JP7767211B2 - Titania nanoparticles and their manufacturing method - Google Patents
Titania nanoparticles and their manufacturing methodInfo
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Description
本発明は、チタニアナノ粒子、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to titania nanoparticles and a method for producing the same.
近年、衛生意識の向上を受け、屋内建材、日用品等に病原体耐性を付与する為に、光触媒を実用化し、屋内建材、日用品等に光触媒を含む塗料を表面に塗布する事が成される。 In recent years, with increased awareness of hygiene, photocatalysts have been put to practical use to make indoor building materials, daily necessities, etc. pathogen-resistant, and paint containing photocatalysts is applied to the surfaces of indoor building materials, daily necessities, etc.
光触媒は、光触媒に光が照射される事に依り、例えば、触媒表面の酸素と水分とから、抗微生物活性に繋がる活性酸素種を生成する。光触媒は、抗微生物活性種を生成する前後で光触媒自体が変化しない事から、持続性の高い抗微生物材料として活用されている。光触媒は、一般に、紫外線を吸収し光触媒活性を示す触媒を指す。 When photocatalysts are irradiated with light, they generate reactive oxygen species that lead to antimicrobial activity, for example from oxygen and moisture on the catalyst surface. Because the photocatalyst itself remains unchanged before and after the generation of antimicrobial active species, it is used as a highly sustainable antimicrobial material. Photocatalysts generally refer to catalysts that absorb ultraviolet light and exhibit photocatalytic activity.
また、光触媒は、屋内等の紫外線が届き難い環境での活用を考慮し、
可視光領域の光に応答して光触媒活性を示す可視光触媒が精力的に開発されている。可視光触媒として最も良く使用される光触媒は、酸化チタン粉末又は酸化チタンゾルに、鉄、白金、金、銅、銀等の金属を含有させた、金属含有酸化チタン粉末又は金属含有酸化チタンゾルである。
In addition, photocatalysts are designed for use in environments where ultraviolet rays are difficult to reach, such as indoors.
Visible light catalysts that exhibit photocatalytic activity in response to light in the visible light region have been actively developed. The most commonly used visible light catalysts are metal-containing titanium oxide powders or metal-containing titanium oxide sols, which are titanium oxide powders or titanium oxide sols that contain metals such as iron, platinum, gold, copper, or silver.
また、光触媒として、屋内環境や日用品が使われる場面では、物陰や夜中等、光が当たらない環境もあるため、暗所でも抗微生活性を発現させるべく、銀、銅等の抗微生活性の金属種を含有させた金属含有酸化チタン粉末及び金属含有酸化チタンゾルも開発されている。 In addition, as photocatalysts are used indoors or in everyday items, there are environments where light is not present, such as in the shade or at night. Therefore, metal-containing titanium oxide powders and metal-containing titanium oxide sols containing antimicrobial metal species such as silver and copper have also been developed to exhibit antimicrobial properties even in dark places.
ところで、屋内建材や日用品等に供する光触媒塗膜には、1液系で簡便に塗布する事が出来、透明性が高く基材の意匠性の自由度を損なう事無く、且つ手が触れる際等に滑落やクラックが起こらない様な密着性、耐クラック性を有する事が望まれる。 However, photocatalytic coatings used on indoor building materials and everyday items are required to be easily applied as a one-component system, to be highly transparent without compromising the design freedom of the substrate, and to have adhesion and crack resistance so that they do not slip or crack when touched.
ところが、酸化チタン粉末に金属が含有された商品名ルミレッシュ(昭和電工株式会社)、セルミューズ(ダイセルミライズ株式会社)等を水に分散させた懸濁液をガラス基板や透明性の高い樹脂基盤上に塗工すると、酸化チタン粉末由来の白色が強く見られ、ガラス基板の透明性が損なわれる事が有る。また、この様にして形成した塗膜を指で擦ると粉末が滑落する事が有る。この様に、金属含有酸化チタン粉末を塗料とする場合は、単体では透明性や基材密着性に課題が有る。 However, when a suspension of titanium oxide powder containing metals (product names: Lumilesh (Showa Denko K.K.) or Cellmuse (Daicel Miraize Co., Ltd.) dispersed in water is applied to a glass substrate or a highly transparent resin substrate, the white color of the titanium oxide powder becomes prominent, and the transparency of the glass substrate can be impaired. Furthermore, when the coating film formed in this way is rubbed with a finger, the powder can slide off. Thus, when metal-containing titanium oxide powder is used as a paint, there are issues with transparency and substrate adhesion when used alone.
そこで、高分子有機化合物や多孔質の無機化合物をバインダとして用い、金属含有酸化チタン粉末をバインダ中に固定し、塗膜を形成する方法がある。しかしながら、高分子有機化合物のバインダは、金属担持酸化チタン表面を被覆する事から、光触媒活性を低下させるという問題、多孔質の無機化合物バインダは、高分子有機化合物のバインダに比べて、空隙が多い為、活性は低下し難いものの、硬くて脆い為、耐クラック性に欠け、触媒の滑落が促進され耐用年数が下がるという問題等が有る。この様に光触媒にバインダを使用する事で、金属担持酸化チタン本来の持続性及び抗微生物活性を損なうという問題がある。 One solution is to use a polymeric organic compound or porous inorganic compound as a binder, fix the metal-containing titanium oxide powder in the binder, and form a coating. However, polymeric organic compound binders coat the surface of the metal-supported titanium oxide, which can reduce photocatalytic activity. Porous inorganic compound binders, while having more voids than polymeric organic compound binders and therefore less likely to reduce activity, are hard and brittle, lacking in crack resistance, which can promote catalyst slippage and reduce service life. Using a binder in this way with photocatalysts can impair the inherent durability and antimicrobial activity of metal-supported titanium oxide.
例えば、特許文献1は、一価銅化合物及び二価銅化合物を含む混合物を表面に担持した光触媒物質を含むウイルス不活化剤を開示している。特許文献1の実施例は、Cu2O粉末を使用する例と、Cu2O粉末をシリカ系バインダと混合して使用する例とを例示し、これらをガラス板上に塗布し、30分同条件でウイルスと接液した例を開示している。Cu2O単体の時は、30分で106程度ウイルス感染価が減少した事に対し、バインダ使用時は、ウイルス感染価が105程度しか減少せず、材料担体使用時とバインダ併用時では10倍程度活性の低下が生じた事を開示している。 For example, Patent Document 1 discloses a virus inactivating agent containing a photocatalytic substance having a surface supported with a mixture containing a monovalent copper compound and a divalent copper compound. The examples in Patent Document 1 exemplify an example using Cu2O powder and an example using Cu2O powder mixed with a silica-based binder, and disclose an example in which these were applied to a glass plate and brought into contact with viruses under the same conditions for 30 minutes. When Cu2O was used alone, the virus infectivity decreased by about 106 in 30 minutes, whereas when a binder was used, the virus infectivity decreased by only about 105 , resulting in an approximately 10-fold decrease in activity when a material carrier was used in combination with a binder.
そこで、バインダを使用せず、1液系での塗布が可能な酸化チタンゾルに抗微生物性金属を担持させ、抗微生物性金属担持酸化チタンゾルの塗膜を1液系の塗布に依り形成する方法が提案されている。しかしながら、酸化チタンゾルは、塗膜に白濁、クラック等が生じる問題が有り、透明性が高く耐久性の高い塗膜の実現は難しい。 In response, a method has been proposed in which an antimicrobial metal is loaded onto titanium oxide sol, which can be applied in a one-component system without using a binder, and a coating film of the antimicrobial metal-loaded titanium oxide sol is formed by applying the one-component system. However, titanium oxide sol has problems such as cloudiness and cracks in the coating film, making it difficult to achieve a coating film that is both highly transparent and durable.
実際に、X線粒子径が7nmという極小の水溶性酸化チタンゾル商品名CSB(堺化学工業株式会社)をガラス基板上に塗工したところ、塗膜が白濁した。また、非特許文献1に記載の方法で合成した酸化チタンを塗布したところ、クラックが生じた。 In fact, when a water-soluble titanium oxide sol with an X-ray particle diameter of just 7 nm (product name: CSB, Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) was applied to a glass substrate, the coating became cloudy. Furthermore, when titanium oxide synthesized using the method described in Non-Patent Document 1 was applied, cracks occurred.
この様に、従来技術では、金属含有酸化チタン粉末及び酸化チタンゾルを使用する際、バインダレスで(バインダを使用せずに)、透明性が高く、耐クラック性や密着性の高い塗料を形成するのは難しいという現状が有る。 As such, with conventional technology, it is currently difficult to create a binderless (without using a binder) paint that is highly transparent, crack-resistant, and has excellent adhesion when using metal-containing titanium oxide powder and titanium oxide sol.
上述の様に、屋内塗装用の金属担持酸化チタン粉末及びゾルは、単体では基材密着性、耐クラック性等が低いという問題、バインダの添加等でこれらを補強するが、バインダによる触媒表面が被覆されたり、触媒の滑落が生じたりするという問題が有り、現状では、金属含有酸化チタン本来の抗微生物活性及び活性持続性を損なっていた。 As mentioned above, metal-supported titanium oxide powders and sols for indoor coatings have problems such as poor substrate adhesion and crack resistance when used alone. While these can be reinforced by adding binders, there are problems such as the binder coating the catalyst surface or causing the catalyst to slide off. As things stand, this impairs the inherent antimicrobial activity and sustained activity of metal-containing titanium oxide.
また、屋内建材、日用品等は、色味の観点で意匠性が求められる物が多い一方で、金属含有酸化チタン粉末は白濁粉末である為、その意匠性の幅が著しく低いという問題が有る。 Furthermore, while many indoor building materials and everyday items require design in terms of color, metal-containing titanium oxide powder is a cloudy white powder, which means that the range of design possibilities is significantly limited.
