WO2016047757A1 - 高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末、光学フィルム、画像表示装置及び高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の製造方法並びに微粉末分散性評価方法及び微粉末分散性評価装置 - Google Patents

高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末、光学フィルム、画像表示装置及び高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の製造方法並びに微粉末分散性評価方法及び微粉末分散性評価装置 Download PDF

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武史 日元
岡田 文夫
泰蔵 松永
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    • C01P2006/20Powder free flowing behaviour

Definitions

  • the present invention relates to a highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder, an optical film, an image display device, a method for producing a highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder, a fine powder dispersibility evaluation method, and a fine powder dispersibility evaluation device.
  • a highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder having a surfactant attached to the surface, an optical film, an image display device, a method for producing a highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder, and a fine powder dispersibility evaluation method
  • a fine powder dispersibility evaluation apparatus a highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder having a surfactant attached to the surface, an optical film, an image display device, a method for producing a highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder, and a fine powder dispersibility evaluation method
  • a fine powder dispersibility evaluation apparatus a fine powder dispersibility evaluation apparatus.
  • Metal fine particles are used for various purposes, and are dispersed in a solvent as necessary.
  • acicular strontium carbonate particles have a negative birefringence, and function as an optical resin filler to control the birefringence of a resin having a positive birefringence. Therefore, strontium carbonate particles need to be highly dispersed and blended in the resin.
  • the strontium carbonate particles are made finer in order to improve the transparency of the resin, the surface energy increases and the fine particles tend to aggregate, The transparency may be impaired, and the birefringence control effect may be reduced. Therefore, it is necessary to disperse and coat the surface of the strontium carbonate fine particles with a surfactant.
  • Patent Document 1 describes organic-inorganic composite particles that can be dispersed as primary particles in a solvent and / or resin and have a plurality of different organic groups on the surface of the inorganic particles. Further, it is described that the strontium carbonate particles have an average particle size of 200 ⁇ m or less, preferably 3 nm to 10 ⁇ m. Furthermore, in the examples, the dispersibility of strontium carbonate particles is measured using a dynamic light scattering photometer in the state of a dispersion (solvent is cyclohexane, etc.), or the particles are strontium carbonate by X-ray diffraction (XRD). It is described that it was confirmed.
  • XRD X-ray diffraction
  • Patent Document 2 surface treatment is performed by a surface modification step in which carbonate fine particles are wet-treated with a surface modifier having a carboxylic acid group, and a dispersion step in which the modified fine particles are dispersed by a disperser in the presence of a dispersant.
  • a method for treating the surface of the carbonate fine particles is described.
  • the size of the carbonate fine particles it is described that the average equivalent circle diameter (Haywood diameter) estimated from the projected area of a transmission electron microscope (TEM) image is 80 nm.
  • TEM transmission electron microscope
  • the dispersibility of strontium carbonate fine particles is measured by a dynamic light scattering method using a dispersion (the solvent is ethanol).
  • Patent Document 3 describes a method for producing strontium carbonate fine particles in which an aqueous solution of a strontium hydroxide compound and an alkali hydroxide are mixed and carbon dioxide gas is introduced into the mixture.
  • strontium carbonate has a major axis of 15 to 2000 nm observed in a scanning electron microscope (SEM), and in the examples is in the range of 50 to 500 nm.
  • Patent Document 4 describes a method in which the surface of a stoichiometric carbon atom is previously treated with a surfactant containing a hydrophilic group and a hydrophobic group and further having a group that forms an anion in water.
  • acicular strontium carbonate powder having an average aspect ratio of 2.70 and an average length of 110 nm measured from an electron microscope image is described.
  • the dispersion in which the acicular strontium carbonate powder is dispersed in methylene chloride is described as having an average particle diameter of 170 nm.
  • JP 2011-236111 A (Claim 1, paragraph 0118, Examples, etc.)
  • JP 2008-101051 A (Claim 1, paragraphs 0071, 0098, etc.)
  • JP 2007-001796 A (Claims 1 and 6, paragraphs 0029 and 0030)
  • International Publication No. 2012/111692 (Claim 1, paragraphs 0036 and 0037)
  • the particle size distribution is measured with a dispersion obtained by adding the dry powder at the time of preparation of the strontium carbonate fine particles in an organic solvent, or observed with an electron microscope (SEM) photograph. It was necessary and time-consuming to evaluate. In addition, whether the surfactant completely covers the individual primary particles, whether the dispersion process can be performed reliably, and whether the amount of added surfactant is optimal is in a dry powder state. There was no way to judge.
  • the present invention provides a highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder having high dispersibility when dispersed in a solvent, an optical film, an image display device, and a method for producing a highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder. With the goal.
  • the present invention can evaluate the dispersibility when the alkaline earth metal compound fine powder is dispersed in the solvent in the powder state without actually dispersing the alkaline earth metal compound fine powder in the solvent. It is an object of the present invention to provide an alkaline earth metal compound fine powder dispersibility evaluation method and an alkaline earth metal compound fine powder dispersibility evaluation apparatus.
  • the present inventors dispersed the fine powder in a solvent based on the result of measuring the alkaline earth metal compound fine powder in a powder state by a small angle X-ray scattering method. It was found that the dispersibility at the time can be estimated. Furthermore, as a result of evaluation by this small-angle X-ray scattering method, it was confirmed that a fine powder having a higher dispersion than before could be produced, and the present invention was completed. Further, the present inventors have found that the dispersibility when the fine powder is dispersed in a solvent can be inferred from the results of measuring the alkaline earth metal compound fine powder in the powder state by the small angle X-ray scattering method. The invention has been completed.
  • the present invention provides a surfactant on the surface of alkaline earth metal compound fine particles having an alkaline earth metal as a main component, an average major axis of 10 to 100 nm and an average aspect ratio of 1.0 to 5.0.
  • a finely dispersed alkaline earth metal compound fine powder having a scattering angle 2 ⁇ of 0.2 to 1.0 ° measured by irradiating with X-rays having a wavelength of 0.154 nm by a small angle X-ray scattering method It is a highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder characterized by having a scattering peak in the scattering intensity within the range.
  • the scattering angle 2 ⁇ is in the range of 0.4 to 0.7 °, and the calculated value of the interparticle distance d obtained from the scattering angle 2 ⁇ by the Bragg equation is in the range of 12.6 to 22.1 nm. It is preferable to be within.
  • the alkaline earth metal compound is an alkaline earth metal carbonate.
  • the alkaline earth metal carbonate is preferably strontium carbonate.
  • the surfactant preferably contains a hydrophilic group and a hydrophobic group, and further has a group that forms an anion in water. In these cases, it is preferable that the surfactant is uniformly coated around the primary particles of the alkaline earth metal compound fine particles, and the alkaline earth metal compound fine particles are arranged at equal intervals.
  • the present invention is an optical film characterized in that the highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder described above is dispersed in a resin.
  • the resin is polycarbonate, polymethyl methacrylate, cellulose ester, polystyrene, styrene acrylonitrile copolymer, polyfumaric acid diester, polyarylate, polyether sulfone, polyolefin, maleimide copolymer, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, One or more types selected from the group consisting of polyimide, polyamide, and polyurethane are preferred.
  • the present invention is an image display device comprising the optical film described above.
  • the present invention is also a method for producing the above-described highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder, wherein alkaline earth metal compound fine particles having an average major axis in the range of 10 to 100 nm are dispersed in an aqueous solvent. While dispersing the primary particles of the alkaline earth metal compound fine particles in the aqueous solvent by applying shear force to the first dispersion in the presence of the surfactant, the primary particles and the surfactant are dispersed.
  • a highly dispersible alkaline earth comprising: a dispersion step of contacting to obtain a second dispersion; and a drying step of heating and drying the second dispersion at a temperature of 100 to 300 ° C. to form a powder. This is a method for producing a fine metal compound fine powder.
  • the present invention is a fine powder dispersibility evaluation method for evaluating the dispersibility of an alkaline earth metal compound fine powder dispersed in a solvent in a powder state, wherein the alkaline earth metal is analyzed by a small angle X-ray scattering method.
  • the said dispersibility estimation process estimates that the dispersibility of the said alkaline-earth metal compound fine powder in the said solvent is relatively high, when the said scattering peak is detected. Further, it is preferable that the scattering angle 2 ⁇ is in the range of 0.4 to 0.7 °.
  • the present invention also relates to a fine powder dispersibility evaluation apparatus for evaluating dispersibility in a powder state when an alkaline earth metal compound fine powder is dispersed in a solvent, and the alkaline earth metal is analyzed by a small angle X-ray scattering method.
  • X-ray irradiating means for irradiating compound fine powder with X-rays to obtain a spectrum of scattering intensity at a scattering angle in a predetermined range; and from the spectrum, the scattering intensity falls within a range of 0.2 to 1.0 °
  • a scattering intensity analyzing means for analyzing whether or not it has a scattering peak; and a dispersibility estimating means for estimating the dispersibility of the alkaline earth metal compound fine powder in the solvent based on the detection result of the scattering peak. It is a fine powder dispersibility evaluation apparatus characterized by having.
  • the said dispersibility estimation means estimates that the dispersibility of the said alkaline-earth metal compound fine powder in the said solvent is relatively high, when the said scattering peak is detected. Further, it is preferable that the scattering angle 2 ⁇ is in the range of 0.4 to 0.7 °.
  • the dispersibility when the alkaline earth metal compound fine powder is dispersed in the solvent can be evaluated in the powder state without actually dispersing the alkaline earth metal compound fine powder in the solvent. It is possible to provide an alkaline earth metal compound fine powder dispersibility evaluation method and an alkaline earth metal compound fine powder dispersibility evaluation apparatus that can perform the above-described process.
  • the highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder of the present invention comprises an alkaline earth metal compound as a main component, an average major axis of 10 to 50 nm, and an average aspect ratio of 1.0 to
  • the alkaline earth metal compound fine particles in the range of 5.0 are surface-treated with a surfactant. That is, it is a highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder having a surfactant dispersed on the surface of the alkaline earth metal compound fine particles and having high dispersibility when dispersed in a solvent.
  • Alkaline earth metal compound fine particles (before surface treatment)
  • the alkaline earth metal compound fine particles before the surface treatment with the surfactant have an average major axis in the range of 10 to 100 nm, preferably in the range of 15 to 40 nm, and more preferably in the range of 20 to 30 nm. If the average major axis is less than 10 nm, the particles are too small to easily aggregate and the dispersibility tends to deteriorate. On the other hand, if the average major axis exceeds 50 nm, the particles are too large and the transparency tends to deteriorate when mixed with the resin.
  • the average major axis can be measured by visually or automatically image-processing a scanning electron microscope (SEM) photograph of alkaline earth metal compound fine particles.
  • the major axis of the alkaline earth metal compound fine particles can be measured as the length in the longitudinal direction (long side length) when the alkaline earth metal compound particles such as strontium carbonate particles are regarded as rectangular.
  • the short diameter of the alkaline earth metal compound particles can be measured as the length in the short direction (length of the short side) when the alkaline earth metal compound particles are regarded as rectangular. Specifically, a rectangle that circumscribes the alkaline earth metal compound particles in the image and has the smallest area is calculated, and the major axis and minor axis are obtained from the lengths of the long side and the short side.
  • “average” means an average value obtained by measuring a statistically reliable number (N number) of alkaline earth metal compounds, and the number is usually 300 or more, Preferably it is 500 or more, more preferably 1000 or more.
  • the average aspect ratio of the alkaline earth metal compound fine particles is in the range of 1.0 to 5.0, preferably in the range of 2.0 to 4.5, particularly in the range of 2.5 to 4.0. Is preferred .
  • the average aspect ratio is greater than 5.0, the fine particles are easily broken too elongated, it tends to lead to a worsening of the particle size distribution. If the aspect ratio is too small, the effect of controlling birefringence may not be exhibited.
  • the aspect ratio here means “major axis / minor axis” of the particle.
  • the average aspect ratio means an average value of the aspect ratio, and the average value of a plurality of particles is calculated by measuring the aspect ratio of one particle.
  • alkaline earth metal compound fine particles examples include alkaline earth metal carbonates, sulfates, nitrates, oxides, chlorides, hydroxides, and the like.
  • alkaline earth metal examples include calcium, strontium, barium, and radium.
  • examples of the alkaline earth metal compound fine particles include calcium carbonate fine particles, strontium carbonate fine particles, and barium carbonate fine particles. Of these, strontium carbonate fine particles are preferred from the viewpoint of controlling birefringence in applications such as optical resin fillers.
  • the surfactant used in the present invention has a function of improving the dispersibility in a solvent by adhering to the surface of the alkaline earth metal compound fine particles.
  • the type of the surfactant is not particularly limited, but an anionic surfactant is preferable.
  • a compound containing a hydrophilic group and a hydrophobic group and further having a group that forms an anion in water is preferable.
  • the hydrophilic group is preferably a polyoxyalkylene group containing an oxyalkylene group having 1 to 8 carbon atoms.
  • the hydrophobic group is preferably an alkyl group or an aryl group.
  • the alkyl group and aryl group may have a substituent.
  • the alkyl group generally has 3 to 30 carbon atoms, and preferably 10 to 18 carbon atoms.
  • An aryl group generally has 6 to 30 carbon atoms.
  • the group that forms an anion in water is selected from the group consisting of a carboxylic acid group (—COOH), a sulfuric acid group (—OSO 3 H), and a phosphoric acid group (—OPO (OH) 2 , —OPO (OH) O—). It is preferably an acid group.
  • the hydrogen atom of these acid groups may be substituted with an alkali metal ion such as sodium or potassium or an ammonium ion.
  • polycarboxylic acid-based anionic surfactants since the dispersibility of the alkaline earth metal compound fine particles in the solvent is good, polycarboxylic acid-based anionic surfactants, polyphosphoric acid-based anionic surfactants, nonionic surfactants Any one or more are preferable.
  • polycarboxylic acid anionic surfactant examples include compounds represented by the following formula (I).
  • R 1 represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group
  • E 1 represents an alkylene group having 1 to 8 carbon atoms
  • a represents 1 It means a number in the range of ⁇ 20, preferably in the range of 2 to 6.
  • R 1 is preferably an alkyl group having 10 or more carbon atoms, preferably in the range of 10 to 18.
  • polyphosphate anionic surfactant examples include a compound (mono-form) represented by the following formula (II), a compound (di-form) represented by the following formula (III), or a formula (II) And mixtures of formula (III).
