いても良いし、公知の方法によっても合成可能である。例えば、金属化合物と被覆に使用される有機化合物の共存下で水熱反応して金属酸化物粒子を得る方法や、あらかじめ被覆に用いる有機化合物と金属化合物から中間化合物を合成し、該中間化合物の水熱反応により金属酸化物粒子を得る方法、予め調製された金属酸化物微粒子に被覆に使用される有機化合物を用いて被覆する方法等が有機化合物により被覆された金属酸化物粒子が簡便に得られることから好ましい合成方法である。
2.第二の発明(第2の方法)
 第二の発明は、化合物と金属酸化物粒子を含み、さらにそれらの製造方法も含まれる。
 はじめに、第二の発明(第2の方法)で使用される化合物(金属酸化物粒子の中間化合物)について詳述する。
 第二の発明で使用される化合物は、下記式(1)で表される化合物であって、
 Mm(-OCO-R)n・・・(1)
 式(1)中、
 Mは金属又はオキソ金属であり、
 Rは炭素数が1以上、20以下で、ハロゲン及び/又はヘテロ原子を有していても良い直鎖構造、分岐構造、脂環構造、又は芳香族環構造の炭化水素基であり、
 mは1以上の整数であり、
 Mが金属である場合はその価数をa価と表し、Mがオキソ金属である場合はオキソ金属を構成する金属の価数を(a+2)価と表す時、nは(i)Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であり、且つ鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1である場合には、m≦n≦a×mの関係を満たす整数であり、(ii)Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であることと、Rを構成する鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1であることの両方の要件を満たす場合以外は、m≦n<a×mの関係を満たす整数であることを特徴とする化合物であることが好ましい。前記化合物であれば、該化合物には金属又はオキソ金属にはカルボキシレート基が結合しており、該化合物は特定の配位数を有するため、金属酸化物粒子の製造に好適に使用できるためである。
 Mは、金属又はオキソ金属を表しており、これらの1種以上を任意に選択できる。Mは、好ましくは遷移金属、典型金属、及びこれらのオキソ金属(部分酸化物)から選ばれる1種以上であり、より好ましくは遷移金属及び遷移金属のオキソ金属(部分酸化物)から選ばれる1種以上である。オキソ金属(部分酸化物)とは、金属が酸化している状態であり、且つ、金属の配位が酸素元素で飽和しておらず、カルボキシレート基が結合可能であることを意味する。
 Mは、Ti、Al、Zr、Zn、Sn、オキソチタニウム、オキソジルコニウム及びオキソスズよりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
 Rは炭素数が1以上、20以下で、ハロゲン及び/又はヘテロ原子を有していても良い直鎖構造、分岐構造、脂環構造、又は芳香族環構造の炭化水素基であり、好ましくは直鎖構造、分岐構造、脂環構造の飽和炭化水素基である。Rの炭素数の下限は、3以上が好ましく、より好ましくは4以上である。Rの炭素数の上限は15以下が好ましく、より好ましくは12以下である。
 前記Mに結合するRCOO基(カルボキシレート基)は、(i)Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であり、且つ鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1である場合と、(ii)Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であることと、Rを構成する鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1であることの両方の要件を満たす場合以外で、上記式(1)におけるnが満たすべき条件が異なる。
 (i)Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であり、且つ鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1である(すなわち、Rは鎖長2のメチレン鎖を有していないか、又は鎖長2のメチレン鎖を一つ有している)場合
 この場合、Mが金属である場合はその価数をa価と表し、Mがオキソ金属である場合はオキソ金属を構成する金属の価数を(a+2)価と表す時(すなわち、Mが結合可能な配位数をaと表す時)、nはm≦n≦a×mの関係を満たす整数である。すなわち、Mの配位が全てカルボキシレート基と結合していても良いし、カルボキシレート基と結合していないMの配位があっても良い。このようなカルボキシレート基を結合させた第二の発明の化合物は、前記Rが疎水性であるため、特に疎水性の溶媒や疎水性の樹脂等への分散性が良好となり、作業性が向上する。さらに、該化合物により得られる金属酸化物粒子の疎水性の溶媒や疎水性の樹脂等への分散性も良好になる。さらにR中のメチレン鎖の鎖長が最大で2であり、且つ鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1であるため、該化合物により得られる金属酸化物粒子の耐熱性を向上できる。
 メチレン鎖の鎖長は、無置換メチレン(-CH2-)の連続数を意味し、好ましくは1であり、0であっても良い。
 上記R中の総炭素数は、3以上であることが好ましい。R中の総炭素数を3以上とすることによって、金属酸化物粒子の溶媒や樹脂中での分散性を向上できる。分散性の観点からは、R中の総炭素数は多い方が好ましく、その下限値は、4がより好ましく、さらに好ましくは5である。一方、R中の総炭素数は20以下であることが好ましい。このようにすることによって、該化合物により得られるカルボキシレート化合物で被覆された金属酸化物粒子の金属酸化物成分を増加させることができる。R中の総炭素数の上限は、10がより好ましく、さらに好ましくは6であり、特に5が好ましい。
 また、Rは分枝鎖を有していることが好ましく、このようにすることによって、金属酸化物粒子の凝集を抑制できる。
 上記式(1)中、特に好ましいカルボキシレート基は、式中の-Rが、-R1-R2-R3-(R4p-Hである。但し、pは0又は1であり、R1~R4は、-CH2-、-CR56-(但し、-CR56-は-CH2-を除く)のいずれかであり、かつR1~R4のいずれか一つは-CR56-である。また前記R5及びR6は、同一又は異なって、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基のいずれかである。これらR5及びR6には、3級水素を有する基は含まれないことが好ましい。なおR1~R4が複数の-CR56-を有するとき、R5、R6は、(-CR56-)単位に応じて異なっていても良い。前記R5及びR6は、好ましくはメチル基、エチル基であり、特に好ましくはメチル基である。またR5、R6は、直鎖状であることが好ましい。
 上記-R1-R2-R3-(R4p-H(p=0、1)は、R1、R2のいずれかが-CR56-(特に-C(CH32-)であることが好ましい。
 上記-R1-R2-R3-(R4p-H(p=0、1)は、特にR1は-CH2-、-C(CH32-のいずれかであり、R2~R4は、-CH2-、-C(CH32-、-CH(CH3)-のいずれかであり、かつ、R1~R4のいずれか一つは-C(CH32-であることが好ましい。
 上記カルボキシレート基を形成するカルボン酸は、例えば酪酸、ピバリン酸、2,2-ジメチル酪酸、3,3-ジメチル酪酸、2,2-ジメチル吉草酸、2,2-ジエチル酪酸、3,3-ジエチル酪酸が挙げられ、好ましくはピバリン酸、2,2-ジメチル酪酸、3,3-ジメチル酪酸であり、より好ましくは2,2-ジメチル酪酸、3,3-ジメチル酪酸である。
 第二の発明におけるカルボキシレート基は、1種のみを用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。2種以上を組み合わせる場合には、少なくとも1種のRを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であり、且つ鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1であれば良い。
 Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であり、且つ鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1である(i)の場合には、特にMがTi、Al、Zr、Zn、Sn、オキソチタニウム、オキソジルコニウム及びオキソスズよりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、より好ましくはZr及びオキソジルコニウムの少なくとも1種である。
 (ii)Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であることと、Rを構成する鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1であることの両方の要件を満たす場合以外
 この場合、Mが金属である場合はその価数をa価と表し、Mがオキソ金属である場合はオキソ金属を構成する金属の価数を(a+2)価と表すと、nはm≦n<a×mの関係を満たす整数である。すなわち、Mの配位のうちカルボキシレート基が結合していないものが存在する。
 この場合のRは、炭素数が1以上、20以下で、ハロゲン及び/又はヘテロ原子を有していても良い直鎖構造、分岐構造、脂環構造、又は芳香族環構造の炭化水素基の中でも、Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であることと、Rを構成する鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1であることの両方の要件を満たす場合以外の全ての炭化水素基である。このような炭化水素基としては、例えば吉草酸、ヘキサン酸、2-エチルヘキサン酸、オクタン酸、ネオデカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、乳酸、りんご酸、クエン酸、安息香酸、フタール酸、イソフタル酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フマル酸、マレイン酸、ピルビン酸等が挙げられる。
 次に、第二の発明に係る化合物の製造方法について以下に説明するが、本発明に係る化合物の製造方法は以下の方法に限定されない。
 第二の発明の化合物は、金属化合物又はオキソ金属化合物(例えば上記したMの化合物)と、カルボキシレート化合物又はカルボン酸(例えば上記RのRCOO基を有するカルボキシレート化合物又はカルボン酸)を、反応させることにより製造でき、加熱処理(以下、単に「熱処理」とも呼ぶ。)を行うことが好ましい。金属化合物又はオキソ金属化合物としては、例えば、金属の炭酸塩、オキソ金属の炭酸塩、金属ハロゲン化物(塩化物など)、オキソ金属ハロゲン化物(塩化物など)、金属酸化物、又は金属アルコキサイドを用いることができる。
 例えば金属がジルコニウムである例では、炭酸ジルコニウム、オキシ炭酸ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、塩化ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、オキシ酢酸ジルコニウム、オキシ硝酸ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、オクタン酸ジルコニウム、オレイン酸酸化ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、ステアリン酸酸化ジルコニウム、ラウリン酸酸化ジルコニウム、テトラブトキシジルコニウム等のジルコニウムアルコキサイド等が挙げられる。
 第二の発明の化合物の製造方法において用いるカルボキシレート化合物又はカルボン酸は、上記(i)又は(ii)でそれぞれ規定するRを有するRCOO化合物(カルボキシレート化合物)又はRCOOH(カルボン酸)を用いれば良い。
 カルボキシレート化合物又はカルボン酸の量は特に限定されないが、例えば金属化合物又はオキソ金属化合物1モルに対して3モル以下とできる。
 特に、金属の炭酸塩又はオキソ金属の炭酸塩(例えば上記Mの炭酸塩)と、カルボン酸(例えば上記RのRCOO基を有するカルボン酸)とを、加熱処理して、第二の発明の化合物を製造することが好ましい。
 金属の炭酸塩又はオキソ金属の炭酸塩は、例えばZr2(CO3)(OH)22や、O=Zr(CO3)など、M(すなわち、金属の炭酸塩又はオキソ金属の炭酸塩)1モルに対してCO3の割合がaモル未満(好ましくは(a-1)モル以下であり、特に(a-1.5)モル)である金属炭酸塩又はオキソ金属炭酸塩が挙げられる(但し、aはMが結合可能な配位数を意味する)。金属の炭酸塩又はオキソ金属の炭酸塩とカルボン酸の反応では、熱処理により酸・塩基反応が起こって前記炭酸塩のCO3の一部がOCORに置き換わり、第二の発明のカルボキシレート基が結合した金属又はオキソ金属が生成する。金属の炭酸塩又はオキソ金属の炭酸塩を用いれば、理論上aモルよりも少ないカルボン酸で効率よくカルボキシレート基が結合した金属又はオキソ金属を得ることができる。
 第二の発明の化合物を製造するための熱処理温度は、25℃以上が好ましく、より好ましくは50℃以上、更に好ましくは70℃以上である。熱処理時間は、例えば30分~4時間であり、好ましくは1~3時間である。
 熱処理時の雰囲気は限定されないが、好ましくは窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気である。
 続いて、第二の発明の金属酸化物粒子について説明する。第二の発明の金属酸化物粒子は、金属化合物又はオキソ金属化合物を水の存在下で加熱することによって製造できる。第二の発明の金属酸化物粒子は、例えば、金属化合物又はオキソ金属化合物と、カルボキシレート化合物又はカルボン酸を、水の存在下で加熱処理することによって製造可能であり、この製造途中で本発明の化合物を経由しても良い。つまり、本発明の金属酸化物粒子は、本発明の化合物から得ることができ、本発明の化合物中のRCOO基と同じRCOO基を有するカルボキシレート化合物で被覆された金属酸化物粒子を得ることができる。
 第二の発明の金属酸化物粒子におけるカルボキシレート化合物の被覆量は、カルボキシレート化合物で被覆された金属酸化物粒子に対して、0.1質量%以上であることが好ましい。このようにすることによって、金属酸化物粒子の溶媒等への分散性を向上できる。前記被覆量は、より好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは2質量%以上である。前記被覆量が多いと、単位体積当たりに含有される金属酸化物粒子そのものの量が少なくなるため、屈折率等の向上効果が十分に発揮できず好ましくない。そこで、前記被覆量は、例えば30質量%以下であり、好ましくは25質量%以下、より好ましくは20質量%以下である。また(カルボキシレート化合物被覆金属酸化物粒子中の金属のモル数)/(金属化合物又はオキソ金属化合物中の金属のモル数)×100で求められる、金属酸化物粒子の収率は例えば50%以上であり、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上である。該収率の上限は通常98%程度である。
 第二の発明の化合物から得られる金属酸化物粒子を形成する金属酸化物、金属酸化物の結晶構造、金属酸化物粒子の粒子径・結晶子径・平均粒子径・形状・屈折率は、前述の第一の発明の説明が引用される。
 第二の発明の化合物を経由して粒子を製造する方法としては、水の存在下で、金属化合物又はオキソ金属化合物と、カルボキシレート化合物又はカルボン酸との混合物を加熱すれば良く、具体的な手順は(i)金属化合物又はオキソ金属化合物と、カルボキシレート化合物又はカルボン酸とを先に反応させ本発明の化合物を合成した後、その反応物に水を添加して熱処理する化合物合成先行型でも良いし、(ii)金属化合物又はオキソ金属化合物と、カルボキシレート化合物又はカルボン酸と、水とを熱処理することで、本発明の化合物の合成と同時に金属酸化物粒子を合成させる化合物・金属酸化物同時合成型であってもよい。本明細書では、前記(i)で水を添加して熱処理する工程、及び前記(ii)における反応・熱処理工程を、「水熱処理工程」と称する場合がある。化合物合成先行型の(i)の手順の方が、化合物・金属酸化物同時合成型の(ii)の手順に比べて、熱処理時の圧力を低くできる。
 第二の発明では上記工程(i)又は(ii)において、該混合物に含まれる水の量は例えば金属化合物又はオキソ金属化合物1モルに対して5モル以上であり、好ましくは7モル以上、より好ましくは10モル以上である。該混合物に含まれる水とは、混合物中に存在する全ての水を意味し、添加した水の量だけでなく、金属炭酸塩又はオキソ金属炭酸塩などの化合物中に含まれる水や、溶媒としての水も含む意味である。
 水熱処理温度は、100℃以上が好ましく、より好ましくは140℃以上であり、さらに好ましくは160℃以上である。水熱処理温度の上限は特に限定されないが、300℃以下が好ましく、より好ましくは250℃以下であり、さらに好ましくは220℃以下である。水熱処理時間は、例えば5~50時間であり、好ましくは10~40時間である。
 第二の発明の金属酸化物粒子の製造方法において、水熱処理時の圧力は、好ましくは0.5MPa以上であり、より好ましくは0.6MPa以上である。該圧力の上限は、通常3.0MPa以下であり、好ましくは2.0MPa以下、より好ましくは1.5MPa以下(特に1.0MPa以下)である。また、水熱処理時の雰囲気は限定されないが、好ましくは窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気である。
 第二の発明では、特にジルコニウム炭酸塩と、カルボン酸とを用いて化合物を製造する場合、ジルコニウム炭酸塩とカルボン酸との混合物(通常、ジルコニウム1モルに対して5モル以上の水を含む)を熱処理すれば良いが、カルボン酸の量を調整することや、該混合物がさらに芳香族炭化水素を含有する(すなわち、芳香族炭化水素の存在下で、Mの炭酸塩と、RCOO基を有するカルボン酸を反応させる)ことや、混合物に含まれる水の量(すなわち、Mの炭酸塩と、RCOO基を有するカルボン酸との反応時の水の量)を調整することや、或いは塩基性化合物の存在下で熱処理を行う(すなわち、塩基性化合物の存在下で、Mの炭酸塩と、RCOO基を有するカルボン酸とを反応させる)ことなどは、最終的に得られる被覆型酸化ジルコニウム粒子中の正方晶の割合を調整できるため好ましい。それぞれ以下に説明する。
 前記カルボン酸のジルコニウム1モルに対するモル量は、2モル未満であることが好ましい(要件A)。カルボン酸のモル量が少ない程、被覆型酸化ジルコニウム粒子中の正方晶の割合を向上できる。カルボン酸のモル量は、より好ましくは1.5モル以下、さらに好ましくは1モル以下、さらに好ましくは0.7モル以下である。カルボン酸のモル量は、0.2モル以上が好ましい。カルボン酸量が少なすぎると、カルボキシレート化合物の被覆量が不十分となる。カルボン酸のモル量は、より好ましくは0.3モル以上であり、0.4モル以上が更に好ましい。
 前記ジルコニウム炭酸塩とカルボン酸との混合物が芳香族炭化水素を含有すること(要件B)によって、カルボキシレート化合物が被覆された酸化ジルコニウム粒子(被覆型酸化ジルコニウム粒子)中の正方晶の割合を向上できるため好ましい。芳香族炭化水素は、好ましくは総炭素数7以上のアルキル基置換芳香族炭化水素であり、より好ましくは総炭素数8以上(特に9以上)のアルキル基置換芳香族炭化水素であり、具体的にはトルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼン、トリメチルベンゼンであり、好ましくはキシレン、トリメチルベンゼン(特に、1,2,4-トリメチルベンゼン)である。また、前記混合物(ジルコニウム炭酸塩とカルボン酸との混合物)中の芳香族炭化水素含有量は、ジルコニウムの炭酸塩100質量部に対して30質量部以上が好ましく、より好ましくは40質量部以上であり、さらに好ましくは50質量部以上である。一方、芳香族炭化水素の含有量が過剰になると、最終的に得られる被覆型酸化ジルコニウム粒子の収率が低下する。そこで、前記混合物中の芳香族炭化水素の含有量は、ジルコニウムの炭酸塩100質量部に対して、例えば400質量部以下が好ましく、より好ましくは200質量部以下であり、100質量部以下がさらに好ましい。また、化合物・金属酸化物同時合成型の(ii)の手順の場合は、ジルコニウム炭酸塩とカルボン酸との反応時(すなわち、化合物合成時)に芳香族炭化水素を添加するのが好ましい。
 前記ジルコニウム炭酸塩とカルボン酸との混合物中の水の量がジルコニウム1モルに対して17モル以下であることが好ましい(要件C)。前記混合物中の水の量を抑制することで、被覆型酸化ジルコニウム粒子の正方晶の割合を調整できる。前記混合物中の水の量は、ジルコニウム1モルに対して15モル以下が好ましく、より好ましくは10モル以下である。
