WO2019172151A1 - インジウムスズ酸化物粒子の製造方法及び硬化性組成物の製造方法 - Google Patents

インジウムスズ酸化物粒子の製造方法及び硬化性組成物の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present disclosure relates to a method for producing indium tin oxide particles and a method for producing a curable composition.
  • ITO particles Indium tin oxide particles
  • ITO particles having high absorbance in the near infrared region are useful for forming optical materials such as diffraction grating lenses and infrared filters, and a low Abbe number composite material can be realized.
  • various methods for producing ITO particles having absorption in the near infrared region having a wavelength of 1900 nm or less have been studied.
  • a solution containing a carboxylic acid metal salt and a carboxylic acid is prepared, and the resulting solution is used as an alcohol having a temperature of 250 ° C. or lower.
  • a method of producing metal oxide nanoparticles by dropping them into a reaction is proposed (US Patent Application Publication No. 2015/0259217 and 'Continuous Growth of Metal Oxide Nanocrystals: Enhanced Control of Nanocrystal Size and Radial Dopant Distribution 'American Chemical Society Vol.10 pp6942-6951 (2016)).
  • Nano-sized metal oxide particles such as ITO particles can be produced by the methods described in the above documents.
  • the dropping rate of the precursor solution containing the metal oxide is set to 0.5 mL (milliliter) / min or less to cause the particle generation reaction.
  • particles are obtained by maintaining the reaction temperature in the liquid for 30 minutes.
  • This manufacturing method requires a long time to synthesize ITO particles because the dropping speed is slow. For example, if the total dripping amount of the precursor solution is 500 mL, at least the synthesis time is 16 hours or more. It is not practical to apply the methods described in the above documents to an industrial scale.
  • the plasmon resonance peak of the obtained ITO particles may shift to the long wavelength side. It was found. By shifting the plasmon resonance peak of the ITO particles to the longer wavelength side, a low Abbe number cannot be obtained in an optical material such as a resin composition obtained using the ITO particles. Therefore, there is a problem that the ITO particles obtained by the methods described in the above documents are difficult to apply to optical materials.
  • the problem to be solved by an embodiment of the present invention is to provide a method for producing indium tin oxide particles capable of efficiently producing indium tin oxide particles having absorption in the near infrared region.
  • Another problem to be solved by another embodiment of the present invention is a method for producing a curable composition containing indium tin oxide particles having absorption in the near infrared region, having a low Abbe number, and useful for optical material applications. Is to provide.
  • Means for solving the above problems include the following aspects. ⁇ 1> A precursor solution containing indium and tin is heated by heating indium carboxylate having 1 to 3 carbon atoms and tin carboxylate having 1 to 3 carbon atoms in a solvent containing carboxylic acid having 6 to 20 carbon atoms. And the obtained precursor solution is dropped into a solvent having a hydroxyl group of 14 to 22 carbon atoms at 230 ° C. to 320 ° C. at a dropping rate of 1.0 mL / min or more, and indium tin oxide particles And a step of holding the obtained reaction liquid at a temperature of 230 ° C. to 320 ° C. for 60 minutes or more and 180 minutes or less after the dropping of the precursor solution is completed.
  • a method for producing indium tin oxide particles is produced.
  • the indium carboxylate having 1 to 3 carbon atoms and the tin carboxylate having 1 to 3 carbon atoms are contained in an amount of tin with respect to a total amount of indium and tin.
  • ⁇ 6> The indium according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the indium carboxylate having 1 to 3 carbon atoms includes indium acetate, and the tin carboxylate having 1 to 3 carbon atoms includes tin acetate.
  • ⁇ 7> The method for producing indium tin oxide particles according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein the solvent having a hydroxyl group having 14 to 22 carbon atoms contains oleyl alcohol.
  • ⁇ 8> The step of obtaining indium tin oxide particles, the obtained indium tin oxide particles, and the polymerizable compound are mixed by the production method according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>. Obtaining a curable composition having absorption in the near-infrared region, and a method for producing a curable composition.
  • a method for producing indium tin oxide particles capable of efficiently producing indium tin oxide particles having absorption in the near infrared region can be provided.
  • FIG. 6 is a graph showing the absorption characteristics of ITO particle dispersions in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2.
  • FIG. 3 is a diagram showing the correlation between the retention time of the reaction liquid and the plasmon absorption peak wavelength of the obtained ITO particles in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2.
  • a numerical range described using “to” represents a numerical range including numerical values before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
  • the amount of each component in the composition means the total amount of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific notice when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition.
  • an upper limit value or a lower limit value described in a numerical range may be replaced with an upper limit value or a lower limit value in another numerical range.
  • the upper limit value or the lower limit value described in a certain numerical range may be replaced with the values shown in the examples.
  • a combination of two or more preferred embodiments is a more preferred embodiment.
  • a group (atomic group) in the present disclosure unless otherwise specified, it is used to include an unsubstituted group and a group having a substituent.
  • alkyl group is used to include both an alkyl group having no substituent (unsubstituted alkyl group) and an alkyl group having a substituent (substituted alkyl group). The same applies to other substituents.
  • (meth) acryl represents both and / or acryl and methacryl
  • “(meth) acrylate” represents both and / or acrylate and methacrylate.
  • the term “process” is included in the term as long as the intended purpose of the process is achieved, even when the process is not clearly distinguished from other processes.
  • the method for producing ITO particles of the present disclosure includes indium carboxylate having 1 to 3 carbon atoms and tin carboxylate having 1 to 3 carbon atoms.
  • a step of obtaining a precursor solution containing indium and tin by heating in a solvent containing 20 carboxylic acids (hereinafter sometimes referred to as step (I)), and the obtained precursor solution is heated at 230 ° C. to A step of dropping into a solvent having a hydroxyl group of 14 to 22 carbon atoms at 320 ° C.
  • step (II) a reaction solution containing indium tin oxide particles
  • step (III) a step of holding the obtained reaction solution at a temperature of 270 ° C. to 320 ° C. for 60 minutes or more and 180 minutes or less
  • step (III) a step of holding the obtained reaction solution at a temperature of 270 ° C. to 320 ° C. for 60 minutes or more and 180 minutes or less
  • grains obtained does not shift to a long wavelength side, but the ITO particle
  • the effects of the present disclosure are not clear, but are estimated as follows.
  • a precursor solution containing a carboxylic acid metal salt is dropped into a solvent having a hydroxyl group (hereinafter sometimes referred to as an “alcohol solvent”) to form metal oxide particles
  • the precursor solution is dropped.
  • the plasmon resonance peak of the obtained ITO particles is shifted to the longer wavelength side.
  • the reason why the plasmon resonance peak of the obtained ITO particles shifts to the longer wavelength side is that the influence of impurities that inhibit crystal growth is ignored during the formation reaction of the metal oxide particles when the dropping speed of the precursor solution is high. It is assumed that the defect is caused by the generation of a large amount of defects that trap electrons in the ITO particles.
  • a treatment for maintaining the temperature of the reaction solution at 230 ° C. to 320 ° C. so-called aging is performed.
  • aging that is, maintaining the temperature of the reaction solution for an appropriate period of time, defects that trap electrons in the ITO particles are compensated over time, and the plasmon resonance peak is considered to shift to the short wavelength side.
  • the aging time is appropriately 60 minutes or more and 180 minutes or less, and the shift of the plasmon resonance peak to the long wavelength side is effectively suppressed within this holding time range.
  • the ITO particles obtained by the manufacturing method of the present disclosure are compensated for undesired defects and have good absorption in the near-infrared region, so that a low Abbe number is realized by application to a diffraction grating lens or the like.
  • the ITO particles obtained by the production method of the present disclosure are applied to a diffraction grating lens, the height of the diffraction grating can be lowered, and thus an effect of reducing flare can be obtained. Furthermore, the ITO particles obtained by the production method of the present disclosure are considered useful for filter applications in the near infrared region. Note that the present disclosure is not limited to the estimation mechanism. Hereinafter, the manufacturing method of the present disclosure will be described in the order of steps.
  • Step (I) In the step (I), indium carboxylate having 1 to 3 carbon atoms and tin carboxylate having 1 to 3 carbon atoms are heated in a solvent containing a carboxylic acid having 6 to 20 carbon atoms, so that a precursor containing indium and tin is contained. This is a process for obtaining a body solution.
  • indium raw material and tin raw material As the indium raw material and tin raw material used for the preparation of the precursor solution, indium carboxylate having 1 to 3 carbon atoms and tin carboxylate having 1 to 3 carbon atoms are used.
  • the indium raw material includes indium formate, indium acetate, indium propionate, and the like, and at least one indium carboxylate selected from the group consisting of these indium raw materials is used.
  • tin raw materials include tin (II) formate, tin (IV) formate, tin (II) acetate, tin (IV) acetate, tin (II) propionate, tin (IV) propionate, and the like.
  • At least one tin carboxylate selected from the group consisting of raw materials is used.
  • the indium raw material and the tin raw material are easily dissolved in the solvent when heated in a solvent containing a carboxylic acid having 6 to 20 carbon atoms. Accordingly, a precursor solution in which a carboxylic acid having 6 to 20 carbon atoms is coordinated to indium and tin can be easily obtained.
  • the preferred combination of the indium raw material and the tin raw material described above is preferably a combination of indium acetate and tin (IV) acetate. Can be mentioned.
  • solvent used for preparation of precursor solution an organic acid containing a carboxylic acid having 6 to 20 carbon atoms is used as the solvent.
  • the carboxylic acid has 6 to 20 carbon atoms, preferably 14 to 20 carbon atoms.
  • the hydrocarbon group in the carboxylic acid may be linear, may have a branch, or may have a ring structure as long as the carbon number is within the above range. Of these, unsaturated fatty acids are preferred as the carboxylic acid.
  • the solvent containing a carboxylic acid having 6 to 20 carbon atoms include caproic acid, caprylic acid, pelargonic acid, 2-ethylhexanoic acid, capric acid, undecanoic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearin.
  • examples thereof include acid, palmitoleic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, and the like. It is preferable to use one or more organic acids selected from the group consisting of the above organic acids.
  • the solvent it is more preferable to use one or more organic acids selected from the group consisting of caproic acid, caprylic acid, oleic acid, linoleic acid, and linolenic acid, and it is more preferable to include oleic acid.
  • Any of the above-mentioned solvents can readily dissolve the indium raw material and the tin raw material indium carboxylate having 1 to 3 carbon atoms and tin carboxylate having 1 to 3 carbon atoms by heating.
  • a precursor solution in which a carboxylic acid having 6 to 20 carbon atoms is coordinated to indium and tin can be easily obtained.
  • Preparation of precursor solution After mixing indium carboxylate having 1 to 3 carbon atoms and tin carboxylate having 1 to 3 carbon atoms and a solvent containing carboxylic acid having 6 to 20 carbon atoms, the precursor solution is prepared by heating. Indium carboxylate and tin carboxylate are dissolved by heating to obtain a solution of a precursor having coordinated carboxylic acid having 6 to 20 carbon atoms (for example, indium oleate and tin oleate when oleic acid is used). be able to.
  • a precursor having coordinated carboxylic acid having 6 to 20 carbon atoms for example, indium oleate and tin oleate when oleic acid is used.
  • step (I) indium carboxylate and tin carboxylate are added in an amount such that the amount of tin ([Sn / (In + Sn)]) relative to the total amount of indium and tin is 0.05 to 0.15 in molar ratio. It is preferable to use it. That is, the indium raw material and the tin raw material are weighed and mixed so that the amount of tin ([Sn / (In + Sn)]) is 0.05 to 0.15 in molar ratio with respect to the total amount of indium and tin. It is preferable to do.
