JP4336224B2 - 複合黒色酸化物粒子、その製造方法、黒色塗料及びブラックマトリックス - Google Patents
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まず、Cu−Cr系やCu−Cr−Mn系のように、成分としてクロムを含んでいる場合、クロムの毒性上の問題に加え、サブミクロンレベルの粒子の製造が困難である。
本発明の複合黒色酸化物粒子は、コバルト、銅、マンガン及びケイ素の酸化物からなり、銅/コバルトのモル比が0.1〜0.5であり、マンガン/コバルトのモル比が0.2〜1.0であり、かつケイ素を酸化物粒子全体に対して0.1〜3質量%含有することを特徴とする。
また、不定形形状を呈する粒子に至っては、上記、塗料化した際の分散性もさることながら、該塗料を塗膜化した際の塗膜の表面平滑性にも劣ることが判明している。
ちなみに、本発明の複合黒色酸化物粒子は、結晶構造としてスピネル型または逆スピネル型をとることが多く、黒色度や色相の点でも他の形態に比べ優れており、好ましい。
本発明の黒色複合酸化物粒子の製造方法は、コバルト、銅、およびマンガンの水溶性塩を用いて調整した金属塩混合水溶液と、水酸化アルカリとを中和混合し、得られた金属水酸化物スラリーをpH10〜13に維持しながら酸化し、得られた前駆体スラリーに水可溶性ケイ酸塩の水溶液を添加してpH6〜10に調整し、固液分離後、温度400〜700℃、1時間超、3時間以下で熱処理するか、または水可溶性ケイ酸塩の水溶液を含んだコバルト、銅、およびマンガンの水溶性塩を用いて調整した金属塩混合水溶液と、水酸化アルカリとを中和混合し、得られた金属水酸化物スラリーをpH10〜13に維持しながら酸化し、得られた前駆体スラリーを固液分離後、温度400〜700℃で熱処理することを特徴とするものである。
反応の際のpHが10未満の場合、粒子成長が進行にくく微粒化しやすい。また、pHが13を超える場合は、粒子が不定形になりやすい。
なお、この際の反応温度は40℃超、60℃以下が好ましい。この温度が40℃以下であると粒子が微粒化して黒色度が低下する恐れがあり、60℃を超える場合、不定形状粒子の発生が多発しやすい。
また、この添加においては、30〜120分かけて添加して、添加後30〜120分かけて攪拌混合するのが好ましい。
硫酸コバルト7水塩830g、硫酸銅5水塩224g、硫酸マンガン5水塩324gを温度45℃、6リットルの水に投入、攪拌して溶解し、次に、この混合水溶液に苛性ソーダ1mol/L水溶液7.1リットルを約90分かけて添加し、得られた水酸化物スラリーのpHが12になるように調整した。添加完了後の液温は50℃だった。
調整が完了して30分後、液温を50℃に維持しながら、エアーを3リットル/分の割合で約2時間吹き込こんだ。
その後、反応液の攪拌を続け、約60分で85℃まで昇温し、その後1時間保持した。
1時間保持後、生成した複合酸化鉄粒子スラリーに0.1mol/Lのケイ酸ソーダ水溶液1.6リットルを60分かけて添加し、希硫酸を用いてpH7に調整し、60分攪拌混合した。その後、濾過、洗浄して、洗浄ケーキを80℃で10時間乾燥した。乾燥品を粉砕し、大気中で、600℃、2時間の焼成を行って、粒子径0.07μm、
BET27m2/gの複合酸化鉄粒子を得た。
得られた複合酸化物粒子について、以下に示す評価方法にて諸特性を評価した。結果を表2及び表3に示す。
(a)Co、Cu、Mn、およびSi含有率;試料を溶解し、ICPにて測定した。