 第二の発明では、塩基性化合物存在下で前記熱処理を行うことが好ましい(要件D)。塩基性化合物の存在下で熱処理を行うことによって、被覆型酸化ジルコニウム粒子の正方晶の割合を調整できるだけでなく、被覆型酸化ジルコニウム粒子の収率も向上できる。塩基性化合物は、ジルコニウム1モルに対して、0.1モル以上が好ましく、0.2モル以上がより好ましく、0.5モル以上がさらに好ましい。塩基性化合物量の上限は、ジルコニウム1モルに対して、通常2モル以下であり、好ましくは0.8モル以下である。また、反応・熱処理同時型の(ii)の手順の場合は、ジルコニウムの炭酸塩とカルボン酸との反応の後に、塩基性化合物を添加して熱処理することが好ましい。
 前記塩基性化合物は、ブレンステッド塩基、ルイス塩基等のいずれの定義の塩基も含む意味であり、また無機化合物、有機化合物のいずれでも良い。中でも、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、及び1~3級アミンから選ばれる少なくとも1種以上の塩基性化合物であることが好ましく、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物、有機アミン化合物の1種以上が好ましく、特にアルカリ金属の水酸化物が好ましい。塩基性化合物として最も好ましいのは水酸化ナトリウムである。
 上記した要件A~Dは、いずれか一つの要件を満たしても良いし、2つ以上を同時に満たしていても良い。
 また、上記した要件A~Dのうち、要件A(カルボン酸量に関する要件)、要件B(芳香族炭化水素に関する要件)、及び要件D(塩基性化合物に関する要件)は、前記した化合物の製造方法においても満たされることが好ましい。化合物の製造方法において、要件A、B及びDは、いずれか一つの要件を満たしていても良いし、2つ以上を同時に満たしていても良い。
 特に、Rが、炭素数が1以上、20以下で、ハロゲン及び/又はヘテロ原子を有していても良い直鎖構造、分岐構造、脂環構造、又は芳香族環構造の炭化水素基の中で、Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であることと、Rを構成する鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1であることの両方の要件を満たす炭化水素基以外(すなわちRが第二の発明の化合物における(ii)で規定される場合)であるようなRCOO基を含有するカルボキシレート化合物で被覆された金属酸化物粒子を得る場合には、水の存在下で、金属の炭酸塩又はオキソ金属の炭酸塩と、カルボン酸との混合物を加熱する製造方法を採用することが好ましい。
 第二の発明の金属酸化物粒子が、下記式(2)
 -OCO-R’・・・(2)
 (但し、式中、R’は飽和炭化水素基であり、この飽和炭化水素基を構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であり、且つ鎖長2のメチレン鎖の数は0または1である。)
で表されるカルボキシレート基を有するカルボキシレート化合物で被覆された金属酸化物粒子である場合には、上述したように本発明の化合物のうちの(i)の場合の化合物を経由しても良いし、経由しなくても良い。本発明の化合物(i)を経由しない場合の金属酸化物粒子は、例えば金属酸化物粒子に有機合成的にカルボキシレート化合物を付加する方法(例えば、R’COO構造を有するカルボン酸やシランカップリング剤を、未修飾の金属酸化物粒子に乾式法や湿式法で処理する方法)などが挙げられる。
 なお、上記式(2)におけるR’は、第二の発明の化合物の(i)の場合のRと同様であり、本発明の化合物の(i)の場合のRについての説明を全て参照できる。また金属の種類については、本発明の化合物のMと同様である。
 上記式(2)で表されるカルボキシレート化合物で被覆されている金属酸化物粒子について、これを形成する金属酸化物の種類、カルボキシレート化合物の被覆量、粒子径、粒子形状、屈折率、結晶構造は、前述の金属酸化物粒子(すなわち、本発明の化合物から得られる金属酸化物粒子)と同様であり、これらの説明を全て参照できる。
 第二の発明は、水の存在下で金属の炭酸塩又はオキソ金属の炭酸塩である金属化合物又はオキソ金属化合物と、カルボン酸との混合物を加熱することを特徴とする金属酸化物粒子の製造方法も包含する。本発明では、金属の炭酸塩又はオキソ金属の炭酸塩である金属化合物又はオキソ金属化合物を用いることにより、金属酸化物粒子を効率よく製造できる。
 金属の炭酸塩又はオキソ金属の炭酸塩である金属化合物又はオキソ金属化合物は、特に限定されないが、金属酸化物粒子の屈折率を考慮した場合、例えばAl、Ti、Zr、In、Zn、Sn、La、Y、Ce、これらの部分酸化物の炭酸塩であり、好ましくはAl、Ti、Zr、Zn、Sn、Ce、これらの部分酸化物の炭酸塩、更に好ましくはAl、Ti、Zr、Zn、Sn、これらの部分酸化物の炭酸塩であり、特にTi、Zrの部分酸化物の炭酸塩が好ましい。
 カルボン酸は、前述の本願発明の化合物で例示したカルボン酸を挙げることができる。
 該金属酸化物粒子は、上述した本発明の金属酸化物粒子を製造する方法と同様に製造できる。その他の要件とは、例えば、用いる金属の炭酸塩又はオキソ金属の炭酸塩である金属化合物又はオキソ金属化合物又はカルボン酸の種類及びその配合比、具体的手順、水熱処理時の水の量、水熱処理の温度・圧力条件、水熱処理の雰囲気、要件A~Dであり、これらの条件を全て参照できる。
 更に、第二の発明と、前述の第一の発明、後述する第三の発明、第四の発明はそれぞれ相互に組み合わせることも可能である。
 すなわち、第二の発明に記載された金属酸化物粒子を製造する方法として、第一の発明の欄に記載する金属酸化物粒子の製造方法、第三の発明の欄に記載する金属酸化物粒子の製造方法、第四の発明の欄に記載する金属酸化物粒子の製造方法をそれぞれ援用することができる。
 また、第二の発明に記載される化合物(金属酸化物粒子の中間化合物)及び金属酸化物粒子は、第二の発明に記載する特徴を有している限り、第一の発明に記載する金属酸化物粒子の特徴を有していてもよく、第三の発明に記載する化合物及び金属酸化物粒子の特徴を有していてもよく、第四の発明に記載する金属酸化物粒子の特徴を有していてもよく、更に、これらの特徴を組み合わせて有していてもよい。
3.第三の発明(第3の方法)
 第三の発明(第3の方法)では、金属酸化物の被覆に用いるカルボン酸化合物を2種以上とすることに最大の特徴を有する。さらに被覆に用いるカルボン酸化合物の1種をエステル基、エーテル基、アミド基、チオエステル基、チオエーテル基、カーボネート基、ウレタン基、およびウレア基からなる群より選ばれる1以上の置換基を有するカルボン酸、または(メタ)アクリル酸を選択することにより多様な媒体への分散性を達成した。カルボン酸化合物は金属酸化物に化学結合するか、或いは水素原子やカチオン性原子と共にカルボン酸やその塩を形成して金属酸化物に付着する。以下に順を追って説明する。
 第三の発明の金属酸化物粒子は、各種媒体への分散性が極めて良好であり、各種用途への応用が可能である。特にレジストに代表される精密微細構造を形成する用途には際立って有用であり、分散ムラや現像残渣の改善が可能となる。
 まず、第三の発明で使用される第1のカルボン酸化合物について説明する。第三の発明では、金属酸化物の被覆に用いるカルボン酸化合物のうち、エステル基、エーテル基、アミド基、チオエステル基、チオエーテル基、カーボネート基、ウレタン基、およびウレア基からなる群より選ばれる1以上の置換基(以下、特定置換基と称する場合がある)を有するカルボン酸、または(メタ)アクリル酸(以下、第1のカルボン酸化合物と称する)が採用される。これらの化合物を採用することにより金属酸化物粒子の疎水性・親水性のバランスが良くなり、親水性溶媒・疎水性溶媒・モノマー・オリゴマー・ポリマー等の各種の媒体への分散性が顕著に向上する。第1のカルボン酸化合物は(メタ)アクリル酸であるか、または特定置換基を1種以上有していれば良く、同種もしくは異種の特定置換基を複数有してもよく、さらに特定置換基以外の置換基を有してもよい。特定置換基は、エステル基、エーテル基、アミド基が入手性の観点から好ましく、更に好ましくはエステル基、エーテル基である。1分子中に特定置換基は1つ以上有していれば良く、上限は特に限定されないが、金属酸化物粒子製造の際のハンドリングから20個以下が好ましい。より好ましくは10個以下、更に好ましくは5個以下である。
 第1のカルボン酸化合物は市販品を用いてもよいし、公知の合成方法により合成することも可能である。たとえば、各種アルコール化合物と二塩基酸または酸無水物の反応によりエステル化合物を得る方法、エポキシ化合物またはグリジシル化合物と二塩基酸の反応によりエステル化合物を得る方法、アルコールまたは水と環状エーテルとの反応によりエーテル化合物を得る方法、アミン化合物と二塩基酸または酸無水物の反応によりアミド化合物を得る方法、チオール化合物と二塩基酸または酸無水物の反応によりチオエステル化合物を得る方法、ジチオールの脱硫によりチオエーテル化合物を得る方法、などが代表的に例示できる。
 第1のカルボン酸化合物のカルボキシル基のα炭素は2級炭素、3級炭素、4級炭素、または芳香族炭素の何れであってもよい。また第1のカルボン酸化合物のカルボキシル基は1つでも複数でもよいが、金属酸化物粒子製造の際に粒子間架橋が起こるのを回避するためには、3つ以下が好ましく、2つがより好ましく、1つであることが最も好ましい。
 後述の第2のカルボン酸との交換容易性の観点から、第1のカルボン酸化合物のpKaは4.8以下が好ましく、4.7以下がより好ましく、更に好ましくは4.6以下である。カルボン酸化合物のpKaは計算化学ソフトACD/pKa version10.01(Advanced Chemistry Development. Inc社製)により算出される値を採用できる。
 第三の発明の被覆された金属酸化物粒子を硬化性組成物に配合し、各種用途に用いる場合には、第1のカルボン酸化合物は重合性二重結合を有することが好ましい。金属酸化物粒子の被覆成分に重合性二重結合を有することにより、他の配合成分と共重合が可能となるため硬化時の凝集やブリードアウトといった問題を生じることなく、硬化物においても良好な分散状態を維持することが可能である。なお、重合性二重結合は第1のカルボン酸化合物で有しても良く、後述の第2のカルボン酸化合物で有してもよい。また第1または第2のカルボン酸化合物を2種以上用いる場合には、それらのうち少なくとも1種で重合性二重結合を有すればよい。
 第1のカルボン酸化合物の具体例としてはアクリル酸、メタクリル酸2-アクリロイロキシエチルコハク酸、2-メタクリロイロキシエチルコハク酸、2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-メタクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-アクリロイロキシエチルフタル酸、2-メタクリロイロキシエチルフタル酸などが挙げられる。そのうちアクリル酸、2-アクリロイロキシエチルコハク酸、2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-アクリロイロキシエチルフタル酸、が好ましく用いられる。
 前記第1のカルボン酸化合物は1種のみを用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。金属酸化物粒子を被覆する第1のカルボン酸化合物の割合は、被覆後の金属酸化物粒子100質量部に対して、第1のカルボン酸化合物が0.1質量部以上であることが好ましい。このようにすることによって、製造時または製品中での金属酸化物粒子の溶媒等への分散性を向上できる。第1のカルボン酸化合物の量は、より好ましくは0.5質量部以上であり、さらに好ましくは2質量部以上である。被覆量が多いと、単位体積当たりに含有される金属酸化物粒子の量が少なくなるため、好ましくない。そこで第1のカルボン酸化合物の量は、通常30質量部以下であり、好ましくは25質量部以下であり、より好ましくは20質量部以下である。
 続いて、第2のカルボン酸化合物について説明する。第2のカルボン酸は前記第1のカルボン酸以外のカルボン酸であれば特に限定されないが、後述する製造工程の観点から、総炭素数を3以上の直鎖状カルボン酸、分枝鎖状カルボン酸、環状カルボン酸、または芳香族カルボン酸が好ましく採用される。このうち特に分枝鎖状カルボン酸が好適である。分枝鎖状カルボン酸とすることによって、金属酸化物粒子の凝集を効率的に抑制できる。
 前記第2のカルボン酸化合物は1種のみを用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。金属酸化物粒子と、これを被覆する第2のカルボン酸化合物の割合は、金属酸化物粒子100質量部に対して、第2のカルボン酸化合物が0.1質量部以上であることが好ましい。このようにすることによって、製造時または製品中での金属酸化物粒子の溶媒等への分散性を向上できる。第2のカルボン酸化合物の量は、より好ましくは0.5質量部以上であり、さらに好ましくは2質量部以上である。被覆量が多いと、単位体積当たりに含有される金属酸化物粒子の量が少なくなるため、好ましくない。そこで第2のカルボン酸化合物の量は、通常30質量部以下であり、好ましくは25質量部以下であり、より好ましくは20質量部以下である。
 また前記第1のカルボン酸化合物と第2のカルボン酸化合物の合計被覆量は100質量部に対して、0.2質量部以上であることが好ましく、より好ましくは1質量部以上であり、さらに好ましくは2質量部以上であり、40質量部以下であり好ましくは35質量部以下であり、より好ましくは30質量部以下である。
 第1のカルボン酸と第2のカルボン酸の被覆量の質量比は、第1のカルボン酸/第2のカルボン酸として、100/1~1/100が好ましく、より好ましくは50/1~1/50、更に好ましくは30/1~1/30である。このような範囲に被覆量を調整することにより、得られる金属酸化物粒子の親水性・疎水性等多種の媒体との親和性が向上し、分散性が向上する。
 第三の発明の金属酸化物について、金属酸化物粒子を形成する金属酸化物、金属酸化物の結晶構造、金属酸化物粒子の粒子径・結晶子径・平均粒子径・形状・屈折率は、前述の第一の発明の説明が引用される。
 以下、第三の発明の金属酸化物粒子の代表的な製造方法について説明するが、各工程は適宜変更しても構わない。なお製法的特徴を考慮した場合、以下では、第三の発明の金属酸化物粒子を置換被覆型粒子と称する場合がある。該第三の発明の粒子(置換被覆型粒子)は、まず初めに第2のカルボン酸化合物で被覆された粒子(以下、被覆型粒子と称する場合がある)を調製し、次いでこの被覆型粒子表面の第2のカルボン酸を第1のカルボン酸化合物で置換することで製造できる。
 まず、被覆型粒子の調製について説明する。被覆型粒子は、水存在下、金属成分と第2のカルボン酸化合物とを水熱反応を行なうことで得られる。水熱反応の詳細は前述の第一の発明の説明、第二の発明の説明が援用される。
 第三の発明では、金属成分と第2のカルボン酸化合物とを水熱反応することによって第2のカルボン酸化合物で被覆された被覆型粒子を製造することができるが、
(i)第2のカルボン酸化合物と金属酸化物前駆体との塩
(ii)第2のカルボン酸化合物の金属塩、および
(iii)第2のカルボン酸化合物及び金属酸化物前駆体
から選ばれる少なくとも1種以上を水熱反応することが好ましい。
 以下、前記金属酸化物前駆体として、各種金属のオキシ塩化物等の塩化物やオキシ硝酸物等の硝酸塩等の、水溶性で腐食性の高い金属酸化物前駆体を原料として用いるときに好適である前記(i)の場合について、詳述する。
 尚、塩とは、カルボン酸と金属酸化物前駆体との量論比で構成される単種類の化合物だけでなく、複合塩や、未反応のカルボン酸または金属酸化物前駆体が存在する組成物であってもよい。
 前記(i)において、第2のカルボン酸化合物と金属酸化物前駆体との塩とは、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属により中和度が0.1~0.8の範囲に中和された第2のカルボン酸化合物由来のカルボン酸塩含有組成物と金属酸化物前駆体とを反応させて得られた、第2のカルボン酸化合物と金属との塩であることが好ましい。
 前記中和度が0.1~0.8の範囲に中和されたカルボン酸塩含有組成物とは、第2のカルボン酸化合物を構成している全カルボキシル基1モルに対して0.1~0.8モルのカルボキシル基がアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属で中和されている状態の有機カルボン酸塩含有組成物を言い、第2のカルボン酸化合物に適量のアルカリ金属の水酸化物等を加えて得る以外に、未中和の第2のカルボン酸化合物と完全及び/又は部分中和されたカルボン酸塩化合物とを混合することによっても得られる。該未中和、完全中和又は部分中和の第2のカルボン酸化合物は同一であっても、互いに異なっていてもよく、さらに異なるカルボン酸からなる組成物の未中和、完全中和又は部分中和物であっても良い。
 前記中和度は0.1~0.8が好ましく、0.2~0.7がより好ましい。0.1未満では第2のカルボン酸化合物の溶解性が低いために前記塩が十分に形成できないことがあり、また0.8を超えると金属の水酸化物と推測される多量の白色沈殿が生成して金属酸化物粒子の収率が低下する場合がある。
 前記カルボン酸塩含有組成物を得るために用いるアルカリ金属及びアルカリ土類金属はいずれであってもよいが、水溶性の高いカルボン酸塩を形成する金属が好ましく、アルカリ金属、特にナトリウム及びカリウムが好適である。
 前記カルボン酸塩含有組成物と前記金属酸化物前駆体との割合は、金属酸化物前駆体1モルに対してカルボキシル基が1モル~20モルであることが好ましく、1.2~18モルがより好ましく、1.5~15モルがさらに好ましい。
 前記カルボン酸塩含有組成物と前記金属酸化物前駆体とを反応させるには、水溶液同士を混合させるのが好ましい。反応温度は水溶液を保持できる温度であれば特に問わないが、室温から100℃が好ましく、40℃~80℃がより好ましい。
 前記カルボン酸塩含有組成物と前記金属酸化物前駆体とを反応させて得られた前記塩は、そのまま水熱反応に供しても良いが、不溶性の副生物を濾過等により取り除いておくのが好ましい。
 次に(ii)の場合について、詳細に説明する。
 (ii)の実施形態では、事前に調製した第2のカルボン酸化合物の金属塩を用いるものである。上記の様な煩雑な工程を経ることなく、水熱反応に供することが出来る利点がある。但し、容易に入手できる化合物が限られているため、目的とするカルボキシレート基で被覆された金属酸化物粒子が得られないことがある。金属は特に限定されないが、Ti、Al、Zr、Zn、Sn、及びCeから選ばれる少なくとも1種を含有することが好ましい。
 (ii)の実施形態で用いることが出来る金属塩としては、2-エチルヘキサン酸チタン、3,3-ジメチル酪酸チタン、オクタン酸チタン、オレイン酸酸化チタン、ステアリン酸酸化チタン、ラウリン酸酸化チタン、オクタン酸アルミニウム、オクタン酸ジルコニウム、2-エチルヘキサン酸ジルコニウム、オレイン酸酸化ジルコニウム、ステアリン酸酸化ジルコニウム、ラウリン酸酸化ジルコニウム、オクタン酸亜鉛、オクタン酸スズ、オクタン酸セリウム等を例示することが出来る。
 金属塩の純度が低い場合には、精製を施してから用いることもあるが、市販品または事前に調製した塩をそのまま水熱反応に供することが出来る。
 次に前記(iii)の場合について、詳細に説明する。
 前記(iii)では、前記金属酸化物前駆体として、例えば各種金属の水酸化物、塩化物、オキシ塩化物、硫酸塩、酢酸塩、有機酸塩、アルコキシド等が挙げられる。例えばジルコニウムでの例では、水酸化ジルコニウム、塩化ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニル、オキシ酢酸ジルコニル、オキシ硝酸ジルコニル、硫酸ジルコニウム、オクタン酸ジルコニウム、オレイン酸酸化ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、ステアリン酸酸化ジルコニウム、ラウリン酸酸化ジルコニウム、テトラブトキシジルコニウム等のジルコニウムアルコキサイド等を用いる場合に好適な方法である。また、チタンでの例では、水酸化チタン、塩化チタン、オキシ塩化チタン、オキシ酢酸チタン、オキシ硝酸チタン、硫酸チタン、オクタン酸チタン、オレイン酸酸化チタン、酢酸チタン、ステアリン酸酸化チタン、ラウリン酸酸化チタン、テトラブトキシチタン(例えば、テトラ-n-ブトキシチタン)等のチタンアルコキサイド等を用いる場合に好適な方法である。
 前記第2のカルボン酸化合物については、前記(i)と同じである。
 前記金属酸化物前駆体と前記第2のカルボン酸化合物とを、好ましくは水存在下で混合する。この時に、加熱や減圧下で行うことにより、アンモニアや酢酸等の前記金属酸化物前駆体に含まれる低沸点の化合物を系外へ追い出しておくと、次工程の水熱反応での圧上昇が抑えられるので、好適である。尚、後述の有機溶媒を添加した溶液中で前記反応を行ってもよい。
 続いて、水熱反応について説明する。
