JP7302811B2 - Light-absorbing particles, light-absorbing particle dispersion, and method for producing light-absorbing particles - Google Patents
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Description
本発明は光吸収粒子、光吸収粒子分散液、および光吸収粒子の製造方法に関する。 The present invention relates to light-absorbing particles, light-absorbing particle dispersions, and methods for producing light-absorbing particles.
光を吸収する特性を備えた材料は光吸収材料と総称される。なお、上記光とは、例えば紫外光~可視光~近赤外光の範囲にあるもの、具体的には概ね200~3000nmの波長をもつ電磁波を意味する。 Materials with the property of absorbing light are collectively referred to as light absorbing materials. The above-mentioned light means, for example, light in the range of ultraviolet light to visible light to near-infrared light, specifically electromagnetic waves having a wavelength of approximately 200 to 3000 nm.
なかでも近年において応用が広がりつつある光吸収材料の一分野が、近赤外線吸収材料である。近赤外線吸収粒子は、光のうちでも波長が概ね700~2500nmの範囲にある近赤外領域の光を強く吸収する特性を有する光吸収材料であり、例えば光熱変換材料、日射遮蔽材料、近赤外線フィルター、農業用遮熱資材といった分野で広く活用され、あるいは研究開発が進められている。 Among them, near-infrared absorbing materials are one field of light-absorbing materials whose applications are expanding in recent years. Near-infrared absorbing particles are light-absorbing materials that strongly absorb light in the near-infrared region with a wavelength in the range of approximately 700 to 2500 nm. It is widely used in fields such as filters and thermal insulation materials for agriculture, and research and development is underway.
近赤外線吸収材料としてはこれまでにもさまざまな材料が提案されている。 Various materials have been proposed as near-infrared absorbing materials.
例えば特許文献1には、酸化錫微粉末を分散状態で含有させた透明樹脂を各種形状に成型して成る赤外線吸収性合成樹脂成型品や、酸化錫微粉末を分散状態で含有させた透明合成樹脂をシート若しくはフィルム状に成型し、これを透明合成樹脂基材に積層一体としてなる赤外線吸収性合成樹脂成型品が提案されている。 For example, Patent Document 1 discloses an infrared-absorbing synthetic resin molded product obtained by molding a transparent resin containing tin oxide fine powder in a dispersed state into various shapes, and a transparent synthetic resin containing tin oxide fine powder in a dispersed state. An infrared-absorbing synthetic resin molded product has been proposed in which a resin is molded in the form of a sheet or a film, which is laminated on a transparent synthetic resin substrate.
特許文献2には、少なくとも2枚の対向する板ガラスの間に、Sn、Ti、Si、Zn、Zr、Fe、Al、Cr、Co、Ce、In、Ni、Ag、Cu、Pt、Mn、Ta、W、V、Moの金属、当該金属の酸化物、当該金属の窒化物、当該金属の硫化物、当該金属へのSbやFのドープ物、または、これらの中から少なくとも2種以上を選択して成る複合物等を分散せしめた中間膜層を有する合せガラスが提案されている。 In Patent Document 2, Sn, Ti, Si, Zn, Zr, Fe, Al, Cr, Co, Ce, In, Ni, Ag, Cu, Pt, Mn, and Ta are inserted between at least two sheets of plate glass facing each other. , W, V, Mo metals, oxides of the metals, nitrides of the metals, sulfides of the metals, dopes of Sb or F to the metals, or at least two of these Laminated glass has been proposed which has an intermediate film layer in which a composite of the above is dispersed.
また、本件特許の出願人は特許文献3にて、酸化ルテニウム微粒子、窒化チタン微粒子、窒化タンタル微粒子、珪化チタン微粒子、珪化モリブテン微粒子、ホウ化ランタン微粒子、酸化鉄微粒子、酸化水酸化鉄(III)微粒子のうち少なくとも1種を分散したことを特徴とする選択透過膜用塗布液や選択透過膜を開示している。 In Patent Document 3, the applicant of this patent discloses ruthenium oxide fine particles, titanium nitride fine particles, tantalum nitride fine particles, titanium silicide fine particles, molybdenum silicide fine particles, lanthanum boride fine particles, iron oxide fine particles, and iron oxide hydroxide (III). A coating liquid for a permselective membrane and a permselective membrane characterized by dispersing at least one type of fine particles are disclosed.
しかし、特許文献1~3に開示されている赤外線吸収性合成樹脂成型品等の熱線遮蔽構造体である近赤外線吸収材料には、いずれも高い可視光透過率が求められたときの熱線遮蔽性能が十分でない、という問題点が存在した。 However, the near-infrared absorbing materials that are heat ray shielding structures such as the infrared absorbing synthetic resin molded products disclosed in Patent Documents 1 to 3 all have heat ray shielding performance when high visible light transmittance is required. was not sufficient.
例えば、特許文献1~3に開示されている熱線遮蔽構造体の有する熱線遮蔽性能の具体的な数値の例として、JIS R 3106に基づいて算出される可視光透過率(本明細書において、単に「可視光透過率」と記載する場合がある。)が70%のとき、同じくJIS R 3106に基づいて算出される日射透過率(本明細書において、単に「日射透過率」と記載する場合がある。)が、50%を超えていた。 For example, as a specific numerical example of the heat ray shielding performance of the heat ray shielding structures disclosed in Patent Documents 1 to 3, visible light transmittance calculated based on JIS R 3106 (in this specification, simply When the "visible light transmittance" is 70%, the solar radiation transmittance similarly calculated based on JIS R 3106 (in this specification, sometimes simply referred to as "solar transmittance") is 70%. ) exceeded 50%.
そこで、本件特許の出願人は、赤外線遮蔽材料微粒子が媒体中に分散してなる赤外線遮蔽材料微粒子分散体であって、前記赤外線遮蔽材料微粒子が、一般式MxWyOz(但し、Mは、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0)で表記される複合タングステン酸化物の微粒子を含有し、当該複合タングステン酸化物の微粒子が六方晶、正方晶、または立方晶の結晶構造を有する微粒子のいずれか1種類以上を含み、前記赤外線遮蔽材料微粒子の粒子径が1nm以上800nm以下であることを特徴とする熱線遮蔽分散体を、特許文献4として開示した。 Therefore, the applicant of the present patent has proposed an infrared shielding material fine particle dispersion in which infrared shielding material fine particles are dispersed in a medium, wherein the infrared shielding material fine particles have the general formula M x W y O z (where M is H, He, alkali metals, alkaline earth metals, rare earth elements, Mg, Zr, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd , Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, Br, Te, Ti, Nb, V, Mo, Ta, Re, Be, Hf, Os , Bi, and I, W is tungsten, O is oxygen, 0.001≦x/y≦1, 2.2≦z/y≦3.0). Composite tungsten oxide microparticles are contained, the composite tungsten oxide microparticles include at least one type of microparticles having a hexagonal, tetragonal, or cubic crystal structure, and the particle diameter of the infrared shielding material microparticles Patent Document 4 discloses a heat ray shielding dispersion characterized in that the is 1 nm or more and 800 nm or less.
特許文献4に開示したように、前記一般式MxWyOzで表される複合タングステン酸化物の微粒子を用いた熱線遮蔽分散体は高い熱線遮蔽性能を示し、可視光透過率が70%のときの日射透過率は50%を下回るまでに改善された。とりわけ元素MとしてCsやRb、Tlなど特定の元素から選択される少なくとも1種類を採用し、結晶構造を六方晶とした複合タングステン酸化物微粒子を用いた熱線遮蔽微粒子分散体は卓越した熱線遮蔽性能を示し、可視光透過率が70%のときの日射透過率は37%を下回るまでに改善された。 As disclosed in Patent Document 4, a heat ray shielding dispersion using composite tungsten oxide fine particles represented by the general formula M x W y O z exhibits high heat ray shielding performance, and has a visible light transmittance of 70%. was improved to less than 50%. In particular, the heat ray shielding fine particle dispersion using composite tungsten oxide fine particles with a hexagonal crystal structure, which employs at least one element selected from specific elements such as Cs, Rb, and Tl as the element M, has excellent heat ray shielding performance. , and the solar transmittance when the visible light transmittance was 70% was improved to below 37%.
しかしながら、特許文献4に開示された赤外線遮蔽材料微粒子である複合タングステン酸化物の微粒子は、該粒子自体あるいは該粒子を含む分散液や、分散体を高温、もしくは高湿のいずれか一方、もしくは両方を満たす環境である高温高湿の環境下に長時間保持すると、消色現象が生じる場合があった。なお、消色現象とは、高温高湿下における光吸収粒子の劣化現象であり、光吸収粒子の可視領域における光の透過率が大きく変化したり、近赤外線領域における光吸収能力が低下し、人の眼から見た該光吸収粒子の色が変化する現象を意味する。 However, the fine particles of composite tungsten oxide, which are the fine particles of the infrared shielding material disclosed in Patent Document 4, are either the particles themselves, the dispersion liquid containing the particles, or the dispersion at high temperature or high humidity, or both. When kept for a long time in a high-temperature, high-humidity environment that satisfies The decolorization phenomenon is a deterioration phenomenon of the light-absorbing particles under high temperature and high humidity. It means a phenomenon in which the color of the light-absorbing particles as seen by the human eye changes.
このように消色現象が生じると、該光吸収粒子を使用した材料や器具の外観が損なわれ、さらに近赤外線遮蔽能が低下することがあり問題であった。 When such a decolorization phenomenon occurs, the appearance of materials and instruments using the light-absorbing particles is impaired, and the near-infrared shielding ability is sometimes lowered, which is a problem.
そこで上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一側面では、消色現象の発生を抑制した光吸収粒子を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-described problems of the prior art, it is an object of one aspect of the present invention to provide light-absorbing particles that suppress the occurrence of the decoloring phenomenon.
上記課題を解決するため本発明の一側面では、
六方晶のタングステンブロンズを含む光吸収粒子であり、
前記タングステンブロンズは、一般式:MxWOy(ただし、元素Mは少なくともK、Rb、Cs、Tlから選択された1種類以上を含み、0.1≦x≦0.5、2.2≦y≦3.0)で表され、
表面に酸素イオン(O2-)よりもイオン半径が大きい置換イオンが配置され、
前記置換イオンが、S
2-
、Se
2-
、Te
2-
、P
3-
、As
3-
、Sb
3-
から選択された1種類以上のイオンを含む光吸収粒子を提供する。
In order to solve the above problems, in one aspect of the present invention,
Light absorbing particles comprising hexagonal tungsten bronze,
The tungsten bronze has the general formula: M x WO y (wherein the element M contains at least one selected from K, Rb, Cs, and Tl, and 0.1 ≤ x ≤ 0.5, 2.2 ≤ y ≤ 3.0),
Substitution ions having a larger ionic radius than oxygen ions (O 2− ) are arranged on the surface,
The replacement ions provide light-absorbing particles comprising one or more ions selected from S 2- , Se 2- , Te 2- , P 3- , As 3- and Sb 3- .
本発明の一側面によれば、消色現象の発生を抑制した光吸収粒子を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide light-absorbing particles that suppress the occurrence of decolorization.
本開示の一実施形態(以下「本実施形態」と記す)に係る光吸収粒子、光吸収粒子分散液、光吸収粒子の製造方法について、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 A light-absorbing particle, a light-absorbing particle dispersion, and a method for producing light-absorbing particles according to an embodiment of the present disclosure (hereinafter referred to as "this embodiment") will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to these exemplifications, but is indicated by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.
以下に、光吸収粒子、光吸収粒子の製造方法、光吸収粒子分散液、光吸収粒子分散液の製造方法、さらには光吸収粒子の応用例について順に説明する。
1.光吸収粒子
以下、本実施形態の光吸収粒子の一構成例について説明する。
The light-absorbing particles, the method for producing the light-absorbing particles, the light-absorbing particle dispersion, the method for producing the light-absorbing particle dispersion, and application examples of the light-absorbing particles will be described below in order.
1. Light-Absorbing Particles A configuration example of the light-absorbing particles of the present embodiment will be described below.
本実施形態の光吸収粒子は、六方晶のタングステンブロンズを含むことができる。
上記タングステンブロンズは、一般式:MxWOyで表すことができる。なお、元素Mは少なくともK、Rb、Cs、Tlから選択された1種類以上を含み、0.1≦x≦0.5、2.2≦y≦3.0を満たすことが好ましい。
そして、本実施形態の光吸収粒子は、該光吸収粒子の表面に、酸素イオン(O2-)よりもイオン半径が大きい置換イオンが配置され、該置換イオンは、15族元素、16族元素、17族元素から選択された1種類以上の元素を含むことができる。
The light absorbing particles of this embodiment can comprise hexagonal tungsten bronze.
The tungsten bronze can be represented by the general formula: M x WO y . The element M preferably contains at least one selected from K, Rb, Cs, and Tl and satisfies 0.1≦x≦0.5 and 2.2≦y≦3.0.
In the light-absorbing particles of the present embodiment, substitution ions having an ion radius larger than that of oxygen ions (O 2− ) are arranged on the surfaces of the light-absorbing particles, and the substitution ions are group 15 elements and group 16 elements. , and one or more elements selected from Group 17 elements.
本発明の発明者らは六方晶構造を有するタングステンブロンズを含む光吸収粒子において、消色現象を抑制する方法について鋭意検討を行った。 The inventors of the present invention have extensively studied a method for suppressing the decolorization phenomenon in light-absorbing particles containing tungsten bronze having a hexagonal crystal structure.
消色現象とは既述の様に、高温高湿下における光吸収粒子の劣化現象である。具体的には、光吸収粒子自体あるいは光吸収粒子を含む分散液や、分散体を高温高湿の環境下に長時間保持した場合に、光吸収粒子の可視領域の光の透過率が大きく変化したり、近赤外領域における光吸収能力が低下し、人の眼から見た該光吸収粒子の色が変化する現象を意味する。上記高温高湿の環境下とは、高温、高湿のいずれか一方、もしくは両方を満たす環境を意味する。 As described above, the decolorization phenomenon is a deterioration phenomenon of light-absorbing particles under high temperature and high humidity conditions. Specifically, when the light-absorbing particles themselves, a dispersion containing the light-absorbing particles, or a dispersion is kept in a high-temperature and high-humidity environment for a long time, the light transmittance of the light-absorbing particles in the visible region changes significantly. or a phenomenon in which the light absorbing ability in the near-infrared region is reduced and the color of the light absorbing particles as seen by the human eye changes. The high-temperature and high-humidity environment means an environment that satisfies either one of high temperature and high humidity, or both.
消色現象は、光吸収粒子が含むタングステンブロンズの結晶構造中からセシウムなどのドープ元素である元素Mが脱離し、元素Mが一部欠落したタングステンブロンズ、もしくはアモルファス状のタングステン酸化物へと変化することにより生じることが報告されている(例えば、非特許文献1を参照)。 In the decolorization phenomenon, the element M, which is a doping element such as cesium, is detached from the crystal structure of the tungsten bronze contained in the light-absorbing particles, and the element M is partially missing in tungsten bronze or amorphous tungsten oxide. It has been reported that the
以上の知見をもとに、本発明の発明者らはさらに検討を進めた。図1に示すMxWOyで表されるタングステンブロンズの結晶構造10において、セシウムなどのドープ元素である元素M 11はWO6八面体 12の形成する六方晶骨格に存在する、図1の紙面と垂直方向に当たるc軸方向に沿って結晶全体を貫通して存在する原子間の空隙(キャビティ)内に配置されている。該元素Mは周辺環境に存在する水分子と比較的容易に置換することができる。周辺環境の酸化還元電位が中性付近においては、水分子とドープ元素である元素Mの出入りは拮抗しており、正味の一方向に反応は進行しないが、周辺環境が酸化性雰囲気に傾くと元素Mの排出と酸化タングステンの酸化が生じる一方向に進行し、劣化して消色現象につながる。すなわち、元素Mの耐湿安定性は、周辺環境のpHと酸化還元電位に依存している。このメカニズムは通常大気中での高温保持環境における消色現象に対しても同様であり、この場合、大気中の僅かな水分が元素Mと置換して元素Mの排出を促す。
Based on the above findings, the inventors of the present invention proceeded with further studies. In the
当該知見をもとにさらに研究を進めた結果、粒子表面から元素Mが脱離するのを防止するために、粒子表面に立体障害を導入して、雰囲気中の水分子と粒子表面の元素Mとの間に働く相互作用を妨害するという全く新規な発想に到達した。本発明の発明者らは当該発想に基づいて試験を行い、光吸収粒子の表面に存在する酸素基(O2-)あるいは水酸基(OH-)の少なくとも一部を、酸素イオン(O2-)よりもイオン半径が大きい置換イオンで置換することで光吸収粒子表面における立体障害を増加できることを見出した。そして、粒子の表面に存在する酸素基あるいは水酸基の少なくとも一部を置換イオンで置換した光吸収粒子は、表面を置換していない従来の光吸収粒子と比較して高温高湿環境下における安定性を向上し、消色現象の発生を抑制できることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of further research based on this knowledge, in order to prevent the element M from desorbing from the particle surface, steric hindrance is introduced to the particle surface, and the water molecules in the atmosphere and the element M on the particle surface We arrived at a completely new idea of interfering with the interaction between The inventors of the present invention conducted a test based on this idea, and found that at least part of the oxygen groups (O 2- ) or hydroxyl groups (OH - ) present on the surface of the light-absorbing particles were converted to oxygen ions (O 2- ). We found that the steric hindrance on the surface of the light-absorbing particles can be increased by substituting with substitution ions having larger ionic radii than the ions. The light-absorbing particles in which at least part of the oxygen groups or hydroxyl groups present on the surface of the particles have been substituted with substituted ions are more stable in a high-temperature and high-humidity environment than conventional light-absorbing particles in which the surface is not substituted. can be improved and the occurrence of the decolorization phenomenon can be suppressed, and the present invention has been completed.
本実施形態の光吸収粒子は、六方晶のタングステンブロンズを含むことができる。本実施形態の光吸収粒子が含有するタングステンブロンズは、一般式MxWOyで表記されるタングステンブロンズであることが好ましい。 The light absorbing particles of this embodiment can comprise hexagonal tungsten bronze. The tungsten bronze contained in the light-absorbing particles of the present embodiment is preferably tungsten bronze represented by the general formula M x WO y .
上記一般式中の元素Mは、Cs、Rb、K、Tl、In、Ba、Li、Ca、Sr、Fe、Sn、Al、Cu、Naから選択される1種類以上の元素であることが好ましく、少なくともK、Rb、Cs、Tlから選択された1種類以上を含むことがより好ましい。元素Mは、CsおよびRbから選択された1種以上を含むことがさらに好ましく、元素MはCsを含むことがさらにより好ましく、元素MはCsであることが特に好ましい。 Element M in the above general formula is preferably one or more elements selected from Cs, Rb, K, Tl, In, Ba, Li, Ca, Sr, Fe, Sn, Al, Cu and Na. , at least one selected from K, Rb, Cs, and Tl. More preferably, the element M contains one or more selected from Cs and Rb, even more preferably the element M contains Cs, and most preferably the element M is Cs.
上記一般式中の元素Mの含有割合を示すxは、0.1≦x≦0.5であることが好ましく、0.15≦x≦0.5であることがより好ましい。また、酸素の含有割合を示すyは、2.2≦y≦3.0であることが好ましい。 In the general formula, x indicating the content of the element M preferably satisfies 0.1≦x≦0.5, and more preferably satisfies 0.15≦x≦0.5. Moreover, y, which indicates the content of oxygen, preferably satisfies 2.2≦y≦3.0.
