JP7380379B2 - Dispersion manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、分散液の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a dispersion.
無機粒子は、屈折率調整効果、熱線遮蔽機能等の様々な性能を部品、部材や材料に付与することができる。したがって、化粧料、樹脂製品や光学部品等の様々な技術分野において利用されている。 Inorganic particles can impart various performances, such as a refractive index adjustment effect and a heat ray shielding function, to parts, members, and materials. Therefore, it is used in various technical fields such as cosmetics, resin products, and optical parts.
無機粒子は、無修飾の場合、一般にその表面に水酸基が存在する。そのため、無機粒子は、通常は親水性である。そこで、疎水性材料に無機粒子を添加する場合には、シランカップリング剤等の表面改質剤により、無機粒子の表面を疎水性に改質することが行われている。 When unmodified, inorganic particles generally have hydroxyl groups on their surfaces. Therefore, inorganic particles are usually hydrophilic. Therefore, when adding inorganic particles to a hydrophobic material, the surface of the inorganic particles is modified to be hydrophobic using a surface modifier such as a silane coupling agent.
表面を疎水性に改質した無機粒子としては、例えば、顔料の表面がn-オクチルトリエトキシシラン等の特定のシランカップリング剤により被覆処理された化粧料用顔料が知られている(例えば、特許文献1参照)。この化粧料用顔料は、化粧料に配合した際に、高い撥水性を有しながら、感触はしっとりとして重くなく肌への付着性が高い。
また、表面を疎水性に改質した無機粒子を含む分散液としては、例えば、1つ以上の反応性官能基を有する表面修飾剤により表面が修飾され、かつ分散粒径が1nm以上かつ20nm以下の無機酸化物粒子を含有してなる無機酸化物透明分散液が知られている(例えば、特許文献2参照)。
As inorganic particles whose surfaces have been modified to be hydrophobic, for example, cosmetic pigments in which the surface of the pigment is coated with a specific silane coupling agent such as n-octyltriethoxysilane are known (for example, (See Patent Document 1). When blended into cosmetics, this pigment for cosmetics has high water repellency, yet has a moist feel, is not heavy, and has high adhesion to the skin.
Further, as a dispersion containing inorganic particles whose surface has been modified to be hydrophobic, for example, the surface has been modified with a surface modifier having one or more reactive functional groups, and the dispersed particle size is 1 nm or more and 20 nm or less. An inorganic oxide transparent dispersion containing inorganic oxide particles is known (for example, see Patent Document 2).
ところで、無機粒子を液相中にて表面修飾材料により表面修飾する方法としては、例えば、無機粒子と表面修飾材料のみならず分散媒を混合して混合液を調製した後、その混合液について分散機を用いて分散処理する方法が挙げられる。このように表面修飾された無機粒子は、疎水性の高い材料と混合した際に、充分にその材料中に分散せずに凝集する。その結果、疎水性の高い材料に白濁等の濁りが生じるという課題があった。また、得られた分散液は、粒度分布がブロードであり、無機粒子の性能が十分に発揮されない場合があった。 By the way, as a method for surface-modifying inorganic particles with a surface-modifying material in a liquid phase, for example, a mixed solution is prepared by mixing not only the inorganic particles and the surface-modifying material but also a dispersion medium, and then the mixed solution is dispersed. One example is a method of distributed processing using machines. When such surface-modified inorganic particles are mixed with a highly hydrophobic material, they are not sufficiently dispersed in the material and aggregate. As a result, there has been a problem in that turbidity such as white turbidity occurs in highly hydrophobic materials. Further, the obtained dispersion liquid had a broad particle size distribution, and the performance of the inorganic particles was sometimes not fully exhibited.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、疎水性の高い材料と混合した場合であっても凝集が抑制され、白濁等の濁りの発生が防止された分散液の製造方法および粒度分布がシャープな分散液を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for producing a dispersion liquid that suppresses aggregation and prevents the occurrence of cloudiness such as cloudiness even when mixed with a highly hydrophobic material. The purpose is to provide a dispersion liquid with a sharp particle size distribution.
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、表面修飾材料と無機粒子とアルコール系溶媒とを混合して混合液を得る工程Bと、上記混合液中において上記無機粒子を分散して、上記無機粒子が分散した分散液を得る工程Cと、上記分散液に疎水性溶媒を加える工程Dと、を有し、上記疎水性溶媒を加える工程Dは、上記分散液を加熱した後に、上記疎水性溶媒を上記無機粒子が凝集しない速度で加える工程d1、上記分散液を加熱しながら、上記疎水性溶媒を上記無機粒子が凝集しない速度で加える工程d2、または、上記疎水性溶媒を上記無機粒子が凝集しない速度で加えた後に、上記分散液を加熱する工程d3であり、上記混合液中における上記無機粒子の含有量が10質量%以上46質量%以下であり、上記混合液中における上記表面修飾材料と上記無機粒子との合計の含有量が65質量%以上93質量%以下である、分散液の製造方法を提供する。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention includes a step B of mixing a surface modification material, inorganic particles, and an alcohol solvent to obtain a mixed solution, and dispersing the inorganic particles in the mixed solution. , a step C of obtaining a dispersion in which the inorganic particles are dispersed, and a step D of adding a hydrophobic solvent to the dispersion, and the step D of adding the hydrophobic solvent includes heating the dispersion, and then a step d1 of adding the hydrophobic solvent at a rate that does not cause the inorganic particles to aggregate; a step d2 of adding the hydrophobic solvent at a rate that does not cause the inorganic particles to aggregate while heating the dispersion; or a step d2 of adding the hydrophobic solvent at a rate that does not cause the inorganic particles to aggregate. A step d3 of heating the dispersion after adding the inorganic particles at a rate that does not agglomerate the inorganic particles, the content of the inorganic particles in the mixed solution is 10% by mass or more and 46% by mass or less, and the content of the inorganic particles in the mixed solution is Provided is a method for producing a dispersion liquid, wherein the total content of the surface modification material and the inorganic particles is 65% by mass or more and 93% by mass or less.
本発明の一態様においては、さらに、上記表面修飾材料と水とを混合して、加水分解された上記表面修飾材料を含む加水分解液を得る工程Aを有し、上記混合液を得る工程Bにおいて、上記加水分解液と上記無機粒子と上記アルコール系溶媒とを混合することにより、上記混合液を得てもよい。 One aspect of the present invention further includes a step A of mixing the surface modification material and water to obtain a hydrolyzed solution containing the hydrolyzed surface modification material, and a step B of obtaining the mixed solution. In this case, the mixed liquid may be obtained by mixing the hydrolyzed liquid, the inorganic particles, and the alcoholic solvent.
本発明の一態様においては、上記加水分解液に添加される水の量が、上記表面修飾材料1molに対し、0.5mol以上5mol以下であってもよい。 In one aspect of the present invention, the amount of water added to the hydrolysis solution may be 0.5 mol or more and 5 mol or less with respect to 1 mol of the surface modification material.
本発明によれば、疎水性の高い材料と混合した場合であっても凝集が抑制され、白濁等の濁りの発生が防止された分散液の製造方法および粒度分布がシャープな分散液を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a method for producing a dispersion liquid in which aggregation is suppressed and generation of turbidity such as white turbidity is prevented even when mixed with a highly hydrophobic material, and a dispersion liquid with a sharp particle size distribution is provided. be able to.
本発明の分散液の製造方法および分散液の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。本発明は趣旨を逸脱しない範囲において、数値、量、材料、種類、時間、温度、順番等について、変更、省略、置換、追加等が可能である。
A method for producing a dispersion liquid and an embodiment of the dispersion liquid of the present invention will be described.
It should be noted that the present embodiment is specifically explained in order to better understand the gist of the invention, and is not intended to limit the invention unless otherwise specified. In the present invention, changes, omissions, substitutions, additions, etc. can be made to numerical values, amounts, materials, types, times, temperatures, orders, etc. without departing from the spirit of the invention.
[分散液の製造方法]
以下に本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
<1.本発明者等の着想>
まず、本発明の詳細な説明に先立ち、本発明者等による本発明に至るまでの着想について説明する。
[Dispersion manufacturing method]
Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below.
<1. Idea of the inventors>
First, prior to a detailed description of the present invention, the ideas that the present inventors and others came up with leading up to the present invention will be explained.
上述したように、従来、無機粒子を液相中にて表面修飾材料により表面修飾する場合には、無機粒子と表面修飾材料のみならず分散媒を混合して混合液を調製した後、その混合液について分散機を用いて分散処理を行っていた。このような表面修飾された無機粒子は、疎水性の高い材料と混合した場合に、充分にその材料中に分散せずに凝集する。その結果、疎水性の高い材料に白濁等の濁りが生じるという課題があった。このような場合、無機粒子は、所期の性能を充分に発揮できない。 As mentioned above, conventionally, when inorganic particles are surface-modified with a surface-modifying material in a liquid phase, a mixed solution is prepared by mixing not only the inorganic particles and the surface-modifying material but also a dispersion medium, and then the mixture is The liquid was dispersed using a dispersion machine. When such surface-modified inorganic particles are mixed with a highly hydrophobic material, they are not sufficiently dispersed in the material and aggregate. As a result, there has been a problem in that turbidity such as white turbidity occurs in highly hydrophobic materials. In such a case, the inorganic particles cannot fully exhibit the desired performance.
分散媒は、通常、無機粒子を均一に分散させ、表面修飾材料に無機粒子の表面を均一に修飾させることを目的として添加される。従来、分散媒を用いない場合、分散液の粘度が上昇する。その結果、表面修飾材料が無機粒子の表面に充分に付着しないと考えられていた。すなわち、従来、無機粒子を液相中にて表面修飾するには、分散媒は必須と考えられていた。本発明者等は、分散媒を用いないか、あるいは少量用いて、無機粒子を高濃度の表面修飾材料中に直接分散させた。これにより、本発明者等は、分散液中において、無機粒子の均一な分散が達成されるとともに、無機粒子への表面修飾材料の均一な修飾が可能であることを見出した。 The dispersion medium is usually added for the purpose of uniformly dispersing the inorganic particles and causing the surface modification material to uniformly modify the surfaces of the inorganic particles. Conventionally, when a dispersion medium is not used, the viscosity of the dispersion increases. As a result, it was thought that the surface modification material would not adhere sufficiently to the surface of the inorganic particles. That is, conventionally, a dispersion medium was considered essential for surface modification of inorganic particles in a liquid phase. We directly dispersed inorganic particles into high concentrations of surface-modified materials without the use of a dispersion medium or with a small amount. As a result, the present inventors have found that uniform dispersion of inorganic particles can be achieved in a dispersion liquid, and that it is possible to uniformly modify the inorganic particles with a surface modification material.
次に、このようにして得られる分散液は、分散時の混合液の粘度が高いため、粒度分布を充分にシャープにすることが困難であった。
そこで本発明者等は、混合液に親水性溶媒を少量混合することにより、粒度分布がシャープな分散液が得られることも見出した。
Next, in the dispersion liquid obtained in this way, since the viscosity of the mixed liquid at the time of dispersion was high, it was difficult to make the particle size distribution sufficiently sharp.
Therefore, the present inventors have also discovered that a dispersion liquid with a sharp particle size distribution can be obtained by mixing a small amount of a hydrophilic solvent into the mixed liquid.
そのメカニズムは以下のように推測される。
無機粒子を表面修飾材料中で直接分散させた場合、溶媒が添加されている場合と比べて混合液の粘度が高いため、ビーズ等の分散メディアの衝突による分散効果が低減する。さらに、分散中に加水分解よって生じたアルコールが揮発するため、分散中に混合液の粘度が上昇して、さらに分散効果が低減する。
そこで、親水性溶媒を少量添加することにより、分散時の混合液の粘度を低くし、かつ、分散中の混合液の増粘を抑制することで、分散効率の低下が抑制されると推測される。
The mechanism is presumed as follows.
When inorganic particles are directly dispersed in a surface-modified material, the viscosity of the mixture is higher than when a solvent is added, so the dispersion effect due to collisions with dispersion media such as beads is reduced. Furthermore, since the alcohol produced by hydrolysis during dispersion volatilizes, the viscosity of the liquid mixture increases during dispersion, further reducing the dispersion effect.
Therefore, it is assumed that by adding a small amount of a hydrophilic solvent, the viscosity of the mixed liquid during dispersion is lowered, and the increase in viscosity of the mixed liquid during dispersion is suppressed, thereby suppressing the decrease in dispersion efficiency. Ru.
次に、このようにして得られた分散液は、固形分(濃度)が高いため、粘度が高く、ハンドリング性が悪い。しかし、固形分を低くするために、得られた分散液に疎水性溶媒を添加すると、粒子表面の疎水性が低いため、粒子が凝集してしまい、均一な分散液が得られなかった。 Next, the dispersion liquid obtained in this way has a high solid content (concentration), so it has a high viscosity and poor handling properties. However, when a hydrophobic solvent was added to the obtained dispersion in order to lower the solid content, the particles coagulated due to the low hydrophobicity of the particle surface, making it impossible to obtain a uniform dispersion.
そこで、本発明者等は、得られた分散液を加熱し、疎水性溶媒を徐々に添加することで、固形分の低い分散液に調整できることも見出した。 Therefore, the present inventors have also discovered that by heating the obtained dispersion and gradually adding a hydrophobic solvent, it is possible to adjust the dispersion to a low solid content.
そのメカニズムは以下のように推測される。
分散液を加熱することにより、無機粒子に付着した表面修飾材料の重合が進行し、粒子表面の疎水性が向上する。重合反応が進行し過ぎても無機粒子は凝集するため、重合反応が進行中の分散液に疎水性溶媒を徐々に添加することにより、過剰な重合反応を抑制しつつ、表面が徐々に疎水化され、疎水性の溶媒を徐々に混合することができる。
The mechanism is presumed as follows.
By heating the dispersion liquid, polymerization of the surface modification material attached to the inorganic particles progresses, and the hydrophobicity of the particle surfaces improves. Even if the polymerization reaction progresses too much, inorganic particles will aggregate, so by gradually adding a hydrophobic solvent to the dispersion while the polymerization reaction is in progress, the surface will gradually become hydrophobic while suppressing the excessive polymerization reaction. and hydrophobic solvents can be gradually mixed.
すなわち、無機粒子が凝集しない程度の量の疎水性溶媒を添加し、添加した量の疎水性溶媒と相溶できる程度に、表面修飾材料の重合反応を進行させることにより、所望の固形分に調整された分散液を得ることができる。 That is, the desired solid content is adjusted by adding a hydrophobic solvent in an amount that does not cause the inorganic particles to aggregate, and allowing the polymerization reaction of the surface modification material to proceed to an extent that it is compatible with the added amount of hydrophobic solvent. A dispersion liquid can be obtained.