 前記(i)~(iii)のいずれかを水熱反応に供することで金属酸化物粒子組成物が得られる。前記(i)~(iii)だけでは、粘度が高く水熱反応が効率的に進行しない場合には、該(i)~(iii)に対して良好な溶解性を示す有機溶媒を添加すると良い。
 有機溶媒・水分量・反応時の圧力・反応温度・反応時間の詳細は前述の第一の発明の説明、第二の発明の説明が援用される。
 前記水熱反応により、通常、第2のカルボン酸化合物で被覆された金属酸化物粒子(被覆型粒子)が容器下部に沈殿生成する。被覆型粒子は水熱反応で生成したカーボンなどの副生物や被覆型粒子の凝集体等を除去するための精製を施すことが出来る。例えば、沈殿生成物をろ別した後、トルエン等の溶媒に溶解させて、不溶物をろ別してから減圧濃縮などによりトルエン等の溶媒を除去することで被覆型粒子が得られる。
 前記水熱反応時には塩基性化合物を用いることが好ましい。塩基性化合物は水に溶解させた時に塩基性を示すものであれば良く、ブレンステッド塩基やルイス塩基等形態は特に問わず、無機化合物、有機化合物いずれでも良い。中でも、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩及び1級から3級のアミンから選ばれる少なくとも1種以上の塩基性化合物であることが好ましく、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物、カルボン酸のアルカリ金属塩、有機アミン化合物がより好ましく、特にアルカリ金属の水酸化物、有機アミン化合物が好ましい。塩基性化合物が存在することによって、生成する被覆型粒子の収率が向上する。さらに、広範な種類のカルボン酸を原料として利用可能となり、従来方法では製造が難しかった種類のカルボキシレート基で被覆された被覆型粒子が得られる。
 前記塩基性化合物の量は、該工程で用いられる金属酸化物前駆体1モルに対して0.03モル以上1.5モル以下であることが好ましい。前記範囲の塩基性化合物を添加することで、被覆型粒子の収率がより向上する。
 次に、被覆型粒子の置換工程について説明する。前記水熱反応で得られた被覆型粒子の第2のカルボン酸化合物を第1のカルボン酸化合物で置換することによって第三の発明の置換被覆型粒子(金属酸化物粒子)が得られる。この置換は、具体的には、被覆型粒子と第1のカルボン酸化合物とを含む混合物(特に混合液)を撹拌することによって行う。第1のカルボン酸化合物と被覆型粒子の質量比は特に制限されないが、第1のカルボン酸化合物/被覆型粒子として、5/100~200/100が好ましい。5/100より少ない場合には第1のカルボン酸化合物の導入量が不十分となり、分散性が不十分となる恐れがあり、200/100よりも多い場合には置換被覆型粒子への導入量が飽和してしまい非効率となる恐れがある。より好ましくは10/100~150/100である。
 前記混合液の調製に使用する溶媒は前記水熱反応時の溶媒をそのまま用いても良く、他の溶媒を用いてもよい。好ましくは、後述する組成物(硬化性組成物など)で使用するのと同じ溶媒(組成物用溶媒)を用いる。この様な溶媒中で置換被覆型粒子を調製すると、得られる置換被覆型粒子は、組成物中での親和性がより向上し、分散ムラをより高度に防止できる。
 撹拌温度は0~100℃が好ましく、より好ましくは10~70℃、更に好ましくは20~50℃であり、混合液中の被覆型粒子の濃度は5~80質量%が好ましく、より好ましくは10~60質量%である。またボールミル等を用いて無溶媒やより高濃度での処理も可能である。反応時間は10分~5時間が好ましく、より好ましくは20分~2時間である。
 組成物用溶媒中で置換被覆型粒子を調製する場合、置換被覆型粒子は、組成物溶媒中に溶解していることが好ましい。この場合、適当な貧溶媒(例えば、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素系溶媒)を加えることで、置換被覆型粒子を析出させてもよい。析出物は適当な固液分離法(濾過法、遠心分離法など)によって溶媒と分離できる。一方、置換被覆型粒子が溶媒に溶解している場合も、濃縮などによって溶媒と分離できる。
 上記方法により得られた第三の発明の被覆された金属酸化物粒子は洗浄することが好ましい。洗浄することにより副生成物や未反応の第1のカルボン酸化合物や置換された第2のカルボン酸化合物が組成物中から除去され、後記の各種用途に用いたときに悪影響を及ぼすことがなくなる。洗浄溶媒としては、特に限定されないが、アセトン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、メタノール、エタノールが好ましく用いられる。
 更に、第三の発明と、第一の発明、第二の発明、第四の発明はそれぞれ相互に組み合わせることも可能である。
 すなわち、第三の発明に記載された金属酸化物粒子を製造する方法として、第一の発明の欄に記載する金属酸化物粒子の製造方法、第二の発明の欄に記載する金属酸化物粒子の製造方法、第四の発明の欄に記載する金属酸化物粒子の製造方法をそれぞれ援用することができる。
 また、第三の発明に記載する被覆型粒子及び置換被覆型粒子は、第三の発明に記載する特徴を有している限り、第一の発明に記載される化合物(金属酸化物粒子の中間化合物)及び金属酸化物粒子の特徴を有していてもよく、第二の発明に記載する化合物及び金属酸化物粒子の特徴を有していてもよく、第四の発明に記載する金属酸化物粒子の特徴を有していてもよく、更に、これらの特徴を組み合わせて有していてもよい。
4.第四の発明(第4の方法)
 ところで、金属酸化物粒子の原料(金属酸化物前駆体)にはハロゲン化物等の不純物が含まれる場合があるが、本発明はこれら不純物を効果的に低減する金属酸化物粒子の製造方法も提供する。
 第四の発明によれば、被覆に使用されるカルボン酸(以下、第3のカルボン酸という、第3のカルボン酸と金属酸化物前駆体との塩または第3のカルボン酸が結合した金属酸化物粒子の中間化合物を総称して「第3のカルボン酸の金属塩等」と称する。)とは別の、カルボン酸(以下、第4のカルボン酸という)を塩基と共に用いて第3のカルボン酸の金属塩等を処理すると、ハロゲン化物の液性が変化して、第3のカルボン酸の金属塩等や金属酸化物粒子(被覆型金属酸化物粒子)とは異なる様になり、その分離除去が可能になる。さらに驚くべきことに、第四の発明によれば、微量不純物であるハロゲン化物を除去することが最終的に得られる金属酸化物粒子の正方晶の割合を向上させるのに有効であることも明らかとなった。
 第四の発明によれば、第4のカルボン酸と塩基とを共に用いて第3のカルボン酸の金属塩等を処理しているため、塩素等のハロゲン濃度が低減され、精製された第3のカルボン酸の金属塩等(精製金属塩等)を得ることができる。さらに、該精製金属塩等を用いると、ハロゲン濃度が低減されているだけでなく、正方晶の割合が高い、すなわち屈折率の高い金属酸化物粒子を得ることが可能である。
 すなわち、カルボン酸を原料とする被覆剤と金属酸化物前駆体とから調製される第3のカルボン酸の金属塩等に含まれるハロゲン化物を除去する技術である。第3のカルボン酸の金属塩等は、水熱反応によって金属酸化物粒子になる。第三の発明では、第3のカルボン酸の金属塩等の調製中から金属酸化物粒子の製造が完了する直前迄の一連の工程のいずれかのタイミングにおいて、第3のカルボン酸の金属塩等を含む溶液に、金属酸化物前駆体を被覆しないカルボン酸(すなわち金属と化合物を形成しないカルボン酸)(第4のカルボン酸)と所定量の塩基を含有させ、不純物(ハロゲン化物)と反応させることが重要である。このようにすることによって、第4のカルボン酸と塩基とハロゲン化物とが反応し、ハロゲン化物の液性を一方(例えば油溶性)から他方(例えば水溶性)へと変化させることができ、第3のカルボン酸の金属塩等(例えば油溶性)から除去することが可能となる。
 塩基の量は、特に限定されないが、好ましくは第4のカルボン酸に対して1当量以下である。塩基の選択によっては第4のカルボン酸の量に対して1当量を超えると、塩基と第3のカルボン酸の金属塩等が白色沈殿を形成してゲル状になり、ハロゲン化物を分離除去することができない恐れがある。塩基の量は、第4のカルボン酸に対して0.7当量以下が好ましく、より好ましくは0.5当量以下であり、下限は特に限定されないが、例えば0.1当量以上である。
 第四の発明では、不純物としてのハロゲン化物を含む第3のカルボン酸の金属塩等の溶液に、第4のカルボン酸と所定量の塩基を含有させることが最も重要であり、第4のカルボン酸と所定量の塩基を含有させるタイミングは限定されず、第3のカルボン酸の金属塩等の調製時後から金属酸化物粒子を製造する迄の一連の製造工程(すなわち、第3のカルボン酸と金属酸化物前駆体とから第3のカルボン酸の金属塩等を調製するその途中から水熱反応工程終了前)のどの段階で実施してもよいが、特に第3のカルボン酸の金属塩等調製工程終了時に存在する第3のカルボン酸の金属塩等を含む溶液に、第4のカルボン酸と所定量の塩基を含有させることが好ましい。このタイミングでハロゲン化物とともに第4のカルボン酸と塩基を含有させることによって、ハロゲン化物を効率的に除去できる。カルボン酸と塩基を含有させる方法としては、以下の1~3のいずれであっても良い。
 1.予めカルボン酸と塩基とを反応させ、塩を形成した後に加える。
 2.カルボン酸と塩基とを同時に加える。
 3.カルボン酸を加えた後に、塩基を加える。
 第4のカルボン酸及び塩基によって生じるハロゲン化物の反応物(以下、液性変化ハロゲン化物ともいう)の除去方法は、第3のカルボン酸の金属塩等との液性の相違を利用する方法であれば特に限定されず、洗浄、晶析などの公知の手法が採用できるが、洗浄で除去するのが簡便で推奨される。洗浄によってハロゲン化物を除去するには、第3のカルボン酸の金属塩等を一方の液性の溶媒(例えば油性溶媒)に溶解しておき、この溶液を他方の液性の溶媒(例えば水性溶媒)で洗浄すればよい。なおこれら一方及び他方の液性溶媒は、ハロゲン化物の反応後に加えてもよいが、反応前から第3のカルボン酸の金属塩等を含む溶液の一部を構成しているのが望ましい。なお反応前から第3のカルボン酸の金属塩等を含む溶液の一部を構成している場合、前記液性は、ハロゲン化物の反応後において決定される。すなわち第3のカルボン酸の金属塩等とハロゲン化物を含む溶液は、遅くともハロゲン化物の反応後において第3のカルボン酸の金属塩等を溶解可能な有機溶媒(一方液性溶媒(第1の溶媒)、例えば油性溶媒)と、この有機溶媒と相分離する第2溶媒(他方液性溶媒、例えば水性溶媒)とを含んでおり、前記ハロゲン化物の反応物を第2溶媒に溶解させてから有機溶媒と第2溶媒とを分離することが好ましい。このようにすることで、同一溶媒に溶解していた第3のカルボン酸の金属塩等とハロゲン化物を、相分離する有機溶媒と第2溶媒とにそれぞれ分離できる。分液後、第3のカルボン酸の金属塩等を含む溶液を第2の溶媒でさらに洗浄しても良いし、また晶析しても良い。
 有機溶媒(油性溶媒)は、第3のカルボン酸の金属塩等を溶解できる限り特に限定されないが、例えばベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素溶媒;ジイソプロピルエーテル、t-ブチルメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジグライムなどのエーテル系溶媒;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどの変性エーテル類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系溶媒;クロロホルム、ジクロロメタンなどのハロゲン系溶媒;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサンなどの環状炭化水素溶媒;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、イソドデカンなどの鎖状炭化水素溶媒などを用いることができる。
 また第2溶媒(水性溶媒)としては、水、水と水溶性有機溶媒との混合溶媒などが挙げられる。水溶性有機溶媒としては、メタノール、エタノールなどのアルコール類;エチレングリコール、ジメトキシエタン、テトラヒドロフランなどのエーテル類;アセトン、ジオキサンなどのケトン類;アセトニトリルなどのニトリル類などが例示できる。
 第1の溶媒の量は、金属酸化物前駆体に対して0.25~4.0質量倍が好ましく、より好ましくは0.5~2.0質量倍である。また、第2の溶媒の量は、第1の溶媒に対して0.2~10質量倍が好ましく、より好ましくは0.5~5質量倍である。
 第4のカルボン酸と塩基とを前記ハロゲン化物と反応させるときの反応温度は、40~150℃が好ましい。このような温度範囲にすることによって、効率的にハロゲン化物の反応物を生成させ、ハロゲンを除去できる。前記反応温度の下限は、より好ましくは50℃以上、さらに好ましくは70℃以上であり、前記反応温度の上限は、より好ましくは130℃以下であり、さらに好ましくは100℃以下である。反応時間は特に限定されず、例えば15分~3時間(好ましくは30分~1時間)程度である。
 第3のカルボン酸は、金属酸化物粒子を被覆し、溶媒や樹脂等の媒体での分散性を向上する作用を有する。第3のカルボン酸としては、第一の発明に記載のカルボン酸が使用可能である。
 第3のカルボン酸は、金属酸化物前駆体における金属1モルに対して、1~5モルが好ましく、より好ましくは2~4モルである。特に、第3のカルボン酸の金属塩等の調製において、金属酸化物前駆体と反応しない余剰の第3のカルボン酸を残しておき、この余剰の第3のカルボン酸を第4のカルボン酸として使用する場合には、第3のカルボン酸量の下限は、金属酸化物前駆体における金属1モルに対して1.3モル以上が好ましく、より好ましくは1.5モル以上である。また、第3のカルボン酸とは異なる第4のカルボン酸を用いる場合には、第3のカルボン酸量の上限は、最終的に得られる金属酸化物粒子の媒体での分散性が向上できる程度であれば良く、例えば3モル以下、より好ましくは1.5モル以下である。
 金属酸化物前駆体としては、金属炭酸塩、金属ハロゲン化物及びオキシ金属ハロゲン化物からなる群より選ばれる1種以上を用いることができる。金属酸化物前駆体を構成する金属としては、例えばTi、Al、Zr、In、Zn、Sn、La、Y、Ce、Mg、Ba、Caなどが挙げられる。最終的に得られる金属酸化物の屈折率を高めるという観点からはTi、Al、Zr、Zn及びSnよりなる群から選択される少なくとも1種(特にZr)が好ましい。
 第3のカルボン酸と金属酸化物前駆体とを反応させて第3のカルボン酸の金属塩等を生成する際の温度は50~100℃(好ましくは70~90℃)程度であり、時間は1~5時間(好ましくは2~4時間)程度である。
 第4のカルボン酸は、特に限定されないが、例えば第3のカルボン酸と同様に、第一の発明に記載のカルボン酸が使用可能である。第4のカルボン酸は、第3のカルボン酸と異なっていても良いし、同一であっても良い。特に同一である場合は、前記第3のカルボン酸の金属塩等の調製において、前記金属酸化物前駆体と反応しない余剰のカルボン酸を残しておき、この余剰のカルボン酸を第4のカルボン酸として使用することも好ましい。第4のカルボン酸は、1種のみを用いても良いし、2種以上を組み合わせても良い。
 第4のカルボン酸の量は、金属酸化物前駆体中の金属1モルに対して、例えば0.3モル以上であり、より好ましくは0.5モル以上である。第4のカルボン酸量の上限は特に限定されないが、金属酸化物前駆体中の金属1モルに対して、例えば4モル以下であり、好ましくは3モル以下である。
 塩基は特に限定されず、強塩基、弱塩基を問わない。例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化マグネシウムなどのアルカリ土類金属水酸化物、アンモニア、トリエチルアミン、ピリジンなどのN含有塩基などが含まれる。好ましくはアンモニアである。
 以上の通り、ハロゲン化物とともに、カルボン酸と塩基を含有させれば、ハロゲン化物を除去でき、ハロゲン濃度が金属酸化物前駆体の金属に対して、例えば10質量ppm以下(好ましくは5質量ppm以下)である精製化合物を得ることができる。さらに驚くべきことに、金属酸化物前駆体中に不純物として存在するハロゲン化物を除去することは、最終的に得られる金属酸化物粒子の正方晶の割合を向上することにも有効であることが明らかとなった。
 すなわち、上記の製造方法によって得られるハロゲン濃度が低減された第3のカルボン酸の金属塩等(精製金属塩等)を、水熱反応して得られる金属酸化物粒子(被覆型金属酸化物粒子)は、ハロゲン濃度が低減されているとともに、結晶中の正方晶の割合が高い。より具体的には、金属酸化物粒子に対するハロゲンの割合が10質量ppm以下であり、且つ結晶中の全結晶系の合計に対する正方晶の割合が70%以上である。前記ハロゲンの割合は、好ましくは7質量ppm以下(より好ましくは5質量ppm以下)であり、前記正方晶の割合は、好ましくは75%以上である。
 また、上記した金属酸化物粒子は、下記式(3)で表されるカルボキシレート化合物で被覆されている。
 -OC(=O)-R”・・・(3)
 R”は飽和炭化水素基である。R”中の総炭素数が3以上であるカルボキシレート化合物を用いることが好ましい。R”中の総炭素数を3以上とすることによって、最終的に得られる金属酸化物粒子の、溶媒や樹脂中等の媒体中での分散性を向上できる。分散性の観点からは、R”中の総炭素数は多い方が好ましく、その下限値は、4がより好ましく、さらに好ましくは5である。一方、R”中の総炭素数の上限は特に限定されないが、例えば、20以下である。
 精製化合物を用いた水熱反応は、前述の第一の発明の説明、第二の発明、及び第三の発明の説明が援用される。
 更に、第四の発明と、第一の発明、第二の発明、第三の発明はそれぞれ相互に組み合わせることも可能である。
 すなわち、第四の発明に記載された金属酸化物粒子を製造する方法として、第一の発明の欄に記載する金属酸化物粒子の製造方法、第二の発明の欄に記載する金属酸化物粒子の製造方法、第三の発明の欄に記載する金属酸化物粒子の製造方法をそれぞれ援用することができる。
 また、第四の発明に記載する化合物及び金属酸化物粒子は、第四の発明に記載する特徴を有している限り、第一の発明に記載される化合物(金属酸化物粒子の中間化合物)及び金属酸化物粒子の特徴を有していてもよく、第二の発明に記載する被覆型粒子及び置換被覆型粒子の特徴を有していてもよく、第三の発明に記載する金属酸化物粒子の特徴を有していてもよく、更に、これらの特徴を組み合わせて有していてもよい。
5.組成物
 本発明は、上述した各化合物又は各金属酸化物粒子を含有する組成物も包含する。本発明の組成物として、化合物又は金属酸化物粒子が溶媒に分散した分散体、化合物又は金属酸化物粒子を含むディスプレイ用透明面状成形体用樹脂組成物(以下、単に「樹脂組成物」と称する場合がある)などが例示できる。上記金属酸化物粒子は、単独で用いてもよいが、他の物質と共に組成物として用いてもよい。
 本発明の被覆された金属酸化物粒子は、各種媒体に対する顕著な分散性を有するため、多様な溶媒、単量体(単官能単量体及び/又は架橋性単量体)、オリゴマー、ポリマー等への又はこれらの組合せへの添加が可能である。
 本発明の分散体で用いる溶媒は、本発明の化合物又は金属酸化物粒子が高い分散性を示すものを用いれば良い。例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコールなどのアルコール類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルなどのエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどの変性エーテル類(好ましくはエーテル変性及び/又はエステル変性エーテル類、さらに好ましくはエーテル変性及び/又はエステル変性アルキレングリコール類);ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、トリメチルベンゼン、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ミネラルスピリットなどの炭化水素類;ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロゲン化炭化水素類;ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドンなどのアミド類;水;鉱物油、植物油、ワックス油、シリコーン油などの油類を挙げることができる。これらのうち1種を選択して使用することもできるし、2種以上を選択し混合して用いることもできる。取扱性の面から、常圧での沸点が40℃以上、250℃以下程度の溶媒が好適である。後述するレジスト用途では、ケトン類、変性エーテル類などが好適である。
 本発明の分散体では、単官能単量体、架橋性単量体などの重合性化合物を媒体としてもよく、本発明の化合物又は金属酸化物粒子が高い分散性を示すものを用いれば良い。
