DE112010002196T5

DE112010002196T5 - Titanoxidkristall vom rutil-typ und filter im mittlereninfparotbereich zur verwendung desselben

Info

Publication number: DE112010002196T5
Application number: DE112010002196T
Authority: DE
Inventors: Pei-Xin Zhu; Ren-Hua Jin
Original assignee: Kawamura Institute of Chemical Research; DIC Corp; Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: Kawamura Institute of Chemical Research; DIC Corp
Priority date: 2009-06-01
Filing date: 2010-05-24
Publication date: 2012-06-28
Also published as: JPWO2010140499A1; KR20120022815A; CN102448887A; KR101279492B1; WO2010140499A1; US20120161090A1; JP4704515B2

Abstract

Bereitgestellt wird ein hoch vielseitiges Material für mittlere Infrarotfilter, indem die Absorptionsintensität von Titanoxid im Infrarotbereich präzise kontrolliert wird. Hergestellt wird ein Titanoxidkristall vom Typ eines Rutils gemäß einem Verfahren nach Schritt (I) des Dispergierens oder Auflösens eines Komplexes eines eine Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers und eines Übergangsmetallions in einem wässrigen Medium; Schritt (II) des Erhaltens eines Verbunds einer schichtweisen Polymer/Titan-Struktur, in der der Komplex des die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers und das Übergangsmetallion schichtweise in einem Abstand von 1 bis 3 nm zwischen Titanschichten angeordnet ist, durch Einleitung einer Hydrolysenreaktion zwischen der wässrigen Dispersion oder wässrigen Lösung, die man in Schnitt (I) zubereitet hat, und einer wasserlöslichen Titanverbindung in dem wässrigen Medium; und Schritt (III) der Kalzinierung des Verbunds mit der schichtweisen Struktur in einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 650°C oder höher, um eine Oberfläche des Titanoxidkristalls mit einem Übergangsmetallion, das in der Schichtstruktur eingeschlossen ist, zu dotieren und gleichzeitig Wachstum in eine Kristallphase vom Typ eines Rutils einzuleiten. Das hiermit erhaltene Kristall kann für Filter im mittleren Infrarotbereich verwendet werden.

Description

Technisches Gebiet
Die gegenständliche Erfindung bezieht sich auf ein Titanoxidkristall vom Rutil-Typ, das für Strahlen im mittleren Infrarotbereich wirksam durchlässig ist, auf ein Verfahren zur Herstellung des Titanoxidkristalls vom Rutil-Typ, eine Formmasse für Filter im mittleren Infrarotbereich, die das Titanoxidkristall vom Rutil-Typ verwendet, und auf einen Filter im mittleren Infrarotbereich, der durch das Formen der Formmasse erhalten wird. Allgemeiner Stand der Technik
Infrarotfilter sind Materialien mit industriell weit verbreiteter Anwendung, insbesondere kommen sie bei optischen Geräten (Fotoapparate, Mikroskope, Displays, etc.) zur Anwendung. Es gibt viele Arten von Infrarotfiltern, jedoch handelt es sich bei den meisten um Filter im nahen Infrarotbereich; es gibt nicht so viele Materialien und Filter, die für mittlere Infrarotstrahlen durchlässig sind. Das bedeutet, die Materialien, die man für den Durchgang von Infrarotstrahlen im mittleren Bereich verwenden kann, erhält man mittels Bildung eines mehrlagigen Films auf einem optischen Substrat für Infrarotstrahlen, das sich beispielsweise aus Quartz, Saphir oder Silikon durch Metallablagerung oder etwas Ähnlichem zusammensetzt. Bei solchen Materialien wird die infrarote Durchlässigkeitseigenschaft durch Ausnutzung des Effekts des Interferenzfilms kontrolliert. Jedoch sind die Produktionskosten hoch und damit die Vielseitigkeit der Anpassung schlecht.
