JP4033972B2 - Method for producing complex - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、錯体の製造方法に関し、より詳細には、アナターゼ型結晶構造の含有率が高い二酸化チタンを安定して得ることができるチタン錯体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、フィルム状の二酸化チタン(以下、TiO2 と称する場合がある。)は効率的な光触媒や半導体電極として、しばしば用いられている。
また、二酸化チタンは、活性試薬や不活性坦体としても用いられており、このような用途の二酸化チタンの製造方法として、不活性坦体上に触媒としてTiO2 およびV2 O3 (酸化バナジウム)の混合物を用い、o−キシレンを無水フタル酸に触媒酸化する方法が、商業的なプロセスとしてよく知られている。
また、二酸化チタンを使用して水を光触媒的に分解し、水素を発生させて、燃料に用いる研究もなされている。
すなわち、このように二酸化チタンは近年注目されているものの、二酸化チタン中には、一般にルチル型結晶構造が多く含まれており、アナターゼ型結晶構造の含有割合が少ないという問題があった。
より具体的に説明すると、例えば、光触媒能を有効に発するためには、二酸化チタン中のアナターゼ型結晶構造が多いことが好ましいが、二酸化チタン原料となるチタン化合物の種類によって、含まれるアナターゼ型結晶構造の比率が変化しやすいという問題があった。したがって、二酸化チタン中に、アナターゼ型結晶構造を安定して、高い含有率で含むことが困難であった。
また、二酸化チタン中のアナターゼ型結晶構造を多くすると、二酸化チタンにおける親水性を向上させることができる。
【0003】
そこで、蒸留を繰り返して精製された四塩化チタン((NH4 )2 (TiO(C2 O4 )2 )およびイソプロピルチタネート等が二酸化チタン原料として検討されているが、いずれも充分なアナターゼ型結晶構造を含有する二酸化チタンをあたえるものではなかった。
具体的に、J European Ceramic Society , 1988, 287-297には、二酸化チタンをトリエタノールアミンおよびエチレングリコールと反応させて得られた前駆体から製造される二酸化チタン粉末が記載されている。しかしながら、このような前駆体から得られる二酸化チタンは、ルチル型結晶構造を10〜15重量%の範囲内で含んでいる。したがって、二酸化チタンにおけるアナターゼ型結晶構造の含有率が未だ高いとは言えなかった。
【0004】
また、最近開発されているゾル−ゲル法によれば、チタン化合物からなる製品を、粉末状、繊維状、フィルム状などの形状で得ることができるようになった。
したがって、二酸化チタンを製造するにあたり、ゾル−ゲル法における出発原料として、イソプロピルチタネートのようなチタンアルコキサイドがしばしば用いられている。そして、このゾル−ゲル法によれば、アセチルアセトナートのような調節剤を添加することにより、チタンアルコキサイドのゾルの安定性を向上させることができると言われている。
しかしながら、このゾル−ゲル法を用いて得られる二酸化チタンにおいても、アナターゼ型結晶構造の含有率が充分高いとは言えなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、本発明の目的は、アナターゼ型結晶構造の含有率(割合)の高い二酸化チタンを、安定して得ることができる錯体の製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、チタンアミノアルコール錯体とカルボン酸無水物とを反応させることを特徴とする錯体の製造方法を提供するものである。
本発明で使用されるチタンアミノアルコール錯体としては、例えば下記一般式(1)で表される構造を有するチタンアミノアルコール錯体を挙げることができる。
【0007】
一般式(1)
Tix [(OR1 )n N]x [(OR1)xN(R1OH)y] (1)
[一般式(1)中、R1 はアルキレン基またはアリーレン基を示し、xは1〜3の数を、yは(3−x)の数を、nは1〜3の数を示す。]
【0008】
また、本発明においてチタンアミノアルコール錯体を構成するにあたり、一般式(1)中のR1 で表されるアルキレン基が、エチレン基、プロピレン基およびブチレン基からなる群から選択される少なくとも一つの基であることが好ましい。なお、これらのアルキレン基は、直鎖状でも、分岐状でもよい。
また、本発明においてチタンアミノアルコール錯体を構成するにあたり、一般式(1)中のR1 で表されるアリーレン基が、フェニレン基、ベンジレン基、ナフチレン基からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
なお、本発明において、チタンアミノアルコール錯体には、上述した一般式(1)で表わされる構造を一部に有するものも含まれる。
本発明に使用されるチタンアミノアルコール錯体は、例えばチタン酸、Ti(OR2 )4 、Ti(OCOR3 )4 などのチタン化合物とアミノアルコールとを反応させることにより製造することができる。ここで、R2 としては水素、アルキル基、アリール基などを挙げることができ、また、R3 としてはアルキル基、アリール基などを挙げることができる。