 単官能単量体は、重合可能な炭素-炭素二重結合を1つだけ有する化合物であればよく、(メタ)アクリル酸エステル;スチレン、p-tert-ブチルスチレン、α-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、p-クロロスチレン、p-クロロメチルスチレン等のスチレン系単量体;(メタ)アクリル酸等のカルボキシル基含有単量体;ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の水酸基含有単量体等が挙げられる。上記の(メタ)アクリル酸エステルとしては、具体的には、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-プロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert-ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステル;ベンジル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アラルキル;グリシジル(メタ)アクリレートなどのグリシジル基を有する(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられるが、メチル(メタ)アクリレートが特に好ましい。これら例示の単官能単量体は、単独で用いてもよく、また、二種類以上を適宜混合して用いてもよい。
 架橋性単量体は、単官能単量体が有する炭素-炭素二重結合と共重合可能な炭素-炭素二重結合を複数含有する化合物であればよい。該架橋性単量体としては、具体的には、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート等のアルキレングリコールポリ(メタ)アクリレート;ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート等のネオペンチルグリコールポリ(メタ)アクリレート;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート等のトリメチロールプロパンポリ(メタ)アクリレート;ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等のペンタエリスリトールポリ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート;ジビニルベンゼン等の多官能スチレン系単量体;ジアリルフタレート、ジアリルイソフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート等の多官能アリルエステル系単量体等が挙げられる。
 分散体に占める化合物又は金属酸化物粒子の濃度は用途に応じて適宜設定することができるが、通常、当該分散体に対して90質量%以下である。90質量%を超えると均一に分散し難くなり分散体が白濁するおそれがあり得る。一方、下限値は特に制限されないが、溶媒コストを考慮すると、例えば、1質量%以上である。より好ましくは5質量%以上、80質量%以下、さらに好ましくは10質量%以上、70質量%以下である。
 樹脂組成物に使用される樹脂は、通常樹脂として用いられるものであれば特に限定されることはないが、例えば熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂が挙げられる。
 上記単量体を含む組成物は、硬化性組成物に該当する。該硬化性組成物は、硬化後は、樹脂組成物を構成する。また本発明の組成物は、上記ポリマー(樹脂)を含む樹脂組成物であってもよい。本発明の樹脂組成物を構成する場合、媒体(マトリックス)である樹脂は熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂の何れでも採用できる。
 熱可塑性樹脂としては具体的には、6-ナイロン、66-ナイロン、12-ナイロンなどのポリアミド類;ポリイミド類;ポリウレタン類;ポリエチレン、ポロプロピレンなどのポリオレフィン類;PET、PBT、PENなどのポリエステル類;ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどの芳香族系ポリエーテル類;ポリ塩化ビニル類;ポリ塩化ビニリデン類;ポリ酢酸ビニル類;ポリスチレン類;(メタ)アクリル樹脂系ポリマー;ABS樹脂;フッ素樹脂;イミドシラン樹脂;等が例示できる。また、ポリビニルブチラール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エチレン-酢酸ビニル共重合体系樹脂、エチレン-(メタ)アクリル酸エステル共重合体系樹脂などの軟質樹脂や硬質樹脂、なども挙げられる。熱可塑性樹脂を媒体とする場合には公知の混合手段を使用することができ、例えば押出し機での混合や溶液での混合が好適に採用できる。
 熱硬化性樹脂としては、縮合系熱硬化樹脂として、フェノール・ホルマリン樹脂、クレゾール・ホルマリン樹脂などのフェノール樹脂;尿素樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂などのアミノ樹脂;などを挙げることができ、フェノール系樹脂を採用する場合にはトリアジン環を有する化合物、グアナミン誘導体、シアヌル酸誘導体や、イソシアヌル酸誘導体との併用も好ましい実施形態である。
 熱または光で硬化する樹脂としては、カチオン重合性基および/またはラジカル重合性基を有する樹脂を用いることも可能である。具体的には、エポキシ樹脂;ウレタン(メタ)アクリレート;エポキシ(メタ)アクリレート;ポリエステル(メタ)アクリレート;不飽和ポリエステル;ジビニルベンゼンなどのスチレン系樹脂;フタル酸ジアリル、イソフタル酸ジアリル、シアヌル酸トリアリル、イソシアヌル酸トリアリルなどのアリルエステル系樹脂;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、3-メチル-1,5-ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオールジ(メタ)アクリレート、ジメチロール-トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ペンタシクロペンタデカンジメタノールルジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルのジ(メタ)アクリル酸付加物、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ノルボルナンジメタノールジ(メタ)アクリレート、p-メンタン-1,8-ジオールジ(メタ)アクリレート、p-メンタン-2,8-ジオールジ(メタ)アクリレート、p-メンタン-3,8-ジオールジ(メタ)アクリレート、ビシクロ[2.2.2]-オクタン-1-メチル-4-イソプロピル-5,6-ジメチロールジ(メタ)アクリレート、等の2官能(メタ)アクリレート化合物;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールポリ(メタ)アクリレート、テトラペンタエリスリトールポリ(メタ)アクリレート、ペンタペンタエリスリトールポリ(メタ)アクリレート等の3官能以上の(メタ)アクリレート化合物、などの(メタ)アクリル酸系誘導体;(メタ)アクリル酸2-ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-(2-ビニロキシエトキシ)エチル、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンのエチレンオキシド付加物のトリ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのエチレンオキシド付加物のジ(メタ)アクリレートなどのエーテル構造を有する(メタ)アクリル系誘導体;トリエチレングリコールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテルなどのビニルエーテル系化合物;トリメチロールプロパンジアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテルなどのアリルエーテル、グリセリンジアリルエーテルのアジピン酸エステルなどのアリルエーテル系化合物;側鎖型二重結合含有ポリマー;重合性官能基及びケイ素含有基を有するイソシアヌレート化合物;などが挙げられる。
 熱または光で硬化する樹脂を採用する場合には重合性モノマーや重合開始剤、熱重合促進剤、光増感剤、光重合促進剤などを併用することも好ましい実施態様である。重合性モノマーとしては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、スチレン、4-t-ブチルスチレン、α-メチルスチレン、4-クロロスチレン、4-メチルスチレン、4-クロロメチルスチレン、などのスチレン系単量体;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、1-アダマンチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート、等の(メタ)アクリル酸系誘導体;ヒドロキシブチルビニルエーテル、ドデシルビニルエーテルなどのビニルエーテル系単量体;アリルグリシジルエーテル、メチロールメラミンのアリルエーテル、グリセリンジアリルエーテルのアジピン酸エステル、アリルアセタール、メチロールグリオキザールウレインのアリルエーテルなどのアリルエーテル系単量体;マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチルなどのマレイン酸エステル系単量体;フマル酸ジブチル、フマル酸ジオクチルなどのフマル酸エステル系単量体;4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-イソブチル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-シクロヘキシル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2,2-ジメチル-1,3-ジオキソラン、などの1,3-ジオキソラン系単量体;(メタ)アクリロイルモルホリン;N-ビニルホルムアミド;N-ビニルピロリドン;などが挙げられる。これらの重合性単量体は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの重合性単量体のうち、(メタ)アクリル系エステル化合物が好適である。
 上記した中で、ポリイミド類、ポリウレタン類、ポリエステル類、(メタ)アクリル樹脂系ポリマー、フェノール樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂がより好ましい。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
 上記組成物中に占める本発明の金属酸化物粒子の濃度は用途に応じて適宜設定することができるが、該組成物が未硬化の場合、通常、該未硬化組成物の全成分(金属酸化物粒子、溶媒、単量体、オリゴマー、ポリマー、及び後述するポリマー前駆体などのうち使用されているもの全ての合計)100質量%に対して、90質量%以下である。90質量%を超えると均一に分散し難くなり未硬化組成物が白濁するおそれがあり得る。一方、下限値は特に制限されないが、溶媒コストを考慮すると、例えば、1質量%以上である。より好ましくは5質量%以上、80質量%以下、さらに好ましくは10質量%以上、70質量%以下である。
 なお、本発明の樹脂組成物には、上記した高分子化合物(ポリマー)と、本発明の化合物又は金属酸化物粒子との組成物だけでなく、上記ポリマーを構成するモノマー(ポリマー前駆体)、例えば、ジカルボン酸とジアミンの混合物、アクリル酸やメタアクリル酸等の不飽和カルボン酸やそのエステル化合物等と、本発明の化合物又は金属酸化物粒子との組成物も含まれる。また、本発明の樹脂組成物は、ポリマーとモノマーを両方含むものであっても良い。
 上記のポリマーの中でも、特に耐熱性の良好なポリマーを用いることが好ましい。耐熱性の良好なポリマーを用いることによって、本発明の金属酸化物粒子の耐熱性向上効果を存分に発揮できる。具体的には、ポリイミド類、(メタ)アクリル樹脂系ポリマー、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などが好ましい。
 本発明にかかる樹脂組成物における金属酸化物粒子の配合量としては、組成物中の1質量%~90質量%の範囲内が好ましい。上記配合量が1質量%未満では、樹脂組成物よりなる面状成形体または光学物品の屈折率が低くなるおそれがある。一方、上記配合量が90質量%を超えると、組成物の粘度が高くなり、作業性が低下するおそれがある。金属酸化物粒子の配合量のより好ましい上限値は85質量%であり、80質量%が最も好ましい。また、上記配合量のより好ましい下限値は10質量%であり、更に好ましくは15質量%であり、20質量%が最も好ましい。
 本発明の樹脂組成物は上記溶媒、モノマー、オリゴマー、ポリマーに加え、分散性を更に向上するために分散助剤を添加しても良い。分散助剤は本発明の金属酸化物粒子の分散させるものであれば特に限定されないが、代表的には界面活性剤等が挙げられる。
 界面活性剤としては、陰イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤、両性イオン界面活性剤、非イオン系界面活性剤が挙げられる。陰イオン系界面活性剤としては、オレイン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウムなどの脂肪酸ナトリウム;脂肪酸カリウム、脂肪酸エステルスルフォン酸ナトリウムなどの脂肪酸系界面活性剤;アルキルリン酸エステルナトリウムなどのリン酸系界面活性剤;アルファオレインスルフォン酸ナトリウムなどのオレフィン系界面活性剤;アルキル硫酸ナトリウムなどのアルコール系界面活性剤;アルキルベンゼン系界面活性剤などが用いられる。陽イオン系界面活性剤としては、塩化アルキルメチルアンモニウム、塩化アルキルジメチルアンモニウム、塩化アルキルトリメチルアンモニウム、塩化アルキルジメチルベンジルアンモニウムなどが用いられる。両性イオン界面活性剤としては、アルキルアミノカルボン酸塩などのカルボン酸系界面活性剤;フォスフォベタインなどのリン酸エステル系界面活性剤などが用いられる。非イオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンラノリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルなどの脂肪酸系界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル;脂肪酸アルカノールアミドなどが用いられる。
 また、2-アクリロイロキシエチルコハク酸、2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-アクリロイロキシエチルフタル酸、2-メタクリロイロキシエチルコハク酸、2-メタクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-メタクリロイロキシエチルフタル酸を添加することにより分散性を向上することも可能であり、好ましい実施形態として挙げられる。
 本発明の樹脂組成物(硬化後の硬化性組成物を含む)には、本発明の化合物又は金属酸化物粒子(置換被覆型粒子)と樹脂の他の添加成分を配合してもよい。かかる添加成分としては、例えば、硬化剤、硬化促進剤、着色剤、内部離型剤、カップリング剤、反応性希釈剤、可塑剤、安定化剤、難燃助剤、架橋剤、低収縮剤、重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、消泡剤、レベリング剤、揺変化剤、増粘剤などを挙げることができる。
 本発明の樹脂組成物(硬化後の硬化性組成物を含む)は、金属酸化物粒子が均一に分散しているので、透明性が高い。具体的には、100μmの厚さにおいて波長400nmの光の透過率を70%以上とすることができ、好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上である。
 本発明の樹脂組成物(硬化後の硬化性組成物を含む)は、金属酸化物粒子を所定量含有するので、屈折率も高い。具体的には、589nmの光に対する屈折率を1.5以上とすることができ、好ましくは1.6以上とすることができる。屈折率の上限は、例えば、1.8程度であってもよい。
 本発明の樹脂組成物(硬化後の硬化性組成物を含む)の形状は特に制限されず、例えば、膜、板、シート、フィルム、繊維などの成形体としても良い。
 前記ディスプレイ用透明面状成形体用樹脂組成物(樹脂組成物)は、特に面状に成形することが好ましい。本発明で面状成形体とは、膜、板、シート、フィルム等の面を有する全てを含有するものであり、厚みや膜厚には依存しない。また方形、矩形、円形、楕円形、三角形、多角形、異形、あるいはロール態様、積層態様等何れの形状であっても良い。面状に成形することにより後述するディスプレイやタッチパネル装置中への積層が容易となる。
 本発明によって得られる面状成形体は、屈折率の調整が容易であるため、多層構造を有する表示装置の層間における屈折率差に起因する光の反射・散乱を防止することが出来る。さらに本発明の金属酸化物粒子を配合することにより誘電率が向上するため絶縁膜に好適に使用することが出来る。
 特にタッチパネルディスプレイでは透明導電膜としてITO膜等の高屈折率材料を用い電極パターンを描画し、絶縁層を挟んでX方向にパターンが描画された第1層とY方向にパターンが描画された第2層の三層構造を有する。本発明の透明面状成形体用樹脂組成物は、描画パターンが見えるのを防止することができ視認性が向上できるため、絶縁層や保護膜等の電極層に接触する層に好適に使用することができる。さらに液晶表示素子や有機EL表示素子などの薄膜トランジスタ(TFT)基板用平坦化膜、半導体素子の層間絶縁膜、固体撮像素子用平坦化膜やマイクロレンズアレイパターン、あるいは光導波路のコアやクラッド材にも好適に採用できる。
 本発明の樹脂組成物は、金属酸化物粒子を含有するため樹脂組成物の屈折率が調整できる。さらに金属酸化物粒子の平均粒子径が1nm以上100nm以下であるため樹脂組成物の透明性が維持される。本発明の金属酸化物粒子の表面が配位および/または結合可能な有機化合物により被覆されているため樹脂への分散性が良好であるとともに、耐熱性、耐紫外線性にも優れている。よって、本発明の金属酸化物粒子は、組成物中で凝集することなくその特性(高い屈折率など)を発揮できるとともに、高温や紫外光に曝されても変色することがなく、ディスプレイ中の樹脂層や樹脂フィルム層に好適に使用できる。また、本発明の金属酸化物粒子の表面が配位および/または結合可能な有機化合物により被覆されていることにより、未被覆の粒子と比較して、粒子表面を疎水性とすることができるため、硬化物とした時の耐水物性、電気特性(絶縁性)に優れたものとすることができる。
6.好ましい用途
 本発明によって得られる金属酸化物粒子(被覆型酸化ジルコニウム粒子)は、光学レンズ、光学フィルム用粘着剤、光学フィルム用接着剤、ナノインプリント用樹脂、マイクロレンズアレイ、透明電極に使用する反射防止層、反射防止フィルムや反射防止剤、光学レンズの表面コート、有機EL光取り出し層等の光学材料に好適に用いられる。
 特に、第二の発明により製造される金属酸化物粒子(置換被覆型粒子)を用いた硬化性組成物は、分散性のよい金属酸化物粒子(置換被覆型粒子)を含有するため、流動性に優れておりかつ硬化性にも優れている。そのためナノインプリント技術においても、型の転写性に優れている。
 本発明の金属酸化物粒子は、その顕著な分散性から各種用途への展開が可能となった。高分散性を要する用途としてはレジスト用途、光学用途、塗布用途、接着用途が挙げられ、光学レンズ、光学フィルム用粘着剤、光学フィルム用接着剤、ナノインプリント用樹脂組成物、マイクロレンズアレイ、透明電極に使用する反射防止層、反射防止フィルムや反射防止剤、光学レンズの表面コート、有機EL光取り出し層、各種ハードコート材、TFT用平坦化膜、カラーフィルター用オーバーコート、反射防止フィルムなどの各種保護膜および、光学フィルター、タッチセンサー用絶縁膜、TFT用絶縁膜、カラーフィルター用フォトスペーサー、タッチパネル用保護膜等の光学材料に好適に用いられる。特に本発明の金属酸化物粒子は顕著な分散性に加え、高屈折率、高硬度、高安定性を有するため、光学レンズ、光学レンズの表面コート、各種ハードコート材、タッチセンサー用絶縁膜、TFT用絶縁膜、タッチパネル用保護膜に使用することが好ましい。
 さらに本発明の金属酸化物粒子は光学用途以外に、その高い誘電率を生かして半導体のゲート絶縁膜やDRAMなどのメモリー用キャパシタ絶縁膜への適用が可能である。このような高誘電率な絶縁膜を得る方法として、有機金属前駆体を用いてCVD(Chemical Vapor Deposition)法やALD(Atomic Layer Deposition)法などの気相成長法で蒸着後、酸化処理する方法が知られている。所望の高誘電率の金属酸化物を得るには600℃以上の高温処理を必要とするが、その影響により、ピニング現象を始めとする半導体層の動作不安定化をもたらす現象が生じる。本発明の金属酸化物粒子は高温処理不要で、生成時点ですでに高い誘電率を有し、数nmの単一粒子であることから今後の半導体微細化に対応できる積層化が可能であると同時に、高温処理不要なことからプラスチック基板上での半導体製造への適用も可能である。