Wenn ein Wellenlängenbereich, in dem keine infrarote Absorption stattfindet, durch Verwendung einer Verbindung, die Infrarotstrahlen absorbiert, kontrolliert werden kann, ist ein solches Verfahren wirtschaftlicher in der Anwendung als ein Verfahren, das die Verwendung eines Interferenzfilms vorsieht. Von diesem Standpunkt gesehen ist es an sich bekannt, dass es möglich ist, durch die Verwendung eines Edelmetalloxids mit einer Nanostruktur den Infrarotabsorptionsbereich derart zu regulieren, dass er für Infrarotstrahlen mit bestimmten Wellenlängen durchlässig ist. Beispielsweise werden durch die Verwendung eines nanoporösen Kristalls auf Manganoxidbasis Infrarotstrahlen mit bestimmten Wellenlängen durchgelassen (siehe beispielsweise PTL 1). Jedoch ist ein solches Verfahren, bei dem ein Edelmetall verwendet wird, aufgrund des Materialaufwands mit hohen Produktionskosten belastet, wodurch die Vielseitigkeit der Anwendung als industrielles Verfahren fehlt.
Die natürlichen Rohstoffreserven von Titanoxid sind größer als die natürlichen Vorkommen von Edelmetalloxiden; ferner ist Titanoxid ein billiges Material mit einer breiten industriellen Anwendung, die von Allzweckmaterialien wie Weißpigmenten, Photokatalysatoren und Farbstoffen bis hin zu speziellen Anwendungsbereichen reicht, wie beispielsweise farbsensibilisierten Solarzellen und lichtreaktiven Werkstoffen. Das Titanoxid an sich ist in der Lage, eine gewisse Menge infraroter Strahlen im nahen und fernen Infrarotbereich zu absorbieren. Da die Infrarotabsorption jedoch nicht selektiv ist, ist Titanoxid für Infrarotstrahlen eines breiten Wellenlängenbereichs, der vom nahen bis mittleren Spektralbereich reicht, durchlässig; deshalb besteht keine Wellenlängenselektivität bei der Absorption und Durchlässigkeit. Von daher eignet sich Titanoxid an sich nicht zur Verwendung bei Infrarotfiltern. Es wird davon ausgegangen, dass, sollte ein Verfahren zur präzisen Kontrolle des infraroten Absorptionsbereichs gefunden werden, der dem Titanoxid spezifisch eigen ist, würde sich auch die Vielseitigkeit der Filter insbesondere im mittleren Bereichen signifikant erhöhen lassen.
Literaturliste
Patentliteratur

PTL 1: Japanische Offenlegungsschrift, Veröffentlichungsnr. 2007-238424

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Angesichts der vorstehenden Ausführungen besteht eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung darin, ein Material für Filter im mittleren Infrarotbereich bereitzustellen, das durch die präzise Kontrolle der Absorptionsintensität des Titanoxids in einem Infrarotbereich ein hohes Maß an Vielseitigkeit bietet. Problemlösung
Als Ergebnis intensiver Studien zur Erfüllung der vorstehenden Aufgabe gelangten die Erfinder zu der Erkenntnis, dass ein Dotieren des Titanoxids mit einer spurenweisen Menge eines Übergangsmetallions und das Züchten des dotierten Titanoxids in ein Kristall vom Typ eines Rutils die Absorption im nahen/fernen Infrarotbereich erhöht, wobei es sich um eine dem Titanoxid eigene Eigenschaft handelt, und wodurch es möglich wird, den Durchlässigkeitsbereich mittlerer Infrarotstrahlen signifikant einzuengen, was bedeutet, dass ein solches Material sich als Werkstoff für Infrarotfilter im mittleren Bereich eignet. Damit gelangten die Erfinder zu der gegenständlichen Erfindung.
Die gegenständliche Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung eines Titanoxidkristalls vom Typ eines Rutils vor, das mit einem Übergangsmetallion dotiert ist, wobei das Verfahren aufweist wie folgt:
Einen Schritt (I) des Dispergierens oder Auflösens eines Komplexes (y) eines eine Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und eines Übergangsmetallions in einem wässrigen Medium; einen
Schritt (II) des Erhaltens eines Verbunds einer schichtweisen Polymer/Titan-Struktur, in der der Komplex (y) des die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und das Übergangsmetallion schichtweise in einem Abstand von 1 bis 3 nm zwischen Titanschichten angeordnet ist, durch Mischen der wässrigen Dispersion oder wässrigen Lösung, die man in Schnitt (I) zubereitet hat, mit einer wasserlöslichen Titanverbindung (z) in dem wässrigen Medium bei einer Temperatur von 50°C oder niedriger, um eine Hydrolysenreaktion einzuleiten; und einen
Schritt (III) der Kalzinierung des Verbunds mit der schichtweisen Struktur in einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 650°C oder höher, um eine Oberfläche des Titanoxidkristalls mit einem Übergangsmetallion, das in der Schichtstruktur eingeschlossen ist, zu dotieren und gleichzeitig Wachstum in eine Kristallphase vom Typ eines Rutils einzuleiten. Die gegenständliche Erfindung sieht ferner die Bereitstellung eines Titanoxidkristalls vom Rutil-Typ vor, das eine Durchlässigkeitseigenschaft im Bereich von 5 bis 12 μm eines Infrarotspektrums bietet und dessen volle Breite auf halber Maximalhöhe einer Durchlässigkeitsspitze 2,5 μm oder weniger beträgt.