  • R 2 represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group
  • E 2 represents an alkylene group having 1 to 8 carbon atoms
  • b represents 1 Means a number in the range of ⁇ 20, preferably in the range of 2 to 6.
  • R 2 is preferably an alkyl group having 10 or more carbon atoms, preferably in the range of 10 to 18.
  • R 3 and R 4 may be the same or different, meaning a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group, and E 3 and E 4 may be the same or different.
  • the number of carbon atoms refers to an alkylene group in the range of 1-8, the range of each c and d 1 ⁇ 20, preferably means a number in the range of 2-6.
  • the R 3 R 4 is preferably an alkyl group having 10 or more carbon atoms, preferably 10 to 18 carbon atoms.
  • nonionic surfactants examples include compounds represented by the following formula (IV).
  • R 5 represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group
  • E 5 and E 6 both represent an alkylene group having 1 to 8 carbon atoms.
  • E and f each represent a number within the range of 1 to 20, preferably within the range of 2 to 6.
  • R 5 has 10 or more carbon atoms, preferably within the range of 10 to 18. It is preferably an alkyl group.
  • the surfactant may be used alone or in combination of two or more with respect to the alkaline earth metal compound fine powder. Further, the surfactant may be attached only to one layer on the surface of the alkaline earth metal compound fine powder, or two or more layers may be attached. When two or more layers are attached, the same surfactant may be used for each layer, or different surfactants may be used for each layer. Whether the surfactant is attached to the surface of the alkaline earth metal compound fine powder is determined by measuring the infrared absorption spectrum of the particle surface using a Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR). Can be confirmed.
  • FT-IR Fourier transform infrared spectrometer
  • the small-angle X-ray scattering method is usually used for evaluating periodicity and orientation at a molecular level of about 1 to 100 nm.
  • Measurement by SAXS method is an X-ray structure evaluation device (small angle X-ray scattering measurement device) that can evaluate from the molecular level structure (1 to 100 nm macro structure) to the atomic level structure (0.2 to 1 nm microstructure). ) Can be used.
  • the following items (1) to (3) can be analyzed and analyzed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a spectrum of a highly dispersible strontium carbonate fine powder measured by a small angle X-ray scattering method
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a spectrum of a strontium carbonate fine powder having low dispersibility.
  • the vertical axis indicates the scattering intensity
  • the horizontal axis indicates the scattering angle 2 ⁇ .
  • the highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder of the present invention may have a scattering peak (maximum) in the scattering intensity within a scattering angle 2 ⁇ of 0.2 to 1.0 °. You can see (the part circled by the broken line in the figure).
  • FIG. 2 it can be seen that the strontium carbonate fine powder having low dispersibility does not have a scattering peak in the scattering intensity when the scattering angle 2 ⁇ is in the range of 0.2 to 1.0 °.
  • the scattering peak of the small-angle X-ray scattering measurement method will be described in detail in “3. Fine powder dispersibility evaluation method and fine powder dispersibility evaluation apparatus” described later.
  • the calculated value of the interparticle distance d obtained from the above scattering angle 2 ⁇ by the Bragg equation is preferably within the range of 14 to 20 nm.
  • the interparticle distance d is less than 14 nm, it is considered that the cohesive force between the particles is high.
  • the addition amount of the surfactant is too small, the particles are too close to each other, and are difficult to disperse when dispersed in a solvent.
  • the interparticle distance d exceeds 21 nm, the added amount of the surfactant may be excessive, or the particles may be too far apart to disperse in a solvent.
  • the particles are kept in a certain periodic interval in a fine powder state. Arranged. In other words, the primary particles are completely covered with the surfactant. When the fine powder in such a state is added to the solvent, the primary particles are completely surface-treated, so that the particles are easily dispersed in the solvent.
  • the dispersibility when dispersed in a solvent can be predicted. Therefore, it is possible to evaluate the dispersibility in the state of the dry fine powder without actually measuring the particle size distribution in the state of the dispersion by actually dispersing the fine powder in the solvent as in the past, reducing the evaluation effort. can do.
  • the highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder of the present invention has a scattering peak as described above.
  • the highly dispersible alkaline earth metal in addition to the type and concentration of the surfactant, the highly dispersible alkaline earth metal
  • the production conditions of the metal compound fine powder also have an effect.
  • a method for producing a highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder will be described.
  • the method for producing a highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder of the present invention is such that alkaline earth metal compound particles having an average major axis in the range of 10 to 100 nm are aqueous. While obtaining a dispersion liquid (first dispersion liquid) dispersed in a solvent and applying a shearing force in the presence of a surfactant, the primary particles of the alkaline earth metal compound particles are dispersed in the aqueous solvent.
  • the method for producing the alkaline earth metal compound fine powder before the surface treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method of reacting an alkaline earth metal compound as a raw material to produce an aqueous slurry and aging this. Can do.
  • Reaction step While stirring an aqueous solution or aqueous suspension (hereinafter referred to as an aqueous slurry) of strontium hydroxide as a raw material, carbon dioxide gas is introduced in the presence of a crystal growth inhibitor to carbonate strontium hydroxide.
  • concentration of strontium hydroxide contained in the aqueous slurry is not particularly limited, but is usually in the range of 1 to 20% by mass, preferably in the range of 2 to 18% by mass, more preferably in the range of 3 to 15% by mass. It is.
  • the crystal growth inhibitor is preferably an organic acid having 2 carboxyl groups and 3 to 6 hydroxyl groups in total.
  • Preferable examples of the crystal growth inhibitor include tartaric acid, malic acid and tartronic acid.
  • an organic acid having two carboxyl groups and a hydroxyl group, and a total of at least three, can be used. From the viewpoint of improving dispersibility while being fine, dicarboxylic acid having one or more hydroxyl groups in the molecule or an anhydride thereof is more preferable, and DL-tartaric acid is particularly preferable.
  • the amount of the crystal growth inhibitor used is generally in the range of 0.1 to 20 parts by mass, preferably in the range of 1 to 10 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of strontium hydroxide.
  • the flow rate of carbon dioxide gas is usually in the range of 0.5 to 200 mL / min, and preferably in the range of 0.5 to 100 mL / min, with respect to 1 g of strontium hydroxide.
  • the reaction step for example, fine spherical strontium carbonate fine particles having an average aspect ratio lower than 1.5 and nearly spherical can be obtained.
  • the manufacturing method of spherical strontium carbonate fine particles is described in international publication 2011/052680.
  • the aging process is a process in which the aqueous slurry containing the spherical strontium carbonate fine particles obtained in the reaction process is aged at a predetermined temperature and time to grow into acicular strontium carbonate fine particles.
  • the aging step can be performed in warm water.
  • the aging temperature is in the range of 75 to 115 ° C, preferably in the range of 80 to 110 ° C, and particularly preferably in the range of 85 to 105 ° C.
  • the aging time is not particularly limited, but is usually in the range of 1 to 100 hours, preferably in the range of 5 to 50 hours, and particularly preferably in the range of 10 to 30 hours.
  • reaction step and “(2) aging step” are steps for obtaining acicular strontium carbonate fine particles from strontium hydroxide as a raw material, and it is possible to obtain strontium carbonate fine particles as a commercial product. If possible, a commercially available product may be used.
  • surface treatment step primary particles are dispersed by applying shearing force to a dispersion in which strontium carbonate fine particles having an average major axis in the range of 10 to 100 nm are dispersed in an aqueous solvent.
  • a highly dispersible strontium carbonate is obtained by contacting with a surfactant.
  • the surfactant those described above can be used.
  • the dispersion used in the surface treatment step may be an aqueous slurry after the aging step when the aging step is performed, or a dispersion obtained by dispersing this in an aqueous solution when using commercially available strontium carbonate fine particles.
  • the surface treatment step can be performed by adding a surfactant to the dispersion while applying a shearing force.
  • the content of strontium carbonate particles in the aqueous slurry is preferably in the range of 1 to 30% by mass.
  • the total amount of surfactant added to the aqueous slurry is generally in the range of 1 to 60% by mass, preferably in the range of 10 to 50% by mass, and in the range of 20 to 40% by mass. Is more preferable.
  • the application of the shearing force can be performed using a known stirring device such as a stirring blade mixer, a homomixer, a magnetic stirrer, an air stirrer, an ultrasonic homogenizer, a clear mix, and a fill mix.
  • the amount of each surfactant added to the aqueous slurry is generally 1 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the strontium carbonate particles in the aqueous slurry.
  • the range is preferably 3 to 30 parts by mass.
  • Surfactants can be added simultaneously or sequentially.
  • the aqueous slurry obtained in the above “(3) surface treatment step” is dried by heating at a temperature within the range of 100 to 300 ° C. to obtain a dried product of highly dispersible strontium carbonate fine powder. It is the process of obtaining.
  • the drying temperature is preferably within the range of 110 to 180 ° C, and more preferably within the range of 120 to 160 ° C.
  • the drying step can be performed by a known drying method using a thermal dryer such as a spray dryer, a drum dryer, or a disk dryer.
  • the highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder of the present invention is excellent in dispersibility when dispersed in a solvent, it can be used in various applications.
  • a highly dispersible fine powder of strontium carbonate can be used for the purpose of suppressing birefringence or intentionally developing birefringence.
  • Examples of such applications include optical films for liquid crystal display devices.
  • the optical film include a protective film, an antireflection film, a brightness enhancement film, a prism film, a viewing angle improvement film, and a retardation film.
  • the resin material for the film include triacetyl cellulose, polyethylene terephthalate, polycyclic olefin, polycarbonate, and polymethyl methacrylate.
  • the optical film is produced by mixing strontium carbonate fine powder into a resin material as a filler, forming a film by a known method such as a solution casting film forming method or a melt extrusion method, and performing a stretching treatment as necessary. be able to.
  • the solvent in which the highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder of the present invention is dispersed is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the application.
  • the type of such solvent is not particularly limited, and can be appropriately selected and used depending on the properties of the resin.
  • the solvent are preferably organic solvents, and examples of the organic solvent include alcohols (eg, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, ethylene glycol), methylene chloride, NMP, tetrahydrofuran, MEK, Examples thereof include ethyl acetate, cyclohexane, and toluene.
  • methylene chloride is particularly preferred. It is possible to use not only the above one type but also a plurality of combinations.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the flow of the fine powder dispersibility evaluation method of the present invention.
  • the fine powder dispersibility evaluation method of the present invention is a fine powder dispersibility evaluation method for evaluating the dispersibility in a powder state when an alkaline earth metal compound fine powder is dispersed in a solvent.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the fine powder dispersibility evaluation apparatus of the present invention.
  • the fine powder dispersibility evaluation apparatus 1 includes a light source control unit 11, an X-ray irradiation unit 12, an X-ray detection unit 13, a spectrum generation unit 14, a scattering peak detection unit 15, and a dispersibility estimation unit 16. It is a major component.
  • the light source control unit 11, the X-ray irradiation unit 12, the X-ray detection unit 13, and the spectrum generation unit 14 are means for performing the X-ray irradiation process (S1) of the present invention, and the scattering peak detection unit 15 is the
  • the means for performing the scattering intensity analysis step (S2), and the dispersibility estimation unit 16 is a means for performing the dispersibility estimation step (S3) of the present invention.
  • the light source control unit 11 is means for controlling the X-ray irradiation amount in the X-ray irradiation unit 12.
  • the X-ray irradiation unit 12 is means for irradiating the sample S with X-rays.
  • the X-ray irradiation unit 12 has an X-ray tube (not shown) for irradiating X-rays.
  • the X-ray tube is a tube that generates, for example, Cu K ⁇ rays, and receives a control signal from the light source control unit 11 and irradiates X-rays having a wavelength of 1 nm or less.
  • the sample S is placed on a stage (not shown) and is arranged to be irradiated with X-rays from the X-ray irradiation unit 12. A part of the X-rays irradiated to the sample S is scattered.
  • the X-ray detector 13 is a means for detecting the intensity (scattering intensity) of small-angle X-rays (small-angle X-rays) among X-rays scattered from the sample S.
  • the small-angle X-ray detected by the X-ray detection unit 13 is not particularly limited, but usually 2 ⁇ is 10 ° or less.
  • the stage on which the sample S is placed can change the tilt angle.
  • the scattering angle 2 ⁇ By irradiating X-rays while changing the tilt angle of the stage, the scattering angle 2 ⁇ can be changed and the scattering intensity can be measured. .
  • Small-angle X-rays detected by the X-ray detection unit 13 are recorded as a scattering intensity and a 2 ⁇ spectrum by the spectrum generation unit 14.
  • the scattering peak detector 15 analyzes whether the scattering angle 2 ⁇ has a scattering peak of scattering intensity within the range of 0.2 to 1.0 ° from the spectrum profile generated by the spectrum generator 14. It is means of.
  • the dispersibility estimation unit 16 determines that the dispersibility of the sample S is high when the scattering peak detection unit 15 detects the scattering peak, and determines that the dispersibility of the sample S is low when no peak is detected. It is a means to do.
  • the spectrum generation unit 14, the scattering peak detection unit 15, and the dispersibility estimation unit 16 are, for example, known hardware such as a central processing unit (CPU) and a storage device (hard disk, memory), software stored in the storage device, Can be used.
  • CPU central processing unit
  • storage device hard disk, memory
  • software stored in the storage device Can be used.
  • the spectrum generation unit 14 is realized by, for example, software that stores an X-ray intensity signal transmitted from the X-ray detection unit 13 in a storage device as a profile of scattering intensity and 2 ⁇ , and a central processing unit that executes the software. Can do. Thereby, the data of the scattering intensity sequentially transmitted from the X-ray detection unit 13 is stored in the storage device as spectrum data together with the information of the scattering angle 2 ⁇ calculated from the angle of the stage, and is displayed on a display device (not shown). It is possible.
  • the scattering peak detection unit 15 executes software for determining whether or not there is a maximum value of the scattering intensity within the range of 2 ⁇ of 0.2 to 1.0 ° from the spectrum generated by the spectrum generation unit 14. And a central processing unit.
  • the software a known algorithm for calculating a maximum value by a differential method can be used. Accordingly, it is possible to automatically detect whether or not there is a scattering peak of the scattering intensity within the range where the scattering angle 2 ⁇ is 0.2 to 1.0 °.