本実施形態の光吸収粒子は、粒子の表面に存在する酸素基(O2-)あるいは水酸基(OH-)の少なくとも一部、すなわち上記酸素基あるいは水酸基の一部または全部を、酸素イオン(O2-)よりもイオン半径が大きい置換イオンで置換された構成を有することができる。このため、本実施形態の光吸収粒子は、該粒子の表面に置換イオンが配置された構成を有することができる。 In the light-absorbing particles of the present embodiment, at least part of the oxygen groups (O 2− ) or hydroxyl groups (OH − ) present on the surface of the particles, that is, some or all of the oxygen groups or hydroxyl groups are replaced with oxygen ions (O 2- ) can have a configuration substituted with substitution ions having a larger ionic radius than ). Therefore, the light-absorbing particles of this embodiment can have a structure in which substitution ions are arranged on the surfaces of the particles.
置換イオンとしては特に限定されないが、15族元素、16族元素、および17族元素から選択された1種類以上の元素を含むイオンを好適に用いることができる。 Although the substitution ion is not particularly limited, ions containing one or more elements selected from group 15 elements, group 16 elements, and group 17 elements can be preferably used.
以下に、タングステンブロンズを含む粒子、および粒子表面の酸素基(O2-)あるいは水酸基(OH-)の置換、についてそれぞれ説明する。
(a)タングステンブロンズを含む粒子
タングステンブロンズを示す既述の一般式MxWOy中、Wはタングステン、Oは酸素を示している。また、上記一般式中の元素Mについては既述のため、ここでは説明を省略する。
Particles containing tungsten bronze and substitution of oxygen groups (O 2− ) or hydroxyl groups (OH − ) on the particle surface are described below.
(a) Particles Containing Tungsten Bronze In the general formula M x WO y representing tungsten bronze, W represents tungsten and O represents oxygen. Further, since the element M in the above general formula has already been described, the description thereof is omitted here.
本実施形態の光吸収粒子は、当該タングステンブロンズを含有することにより、赤外領域、特に近赤外領域の光の透過を抑制することができ、熱線遮蔽能を発揮することができる。また、係るタングステンブロンズは、可視領域の光の吸光係数が、近赤外領域の光の吸光係数と比較して非常に小さいため、タングステンブロンズを含む本実施形態の光吸収粒子は、近赤外領域の光の透過を十分に抑制したときでも、可視領域の光に対して高い透過性を保つことができる。なお、本実施形態の光吸収粒子はタングステンブロンズから構成することもできる。 By containing the tungsten bronze, the light-absorbing particles of the present embodiment can suppress the transmission of light in the infrared region, particularly the near-infrared region, and can exhibit heat ray shielding ability. In addition, the tungsten bronze has an absorption coefficient for light in the visible region that is much smaller than that for light in the near-infrared region. Even when the transmission of light in the visible region is sufficiently suppressed, high transmittance to light in the visible region can be maintained. The light absorbing particles of this embodiment can also be made of tungsten bronze.
本実施形態に係る光吸収粒子が含有するタングステンブロンズは、上述したように一般式MxWOyで示され、タングステン酸化物(WOy)に元素Mを添加した組成を有している。 The tungsten bronze contained in the light-absorbing particles according to this embodiment is represented by the general formula M x WO y as described above, and has a composition in which the element M is added to tungsten oxide (WO y ).
本発明の発明者らの検討によると、タングステン酸化物(WOy)も赤外線吸収特性を有している。しかし、タングステン酸化物の場合、例えば三酸化タングステン(WO3)中には有効な自由電子が存在しないため近赤外領域の吸収反射特性が少ない。ここで、タングステン酸化物(WOy)のタングステンに対する酸素の比率であるyの値を3未満とすることによって、当該タングステン酸化物中に自由電子を生成し、効率の良い赤外線吸収性粒子とすることができる。一方、WO2の結晶相は、可視領域の光に対して吸収や散乱を生じさせる為、可視光の透明性を損なう場合がある。 According to studies by the inventors of the present invention, tungsten oxide (WO y ) also has infrared absorption properties. However, in the case of tungsten oxide, for example, tungsten trioxide (WO 3 ) does not have effective free electrons, so it has little absorption/reflection characteristics in the near-infrared region. Here, by setting the value of y, which is the ratio of oxygen to tungsten in tungsten oxide (WO y ), to less than 3, free electrons are generated in the tungsten oxide to form efficient infrared absorbing particles. be able to. On the other hand, the crystalline phase of WO2 absorbs and scatters light in the visible region, which may impair the transparency of visible light.
この為、タングステン酸化物の場合、WOyで示される化学式中のyの値が、2.2≦y<3.0を満たすことにより、WO2の結晶相が生じることを抑制し、効率の良い赤外線吸収性粒子とすることができる。 Therefore, in the case of tungsten oxide, the value of y in the chemical formula represented by WO y satisfies 2.2≦y<3.0, thereby suppressing the formation of the WO 2 crystal phase and increasing the efficiency. It can be a good infrared absorbing particle.
また、タングステン酸化物において、yの値が2.45≦y<3.0で表される組成比を有する、所謂「マグネリ相」は化学的に安定であり、近赤外領域の光の吸収特性も良いので、赤外線吸収性粒子としてより好ましく用いることができる。 In tungsten oxide, the so-called “Magneli phase”, which has a composition ratio where the value of y is expressed by 2.45≦y<3.0, is chemically stable and absorbs light in the near-infrared region. Since it also has good properties, it can be used more preferably as an infrared absorbing particle.
本実施形態の光吸収粒子および光吸収粒子分散液が含有するタングステンブロンズにおいては、タングステン酸化物に元素Mを添加することにより、当該タングステンブロンズ中に自由電子が生成され、近赤外領域に自由電子由来のより強い吸収特性が発現する。この結果、タングステンブロンズは、近赤外領域の光、すなわち近赤外線を吸収する赤外線吸収材料として特に高い特性を示す。 In the tungsten bronze containing the light-absorbing particles and the light-absorbing particle dispersion liquid of the present embodiment, by adding the element M to the tungsten oxide, free electrons are generated in the tungsten bronze, and are free in the near-infrared region. A stronger electron-derived absorption characteristic develops. As a result, tungsten bronze exhibits particularly high properties as an infrared absorbing material that absorbs light in the near-infrared region, that is, near-infrared rays.
タングステンブロンズは、タングステン酸化物において説明した酸素量の制御と、自由電子を生成する元素Mの添加とを併用することで、より効率の良い赤外線吸収材料とすることができる。当該酸素量の制御と、当該自由電子を生成する元素Mの添加とを併用する場合、タングステンブロンズを示す一般式MxWOyにおいて、0.1≦x≦0.5、2.2≦y≦3.0の関係を満たすことが好ましい。 Tungsten bronze can be made into a more efficient infrared absorbing material by controlling the amount of oxygen described in tungsten oxide and adding an element M that generates free electrons in combination. When the control of the oxygen content and the addition of the element M that generates the free electrons are used in combination, in the general formula M x WO y representing tungsten bronze, 0.1 ≤ x ≤ 0.5, 2.2 ≤ y It is preferable to satisfy the relationship ≦3.0.
ここで、上述したタングステンブロンズの一般式において、元素Mの添加量を示すxの値について説明する。xの値が0.1以上の場合、十分な量の自由電子が生成され、目的とする赤外線吸収効果を得ることができるため好ましい。そして、元素Mの添加量が多いほど自由電子の供給量が増加し、赤外線吸収効率も上昇するが、xの値が0.5程度で当該効果も飽和する。また、xの値が0.5以下であれば、当該赤外線吸収材料中に不純物相が生成されるのを回避できるので好ましい。 Here, the value of x indicating the amount of the element M added in the general formula of the tungsten bronze described above will be described. When the value of x is 0.1 or more, a sufficient amount of free electrons are generated and the desired infrared absorption effect can be obtained, which is preferable. As the amount of the element M added increases, the supply amount of free electrons increases and the infrared absorption efficiency increases, but the effect is saturated when the value of x is about 0.5. In addition, it is preferable that the value of x is 0.5 or less because it is possible to avoid the generation of an impurity phase in the infrared absorbing material.
次に、酸素量の制御を示すyの値について説明する。yの値については、MxWOyで表記される赤外線吸収材料においても、上述したタングステン酸化物(WOy)と同様の機構が働くことに加え、y=3.0においても上述した元素Mの添加量による自由電子の供給がある。このため、2.2≦y≦3.0が好ましい。特に、タングステン酸化物のマグネリ相について説明したように、化学的安定性の観点から2.45≦y≦3.0がより好ましい。 Next, the value of y indicating the control of the oxygen amount will be explained. Regarding the value of y, in the infrared absorbing material represented by M x WO y , in addition to the mechanism similar to that of tungsten oxide (WO y ) described above, the above-described element M There is a supply of free electrons depending on the amount of added. Therefore, 2.2≤y≤3.0 is preferable. In particular, as described for the Magneli phase of tungsten oxide, 2.45≦y≦3.0 is more preferable from the viewpoint of chemical stability.
タングステンブロンズ粒子に含まれるタングステンブロンズの結晶構造は、特に限定されるものではなく、任意の結晶構造のタングステンブロンズを含有することができる。ただし、光吸収粒子が含有するタングステンブロンズが六方晶の結晶構造を有する場合、当該粒子の可視領域の光の透過率、および近赤外領域の光の吸収が特に向上するため好ましい。 The crystal structure of the tungsten bronze contained in the tungsten bronze particles is not particularly limited, and tungsten bronze of any crystal structure can be contained. However, when the tungsten bronze contained in the light-absorbing particles has a hexagonal crystal structure, the transmittance of the particles in the visible region and the absorption of light in the near-infrared region are particularly improved, which is preferable.
係る六方晶を有するタングステンブロンズの結晶構造の模式的な平面図を図1に示す。既述の様に、図1において、WO6単位により形成されるWO6八面体 12が、6個集合して六角形の空隙(キャビティ)が構成されている。そして、当該空隙中に、元素M 11を配置して1箇の単位を構成し、この1箇の単位が多数集合して六方晶の結晶構造を構成する。 FIG. 1 shows a schematic plan view of the crystal structure of tungsten bronze having such a hexagonal crystal structure. As described above, in FIG. 1, six WO 6 octahedrons 12 formed by 6 units of WO are aggregated to form a hexagonal cavity. Then, the element M11 is placed in the gap to form one unit, and many of these one units are assembled to form a hexagonal crystal structure.
このように、タングステンブロンズが、WO6単位で形成される八面体が6個集合して六角形の空隙を構成し、当該空隙中に元素Mを配置した単位構造を含む場合、可視領域の光の透過率および近赤外領域の光の吸収を特に向上できる。なお、光吸収粒子全体が図1に示した構造を有する結晶質のタングステンブロンズにより構成されている必要はなく、例えば局所的に係る構造を有する場合でも可視領域の光の透過率および近赤外領域の光の吸収を向上する効果を得ることができる。この結果、光吸収粒子全体としては、結晶質であっても非晶質であってもよい。 In this way, when the tungsten bronze contains a unit structure in which six octahedra formed of WO 6 units are aggregated to form hexagonal voids, and the element M is arranged in the voids, light in the visible region can particularly improve the transmittance of the light and the absorption of light in the near-infrared region. It should be noted that the entire light-absorbing particles need not be composed of crystalline tungsten bronze having the structure shown in FIG. The effect of improving the absorption of light in the region can be obtained. As a result, the light absorbing particles as a whole may be crystalline or amorphous.
そして、タングステンブロンズの元素Mとして、イオン半径の大きな元素Mを添加したときに上述の六方晶が形成され易い。具体的には元素Mとして例えばCs、Rb、K、Tlのうちの1種類以上を添加したとき六方晶が形成され易い。この為、元素MはCs、Rb、K、Tlのうちの1種類以上を含むことが好ましく、Cs、Rb、K、Tlのうちの1種類以上であることがより好ましい。なお、六方晶が形成されるためには、元素Mがこれら以外の元素であっても、WO6単位で形成される六角形の空隙に元素Mが存在できれば良く、元素Mとして上述した元素を添加した場合に限定される訳ではない。 When an element M having a large ionic radius is added as the element M of tungsten bronze, the hexagonal crystal described above is likely to be formed. Specifically, when one or more of Cs, Rb, K, and Tl are added as the element M, hexagonal crystals are likely to be formed. Therefore, the element M preferably contains one or more of Cs, Rb, K, and Tl, and more preferably one or more of Cs, Rb, K, and Tl. In order to form a hexagonal crystal, even if the element M is an element other than these elements, it is sufficient if the element M can be present in the hexagonal voids formed by the WO 6 units. It is not limited to the case of adding.
光吸収粒子に含まれるタングステンブロンズの結晶構造を、均一な六方晶とする場合、元素Mの添加量を示すxの値が0.20≦x≦0.50を満たすことがより好ましく、0.25≦x≦0.40を満たすことがさらに好ましい。yの値については上述したように、2.2≦y≦3.0とすることが好ましい。尚、y=3.0の時、xの値が0.33となることで、元素Mが六角形の空隙の全てに配置されると考えられる。 When the crystal structure of the tungsten bronze contained in the light-absorbing particles is a uniform hexagonal crystal structure, it is more preferable that the value of x, which indicates the amount of the element M added, satisfies 0.20≦x≦0.50. More preferably, 25≦x≦0.40 is satisfied. As described above, the value of y preferably satisfies 2.2≤y≤3.0. When y=3.0, the value of x becomes 0.33, so it is considered that the element M is arranged in all the hexagonal voids.
本実施形態の光吸収粒子に含まれるタングステンブロンズの結晶構造は、上述したように特に限定されるものではない。例えば、異なる結晶構造のタングステンブロンズを同時に含んでいてもよい。 The crystal structure of the tungsten bronze contained in the light-absorbing particles of this embodiment is not particularly limited as described above. For example, it may contain tungsten bronzes of different crystal structures at the same time.
ただし、上述したように六方晶のタングステンブロンズは可視領域の光の透過率と、近赤外領域の光の吸収率とを高めることができる。このため、本実施形態の光吸収粒子が含有するタングステンブロンズは、六方晶の結晶系であることが好ましい。 However, as described above, hexagonal tungsten bronze can increase the transmittance of light in the visible region and the absorbance of light in the near-infrared region. Therefore, the tungsten bronze contained in the light-absorbing particles of the present embodiment preferably has a hexagonal crystal system.
また、元素Mとして例えばCsおよびRbから選択された1種類以上を用いた場合、上述したようにタングステンブロンズの結晶構造が六方晶となり易い。さらに、可視領域の光の透過率が高く、他方、赤外領域、特に近赤外領域の光の透過率が低くなるため、可視領域の光の透過率と、赤外領域の光の透過率とのコントラストが大きくなる。このため、タングステンブロンズを示す一般式MxWOyの元素Mが、CsおよびRbから選択された1種以上を含むことがさらに好ましい。特に元素MがCsを含む場合、該タングステンブロンズの耐候性がより高くなることから、元素MはCsを含むことがさらにより好ましく、元素MがCsであることが特に好ましい。 Further, when one or more selected from, for example, Cs and Rb is used as the element M, the crystal structure of the tungsten bronze tends to be hexagonal as described above. Furthermore, the transmittance of light in the visible region is high, while the transmittance of light in the infrared region, particularly the near-infrared region, is low. greater contrast with Therefore, it is more preferable that the element M of the general formula M x WO y representing tungsten bronze contains one or more selected from Cs and Rb. In particular, when the element M contains Cs, the weather resistance of the tungsten bronze is further enhanced, so it is even more preferable that the element M contains Cs, and it is particularly preferable that the element M is Cs.
本実施形態に係る光吸収粒子の粒子径は特に限定されるものではなく、任意に選択することができる。例えば本実施形態の光吸収粒子の用途、使用目的により要求される近赤外領域の光の吸収の程度や、生産性等に基づいて選択することができる。本実施形態の光吸収粒子の平均粒径は、1nm以上500nm以下であることが好ましく、1nm以上100nm以下であることがより好ましい。 The particle size of the light-absorbing particles according to this embodiment is not particularly limited, and can be arbitrarily selected. For example, it can be selected based on the application of the light-absorbing particles of the present embodiment, the degree of absorption of light in the near-infrared region required by the purpose of use, productivity, and the like. The average particle size of the light-absorbing particles of the present embodiment is preferably 1 nm or more and 500 nm or less, more preferably 1 nm or more and 100 nm or less.
これは、光吸収粒子の平均粒径が500nm以下であれば、光吸収粒子による強力な近赤外領域の光の吸収を発揮でき、また平均粒径が1nm以上であれば、工業的な製造が容易であるからである。 This is because if the average particle size of the light absorbing particles is 500 nm or less, the light absorbing particles can exhibit strong absorption of light in the near-infrared region, and if the average particle size is 1 nm or more, industrial production is easy.
ただし、本実施形態の光吸収粒子を例えば熱線遮蔽用途に用いる場合、光吸収粒子の粒子径を微細にすることによって、光吸収粒子に起因するミー散乱およびレイリー散乱による波長400nm~780nmの可視光線領域の光の散乱を抑制することができる。その結果、本実施形態の光吸収粒子を含む光吸収粒子分散液や、該分散液を用いて作製した分散体が曇りガラスのようになり、鮮明な透明性が得られなくなるのを回避できるため好ましい。 However, when the light-absorbing particles of the present embodiment are used for, for example, heat ray shielding applications, by making the particle diameter of the light-absorbing particles fine, visible light with a wavelength of 400 nm to 780 nm due to Mie scattering and Rayleigh scattering caused by the light-absorbing particles Light scattering in the region can be suppressed. As a result, it is possible to prevent the light-absorbing particle dispersion containing the light-absorbing particles of the present embodiment and the dispersion prepared by using the dispersion from becoming frosted glass and failing to obtain clear transparency. preferable.
そして、当該光の散乱を抑制することにより可視領域の光に対する透明性を担保し、本実施形態の光吸収粒子を用いた光吸収材料の透明性を特に高めることができる。光吸収粒子の平均粒径が200nm以下になると、上記幾何学散乱もしくはミー散乱が低減し、レイリー散乱領域になる。レイリー散乱領域では、散乱光は分散粒子径の6乗に比例するため、分散粒子径の減少に伴い散乱が低減し透明性が向上する。そして、平均粒径が100nm以下になると、上述の散乱光は非常に少なくなり好ましい。 By suppressing the scattering of the light, the transparency to light in the visible region can be ensured, and the transparency of the light absorbing material using the light absorbing particles of the present embodiment can be particularly enhanced. When the average particle diameter of the light-absorbing particles is 200 nm or less, the geometric scattering or Mie scattering is reduced, resulting in a Rayleigh scattering region. In the Rayleigh scattering region, the scattered light is proportional to the sixth power of the diameter of the dispersed particles. Therefore, as the diameter of the dispersed particles decreases, the scattering decreases and the transparency improves. Further, when the average particle diameter is 100 nm or less, the above-described scattered light is extremely reduced, which is preferable.
なお、本実施形態の光吸収粒子を含む分散液を用いて得られる、光吸収粒子が樹脂等に分散した光吸収粒子分散体内の光吸収粒子の分散状態は、樹脂等への分散液の公知の添加方法を行う限り該分散液の光吸収粒子の平均粒径よりも凝集することはない。そして、光吸収粒子の平均粒径が1nm以上100nm以下であれば、該光吸収粒子を含む分散液を用いて製造される光吸収粒子分散体やその成形体(板、シートなど)が、単調に透過率の減少した灰色系のものになってしまうことを回避できるため好ましい。 The dispersion state of the light-absorbing particles in the light-absorbing particle dispersion in which the light-absorbing particles are dispersed in the resin or the like obtained by using the dispersion liquid containing the light-absorbing particles of the present embodiment is known to those skilled in the art of the dispersion liquid in the resin or the like. As long as the adding method of (1) is carried out, the light-absorbing particles in the dispersion do not agglomerate beyond the average particle size. When the average particle size of the light absorbing particles is 1 nm or more and 100 nm or less, the light absorbing particle dispersion produced using the dispersion liquid containing the light absorbing particles and the molded article thereof (plate, sheet, etc.) are monotonous. It is preferable because it is possible to avoid becoming a grayish one with a decrease in transmittance.