Die gegenständliche Erfindung sieht ferner ein Pulver für mittlere Infrarotfilter vor, das die Titanoxidkristalle von Rutil-Typ enthält.
Die gegenständliche Erfindung stellt zudem ein Verfahren zur Herstellung einer Formmasse für mittlere Infrarotfilter bereit, wobei das Verfahren aufweist wie folgt:
Einen Schritt (I) des Dispergierens oder Auflösens eines Komplexes (y) eines eine Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und eines Übergangsmetallions in einem wässrigen Medium; einen
Schritt (II) des Erhaltens eines Verbunds einer schichtweisen Polymer/Titan-Struktur, in der der Komplex (y) des die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und das Übergangsmetallion schichtweise in einem Abstand von 1 bis 3 nm zwischen Titanschichten angeordnet ist, durch Mischen der wässrigen Dispersion oder wässrigen Lösung, die man in Schnitt (I) zubereitet hat, mit einer wasserlöslichen Titanverbindung (z) in dem wässrigen Medium bei einer Temperatur von 50°C oder niedriger, um eine Hydrolysenreaktion einzuleiten; und einen
Schritt (III) der Kalzinierung des Verbunds mit der schichtweisen Struktur in einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 650°C oder höher, um eine Oberfläche des Titanoxidkristalls mit einem Übergangsmetallion, das in der Schichtstruktur eingeschlossen ist, zu dotieren und gleichzeitig Wachstum in eine Kristallphase vom Typ eines Rutils einzuleiten; und einen
Schritt (IV) der Dispersion eines Titanoxidkristalls von Rutil-Typ, welches man in Schritt (III) erhalten hat, in einem Polyolefin. Die gegenständliche Erfindung sieht ferner eine Formmasse für Filter im mittleren Infrarotbereich und einen Filter im mittleren Infrarotbereich vor. Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Das Titanoxidkristall vom Rutil-Typ der gegenständlichen Erfindung kann einfach in Pulverform in einer Substanz dispergiert oder einer solchen zugesetzt werden, die keine Infrarotabsorption aufweist; ferner kann es problemlos in einer flüssigen Substanz dispergiert werden. Da das Titanoxidkristall vom Rutil-Typ der gegenständlichen Erfindung infrarote Strahlen einer Wellenlänge im Bereich zwischen 5 und 12 μm wirksam durchlässt, ist es möglich, ein Dispersionsprodukt, das mittels Dispersion des Titanoxidkristalls vom Rutil-Typ erhalten wurde, zweckmäßigerweise als ein Material für mittlere Infrarotfilter zu verwenden.
Da das Herstellungsverfahren der gegenständlichen Erfindung einen Schritt der schichtweisen Anordnung einer Verbindung, die ein Übergangsmetallion enthält, einschließt, welches zur Dotierung zwischen Nanokristallen von Titan mit einem räumlichen Abstand im Nanobereich (ein Schritt zur Erhaltung eines Verbunds mit einer schichtweisen Struktur) zu verwenden ist, vorsieht, ist es möglich, Titanoxid effektiv, einheitlich zu dotieren, wobei das Übergangsmetallion durch die vollständige Durchführung einer Kalzinierung in einer Luftatmosphäre in einem nanoskalierten Raum eingeschlossen wird. Hierbei können anstatt eines einzelnen Atoms mehrere Arten von Atomen gleichzeitig für das Dotieren verwendet werden. Das mittels dieses Verfahrens durchgeführte Dotieren ist vorteilhaft zur Regulierung einer Feinstruktur, und die Wellenlänge, bei der die Infrarotstrahlen durchlässig sind, kann in einem signifikant engen Bereichs kontrolliert werden. Deshalb wird das Material für die beschriebenen Filter im mittleren Infrarotbereich bereitgestellt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Röntgenbeugungsmuster (XRD-Muster) einer Precursorprobe vor der Kalzinierung, die in Beispiel 1 zubereitet wird.