  • the dispersibility estimating unit 16 executes software that notifies at least one of high dispersibility when a scattering peak is detected and low dispersibility when a scattering peak is not detected, and executes this. This can be realized by a central processing unit. For example, when a scattering peak is detected, a message indicating that the dispersibility is high may be displayed on the screen. Conversely, when a scattering peak is not detected, a message indicating that the scattering property is low is displayed on the screen. You may make it do.
  • the strontium carbonate fine powder having high dispersibility has a scattering peak (maximum) in the scattering intensity within a scattering angle 2 ⁇ of 0.2 to 1.0 ° (FIG. 1). The part surrounded by a dashed circle inside).
  • FIG. 2 it can be seen that the strontium carbonate fine powder having low dispersibility does not have a scattering peak in the scattering intensity when the scattering angle 2 ⁇ is in the range of 0.2 to 1.0 °.
  • the fact that a scattering peak is detected within the range of 0.2 to 1.0 ° means that the fine particles are kept at a certain distance and are regularly arranged at a certain period. It means that
  • the particles are in a certain periodic state in a fine powder state. They are arranged with a certain interval. When the fine powder in such a state is added to the solvent, the particles are easily dispersed in the solvent. By evaluating the presence or absence of the above scattering peak measured in a fine powder state, the dispersibility when dispersed in a solvent can be predicted. Therefore, it is possible to evaluate the dispersibility in the state of the dry fine powder without actually measuring the particle size distribution in the state of the dispersion by actually dispersing the fine powder in the solvent as in the past, reducing the evaluation effort. can do.
  • various alkaline earth metal compound fine powders, dispersibility indicators (for example, wettability of powder) measured by actually dispersing these in various solvents, and scattering intensity at the scattering peak are measured in advance.
  • the result type of alkaline earth metal compound fine powder, type of solvent, dispersibility index, scattering intensity
  • the alkaline earth metal compound fine powder and the solvent to be measured are selected from the database, and the numerical value of the dispersibility index is automatically extracted from the dispersion intensity value of the dispersion peak of the spectrum obtained by the measurement. You may do it. By doing in this way, it becomes possible to more accurately evaluate dispersibility as a specific index from the type of alkaline earth metal compound fine powder and the type of solvent.
  • the fine powder dispersibility evaluation method of the present invention uses an X-ray irradiation step (S 1), a scattering intensity analysis step (S 2), a dispersibility estimation step (S3) with one apparatus, some processes may be performed manually, or some processes may be performed with another apparatus.
  • a scattering peak is automatically obtained by using a commercially available small angle X-ray scattering apparatus. It is also possible to manually detect and manually determine the dispersibility estimation step (S3) from the result of the presence or absence of a scattering peak.
  • X-ray irradiation process S1
  • spectral data is acquired using the commercially available small angle X-ray scattering apparatus, and scattering intensity
  • the detection of the scattering peak and the estimation of the dispersibility are performed using a general personal computer or the like from the spectrum data obtained by the small angle X-ray scattering device. Is also possible.
  • the interparticle distance d is preferably calculated from the scattering angle 2 ⁇ by the Bragg equation.
  • the interparticle distance d When the interparticle distance d is small, it is considered that the cohesive force between the particles is high. That is, the particles are too close to each other, or the amount of the surfactant adhering to the particle surface is too small, making it difficult to disperse when dispersed in a solvent. On the other hand, when the inter-particle distance d is large, the particles are too far apart and the regularity is low, or the amount of the surface-active agent attached to the particle surface is excessive, and the dispersibility is poor when dispersed in a solvent. Prone. Thus, by measuring the inter-particle distance d, it is possible to evaluate whether the dispersibility is good or bad.
  • the preferred interparticle distance d is usually in the range of 10 nm to 30 nm for nanoparticles having a major axis of 50 nm or less.
  • a scattering peak is not observed by the measurement in this invention, and d value cannot be calculated
  • the highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder of the present invention can be mixed with a resin to form a resin composition, which can be formed into an optical film.
  • a resin composition which can be formed into an optical film.
  • the optical film will be described.
  • the resin contained in the resin composition is not particularly limited as long as it is a resin used for a normal optical film, and various resins can be selected according to the purpose.
  • resins include cellulose esters such as polycarbonate, polymethyl methacrylate, and triacetyl cellulose, polystyrene, styrene acrylonitrile copolymer, polyfumaric acid diester, polyarylate, polyether sulfone, polyolefins such as polycyclic olefin, and maleimide copolymers.
  • cellulose esters such as polycarbonate, polymethyl methacrylate, and triacetyl cellulose
  • polystyrene, styrene acrylonitrile copolymer polyfumaric acid diester
  • polyarylate polyether sulfone
  • polyolefins such as polycyclic olefin
  • maleimide copolymers One or more types selected from the group consisting of a polymer,
  • the content of the alkaline earth metal compound fine powder with respect to the entire resin composition is preferably in the range of 0.1 to 50% by mass.
  • the content of the alkaline earth metal compound fine powder is less than 0.1% by mass, the birefringence control effect by the alkaline earth metal compound fine powder becomes too small.
  • the content of the alkaline earth metal compound fine powder exceeds 50% by mass, the ratio of the alkaline earth metal compound fine powder to the resin becomes relatively large, so that the film formed has poor transparency.
  • the content of the alkaline earth metal compound fine powder with respect to the entire resin composition is more preferably within a range of 0.5 to 40% by mass, and particularly preferably within a range of 1 to 35% by mass.
  • a resin composition can be obtained by mixing the above resin and alkaline earth metal compound fine powder.
  • the alkaline earth metal compound fine powder and the resin can be mixed by a known method such as a method using an ultrasonic homogenizer, a stirring blade, or a liquid jet mill.
  • an optical film may be formed by adjusting a dope solution obtained by mixing a resin composition and an appropriate solvent.
  • the type of such solvent is not particularly limited, and can be appropriately selected and used depending on the properties of the resin.
  • the solvent are preferably organic solvents, and examples of the organic solvent include alcohols (eg, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, ethylene glycol), methylene chloride, NMP, tetrahydrofuran, MEK, Examples thereof include ethyl acetate, cyclohexane, and toluene.
  • methylene chloride is particularly preferred. It is possible to use not only the above one type but also a plurality of combinations.
  • the ratio of the resin to the solvent is preferably in the range of 1:10 to 10: 1 by mass ratio.
  • the dope solution may be obtained by mixing a resin and a solvent to obtain a resin mixed solution, and adding and mixing the alkaline earth metal compound fine powder, or mixing the alkaline earth metal compound fine powder and the solvent. You may make it a powder mixed solution and add and mix resin. Furthermore, the resin mixed solution and the powder mixed solution described above may be prepared and mixed to form a dope solution.
  • the alkaline earth metal compound fine powder, the resin and the solvent can be mixed by a known method such as a method using an ultrasonic homogenizer, a stirring blade, or a liquid jet mill.
  • the resin composition or dope solution can be formed into an optical film by a known method.
  • the film forming method include known film forming methods such as the above-described melt extrusion film forming method and solution casting film forming method.
  • the melt extrusion film forming method is a method in which a resin composition is heated and melted to form a melt, which is cast into a film on a support and cooled and solidified.
  • the solution casting film forming method is a method of casting a dope solution on a support and evaporating the solvent to form a film.
  • a Benard cell structure may be formed.
  • the alkaline earth metal compound fine powder aggregates to deteriorate the transparency of the optical film. Further, this aggregation reduces the birefringence adjusting action by the alkaline earth metal compound fine powder. Therefore, it is preferable to add a surface modifier to the resin composition or the dope solution for the purpose of improving the wettability with the support and suppressing the formation of Benard cells.
  • a surface modifier include vinyl surfactants, fluorine surfactants, and silicone oil.
  • the film after film formation can be appropriately stretched according to the application.
  • the stretching method include uniaxial stretching and biaxial stretching.
  • Biaxial stretching can be sequential or simultaneous stretching. Stretching can be performed using a known stretching apparatus such as a tenter.
  • the optical film thus obtained contains fine and highly dispersed alkaline earth metal compound fine powder, it is excellent in transparency, and the alkaline earth metal compound fine powder of the entire optical film is excellent.
  • the birefringence of the optical film itself can be adjusted. Since the alkaline earth metal compound fine powder itself exhibits negative birefringence, the birefringence of the optical film can be adjusted according to the intended use of the optical film.
  • an optical film having a birefringence close to zero can be obtained by offsetting the intrinsic birefringence of the resin. can do.
  • An example of such an optical film is a protective film.
  • the protective film include a normal protective film laminated on the surface of the polarizing plate, and a polarizer protective film that is directly laminated on the surface of the polarizer to protect the polarizer.
  • an optical film having positive birefringence may be obtained by adding a small amount of alkaline earth metal compound fine powder to a resin exhibiting positive birefringence such as polycarbonate or polycyclic olefin.
  • an optical film having negative birefringence may be obtained by adding a large amount of fine alkaline earth metal compound powder to the resin exhibiting positive birefringence.
  • birefringence means the value of the in-plane birefringence ( ⁇ Nxy) described above.
  • Examples of the optical film exhibiting such positive or negative in-plane birefringence include a retardation film. Examples of the retardation film include a quarter wavelength plate and a half wavelength plate.
  • an optical film exhibiting a negative birefringence can be obtained.
  • An example of such an optical film is a retardation film.
  • the retardation film include a quarter wavelength plate and a half wavelength plate.
  • optical film of the present invention examples include an antireflection film, an antiglare film, a brightness enhancement film, a prism film, and a viewing angle improvement film in addition to a retardation film and a protective film.
  • the haze of the optical film can be 10% or less, preferably 5% or less, and more preferably 1% or less.
  • the haze can be intentionally deteriorated depending on the use of the optical film. For example, by adding light-scattering fine particles such as glass beads in the resin composition, the haze may be deteriorated to form an antiglare film.
  • the light transmittance of an optical film can be 85% or more, Preferably it is 88% or more, More preferably, it can be 90% or more.
  • the optical film of the present invention can be laminated with other optical films to form an optical laminate.
  • other optical films include a polarizing film (also referred to as a polarizer), a substrate film, and the like.
  • a polarizing film also referred to as a polarizer
  • a substrate film As an optical laminate, a polarizing plate in which a protective film and a polarizing film as an optical film of the present invention are laminated, an elliptical polarizing plate in which a retardation film and a polarizing film as an optical film of the present invention are laminated
  • Examples of the optical film of the invention include a retardation plate in which a retardation film and a base film are laminated.
  • Image display device The image display device of the present invention is provided with the optical film of the present invention.
  • the image display device include a liquid crystal display device (LCD) and an organic electroluminescence display device.
  • Examples of the use of the image display device include a portable information terminal such as a television, a computer monitor, a mobile phone, a smartphone, and a PDA.
  • Surfactant A Polycarboxylic acid anionic surfactant (polymaleic anhydride-polyoxyethylene ester copolymer)
  • Surfactant B Polycarboxylic acid anionic surfactant (in the above chemical formula (I), R 1 is an alkyl group having 13 carbon atoms, E 1 is C 2 H 4 , and a is an average polymer of 9.3)
  • Surfactant C polycarboxylic acid anionic surfactant (in the above chemical formula (I), R 1 is an alkyl group having 12 carbon atoms, E 1 is C 2 H 4 , and a is an average 2.3 polymer)
  • Surfactant D Polycarboxylic acid anionic surfactant (in the above chemical formula (I), R 1 is an alkyl group having 18 carbon atoms, E 1 is C 2 H 4 , and a is an average 2 polymer)
  • Surfactant E Polyphosphate anionic surfactant (a mixture of the above chemical formula (
  • Example 1 Production of strontium carbonate microparticles (a) Reaction process DL-tartaric acid (special grade reagent, purity: 99% or more) was added to 3 L of pure water having a water temperature of 10 ° C. and dissolved in an aqueous suspension by stirring. . 366 g of strontium hydroxide octahydrate (special grade reagent, purity: 96% or more) was added and mixed to prepare an aqueous suspension of strontium hydroxide having a concentration of 5.6% by mass.
  • DL-tartaric acid special grade reagent, purity: 99% or more
  • Example 2 In “(a) Surface treatment step” of Example 1, surfactant C was added and dissolved so as to be 30% by mass, and one kind of surfactant was laminated on the surface of the strontium carbonate particles. Similar to Example 1, small-angle X-ray measurement and average major axis by particle size distribution were measured. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 3 In “(a) surface treatment step” of Example 1, surfactant E was added and dissolved so as to be 30% by mass, and one kind of surfactant was laminated on the surface of the strontium carbonate particles. The average major axis and the like were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 4 In “(a) Surface treatment step” of Example 1, surfactant D was added and dissolved so as to be 30% by mass, and one type of surfactant was laminated on the surface of the strontium carbonate particles. The average major axis and the like were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 5 In “(1) Production of strontium carbonate fine particles” in Example 1, strontium carbonate fine particles having an average major axis of 20 nm were used, and in “(a) Surface treatment step”, the surfactant D was 47% by mass. One type of surfactant was laminated on the surface of the strontium carbonate particles by adding and dissolving. The average major axis and the like were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 6 In “(1) Production of strontium carbonate fine particles” of Example 1, strontium carbonate fine particles having an average major axis of 20 nm were used, and in “(a) Surface treatment step”, the surfactant C was 47% by mass. One type of surfactant was laminated on the surface of the strontium carbonate particles by adding and dissolving. The average major axis and the like were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Comparative Example 1 In “(a) Surface treatment step” of Example 1, surfactant A was added and dissolved so as to be 8% by mass, and stirred for 5 minutes with a stirrer. Subsequently, Surfactant F was added to the aqueous slurry so as to be 23% by mass and dissolved, and stirred with a stirrer for 5 minutes. The average major axis and the like were measured in the same manner as in Example 1.