以上の観点から、本実施形態の光吸収粒子の平均粒径は、上述のように100nm以下であることがより好ましく、40nm以下であることがさらに好ましい。 From the above point of view, the average particle diameter of the light-absorbing particles of the present embodiment is more preferably 100 nm or less, and even more preferably 40 nm or less, as described above.
光吸収粒子の平均粒径が40nm以下の場合、粒子のミー散乱およびレイリー散乱による光の散乱が十分に抑制され、可視領域の光の視認性を保持し、同時に効率よく透明性を保持することができる。特に透明性が求められる用途に使用する場合は、さらに散乱を抑制するため、光吸収粒子の平均粒径は、30nm以下であることが特に好ましい。 When the average particle diameter of the light-absorbing particles is 40 nm or less, the scattering of light due to Mie scattering and Rayleigh scattering of the particles is sufficiently suppressed, and the visibility of light in the visible region is maintained, and at the same time, the transparency is efficiently maintained. can be done. Especially when used in applications requiring transparency, the average particle size of the light absorbing particles is particularly preferably 30 nm or less in order to further suppress scattering.
なお、光吸収粒子の平均粒径とは、例えば当該光吸収粒子の分散液について、動的光散乱法によって求めた粒度分布における積算値50%での粒径を意味する。以下、本明細書における平均粒径とは同様の意味を有する。 The average particle size of the light-absorbing particles means the particle size at 50% of the integrated value in the particle size distribution determined by the dynamic light scattering method, for example, for the dispersion liquid of the light-absorbing particles. Hereinafter, the term "average particle size" in the present specification has the same meaning.
以上に説明したように、光の散乱を回避する観点からは、光吸収粒子の平均粒径は小さい方が好ましい。ただし、光吸収粒子分散体等を製造する際の取り扱いが容易になる場合や、光吸収粒子分散体内での凝集を回避できる場合があるため、本実施形態の光吸収粒子の平均粒径は1nm以上であることが好ましい。 As described above, from the viewpoint of avoiding scattering of light, it is preferable that the average particle size of the light-absorbing particles is small. However, the average particle diameter of the light-absorbing particles in the present embodiment is 1 nm, because it may facilitate handling when manufacturing the light-absorbing particle dispersion or may prevent aggregation in the light-absorbing particle dispersion. It is preferable that it is above.
なお、後述する光吸収粒子表面の酸素基(O2-)あるいは水酸基(OH-)の置換によっては、ここまでに述べた特性のうち近赤外領域の光の透過率、可視領域の光の透過率といった光学特性はほとんど変化しないことが見出された。
(b)光吸収粒子表面の酸素基(O2-)あるいは水酸基(OH-)の置換
タングステンブロンズは文字通り酸化物に属し、また(a)タングステンブロンズを含む粒子で述べた通り、基本的には非晶質ではなく結晶性であることが好ましい。結晶性の酸化物を含有する粒子においては、粒子の内部では結晶の単位格子が繰り返されている一方、粒子表面、すなわち他の物質や真空との界面、においては当然結晶が途切れ、その結果として、表面緩和層などと呼ばれる表面構造を有していることが一般に知られている。結晶性の酸化物を含有する粒子に存在するこの表面構造においては多くの場合、結晶を構成する元素のうち酸素基(O2-)あるいは水酸基(OH-)が粒子の表面にあたる部分に存在する。タングステンブロンズを含有する光吸収粒子においても、表面には酸素基(O2-)あるいは水酸基(OH-)が粒子の表面にあたる部分に存在していることが明らかとなっている。なお、粒子表面のイオンが置換されていない通常の光吸収粒子において、酸素基と水酸基のどちらが存在するかは周囲の環境、例えば周囲に存在する液体中の水素イオン濃度、温度、表面に吸着している有機分子などに依存し一概にはいえず、場合によっては酸素基と水酸基が同一粒子表面において共存することもある。
Of the properties described above, the transmittance of light in the near-infrared region and the transmittance of light in the visible region depend on the substitution of oxygen groups (O 2− ) or hydroxyl groups (OH − ) on the surface of the light-absorbing particles, which will be described later. It was found that optical properties such as transmittance hardly changed.
(b) Substitution of Oxygen Groups (O 2− ) or Hydroxyl Groups (OH − ) on the Surface of Light Absorbing Particles Tungsten bronze literally belongs to oxides, and as described in (a) particles containing tungsten bronze, basically It is preferably crystalline rather than amorphous. In a particle containing a crystalline oxide, the crystal unit lattice is repeated inside the particle, while the crystal is naturally interrupted at the particle surface, that is, at the interface with other substances or vacuum, and as a result , a surface relaxation layer, and the like. In many cases, in this surface structure present in particles containing crystalline oxides, oxygen groups (O 2− ) or hydroxyl groups (OH − ) among the elements constituting the crystals are present at the surface of the particles. . It has been clarified that even in light-absorbing particles containing tungsten bronze, oxygen groups (O 2− ) or hydroxyl groups (OH − ) are present on the surface of the particles. In ordinary light-absorbing particles in which the ions on the surface of the particles are not substituted, whether oxygen groups or hydroxyl groups are present depends on the surrounding environment, such as hydrogen ion concentration, temperature, and surface adsorption in the surrounding liquid. It depends on the organic molecules and the like, and in some cases oxygen groups and hydroxyl groups may coexist on the same particle surface.
既述の様に、本実施形態の光吸収粒子では、酸素イオン(O2-)よりもイオン半径が大きく、光吸収粒子表面における立体障害を増加させるイオンである置換イオンにより、光吸収粒子の表面の酸素基や、水酸基の少なくとも一部を置換することができる。なお、置換イオンは、例えば15族元素、16族元素、17族元素から選択された1種類以上の元素を含むイオンである。そして、上記置換イオンで、酸素基や、水酸基を置換した本実施形態の光吸収粒子は、置換していない従来の光吸収粒子と比較して、高温高湿環境下における安定性を改善し、消色現象の発生を抑制できる。 As described above, in the light-absorbing particles of the present embodiment, substitution ions, which are ions that have a larger ionic radius than oxygen ions (O 2− ) and increase steric hindrance on the surface of the light-absorbing particles, cause the light-absorbing particles to be sterically hindered. At least part of the surface oxygen groups and hydroxyl groups can be substituted. The replacement ions are ions containing one or more elements selected from group 15 elements, group 16 elements, and group 17 elements, for example. In addition, the light-absorbing particles of the present embodiment in which the oxygen groups and hydroxyl groups are substituted with the above-mentioned substituted ions have improved stability in a high-temperature and high-humidity environment compared to conventional light-absorbing particles that are not substituted, It is possible to suppress the occurrence of the decoloring phenomenon.
置換イオンは、上述の所定の元素群から選択された1種類以上の元素を含有するイオンを好ましく用いることができるが、特にS2-、Se2-、Te2-、P3-、As3-、Sb3-、Cl-、Br-、I-のイオン群から選択された1種類以上のイオンを含むことがより好ましい。 As the replacement ions , ions containing one or more elements selected from the above -described predetermined element group can be preferably used . It is more preferable to contain at least one type of ion selected from the ion group of − , Sb 3− , Cl − , Br − and I − .
これは、置換イオンが上記S2-等のイオン群から選択された1種類以上のイオンを含む場合、該置換イオンを粒子の表面に有する光吸収粒子について、高温高湿環境下における消色現象の発生を特に抑制することができるからである。上記S2-等のイオン群に含まれるイオンはいずれも酸素イオン(O2-)よりもイオン半径が特に大きいため、光吸収粒子表面における立体障害をより増加させることができる。その結果、水分による元素Mの脱離およびタングステン元素の酸化を抑制し、光吸収粒子の消色現象を特に抑制できる。 This is because when the substituted ions include one or more ions selected from the group of ions such as S 2- described above, the light-absorbing particles having the substituted ions on the surface of the particles are decolored under a high-temperature and high-humidity environment. This is because it is possible to particularly suppress the occurrence of All of the ions included in the group of ions such as S 2− have an ionic radius that is particularly larger than that of oxygen ions (O 2− ), so that the steric hindrance on the surface of the light-absorbing particles can be further increased. As a result, desorption of the element M and oxidation of the tungsten element due to moisture can be suppressed, and the decolorization phenomenon of the light-absorbing particles can be particularly suppressed.
置換イオンは、物質の入手性、取扱いの容易性などの観点から、S2-、P3-、Cl-、Br-、I-から選択された1種類以上のイオンを含むことがより好ましい。 Substituting ions more preferably include one or more ions selected from S 2− , P 3− , Cl − , Br − , and I − from the viewpoints of material availability and ease of handling.
なお、本実施形態の光吸収粒子の粒子表面に配置する置換イオンとして、複数の異なる種類のイオンを同時に用いることもできる。 A plurality of different types of ions can be used at the same time as the substitution ions arranged on the particle surfaces of the light-absorbing particles of this embodiment.
光吸収粒子の表面における上記置換イオンの具体的な形態については特に限定されないが、置換イオンは、光吸収粒子の粒子表面においてS2-、SH-、Se2-、SeH-、Te2-、TeH-、PH2-、PH2 -、AsH2 -、SbH2 -、Cl-、Br-、I-から選択された1種類以上の形態で存在することが好ましい。これらの形態の置換イオンは1価のアニオンとして、表面緩和層において酸素基(O2-)や水酸基(OH-)の代わりに導入することが比較的容易であり、また導入した後の安定性も高いからである。なかでも物質の入手性、取扱いの容易性などの観点からは、置換イオンは、光吸収粒子の粒子表面において、SH-、PH2 -、Cl-、Br-、I-から選択された1種類以上の形態で存在することがより好ましい。 Although there is no particular limitation on the specific form of the substitution ions on the surface of the light-absorbing particles, the substitution ions on the surface of the light-absorbing particles are S 2− , SH − , Se 2− , SeH − , Te 2− , It is preferably present in one or more forms selected from TeH − , PH 2− , PH 2 − , AsH 2 − , SbH 2 − , Cl − , Br − and I − . Substitution ions in these forms are relatively easy to introduce as monovalent anions in place of oxygen groups (O 2− ) and hydroxyl groups (OH − ) in the surface relaxation layer, and are stable after introduction. is also high. Above all, from the viewpoint of material availability, ease of handling, etc., the substitution ion on the particle surface of the light-absorbing particles is one selected from SH − , PH 2 − , Cl − , Br − and I − . It is more preferable to exist in the above forms.
光吸収粒子の表面に存在する元素やイオンの検出は任意の方法で行うことができる。元素の存在の確認方法としては、加熱して脱ガスを赤外吸光分光などで検出する方法、高感度TEM-EDXによる元素マッピング、高解像度透過型顕微鏡装置を用いたEELSによる検出などを用いることができる。 Elements and ions present on the surface of the light-absorbing particles can be detected by any method. As a method for confirming the presence of elements, a method of heating and detecting degassing by infrared absorption spectroscopy, etc., elemental mapping by high-sensitivity TEM-EDX, detection by EELS using a high-resolution transmission microscope, etc. can be used. can be done.
光吸収粒子の表面に存在する元素の、イオンとしての具体的な形態、すなわちO2-、OH-、S2-、SH-、Se2-、SeH-、Te2-、TeH-、PH2-、PH2
-、AsH2
-、SbH2
-、Cl-、Br-、I-などの確認方法は、ラマン分光法、FT-IR法、NMR法といった公知の方法から任意に選択することができる。なかでもKBr錠剤法を用いたFT-IR法による官能基の検出は、試料が少量であっても官能基の分析が可能であり、精度や再現性にも優れていることから好ましく用いることができる。
2.光吸収粒子の製造方法
本実施形態の光吸収粒子の製造方法の一構成例について説明する。
Specific ionic forms of the elements present on the surface of the light absorbing particles: O 2− , OH − , S 2− , SH − , Se 2− , SeH − , Te 2− , TeH − , PH 2 − , PH 2 − , AsH 2 − , SbH 2 − , Cl − , Br − , and I − can be arbitrarily selected from known methods such as Raman spectroscopy, FT-IR method, and NMR method. can. Among them, the detection of functional groups by the FT-IR method using the KBr tablet method is preferably used because it is possible to analyze functional groups even with a small amount of sample and is excellent in accuracy and reproducibility. can.
2. Method for Producing Light-Absorbing Particles A configuration example of the method for producing light-absorbing particles according to the present embodiment will be described.
本実施形態の光吸収粒子の製造方法は、六方晶のタングステンブロンズを含む光吸収粒子の製造方法に関し、例えば後述する置換工程後に、光吸収粒子として、六方晶のタングステンブロンズを含む光吸収粒子を得ることができる。
上記タングステンブロンズは、一般式:MxWOyで表すことができる。なお、元素Mは少なくともK、Rb、Cs、Tlから選択された1種類以上を含み、0.1≦x≦0.5、2.2≦y≦3.0を満たすことが好ましい。
そして、本実施形態の光吸収粒子の製造方法によれば、光吸収粒子の表面に存在する酸素基(O2-)あるいは水酸基(OH-)の少なくとも一部を、酸素イオン(O2-)よりもイオン半径が大きい置換イオンで置換することができる。これにより、光吸収粒子の表面に酸素イオン(O2-)よりもイオン半径が大きい置換イオンを配置した構成とすることができる。なお、置換イオンは、15族元素、16族元素、17族元素から選択された1種類以上の元素を含むイオンとすることができる。
The method for producing light-absorbing particles of the present embodiment relates to a method for producing light-absorbing particles containing hexagonal tungsten bronze. Obtainable.
The tungsten bronze can be represented by the general formula: M x WO y . The element M preferably contains at least one selected from K, Rb, Cs, and Tl and satisfies 0.1≦x≦0.5 and 2.2≦y≦3.0.
According to the method for producing light-absorbing particles of the present embodiment, at least part of the oxygen groups (O 2− ) or hydroxyl groups (OH − ) existing on the surface of the light-absorbing particles are replaced with oxygen ions (O 2− ). can be replaced with a replacement ion having an ionic radius larger than As a result, a structure in which substitution ions having an ionic radius larger than that of oxygen ions (O 2− ) are arranged on the surface of the light absorbing particles can be obtained. The replacement ions can be ions containing one or more elements selected from group 15 elements, group 16 elements, and group 17 elements.
上記一般式中の元素Mは、Cs、Rb、K、Tl、In、Ba、Li、Ca、Sr、Fe、Sn、Al、Cu、Naから選択される1種類以上の元素であることが好ましく、少なくともK、Rb、Cs、Tlから選択された1種類以上を含むことがより好ましい。特に元素Mは、CsおよびRbから選択された1種以上を含むことがさらに好ましく、元素MはCsを含むことがさらにより好ましく、元素MはCsであることが特に好ましい。 Element M in the above general formula is preferably one or more elements selected from Cs, Rb, K, Tl, In, Ba, Li, Ca, Sr, Fe, Sn, Al, Cu and Na. , at least one selected from K, Rb, Cs, and Tl. In particular, the element M more preferably contains one or more selected from Cs and Rb, more preferably Cs, and particularly preferably Cs.
本実施形態に係る光吸収粒子の製造方法で得られる光吸収粒子の平均粒径は特に限定されるものではなく、任意に選択することができるが、1nm以上500nm以下であることが好ましく、1nm以上100nm以下であることがより好ましく、1nm以上40nm以下であることがさらに好ましい。特に透明性が求められる用途に使用する場合は、さらに散乱を抑制するため、光吸収粒子の平均粒径は、30nm以下であることが特に好ましい。 The average particle size of the light-absorbing particles obtained by the method for producing light-absorbing particles according to the present embodiment is not particularly limited, and can be arbitrarily selected. It is more preferably 1 nm or more and 100 nm or less, and further preferably 1 nm or more and 40 nm or less. Especially when used in applications requiring transparency, the average particle size of the light absorbing particles is particularly preferably 30 nm or less in order to further suppress scattering.
本実施形態の光吸収粒子の製造方法における、上記置換イオンは特にS2-、Se2-、Te2-、P3-、As3-、Sb3-、Cl-、Br-、I-のイオン群から選択された1種類以上のイオンを含むことがより好ましい。置換イオンは、物質の入手性、取扱いの容易性などの観点から、S2-、P3-、Cl-、Br-、I-から選択された1種類以上のイオンを含むことがより好ましい。 In the method for producing light-absorbing particles of the present embodiment, the substitution ions are particularly those of S 2− , Se 2− , Te 2− , P 3− , As 3− , Sb 3− , Cl − , Br − and I − . More preferably, it contains one or more ions selected from the group of ions. Substituting ions more preferably include one or more ions selected from S 2− , P 3− , Cl − , Br − , and I − from the viewpoints of material availability and ease of handling.
上記置換イオンの具体的な形態については特に限定されないが、置換イオンは、光吸収粒子の粒子表面においてS2-、SH-、Se2-、SeH-、Te2-、TeH-、PH2-、PH2 -、AsH2 -、SbH2 -、Cl-、Br-、I-から選択された1種類以上の形態で存在することが好ましい。なかでも物質の入手性、取扱いの容易性などの観点からは、置換イオンは、光吸収粒子の粒子表面において、SH-、PH2 -、Cl-、Br-、I-から選択された1種類以上の形態で存在することがより好ましい。 Although the specific form of the above-mentioned substituted ions is not particularly limited, the substituted ions are S 2− , SH − , Se 2− , SeH − , Te 2− , TeH − , PH 2− , PH 2 − , AsH 2 − , SbH 2 − , Cl − , Br − and I − . Above all, from the viewpoint of material availability, ease of handling, etc., the substitution ion on the particle surface of the light-absorbing particles is one selected from SH − , PH 2 − , Cl − , Br − and I − . It is more preferable to exist in the above forms.
なお、本実施形態の光吸収粒子の製造方法によれば、既述の光吸収粒子を製造することができる。このため、既に説明した事項の一部は説明を省略する。 According to the method for producing light absorbing particles of the present embodiment, the light absorbing particles described above can be produced. Therefore, some of the items already explained will be omitted.
以下に、本実施形態の光吸収粒子の製造方法が好適に有することができる工程について説明する。
(A)置換工程
本実施形態の光吸収粒子の製造方法は、六方晶のタングステンブロンズを含み、平均粒径が1nm以上100nm以下である粒子に対して、粒子の表面に存在する酸素基(O2-)あるいは水酸基(OH-)の少なくとも一部を、酸素イオン(O2-)よりもイオン半径が大きい置換イオンで置換する置換工程を含むことができる。
The steps that the method for producing light-absorbing particles of the present embodiment can preferably have will be described below.
(A) Substitution step In the method for producing light-absorbing particles of the present embodiment, oxygen groups (O 2- ) or at least part of the hydroxyl groups (OH − ) are replaced with replacement ions having a larger ionic radius than oxygen ions (O 2- ).
上記タングステンブロンズは、一般式:MxWOyで表すことができる。なお、元素Mは少なくともK、Rb、Cs、Tlから選択された1種類以上を含み、0.1≦x≦0.5、2.2≦y≦3.0を満たすことが好ましい。 The tungsten bronze can be represented by the general formula: M x WO y . The element M preferably contains at least one selected from K, Rb, Cs, and Tl and satisfies 0.1≦x≦0.5 and 2.2≦y≦3.0.