【0009】
また、これらのチタン化合物の中では、チタン酸が好ましい。本発明においてチタン酸は、通常、TiO(OH)2 ・pH2 OまたはTi(OH)4 ・pH2 O(pは水の数を表し、1以上の数である。)で表される化合物である。
かかるチタン酸は、チタン酸硫酸または塩化チタンもしくはこれらの水溶液にアンモニア水などのアルカリ化合物を添加することにより製造することができる。
また、本発明で使用されるアミノアルコールとしては、式(HOR1 )n NR4 m(式中、R1 およびnは一般式(1)と同様であり、R4 は、水素、アルキル基、アリール基であり、mは(3−n)である。)で表される化合物が挙げられる。
ここで、好ましいアミノアルコールとして、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノメタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、モノイソプロパノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジメルモノエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、ジエチルモノエタノールアミン等が挙げられる。また、これらを1種単独で使用するか、または2種以上を組み合わせて使用することができる。
【0010】
チタン化合物とアミノアルコールとの反応は、溶媒中で行うことが好ましく、例えばモノアルコール、ジオールまたはトリオールのアルコール化合物の存在下に反応を行なうことが好ましい。
ここで、好ましいモノアルコールとしては、R5 OHで示されるアルコール化合物が挙げられる。R5 は炭素数6〜10の直鎖状または分岐状のアルキル基、もしくは炭素数5〜10の直鎖状または分岐状の酸素結合を有するアルキル基である。
また、モノアルコールの好ましい具体例として、2−エチルヘキサノール、3、3、5−トリメチル-1-ヘキサノール、オクタノール、メトキシエトキシエタノールなどの沸点が150℃以上のモノアルコールを挙げることができる。
【0011】
また、好ましいジオールとしては、HO(R6 )OHで示されるアルコール化合物が挙げられる。ここで、R6 は炭素数2〜12の、直鎖状または分岐状のアルキレン基である。したがって、ジオールの好ましい具体例として、エチレングリコール、プロピレングリコール、1、2-ブタンジオール、1、3-ブタンジオール、ヘキサメチレンジオールなどの1種単独、または2種以上の組み合わせを挙げることができる。
さらに、使用に好ましいトリオールとしては、グリセリン、1,2,6−ヘキサントリオールなどを挙げることができる。
但し、チアン化合物とアミノアルコールとの反応に際しては、反応をより促進するこができることから、アルカリ金属などの触媒したり、あるいは、溶媒として、過剰のアミノアルコールを使用することも好ましい。
【0012】
また、チタン化合物とアミノアルコールとの反応比率については特に制限されるものではないが、通常、チタン化合物1モルに対して、アミノアルコールを0.5〜5モルの範囲内、好ましくは1〜3モルの範囲内、特に好ましくは1.5〜2.5モルの範囲内で添加して反応させることである。
また、チタン化合物とアミノアルコールとの反応温度についても、特に制限されるものではないが、通常、90〜280℃の範囲内、より好ましくは90〜260℃の範囲内の値である。
また、反応時間は反応温度との関係があるが、好ましくは1〜40時間の範囲内、より好ましくは、2〜10時間の範囲内の値である。
さらに、反応圧力についても、特に制限されるものではないが、好ましくは0.01〜1.0気圧の範囲内の値、より好ましくは0.01〜0.2気圧の範囲内の値とすることである。
【0013】
また、チタン化合物とアミノアルコールとを反応させる際に溶媒を使用した場合には、反応は溶媒の沸点もしくはその近くの温度で行なうことが好ましい。具体的に、反応温度を100〜280℃の範囲内の値とするのが好ましく、150〜200℃の範囲内の値とするのがより好ましい。
例えば、エチレングリコールを溶媒として用いる場合、反応温度の上限は、反応圧力が1気圧の場合、約200℃である。
また、チタン化合物とアミノアルコールとを反応させるに際して、不活性ガス、例えばアルゴンまたは窒素ガス等で置換された蒸留装置のなかで混合することが好ましい。なお、不活性ガスは、上記以外の公知のものを使用することも可能である。
【0014】
また、チタン化合物とアミノアルコールとを加熱するに際して、副生する水を連続的に除去することが、チタン酸とアミノアルコールとの反応が促進されて好ましい。
また、溶媒を除去することにより、反応混合物から副生成物である水の除去が促進されるため、反応系から溶媒を徐々に除去することも好ましい。
また、反応を減圧下に行なうことによっても水の除去が促進されるため、さらに雰囲気を減圧状態にすることが好ましい。
なお、チタン化合物とアミノアルコールとの反応終了後には、使用した溶媒を除去し、再結晶法などの方法により精製することにより、高純度のチタンアミノアルコール錯体を得ることができる。