  • ITO particles having a plasmon resonance peak of about 1900 nm or less that can be suitably used for optical materials such as optical filters and optical lenses can be easily obtained.
  • the total molar concentration of metals contained in the precursor solution is preferably 0.1 mmol (mmol) / mL or more, and more preferably 0.3 mmol / mL or more.
  • the upper limit of the total molar concentration of metals contained in the precursor solution is not particularly limited, but from the viewpoint of better solubility, the total molar concentration of metals contained in the precursor solution is 5 mmol / mL or less. It can be.
  • the heating temperature and the heating time for preparing the precursor solution are appropriately selected depending on the type of the solvent containing indium carboxylate, tin carboxylate, and carboxylic acid having 6 to 20 carbon atoms.
  • the solvent containing indium carboxylate, tin carboxylate, and carboxylic acid having 6 to 20 carbon atoms For example, when indium acetate and tin (IV) acetate are used as raw materials and oleic acid is used as a solvent, it is preferable to heat at a temperature upper limit of 140 ° C. to 160 ° C. for about 1 hour. Under the above conditions, a yellow transparent precursor solution can be obtained.
  • the raw materials should be mixed in a glove box where the oxygen concentration and water concentration are controlled in order to prevent impurities such as oxygen and water from entering the reaction system. Is preferred.
  • the filling operation is preferably performed in a glove box in which the oxygen concentration and the water concentration are controlled in order to avoid mixing of oxygen and water.
  • the conditions for the controlled oxygen concentration and water concentration include conditions such as an oxygen concentration of 5 ppm or less and a water concentration of 1 ppm or less.
  • the controlled oxygen concentration and moisture concentration conditions are not limited to the above conditions.
  • Step (II) In the step (II), the obtained precursor solution is dropped into a solvent having a hydroxyl group having 14 to 22 carbon atoms at 230 ° C. to 320 ° C. at a dropping rate of 1.0 mL / min or more, and indium tin oxidation is performed. This is a step of obtaining a reaction liquid containing physical particles.
  • a solvent having a hydroxyl group having 14 to 22 carbon atoms is used.
  • the solvent is selected from the viewpoint of stability at the reaction temperature.
  • Specific examples of the solvent having a hydroxyl group having 14 to 22 carbon atoms include myristyl alcohol, stearyl alcohol, palmityl alcohol, behenyl alcohol, arachidyl alcohol, palmitoleyl alcohol, oleyl alcohol, linoleyl alcohol, and docosenol. It is done.
  • the synthetic solvent preferably contains one or more solvents selected from the group consisting of the above solvents.
  • the boiling point is sufficiently lower than the reaction temperature, and since it has a melting point that does not become a solid when cooled at room temperature after the reaction, from the viewpoint of good workability, palmitoleyl alcohol, oleyl alcohol, and linoleyl It is more preferable to include one or more solvents selected from the group consisting of alcohols, and it is more preferable to include oleyl alcohol.
  • the above solvent having a hydroxyl group is heated to a temperature condition of 230 ° C. to 320 ° C., and a precursor solution in which carboxylic acid is coordinated to indium and tin obtained in the step (I) is added dropwise in the reaction solution. ITO particles are formed.
  • a precursor solution in which carboxylic acid is coordinated to indium and tin obtained in the step (I) is added dropwise in the reaction solution.
  • ITO particles are formed.
  • Metal-OH is formed in association with esterification reaction with a hydroxyl group and a carboxylic acid, and further a dehydration reaction proceeds to form a Metal-O-Metal bond.
  • the aforementioned solvent having a hydroxyl group is put into a reaction vessel such as a three-necked flask and heated.
  • the solvent is preferably introduced into the reaction vessel in a glove box in which the oxygen concentration and water concentration are controlled.
  • the heating temperature of the solvent is 230 ° C. to 320 ° C., which is a temperature at which ITO particles are easily formed.
  • oleyl alcohol is used as the solvent, it is preferably 230 ° C. to 320 ° C., more preferably 250 ° C. to 310 ° C., and even more preferably 280 ° C. to 300 ° C.
  • step (Synthesis) By dropping the precursor solution obtained in step (I) at a dropping rate of 1.0 mL / min or more into a preheated solvent having a hydroxyl group having 14 to 22 carbon atoms, the reaction in the solvent causes ITO. Get particles.
  • the dropping speed can be appropriately adjusted according to the types of indium raw material and tin raw material used in the precursor solution used, the concentration of the precursor solution, and the like. Especially, from a viewpoint that ITO particle
  • the dropping speed can be 100 mL / min or less from a viewpoint of equipment cost.
  • the dropping amount of the precursor solution can be set to 50 mL or more, and ITO particles can be generated efficiently.
  • the dripping amount of the precursor solution can be appropriately adjusted depending on the composition of the precursor solution, the amount of the alcohol solvent used, and the like.
  • the drop amount is preferably 50 mL or more, more preferably 100 mL or more.
  • an inert gas such as nitrogen
  • the flow rate of the inert gas such as nitrogen is appropriately adjusted depending on the reaction scale, the dropping speed, and the like. If the flow rate of the inert gas is too small, acetic acid or the like cannot be sufficiently discharged out of the system, and there is a concern that bumping may occur in the reaction solution, so a flow rate that can sufficiently remove water, acetic acid, etc. is set. It is preferable to do.
  • the content of the hydroxyl group contained in the solvent having a hydroxyl group having 14 to 22 carbon atoms in the reaction solution is A mole
  • the content of the carboxylic acid having 6 to 20 carbon atoms contained in the precursor solution is In the case of B mole
  • a and B preferably satisfy the condition of the following formula (I), and more preferably satisfy the condition of the following formula (II).
  • filling the conditions of the said Formula (I) esterification reaction will advance easily and the yield of ITO particle
  • the value of B / (A + B) can be calculated by calculating the number of moles from the amount of carboxylic acid and the amount of alcohol solvent used for preparing the precursor liquid in step (I) and the respective molecular weights. .
  • Step (III) is a so-called aging step in which, after the dropping of the precursor solution is completed, the obtained reaction solution is held at a temperature of 230 ° C. to 320 ° C. for 60 minutes to 180 minutes.
  • step (II) after the dripping of the precursor solution is completed, the obtained reaction solution is not immediately cooled and is maintained at a temperature condition of 230 ° C. to 320 ° C. for 60 minutes to 180 minutes. If the temperature of the reaction solution is maintained within the range of 230 ° C. to 320 ° C. within the range of the holding time, it is not always necessary to maintain the temperature at a constant temperature. The temperature may be lowered from 320 ° C.
  • the temperature of the reaction solution may be maintained in the range of 230 ° C. to 320 ° C. during the above holding time even if there is some temperature fluctuation.
  • the reaction temperature (temperature of the reaction liquid) in the step (II) and the holding temperature in the step (III) may be the same as or different from each other as long as the temperature ranges are defined.
  • the holding temperature of the reaction solution is in the range of 230 ° C to 320 ° C, preferably in the range of 250 ° C to 310 ° C, and more preferably in the range of 280 ° C to 300 ° C.
  • the time for holding the reaction solution at the above temperature is 60 minutes to 180 minutes, preferably 75 minutes to 150 minutes.
  • ICP mass spectrometry Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry
  • the number average particle diameter of the ITO particles obtained by the production method of the present disclosure is preferably 10 nm or more and 30 nm or less, more preferably 15 nm or more and 25 nm or less, and further preferably 20 nm or more and 25 nm or less.
  • the number average particle size is in the above range, scattering of the visible light region is suppressed and an increase in the viscosity of the composition is easily suppressed when the ITO particles are blended with the curable composition or the like.
  • the particles can be dispersed at a higher concentration, and as a result, a lower Abbe curable composition can be obtained.
  • the number average particle diameter is obtained by observing the particles with a transmission electron microscope (TEM), calculating the equivalent circle diameter of at least 100 particles, and calculating the arithmetic average value thereof. Further, from the viewpoint of sharply controlling the resonance peak, the standard deviation of the number average particle diameter is preferably 5 nm or less, and more preferably 3 nm or less. The standard deviation is obtained by observing the particles with a transmission electron microscope (TEM), calculating the equivalent circle diameter of at least 100 particles, and calculating the standard deviation.
  • TEM transmission electron microscope
  • the ITO particles obtained by the production method of the present disclosure can be used in the curable composition as an optical material.
  • the curable composition include a composition containing ITO particles obtained by the production method of the present disclosure described above and a polymerizable compound.
  • the curable composition is a composition that is cured by external energy application, is preferably a composition that is cured by heat or light, and is more preferably a composition that is cured by light.
  • the manufacturing method of the curable composition containing the indium tin oxide particle obtained by the manufacturing method of this indication can be applied suitably.
  • a curable composition is manufactured with the manufacturing method of the curable composition of this indication shown below.
  • the manufacturing method of the curable composition of the present disclosure includes a step of obtaining ITO particles by the manufacturing method of the present disclosure described above, and the obtained ITO particles and a polymerizable compound are mixed and absorbed in the near infrared region. Obtaining a curable composition having the following.
  • the curable composition When used as an optical material, it is preferably a composition having a low refractive index and a low Abbe number.
  • the Abbe number is a value calculated by the following equation 1.
  • Abbe number ⁇ d (n d ⁇ 1) / (n f ⁇ n c ) Equation 1
  • n d is the refractive index for the D line refractive index with respect to (a wavelength of 587.56 nm)
  • n f is the F-line refractive index for (wavelength 486.1 nm)
  • n c is the C-line (wavelength 656.3 nm) Respectively.
  • the C line, D line, and F line are the C line, D line, and F line in the Fraunhofer line.
  • the ITO particles obtained by the production method of the present disclosure have a low Abbe number curable composition because the peak wavelength of plasmon resonance absorption is in the near infrared region (for example, near 1900 nm wavelength). It is possible to realize an object, which leads to an improvement in performance when used as a diffraction grating lens and an improvement in the degree of freedom in designing optical elements.
  • the production method of ITO particles which is the first step in the production method of the curable composition of the present disclosure, is the same as the production method of the present disclosure described above, and the preferred embodiment is also the same.
  • the ITO particles obtained in the state dispersed in the solvent in the first step are in a state dispersed in the reaction solution, for example, ethanol is added to the ITO particles dispersed in the reaction solution.
  • a step of purifying the ITO particles may be carried out by carrying out a step of centrifuging and precipitating the particles, then removing the supernatant and redispersing in toluene.
  • the step of purifying the ITO particles may be repeated a plurality of times as necessary.
  • the manufacturing method of the curable composition of this indication has the process of mixing the ITO particle
  • a polymeric compound obtained by the above-mentioned 1st process
  • a polymeric compound obtained by the above-mentioned 1st process
  • a polymeric compound obtained by the above-mentioned 1st process
  • a polymeric compound there is no restriction
  • the amount of ITO particles used is 18% by mass or more based on the total solid content of the composition of the ITO particles in the resulting curable composition.
  • the amount is preferably 38% by mass or more, and more preferably 43% by mass or more.
  • the content is preferably 80% by mass or less, more preferably 75% by mass or less, and still more preferably 70% by mass or less with respect to the total solid content of the composition.
  • total solids refers to the total amount of components excluding volatile components such as solvents in the composition.