置換イオンは既述の様に、15族元素、16族元素、17族元素から選択された1種類以上の元素を含むイオンとすることができる。好適な置換イオンについては説明したため、ここでは説明を省略する。 As described above, the replacement ions can be ions containing one or more elements selected from group 15 elements, group 16 elements, and group 17 elements. Since the preferred replacement ions have already been described, the description is omitted here.
置換工程において、粒子の表面に存在する酸素基あるいは水酸基の少なくとも一部、すなわち一部または全部を置換イオンで置換する具体的な方法は特に限定されない。例えば表面に酸素基あるいは水酸基を含有する被置換粒子を、置換イオンを含有する溶液と混合し、乾燥することで置換イオンによる置換を実施することができる。また、被置換粒子を、置換イオンに対応する元素を含むガスに曝露することで、置換イオンによる置換を実施することもできる。特に後者の被置換粒子のガスへの曝露による置換は効率よく被置換粒子表面の酸素基等を置換イオンにより置換できるため好ましい。 In the substitution step, a specific method for substituting at least a portion, ie, a portion or all, of the oxygen groups or hydroxyl groups present on the surface of the particles with substitution ions is not particularly limited. For example, particles to be substituted containing oxygen groups or hydroxyl groups on the surface can be mixed with a solution containing substitution ions and dried to effect substitution with substitution ions. Substitution with substitution ions can also be carried out by exposing the particles to be substituted to a gas containing the element corresponding to the substitution ions. In particular, the latter replacement by exposing the particles to be replaced to the gas is preferable because the oxygen groups and the like on the surface of the particles to be replaced can be efficiently replaced with replacement ions.
そこで、置換工程は例えば、六方晶のタングステンブロンズを含む粒子を、15族元素、16族元素、および17族元素から選択された1種類以上の元素を含むガスに曝露する曝露工程を含むことができる。 Thus, the replacement step can include, for example, an exposure step of exposing particles containing hexagonal tungsten bronze to a gas containing one or more elements selected from group 15 elements, group 16 elements, and group 17 elements. can.
係る曝露工程では、表面に酸素基(O2-)あるいは水酸基(OH-)が存在する被置換粒子を、置換イオンに対応した元素を含むガス、例えば硫黄、二酸化硫黄、三酸化硫黄、硫化水素から選択された1種類以上を含むガスに晒すことができる。この場合、被置換粒子の表面に存在する酸素基や水酸基を、硫黄基(S2-)やチオール基(SH-)で置換することができる。 In such an exposure step, the particles to be substituted having oxygen groups (O 2− ) or hydroxyl groups (OH − ) present on the surface are treated with a gas containing an element corresponding to the substituted ion, such as sulfur, sulfur dioxide, sulfur trioxide, and hydrogen sulfide. can be exposed to a gas comprising one or more selected from In this case, oxygen groups and hydroxyl groups present on the surfaces of the particles to be substituted can be substituted with sulfur groups (S 2− ) and thiol groups (SH − ).
既述の様に、置換イオンは、15族元素、16族元素、および17族元素から選択された1種類以上の元素を含むことができるため、置換イオンの種類により、曝露工程で用いるガスの種類を選択することができる。曝露工程では例えば上記硫黄系の材料以外に、目的とする置換イオンにあわせて、PH3や三塩化リン、五塩化リン、Cl2、HCl、塩化チオニル、塩化オリサニル、トリホスゲン、Br2、HBr、I2、HI等から選択された1種類以上を含むガスを用いることができる。 As described above, the replacement ions can contain one or more elements selected from group 15 elements, group 16 elements, and group 17 elements. You can choose the type. In the exposure step, for example, in addition to the above sulfur-based materials, PH 3 , phosphorus trichloride, phosphorus pentachloride, Cl 2 , HCl, thionyl chloride, orysanyl chloride, triphosgene, Br 2 , HBr, A gas containing one or more selected from I 2 , HI, and the like can be used.
曝露工程における置換処理の条件、例えばガスの種類、ガスの濃度、流量、処理温度、処理時間などは、置換する元素およびイオン、被置換粒子の処理量、平均粒径、タングステンブロンズの種類、すなわち元素Mの種類や量、酸素欠損(酸素欠陥)の量等により選択することができる。 The conditions of the replacement treatment in the exposure step, such as the type of gas, gas concentration, flow rate, treatment temperature, treatment time, etc., are the elements and ions to be replaced, the amount of particles to be replaced, the average particle size, the type of tungsten bronze, i.e. It can be selected according to the type and amount of the element M, the amount of oxygen deficiency (oxygen defect), and the like.
例えば、粒子の表面に存在する酸素基や水酸基を硫黄基(S2-)やチオール基(SH-)で置換しようとする場合、ガスとして硫化水素とアルゴンとの混合ガスを用いることができる。用いる上記混合ガス中の硫化水素濃度は5ppm以上10000ppm以下であることが好ましく、流量は0.1L/min以上3L/min以下であることが好ましく、処理温度は150℃以上400℃以下であることが好ましく、処理時間は30分間以上2時間以下であることが好ましい。 For example, a mixed gas of hydrogen sulfide and argon can be used to replace oxygen groups and hydroxyl groups present on the surface of particles with sulfur groups (S 2− ) and thiol groups (SH − ). The hydrogen sulfide concentration in the mixed gas used is preferably 5 ppm or more and 10000 ppm or less, the flow rate is preferably 0.1 L / min or more and 3 L / min or less, and the treatment temperature is 150 ° C. or more and 400 ° C. or less. and the treatment time is preferably 30 minutes or more and 2 hours or less.
なお、被置換粒子は、曝露工程に供する前に十分に乾燥させておくことが好ましい。 The particles to be substituted are preferably sufficiently dried before being subjected to the exposure step.
既述の様に置換工程における置換イオンによる置換方法は曝露工程に限定されず、任意の方法を選択することができる。 As described above, the replacement method with replacement ions in the replacement step is not limited to the exposure step, and any method can be selected.
置換工程後に得られる光吸収粒子の表面において、酸素基等の少なくとも一部が置換イオンにより置換され、該粒子の表面に置換イオンが配置されていれば、消色現象を抑制する効果があり、本実施形態の光吸収粒子として好ましく用いることができる。 On the surface of the light absorbing particles obtained after the substitution step, at least part of the oxygen groups and the like are substituted with substitution ions. It can be preferably used as the light-absorbing particles of the present embodiment.
なお、上記タングステンブロンズ、および置換イオンについては既に説明したため、ここでは説明を省略する。
(B)粉砕工程、単離工程
本実施形態の光吸収粒子の製造方法は、任意の工程として、上記置換工程以前に、以下の粉砕工程と、単離工程とを有することもできる。
六方晶のタングステンブロンズを含む粒子を平均粒径が1nm以上100nm以下の粉砕粒子となるまで液体媒質中で粉砕する粉砕工程。
液体媒質から粉砕粒子を単離する単離工程。
Since the above tungsten bronze and replacement ions have already been described, the description is omitted here.
(B) Pulverization Step, Isolation Step The method for producing light-absorbing particles of the present embodiment may optionally include the following pulverization step and isolation step prior to the replacement step.
A pulverization step of pulverizing particles containing hexagonal tungsten bronze in a liquid medium to pulverized particles having an average particle size of 1 nm or more and 100 nm or less.
An isolation step for isolating the ground particles from the liquid medium.
本実施形態の光吸収粒子の製造方法で製造する光吸収粒子は、微細化され、微粒子となっていることが好ましい。特に既述の置換工程を行う前に、最終的に光吸収粒子分散液などに用いるための好適な粒径をもつ微粒子となっていることが好ましい。 The light-absorbing particles produced by the method for producing light-absorbing particles of the present embodiment are preferably finely divided into fine particles. In particular, it is preferable that fine particles having a particle size suitable for use in a light-absorbing particle dispersion or the like are finally obtained before performing the replacement step described above.
これは、置換工程において、粒子表面の酸素基(O2-)あるいは水酸基(OH-)の少なくとも一部を置換イオンにより置換したとしても、置換工程の後にさらに粒子の微細化工程を行った場合、一次粒子の粉砕により新たな表面が露出することになる。そして、新たに露出した表面は、置換されていない酸素基(O2-)あるいは水酸基(OH-)から構成されているからである。 Even if at least part of the oxygen groups (O 2− ) or hydroxyl groups (OH − ) on the surface of the particles are substituted with substituted ions in the substitution step, this is the case when the grain refinement step is further performed after the substitution step. , the comminution of the primary particles will expose new surfaces. This is because the newly exposed surface consists of unsubstituted oxygen groups (O 2− ) or hydroxyl groups (OH − ).
粉砕工程において、六方晶のタングステンブロンズを含む粒子を粉砕する具体的な手段は特に限定されず、目標とする粒径まで粉砕することができる各種手段を用いることができる。機械的な粉砕方法としては、ジェットミル等を用いる乾式の粉砕方法を用いることができる。ただし、より微細な粒径まで粉砕が必要な場合、ペイントシェーカーや、湿式ビーズミル装置等を用いる湿式粉砕を行うことが好ましい。このため、粉砕工程では、上述のように、液体媒質中で所望の平均粒径の粉砕粒子となるまで湿式粉砕を行うことが好ましい。 In the pulverization step, the specific means for pulverizing the particles containing hexagonal tungsten bronze is not particularly limited, and various means capable of pulverizing to the target particle size can be used. As a mechanical pulverization method, a dry pulverization method using a jet mill or the like can be used. However, when pulverization to a finer particle size is required, it is preferable to perform wet pulverization using a paint shaker, a wet bead mill device, or the like. For this reason, in the pulverization step, as described above, wet pulverization is preferably performed in a liquid medium until pulverized particles having a desired average particle size are obtained.
粉砕工程において上述のように液体媒質を用いて湿式粉砕を行った場合、本実施形態の光吸収粒子の製造方法は、さらに単離工程を有することができる。単離工程では、液体媒質から粉砕粒子を単離させることができ、これにより所望の平均粒径を有する粉砕粒子を得ることができる。液体媒質からの粉砕粒子の単離方法としては任意に選択することができ、例えば乾燥、遠心分離、凝集粒子のフィルタリングなどの工程を組み合わせることができる。単離工程で得られた粉砕粒子は、例えば既述の置換工程に供することができ、粉砕粒子を、置換工程で挙げたタングステンブロンズを含む粒子として用いることができる。 When wet pulverization is performed using a liquid medium as described above in the pulverization step, the method for producing light-absorbing particles of the present embodiment can further include an isolation step. In the isolation step, ground particles can be isolated from the liquid medium to obtain ground particles having a desired average particle size. Any method can be used to isolate the ground particles from the liquid medium, and can include a combination of steps such as drying, centrifugation, and filtering of agglomerated particles. The pulverized particles obtained in the isolation step can be subjected to, for example, the replacement step described above, and the pulverized particles can be used as the particles containing tungsten bronze mentioned in the replacement step.
なお、例えばタングステンブロンズを含む粒子として、所望の平均粒径を有する粒子が得られている場合には、上記粉砕工程等を実施せずに、既述の置換工程に供することができる。
(C)原料粒子製造工程
本実施形態の光吸収粒子の製造方法は、必要に応じて原料粒子、すなわちタングステンブロンズを含む粒子を製造する原料粒子製造工程をさらに有することもできる。
For example, when particles having a desired average particle size are obtained as particles containing tungsten bronze, they can be subjected to the replacement step described above without carrying out the pulverization step or the like.
(C) Raw Material Particle Production Step The method for producing light-absorbing particles according to the present embodiment may further include a raw material particle production step for producing raw material particles, that is, particles containing tungsten bronze, if necessary.
原料粒子製造工程で用いる原料粒子の製造方法は特に限定されるものではなく、所定の組成とすることが可能な種々の方法を用いることができる。原料粒子の製造方法としては、還元性ガス気流中合成法、固相還元反応法、固相反応/液相法/気相法で得たタングステンブロンズを酸素含有気体を用いて酸化処理する方法、もしくは還元性気体の気流を用いて還元処理する方法、溶融ハロゲン化アルカリ中でWO3を還元する方法等が挙げられる。 The method for producing the raw material particles used in the raw material particle production process is not particularly limited, and various methods capable of obtaining a predetermined composition can be used. Methods for producing raw material particles include a method of synthesizing in a reducing gas stream, a solid phase reduction reaction method, a method of oxidizing tungsten bronze obtained by a solid phase reaction/liquid phase method/gas phase method using an oxygen-containing gas, Alternatively, a method of reduction treatment using a stream of reducing gas, a method of reducing WO3 in a molten alkali halide, and the like can be used.
以下、原料粒子の製造方法毎に、原料粒子製造工程の構成例を説明する。
(還元性ガス気流中合成法)
原料粒子製造工程における原料粒子の製造方法として、例えば還元性ガス気流中合成法を用いることができる。この場合、原料粒子製造工程は、以下の加熱工程を有することができる。
Hereinafter, configuration examples of the raw material particle manufacturing process will be described for each method of manufacturing the raw material particles.
(Synthesis method in reducing gas stream)
As a method for producing raw material particles in the raw material particle production process, for example, a synthesis method in a reducing gas stream can be used. In this case, the raw material particle manufacturing process can have the following heating process.
加熱工程では、元素MおよびWを含み、元素M(M)と、Wとの原子数比であるa(M/W)が0.1≦a≦0.5である原料混合物を、還元性気体の気流中、400℃以上650℃以下の固相反応温度で加熱して固相反応させることができる。 In the heating step, a raw material mixture containing the elements M and W and having an atomic ratio a (M/W) between the element M (M) and W satisfying 0.1 ≤ a ≤ 0.5 is heated to a reducing A solid-phase reaction can be performed by heating at a solid-phase reaction temperature of 400° C. or higher and 650° C. or lower in a gas stream.
なお、元素Mとして好適に用いることができる元素については既に説明したため、ここでは説明を省略する。また、aについては、目的とするタングステンブロンズの組成にあわせて選択することができ、タングステンブロンズに関して説明した際のxと同じ好適な範囲を取ることができる。 Elements that can be suitably used as the element M have already been described, and therefore descriptions thereof are omitted here. In addition, a can be selected according to the composition of the target tungsten bronze, and can take the same preferable range as x when the tungsten bronze is explained.
原料粒子製造工程は、さらに、加熱工程の固相反応温度よりも高温、例えば700℃以上900℃以下で熱処理を行う均質化工程を有することが好ましい。 It is preferable that the raw material particle production step further includes a homogenization step in which heat treatment is performed at a temperature higher than the solid phase reaction temperature in the heating step, for example, 700° C. or higher and 900° C. or lower.
加熱工程に供する原料としては、例えば元素Mの炭酸塩を含む水溶液であるM2CO3水溶液と、H2WO4(タングステン酸)とを用いることができる。なお、元素Mが複数の元素を含む場合には、対応した複数のM2CO3水溶液を用いることもできる。 As raw materials for the heating step, for example, an M 2 CO 3 aqueous solution containing a carbonate of the element M and H 2 WO 4 (tungstic acid) can be used. In addition, when the element M contains a plurality of elements, a plurality of corresponding M 2 CO 3 aqueous solutions can also be used.
加熱工程に供する原料混合物は、M2CO3水溶液と、H2WO4とを、原子数比であるa(M/W)が0.1≦a≦0.5となる割合で混合・混練することで得られる。また、加熱工程に供する前に、水分を低減するために、大気中で原料混合物の乾燥を行っておくことが好ましい。 The raw material mixture to be subjected to the heating step is an aqueous solution of M 2 CO 3 and H 2 WO 4 mixed and kneaded at a ratio of a (M/W), which is the atomic number ratio, to 0.1 ≤ a ≤ 0.5. obtained by doing Moreover, it is preferable to dry the raw material mixture in the atmosphere in order to reduce the water content before the heating step.
加熱工程では、原料混合物を、還元性気体の気流中、400℃以上650℃以下の固相反応温度で加熱して固相反応をさせて、タングステンブロンズであるMaWO3-bを調製できる。 In the heating step, the raw material mixture is heated at a solid-phase reaction temperature of 400° C. or higher and 650° C. or lower in a stream of reducing gas to cause a solid-phase reaction, whereby tungsten bronze M a WO 3-b can be prepared. .
a=0.33の場合の加熱工程での反応式は次式で表される。
0.165M2CO3+H2WO4+(0.165+b)H2
→0.165CO2↑+(1.165+b)H2O↑+M0.33WO3―b
均質化工程では、加熱工程の固相反応温度よりも高温、例えば700℃以上900℃以下で熱処理を行うことができる。均質化工程は、例えば窒素や、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で実施することが好ましい。
(固相還元反応法)
原料粒子製造工程における原料粒子の製造方法として、固相還元反応法を用いることもできる。
The reaction formula in the heating step when a=0.33 is represented by the following formula.
0.165 M2CO3 + H2WO4 + ( 0.165 +b) H2
→ 0.165 CO 2 ↑ + (1.165 + b) H 2 O ↑ + M 0.33 WO 3-b
In the homogenization step, heat treatment can be performed at a temperature higher than the solid phase reaction temperature in the heating step, for example, 700° C. or higher and 900° C. or lower. The homogenization step is preferably carried out under an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.
(Solid phase reduction reaction method)
A solid-phase reduction reaction method can also be used as a method for producing raw material particles in the raw material particle production process.
この場合、原料粒子製造工程は、原料混合物を、真空雰囲気、または不活性ガス雰囲気下、750℃以上950℃以下で加熱する加熱・還元工程を有することができる。 In this case, the raw material particle production step can include a heating/reduction step of heating the raw material mixture at 750° C. or higher and 950° C. or lower in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere.
原料混合物としては、WO3と、M2CO3及びM2WO4から選択された1種類以上と、タングステン単体、及びO/Wの原子数比が3未満である酸化タングステンから選択された1種類以上と、を含み、元素Mと、Wとの原子数比M/Wであるaを0.1≦a≦0.5とすることができる。 As the raw material mixture, one selected from WO 3 , one or more selected from M 2 CO 3 and M 2 WO 4 , simple tungsten, and tungsten oxide having an O/W atomic ratio of less than 3 The atomic number ratio M/W between the elements M and W can be set to 0.1≦a≦0.5.
なお、元素Mとして好適に用いることができる元素については既に説明したため、ここでは説明を省略する。また、aについては、目的とするタングステンブロンズの組成にあわせて選択することができ、タングステンブロンズに関して説明した際のxと同じ好適な範囲を取ることができる。 Elements that can be suitably used as the element M have already been described, and therefore descriptions thereof are omitted here. In addition, a can be selected according to the composition of the target tungsten bronze, and can take the same preferable range as x when the tungsten bronze is explained.
酸素を含めた組成の化学量論比(stoichiometry)を閉鎖系での原料間反応で実現するよう真空中や、不活性ガス雰囲気下で加熱する場合においては、原料として還元成分を含むことが好ましい。具体的には、上述のように原料として、WO3と、還元成分として、M2CO3及びM2WO4から選択された1種類以上とに加えて、タングステン単体、及びO/Wの原子数比が3未満である酸化タングステンから選択された1種類以上(例えばW、WO2、WO2.72から選択された1種類以上)を用いることが好ましい。 In the case of heating in a vacuum or in an inert gas atmosphere so as to realize a stoichiometry of the composition including oxygen in a closed system reaction between the raw materials, it is preferable that the raw materials contain a reducing component. . Specifically, as described above, in addition to WO 3 as a raw material and one or more selected from M 2 CO 3 and M 2 WO 4 as a reducing component, simple tungsten and O/W atoms It is preferable to use one or more tungsten oxides having a number ratio of less than 3 (for example, one or more selected from W, WO 2 and WO 2.72 ).