また、本発明において、このようにして得られたチタンアミノアルコール錯体に、カルボン酸無水物を反応させることにより、チタンアミノアルコール錯体中のアミノアルコール由来の構造の一部または全部をカルボン酸無水物由来の構造に置換することができる。
【0015】
本発明においては、通常、カルボン酸無水物、好ましくは無水酢酸は溶媒を含有していないチタンアミノアルコール錯体に添加される。カルボン酸無水物は、公知の如何なるものであってもよいが、例えば無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、無水イソ酪酸、無水吉草酸などを挙げることができる。
カルボン酸無水物の添加量は、チタンアミノアルコール錯体中のチタン原子に対して0.5等量以上を用いるのが好ましい。通常の使用量は、カルボン酸無水物/チタン原子比が0.5〜10000の範囲であり、好ましくは、1〜5000の範囲であり、さらに好ましくは、100〜3000の範囲である。カルボン酸無水物の使用量が少ない場合には、不活性有機溶媒を併用しても良い。
本発明の方法で得られたチタン錯体は、濾過され、必要に応じて再結晶することもできる。再結晶に用いられる溶媒は、如何なる適切な溶媒であってもよいが、好ましくは有機溶媒であり、特にはメタノール、エタノール、あるいはクロロフォルムである。
本発明の方法で得られたチタン錯体は、水または有機溶媒に溶解した溶液として使用することができる。
ここで、好ましい溶媒としては、水、ヘキサエチレングリコール、イソプロピレングリコール、メタノール、エタノールなどの炭素数1〜10のアルコール性溶媒を挙げることができる。これらのアルコールは、トルエン、クロロホルムなどの非アルコール性溶媒との混合物であってもよい。また、水を溶媒として使用する場合には、TiO2 濃度換算で0.06〜1.6モル/リットルまで希釈することが好ましい。
また、チタン錯体の溶液中の濃度は、チタン濃度に換算して、好ましくは0.1〜2.0モル/リットルの範囲内の値、より好ましくは0.12〜2.0モル/リットルの範囲内の値とすることである。
【0016】
また、このチタン錯体溶液には、相当割合の不揮発性オリゴマー状またはポリマー状のアミン、例えばポリエチレングリコール、ポリビニルアルコールなどを添加してもよい。
さらに、このチタン錯体溶液の粘度についても、特に制限されるものではなく、用途に応じて、適宜変更することができる。
また、本発明の方法で得られたチタン錯体は、溶媒を添加して溶液とした後、この溶液に水を添加することによって加水分解を行うことが好ましい。
加水分解に使用する水は、水とチタン錯体に含まれるTiとのモル比(H2 O/Ti)が、好ましくは2/1〜200/1の範囲内の値となるように添加するのが好ましく、より好ましくは、50/1〜150/1の範囲内の値となることである。
【0017】
加水分解したチタン錯体(溶液)はアルカリ性とすることにより、ゲル化を容易に起こすことができる。具体的に、加水分解したチタンアミノアルコール錯体(チタンアミノアルコール錯体溶液)のpH(水素イオン濃度)を、8〜14の範囲内の値、好ましくは9〜11の範囲内の値、より好ましくは9〜11の範囲内の値、最も好ましくは10程度に上昇させると、ゲル化を容易に起こすことができる。
そして、本実施形態において、pH値を上げるために用いられる塩基として、好ましくはNH3 、(NH4 )2 CO3 、NaOH、Na2 CO3 、NH4 ・HCl等の汎用のアルカリ類が挙げられる。また、pH調整用の塩基として、最も好ましいものはNH3 である。
【0018】
さらに、チタン錯体(溶液)を50℃以上に加熱すると、ゲル化速度を速めることができる。そして、チタン錯体(溶液)を加熱するには、TiO2 を容易に形成することができることより、酸素の存在下に行うことが好ましい。
本発明の方法により得られるチタン錯体は加熱することにより二酸化チタンとすることができる。
実施形態において、チタン錯体溶液あるいは、ゾルまたはゲルの加熱温度を、500℃〜700℃の範囲内の値とするのが好ましく、600℃〜700℃の範囲内の値とすることがより好ましく、最も好ましくは650℃程度の温度とすることである。
なお、より具体的には、チタン錯体(溶液)あるいはこれから得られるゾルまたはゲルを基体(ガラス等)上に塗布して層を形成し、次いで、この層を加熱することにより、ルチル型結晶構造が少ないあるいは存在しない、逆に言うとアナターゼ型結晶構造が多い二酸化チタン(膜)を、基体上に形成することができる。
【0019】
このようにして得られた二酸化チタンは、アナターゼ型結晶構造の含有率が通常、60重量%以上という特徴を有している。また、加熱条件等を調節することにより、アナターゼ型結晶構造の含有率を80重量%以上の値を示すことができ、95%重量以上の値とすることもできる。
また、このようにして得られた二酸化チタンは、650℃以上に長期間加熱してもアナターゼ型結晶構造を維持し、ルチル型結晶構造にほとんど変換しないという特徴がある。
【0020】
本発明の方法で得られるチタン錯体を加熱して得られる二酸化チタンは、ソーダガラスおよび石英ガラスなどのガラス、ジルコニアおよびチタンなどのセラミックス、鉄およびステンレススチールなどの金属等の基体上に形成することができる。