  • the content of the ITO particles in the curable composition is determined by determining the residual solid component after heating the composition to a temperature at which the liquid component can be completely removed (for example, 500 ° C.) by performing thermal mass spectrometry. It can be calculated as the mass content of ITO particles with respect to the total solid content of the curable composition to be measured.
  • a curable composition containing ITO particles and a polymerizable compound can be obtained by mixing the ITO particles obtained by the production method of the present disclosure described above and a polymerizable compound.
  • the polymerizable compound is not particularly limited as long as it is a compound that can be polymerized and cured.
  • a radical polymerizable compound is preferable, and an ethylenically unsaturated compound having at least one ethylenically unsaturated group in the molecule is more preferable.
  • the ethylenically unsaturated compound from the viewpoint of easily setting the refractive index after curing of the curable composition to about 1.5 to 1.55, which is a suitable value for use in a diffraction grating lens, for example, A polyfunctional ethylenically unsaturated compound having two or more saturated groups is preferred, and a polyfunctional (meth) acrylate compound having two or more (meth) acryloxy groups is more preferred.
  • Polyfunctional ethylenically unsaturated compounds include 1,4-divinylcyclohexane, 1,4-cyclohexanedimethanol divinyl ether, divinylbenzene, 1,6-divinylnaphthalene, ethoxylated bisphenol A divinyl ether, propoxylated bisphenol A di ( (Meth) acrylate; polyethylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolethane tri (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra ( (Meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, hexanediol di (meth) acrylate, tricyclodecane dimethanol di Acrylate, tri (acryl
  • a curable composition may contain 1 type of polymeric compounds, and may contain 2 or more types.
  • the content of the polymerizable compound in the curable composition is preferably 15% by mass to 85% by mass and more preferably 20% by mass to 70% by mass with respect to the total solid content of the curable composition. More preferably, the content is 30% by mass to 60% by mass.
  • the curable composition preferably contains a polymerization initiator. From the viewpoint of making the curable composition an ultraviolet curable composition, it is preferable to contain a photopolymerization initiator as a polymerization initiator.
  • the polymerization initiator can be appropriately selected according to the polymerizable compound contained in the curable composition. For example, when the curable composition contains a radical polymerizable compound as the polymerizable compound, the polymerization initiator that can be optionally contained is preferably a radical polymerization initiator.
  • radical photopolymerization initiator which is a preferable embodiment as the polymerization initiator will be described.
  • a radical photopolymerization initiator containing an acylphosphine oxide structure, an ⁇ -hydroxyalkylphenone structure, or an ⁇ -aminoalkylphenone structure is preferable.
  • the radical photopolymerization initiator is not particularly limited in terms of structure.
  • 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide, 2,2 -Dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 1- [4- (2-hydroxyethoxy) phenyl] -2-hydroxy-2-methyl- 1-propan-1-one, 2-hydroxy-1- ⁇ 4- [4- (2-hydroxy-2-methyl-propionyl) benzyl] phenyl ⁇ -2-methyl-propan-1-one, 2-methyl- 1- (4-methylthiophenyl) -2-morpholinopropan-1-one Can.
  • IRGACURE registered trademark
  • BASF eg: IRGACURE TPO, IRGACURE 819, IRGACURE 651, IRGACURE 184, IRGACURE 1173, IRGACURE 2959, IRGACURE 127, IRGACURE 907) and the like.
  • the polymerization initiator may be contained individually by 1 type and may contain 2 or more types.
  • the content of the polymerization initiator is the total mass of the polymerizable compound from the viewpoint of wear resistance and high-temperature stretchability of the cured product obtained using the curable composition. Is preferably 0.05% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, further preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, and 0.5% by mass.
  • the content is particularly preferably 3% by mass or less.
  • the curable composition may contain a dispersant.
  • a dispersant By including the dispersant, the dispersibility of the ITO particles in the curable composition can be further increased, and as a result, the obtained curable composition can easily realize high visible light transmission characteristics, a low Abbe number, and the like.
  • a cationic surfactant, a nonionic surfactant, and an amphoteric surfactant are effective.
  • Surfactants used as dispersants include polyester, ⁇ -caprolactone, polycarboxylate, polyphosphate, hydrostearate, amide sulfonate, polyacrylate, olefin maleate copolymer Acrylic-maleate copolymer, alkylamine acetate, organic phosphoric acid, alkyl fatty acid salt, fatty acid polyethylene glycol ester-based, silicone-based, and fluorine-based surfactants can be preferably used. It is more preferred to use at least one basic dispersant selected from the group consisting of ammonia and organic amines. A commercially available product may be used as the dispersant.
  • Dispersic series manufactured by Big Chemie Japan
  • Solsperse series manufactured by Zenega
  • TAMN series manufactured by Nikko Chemical
  • DISPERBYK-161 amine-based
  • DISPERNYK-111 phosphoric acid-based
  • the like are more preferable from the viewpoint of high adsorptivity to ITO particles and high steric hindrance and easy dispersibility.
  • the dispersant may be contained alone or in combination of two or more.
  • the content of the dispersant is preferably 1% by mass to 30% by mass with respect to the total mass of the oxide particles in the curable composition, and 3% by mass to 20%.
  • the mass is more preferably 5% by mass to 15% by mass.
  • the curable composition may contain other components in addition to the above compounds in addition to the ITO particles, the polymerizable compound, and the polymerization initiator and dispersant that are the preferred optional components described above.
  • examples of other components include a solvent, a polymerization inhibitor, a surfactant other than the dispersant, a plasticizer, and a sensitizer.
  • the curable composition contains a solvent in order to improve the curability of the resulting curable composition and to suppress uneven generation inside the film during curing. Preferably not.
  • a curable composition can be produced by stirring and mixing these components.
  • the timing of mixing each component is arbitrary, and may be appropriately added according to the physical properties of each component.
  • the preferable characteristic of the curable composition obtained by the manufacturing method of the curable composition of this indication is shown below.
  • -Abbe number The curable composition containing ITO particles obtained by the production method of the present disclosure can achieve a low Abbe number. From such a viewpoint, the Abbe number of the obtained curable composition is preferably 8 to 30, more preferably 10 to 25, and still more preferably 10 to 20. The Abbe number of the curable composition is measured using a refractometer DR-M2 manufactured by Atago Co., Ltd.
  • the curable composition preferably has a refractive index nD for light having a wavelength of 589 nm of 1.40 to 1.60, more preferably 1.40 to 1.55.
  • the refractive index is measured using a refractometer DR-M2 manufactured by Atago.
  • the visible light transmittance (hereinafter sometimes simply referred to as “transmittance”) at a wavelength of 405 nm of the curable composition according to the present disclosure is preferably 85% to 100%, more preferably 90% to 100%. It is more preferable that The visible light transmittance is a value when converted to an optical path length of 10 ⁇ m, measured using a spectrophotometer V-670 manufactured by JASCO Corporation.
  • the curable composition obtained by the method for producing a curable composition of the present disclosure can be preferably used for producing an optical material having a low Abbe number and a low refractive index, and is particularly preferably used for producing a diffraction grating lens. .
  • the use of a curable composition is not limited above.
  • Example 1 (Drop rate: 1.75 mL / min, retention time: 120 minutes, precursor solution concentration: 0.5 mmol / mL) First, 75 mL of oleic acid (Sigma Aldrich, technical grade, 90%), 10.060 g (34.5 mmol) of indium acetate (Alfa Aesar, 99.99%) and 1.079 g in the flask. (3.0 mmol) of tin (IV) acetate (Alfa Aesar) was added and heated at 160 ° C. for 1 hour under an environment of nitrogen flow to obtain a yellow transparent precursor solution (step ( I)). The precursor solution was injected into the syringe in an environment with an oxygen concentration of 1 ppm.
  • step (II) 90 mL of oleyl alcohol (manufactured by Wako Chemical, purity of 65% or more) was added to another flask, and heated at 290 ° C. in a nitrogen flow.
  • the precursor solution obtained in the step (I) and injected into the syringe was dropped into heated oleyl alcohol at a rate of 1.75 mL / min using a syringe pump (step (II)).
  • step (III) the temperature of the obtained reaction solution is maintained at 290 ° C. and held for 120 minutes (step (III)), and then the heating is stopped and cooled to room temperature (25 ° C.). did.
  • the resulting reaction solution is centrifuged by adding ethanol, and the resulting ITO particles are allowed to settle, and then the supernatant is removed and redispersed in toluene three times to obtain ITO particles with oleic acid coordination. A toluene dispersion was obtained.
  • the obtained ITO particles were observed by TEM according to the method described above, and the particle size was measured. The number average particle size was 21 nm.
  • Example 2 (Drop rate: 1.75 mL / min, retention time: 60 minutes)
  • the time for maintaining the temperature of the reaction solution in Step (II) at 290 ° C. was changed from 120 minutes to 60 minutes.
  • a toluene dispersion of ITO particles was obtained in the same manner as in Example 1.
  • Example 3 (Drop rate: 1.75 mL / min, retention time: 180 minutes)
  • the time for maintaining the temperature of the reaction solution in Step (II) at 290 ° C. was changed from 120 minutes to 180 minutes.
  • a toluene dispersion of ITO particles was obtained in the same manner as in Example 1.
  • Example 4 (Drip rate: 1.0 mL / min, retention time: 60 minutes)
  • a toluene dispersion of ITO particles was obtained in the same manner as in Example 1 except that the time for maintaining the temperature of the reaction solution at 290 ° C. in step (II) was changed from 120 minutes to 60 minutes.
  • Example 5 (Drip rate: 1.0 mL / min, retention time: 180 minutes)
  • Example 1 after changing the dropping rate of dropping the precursor solution in step (I) from 1.75 mL / min to 1.0 mL / min, and after dropping of the precursor solution was completed in step (II), A toluene dispersion of ITO particles was obtained in the same manner as in Example 1, except that the time for maintaining the temperature of the reaction solution at 290 ° C. in step (II) was changed from 120 minutes to 180 minutes.
  • Example 1 (Drop rate: 1.75 mL / min, retention time: 30 minutes)
  • the time for maintaining the temperature of the reaction solution in Step (II) at 290 ° C. was changed from 120 minutes to 30 minutes.
  • a toluene dispersion of ITO particles was obtained in the same manner as in Example 1.
  • Example 2 (Drop rate: 1.75 mL / min, retention time: 240 minutes)
  • the time for maintaining the temperature of the reaction solution in Step (II) at 290 ° C. was changed from 120 minutes to 240 minutes.
  • a toluene dispersion of ITO particles was obtained in the same manner as in Example 1.
  • Example 6 (Drip rate: 3.5 mL / min, retention time: 180 minutes)
  • Example 3 a toluene dispersion of ITO particles was prepared in the same manner as in Example 3 except that the dropping speed at which the precursor solution was dropped in Step (I) was changed from 1.75 mL / min to 3.5 mL / min. Got.
  • Example 7 (Drip rate: 3.5 mL / min, retention time: 60 minutes)
  • a toluene dispersion of ITO particles was prepared in the same manner as in Example 4 except that the dropping rate of dropping the precursor solution in Step (I) was changed from 1.75 mL / min to 3.5 mL / min. Got.
  • Comparative Example 3 (Drip rate: 1.0 mL / min, retention time: 30 minutes)
  • a toluene dispersion of ITO particles was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the dropping rate of dropping the precursor solution in Step (I) was changed from 1.75 mL / min to 1.0 mL / min. Got.
  • Comparative Example 4 (Drip rate: 1.0 mL / min, retention time: 240 minutes)
  • a toluene dispersion of ITO particles was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, except that the dropping rate of dropping the precursor solution in Step (I) was changed from 1.75 mL / min to 1.0 mL / min. Got.