従って、バインダレスで基材に密着し、塗布膜として高い物理耐性を有す透明性の高い可視光触媒が求められている。 Therefore, there is a demand for a highly transparent visible light catalyst that is binderless, adheres to the substrate, and has high physical resistance as a coating film.
また、金属含有酸化チタン粉末及び酸化チタンゾルは、別の問題として、酸化チタンとは別に含有させる金属成分の不安定性が挙げられる。例えば、特許文献2が開示する通り、酸化チタンを分散させた水溶液に、銀錯体を添加すると、溶液の色が徐々に変化し、最終的に銀の沈殿が見られる。この様に、金属成分が不安定化する事に由り沈殿が見られる現象は、銀、銅等のイオン化傾向の低い元素で良く見られる。 Another problem with metal-containing titanium oxide powder and titanium oxide sol is the instability of the metal components contained separately from titanium oxide. For example, as disclosed in Patent Document 2, when a silver complex is added to an aqueous solution in which titanium oxide is dispersed, the color of the solution gradually changes, and eventually silver precipitation is observed. This phenomenon of precipitation due to the instability of the metal component is often seen with elements with low ionization tendency, such as silver and copper.
そこで、銀及び銅を複合させ、第四級アンモニウムを酸化チタンゾルに含有させる事に依り金属成分を安定剤により安定化させる方法(特許文献2)が提案されている。しかしながら、特許文献2が開示する方法は、人体に対して毒性の強い第四級アンモニウムイオンを含む為、安全性に懸念が有る。 In response to this, a method has been proposed (Patent Document 2) in which silver and copper are combined and quaternary ammonium is incorporated into titanium oxide sol, thereby stabilizing the metal components with a stabilizer. However, the method disclosed in Patent Document 2 raises safety concerns because it contains quaternary ammonium ions, which are highly toxic to the human body.
また、銀の表面をチオール系配位子や酸化チタンで被覆する方法(非特許文献2)等が提案されている。しかしながら、非特許文献2が開示する、銀の表面をチオール系配位子や酸化チタンで被覆する方法は、完全に被覆した場合、抗微生物性金属である銀の溶出が妨げられ、抗微生物活性が損なわれるという問題、一方、部分的に被覆した場合、抗微生物性金属である銀が溶出と再析出を繰り返し、変色や沈殿を引き起こすという問題が有る。 Methods such as coating the surface of silver with thiol-based ligands or titanium oxide (Non-Patent Document 2) have also been proposed. However, the method of coating the surface of silver with thiol-based ligands or titanium oxide disclosed in Non-Patent Document 2 has the problem that, if the surface is completely coated, the elution of silver, which is an antimicrobial metal, is prevented, resulting in a loss of antimicrobial activity. On the other hand, if the surface is only partially coated, the antimicrobial metal silver repeatedly elutes and re-precipitates, causing discoloration and precipitation.
また、光触媒に対して、銀の担持に、銀塩を使用する場合には、安全性、着色性、腐食性等の問題が挙げられる。殆どの無機系の銀塩は劇物である。例えば、最も良く使われる銀塩としては硝酸塩が挙げられるが、硝酸塩は、劇物であり、手に付着すると感光して黒色の化合物が沈着する。また、硝酸塩は、分解して酸を発生した場合、金属等の腐食に繋がる場合が有る。また、銀塩は、保存安定性が悪く、遮光は必須であり、低酸素下、低温での保管が望ましく、変質した場合は、銀ナノ粒子の合成に使用する事が出来ない為、管理に手間が係る。 Furthermore, when silver salts are used to support silver in photocatalysts, issues such as safety, coloration, and corrosiveness arise. Most inorganic silver salts are highly toxic. For example, the most commonly used silver salt is nitrate, which is a highly toxic substance that reacts with light and deposits black compounds when it comes into contact with hands. Furthermore, when nitrate decomposes and generates acid, it can lead to corrosion of metals, etc. Furthermore, silver salts have poor storage stability, so they must be shielded from light and should be stored in low-oxygen environments at low temperatures. If they change, they cannot be used to synthesize silver nanoparticles, so they require a lot of effort to manage.
光触媒に銀を担持する場合、粒径が小さい程、活性が高い事が予想される。一方、銀は、白金等と比較して凝集体を形成し易い。白金は、一般に、比較的容易に、5nm以下の粒子を作製する事が出来る。白金に比べて、銀は、20nm以下の独立した粒子を形成し難い。 When supporting silver on a photocatalyst, it is expected that the smaller the particle size, the higher the activity. On the other hand, silver is more likely to form aggregates than platinum and other metals. Platinum particles of 5 nm or less can generally be produced relatively easily. Compared to platinum, silver is more difficult to form into independent particles of 20 nm or less.
上述の様に、銀、銅等のイオン化傾向の低い抗微生物性金属成分を、酸化チタン溶液中で沈殿を生じさせずに、安定的に存在させ、且つこれら金属の溶出を妨げる事のない可視光触媒であって、簡易で安全に製造出来る方法が待望されている。 As mentioned above, there is a need for a method for easily and safely producing a visible light catalyst that allows antimicrobial metal components with low ionization tendency, such as silver and copper, to exist stably in a titanium oxide solution without causing precipitation and that does not prevent the elution of these metals.
本発明は、銀塩を使用せず、酸化チタンに微細な銀ナノ粒子を担持し、水中で沈殿を生じさせず、安定的に存在させ、高透明な光触媒を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a highly transparent photocatalyst that does not use silver salts, but instead supports fine silver nanoparticles on titanium oxide, which exists stably in water without causing precipitation.
本発明者は、上記目的を鑑み、鋭意検討した結果、表面に存在する少なくとも一部のチタン原子にアセトキシ基が結合し、且つ示差熱熱重量同時測定装置によって600℃まで昇温させた場合の200℃以上における質量減少が5質量%以上であるチタニアナノ粒子の分散液と、金属銀とを、可視光若しくは紫外光存在下で撹拌するだけで、均一で透明性の高い銀担持酸化チタンを合成出来る事を見出した。 With the above objective in mind, the inventors conducted extensive research and discovered that uniform, highly transparent silver-loaded titanium oxide can be synthesized simply by stirring metallic silver with a dispersion of titania nanoparticles in the presence of visible or ultraviolet light. The dispersion has titania nanoparticles in which acetoxy groups are bonded to at least some of the titanium atoms present on the surface and which exhibit a mass loss of 5% by mass or more at temperatures above 200°C when heated to 600°C using a simultaneous differential thermal and thermogravimetric analyzer.
そして、本発明者は、更に研究を重ね、本発明を完成させた。 The inventor then conducted further research and completed the present invention.
即ち、本発明は、以下の構成を包含する。 In other words, the present invention includes the following configurations:
項1.
チタニアナノ粒子の製造方法であって、
チタニアナノ粒子の水分散液に、銀粒子を加えて撹拌し、チタニアナノ粒子に銀を担持させる工程を含み、
前記チタニアナノ粒子は、表面に存在する少なくとも一部のチタン原子にアセトキシ基が結合しており、示差熱熱重量同時測定装置によって600℃まで昇温させた場合の200℃以上における質量減少が5質量%以上のものである、
製造方法。
Item 1.
A method for producing titania nanoparticles, comprising:
a step of adding silver particles to an aqueous dispersion of titania nanoparticles and stirring the mixture to support silver on the titania nanoparticles;
The titania nanoparticles have acetoxy groups bonded to at least some of the titanium atoms present on the surface, and when heated to 600°C using a thermogravimetric and differential thermal analyzer, the mass loss at 200°C or higher is 5% by mass or more.
Manufacturing method.
項2.
チタニアナノ粒子の製造方法であって、
(A)チタンを含む物質、有機酸、及び水を混合して、水分散液を得る工程、
(B)前記工程(A)で得られた水分散液を、80℃より高い温度で、加熱する工程、及び
(C)前記工程(B)の後、前記水分散液に、銀(金属銀、銀粒子)を混合し、当該銀含有水分散液に対して、可視光若しくは紫外光を照射し、チタン(チタニアナノ粒子)に銀(金属銀、銀粒子)を担持させる工程
を備える、製造方法。
Item 2.
A method for producing titania nanoparticles, comprising:
(A) mixing a titanium-containing substance, an organic acid, and water to obtain an aqueous dispersion;
(B) heating the aqueous dispersion obtained in step (A) at a temperature higher than 80°C; and (C) after step (B), mixing silver (metallic silver, silver particles) with the aqueous dispersion and irradiating the silver-containing aqueous dispersion with visible light or ultraviolet light to support silver (metallic silver, silver particles) on titanium (titania nanoparticles).
項3.
前記工程(A)の水分散液は、水を50質量%以上含むものである、前記項2に記載の製造方法。
Item 3.
3. The method according to Item 2, wherein the aqueous dispersion in step (A) contains 50% by mass or more of water.
項4.
前記工程(A)の水分散液のpHは、2以上、5以下である、前記項1~3の何れか1項に記載の製造方法。
Item 4.
4. The method according to any one of items 1 to 3, wherein the pH of the aqueous dispersion in step (A) is 2 or more and 5 or less.
項5.
前記銀は、粒径が1μm以上、1mm以下の銀粒子である、前記項1~4の何れか1項に記載の製造方法。
Item 5.
5. The method according to any one of items 1 to 4, wherein the silver is silver particles having a particle size of 1 μm or more and 1 mm or less.
項6.
チタニアナノ粒子であって、
チタニアナノ粒子に銀が担持されており、
前記チタニアナノ粒子は、表面に存在する少なくとも一部のチタン原子にアセトキシ基が結合しており、示差熱熱重量同時測定装置によって600℃まで昇温させた場合の200℃以上における質量減少が5質量%以上のものである、
チタニアナノ粒子。
Item 6.
Titania nanoparticles,
Titania nanoparticles are loaded with silver,
The titania nanoparticles have acetoxy groups bonded to at least some of the titanium atoms present on the surface, and when heated to 600°C using a thermogravimetric and differential thermal analyzer, the mass loss at 200°C or higher is 5% by mass or more.