 以下、代表的な用途としてレジスト用途について詳述する。レジスト法による素子は、例えば、次のようにして作製することができる。
 1)本発明の金属酸化物粒子を含む硬化性組成物(硬化性樹脂)を調製する。代表的には本発明の金属酸化物粒子、酸基を有するポリマーまたは酸基とラジカル重合性基もしくはエポキシ基を有するポリマー、ラジカル重合性二重結合を有する化合物またはエポキシ基を有する化合物、光ラジカル発生剤または光酸発生剤、必要により溶媒、着色剤、充填材、染料、顔料、消泡剤、カップリング剤、レベリング剤、増感剤、離型剤、滑剤、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、重合抑制剤、増粘剤、分散剤等の公知の添加剤を含むレジスト組成物を調製する。各種成分は公知の材料の組み合わせ、公知の配合比を選択できる。
 2)本発明の金属酸化物粒子を含む上記硬化性組成物(硬化性樹脂組成物)を、ガラス、透明プラスチックなどの透明基板または透明電極に蒸着した基板を用意する。透明電極としてはITO、IZO、AZO、ZnO2、スズアンチモン酸等が代表的に例示される。ガラス基板上に透明電極薄膜を形成するには、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、イオンビーム蒸着等の物理的方法や化学的気相成長法など、従来より行われている方法によって可能である。
 上記の基板上に、スピンコート法、スプレー法など公知の方法で本発明の金属酸化物粒子を含む硬化性組成物をコートし、乾燥し、塗膜を作製する。コート法としてはスピンコート法が好ましく用いられる。乾燥条件としては、室温~120℃、好ましくは60℃~100℃の温度、10秒~60分、好ましくは30秒から10分、常圧または真空下で加熱乾燥する方法が好ましい。 
 3)その後、所望のパターン形状に応じた開口部を設けたフォトマスク(パターニングフィルム)を、上記塗膜の上に接触状態でまたは非接触状態で載せ、光を照射し、硬化させる。ここで、光とは、可視光のみならず、紫外線、X線、電子線などの放射線を意味するが、紫外線が最も好ましい。紫外線源としては、一般に高圧水銀ランプが好適に使用される。
 4)光照射後、溶剤、水、アルカリ水溶液などで現像を行う。これらのなかで、アルカリ水溶液が、環境への負荷が少なく高感度の現像を行うことができるため好ましい。アルカリ成分としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムなどが好ましい。アルカリの濃度としては、0.01~5質量%が好ましく、0.05~3質量%がさらに好ましく、0.1~1質量%が最も好ましい。アルカリ濃度が上記範囲より低いと前記硬化性樹脂の溶解性が不足する恐れがあり、逆に高いと溶解力が高すぎて現像性が劣る場合がある。さらに、アルカリ水溶液には、界面活性剤を添加してもよい。
 5)アルカリ現像後加熱して(ポストベーク)硬化をさらに進行させ、かつ溶媒が残存している場合はこれを完全に除去させることが好ましい。ポストベークの際の温度としては120~300℃が好ましく、150~250℃がさらに好ましく、180~230℃が最も好ましい。ポストベーク温度が上記より高いと、素子が着色したり、熱分解により塗膜の平滑性を損なう恐れがあり、逆に低いと硬化の進行が少なく、塗膜強度が低下する恐れがある。ポストベークは、各部材形成における現像後に行っても良いし、全ての部材を形成した後に行っても良い。前記素子は表示装置に好ましく用いられ、具体例としては、液晶表示装置が好ましく挙げられるが、これに限定はされず、例えば、有機ELを用いた表示装置等でもよい。またタッチパネル等の物品にも好適に使用することができる。
 以下では、レンズ用途に用いる場合について詳述する。一般に光学レンズは屈折率が高いほど高性能となるが、本発明の金属酸化物粒子はナノオーダーの分散性を有しており、さらに金属酸化物の屈折率に由来し、硬化物の屈折率が大きく向上するため、好適に使用することができる。例えば、次のようにして作製することができる。
 1)本発明の金属酸化物粒子、および樹脂のモノマーやオリゴマーを、ミキサー等を用いて混合し、流動性を有する樹脂組成物を作製する。
 2)この樹脂組成物を金属型、ガラス型、樹脂型等を用いて所定の形状に成形し、平板状の樹脂組成物からなる基材の表面(一方の面)に微小な凸レンズ部が形成された成形体を作製する。
 3)この成形体を加熱、あるいは成形体に紫外線や赤外線等の照射を施し、この成形体を硬化させ、光学レンズとする。
 樹脂のモノマーやオリゴマーが、反応性を有する炭素二重結合(C=C)を有する場合、単に混合するだけでも、重合・樹脂化することができる。特に、アクリル樹脂等の紫外線(UV)硬化性樹脂を含む樹脂組成物を硬化させる方法としては、様々な方法があるが、代表的には、加熱または光照射により開始されるラジカル重合反応を用いたモールド成形法、トランスファー成形法等が挙げられる。このラジカル重合反応としては、熱による重合反応(熱重合)、紫外線等の光による重合反応(光重合)、ガンマ線による重合反応、あるいは、これらの複数を組み合わせた方法等が挙げられる。
 以上説明したように、本実施形態の光学レンズによれば、本発明の金属酸化物粒子が樹脂中に分散した透明複合体を用い、この透明複合体からなる平板状の透明基材の表面に微小な凸レンズ部を形成したので、光透過率、屈折率、熱安定性、硬度および耐候性を向上させることができる。
 したがって、高光透過率、高屈折率、高い熱安定性、高硬度および耐候性に優れた光学レンズを提供することができる。このマイクロレンズアレイは、高光透過率、高屈折率、高い熱安定性、高硬度および耐候性に優れたものであるから、高解像度及び高信頼性が要求される複写機、プリンター等のOA機器等に好適である。
 なお、上記では板状部材にマイクロレンズを腑型する方法を例示したが、球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズ等にも好適に利用可能である。
 以下では、ハードコート用途に代表される塗布用途に用いる場合について詳述する。本発明の金属酸化物粒子はナノオーダーの高い分散性を有しており、さらに金属酸化物は硬度が高く、耐擦傷性に優れるため、基材の高硬度化・耐擦傷性附与に有益である。例えば、次のようにして作製することができる。
 1)塗布用組成物は、本発明の金属酸化物粒子に加え、必要に応じて、重合性単量体と重合開始剤、熱重合促進剤、光増感剤、光重合促進剤など、さらには有機溶剤、重合体、各種の添加物などとを配合し、混合・攪拌することにより得ることができる。塗布用組成物は、重合開始剤を配合しない場合には、電子線を照射することにより、熱重合開始剤を配合した場合には、加熱により、また、光重合開始剤を配合した場合には、紫外線を照射することにより、硬化させることができる。
 2)上記塗布用組成物を基材に、刷毛塗りなどの手塗りや、スプレー塗装、浸漬法などの従来公知の方法で塗布する。塗布量としては、好ましくは0.2~100g/m2、より好ましくは0.5~70g/m2の範囲内である。また、塗布厚みとしては、好ましくは1~500μm、より好ましくは2~200μmの範囲内である。積層体に使用される基材としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリアクリレート、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリスチレン(PS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS)、トリアセチルセルロース(TAC)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルケトン(PEEK)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルアミド(PEI)、ナイロン(NY)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデンなどの樹脂成形物およびフィルム;ポリエチレンコート紙、ポリエチレンテレフタレートコート紙などのコート紙、非コート紙などの紙類;木材;ガラス;ステンレス、鉄、アルミニウム、銅、合金などの金属類;などが挙げられる。
 3)続いて、基材に塗布された塗布用組成物を加熱や紫外線照射により硬化させ、硬化膜を作成する。例えば、加熱による硬化の場合、赤外線、遠赤外線、熱風、高周波加熱などを用いればよい。加熱温度は、基材の種類などに応じて適宜調節すればよく、特に限定されるものではないが、好ましくは80~200℃、より好ましくは90~180℃、さらに好ましくは100~170℃の範囲内である。加熱時間は、塗布面積などに応じて適宜調節すればよく、特に限定されるものではないが、好ましくは1分間~24時間、より好ましくは10分間~12時間、さらに好ましくは30分間~6時間の範囲内である。
 例えば、紫外線による硬化の場合、波長150~450nmの範囲内の光を含む光源を用いればよい。このような光源としては、例えば、太陽光線、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライド灯、ガリウム灯、キセノン灯、カーボンアーク灯などが挙げられる。これらの光源と共に、赤外線、遠赤外線、熱風、高周波加熱などによる熱の併用も可能である。照射積算光量は、好ましくは0.1~10J/cm2、より好ましくは0.15~8J/cm2、さらに好ましくは0.2~5J/cm2の範囲内である。
 例えば、電子線による硬化の場合、加速電圧が好ましくは10~500kV、より好ましくは20~300kV、さらに好ましくは30~200kVの範囲内である電子線を用いればよい。また、照射量は、好ましくは2~500kGy、より好ましくは3~300kGy、さらに好ましくは4~200kGyの範囲内である。電子線と共に、赤外線、遠赤外線、熱風、高周波加熱などによる熱の併用も可能である。
 また塗布用組成物は成形同時加飾法を用いてもよい。この方法は、少なくともフィルムと加飾層とから構成される加飾用フィルムを射出成形用の金型内に入れて、型閉め後、成形樹脂をキャビティに射出し、成形樹脂を固化した樹脂成形品の表面に加飾用シートを一体化接着させて成形同時加飾成形品を得るものである。
 本発明のハードコート用材料は、OA機器、携帯電話等の通信機器、家庭用電化製品、自動車用内・外装部品、家具用外装部材、プラスチックレンズ、化粧品容器、飲料用容器、有機ELディスプレイ等のディスプレイ、家電製品等のタッチパネル、流し台、洗面台、さらにはショーウインドウ、窓ガラス等、などの用途分野に好適に使用される。
 なお本願は、2011年12月9日に出願された日本国特許出願第2011-270198号、2011年12月16日に出願された日本国特許出願第2011-275765号、2012年3月16日に出願された日本国特許出願第2012-61186号、及び2012年4月4日に出願された日本国特許出願第2012-85681号に基づく優先権の利益を主張するものである。
 2011年12月9日に出願された日本国特許出願第2011-270198号、2011年12月16日に出願された日本国特許出願第2011-275765号、2012年3月16日に出願された日本国特許出願第2012-61186号、及び2012年4月4日に出願された日本国特許出願第2012-85681号の明細書の全内容が、本願に参考のため援用される。
 以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
 実施例で開示される物性及び特性は、以下の方法により測定した。
 1.1 金属酸化物(酸化ジルコニウム、酸化チタン)粒子の物性
 (1)結晶構造の解析
 金属酸化物粒子の結晶構造は、X線回折装置(リガク社製、RINT-TTRIII)を用いて解析した。測定条件は以下の通りである。
 X線源:CuKα(0.154nm)
 X線出力設定:50kV、300mA
 サンプリング幅:0.0200°
 スキャンスピード:10.0000°/min
 測定範囲:10~75°
 測定温度:25℃
 (2)正方晶、単斜晶の割合の定量
 X線回折装置(リガク社製、RINT-TTRIII)を用いて算出される値を元に、計算ソフト(リガク社製、PDXL)を用いて参照強度比法(RIP法)により定量した(ピークの帰属も計算ソフトの指定に従った)。
 (3)X線回折解析による結晶子径算出
 結晶子径は、X線回折装置(リガク社製、RINT-TTRIII)を用いて解析することにより算出し、2θ=30°のピークにおける粒子径を酸化ジルコニウム粒子の結晶子径とし、2θ=25°のピークにおける粒子径を酸化チタン粒子の結晶子径とした。なお、結晶子径は、X線回折装置(リガク社製、RINT-TTRIII)を用いて算出される30°のピーク及び25°のピークの半値幅を元に、計算ソフト(リガク社製、PDXL)を用いて、下記シェラーの式から結晶子径(L)を算出した。
  L=Kλ/βcosθ
  K:定数
  λ:使用X線管球の波長
  β:半値幅
  2θ:回折角度
 (4)電子顕微鏡による平均粒子径の測定
 酸化ジルコニウム粒子の平均一次粒子径は、超高分解能電解放出型走査電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、S-4800)で観察することによって測定した。倍率15万倍で酸化ジルコニウム粒子を観察し、任意の100個の粒子について、各粒子の長軸方向の長さを測定し、その平均値を平均一次粒子径とした。
 (5)重量(質量)減少率の測定
 TG-DTA(熱重量-示唆熱分析)装置により、空気雰囲気下、室温から800℃まで10℃/分で金属酸化物粒子を昇温し、該粒子の重量(質量)減少率を測定した。この重量(質量)減少率により、金属酸化物粒子を被覆しているカルボキシレート化合物の割合、及び金属酸化物の割合を知ることができる。
 (6)粒子耐熱性試験
 金属酸化物粒子を、空気雰囲気下、180℃で24時間放置し、その後の色の変化を目視で観察した。変色しなかったものを合格とし、変色したものを不合格とした。
 (7)炭素含有量の測定
 J-Science社製JM10により、炭素含有量の測定を行った。
 (8)1H-NMRの測定
 被覆金属酸化物粒子を重クロロホルムに分散させて測定資料とし、Variann社製「Unity Plus」(共鳴周波数:400MHz、積算回数:16回)を用いて測定した。下記の化学シフト(テトラメチルシラン基準)のピークの積分比に基づき、各化合物のモル比を決定した。
 i)2-エチルヘキサン酸(1.0-0.5ppm:6H)
 ii)2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレート(1.0-0.5ppm:6H)
 iii)2-アクリロイルオキシエチルサクシネート(6.7-5.7ppm:3H)
 iv)2-アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸(6.8-5.6ppm:3H)
 v)2-アクリロイルオキシエチルフタル酸(6.8-5.2ppm:3H)
 vi)3,3-ジメチル酪酸(1.0-0.5ppm:9H)
 vii)3,3-ジメチル酪酸由来のカルボキシレート(1.0-0.5ppm:9H)
 (9)Zr、Si含有量の測定
 蛍光X線分析装置(ZSX PrimusII リガク社製)を用いて、酸化ジルコニウム粒子中のZr含有量、Si含有量を測定した。
 (10)酸化ジルコニウム粒子中の塩素含有量の測定
 塩素含有量は、イオンクロマトグラフィー(DIONEX社製 ICS-2000)を用いて、以下の測定条件で解析した。酸化ジルコニウム粒子及びジルコニウムジメチル酪酸化合物のいずれについても燃焼法で測定を行った。
カラム:IonPac AS11HC
溶離液:水酸化カリウム 23mmol/L
 1.2 重合体の特性
 (11)重量平均分子量
 ゲルパーミエーションクロマトグラフ測定装置(「Shodex GPC System-21H」昭和電工製)を用い、重合体の重量平均分子量をポリスチレン換算で測定した。
 (12)重合体溶液中の重合体濃度
 重合体溶液1gにアセトン4gを加えて溶解させた溶液を、常温で自然乾燥させ、さらに100℃にて5時間減圧乾燥(160℃/5mmHg)した後、デシケータ内で放冷し、質量を測定した。そして、減圧乾燥後の重量を重合体重量とし、これを重合体溶液1gで除すことで、重合体濃度とした。
 (13)酸価
 重合体溶液0.5~1gに、アセトン80mlおよび水10mlを加えて攪拌して均一に溶解させ、0.1mol/LのKOH水溶液を滴定液として、自動滴定装置(「COM-555」平沼産業製)を用いて滴定し、溶液の酸価を測定した。そして、酸が全て重合体に由来するものと仮定し、溶液の酸価と重合体濃度から、重合体の酸価を算出した。
 1.3 硬化性樹脂組成物の特性
 (14)第二の方法における透明性評価
 何も塗工されていないスライドグラスの厚み方向の光透過率(光波長:400nm)を、吸光光度計(島津製作所製分光光度計「UV-3100」)を用いて測定し、その透過率をT1%とした。次に、スライドグラス上に、硬化性樹脂組成物をバーコーター#10にて塗工し、80℃×5分加熱後、高圧水銀ランプで50mJ/cm2の紫外線を照射することにより硬化させ、硬化塗膜を得た。作製した硬化塗膜が形成されたスライドグラスの厚み方向の光透過率(光波長:400nm)を吸光光度計「UV-3100」を用いて測定し、その透過率をT2%とした。これらの値から透過率Tを下記式により算出した。
  T(%)=100+T2(%)-T1(%)
 (15)第四の方法における透明性評価
 スライドグラス上に、後で詳述する組成物をアプリケーターで膜厚が100μmになるよう塗工を行い、窒素雰囲気下、高圧水銀ランプで1000mJ/cm2の紫外線を照射することにより硬化させ、硬化物を得た。作製した硬化物に波長400nmの光を照射した際の、厚み方向の光透過率を吸光光度計(島津製作所社製分光光度計 UV-3100)を用いて測定した。
 (16)現像性評価
 硬化性樹脂組成物を、ガラス基板上にスピンコートし、100℃で3分間乾燥し、膜厚2.0μmの塗膜を形成した。塗膜を、UV露光装置(Topcon社製、商品名:TME-150RNS)により、ライン幅30μmのラインアンドスペースのフォトマスクを介して、50mJ/cm2のUV光を露光し、スピン現像機(アクテス社製、商品名:ADE-3000S)を用いて、0.05%の水酸化カリウム水溶液で20秒間現像を行い、現像性の評価を行った。
 (17)屈折率測定試験
 スライドグラス上に、硬化性樹脂組成物をアプリケーターで膜厚が100μmになるよう塗工を行い、窒素雰囲気下、高圧水銀ランプで1000mJ/cm2の紫外線を照射することにより硬化させ、硬化物を得た。屈折率計(アタゴ社製、DR-M2)を用いて、20℃において、得られた硬化物の波長589nmの光の屈折率を測定した。
 (18)誘電率評価
 銅箔上に、後で詳述する組成物をバーコーターで膜厚が50μmになるよう塗工を行い、窒素雰囲気下、高圧水銀ランプで1000mJ/cm2の紫外線を照射することにより硬化させ、硬化物を得た。更に、表面に金を蒸着して両面に電極が形成された評価用サンプルを作製した。このサンプルの1MHzにおける誘電率をインピーダンスアナライザー(ヒューレットパッカード社製、商品名「HP-4294A」)を用いて測定した。
 (19)鉛筆硬度
 JIS K 5400 8.4.1(試験機法)に準拠して、鉛筆引っかき試験を行い、塗膜に傷が付いたときの鉛筆硬度を硬度とした。
 (20)成形特性
 (a)PDMS製のピラミッドアレイ型の作製
 10mm角のSiウエハ上に、頂角90°のV溝を深さ25μm、ピッチ50μmとなるようにダイシングソーで機械加工し、基板の方向を90°回転し同様に機械加工することで、一辺50μmで高さ25μmのピラミッド形状(四角錐)が規則的に配列したピラミッドアレイ型のマスター型を作製した。
 上記マスター型の表面に、スピンコーターを用いて離型剤(フロロテクノロジー社製、「フロロサーフ(登録商標)FG5020」)を塗布製膜(塗布条件:slope 5sec→1500rpm 30sec)した後、80℃のホットプレート上で5分乾燥した。
 上記で得られた離型処理した型をマスターとして、ポリジメチルシロキサン(PDMS)製の型を作製した。具体的には、ポリジメチルシロキサン(信越シリコーン社製、「KE-1310ST」)と触媒(信越シリコーン社製、「CAT-1310S」)を10:1(質量比)で混合し、脱泡を行った。この混合物を、上記マスター上へ流し込み、上からモールド用の支持基板(石英板)を設置した。そのまま、室温にて24時間放置した後、オーブンにて80℃で3時間保持した。その後、マスターを離型し、PDMS製のピラミッドアレイ型(凹四角錐が規則的に配列した型)を作製した。なお、「KE-1310ST」と「CAT-1310S」とから形成されるPDMS製の型は、ガラス転移温度が-140~-120℃、23℃における弾性率が6.0MPaであった。
 (b)成形
 Siウエハ上に、硬化性樹脂組成物を滴下し、PDMS製のピラミッドアレイ型を設置し、簡易インプリント装置を用いて荷重0.1MPaで押圧した。型を押圧した状態で、高圧水銀ランプで1000mJ/cm2の紫外線を照射することにより樹脂組成物を硬化させ、その後、UVピラミッドアレイ型を剥離した。Siウエハ上の賦形されたジルコニアナノ粒子含有構造体を走査型電子顕微鏡(SEM)により撮影し、形状を評価した。