  • Example 8 (Drop rate: 1.75 mL / min, retention time: 120 minutes, precursor solution concentration: 0.2 mmol / mL)
  • 75 mL of oleic acid, 4.024 g (13.8 mmol) of indium acetate, and 0.432 g (1.2 mmol) of tin (IV) acetate were charged, and under an environment in a nitrogen flow, 160 A toluene dispersion of ITO particles was obtained in the same manner as in Example 1 except that the yellow transparent precursor solution was obtained by heating at 0 ° C. for 1 hour.
  • Example 9 (Drop rate: 1.75 mL / min, retention time: 120 minutes, precursor solution concentration: 0.6 mmol / mL)
  • 75 mL of oleic acid, 12.072 g (41.4 mmol) of indium acetate, and 1.295 g (3.6 mmol) of tin (IV) acetate were charged.
  • a toluene dispersion of ITO particles was obtained in the same manner as in Example 1 except that the yellow transparent precursor solution was obtained by heating at 0 ° C. for 1 hour.
  • Example 10 (Drip rate: 1.75 mL / min, retention time: 120 minutes, precursor liquid volume: 50 mL)
  • Into a flask 50 mL of oleic acid, 6.707 g (23.0 mmol) of indium acetate, and 0.719 g (2 mmol) of tin (IV) acetate were charged, and the temperature was 160 ° C. under an environment of nitrogen flow. Heated for 1 hour to obtain a yellow transparent precursor solution.
  • a toluene dispersion of ITO particles was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of oleyl alcohol added to another flask was changed from 90 mL to 60 mL.
  • Example 11 (Drip rate: 1.75 mL / min, retention time: 120 minutes, precursor liquid amount: 100 mL)
  • Into the flask 100 mL of oleic acid, 13.414 g (46.0 mmol) of indium acetate, and 1.438 g (4 mmol) of tin (IV) acetate were charged, and the temperature was 160 ° C. under an environment of nitrogen flow. Heated for 1 hour to obtain a yellow transparent precursor solution.
  • a toluene dispersion of ITO particles was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of oleyl alcohol added to another flask was changed from 90 mL to 120 mL.
  • Example 12 (Synthesis temperature: 270 ° C)
  • step (II) the temperature of the oleyl alcohol was changed from 290 ° C. to 270 ° C.
  • step (III) the temperature of the reaction solution after the dropwise addition of the precursor solution was maintained at 270 ° C. for 120 minutes.
  • a toluene dispersion of ITO particles was obtained in the same manner as in Example 1.
  • Example 13 (Synthesis temperature: 310 ° C)
  • the temperature of the oleyl alcohol was changed from 290 ° C. to 310 ° C.
  • the temperature of the reaction solution after dropping of the precursor solution was maintained at 310 ° C. for 120 minutes.
  • a toluene dispersion of ITO particles was obtained in the same manner as in Example 1.
  • Example 14 (Synthesis temperature: 290 ° C, holding temperature: 270 ° C) 75 mL of oleic acid (Sigma Aldrich, technical grade, 90%), 10.060 g (34.5 mmol) of indium acetate (Alfa Aesar, 99.99%) and 1.079 g (3 0.0 mmol) of tin acetate (IV) (manufactured by Alfa Aesar) and heated at 160 ° C. for 1 hour under an environment in a nitrogen flow to obtain a yellow transparent precursor solution (step (I)) ). The precursor solution was injected into the syringe in an environment with an oxygen concentration of 1 ppm.
  • oleyl alcohol (Wako Chemical, 65% up) was added to the flask and heated at 290 ° C. in a nitrogen flow.
  • the precursor solution injected into the syringe into the heated oleyl alcohol was dropped into the heated oleyl alcohol at a rate of 1.75 mL / min using a syringe pump (step (II)).
  • the temperature of the obtained reaction solution is set to 270 ° C., and the temperature of 270 ° C. is maintained for 120 minutes (step (III)). Until cooled.
  • an ITO particle-containing curable composition dispersed in an acrylate as a polymerizable compound was obtained.
  • the obtained ITO particle-containing curable composition was evaluated using a refractometer DR-M2 manufactured by Atago Co., Ltd. That is, for the toluene dispersions of ITO particles of Examples and Comparative Examples, curable compositions containing ITO particles were prepared by the method described above, and the refractive index and Abbe number of the curable compositions were evaluated.
  • the Abbe number is an index indicating the wavelength dispersion of the refractive index in the visible light region, and the Abbe number ⁇ d is calculated by the following equation.
  • the Abbe number ( ⁇ d ) is a value calculated by the following equation 1.
  • n d (n d ⁇ 1) / (n f ⁇ n c ) Equation 1
  • n d is the refractive index for the D line refractive index with respect to (a wavelength of 587.56 nm)
  • n f is the F-line refractive index for (wavelength 486.1 nm)
  • n c is the C-line (wavelength 656.3 nm) Respectively.
  • the C line, D line, and F line are the C line, D line, and F line in the Fraunhofer line.
  • Table 1 The evaluation results are shown in Table 1.
  • the curable composition containing ITO particles obtained by the production methods of the Examples has a low Abbe number ( ⁇ d) of 19 or less and a large wavelength dispersion.
  • the Abbe number of the curable composition is low, it can be expected that the Abbe number of the cured product of the curable composition also becomes a low value.
  • the ITO particles and the curable composition obtained by the production method of the present disclosure can be suitably used for various applications such as optical materials.

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Abstract

本発明が解決しようとする課題は、近赤外線領域に吸収を有するインジウムスズ酸化物粒子を、効率よく製造し得るインジウムスズ酸化物粒子の製造方法を提供すること、及び、近赤外線領域に吸収を有するインジウムスズ酸化物粒子を含み、低アッベ数であり、光学材料用途に有用な硬化性組成物の製造方法を提供することである。 本発明は、炭素数1~3のカルボン酸インジウム及び炭素数1~3のカルボン酸スズを、炭素数6~20のカルボン酸を含む溶媒中で加熱して、インジウム及びスズを含む前駆体溶液を得る工程と、得られた前駆体溶液を、230℃~320℃の炭素数14~22のヒドロキシル基を有する溶媒中に、1.0mL/min以上の滴下速度で滴下し、インジウムスズ酸化物粒子を含む反応液を得る工程と、上記前駆体溶液の滴下を終了した後に、得られた反応液を230℃~320℃の温度条件下で、60分以上180分以下保持する工程と、を含むインジウムスズ酸化物粒子の製造方法及び得られたインジウムスズ酸化物粒子を含む硬化性組成物の製造方法に関する。

Description

インジウムスズ酸化物粒子の製造方法及び硬化性組成物の製造方法
 本開示は、インジウムスズ酸化物粒子の製造方法及び硬化性組成物の製造方法に関する。