2 zeigt ein Röntgenbeugungsmuster (XRD-Muster) einer Probe, die durch Kalzinierung des Precursors bei 800°C in Beispiel 1 erhalten wurde.
3 zeigt ein Fourier Transform Durchlässigkeitsspektrum (FTIR-Durchlässigkeitsspektrum), das unter Verwendung einer KBr-Platte, die 5 Titanoxid aus Beispiel 1 enthält, gemessen wurde.
4 zeigt FT-IR-Durchlässigkeitsspektren, die unter Verwendung von KBr-Platten, die 1% Titanoxid und 15% Titanoxid aus Beispiel 1 enthalten, gemessen wurden.
5 zeigt ein FTIR-Durchlässigkeitsspektrum aus Beispiel 2.
6 zeigt ein FTIR-Durchlässigkeitsspektrum von mit Eisen dotiertem Titanoxid aus Beispiel 3.
7 zeigt ein FTIR-Durchlässigkeitsspektrum eines aus einem Polyethylen/Titanoxid-Gemisch bestehenden Film aus Beispiel 5.
8 zeigt ein FTIR-Durchlässigkeitsspektrum von Titanoxid, das man im Vergleichsbeispiel 1 erhielt. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Verfahren zur Herstellung eines Titanoxidkristalls vom Rutil-Typ gemäß der gegenständlichen Erfindung ist durch die nachstehend beschriebenen Charakteristiken gekennzeichnet. Ein Verbund einschließlich eines Titannanokristalls und eines Komplexes (y) eines eine Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und ein Übergangsmetallion, wobei das Titannanokristall und der Komplex (y) eine Schichtstruktur bilden mit einem Abstand zwischen den Schichten, der zwischen 1 nm und 3 nm liegt, wird als Precursor verwendet. Durch Kalzinierung des Verbunds wird der Verbund in ein Titanoxidkristall vom Rutil-Typ verwandelt, das mit dem Übergangsmetallion dotiert ist.
Es wird davon ausgegangen, dass Nanostrukturen, wie etwa Nanokristalle und Nanoräume, ein ungeheures Potenzial für die Synthese neuartig funktioneller Materialien haben, wie neue Nanoreaktionsfelder, zusätzlich zu einer Funktion, die von der Struktur an sich bereitgestellt wird. Insbesondere ist es möglich, wenn eine Nanoschichtstruktur gebildet wird, bei der eine zweite Komponentensubstanz zwischen den Schichten eines Halbleiterkristalls eingeschlossen ist, die sich in einer Entfernung im Nanobereich befindet, eine chemische Reaktion zwischen der Oberfläche des Halbleiterkristalls und der Substanz, die zwischen den Schichten vorliegt, mittels verschiedener verarbeitungsverfahren einzuleiten. Damit kann ein schichtweiser Nanoraum ein signifikant vorteilhaftes Nanoreaktionsfeld bilden. Bei der gegenständlichen Erfindung wurde von diesem Standpunkt ausgehend, ein optimaler Prozess mittels eines 2-Schrittverfahrens entwickelt, das die Synthese einer Precursorsubstanz zur Durchführung einer Dotierung in einem Nanoreaktionsfeld und das Kalzinieren der Substanz einschließt.
Der Komplex (y) eines eine Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und ein Übergangsmetallion fungiert als Katalysator einer hydrolytischen Kondensationsreaktion einer wasserlöslichen Titanverbindung (z). Gleichzeitig bildet der Komplex (y) einen Ionenkomplex mit einem Titan-Sol, das mittels der Reaktion erzeugt wurde bei Einleitung der Abscheidung von Titan-Sol. Im Ergebnis wird ein Verbund mit einer Polymermetallkomplex/Titan-Schichtstruktur hergestellt, innerhalb der Polymer und Titan abwechselnd schichtweise angeordnet sind.
Durch Kalzinierung des Polymermetallkomplex/Titan-Verbunds mit einer schichtweisen Struktur leitet das Übergangsmetallion im Komplex (y) des die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und das Übergangsmetallion, wobei der Komplex (y) zwischen den Kristallschichten des Titans vorliegt, eine Dotierungsreaktion auf der Oberfläche eines Titankristalls ein. Im Ergebnis erhält man ein Titanoxidkristall vom Rutil-Typ und damit eine Konvertierung in ein dotiertes Titanoxid, das für Infrarotstrahlen im mittleren IR-Wellenlängenbereich durchlässig ist.