Titania nanoparticles.
本発明に依れば、安全性が低く変質し易い銀塩を使用せずとも、簡易に均一且つ透明性が高く、保存安定性も良い銀担持酸化チタンナノ粒子分散液を得る事が出来る。 According to the present invention, it is possible to easily obtain a uniform, highly transparent, and storage-stable dispersion of silver-loaded titanium oxide nanoparticles without using silver salts, which are unsafe and easily altered.
本発明に依り得られる銀担持酸化チタンナノ粒子分散液は、基材密着性、及び耐クラック性が高く、これを用いて、透明の高い光触媒塗膜を得る事が出来る。 The silver-loaded titanium oxide nanoparticle dispersion obtained by this invention has high substrate adhesion and crack resistance, and can be used to obtain a highly transparent photocatalytic coating film.
以下に本発明を詳細に説明する。 The present invention is described in detail below.
本明細書において、「含む」及び「含有」は、「含む(comprise)」、「実質的にのみからなる(consist essentially of)」、及び「のみからなる(consist of)」のいずれも包含する概念である。 In this specification, the terms "comprise" and "containing" are concepts that encompass all of "comprise," "consist essentially of," and "consist only of."
本明細書において、数値範囲を「A~B」で示す場合、「A以上、B以下」を意味する。 In this specification, when a numerical range is indicated as "A to B," it means "greater than or equal to A and less than or equal to B."
1.チタニアナノ粒子(銀担持チタニアナノ粒子)の製造方法
本発明のチタニアナノ粒子の製造方法は、
チタン(チタニアナノ粒子)の水分散液に、銀(金属銀、銀粒子)を加えて撹拌し、チタンに銀を担持させる工程を含み、
前記チタンは、表面に存在する少なくとも一部のチタン原子にアセトキシ基が結合しており、示差熱熱重量同時測定装置によって600℃まで昇温させた場合の200℃以上における質量減少が5質量%以上のものである。
1. Method for Producing Titania Nanoparticles (Silver-Supported Titania Nanoparticles) The method for producing titania nanoparticles of the present invention includes the steps of:
The method includes a step of adding silver (metallic silver, silver particles) to an aqueous dispersion of titanium (titania nanoparticles) and stirring the mixture to support the silver on the titanium,
The titanium has acetoxy groups bonded to at least some of the titanium atoms present on the surface, and when heated to 600°C using a thermogravimetric and differential thermal analyzer, the mass loss at 200°C or higher is 5% by mass or more.
本発明のチタニアナノ粒子の製造方法は、
(A)チタンを含む物質、有機酸、及び水を混合して、水分散液を得る工程、
(B)前記工程(A)で得られた水分散液を、80℃より高い温度で、加熱する工程、及び
(C)前記工程(B)の後、前記水分散液に、銀(金属銀、銀粒子)を混合し、当該銀含有水分散液に対して、可視光若しくは紫外光を照射し、チタン(チタニアナノ粒子)に銀(金属銀、銀粒子)を担持させる工程
を備える。
The method for producing titania nanoparticles of the present invention comprises the steps of:
(A) mixing a titanium-containing substance, an organic acid, and water to obtain an aqueous dispersion;
(B) a step of heating the aqueous dispersion obtained in the step (A) at a temperature higher than 80°C; and (C) after the step (B), a step of mixing silver (metallic silver, silver particles) with the aqueous dispersion and irradiating the silver-containing aqueous dispersion with visible light or ultraviolet light to cause the titanium (titania nanoparticles) to support the silver (metallic silver, silver particles).
本明細書において、「酸化チタン」又は「チタニア」は、二酸化チタン(TiO2)のみを指すものではなく、三酸化二チタン(Ti2O3)、一酸化チタン(TiO)、Ti4O7、Ti5O9等に代表される二酸化チタンから酸素欠損した組成のもの等も含む。「酸化チタン」又は「チタニア」は、末端OH基に代表される様に、一部酸化チタンの合成に起因するTi-O-Ti以外の基を含んでいても良い。「酸化チタン」又は「チタニア」は、末端OH基に有機酸等が結合したものも含む。 In this specification, "titanium oxide" or "titania" does not refer only to titanium dioxide (TiO 2 ), but also includes titanium dioxide compositions in which oxygen is deficient, such as titanium trioxide (Ti 2 O 3 ), titanium monoxide (TiO), Ti 4 O 7 , and Ti 5 O 9. "Titanium oxide" or "titania" may contain groups other than Ti—O—Ti that result from the synthesis of titanium oxide, as represented by terminal OH groups. "Titanium oxide" or "titania" also includes those in which an organic acid or the like is bonded to a terminal OH group.
本発明のチタニアナノ粒子(銀担持チタニアナノ粒子)は、チタニアナノ粒子の表面に銀ナノ粒子が担持された複合体であって、前記チタニアナノ粒子は、表面に存在する少なくとも一部のチタン原子にアセトキシ基が結合しており、前記チタニアナノ粒子を示差熱熱重量同時測定装置によって600℃まで昇温させた場合の200℃以上における質量減少が5質量%以上である。 The titania nanoparticles (silver-supported titania nanoparticles) of the present invention are composites in which silver nanoparticles are supported on the surface of titania nanoparticles, and the titania nanoparticles have acetoxy groups bonded to at least some of the titanium atoms present on the surface. When the titania nanoparticles are heated to 600°C using a thermogravimetric and differential thermal analyzer, they experience a mass loss of 5% by mass or more at temperatures above 200°C.
従来、この様な複合体を合成する場合、酸化チタンと銀塩を水中で共存させ、還元剤を加えるか、光を照射する事が殆どである。 Conventionally, when synthesizing such composites, titanium oxide and silver salts are usually placed together in water, and a reducing agent is added or light is irradiated.
本発明のチタニアナノ粒子(複合体)の製造方法では、チタンを含む物質として、好ましくは、酸化チタンを用いる。酸化チタンについては、好ましくは、粒径が1nm~10nmであり、比表面積が大きく、且つ、表面にアセトキシ基が結合した酸化チタンを、水分散液の形で使用する。 In the method for producing titania nanoparticles (composite) of the present invention, titanium oxide is preferably used as the titanium-containing substance. Titanium oxide preferably has a particle size of 1 nm to 10 nm, a large specific surface area, and acetoxy groups bonded to the surface, and is used in the form of an aqueous dispersion.
本発明のチタニアナノ粒子(複合体)の製造方法では、銀については、銀塩、銀ナノ粒子等を用いず、好ましくは、金属銀を用い、チタンを含む物質と共存させて撹拌する。 In the method for producing titania nanoparticles (composite) of the present invention, silver is not used as a silver salt, silver nanoparticles, etc.; preferably, metallic silver is used, and is stirred in the presence of a titanium-containing substance.
本発明のチタニアナノ粒子の製造方法では、金属銀から微量の銀イオンが徐放され、それが広大な比表面積の酸化チタンの表面において銀ナノ粒子として析出する。本発明のチタニアナノ粒子の製造方法では、従来技術に比べて、より微細な銀ナノ粒子が酸化チタンの表面に担持される。 In the method for producing titania nanoparticles of the present invention, minute amounts of silver ions are gradually released from metallic silver, which precipitate as silver nanoparticles on the surface of titanium oxide, which has a large specific surface area. In the method for producing titania nanoparticles of the present invention, finer silver nanoparticles are supported on the surface of titanium oxide compared to conventional techniques.
(1)チタニアナノ粒子
通常、水、無機酸、遊離した有機酸等は、200℃以下で殆ど揮発する。
(1) Titania Nanoparticles Generally, water, inorganic acids, free organic acids, etc. volatilize almost completely at temperatures below 200°C.
一方、本発明の金属担持チタニアナノ粒子を構成するチタニアナノ粒子は、表面に存在する少なくとも一部のチタン原子にアセトキシ基が結合している事から、200℃~600℃の範囲で、チタン原子に結合しているアセトキシ基が徐々に脱離する。 On the other hand, the titania nanoparticles that make up the metal-loaded titania nanoparticles of the present invention have acetoxy groups bonded to at least some of the titanium atoms present on the surface, and therefore the acetoxy groups bonded to the titanium atoms gradually detach in the range of 200°C to 600°C.
本発明の金属担持チタニアナノ粒子を構成するチタニアナノ粒子は、表面に存在する少なくとも一部のチタン原子にアセトキシ基が結合している事から、乾燥時又は焼成時に、チタニアナノ粒子同士の凝集を抑制出来る為、クラック、剥がれ等が起こり難く、特に塗布性及び透明性に優れる。 The titania nanoparticles that make up the metal-supported titania nanoparticles of the present invention have acetoxy groups bonded to at least some of the titanium atoms present on the surface, which prevents the titania nanoparticles from aggregating together during drying or firing. This makes them less susceptible to cracking and peeling, and they are particularly excellent in terms of coatability and transparency.
チタニアナノ粒子は、クラック、剥がれ等を抑制する事が出来、更に、後述の金属を強固に担持させ易い結果、可視光触媒活性にも優れる。 Titania nanoparticles can suppress cracking and peeling, and are also easy to firmly support the metals described below, resulting in excellent visible light catalytic activity.
従来、表面にアセトキシ基を有していると、可視光触媒活性は低下する。 Conventionally, the presence of acetoxy groups on the surface reduces visible light catalytic activity.
チタニアナノ粒子は、前記説明の通り、乾燥時又は焼成時に、チタニアナノ粒子同士の凝集を抑制出来る為クラック、剥がれ等の抑制効果が特に優れているとともに、後述の金属を強固に担持させやすいためアセトキシ基を有しているにもかかわらず、可視光触媒活性も向上させる事が出来る。 As explained above, titania nanoparticles are particularly effective at preventing cracking and peeling because they can prevent aggregation of titania nanoparticles during drying or calcination. Furthermore, because they are easy to firmly support metals (described below), they can also improve visible light catalytic activity despite the presence of acetoxy groups.