 インジウムスズ酸化物粒子(以下、「ITO粒子」と称することがある)は、種々の用途に使用し得る。なかでも、近赤外領域で高い吸光度を有するITO粒子は、回折格子レンズ、赤外線フィルタ等の光学材料の形成に有用であり、低アッベ数の複合材料が実現可能となる。
 このため、波長1900nm以下の近赤外線領域に吸収を有するITO粒子の製造方法が各種検討されている。
 例えば、低温にて複数の金属種を含む金属酸化物粒子を製造し得る方法として、カルボン酸金属塩とカルボン酸とを含む溶液を調製し、得られた溶液を、250℃以下の温度のアルコールに滴下して反応させ、金属酸化物のナノ粒子を製造する方法が提案されている(米国特許出願公開第2015/0259217号明細書及び’Continuous Growth of Metal Oxide Nanocrystals: Enhanced Control of Nanocrystal Size and Radial Dopant Distribution’ American Chemical Society Vol.10 pp6942-6951(2016年)参照)。
 上記各文献に記載の方法により、ITO粒子などのナノサイズの金属酸化物粒子を製造し得る。しかし、好適な製造方法として上記各文献に具体的に記載されているのは、金属酸化物を含む前駆体溶液の滴下速度を0.5mL(ミリリットル)/分以下として、粒子生成反応を生起させ、液中で、反応温度を30分間維持して粒子を得る方法である。この製造方法は、滴下速度が遅いためITO粒子の合成に長時間を要する。例えば、前駆体溶液の総滴下量を500mLとすると、少なくとも合成時間は16時間以上必要となる。上記各文献に記載の方法を工業的スケールに適用することは現実的ではない。
 また、本発明者らの検討によれば、上記各文献に記載の方法において、前駆体溶液の滴下速度のみを高くすると、得られたITO粒子のプラズモン共鳴ピークが長波長側にシフトすることが見出された。ITO粒子のプラズモン共鳴ピークが長波長側にシフトすることにより、ITO粒子を用いて得られる樹脂組成物などの光学材料において低アッベ数が得られない。従って、上記各文献に記載の方法で得られたITO粒子は光学材料への適用が困難となるという問題がある。
 本発明の一実施形態が解決しようとする課題は、近赤外線領域に吸収を有するインジウムスズ酸化物粒子を、効率よく製造し得るインジウムスズ酸化物粒子の製造方法を提供することである。
 本発明の別の実施形態が解決しようとする課題は、近赤外線領域に吸収を有するインジウムスズ酸化物粒子を含み、低アッベ数であり、光学材料用途に有用な硬化性組成物の製造方法を提供することである。
 上記課題を解決するための手段には、以下の態様が含まれる。
<1> 炭素数1~3のカルボン酸インジウム及び炭素数1~3のカルボン酸スズを、炭素数6~20のカルボン酸を含む溶媒中で加熱して、インジウム及びスズを含む前駆体溶液を得る工程と、得られた前駆体溶液を、230℃~320℃の炭素数14~22のヒドロキシル基を有する溶媒中に、1.0mL/min以上の滴下速度で滴下し、インジウムスズ酸化物粒子を含む反応液を得る工程と、上記前駆体溶液の滴下を終了した後に、得られた反応液を230℃~320℃の温度条件下で、60分以上180分以下保持する工程と、を含むインジウムスズ酸化物粒子の製造方法。
<2> 上記インジウム及びスズを含む前駆体溶液を得る工程において、上記炭素数1~3のカルボン酸インジウム及び上記炭素数1~3のカルボン酸スズを、インジウムとスズとの総量に対するスズの量がモル比で0.05~0.15となる量で用いる<1>に記載のインジウムスズ酸化物粒子の製造方法。
<3> 上記前駆体溶液に含まれる金属の総モル濃度が、0.1mmol/mL以上である<1>又は<2>に記載のインジウムスズ酸化物粒子の製造方法。に記載の硬化性組成物。
<4> 上記炭素数14~22のヒドロキシル基を有する溶媒中に含まれるヒドロキシル基の含有量をAモルとし、上記前駆体溶液に含まれる炭素数6~20のカルボン酸の含有量をBモルとした場合、AとBとが下記式(I)の条件を満たす<1>~<3>のいずれか1つに記載のインジウムスズ酸化物粒子の製造方法。
  B/(A+B)<0.5   式(I)
<5> 上記炭素数6~20のカルボン酸がオレイン酸を含む<1>~<4>のいずれか1つに記載のインジウムスズ酸化物粒子の製造方法。
<6> 上記炭素数1~3のカルボン酸インジウムが酢酸インジウムを含み、上記炭素数1~3のカルボン酸スズが酢酸スズを含む<1>~<5>のいずれか1つに記載のインジウムスズ酸化物粒子の製造方法。
<7> 上記炭素数14~22のヒドロキシル基を有する溶媒が、オレイルアルコールを含む<1>~<6>のいずれか1つに記載のインジウムスズ酸化物粒子の製造方法。
<8> <1>~<7>のいずれか1つに記載の製造方法により、インジウムスズ酸化物粒子を得る工程と、得られたインジウムスズ酸化物粒子と、重合性化合物と、を混合し、近赤外線領域に吸収を有する硬化性組成物を得る工程と、を含む硬化性組成物の製造方法。
 本発明の一実施形態によれば、近赤外線領域に吸収を有するインジウムスズ酸化物粒子を、効率よく製造し得るインジウムスズ酸化物粒子の製造方法を提供することができる。
 本発明の別の実施形態によれば、近赤外線領域に吸収を有するインジウムスズ酸化物粒子を含み、低アッベ数であり、光学材料用途に有用な硬化性組成物の製造方法を提供することができる。
実施例1~3及び比較例1~比較例2における、ITO粒子分散液の吸収特性を示すグラフである。 実施例1~3及び比較例1~比較例2における、反応液の保持時間と、得られたITO粒子のプラズモン吸収ピーク波長との相関を示す図である。
 以下、本開示の内容について説明する。
 以下に記載する構成要件の説明は、本開示の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本開示は以下の実施態様に限定されない。
 本開示において「~」を用いて記載した数値範囲は、「~」の前後の数値を下限値及び上限値として含む数値範囲を表す。
 本開示において組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
 本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
 また、本開示において、2以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
 本開示における基(原子団)の表記において、特に断りのない限りは、無置換のもの、置換基を有するものをも包含する意味で用いられる。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)と、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)との双方を包含する意味で用いられる。その他の置換基についても同様である。
 また、本開示において、「(メタ)アクリル」は、アクリル及びメタクリルの双方又はいずれかを表し、「(メタ)アクリレート」は、アクリレート及びメタクリレートの双方又はいずれかを表す。
 本開示において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
<ITO粒子の製造方法>
 本開示のITO粒子の製造方法(以下、単に「製造方法」と称することがある。)は、炭素数1~3のカルボン酸インジウム及び炭素数1~3のカルボン酸スズを、炭素数6~20のカルボン酸を含む溶媒中で加熱して、インジウム及びスズを含む前駆体溶液を得る工程(以下、工程(I)と称することがある)と、得られた前駆体溶液を、230℃~320℃の炭素数14~22のヒドロキシル基を有する溶媒中に、1.0mL/min以上の滴下速度で滴下し、インジウムスズ酸化物粒子を含む反応液を得る工程(以下、工程(II)と称することがある)と、上記前駆体溶液の滴下を終了した後に、得られた反応液を270℃~320℃の温度条件下で、60分以上180分以下保持する工程(以下、工程(III)と称することがある)と、を含む。
 本開示の製造方法によれば、近赤外線領域に吸収を有するITO粒子を、効率よく製造し得る、詳細には、前駆体溶液を、ヒドロキシル基を含む溶媒中に、滴下速度1.0mL/min以上という速い速度で滴下しても、得られるITO粒子の吸収が長波長側にシフトせず、近赤外線領域に良好な吸収を有するITO粒子を効率よく製造することができる。
 本開示の作用効果は明かではないが、下記のように推測している。
 一般にカルボン酸金属塩含む前駆体溶液を、上記ヒドロキシル基を有する溶媒(以下、「アルコール溶媒」と称することがある。)に滴下して金属酸化物粒子を生成させる際に、前駆体溶液の滴下速度のみを高くすると、得られたITO粒子のプラズモン共鳴ピークが長波長側にシフトする。得られたITO粒子のプラズモン共鳴ピークが長波長側にシフトする原因としては、前駆体溶液の滴下速度が速いと、金属酸化物粒子の生成反応時に、結晶成長を阻害する不純物等の影響が無視できなくなり、ITO粒子内に電子をトラップする欠陥が多量に生成することに起因すると推測される。
 本開示の製造方法では、粒子の生成反応の終了時、即ち、前駆体溶液をアルコール溶媒中に滴下した後に、反応液の温度を230℃~320℃に保持する処理、所謂エージングを行なう。このエージング、すなわち反応液の温度の保持を適切な時間継続して行なうことで、経時によりITO粒子内における電子をトラップする欠陥が補償され、プラズモン共鳴ピークが短波長側にシフトすると考えられる。
 なお、本発明者らの検討によれば、エージングの時間は60分以上180分以下が適切であり、この保持時間の範囲においてプラズモン共鳴ピークが長波長側にシフトすることが効果的に抑制される。
 エージングの時間は短すぎると十分な欠陥の補償効果が得られず、また、エージングの時間が長すぎると、電子をトラップする欠陥のみならず、電子の発生に有用な酸素欠陥も補償されてしまうために、電子数が減少し、再びプラズモン共鳴ピークが長波長側にシフトすると考えられる。
 本開示の製造方法により得られるITO粒子は、所望されない欠陥の補償がなされ、近赤外線領域に良好な吸収を有することから、回折格子レンズなどに適用することで、低アッベ数が実現する。よって、本開示の製造方法により得られるITO粒子は、回折格子レンズに適用した場合、回折格子高さを低くすることが可能となるために、フレアが減少するという効果を得ることができる。さらに、本開示の製造方法により得られるITO粒子は、近赤外線領域におけるフィルタ用途にも有用となると考えられる。
 なお、本開示は上記推定機構には制限されない。
 以下、本開示の製造方法について工程順に説明する。
〔工程(I)〕
 工程(I)は、炭素数1~3のカルボン酸インジウム及び炭素数1~3のカルボン酸スズを、炭素数6~20のカルボン酸を含む溶媒中で加熱して、インジウム及びスズを含む前駆体溶液を得る工程である。
(インジウム原料及びスズ原料)
 前駆体溶液の調製に用いるインジウム原料及びスズ原料としては、炭素数1~3のカルボン酸インジウム及び炭素数1~3のカルボン酸スズを用いる。
 具体的には、インジウム原料としては、ギ酸インジウム、酢酸インジウム、プロピオン酸インジウム等が挙げられ、これらのインジウム原料からなる群より選ばれる少なくとも1種のカルボン酸インジウムが用いられる。なかでも、安定性、ハンドリング性、供給安定性及びコストの観点からは、インジウム原料として、酢酸インジウムを含むことが好ましい。
 スズ原料としては、ギ酸スズ(II)、ギ酸スズ(IV)、酢酸スズ(II)、酢酸スズ(IV)、プロピオン酸スズ(II)、プロピオン酸スズ(IV)等が挙げられ、これらのスズ原料からなる群より選ばれる少なくとも1種のカルボン酸スズが用いられる。なかでも、安定性、ハンドリング性、供給安定性及びコストの観点からは、スズ原料として、酢酸スズ(II)及び酢酸スズ(IV)を含むことが好ましく、酢酸スズ(IV)を含むことがより好ましい。
 上記インジウム原料及びスズ原料を用いることで、炭素数6~20のカルボン酸を含む溶媒中で加熱する際に、インジウム原料及びスズ原料が溶媒に容易に溶解される。従って、インジウム及びスズに炭素数6~20のカルボン酸が配位した前駆体溶液を容易に得ることができる。
 なかでも、原料コスト、純度、安定性、ハンドリング、前駆体溶液形成の容易性等の観点から、既述のインジウム原料及びスズ原料の好ましい組み合わせとして、酢酸インジウム及び酢酸スズ(IV)の組み合わせが好ましく挙げられる。
(前駆体溶液の調製に用いる溶媒)
 前駆体溶液を調製する溶媒としては、炭素数6~20のカルボン酸を含む有機酸を溶媒として用いる。
 カルボン酸の炭素数は、6~20であり、14~20が好ましい。
 カルボン酸における炭化水素基は、上記炭素数の範囲であれば、直鎖状であってもよく、分岐を有していてもよく、環構造であってもよい。
 なかでも、カルボン酸としては、不飽和脂肪酸が好ましい。
 炭素数6~20のカルボン酸を含む溶媒としては、具体的には、カプロン酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、2-エチルヘキサン酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸等が挙げられ、上記有機酸からなる群より選ばれた1種以上の有機酸を用いることが好ましい。なかでも、溶媒として、カプロン酸、カプリル酸、オレイン酸、リノール酸、及びリノレン酸からなる群より選ばれる1種以上の有機酸を用いることがより好ましく、オレイン酸を含むことがさらに好ましい。