Beim vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren ist es wichtig, eine organische Komponente, die aus dem die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymer (x) abgeleitet ist, zu entfernen. Deshalb ist es notwendig, dass die Kalzinierung in einer Luftatmosphäre durchgeführt wird. Das bedeutet, die Entfernung einer Kohlenstoffkomponente und einer Stickstoffkomponente, die von einer organischen Komponente in Form eines Kohlendioxidgases und Stickstoffoxidgases abgeleitet sind, jeweils mittels Durchführung einer Kalzinierung in einer Luftatmosphäre ist wesentlich.
Zur Erhöhung der Durchlässigkeit bei einer bestimmten Wellenlänge im mittleren Infrarotbereich ist es notwendig, dass das Titanoxidkristall ein Titanoxidkristall vom Rutil-Typ ist. Um dies zu erreichen, muss die Kalzinierungstemperatur bei 650°C oder darüber liegen; im Hinblick auf den Energiekostenaufwand wird bevorzugt eine Temperatur zwischen 650°C und 1200°C verwendet. Zur wirksamen Bildung einer Rutilkristallphase wird bevorzugterweise eine Kalzinierungstemperatur zwischen 750°C und 950°C verwendet.
Die Kalzinierungszeit kann zweckmäßigerweise innerhalb des Bereich von 2 bis 14 Stunden eingestellt werden. Allgemein gilt, Temperaturbereich und Zeit können zweckmäßigerweise im Hinblick auf die Energiekosten und Produktivität durch die Vorbereitung eines Temperaturzunahmeprogramms eingestellt werden.
Der Gehalt des Übergangsmetallions im Titanoxidkristall vom Rutil-Typ liegt bevorzugterweise bei 0,05% bis 5% nach Masse. Der Gehalt kann durch Kontrollieren des Gehalts des Übergangsmetallions im Komplex (y) des die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und des Übergangsmetallions im Zubereitungsstadium des als Precursor dienenden Verbunds eingestellt werden. Das bedeutet, wenn der Gehalt sich erhöht, erhöht sich die Dotiermenge des Übergangsmetallions. Wenn der Gehalt herabgesetzt wird, nimmt die Dotiermenge ab. Durch die gemeinsame Verwendung eines Polymerkomplexes einschließlich eines anderen Übergangsmetallions ist es möglich, Titanoxid mittels mehrerer Arten von Übergangsmetallionen zu dotieren.
Das Titanoxid des Rutil-Typs wird in der Regel in Pulverform erhalten. Durch direktes Mischen des Titanoxidkristalls vom Rutil-Typ mit verschiedenen Verbindungen oder durch Mischen des Titanoxidkristalls vom Rutil-Typ in vorab pulverisierter Form mit verschiedenen Verbindungen ist es möglich, eine Formmasse für Infrarotfilter des mittleren Infrarotbereichs zu erhalten.
Es werden nun die Rohmaterialien, die bei dem Herstellungsverfahren zum Einsatz kommen, beschrieben.
[Polymer (x)]
Das die Aminogruppe enthaltende basische Polymer (x), das bei der gegenständlichen Erfindung eingesetzt wird, unterliegt keinen besonderen Begrenzungen, wobei typische wasserlösliche Polyamine verwendet werden können.
Beispiele eines synthetischen Polyamins, das als Polymer (x) verwendet wird, sind unter anderem synthetische Polyamine mit einer Aminogruppe in der Seitenkette oder in der Hauptkette, wie etwa Polyvinylamin, Polyallylamin, Polyethylenimin (verzweigt oder geradkettig), Polypropylenimin, Poly(4-vinylpyridin), Poly(aminoethyl methacrylat) und Poly[4-(N,N-dimethylaminomethylstyrol)]. Unter diesen wird Polyethylenimin besonders bevorzugt, denn es ist allgemein erhältlich und problemlos in der Lage, mit einem Titanoxid-Sol eine Schichtstruktur zu bilden.
Beispiele eines biogenen Polyamins sind unter anderem Chitin, Chitosan, Spermidin, Bis(3-aminopropyl)amin, Homospermidin und Spermin. Zu den Beispielen für ein biogenes Polymer mit einer großen Anzahl basischer Aminosäurerückstände gehören biogene Polyamine, beispielsweise synthetische Polypeptide, wie etwa Polylysin, Polyhistidin und Polyarginin.