さらに、本発明者等は、このようにして得られる分散液を疎水性の高い材料と混合した場合に、当該材料中に無機粒子が凝集することなく分散可能であり、濁りの発生が抑制されることを見出し、本発明に至った。 Furthermore, the present inventors have found that when the dispersion obtained in this way is mixed with a highly hydrophobic material, the inorganic particles can be dispersed in the material without agglomeration, and the occurrence of turbidity is suppressed. This discovery led to the present invention.
なお、分散時に分散媒を多量に用いた場合、疎水性の高い材料中に無機粒子が分散せず、濁りが生じる理由については、定かではないが、次のように考えられる。分散媒を多量に用いると、分散時において、無機粒子近傍に存在する表面修飾材料は希薄となる。その結果、表面修飾材料の無機粒子に対する反応性が低下し、無機粒子に充分な量の表面修飾材料が付着しなかったと考えられる。また、分散時の分散媒として疎水性溶媒を多量に用いた場合、そもそも水酸基を表面に有する無機粒子が充分に分散しない。また、分散媒として親水性溶媒を多量に用いた場合、分散液中に含まれる親水性溶媒と疎水性の高い材料との混和性が充分でない。 The reason why inorganic particles are not dispersed in a highly hydrophobic material and turbidity occurs when a large amount of dispersion medium is used during dispersion is not clear, but it is thought to be as follows. If a large amount of dispersion medium is used, the surface modification material present near the inorganic particles becomes diluted during dispersion. As a result, it is thought that the reactivity of the surface modification material with respect to the inorganic particles decreased, and a sufficient amount of the surface modification material did not adhere to the inorganic particles. Furthermore, when a large amount of a hydrophobic solvent is used as a dispersion medium during dispersion, inorganic particles having hydroxyl groups on the surface are not sufficiently dispersed in the first place. Furthermore, when a large amount of a hydrophilic solvent is used as a dispersion medium, the miscibility between the hydrophilic solvent and the highly hydrophobic material contained in the dispersion liquid is insufficient.
また、ヘンシェルミキサーやスプレードライヤ等により、乾式にて無機粒子の表面に表面修飾材料を付着させることも考えられる。この場合、無機粒子が凝集してしまい、均一に表面修飾材料が無機粒子の表面に付着しない。さらには、乾式にて修飾を行う場合、充分な量の表面修飾材料を使用することが困難である。その結果、無機粒子を疎水性の高い材料と混合した場合に、当該材料中に無機粒子が分散せず、濁りが生じてしまう。 It is also conceivable to attach the surface modification material to the surface of the inorganic particles in a dry manner using a Henschel mixer, a spray dryer, or the like. In this case, the inorganic particles aggregate and the surface modification material does not adhere uniformly to the surfaces of the inorganic particles. Furthermore, when performing dry modification, it is difficult to use a sufficient amount of surface modification material. As a result, when inorganic particles are mixed with a highly hydrophobic material, the inorganic particles are not dispersed in the material, resulting in turbidity.
<分散液の製造方法>
次に、本実施形態に係る分散液の製造方法について説明する。
<Method for producing dispersion>
Next, a method for producing a dispersion liquid according to this embodiment will be explained.
本実施形態に係る分散液の製造方法は、表面修飾材料と無機粒子と親水性溶媒とを混合して混合液を得る工程Bと、上記混合液中において上記無機粒子を分散して、上記無機粒子が分散した分散液を得る工程Cと、上記分散液に疎水性溶媒を加える工程Dと、を有し、上記疎水性溶媒を加える工程Dは、上記分散液を加熱した後に、上記疎水性溶媒を上記無機粒子が凝集しない速度で加える工程d1、上記分散液を加熱しながら、上記疎水性溶媒を上記無機粒子が凝集しない速度で加える工程d2、または、上記疎水性溶媒を上記無機粒子が凝集しない速度で加えた後に、上記分散液を加熱する工程d3であり、上記混合液中における上記無機粒子の含有量が10質量%以上46質量%以下であり、上記混合液中における上記表面修飾材料と上記無機粒子との合計の含有量が65質量%以上93質量%以下である。 The method for producing a dispersion liquid according to the present embodiment includes a step B of mixing a surface modification material, inorganic particles, and a hydrophilic solvent to obtain a mixed liquid, and dispersing the inorganic particles in the mixed liquid to obtain the inorganic The process includes a step C of obtaining a dispersion liquid in which particles are dispersed, and a step D of adding a hydrophobic solvent to the dispersion liquid. In the step D of adding the hydrophobic solvent, after heating the dispersion liquid, a step d1 of adding the solvent at a rate that does not cause the inorganic particles to aggregate; a step d2 of adding the hydrophobic solvent while heating the dispersion at a rate that does not cause the inorganic particles to aggregate; or a step d2 of adding the hydrophobic solvent at a rate that does not cause the inorganic particles to aggregate. step d3 of heating the dispersion after adding at a rate that does not cause aggregation, the content of the inorganic particles in the mixed solution is 10% by mass or more and 46% by mass or less, and the surface modification in the mixed solution is performed. The total content of the material and the inorganic particles is 65% by mass or more and 93% by mass or less.
なお、上記表面修飾材料と上記無機粒子との合計含有量には、後述する表面修飾材料の加水分解で発生するアルコールは含まない。すなわち、上記表面修飾材料と上記無機粒子との合計含有量とは、表面修飾材料と、加水分解された表面修飾材料と、無機粒子との合計含有量を意味する。なお、上記合計含有量が上記表面修飾材料に付着された無機粒子の含有量を含めた値であることは言うまでもない。 Note that the total content of the surface modification material and the inorganic particles does not include alcohol generated by hydrolysis of the surface modification material, which will be described later. That is, the total content of the surface modification material and the inorganic particles means the total content of the surface modification material, the hydrolyzed surface modification material, and the inorganic particles. It goes without saying that the above total content includes the content of inorganic particles attached to the surface modification material.
また、本実施形態においては、上記の各工程に先立ち、表面修飾材料と水とを混合して、加水分解された表面修飾材料を含む加水分解液を得る工程A(加水分解工程)を有してもよい。
以下、各工程について詳細に説明する。
In addition, in this embodiment, prior to each of the above steps, there is a step A (hydrolysis step) of mixing the surface modification material and water to obtain a hydrolysis solution containing the hydrolyzed surface modification material. It's okay.
Each step will be explained in detail below.
(工程A(加水分解工程))
加水分解工程では、表面修飾材料と水とを混合して、加水分解された表面修飾材料を含む加水分解液を得る。このように予め表面修飾材料の少なくとも一部が加水分解した混合液を用いることにより、後述する分散工程において無機粒子に表面修飾材料が付着し易くなる。
(Step A (hydrolysis step))
In the hydrolysis step, the surface modification material and water are mixed to obtain a hydrolysis solution containing the hydrolyzed surface modification material. By using a liquid mixture in which at least a portion of the surface modification material has been previously hydrolyzed in this way, the surface modification material can easily adhere to the inorganic particles in the dispersion step described later.
このような表面修飾材料としては、反応性官能基を有する表面修飾材料が好適に用いられる。反応性官能基を有する表面修飾材料としては、例えば、アルケニル基、H-Si基およびアルコキシ基の群から選択される少なくとも1種の官能基を有する表面修飾材料が挙げられる。特に、アルコキシ基を有する表面修飾材料は、水と反応して加水分解し得ることから、本実施形態において好適に用いられる。 As such a surface modification material, a surface modification material having a reactive functional group is preferably used. Examples of the surface modification material having a reactive functional group include surface modification materials having at least one functional group selected from the group of alkenyl groups, H--Si groups, and alkoxy groups. In particular, a surface modification material having an alkoxy group is preferably used in this embodiment because it can react with water and be hydrolyzed.
アルケニル基としては、例えば、炭素原子数2~5の直鎖または分岐状アルケニル基が挙げられる。具体的には、ビニル基、2-プロペニル基、プロパ-2-エン-1-イル基等が挙げられる。
アルコキシ基としては、例えば、炭素原子数1~5の直鎖または分岐状アルコキシ基が挙げられる。具体的には、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基等が挙げられる。
Examples of the alkenyl group include straight chain or branched alkenyl groups having 2 to 5 carbon atoms. Specific examples include vinyl group, 2-propenyl group, prop-2-en-1-yl group, and the like.
Examples of the alkoxy group include straight chain or branched alkoxy groups having 1 to 5 carbon atoms. Specific examples include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, isopropoxy group, and butoxy group.
アルケニル基、H-Si基およびアルコキシ基の群から選択される少なくとも1種の官能基を有する表面修飾材料としては、例えば、以下のシラン化合物、シリコーン化合物および炭素-炭素不飽和結合含有脂肪酸が挙げられる。これらの表面修飾材料は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the surface modification material having at least one functional group selected from the group of alkenyl groups, H-Si groups, and alkoxy groups include the following silane compounds, silicone compounds, and fatty acids containing carbon-carbon unsaturated bonds. It will be done. These surface modification materials may be used alone or in combination of two or more.
シラン化合物としては、例えば、アルキル基およびアルコキシ基を含むシラン化合物、アルケニル基およびアルコキシ基を含むシラン化合物、H-Si基およびアルコキシ基を含むシラン化合物、その他アルコキシ基を含むシラン化合物、H-Si基を含むシラン化合物等が挙げられる。 Examples of the silane compound include silane compounds containing an alkyl group and an alkoxy group, silane compounds containing an alkenyl group and an alkoxy group, silane compounds containing an H-Si group and an alkoxy group, other silane compounds containing an alkoxy group, H-Si Examples include silane compounds containing groups.
アルキル基およびアルコキシ基を含むシラン化合物としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、およびエチルトリプロポキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン等が挙げられる。 Examples of silane compounds containing an alkyl group and an alkoxy group include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltripropoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, ethyltripropoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, Examples include methylphenyldimethoxysilane and methylphenyldiethoxysilane.
アルケニル基およびアルコキシ基を含むシラン化合物としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。 Examples of the silane compound containing an alkenyl group and an alkoxy group include vinyltrimethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, acryloxypropyltrimethoxysilane, and the like.
H-Si基およびアルコキシ基を含むシラン化合物としては、例えば、ジエトキシモノメチルシラン、モノエトキシジメチルシラン、ジフェニルモノメトキシシラン、ジフェニルモノエトキシシラン等が挙げられる。 Examples of the silane compound containing an H--Si group and an alkoxy group include diethoxymonomethylsilane, monoethoxydimethylsilane, diphenylmonomethoxysilane, and diphenylmonoethoxysilane.
その他アルコキシ基を含むシラン化合物としては、例えば、フェニルトリメトキシシラン等が挙げられる。 Examples of other silane compounds containing an alkoxy group include phenyltrimethoxysilane.
H-Si基を含むシラン化合物としては、例えば、ジメチルクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジエチルクロロシラン、エチルジクロロシラン、メチルフェニルクロロシラン、ジフェニルクロロシラン、フェニルジクロロシラン、トリメトキシシラン、ジメトキシシラン、モノメトキシシラン、トリエトキシシラン等が挙げられる。 Examples of the silane compound containing an H-Si group include dimethylchlorosilane, methyldichlorosilane, diethylchlorosilane, ethyldichlorosilane, methylphenylchlorosilane, diphenylchlorosilane, phenyldichlorosilane, trimethoxysilane, dimethoxysilane, monomethoxysilane, and trimethoxysilane. Examples include ethoxysilane.
シリコーン化合物としては、例えば、H-Si基を含むシリコーン化合物、アルコキシ基を含むシリコーン化合物が挙げられる。 Examples of the silicone compound include silicone compounds containing an H--Si group and silicone compounds containing an alkoxy group.
H-Si基を含むシリコーン化合物としては、例えば、メチルフェニルシリコーンや、ジメチルシリコーンや、メチルハイドロジェンシリコーン、メチルフェニルハイドロジェンシリコーン、ジフェニルハイドロジェンシリコーン等が挙げられる。 Examples of the silicone compound containing an H--Si group include methylphenyl silicone, dimethyl silicone, methyl hydrogen silicone, methyl phenyl hydrogen silicone, diphenyl hydrogen silicone, and the like.
アルコキシ基を含むシリコーン化合物としては、例えば、アルコキシ両末端フェニルシリコーン、アルコキシ両末端メチルフェニルシリコーン、アルコキシ基含有メチルフェニルシリコーン、アルコキシ基含有ジメチルシリコーン、アルコキシ片末端トリメチル片末端(メチル基片末端)ジメチルシリコーン、アルコキシ基含有フェニルシリコーン等が挙げられる。 Examples of silicone compounds containing alkoxy groups include alkoxy-terminated phenyl silicone, alkoxy-terminated methylphenyl silicone, alkoxy-containing methylphenyl silicone, alkoxy-containing dimethyl silicone, alkoxy-terminated trimethyl single-terminated dimethyl Examples include silicone, alkoxy group-containing phenyl silicone, and the like.
シリコーン化合物は、モノマーであってもよく、オリゴマーであってもよく、レジン(ポリマー)であってもよい。表面修飾が容易であることより、モノマーかオリゴマーを用いることが好ましい。 The silicone compound may be a monomer, an oligomer, or a resin (polymer). It is preferable to use monomers or oligomers because surface modification is easy.
炭素-炭素不飽和結合含有脂肪酸としては、例えば、メタクリル酸、アクリル酸等が挙げられる。 Examples of fatty acids containing carbon-carbon unsaturated bonds include methacrylic acid and acrylic acid.
上記の表面修飾材料のなかでも、粘度が低く、後述する分散工程における無機粒子の分散が容易となる観点から、表面修飾材料としては、アルキル基およびアルコキシ基を含むシラン化合物が好ましい。 Among the above-mentioned surface modification materials, silane compounds containing an alkyl group and an alkoxy group are preferred as the surface modification material from the viewpoint of low viscosity and easy dispersion of inorganic particles in the dispersion step described below.
アルキル基およびアルコキシ基を含むシラン化合物中のアルコキシ基の数は、1以上3以下であることが好ましく、3であることがより好ましい。アルコキシ基の炭素原子数は、1以上5以下であることが好ましい。 The number of alkoxy groups in the silane compound containing an alkyl group and an alkoxy group is preferably 1 or more and 3 or less, and more preferably 3. The number of carbon atoms in the alkoxy group is preferably 1 or more and 5 or less.
アルキル基およびアルコキシ基を含むシラン化合物中のアルキル基の数は、1以上3以下であることが好ましく、1であることがより好ましい。アルキル基の炭素数は、1以上5以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましく、1以上2以下であることがさらに好ましい。
アルキル基およびアルコキシ基を含むシラン化合物中のアルキル基とアルコキシ基の総数は2以上4以下であり、4であることが好ましい。
The number of alkyl groups in the silane compound containing an alkyl group and an alkoxy group is preferably 1 or more and 3 or less, and more preferably 1. The number of carbon atoms in the alkyl group is preferably 1 or more and 5 or less, more preferably 1 or more and 3 or less, and even more preferably 1 or more and 2 or less.