そして、原料の各成分を秤量、混合して、真空中、もしくは不活性ガス雰囲気下750℃以上950℃以下で加熱する加熱、還元工程を実施することで、MaWO3―bを合成することができる。石英管に真空封入して加熱するか、真空焼成炉中で加熱するか、または窒素等の不活性ガス雰囲気中で加熱しても良い。なお、不活性ガスを用いる場合、不活性ガス気流下で加熱することもできる。原料として、WO3と、M2WO4と、タングステン単体Wを使用する場合の理想反応式は以下の式で表される。
(a/2)M2WO4+(1-2a/3)WO3+(a/6)W=MaWO3
しかし、酸素の化学量論比(stoichiometry)は原料間の固相反応によって実現されるはずであるが、通常は酸素欠損が導入され、MaWO3―bが生成される。この理由は原料の1つであるM2CO3、M2WO4にある。M2CO3や、M2WO4は室温で秤量中に吸湿して潮解する傾向を持つ。このまま固相反応させると、大気中の湿度に応じて混入した水分が蒸発して還元剤として作用する為、酸素欠損を持つMaWO3―bが生成される。
Then, each component of the raw materials is weighed, mixed, and heated at 750° C. or higher and 950° C. or lower in a vacuum or in an inert gas atmosphere to perform a heating and reduction step to synthesize M a WO 3-b. be able to. Heating may be performed by vacuum sealing in a quartz tube, heating in a vacuum firing furnace, or heating in an inert gas atmosphere such as nitrogen. In addition, when using an inert gas, it can also heat under an inert gas stream. An ideal reaction formula when using WO 3 , M 2 WO 4 and tungsten elemental W as raw materials is represented by the following formula.
(a/2) M 2 WO 4 + (1−2a/3) WO 3 + (a/6) W=M a WO 3
However, although oxygen stoichiometry should be achieved by solid-state reactions between the raw materials, oxygen vacancies are usually introduced to produce M a WO 3-b . The reason for this lies in M 2 CO 3 and M 2 WO 4 which are one of the raw materials. M 2 CO 3 and M 2 WO 4 tend to absorb moisture and deliquescence at room temperature during weighing. If the solid-phase reaction is carried out as it is, the moisture mixed in according to the humidity in the atmosphere evaporates and acts as a reducing agent, so M a WO 3-b having oxygen deficiency is produced.
MaWO3―bは非常に還元されやすいため、酸素欠損が非常に少ないかまたは全く含まない試料を作製するには工夫が必要である。この場合、原料M2WO4はグローブボックス内のドライ環境で秤量し、吸湿しないように取り扱うことが好ましい。例えば真空焼成炉で加熱する場合は、750℃以上950℃以下で加熱焼成するが、高温での真空保持時間が数日を超えるような長い場合は、MaWO3―bの還元が進み、完全に還元された状態、例えばbが0.46になる場合がある。更に、カーボン材質のルツボを用いる場合は、カーボンとの接触部分で還元が進行する場合がある。 Since M a WO 3-b is very easily reduced, preparation of samples with very few or no oxygen vacancies requires ingenuity. In this case, the raw material M 2 WO 4 is preferably weighed in a dry environment in a glove box and handled so as not to absorb moisture. For example, when heating in a vacuum firing furnace, the heating is performed at 750° C. or higher and 950° C. or lower, but if the vacuum holding time at high temperature is long, such as exceeding several days, the reduction of M a WO 3-b proceeds, A fully reduced state, for example b of 0.46, may occur. Furthermore, when a crucible made of carbon material is used, reduction may progress at the portion in contact with carbon.
このように原料M2CO3やM2WO4の吸湿性や、加熱・還元工程での熱処理時の条件は、得られるMaWO3―bの酸素欠損の量に影響する重要な要因である。従ってMaWO3―bの酸素欠損の量bを特に低い値に制御するには、原料や大気中の湿度、真空保持時間、ルツボ材質などに十分な注意を払うことが好ましい。
(タングステンブロンズを酸化処理または還元処理する方法)
原料粒子製造工程における原料粒子の製造方法として、タングステンブロンズを酸化性気体を用いて酸化処理する方法や、還元性気体を用いて還元処理する方法も挙げられる。
Thus, the hygroscopicity of the raw materials M 2 CO 3 and M 2 WO 4 and the conditions of the heat treatment in the heating/reduction process are important factors that affect the amount of oxygen deficiency in the obtained M a WO 3-b. be. Therefore, in order to control the amount b of oxygen deficiency in M a WO 3-b to a particularly low value, it is preferable to pay sufficient attention to the raw materials, atmospheric humidity, vacuum holding time, crucible material, and the like.
(Method of oxidizing or reducing tungsten bronze)
Examples of a method for producing raw material particles in the raw material particle production process include a method of oxidizing tungsten bronze using an oxidizing gas and a method of reducing treatment using a reducing gas.
この場合、原料粒子製造工程は、酸素欠損を含む一般式:MaWO3-b(0.1≦a≦0.5、0<b≦0.46)で表されるタングステンブロンズを、非還元性材質のルツボ内に入れ、酸化性気体の雰囲気中、300℃以上650℃以下でアニールするアニール工程を有することができる。 In this case, the raw material particle production step includes forming tungsten bronze represented by the general formula M a WO 3-b (0.1≦a≦0.5, 0<b≦0.46) including An annealing step can be performed in which the substrate is placed in a crucible made of a reducing material and annealed at 300° C. or higher and 650° C. or lower in an atmosphere of an oxidizing gas.
また、原料粒子製造工程は、酸素欠損を含む一般式:MaWO3-b(0.1≦a≦0.5、0<b≦0.46)で表されるタングステンブロンズを、還元性気体の雰囲気中、300℃以上650℃以下でアニールするアニール工程を有することができる。 In addition, in the raw material particle production process, tungsten bronze represented by the general formula: M a WO 3-b (0.1≦a≦0.5, 0<b≦0.46) including oxygen deficiency An annealing step of annealing at 300° C. or higher and 650° C. or lower in a gas atmosphere can be included.
なお、元素Mとして好適に用いることができる元素については既に説明したため、ここでは説明を省略する。また、aについては、目的とするタングステンブロンズの組成にあわせて選択することができ、タングステンブロンズに関して説明したxと同じ好適な範囲を取ることができる。 Elements that can be suitably used as the element M have already been described, and therefore descriptions thereof are omitted here. Also, a can be selected according to the composition of the target tungsten bronze, and can be within the same preferable range as x described for the tungsten bronze.
タングステンブロンズを酸化処理する方法では、所望のタングステンブロンズよりも酸素欠損の多いタングステンブロンズを酸化性気体の雰囲気中で加熱し、酸素欠損の量を減らし、所望の値とすることができる。 In the method of oxidizing tungsten bronze, tungsten bronze having more oxygen vacancies than the desired tungsten bronze is heated in an oxidizing gas atmosphere to reduce the amount of oxygen vacancies to the desired value.
酸化性気体としては、酸素含有ガスを用いることができる。酸素含有ガス中の酸素量は特に限定されないが、酸素を18vol%以上100vol%以下含むことが好ましい。酸化性気体としては、例えば大気(空気)や、酸素ガスを用いることが好ましい。 An oxygen-containing gas can be used as the oxidizing gas. Although the amount of oxygen in the oxygen-containing gas is not particularly limited, it preferably contains 18 vol % or more and 100 vol % or less of oxygen. As the oxidizing gas, it is preferable to use the atmosphere (air) or oxygen gas, for example.
また、タングステンブロンズを還元処理する方法では、所望のタングステンブロンズよりも酸素欠損の少ないタングステンブロンズを還元性気体の雰囲気中で加熱し、酸素欠損の量を増やし、所望の値とすることもできる。なお、還元処理を行う場合、還元性気体の気流下で行うことが好ましい。 In addition, in the method of reducing the tungsten bronze, a tungsten bronze having less oxygen vacancies than the desired tungsten bronze is heated in a reducing gas atmosphere to increase the amount of oxygen vacancies to a desired value. In addition, when performing a reduction process, it is preferable to perform under the air current of reducing gas.
還元性気体としては、水素等の還元性ガスと、不活性ガスとを含む混合気体を用いることができる。 As the reducing gas, a mixed gas containing a reducing gas such as hydrogen and an inert gas can be used.
なお、タングステンブロンズを酸化処理または還元処理する方法に供するタングステンブロンズの製造方法は特に限定されない。 In addition, the manufacturing method of the tungsten bronze which is subjected to oxidation treatment or reduction treatment of the tungsten bronze is not particularly limited.
例えば、タングステンブロンズの製造方法としては、熱プラズマ法を用いることもできる。 For example, a thermal plasma method can be used as a method of manufacturing tungsten bronze.
タングステンブロンズを熱プラズマ法で合成する際には、タングステン化合物と、元素M化合物との混合粉体を原料として用いることができる。 When synthesizing tungsten bronze by the thermal plasma method, a mixed powder of a tungsten compound and an element M compound can be used as a raw material.
タングステン化合物としては、タングステン酸(H2WO4)、タングステン酸アンモニウム、六塩化タングステン、アルコールに溶解した六塩化タングステンに水を添加して加水分解した後溶媒を蒸発させたタングステンの水和物、から選ばれる1種類以上であることが好ましい。 Examples of the tungsten compound include tungstic acid (H 2 WO 4 ), ammonium tungstate, tungsten hexachloride, tungsten hydrate obtained by adding water to tungsten hexachloride dissolved in alcohol, hydrolyzing it, and then evaporating the solvent; It is preferably one or more selected from.
また、元素M化合物としては、元素Mの酸化物、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、塩化物、炭酸塩、から選ばれる1種類以上を用いることが好ましい。 Moreover, as the element M compound, it is preferable to use one or more selected from oxides, hydroxides, nitrates, sulfates, chlorides, and carbonates of the element M.
上述したタングステン化合物と、上述した元素M化合物とを含む水溶液とを、元素M(M)と、Wとの原子数比であるa(M/W)が目的とするタングステンブロンズの組成と一致するように湿式混合する。そして、得られた混合液を乾燥することによって、元素M化合物とタングステン化合物との混合粉体が得られる。当該混合粉体は、熱プラズマ法の原料とすることができる。 An aqueous solution containing the above-mentioned tungsten compound and the above-mentioned element M compound is prepared so that a (M/W), which is the atomic number ratio of the element M (M) and W, matches the composition of the target tungsten bronze. Wet mix as follows. Then, by drying the obtained mixture, a mixed powder of the element M compound and the tungsten compound is obtained. The mixed powder can be used as a raw material for the thermal plasma method.
また、不活性ガス単独または不活性ガスと還元性ガスとの混合ガス雰囲気下での、1段階の焼成を、当該混合粉体に対して行って得られるタングステンブロンズを、熱プラズマ法の原料とすることもできる。他にも、1段階目で不活性ガスと還元性ガスとの混合ガス雰囲気下で焼成し、当該1段階目の焼成物を、2段階目にて不活性ガス雰囲気下で焼成する、という2段階の焼成を当該混合粉体に対して行って得られるタングステンブロンズを、熱プラズマ法の原料とすることもできる。 In addition, tungsten bronze obtained by performing one-step firing on the mixed powder in an inert gas alone or in a mixed gas atmosphere of an inert gas and a reducing gas is used as a raw material for the thermal plasma method. You can also In addition, in the first stage, it is fired in a mixed gas atmosphere of an inert gas and a reducing gas, and the fired product in the first stage is fired in an inert gas atmosphere in the second stage. Tungsten bronze obtained by subjecting the mixed powder to sintering in stages can also be used as a raw material for the thermal plasma method.
熱プラズマ法で用いる熱プラズマとしては特に限定されないが、例えば、直流アークプラズマ、高周波プラズマ、マイクロ波プラズマ、低周波交流プラズマ、のいずれか、または、これらのプラズマの重畳したもの、または、直流プラズマに磁場を印加した電気的な方法により生成するプラズマ、大出力レーザーの照射により生成するプラズマ、大出力電子ビームやイオンビームにより生成するプラズマ等から選択された1種以上が適用できる。 The thermal plasma used in the thermal plasma method is not particularly limited. At least one selected from plasma generated by an electrical method in which a magnetic field is applied to the plasma, plasma generated by irradiation with a high-power laser, plasma generated by a high-power electron beam or ion beam, and the like can be applied.
もっとも、いずれの熱プラズマを用いるにしても、10000~15000Kの高温部を有する熱プラズマであることが好ましく、特に、微粒子の生成時間を制御できるプラズマであることが好ましい。 However, whichever thermal plasma is used, it is preferable that the thermal plasma has a high temperature portion of 10,000 to 15,000 K, and it is particularly preferable that the plasma is capable of controlling the generation time of fine particles.
当該高温部を有する熱プラズマ中に供給された原料は、当該高温部において瞬時に蒸発する。そして、当該蒸発した原料は、プラズマ尾炎部に至る過程で凝縮し、プラズマ火炎外で急冷凝固されて、タングステンブロンズを生成することができる。 The raw material supplied into the thermal plasma having the high temperature portion instantly evaporates in the high temperature portion. Then, the vaporized raw material is condensed in the process of reaching the plasma trailing flame and is rapidly cooled and solidified outside the plasma flame, thereby producing tungsten bronze.
さらに、タングステンブロンズの製造方法としては、水熱合成法等の公知の化合物の合成方法を用いてもよい。
3.光吸収粒子分散液
本実施形態の光吸収粒子分散液は、既述の光吸収粒子と、水、有機溶媒、油脂、液状樹脂、プラスチック用液状可塑剤から選択された1種類以上である液状媒体と、を含み、液状媒体に、上記光吸収粒子が分散された構成を有することができる。
Furthermore, as a method for producing tungsten bronze, a known compound synthesis method such as a hydrothermal synthesis method may be used.
3. Light-absorbing particle dispersion liquid The light-absorbing particle dispersion liquid of the present embodiment is a liquid medium comprising the light-absorbing particles described above and at least one selected from water, organic solvents, oils, liquid resins, and liquid plasticizers for plastics. , wherein the light absorbing particles are dispersed in a liquid medium.
光吸収粒子分散液は、既述の光吸収粒子が溶媒である液状媒体に分散された液である。 The light-absorbing particle dispersion liquid is a liquid in which the above-described light-absorbing particles are dispersed in a liquid medium as a solvent.
液状媒体としては、既述の様に、水、有機溶媒、油脂、液状樹脂、プラスチック用液状可塑剤から選択された1種類以上を用いることができる。 As the liquid medium, as described above, one or more selected from water, organic solvents, fats and oils, liquid resins, and liquid plasticizers for plastics can be used.
有機溶媒としては、アルコール系、ケトン系、炭化水素系、グリコール系、水系など、種々のものを選択することが可能である。具体的には、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール、1-プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコール、1-メトキシ-2-プロパノールなどのアルコール系溶媒;ジメチルケトン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロンなどのケトン系溶媒;3-メチル-メトキシ-プロピオネート、酢酸ブチルなどのエステル系溶媒;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールイソプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテートなどのグリコール誘導体;フォルムアミド、N-メチルフォルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドンなどのアミド類;トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;エチレンクロライド、クロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類などを挙げることができる。 Various organic solvents such as alcohol, ketone, hydrocarbon, glycol, and water can be selected as the organic solvent. Specifically, alcohol solvents such as isopropyl alcohol, methanol, ethanol, 1-propanol, isopropanol, butanol, pentanol, benzyl alcohol, diacetone alcohol, 1-methoxy-2-propanol; dimethyl ketone, acetone, methyl ethyl ketone, Ketone solvents such as methyl propyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone and isophorone; ester solvents such as 3-methyl-methoxy-propionate and butyl acetate; ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol isopropyl ether, propylene glycol derivatives such as glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol methyl ether acetate and propylene glycol ethyl ether acetate; formamide, N-methylformamide, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone amides; aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; halogenated hydrocarbons such as ethylene chloride and chlorobenzene;
もっとも、これらの中でも極性の低い有機溶媒が好ましく、特に、イソプロピルアルコール、エタノール、1-メトキシ-2-プロパノール、ジメチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸n-ブチルなどがより好ましい。これらの溶媒は、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 However, among these, organic solvents with low polarity are preferred, particularly isopropyl alcohol, ethanol, 1-methoxy-2-propanol, dimethyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, propylene glycol monomethyl ether acetate, n-butyl acetate, and the like. is more preferred. These solvents can be used singly or in combination of two or more.
油脂としては例えば、アマニ油、ヒマワリ油、桐油等の乾性油、ゴマ油、綿実油、菜種油、大豆油、米糠油等の半乾性油、オリーブ油、ヤシ油、パーム油、脱水ヒマシ油等の不乾性油、植物油の脂肪酸とモノアルコールを直接エステル反応させた脂肪酸モノエステル、エーテル類、アイソパー(登録商標)E、エクソール(登録商標)Hexane、Heptane、E、D30、D40、D60、D80、D95、D110、D130(以上、エクソンモービル製)などの石油系溶剤から選択された1種類以上を用いることができる。 Examples of fats and oils include drying oils such as linseed oil, sunflower oil, and tung oil, semi-drying oils such as sesame oil, cottonseed oil, rapeseed oil, soybean oil, and rice bran oil, and non-drying oils such as olive oil, coconut oil, palm oil, and dehydrated castor oil. , Fatty acid monoesters obtained by directly esterifying vegetable oil fatty acids and monoalcohols, ethers, Isopar (registered trademark) E, Exol (registered trademark) Hexane, Heptane, E, D30, D40, D60, D80, D95, D110, One or more selected from petroleum solvents such as D130 (manufactured by ExxonMobil) can be used.
液状樹脂としては、例えば液状アクリル樹脂、液状エポキシ樹脂、液状ポリエステル樹脂、液状ウレタン樹脂から選択された1種類以上を用いることができる。 As the liquid resin, for example, one or more selected from liquid acrylic resin, liquid epoxy resin, liquid polyester resin, and liquid urethane resin can be used.
可塑剤としては、例えばプラスチック用液状可塑剤等を用いることができる。 As the plasticizer, for example, a liquid plasticizer for plastics or the like can be used.
また必要に応じて酸やアルカリを添加して、当該分散液のpH調整をしてもよい。 Further, if necessary, an acid or an alkali may be added to adjust the pH of the dispersion.
上述した光吸収粒子分散液中において、光吸収粒子の分散安定性を一層向上させ、再凝集による分散粒子径の粗大化を回避するために、各種の界面活性剤、カップリング剤、高分子分散剤等を分散剤として添加することもできる。 In order to further improve the dispersion stability of the light-absorbing particles in the above-described light-absorbing particle dispersion and to avoid coarsening of the dispersed particle diameter due to reaggregation, various surfactants, coupling agents, and polymer dispersions are added. A dispersant or the like can also be added as a dispersant.
当該分散剤は用途に合わせて選択可能であるが、アミンを含有する基、水酸基、カルボキシル基、カルボン酸エステル、リン酸基、リン酸エステル、スルホン酸基、スルホン酸エステル、チオール基、およびエポキシ基から選択される1種類以上を官能基として有することが好ましい。上述のいずれかの官能基を有する分散剤は、光吸収粒子の表面に吸着し、光吸収粒子の凝集を防ぎ、分散液やこれを用いて成膜した赤外線遮蔽膜等の光吸収粒子分散体中で光吸収粒子をより均一に分散させることができるため、好適に用いることができる。 The dispersant can be selected according to the application, but includes amine-containing groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, carboxylic acid esters, phosphoric acid groups, phosphoric acid esters, sulfonic acid groups, sulfonic acid esters, thiol groups, and epoxy groups. It is preferable to have one or more selected from groups as functional groups. The dispersing agent having any of the above functional groups adsorbs to the surface of the light absorbing particles, prevents aggregation of the light absorbing particles, and is a light absorbing particle dispersion such as a dispersion or an infrared shielding film formed using the same. Since the light-absorbing particles can be more uniformly dispersed therein, it can be preferably used.