 上記溶媒はいずれも、加熱することによって既述のインジウム原料及びスズ原料である炭素数1~3のカルボン酸インジウム及び炭素数1~3のカルボン酸スズを容易に溶解させることができ、溶解により、インジウム及びスズに、それぞれ炭素数6~20のカルボン酸が配位した前駆体溶液を容易に得ることができる。
(前駆体溶液の作製)
 炭素数1~3のカルボン酸インジウム及び炭素数1~3のカルボン酸スズと、炭素数6~20のカルボン酸を含む溶媒と、を混合した後、加熱して前駆体溶液を調製する。
 加熱によってカルボン酸インジウム及びカルボン酸スズが溶解し、炭素数6~20のカルボン酸が配位した前駆体(例えば、オレイン酸を使用した場合であれば、インジウムオレイト及びスズオレイト)の溶液を得ることができる。
 工程(I)において、カルボン酸インジウム及びカルボン酸スズを、インジウムとスズとの総量に対するスズの量(〔Sn/(In+Sn)〕)が、モル比で0.05~0.15となる量で用いることが好ましい。
 即ち、インジウム原料と、スズ原料とは、インジウムとスズとの総量に対するスズの量(〔Sn/(In+Sn)〕)が、モル比で0.05~0.15となる量を秤量して混合することが好ましい。
 インジウムとスズとを上記のモル比の範囲で含むことで、光学フィルタ、光学レンズ等の光学材料用途に好適に用いることができるプラズモン共鳴ピークが1900nm以下程度のITO粒子が得られやすい。
 前駆体溶液に含まれる金属の総モル濃度は、0.1mmol(ミリモル)/mL以上であることが好ましく、0.3mmol/mL以上であることがより好ましい。
 金属のモル濃度を上記範囲とすることで、ITO粒子の収量を容易に高くすることが可能となる。
 前駆体溶液に含まれる金属の総モル濃度の上限には特に制限はないが、溶解性がより良好であるという観点からは、前駆体溶液に含まれる金属の総モル濃度は、5mmol/mL以下とすることができる。
 前駆体溶液を調製する際の加熱温度及び加熱時間は、用いるカルボン酸インジウム、カルボン酸スズ、及び炭素数6~20のカルボン酸を含む溶媒の種類によって適宜選択される。例えば、原料として酢酸インジウム及び酢酸スズ(IV)を用い、溶媒としてオレイン酸を用いる場合であれば、140℃~160℃の温度上限で、1時間程度加熱することが好ましい。上記条件により、黄色透明な前駆体溶液を得ることができる。
 なお、前駆体溶液の調製に際しては、反応系内に、酸素、水等の不純物が混入することを避ける目的で、原料の混合は酸素濃度及び水分濃度が制御されたグローブボックス内等で行うことが好ましい。また、原料と溶媒とを加熱し、前駆体溶液を調製する際には、窒素等の不活性ガスをフローさせて行うことが好ましい。
 得られた前駆体溶液は、シリンジ内に充填して、次工程に適用することができる。前駆体溶液をシリンジ内に充填する際には、酸素や水の混入を避けるため、充填作業は酸素濃度及び水分濃度が制御されたグローブボックス中等で行うことが好ましい。
 制御された酸素濃度及び水分濃度の条件としては、例えば、酸素濃度が5ppm以下、水分濃度が1ppm以下等の条件が例示される。しかし、制御された酸素濃度及び水分濃度の条件は上記各条件に限定されない。
〔工程(II)〕
 工程(II)は、得られた前駆体溶液を、230℃~320℃の炭素数14~22のヒドロキシル基を有する溶媒中に、1.0mL/min以上の滴下速度で滴下し、インジウムスズ酸化物粒子を含む反応液を得る工程である。
(ITO粒子の合成用溶媒)
 反応液の調製には、炭素数14~22のヒドロキシル基を有する溶媒を用いる。上記溶媒は、反応温度における安定性の観点から選択される。
 炭素数14~22のヒドロキシル基を有する溶媒としては、具体的には、ミリスチルアルコール、ステアリルアルコール、パルミチルアルコール、ベヘニルアルコール、アラキジルアルコール、パルミトレイルアルコール、オレイルアルコール、リノレイルアルコール、ドコセノール等が挙げられる。
 合成溶媒は、上記の溶媒からなる群より選ばれた1種以上の溶媒を含むことが好ましい。溶媒としては、沸点が反応温度より十分に低く、且つ、反応後に室温冷却した際に固体にならない融点を有するため、作業性が良好であるという観点から、パルミトレイルアルコール、オレイルアルコール、及びリノレイルアルコールからなる群より選ばれた1種以上の溶媒を含むことがより好ましく、オレイルアルコールを含むことがさらに好ましい。
 ヒドロキシル基を有する上記溶媒を230℃~320℃の温度条件に加熱し、工程(I)で得られたインジウム及びスズにカルボン酸が配位した前駆体溶液を滴下することで、反応液中でITO粒子が形成される。メカニズムとしては、ヒドロキシル基とカルボン酸によるエステル化反応に伴って、Metal-OHが形成され、更に脱水反応が進むことでMetal-O-Metalの結合が形成される。
 反応に際しては、既述のヒドロキシル基を有する溶媒を三口フラスコ等の反応容器に投入し、加熱する。反応容器に溶媒を投入する際は、反応系内への、酸素及び水の混入を避けるため、酸素濃度及び水分濃度が制御されたグローブボックス中等で行うことが好ましい。
 溶媒の加熱温度は、ITO粒子が形成されやすい温度である230℃~320℃とする。例えば、溶媒としてオレイルアルコールを用いる場合であれば、230℃~320℃が好ましく、250℃~310℃がより好ましく、280℃~300℃がさらに好ましい。
(合成)
 予め加熱された炭素数14~22のヒドロキシル基を有する溶媒中に、工程(I)で得た前駆体溶液を1.0mL/min以上の滴下速度で滴下することで、溶媒中における反応によりITO粒子を得る。
 滴下速度は、用いる前駆体の溶液に用いられるインジウム原料及びスズ原料の種類、及び前駆体溶液の濃度などに応じて適宜調製することができる。なかでも、ITO粒子をより効率よく生成し得るという観点から、滴下速度は、1.0mL/min以上であり、1.5mL/min以上が好ましい。
 また、滴下速度には特に上限はないが、設備コストの観点から、100mL/min以下とすることができる。
 滴下速度を1.0mL/min以上とすることで、例えば、前駆体溶液の滴下量を50mL以上とすることができ、ITO粒子を効率よく生成させることができる。前駆体溶液の滴下量は、前駆体溶液の組成、用いるアルコール溶媒の量などにより適宜調製することができる。滴下量は50mL以上が好ましく、100mL以上がより好ましい。また、設備コストの観点から、5L以下とすることが好ましい。
 この際、エステル化反応に伴う水、遊離した酢酸等が発生するため、反応系内に窒素等の不活性ガスをフローし、系外に発生した水、酢酸等を排出させることが、エステル化反応がより進行しやすくなり、ITO粒子の収率がより向上するという観点から好ましい。
 窒素等の不活性ガスの流量は、反応スケール、滴下速度などによって適宜調製される。なお、不活性ガスの流量が少なすぎると、酢酸等の系外への排出が十分行えず、反応液に突沸が発生する懸念があることから、水、酢酸等を十分除去可能な流量を設定することが好ましい。
 なお、反応液中における炭素数14~22のヒドロキシル基を有する溶媒中に含まれるヒドロキシル基の含有量をAモルとし、上記前駆体溶液に含まれる炭素数6~20のカルボン酸の含有量をBモルとした場合、AとBとが下記式(I)の条件を満たすことが好ましく、下記式(II)の条件を満たすことがより好ましい。
  B/(A+B)<0.5    式(I)
  B/(A+B)<0.46   式(II)
 上記式(I)の条件を満たすことによって、エステル化反応が進行しやすくなり、ITO粒子の収率が向上する。
 反応に際しては、ITO粒子の収率がより良好となるという観点から、下記式(III)を満たすことが好ましい。
 0.1<B/(A+B)<0.5    式(III)
 なお、上記B/(A+B)の値は、工程(I)において前駆体液の調製に用いるカルボン酸の量、アルコール溶媒の量と、それぞれの分子量からモル数を計算することで算出することができる。
〔工程〔III)〕
 工程(III)は、上記前駆体溶液の滴下を終了した後に、得られた反応液を230℃~320℃の温度条件下で、60分以上180分以下保持する工程、所謂エージングである。
 工程(II)において、前駆体溶液の滴下を完了した後、得られた反応液は、すぐに冷却せず、230℃~320℃の温度条件で、60分間~180分間保持する。
 反応液の温度は、保持時間の範囲内で230℃~320℃の範囲に保持されれば、必ずしも一定温度に保持する必要はなく、当初は230℃として、徐々に昇温してもよく、320℃から降温してもよい。また、温度調整機構を付した反応容器を用いる場合、多少の温度変動があっても、反応液の温度が上記保持時間において230℃~320℃の範囲に保持されればよい。
 工程(II)における反応温度(反応液の温度)と、工程(III)における保持温度とは、それぞれの規定された温度範囲であれば、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
 反応液の保持温度は、230℃~320℃の範囲であり、250℃~310℃の範囲が好ましく、280℃~300℃の範囲がより好ましい。
 上記温度に反応液を保持する時間は、60分間~180分間であり、75分間~150分間が好ましい。
 上記温度範囲で上記時間保持することにより、反応時の滴下速度を上げた際に懸念されるITO粒子における欠陥が補償される。即ち、工程(III)を設けることにより、ITO粒子のプラズモン共鳴ピークを1900nm以下程度とすることが可能となり、得られたITO粒子の吸収粒子は、近赤外線領域に良好な吸収を有することになる。
 従って、本開示の製造方法により得られたITO粒子は、近赤外領域での光学フィルタ、波長分散を利用した光学レンズ材料等に好適に用いることができる。
 なお、得られたITO粒子におけるインジウムの含有量及びスズの含有量は、ICP質量分析法(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)により測定される。
(ITO粒子の粒径)
 本開示の製造方法により得られるITO粒子の数平均粒径は、10nm以上30nm以下であることが好ましく、15nm以上25nm以下であることがより好ましく、20nm以上25nm以下であることが更に好ましい。
 数平均粒径が上記範囲であることで、ITO粒子を硬化性組成物等に配合する際において、可視光領域の散乱が抑制され、且つ、組成物の粘度の上昇が抑制されやすい。組成物の粘度の上昇が抑制されることにより、粒子をより高濃度に分散させることができ、その結果、より低アッベな硬化性組成物を得ることが可能となる。
 上記数平均粒径は、粒子を透過型電子顕微鏡(TEM)によって観察し、少なくとも100個の粒子の円相当径を算出して、その算術平均値を算出することにより得られる。
また、共鳴ピークを急峻に制御する観点から、数平均粒径の標準偏差が5nm以下であることが望ましく、更には3nm以下であることが望ましい。
 上記標準偏差は、粒子を透過型電子顕微鏡(TEM)によって観察し、少なくとも100個の粒子の円相当径を算出して、その標準偏差を算出することにより得られる。
(ITO粒子の使用態様)
 本開示の製造方法により得られるITO粒子は、硬化性組成物に含有させて光学材料として使用することができる。
 硬化性組成物(以下、単に「組成物」と称することがある。)としては、既述の本開示の製造方法により得られるITO粒子と、重合性化合物と、を含む組成物が挙げられる。
 硬化性組成物は、外部からのエネルギー付与により硬化する組成物であり、熱又は光により硬化する組成物であることが好ましく、光により硬化する組成物であることがより好ましい。
 以下、本開示の製造方法により得られるITO粒子を含む硬化性組成物の好ましい態様について、その製造方法とともに記載する。
<硬化性組成物の製造方法>
 硬化性組成物としては、既述の本開示の製造方法により得られるITO粒子と、重合性化合物と、を含む組成物が挙げられる。
 本開示の製造方法により得られたインジウムスズ酸化物粒子を含む硬化性組成物の製造方法には、特に制限はなく、公知の硬化性組成物の製造方法を適宜適用することができる。なかでも、硬化性組成物は、以下に示す本開示の硬化性組成物の製造方法により製造されることが好ましい。
 本開示の硬化性組成物の製造方法は、既述の本開示の製造方法により、ITO粒子を得る工程と、得られたITO粒子と、重合性化合物と、を混合し、近赤外線領域に吸収を有する硬化性組成物を得る工程と、を含む。
 硬化性組成物を光学材料として使用する場合には、低屈折率であり、且つ、低アッベ数の組成物であることが好ましい。
 アッベ数とは、下記式1により算出される値である。
 アッベ数ν=(n-1)/(n-n)  式1
 式1中、nはD線(波長587.56nm)に対する屈折率を、nはF線(波長486.1nm)に対する屈折率を、nはC線(波長656.3nm)に対する屈折率を、それぞれ表している。
 なお、上記C線、D線及びF線はフラウンホーファー線におけるC線、D線及びF線である。
 本開示の製造方法により得られるITO粒子は、既述のように、プラズモン共鳴吸収のピーク波長が、近赤外領域(例えば、波長1900nm近傍)に存在することで、低アッベ数の硬化性組成物を実現することが可能となり、回折格子レンズとして用いた場合の性能向上や、光学素子の設計の自由度の向上につながる。
〔硬化性組成物の製造方法における第1の工程〕
 本開示の硬化性組成物の製造方法における第1の工程であるITO粒子の製造方法は、既述の本開示の製造方法と同様であり、好ましい態様も同じである。
 なお、第1の工程で、溶媒中に分散された状態で得られるITO粒子は、反応液に分散された状態であるため、反応液に分散されたITO粒子に対し、例えば、エタノールを加えて遠心分離を行い、粒子を沈降させた後、上澄みを除去し、トルエンに再分散させる工程を行なって、ITO粒子を精製する工程を実施してもよい。ITO粒子を精製する工程は、必要に応じて複数回繰り返してもよい。