  • Comparative Example 2 In “(a) surface treatment step” of Example 1, surfactant C was added to an aqueous slurry so as to be 10% by mass, and one layer of surfactant was deposited on the surface of the strontium carbonate particles. Laminated. The average major axis and the like were measured in the same manner as in Example 1, and the distribution was calculated in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Comparative Example 3 In “(a) Surface treatment step” of Example 1, surfactant C was added to an aqueous slurry so as to be 20% by mass, and one layer of surfactant was deposited on the surface of strontium carbonate particles. Laminated. The average major axis and the like were measured in the same manner as in Example 1, and the distribution was calculated in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Comparative Example 4 In “(2) Production of finely dispersed strontium carbonate fine powder” in Example 1, the average major axis and the like were measured in the same manner as in Example 1 without performing surface treatment in “(a) Surface treatment step”. In small angle X-ray scattering, no scattering peak could be observed. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Comparative Example 5 In “(a) Surface treatment step” of Example 1, surfactant C was added and dissolved so as to be 30% by mass, and one kind of surfactant was laminated on the surface of the strontium carbonate particles. In small-angle X-ray scattering, the measurement was performed by dispersing in cyclohexane instead of dry powder so that the solid concentration was 1% by mass. As a result, no scattering peak could be observed. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Examples 1 to 6 all have a scattering peak in the scattering intensity in the range of 2 ⁇ of 0.2 to 1.0 ° in the state of highly dispersible alkaline earth metal compound fine powder. all right. Moreover, it turned out that the dispersibility is favorable from the result of the particle size distribution measurement. In these examples, it was found that an optimum amount of the surfactant was added, and the primary particles were completely coated and dispersed.
  • Example 7 (1) Method for preparing SrCO 3 added dope solution 6 g of polycarbonate (hereinafter referred to as “PC”) was added to 25 g of methylene chloride and stirred for 6 hours to prepare a PC-methylene chloride solution. Next, 0.48 g of the surface-treated powder 1 of Example 4 was added to 10 g of methylene chloride, placed in an ultrasonic bath for 30 seconds, and filtered without pressure through a membrane filter having a pore diameter of 1 ⁇ m. It was created. PC- added 0.026g vinyl surface modifier with mixing dispersion 1 methylene chloride dispersion was dispersed in an ultrasonic homogenizer to obtain a SrCO 3 added dope solution A-1.
  • PC polycarbonate
  • PC Film Formation Method The SrCO 3 added dope solution A-1 was applied to a polyethylene terephthalate (hereinafter “PET”) film with a wet film thickness of 11 mil using a Baker type applicator. This was dried at 40 ° C. for 2 minutes, 80 ° C. for 4 minutes, and 120 ° C. for 30 minutes. The PC film was peeled from the PET film to obtain PC film A-1. The PC film A-1 was uniaxially stretched at a free end of 2.0 times at 160 ° C. with a film stretching apparatus (manufactured by Imoto Seisakusho, IMC-1A8D type) to obtain a PC stretched film A-1.
  • a film stretching apparatus manufactured by Imoto Seisakusho, IMC-1A8D type
  • Comparative Example 7 The same method as in Example 7 was used except that the powder of Comparative Example 4 (SrCO 3 not subjected to surface treatment) was used instead of the powder of Example 4. As a result, a PC stretched film H-1 was obtained. The characteristics of the film obtained in the same manner as in Example 7 were evaluated. The results are shown in Table 3.
  • Example 7 with surface treatment has a lower haze than Comparative Example 7 without surface treatment, and the value of birefringence ( ⁇ Nxy ⁇ 10 ⁇ 3 ) of birefringence. Is low. Therefore, it was found that surface-treated strontium carbonate fine particles are preferable from the viewpoint of transparency and birefringence.
  • Example 8 (1) SrCO 3 -added dope liquid preparation method 6 g of polymethyl methacrylate (hereinafter referred to as “PMMA”) was added to 25 g of methylene chloride and stirred for 3 hours to prepare a PMMA-methylene chloride solution. Next, 0.48 g of the surface-treated powder 1 of Example 4 was added to 10 g of methylene chloride, placed in an ultrasonic bath for 30 seconds, and filtered without pressure through a membrane filter having a pore diameter of 1 ⁇ m. It was created. PMMA- mixed dispersion 1 methylene chloride dispersion was dispersed in an ultrasonic homogenizer to obtain a SrCO 3 added dope solution I-1.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • Comparative Example 8 The same method as in Example 8 was used except that the powder of Comparative Example 4 (SrCO 3 not subjected to surface treatment) was used instead of the powder of Example 4. As a result, a PMMA stretched film N-1 was obtained. The characteristics of the film obtained in the same manner as in Example 7 were evaluated. The results are shown in Table 4.
  • Example 8 with surface treatment has a lower haze than Comparative Example 8 without surface treatment, and the value of birefringence ( ⁇ Nxy ⁇ 10 ⁇ 3 ) of birefringence. Is low. Therefore, it was found that surface-treated strontium carbonate fine particles are preferable from the viewpoint of transparency and birefringence. From the above, it was found that the alkaline earth metal compound fine powder of the present invention is particularly suitable for an optical film requiring high transparency and high birefringence, such as a retardation film of a polarizing plate.

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Abstract

 アルカリ土類金属化合物を主成分とし、アルカリ土類金属微粒子の表面に界面活性剤を付着させた高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末であって、小角X線散乱法により波長0.154nmのX線を照射して測定した散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内で散乱強度に散乱ピークを有する高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末である。また、アルカリ土類金属化合物微粉末を溶媒中に分散させたときの分散性を粉末状態で評価する微粉末分散性評価方法であって、小角X線散乱法によりアルカリ土類金属化合物微粉末にX線を照射して所定範囲の散乱角における散乱強度のスペクトルを得るX線照射工程と、このスペクトルから散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内に散乱強度の散乱ピークを有するか否かを分析する散乱強度分析工程と、この散乱ピークの検出結果に基づいて溶媒中におけるアルカリ土類金属化合物微粉末の分散性を推定する分散性推定工程と、を有する。

Description

高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末、光学フィルム、画像表示装置及び高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の製造方法並びに微粉末分散性評価方法及び微粉末分散性評価装置
 本発明は、高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末、光学フィルム、画像表示装置及び高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の製造方法並びに微粉末分散性評価方法及び微粉末分散性評価装置に関し、特に、界面活性剤を表面に付着させた高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末、光学フィルム、画像表示装置及び高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の製造方法並びに微粉末分散性評価方法及び微粉末分散性評価装置に関する。
 金属微粒子は、種々の用途に用いられており、必要に応じて溶媒中に分散させて使用される。例えば、針状の炭酸ストロンチウム粒子は、負の複屈折性を有し、光学用樹脂フィラーとして、正の複屈折性を有する樹脂の複屈折を制御する働きを持つ。このため、炭酸ストロンチウム粒子を樹脂中に高分散配合させる必要があるが、樹脂の透明性を高めるために炭酸ストロンチウム粒子を微細にすると、表面エネルギーが増し、微粒子どうしが凝集しやすくなり、樹脂の透明性を損ない、複屈折の制御効果が低下する可能性がある。そのため、炭酸ストロンチウム微粒子の表面を界面活性剤により分散・被覆処理する必要がある。
 特許文献1には、溶媒及び/又は樹脂中に1次粒子として分散することができ、無機粒子の表面に互いに異なる複数の有機基を有する有機無機複合粒子が記載されている。また、炭酸ストロンチウム粒子として、平均粒子径が200μm以下、好ましくは3nm~10μmであることが記載されている。さらに、実施例では、炭酸ストロンチウム粒子の分散性を分散液(溶媒はシクロヘキサン等)の状態で動的光散乱光度計を用いて測定することや、X線回折法(XRD)により粒子が炭酸ストロンチウムであることを確認したことが記載されている。
 特許文献2には、カルボン酸基を有する表面改質剤で炭酸塩微粒子を湿式処理する表面改質工程と、改質後の微粒子を分散剤存在下で分散機により分散する分散工程で表面処理した炭酸塩微粒子の表面処理方法が記載されている。炭酸塩微粒子のサイズは、透過型電子顕微鏡(TEM)像の投影面積から見積もった平均円相当径(ヘイウッド径)が80nmであることが記載されている。また、炭酸ストロンチウム微粒子の分散性を、分散液(溶媒はエタノール)を用いて動的光散乱法によって測定することが記載されている。