さらに当該分散剤は主鎖として、アクリル、スチレン、ウレタン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリエチレンイミンからなる主鎖、または、これらの構造から選択される二種類以上の共重合からなる主鎖を有することが好ましい。これは、上述したいずれかの主鎖を有する分散剤は、立体障害により光吸収粒子の凝集を防ぐとともに、インクの溶媒や樹脂に相溶し、樹脂中へ光吸収粒子をより均一に分散させることができる為である。なかでも主鎖が、ポリエステルおよびポリエチレンイミンであると、主鎖構造中に光吸収粒子に対する吸着性を有する構造を有する為、光吸収粒子の凝集を防ぎ、分散液やこれを用いて成膜した赤外線遮蔽膜等の光吸収粒子分散体中で光吸収粒子をより均一に分散させることができる為、さらに好適である。 Furthermore, the dispersant preferably has a main chain composed of acrylic, styrene, urethane, polyethylene, polyester, or polyethyleneimine, or a main chain composed of a copolymer of two or more types selected from these structures. . This is because the dispersant having any of the main chains described above prevents aggregation of the light-absorbing particles due to steric hindrance, is compatible with the ink solvent and resin, and more uniformly disperses the light-absorbing particles in the resin. This is because it is possible. Among them, when the main chain is polyester or polyethyleneimine, the main chain structure has a structure having an adsorptive property for the light-absorbing particles. It is more preferable because the light-absorbing particles can be more uniformly dispersed in the light-absorbing particle dispersion such as an infrared shielding film.
また当該分散剤は、必要に応じて2種類以上を併用することも好ましい構成である。 Moreover, it is also preferable to use two or more kinds of dispersants in combination as necessary.
上述のいずれかの官能基を有する分散剤としては具体的には例えば、カルボキシル基を官能基として有するスチレン-アクリル共重合体系分散剤、アミンを含有する基を官能基として有するアクリル系分散剤、リン酸基を官能基として有するポリエステル系分散剤、アミンを含有する基を有するウレタン系分散剤等が挙げられる。また、カルボキシル基などの官能基を有したアクリル樹脂(アクリル系分散剤)なども使用できる。 Specific examples of the dispersant having any of the above functional groups include, for example, a styrene-acrylic copolymer dispersant having a carboxyl group as a functional group, an acrylic dispersant having an amine-containing group as a functional group, A polyester-based dispersant having a phosphoric acid group as a functional group, a urethane-based dispersant having an amine-containing group, and the like can be mentioned. Acrylic resins (acrylic dispersants) having functional groups such as carboxyl groups can also be used.
官能基にアミンを含有する基を有する分散剤では分子量Mw2000~200000、アミン価5~100mgKOH/gのものが好ましい。また、カルボキシル基を有する分散剤では分子量Mw2000~200000、酸価1~50mgKOH/gのものが好ましい。 A dispersant having an amine-containing functional group preferably has a molecular weight Mw of 2,000 to 200,000 and an amine value of 5 to 100 mgKOH/g. Dispersants having carboxyl groups preferably have a molecular weight Mw of 2,000 to 200,000 and an acid value of 1 to 50 mgKOH/g.
分散剤の添加量は特に限定されるものではないが、例えば光吸収粒子100質量部に対し10質量部以上1000質量部以下となるように添加することが好ましく、30質量部以上400質量部以下となるように添加することがより好ましい。 The amount of the dispersant added is not particularly limited, but for example, it is preferably added in an amount of 10 parts by mass or more and 1000 parts by mass or less, and 30 parts by mass or more and 400 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the light absorbing particles. It is more preferable to add so that
分散剤の添加量が上記範囲にあれば、光吸収粒子をより確実に分散液やこれを用いて成膜した赤外線遮蔽膜等の光吸収粒子分散体中に均一に分散でき、得られる樹脂の物性に悪影響を及ぼすことがないからである。 If the amount of the dispersing agent added is within the above range, the light absorbing particles can be more reliably dispersed in the dispersion liquid or the light absorbing particle dispersion such as an infrared shielding film formed using the same, and the obtained resin can be improved. This is because there is no adverse effect on physical properties.
本実施形態の光吸収粒子に対して好適に用いることのできる市販の分散剤としては、ADEKA社製アデカコール(登録商標)TS-230E、CS-141E、CS-1361E、PS-984、PS-440E、PS-807、日油社製ポリスター(登録商標)OM、OMR、OMP、A-1060、SMX-1H、OMA、OMA-500、マリアリム(登録商標)AKM-0531、AKM-1511-60、AFB-1521、AAB-0851、AWS-0851、HKM-50A、ナイミーン(登録商標)L-201、L-202、マープルーフ(登録商標)G-0150M、G-0115S、G-0250S、G-0130S-P、G-1010S、味の素社製アジスパー(登録商標)PB-711、PB-821、PB-822、PB-881、PN-411、PA-111、楠本化成社製ディスパロン(登録商標)1210、2150、KS-860、KS-873N、7004、1830、1850、1860、DA-1401、PW-36、DN-900、DA-1200、DA-550、DA-7301、DA-325、DA-375、DA-234、ルーブリゾール社製SOLSPERSE(登録商標)3000、5000、9000、11200、12000、13240、13350、13940、16000、17000、18000、20000、21000、22000、24000SC、24000GR、26000、27000、28000、31845、32000、32500、32550、32600、33000、34750、35100、35200、36000、36600、37500、38500、39000、41000、41090、43000、44000、46000、47000、53095、54000、55000、56000、71000、76500、Solplus(登録商標)D510、D520、D530、D540、L300、L400、K200、K210、K500、C800、C825、DP310、DP320、DP330、R700、三菱ケミカル株式会社製ダイヤナール(登録商標)BR-52、73、87、105、106、116、東亞合成社製レゼダ(登録商標)GP-301、アルフオン(登録商標)UF-5022、UF-5080、UC-3000、UC-3910、UC-3920、UG-4030、UG-4040、UG-4070、ビックケミー社製Disperbyk(登録商標)101、108、102、103、106、109、110、111、112、116、130、140、142、145、160、161、162、163、164、166、167、168、170、171、174、180、181、182、183、184、185、187、190、191、192、193、194、2000、2010、2020、2025、2050、2070、2090、2091、2095、2096、2150、2155、2163、2164、BYK(登録商標)P104、P104S、P105、154、9076、P9077、220S、W980、W985、BASF社製EFKA(登録商標)2020、2025、2720、3030、3031、3236、4008、4009、4010、4015、4020、4046、4047、4050、4055、4060、4080、4300、4310、4400、4401、4402、4403、4510、4520、4550、4560、4570、4580、4590、6230、7414、8215、ジョンクリル(登録商標)J-67、J-586、J-587、J-611、J-680、J-690、J-810、JDX-C3000、JDX-C3020等が、挙げられる。 Commercially available dispersants that can be suitably used for the light-absorbing particles of the present embodiment include ADEKA CORPORATION ADEKA COL® TS-230E, CS-141E, CS-1361E, PS-984, and PS-440E. , PS-807, NOF Polystar (registered trademark) OM, OMR, OMP, A-1060, SMX-1H, OMA, OMA-500, Marialim (registered trademark) AKM-0531, AKM-1511-60, AFB -1521, AAB-0851, AWS-0851, HKM-50A, Nymeen (registered trademark) L-201, L-202, Marproof (registered trademark) G-0150M, G-0115S, G-0250S, G-0130S- P, G-1010S, Ajinomoto Ajisper (registered trademark) PB-711, PB-821, PB-822, PB-881, PN-411, PA-111, Kusumoto Kasei Co., Ltd. Disparon (registered trademark) 1210, 2150 , KS-860, KS-873N, 7004, 1830, 1850, 1860, DA-1401, PW-36, DN-900, DA-1200, DA-550, DA-7301, DA-325, DA-375, DA -234, Lubrizol SOLSPERSE® 3000, 5000, 9000, 11200, 12000, 13240, 13350, 13940, 16000, 17000, 18000, 20000, 21000, 22000, 24000SC, 24000GR, 26000, 27000, 28000, 5 3095, 54000, 55000, 56000, 71000, 76500, Solplus (registered trademark) D510, D520, D530, D540, L300, L400, K200, K210, K500, C800, C825, DP310, DP320, DP330, R700, Mitsubishi Chemical Corporation Dianal (registered trademark) BR- 52, 73, 87, 105, 106, 116, Reseda (registered trademark) GP-301 manufactured by Toagosei Co., Ltd., Alfon (registered trademark) UF-5022, UF-5080, UC-3000, UC-3910, UC-3920, UG-4030, UG-4040, UG-4070, Disperbyk (registered trademark) manufactured by BYK Chemie 101, 108, 102, 103, 106, 109, 110, 111, 112, 116, 130, 140, 142, 145, 160, 161, 162, 163, 164, 166, 167, 168, 170, 171, 174, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 187, 190, 191, 192, 193, 194, 2000, 2010, 2020, 2025, 2050, 2070, 2090, 2091, 2095, 2096, 2150, 2155, 2163, 2164, BYK (registered trademark) P104, P104S, P105, 154, 9076, P9077, 220S, W980, W985, EFKA manufactured by BASF ( Registered trademark) 2020, 2025, 2720, 3030, 3031, 3236, 4008, 4009, 4010, 4015, 4020, 4046, 4047, 4050, 4055, 4060, 4080, 4300, 4310, 4400, 4401, 4402, 4403, 451 0 , 4520, 4550, 4560, 4570, 4580, 4590, 6230, 7414, 8215, Joncryl (registered trademark) J-67, J-586, J-587, J-611, J-680, J-690, J -810, JDX-C3000, JDX-C3020 and the like.
本実施形態の光吸収粒子分散液内における光吸収粒子の平均粒径は、1nm以上500nm以下であることが好ましく、1nm以上100nm以下であることがより好ましく、1nm以上40nm以下であることがさらに好ましい。特に透明性が求められる用途に使用する場合は、さらに散乱を抑制するため、光吸収粒子の平均粒径は、30nm以下であることが特に好ましい。 The average particle diameter of the light-absorbing particles in the light-absorbing particle dispersion liquid of the present embodiment is preferably 1 nm or more and 500 nm or less, more preferably 1 nm or more and 100 nm or less, and further preferably 1 nm or more and 40 nm or less. preferable. Especially when used in applications requiring transparency, the average particle size of the light absorbing particles is particularly preferably 30 nm or less in order to further suppress scattering.
なお、上記範囲が好適な理由については、光吸収粒子において既に説明したため、ここでは記載を省略する。 The reason why the above range is suitable has already been explained in the description of the light-absorbing particles, so the explanation is omitted here.
本実施形態の光吸収粒子分散液の、光吸収粒子の含有量は特に限定されず、要求される可視領域の光の透過率や、赤外領域、特に近赤外領域の光の透過率等に応じて任意に選択できる。本実施形態の光吸収粒子分散液の光吸収粒子の含有量は特に限定されないが、例えば0.01質量%以上80質量%以下であることが好ましい。これは光吸収粒子の含有量を0.01質量%以上とすることで十分な日射透過率を発揮することができるからである。また、80質量%以下とすることで、分散媒内に均一に分散させることができるからである。
4.光吸収粒子分散液の製造方法
本実施形態の光吸収粒子の製造方法は特に限定されず、例えば既述の光吸収粒子を液状媒体に分散させる分散工程を有することができる。
The content of the light-absorbing particles in the light-absorbing particle dispersion of the present embodiment is not particularly limited, and the required transmittance of light in the visible region, the transmittance of light in the infrared region, particularly the near-infrared region, etc. can be selected arbitrarily according to Although the content of the light-absorbing particles in the light-absorbing particle dispersion of the present embodiment is not particularly limited, it is preferably, for example, 0.01% by mass or more and 80% by mass or less. This is because a sufficient solar transmittance can be exhibited by setting the content of the light-absorbing particles to 0.01% by mass or more. Moreover, it is because it can be uniformly dispersed in the dispersion medium by making it 80% by mass or less.
4. Method for Producing Light-Absorbing Particle Dispersion A method for producing the light-absorbing particles of the present embodiment is not particularly limited, and can include, for example, a dispersing step of dispersing the light-absorbing particles described above in a liquid medium.
なお、本実施形態の光吸収粒子分散液の製造方法によれば、既述の光吸収粒子分散液を製造することができるため、既に説明した事項の一部は説明を省略する。 In addition, according to the method for producing a light-absorbing particle dispersion liquid of the present embodiment, the above-described light-absorbing particle dispersion liquid can be produced, so the explanation of some of the matters already explained will be omitted.
分散工程における、光吸収粒子の液状媒体への分散処理方法は、光吸収粒子を液状媒体中へ分散できる方法であれば、特に限定されない。 In the dispersing step, the method for dispersing the light absorbing particles in the liquid medium is not particularly limited as long as the method can disperse the light absorbing particles in the liquid medium.
光吸収粒子の液状媒体への分散処理方法としては、例えば、ビーズミル、ボールミル、サンドミル、ペイントシェーカー、超音波ホモジナイザーなどの装置を用いた分散処理方法が挙げられる。その中でも、媒体メディア(ビーズ、ボール、オタワサンド)を用いるビーズミル、ボールミル、サンドミル、ペイントシェーカー等の媒体撹拌ミルで分散させることが、所望とする平均粒径とするために要する時間を短縮する観点から好ましい。 Examples of the method of dispersing the light-absorbing particles in a liquid medium include dispersing methods using devices such as a bead mill, ball mill, sand mill, paint shaker, and ultrasonic homogenizer. Among them, dispersing with a medium stirring mill such as a bead mill, ball mill, sand mill, or paint shaker using medium media (beads, balls, Ottawa sand) is a viewpoint of shortening the time required to obtain the desired average particle size. preferred from
ただし、分散の際に媒体メディアの衝突・せん断力による強い粉砕を伴うような分散方法は好ましくない。これは、置換イオンで置換した粒子に対して粉砕による微細化が行われた場合、光吸収粒子の一次粒子の粉砕により新たな表面が露出し、当該新たな表面は当然、置換されていない酸素基(O2-)あるいは水酸基(OH-)から構成されているからである。 However, a dispersing method that accompanies strong pulverization due to collision and shearing force of the medium during dispersing is not preferable. This is because when the particles substituted with substitution ions are pulverized, a new surface is exposed by the pulverization of the primary particles of the light-absorbing particles, and the new surface is of course exposed to oxygen that is not substituted. This is because it is composed of groups (O 2− ) or hydroxyl groups (OH − ).
従って媒体メディアを用いた媒体撹拌ミルにより分散液を製造する場合、媒体メディアの衝突・せん断力による強い粉砕を伴わないよう条件を選択することが好ましい。より具体的には例えば、硬度の低い材質からなるビーズを用いる、同じ材質であればより粒径の小さいビーズを用いる、ペイントシェーカー装置の振盪周波数を下げる。ボールミルや湿式ビーズミルであればその単位時間あたり回転数を下げる、といった条件を選択することが好ましい。
5.光吸収粒子の応用例
既述の光吸収粒子および光吸収粒子分散液を用いて、例えば光吸収粒子分散体とすることもできる。
Therefore, when a dispersion is produced by a medium agitating mill using medium media, it is preferable to select conditions so as not to accompany strong pulverization due to collision and shear force of the medium media. More specifically, for example, beads made of a material with low hardness are used, beads of the same material with a smaller particle size are used, and the shaking frequency of the paint shaker device is lowered. In the case of a ball mill or a wet bead mill, it is preferable to select conditions such as lowering the number of revolutions per unit time.
5. Application Examples of Light-Absorbing Particles Using the light-absorbing particles and the light-absorbing particle dispersion described above, for example, a light-absorbing particle dispersion can be obtained.
本実施形態の光吸収粒子分散体は、光吸収粒子が、樹脂等の固体媒体中に分散された形態を有することができる。光吸収粒子分散体の形状等は特に限定されず、任意の形状とすることができ、例えば膜形状を有することができる。すなわち、本実施形態の光吸収粒子分散体は、例えば光吸収粒子が樹脂等の固体媒体に分散した膜とすることができる。 The light-absorbing particle dispersion of this embodiment can have a form in which the light-absorbing particles are dispersed in a solid medium such as a resin. The shape and the like of the light-absorbing particle dispersion are not particularly limited, and can be any shape, for example, a film shape. That is, the light-absorbing particle dispersion of the present embodiment can be a film in which light-absorbing particles are dispersed in a solid medium such as resin, for example.
本実施形態の光吸収粒子分散体を製造する方法は特に限定されないが、例えばまず、本実施形態の光吸収粒子分散液に樹脂を加えて溶解し、樹脂を添加した光吸収粒子分散液を得ることができる。次いで、係る樹脂を添加した光吸収粒子分散液を、任意の形状の型に流し込む処理、あるいは板硝子や樹脂基材等の可視光線を透過する基材上に塗布する処理を行った後に、樹脂を添加した光吸収粒子分散液を固化させることで得ることができる。また、本実施形態に係る光吸収粒子分散液を樹脂に練り込むことでも光吸収粒子分散体を得ることもできる。 The method for producing the light-absorbing particle dispersion of the present embodiment is not particularly limited. For example, first, a resin is added to the light-absorbing particle dispersion of the present embodiment and dissolved to obtain a resin-added light-absorbing particle dispersion. be able to. Next, the light-absorbing particle dispersion containing the resin is poured into a mold of any shape, or coated on a substrate that transmits visible light, such as sheet glass or a resin substrate, and then the resin is added. It can be obtained by solidifying the added light-absorbing particle dispersion. A light absorbing particle dispersion can also be obtained by kneading the light absorbing particle dispersion according to this embodiment into a resin.
光吸収粒子分散体に用いる樹脂は特に限定されないが、例えばUV硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、常温硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が目的に応じて選択可能である。具体的には、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ふっ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、アイオノマー樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、単独使用であっても混合使用であっても良い。 The resin used for the light-absorbing particle dispersion is not particularly limited, but for example, UV curable resin, thermosetting resin, electron beam curable resin, room temperature curable resin, thermoplastic resin, etc. can be selected depending on the purpose. Specifically, polyethylene resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, polyvinyl alcohol resin, polystyrene resin, polypropylene resin, ethylene vinyl acetate copolymer, polyester resin, polyethylene terephthalate resin, fluorine resin, polycarbonate resin, acrylic resin , polyvinyl butyral resin, and ionomer resin. These resins may be used singly or in combination.
以下に実施例を参照しながら本発明を具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be specifically described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
まず、以下の、各実施例における、評価方法について説明する。
(X線回折測定)
X線回折測定はSpectris社のX'Pert-PRO/MPD装置でCu-Kα線を用いて粉末XRD測定することで実施した。
First, the evaluation method in each example below will be described.
(X-ray diffraction measurement)
The X-ray diffraction measurement was carried out by powder XRD measurement using a Cu-Kα ray with an X'Pert-PRO/MPD apparatus from Spectris.