チタニアナノ粒子は、表面に存在するチタン原子にアセトキシ基が大量に結合している事が好ましい。表面に存在する少なくとも一部のチタン原子にアシルオキシ基が存在している場合は、前記説明の通り、200℃~600℃の範囲で、チタン原子に存在しているアシルオキシ基が徐々に離脱する事から、示差熱熱重量同時測定装置(TG-DTA)に依って昇温させた場合に、200℃以上での質量減少が大きい。 Titania nanoparticles preferably have a large number of acetoxy groups bonded to titanium atoms present on the surface. If acyloxy groups are present on at least some of the titanium atoms present on the surface, as explained above, the acyloxy groups present on the titanium atoms gradually leave the range of 200°C to 600°C. Therefore, when the temperature is increased using a thermogravimetric differential thermal analyzer (TG-DTA), there is a large loss in mass above 200°C.
本発明では、チタニアナノ粒子は、示差熱熱重量同時測定装置(TG-DTA)に依って昇温させた場合に、200℃以上での質量減少は、表面に存在するチタン原子にアセトキシ基が結合している数の指標を意味している。この為、チタニアナノ粒子は、示差熱熱重量同時測定装置(TG-DTA)に依って600℃まで昇温させた場合の200℃以上における質量減少は、5質量%以上であり、好ましくは、7質量%~20質量%である。この際、示差熱熱重量同時測定装置(TG-DTA)の詳細な条件は、雰囲気:空気、昇温速度:3℃/分である。 In the present invention, when titania nanoparticles are heated using a thermogravimetry-differential thermal analyzer (TG-DTA), the mass loss at 200°C or higher represents an index of the number of acetoxy groups bonded to titanium atoms present on the surface. Therefore, when titania nanoparticles are heated to 600°C using a thermogravimetry-differential thermal analyzer (TG-DTA), the mass loss at 200°C or higher is 5% by mass or more, preferably 7% to 20% by mass. The detailed conditions for the thermogravimetry-differential thermal analyzer (TG-DTA) are: atmosphere: air, heating rate: 3°C/min.
チタニアナノ粒子は、前記説明の通り、表面に存在する少なくとも一部のチタン原子にアセトキシ基が結合しているものである。チタニアナノ粒子は、他のアシルオキシ基が存在していても良い。他のアシルオキシ基として、例えば、モノカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等が挙げられ、ヒドロキシカルボン酸としては、グリコール酸、乳酸、3-ヒドロキシ酪酸等が挙げられる。チタニアナノ粒子に、他のアシルオキシ基として、例えば、乳酸を併用若しくは後添加する事に依り、透明性を更に増すことができる。 As explained above, titania nanoparticles have acetoxy groups bonded to at least some of the titanium atoms present on the surface. Titania nanoparticles may also contain other acyloxy groups. Examples of other acyloxy groups include monocarboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, and butyric acid, and hydroxycarboxylic acids such as glycolic acid, lactic acid, and 3-hydroxybutyric acid. Transparency can be further enhanced by using or post-adding other acyloxy groups, such as lactic acid, to titania nanoparticles.
チタニアナノ粒子の平均粒子径は、好ましくは、1nm~10nmであり、より好ましくは、2nm~6nmである。チタニアナノ粒子の平均粒子径は、電子顕微鏡(TEM)観察により測定する。 The average particle size of the titania nanoparticles is preferably 1 nm to 10 nm, and more preferably 2 nm to 6 nm. The average particle size of the titania nanoparticles is measured by observation with a transmission electron microscope (TEM).
本発明では、チタニアナノ粒子の平均粒子径をこの範囲とする事に依り、金属(銀及び銅)を適度且つより強固に担持させ易く、可視光触媒活性がより高く、且つ透明性のより高い膜が形成し易い。 In the present invention, by setting the average particle size of the titania nanoparticles within this range, it becomes easier to support the metals (silver and copper) appropriately and more firmly, and it becomes easier to form a film with higher visible light catalytic activity and greater transparency.
チタニアナノ粒子は、一般に、平均粒子径が小さい場合、加熱時の収縮が大きい為、クラックや基板からの剥離が起こす傾向が有る。 Titania nanoparticles generally tend to shrink significantly when heated when their average particle size is small, resulting in cracks and peeling from the substrate.
本発明の金属担持チタニアナノ粒子は、平均粒子径が小さいチタニアナノ粒子を使用した場合にも塗布性に優れる材料である。 The metal-supported titania nanoparticles of the present invention are a material that exhibits excellent coatability even when titania nanoparticles with a small average particle size are used.
チタニアナノ粒子の比表面積は、好ましくは、150m2/g~500m2/gであり、より好ましくは、200m2/g~400m2/gである。チタニアナノ粒子の比表面積は、BET法により測定する。 The specific surface area of the titania nanoparticles is preferably 150 m 2 /g to 500 m 2 /g, more preferably 200 m 2 /g to 400 m 2 /g. The specific surface area of the titania nanoparticles is measured by the BET method.
本発明では、チタニアナノ粒子の比表面積をこの範囲とする事に依り、金属(銀及び銅)を適度且つより強固に担持させやすく、可視光触媒活性を高くし易い。 In the present invention, by setting the specific surface area of the titania nanoparticles within this range, it becomes easier to support the metals (silver and copper) appropriately and more firmly, making it easier to increase visible light catalytic activity.
チタニアナノ粒子は、N、Cl及びS元素の濃度を、いずれも、好ましくは、0ppm~5000ppm、更に好ましくは、0ppm~1000ppmとする事が出来る。チタニアナノ粒子のN、Cl及びS元素の濃度は、WDX(蛍光X線)により測定する。 The concentrations of N, Cl, and S elements in titania nanoparticles can be preferably 0 ppm to 5000 ppm, and more preferably 0 ppm to 1000 ppm. The concentrations of N, Cl, and S elements in titania nanoparticles are measured using WDX (fluorescent X-ray).
本発明では、チタニアナノ粒子のN、Cl及びS元素の濃度をこの範囲とする事に依り、基材の腐食等を抑え易い。この条件は、TiCl4、TiOSO4等の酸性チタニア前駆体由来の不純物が存在しないか、又はごく少量であることを意味している。 In the present invention, by setting the concentrations of N, Cl, and S elements in the titania nanoparticles within this range, corrosion of the substrate can be easily suppressed. This condition means that impurities derived from acidic titania precursors such as TiCl 4 and TiOSO 4 are absent or present in only small amounts.
チタニアナノ粒子の結晶形は、アナターゼ型が好ましい。本発明では、アナターゼ型を採用する事により、可視光触媒活性を特に向上させる事が出来る。チタニアナノ粒子の結晶形は、また、同様の理由から、アナターゼ型以外の結晶形は存在せず、アナターゼ型100%であることが好ましい。 The crystalline form of titania nanoparticles is preferably anatase. In the present invention, the use of anatase can particularly improve visible light catalytic activity. For the same reason, it is preferable that the crystalline form of titania nanoparticles is 100% anatase, with no other crystalline forms being present.
(2)金属担持チタニアナノ粒子及び光触媒の製造方法
本発明では、銀をチタニアナノ粒子に担持させる方法として、金属銀とチタニアナノ粒子とを可視光若しくは紫外光の存在下で混合する。
(2) Method for producing metal-supported titania nanoparticles and photocatalyst In the present invention, the method for supporting silver on titania nanoparticles involves mixing metallic silver with titania nanoparticles in the presence of visible light or ultraviolet light.
具体的には、本発明の金属担持チタニアナノ粒子及び光触媒は、
(A)チタンを含む物質、有機酸及び水を混合して水分散液を得る工程と、
(B)前記工程(A)で得られた水分散液を、80℃より高い温度で、加熱する工程と、
(C)前記工程(B)で得られた水分散液と、銀を可視光若しくは紫外光存在下で混合する工程
を備える方法により製造する事が出来る。
Specifically, the metal-supported titania nanoparticles and photocatalyst of the present invention are
(A) mixing a titanium-containing substance, an organic acid, and water to obtain an aqueous dispersion;
(B) heating the aqueous dispersion obtained in the step (A) at a temperature higher than 80°C;
(C) It can be produced by a method comprising a step of mixing the aqueous dispersion obtained in the step (B) with silver in the presence of visible light or ultraviolet light.
工程(C)は、加熱する事に依り、担持効率を向上させる事が可能である。加熱温度を高温にすると、チタニアナノ粒子の水和水が外れ、高粘度化が生じたり、分散性が低下したりする傾向が有る。工程(C)の反応温度は、通常、0℃~100℃であり、好ましくは、10℃~50℃であり、より好ましくは、15℃~40℃である。 In step (C), heating can improve the loading efficiency. Higher heating temperatures tend to remove the hydration water from the titania nanoparticles, resulting in increased viscosity and reduced dispersibility. The reaction temperature in step (C) is typically 0°C to 100°C, preferably 10°C to 50°C, and more preferably 15°C to 40°C.
(2-1)工程(A)
工程(A)では、チタンを含む物質、有機酸及び水を混合して水分散液を得る。
(2-1) Process (A)
In step (A), a titanium-containing substance, an organic acid, and water are mixed to obtain an aqueous dispersion.
使用するチタンを含む物質としては、加熱により酸化チタンとなる物質であれば特に制限はない。つまり、チタンを含む物質としては、好ましくは、酸化チタン及び/又は酸化チタン前駆体である。チタンを含む物質としては、好ましくは、具体的には、酸化チタン;水酸化チタン;チタンアルコキシド;三塩化チタン、四塩化チタン等のハロゲン化チタン(特に塩基で中和したもの);金属チタン等が挙げられる。これらのチタンを含む物質は単独で用いる事も出来、2種以上を組合せて用いる事も出来る。 There are no particular restrictions on the titanium-containing substance used, as long as it becomes titanium oxide when heated. That is, the titanium-containing substance is preferably titanium oxide and/or a titanium oxide precursor. Specific examples of titanium-containing substances include titanium oxide; titanium hydroxide; titanium alkoxides; titanium halides such as titanium trichloride and titanium tetrachloride (especially those neutralized with a base); and metallic titanium. These titanium-containing substances can be used alone or in combination of two or more.