 特許文献3には、水酸化ストロンチウム化合物の水溶液と水酸化アルカリとを混合し、その混合液に炭酸ガスを導入する炭酸ストロンチウム微粒子の製造方法が記載されている。また、炭酸ストロンチウムは、走査型電子顕微鏡(SEM)で観測した長径が15~2000nm、実施例では50~500nmの範囲内であることが記載されている。
 特許文献4には、炭酸スト口ンチウム微粒子の表面を予め、親水性基と疎水性基とを含み、更に水中でアニオンを形成する基を有する界面活性剤で処理する方法が記載されている。この文献の実施例には、電子顕微鏡画像から測定された、平均アスペクト比が2.70で、長径の平均長さが110nmの針状炭酸ストロンチウム粉末が記載されている。そして、その針状炭酸ストロンチウム粉末を塩化メチレンに分散させた分散液は、平均粒子径が170nmであったと記載されている。
特開2011-236111号公報(請求項1、段落0118、実施例など) 特開2008-101051号公報(請求項1、段落0071,0098など) 特開2007-001796号公報(請求項1,6、段落0029,0030) 国際公開第2012/111692号(請求項1、段落0036,0037)
 炭酸ストロンチウム微粒子の分散性を評価するためには、炭酸ストロンチウム微粒子作製時の乾燥粉を有機溶媒中に添加した分散液でその粒度分布を測定したり、電子顕微鏡(SEM)写真で観測したりする必要があり、評価に手間がかかった。また、界面活性剤が個々の1次粒子の周りを完全に被覆しているのかどうか、分散処理が確実に行えているのか、添加している界面活性剤の量が最適かどうか乾燥粉末状態で判断する手法がなかった。
 加えて、界面活性剤で表面処理された従来の炭酸ストロンチウム微粒子は、溶媒に分散したときの分散性にまだ改善の余地があり、より高分散の炭酸ストロンチウム微粒子が求められていた。
 本発明は、溶媒に分散したときに高い分散性を有する高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末、光学フィルム、画像表示装置及び高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の製造方法を提供することを目的とする。
 また、本発明は、アルカリ土類金属化合物微粉末を実際に溶媒に分散させなくても、アルカリ土類金属化合物微粉末を溶媒中に分散させたときの分散性を粉末状態で評価することが可能なアルカリ土類金属化合物微粉末分散性評価方法及びアルカリ土類金属化合物微粉末分散性評価装置を提供することを目的とする。
 本発明者らは、以上の目的を達成するために鋭意検討した結果、アルカリ土類金属化合物微粉末を粉末状態で小角X線散乱法により測定した結果から、その微粉末を溶媒に分散させたときの分散性を推測できることを見出した。さらに、この小角X線散乱法で評価した結果、従来よりも高分散な微粉末を作製できたことを確認し、本発明を完成するに至った。また、本発明者らは、アルカリ土類金属化合物微粉末を粉末状態で小角X線散乱法により測定した結果から、その微粉末を溶媒に分散させたときの分散性を推測できることを見出し、本発明を完成するに至った。
 すなわち、本発明は、アルカリ土類金属を主成分とし、平均長径が10~100nm、平均アスペクト比が1.0~5.0の範囲内にあるアルカリ土類金属化合物微粒子の表面に界面活性剤を付着させた高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末であって、小角X線散乱法により波長0.154nmのX線を照射して測定した散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内で散乱強度に散乱ピークを有することを特徴とする高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末である。
 また、前記散乱角2θが0.4~0.7°の範囲内であって、かつ該散乱角2θからBragg式より求めた粒子間距離dの算出値が12.6~22.1nmの範囲内であることが好ましい。
 また、上記において、前記アルカリ土類金属化合物がアルカリ土類金属炭酸塩であることが好適である。さらにこの場合、前記アルカリ土類金属炭酸塩が炭酸ストロンチウムであることが好ましい。
 さらに、前記界面活性剤が親水性基と疎水性基とを含み、更に水中でアニオンを形成する基を有することが好ましい。
 これらの場合、前記アルカリ土類金属化合物微粒子の一次粒子の周りに前記界面活性剤が均一にコーティングされ、前記アルカリ土類金属化合物微粒子が等間隔に配列したことが好適である。
 また、本発明は、上記のいずれかに記載の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末が樹脂に分散したことを特徴とする光学フィルムである。
 この場合において、前記樹脂がポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、セルロースエステル、ポリスチレン、スチレンアクリロニトリル共重合体、ポリフマル酸ジエステル、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリオレフィン、マレイミド系共重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタンからなる群より選択される1種類以上であることが好ましい。
 さらに、本発明は、上記のいずれかに記載の光学フィルムを備えることを特徴とする画像表示装置である。
 また、本発明は、上記の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の製造方法であって、平均長径が10~100nmの範囲内にあるアルカリ土類金属化合物微粒子が水性溶媒に分散されてなる第一分散液に、界面活性剤の存在下、せん断力を付与することで前記水性溶媒中に前記アルカリ土類金属化合物微粒子の一次粒子を分散させつつ、該一次粒子と前記界面活性剤とを接触させて第二分散液を得る分散工程と、前記第二分散液を100~300℃の温度で加熱乾燥させて粉末状にする乾燥工程と、を含むことを特徴とする高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の製造方法である。
 すなわち、本発明は、アルカリ土類金属化合物微粉末を溶媒中に分散させたときの分散性を粉末状態で評価する微粉末分散性評価方法であって、小角X線散乱法によりアルカリ土類金属化合物微粉末にX線を照射して所定範囲の散乱角における散乱強度のスペクトルを得るX線照射工程と、前記スペクトルから散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内に散乱強度の散乱ピークを有するか否かを分析する散乱強度分析工程と、前記散乱ピークの検出結果に基づいて前記溶媒中における前記アルカリ土類金属化合物微粉末の分散性を推定する分散性推定工程と、を有することを特徴とする微粉末分散性評価方法である。
 また、前記分散性推定工程は、前記散乱ピークを検出した場合に、前記溶媒中における前記アルカリ土類金属化合物微粉末の分散性が相対的に高いと推定することが好ましい。
 さらに、前記散乱角2θが0.4~0.7°の範囲内であることが好適である。
 また、本発明は、アルカリ土類金属化合物微粉末を溶媒中に分散させたときの分散性を粉末状態で評価する微粉末分散性評価装置であって、小角X線散乱法によりアルカリ土類金属化合物微粉末にX線を照射して所定範囲の散乱角における散乱強度のスペクトルを得るX線照射手段と、前記スペクトルから散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内に散乱強度の散乱ピークを有するか否かを分析する散乱強度分析手段と、前記散乱ピークの検出結果に基づいて前記溶媒中における前記アルカリ土類金属化合物微粉末の分散性を推定する分散性推定手段と、を有することを特徴とする微粉末分散性評価装置である。
 また、前記分散性推定手段は、前記散乱ピークを検出した場合に、前記溶媒中における前記アルカリ土類金属化合物微粉末の分散性が相対的に高いと推定することが好ましい。
 さらに、前記散乱角2θが0.4~0.7°の範囲内であることが好適である。
 本発明によれば、溶媒に分散したときに高い分散性を有する高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末及びその製造方法を提供することができる。
 また、発明によれば、アルカリ土類金属化合物微粉末を実際に溶媒に分散させなくても、アルカリ土類金属化合物微粉末を溶媒中に分散させたときの分散性を粉末状態で評価することが可能なアルカリ土類金属化合物微粉末分散性評価方法及びアルカリ土類金属化合物微粉末分散性評価装置を提供することができる。
小角X線散乱法で測定した高分散性炭酸ストロンチウム微粉末のスペクトルを示す模式図である。 分散性の低い炭酸ストロンチウム微粉末のスペクトルを示す模式図である。 微粉末分散性評価方法の流れを示すフローチャートである。 微粉末分散性評価装置の概略構成図である。
1.高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末
 本発明の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末は、アルカリ土類金属化合物を主成分とし、平均長径が10~50nm、平均アスペクト比が1.0~5.0の範囲内にあるアルカリ土類金属化合物微粒子を界面活性剤で表面処理したものである。すなわち、アルカリ土類金属化合物微粒子の表面に界面活性剤が付着しており、溶媒に分散させたときに高い分散性を有する高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末である。
(1)アルカリ土類金属化合物微粒子(表面処理前)
 界面活性剤で表面処理する前のアルカリ土類金属化合物微粒子は、平均長径が10~100nmの範囲内であり、15~40nmの範囲内が好ましく、20~30nmの範囲内がより好ましい。平均長径が10nmを下回ると、粒子が小さすぎて凝集しやすくなり、分散性が悪化しやすくなる。一方、平均長径が50nmを上回ると、粒子が大きすぎて樹脂に混合したときに透明性が悪化しやすくなる。
 ここで、平均長径は、アルカリ土類金属化合物微粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を目視又は自動的に画像処理する方法で測定することができる。アルカリ土類金属化合物微粒子の長径は、炭酸ストロンチウム粒子などのアルカリ土類金属化合物粒子を長方形とみなしたときの長手方向の長さ(長辺の長さ)として測定することができる。また、アルカリ土類金属化合物粒子の短径は、アルカリ土類金属化合物粒子を長方形と見立てたときの短手方向の長さ(短辺の長さ)として測定することができる。具体的には画像のアルカリ土類金属化合物粒子に外接する、面積が最少となる長方形を算出し、その長辺と短辺の長さから長径と短径を求める。さらに、「平均」とは、統計学上の信頼性のある個数(N数)のアルカリ土類金属化合物を測定して得られた平均値を意味し、その個数としては通常は300個以上、好ましくは500個以上、より好ましくは1000個以上である。
 アルカリ土類金属化合物微粒子の平均アスペクト比は、1.0~5.0の範囲内であり、2.0~4.5の範囲内が好ましく、2.5~4.0の範囲内が特に好ましい。平均アスペクト比が5.0を上回ると、微粒子が細長くなりすぎて折れやすくなり、粒径分布の悪化などを招きやすくなる。またアスペクト比が小さすぎる場合、複屈折の制御に効果を発揮しなくなる場合がある。
 なお、ここでいうアスペクト比とは、粒子の「長径/短径」を意味する。また、平均アスペクト比とは、アスペクト比の平均値を意味し、1つの粒子のアスペクト比を測定して複数の粒子の平均値を算出する。
 アルカリ土類金属化合物微粒子の例としては、アルカリ土類金属の炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、酸化物、塩化物、水酸化物などを挙げることができる。また、アルカリ土類金属としては、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムなどを挙げることができる。したがって、アルカリ土類金属化合物微粒子の例としては、炭酸カルシウム微粒子、炭酸ストロンチウム微粒子、炭酸バリウム微粒子などを挙げることができる。これらのうち、光学用樹脂フィラーの用途などで複屈折を制御する観点からは、炭酸ストロンチウム微粒子が好ましい。
(2)界面活性剤
 本発明で使用する界面活性剤は、アルカリ土類金属化合物微粒子の表面に付着して溶媒中での分散性を向上させる機能を有する。界面活性剤の種類としては、特には限定されないが、アニオン型界面活性剤が好ましい。このうち特に、親水性基と疎水性基とを含み、更に水中でアニオンを形成する基を有する化合物が好ましい。親水性基は、炭素原子数が1~8のオキシアルキレン基を含むポリオキシアルキレン基が好ましい。疎水性基は、アルキル基若しくはアリール基が好ましい。アルキル基及びアリール基は置換基を有していてもよい。アルキル基は、一般に炭素原子数が3~30の範囲内であり、10~18の範囲内が好ましい。アリール基は、一般に炭素原子数が6~30の範囲内である。水中でアニオンを形成する基はカルボン酸基(-COOH)、硫酸基(-OSOH)、リン酸基(-OPO(OH)、-OPO(OH)O-)からなる群より選ばれる酸基であることが好ましい。これらの酸基の水素原子は、ナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属イオン又はアンモニウムイオンで置換されていてもよい。
 これらのうち、アルカリ土類金属化合物微粒子の溶媒での分散性が良好であることから、ポリカルボン酸系のアニオン型界面活性剤、ポリリン酸系のアニオン型界面活性剤、ノニオン型界面活性剤のいずれか1種類以上が好ましい。
 ポリカルボン酸系のアニオン型界面活性剤としては、下記の式(I)で示される化合物を挙げることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 
(ここで、Rは置換若しくは無置換のアルキル基又は置換若しくは無置換のアリール基を意味し、Eは炭素原子数が1~8の範囲内にあるアルキレン基を意味し、aは1~20の範囲内、好ましくは2~6の範囲内の数を意味する。なお、Rは炭素原子数が10以上、好ましくは10~18の範囲内にあるアルキル基であることが好ましい。)
 ポリリン酸系のアニオン型界面活性剤としては、下記の式(II)で示される化合物(モノ体)か、又は下記の式(III)で示される化合物(ジ体)か、若しくは式(II)と式(III)の混合物を挙げることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 
(ここで、Rは置換若しくは無置換のアルキル基又は置換若しくは無置換のアリール基を意味し、Eは炭素原子数が1~8の範囲内にあるアルキレン基を意味し、bは1~20の範囲内、好ましくは2~6の範囲内の数を意味する。なお、Rは炭素原子数が10以上、好ましくは10~18の範囲内にあるアルキル基であることが好ましい。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 
(ここで、RとRは同一又は異なっていてもよく、置換若しくは無置換のアルキル基又は置換若しくは無置換のアリール基を意味し、EとEは同一又は異なっていてもよく、炭素原子数が1~8の範囲内にあるアルキレン基を意味し、cとdはそれぞれ1~20の範囲内、好ましくは2~6の範囲内の数を意味する。なお、RとRは、いずれも炭素原子数が10以上、好ましくは10~18の範囲内にあるアルキル基であることが好ましい。)
 ノニオン型界面活性剤としては、下記の式(IV)で示される化合物を挙げることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 
(ここで、Rは置換若しくは無置換のアルキル基又は置換若しくは無置換のアリール基を意味し、E、Eはいずれも炭素原子数が1~8の範囲内にあるアルキレン基を意味し、e、fはいずれも1~20の範囲内、好ましくは2~6の範囲内の数を意味する。なお、Rは炭素原子数が10以上、好ましくは10~18の範囲内にあるアルキル基であることが好ましい。)
 界面活性剤は、アルカリ土類金属化合物微粉末に対して、単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。また、界面活性剤は、アルカリ土類金属化合物微粉末の表面に1層のみ付着させてもよく、2層以上を付着させてもよい。2層以上付着させる場合は、同一の界面活性剤を各層に用いてもよく、異なる界面活性剤を各層に用いてもよい。なお、アルカリ土類金属化合物微粉末の表面に界面活性剤が付着しているかどうかは、フーリエ変換赤外分光測定装置(FT-IR)を用いて、粒子表面の赤外吸収スペクトルを測定することにより確認することができる。
(3)小角X線散乱測定法の散乱ピーク