角度2θが10°以上100°以下の範囲に対して、スキャン速度0.095°(2θ)/sec、測定点数は5555points/90°で測定した。
(可視光透過率、日射透過率)
光吸収粒子の可視光透過率、日射透過率は、ISO 9050:2003およびJIS R 3106:1998に準拠して測定を行った。具体的には、日立製作所(株)製の分光光度計U-4100を用いて透過率を測定し、太陽光のスペクトルに応じた係数を乗じて算出した。透過率の測定に当たっては波長300nm以上2500nm以下の範囲について、5nm間隔で測定を行っている。測定手順については以下の実施例1で詳述する。
(平均粒径)
平均粒径は粒度分布計を用いて測定した。
Measurement was performed at a scan speed of 0.095° (2θ)/sec and a number of measurement points of 5555 points/90° in the range of the angle 2θ of 10° or more and 100° or less.
(visible light transmittance, solar transmittance)
The visible light transmittance and solar transmittance of the light absorbing particles were measured according to ISO 9050:2003 and JIS R 3106:1998. Specifically, the transmittance was measured using a spectrophotometer U-4100 manufactured by Hitachi, Ltd., and calculated by multiplying by a coefficient corresponding to the spectrum of sunlight. In measuring the transmittance, the measurement is performed at intervals of 5 nm in the wavelength range of 300 nm or more and 2500 nm or less. The measurement procedure is detailed in Example 1 below.
(Average particle size)
The average particle size was measured using a particle size distribution meter.
具体的には、分散液の希釈液の粒度分布を粒度分布計(日機装製 ナノトラックUPA-150)を用いて測定し、積算値50%での粒径を平均粒径として求めた。なお、用いた粒度分布計の測定原理は、動的光散乱法に基づいている。
(表面の官能基の検出)
光吸収粒子の表面に存在する元素の、イオンとしての具体的な形態の確認方法には、FT-IR装置(日本分光(株)製FT/IR-6000)を用いた。粉末試料の測定方法としては公知のKBr錠剤法を採用した。
(消色現象の評価)
光吸収粒子の消色現象の評価は、光吸収粒子分散液の光学特性によって評価した。具体的には、以下の実施例、比較例で作製した分散液をガラス製の試験管に入れガラス製の栓で封入した後、耐候性試験として70℃に設定した恒温槽内に100時間静置した。そして耐候性試験前後でそれぞれ分散液の可視光透過率を測定し、可視光透過率の変化量を算出した。そして耐候性試験前後における可視光透過率の変化量が少ないほど、消色現象が抑制されているものと判断した。
Specifically, the particle size distribution of the diluted solution of the dispersion was measured using a particle size distribution meter (Nanotrack UPA-150 manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), and the particle size at an integrated value of 50% was determined as the average particle size. The measurement principle of the used particle size distribution meter is based on the dynamic light scattering method.
(Detection of surface functional groups)
An FT-IR device (FT/IR-6000 manufactured by JASCO Corporation) was used to confirm the specific ionic form of the elements present on the surface of the light-absorbing particles. A known KBr tablet method was adopted as a method for measuring the powder sample.
(Evaluation of Discoloration Phenomenon)
The decolorization phenomenon of the light-absorbing particles was evaluated based on the optical properties of the light-absorbing particle dispersion. Specifically, dispersions prepared in the following Examples and Comparative Examples were placed in a glass test tube and sealed with a glass stopper, and then placed in a constant temperature bath set at 70 ° C. for 100 hours as a weather resistance test. placed. Then, the visible light transmittance of the dispersion liquid was measured before and after the weather resistance test, and the amount of change in the visible light transmittance was calculated. It was judged that the smaller the amount of change in visible light transmittance before and after the weather resistance test, the more the decoloring phenomenon was suppressed.
以下、各実施例、比較例での光吸収粒子、光吸収粒子分散液の製造条件等に付いて説明する。
[実施例1]
(1)原料粒子製造工程
原料として炭酸セシウム(Cs2CO3)水溶液と、タングステン酸(H2WO4)とを、元素MであるCsと、Wとの原子数比であるx(Cs/W)が0.33となるように、秤量、混合、混練して原料混合物を調製した。そして、原料混合物を、大気中で、110℃、12時間乾燥させた。乾燥後の原料混合物(前駆体)を石英ボートに薄く平らに敷き詰めて、2vol%H2/98vol%N2気流下、600℃で1時間加熱、保持した(加熱工程)。
The manufacturing conditions of the light-absorbing particles and the light-absorbing particle dispersion in each example and comparative example will be described below.
[Example 1]
(1) Raw Material Particle Production Process A cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ) aqueous solution and tungstic acid (H 2 WO 4 ) as raw materials are mixed, and x (Cs/ A raw material mixture was prepared by weighing, mixing, and kneading such that W) was 0.33. The raw material mixture was then dried in the air at 110° C. for 12 hours. The raw material mixture (precursor) after drying was spread thinly and evenly on a quartz boat, heated and held at 600° C. for 1 hour under a 2 vol % H 2 /98 vol % N 2 stream (heating step).
次いで、100vol%N2ガス気流下で600℃、1時間保持後、800℃に昇温して、800℃で1時間保持し均質化することで、原料粒子であるタングステンブロンズ粉末(以下、「タングステンブロンズ粉末A」と記載する)を得た(均質化工程)。 Next, after holding at 600 ° C. for 1 hour under a 100 vol% N 2 gas stream, the temperature is raised to 800 ° C., held at 800 ° C. for 1 hour and homogenized to obtain raw material particles of tungsten bronze powder (hereinafter referred to as " A tungsten bronze powder A” was obtained (homogenization step).
得られた青色の粉体をXRD測定した結果、JCPDSカードNo.81-1224と一致し、Cs0.3WO3と同定した。
(2)粉砕工程、単離工程
次にタングステンブロンズ粉末Aを5質量%、純水95質量%を秤量した。これらを、0.3mmφZrO2ビーズを入れたペイントシェーカーに装填し、10時間粉砕・分散処理して分散液を作製した(粉砕工程)。ここで、分散液内における光吸収粒子の平均粒径を粒度分布計により測定したところ22.5nmであった。
As a result of XRD measurement of the obtained blue powder, JCPDS card No. 81-1224 and identified as Cs 0.3 WO 3 .
(2) Pulverization Step, Isolation Step Next, 5% by mass of tungsten bronze powder A and 95% by mass of pure water were weighed. These were loaded into a paint shaker containing 0.3 mmφ ZrO 2 beads, and pulverized and dispersed for 10 hours to prepare a dispersion liquid (pulverization step). Here, the average particle size of the light absorbing particles in the dispersion was measured with a particle size distribution meter and found to be 22.5 nm.
該分散液を遠心分離装置(12000rpm、30分)にかけて粒子を沈降させ、真空ろ過により固液分離を行ったのち乾燥して、粉砕されたタングステンブロンズ粉末(以下、「タングステンブロンズ粉末A´」と記載する)を単離した(単離工程)。
(3)置換工程
該粉砕されたタングステンブロンズ粉末A´を、110℃のオーブン中で24時間乾燥した。乾燥後のタングステンブロンズ粉末A´を石英ボートに入れ、管状炉中において真空雰囲気で300℃に加熱した。そしてアルゴンをキャリアガスとした硫化水素ガス(硫化水素濃度500ppm)を、混合ガス流量として1L/minで1時間通気した。
The dispersion is subjected to a centrifugal separator (12000 rpm, 30 minutes) to sediment the particles, followed by solid-liquid separation by vacuum filtration, followed by drying and pulverizing tungsten bronze powder (hereinafter referred to as "tungsten bronze powder A'"). described) was isolated (isolation step).
(3) Substitution step The pulverized tungsten bronze powder A' was dried in an oven at 110°C for 24 hours. The dried tungsten bronze powder A' was placed in a quartz boat and heated to 300° C. in a vacuum atmosphere in a tubular furnace. Then, hydrogen sulfide gas (concentration of hydrogen sulfide: 500 ppm) using argon as a carrier gas was passed at a mixed gas flow rate of 1 L/min for 1 hour.
その後ガス供給を停止して室温まで自然降温し、試料を取り出した。以上により、粒子表面の酸素基あるいは水酸基の少なくとも一部が硫黄基(S2-)で置換された光吸収粒子(以下、光吸収粒子Aと呼称する)を得た。 After that, the gas supply was stopped, the temperature was naturally lowered to room temperature, and the sample was taken out. As a result, light-absorbing particles (hereinafter referred to as light-absorbing particles A) in which at least part of the oxygen groups or hydroxyl groups on the particle surface were substituted with sulfur groups (S 2− ) were obtained.
タングステンブロンズ粉末A´と光吸収粒子AについてFT-IR装置により粒子表面の官能基を分析した。その結果、光吸収粒子Aでは硫黄基(S2-)に対応する赤外吸収が確認された。一方で置換工程を行う前のタングステンブロンズ粉末A´について同様の分析を行ったところ、水酸基や酸素基に対応する赤外吸収が確認されたが、硫黄基に対応する赤外吸収は確認されなかった。したがって、光吸収粒子Aの表面に存在していた酸素基(O2-)あるいは水酸基(OH-)の少なくとも一部は、確かに硫黄基(S2-)で置換されていることが確認できた。
(4)光吸収粒子分散液の調製
次に光吸収粒子Aを10質量%と、分散剤としてビックケミー社製Disperbyk-110(官能基としてリン酸基を含有する基を有するポリエステル系高分子分散剤。以下、「分散剤a」と略称する。)10質量%と、液状媒体であるメチルイソブチルケトン(MIBK)80質量%とを秤量した。これらを、0.3mmφガラスビーズを入れたペイントシェーカーに装填し、6時間分散処理し、光吸収粒子分散液(以下、「分散液A」と記載する)を得た。ここで、分散液A内における光吸収粒子の平均粒径を粒度分布計により測定したところ21.5nmであった。
The functional groups on the particle surfaces of the tungsten bronze powder A' and the light-absorbing particles A were analyzed with an FT-IR device. As a result, infrared absorption corresponding to the sulfur group (S 2- ) was confirmed in the light-absorbing particles A. On the other hand, when the tungsten bronze powder A' before the substitution step was subjected to the same analysis, infrared absorption corresponding to hydroxyl groups and oxygen groups was confirmed, but infrared absorption corresponding to sulfur groups was not confirmed. rice field. Therefore, it can be confirmed that at least part of the oxygen groups (O 2− ) or hydroxyl groups (OH − ) present on the surface of the light-absorbing particles A are certainly substituted with sulfur groups (S 2− ). rice field.
(4) Preparation of light-absorbing particle dispersion Next, 10% by mass of light-absorbing particles A and Disperbyk-110 manufactured by BYK Chemie as a dispersant (a polyester polymer dispersant having a group containing a phosphoric acid group as a
分散液Aを、光吸収粒子の濃度が0.10%となるようMIBKで希釈し、希釈液とした。光路長1mmの石英ガラス製分光セル(以下、単に「分光セル」と記載する)にMIBKを満たし、分光光度計のベースライン測定を行った。次に、分散液Aの希釈液を同一の分光セルに入れ、分光透過率を測定した。透過率プロファイルから、可視光透過率(VLT)、日射透過率(ST)を計算し、または読み取ったところ、VLT=85.0%、ST=47.3%が得られた。 Dispersion A was diluted with MIBK so that the concentration of the light-absorbing particles was 0.10% to obtain a diluted solution. A spectroscopic cell made of quartz glass with an optical path length of 1 mm (hereinafter simply referred to as "spectroscopic cell") was filled with MIBK, and a baseline measurement of the spectrophotometer was performed. Next, a diluted solution of dispersion A was placed in the same spectroscopic cell, and the spectral transmittance was measured. Visible light transmittance (VLT), solar transmittance (ST) were calculated or read from the transmittance profile, resulting in VLT=85.0% and ST=47.3%.
分散液に対して耐候性試験を行ったのち、耐候性試験前と同様に希釈液の分光透過率を測定し、VLTを算出したところ、VLT=86.1%であった。従って、耐候性前後のVLTの変化は1.1%と算出された。 After the weather resistance test was performed on the dispersion, the spectral transmittance of the diluted liquid was measured in the same manner as before the weather resistance test, and the VLT was calculated to be VLT=86.1%. Therefore, the change in VLT before and after weathering was calculated to be 1.1%.
以上の評価結果を表1にまとめて示す。
[実施例2~実施例5]
タングステンブロンズ粉末A´に対する置換工程の条件(使用ガス、キャリアガス中濃度、温度、時間)を表1に記載のものに変更した以外は実施例1と同様にして、実施例2~実施例5に係る光吸収粒子を得た。
Table 1 summarizes the above evaluation results.
[Examples 2 to 5]
Examples 2 to 5 were carried out in the same manner as in Example 1, except that the conditions (gas used, concentration in carrier gas, temperature, time) of the replacement step for tungsten bronze powder A' were changed to those shown in Table 1. was obtained.
なお実施例2ではPH2 -、実施例3ではCl-(塩素イオン)、実施例4ではBr-(臭素イオン)、実施例5ではI-(ヨウ素イオン)により、タングステンブロンズ粉末A´の表面に存在する酸素基あるいは水酸基の置換処理を行った。それぞれの処理により得られた粒子を、以下、光吸収粒子B(実施例2)、光吸収粒子C(実施例3)、光吸収粒子D(実施例4)、光吸収粒子E(実施例5)とそれぞれ記載する。 In addition, PH 2 - in Example 2, Cl - (chlorine ion) in Example 3, Br - (bromine ion) in Example 4, and I - (iodine ion) in Example 5, the surface of the tungsten bronze powder A' Substitution treatment of the oxygen group or hydroxyl group present in was performed. The particles obtained by each treatment are hereinafter referred to as light-absorbing particles B (Example 2), light-absorbing particles C (Example 3), light-absorbing particles D (Example 4), and light-absorbing particles E (Example 5). ) respectively.
光吸収粒子B、C、DおよびEに対して、FT-IR装置により粒子表面の官能基を分析した。その結果、光吸収粒子BではPH2 -基に、光吸収粒子CではCl-基に、光吸収粒子DではBr-基に、光吸収粒子EではI-基に、それぞれ対応する赤外吸収がそれぞれ確認された。したがって、光吸収粒子B、C、DおよびEの表面に存在する酸素基あるいは水酸基の少なくとも一部は、確かにPH2 -基、Cl-基、Br-基およびI-基でそれぞれ置換されていることを確認できた。 Functional groups on the surface of the light-absorbing particles B, C, D and E were analyzed by an FT-IR device. As a result, the infrared absorption corresponding to the PH 2 - group in the light absorbing particles B, the Cl - group in the light absorbing particles C, the Br - group in the light absorbing particles D, and the I - group in the light absorbing particles E, respectively. were confirmed respectively. Therefore, at least part of the oxygen groups or hydroxyl groups present on the surfaces of the light absorbing particles B, C, D and E are certainly substituted with PH 2 -groups , Cl -groups , Br -groups and I -groups , respectively. I was able to confirm that
光吸収粒子Aに代えて光吸収粒子B、C、DおよびEを用いた以外は実施例1と同様にして、実施例2~実施例5に係る光吸収粒子分散液(以下、それぞれ分散液B、分散液C、分散液Dおよび分散液Eと記載する)を得た。ここで、分散液B、C、DおよびE内における光吸収粒子の平均粒径を粒度分布計により測定したところ、表1に示した通りであった。 In the same manner as in Example 1 except that the light absorbing particles B, C, D and E were used instead of the light absorbing particles A, the light absorbing particle dispersion liquids of Examples 2 to 5 (hereinafter referred to as dispersion liquids respectively) B, Dispersion C, Dispersion D and Dispersion E) were obtained. Here, the average particle size of the light-absorbing particles in the dispersions B, C, D and E was measured by a particle size distribution meter, and the results are shown in Table 1.
分散液Aに代えて、分散液B、C、DおよびEを用いた以外は実施例1と同様に、可視光透過率、日射透過率、耐候性試験後のVLT、耐候性試験前後のVLTの変化を測定および算出した。 Visible light transmittance, solar transmittance, VLT after weather resistance test, VLT before and after weather resistance test were measured in the same manner as in Example 1 except that dispersions B, C, D and E were used instead of dispersion A. was measured and calculated.
以上の評価結果を表1にまとめて示す。
[実施例6]
(1)原料粒子製造工程
原料として炭酸ルビジウム(Rb2CO3)水溶液と、タングステン酸(H2WO4)とを元素MであるRbと、Wとの原子数比であるx(Rb/W)が0.33となるように、秤量、混合、混練して原料混合物を調製した。そして、原料混合物を、大気中で、110℃、12時間乾燥させた。乾燥後の原料混合物(前駆体)を石英ボートに薄く平らに敷き詰めて、2vol%H2/98vol%N2気流下、580℃で1時間加熱、保持した(加熱工程)。
Table 1 summarizes the above evaluation results.
[Example 6]
(1) Raw material particle manufacturing process Rubidium carbonate (Rb 2 CO 3 ) aqueous solution and tungstic acid (H 2 WO 4 ) as raw materials are mixed, and x (Rb/W ) was 0.33, a raw material mixture was prepared by weighing, mixing and kneading. The raw material mixture was then dried in the air at 110° C. for 12 hours. The raw material mixture (precursor) after drying was spread thinly and evenly on a quartz boat, heated and held at 580° C. for 1 hour under a 2 vol % H 2 /98 vol % N 2 stream (heating step).
次いで、100vol%N2ガス気流下で600℃、1時間保持後、800℃に昇温して、800℃で1時間保持し均質化することで原料粒子であるタングステンブロンズ粉末(以下、タングステンブロンズ粉末Fと記載する)を得た(均質化工程)。 Next, after being held at 600 ° C. for 1 hour under a 100 vol% N 2 gas stream, the temperature is raised to 800 ° C. and held at 800 ° C. for 1 hour for homogenization. Tungsten bronze powder (hereinafter referred to as tungsten bronze Powder F) was obtained (homogenization step).
得られた青色の粉体をXRD測定した結果、JCPDSカードNo.72-6572と一致し、Rb0.333WO3と同定した。
(2)粉砕工程、単離工程
次にタングステンブロンズ粉末Fを5質量%、純水95質量%を秤量した。これらを、0.3mmφZrO2ビーズを入れたペイントシェーカーに装填し、9時間粉砕・分散処理して分散液を作製した(粉砕工程)。ここで、分散液内における光吸収粒子の平均粒径を粒度分布計により測定したところ23.8nmであった。
As a result of XRD measurement of the obtained blue powder, JCPDS card No. 72-6572, identifying Rb 0.333 WO 3 .
(2) Pulverization Step, Isolation Step Next, 5% by mass of tungsten bronze powder F and 95% by mass of pure water were weighed. These were loaded into a paint shaker containing 0.3 mmφ ZrO 2 beads, and pulverized and dispersed for 9 hours to prepare a dispersion liquid (pulverization step). Here, the average particle size of the light absorbing particles in the dispersion was measured with a particle size distribution meter and found to be 23.8 nm.
該分散液を遠心分離装置(12000rpm、30分)にかけて粒子を沈降させ、真空ろ過により固液分離を行ったのち乾燥して、粉砕されたタングステンブロンズ粉末(以下、「タングステンブロンズ粉末F´」と記載する)を単離した(単離工程)。
(3)置換工程
該粉砕されたタングステンブロンズ粉末F´を、110℃のオーブン中で24時間乾燥した。乾燥後のタングステンブロンズ粉末F´を石英ボートに入れ、管状炉中において真空雰囲気で300℃に加熱した。そしてアルゴンをキャリアガスとした硫化水素ガス(硫化水素濃度500ppm)を、混合ガス流量として1L/minで1時間通気した。
The dispersion is subjected to a centrifugal separator (12000 rpm, 30 minutes) to sediment the particles, followed by solid-liquid separation by vacuum filtration, followed by drying and pulverizing tungsten bronze powder (hereinafter referred to as "tungsten bronze powder F'"). described) was isolated (isolation step).