これらチタンを含む物質の中でも、得られるチタニアの分散性、塗布性及び可視光触媒性の観点から、好ましくは、チタンアルコキシド、水酸化チタン又はハロゲン化チタン(特に塩基で中和したもの)であり、更に、純度、分散性、塗布性、透明性及び可視光触媒性の観点から、より好ましくは、チタンアルコキシドである。 Among these titanium-containing substances, titanium alkoxide, titanium hydroxide, or titanium halide (especially those neutralized with a base) is preferred from the viewpoints of the dispersibility, coatability, and visible light photocatalytic properties of the resulting titania, and titanium alkoxide is even more preferred from the viewpoints of purity, dispersibility, coatability, transparency, and visible light photocatalytic properties.
チタンアルコキシドとしては、好ましくは、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラn-ブトキシド、チタンテトラn-プロポキシド、チタンテトラエトキシド等が挙げられ、更に、コスト、副生成物の水溶性、塗布性及び可視光触媒性の観点から、より好ましくは、チタンテトライソプロポキシドである。 Preferred examples of titanium alkoxides include titanium tetraisopropoxide, titanium tetra n-butoxide, titanium tetra n-propoxide, and titanium tetraethoxide. Furthermore, from the viewpoints of cost, water solubility of by-products, coatability, and visible light catalytic properties, titanium tetraisopropoxide is more preferred.
チタンアルコキシドと有機酸との組合せによっては、得られるチタニアを触媒として水に溶けにくいエステル化合物が遊離する傾向が有るが、チタニア自身には問題はない。例えば、チタンテトラn-ブトキシドと酢酸の組合せにおいて、混合し加熱した段階で酢酸ブチルが生じ遊離する傾向が有る。 Depending on the combination of titanium alkoxide and organic acid, the resulting titania tends to act as a catalyst to liberate ester compounds that are poorly soluble in water, but this does not pose a problem for the titania itself. For example, when titanium tetra-n-butoxide and acetic acid are combined, butyl acetate tends to be produced and liberated when mixed and heated.
均一な分散液を得る観点からは、好ましくは、水溶性に優れる有機酸アルコキシドが得られる有機酸とチタンアルコキシドとの組合せを採用する。 From the perspective of obtaining a uniform dispersion, it is preferable to use a combination of an organic acid and a titanium alkoxide that produces an organic acid alkoxide with excellent water solubility.
ハロゲン化チタン(四塩化チタン、三塩化チタン等)については、不純物(ハロゲン)、量産時の反応器の腐食、結晶性制御、塗布性、透明性及び可視光触媒性の観点から、好ましくは、ハロゲン化チタンを塩基で中和し、沈殿物の洗浄を行ってから用いる。その場合、得られるチタニアの分散性の観点から、好ましくは、その洗浄を行ったハロゲン化チタンを、乾燥を行わずに用いる。 When using titanium halides (titanium tetrachloride, titanium trichloride, etc.), from the viewpoints of impurities (halogens), corrosion of the reactor during mass production, crystallinity control, coatability, transparency, and visible light catalytic properties, it is preferable to neutralize the titanium halide with a base and wash the precipitate before use. In this case, from the viewpoint of the dispersibility of the resulting titania, it is preferable to use the washed titanium halide without drying it.
チタンを含む物質として、酸化チタン、金属チタン等の固体を用いる場合は、平均粒子径は、好ましくは、10nm以下であり、より好ましくは、6nm以下である。チタンを含む物質の平均粒子径は、下限値は特に設定されないが、通常1nm程度である。酸化チタン、金属チタン等の固体の平均粒子径は、電子顕微鏡(TEM)観察により測定する。チタンを含む物質の粒径が大きい場合、遊星ボールミル、ペイントシェーカー等を用いて、乾式又は湿式で粉砕して用いる事が出来る。 When using a solid such as titanium oxide or metallic titanium as the titanium-containing substance, the average particle size is preferably 10 nm or less, and more preferably 6 nm or less. There is no specific lower limit for the average particle size of the titanium-containing substance, but it is usually around 1 nm. The average particle size of solids such as titanium oxide or metallic titanium is measured by observation with a transmission electron microscope (TEM). If the particle size of the titanium-containing substance is large, it can be ground using a planetary ball mill, paint shaker, or similar device, either dry or wet.
工程(A)で生成する分散液中のチタンを含む物質の濃度は、生産性、反応液の粘度、塗布性、透明性及び可視光触媒性の観点から、好ましくは、0.01mol/L~5mol/Lであり、より好ましくは、0.05mol/L~3mol/Lである。 The concentration of the titanium-containing substance in the dispersion produced in step (A) is preferably 0.01 mol/L to 5 mol/L, more preferably 0.05 mol/L to 3 mol/L, from the viewpoints of productivity, viscosity of the reaction liquid, coatability, transparency, and visible light catalytic properties.
反応に使用する酸は、有機酸であり、好ましくは、揮発性の有る酸であり、具体的には、より好ましくは、酢酸である。反応に使用する酸は、例えば、酢酸に、ギ酸、乳酸、酪酸、ヒドロキシ酪酸等を併用しても良い。 The acid used in the reaction is an organic acid, preferably a volatile acid, and more preferably acetic acid. For example, acetic acid may be used in combination with formic acid, lactic acid, butyric acid, hydroxybutyric acid, etc.
有機酸の使用量は、分散性、塗布性、透明性、可視光触媒性及びコストの観点から、チタンを含む物質中のチタン1モルに対して、アセトキシ基のモル数が、好ましくは、1モル以上であり、より好ましくは、1.5モル以上と成る様に調整する。有機酸を多く用いる程、経時安定性、塗布性、透明性等を向上させ易い。有機酸の使用量の上限値は、特に制限されない。有機酸の使用量の上限値は、チタンを含む物質中のチタン1モルに対して、アセトキシ基のモル数が、好ましくは、10モル以下と成る様に調整する。 From the standpoints of dispersibility, coatability, transparency, visible light catalytic properties, and cost, the amount of organic acid used is adjusted so that the number of moles of acetoxy groups per mole of titanium in the titanium-containing substance is preferably 1 mole or more, and more preferably 1.5 moles or more. The more organic acid used, the easier it is to improve stability over time, coatability, transparency, etc. There is no particular upper limit to the amount of organic acid used. The upper limit of the amount of organic acid used is adjusted so that the number of moles of acetoxy groups per mole of titanium in the titanium-containing substance is preferably 10 moles or less.
工程(A)で得られる分散液中の有機酸(酢酸等)の濃度は、分散性、塗布性、透明性、可視光触媒性及びコストの観点から、好ましくは、0.02mol/L~10mol/Lであり、より好ましくは、0.1mol/L~7mol/Lである。 From the viewpoints of dispersibility, coatability, transparency, visible light catalytic properties, and cost, the concentration of the organic acid (such as acetic acid) in the dispersion obtained in step (A) is preferably 0.02 mol/L to 10 mol/L, and more preferably 0.1 mol/L to 7 mol/L.
本発明では、工程(A)の水分散液は、好ましくは、水を50質量%以上含む。反応溶媒としては、好ましくは、水等の水性溶媒を主成分として用いる。反応溶媒としては、水等の水性溶媒を、具体的には、例えば、50質量%以上として用いる。反応溶媒としては、反応時にアルコール又はエステルを含んでいても良い。 In the present invention, the aqueous dispersion in step (A) preferably contains 50% by mass or more of water. The reaction solvent preferably uses an aqueous solvent such as water as the main component. Specifically, the reaction solvent uses an aqueous solvent such as water in an amount of, for example, 50% by mass or more. The reaction solvent may contain an alcohol or ester during the reaction.
例えば、チタンテトライソプロポキシドを原料として用いた場合、有機酸との反応に依りイソプロピルアルコールが生じる。また、加熱により有機酸のイソプロピルエステルが生じる事も有る。 For example, when titanium tetraisopropoxide is used as a raw material, it reacts with organic acids to produce isopropyl alcohol. Heating can also produce isopropyl esters of organic acids.
工程(A)により得られる分散液中には、アルコール又はエステルを投入しても良いし、反応系中で発生していても良い。このアルコール又はエステルについては、100℃以下の開放系における加熱に依り除去しても良いし、減圧に依り除去しても良いし、反応液中に残留していても良い。 An alcohol or ester may be added to the dispersion obtained in step (A), or may be generated in the reaction system. This alcohol or ester may be removed by heating in an open system at 100°C or below, by reducing the pressure, or may remain in the reaction solution.
分散液中にアルコールが含まれる場合には、得られるチタニアナノ粒子及び本発明の銀担持チタニアナノ粒子の平均粒子径が小さくなる傾向に有り、平均粒子径を制御する為に、意図的にアルコールを添加しても良い。 If alcohol is contained in the dispersion, the average particle size of the resulting titania nanoparticles and the silver-supported titania nanoparticles of the present invention tends to be smaller, so alcohol may be intentionally added to control the average particle size.
本発明では、一般に、チタニアナノ粒子の水熱合成反応に用いる事が多い硝酸、塩酸、硫酸等の無機酸(特に無機強酸)は、得られるチタニアナノ粒子の結晶形がアナターゼ型の他に、ブルッカイト型も混在するだけでなく、得られる分散液の貯蔵安定性、装置の腐食、不純物、排水等の観点からも、原則用いないことが好ましい。 In the present invention, it is generally preferable not to use inorganic acids (especially strong inorganic acids) such as nitric acid, hydrochloric acid, and sulfuric acid, which are often used in the hydrothermal synthesis reaction of titania nanoparticles. This is because the crystal forms of the resulting titania nanoparticles are a mixture of anatase and brookite, and also because of the storage stability of the resulting dispersion, corrosion of the equipment, impurities, wastewater, etc.