 本発明の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末は、小角X線散乱(SAXS)法により波長0.154nmのX線を照射して測定した場合、散乱角2θがピークサーチの結果、0.2~1.0°の範囲内に散乱ピークを有する点を特徴としている。
 ここで、小角X線散乱法とは、X線を物質に照射して散乱したX線のうち2θ=10°以下の低角領域に現れるスペクトルを測定して物質の構造を評価する方法である。小角X線散乱法は、通常、1~100nm程度の分子レベルでの周期性や配向性を評価するのに用いられる。
 SAXS法による測定は、物質の分子レベルの構造(1~100nmのマクロ構造)から原子レベルの構造(0.2~1nmのミクロ構造)まで評価できるX線構造評価装置(小角X線散乱測定装置)を用いて行うことができる。小角X線散乱測定を行うことで、以下の(1)~(3)の項目などを解析・分析することができる。
(1)形状、大きさ(粒径)の測定「散漫散乱」:分子の形状、大きさ、粒径、空隙、
(2)結晶性周期構造の測定「干渉性散乱、散乱強度のピーク有無による」:層状(ラメラ)構造の周期性、
(3)物質の不均一構造の測定「干渉性散乱」:相変化、固溶体-金属の不均一構造。
 図1は、小角X線散乱法で測定した高分散性炭酸ストロンチウム微粉末のスペクトルを示す模式図であり、図2は、分散性の低い炭酸ストロンチウム微粉末のスペクトルを示す模式図である。いずれの図も、縦軸が散乱強度を、横軸が散乱角2θを示している。図1に示すように、本発明の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末では、散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内で散乱強度に散乱ピーク(極大)を有することがわかる(図中の破線丸で囲まれた部分)。一方、図2に示すように、分散性の低い炭酸ストロンチウム微粉末では、散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内で散乱強度に散乱ピークを有していないことがわかる。
 小角X線散乱測定法の散乱ピークについては、後述する「3.微粉末分散性評価方法及び微粉末分散性評価装置」において詳細に説明する。
(4)粒子間距離d
 高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末は、上記の散乱角2θからBragg式より求めた粒子間距離dの算出値が14~20nmの範囲内であることが好ましい。
 ここで、Bragg式とは、下記の式(1)を示している。
 2dsinθ=nλ  ・・・式(1)
(ここで、dは粒子間距離(「格子面間隔」ともいう)、θは上述した散乱角、nは整数、λはX線の波長を意味する。)
 粒子間距離dが14nmを下回っている場合、粒子同士の凝集力が高くなっていることが考えられる。若しくは界面活性剤の添加量が少なすぎ、粒子どうしが接近しすぎて、溶媒に分散させたときに分散しにくくなる。一方、粒子間距離dが21nmを上回る場合は、界面活性剤の添加量が過剰すぎるか、若しくは粒子同士が離れすぎて、溶媒に分散させたときに分散性が悪くなることがある。
 これまでは、有機溶媒分散液の動的光散乱から粒度分布を測定する場合、粒子が小さくなればなるほど、ブラウン運動が大きくなり、多重散乱を起こし、正確な粒度を測定することが困難であった。しかしながら、本発明では、散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内に散乱ピークが存在することから、微粉末の状態で、粒子どうしがある一定の周期的な間隔を保ったまま配列している。つまり、界面活性剤により、1次粒子に対して完全な被覆処理が施されていることになる。そして、このような状態の微粉末を溶媒に添加すると、1次粒子が完全に表面処理されているため、溶媒中に粒子が容易に分散する。微粉末の状態で測定した上記の散乱ピークの有無を評価することで、溶媒に分散させたときの分散性を予測することができる。したがって、従来のように微粉末を実際に溶媒に分散して、分散液の状態で粒度分布を測定することなく、乾燥微粉末の状態で分散性を評価することができ、評価の手間を低減することができる。
 本発明の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末は、上記のとおり散乱ピークを有するが、このような条件を満たすためには、界面活性剤の種類や濃度のほか、高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の製造条件なども影響する。以下、高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の製造方法について説明する。
2.高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の製造方法
 本発明の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の製造方法は、平均長径が10~100nmの範囲内にあるアルカリ土類金属化合物粒子が水性溶媒に分散されてなる分散液(第一分散液)を入手し、界面活性剤の存在下、せん断力を付与することで水性溶媒中に前記アルカリ土類金属化合物粒子の一次粒子を分散させつつ、この一次粒子と界面活性剤とを接触させることで分散液(第二分散液)を得る分散工程と、この第二分散液を100~200℃の温度で加熱乾燥させて粉末状にする乾燥工程と、を備えることを特徴とする。表面処理を行う前のアルカリ土類金属化合物微粉末の製造方法は、特には限定されないが、原料となるアルカリ土類金属化合物を反応させて水性スラリーを生成させ、これを熟成させる方法を挙げることができる。
 以下、高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の一例として、高分散性炭酸ストロンチウム微粉末を製造する工程について説明する。
(1)反応工程
 原料となる水酸化ストロンチウムの水溶液若しくは水性懸濁液(以下、水性スラリー)を撹拌しながら、結晶成長抑制剤の存在下で二酸化炭素ガスを導入し、水酸化ストロンチウムを炭酸化させることによってアスペクト比の低い球状炭酸ストロンチウム微粒子を製造する工程である。水性スラリーに含まれる水酸化ストロンチウムの濃度は、特に制限はないが、通常は1~20質量%の範囲であり、好ましくは2~18質量%の範囲、より好ましくは3~15質量%の範囲である。
 結晶成長抑制剤は、カルボキシル基の数が2個で、かつ水酸基とそれらの合計が3~6個の有機酸であることが好ましい。結晶成長抑制剤の好ましい例としては、酒石酸、リンゴ酸及びタルトロン酸を挙げることができる。結晶成長抑制剤としては、カルボキシル基2個と水酸基とを有し、かつ合計で少なくとも3個有する有機酸を使用することができるが、製造した粒子の表面に付着して粒成長をコントロールして微細なまま分散性を高める点から、上述した分子内に水酸基を1つ以上含むジカルボン酸又はその無水物がより好ましく、DL-酒石酸が特に好ましい。結晶成長抑制剤の使用量は、水酸化ストロンチウム100質量部に対して一般に0.1~20質量部の範囲、好ましくは1~10質量部の範囲である。
 二酸化炭素ガスの流量は、水酸化ストロンチウム1gに対して通常は0.5~200mL/分の範囲であり、好ましくは0.5~100mL/分の範囲である。反応工程により、例えば、平均アスペクト比が1.5よりも低く球状に近い微細な球状炭酸ストロンチウム微粒子を得ることができる。なお、球状炭酸ストロンチウム微粒子の製造方法は、国際公開第2011/052680号に記載されている。
(2)熟成工程
 熟成工程は、反応工程で得られた球状炭酸ストロンチウム微粒子を含む水性スラリーを、所定の温度、時間で熟成させて針状の炭酸ストロンチウム微粒子に粒成長させる工程である。熟成工程は、温水中にて行うことができる。熟成温度は、75~115℃の範囲内であり、好ましくは80~110℃の範囲内であり、特に好ましくは85~105℃の範囲内である。熟成温度が75℃を下回ると、球状炭酸ストロンチウム微粒子の結晶成長が不十分で平均アスペクト比が低すぎる傾向があり、115℃を上回ると、球状炭酸ストロンチウム微粒子の短径の結晶成長が促進されてアスペクト比が低くなる傾向がある。また、熟成時間は、特に限定はないが、通常は1~100時間の範囲内であり、好ましくは5~50時間の範囲内であり、特に好ましくは10~30時間の範囲内である。
 なお、上記「(1)反応工程」と「(2)熟成工程」は、原料である水酸化ストロンチウムから針状の炭酸ストロンチウム微粒子を得る工程であり、市販品として炭酸ストロンチウム微粒子を入手することができる場合には、市販品を利用してもよい。
(3)表面処理工程
 表面処理工程は、平均長径が10~100nmの範囲内にある炭酸ストロンチウム微粒子が水性溶媒に分散された分散液に対して、せん断力を付与することで一次粒子を分散させつつ界面活性剤に接触させて高分散性炭酸ストロンチウムを得る工程である。界面活性剤としては上述したものを使用することができる。
 表面処理工程で使用する分散液は、熟成工程を行う場合は熟成工程後の水性スラリー、市販の炭酸ストロンチウム微粒子を使用する場合はこれを水溶液に分散させたものを使用することができる。表面処理工程は、せん断力を加えながら分散液に界面活性剤を添加することで行うことができる。水性スラリー中の炭酸ストロンチウム粒子の含有量は、1~30質量%の範囲にあることが好ましい。水性スラリーへの界面活性剤の投入量は、界面活性剤の添加総量が一般に1~60質量%の範囲内であり、10~50質量%の範囲内が好ましく、20~40質量%の範囲内がより好ましい。せん断力の付与は、撹拌羽根ミキサー、ホモミキサー、マグネチックスターラー、エアスターラー、超音波ホモジナイザー、クレアミックス、フィルミックスなど公知の撹拌装置を使用して行うことができる。
 界面活性剤を2種類以上使用して表面処理を行う場合、水性スラリーへの各界面活性剤の投入量は、水性スラリー中の炭酸ストロンチウム粒子100質量部に対して、一般に1~40質量部の範囲、好ましくは3~30質量部の範囲である。界面活性剤は、同時又は逐次投入することができる。
(4)乾燥工程
 乾燥工程は、上記の「(3)表面処理工程」で得られた水性スラリーを100~300℃の範囲内の温度で加熱乾燥させて高分散性炭酸ストロンチウム微粉末の乾燥物を得る工程である。乾燥温度が100℃を下回ると乾燥が不十分になりやすく、乾燥温度が200℃を上回ると炭酸ストロンチウム微粉末の破損などが生じやすくなる。乾燥温度は、110~180℃の範囲内が好ましく、120~160℃の範囲内がより好ましい。乾燥工程は、スプレードライヤー及びドラムドライヤー、ディスクドライヤーなどの熱乾燥機を用いた公知の乾燥方法によって行なうことができる。
 本発明の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末は、溶媒に分散させたときの分散性に優れているため、種々の用途に使用することができる。例えば、高分散性の炭酸ストロンチウム微粉末は、複屈折を抑制したり、反対に複屈折を意図的に発現させたりする目的で使用することができる。このような用途としては、液晶表示装置の光学フィルムを挙げることができる。光学フィルムとしては、保護フィルム、反射防止フィルム、輝度向上フィルム、プリズムフィルム、視野角改善フィルム、位相差フィルムなどを挙げることができる。フィルムの樹脂材料としては、トリアセチルセルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリ環状オレフィン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどを挙げることができる。光学フィルムは、炭酸ストロンチウム微粉末を充填剤として樹脂材料に混合し、溶液流延製膜法や溶融押出法など公知の方法で製膜し、さらに必要に応じて延伸処理を行うことで製造することができる。
 本発明の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末を分散させる溶媒としては、特に限定されず、用途等に応じて適宜選択することができる。このような溶媒の種類としては特に限定されず、樹脂の性質等に応じて適宜選択して用いることができる。溶媒の例としては、有機溶媒が好ましく、有機溶媒の例としては、アルコール(例えば、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、エチレングルコール)、塩化メチレン、NMP、テトラヒドロフラン、MEK、酢酸エチル、シクロへキサン、トルエンなどを挙げることができる。これらの有機溶媒のうち、塩化メチレンが特に好ましい。上記の1種類のみではなく、複数組み合わせて使用することも可能である。
3.微粉末分散性評価方法及び微粉末分散性評価装置
 以下、図3、図4を参照して本発明の微粉末分散性評価方法及び微粉末分散性評価装置について説明する。図3は、本発明の微粉末分散性評価方法の流れを示すフローチャートである。この図に示すように、本発明の微粉末分散性評価方法は、アルカリ土類金属化合物微粉末を溶媒中に分散させたときの分散性を粉末状態で評価する微粉末分散性評価方法であって、小角X線散乱法によりアルカリ土類金属化合物微粉末にX線を照射して所定範囲の散乱角における散乱強度のスペクトルを得るX線照射工程(S1)と、このスペクトルから散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内に散乱強度の散乱ピークを有するか否かを分析する散乱強度分析工程(S2)と、散乱ピークの検出結果に基づいて溶媒中におけるアルカリ土類金属化合物微粉末の分散性を推定する分散性推定工程(S3)と、を有する。
 図4は、本発明の微粉末分散性評価装置の一実施形態を示すブロック図である。この図に示すように、微粉末分散性評価装置1は、光源制御部11、X線照射部12、X線検出部13、スペクトル生成部14、散乱ピーク検出部15、分散性推定部16を主要な構成要素としている。
 光源制御部11、X線照射部12、X線検出部13、スペクトル生成部14は、本発明のX線照射工程(S1)を実施する手段であり、散乱ピーク検出部15は、本発明の散乱強度分析工程(S2)を実施する手段であり、分散性推定部16は、本発明の分散性推定工程(S3)を実施する手段である。以下、各構成について詳細に説明する。
 光源制御部11は、X線照射部12においてX線の照射量などを制御するための手段である。X線照射部12は、試料SにX線を照射するための手段である。X線照射部12は、X線を照射するためのX線管球(図示せず)を有している。X線管球は、例えばCuのKα線を生成する管球であり、光源制御部11からの制御信号を受けて、波長1nm以下のX線を照射する。
 試料Sは、図示しないステージに載置されており、X線照射部12からのX線が照射されるように配置されている。試料Sに照射されたX線の一部は散乱する。X線検出部13は、試料Sから散乱するX線のうち、小角度のX線(小角X線)の強度(散乱強度)を検出するための手段である。X線検出部13が検出する小角X線は、特には限定されないが、通常は2θが10°以下である。試料Sを載置するステージは傾斜角度を変更することが可能であり、ステージの傾斜角度を変更しながらX線を照射することで、散乱角2θを変更して散乱強度を測定することができる。X線検出部13が検出した小角X線は、スペクトル生成部14において散乱強度と2θのスペクトルとして記録される。
 散乱ピーク検出部15は、スペクトル生成部14において生成されたスペクトルのプロファイルから、散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内に散乱強度の散乱ピークを有するか否かを分析するための手段である。分散性推定部16は、散乱ピーク検出部15が散乱ピークを検出した場合に、試料Sの分散性が高いと判断し、ピークを検出しなかった場合に、試料Sの分散性が低いと判断するための手段である。
 スペクトル生成部14、散乱ピーク検出部15、分散性推定部16は、例えば中央演算装置(CPU)と記憶装置(ハードディスク、メモリ)などの公知のハードウェアと、記憶装置に格納されたソフトウェアと、を用いて構成することができる。
 スペクトル生成部14は、例えばX線検出部13から送信されるX線強度の信号を散乱強度と2θのプロファイルとして記憶装置に記憶するソフトウェアと、これを実行する中央演算装置と、により実現することができる。これにより、X線検出部13から逐次送信される散乱強度のデータは、ステージの角度から算出された散乱角2θの情報とともにスペクトルデータとして記憶装置に記憶するとともに、図示しない表示装置などに表示することが可能である。
 散乱ピーク検出部15は、スペクトル生成部14で生成されたスペクトルから2θが0.2~1.0°の範囲内に散乱強度の極大値があるか否かを判別するソフトウェアと、これを実行する中央演算装置と、により実現することができる。ソフトウェアとしては、微分法により極大値を算出する公知のアルゴリズムなどを利用することができる。これにより、散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内に散乱強度の散乱ピークがあるか否かを自動的に検出することができる。