The total number of alkyl groups and alkoxy groups in the silane compound containing an alkyl group and an alkoxy group is 2 or more and 4 or less, and preferably 4.
このような表面修飾材料としてのシラン化合物は、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシランおよびエチルトリプロポキシシランからなる群から選択される1種または2種以上を含んでもよい。 Silane compounds as such surface modification materials are, for example, selected from the group consisting of methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltripropoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane and ethyltripropoxysilane. It may contain one type or two or more types.
表面修飾材料の25℃における粘度は、例えば、50mPa・s以下であることが好ましい。
表面修飾材料の粘度が50mPa・s以下であることにより、分散媒を多く含有させることなく、無機粒子を表面修飾材料中に分散させることができる。なお、ここでいう粘度とは、JIS Z 8803:2011「液体の粘度測定方法」に準拠して測定される粘度のことである。
The viscosity of the surface modification material at 25° C. is preferably, for example, 50 mPa·s or less.
When the viscosity of the surface modification material is 50 mPa·s or less, inorganic particles can be dispersed in the surface modification material without containing a large amount of dispersion medium. Note that the viscosity here refers to a viscosity measured in accordance with JIS Z 8803:2011 "Method for measuring liquid viscosity."
また、加水分解液中における表面修飾材料の含有量は、特に限定されず、加水分解液中の他の成分の残部とすることができるが、加水分解液中における表面修飾材料の含有量は、例えば、60質量%以上99質量%以下であることが好ましく、70質量%以上97質量%以下であることがより好ましく、80質量%以上95質量%以下であることがさらに好ましい。 Moreover, the content of the surface modification material in the hydrolysis solution is not particularly limited, and can be the remainder of other components in the hydrolysis solution, but the content of the surface modification material in the hydrolysis solution is For example, the content is preferably 60% by mass or more and 99% by mass or less, more preferably 70% by mass or more and 97% by mass or less, and even more preferably 80% by mass or more and 95% by mass or less.
また、加水分解工程において、加水分解液は水を含む。水は、表面修飾材料の加水分解反応の基質となる。
加水分解液中における水の含有量は、特に限定されず、例えば、表面修飾材料の量に応じて適宜設定できる。例えば、加水分解液に添加される水の量が、前記表面修飾材料1molに対し、0.5mol以上5mol以下であることが好ましく、0.6mol以上3mol以下であることがより好ましく、0.7mol以上2mol以下であることがさらに好ましい。これにより、表面修飾材料の加水分解反応を充分に進行させつつ、過剰量の水により製造される分散液において、無機粒子の凝集が生じることをより確実に防止することができる。
Moreover, in the hydrolysis step, the hydrolysis liquid contains water. Water serves as a substrate for the hydrolysis reaction of the surface modified material.
The content of water in the hydrolysis solution is not particularly limited, and can be appropriately set, for example, depending on the amount of the surface modification material. For example, the amount of water added to the hydrolysis solution is preferably 0.5 mol or more and 5 mol or less, more preferably 0.6 mol or more and 3 mol or less, and 0.7 mol or less, per 1 mol of the surface modification material. More preferably, the amount is 2 mol or less. Thereby, while allowing the hydrolysis reaction of the surface modification material to proceed sufficiently, it is possible to more reliably prevent agglomeration of inorganic particles in a dispersion prepared using an excessive amount of water.
あるいは、加水分解液中における水の含有量は、例えば、加水分解液100質量%中1質量%以上20質量%以下であることが好ましく、1質量%以上15質量%以下であることがより好ましく、1質量%以上10質量%以下であることがさらに好ましい。 Alternatively, the content of water in the hydrolyzed solution is, for example, preferably 1% by mass or more and 20% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less based on 100% by mass of the hydrolyzed solution. , more preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less.
また、加水分解液には、触媒が添加されてもよい。触媒としては、例えば、酸または塩基を用いることができる。
酸は、加水分解液中およびこれを含んで調製される混合液において、表面修飾材料の加水分解反応を触媒する。塩基は、加水分解された表面修飾材料と無機粒子の表面の官能基、例えば、水酸基やシラノール基との縮合反応を触媒する。これにより、表面修飾材料が無機粒子に付着しやすくなり、無機粒子の分散安定性が向上する。
Moreover, a catalyst may be added to the hydrolysis liquid. As the catalyst, for example, an acid or a base can be used.
The acid catalyzes the hydrolysis reaction of the surface modification material in the hydrolysis solution and in the mixed solution prepared containing the acid. The base catalyzes a condensation reaction between the hydrolyzed surface modification material and a functional group on the surface of the inorganic particle, such as a hydroxyl group or a silanol group. This makes it easier for the surface modification material to adhere to the inorganic particles, improving the dispersion stability of the inorganic particles.
上記の「酸」とは、いわゆるブレンステッド-ローリの定義に基づく酸のことである。ここでは、「酸」とは、表面修飾材料の加水分解反応においてプロトンを与える物質のことである。 The above-mentioned "acid" refers to an acid based on the so-called Brønsted-Lori definition. Here, the term "acid" refers to a substance that provides protons in the hydrolysis reaction of the surface modification material.
上記の「塩基」とは、いわゆるブレンステッド-ローリの定義に基づく塩基のことである。ここでは、「塩基」とは、表面修飾材料の加水分解反応およびその後の縮合反応においてプロトンを受容する物質のことである。 The above-mentioned "base" refers to a base based on the so-called Brønsted-Lori definition. Here, the term "base" refers to a substance that accepts protons in the hydrolysis reaction and subsequent condensation reaction of the surface modification material.
本実施形態に係る分散液の製造方法に用いることのできる酸としては、表面修飾材料の加水分解反応においてプロトンを供給可能であれば特に限定されない。このような酸としては、例えば、無機酸または有機酸が挙げられる。
無機酸としては、例えば、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硫酸、硝酸、ホウ酸、リン酸等が挙げられる。
有機酸としては、例えば、酢酸、クエン酸、ギ酸等が挙げられる。
これらの酸は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The acid that can be used in the method for producing a dispersion liquid according to the present embodiment is not particularly limited as long as it can supply protons in the hydrolysis reaction of the surface modification material. Such acids include, for example, inorganic acids or organic acids.
Examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, sulfuric acid, nitric acid, boric acid, and phosphoric acid.
Examples of organic acids include acetic acid, citric acid, and formic acid.
These acids may be used alone or in combination of two or more.
本実施形態に係る分散液の製造方法に用いることのできる塩基としては、表面修飾材料の加水分解反応またはその後の縮合反応においてプロトンを受容可能であれば特に限定されない。このような塩基としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム、アンモニア、アミン等が挙げられる。これらの塩基は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The base that can be used in the method for producing a dispersion liquid according to the present embodiment is not particularly limited as long as it can accept protons in the hydrolysis reaction of the surface modification material or the subsequent condensation reaction. Examples of such bases include sodium hydroxide, potassium hydroxide, barium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia, and amines. These bases may be used alone or in combination of two or more.
上記の触媒のなかでも、触媒としては酸を用いることが好ましい。酸としては、酸性度の観点から、無機酸が好ましい。無機酸のなかでも、塩酸がより好ましい。 Among the above catalysts, it is preferable to use an acid as the catalyst. As the acid, inorganic acids are preferred from the viewpoint of acidity. Among inorganic acids, hydrochloric acid is more preferred.
加水分解液中における触媒の含有量は、特に限定されないが、例えば、10ppm以上1000ppm以下であることが好ましく、20ppm以上800ppm以下であることがより好ましく、30ppm以上600ppm以下であることがさらに好ましい。これにより、表面修飾材料の加水分解を充分に促進させつつ、表面修飾材料の副反応を抑制することができる。 The content of the catalyst in the hydrolysis solution is not particularly limited, but for example, it is preferably 10 ppm or more and 1000 ppm or less, more preferably 20 ppm or more and 800 ppm or less, and even more preferably 30 ppm or more and 600 ppm or less. Thereby, side reactions of the surface modification material can be suppressed while sufficiently promoting hydrolysis of the surface modification material.
また、加水分解液は、親水性溶媒を含んでいてもよい。親水性溶媒は、加水分解液中において、水と表面修飾材料の混和を促進させ、表面修飾材料の加水分解反応をより一層促進させる。 Moreover, the hydrolyzate may contain a hydrophilic solvent. The hydrophilic solvent promotes the miscibility of water and the surface modification material in the hydrolysis solution, and further promotes the hydrolysis reaction of the surface modification material.
親水性溶媒としては、例えば、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、ニトリル系溶媒等が挙げられる。これらの親水性溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the hydrophilic solvent include alcohol solvents, ketone solvents, nitrile solvents, and the like. These hydrophilic solvents may be used alone or in combination of two or more.
アルコール系溶媒としては、例えば、炭素原子数1~4の分岐または直鎖状アルコール化合物およびそのエーテル縮合物が挙げられる。これらのアルコール系溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
アルコール系溶媒に含まれるアルコール化合物は、第1級アルコール、第2級アルコールまたは第3級アルコールのいずれであってもよい。アルコール系溶媒に含まれるアルコール化合物は、一価アルコール、二価アルコールまたは三価アルコールのいずれであってもよい。
Examples of alcoholic solvents include branched or linear alcohol compounds having 1 to 4 carbon atoms and ether condensates thereof. These alcoholic solvents may be used alone or in combination of two or more.
The alcohol compound contained in the alcohol solvent may be a primary alcohol, a secondary alcohol, or a tertiary alcohol. The alcohol compound contained in the alcoholic solvent may be a monohydric alcohol, a dihydric alcohol, or a trihydric alcohol.
アルコール系溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、イソプロピルアルコール、1-ブチルアルコール、2-ブタノール、イソブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、メタンジオール、1,2-エタンジオール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、2-ブテン-1,4-ジオール、1,4-ブチンジオール、グリセリン、ジエチレングリコール、3-メトキシ-1,2-プロパンジオール等が挙げられる。 Examples of alcoholic solvents include methanol, ethanol, 1-propanol, isopropyl alcohol, 1-butyl alcohol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, methanediol, 1,2-ethanediol, 1,2- Propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, 2-butene-1,4-diol, 1, Examples include 4-butynediol, glycerin, diethylene glycol, 3-methoxy-1,2-propanediol, and the like.
ケトン系溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等が挙げられる。 Examples of the ketone solvent include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone.
ニトリル系溶媒としては、例えば、アセトニトリル等が挙げられる。 Examples of nitrile solvents include acetonitrile and the like.
上記の親水性溶媒のなかでも、水と疎水性溶媒双方との親和性に優れ、これらの混和を促進させる観点から、アルコール系溶媒が好ましい。アルコール系溶媒を構成するアルコール化合物の炭素原子数は、1以上3以下であることが好ましく、1以上2以下であることがより好ましい。
上記のアルコール系溶媒のなかでも、メタノールおよびエタノールが好ましく、上記のアルコール系溶媒の効果を充分に発現することができる観点から、メタノールがより好ましい。
Among the above-mentioned hydrophilic solvents, alcoholic solvents are preferred from the viewpoint of having excellent affinity with both water and hydrophobic solvents and promoting their mixing. The number of carbon atoms in the alcohol compound constituting the alcohol solvent is preferably 1 or more and 3 or less, more preferably 1 or more and 2 or less.
Among the above-mentioned alcoholic solvents, methanol and ethanol are preferred, and methanol is more preferred from the viewpoint of being able to fully exhibit the effects of the above-mentioned alcoholic solvents.
加水分解液中における親水性溶媒の含有量は、特に限定されないが、例えば、60質量%以下であることが好ましく、50質量%以下であることがより好ましい。これにより、加水分解液中における表面修飾材料および水の含有量を充分に多くすることができる。また、加水分解液中における親水性溶媒の含有量は、例えば、10質量%以上であることが好ましく、15質量%以上であることがより好ましい。これにより、表面修飾材料と水との混和をより一層促進することができる。その結果、表面修飾材料の加水分解反応を効率よく進行させることができる。なお、加水分解液中において、加水分解反応由来の化合物を除く親水性溶媒が含まれなくてもよい。 The content of the hydrophilic solvent in the hydrolysis solution is not particularly limited, but is preferably, for example, 60% by mass or less, and more preferably 50% by mass or less. Thereby, the contents of the surface modification material and water in the hydrolysis solution can be sufficiently increased. Further, the content of the hydrophilic solvent in the hydrolysis solution is, for example, preferably 10% by mass or more, and more preferably 15% by mass or more. This can further promote the mixing of the surface modification material and water. As a result, the hydrolysis reaction of the surface modification material can proceed efficiently. Note that the hydrolysis solution may not contain any hydrophilic solvent other than the compound derived from the hydrolysis reaction.
本実施形態では、表面修飾材料としてアルコキシ基を有する化合物、例えば、アルコキシ基を有するシラン化合物を用いる場合、これを加水分解するため、アルコキシ基由来のアルコール化合物が混合液中に含まれることとなる。加水分解反応は、無機粒子の吸着水でも進行するため、加水分解工程、混合工程、分散工程のいずれでも起こり得る。そのため、アルコール化合物を除去する工程がない限りは、最終的な分散液にはアルコール化合物が含まれる。 In this embodiment, when a compound having an alkoxy group, for example, a silane compound having an alkoxy group, is used as a surface modification material, an alcohol compound derived from an alkoxy group is contained in the mixed liquid because this is hydrolyzed. . Since the hydrolysis reaction proceeds even with water adsorbed by inorganic particles, it can occur in any of the hydrolysis step, mixing step, and dispersion step. Therefore, unless there is a step to remove alcohol compounds, the final dispersion liquid will contain alcohol compounds.
加水分解工程では、加水分解液を調製後、一定の温度で所定の時間保持してもよい。これにより、表面修飾材料の加水分解をより一層促進させることができる。
加水分解工程において、加水分解液の温度は、特に限定されず、表面修飾材料の種類によって適宜変更できる。加水分解液の温度は、例えば、5℃以上65℃以下であることが好ましく、30℃以上60℃以下であることがより好ましい。
In the hydrolysis step, the hydrolyzate may be maintained at a constant temperature for a predetermined period of time after being prepared. Thereby, hydrolysis of the surface modification material can be further promoted.
In the hydrolysis step, the temperature of the hydrolysis solution is not particularly limited, and can be changed as appropriate depending on the type of surface modification material. The temperature of the hydrolyzate is, for example, preferably 5°C or more and 65°C or less, more preferably 30°C or more and 60°C or less.
また、加水分解液を一定の温度に保持する時間(保持時間)は、特に限定されないが、例えば、10分以上180分以下であることが好ましく、30分以上120分以下であることがより好ましい。 Further, the time for holding the hydrolyzate at a constant temperature (holding time) is not particularly limited, but for example, it is preferably 10 minutes or more and 180 minutes or less, and more preferably 30 minutes or more and 120 minutes or less. .