(b)平均粒径,(c)SEM(走査型電子顕微鏡)で10万倍の写真を撮影し、200個の粒子のフェレ径を測定した。(d)比表面積;島津−マイクロメリティックス製2200型BET計にて測定した。(e)黒色度、色相; 粉体の黒色度測定はJIS K5101−1991に準拠して行った。試料2.0gにヒマシ油1.4ccを加え、フーバー式マーラーで練りこむ。この練り込んだサンプル2.0gにラッカー7.5gを加え、さらに練り込んだ後これをミラーコート紙上に4milのアプリケーターを用いて塗布し、乾燥後、色差計(東京電色社製、カラーアナライザーTC−1800型)にて、黒色度(L値)及び色相(a値、b値)を測定した。(f)耐熱性試験;試料を時計皿に入れて、通風型乾燥機(タバイエスペック製オーブン PH―201型)にて、180℃、2時間乾燥して、(e)と同様の方法で、黒色度、色相を測定した。(g)鏡面反射率(塗膜の表面平滑性に伴う光沢性);スチレンアクリル系樹脂(TB−1000F)を(樹脂:トルエン=1:2)にて溶解した液を60g、熱処理後の試料10g、直径1mmのガラスビーズ90gを内容積140mlのビンに入れ、蓋をした後、ペイントシェーカー(トウヨウセイキ社製)にて30分混合した。これをガラス板上に4milのアプリケーターを用いて塗布し、乾燥後、色差計にて黒色度、ムラカミ式GLOSS METER(GM−3M)にて20度の反射率を測定した。
硫酸コバルト7水塩830g、硫酸銅5水塩224g、硫酸マンガン5水塩324gを温度45℃、6リットルの水に投入、攪拌して溶解し、次に、0.1mol/Lケイ酸ソーダ1.6リットルを添加した。この混合水溶液に苛性ソーダ1mol/L水溶液7.1リットルを約90分かけて添加し、得られた水酸化物スラリーのpHが12になるように調整した。添加完了後の液温は50℃だった。
調整が完了して30分後、液温を50℃に維持しながら、エアーを3L/分の割合で約2時間吹き込こんだ。
その後、反応液の攪拌を続け、約60分で85℃まで昇温し、その後1時間保持した。
1時間保持後、生成した複合酸化鉄粒子スラリーを濾過、洗浄して、洗浄ケーキを80℃で10時間乾燥した。乾燥品を粉砕し、大気中で、600℃、2時間の焼成を行って、粒子径0.07μm、BET26m2/gの複合酸化鉄粒子を得た。
得られた複合酸化物粒子について、実施例1と同様に諸特性を評価した。結果を表2及び表3に示す。
表1に示すように各製造条件を変更した以外は、実施例1と同様の方法で複合酸化物粒子を得た。
得られた複合酸化物粒子について、実施例1と同様に諸特性を評価した。結果を表2及び表3に示す。
Claims (8)
- コバルト、銅、マンガン及びケイ素の酸化物からなり、銅/コバルトのモル比が0.1〜0.5であり、マンガン/コバルトのモル比が0.2〜1.0であり、かつケイ素を酸化物粒子全体に対して0.1〜3質量%含有することを特徴とする複合黒色酸化物粒子。
- 一次平均粒径が0.05〜0.15μm、かつSEM観察による粒度分布における下記式(1)の変動係数CV値が40%以下であることを特徴とする請求項1に記載の複合黒色顔料粒子。
CV値(%)=(SEM観察による粒径の標準偏差(μm))/(SEM観察による個数平均粒子径(μm))×100 …(1) - BETによる比表面積が10〜40m2/gである請求項1または2に記載の複合黒色酸化物粒子。
- 色差計による反射率(20度)が40%以上である請求項1〜3に記載の複合黒色酸化物粒子。
- 請求項1〜4いずれかに記載の複合黒色酸化物粒子を含有する黒色塗料。
- 請求項5に記載の黒色塗料により形成されたブラックマトリックス。
- コバルト、銅、およびマンガンの水溶性塩を用いて調製した金属塩混合水溶液と、水酸化アルカリとを中和混合し、得られた金属水酸化物スラリーをpH10〜13に維持しながら酸化し、得られた前駆体スラリーに水可溶性ケイ酸塩の水溶液を添加してpH6〜10に調整し、固液分離後、温度400〜700℃で熱処理することを特徴とする複合黒色酸化物粒子の製造方法。
- コバルト、銅、マンガンの水溶性塩および水可溶性ケイ酸塩の水溶液を用いて調製した金属塩混合水溶液と、水酸化アルカリとを中和混合し、得られた金属水酸化物スラリーをpH10〜13に維持しながら酸化し、得られた前駆体スラリーを固液分離後、温度400〜700℃で熱処理することを特徴とする複合黒色酸化物粒子の製造方法。
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