また、チタン錯体(溶液)の基体上への形成方法は特に制限されるものではないが、例えば、ディップ法、キャスト法、ロールコート法、スピンコート法などの公知の方法で形成被覆することができる。
したがって、チタン錯体溶液から得られる、アナターゼ型結晶構造を多く含む二酸化チタン(膜)を表面に被覆形成した基体は、白熱球や蛍光燈などの照明基体としてガラスを用いた場合、自動車などの車輌用ガラス、住宅用ガラス、ビル用ガラスなどの建築物用ガラスとして広く使用することができる。
【0021】
【実施例】
以下、実施例を基に、さらに本発明を詳細に説明する。但し、言うまでもなく、本発明の範囲は実施例の記載に制限されるものではない。
【0022】
[参考例1]
チタン酸硫酸(TiOSO4 )25.1g(0.18モル)に対して、30重量%のアンモニア水を、pHが9になるような量で添加した。そして、アンモニア水溶液をさらに追加し、16時間、温度(室温)で冷却して、チタン酸ゾル(TiO(OH)2 )を作成した。
得られたチタン酸ゾルに対して、ろ過と精製水による洗浄を数回繰り返し、飽和水酸化バリウム溶液を用いて、残留スルホン酸が存在しないことを確認した。
得られたチタン酸ゾルは、TiO2 量に換算して、濃度が18重量%であり、非結晶性であった。
【0023】
[実施例1]
反応器内に、参考例1で得られたチタン酸ゾル40g(TiO2 量換算、0.087モル)と、アミノアルコールとしてトリエタノールアミン19.37g(0.13モル)とを加え、さらに、溶媒としてエチレングリコール80mlを加え、混合溶液とした。
次いで、この混合溶液を、シリコンオイル浴を用いて圧力6kPa、温度120℃の条件で、3.5時間反応させた。その後、約半量のエチレングリコールを蒸留したところ、反応液が透明になったことより、チタン酸ゾル中のチタン酸が、すべてトリエタノールアミンと反応したことが確認された。
次いで、反応器内を1.2kPaに減圧し、150℃に昇温させて、残留したエチレングリコールを除去し、チタンアミノアルコール錯体を得た。
得られたチタントリエタノールアミン錯体の2.0gを過剰の無水酢酸(10ml)中で、室温下、2時間攪拌した。反応が進行するにつれて、白色粉末が沈殿した。白色粉末をエタノールにより再結晶を行ない、濾過、洗浄、乾燥して、チトナラトランアセテート(TEA(Ti)OAc)0.75gを取得した。収率は79%であった。また、得られた白色粉末につき、13C−NMRおよび 1H−NMR測定を行った。それぞれのNMRチャートから得られた結果を、下記に示す。
NMR(d4MeOD)
13C:177.7, 74.9, 71.5, 59.3, 57.6, 22.2
1H :4.4-4.5(m), 4.3(t), 3.1-3.4(m), 1.75(s)
【0024】
[試験例](二酸化チタンの作成)
下記工程(1)〜(3)により、二酸化チタンを作成した。
(1)実施例1で得られたチタン錯体3gを無水エタノール10mlに溶解させて溶液とした。得られた溶液を撹拌しつつ、50重量%含水エタノール10mlを滴下して、溶液をゾル化した。
(2)次いで、得られたゾルを撹拌しつつ、28重量%アンモニア水を3ml滴下し、さらに70℃で1時間熟成し、ゲル化した。
(3)得られたゲルを12時間風乾し、さらに80℃で2時間加熱乾燥後、室温から500℃まで5℃/分で昇温させ、そのまま500℃で15分保持し、ついで500℃から650℃まで5℃/分で昇温させ、そのまま650℃で5分間保持して、二酸化チタンを得た。
【0025】
得られた二酸化チタンに、回折角度2θのX線(出力条件:400kV×100mA、CuK波長)を照射し、2θ=25.3〜25.5のピーク強度(アナターゼ型結晶構造TiO2 )をIaとし、2θ=27.5〜27.9のピーク強度(ルチル型結晶構造TiO2 )をIrとして、下記式から、得られた二酸化チタンにおけるアナターゼ結晶構造の含有率(f)を求めた。その結果、アナターゼ結晶構造の含有率は100%であることが確認された。
f={1/(1+1.265×Ir/Ia)}×100
【0026】
【発明の効果】
本発明のチタン錯体の製造方法により、アナターゼ型結晶構造の含有率(割合)の高い二酸化チタンが得られるチタン錯体を、安定して製造することができるようになった。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a complex, and more particularly to a method for producing a titanium complex capable of stably obtaining titanium dioxide having a high content of anatase type crystal structure.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, film-like titanium dioxide (hereinafter sometimes referred to as TiO 2 ) is often used as an efficient photocatalyst or semiconductor electrode.