なお、上記の加水分解液の保持において、加水分解液を適宜撹拌してもよい。
また、加水分解工程は、必要に応じて行うことができ、省略されてもよい。
In addition, in holding the above-mentioned hydrolyzed liquid, the hydrolyzed liquid may be appropriately stirred.
Moreover, the hydrolysis step can be performed as necessary, or may be omitted.
(工程B(混合工程))
混合工程では、表面修飾材料と無機粒子と親水性溶媒とを混合して混合液を得る。混合工程では、表面修飾材料と無機粒子と親水性溶媒の他に、水や触媒を混合してもよい。なお、上述した加水分解工程により加水分解液を得ている場合、加水分解液と無機粒子と親水性溶媒を混合することにより、混合液が得られる。
(Process B (mixing process))
In the mixing step, a surface modification material, inorganic particles, and a hydrophilic solvent are mixed to obtain a mixed liquid. In the mixing step, water and a catalyst may be mixed in addition to the surface modification material, inorganic particles, and hydrophilic solvent. In addition, when the hydrolysis liquid is obtained by the above-mentioned hydrolysis process, a mixed liquid is obtained by mixing the hydrolysis liquid, inorganic particles, and a hydrophilic solvent.
混合工程では、混合液中における無機粒子の含有量が10質量%以上46質量%以下であり、混合液中における表面修飾材料と無機粒子との合計の含有量が65質量%以上93質量%以下であるように、混合が行われる。 In the mixing step, the content of inorganic particles in the mixed liquid is 10% by mass or more and 46% by mass or less, and the total content of the surface modification material and inorganic particles in the mixed liquid is 65% by mass or more and 93% by mass or less. The mixing is performed as follows.
混合液中における親水性溶媒の含有量は、5質量%以上15質量%以下であることが好ましく、7質量%以上13質量%以下含有であることがより好ましい。親水性溶媒が上記範囲で混合されることにより、無機粒子の分散効率が向上し、表面修飾材料の無機粒子への表面修飾反応も促進される。 The content of the hydrophilic solvent in the mixed liquid is preferably 5% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 7% by mass or more and 13% by mass or less. By mixing the hydrophilic solvent in the above range, the dispersion efficiency of the inorganic particles is improved and the surface modification reaction of the surface modification material to the inorganic particles is also promoted.
表面修飾材料および無機粒子と混合する親水性溶媒としては、上記の加水分解工程で用いられる親水性溶媒と全く同じものを用いることができる。 As the hydrophilic solvent to be mixed with the surface modification material and the inorganic particles, the same hydrophilic solvent as used in the above hydrolysis step can be used.
このように、本実施形態においては、混合液中の表面修飾材料と無機粒子との合計の含有量が非常に多い。そして、従来必須であると考えられていた有機溶媒、水等の分散媒は、少量混合される。このような場合であっても、分散工程を経ることにより、混合液中において、無機粒子の均一な分散が可能であるとともに、表面修飾材料の無機粒子への均一な付着(表面修飾)が達成される。 Thus, in this embodiment, the total content of the surface modification material and inorganic particles in the mixed liquid is very large. A small amount of a dispersion medium such as an organic solvent or water, which was conventionally thought to be essential, is mixed. Even in such cases, by going through the dispersion process, it is possible to uniformly disperse the inorganic particles in the mixed liquid, and also achieve uniform adhesion of the surface modification material to the inorganic particles (surface modification). be done.
ここで、表面修飾材料が無機粒子に「付着する」とは、表面修飾材料が無機粒子に対し、これらの間の相互作用により接触または結合することをいう。接触としては、例えば、物理吸着が挙げられる。また、結合としては、イオン結合、水素結合、共有結合等が挙げられる。 Here, the surface modification material "adhering" to the inorganic particles refers to the surface modification material coming into contact with or bonding to the inorganic particles through interaction between them. Examples of contact include physical adsorption. Further, examples of the bond include ionic bond, hydrogen bond, covalent bond, and the like.
混合液中における表面修飾材料と無機粒子との合計の含有量が65質量%未満である場合、表面修飾材料と無機粒子以外の成分、例えば、分散媒が多くなり過ぎて、後述する分散工程において表面修飾材料を無機粒子の表面に充分に付着させることができない。その結果、無機粒子表面に水酸基が多く残存し、得られる分散液を疎水性の高い材料と混合した際に、無機粒子が凝集してしまい、疎水性の高い材料に濁りが生じる。表面修飾材料と無機粒子との合計の含有量は、65質量%以上であればよいが、70質量%以上であることが好ましく、75質量%以上であることがより好ましい。 If the total content of the surface modification material and inorganic particles in the mixed liquid is less than 65% by mass, components other than the surface modification material and inorganic particles, such as dispersion medium, will be too large and will not be used in the dispersion step described below. The surface modification material cannot be sufficiently attached to the surface of the inorganic particles. As a result, many hydroxyl groups remain on the surface of the inorganic particles, and when the resulting dispersion is mixed with a highly hydrophobic material, the inorganic particles aggregate, causing the highly hydrophobic material to become cloudy. The total content of the surface modification material and inorganic particles may be 65% by mass or more, preferably 70% by mass or more, and more preferably 75% by mass or more.
混合液中における表面修飾材料と無機粒子との合計の含有量が93質量%を超えると、混合液の粘度が高くなりすぎて、後述する分散工程において、表面修飾材料を充分には無機粒子の表面に付着させることができない。表面修飾材料と無機粒子との合計の含有量は、93質量%以下であればよいが、91質量%以下であることが好ましく、89質量%以下であることがより好ましい。 If the total content of the surface modification material and the inorganic particles in the mixed solution exceeds 93% by mass, the viscosity of the mixed solution will become too high, and the surface modification material will not be sufficiently absorbed by the inorganic particles in the dispersion process described below. Cannot be attached to surfaces. The total content of the surface modification material and inorganic particles may be 93% by mass or less, preferably 91% by mass or less, and more preferably 89% by mass or less.
また、上述したように、混合液中における無機粒子の含有量が10質量%以上46質量%以下である。これにより、無機粒子に対する表面修飾材料の量を適切な範囲内とすることができ、無機粒子の表面に均一に表面修飾材料を付着させることができるとともに、混合液の粘度の上昇を抑制することができる。 Further, as described above, the content of inorganic particles in the mixed liquid is 10% by mass or more and 46% by mass or less. As a result, the amount of the surface modification material relative to the inorganic particles can be kept within an appropriate range, the surface modification material can be uniformly attached to the surface of the inorganic particles, and an increase in the viscosity of the mixed liquid can be suppressed. I can do it.
混合液中における無機粒子の含有量が10質量%未満である場合、無機粒子に対して表面修飾材料の量が過剰となり、得られる分散液において過剰の表面修飾材料が無機粒子の凝集を誘発する。混合液中における無機粒子の含有量は、20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましい。 When the content of inorganic particles in the mixed liquid is less than 10% by mass, the amount of surface modification material is excessive relative to the inorganic particles, and the excess surface modification material induces aggregation of inorganic particles in the resulting dispersion. . The content of inorganic particles in the liquid mixture is preferably 20% by mass or more, more preferably 30% by mass or more.
混合液中における無機粒子の含有量が46質量%を超えると、無機粒子に対して表面修飾材料の量が不足し、無機粒子に充分な量の表面修飾材料が付着しない。また、無機粒子の含有量が多くなり過ぎる結果、混合液の粘度が高くなり過ぎて、後述する分散工程において、無機粒子を充分に分散できない。混合液中における無機粒子の含有量は、43質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましい。 If the content of the inorganic particles in the mixed liquid exceeds 46% by mass, the amount of surface modification material will be insufficient relative to the inorganic particles, and a sufficient amount of the surface modification material will not adhere to the inorganic particles. Moreover, as a result of the content of inorganic particles becoming too large, the viscosity of the liquid mixture becomes too high, making it impossible to sufficiently disperse the inorganic particles in the dispersion step described below. The content of inorganic particles in the liquid mixture is preferably 43% by mass or less, more preferably 40% by mass or less.
混合液中における無機粒子の含有量に対する表面修飾材料の含有量は、特に限定されないが、例えば、無機粒子を100質量部とした場合、100質量部以上800質量部以下であることが好ましく、140質量部以上600質量部以下であることがより好ましく、180質量部以上400質量部以下であることがさらに好ましい。これにより、無機粒子に対する表面修飾材料の量を適切な範囲内とすることができ、無機粒子の表面に均一に表面修飾材料を付着させることができる。 The content of the surface modification material relative to the content of inorganic particles in the mixed liquid is not particularly limited, but for example, when the inorganic particles are 100 parts by mass, it is preferably 100 parts by mass or more and 800 parts by mass or less, and 140 parts by mass or less. It is more preferably 180 parts by mass or more and 400 parts by mass or less, and even more preferably 180 parts by mass or more and 400 parts by mass or less. Thereby, the amount of the surface modification material relative to the inorganic particles can be kept within an appropriate range, and the surface modification material can be uniformly attached to the surfaces of the inorganic particles.
混合液中に含まれる無機粒子としては、特に限定されない。無機粒子としては、例えば、酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子、シリカ粒子、酸化亜鉛粒子、酸化鉄粒子、酸化銅粒子、酸化スズ粒子、酸化セリウム粒子、酸化タンタル粒子、酸化ニオブ粒子、酸化タングステン粒子、酸化ユーロピウム粒子、酸化イットリウム粒子、酸化モリブデン粒子、酸化インジウム粒子、酸化アンチモン粒子、酸化ゲルマニウム粒子、酸化鉛粒子、酸化ビスマス粒子、酸化ハフニウム粒子、チタン酸カリウム粒子、チタン酸バリウム粒子、チタン酸ストロンチウム粒子、ニオブ酸カリウム粒子、ニオブ酸リチウム粒子、タングステン酸カルシウム粒子、イットリア安定化ジルコニア粒子、アルミナ安定化ジルコニア粒子、シリカ安定化ジルコニア粒子、カルシア安定化ジルコニア粒子、マグネシア安定化ジルコニア粒子、スカンジア安定化ジルコニア粒子、ハフニア安定化ジルコニア粒子、イッテルビア安定化ジルコニア粒子、セリア安定化ジルコニア粒子、インジア安定化ジルコニア粒子、ストロンチウム安定化ジルコニア粒子、酸化サマリウム安定化ジルコニア粒子、酸化ガドリニウム安定化ジルコニア粒子、アンチモン添加酸化スズ粒子およびインジウム添加酸化スズ粒子からなる群から選択される少なくとも1種を含む無機酸化物粒子が好適に用いられる。 The inorganic particles contained in the liquid mixture are not particularly limited. Examples of inorganic particles include zirconium oxide particles, titanium oxide particles, silica particles, zinc oxide particles, iron oxide particles, copper oxide particles, tin oxide particles, cerium oxide particles, tantalum oxide particles, niobium oxide particles, tungsten oxide particles, Europium oxide particles, yttrium oxide particles, molybdenum oxide particles, indium oxide particles, antimony oxide particles, germanium oxide particles, lead oxide particles, bismuth oxide particles, hafnium oxide particles, potassium titanate particles, barium titanate particles, strontium titanate particles , potassium niobate particles, lithium niobate particles, calcium tungstate particles, yttria-stabilized zirconia particles, alumina-stabilized zirconia particles, silica-stabilized zirconia particles, calcia-stabilized zirconia particles, magnesia-stabilized zirconia particles, scandia-stabilized zirconia particles, hafnia-stabilized zirconia particles, ytterbia-stabilized zirconia particles, ceria-stabilized zirconia particles, india-stabilized zirconia particles, strontium-stabilized zirconia particles, samarium oxide-stabilized zirconia particles, gadolinium oxide-stabilized zirconia particles, antimony-doped tin oxide Inorganic oxide particles containing at least one selected from the group consisting of particles and indium-doped tin oxide particles are preferably used.
無機粒子は、得られる分散液の用途に応じてその種類を適宜選択できる。例えば、得られる分散液中の無機粒子を発光素子の封止部材の材料として用いる場合、透明性や封止樹脂(樹脂成分)との相溶性(親和性)を向上させる観点から、混合液は、無機粒子として、酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子およびシリカ粒子からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。また、無機粒子は、封止部材の屈折率を向上させる観点から、屈折率が1.7以上であることが好ましい。封止部材の屈折率を向上させる無機粒子としては、上記の無機酸化物粒子のうち、シリカ粒子以外の粒子が挙げられる。封止部材の材料として用いる場合、無機粒子は、酸化ジルコニウム粒子および酸化チタン粒子の少なくとも一方であることがより好ましく、酸化ジルコニウム粒子であることが特に好ましい。 The type of inorganic particles can be appropriately selected depending on the use of the resulting dispersion. For example, when using the inorganic particles in the obtained dispersion as a material for a sealing member of a light emitting element, from the viewpoint of improving transparency and compatibility with the sealing resin (resin component), the mixed liquid is It is preferable that the inorganic particles include at least one selected from the group consisting of zirconium oxide particles, titanium oxide particles, and silica particles. Further, from the viewpoint of improving the refractive index of the sealing member, the inorganic particles preferably have a refractive index of 1.7 or more. Examples of the inorganic particles that improve the refractive index of the sealing member include particles other than silica particles among the above-mentioned inorganic oxide particles. When used as a material for a sealing member, the inorganic particles are more preferably at least one of zirconium oxide particles and titanium oxide particles, and particularly preferably zirconium oxide particles.
なお、無機粒子は、混合液において一次粒子として分散していてもよいし、一次粒子が凝集した二次粒子として分散していてもよい。通常、無機粒子は、混合液において二次粒子として分散している。 Note that the inorganic particles may be dispersed in the liquid mixture as primary particles, or may be dispersed as secondary particles obtained by agglomerating primary particles. Usually, the inorganic particles are dispersed as secondary particles in the mixed liquid.
無機粒子の平均一次粒子径は、例えば、3nm以上200nm以下であることが好ましく、5nm以上170nm以下であることがより好ましく、10nm以上100nm以下であることがさらに好ましい。無機粒子の平均一次粒子径が前記の範囲であることにより、分散液の透明性が高くなる。また、発光素子、例えば、LED(light emitting diode)の封止部材の材料として用いる場合には、発光素子(LED)の明るさを向上させることができる。 The average primary particle diameter of the inorganic particles is, for example, preferably 3 nm or more and 200 nm or less, more preferably 5 nm or more and 170 nm or less, and even more preferably 10 nm or more and 100 nm or less. When the average primary particle diameter of the inorganic particles is within the above range, the transparency of the dispersion becomes high. Further, when used as a material for a sealing member of a light emitting element, for example, an LED (light emitting diode), the brightness of the light emitting element (LED) can be improved.