 実施例1
 塩基性炭酸ジルコニウム100g(Zr2(CO3)(OH)22、ZrO2含有率43%湿体品であり、含水量はジルコニウム1モルに対して7モル。日本軽金属社製)、2,2-ジメチル酪酸83g(東京化成工業社製)、キシレン50g、及び脱イオン水59gの混合液を、開放系にて80℃まで昇温し、1時間攪拌した。反応後の有機層5gを取り出し、アセトン50g中に添加したところ白色沈殿が析出した。析出した白色沈殿をろ過にて取り出し、室温、真空下12時間乾燥を行うことで、ZrO(OH)(CO3)1/2(1-n)(OCOC511nを得た。得られた化合物の「(5)重量減少率の測定」に従って測定した重量減少率が53%であったことから、得られた化合物中に含有されるZrO2の重量割合が47%であり、このことからZr原子の重量割合が35%であることがわかった。また、「(7)炭素含有量の測定」に従って測定した結果得られた化合物の炭素含有量が30%であったことから、C511COOユニットの含有割合が48%であることがわかった。この結果からZr原子とC511COOユニットのモル比が1/1となり、上記式においてn=1であることがわかった。
 実施例2
 攪拌下、40℃の純水210.6gに、水酸化ナトリウム30g(キシダ化学社製、特級)を添加して、水酸化ナトリウム水溶液を得た。次に、攪拌下、前記水酸化ナトリウム水溶液に、2,2-ジメチル酪酸100.0g(東京化成工業社製)を添加し、2,2-ジメチル酪酸ナトリウム水溶液を調製した。
 続いて、前記2,2-ジメチル酪酸ナトリウム水溶液に、キシレン432.8g(北港化学社製)を加え、80℃まで加熱し、攪拌下、オキシ塩化ジルコニウム221.8g(ZrOCl2・8H2O、第一希元素化学工業社製、ジルコゾール ZC-20)を20分かけて投入した。その後、80℃で1時間攪拌を続け、水相を除去した後、有機層を十分に水洗することで、2,2-ジメチル酪酸ジルコニウムキシレン溶液490gを得た。続いて、2,2-ジメチル酪酸ジルコニウムキシレン溶液をエバポレーターにて120gまで濃縮し、そこにメタノール360g(北港化学社製)を加えて析出した白色の2,2-ジメチル酪酸ジルコニウムを濾過にて取り出し、室温で真空下12時間乾燥した。「(5)重量減少率の測定」に従って測定した乾燥後の2,2-ジメチル酪酸ジルコニウムの重量減少率は65%であり、乾燥後の2,2-ジメチル酪酸ジルコニウムの収量は100gであった。
 上記2,2-ジメチル酪酸ジルコニウムは「(5)重量減少率の測定」に従って測定した重量減少率が65%であったことから、得られた化合物中に含有されるZrO2の重量割合が35%であり、このことからZr原子の重量割合が26%であることがわかった。また、「(7)炭素含有量の測定」に従って測定した結果得られた化合物の炭素含有量が41%であったことから、C511COOユニットの含有割合が66%であることがわかった。この結果からZr原子とC511COOユニットのモル比が1/2となり、その構造がZrO(OCOC5112であることを確認した。
 実施例3
 塩基性炭酸ジルコニウム100g(組成式:Zr2(CO3)(OH)22、ZrO2含有率43%の湿体品、日本軽金属社製)と、2,2-ジメチル酪酸83g(ジルコニウム1モルに対して2モル)と、キシレン50g、及び脱イオン水59g(ジルコニウム1モルに対して9モル)の混合液をオートクレーブにいれ、オートクレーブ中の雰囲気を窒素ガスに置換した。その後、混合液を190℃まで加熱し、22時間保持した(オートクレーブ内圧力は2.5MPa)。反応後の溶液を取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してトルエン200gで洗浄した。洗浄物を乾燥させることで、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子40gを得た。
 実施例4
 2,2-ジメチル酪酸を63g(ジルコニウム1モルに対して1.5モル)用いたこと以外は実施例3と同様にして、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子29gを得た。
 実施例5
 塩基性炭酸ジルコニウム100g(Zr2(CO3)(OH)22、ZrO2含有率43%湿体品、日本軽金属社製)と、2,2-ジメチル酪酸83gと、1,2,4-トリメチルベンゼン50g、及び脱イオン水59gの混合液をオートクレーブにいれ、オートクレーブ中の雰囲気を窒素ガスに置換した。その後、混合液を190℃まで加熱し、22時間保持した(オートクレーブ内圧力は2.5MPa)。反応後の溶液を取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してトルエン200gで洗浄した。洗浄物を乾燥させることで、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子37gを得た。
 実施例6
 2,2-ジメチル酪酸を63g用いたこと以外は実施例5と同様にして、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子36gを得た。
 実施例7
 塩基性炭酸ジルコニウム100g(Zr2(CO3)(OH)22、ZrO2含有率43%湿体品、日本軽金属社製)と、2,2-ジメチル酪酸63gと、1,2,4-トリメチルベンゼン50g、及び脱イオン水59g、NaOH3g(ジルコニウム1モルに対して0.2モル)の混合液をオートクレーブにいれ、オートクレーブ中の雰囲気を窒素ガスに置換した。その後、混合液を190℃まで加熱し、22時間保持した(オートクレーブ内圧力は2.6MPa)。反応後の溶液を取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してトルエン200gで洗浄した。洗浄物を乾燥させることで、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子46gを得た。
 実施例8
 2,2-ジメチル酪酸を42g(ジルコニウム1モルに対して1モル)用いたこと以外は実施例7と同様にして、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子44gを得た。
 実施例9
 塩基性炭酸ジルコニウム100g(Zr2(CO3)(OH)22、ZrO2含有率43%湿体品、日本軽金属社製)と、2,2-ジメチル酪酸42gと、1,2,4-トリメチルベンゼン100g、及びNaOH3gの混合液をオートクレーブにいれ、オートクレーブ中の雰囲気を窒素ガスに置換した。その後、混合液を190℃まで加熱し、22時間保持した(オートクレーブ内圧力は2.4MPa)。反応後の溶液を取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してトルエン200gで洗浄した。洗浄物を乾燥させることで、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子35gを得た。
 実施例10
 2,2-ジメチル酪酸を21g(ジルコニウム1モルに対して0.5モル)用い、オートクレーブ内圧力を2.6MPaとしたこと以外は実施例9と同様にして、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子26gを得た。
 実施例11
 1,2,4-トリメチルベンゼンを50g用い、オートクレーブ内圧力を2.6MPaとしたこと以外は実施例9と同様にして、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子43gを得た。
 実施例12
 塩基性炭酸ジルコニウム100g(Zr2(CO3)(OH)22、ZrO2含有率43%湿体品、日本軽金属社製)と、2,2-ジメチル酪酸63gと、脱イオン水59g、及びNaOH3gの混合液をオートクレーブにいれ、オートクレーブ中の雰囲気を窒素ガスに置換した。その後、混合液を190℃まで加熱し、22時間保持した(オートクレーブ内圧力は2.6MPa)。反応後の溶液を取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してトルエン200gで洗浄した。洗浄物を乾燥させることで、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子47gを得た。
 実施例13
 塩基性炭酸ジルコニウム100g(Zr2(CO3)(OH)22、ZrO2含有率43%湿体品、日本軽金属社製)と、2,2-ジメチル酪酸83gと、1,2,4-トリメチルベンゼン50g、脱イオン水59g、及びNaOH9g(ジルコニウム1モルに対して0.6モル)の混合液をオートクレーブにいれ、オートクレーブ中の雰囲気を窒素ガスに置換した。その後、混合液を170℃まで加熱し、22時間保持した(オートクレーブ内圧力は2.1MPa)。反応後の溶液を取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してトルエン200gで洗浄した。洗浄物を乾燥させることで、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子41gを得た。
 実施例14
 塩基性炭酸ジルコニウム100g(Zr2(CO3)(OH)22、ZrO2含有率43%湿体品、日本軽金属社製)、2,2-ジメチル酪酸83g、1,2,4-トリメチルベンゼン50g、及び脱イオン水59gの混合液を、開放系にて80℃まで昇温し、1時間攪拌した。その後、NaOHを9g添加し、オートクレーブ内に入れ、オートクレーブ中の雰囲気を窒素ガスに置換した。その後、混合液を170℃まで加熱し、22時間保持した(オートクレーブ内圧力は0.8MPa)。反応後の溶液を取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してトルエン200gで洗浄した。洗浄物を乾燥させることで、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子38gを得た。
 実施例15
 塩基性炭酸ジルコニウム100g(Zr2(CO3)(OH)22、ZrO2含有率43%湿体品、日本軽金属社製)、2,2-ジメチル酪酸83g、キシレン50g、及び脱イオン水59gの混合液を、開放系にて80℃まで昇温し、1時間攪拌した。その後、混合液をオートクレーブ内に入れ、オートクレーブ中の雰囲気を窒素ガスに置換した。その後、混合液を190℃まで加熱し、22時間保持した(オートクレーブ内圧力は1.4MPa)。反応後の溶液を取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してトルエン200gで洗浄した。洗浄物を乾燥させることで、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子41gを得た。
 実施例3~15で得られた酸化ジルコニウム粒子について、上記した(1)~(6)の方法によって、正方晶の割合、重量減少率、平均粒子径を求め、耐熱性の確認を行った。結果を表1、2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 実施例16
 実施例2で得られた2,2-ジメチル酪酸ジルコニウム270gに、キシレン338g及び純水288gを混合して混合液を得た。該混合液を、攪拌機付きオートクレーブ内に仕込み、該オートクレーブ内の雰囲気を窒素ガスで置換した。その後、混合液を190℃まで加熱し、該温度で16時間保持(オートクレーブ内圧力は1.4MPa)して反応させた後、オートクレーブから取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してトルエン210gで洗浄した。洗浄物を乾燥させることで、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子103gを得た。
 得られた酸化ジルコニウム粒子の結晶構造を確認したところ、正方晶と単斜晶に帰属される回折線が検出され、回折線の強度から、正方晶と単斜晶の割合は27/73で、その粒子径(結晶子径)は8nmだった。
 電子顕微鏡により測定して得られた酸化ジルコニウム粒子の平均粒子径(平均一次粒子径)は、11nmであった。また、得られた酸化ジルコニウム粒子を、赤外吸収スペクトルによって分析したところ、C-H由来の吸収と、COOH由来の吸収が確認できた。当該吸収は、酸化ジルコニウム粒子に被覆している2,2-ジメチル酪酸及び/又は2,2-ジメチル酪酸由来のカルボキシレートに起因するものと考えられる。
 さらに上記した「(5)重量減少率の測定」に従って測定した酸化ジルコニウム粒子の重量減少率は、12質量%だった。従って、酸化ジルコニウム粒子を被覆する2,2-ジメチル酪酸及び2,2-ジメチル酪酸由来のカルボキシレートの合計量は、被覆型酸化ジルコニウム粒子全体の12質量%であることが分かった。
 また、耐熱性試験の結果、酸化ジルコニウム粒子は白色のまま変化しなかった。
 実施例17 3,3-ジメチル酪酸を用いた例
 攪拌下、40℃の純水421gに、水酸化ナトリウム60g(キシダ化学社製、特級)を添加して、水酸化ナトリウム水溶液を得た。次に、攪拌下、前記水酸化ナトリウム水溶液に、3,3-ジメチル酪酸200.0g(東京化成工業社製)を添加し、3,3-ジメチル酪酸ナトリウム水溶液を調製した。
 続いて、前記3,3-ジメチル酪酸ナトリウム水溶液に、エチルシクロヘキサン649g(丸善石油化学社製)を加え、80℃まで加熱し、攪拌下、オキシ塩化ジルコニウム444g(ZrOCl2・8H2O、第一希元素化学工業社製、ジルコゾール ZC-20)を20分かけて投入した。その後、80℃で1時間攪拌を続け、水相を除去した後、有機層を十分に水洗することで、3,3-ジメチル酪酸ジルコニウムエチルシクロヘキサン溶液830gを得た。続いて、3,3-ジメチル酪酸ジルコニウムエチルシクロヘキサン溶液をエバポレーターにて270gまで濃縮し、そこにメタノール810g(北港化学社製)を加えて析出した白色の3,3-ジメチル酪酸ジルコニウムを濾過にて取り出し、室温で真空下12時間乾燥した。「(5)重量減少率の測定」に従って測定した乾燥後の3,3-ジメチル酪酸ジルコニウムの重量減少率は63%であり、乾燥後の3,3-ジメチル酪酸ジルコニウムの収量は190gであった。
 このようにして得られた3,3-ジメチル酪酸ジルコニウム270gに、1,2,4-トリメチルベンゼン338g(アルドリッチ社製)、水酸化ナトリウム37g(キシダ化学社製、特級)及び純水288gを混合して混合液を得た。該混合液を、攪拌機付きオートクレーブ内に仕込み、該オートクレーブ内の雰囲気を窒素ガスで置換した。その後、混合液を190℃まで加熱し、該温度で16時間保持(オートクレーブ内圧力は1.4MPa)して反応させた後、オートクレーブから取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してトルエン210gで洗浄した。洗浄物を乾燥させることで、白色の酸化ジルコニウム粒子51gを得た。
 得られた酸化ジルコニウム粒子の結晶構造を確認したところ、正方晶と単斜晶に帰属される回折線が検出され、回折線の強度から、正方晶と単斜晶の割合は5/95であり、その粒子径(結晶子径)は8nmであった。
 電子顕微鏡により測定して得られた酸化ジルコニウム粒子の平均粒子径(平均一次粒子径)は、11nmであった。また、得られた酸化ジルコニウム粒子を、赤外吸収スペクトルによって分析したところ、C-H由来の吸収と、COOH由来の吸収が確認できた。当該吸収は、酸化ジルコニウム粒子に被覆されている3,3-ジメチル酪酸及び/又は3,3-ジメチル酪酸由来のカルボキシレートに起因するものと考えられる。
 さらに上記した「(5)重量減少率の測定」に従って測定した酸化ジルコニウム粒子の重量減少率は、12質量%だった。従って、酸化ジルコニウム粒子を被覆する3,3-ジメチル酪酸及び3,3-ジメチル酪酸由来のカルボキシレートの合計量は、被覆型酸化ジルコニウム粒子全体の12質量%であることが分かった。
 また、耐熱性試験の結果、酸化ジルコニウム粒子は白色のまま変化しなかった。
 実施例18
 攪拌下、40℃の純水11.5gに、水酸化ナトリウム2.6g(キシダ化学社製、特級)を添加して、水酸化ナトリウム水溶液を得た。次に、攪拌下、前記水酸化ナトリウム水溶液に、ピバリン酸7.5g(東京化成工業社製)を添加し、ピバリン酸ナトリウム水溶液を調製し、80℃まで加熱した。
 続いて、攪拌下、前記ピバリン酸ナトリウム水溶液に、オキシ塩化ジルコニウム18.9g(ZrOCl2・8H2O、第一希元素化学工業社製、ジルコゾール ZC-20)を20分かけて投入したところ、白色のピバリン酸ジルコニウムが析出した。このピバリン酸ジルコニウムを濾過にて取り出し、メタノールにて洗浄後、室温で真空下12時間乾燥した。「(5)重量減少率の測定」に従って測定した乾燥後のピバリン酸ジルコニウムの重量減少率は60%であり、乾燥後のピバリン酸ジルコニウムの収量は8.5gであった。
 得られたピバリン酸ジルコニウム1.06gに、キシレン1.22g及び純水1.13g、水酸化ナトリウム0.13g(キシダ化学社製、特級)を混合して混合液を得た。該混合液を、攪拌機付きオートクレーブ内に仕込み、該オートクレーブ内の雰囲気を窒素ガスで置換した。その後、混合液を190℃まで加熱し、16時間保持(オートクレーブ内圧力は、1.4MPa)して反応させた後、オートクレーブから取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してトルエン10gで洗浄した。洗浄物を乾燥させることで、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子0.17gを得た。
 得られた酸化ジルコニウム粒子の結晶構造を確認したところ、正方晶と単斜晶に帰属される回折線が検出され、回折線の強度から、正方晶と単斜晶の割合は69/31であり、その粒子径(結晶子径)は4nmであった。
 また、得られた酸化ジルコニウム粒子を、赤外吸収スペクトルによって分析したところ、C-H由来の吸収と、COOH由来の吸収が確認できた。当該吸収は、酸化ジルコニウム粒子を被覆しているピバリン酸及び/又はピバリン酸由来のカルボキシレートに起因するものと考えられる。
 さらに上記した「(5)重量減少率の測定」に従って測定した酸化ジルコニウム粒子の重量減少率は、17質量%だった。従って、酸化ジルコニウム粒子を被覆するピバリン酸及びピバリン酸由来のカルボキシレートの合計量は、被覆型酸化ジルコニウム粒子全体の17質量%であることが分かった。
 また、耐熱性試験の結果、酸化ジルコニウム粒子は白色のまま変化しなかった。
 実施例19
 実施例17で得られた酸化ジルコニウム粒子1.0g、ステアリン酸1.0g、及びトルエン18.0gを混合し、50℃にて加熱することで酸化ジルコニウム粒子透明分散液を得た。
 実施例20
 実施例15で得た酸化ジルコニウム粒子1g、酢酸4.5g、脱イオン水4.5gを混合し、酸化ジルコニウム分散液を得た。該分散液にプラクセルFM-1 0.5g(水酸基含有メタクリルモノマー、ダイセル化学社製)、及びDAROCUR1173(ラジカル型光重合開始剤、BASF社製)を混合することで酸化ジルコニウム分散体を得た。該分散体をガラス板上にピペットにて0.1g滴下し、150℃にて30分加熱した。その後、高圧水銀ランプで8J/cm2の紫外線を照射することにより硬化させて、透明な塗膜を得た。得られた塗膜は指で触っても指紋が入ることはなく、十分硬化が進んでいることを確認した。
 実施例3~13は、ジルコニウム炭酸塩とカルボン酸、及びその他の化合物を混合し、水熱処理した例である。実施例14及び15は、ジルコニウム炭酸塩とカルボン酸とを、NaOHを除くその他の化合物の存在下で反応させ、その後実施例14についてはNaOHを添加し、水熱処理した例である。実施例3~15のいずれの場合も、カルボキシレート化合物で被覆された酸化ジルコニウム粒子を得ることができた。
 実施例3と4、5と6、7と8、9と10をそれぞれ比較すると、カルボン酸量を少なくすることで、正方晶の割合を向上できることが分かる。
 実施例7と12を比較すると、芳香族炭化水素系溶媒を用いることで、正方晶の割合を向上できることが分かる。
 実施例9と11を比較すると、芳香族炭化水素系溶媒の量が多くなると、正方晶の割合が大きくなることが分かる。
 実施例6と7を比較すると、NaOHを用いることによって、正方晶の割合を向上できることが分かる。
 実施例8と11を比較すると、水の量によって正方晶の割合を調整できることが分かる。
 実施例3と15、13と14をそれぞれ比較すると、ジルコニウム炭酸塩とカルボン酸とを先に反応させてから水熱処理を行った方が、前記反応と水熱処理を同時に行う場合に比べて、水熱処理時の反応圧力を低くできることが分かる。
 実施例18では、オキソ金属化合物としてオキシ塩化ジルコニウムを用い、カルボキシレート化合物としてピバリン酸ナトリウムを用い、これらを水熱処理した例であり、このような方法によってもカルボキシレート化合物で被覆された酸化ジルコニウム粒子を得ることができた。
 製造例2-1