 分散性推定部16は、散乱ピークが検出された場合に分散性が高いこと、散乱ピークが検出されなかった場合に分散性が低いことのいずれか少なくとも一方を報知するソフトウェアと、これを実行する中央演算装置とにより実現することができる。例えば、散乱ピークが検出された場合に、画面上に分散性が高い旨を表示するようにしてもよく、逆に散乱ピークが検出されなかった場合に、画面上に散乱性が低い旨を表示するようにしてもよい。
 以下、スペクトルの散乱ピークと分散性との関係について説明する。上述した図1に示すように、分散性の高い炭酸ストロンチウム微粉末では、散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内で散乱強度に散乱ピーク(極大)を有することがわかる(図中の破線丸で囲まれた部分)。一方、図2に示すように、分散性の低い炭酸ストロンチウム微粉末では、散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内で散乱強度に散乱ピークを有していないことがわかる。
 すなわち、散乱角2θにおけるピークサーチの結果、0.2~1.0°の範囲内で散乱ピークが検出されるということは、微粒子どうしがある一定の距離を保ち、一定周期で規則正しく配列していることを意味している。
 これまでは、有機溶媒分散液の動的光散乱から粒度分布を測定する場合、粒子が小さくなればなるほど、ブラウン運動が大きくなり、多重散乱を起こし、正確な粒度を測定することが困難であった。しかしながら、本発明では、散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内に散乱ピークが存在するか否かを判別することで、微粉末の状態で、粒子どうしがある一定の周期的な間隔を保ったまま配列している。そして、このような状態の微粉末を溶媒に添加すると、溶媒中に粒子が容易に分散する。微粉末の状態で測定した上記の散乱ピークの有無を評価することで、溶媒に分散させたときの分散性を予測することができる。したがって、従来のように微粉末を実際に溶媒に分散して、分散液の状態で粒度分布を測定することなく、乾燥微粉末の状態で分散性を評価することができ、評価の手間を低減することができる。
 なお、散乱ピークの高さが高いほど、分散性が高いと評価するようにしてもよい。ここで散乱ピークの高さとしては、分散強度の値(絶対値)でもよく、所定の2θ(例えばθ=0°)における散乱強度に対する散乱ピークにおける散乱強度の割合(相対値)であってもよい。このようにすることで、分散性の良否だけでなく、分散性がよい場合はその分散度も推測することが可能となる。
 また、種々のアルカリ土類金属化合物微粉末と、これらを種々の溶媒に実際に分散させて測定した分散性の指標(例えば、粉末のぬれ性など)と散乱ピークにおける散乱強度とを予め測定し、その結果(アルカリ土類金属化合物微粉末の種類、溶媒の種類、分散性の指標、散乱強度)をデータベースに登録しておくようにしてもよい。そして、測定対象となるアルカリ土類金属化合物微粉末と溶媒とをデータベースから選択し、測定で得られたスペクトルの分散ピークの分散強度の値から、分散性の指標の数値を自動的に抽出するようにしてもよい。このようにすることで、アルカリ土類金属化合物微粉末の種類と溶媒の種類から、分散性を具体的な指標としてより正確に評価することが可能となる。
 本発明の微粉末分散性評価方法は、図4に示す微粉末分散性評価装置を使用する場合のように、X線照射工程(S1)、散乱強度分析工程(S2)、分散性推定工程(S3)を1つの装置で自動的に行うことも可能であるが、一部の工程を人手で行ってもよく、あるいは一部の工程を他の装置で行ってもよい。
 一部の工程を人手で行う場合としては、例えば、X線照射工程(S1)と散乱強度分析工程(S2)については、一般に市販されている小角X線散乱装置を使用して散乱ピークを自動的に検出し、分散性推定工程(S3)については散乱ピークの有無の結果から人手で判断することも可能である。
 また、一部の工程を他の装置で行う場合としては、例えば、X線照射工程(S1)については、一般に市販されている小角X線散乱装置を使用してスペクトルデータを取得し、散乱強度分析工程(S2)と分散性推定工程(S3)については、小角X線散乱装置で得られたスペクトルデータから一般のパーソナルコンピュータなどを使用して散乱ピークの検出と分散性の推定を実行することも可能である。
 さらに、本発明は、散乱角2θからBragg式により粒子間距離dを算出することが好ましい。ここで、Bragg式とは、下記の式(1)を示している。
 2dsinθ=nλ  ・・・式(1)
(ここで、dは粒子間距離(「格子面間隔」ともいう)、θは上述した散乱角、nは整数、λはX線の波長を意味する。)
 粒子間距離dが小さいと、粒子どうしの凝集力が高くなっていることが考えられる。すなわち、粒子どうしが接近しすぎたり、あるいは粒子表面に付着している界面活性剤の付着量が少なすぎたりして、溶媒に分散させたときに分散しにくくなる。一方、粒子間距離dが大きいと、粒子どうしが離れすぎて規則性が低くなり、あるいは粒子表面の界面活性剤の付着量が過剰すぎたりして、溶媒に分散させたときに分散性が悪くなりやすい。このように、粒子間距離dを測定することで、分散性の良し悪しを評価することが可能となる。アルカリ土類金属化合物微粒子の種類にもよるが、粒子の長径が50nm以下のナノ粒子においては、好ましい粒子間距離dは、通常は10nm~30nmの範囲内である。なお、全く表面処理を施していないナノ粒子では、本発明における測定では散乱ピークが観測されず、d値を求めることができない。
4.光学フィルム
 本発明の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末は、樹脂と混合して樹脂組成物とし、これを成膜することで光学フィルムとすることができる。以下、光学フィルムについて説明する。
 樹脂組成物に含まれる樹脂としては、通常の光学フィルムに使用される樹脂であれば特に限定されず、目的に応じて種々の樹脂を選択することができる。このような樹脂としては、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、トリアセチルセルロースなどのセルロースエステル、ポリスチレン、スチレンアクリロニトリル共重合体、ポリフマル酸ジエステル、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリ環状オレフィンなどのポリオレフィン、マレイミド系共重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタンからなる群より選択される1種類以上を挙げることができる。
 アルカリ土類金属化合物微粉末の樹脂組成物全体に対する含有量は、0.1~50質量%の範囲内が好ましい。アルカリ土類金属化合物微粉末の含有量が0.1質量%を下回ると、アルカリ土類金属化合物微粉末による複屈折制御効果が小さくなりすぎる。反対に、アルカリ土類金属化合物微粉末の含有量が50質量%を超えると、樹脂に対するアルカリ土類金属化合物微粉末の比率が相対的に大きくなりすぎるため、成膜したフィルムの透明性が悪くなる。アルカリ土類金属化合物微粉末の樹脂組成物全体に対する含有量は、0.5~40質量%の範囲内がより好ましく、1~35質量%の範囲内が特に好ましい。
 上記の樹脂とアルカリ土類金属化合物微粉末とを混合することで樹脂組成物とすることができる。アルカリ土類金属化合物微粉末と樹脂との混合は、超音波ホモジナイザーや攪拌羽、液体ジェットミルを用いた方法など公知の方法で行うことができる。
 また、樹脂組成物と適当な溶媒とを混合したドープ溶液を調整して光学フィルムを成膜してもよい。このような溶媒の種類としては特に限定されず、樹脂の性質等に応じて適宜選択して用いることができる。溶媒の例としては、有機溶媒が好ましく、有機溶媒の例としては、アルコール(例えば、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、エチレングルコール)、塩化メチレン、NMP、テトラヒドロフラン、MEK、酢酸エチル、シクロへキサン、トルエンなどを挙げることができる。これらの有機溶媒のうち、塩化メチレンが特に好ましい。上記の1種類のみではなく、複数組み合わせて使用することも可能である。
 溶媒に対する樹脂の割合は、質量比で1:10~10:1の範囲内が好ましい。ドープ溶液は、樹脂と溶媒とを混合して樹脂混合溶液とし、これにアルカリ土類金属化合物微粉末を添加して混合してもよく、あるいはアルカリ土類金属化合物微粉末と溶媒を混合して粉末混合溶液とし、これに樹脂を添加して混合してもよい。さらには、上述した樹脂混合溶液と粉末混合溶液とをそれぞれ用意して両者を混合してドープ溶液としてもよい。アルカリ土類金属化合物微粉末と樹脂と溶媒は、超音波ホモジナイザーや攪拌羽、液体ジェットミルを用いた方法など公知の方法で混合することができる。
 樹脂組成物やドープ溶液は、公知の方法で成膜して光学フィルムとすることができる。成膜方法としては、上述した溶融押出成膜法や溶液流延成膜法など公知の成膜法を挙げることができる。溶融押出成膜法は、樹脂組成物を加熱溶融して溶融物とし、これを支持体上にフィルム状に流延して冷却固化する方法である。また、溶液流延成膜法は、ドープ溶液を支持体上に流延して溶媒を蒸発させてフィルム化する方法である。
 樹脂の種類によっては、成膜の際に樹脂溶液中で対流が生じ、ベナードセル構造が形成されることがある。ベナードセル構造形成時に、アルカリ土類金属化合物微粉末が凝集し、光学フィルムの透明性を悪化させる。また、この凝集によりアルカリ土類金属化合物微粉末による複屈折調整作用を低下させる。そこで、支持体との濡れ性を向上させてベナードセルの形成を抑制する目的で、樹脂組成物やドープ溶液中に表面改質剤を添加することが好ましい。ポリカーボネートを樹脂として用いる場合は、ベナードセルが形成されやすいため、表面改質剤を添加することによる透明性向上等の効果は大きい。表面改質剤としては、ビニル系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、シリコーンオイルなどを挙げることができる。
 成膜後のフィルムは、用途等に応じて適宜延伸することができる。延伸方法としては、一軸延伸、二軸延伸などを挙げることができる。二軸延伸は、逐次又は同時延伸とすることができる。延伸は、テンターなど公知の延伸装置を用いて行うことができる。
 このようにして得られた光学フィルムは、微細で高分散なアルカリ土類金属化合物微粉末を含有しているため、透明性に優れており、なおかつ光学フィルム全体に対するアルカリ土類金属化合物微粉末の含有量を調整することで、光学フィルム自体の複屈折を調整することができる。アルカリ土類金属化合物微粉末は、それ自体が負の複屈折を示すため、目的とする光学フィルムの用途等に応じて光学フィルムの複屈折を調整することができる。
 例えば、ポリカーボネートやポリ環状オレフィンのような正の固有複屈折を示す樹脂にアルカリ土類金属化合物微粉末を添加することで、樹脂の固有複屈折を相殺して複屈折がゼロに近い光学フィルムとすることができる。このような光学フィルムとしては、例えば保護フィルムを挙げることができる。保護フィルムとしては、偏光板の表面等に積層される通常の保護フィルムのほか、偏光子の表面に直接積層されて偏光子を保護する偏光子保護フィルムも含まれる。
 あるいは、ポリカーボネートやポリ環状オレフィンのように正の複屈折を示す樹脂に少量のアルカリ土類金属化合物微粉末を添加することで、正の複屈折を有する光学フィルムとしてもよい。さらには、これら正の複屈折を示す樹脂に多量のアルカリ土類金属化合物微粉末を添加することで、負の複屈折を有する光学フィルムとしてもよい。ここでいう「複屈折」とは、上述した面内複屈折率(ΔNxy)の値を意味する。このような正又は負の面内複屈折率を示す光学フィルムとしては、位相差フィルムを挙げることができる。位相差フィルムとしては、1/4波長板、1/2波長板等を挙げることができる。
 反対に、ポリメチルメタクリレートやポリスチレンなど負の複屈折を示す樹脂や複屈折が小さい樹脂に使用することで、負の複屈折を発現させた光学フィルムとすることもできる。このような光学フィルムとしては、位相差フィルムを挙げることができる。位相差フィルムとしては、1/4波長板、1/2波長板等を挙げることができる。
 本発明の光学フィルムとしては、位相差フィルムや保護フィルムのほかに、反射防止フィルム、防眩フィルム、輝度向上フィルム、プリズムフィルム、視野角改善フィルムなどを挙げることができる。
 光学フィルムのヘイズは、10%以下とすることができ、好ましくは5%以下であり、より好ましく1%以下とすることができる。なお、光学フィルムの用途に応じて、ヘイズを意図的に悪化させることも可能である。例えば、樹脂組成物中にガラスビーズなどの光散乱性微粒子を添加することで、ヘイズを悪化させて防眩フィルムとしてもよい。また、光学フィルムの光線透過率は、85%以上とすることができ、好ましくは88%以上であり、より好ましくは90%以上とすることができる。
 本発明の光学フィルムは、他の光学フィルムと積層して光学積層体とすることもできる。他の光学フィルムとしては、例えば偏光フィルム(偏光子ともいう)、基材フィルム等を挙げることができる。光学積層体としては、本発明の光学フィルムとしての保護フィルムと偏光フィルムとが積層された偏光板や、本発明の光学フィルムとしての位相差フィルムと偏光フィルムとが積層された楕円偏光板、本発明の光学フィルムとして位相差フィルムと基材フィルムとが積層された位相差板などを挙げることができる。
5.画像表示装置
 本発明の画像表示装置は、本発明の光学フィルムを備えることを特徴とする。画像表示装置の種類としては、液晶表示装置(LCD)、有機エレクトロルミネッセンス表示装置などを挙げることができる。また、画像表示装置の用途としては、テレビ、コンピュータ用モニター、携帯電話、スマートフォン、PDA等の携帯情報端末などを挙げることができる。
 以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明の目的を限定するものではない。
(1)SEM観察
(1-1)表面未処理品
 表面未処理の炭酸ストロンチウム微粒子に関して、純水に炭酸ストロンチウム微粒子を添加し、超音波ホモジナイザーで分散させた。その分散液を試料ステージに滴下し、自然乾燥させた後、炭酸ストロンチウム微粒子をオスミウムコーティングしてサンプルを作製した。作製したサンプルを電解放射型走査型電子顕微鏡(FE-SEM)によって写真撮影した。得られたFE-SEM写真から、各粒子の長手方向長さ(最大長さ)及び短手方向長さ(最小長さ)を測定し、長手方向長さの平均値を粒子の平均長径とした。また、得られた長径、短径の値からアスペクト比を算出した。
(1-2)表面処理品
 表面処理した炭酸ストロンチウム微粒子に関して、作製した微粒子0.01gを塩化メチレン9.99gに溶解させ、超音波バスで1分間分散し、得られた分散液を真空乾燥させた。その後、オスミウムコーティングして、サンプルを作製した。作製したサンプルを電解放射型走査型電子顕微鏡(FE-SEM)によって写真撮影した。得られたFE-SEM写真から、各粒子の長手方向長さ(長径)及び短手方向長さ(短径)を測定し、長手方向長さの平均値を粒子の平均長径とした。また、得られた長径、短径の値からアスペクト比を算出した。
(2)小角X線散乱測定
 表面処理を施した炭酸ストロンチウム微粒子及び未処理の微粒子をそれぞれキャピラリーに充填し、小角散乱測定装置 NANO-Viewer(株式会社リガク製)で測定した。露光時間は、上、中、下3分割して各5分ずつ露光した。装置の詳細は以下のとおり
 管球 :CuKα
 出力 :40kV-30mA
 スリット :1st slit=0.40mm
       2nd slit=0.20mm
       3rd slit=0.45mm
 測定法 :透過法
 カウンタ :Pilatus 100K
 カメラ長 :570mm
(3)粒度分布測定
 レーザー回折式粒度分布測定装置(マイクロトラック9320HRA、日機装(株)製)若しくは動的光散乱式粒度分布測定装置(ナノトラックUPA-150、日機装(株)製)を用いて測定した。平均粒子径測定用の試料は、高分散性炭酸ストロンチウム微粉末を有機溶媒(塩化メチレン:WAKO特級)に添加し、濃度1%の分散液を作製し、1μmグラスフィルターでろ過したものを使用した。測定は5回の連続測定の平均値を測定値とした。
(4)界面活性剤
 下記の例において使用した界面活性剤は以下のとおりである。
・界面活性剤A:ポリカルボン酸アニオン型界面活性剤(ポリ無水マレイン酸-ポリオキシエチレンエステル共重合物)
・界面活性剤B:ポリカルボン酸アニオン型界面活性剤(上記化学式(I)においてRが炭素数13のアルキル基、EがC、aが平均9.3の重合体)
・界面活性剤C:ポリカルボン酸アニオン型界面活性剤(上記化学式(I)においてRが炭素数12のアルキル基、EがC、aが平均2.3の重合体)
・界面活性剤D:ポリカルボン酸アニオン型界面活性剤(上記化学式(I)においてRが炭素数18のアルキル基、EがC、aが平均2の重合体)
・界面活性剤E:ポリリン酸アニオン型界面活性剤(上記化学式(II)と式(III)の混合物であり、R、R、Rがいずれも炭素数13のアルキル基、E、E、EがいずれもCであり、b,c,dの合計が6.0の重合体)
・界面活性剤F:ポリエチレングリコールアミン型ノニオン界面活性剤(上記化学式(IV)においてRが炭素数18のアルキル基、EがいずれもC、eとfの合計が4.0の重合体)
1.実施例1
(1)炭酸ストロンチウム微粒子の製造
(a)反応工程