無機粒子の平均一次粒子径の測定は、例えば、透過型電子顕微鏡での観察により行うことができる。まず、透過型電子顕微鏡により、分散液から無機粒子を採取したコロジオン膜を観察し、透過型電子顕微鏡画像を得る。次いで、透過型電子顕微鏡画像中の無機粒子を所定数、例えば、100個を選び出す。そして、これらの無機粒子各々の最長の直線分(最大長径)を測定し、これらの測定値を算術平均して求める。 The average primary particle diameter of the inorganic particles can be measured, for example, by observation using a transmission electron microscope. First, a collodion film containing inorganic particles collected from a dispersion is observed using a transmission electron microscope to obtain a transmission electron microscope image. Next, a predetermined number of inorganic particles, for example 100, are selected from the transmission electron microscope image. Then, the longest straight line segment (maximum major axis) of each of these inorganic particles is measured, and the measured values are arithmetic averaged.
ここで、無機粒子同士が凝集している場合には、この凝集体の凝集粒子径を測定するのではない。この凝集体を構成している無機粒子の粒子(一次粒子)の最大長径を所定数測定し、これらの測定値を算術平均して、平均一次粒子径とする。 Here, when the inorganic particles are aggregated, the aggregate particle diameter of this aggregate is not measured. The maximum major axis of a predetermined number of inorganic particles (primary particles) constituting this aggregate is measured, and these measured values are arithmetic averaged to obtain the average primary particle diameter.
混合工程において、加水分解反応を妨げない範囲であれば、混合液にさらに親水性溶媒以外の有機溶媒を混合してもよい。 In the mixing step, an organic solvent other than the hydrophilic solvent may be further mixed with the mixed solution as long as it does not interfere with the hydrolysis reaction.
親水性溶媒以外の有機溶媒としては、例えば、芳香族系溶媒、飽和炭化水素系溶媒、不飽和炭化水素系溶媒等が挙げられる。これらの有機溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、混合工程で表面修飾材料が加水分解された場合には、表面修飾材料由来の化合物、例えば、アルコール系溶媒が混合液中に含まれる。
Examples of organic solvents other than hydrophilic solvents include aromatic solvents, saturated hydrocarbon solvents, and unsaturated hydrocarbon solvents. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
Note that when the surface modification material is hydrolyzed in the mixing step, a compound derived from the surface modification material, such as an alcohol solvent, is contained in the mixed liquid.
混合液中における有機溶媒の含有量は、上述した無機粒子および表面修飾材料の含有量を満足するものであれば特に限定されない。 The content of the organic solvent in the liquid mixture is not particularly limited as long as it satisfies the above-mentioned contents of the inorganic particles and surface modification material.
混合液には、必要に応じて上述した以外の成分、例えば、分散剤、分散助剤、酸化防止剤、流動調整剤、増粘剤、pH調整剤、防腐剤等の一般的な添加剤等が混合されてもよい。 The mixed liquid may contain components other than those mentioned above as necessary, such as general additives such as dispersants, dispersion aids, antioxidants, fluidity regulators, thickeners, pH adjusters, preservatives, etc. may be mixed.
(工程C(分散工程))
分散工程では、混合液中において無機粒子を分散して、無機粒子が分散した分散液(第1の分散液)を得る。
無機粒子の分散は、公知の分散機により行うことができる。分散機としては、例えば、ビーズミル、ボールミル、ホモジナイザー、ディスパー、撹拌機等が好適に用いられる。
(Process C (dispersion process))
In the dispersion step, inorganic particles are dispersed in the mixed liquid to obtain a dispersion liquid (first dispersion liquid) in which the inorganic particles are dispersed.
Dispersion of the inorganic particles can be performed using a known disperser. As the dispersing machine, for example, a bead mill, a ball mill, a homogenizer, a disperser, a stirrer, etc. are suitably used.
分散工程では、分散液中における無機粒子の粒子径(分散粒子径)がほぼ均一となるように、過剰なエネルギーを付与せず、必要最低限のエネルギーを付与して、混合液中において無機粒子を分散させることが好ましい。 In the dispersion process, the inorganic particles are dispersed in the mixed liquid by applying the minimum amount of energy without applying excessive energy so that the particle size (dispersed particle size) of the inorganic particles in the dispersion liquid is almost uniform. It is preferable to disperse.
(工程E(除去工程))
本実施形態では、分散工程Cと、添加工程Dの間に、親水性溶媒を除去する工程Eを設けてもよい。
除去工程では、上記分散液に含まれる親水性溶媒や、加水分解反応により生成したアルコールを除去する。除去工程を設けることにより、以下に説明する工程Dの効率を向上させることができる。
親水性溶媒を除去する方法は特に限定されないが、例えば、エバポレータを用いることができる。
除去工程は、親水性溶媒が完全に除去されるまで行ってもよく、親水性溶媒が5質量%程度残存するまでに留めてもよい。
なお、以下の添加工程においても親水性溶媒は除去されるため、本工程は行わなくてもよい。
(Process E (removal process))
In this embodiment, a step E for removing the hydrophilic solvent may be provided between the dispersion step C and the addition step D.
In the removal step, the hydrophilic solvent contained in the dispersion and the alcohol produced by the hydrolysis reaction are removed. By providing the removal step, the efficiency of step D described below can be improved.
Although the method for removing the hydrophilic solvent is not particularly limited, for example, an evaporator can be used.
The removal step may be performed until the hydrophilic solvent is completely removed, or may be performed until about 5% by mass of the hydrophilic solvent remains.
Note that since the hydrophilic solvent is also removed in the following addition step, this step does not need to be performed.
(工程D(添加工程))
添加工程では、上記の分散液に疎水性溶媒を添加し、分散液を所望の固形分(濃度)に調整する。
上述の通り、疎水性溶媒は、無機粒子が凝集しないように、徐々に添加すればよい。そのため、分散液を加熱してから疎水性溶媒を添加してもよく、疎水性溶媒を添加してから分散液を加熱してもよく、分散液の加熱と疎水性溶媒の添加を同時に行ってもよい。
すなわち、添加工程は、上記の分散液を加熱した後に、上記の疎水性溶媒を上記の無機粒子が凝集しない速度で加える工程d1であってもよく、上記の分散液を加熱しながら、上記の疎水性溶媒を上記の無機粒子が凝集しない速度で加える工程d2であってもよく、または、上記の疎水性溶媒を上記の無機粒子が凝集しない速度で加えた後に、上記の分散液を加熱する工程d3であってもよい。
(Step D (addition step))
In the addition step, a hydrophobic solvent is added to the above dispersion to adjust the dispersion to a desired solid content (concentration).
As mentioned above, the hydrophobic solvent may be added gradually to prevent the inorganic particles from agglomerating. Therefore, the hydrophobic solvent may be added after the dispersion is heated, the dispersion may be heated after the hydrophobic solvent is added, or the dispersion may be heated and the hydrophobic solvent is added at the same time. Good too.
That is, the addition step may be a step d1 of adding the hydrophobic solvent at a rate that does not cause the inorganic particles to aggregate after heating the dispersion, and adding the hydrophobic solvent while heating the dispersion. Step d2 may include adding the hydrophobic solvent at a rate that does not cause the inorganic particles to aggregate, or heating the dispersion after adding the hydrophobic solvent at a rate that does not cause the inorganic particles to aggregate. It may be step d3.
無機粒子が凝集しない速度は、特に限定されない。例えば、1時間で3質量%以上20質量%以下の範囲で固形分が低くなるような速度で連続的に疎水性溶媒を添加すればよい。加熱温度が高い場合には疎水性溶媒の添加量を多くし、加熱温度が低い場合には疎水性溶媒の添加量を少なくするように、疎水性溶媒の添加量を適宜調整すればよい。 The speed at which the inorganic particles do not aggregate is not particularly limited. For example, the hydrophobic solvent may be added continuously at a rate such that the solid content is reduced in the range of 3% by mass to 20% by mass in 1 hour. The amount of hydrophobic solvent added may be adjusted as appropriate, such that when the heating temperature is high, the amount of hydrophobic solvent added is increased, and when the heating temperature is low, the amount of hydrophobic solvent added is decreased.
例えば、30分毎、1時間毎、または2時間毎に、3質量%以上20質量%以下の範囲で固形分が低くなるように、疎水性溶媒を段階的に添加すればよい。加熱温度が高い場合には一度に添加する疎水性溶媒の添加量を多めにし、加熱温度が低い場合には一度に添加する疎水性溶媒の添加量を少なくするように、疎水性溶媒の添加量を適宜調整すればよい。 For example, the hydrophobic solvent may be added stepwise every 30 minutes, every 1 hour, or every 2 hours so that the solid content is reduced in the range of 3% by mass to 20% by mass. If the heating temperature is high, increase the amount of hydrophobic solvent added at one time, and if the heating temperature is low, reduce the amount of hydrophobic solvent added at one time. may be adjusted accordingly.
加熱温度は、表面修飾材料の重合反応が進行する温度であれば特に限定されない。加熱温度は、例えば、35℃以上80℃以下であることが好ましい。加熱温度が35℃以上であることにより、表面修飾材料の重合反応を進行させることができる。一方、加熱温度が80℃以下であることにより、表面修飾材料の急激な反応による無機粒子の凝集を抑制することができる。 The heating temperature is not particularly limited as long as it is a temperature at which the polymerization reaction of the surface modification material proceeds. The heating temperature is preferably, for example, 35°C or higher and 80°C or lower. By setting the heating temperature to 35° C. or higher, the polymerization reaction of the surface modification material can proceed. On the other hand, by setting the heating temperature to 80° C. or lower, aggregation of inorganic particles due to rapid reaction of the surface modification material can be suppressed.
加熱時間は、固形分の調整が終わるまで適宜実施すればよく、例えば、4時間以上12時間以下であることが好ましい。加熱時間が4時間以上であることにより、表面修飾材料の重合反応が進行し、疎水性溶媒と混合することが可能となる。一方、加熱時間が12時間以下であることにより、表面修飾材料の重合反応の進行し過ぎによる無機粒子の凝集を抑制することができる。 The heating time may be carried out as appropriate until the adjustment of the solid content is completed, and is preferably, for example, 4 hours or more and 12 hours or less. When the heating time is 4 hours or more, the polymerization reaction of the surface modification material proceeds and it becomes possible to mix it with the hydrophobic solvent. On the other hand, by setting the heating time to 12 hours or less, agglomeration of inorganic particles due to excessive progress of the polymerization reaction of the surface modification material can be suppressed.
疎水性溶媒は、本実施形態の分散液と混合したい材料と相溶できるものであれば特に限定されない。疎水性溶媒としては、例えば、芳香族類、飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類等が挙げられる。これらの疎水性溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのなかでも、芳香族類、特に芳香族炭化水素が好ましい。芳香族類は、メチル系シリコーンとの相溶性に優れ、これにより得られる組成物の粘度特性の向上および形成される封止部材の品質(透明性、形状等)の向上に資する。 The hydrophobic solvent is not particularly limited as long as it is compatible with the material to be mixed with the dispersion of this embodiment. Examples of the hydrophobic solvent include aromatics, saturated hydrocarbons, unsaturated hydrocarbons, and the like. These hydrophobic solvents may be used alone or in combination of two or more. Among these, aromatics, particularly aromatic hydrocarbons, are preferred. Aromatics have excellent compatibility with methyl silicone, and thereby contribute to improving the viscosity characteristics of the resulting composition and the quality (transparency, shape, etc.) of the formed sealing member.
芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、1-フェニルプロパン、イソプロピルベンゼン、n-ブチルベンゼン、tert-ブチルベンゼン、sec-ブチルベンゼン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、2-エチルトルエン、3-エチルトルエン、4-エチルトルエン等が挙げられる。これらの芳香族炭化水素は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of aromatic hydrocarbons include benzene, toluene, ethylbenzene, 1-phenylpropane, isopropylbenzene, n-butylbenzene, tert-butylbenzene, sec-butylbenzene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, Examples include 2-ethyltoluene, 3-ethyltoluene, 4-ethyltoluene and the like. These aromatic hydrocarbons may be used alone or in combination of two or more.
これらでも、分散液の安定性や、後述する組成物製造時における分散媒の除去等における取り扱い性の容易性の観点から、芳香族炭化水素としては、トルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレンおよびベンゼンからなる群から選択される少なくとも1種が特に好ましく用いられる。 Among these aromatic hydrocarbons, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, -At least one selected from the group consisting of xylene and benzene is particularly preferably used.
最終的な分散液に含まれる疎水性溶媒の含有量は、所望の固形分となるように適宜調整すればよい。疎水性溶媒の含有量は、例えば、40質量%以上95質量%以下であることが好ましく、50質量%以上90質量%以下であることがより好ましく、60質量%以上80質量%以下であることがさらに好ましい。これにより、分散液と後述する樹脂成分、特にメチル系シリコーンとの混合がより容易となる。 The content of the hydrophobic solvent contained in the final dispersion may be adjusted as appropriate so as to provide a desired solid content. The content of the hydrophobic solvent is, for example, preferably 40% by mass or more and 95% by mass or less, more preferably 50% by mass or more and 90% by mass or less, and 60% by mass or more and 80% by mass or less. is even more preferable. This makes it easier to mix the dispersion liquid with the resin component described below, especially the methyl silicone.
以上により、分散液を得ることができる。本実施形態に係る分散液の製造方法を用いて製造された分散液は、無機粒子が均一に分散するとともに、無機粒子の表面が表面修飾材料により均一かつ充分に修飾されている。さらには、疎水性の高い材料と分散液とを混合した場合において、無機粒子は、均一に疎水性の高い材料中に分散することができ、この結果、疎水性の高い材料の濁り、例えば、白濁が防止される。このため、疎水性の高い材料の色調に影響をほとんど与えることなく、無機粒子の目的とする機能が発揮される。 Through the above steps, a dispersion liquid can be obtained. In the dispersion produced using the dispersion production method according to the present embodiment, the inorganic particles are uniformly dispersed, and the surfaces of the inorganic particles are uniformly and sufficiently modified with the surface modification material. Furthermore, when a highly hydrophobic material and a dispersion are mixed, the inorganic particles can be uniformly dispersed in the highly hydrophobic material, resulting in turbidity of the highly hydrophobic material, e.g. Clouding is prevented. Therefore, the intended function of the inorganic particles is exerted without substantially affecting the color tone of the highly hydrophobic material.
本実施形態に係る分散液の製造方法を用いて製造された分散液は、固形分を低く調整することができるため、疎水性材料との混合が容易である。すなわち、本実施形態に係る分散液の製造方法を用いて製造された分散液は、後工程での疎水性材料との混合の手間等を軽減することができ、取り扱いが容易である。 The dispersion produced using the dispersion production method according to the present embodiment can have a low solid content, and therefore can be easily mixed with a hydrophobic material. That is, the dispersion produced using the dispersion production method according to the present embodiment can reduce the effort of mixing with a hydrophobic material in a subsequent step, and is easy to handle.