 2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートで被覆された酸化ジルコニウムナノ粒子(被覆型ZrO2粒子)の製造
 2-エチルヘキサン酸ジルコニウムミネラルスピリット溶液(782g、2-エチルヘキサン酸ジルコニウム含有率44質量%、第一希元素化学工業社製)(2-エチルヘキサン酸のpKa=4.82)に純水(268g)を混合した。得られた混合液を、攪拌機付きオートクレーブ内に仕込み、該オートクレーブ内の雰囲気を窒素ガスで置換した。その後、混合液を180℃まで加熱し、該温度で16時間保持(オートクレーブ内圧力は0.94MPa)して反応させ、酸化ジルコニウム粒子を生成した。続いて、反応後の混合液を取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してアセトンで洗浄した後に、乾燥した。乾燥後の前記沈殿物(100g)をトルエン(800mL)に分散させたところ、白濁溶液となった。次に、精製工程として、定量濾紙(アドバンテック東洋社製、No.5C)にて再度濾過し、沈殿物中の粗大粒子などを除去した。さらに、濾液を減圧濃縮してトルエンを除去することで白色の酸化ジルコニウム粒子(被覆型ZrO2粒子)を回収した。
 得られた被覆型ZrO2粒子の結晶構造を確認したところ、正方晶と単斜晶に帰属される回折線が検出され、回折線の強度から、正方晶と単斜晶の割合は54/46で、その粒子径(結晶子径)は5nmであった。
 電子顕微鏡により測定して得られた被覆型ZrO2粒子の平均粒子径(平均一次粒子径)は、12nmであった。また、得られた被覆型ZrO2粒子を、赤外吸収スペクトルによって分析したところ、C-H由来の吸収と、COOH由来の吸収が確認できた。当該吸収は、酸化ジルコニウム粒子に被覆されている2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートに起因するものと考えられる。
 さらに上記した「(5)質量減少率の測定」に従って測定した被覆型ZrO2粒子の質量減少率は、12質量%だった。従って、酸化ジルコニウム粒子を被覆する2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートは、酸化ジルコニウム粒子全体の12質量%であることが分かった。
 実施例2-1
 2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートで被覆された酸化ジルコニウムナノ粒子(置換被覆型ZrO2粒子1)の製造
 製造例2-1にて得られた被覆型ZrO2粒子(10g)と2-アクリロイルオキシエチルサクシネート(2g)(pKa=4.35)をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(12g、以下「PGMEA」と称する)中で均一分散するまで撹拌混合した。次いで、n-ヘキサン(36g)を添加することで分散粒子を凝集させて溶液を白濁させ、白濁液から凝集粒子を濾紙により分離した。その後、分離した凝集粒子をn-ヘキサン(36g)中に添加、10分撹拌後、凝集粒子を濾紙により分離し、得られた粒子を室温で真空乾燥することで、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートで表面処理された酸化ジルコニウム粒子(置換被覆型ZrO2粒子1)を調製した。
 得られた置換被覆型ZrO2粒子1を重クロロホルムに分散させて測定資料とし、1H-NMRによる分析を行なった。その結果、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートの存在モル比率が10:90であることがわかった。
 さらに上記した「(5)質量減少率の測定」に従って測定した置換被覆型ZrO2粒子1の質量減少率は、20質量%だった。従って、酸化ジルコニウム粒子を被覆する2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレート、及び2-アクリロイルオキシエチルサクシネートは、酸化ジルコニウム粒子全体の20質量%であることが分かった。
 実施例2-2
 2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートで被覆された酸化ジルコニウムナノ粒子(置換被覆型ZrO2粒子2)の製造
 製造例2-1にて得られた被覆型ZrO2粒子(10g)と2-アクリロイルオキシエチルサクシネート(1g)をPGMEA(12g)中で均一分散するまで撹拌混合した。次いで、n-ヘキサン(36g)を添加することで分散粒子を凝集させて溶液を白濁させ、白濁液から凝集粒子を濾紙により分離した。その後、分離した凝集粒子をn-ヘキサン(36g)中に添加、10分撹拌後、凝集粒子を濾紙により分離し、得られた粒子を室温で真空乾燥することで、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートで表面処理された酸化ジルコニウム粒子(置換被覆型ZrO2粒子2)を調製した。
 得られた置換被覆型ZrO2粒子2を重クロロホルムに分散させて測定資料とし、1H-NMRによる分析を行なった。その結果、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートの存在モル比率が30:70であることがわかった。
 さらに上記した「(5)質量減少率の測定」に従って測定した置換被覆型ZrO2粒子2の質量減少率は、20質量%だった。従って、酸化ジルコニウム粒子を被覆する2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレート、及び2-アクリロイルオキシエチルサクシネートは、酸化ジルコニウム粒子全体の20質量%であることが分かった。
 合成例2-1
 反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備し、他方、モノマー滴下槽として、ジメチル-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート(20g、以下「MD」と称する)、メタクリル酸(50g、以下「MAA」と称する)、メタクリル酸メチル(80g、以下「MMA」と称する)、メタクリル酸シクロヘキシル(50g、以下「CHMA」と称する)、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート(4g、日本油脂社製「パーブチルO」;以下「PBO」と称する)、PGMEA(75g)をよく攪拌混合したものを準備し、連鎖移動剤滴下槽として、β-メルカプトプロピオン酸(6g、以下「β-MPA」と称する)、PGMEA(5g)をよく攪拌混合したものを準備した。
 反応槽にPGMEA(234g)を仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー滴下槽および連鎖移動剤滴下槽からそれぞれ内容物の滴下を開始した。滴下は、温度を90℃に保ちながら、それぞれ135分間かけて行った。滴下が終了してから60分後に昇温を開始して反応槽を110℃にした。3時間110℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、メタクリル酸グリシジル(50g、以下「GMA」と称する)、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)(0.4g、以下「MBMTB」と称する)、トリエチルアミン(0.8g、以下「TEA」と称する)を仕込み、そのまま110℃で12時間反応させた。その後、PGMEA(75g)を加えて室温まで冷却し、濃度が40質量%の重合体溶液を得た。重合体の重量平均分子量は9000、重合体溶液の酸価は72mgKOH/gであった。
 実施例2-3
 実施例2-1で得られた置換被覆型ZrO2粒子1(5.0g)、及び合成例1で得られた重合体溶液(樹脂溶液、5.0g)、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(3.0g)、PGMEA(18.7g)を混合した。得られた分散液に光重合開始剤としてイルガキュア(登録商標)907(0.2g、チバジャパン社製)を混合することで硬化性樹脂組成物1を得た。
 上記した「(14)透明性評価」に従って測定した硬化性樹脂組成物1の硬化塗膜の透過率は99%であった。また、「(15)現像性評価」に従って硬化性樹脂組成物1の現像性の評価を実施したところ、図1からわかるように未露光部の残渣は認められず、現像性は良好であった。
 実施例2-4
 茶色褐色ガラス瓶に実施例2-1で得られた置換被覆型ZrO2粒子1(6.0g)、FA-BZA(1.5g、ベンジルアクリレート、日立化成工業社製)、ライトアクリレートTMP-A(0.5g、トリメチロールプロパントリアクリレート、共栄社化学社製)、DAROCUR1173(0.4g、光ラジカル重合開始剤、チバジャパン社製)を仕込み、均一になるまで撹拌を行い、硬化性樹脂組成物2を得た。得られた硬化性樹脂組成物2は25℃にて流動性を有するものであった。得られた硬化性樹脂組成物2を用いて、上記した「(17)屈折率測定試験」に従って測定したところ、得られた硬化物の屈折率は1.64であった。
 硬化性樹脂組成物2を用いて「(20)成形特性」も評価した。成形後のジルコニアナノ粒子含有構造体を走査型電子顕微鏡(SEM)により撮影した。このSEM像を図3に示した。図3に示すように、転写性は良好であった。
 実施例2-5
 茶色褐色ガラス瓶に実施例2-1で得られた置換被覆型ZrO2粒子1(6.0g)、ライトアクリレートTMP-A(6.0g)、メチルエチルケトン(28g、以下「MEK」と称する)を混合した。得られた分散液に光重合開始剤としてイルガキュア(登録商標)907(0.24g、チバジャパン社製)を混合することで硬化性樹脂組成物3を得た。得られた硬化性樹脂組成物3をPETフィルム(東洋紡A4300、膜厚100μm、鉛筆硬度2H)にバーコーター#10にて塗工を行い、80℃×3分乾燥させ、空気雰囲気下、高圧水銀ランプで1000mJ/cm2の紫外線を照射することにより硬化させ、硬化物を得た。鉛筆硬度の測定を行ったところ、その硬度は3Hであった。
 実施例2-6
 2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸で被覆された酸化ジルコニウムナノ粒子(置換被覆型ZrO2粒子3)の製造
 製造例2-1にて得られた被覆型ZrO2粒子(10g)と2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸(4g)(pKa=3.33)をMEK(10g)中で均一分散するまで撹拌混合した。次いで、n-ヘキサン(36g)を添加することで分散粒子を凝集させて溶液を白濁させ、白濁液から凝集粒子を濾紙により分離した。その後、分離した凝集粒子をn-ヘキサン(36g)中に添加、10分撹拌後、凝集粒子を濾紙により分離し、得られた粒子を室温で真空乾燥することで、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸で表面処理された酸化ジルコニウム粒子(置換被覆型ZrO2粒子3)を調製した。
 得られた置換被覆型ZrO2粒子3を重クロロホルムに分散させて測定資料とし、1H-NMRによる分析を行なった。その結果、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸の存在モル比率が25:75であることがわかった。
 さらに上記した「(5)質量減少率の測定」に従って測定した酸化ジルコニウム粒子の質量減少率は、19質量%だった。従って、酸化ジルコニウム粒子を被覆する2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレート、及び2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸は、酸化ジルコニウム粒子全体の19質量%であることが分かった。
 実施例2-7
 2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイロキシエチルフタル酸で被覆された酸化ジルコニウムナノ粒子(置換被覆型ZrO2粒子4)の製造
 製造例2-1にて得られた粒子被覆型ZrO2粒子(10g)と2-アクリロイロキシエチルフタル酸(4g)(pKa=4.35)をMEK(10g)中で均一分散するまで撹拌混合した。次いで、n-ヘキサン(36g)を添加することで分散粒子を凝集させて溶液を白濁させ、白濁液から凝集粒子を濾紙により分離した。その後、分離した凝集粒子をn-ヘキサン(36g)中に添加、10分撹拌後、凝集粒子を濾紙により分離し、得られた粒子を室温で真空乾燥することで、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイロキシエチルフタル酸で表面処理された酸化ジルコニウム粒子(置換被覆型ZrO2粒子4)を調製した。
 得られた置換被覆型ZrO2粒子4を重クロロホルムに分散させて測定資料とし、1H-NMRによる分析を行なった。その結果、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイロキシエチルフタル酸の存在モル比率が6:94であることがわかった。
 さらに上記した「(5)質量減少率の測定」に従って測定した酸化ジルコニウム粒子の質量減少率は、24質量%だった。従って、酸化ジルコニウム粒子を被覆する2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレート、及び2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸は、酸化ジルコニウム粒子全体の24質量%であることが分かった。
 製造例2-2
 2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランで被覆された酸化ジルコニウムナノ粒子の製造
 上記製造例2-1で得られた被覆型ZrO2粒子(10g)をトルエン(90g)に分散させて透明溶液を調製した。当該溶液に表面処理剤として3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(1.5g、信越化学工業社製、KBM-5103)を添加し、90℃で1時間加熱還流した。次いで、還流処理後の溶液にn-ヘキサン(300g)を添加することで分散粒子を凝集させて溶液を白濁させた。白濁液から凝集粒子を濾紙により分離後、室温で加熱乾燥し、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランで表面処理された酸化ジルコニウムナノ粒子(置換被覆型ZrO2粒子5)を調製した。
 得られた置換被覆型ZrO2粒子5の結晶構造を確認したところ、正方晶と単斜晶に帰属される回折線が検出され、回折線の強度から、正方晶と単斜晶の割合は54/46で、その粒子径(結晶子径)は5nmであった。
 電子顕微鏡により測定して得られた酸化ジルコニウム粒子の平均粒子径(平均一次粒子径)は、12nmであった。さらに赤外吸収スペクトルにより分析したところ、C-H由来の吸収とCOOH由来の吸収に加えてSi-O-C由来の吸収が認められた。これら吸収は、酸化ジルコニウムナノ粒子を被覆している2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランに由来するものと考えられる。さらに上記した「(5)質量減少率の測定」に従って測定した酸化ジルコニウム粒子の質量減少率は、17質量%であった。よって、酸化ジルコニウムナノ粒子を被覆していた2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランは、粒子全体の17質量%であることが確認された。
 また、当該ナノ粒子を「(9)Zr、Si含有量の測定」に従って分析することで、Si含有量を測定し、被覆層における3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランを定量した。さらに、「(7)炭素含有量の測定」に従ってナノ粒子中の全炭素含有量を測定し、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン由来の炭素量を差し引くことで2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレート由来の炭素量を算出し、被覆層における2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレート量を求めた。その結果、被覆層における2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートに対する3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランの存在比率は、モル比で1.5であった。
 実施例2-8
 置換被覆型ZrO2粒子1に代えて製造例2-2で合成した置換被覆型ZrO2粒子5を用いた以外は実施例2-3(硬化性樹脂組成物1)と同様の手法で硬化性樹脂組成物4を得た。
 上記した「(14)透明性評価」に従って測定した硬化性樹脂組成物4の硬化塗膜の透過率は98%であった。また、「(16)現像性評価」に従って硬化性樹脂組成物4の現像性の評価を実施したところ、図2からわかるように未露光部の残渣が認められ、現像性に劣る結果となった。
 実施例2-9
 置換被覆型ZrO2粒子1に代えて製造例2-2で合成した置換被覆型ZrO2粒子5を用いた以外は実施例2-4(硬化性樹脂組成物2)と同様の手法で硬化性樹脂組成物5を得た。得られた硬化性樹脂組成物5は25℃にて流動性を有さないものであった。
 硬化性樹脂組成物5について「(20)成形特性」を評価しようとしたが、Siウエハ上に硬化性樹脂組成物5を滴下することができず、ジルコニアナノ粒子含有構造体を得ることができなかった。
 比較例2-1
 茶色褐色ガラス瓶にライトアクリレートTMP-A(6.0g)、メチルエチルケトン(14g)を混合した。得られた分散液に光重合開始剤としてイルガキュア(登録商標)907(0.12g、チバジャパン社製)を混合することで比較硬化性樹脂組成物1を得た。得られた比較硬化性樹脂組成物1をPETフィルム(東洋紡A4300、膜厚100μm、鉛筆硬度2H)にバーコーター#10にて塗工を行い、80℃×3分乾燥させ、空気雰囲気下、高圧水銀ランプで1000mJ/cm2の紫外線を照射させたが、膜は液状のままであり、硬化物を得ることができなかった。
 実施例2-10
 製造例2-1にて得られた被覆型ZrO2粒子(10g)をPGMEA(12g)中で撹拌混合したが、白濁したままであり均一溶液にすることはできなかった。
 実施例3-1
 塩基性炭酸ジルコニウム432g(日本軽金属社製、組成式:Zr2(CO3)(OH)2)O2、含水率46%の湿体品。ジルコニウムに対して3400質量ppmの塩素を含有する。ジルコニウム1.52mol)と、2,2-ジメチル酪酸354g(3.04mol)と、キシレン216gの混合液を、ガラス製のセパラブルフラスコ中にて80℃で2時間反応させた。このとき、ジルコニウムと化合物を形成しない余剰の2,2-ジメチル酪酸の理論値は、1.52molである。得られた溶液に0.033mol%に調整したアンモニア水1150g(アンモニア:0.38mol)を添加し、80℃で30分間攪拌した。室温になるまで放冷した後に水層を除去し、ジルコニウムジメチル酪酸化合物のキシレン溶液を得た。
 得られたジルコニウムジメチル酪酸化合物のキシレン溶液の一部を取り出し、減圧条件下でキシレンを留去し、イオンクロマトグラフィーにより塩素含有量を測定したところ、塩素は検出されなかった。
 一方、除去した水層の塩素含有量をイオンクロマトグラフィーにより測定したところ、仕込んだジルコニウムに対して3400質量ppmの塩素が検出された。
 実施例3-2
 実施例3-1で得られた油層に脱イオン水448g(ジルコニウム1モルに対して16モル)を加えてオートクレーブにいれ、オートクレーブ中の雰囲気を窒素ガスに置換した。その後、混合液を190℃(反応圧力:1.4MPa)まで加熱し、16時間保持した。反応後の溶液を取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してトルエン800gで洗浄した。洗浄物を乾燥させることで、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子156gを得た。
 得られた被覆型酸化ジルコニウム粒子の結晶構造を確認したところ、正方晶と単斜晶に帰属される回折線が検出され、回折線のピーク強度から、正方晶と単斜晶の割合は78/22であった。また結晶子径は4nmであることが分かった。
 また、電子顕微鏡で測定して得られた被覆型酸化ジルコニウム粒子の平均粒子径(平均一次粒子径)は9nmであり、その形状は粒状であった。
 さらに、上記した「(5)質量減少率の測定」に従って測定した被覆型酸化ジルコニウム粒子の質量減少率は13%であった。
 得られた被覆型酸化ジルコニウム粒子について、イオンクロマトグラフィーによる塩素含有量の測定を行ったところ、塩素は検出されなかった。