 水温10℃の純水3Lに、DL-酒石酸(特級試薬、純度:99%以上)を加えて撹拌して水性懸濁液中に溶解させた。水酸化ストロンチウム八水和物(特級試薬、純度:96%以上)366gを投入し、混合して濃度5.6質量%の水酸化ストロンチウム水性懸濁液を調製した。この水酸化ストロンチウム水性懸濁液を10℃に維持しつつ、撹拌を続けながら、水性懸濁液に二酸化炭素ガスを0.5L/分の流量(水酸化ストロンチウム1gに対して22mL/分の流量)にて、水性懸濁液のpHが7になるまで吹き込み、炭酸ストロンチウム粒子を生成させた。その後、さらに30分間撹拌を続け、炭酸ストロンチウム粒子水性懸濁液を得た。
(b)熟成工程
 得られた炭酸ストロンチウム粒子水性懸濁液をステンレスタンクに入れ、95℃の温度にて12時間加温処理して炭酸ストロンチウム粒子を針状に成長させた。その後、室温まで放冷して、炭酸ストロンチウム微粒子の水性スラリーを製造した。このスラリーをドラムドライヤーで乾燥し、炭酸ストロンチウム微粒子を得た。上記の「(1)SEM観察」の「(1-1)表面未処理品」に記載の方法で炭酸ストロンチウム微粒子を観察したところ、平均長径は35nmであった。その結果を表1に示す。
(2)高分散性炭酸ストロンチウム微粉末の製造
(a)表面処理工程
 上記で作製した炭酸ストロンチウム微粒子の水性スラリー(固形濃度:6質量%)に、界面活性剤Aを添加して溶解させ、スターラーで5分間撹拌した。ついで、界面活性剤Bを28質量%となるように水性スラリーに添加して溶解させ、スターラーで5分撹拌した後、クレアミックスにてせん断力をかけて、分散処理を行った。これにより、高分散性炭酸ストロンチウム粒子の水スラリーを得た。表面に2種類の界面活性剤が2層となるように積層した。
(b)乾燥工程(ドラムドライヤー)
 撹拌混合後の水性スラリーを110~120℃に加熱した回転式ドラムドライヤーに吹き付け、高分散性炭酸ストロンチウム微粉末を得た。得られた高分散性炭酸ストロンチウム微粉末を電子顕微鏡で観察した結果、針状粒子の微粉末であることが確認された。上記の「(1)SEM観察」の「(1-2)表面処理品」に記載の方法で高分散性炭酸ストロンチウム微粉末を観察したところ、平均長径は35nmであった。界面活性剤の種類等の条件を表1に示す。
(3)高分散性炭酸ストロンチウム微粉末の小角X線散乱測定
 上記で得られた高分散性炭酸ストロンチウム微粉末を用いて、「(2)小角X線散乱測定」及び「(3)粒度分布測定」に記載の方法で測定を行った。ピークサーチの結果、2θ=0.46に散乱ピークが観察され、d値は19.2nmであった。またその粉末を用いた有機溶媒分散液での粒度分布測定におけるD50は50nm以下であった。その結果を表2に示す。
2.実施例2
 実施例1の「(a)表面処理工程」において、界面活性剤Cを30質量%となるように添加して溶解させ、炭酸ストロンチウム粒子の表面に1種類の界面活性剤を1層積層した。実施例1と同様に小角X線測定、及び粒度分布による平均長径等を測定した。その結果を表1,表2に示す。
3.実施例3
 実施例1の「(a)表面処理工程」において、界面活性剤Eを30質量%となるように添加して溶解させ、炭酸ストロンチウム粒子の表面に1種類の界面活性剤を1層積層した。実施例1と同様に平均長径等を測定した。その結果を表1,表2に示す。
4.実施例4
 実施例1の「(a)表面処理工程」において、界面活性剤Dを30質量%となるように添加して溶解させ、炭酸ストロンチウム粒子の表面に1種類の界面活性剤を1層積層した。実施例1と同様に平均長径等を測定した。その結果を表1,表2に示す。
5.実施例5
 実施例1の「(1)炭酸ストロンチウム微粒子の製造」において、平均長径が20nmの炭酸ストロンチウム微粒子を使用し、「(a)表面処理工程」において、界面活性剤Dを47質量%となるように添加して溶解させ、炭酸ストロンチウム粒子の表面に1種類の界面活性剤を1層積層した。実施例1と同様に平均長径等を測定した。その結果を表1,表2に示す。
6.実施例6
 実施例1の「(1)炭酸ストロンチウム微粒子の製造」において、平均長径が20nmの炭酸ストロンチウム微粒子を使用し、「(a)表面処理工程」において、界面活性剤Cを47質量%となるように添加して溶解させ、炭酸ストロンチウム粒子の表面に1種類の界面活性剤を1層積層した。実施例1と同様に平均長径等を測定した。その結果を表1,表2に示す。
7.比較例1
 実施例1の「(a)表面処理工程」において、界面活性剤Aを8質量%となるように添加して溶解させ、スターラーで5分間撹拌した。ついで、界面活性剤Fを23質量%となるように水性スラリーに添加して溶解させ、スターラーで5分撹拌した。実施例1と同様に平均長径等を測定した。
8.比較例2
 実施例1の「(a)表面処理工程」において、界面活性剤Cを10質量%となるように水性スラリーに添加して溶解させ、炭酸ストロンチウム粒子の表面に1種類の界面活性剤を1層積層した。実施例1と同様に平均長径等を測定するとともに、比較例1と同様に分布を算出した。その結果を表1,表2に示す。
9.比較例3
 実施例1の「(a)表面処理工程」において、界面活性剤Cを20質量%となるように水性スラリーに添加して溶解させ、炭酸ストロンチウム粒子の表面に1種類の界面活性剤を1層積層した。実施例1と同様に平均長径等を測定するとともに、比較例1と同様に分布を算出した。その結果を表1,表2に示す。
10.比較例4
 実施例1の「(2)高分散性炭酸ストロンチウム微粉末の製造」において、「(a)表面処理工程」で表面処理を行わずに実施例1と同様に平均長径等を測定した。小角X線散乱では散乱ピークは観測できなかった。その結果を表1,表2に示す。
11.比較例5
 実施例1の「(a)表面処理工程」において、界面活性剤Cを30質量%となるように添加して溶解させ、炭酸ストロンチウム粒子の表面に1種類の界面活性剤を1層積層した。小角X線散乱において、乾燥粉ではなくシクロヘキサンに固形濃度:1質量%となるように分散させて測定を行った。その結果、散乱ピークは観測できなかった。その結果を表1,表2に示す。
12.比較例6
 実施例1の「(a)表面処理工程」において、界面活性剤Cを30質量%となるように添加して溶解させ、炭酸ストロンチウム粒子の表面に1種類の界面活性剤を1層積層した。小角X線散乱において、乾燥粉ではなく、水に固形濃度:1質量%となるように分散させて測定を行った。その結果、散乱ピークは観測できなかった。その結果を表1,表2に示す。
 以上の結果から、実施例1~6では、いずれも高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の状態で2θが0.2~1.0°の範囲内で散乱強度に散乱ピークを有することがわかった。また、粒度分布測定の結果から、分散性が良好であることがわかった。これらの実施例では、界面活性剤が最適量添加されており、1次粒子に対して、完全に被覆処理・分散処理が施されていることがわかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 
<ポリカーボネート(PC)フィルム>
 以下、上記の実施例4と比較例4で製造した高分散性炭酸ストロンチウム微粉末を使用してポリカーボネートフィルムを製造した例について説明する。
13.実施例7
(1)SrCO添加ドープ液作製方法
 塩化メチレン25gに対し、ポリカーボネート(以下、「PC」)6gを添加し、6時間攪拌し、PC-塩化メチレン溶液を作製した。次に、塩化メチレン10gに対し、実施例4の表面処理粉末1を0.48g添加し、超音波バスに30秒入れ、そのまま孔径1μmのメンブレンフィルターで加圧せずにろ過し、分散液1を作成した。PC-塩化メチレン分散液と分散液1を混合するとともにビニル系表面改質剤を0.026g添加し、超音波ホモジナイザーで分散処理を行い、SrCO添加ドープ液A-1を得た。
(2)PCフィルム成膜方法
 SrCO添加ドープ液A-1を、ベーカー式アプリケーターを用い、ポリエチレンテレフタレート(以下、「PET」)フィルム上にウェット膜厚11milで塗布した。これを40℃で2分、80℃で4分、120℃で30分乾燥した。PETフィルムからPCフィルムを剥離し、PCフィルムA-1を得た。PCフィルムA-1をフィルム延伸装置(井元製作所製、IMC-1A8D型)にて、160℃で2.0倍に自由端1軸延伸を行い、PC延伸フィルムA-1を得た。
(3)透過率およびヘイズ測定
 分光光度計(日本分光社製)を用いて、PC延伸フィルムA-1の可視光透過率およびヘイズ測定を行った。
(4)フィルムの位相差評価
 PC延伸フィルムA-1の膜厚をマイクロメーターで測定した。その後、延伸したフィルムの位相差(ΔNxy)を位相測定装置(王子計測機器株式会社製、KOBRA-WR)を用いて測定した。その結果を表3に示す。
14.比較例7
 実施例4の粉末に代えて比較例4の粉末(表面処理をしていないSrCO)を用いた点以外は、実施例7と同様の方法を使用した。これにより、PC延伸フィルムH-1を得た。実施例7と同様に得られたフィルムの特性を評価した。その結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 
 実施例7と比較例7を比べると、表面処理をした実施例7のほうが表面処理をしなかった比較例7よりもヘイズが低く、かつ複屈折の複屈折(ΔNxy×10-3)の値が低いことがわかる。したがって、透明性と複屈折発現の観点から、表面処理した炭酸ストロンチウム微粒子が好ましいことがわかった。
<ポリメチルメタクリレート(PMMA)フィルム>
 以下、上記の実施例4と比較例4で製造した高分散性炭酸ストロンチウム微粉末を使用してポリメチルメタクリレートフィルムを製造した例について説明する。
15.実施例8
(1)SrCO添加ドープ液作製方法
 塩化メチレン25gに対し、ポリメチルメタクリレート(以下、「PMMA」)6gを添加し、3時間攪拌し、PMMA-塩化メチレン溶液を作製した。次に、塩化メチレン10gに対し、実施例4の表面処理粉末1を0.48g添加し、超音波バスに30秒入れ、そのまま孔径1μmのメンブレンフィルターで加圧せずにろ過し、分散液1を作成した。PMMA-塩化メチレン分散液と分散液1を混合し、超音波ホモジナイザーで分散処理を行い、SrCO添加ドープ液I-1を得た。
(2)PMMAフィルム成膜方法
 SrCO添加ドープ液I-1を、ベーカー式アプリケーターを用い、PETフィルム上にウェット膜厚11milで塗布した。これを40℃で2分、80℃で15分、85℃で30分乾燥した。PETフィルムからPMMA膜を剥離し、PMMAフィルムI-1を得た。PMMAフィルムI-1をフィルム延伸装置(井元製作所製、IMC-1A8D型)にて、90℃で2.0倍に自由端1軸延伸を行い、PMMA延伸フィルムI-1を得た。実施例7と同様に得られたフィルムの特性を評価した。その結果を表4に示す。
16.比較例8
 実施例4の粉末に代えて比較例4の粉末(表面処理をしていないSrCO)を用いた点以外は、実施例8と同様の方法を使用した。これにより、PMMA延伸フィルムN-1を得た。実施例7と同様に得られたフィルムの特性を評価した。その結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 
 実施例8と比較例8を比べると、表面処理をした実施例8のほうが表面処理をしなかった比較例8よりもヘイズが低く、かつ複屈折の複屈折(ΔNxy×10-3)の値が低いことがわかる。したがって、透明性と複屈折発現の観点から、表面処理した炭酸ストロンチウム微粒子が好ましいことがわかった。以上より、本発明のアルカリ土類金属化合物微粉末は、例えば偏光板の位相差フィルムなど、透明性が高く高い複屈折性が求められる光学フィルムに特に適していることがわかった。

Claims (15)

  1.  アルカリ土類金属化合物を主成分とし、平均長径が10~100nm、平均アスペクト比が1.0~5.0の範囲内にあるアルカリ土類金属化合物微粒子の表面に界面活性剤を付着させた高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末であって、
     小角X線散乱法により波長0.154nmのX線を照射して測定した散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内で散乱強度に散乱ピークを有することを特徴とする高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末。
  2.  前記散乱角2θが0.4~0.7°の範囲内であって、かつ該散乱角2θからBragg式より求めた粒子間距離dの算出値が12.6~22.1nmの範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末。
  3.  前記アルカリ土類金属化合物がアルカリ土類金属炭酸塩であることを特徴とする請求項1又は2に記載の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末。
  4.  前記アルカリ土類金属炭酸塩が炭酸ストロンチウムであることを特徴とする請求項3に記載の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末。
  5.  前記界面活性剤が親水性基と疎水性基とを含み、更に水中でアニオンを形成する基を有することを特徴とする請求項1に記載の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末。
  6.  請求項1~5のいずれか1項に記載の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末が樹脂に分散したことを特徴とする光学フィルム。
  7.  前記樹脂がポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、セルロースエステル、ポリスチレン、スチレンアクリロニトリル共重合体、ポリフマル酸ジエステル、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリオレフィン、マレイミド系共重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタンからなる群より選択される1種類以上であることを特徴とする請求項6に記載の光学フィルム。
  8.  請求項6又は7に記載の光学フィルムを備えることを特徴とする画像表示装置。
  9.  請求項1~5のいずれか1項に記載の高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の製造方法であって、
     平均長径が10~100nmの範囲内にあるアルカリ土類金属化合物微粒子が水性溶媒に分散されてなる第一分散液に、界面活性剤の存在下、せん断力を付与することで前記水性溶媒中に前記アルカリ土類金属化合物微粒子の一次粒子を分散させつつ該一次粒子と前記界面活性剤とを接触させて第二分散液を得る分散工程と、
     前記第二分散液を100~300℃の温度で加熱乾燥させて粉末状にする乾燥工程と、を含むことを特徴とする高分散性アルカリ土類金属化合物微粉末の製造方法。
  10.  アルカリ土類金属化合物微粉末を溶媒中に分散させたときの分散性を粉末状態で評価する微粉末分散性評価方法であって、
     小角X線散乱法によりアルカリ土類金属化合物微粉末にX線を照射して所定範囲の散乱角における散乱強度のスペクトルを得るX線照射工程と、
     前記スペクトルから散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内に散乱強度の散乱ピークを有するか否かを分析する散乱強度分析工程と、
     前記散乱ピークの検出結果に基づいて前記溶媒中における前記アルカリ土類金属化合物微粉末の分散性を推定する分散性推定工程と、
     を有することを特徴とする微粉末分散性評価方法。
  11.  前記分散性推定工程は、前記散乱ピークを検出した場合に、前記溶媒中における前記アルカリ土類金属化合物微粉末の分散性が相対的に高いと推定することを特徴とする請求項10に記載の微粉末分散性評価方法。
  12.  前記散乱角2θが0.4~0.7°の範囲内であることを特徴とする請求項10に記載の微粉末分散性評価方法。
  13.  アルカリ土類金属化合物微粉末を溶媒中に分散させたときの分散性を粉末状態で評価する微粉末分散性評価装置であって、
     小角X線散乱法によりアルカリ土類金属化合物微粉末にX線を照射して所定範囲の散乱角における散乱強度のスペクトルを得るX線照射手段と、
     前記スペクトルから散乱角2θが0.2~1.0°の範囲内に散乱強度の散乱ピークを有するか否かを分析する散乱強度分析手段と、
     前記散乱ピークの検出結果に基づいて前記溶媒中における前記アルカリ土類金属化合物微粉末の分散性を推定する分散性推定手段と、
     を有することを特徴とする微粉末分散性評価装置。
  14.  前記分散性推定手段は、前記散乱ピークを検出した場合に、前記溶媒中における前記アルカリ土類金属化合物微粉末の分散性が相対的に高いと推定することを特徴とする請求項13に記載の微粉末分散性評価装置。
  15.  前記散乱角2θが0.4~0.7°の範囲内であることを特徴とする請求項13に記載の微粉末分散性評価装置。
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