Das Polymer (x) kann ein modifiziertes Polyamin sein, das man durch Binden einiger der Aminogruppen in einem Polyamin an ein Nicht-Amin-Polymerskelett erhält oder ein Copolymer eines Polyaminskeletts und eines Nicht-Amin-Polymerskeletts. Das modifizierte Polyamin und das Copolymer können einfach hergestellt werden, indem man die Aminogruppe des die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) dazu veranlasst, mit einer Verbindung, die eine einfach mit einem Amin reaktionsfähige funktionelle Gruppe aufweist, zu reagieren, wie etwa eine Epoxygruppe, ein Halogen, eine Tosylgruppe oder eine Estergruppe.
Das Nicht-Amin-Polymerskelett kann hydrophil (wasseranziehend) oder hydrophob (wasserabweisend) sein. Beispiele eines hydrophilen Polymerskeletts sind unter anderem Skelette von Polyethylenglycol, Polymethyloxazolin, Polyethyloxazolin und Polyacrylamid. Beispiele eines hydrophoben Polymerskeletts sind unter anderem Epoxyharz, Urethanharz und Polymethacrylatharz. Wenn das Polymer (x) eine Struktureinheit ohne Aminogruppe aufweist, liegt das Verhältnis des Nicht-Amin-Polymerskeletts innerhalb der gesamten Struktureinheit des Polymers (x) bevorzugterweise bei 50% oder weniger nach Masse, noch bevorzugterweise bei 20% oder weniger nach Masse und ganz besonders bevorzugt bei 10% oder weniger nach Masse, um einen guten Dispersionszustand des Polymers (x) in Wasser zu erreichen und die Reaktion der Hydrolyse oder Dehydrierungskondensation einer wasserlöslichen Titanverbindung (z), wie nachstehend beschrieben, effektiv zu fördern.
Das Molekulargewicht des Polymers (x) unterliegt keinen besonderen Begrenzungen. Das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht, wobei es sich um einen Polystyroläquivalenten Wert handelt, der mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) bestimmt wird, liegt normalerweise zwischen 300 und 100000, bevorzugterweise zwischen 500 und 80000, noch bevorzugter zwischen 1000 und 50000.
[Komplex (y) des Polymers/Übergangsmetallions]
Den Komplex (y) des die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und des Übergangsmetallions, welcher bei dem Herstellungsverfahren der gegenständlichen Erfindung verwendet wird, erhält man, indem man dem die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymer (x) ein Übergangsmetallion zusetzt. Der Komplex (y) wird durch eine koordinative Bindung zwischen dem Übergangsmetallion und der Aminogruppe im Polymer (x) gebildet.
Das hierbei verwendete Übergangsmetallion ist dasselbe Übergangsmetallion wie jenes in dem zu erhaltenden Titanoxid vom Rutil-Typ und jedes beliebige Übergangsmetallion, das in der Lage ist, eine koordinative Bindung mit einer Aminogruppe einzugehen. Im Hinblick auf die Ionenwertigkeit des Übergangsmetallions ist es möglich, monovalente bis tetravalente Metallsalze zu verwenden; und die Metallsalze können bevorzugterweise sogar im komplexen Ionenzustand verwendet werden. Bevorzugt verwendet werden unter anderem ein Ion von Eisen, Zink, Mangan, Kupfer, Kobalt, Vanadium, Wolfram oder Nickel, denn ein solches Ion ist einfach erhältlich und liefert ein Titanoxid vom Rutil-Typ mit hoher Durchlässigkeit für mittlere Infrarotstrahlen.
Die Menge des verwendeten Übergangsmetallions liegt bevorzugterweise zwischen 1/10 und 1/500 Äquivalenten auf Ionenbasis mit Bezug auf die Anzahl der Mol der Aminogruppe im die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymer (x).
[Wasserlösliche Titanverbindung (z)]
Die in der gegenständlichen Erfindung verwendete Titanverbindung ist wasserlöslich und wird während des Auflösens in Wasser nicht hydrolisiert. Das bedeutet, die Titanverbindung ist bevorzugterweise eine nicht halogenhaltige Verbindung, die in reinem Wasser stabil ist. Spezifische Beispiele der Titanverbindung sind unter anderem eine wässrige Titan-bis(ammonium lactato)dihydroxid-Lösung, eine wässrige Titan-bis(lactat)-Lösung, ein Lösungsgemisch aus Propanol/Wasser von Titan-bis(lactat) und Titan(ethylacetoacetat)diisopropoxid.