Titanium dioxide is also used as an active reagent and an inert carrier. As a method for producing titanium dioxide for such applications, TiO 2 and V 2 O 3 (vanadium oxide) are used as catalysts on the inert carrier. ) And the catalytic oxidation of o-xylene to phthalic anhydride is well known as a commercial process.
Research has also been conducted on the use of titanium dioxide as a fuel by photocatalytically decomposing water to generate hydrogen.
That is, although titanium dioxide has been attracting attention in recent years, titanium dioxide generally contains a lot of rutile type crystal structures and has a problem that the content ratio of anatase type crystal structures is small.
More specifically, for example, in order to effectively exhibit photocatalytic activity, it is preferable that there are many anatase type crystal structures in titanium dioxide, but depending on the type of titanium compound used as the titanium dioxide raw material, anatase type crystals contained There was a problem that the ratio of the structure was easy to change. Therefore, it is difficult to stably contain anatase type crystal structure in titanium dioxide at a high content.
Moreover, when the anatase type crystal structure in titanium dioxide is increased, the hydrophilicity in titanium dioxide can be improved.
[0003]
Therefore, titanium tetrachloride ((NH 4 ) 2 (TiO (C 2 O 4 ) 2 ), isopropyl titanate, etc., which have been purified by repeated distillation, have been studied as titanium dioxide raw materials. It did not provide titanium dioxide containing structure.
Specifically, J European Ceramic Society, 1988, 287-297 describes a titanium dioxide powder produced from a precursor obtained by reacting titanium dioxide with triethanolamine and ethylene glycol. However, titanium dioxide obtained from such a precursor contains a rutile crystal structure in the range of 10 to 15% by weight. Therefore, it cannot be said that the content of the anatase crystal structure in titanium dioxide is still high.
[0004]
Further, according to the recently developed sol-gel method, a product made of a titanium compound can be obtained in the form of powder, fiber, film or the like.
Therefore, in producing titanium dioxide, titanium alkoxide such as isopropyl titanate is often used as a starting material in the sol-gel process. According to this sol-gel method, it is said that the stability of the sol of titanium alkoxide can be improved by adding a regulator such as acetylacetonate.
However, even in titanium dioxide obtained using this sol-gel method, it cannot be said that the content of the anatase type crystal structure is sufficiently high.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
That is, an object of the present invention is to provide a method for producing a complex capable of stably obtaining titanium dioxide having a high content (ratio) of anatase type crystal structure.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
This invention provides the manufacturing method of the complex characterized by making a titanium amino alcohol complex and a carboxylic anhydride react.
Examples of the titanium amino alcohol complex used in the present invention include a titanium amino alcohol complex having a structure represented by the following general formula (1).
[0007]
General formula (1)
Ti x [(OR 1 ) n N] x [(OR 1 ) x N (R 1 OH) y ] (1)
[In General Formula (1), R 1 represents an alkylene group or an arylene group, x represents a number of 1 to 3, y represents a number of (3-x), and n represents a number of 1 to 3. ]
[0008]
In constituting the titanium amino alcohol complex in the present invention, the alkylene group represented by R 1 in the general formula (1) is at least one group selected from the group consisting of an ethylene group, a propylene group and a butylene group. It is preferable that These alkylene groups may be linear or branched.
In constituting the titanium amino alcohol complex in the present invention, the arylene group represented by R 1 in the general formula (1) is at least one selected from the group consisting of a phenylene group, a benzylene group, and a naphthylene group. Preferably there is.
In the present invention, the titanium amino alcohol complex includes those having a part of the structure represented by the above general formula (1).