〔硬化性組成物の製造方法における第2の工程〕
 本開示の硬化性組成物の製造方法は、第2の工程として、既述の第1の工程で得られたITO粒子と、重合性化合物と、を混合する工程を有する。
 ITO粒子と、重合性化合物と、を混合する方法には、特に制限はない。
 ITO粒子と、重合性化合物との撹拌、混合は、目視にて、分離が認められず、均一な混合物を得るまで行なうことが好ましい。
(ITO粒子の含有量)
 第2の工程において、ITO粒子と重合性化合物とを混合するに際し、用いるITO粒子の量は、得られる硬化性組成物におけるITO粒子が、組成物の全固形分に対し、18質量%以上となる量であることが好ましく、38質量%以上であることがより好ましく、43質量%以上であることがさらに好ましい。
 また、含有量は、組成物の全固形分に対し、80質量%以下であることが好ましく、75質量%以下であることがより好ましく、70質量%以下であることが更に好ましい。
 本明細書において「全固形分」とは、組成物における溶剤等の揮発性成分を除いた成分の総量を指す。
 硬化性組成物中のITO粒子の含有量は、組成物を、熱質量分析を行って、完全に液体成分が除去できる温度(例えば、500℃)まで加熱した後の残留固形成分を上記ITO粒子とみなすことにより、測定対象の硬化性組成物の全固形分に対するITO粒子の質量含有量として算出することができる。
(重合性化合物)
 本開示の硬化性組成物の製造方法において用い得る重合性化合物について説明する。
 既述の本開示の製造方法により得られたITO粒子と、重合性化合物とを混合することにより、ITO粒子と重合性化合物とを含有する硬化性組成物を得ることができる。
 重合性化合物としては、重合し、硬化し得る化合物であれば特に限定されない。重合性化合物としては、ラジカル重合性化合物が好ましく、分子内にエチレン性不飽和基を少なくとも1つ有するエチレン不飽和化合物であることがより好ましい。
 エチレン性不飽和化合物としては、硬化性組成物の硬化後の屈折率を、例えば回折格子レンズに用いる場合に好適な値である1.5~1.55程度としやすい観点からは、エチレン性不飽和基を2以上有する多官能エチレン性不飽和化合物が好ましく、(メタ)アクリロキシ基を2以上有する多官能(メタ)アクリレート化合物がより好ましい。
 多官能エチレン性不飽和化合物としては、1,4-ジビニルシクロヘキサン、1,4-シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ジビニルベンゼン、1,6-ジビニルナフタレン、エトキシ化ビスフェノールAジビニルエーテル、プロポキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート;ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(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、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(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、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、トリ(アクリロイルオロキシエチル)イソシアヌレート、トリス(2-アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート及びそれらに類するものを挙げることができる。
 硬化性組成物は、重合性化合物を1種含有してもよいし、2種以上含有してもよい。
 硬化性組成物における重合性化合物の含有量は、硬化性組成物の全固形分に対し、15質量%~85質量%であることが好ましく、20質量%~70質量%であることがより好ましく、30質量%~60質量%であることがさらに好ましい。
(重合開始剤)
 硬化性組成物は、重合開始剤を含有することが好ましい。
 硬化性組成物を、紫外線硬化型硬化性組成物とする観点からは、重合開始剤として光重合開始剤を含有することが好ましい。
 重合開始剤は、硬化性組成物に含有される重合性化合物に応じて適宜選択することができる。例えば、硬化性組成物が重合性化合物としてラジカル重合性化合物を含む場合、所望により含まれ得る重合開始剤はラジカル重合開始剤であることが好ましい。
 以下、重合開始剤として好ましい態様である光ラジカル重合開始剤について述べる。
 光ラジカル重合開始剤としては、アシルホスフィンオキサイド構造、α-ヒドロキシアルキルフェノン構造、又は、α-アミノアルキルフェノン構造を含む光ラジカル重合開始剤が好ましい。
 光ラジカル重合開始剤においては、構造上の制限は特になく、例えば、2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルフォスフィンオキサイド、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン、2-ヒドロキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチル-プロピオニル)ベンジル]フェニル}-2-メチル-プロパン-1-オン、2-メチル-1-(4-メチルチオフェニル)-2-モルフォリノプロパン-1-オン等を挙げることができる。
 光ラジカル重合開始剤は、市販品を用いてもよく、市販品の具体例として、BASF社製のイルガキュア(登録商標)シリーズ(例:IRGACURE TPO、IRGACURE 819、IRGACURE 651、IRGACURE 184、IRGACURE 1173、IRGACURE 2959、IRGACURE 127、IRGACURE 907)等が挙げられる。
 硬化性組成物が重合開始剤を含む場合、重合開始剤を、1種単独で含んでいてもよく、2種以上を含んでいてもよい。
 硬化性組成物が重合開始剤を含む場合の重合開始剤の含有量としては、硬化性組成物を用いて得られる硬化物の耐摩耗性及び高温延伸性の観点から、重合性化合物の全質量に対して、0.05質量%以上10質量%以下が好ましく、0.1質量%以上10質量%以下がより好ましく、0.1質量%以上5質量%以下が更に好ましく、0.5質量%以上3質量%以下が特に好ましい。
(分散剤)
 硬化性組成物は、分散剤を含有してもよい。
 分散剤を含むことによって、ITO粒子の硬化性組成物における分散性をより高めることができ、結果として、得られる硬化性組成物は、高い可視光透過特性、低アッベ数等を実現し易くなる。
 硬化性組成物が含み得る分散剤としては、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤及び両性界面活性剤が有効である。分散剤として用いられる界面活性剤としては、ポリエステル系、ε-カプロラクトン系、ポリカルボン酸塩、ポリリン酸塩、ハイドロステアリン酸塩、アミドスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩、オレフィンマレイン酸塩共重合物、アクリル-マレイン酸塩共重合物、アルキルアミン酢酸塩、有機リン酸類、アルキル脂肪酸塩、脂肪酸ポリエチレングリコールエステル系、シリコーン系、及びフッ素系の界面活性剤を好適に用いることができ、なかでも、アンモニア及び有機アミン類よりなる群から選択される少なくとも一種の塩基系分散剤を用いることがより好適である。
 分散剤は、市販品を用いてもよく、市販品としては、具体的にはディスパービックシリーズ(ビッグケミー・ジャパン社製)、ソルスパースシリーズ(ゼネガ社製)、TAMNシリーズ(日光ケミカル社製)等が挙げられる。ITO粒子への吸着性及び立体障害が大きく分散性を高めやすい観点から、DISPERBYK-161(アミン系)、DISPERNYK-111(リン酸系)等がより好ましい。
 硬化性組成物が分散剤を含む場合、分散剤を1種単独で含有してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 硬化性組成物が分散剤を含む場合の分散剤の含有量は、硬化性組成物における酸化物粒子の全質量に対し、1質量%~30質量%であることが好ましく、3質量%~20質量%であることがより好ましく、5質量%~15質量%であることがさらに好ましい。
(その他の成分)
 硬化性組成物は、ITO粒子、重合性化合物、及び既述の好ましい任意成分である重合開始剤及び分散剤に加え、上記化合物以外の、その他の成分を含有してもよい。
 その他の成分としては、溶剤、重合禁止剤、上記分散剤以外の界面活性剤、可塑剤、増感剤等が挙げられる。なお、本開示の硬化性組成物の製造方法においては、得られる硬化性組成物の硬化性向上、硬化時の膜内部への不均一発生を抑制するため、硬化性組成物には溶剤は含有しないことが好ましい。
 これらの各成分を撹拌、混合することにより、硬化性組成物を製造し得る。各成分の混合のタイミングは任意であり、各成分の物性に応じて適切に添加すればよい。
(硬化性組成物の特性)
 本開示の硬化性組成物の製造方法により得られる硬化性組成物の好ましい特性を以下に示す。
-アッベ数-
 本開示の製造方法により得られるITO粒子を含む硬化性組成物は、低アッベ数を実現可能である。そのような観点からは、得られる硬化性組成物のアッベ数が8~30であることが好ましく、10~25であることがより好ましく、10~20であることがさらに好ましい。
 硬化性組成物のアッベ数は、アタゴ社製屈折率計DR-M2を用いて測定される。
-屈折率-
 硬化性組成物は、波長589nmの光に対する屈折率nDが、1.40~1.60であることが好ましく、1.40~1.55であることがより好ましい。
 上記屈折率は、アタゴ社製屈折率計DR-M2を用いて測定される。
-可視光透過率-
 本開示に係る硬化性組成物の、波長405nmにおける可視光透過率(以下、単に「透過率」と称することがある。)は、85%~100%であることが好ましく、90%~100%であることがより好ましい。
 上記可視光透過率は、日本分光社製分光光度計V-670を用いて測定された、光路長10μmに換算した場合の値である。
(硬化性組成物の用途)
 本開示の硬化性組成物の製造方法により得られる硬化性組成物は、低アッベ数かつ低屈折率の光学材料の製造に好ましく用いることができ、特に、回折格子レンズの製造用として好ましく用いられる。なお、硬化性組成物の用途は上記に限定されない。
 以下に実施例を挙げて本開示の実施形態を更に具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、及び、処理手順等は、本開示の実施形態の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。したがって、本開示の実施形態の範囲は以下に示す具体例に限定されない。
 なお、特に断りのない限り、以下の実施例において「部」、及び「%」は質量基準である。
(実施例1)
(滴下速度:1.75mL/min、保持時間:120分、前駆体溶液濃度:0.5mmol/mL)
 まず、フラスコ中に75mLのオレイン酸(シグマアルドリッチ社製、technical grade、90%)と、10.060g(34.5mmol)の酢酸インジウム(Alfa Aesar社製、99.99%)と、1.079g(3.0mmol)の酢酸スズ(IV)(Alfa Aesar社製)と、を投入し、窒素フロー中の環境下、160℃で1時間加熱して黄色透明な前駆体溶液を得た(工程(I))。前駆体溶液は、酸素濃度1ppmの環境下、シリンジに注入した。
 別のフラスコにオレイルアルコール(ワコーケミカル製、純度65%以上)90mLを加え、窒素フロー中で290℃にて加熱した。上記工程(I)で得てシリンジに注入した前駆体溶液を、シリンジポンプを用いて、加熱したオレイルアルコール中に、1.75mL/minの速度で滴下した(工程(II))。
 前駆体溶液の滴下が終了した後、得られた反応溶液の温度を290℃に維持し、120分間保持し(工程(III))、その後、加熱を停止し、室温(25℃)までに冷却した。
 得られた反応溶液に対し、エタノールを加えて遠心分離を行い、生成したITO粒子を沈降させた後、上澄みを除去し、トルエンに再分散させることを3回繰り返し、オレイン酸配位のITO粒子のトルエン分散液を得た。
 得られたITO粒子を、既述の方法に従い、TEM観察して粒径を測定したところ、数平均粒径は21nmであった。
(実施例2)
(滴下速度:1.75mL/min、保持時間:60分)
 実施例1において、工程(II)により前駆体溶液の滴下が終了した後、工程(II)における反応溶液の温度を290℃に保持する時間を120分間から60分間に変えた以外は、実施例1と同様の方法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(実施例3)
(滴下速度:1.75mL/min、保持時間:180分)
 実施例1において、工程(II)により前駆体溶液の滴下が終了した後、工程(II)における反応溶液の温度を290℃に保持する時間を120分間から180分間に変えた以外は、実施例1と同様の方法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(実施例4)
(滴下速度:1.0mL/min、保持時間:60分)
 実施例1において、工程(I)において前駆体溶液を滴下する滴下速度を1.75mL/minから1.0mL/minに変え、且つ、工程(II)により前駆体溶液の滴下が終了した後、工程(II)における反応溶液の温度を290℃に保持する時間を120分間から60分間に変えた以外は、実施例1と同様の方法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(実施例5)