[Verbund mit schichtweiser Polymer/Titanstruktur]
Der Verbund mit einer schichtweisen Polymer/Titanstruktur lässt sich durch Zusetzen der wasserlöslichen Titanverbindung (z) zu einer wässrigen Lösung des Komplexes (y) des die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und des Metallions herstellen.
Wenn die Menge der wasserlöslichen Titanverbindung (z), die als Titanquelle dient, in Beziehung zu der Amineinheit im Komplex (y) des die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und des Metallions übermäßig groß ist, kann der Verbund zweckmäßig gebildet werden. Insbesondere ist die Menge der wasserlöslichen Titanverbindung (z) 2 bis 1000 mal, bevorzugterweise 4 bis 700 mal, die äquivalente Menge der Amineinheit.
De Konzentration der wässrigen Lösung des Komplexes (y) des die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und des Metallions liegt bevorzugterweise bei 0,1% bis 30% nach Masse basierend auf der Menge des Polyamins, das im Polymer (x) enthalten ist.
Die erforderliche Zeit für die hydrolytische Kondensationsreaktion der wasserlöslichen Titanverbindung (z) kann in den Bereich zwischen einer Minute bis hin zu mehreren Stunden eingestellt werden. Bevorzugt wird die Reaktionszeit in den Bereich von 30 Minuten bis zu 5 Stunden eingestellt, um die Reaktionseffizienz zu verbessern.
Der pH-Wert der wässrigen Lösung in der hydrolytischen Kondensationsreaktion wird bevorzugterweise auf einen Wert im Bereich zwischen 5 und 11, besonders bevorzugt auf einen Wert zwischen 7 und 10, eingestellt.
Ein Verbund, der mittels der hydrolytischen Kondensationsreaktion in der Gegenwart des Komplexes (y) des die Aminogruppe enthaltenen basischen Polymers (x) und des Übergangsmetallions erhalten wird, ist ein farbiger Niederschlag in der Farbe des Übergangsmetallions.
Der Titangehalt in dem Verbund (Precursor), der mittels der hydrolytischen Kondensationsreaktion hergestellt wurde, kann durch Kontrollieren der Reaktionsbedingungen oder auf ähnliche Weise eingestellt werden; es ist möglich, einen Verbund, der 20% bis 90% Titan nach Masse enthält, zu erhalten. Der damit erhaltene Verbund wird gemäß dem vorstehenden Verfahren kalziniert, wodurch sich das Titanoxidkristall vom Rutil-Typ der gegenständlichen Erfindung herstellen lässt.
Das Titanoxidkristall vom Rutil-Typ der gegenständlichen Erfindung ist ein mit einem Übergangsmetallion dotiertes Titanoxidkristall vom Rutil-Typ der gegenständlichen Erfindung und zeigt Durchlässigkeitseigenschaften im Wellenlängenbereich zwischen 5 μm und 12 μm, wobei es sich um den mittleren Infrarotbereich handelt. Die erhaltene Form ist ein Pulver; das Kristall ist ein Polykristall, dass sich aus Kristallen einer Größe zwischen 20 nm und 100 nm zusammensetzt.
Die Dotiermenge des Übergangsmetallions, die in das Titanoxid gegeben wird, ist in der Regel 0,05% bis 10% nach Masse; bevorzugt wird 0,1% bis 2% nach Masse, um die volle Breite auf halber Maximalhöhe einer infraroten Durchlässigkeitsspitze weiter herabzusetzen.
Für das Dotieren ist es möglich, eine Art oder mehrere Arten von Übergangsmetallion(en) zu verwenden. Die volle Breite auf halber Maximalhöhe der infraroten Durchlässigkeitsspitze und die Höhe der Spitze lassen sich durch Kontrollieren eines gemischten Dotierzustands einstellen.
In der gegenständlichen Erfindung ist ein Kristall vom Typ eines Rutils ein wesentlicher Faktor für die Bereitstellung der Durchlässigkeitseigenschaft bei einer Wellenlänge von 5 μm bis 12 μm, wobei es sich um einen mittleren Infrarotbereich handelt. Eine vollständige Kristallphase vom Rutil-Typ ist als eine Kristallphase wünschenswert. Aber selbst wenn das Titanoxidkristall eine gewisse Menge einer Anatase-Kristallphase aufweist, kann es für mittlere Infrarotfilter zur Anwendung kommen. In einem solchen Fall liegt die Anatase-Kristallphase bevorzugterweise in einem Verhältnis vor, das 30% oder weniger nach Masse beträgt.