The titanium amino alcohol complex used in the present invention can be produced, for example, by reacting a titanium compound such as titanic acid, Ti (OR 2 ) 4 , Ti (OCOR 3 ) 4 with amino alcohol. Here, examples of R 2 include hydrogen, an alkyl group, and an aryl group, and examples of R 3 include an alkyl group and an aryl group.
[0009]
Of these titanium compounds, titanic acid is preferred. In the present invention, titanic acid is usually a compound represented by TiO (OH) 2 · pH 2 O or Ti (OH) 4 · pH 2 O (p represents the number of water and is a number of 1 or more). It is.
Such titanic acid can be produced by adding an alkaline compound such as aqueous ammonia to sulfuric acid titanate or titanium chloride or an aqueous solution thereof.
The amino alcohol used in the present invention is represented by the formula (HOR 1 ) n NR 4 m (wherein R 1 and n are the same as those in the general formula (1), and R 4 represents hydrogen, an alkyl group, An aryl group, and m is (3-n).).
Here, preferable amino alcohols include triethanolamine, diethanolamine, monomethanolamine, triisopropanolamine, diisopropanolamine, monoisopropanolamine, methyldiethanolamine, dimethylmonoethanolamine, ethyldiethanolamine, diethylmonoethanolamine and the like. . Moreover, these can be used individually by 1 type or can be used in combination of 2 or more type.
[0010]
The reaction between the titanium compound and amino alcohol is preferably carried out in a solvent. For example, the reaction is preferably carried out in the presence of a monoalcohol, diol or triol alcohol compound.
Here, a preferable monoalcohol includes an alcohol compound represented by R 5 OH. R 5 is a linear or branched alkyl group having 6 to 10 carbon atoms, or an alkyl group having a linear or branched oxygen bond having 5 to 10 carbon atoms.
Specific examples of the monoalcohol include monoalcohol having a boiling point of 150 ° C. or higher, such as 2-ethylhexanol, 3,3,5-trimethyl-1-hexanol, octanol, and methoxyethoxyethanol.
[0011]
A preferable diol includes an alcohol compound represented by HO (R 6 ) OH. Here, R 6 is a linear or branched alkylene group having 2 to 12 carbon atoms. Accordingly, preferred specific examples of the diol include one kind of ethylene glycol, propylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, hexamethylenediol, or a combination of two or more kinds.
Furthermore, preferable triols for use include glycerin and 1,2,6-hexanetriol.
However, in the reaction between the thian compound and the amino alcohol, the reaction can be further promoted, and therefore, it is also preferable to use an excess amino alcohol as a catalyst or a solvent such as an alkali metal.
[0012]
Further, the reaction ratio between the titanium compound and amino alcohol is not particularly limited, but usually the amino alcohol is within a range of 0.5 to 5 mol, preferably 1 to 3 with respect to 1 mol of the titanium compound. It is to add and react within a molar range, particularly preferably within a range of 1.5 to 2.5 molar.
Further, the reaction temperature between the titanium compound and amino alcohol is not particularly limited, but is usually a value within the range of 90 to 280 ° C, more preferably within the range of 90 to 260 ° C.
The reaction time is related to the reaction temperature, but is preferably in the range of 1 to 40 hours, more preferably in the range of 2 to 10 hours.
Further, the reaction pressure is not particularly limited, but is preferably a value within the range of 0.01 to 1.0 atm, more preferably a value within the range of 0.01 to 0.2 atm. That is.
[0013]
Further, when a solvent is used when the titanium compound and amino alcohol are reacted, the reaction is preferably carried out at or near the boiling point of the solvent. Specifically, the reaction temperature is preferably set to a value within the range of 100 to 280 ° C, more preferably set to a value within the range of 150 to 200 ° C.
For example, when ethylene glycol is used as a solvent, the upper limit of the reaction temperature is about 200 ° C. when the reaction pressure is 1 atm.
Further, when the titanium compound and amino alcohol are reacted, they are preferably mixed in a distillation apparatus substituted with an inert gas such as argon or nitrogen gas. As the inert gas, a known gas other than those described above can be used.
[0014]
In addition, when heating the titanium compound and amino alcohol, it is preferable to continuously remove by-produced water, because the reaction between titanic acid and amino alcohol is promoted.
Moreover, since removal of water which is a by-product from the reaction mixture is promoted by removing the solvent, it is also preferable to gradually remove the solvent from the reaction system.
Moreover, since removal of water is also promoted by carrying out the reaction under reduced pressure, it is preferable to further reduce the atmosphere.
In addition, after completion | finish of reaction with a titanium compound and amino alcohol, the used solvent is removed and a highly purified titanium amino alcohol complex can be obtained by refine | purifying by methods, such as a recrystallization method.