<分散液>
本実施形態に係る分散液は、無機粒子と、少なくとも一部が前記無機粒子に付着した1種以上の表面修飾材料と、疎水性溶媒とを含み、前記表面修飾材料は少なくともシラン化合物を含み、前記分散液と、メチルフェニルシリコーンとを、前記無機粒子と前記表面修飾材料の合計質量と、メチルフェニルシリコーンとの質量比が30:70となるように混合し、疎水性溶媒を除去した場合の粘度が100Pa・s以下であり、前記無機粒子の体積基準90%粒子径をD90、前記無機粒子の体積基準10%粒子径をD10とした場合のD90/D10が1.0以上2.4以下である。
<Dispersion>
The dispersion according to the present embodiment includes inorganic particles, one or more surface modification materials at least partially attached to the inorganic particles, and a hydrophobic solvent, and the surface modification material includes at least a silane compound, The dispersion liquid and methylphenyl silicone are mixed so that the mass ratio of the total mass of the inorganic particles and the surface modification material to the methylphenyl silicone is 30:70, and the hydrophobic solvent is removed. The viscosity is 100 Pa·s or less, and D90/D10 is 1.0 or more and 2.4 or less, where D90 is the 90% particle diameter by volume of the inorganic particles and D10 is the 10% particle diameter by volume of the inorganic particles. It is.
本実施形態の分散液は、上述した本実施形態に係る分散液の製造方法により製造される。
すなわち、本実施形態の分散液は、表面修飾材料と無機粒子と親水性溶媒とを混合して混合液を得る工程Bと、上記混合液中において上記無機粒子を分散して、上記無機粒子が分散した分散液を得る工程Cと、上記分散液に疎水性溶媒を加える工程Dと、を有し、上記混合液中における上記無機粒子の含有量が10質量%以上46質量%以下であり、上記混合液中における上記表面修飾材料と上記無機粒子との合計の含有量が65質量%以上93質量%以下である、分散液の製造方法によって得られる。
The dispersion liquid of this embodiment is manufactured by the method for manufacturing a dispersion liquid according to the above-mentioned embodiment.
That is, the dispersion liquid of this embodiment includes step B of mixing a surface modification material, inorganic particles, and a hydrophilic solvent to obtain a mixed liquid, and dispersing the inorganic particles in the mixed liquid so that the inorganic particles are A step C of obtaining a dispersed dispersion liquid and a step D of adding a hydrophobic solvent to the dispersion liquid, the content of the inorganic particles in the mixed liquid is 10% by mass or more and 46% by mass or less, It is obtained by a method for producing a dispersion liquid in which the total content of the surface modification material and the inorganic particles in the mixed liquid is 65% by mass or more and 93% by mass or less.
従って、本実施形態の分散液は、無機粒子が表面修飾材料に均一に分散するとともに、無機粒子の表面が表面修飾材料により均一かつ充分に修飾されている。さらに、疎水性の高い材料と本実施形態の分散液とを混合した場合、無機粒子は、均一に疎水性の高い材料中に分散することができ、疎水性の高い材料の白濁を抑制することができる。その結果、疎水性の高い材料の色調にほとんど影響を与えることなく、無機粒子の目的とする機能が発揮される。 Therefore, in the dispersion liquid of this embodiment, the inorganic particles are uniformly dispersed in the surface modification material, and the surfaces of the inorganic particles are uniformly and sufficiently modified by the surface modification material. Furthermore, when a highly hydrophobic material is mixed with the dispersion liquid of this embodiment, the inorganic particles can be uniformly dispersed in the highly hydrophobic material, and clouding of the highly hydrophobic material can be suppressed. I can do it. As a result, the intended function of the inorganic particles is exhibited without substantially affecting the color tone of the highly hydrophobic material.
上述のように、本実施形態の分散液は、表面修飾材料に無機粒子を直接分散させることによって、シャープな粒度分布を有する分散液が得られ、かつ無機粒子を疎水性材料と混合することができるようになった。本実施形態の分散液は、従来の分散液よりも、表面修飾材料が無機粒子に多く付着し、かつ、緻密な被覆がされていると推測される。しかしながら、無機粒子の表面がどのような状態になっているために、分散液は疎水性材料と混合することができるようになったのか不明である。そのため、本実施形態の分散液の特徴を、表面修飾材料によって修飾された無機粒子の表面の状態により、直接特定することは、不可能である。分散液が、無機粒子と、少なくとも一部が無機粒子に付着した1種以上の表面修飾材料と、疎水性溶媒とを含むことを鑑みると、無機粒子を疎水性材料と混合することができるようにするための表面の状態を文言により一概に特定することは、無機粒子を疎水性材料と混合できることが、表面修飾材料の構造・分散液中における重合度、無機粒子の形状・粒子径・粒度分布・比表面積等、多数の要因の複雑な絡み合いによって発現していると推察されることに照らせば、およそ不可能である。 As mentioned above, in the dispersion liquid of this embodiment, by directly dispersing inorganic particles in a surface modification material, a dispersion liquid having a sharp particle size distribution can be obtained, and the inorganic particles can be mixed with a hydrophobic material. Now you can. It is presumed that in the dispersion liquid of this embodiment, more surface modification material adheres to the inorganic particles than in conventional dispersion liquids, and that the particles are densely coated. However, it is unclear what condition the surface of the inorganic particles is in that allows the dispersion to mix with the hydrophobic material. Therefore, it is impossible to directly specify the characteristics of the dispersion liquid of this embodiment based on the state of the surface of the inorganic particles modified with the surface modification material. Given that the dispersion includes inorganic particles, one or more surface modification materials at least partially attached to the inorganic particles, and a hydrophobic solvent, it is possible to mix the inorganic particles with the hydrophobic material. The ability to mix inorganic particles with a hydrophobic material is important in determining the surface condition of the inorganic particles, including the structure of the surface modification material, the degree of polymerization in the dispersion, and the shape, particle size, and particle size of the inorganic particles. Considering that it is presumed to be caused by a complex interplay of many factors such as distribution and specific surface area, this is almost impossible.
また、本実施形態の分散液は、分散し難い無機粒子、例えば、微粒の無機粒子の場合に、上述したような効果をより顕著に得ることができる。 Further, the dispersion liquid of the present embodiment can obtain the above-mentioned effects more markedly in the case of inorganic particles that are difficult to disperse, for example, fine inorganic particles.
本実施形態における表面修飾材料は、少なくともシラン化合物を含むが、シリコーン化合物を含んでもよく、含まなくてもよい。すなわち、表面修飾材料としてシラン化合物のみを用いてもよい。
表面修飾材料中におけるシラン化合物の含有量は、60質量%以上100質量%以下であることが好ましく、70質量%以上90質量%以下であることがより好ましい。
シラン化合物の含有量が上記範囲であることにより、無機粒子を疎水性材料に均一に混合できる程度に、無機粒子の表面の疎水性を高めることができる。
The surface modification material in this embodiment contains at least a silane compound, but may or may not contain a silicone compound. That is, only a silane compound may be used as the surface modification material.
The content of the silane compound in the surface modification material is preferably 60% by mass or more and 100% by mass or less, more preferably 70% by mass or more and 90% by mass or less.
When the content of the silane compound is within the above range, the hydrophobicity of the surface of the inorganic particles can be increased to such an extent that the inorganic particles can be uniformly mixed into the hydrophobic material.
本実施形態の分散液と混合する疎水性材料としてシリコーン樹脂を選択する場合には、無機粒子の表面にシリコーン化合物を付着させることが好ましい。本実施形態の分散液に含まれる表面修飾材料中における、シリコーン化合物の含有量は0質量%以上40質量%以下であることが好ましく、10質量%以上30質量%以下であることがより好ましい。
シリコーン化合物の含有量が上記範囲であることにより、疎水性材料としてシリコーン樹脂を用いた場合には、無機粒子の混合がより容易になる。
When selecting a silicone resin as the hydrophobic material to be mixed with the dispersion liquid of this embodiment, it is preferable to attach the silicone compound to the surface of the inorganic particles. The content of the silicone compound in the surface modification material contained in the dispersion of the present embodiment is preferably 0% by mass or more and 40% by mass or less, and more preferably 10% by mass or more and 30% by mass or less.
When the silicone compound content is within the above range, inorganic particles can be mixed more easily when a silicone resin is used as the hydrophobic material.
本実施形態の分散液と、メチルフェニルシリコーンとを、無機粒子と表面修飾材料の合計質量と、メチルフェニルシリコーンとの質量比が30:70となるように混合し、疎水性溶媒を除去した場合の粘度は100Pa・s以下である。
メチルフェニルシリコーンは、信越化学工業社製のKER-2500-Bである。
When the dispersion of this embodiment and methylphenyl silicone are mixed so that the mass ratio of the total mass of inorganic particles and surface modification material to methylphenyl silicone is 30:70, and the hydrophobic solvent is removed. The viscosity of is 100 Pa·s or less.
The methylphenyl silicone is KER-2500-B manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
疎水性溶媒は、エバポレーター等で完全に除去することが好ましいが、完全に除去することは困難であるため5質量%程度残存していてもよい。
粘度は、レオメーター(商品名:レオストレスRS-6000、HAAKE社製)を用い、25℃、剪断速度1(1/S)の条件で測定する。
It is preferable to completely remove the hydrophobic solvent using an evaporator or the like, but since it is difficult to completely remove the hydrophobic solvent, about 5% by mass may remain.
The viscosity is measured using a rheometer (trade name: Rheostress RS-6000, manufactured by HAAKE) at 25° C. and a shear rate of 1 (1/S).
疎水性溶媒を除去すると、粒子同士が近接することとなり、組成物(無機粒子と表面修飾材料と、シリコーンとを含む組成物)の粘度が増粘する。したがって、疎水性溶媒を除去した場合の粘度とは、分散液から疎水性溶媒を除去してから1時間以内に測定した組成物の粘度を意味する。 Removal of the hydrophobic solvent brings the particles closer together, increasing the viscosity of the composition (composition containing inorganic particles, surface modification material, and silicone). Therefore, the viscosity after removing the hydrophobic solvent means the viscosity of the composition measured within 1 hour after removing the hydrophobic solvent from the dispersion.
組成物の粘度は90Pa・s以下であることが好ましく、80Pa・s以下であることがより好ましく、70Pa・s以下であることがさらに好ましく、60Pa・s以下であることが特に好ましい。なお、組成物の粘度の下限値は、信越化学工業社製のKER-2500-Bの粘度と同程度であることが好ましく、1Pa・sであってもよく、5Pa・sであってもよく、10Pa・sであってもよい。 The viscosity of the composition is preferably 90 Pa·s or less, more preferably 80 Pa·s or less, even more preferably 70 Pa·s or less, and particularly preferably 60 Pa·s or less. The lower limit of the viscosity of the composition is preferably about the same as the viscosity of KER-2500-B manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., and may be 1 Pa·s or 5 Pa·s. , 10 Pa·s.
組成物の粘度が上記範囲であれば、その組成物を用いた後の工程での取り扱いが容易になる。 If the viscosity of the composition is within the above range, the composition can be easily handled in subsequent steps.
本実施形態に係る分散液は、無機粒子の体積基準90%粒子径をD90、無機粒子の体積基準10%粒子径をD10をとした際の、D90/D10は、1.0以上2.4以下である。D90/D10は、無機粒子の粒度分布の形状の指標であり、無機粒子の粒子径の均一性の指標となる。D90/D10が上述したような範囲内にあることにより、分散液中の無機粒子の粒子径が比較的均一となり、粒度分布がシャープである。また、本実施形態に係る分散液のこのような均一な粒子径を有する無機粒子は、疎水性の高い材料中においても比較的安定して、均一に分散することができる。このようなD90/D10の範囲は、上述した本実施形態に係る分散液の製造方法により、比較的容易に達成可能である。 In the dispersion according to the present embodiment, D90/D10 is 1.0 or more and 2.4, where D90 is the 90% volume-based particle diameter of the inorganic particles and D10 is the 10% volume-based particle diameter of the inorganic particles. It is as follows. D90/D10 is an index of the shape of the particle size distribution of the inorganic particles, and serves as an index of the uniformity of the particle diameter of the inorganic particles. When D90/D10 is within the range described above, the particle size of the inorganic particles in the dispersion becomes relatively uniform, and the particle size distribution is sharp. Further, the inorganic particles having such a uniform particle size in the dispersion according to the present embodiment can be relatively stably and uniformly dispersed even in highly hydrophobic materials. Such a range of D90/D10 can be achieved relatively easily by the method for producing a dispersion liquid according to the present embodiment described above.
本実施形態に係る分散液は、無機粒子の体積基準50%粒子径D50は、特に限定されないが、例えば、30nm以上400nm以下であることが好ましく、40nm以上300nm以下であることがより好ましい。一般に、上記のような範囲の粒子径は、高い比表面積に起因して無機粒子同士が凝集し易い。しかしながら、本実施形態に係る分散液は、無機粒子に表面修飾材料が均一かつ充分に付着しているため、無機粒子の安定した分散が可能である。また、分散液を疎水性の高い材料と混合した場合にも、無機粒子の凝集が抑制され、安定して疎水性の高い材料中で分散することができる。 In the dispersion according to the present embodiment, the volume-based 50% particle diameter D50 of the inorganic particles is not particularly limited, but is preferably, for example, 30 nm or more and 400 nm or less, and more preferably 40 nm or more and 300 nm or less. Generally, inorganic particles having a particle size within the above range tend to aggregate due to a high specific surface area. However, in the dispersion liquid according to the present embodiment, the surface modification material is uniformly and sufficiently adhered to the inorganic particles, so that stable dispersion of the inorganic particles is possible. Further, even when the dispersion liquid is mixed with a highly hydrophobic material, aggregation of the inorganic particles is suppressed, and the inorganic particles can be stably dispersed in the highly hydrophobic material.
なお、無機粒子のD10、D50およびD90は、それぞれ、動的光散乱法により得られる散乱強度分布の累積百分率が10%、50%、90%のときの無機粒子の粒子径D10、D50、D90である。無機粒子のD10、D50およびD90は、動的光散乱式の粒度分布計(例えば、HORIBA社製、型番:SZ-100SP)により測定することができる。この粒度分布計によれば、固形分を疎水性溶媒で5質量%に調整した分散液を対象として、光路長10mm×10mmの石英セルを用いて、無機粒子のD10、D50およびD90を測定することができる。 In addition, D10, D50, and D90 of the inorganic particles are the particle diameters D10, D50, and D90 of the inorganic particles when the cumulative percentage of the scattering intensity distribution obtained by the dynamic light scattering method is 10%, 50%, and 90%, respectively. It is. D10, D50 and D90 of the inorganic particles can be measured using a dynamic light scattering particle size distribution analyzer (for example, manufactured by HORIBA, model number: SZ-100SP). According to this particle size distribution meter, D10, D50, and D90 of inorganic particles can be measured using a quartz cell with an optical path length of 10 mm x 10 mm for a dispersion whose solid content is adjusted to 5% by mass with a hydrophobic solvent. be able to.