本発明では、原料の分散性、透明性、均一性等を高め取扱いを容易にする場合には、効果を損なわない範囲で、無機酸を、例えば、0.01mol/L以下の範囲で補助的に使用する事も出来る。この場合、工程(A)で得られる分散液中のN、Cl及びS元素の濃度がいずれも0.01mol/L以下となる。 In the present invention, to improve the dispersibility, transparency, uniformity, etc. of the raw materials and make them easier to handle, an inorganic acid can be used supplementarily, for example, in a range of 0.01 mol/L or less, as long as the effect is not impaired. In this case, the concentrations of N, Cl, and S elements in the dispersion obtained in step (A) will all be 0.01 mol/L or less.
工程(A)で得られる水分散液のpHは、装置の腐食や取扱いの安全性、分散性等の観点から、好ましくは、2以上、6未満である。水分散液のpHは、より好ましくは、2以上、5以下であり、更に好ましくは、2.1以上、5以下である。 The pH of the aqueous dispersion obtained in step (A) is preferably 2 or more and less than 6, from the viewpoints of equipment corrosion, handling safety, dispersibility, etc. The pH of the aqueous dispersion is more preferably 2 or more and 5 or less, and even more preferably 2.1 or more and 5 or less.
工程(A)において、水分散液の作製方法は、特に制限は無い。工程(A)の水分散液の作製方法は、チタンを含む物質、有機酸及び水(溶媒)を同時に混合しても良いし、逐次混合してもよい。工程(A)の水分散液の作製方法は、例えば、量産スケールにおいては、凝集して大きな塊を形成し難く、攪拌を継続し易い観点から、好ましくは、有機酸及び水(溶媒)を混合した後に、攪拌しながらチタンを含む物質を投入する。工程(A)の水分散液の作製方法は、例えば、ラボスケールにおいては、好ましくは、チタンを含む物質及び有機酸を混合した後に、攪拌しながら水を投入する。 In step (A), the method for preparing the aqueous dispersion is not particularly limited. In the method for preparing the aqueous dispersion in step (A), the titanium-containing substance, organic acid, and water (solvent) may be mixed simultaneously or sequentially. In the method for preparing the aqueous dispersion in step (A), for example, on a mass production scale, from the viewpoints of preventing aggregation and forming large lumps and facilitating continuous stirring, it is preferable to mix the organic acid and water (solvent) first, and then add the titanium-containing substance while stirring. In the method for preparing the aqueous dispersion in step (A), for example, on a laboratory scale, it is preferable to mix the titanium-containing substance and organic acid first, and then add water while stirring.
(2-2)工程(B)
工程(B)では、工程(A)で得られた水分散液を、80℃より高い温度で、好ましくは、1時間以上加熱する。
(2-2) Process (B)
In step (B), the aqueous dispersion obtained in step (A) is heated at a temperature higher than 80° C., preferably for 1 hour or longer.
工程(B)は、常圧下に行っても良いし、密閉容器内で加圧下に行っても良い。工程(B)は、チタニアナノ粒子及び本発明の金属ナノ粒子担持チタニアナノ粒子の平均粒子径を小さくする観点から、好ましくは、常圧下に行い、具体的には、0.09MPa~0.11MPaの条件で行う。なお、工程(B)は、加圧下に行う場合では、可視光触媒活性が高く、且つ透明性の高い膜が形成し易い観点から、好ましくは、0.2MPa以下、より好ましくは、0.11MPa~0.2MPaにおいて、短時間(例えば5~30分程度)の反応を行う。 Step (B) may be carried out under normal pressure or under pressure in a sealed container. From the viewpoint of reducing the average particle size of the titania nanoparticles and the metal nanoparticle-supported titania nanoparticles of the present invention, step (B) is preferably carried out under normal pressure, specifically, under conditions of 0.09 MPa to 0.11 MPa. When step (B) is carried out under pressure, the reaction is preferably carried out for a short period of time (e.g., about 5 to 30 minutes) at a pressure of 0.2 MPa or less, more preferably 0.11 MPa to 0.2 MPa, from the viewpoint of easily forming a film with high visible light catalytic activity and high transparency.
工程(B)の加熱の際には、チタンを含む物質と有機酸(酢酸等)と水とを十分に反応させる観点から、好ましくは、撹拌して行う。攪拌の方法は、特に制限は無く、常法に従う事が出来る。 When heating in step (B), stirring is preferably performed to ensure sufficient reaction between the titanium-containing substance, organic acid (acetic acid, etc.), and water. There are no particular restrictions on the stirring method, and conventional methods can be used.
攪拌時間(反応時間)は、チタンを含む物質と有機酸(酢酸等)と水とを十分に反応させる観点から、好ましくは、1時間以上であり、より好ましくは、1.5時間以上である。攪拌時間の上限値は、特に制限されないが、通常240時間である。 The stirring time (reaction time) is preferably at least 1 hour, more preferably at least 1.5 hours, from the viewpoint of allowing the titanium-containing substance, organic acid (acetic acid, etc.), and water to react sufficiently. There is no particular upper limit to the stirring time, but it is usually 240 hours.
工程(B)の加熱は、80℃より高い温度で行い、好ましくは、82℃以上の温度で行う。加熱温度を80℃より高い温度に設定する事に依り、得られる金属担持チタニアナノ粒子の結晶化及び表面の官能基反応が完結し、反応液の経時安定性にも優れる。一方、加熱温度が80℃以下では、クラックが発生し易く、塗布性に劣り、直ぐに脱落する事から、塗膜を形成する事が困難と成る。なお、加熱温度の上限値は、特に制限は無く、常圧で反応する場合は、通常120℃である。 The heating in step (B) is carried out at a temperature above 80°C, preferably at a temperature of 82°C or higher. Setting the heating temperature above 80°C completes the crystallization of the resulting metal-supported titania nanoparticles and the surface functional group reaction, and the reaction solution also has excellent stability over time. On the other hand, if the heating temperature is below 80°C, cracks are likely to occur, the coating properties are poor, and the nanoparticles fall off easily, making it difficult to form a coating film. There is no particular upper limit to the heating temperature, and when the reaction is carried out at normal pressure, it is usually 120°C.
工程(B)で得られる水分散液のpHは、装置の腐食防止、装置の取扱いの安全性、水分散液の分散性等の観点から、好ましくは、2以上、6未満である。水分散液のpHは、より好ましくは、2以上、5以下であり、更に好ましくは、2.1以上、5以下である。 The pH of the aqueous dispersion obtained in step (B) is preferably 2 or more and less than 6, from the viewpoints of preventing corrosion of the equipment, ensuring safety in handling the equipment, and dispersibility of the aqueous dispersion. The pH of the aqueous dispersion is more preferably 2 or more and 5 or less, and even more preferably 2.1 or more and 5 or less.
(2-3)工程(C)
工程(C)では、工程(B)で得られた水分散液と、銀(金属銀、銀粒子)とを、紫外光若しくは可視光存在下で混合する。
(2-3) Process (C)
In step (C), the aqueous dispersion obtained in step (B) is mixed with silver (metallic silver, silver particles) in the presence of ultraviolet light or visible light.
工程(C)では、銀は、好ましくは、粒径が1μm以上、1mm以下の銀粒子である。銀の粒子を使用する場合、粒径は、コストの観点から、好ましくは、1μm~1mmである。 In step (C), the silver is preferably silver particles having a particle size of 1 μm or more and 1 mm or less. When silver particles are used, the particle size is preferably 1 μm to 1 mm from the viewpoint of cost.
工程(C)で得られる水分散液のpHは、装置の腐食防止の観点から、好ましくは、1以上、4以下である。 The pH of the aqueous dispersion obtained in step (C) is preferably 1 or more and 4 or less, from the viewpoint of preventing corrosion of the equipment.
工程(C)の反応が進むと、反応液は、粒径が小さい銀ナノ粒子を示す黄色に着色する。 As the reaction in step (C) progresses, the reaction solution turns yellow, indicating the presence of small silver nanoparticles.
工程(C)の後、チタニアナノ粒子に銀が担持されており、チタニアナノ粒子は、表面に存在する少なくとも一部のチタン原子にアセトキシ基が結合しており、示差熱熱重量同時測定装置によって600℃まで昇温させた場合の200℃以上における質量減少が5質量%以上のものである、チタニアナノ粒子を得る事が出来る。 After step (C), titania nanoparticles can be obtained in which silver is supported on the titania nanoparticles, acetoxy groups are bonded to at least some of the titanium atoms present on the surface of the titania nanoparticles, and when heated to 600°C using a thermogravimetric and differential thermal analyzer, the mass loss at 200°C or higher is 5% by mass or more.
本発明の金属担持チタニアナノ粒子(銀が担持しているチタニアナノ粒子)では、チタニアナノ粒子に担持された銀(金属銀、銀粒子)の粒径は、好ましくは、20nm以下である。チタニアナノ粒子に担持された銀の粒径が前記範囲に収まる事に依り、金属担持チタニアナノ粒子は透明性を有し、経時安定性が高。また、チタニアナノ粒子に担持された銀の粒径が極めて小さい事に依り、優れた抗菌性を発揮する。 In the metal-loaded titania nanoparticles (titania nanoparticles loaded with silver) of the present invention, the particle size of the silver (metallic silver, silver particles) loaded on the titania nanoparticles is preferably 20 nm or less. Because the particle size of the silver loaded on the titania nanoparticles falls within this range, the metal-loaded titania nanoparticles have transparency and high stability over time. Furthermore, because the particle size of the silver loaded on the titania nanoparticles is extremely small, they exhibit excellent antibacterial properties.