Further, in the present invention, the titanium amino alcohol complex thus obtained is reacted with a carboxylic acid anhydride, whereby a part or all of the amino alcohol-derived structure in the titanium amino alcohol complex is converted into the carboxylic acid anhydride. It can be substituted with the derived structure.
[0015]
In the present invention, carboxylic acid anhydride, preferably acetic anhydride, is usually added to the titanium amino alcohol complex that does not contain a solvent. The carboxylic acid anhydride may be any known one, and examples thereof include acetic anhydride, propionic anhydride, butyric anhydride, isobutyric anhydride, and valeric anhydride.
The addition amount of the carboxylic acid anhydride is preferably 0.5 equivalent or more with respect to the titanium atom in the titanium amino alcohol complex. The normal amount used is such that the carboxylic acid anhydride / titanium atomic ratio is in the range of 0.5 to 10,000, preferably in the range of 1 to 5000, and more preferably in the range of 100 to 3000. When the amount of carboxylic anhydride used is small, an inert organic solvent may be used in combination.
The titanium complex obtained by the method of the present invention can be filtered and recrystallized as necessary. The solvent used for recrystallization may be any suitable solvent, but is preferably an organic solvent, particularly methanol, ethanol, or chloroform.
The titanium complex obtained by the method of the present invention can be used as a solution dissolved in water or an organic solvent.
Here, as a preferable solvent, C1-C10 alcoholic solvents, such as water, hexaethylene glycol, isopropylene glycol, methanol, ethanol, can be mentioned. These alcohols may be a mixture with a non-alcoholic solvent such as toluene or chloroform. Also, when using water as a solvent, it is preferably diluted to from 0.06 to 1.6 mol / liter TiO 2 converted concentration.
The concentration of the titanium complex in the solution is preferably a value in the range of 0.1 to 2.0 mol / liter, more preferably 0.12 to 2.0 mol / liter, in terms of titanium concentration. The value is within the range.
[0016]
In addition, a considerable proportion of non-volatile oligomeric or polymeric amines such as polyethylene glycol and polyvinyl alcohol may be added to the titanium complex solution.
Further, the viscosity of the titanium complex solution is not particularly limited, and can be appropriately changed according to the application.
The titanium complex obtained by the method of the present invention is preferably hydrolyzed by adding water to the solution after adding a solvent to form a solution.
The water used for hydrolysis is added so that the molar ratio of water to Ti contained in the titanium complex (H 2 O / Ti) is preferably in the range of 2/1 to 200/1. Is more preferable, and a value within the range of 50/1 to 150/1 is more preferable.
[0017]
By making the hydrolyzed titanium complex (solution) alkaline, gelation can easily occur. Specifically, the pH (hydrogen ion concentration) of the hydrolyzed titanium amino alcohol complex (titanium amino alcohol complex solution) is a value within the range of 8-14, preferably a value within the range of 9-11, more preferably. When the value is increased to a value within the range of 9 to 11, most preferably about 10, gelation can be easily caused.
In the present embodiment, the base used for increasing the pH value is preferably general-purpose alkalis such as NH 3 , (NH 4 ) 2 CO 3 , NaOH, Na 2 CO 3 , NH 4 .HCl, and the like. It is done. The most preferable base for pH adjustment is NH 3 .
[0018]
Furthermore, when the titanium complex (solution) is heated to 50 ° C. or higher, the gelation rate can be increased. Then, heat the titanium complex (solution), than to the TiO 2 can be easily formed, it is preferably carried out in the presence of oxygen.
The titanium complex obtained by the method of the present invention can be converted to titanium dioxide by heating.
In the embodiment, the heating temperature of the titanium complex solution or the sol or gel is preferably a value in the range of 500 ° C to 700 ° C, more preferably a value in the range of 600 ° C to 700 ° C, Most preferably, the temperature is about 650 ° C.
More specifically, a titanium complex (solution) or a sol or gel obtained therefrom is coated on a substrate (glass or the like) to form a layer, and then this layer is heated to form a rutile crystal structure. In other words, titanium dioxide (film) having a large amount of anatase type crystal structure can be formed on a substrate.
[0019]
The titanium dioxide thus obtained has a feature that the content of the anatase type crystal structure is usually 60% by weight or more. Further, by adjusting the heating conditions and the like, the content of the anatase type crystal structure can be a value of 80% by weight or more, and can be a value of 95% by weight or more.
In addition, the titanium dioxide thus obtained has a feature that it maintains an anatase type crystal structure even when heated to 650 ° C. or higher for a long period of time and hardly converts to a rutile type crystal structure.
[0020]
Titanium dioxide obtained by heating the titanium complex obtained by the method of the present invention is formed on a substrate such as glass such as soda glass and quartz glass, ceramics such as zirconia and titanium, metal such as iron and stainless steel, etc. Can do.