なお、本明細書において「固形分」とは、分散液において揮発可能な成分を除去した際の残留物をいう。例えば、分散液1.2gを磁性るつぼに入れて、ホットプレートで、100℃で1時間加熱した場合に、揮発せずに残留する成分(無機粒子や表面修飾材料等)を固形分とすることができる。 In addition, in this specification, "solid content" refers to the residue when volatile components are removed from the dispersion liquid. For example, when 1.2 g of the dispersion is placed in a magnetic crucible and heated on a hot plate at 100°C for 1 hour, the components that remain without volatilizing (inorganic particles, surface modification materials, etc.) are considered solid content. I can do it.
また、無機粒子のD10、D50、D90は、無機粒子が一次粒子または二次粒子のいずれの状態で分散しているかに関わらず、分散している状態の無機粒子の径に基づいて測定、算出される。また、本実施形態において、無機粒子のD10、D50、D90は、表面修飾材料が付着した無機粒子のD10、D50、D90として測定されてもよい。分散液中には、表面修飾材料が付着した無機粒子と、表面修飾材料が付着していない無機粒子とが存在し得るため、通常、無機粒子のD10、D50、D90は、これらの混合状態における値として測定され得る。 In addition, D10, D50, and D90 of inorganic particles are measured and calculated based on the diameter of the dispersed inorganic particles, regardless of whether the inorganic particles are dispersed as primary particles or secondary particles. be done. Further, in this embodiment, D10, D50, and D90 of the inorganic particles may be measured as D10, D50, and D90 of the inorganic particles to which the surface modification material is attached. In the dispersion, there may be inorganic particles to which the surface modification material is attached and inorganic particles to which the surface modification material is not attached, so the D10, D50, and D90 of the inorganic particles are usually can be measured as a value.
本実施形態に係る分散液は、無機粒子の平均一次粒子径が、3nm以上200nm以下であることが好ましく、5nm以上170nm以下であることがより好ましく、10nm以上100nm以下であることがさらに好ましい。無機粒子の平均一次粒子径が上記範囲であることにより、分散液の透明性が高くなる。また、本実施形態に係る分散液に含まれる無機粒子を、発光素子、例えば、LEDの封止部材の材料として用いる場合には、発光素子(LED)の明るさを向上させることができる。 In the dispersion according to this embodiment, the average primary particle diameter of the inorganic particles is preferably 3 nm or more and 200 nm or less, more preferably 5 nm or more and 170 nm or less, and even more preferably 10 nm or more and 100 nm or less. When the average primary particle diameter of the inorganic particles is within the above range, the transparency of the dispersion becomes high. Further, when the inorganic particles contained in the dispersion according to the present embodiment are used as a material for a sealing member of a light emitting element, for example, an LED, the brightness of the light emitting element (LED) can be improved.
なお、分散液中における無機粒子、表面修飾材料の種類、含有量や、他の成分については、上述した混合液と同様であるので説明を省略する。
ただし、表面修飾材料の無機粒子への付着に際し、加水分解等の分解反応が生じる場合には、分散液中における表面修飾材料の含有量が混合液中における表面修飾材料の含有量と比較して小さくなり得る。したがって、分散液中の表面修飾材料と無機粒子との合計の含有量についても、混合液中における表面修飾材料と無機粒子との合計の含有量と比較して小さくなり得る。また、分解反応によって生じる化合物、例えば、アルコール系化合物が、分散液中において、混合液の場合と比較して増加し得る。
Note that the types and contents of the inorganic particles and surface modification material in the dispersion liquid, as well as other components, are the same as those of the above-mentioned mixed liquid, and therefore their explanations will be omitted.
However, if a decomposition reaction such as hydrolysis occurs when the surface modification material is attached to the inorganic particles, the content of the surface modification material in the dispersion may be lower than the content of the surface modification material in the mixed liquid. It can be small. Therefore, the total content of the surface modification material and inorganic particles in the dispersion may also be smaller than the total content of the surface modification material and inorganic particles in the mixed solution. Furthermore, the amount of compounds produced by the decomposition reaction, such as alcohol compounds, can increase in the dispersion compared to in the case of a mixed solution.
上述したように、本実施形態に係る分散液を疎水性の高い材料と混合した場合であっても、無機粒子が疎水性の高い材料中に均一に分散可能であり、疎水性の高い材料の白濁を抑制することが可能である。また、本実施形態に係る分散液を疎水性の高い材料と混合した場合であっても、混合後の組成物の粘度が低いため、組成物の取扱いが容易である。
疎水性の高い材料としては、例えば、炭素や疎水性基を多く含む、有機溶媒、樹脂材料、油脂等が挙げられる。より具体的には、例えば、メチル基を多く含むシリコーン等が挙げられる。
As described above, even when the dispersion according to the present embodiment is mixed with a highly hydrophobic material, the inorganic particles can be uniformly dispersed in the highly hydrophobic material, and the dispersion of the highly hydrophobic material can be uniformly dispersed. It is possible to suppress cloudiness. Furthermore, even when the dispersion according to the present embodiment is mixed with a highly hydrophobic material, the viscosity of the composition after mixing is low, making it easy to handle the composition.
Examples of highly hydrophobic materials include organic solvents, resin materials, oils and fats, etc. that contain a large amount of carbon and hydrophobic groups. More specifically, for example, silicone containing a large number of methyl groups and the like can be mentioned.
また、本実施形態に係る分散液を用いた場合、疎水性の高い材料中における微粒の無機粒子の均一な分散を達成することができる。したがって、本実施形態に係る分散液は、疎水性の高い材料中に微粒の無機粒子を均一に分散させることが求められる部材、例えば、発光素子の封止部材等の光学部材の材料として適している。よって、本実施形態に係る分散液は、光学部材用分散液、特に、発光素子の封止部材用分散液であることができる。 Moreover, when the dispersion liquid according to this embodiment is used, uniform dispersion of fine inorganic particles in a highly hydrophobic material can be achieved. Therefore, the dispersion liquid according to the present embodiment is suitable as a material for optical members such as members for which fine inorganic particles are required to be uniformly dispersed in highly hydrophobic materials, such as sealing members for light emitting elements. There is. Therefore, the dispersion liquid according to this embodiment can be a dispersion liquid for optical members, particularly a dispersion liquid for sealing members of light emitting elements.
以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例は、あくまでも本発明の一例であって、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. Note that the embodiments described below are merely examples of the present invention, and do not limit the present invention.
[実施例1]
(分散液の作製)
(i)加水分解工程
表面修飾材料としてのメチルトリメトキシシラン(製品名:KBM-13、信越工業化学社製)90.78質量部と、水9.21質量部と、塩酸(1N)0.01質量部とを添加して混合した。次いで、この混合液(第1の混合液)を60℃で30分撹拌し、メチルトリメトキシシランの加水分解処理を行い、加水分解液を得た。なお、加水分解液に添加したメチルトリメトキシシランは0.7molで、水は0.5molであった。すなわち、表面修飾材料1molに対して、水の量は0.8molであった。
[Example 1]
(Preparation of dispersion)
(i) Hydrolysis step 90.78 parts by mass of methyltrimethoxysilane (product name: KBM-13, manufactured by Shin-Etsu Kogyo Kagaku Co., Ltd.) as a surface modification material, 9.21 parts by mass of water, and 0.0 parts by mass of hydrochloric acid (1N). 01 parts by mass were added and mixed. Next, this mixed solution (first mixed solution) was stirred at 60° C. for 30 minutes, and methyltrimethoxysilane was hydrolyzed to obtain a hydrolyzed solution. Note that the amount of methyltrimethoxysilane added to the hydrolysis solution was 0.7 mol, and the amount of water added was 0.5 mol. That is, the amount of water was 0.8 mol with respect to 1 mol of the surface modification material.
(ii)混合工程
平均一次粒子径が12nmの酸化ジルコニウム粒子(住友大阪セメント社製)30質量部、上記加水分解液60質量部とイソプロピルアルコール10質量部を混合して、混合液(第2の混合液)を得た。混合液(第2の混合液)中の酸化ジルコニウム粒子の含有量は30質量%、メチルトリメトキシシランの含有量は54.5質量%、酸化ジルコニウム粒子とメチルトリメトキシシランの合計の含有量は、84.5質量%であった。
(ii) Mixing step 30 parts by mass of zirconium oxide particles having an average primary particle diameter of 12 nm (manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd.), 60 parts by mass of the above hydrolyzed solution, and 10 parts by mass of isopropyl alcohol are mixed, and the mixed solution (second A mixed liquid) was obtained. The content of zirconium oxide particles in the mixed solution (second mixed solution) is 30% by mass, the content of methyltrimethoxysilane is 54.5% by mass, and the total content of zirconium oxide particles and methyltrimethoxysilane is , 84.5% by mass.
(iii)分散工程
この混合液をビーズミルで6時間分散処理した後、ビーズを除去し、分散液(第1の分散液)を得た。
(iii) Dispersion process After dispersing this liquid mixture in a bead mill for 6 hours, the beads were removed to obtain a dispersion liquid (first dispersion liquid).
(iv)添加工程
得られた分散液(第1の分散液)を60℃で2時間加熱した。次いで、固形分が40質量%となるように分散液にトルエンを添加し、60℃で2時間加熱した。
次いで、固形分が30質量%となるように分散液にトルエンを添加し、60℃で1時間加熱した。
次いで、固形分が20質量%となるように分散液にトルエンを添加し、60℃で1時間加熱することで、実施例1の分散液(第2の分散液)を得た。
(iv) Addition step The obtained dispersion (first dispersion) was heated at 60° C. for 2 hours. Next, toluene was added to the dispersion so that the solid content was 40% by mass, and the mixture was heated at 60° C. for 2 hours.
Next, toluene was added to the dispersion so that the solid content was 30% by mass, and the mixture was heated at 60° C. for 1 hour.
Next, toluene was added to the dispersion so that the solid content was 20% by mass, and the dispersion was heated at 60° C. for 1 hour to obtain the dispersion of Example 1 (second dispersion).
(分散液の粒度分布の評価)
得られた実施例1の分散液の一部を採取し、トルエンで固形分を5質量%に調整した分散液中の酸化ジルコニウム粒子のD10とD50とD90を、粒度分布計(HORIBA社製、型番:SZ-100SP)を用いて測定した。その結果、D10は35nm、D50は54nm、D90は81nmであった。D90/D10は2.3であった。
(Evaluation of particle size distribution of dispersion)
A part of the obtained dispersion of Example 1 was collected, and the solid content was adjusted to 5% by mass with toluene. D10, D50, and D90 of the zirconium oxide particles in the dispersion were measured using a particle size distribution meter (manufactured by HORIBA, Measurement was carried out using a model number: SZ-100SP). As a result, D10 was 35 nm, D50 was 54 nm, and D90 was 81 nm. D90/D10 was 2.3.
(分散液の透明性の評価)
得られた実施例1の分散液の一部を採取し、トルエンで固形分を15質量%に調整した分散液を石英セルにいれ、光路長を10mmとしたときの波長600nmにおける透過率を、分光光度計(型番:V-770、日本分光社製)にて積分球を用いて測定した。その結果、透過率は25%であった。
(Evaluation of transparency of dispersion)
A part of the obtained dispersion of Example 1 was collected, the solid content was adjusted to 15% by mass with toluene, and the dispersion was put into a quartz cell, and the transmittance at a wavelength of 600 nm when the optical path length was 10 mm was Measurement was performed using a spectrophotometer (model number: V-770, manufactured by JASCO Corporation) using an integrating sphere. As a result, the transmittance was 25%.
(疎水性樹脂との相溶性の評価)
固形分を15質量%に調整した実施例1分散液10gと、メチルフェニルシリコーン(製品名:KER-2500-B、信越化学工業社製)3.5gとを混合した。すなわち、ジルコニアおよび表面修飾材料の合計質量と、メチルフェニルシリコーンとを、質量比で30:70となるように混合した。
次いで、エバポレーターを用いて、この混合液からトルエンを除去し、組成物を得た。
得られた組成物の外観を目視で観察した結果、透明な組成物であった。
(Evaluation of compatibility with hydrophobic resin)
10 g of Example 1 dispersion liquid whose solid content was adjusted to 15% by mass was mixed with 3.5 g of methylphenyl silicone (product name: KER-2500-B, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.). That is, the total mass of zirconia and surface modification material and methylphenyl silicone were mixed in a mass ratio of 30:70.
Next, toluene was removed from this mixed solution using an evaporator to obtain a composition.
Visual observation of the appearance of the obtained composition revealed that it was a transparent composition.
(組成物の粘度の評価)
得られた組成物の粘度を、レオメーター(製品名:レオストレスRS-6000、HAAKE社製)を用い、25℃、剪断速度1(1/s)の条件で測定した。
その結果、トルエンを除去した後の組成物の粘度は、30.5Pa・sであった。
(Evaluation of viscosity of composition)
The viscosity of the obtained composition was measured using a rheometer (product name: Rheostress RS-6000, manufactured by HAAKE) at 25° C. and a shear rate of 1 (1/s).
As a result, the viscosity of the composition after toluene was removed was 30.5 Pa·s.
[実施例2]
平均一次粒子径が12nmの酸化ジルコニウム粒子に代えて、平均一次粒子径が90nmの酸化ジルコニウム粒子(住友大阪セメント社製)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2に係る分散液を得た。
混合工程において得られた混合液中の酸化ジルコニウム粒子の含有量は30質量%、メチルトリメトキシシランの含有量は54.5質量%、酸化ジルコニウム粒子とメチルトリメトキシシランの合計の含有量は、84.5質量%であった。
[Example 2]
Example 2 was carried out in the same manner as in Example 1, except that zirconium oxide particles with an average primary particle size of 90 nm (manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd.) were used instead of zirconium oxide particles with an average primary particle size of 12 nm. Such a dispersion was obtained.
The content of zirconium oxide particles in the mixed solution obtained in the mixing step is 30% by mass, the content of methyltrimethoxysilane is 54.5% by mass, and the total content of zirconium oxide particles and methyltrimethoxysilane is: It was 84.5% by mass.
実施例1と同様にして、実施例2の分散液の粒度分布を測定した。その結果、D10は79nm、D50は102nm、D90は165nmであった。D90/D10は2.1であった。
実施例1と同様にして、固形分が15質量%に調整された実施例2の分散液の透過率を測定した結果、19%であった。
In the same manner as in Example 1, the particle size distribution of the dispersion of Example 2 was measured. As a result, D10 was 79 nm, D50 was 102 nm, and D90 was 165 nm. D90/D10 was 2.1.