(3) Substitution Step The pulverized tungsten bronze powder F' was dried in an oven at 110°C for 24 hours. The dried tungsten bronze powder F′ was placed in a quartz boat and heated to 300° C. in a vacuum atmosphere in a tubular furnace. Then, hydrogen sulfide gas (concentration of hydrogen sulfide: 500 ppm) using argon as a carrier gas was passed at a mixed gas flow rate of 1 L/min for 1 hour.
その後ガス供給を停止して室温まで自然降温し、試料を取り出した。以上により、表面の水酸基がチオール基(SH-)で置換された光吸収粒子(以下、光吸収粒子Fと呼称する)を得た。 After that, the gas supply was stopped, the temperature was naturally lowered to room temperature, and the sample was taken out. As a result, light-absorbing particles (hereinafter referred to as light-absorbing particles F) having surface hydroxyl groups replaced with thiol groups (SH − ) were obtained.
タングステンブロンズ粉末F´と光吸収粒子FについてFT-IR装置により粒子表面の官能基を分析した。その結果、光吸収粒子Fではチオール基(SH-)に対応する赤外吸収が確認された。一方で置換工程を行う前のタングステンブロンズ粉末F´について同様の分析を行ったところ、水酸基や酸素基に対応する赤外吸収が確認されたが、チオール基に対応する赤外吸収は確認されなかった。したがって、光吸収粒子Fの表面に存在する水酸基あるいは酸素基の少なくとも一部は、確かにチオール基(SH-)で置換されていることが確認できた。
(4)光吸収粒子分散液の調製
光吸収粒子Aに代えて光吸収粒子Fを用いた以外は実施例1と同様にして、実施例6に係る光吸収粒子分散液(以下、「分散液F」と記載する)を得た。ここで、分散液F内における光吸収粒子の平均粒径を粒度分布計により測定したところ、表1に示した通りであった。
The functional groups on the particle surfaces of the tungsten bronze powder F' and the light-absorbing particles F were analyzed with an FT-IR device. As a result, in the light-absorbing particles F, infrared absorption corresponding to thiol groups (SH − ) was confirmed. On the other hand, when the same analysis was performed on the tungsten bronze powder F' before performing the substitution step, infrared absorption corresponding to hydroxyl groups and oxygen groups was confirmed, but infrared absorption corresponding to thiol groups was not confirmed. rice field. Therefore, it was confirmed that at least part of the hydroxyl groups or oxygen groups present on the surface of the light-absorbing particles F were certainly substituted with thiol groups (SH − ).
(4) Preparation of light-absorbing particle dispersion liquid (hereinafter referred to as "dispersion liquid") in the same manner as in Example 1 except that light-absorbing particle F was used instead of light-absorbing particle A. F”) was obtained. Here, when the average particle size of the light absorbing particles in the dispersion liquid F was measured by a particle size distribution meter, the results were as shown in Table 1.
分散液Aに代えて分散液Fを用いた以外は実施例1と同様に、可視光透過率、日射透過率、耐候性試験後のVLT、耐候性試験前後のVLTの変化を測定および算出した。 Visible light transmittance, solar transmittance, VLT after the weather resistance test, and changes in VLT before and after the weather resistance test were measured and calculated in the same manner as in Example 1 except that the dispersion liquid F was used instead of the dispersion liquid A. .
以上の評価結果を表1にまとめて示す。
[実施例7]
実施例1で作製した光吸収粒子Aを用いて、溶媒を水とした分散液を作成した。
Table 1 summarizes the above evaluation results.
[Example 7]
Using the light-absorbing particles A prepared in Example 1, a dispersion was prepared using water as the solvent.
具体的には、光吸収粒子Aを10質量%と、液状媒体である純水を90質量%とを秤量した。これらを、0.3mmφガラスビーズを入れたペイントシェーカーに装填し、5時間分散処理し、光吸収粒子分散液(以下、「分散液G」と記載する)を得た。ここで、分散液G内における光吸収粒子の平均粒径を粒度分布計により測定したところ20.9nmであった。 Specifically, 10% by mass of light absorbing particles A and 90% by mass of pure water as a liquid medium were weighed. These were placed in a paint shaker containing 0.3 mm diameter glass beads and subjected to dispersion treatment for 5 hours to obtain a light absorbing particle dispersion (hereinafter referred to as "dispersion G"). Here, when the average particle size of the light absorbing particles in the dispersion liquid G was measured with a particle size distribution meter, it was 20.9 nm.
分散液Gを、光吸収粒子の濃度が0.10%となるよう純水で希釈し、希釈液とした。実施例1で用いたものと同じ分光セルに純水を満たし、分光光度計のベースライン測定を行った。以降、分散液Aに代えて分散液Gを用いた以外は実施例1と同様にして、可視光透過率、日射透過率、耐候性試験後のVLT、耐候性試験前後のVLTの変化を測定および算出した。 The dispersion G was diluted with pure water so that the concentration of the light-absorbing particles was 0.10% to obtain a diluted solution. The same spectroscopic cell as that used in Example 1 was filled with pure water, and the baseline measurement of the spectrophotometer was performed. Thereafter, in the same manner as in Example 1 except that dispersion G was used instead of dispersion A, the visible light transmittance, solar transmittance, VLT after the weather resistance test, and changes in VLT before and after the weather resistance test were measured. and calculated.
評価結果を表1にまとめて示す。
[実施例8]
実施例1で作成した光吸収粒子Aを用いて、溶媒をトルエンとした分散液を作成した。
具体的には、光吸収粒子Aを10質量%と、分散剤として三菱ケミカル社ダイヤナールBR-116(官能基としてカルボキシル基を有するアクリル系高分子分散剤。以下、「分散剤b」と記載する。)8質量%と、液状媒体であるトルエンを82質量%とを秤量した。これらを、0.3mmφガラスビーズを入れたペイントシェーカーに装填し、6時間分散処理し、光吸収粒子分散液(以下、「分散液H」と略称する)を得た。ここで、分散液H内における光吸収粒子の平均粒径を粒度分布計により測定したところ21.5nmであった。
The evaluation results are summarized in Table 1.
[Example 8]
Using the light-absorbing particles A prepared in Example 1, a dispersion was prepared using toluene as a solvent.
Specifically, 10% by mass of light-absorbing particles A and Mitsubishi Chemical Dianal BR-116 as a dispersant (acrylic polymer dispersant having a carboxyl group as a functional group. Hereinafter referred to as "dispersant b" ) and 82% by mass of toluene as a liquid medium were weighed. These were placed in a paint shaker containing 0.3 mmφ glass beads and dispersed for 6 hours to obtain a light-absorbing particle dispersion (hereinafter abbreviated as “dispersion H”). Here, the average particle size of the light absorbing particles in the dispersion liquid H was measured with a particle size distribution meter and found to be 21.5 nm.
分散液Hを、光吸収粒子の濃度が0.10%となるようトルエンで希釈し、希釈液とした。実施例1で用いたものと同じ分光セルにトルエンを満たし、分光光度計のベースライン測定を行った。以降、分散液Aに代えて分散液Hを用いた以外は実施例1と同様にして、可視光透過率、日射透過率、耐候性試験後のVLT、耐候性試験前後のVLTの変化を測定および算出した。 Dispersion H was diluted with toluene so that the concentration of the light-absorbing particles was 0.10% to prepare a diluted solution. The same spectroscopic cell as used in Example 1 was filled with toluene and a baseline measurement of the spectrophotometer was performed. Thereafter, in the same manner as in Example 1 except that dispersion H was used instead of dispersion A, the visible light transmittance, solar transmittance, VLT after the weather resistance test, and changes in VLT before and after the weather resistance test were measured. and calculated.
評価結果を表1にまとめて示す。
[実施例9]
実施例1で作成した光吸収粒子Aを用いて、溶媒をメチルエチルケトン(MEK)とした分散液を作成した。
The evaluation results are summarized in Table 1.
[Example 9]
Using the light-absorbing particles A prepared in Example 1, a dispersion was prepared using methyl ethyl ketone (MEK) as a solvent.
具体的には、光吸収粒子Aを10質量%と、分散剤としてビックケミー社製Disperbyk-163(官能基として3級アミン基を有するウレタン系高分子分散剤。以下、「分散剤c」と記載する。)、6質量%液状媒体であるMEKを84質量%とを秤量した。これらを、0.3mmφガラスビーズを入れたペイントシェーカーに装填し、6時間分散処理し、光吸収粒子分散液(以下、「分散液I」と記載する)を得た。ここで、分散液I内における光吸収粒子の平均粒径を粒度分布計により測定したところ21.3nmであった。 Specifically, 10% by mass of light-absorbing particles A and Disperbyk-163 manufactured by BYK-Chemie Co., Ltd. as a dispersant (a urethane polymer dispersant having a tertiary amine group as a functional group. Hereinafter referred to as "dispersant c" ), and 84% by mass of MEK, which is a 6% by mass liquid medium, were weighed. These were placed in a paint shaker containing 0.3 mmφ glass beads and dispersed for 6 hours to obtain a light-absorbing particle dispersion (hereinafter referred to as “dispersion I”). Here, the average particle diameter of the light absorbing particles in the dispersion liquid I was measured with a particle size distribution meter and found to be 21.3 nm.
分散液Iを、光吸収粒子の濃度が0.10%となるようMEKで希釈し、希釈液とした。実施例1で用いたものと同じ分光セルにMEKを満たし、分光光度計のベースライン測定を行った。以降、分散液Aに代えて分散液Iを用いた以外は実施例1と同様にして、可視光透過率、日射透過率、耐候性試験後のVLT、耐候性試験前後のVLTの変化を測定および算出した。 Dispersion I was diluted with MEK so that the concentration of the light-absorbing particles was 0.10% to prepare a diluted solution. The same spectroscopic cell used in Example 1 was filled with MEK and a spectrophotometer baseline measurement was taken. Thereafter, in the same manner as in Example 1 except that Dispersion I was used instead of Dispersion A, visible light transmittance, solar transmittance, VLT after weather resistance test, and change in VLT before and after weather resistance test were measured. and calculated.
評価結果を表1にまとめて示す。
[比較例1]
実施例1で用いた置換工程を行う前のタングステンブロンズ粉末A´を光吸収粒子Aに代えて用いた以外は実施例1と同様にして、粒子分散液(分散液αと呼称する)を得た。ここで、分散液α内における光吸収粒子の平均粒径を粒度分布計により測定したところ21.9nmであった。
The evaluation results are summarized in Table 1.
[Comparative Example 1]
A particle dispersion liquid (referred to as dispersion liquid α) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the tungsten bronze powder A' before the substitution step used in Example 1 was used instead of the light absorbing particles A. rice field. Here, the average particle size of the light absorbing particles in the dispersion α was measured with a particle size distribution meter and found to be 21.9 nm.
分散液Aに代えて分散液αを用いた以外は実施例1と同様にして、可視光透過率、日射透過率、耐候性試験後のVLT、耐候性試験前後のVLTの変化を測定および算出した。 Visible light transmittance, solar transmittance, VLT after weather resistance test, and change in VLT before and after weather resistance test were measured and calculated in the same manner as in Example 1 except that dispersion liquid α was used instead of dispersion liquid A. bottom.
評価結果を表1にまとめて示す。 The evaluation results are summarized in Table 1.
比較例1に係るタングステンブロンズ粒子は、粒子の表面に存在する酸素基や水酸基が置換されておらず、置換イオンを有していない。その結果、可視光透過率に対して日射透過率が低いという、赤外線吸収材料として好ましい光学特性を有してはいるものの、耐候性試験前後での可視光透過率変化が大きい、すなわち大きな消色現象が見られた。
In the tungsten bronze particles according to Comparative Example 1, oxygen groups and hydroxyl groups present on the surface of the particles are not substituted, and do not have substituted ions. As a result, although it has favorable optical properties as an infrared absorbing material, that is, the solar transmittance is low relative to the visible light transmittance, the change in visible light transmittance before and after the weather resistance test is large, that is, the color is greatly decolored. phenomenon was observed.
一方、実施例1~実施例9に係る光吸収粒子は、六方晶のタングステンブロンズを含む光吸収粒子であり、タングステンブロンズは、一般式:MxWOy(ただし、元素Mは少なくともK、Rb、Cs、Tlから選択された1種類以上を含み、0.1≦x≦0.5、2.2≦y≦3.0)で表され、粒子の表面に酸素イオン(O2-)よりもイオン半径が大きい置換イオンが配置され、置換イオンが、15族、16族、17族元素から選択された1種類以上の元素を含むイオンである。その結果、可視光透過率に対して日射透過率が低いという、赤外線吸収材料として好ましい光学特性を有しつつ、さらに耐候性試験前後での可視光透過率変化が比較例1に係るタングステンブロンズ粒子と比べて少ない、すなわち消色現象が抑制された優れた耐候性を示すことが確認できた。
[実施例10]
置換イオンによる効果を微視的に比較・検討するために、Cs0.33WO3表面および水分子からなる構造モデル20を作成し、第一原理分子動力学計算により、Csが脱離するために必要な活性化エネルギーを見積もった。計算モデルを図2に示す。
On the other hand, the light-absorbing particles according to Examples 1 to 9 are light-absorbing particles containing hexagonal tungsten bronze, and the tungsten bronze has the general formula: M x WO y (where the element M is at least K, Rb , Cs, and Tl, represented by 0.1≦x≦0.5, 2.2≦y≦3.0), and oxygen ions (O 2− ) on the surface of the particles. Substitution ions having a large ionic radius are arranged, and the substitution ions are ions containing one or more elements selected from group 15, group 16, and group 17 elements. As a result, the tungsten bronze particles according to Comparative Example 1 exhibited favorable optical characteristics as an infrared absorbing material, such as a low solar transmittance relative to the visible light transmittance, and a change in the visible light transmittance before and after the weather resistance test. It was confirmed that the excellent weather resistance in which the decoloring phenomenon was suppressed was exhibited.
[Example 10]
In order to microscopically compare and study the effect of substitution ions, a
図2に示した構造モデル20は、W原子211を12個、Cs原子212を6個、O原子213を46個有するCs0.33WO3の表面モデル21を有しており、点線Aで示した表面に位置するO原子213は1価とするために、H原子214で修飾した。上記化学式から明らかなように、表面モデル21は、六方晶のタングステンブロンズを含む光吸収粒子のモデルとなっている。
The
さらに、点線Aで示した表面に位置するO原子213A、213Bの2原子を硫黄原子で置換した。すなわち、光吸収粒子の表面に硫黄元素を含む置換イオンを配置したモデルとした。
Further, two O
この表面モデル21上に高湿環境・水溶液環境を模擬するために水分子22を多数配置し、表面に位置するCs原子が水溶液環境に脱離するために必要なエネルギーを第一原理分子動力学計算により算出した。第一原理計算には平面波基底第一原理計算ソフトVASPを用い、表面モデル21の表面に位置するCs原子に、表面、すなわち点線Aと垂直な方向であるz方向の速度を与えて、Cs原子の脱離過程を再現した。Cs原子のz方向の移動速度は0.7Å/psとして、Cs原子が初期位置から3Å以上脱離するまでの過程を追跡した。活性化エネルギーの算出は以下に示すslow growth simulationの式を用いて算出した。
A large number of
すなわち、光吸収粒子の表面の酸素イオンを、硫黄元素を含む置換イオンで置換することで、元素Mの脱離が起きにくくなること、つまり消色現象の発生を抑制できることを確認できた。
[比較例2]
表面に位置するO原子213A、213Bを硫黄で置換しなかった点以外は実施例10と同様の方法により、Cs原子の脱離エネルギーを算出した。その結果、Cs原子の脱離に必要なエネルギーは1.0eVと小さく、実施例10と比較し、Cs原子が脱離しやすいことが確認できた。
That is, it was confirmed that by replacing the oxygen ions on the surface of the light-absorbing particles with the replacement ions containing the sulfur element, the detachment of the element M becomes difficult, that is, the occurrence of the decoloring phenomenon can be suppressed.
[Comparative Example 2]
The desorption energy of Cs atoms was calculated in the same manner as in Example 10, except that the
Claims (13)
前記タングステンブロンズは、一般式:MxWOy(ただし、元素Mは少なくともK、Rb、Cs、Tlから選択された1種類以上を含み、0.1≦x≦0.5、2.2≦y≦3.0)で表され、
表面に酸素イオン(O2-)よりもイオン半径が大きい置換イオンが配置され、
前記置換イオンが、S 2- 、Se 2- 、Te 2- 、P 3- 、As 3- 、Sb 3- から選択された1種類以上のイオンを含む光吸収粒子。 Light absorbing particles comprising hexagonal tungsten bronze,
The tungsten bronze has the general formula: M x WO y (wherein the element M contains at least one selected from K, Rb, Cs, and Tl, and 0.1 ≤ x ≤ 0.5, 2.2 ≤ y ≤ 3.0),
Substitution ions having a larger ionic radius than oxygen ions (O 2− ) are arranged on the surface,
The light absorbing particles, wherein the replacement ions include one or more ions selected from S 2− , Se 2− , Te 2− , P 3− , As 3− and Sb 3− .
水、有機溶媒、油脂、液状樹脂、プラスチック用液状可塑剤から選択された1種類以上である液状媒体と、を含み、
前記液状媒体に、前記光吸収粒子が分散された光吸収粒子分散液。 a light-absorbing particle according to any one of claims 1 to 4 ;
and a liquid medium that is one or more selected from water, organic solvents, fats and oils, liquid resins, and liquid plasticizers for plastics,
A light-absorbing particle dispersion liquid in which the light-absorbing particles are dispersed in the liquid medium.
前記タングステンブロンズは、一般式:MxWOy(ただし、元素Mは少なくともK、Rb、Cs、Tlから選択された1種類以上を含み、0.1≦x≦0.5、2.2≦y≦3.0)で表され、
前記置換イオンが、S 2- 、Se 2- 、Te 2- 、P 3- 、As 3- 、Sb 3- から選択された1種類以上のイオンを含む光吸収粒子の製造方法。 For particles containing hexagonal tungsten bronze and having an average particle size of 1 nm or more and 100 nm or less, at least part of the oxygen groups (O 2− ) or hydroxyl groups (OH − ) present on the surface of the particles is replaced with oxygen. a replacement step of replacing the ion (O 2− ) with a replacement ion having a larger ionic radius;
The tungsten bronze has the general formula: M x WO y (wherein the element M contains at least one selected from K, Rb, Cs, and Tl, and 0.1 ≤ x ≤ 0.5, 2.2 ≤ y ≤ 3.0),
A method for producing light-absorbing particles, wherein the substituted ions include one or more ions selected from S 2− , Se 2− , Te 2− , P 3− , As 3− and Sb 3− .
六方晶の前記タングステンブロンズを含む粒子を平均粒径が1nm以上100nm以下の粉砕粒子となるまで液体媒質中で粉砕する粉砕工程と、
前記液体媒質から前記粉砕粒子を単離する単離工程とをさらに有する、請求項7または請求項8に記載の光吸収粒子の製造方法。 Before the replacement step,
a pulverizing step of pulverizing the particles containing the hexagonal tungsten bronze in a liquid medium to pulverized particles having an average particle size of 1 nm or more and 100 nm or less;
9. The method for producing light-absorbing particles according to claim 7 , further comprising an isolation step of isolating said pulverized particles from said liquid medium.
前記光吸収粒子の表面に前記置換イオンが配置されている請求項7から請求項9のいずれか一項に記載の光吸収粒子の製造方法。 After the substitution step, light-absorbing particles comprising the hexagonal tungsten bronze are obtained,
10. The method for producing light-absorbing particles according to any one of claims 7 to 9 , wherein the substitution ions are arranged on the surfaces of the light-absorbing particles.
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