Further, the method for forming the titanium complex (solution) on the substrate is not particularly limited, but it may be formed and coated by a known method such as a dipping method, a casting method, a roll coating method, or a spin coating method. it can.
Therefore, a substrate obtained by coating a surface of titanium dioxide (film) containing a large amount of anatase type crystal structure obtained from a titanium complex solution is used when a glass is used as an illumination substrate such as an incandescent bulb or a fluorescent lamp. It can be widely used as glass for buildings such as industrial glass, residential glass, and building glass.
[0021]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. Needless to say, the scope of the present invention is not limited to the description of the examples.
[0022]
[Reference Example 1]
30 wt% aqueous ammonia was added in an amount such that the pH was 9 with respect to 25.1 g (0.18 mol) of sulfuric acid titanate (TiOSO 4 ). Then, an aqueous ammonia solution was further added, and the solution was cooled at a temperature (room temperature) for 16 hours to prepare a titanate sol (TiO (OH) 2 ).
The obtained titanate sol was repeatedly filtered and washed with purified water several times, and using a saturated barium hydroxide solution, it was confirmed that there was no residual sulfonic acid.
The obtained titanic acid sol had a concentration of 18% by weight in terms of TiO 2 content and was amorphous.
[0023]
[Example 1]
In the reactor, 40 g of titanate sol obtained in Reference Example 1 (in terms of the amount of TiO 2 , 0.087 mol) and 19.37 g (0.13 mol) of triethanolamine as amino alcohol were added. As a solvent, 80 ml of ethylene glycol was added to obtain a mixed solution.
Next, this mixed solution was reacted for 3.5 hours under the conditions of a pressure of 6 kPa and a temperature of 120 ° C. using a silicone oil bath. Thereafter, when about half of the ethylene glycol was distilled, it was confirmed that all of the titanic acid in the titanate sol had reacted with triethanolamine because the reaction solution became transparent.
Next, the pressure inside the reactor was reduced to 1.2 kPa, and the temperature was raised to 150 ° C. to remove residual ethylene glycol, whereby a titanium amino alcohol complex was obtained.
2.0 g of the obtained titanium triethanolamine complex was stirred in excess acetic anhydride (10 ml) at room temperature for 2 hours. As the reaction proceeded, a white powder precipitated. The white powder was recrystallized with ethanol, filtered, washed and dried to obtain 0.75 g of chitonalatran acetate (TEA (Ti) OAc). The yield was 79%. Moreover, about the obtained white powder, < 13 > C-NMR and < 1 > H-NMR measurement were performed. The results obtained from each NMR chart are shown below.
NMR (d4MeOD)
13 C: 177.7, 74.9, 71.5, 59.3, 57.6, 22.2
1 H: 4.4-4.5 (m), 4.3 (t), 3.1-3.4 (m), 1.75 (s)
[0024]
[Test example] (Production of titanium dioxide)
Titanium dioxide was prepared by the following steps (1) to (3).
(1) 3 g of the titanium complex obtained in Example 1 was dissolved in 10 ml of absolute ethanol to obtain a solution. While stirring the obtained solution, 10 ml of 50 wt% aqueous ethanol was added dropwise to sol the solution.
(2) Next, 3 ml of 28% by weight ammonia water was dropped while stirring the obtained sol, and further aged at 70 ° C. for 1 hour to gel.
(3) The obtained gel was air-dried for 12 hours, further heated and dried at 80 ° C. for 2 hours, then heated from room temperature to 500 ° C. at a rate of 5 ° C./minute, held at 500 ° C. for 15 minutes, and then from 500 ° C. The temperature was raised to 650 ° C. at 5 ° C./min, and kept at 650 ° C. for 5 minutes to obtain titanium dioxide.
[0025]
The obtained titanium dioxide is irradiated with X-rays having a diffraction angle of 2θ (output condition: 400 kV × 100 mA, CuK wavelength), and the peak intensity (anatase type crystal structure TiO 2 ) of 2θ = 25.3 to 25.5 is expressed as Ia. And the content intensity (f) of the anatase crystal structure in the obtained titanium dioxide was determined from the following formula, where Ir is the peak intensity of 2θ = 27.5 to 27.9 (rutile-type crystal structure TiO 2 ). As a result, it was confirmed that the content of the anatase crystal structure was 100%.
f = {1 / (1 + 1.265 × Ir / Ia)} × 100
[0026]
【The invention's effect】
By the method for producing a titanium complex of the present invention, a titanium complex from which titanium dioxide having a high content (ratio) of anatase type crystal structure can be obtained can be produced stably.
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