The transmittance of the dispersion liquid of Example 2 whose solid content was adjusted to 15% by mass was measured in the same manner as in Example 1, and the result was 19%.
固形分が15質量%に調整された実施例2の分散液を、実施例1と同様に、メチルフェニルシリコーンと混合し、トルエンを除去し、組成物を得た。得られた組成物の外観を目視で観察した結果、透明な組成物であった。 The dispersion liquid of Example 2 whose solid content was adjusted to 15% by mass was mixed with methylphenyl silicone in the same manner as in Example 1, and toluene was removed to obtain a composition. Visual observation of the appearance of the obtained composition revealed that it was a transparent composition.
得られた組成物の粘度を、実施例1と同様にして測定した。その結果、トルエンを除去した後の組成物の粘度は、25.3Pa・sであった。 The viscosity of the obtained composition was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the viscosity of the composition after toluene was removed was 25.3 Pa·s.
[実施例3]
実施例1の添加工程において、得られた分散液(第1の分散液)を加熱する前に、固形分が55質量%となるように分散液にトルエンを添加し、次いで、この分散液を60℃で2時間加熱した。
次いで、固形分が40質量%となるように分散液にトルエンを添加し、60℃で2時間加熱した。
次いで、固形分が30質量%となるように分散液にトルエンを添加し、60℃で1時間加熱した。
次いで、固形分が20質量%となるように分散液にトルエンを添加し、60℃で1時間加熱することで、実施例3の分散液(第2の分散液)を得た。
[Example 3]
In the addition step of Example 1, before heating the obtained dispersion (first dispersion), toluene was added to the dispersion so that the solid content was 55% by mass, and then this dispersion was Heated at 60°C for 2 hours.
Next, toluene was added to the dispersion so that the solid content was 40% by mass, and the mixture was heated at 60° C. for 2 hours.
Next, toluene was added to the dispersion so that the solid content was 30% by mass, and the mixture was heated at 60° C. for 1 hour.
Next, toluene was added to the dispersion so that the solid content was 20% by mass, and the dispersion was heated at 60° C. for 1 hour to obtain a dispersion of Example 3 (second dispersion).
実施例1と同様にして、実施例3の分散液の粒度分布を測定した。その結果、分散液のD10は37nm、D50は59nm、D90は83nmであった。D90/D10は2.2であった。
実施例1と同様にして、固形分が15質量%に調整された実施例3の用分散液の透過率を測定した結果、24%であった。
固形分が15質量%に調整された実施例3の分散液を、実施例1と同様に、メチルフェニルシリコーンと混合し、トルエンを除去し、組成物を得た。得られた組成物の外観を目視で観察した結果、透明な組成物であった。
In the same manner as in Example 1, the particle size distribution of the dispersion of Example 3 was measured. As a result, the dispersion had a D10 of 37 nm, a D50 of 59 nm, and a D90 of 83 nm. D90/D10 was 2.2.
In the same manner as in Example 1, the transmittance of the dispersion liquid of Example 3 whose solid content was adjusted to 15% by mass was measured and found to be 24%.
The dispersion liquid of Example 3 whose solid content was adjusted to 15% by mass was mixed with methylphenyl silicone in the same manner as in Example 1, and toluene was removed to obtain a composition. Visual observation of the appearance of the obtained composition revealed that it was a transparent composition.
得られた組成物の粘度を、実施例1と同様にして測定した。その結果、トルエンを除去した後の組成物の粘度は、30.7Pa・s以下であった。 The viscosity of the obtained composition was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the viscosity of the composition after toluene was removed was 30.7 Pa·s or less.
[比較例1]
実施例1の添加工程において、得られた分散液(第1の分散液)を60℃で2時間加熱し、次いで、固形分が20質量%となるように、分散液にトルエンを一度に添加した。
その結果、粒子が凝集し、分散液を得ることができなかった。
[Comparative example 1]
In the addition step of Example 1, the obtained dispersion (first dispersion) was heated at 60°C for 2 hours, and then toluene was added to the dispersion at once so that the solid content was 20% by mass. did.
As a result, the particles agglomerated, making it impossible to obtain a dispersion.
[比較例2]
実施例1の添加工程において、得られた分散液(第1の分散液)を加熱する前に、固形分が40質量%となるように、分散液にトルエンを添加した。
その結果、粒子が凝集し、分散液を得ることができなかった。
[Comparative example 2]
In the addition step of Example 1, before heating the obtained dispersion (first dispersion), toluene was added to the dispersion so that the solid content was 40% by mass.
As a result, the particles agglomerated, making it impossible to obtain a dispersion.
[比較例3]
混合工程において、上記加水分解液70質量部に代えて、上記加水分解液20質量部と、イソプロピルアルコール50質量部とを用いた以外は、実施例1と同様にして、混合工程と分散工程を行った。混合工程において得られた混合液中の酸化ジルコニウム粒子の含有量は30質量%、メチルトリメトキシシランの含有量は18.2質量%、酸化ジルコニウム粒子とメチルトリメトキシシランの合計の含有量は、48.2質量%であった。
分散液の固形分(100℃で1時間)を測定した結果、38質量%であった。
[Comparative example 3]
In the mixing step, the mixing step and the dispersion step were carried out in the same manner as in Example 1, except that 20 parts by mass of the above hydrolyzed liquid and 50 parts by mass of isopropyl alcohol were used instead of 70 parts by mass of the above hydrolyzed liquid. went. The content of zirconium oxide particles in the mixed solution obtained in the mixing step is 30% by mass, the content of methyltrimethoxysilane is 18.2% by mass, and the total content of zirconium oxide particles and methyltrimethoxysilane is: It was 48.2% by mass.
The solid content of the dispersion was measured (at 100°C for 1 hour) and was found to be 38% by mass.
得られた分散液(第1の分散液)に、固形分が20質量%となるようにトルエンを添加し、60℃で2時間加熱した。次いで、揮発した量と同程度のトルエンを分散液に添加し、60℃で2時間加熱した。次いで、揮発した量と同程度のトルエンを分散液に添加し、60℃で1時間加熱した。次いで、揮発した量と同程度のトルエンを分散液に添加し、60℃で1時間加熱することで、表面修飾が促進され、イソプロピルアルコールがトルエンに置換された比較例3の分散液(第2の分散液)を得た。 Toluene was added to the obtained dispersion (first dispersion) so that the solid content was 20% by mass, and the mixture was heated at 60° C. for 2 hours. Next, toluene in the same amount as the volatilized amount was added to the dispersion, and the mixture was heated at 60° C. for 2 hours. Next, toluene in the same amount as the volatilized amount was added to the dispersion, and the mixture was heated at 60° C. for 1 hour. Next, the same amount of toluene as the volatilized amount was added to the dispersion and heated at 60°C for 1 hour to promote surface modification. A dispersion liquid) was obtained.
実施例1と同様にして、比較例3の分散液の粒度分布を測定した。その結果、D10は42nm、D50は95nm、D90は100nmであった。D90/D10は2.4であった。
実施例1と同様にして、固形分が15質量%に調整された比較例3の分散液の透過率を測定した結果、40%であった。
In the same manner as in Example 1, the particle size distribution of the dispersion of Comparative Example 3 was measured. As a result, D10 was 42 nm, D50 was 95 nm, and D90 was 100 nm. D90/D10 was 2.4.
The transmittance of the dispersion liquid of Comparative Example 3 whose solid content was adjusted to 15% by mass was measured in the same manner as in Example 1, and the result was 40%.
固形分が15質量%に調整された比較例3の分散液を、実施例1と同様に、メチルフェニルシリコーンと混合したが、粒子が凝集し、組成物を得ることができなかった。 The dispersion of Comparative Example 3 whose solid content was adjusted to 15% by mass was mixed with methylphenyl silicone in the same manner as in Example 1, but the particles agglomerated and a composition could not be obtained.
[比較例4]
実施例1の混合工程において、加水分解液60質量部とイソプロピルアルコール10質量部を混合する代わりに、加水分解液70質量部を混合し、イソプロピルアルコールの添加を行わなかった以外は実施例1と同様にして、分散液(第1の分散液)を得た。
[Comparative example 4]
Example 1 except that in the mixing step of Example 1, 70 parts by mass of the hydrolyzate was mixed instead of 60 parts by mass of the hydrolyzate and 10 parts by mass of isopropyl alcohol, and no isopropyl alcohol was added. A dispersion liquid (first dispersion liquid) was obtained in the same manner.
得られた分散液(第1の分散液)を60℃で2時間加熱した。次いで、固形分が40質量%となるように分散液にトルエンを添加し、60℃で2時間加熱した。
次いで、固形分が30質量%となるように分散液にトルエンを添加し、60℃で1時間加熱した。
次いで、固形分が20質量%となるように分散液にトルエンを添加し、60℃で1時間加熱することで、比較例4の分散液(第2の分散液)を得た。
The obtained dispersion (first dispersion) was heated at 60° C. for 2 hours. Next, toluene was added to the dispersion so that the solid content was 40% by mass, and the mixture was heated at 60° C. for 2 hours.
Next, toluene was added to the dispersion so that the solid content was 30% by mass, and the mixture was heated at 60° C. for 1 hour.
Next, toluene was added to the dispersion so that the solid content was 20% by mass, and the dispersion was heated at 60° C. for 1 hour to obtain a dispersion of Comparative Example 4 (second dispersion).
実施例1と同様にして、比較例4の分散液の粒度分布を測定した。その結果、D10は50nm、D50は120nm、D90は150nmであった。D90/D10は3.0であった。
実施例1と同様にして、固形分が15質量%に調整された分散液の透過率を測定した結果、21%であった。
In the same manner as in Example 1, the particle size distribution of the dispersion of Comparative Example 4 was measured. As a result, D10 was 50 nm, D50 was 120 nm, and D90 was 150 nm. D90/D10 was 3.0.
The transmittance of a dispersion liquid whose solid content was adjusted to 15% by mass was measured in the same manner as in Example 1, and the result was 21%.
固形分が15質量%に調整された比較例4の分散液を、実施例1と同様に、メチルフェニルシリコーンと混合し、トルエンを除去し、組成物を得た。得られた組成物の外観を目視で観察した結果、透明な組成物であった。得られた組成物の外観を目視で観察した結果、透明な組成物であった。
得られた組成物の粘度を、実施例1と同様にして測定した。その結果、組成物の粘度は40.6Pa・sであった。
The dispersion liquid of Comparative Example 4 whose solid content was adjusted to 15% by mass was mixed with methylphenyl silicone in the same manner as in Example 1, and toluene was removed to obtain a composition. Visual observation of the appearance of the obtained composition revealed that it was a transparent composition. Visual observation of the appearance of the obtained composition revealed that it was a transparent composition.
The viscosity of the obtained composition was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the viscosity of the composition was 40.6 Pa·s.
以上、酸化ジルコニウム粒子を高濃度の表面修飾材料中で分散処理した実施例1~実施例3に係る分散液は、疎水性の高い樹脂に対して、白濁することなく、透明な組成物を得ることが可能であった。これに対し、比較例3に係る分散液を疎水性の樹脂に混合したところ、白濁し、透明な組成物を得ることができなかった。 As described above, the dispersion liquids according to Examples 1 to 3, in which zirconium oxide particles were dispersed in a highly concentrated surface modification material, can obtain transparent compositions without becoming cloudy against highly hydrophobic resins. It was possible. On the other hand, when the dispersion according to Comparative Example 3 was mixed with a hydrophobic resin, it became cloudy and a transparent composition could not be obtained.
また、実施例1、3と、比較例1、2を比較すると、高濃度の表面修飾材料中で分散された分散液は、加熱をしながら徐々にトルエン(疎水性溶媒)を添加することで、固形分を低くすることができ、ハンドリング性が高い分散液が得られることが確認された。 Furthermore, when comparing Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1 and 2, it was found that the dispersion liquid dispersed in the highly concentrated surface modification material was improved by gradually adding toluene (hydrophobic solvent) while heating. It was confirmed that a dispersion liquid with a low solid content and high handling properties could be obtained.
また、実施例1と比較例4を比較することにより、親水性溶媒を少し混合して分散処理することにより、D10、D50、D90が小さく、かつ、粒度分布幅が狭い(シャープな)分散液が得られ、かつ、疎水性材料と混合した時の粘度の上昇を抑制できることが確認された。 In addition, by comparing Example 1 and Comparative Example 4, it was found that by mixing a small amount of a hydrophilic solvent and performing dispersion treatment, a dispersion with small D10, D50, and D90 and a narrow (sharp) particle size distribution was obtained. was obtained, and it was confirmed that the increase in viscosity when mixed with a hydrophobic material could be suppressed.
Claims (3)
前記混合液中において前記無機粒子を分散して、前記無機粒子が分散した分散液を得る工程Cと、
前記分散液に疎水性溶媒を加える工程Dと、を有し、
前記疎水性溶媒を加える工程Dは、前記分散液を加熱した後に、前記疎水性溶媒を前記無機粒子が凝集しない速度で加える工程d1、前記分散液を加熱しながら、前記疎水性溶媒を前記無機粒子が凝集しない速度で加える工程d2、または、前記疎水性溶媒を前記無機粒子が凝集しない速度で加えた後に、前記分散液を加熱する工程d3であり、
前記混合液中における前記無機粒子の含有量が10質量%以上46質量%以下であり、前記混合液中における前記表面修飾材料と前記無機粒子との合計の含有量が65質量%以上93質量%以下である、分散液の製造方法。 Step B of mixing the surface modification material, inorganic particles, and alcoholic solvent to obtain a mixed solution;
Step C of dispersing the inorganic particles in the mixed liquid to obtain a dispersion in which the inorganic particles are dispersed;
step D of adding a hydrophobic solvent to the dispersion;
Step D of adding the hydrophobic solvent is a step d1 of adding the hydrophobic solvent at a rate that does not cause the inorganic particles to aggregate after heating the dispersion; heating the dispersion, adding the hydrophobic solvent to the inorganic particles; step d2 of adding at a rate that does not cause the particles to aggregate, or step d3 of heating the dispersion after adding the hydrophobic solvent at a rate that does not cause the inorganic particles to aggregate;
The content of the inorganic particles in the mixed solution is 10% by mass or more and 46% by mass or less, and the total content of the surface modification material and the inorganic particles in the mixed solution is 65% by mass or more and 93% by mass. The method for producing a dispersion liquid is as follows.
前記混合液を得る工程Bにおいて、前記加水分解液と前記無機粒子と前記アルコール系溶媒とを混合することにより、前記混合液を得る、請求項1に記載の分散液の製造方法。 Further, a step A of mixing the surface modification material and water to obtain a hydrolysis liquid containing the hydrolyzed surface modification material,
The method for producing a dispersion liquid according to claim 1, wherein in step B of obtaining the mixed liquid, the mixed liquid is obtained by mixing the hydrolyzed liquid, the inorganic particles, and the alcoholic solvent.
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