 実施例3-3
 実施例3-1の2,2-ジメチル酪酸を177g(1.52mol)に変更した以外は実施例3-1と同様にしてジルコニウムジメチル酪酸化合物の合成を行った。その結果、アンモニア水投入時に白濁を生じてゲル状になり、有機層(油層)と水槽の分離が行えなかった。
 実施例3-4
 実施例3-1のアンモニア水に代えて、脱イオン水を用いたこと以外は、実施例3-1と同様にしてジルコニウムジメチル酪酸化合物の合成を行った。
 得られたジルコニウムジメチル酪酸化合物のキシレン溶液の一部を取り出し、減圧条件下でキシレンを留去し、イオンクロマトグラフィーにより塩素含有量を測定したところ、仕込んだジルコニウムに対して3380質量ppmの塩素が検出された。
 除去した水層の塩素含有量をイオンクロマトグラフィーにて測定したところ、仕込んだジルコニウムに対して20質量ppmの塩素が検出された。
 実施例3-5
 実施例3-4で得られたキシレン溶液を用いて、実施例3-2と同様の操作により、被覆型酸化ジルコニウム粒子の合成を行った。その結果、白色の被覆型酸化ジルコニウム粒子175gを得た。
 得られた被覆型酸化ジルコニウム粒子の結晶構造を確認したところ、正方晶と単斜晶に帰属される回折線が検出され、回折線のピーク強度から、正方晶と単斜晶の割合は45/55であった。また結晶子径は7nmであることが分かった。
 また、電子顕微鏡で測定して得られた被覆型酸化ジルコニウム粒子の平均粒子径(平均一次粒子径)は10nmであった。
 さらに、上記した「(5)質量減少率の測定」に従って測定した被覆型酸化ジルコニウム粒子の質量減少率は12%であった。
 得られた被覆型酸化ジルコニウム粒子について、イオンクロマトグラフィーによる塩素含有量の測定を行ったところ、粒子中のジルコニウムに対して730質量ppmの塩素が検出された。
 製造例4-1 2-エチルヘキサン酸で被覆された酸化ジルコニウムナノ粒子の製造
 2-エチルヘキサン酸ジルコニウムミネラルスピリット溶液(782g、第一希元素化学工業社製)に純水(268g)を混合した。得られた混合液を、攪拌機付きオートクレーブ内に仕込み、該オートクレーブ内の雰囲気を窒素ガスで置換した。その後、混合液を180℃まで加熱し、該温度で16時間保持(オートクレーブ内圧力は0.94MPa)して反応させ、酸化ジルコニウム粒子を生成した。続いて、反応後の混合液を取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してアセトンで洗浄した後に、乾燥した。乾燥後の前記沈殿物(100g)をトルエン(800mL)に分散させたところ、白濁溶液となった。次に、精製工程として、定量濾紙(アドバンテック東洋社製、No.5C)にて再度濾過し、沈殿物中の粗大粒子などを除去した。さらに、濾液を減圧濃縮してトルエンを除去することで白色の酸化ジルコニウム粒子を回収した。
 得られた酸化ジルコニウム粒子の結晶構造を確認したところ、正方晶と単斜晶に帰属される回折線が検出され、回折線の強度から、正方晶と単斜晶の割合は54/46で、その粒子径(結晶子径)は5nmであった。
 電子顕微鏡により測定して得られた酸化ジルコニウム粒子の平均粒子径(平均一次粒子径)は、12nmであった。また、得られた酸化ジルコニウム粒子を、赤外吸収スペクトルによって分析したところ、C-H由来の吸収と、COOH由来の吸収が確認できた。当該吸収は、酸化ジルコニウム粒子に被覆され―ている2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートに起因するものと考えられる。
 さらに上記した「(5)質量減少率の測定」に従って測定した酸化ジルコニウム粒子の質量減少率は、12質量%だった。従って、酸化ジルコニウム粒子に被覆された2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートは、酸化ジルコニウム粒子全体の12質量%であることが分かった。
 製造例4-2 2-エチルヘキサン酸と3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランで被覆された酸化ジルコニウムナノ粒子の製造
 上記製造例4-1で得られた酸化ジルコニウムナノ粒子(10g)をトルエン(90g)に分散させて透明溶液を調整した。当該溶液に表面処理剤として3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(1.5g、信越化学工業社製、KBM-5103)を添加し、90℃で1時間加熱還流した。次いで、還流処理後の溶液にn-ヘキサンを添加することで分散粒子を凝集させて溶液を白濁させた。白濁液から凝集粒子を濾紙により分離後、室温で加熱乾燥し、2-エチルヘキサン酸と3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランで表面処理された酸化ジルコニウムナノ粒子を調整した。
 得られた被覆酸化ジルコニウム粒子の結晶構造を確認したところ、正方晶と単斜晶に帰属される回折線が検出され、回折線の強度から、正方晶と単斜晶の割合は54/46で、その粒子径(結晶子径)は5nmであった。
 電子顕微鏡により測定して得られた酸化ジルコニウム粒子の平均粒子径(平均一次粒子径)は、12nmであった。さらに赤外吸収スペクトルにより分析したところ、C-H由来の吸収とCOOH由来の吸収に加えてSi-O-C由来の吸収が認められた。これら吸収は、酸化ジルコニウムナノ粒子を被覆している2-エチルヘキサン酸と3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランに由来するものと考えられる。さらに上記した「(5)質量減少率の測定」に従って測定した酸化ジルコニウム粒子の質量減少率は、17質量%であった。よって、酸化ジルコニウムナノ粒子を被覆していた2-エチルヘキサン酸と3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランは、粒子全体の17質量%であることが確認された。
 また、当該ナノ粒子を蛍光X線分析装置により分析し、Si含有量を測定することで被覆層における3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランを定量した。さらに、CHNコーダ分析装置によりナノ粒子中の全C含量を測定し、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン由来のC量を差し引くことで2-エチルヘキサン酸由来のC量を算出し、被覆層における2-エチルヘキサン酸量を求めた。その結果、被覆層における2-エチルヘキサン酸に対する3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランの存在比率は、モル比で1.5であった。
 実施例4-1
 茶色褐色ガラス瓶に製造例4-2で合成したアクリル基含有ジルコニアナノ粒子7.5g、ライトアクリレートIBX-A(イソボルニルアクリレート、共栄社化学社製)10.0g、ライトアクリレートTMP-A(トリメチロールプロパントリアクリレート、共栄社化学社製)2.5g、DAROCUR1173(光ラジカル重合開始剤、チバジャパン製)0.4g、メチルエチルケトン10.0gを仕込み、均一になるまで撹拌を行い、無機酸化物微粒子含有組成物を得た。
 実施例4-2
 表3に示した配合割合で行った以外は、実施例4-1と同様の手法で組成物を得た。
 比較例4-1
 表3に示した配合割合で行った以外は、実施例4-1と同様の手法で組成物を得た。
 表3に配合割合、及び得られた実施例4-1、4-2の無機酸化物微粒子含有組成物、及び比較例4-1の組成物の透過率、屈折率、誘電率を測定した結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3中の略号は以下の通りである。
IBX-A:ライトアクリレートIB-XA(イソボルニルアクリレート、共栄社化学社製)
TMP-A:ライトアクリレートTMP-A(トリメチロールプロパントリアクルレート、共栄社化学社製)
DAROCUR1173:2-ヒドロキシ-2メチル-1フェニル-プロパン-1-オン(チバジャパン社製)
 <チタンを使用する例>
 製造例5-1
 2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートで被覆された酸化チタンナノ粒子(被覆型TiO2粒子)の製造
 テトラ-n-ブトキシチタン(170g、0.5mol、日本曹達社製「B-1」)と、2-エチルヘキサン酸(345g、2.4mol)の混合液をガラス製のセパラブルフラスコ中にて80℃で3時間反応させた。得られた溶液に脱イオン水(65g、チタン1モルに対して7モル)を加え、オートクレーブにいれ、オートクレーブ中の雰囲気を窒素ガスに置換した。その後、混合液を190℃まで加熱し、16時間保持した。反応後の溶液を取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してメタノール(500g)で洗浄した。洗浄物を乾燥させることで、黄色の被覆型酸化チタン粒子(被覆型TiO2粒子)33gを得た。
 得られた酸化チタン粒子の結晶構造を確認したところ、アナターゼ型に帰属される回折線のみが検出された。また結晶子径は6nmであった。
 さらに上記した「(5)質量減少率の測定」に従って測定した被覆型酸化チタン粒子(被覆型TiO2粒子)の質量減少率は13%だった。従って、酸化チタン粒子を被覆する2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートは、酸化チタン粒子全体の13質量%であることが分かった。
 実施例5-1
 2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートで被覆された酸化チタンナノ粒子(置換被覆型TiO2粒子)の製造
 製造例5-1で得られた被覆型TiO2粒子(30g)と2-アクリロイルオキシエチルサクシネート(6g)(pKa=4.35)をPGMEA(30g)、0.03mmφのジルコニアビーズ270gを100mlフラスコに加え、室温にて1200rpmで2時間分散処理を行った。続いて、濾過にてジルコニアビーズを取り除き、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートで被覆された酸化チタン粒子(置換被覆型TiO2粒子)の分散液を得た。次いで、n-ヘキサン(36g)を添加することで分散粒子を凝集させて溶液を白濁させ、白濁液から凝集粒子を濾紙により分離した。その後、分離した凝集粒子をn-ヘキサン(36g)中に添加、10分撹拌後、凝集粒子を濾紙により分離し、得られた粒子を室温で真空乾燥することで、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートで表面処理された酸化チタン粒子(置換被覆型TiO2粒子)を調製した。
 得られた置換被覆型TiO2粒子を重クロロホルムに分散させて測定資料とし、1H-NMRによる分析を行なった。その結果、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートの存在モル比率が10:90であることがわかった。
 さらに上記した「(5)質量減少率の測定」に従って測定した置換被覆型TiO2粒子の質量減少率は、20質量%だった。従って、酸化チタン粒子を被覆する2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレート、及び2-アクリロイルオキシエチルサクシネートは、酸化チタン粒子全体の20質量%であることが分かった。
 実施例5-2
 3,3-ジメチル酪酸及び/又は3,3-ジメチル酪酸由来のカルボキシレートで被覆された酸化チタンナノ粒子(被覆型TiO2粒子)の製造
 テトラ-n-ブトキシチタン(170g、0.5mol、日本曹達社製「B-1」)と、3,3-ジメチル酪酸(280g、2.4mol)の混合液をガラス製のセパラブルフラスコ中にて80℃で3時間反応させた。得られた溶液に脱イオン水(65g、ジルコニウム1モルに対して7モル)を加え、オートクレーブにいれ、オートクレーブ中の雰囲気を窒素ガスに置換した。その後、混合液を190℃まで加熱し、16時間保持した。反応後の溶液を取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してメタノール(500g)で洗浄した。洗浄物を乾燥させることで、黄色の被覆型酸化チタン粒子(被覆型TiO2粒子)62gを得た。
 得られた酸化チタン粒子の結晶構造を確認したところ、アナターゼ型に帰属される回折線のみが検出された。また結晶子径は6nmであった。
 さらに上記した「(5)質量減少率の測定」に従って測定した被覆型酸化チタン粒子(被覆型TiO2粒子)の質量減少率は10%だった。従って、酸化チタン粒子を被覆する3,3-ジメチル酪酸及び/又は3,3-ジメチル酪酸由来のカルボキシレートは、酸化チタン粒子全体の10質量%であることが分かった。
 また、耐熱性試験の結果、酸化チタン粒子は黄色のまま変化しなかった。
 実施例5-3
 3,3-ジメチル酪酸及び/又は3,3-ジメチル酪酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートで被覆された酸化チタンナノ粒子(置換被覆型TiO2粒子)の製造
 実施例5-2で得られた被覆型TiO2粒子(30g)と2-アクリロイルオキシエチルサクシネート(6g)(pKa=4.35)をPGMEA(30g)、0.03mmφのジルコニアビーズ270gを100mlフラスコに加え、室温にて1200rpmで2時間分散処理を行った。続いて、濾過にてジルコニアビーズを取り除き、3,3-ジメチル酪酸及び/又は3,3-ジメチル酪酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートで被覆された酸化チタン粒子(置換被覆型TiO2粒子)の分散液を得た。次いで、得られた分散液24gにn-ヘキサン(36g)を添加することで分散粒子を凝集させて溶液を白濁させ、白濁液から凝集粒子を濾紙により分離した。その後、分離した凝集粒子をn-ヘキサン(36g)中に添加、10分撹拌後、凝集粒子を濾紙により分離し、得られた粒子を室温で真空乾燥することで、3,3-ジメチル酪酸及び/又は3,3-ジメチル酪酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートで表面処理された酸化チタン粒子(置換被覆型TiO2粒子)を調製した。
 得られた置換被覆型TiO2粒子を重クロロホルムに分散させて測定資料とし、1H-NMRによる分析を行なった。その結果、3,3-ジメチル酪酸及び/又は3,3-ジメチル酪酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートの存在モル比率が15:85であることがわかった。
 さらに上記した「(5)質量減少率の測定」に従って測定した置換被覆型TiO2粒子の質量減少率は、19質量%だった。従って、酸化チタン粒子を被覆する3,3-ジメチル酪酸及び/又は3,3-ジメチル酪酸由来のカルボキシレート、及び2-アクリロイルオキシエチルサクシネートは、酸化チタン粒子全体の19質量%であることが分かった。

Claims (24)

  1.  下記式(1)で表される化合物であって、
     Mm(-OCO-R)n・・・(1)
     式(1)中、
     Mは金属又はオキソ金属であり、
     Rは炭素数が1以上、20以下で、ハロゲン及び/又はヘテロ原子を有していても良い直鎖構造、分岐構造、脂環構造、又は芳香族環構造の炭化水素基であり、
     mは1以上の整数であり、
     Mが金属である場合はその価数をa価と表し、Mがオキソ金属である場合はオキソ金属を構成する金属の価数を(a+2)価と表す時、nは(i)Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であり、且つ鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1である場合には、m≦n≦a×mの関係を満たす整数であり、(ii)Rを構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であることと、Rを構成する鎖長2のメチレン鎖の数が0又は1であることの両方の要件を満たす場合以外は、m≦n<a×mの関係を満たす整数であることを特徴とする化合物。
  2.  前記Mが、Ti、Al、Zr、Zn、Sn、オキソチタニウム、オキソジルコニウム及びオキソスズよりなる群から選択される少なくとも1種の金属又はオキソ金属である請求項1に記載の化合物。
  3.  請求項1又は2に記載の化合物から得られる金属酸化物粒子。
  4.  エステル基、エーテル基、アミド基、チオエステル基、チオエーテル基、カーボネート基、ウレタン基、およびウレア基からなる群より選ばれる1以上の置換基を有するカルボン酸、または(メタ)アクリル酸である第1のカルボン酸化合物、および第1のカルボン酸化合物以外のカルボン酸化合物の少なくとも2種のカルボン酸化合物により被覆されていることを特徴とする金属酸化物粒子。
  5.  前記第1のカルボン酸化合物がpKa4.8以下である請求項4に記載の被覆された金属酸化物粒子。
  6.  前記第1のカルボン酸化合物または第2のカルボン酸化合物が重合性二重結合を有することを特徴とする請求項4又は5に記載の被覆された金属酸化物粒子。
  7.  下記式(2)で表されるカルボキシレート化合物で被覆されていることを特徴とする金属酸化物粒子。
     -OCO-R’・・・(2)
     (但し、式中、R’は飽和炭化水素基であり、この飽和炭化水素基を構成するメチレン鎖の鎖長が最大で2であり、且つ鎖長2のメチレン鎖の数は0または1である。)
  8.  水の存在下で金属化合物又はオキソ金属化合物を加熱することを特徴とする請求項3又は7に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  9.  Mの炭酸塩(Mは前記に同じ)と、RCOO基を有するカルボン酸(Rは前記に同じ)との混合物を加熱することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の化合物の製造方法。
  10.  水の存在下で、金属の炭酸塩又はオキソ金属の炭酸塩である金属化合物又はオキソ金属化合物と、カルボン酸との混合物を加熱することを特徴とする金属酸化物粒子の製造方法。
  11.  芳香族炭化水素の存在下で、Mの炭酸塩(Mは前記に同じ)と、RCOO基を有するカルボン酸(Rは前記に同じ)を反応させる請求項9に記載の化合物の製造方法。
  12.  芳香族炭化水素の存在下で反応させる請求項8又は10に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  13.  反応時の水の量が金属化合物又はオキソ金属化合物1モルに対して17モル以下である請求項8、10、又は12に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  14.  塩基性化合物の存在下で、Mの炭酸塩(Mは前記に同じ)と、RCOO基を有するカルボン酸(Rは前記に同じ)を反応させる請求項9又は11に記載の化合物の製造方法。
  15.  塩基性化合物の存在下で反応させる請求項8、10、12、又は13に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  16.  さらにハロゲン化物を含み、金属化合物又はオキソ金属化合物と化合物を形成しない第4のカルボン酸と塩基とを含有させ、これら第4のカルボン酸と塩基とを前記ハロゲン化物と反応させることによって、ハロゲン化物を除去することを特徴とする請求項8、10、12または13に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  17.  遅くともハロゲン化物の反応後において化合物を溶解可能な有機溶媒と、この有機溶媒と相分離する第2溶媒とを含んでおり、前記ハロゲン化物の反応物を第2溶媒に溶解させてから有機溶媒と第2溶媒とを分離する請求項8、10、12、13または16に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  18.  請求項1又は2に記載の化合物を含有する組成物。
  19.  請求項3~7のいずれか1項に記載の金属酸化物粒子を含有する組成物。
  20.  請求項3~7のいずれか1項に記載の金属酸化物粒子を含有することを特徴とするディスプレイ用透明面状成形体用樹脂組成物。
  21.  前記樹脂組成物中の請求項3~7のいずれか1項に記載の金属酸化物粒子が組成物中の10質量%~90質量%である請求項20に記載のディスプレイ用透明面状成形体用樹脂組成物。
  22.  請求項20または21に記載のディスプレイ用透明面状成形体用樹脂組成物からなる面状成形体。
  23.  請求項22に記載の面状成形体が積層された積層体。
  24.  請求項22に記載の面状成形体が積層されたタッチパネル装置。
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