(滴下速度:1.0mL/min、保持時間:180分)
 実施例1において、工程(I)において前駆体溶液を滴下する滴下速度を1.75mL/minから1.0mL/minに変え、且つ、工程(II)により前駆体溶液の滴下が終了した後、工程(II)における反応溶液の温度を290℃に保持する時間を120分間から180分間に変えた以外は、実施例1と同様の方法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(比較例1)
(滴下速度:1.75mL/min、保持時間:30分)
 実施例1において、工程(II)により前駆体溶液の滴下が終了した後、工程(II)における反応溶液の温度を290℃に保持する時間を120分間から30分間に変えた以外は、実施例1と同様の方法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(比較例2)
(滴下速度:1.75mL/min、保持時間:240分)
 実施例1において、工程(II)により前駆体溶液の滴下が終了した後、工程(II)における反応溶液の温度を290℃に保持する時間を120分間から240分間に変えた以外は、実施例1と同様の方法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(実施例6)
(滴下速度:3.5mL/min、保持時間:180分)
 実施例3において、工程(I)において前駆体溶液を滴下する滴下速度を1.75mL/minから3.5mL/minに変えた以外は、実施例3と同様の方法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(実施例7)
(滴下速度:3.5mL/min、保持時間:60分)
 実施例4において、工程(I)において前駆体溶液を滴下する滴下速度を1.75mL/minから3.5mL/minに変えた以外は、実施例4と同様の方法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(比較例3)
(滴下速度:1.0mL/min、保持時間:30分)
 比較例1において、工程(I)において前駆体溶液を滴下する滴下速度を1.75mL/minから1.0mL/minに変えた以外は、比較例1と同様の方法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(比較例4)
(滴下速度:1.0mL/min、保持時間:240分)
 比較例2において、工程(I)において前駆体溶液を滴下する滴下速度を1.75mL/minから1.0mL/minに変えた以外は、比較例2と同様の方法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(実施例8)
(滴下速度:1.75mL/min、保持時間:120分、前駆体溶液濃度:0.2mmol/mL)
 フラスコ中に75mLのオレイン酸と、4.024g(13.8mmol)の酢酸インジウムと、0.432g(1.2mmol)の酢酸スズ(IV)と、を投入し、窒素フロー中の環境下、160℃で1時間加熱して黄色透明な前駆体溶液を得る以外は実施例1と同様の手法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(実施例9)
(滴下速度:1.75mL/min、保持時間:120分、前駆体溶液濃度:0.6mmol/mL)
 フラスコ中に75mLのオレイン酸と、12.072g(41.4mmol)の酢酸インジウムと、1.295g(3.6mmol)の酢酸スズ(IV)と、を投入し、窒素フロー中の環境下、160℃で1時間加熱して黄色透明な前駆体溶液を得る以外は実施例1と同様の手法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(実施例10)
(滴下速度:1.75mL/min、保持時間:120分、前駆体液量:50mL)
 フラスコ中に50mLのオレイン酸と、6.707g(23.0mmol)の酢酸インジウムと、0.719g(2mmol)の酢酸スズ(IV)と、を投入し、窒素フロー中の環境下、160℃で1時間加熱して黄色透明な前駆体溶液を得た。
 別のフラスコに加えるオレイルアルコールの量を90mLから60mLに変えた以外は実施例1と同様の手法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(実施例11)
(滴下速度:1.75mL/min、保持時間:120分、前駆体液量:100mL)
 フラスコ中に100mLのオレイン酸と、13.414g(46.0mmol)の酢酸インジウムと、1.438g(4mmol)の酢酸スズ(IV)と、を投入し、窒素フロー中の環境下、160℃で1時間加熱して黄色透明な前駆体溶液を得た。
 別のフラスコに加えるオレイルアルコールの量を90mLから120mLに変えた以外は実施例1と同様の手法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(比較例5)
(滴下速度:1.75mL/min、保持時間:30分、前駆体液量:100mL)
 工程(I)において前駆体溶液の滴下が終了した後、工程(II)における反応溶液の温度保持時間を、120分間から30分間に変えた以外は、実施例11と同様の手法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(実施例12)
(合成温度:270℃)
 工程(II)において、オレイルアルコールの温度を、290℃から270℃に変え、工程(III)において、前駆体溶液の滴下が終了した反応溶液の温度を270℃にて120分間保持した以外は実施例1と同様の手法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(実施例13)
(合成温度:310℃)
 工程(II)において、オレイルアルコールの温度を、290℃から310℃に変え、工程(III)において、前駆体溶液の滴下が終了した反応溶液の温度を310℃にて120分間保持した以外は実施例1と同様の手法でITO粒子のトルエン分散液を得た。
(実施例14)
(合成温度:290℃、保持温度:270℃)
 フラスコ中に75mLのオレイン酸(シグマアルドリッチ社製、technical grade、90%)と、10.060g(34.5mmol)の酢酸インジウム(Alfa Aesar社製、99.99%)と、1.079g(3.0mmol)の酢酸スズ(IV)(Alfa Aesar社製)と、を投入し、窒素フロー中の環境下、160℃で1時間加熱して黄色透明な前駆体溶液を得た(工程(I))。前駆体溶液は、酸素濃度1ppmの環境下、シリンジに注入した。
 フラスコにオレイルアルコール(ワコーケミカル製、65%up)90mLを加え、窒素フロー中で290℃にて加熱した。加熱したオレイルアルコール中に、上記シリンジに注入した前駆体溶液を、シリンジポンプを用いて、加熱したオレイルアルコール中に、1.75mL/minの速度で滴下した(工程(II))。
 前駆体溶液の滴下が終了した後、得られた反応溶液の温度を270℃とし、270℃の温度を120分間保持し(工程(III))、その後、加熱を停止し、室温(25℃)までに冷却した。
 得られた反応溶液に対し、エタノールを加えて遠心分離を行い、粒子を沈降させた後、上澄みを除去し、トルエンに再分散させることを3回繰り返し、オレイン酸配位のITO粒子のトルエン分散液を得た。
<ITO粒子の吸収特性評価>
 実施例1~実施例3及び比較例1~比較例2の製造方法で得られたITO粒子のトルエン分散液を、トルエンにて固形分濃度0.0025%程度に希釈し、光路長1cmの光学セルを用いて吸収特性を測定した。
 装置は日本分光社製、紫外可視近赤外分光光度計V-670を用いて測定した。
 結果を図1に示す。また、それぞれのITO粒子のプラズモン吸収のピーク波長をプロットしたものを図2に示す。
 保持時間が30分から60分になることでプラズモン吸収波長は短波長側にシフトし、60分から180分まではプラズモン吸収波長のシフトはほとんど起こらず、240分になると再びプラズモン吸収波長が長波長側にシフトすることがわかる。
<硬化性組成物の製造と評価>
 実施例及び比較例の製造方法により得られたITO粒子のトルエン分散液(ITO粒子の含有量420mg)に対し、分散剤として、ビッグケミー・ジャパン社製、DISPERBYK-106を36μL(マイクロリットル)加え、さらに、重合性化合物である1,6-ヘキサンジオールジアクリレートを533μL加えて、ホットスターラーにより40℃で1時間撹拌、混合した。(硬化性組成物の製造方法の第2の工程)
 得られた混合溶液に対し、エバポレータを用いてトルエン溶媒を除去することにより、重合性化合物としてのアクリレートに分散したITO粒子含有硬化性組成物を得た。得られたITO粒子含有硬化性組成物を、アタゴ社製屈折率計DR-M2を用いて評価した。
 即ち、実施例及び比較例のITO粒子のトルエン分散液について、既述の手法によりITO粒子を含む硬化性組成物を作製し、硬化性組成物の屈折率及びアッベ数を評価した。
 近赤外領域のプラズモン共鳴が強い試料の場合には、硬化性組成物を0.01質量%程度まで希釈したサンプルを作製し、吸収特性の測定を行った。
 アッベ数とは、可視光領域における屈折率の波長分散を示す指標であり、アッベ数νdは以下の式により算出される。
 アッベ数(ν)は、下記式1により算出される値である。
 アッベ数 ν=(n-1)/(n-n)  式1
 式1中、nはD線(波長587.56nm)に対する屈折率を、nはF線(波長486.1nm)に対する屈折率を、nはC線(波長656.3nm)に対する屈折率を、それぞれ表している。
 なお、上記C線、D線及びF線はフラウンホーファー線におけるC線、D線及びF線である。評価結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

 
 表1に記載した結果から、実施例の製造方法により得られたITO粒子を含む硬化性組成物は、アッベ数(νd)が19以下の低い価となり、波長分散が大きいことがわかる。
 なお、硬化性組成物のアッベ数が低いことにより、硬化性組成物の硬化物のアッベ数も低い値となることが期待できる。
 このため、得られた硬化性組成物は、回折格子として用いた際に回折格子の高さを低くすることが可能となり、フレアの発生を大幅に低減させることが可能となる。従って、本開示の製造方法により得られたITO粒子及び硬化性組成物は、光学材料等の種々の用途に好適に使用し得る。
 2018年3月8日に出願された日本国特許出願2018-042005の開示は参照により本開示に取り込まれる。
 本開示に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本開示中に参照により取り込まれる。

Claims (8)

  1.  炭素数1~3のカルボン酸インジウム及び炭素数1~3のカルボン酸スズを、炭素数6~20のカルボン酸を含む溶媒中で加熱して、インジウム及びスズを含む前駆体溶液を得る工程と、
     得られた前駆体溶液を、230℃~320℃の炭素数14~22のヒドロキシル基を有する溶媒中に、1.0mL/min以上の滴下速度で滴下し、インジウムスズ酸化物粒子を含む反応液を得る工程と、
     前記前駆体溶液の滴下を終了した後に、得られた反応液を230℃~320℃の温度条件下で、60分以上180分以下保持する工程と、
    を含むインジウムスズ酸化物粒子の製造方法。
  2.  前記インジウム及びスズを含む前駆体溶液を得る工程において、前記炭素数1~3のカルボン酸インジウム及び前記炭素数1~3のカルボン酸スズを、インジウムとスズとの総量に対するスズの量がモル比で0.05~0.15となる量で用いる請求項1に記載のインジウムスズ酸化物粒子の製造方法。
  3.  前記前駆体溶液に含まれる金属の総モル濃度が、0.1mmol/mL以上である請求項1又は請求項2に記載のインジウムスズ酸化物粒子の製造方法。
  4.  前記炭素数14~22のヒドロキシル基を有する溶媒中に含まれるヒドロキシル基の含有量をAモルとし、前記前駆体溶液に含まれる炭素数6~20のカルボン酸の含有量をBモルとした場合、AとBとが下記式(I)の条件を満たす請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のインジウムスズ酸化物粒子の製造方法。
      B/(A+B)<0.5   式(I)
  5.  前記炭素数6~20のカルボン酸がオレイン酸を含む請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のインジウムスズ酸化物粒子の製造方法。
  6.  前記炭素数1~3のカルボン酸インジウムが酢酸インジウムを含み、前記炭素数1~3のカルボン酸スズが酢酸スズを含む請求項1~請求項5のいずれか1項に記載のインジウムスズ酸化物粒子の製造方法。
  7.  前記炭素数14~22のヒドロキシル基を有する溶媒が、オレイルアルコールを含む請求項1~請求項6のいずれか1項に記載のインジウムスズ酸化物粒子の製造方法。
  8.  請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の製造方法により、インジウムスズ酸化物粒子を得る工程と、
     得られたインジウムスズ酸化物粒子と、重合性化合物と、を混合し、近赤外線領域に吸収を有する硬化性組成物を得る工程と、
     を含む硬化性組成物の製造方法。
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