2.銀ナノ粒子担持チタニアナノ粒子分散液
本発明の金属担持チタニアナノ粒子分散液(特に光触媒分散液、更には可視光応答型光触媒分散液)は、上記工程(A)と、工程(B)と、工程(C)とを経た反応液を用い、必要に応じて超音波分散等の分散工程を加える事に依り、更に均一な分散液を作製出来る。
2. Silver nanoparticle-supported titania nanoparticle dispersion The metal-supported titania nanoparticle dispersion of the present invention (particularly a photocatalyst dispersion, and further a visible light responsive photocatalyst dispersion) can be made even more uniform by using the reaction liquid that has undergone the above steps (A), (B), and (C), and adding a dispersion step such as ultrasonic dispersion as necessary.
本発明では、工程(C)の前に、金属担持チタニアナノ粒子分散液の分散が十分に行われており、強い分散、分散剤の添加等は必ずしも必要では無なく、透明性の有る金属担持チタニアナノ粒子分散液が得る事が出来る。 In the present invention, the metal-loaded titania nanoparticle dispersion is sufficiently dispersed prior to step (C), so strong dispersion or the addition of a dispersant is not necessarily required, and a transparent metal-loaded titania nanoparticle dispersion can be obtained.
本発明の金属担持チタニアナノ粒子分散液は、分散性が良い結果、コーティングの耐クラック性に優れる。本発明の金属担持チタニアナノ粒子分散液は、分散剤を加えなくてもよい結果、緻密なチタニアのコーティングが可能に成り、塗布性及び透明性に優れる上に、可視光触媒活性にも優れる。 The metal-supported titania nanoparticle dispersion of the present invention has good dispersibility, resulting in excellent crack resistance of the coating. The metal-supported titania nanoparticle dispersion of the present invention does not require the addition of a dispersant, making it possible to produce a dense titania coating, and it has excellent coatability and transparency, as well as excellent visible light catalytic activity.
工程(C)の後で、金属担持チタニアナノ粒子分散液の濡れ性を高めコーティングし易くする目的と、銀の安定性を高める目的で、有機溶媒を加えても良い。 After step (C), an organic solvent may be added to increase the wettability of the metal-loaded titania nanoparticle dispersion, making it easier to coat, and to increase the stability of the silver.
分散液に使用する有機溶媒としては、好ましくは、アルコール、エーテル、ケトン等が挙げられる。有機溶媒は、チタニアとの親和性の観点から、より好ましくは、炭素数が4以下のアルコール類である。 Preferably, the organic solvent used in the dispersion liquid is an alcohol, ether, ketone, or the like. From the viewpoint of affinity with titania, the organic solvent is more preferably an alcohol having four or fewer carbon atoms.
アルコールとしては、好ましくは、例えば、メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール、イソブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール等の一価アルコール;エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール等が挙げられる。 Preferred examples of alcohols include monohydric alcohols such as methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, isobutyl alcohol, sec-butyl alcohol, and tert-butyl alcohol; and polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, and glycerin.
エーテルとしては、好ましくは、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、3-メトキシ-1,2-プロパンジオール、1,3-ジメトキシ-2-プロパノール、トリメトキシメタン等が挙げられる。 Preferred examples of ethers include ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, 3-methoxy-1,2-propanediol, 1,3-dimethoxy-2-propanol, and trimethoxymethane.
ケトンとしては、好ましくは、例えば、アセチルアセトン等が挙げられる。 Preferably, the ketone includes, for example, acetylacetone.
これらの有機溶媒は、単独で用いる事も出来、2種以上を組合せて用いる事も出来る。 These organic solvents can be used alone or in combination of two or more.
分散液に使用する有機溶媒の中でも、より好ましくは、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、2-ブタノール、tert-ブチルアルコール等である。 Among the organic solvents used in the dispersion, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 2-butanol, tert-butyl alcohol, etc. are more preferred.
本発明のコーティング液を塗布する際の安全性、及びチタニアとの親和性の観点では、分散液に使用する有機溶媒は、好ましくは、少なくとも、エタノール、2-プロパノール、1-プロパノール等を含む。本発明では、有機溶媒の総量を100質量%として、エタノール、2-プロパノール、1-プロパノールの和が、好ましくは、50質量%~100質量%であり、より好ましくは、60質量%~100質量%である。 From the perspective of safety when applying the coating liquid of the present invention and affinity with titania, the organic solvent used in the dispersion preferably contains at least ethanol, 2-propanol, 1-propanol, etc. In the present invention, the sum of ethanol, 2-propanol, and 1-propanol is preferably 50% to 100% by mass, and more preferably 60% to 100% by mass, with the total amount of organic solvents being 100% by mass.
本発明の銀担持チタニアナノ粒子分散液は、用途に応じて粘度を調整し、塗料とする事が出来る。銀担持チタニアナノ粒子分散液の塗布に、スピンコート、ディップコート、スプレー等に用いる場合は、銀担持チタニアナノ粒子分散液は、低粘度である事が好ましい。銀担持チタニアナノ粒子分散液の塗布に、刷毛塗り、スキージ法等に用いる場合は、銀担持チタニアナノ粒子分散液は、それより粘度を高く調整する事が好ましい。銀担持チタニアナノ粒子分散液の塗布に、スクリーン印刷に用いる場合は、銀担持チタニアナノ粒子分散液は、更に粘度を高く調製し、流動性を抑制する事が好ましい。この様にして得られる本発明の塗膜は、緻密なコーティングである。 The viscosity of the silver-supported titania nanoparticle dispersion of the present invention can be adjusted depending on the application, and it can be made into a paint. When applying the silver-supported titania nanoparticle dispersion by spin coating, dip coating, spraying, etc., the silver-supported titania nanoparticle dispersion is preferably low in viscosity. When applying the silver-supported titania nanoparticle dispersion by brush coating, squeegeeing, etc., it is preferable to adjust the viscosity of the silver-supported titania nanoparticle dispersion to be higher. When applying the silver-supported titania nanoparticle dispersion by screen printing, it is preferable to adjust the viscosity of the silver-supported titania nanoparticle dispersion to be even higher to suppress fluidity. The coating film of the present invention obtained in this way is a dense coating.
この様にして得られる本発明の塗膜を備える塗装製品としては、特に制限されない。本発明の塗装製品としては、例えば、建材、建物外装、建物内装、窓枠、窓ガラス、各種レンズ、構造部材、住宅等建築設備、調理器具、繊維製品、家具、ディスプレイ、ディスプレイ保護フィルム、水回り部材、車両用照明灯のカバー及び窓ガラス、機械装置又は物品の外装、防塵カバー及び塗装、表示機器、そのカバー、交通標識、各種表示装置、広告塔等の表示物、道路用及び鉄道用等の遮音壁、橋梁、ガードレールの外装及び塗装、トンネル内装及び塗装、碍子、太陽電池カバー、太陽熱温水器集熱カバー等外部で用いられる電子、電気機器の外装部、特に透明部材、ビニールハウス、温室等の外装等が挙げられる。 Coated products bearing the coating film of the present invention obtained in this manner are not particularly limited. Examples of coated products of the present invention include building materials, building exteriors, building interiors, window frames, window glass, various lenses, structural members, building equipment such as housing, cooking utensils, textile products, furniture, displays, display protective films, plumbing components, vehicle light covers and window glass, exteriors of machinery or goods, dust covers and coatings, display devices and their covers, traffic signs, various display devices, signs such as billboards, sound insulation walls for roads and railways, exteriors and coatings of bridges and guardrails, interiors and coatings of tunnels, insulators, solar cell covers, solar hot water heater heat collector covers, and exterior parts of electronic and electrical equipment used outdoors, particularly transparent members, exteriors of vinyl greenhouses, greenhouses, etc.
実施例に基づいて、本発明を具体的に説明する。 The present invention will be specifically explained based on examples.
本発明は、これらのみに限定されるものではない。 The present invention is not limited to these.
[実施例1]
チタンテトライソプロポキシド142.1g(0.5mol)に、酢酸120g(2mol)を加え、60分撹拌し、水を538g加えた。この分散液は、チタンテトライソプロポキシドの濃度が0.625mol/Lであり、酢酸の濃度が2.5mol/Lであり、pHが2.2であった。
[Example 1]
To 142.1 g (0.5 mol) of titanium tetraisopropoxide, 120 g (2 mol) of acetic acid was added, and the mixture was stirred for 60 minutes, followed by the addition of 538 g of water. The resulting dispersion had a titanium tetraisopropoxide concentration of 0.625 mol/L, an acetic acid concentration of 2.5 mol/L, and a pH of 2.2.
この分散液では、半透明の沈殿が大量に発生したが、60分間撹拌した後に、加熱を行ったところ、70℃で沈殿が全て溶解した。なお、この分散液において、無機酸の濃度、N、Cl及びS元素の濃度は、いずれも0mol/Lであった。 A large amount of translucent precipitate formed in this dispersion, but after stirring for 60 minutes and heating, the precipitate completely dissolved at 70°C. In addition, the concentrations of inorganic acid, N, Cl, and S elements in this dispersion were all 0 mol/L.
その後、常圧(0.10MPa)で、99℃で3時間撹拌したところ、有機分散剤を使うこと無く半透明の均一なチタニア分散液が得られた。 The mixture was then stirred at normal pressure (0.10 MPa) and 99°C for 3 hours, resulting in a translucent, uniform titania dispersion without the use of an organic dispersant.
この分散液に超音波分散を加えたところ、粘度が低減され、透明性が増した。この分散液のpHは2.2であった。 When this dispersion was subjected to ultrasonic dispersion, the viscosity was reduced and transparency increased. The pH of this dispersion was 2.2.
この分散液を乾燥し、チタニアナノ粒子を得た。このチタニアナノ粒子について、BET比表面積を測定したところ、BET比表面積は256m2/gであった。また、TEM観察を行ったところ、平均粒子径は約3nmであった。また、得られたチタニアナノ粒子について、X線回折で結晶性を解析したところ、アナターゼ型100%であり、他の結晶形は存在しなかった。 This dispersion was dried to obtain titania nanoparticles. The BET specific surface area of these titania nanoparticles was measured and found to be 256 m 2 /g. TEM observation revealed that the average particle diameter was approximately 3 nm. X-ray diffraction analysis of the resulting titania nanoparticles revealed that they were 100% anatase, with no other crystal forms present.
この分散液を、水分計を用いて、200℃で保持し、質量減少がなくなるまで乾燥したチタニアナノ粒子のTG-DTAを、空気雰囲気下3℃/分の昇温条件で600℃まで昇温させて測定したところ、200℃以上での質量減少は13質量%であった。この200℃以上での質量減少は、有機酸である酢酸の脱離に起因する。遊離した酢酸は、200℃以下で殆ど揮発する事から、200℃以上における質量減少が13質量%である事は、チタニアナノ粒子表面にアシルオキシ基である大量のアセチル基が-OCOCH3の形でチタン原子と結合している事を示唆している。 This dispersion was held at 200°C using a moisture meter and dried until no mass loss was observed. TG-DTA of the titania nanoparticles was measured by increasing the temperature to 600°C at a rate of 3°C/min in an air atmosphere. The mass loss above 200°C was 13% by mass. This mass loss above 200°C is due to the elimination of acetic acid, an organic acid. Since the liberated acetic acid almost completely volatilizes below 200°C, the mass loss of 13% by mass above 200°C suggests that a large number of acetyl groups, which are acyloxy groups, are bonded to titanium atoms in the form of -OCOCH3 on the surface of the titania nanoparticles.
空気雰囲気下において、この分散液50g(チタニア5.0質量%)に等量の水を加え、2.5質量%の分散液を100g作製した。 In an air atmosphere, an equal amount of water was added to 50 g of this dispersion (5.0% titania by mass) to prepare 100 g of a 2.5% titania dispersion.
この分散液に対して、銀粒子(50μm)0.125gを加え、室内で撹拌した。紫外光は照射せず、室内光(約1000lx)のみで、チタニアナノ粒子に銀粒子を担持させる反応を行った。3時間後、分散液は、黄色味を帯びてチタニアナノ粒子に銀ナノ粒子が担持されていることが分かった。 0.125 g of silver particles (50 μm) was added to this dispersion and stirred indoors. The reaction to support the silver particles on the titania nanoparticles was carried out using only indoor light (approximately 1000 lx) without irradiation with ultraviolet light. After 3 hours, the dispersion had taken on a yellowish tinge, indicating that the silver nanoparticles had been supported on the titania nanoparticles.
銀ナノ粒子が担持しているチタニアナノ粒子を80℃減圧下で乾燥し、得られた粉末をXRD(X線回折)で分析したところ、2θ=44-45°及び64-65°にピークが見られ、金属Agが生成している事が分かった。また、半定量分析に依り、TiO2に対してAgは約0.2質量%担持されている事が分かった。 The titania nanoparticles carrying silver nanoparticles were dried under reduced pressure at 80°C, and the resulting powder was analyzed by XRD (X-ray diffraction). Peaks were observed at 2θ = 44-45° and 64-65°, indicating the formation of metallic Ag. Furthermore, semi-quantitative analysis revealed that approximately 0.2% by mass of Ag was carried on TiO2 .
また、ESCA(X線光電子分光法)分析に依り、Binding Energy(束縛エネルギー):368.1eVであり、金属Agが生じていると推定された(図1)。 In addition, ESCA (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis revealed a binding energy of 368.1 eV, suggesting that metallic Ag was formed (Figure 1).
余剰のAgを除去したところ、分散液は均一であり、3か月後も均一性と透明性を維持していた(図2)。 After removing the excess Ag, the dispersion was found to be homogeneous, and maintained its homogeneity and transparency even after three months (Figure 2).
合成した材料についてTEM観察を行ったところ、Agは一次粒子3nm~7nmであり、凝集した二次粒子であっても精々10nm~20nmであることがわかり、液の色との整合性が見られた(一般的に銀ナノ粒子は30nm以下で黄色であり、粒径が大きくなると赤みが増し、オレンジ色に変化する)(図3、図4)。 TEM observation of the synthesized material revealed that the Ag primary particles were 3-7 nm in size, and even the aggregated secondary particles were at most 10-20 nm in size, consistent with the color of the liquid (silver nanoparticles generally are yellow when they are 30 nm or less, and as the particle size increases, they become redder and turn orange) (Figures 3 and 4).
[比較例1]
銀粒子0.125gに変えて酢酸銀0.193gを使用する事以外は、実施例1と同様に紫外光は照射せず、室内光(約1000lx)のみで反応を行った。
[Comparative Example 1]
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that 0.193 g of silver acetate was used instead of 0.125 g of silver particles, and only under room light (about 1000 lx) without irradiation with ultraviolet light.
比較例1では、その結果、8時間後に薄い青紫色を帯びた金属Agが担持された分散液が得られた。比較例1では、TEM分析の結果、Agは一次粒子40nm~50nmのAgナノ粒子の凝集体の形態であった(図5)。比較例1では、分散液は、反応後均一であったが、1週間後に濁りが見られ、3か月後にわずかに上澄みが見られた。 In Comparative Example 1, a dispersion containing metallic Ag with a pale blue-purple color was obtained after 8 hours. TEM analysis of Comparative Example 1 showed that the Ag was in the form of aggregates of Ag nanoparticles with primary particles of 40 to 50 nm (Figure 5). In Comparative Example 1, the dispersion was uniform after the reaction, but became turbid after one week, and a slight supernatant was observed after three months.
[比較例2]
分散液50g(チタニア5.0質量%)に変えて、市販のチタニア(P25:日本アエロジル製)2.5gと水47.5gとの混合物を用いる事以外は、実施例1と同様に試験を行った。
[Comparative Example 2]
The test was carried out in the same manner as in Example 1, except that a mixture of 2.5 g of commercially available titania (P25: manufactured by Nippon Aerosil) and 47.5 g of water was used instead of 50 g of the dispersion (5.0 mass % titania).
比較例2では、3時間後色に変化はなく、攪拌を60時間まで延長したが変化が起こらなかった。比較例2では、分散液を4時間静置したところ、上澄みと沈殿が見られた。 In Comparative Example 2, there was no change in color after 3 hours, and even when stirring was extended to 60 hours, no change occurred. In Comparative Example 2, when the dispersion was left to stand for 4 hours, a supernatant and precipitate were observed.
[比較例3]
分散液50g(チタニア5.0質量%)に変えて、市販のチタニア(P25:日本アエロジル製)2.5gと酢酸7.5gと水40gとの混合物を用いる事以外は、実施例1と同様に試験を行った。
[Comparative Example 3]
The test was carried out in the same manner as in Example 1, except that a mixture of 2.5 g of commercially available titania (P25: manufactured by Nippon Aerosil), 7.5 g of acetic acid, and 40 g of water was used instead of 50 g of the dispersion (5.0 mass % titania).
比較例3では、3時間後色に変化はなく、攪拌を60時間まで延長したが変化が起こらなかった。比較例3では、分散液を4時間静置したところ、上澄みと沈殿が見られた(図6)。 In Comparative Example 3, there was no change in color after 3 hours, and even when stirring was extended to 60 hours, no change occurred. In Comparative Example 3, when the dispersion was left to stand for 4 hours, a supernatant and precipitate were observed (Figure 6).
本発明のチタニアナノ粒子の製造方法では、安全性が低く変質し易い銀塩を使用せずとも、簡易に均一且つ透明性が高く、保存安定性も良い銀担持酸化チタンナノ粒子分散液を得る事が出来る。 The titania nanoparticle manufacturing method of the present invention makes it possible to easily obtain a uniform, highly transparent, and storage-stable dispersion of silver-loaded titanium oxide nanoparticles without using silver salts, which are unsafe and easily altered.
本発明のチタニアナノ粒子の製造方法に依り得られる銀担持酸化チタンナノ粒子分散液は、基材密着性、及び耐クラック性が高く、これを用いて、透明の高い光触媒塗膜を得る事が出来る。 The silver-loaded titanium oxide nanoparticle dispersion obtained by the titania nanoparticle manufacturing method of the present invention has high substrate adhesion and crack resistance, and can be used to obtain a highly transparent photocatalytic coating film.
Claims (4)
チタニアナノ粒子の水分散液に、粒径が1μm以上、1mm以下の銀粒子を加えて撹拌し、チタニアナノ粒子に銀を担持させる工程を含み、
前記チタニアナノ粒子は、表面に存在する少なくとも一部のチタン原子にアセトキシ基が結合しており、示差熱熱重量同時測定装置によって600℃まで昇温させた場合の200℃以上における質量減少が5質量%以上のものである、
製造方法。 A method for producing titania nanoparticles, comprising:
a step of adding silver particles having a particle size of 1 μm or more and 1 mm or less to an aqueous dispersion of titania nanoparticles and stirring the mixture to support silver on the titania nanoparticles;
The titania nanoparticles have acetoxy groups bonded to at least some of the titanium atoms present on the surface, and when heated to 600°C using a thermogravimetric and differential thermal analyzer, the mass loss at 200°C or higher is 5% by mass or more.
Manufacturing method.
(A)チタンを含む物質、有機酸、及び水を混合して、水分散液を得る工程、
(B)前記工程(A)で得られた水分散液を、80℃より高い温度で、加熱する工程、及び
(C)前記工程(B)の後、前記水分散液に、粒径が1μm以上、1mm以下の銀粒子を混合し、当該銀含有水分散液に対して、可視光若しくは紫外光を照射し、チタンに銀を担持させる工程
を備える、製造方法。 A method for producing titania nanoparticles, comprising:
(A) mixing a titanium-containing substance, an organic acid, and water to obtain an aqueous dispersion;
(B) heating the aqueous dispersion obtained in step (A) at a temperature higher than 80°C; and (C) after step (B), mixing silver particles having a particle size of 1 μm or more and 1 mm or less with the aqueous dispersion and irradiating the silver-containing aqueous dispersion with visible light or ultraviolet light to support silver on titanium.
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