Das Pulver des Titanoxidkristalls vom Rutil-Typ der gegenständlichen Erfindung kann je nach der Dotiermenge des Übergangsmetallions und der Art des Übergangsmetallions leicht gefärbt sein.
Die Partikelgröße des Pulvers beträgt normalerweise mehrere Mikrometer, lässt sich jedoch durch Pulverisierungs-/Dispersionsverfahren mittels einer Mühle, Despa oder Mörsers leicht auf 100 nm oder darunter einstellen. Aufgrund der Verwendung eines Pulvers kleiner Partikelgröße bei Infrarotfiltern wird die Lichtstreuung unterdrückt, wodurch sich die Transparenz der Filter verbessern lässt.
Das Titanoxidkristall vom Rutil-Typ der gegenständlichen Erfindung weist als eine Eigenschaft Durchlässigkeit für mittlere Infrarotstrahlen in einem Wellenlängenbereich zwischen 5 μm und 12 μm auf. Durch Zusetzen einer geringen Menge des Titanoxids zu KBr ist eine Feineinstellung der reziproken Wellenlänge der infraroten Durchlässigkeitsspitze möglich, wie beispielsweise auf 1037 cm^–1, 1055 cm^–1, 1057 cm^–1, 1068 cm^–1, 1096 cm^–1 oder 1130 cm^–1. Ferner beträgt die volle Breite auf halber Maximalhöhe der Durchlässigkeitsspitze 2,5 μm oder weniger.
Wenn das Titanoxidkristall vom Rutil-Typ der gegenständlichen Erfindung für mittlere Infrarotfilter verwendet wird, wird das Titanoxidkristall vom Rutil-Typ bevorzugterweise mit einem Polyolefin versetzt, das Infrarotstrahlen im mittleren Bereich nicht absorbiert, um damit eine Formmasse zuzubereiten, welche in eine gewünschte Formgebung des Filters gebracht wird.
Beispiele solcher Polyolefine sind unter anderem industriell erhältliche Polymere, wie etwa Polyethylen, Polypropylen, Polyethylen/propylen), modifiziertes Polyethylen und modifiziertes Polypropylen; sowie industriell erhältliche statistische Copolymere und Blockcopolymere der vorgenannten. Diese können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Ein Verfahren zur Herstellung der Formmasse, das das Polyolefin und das Titanoxidkristall vom Rutil-Typ enthält, unterliegt keinen besonderen Begrenzungen. Die Formmasse kann mittels einer der üblich verwendeten Knetmaschinen für Schmelzen hergestellt werden, wie etwa mit einer zweiachsigen Knetmaschine oder einem Banbury-Mischer.
Die Knettemperatur der Schmelze unterliegt keinen besonderen Begrenzungen, solange eine Pyrolyse des Polyolefins vermieden wird. Die Knettemperatur der Schmelze liegt bevorzugterweise zwischen 10°C und 400°C und besonders bevorzugt zwischen 80°C und 400°C.
Das Mischverhältnis zwischen dem Polyolefin und dem Titanoxidkristall vom Rutil-Typ unterliegt keinen besonderen Begrenzungen. Der Gehalt des Titanoxidkristalls vom Rutil-Typ innerhalb der gesamten Formmasse beträgt normalerweise 30% oder weniger nach Masse. Der Gehalt liegt bevorzugterweise bei 5% oder weniger nach Masse, um die Transparenz zu verbessern und die Durchlässigkeit zu erhöhen. Selbst wenn der Gehalt ein solch niedriger Wert ist, lässt sich das geformte Produkt zweckmäßigerweise für mittlere Infrarotfilter verwenden.
Die mittleren Infrarotfilter können zu einem Pellet, einem Film, einer Platte, einem Rohr oder etwas Ähnlichem verarbeitet werden. Die mittleren Infrarotfilter lassen sich auf andere Materialien anschlämmen.
Beispiel
Die gegenständliche Erfindung wird nachstehend zur Veranschaulichung in weiteren Einzelheiten beschrieben. Bitte beachten, dass „%” und „Teil” jeweils für „% nach Masse” und „Teil nach Masse” stehen, es sei denn, es werden anderweitige Angaben gemacht.
[Analyse von Titanoxid mittels Röntgenstrahlbeugung (XRD)]
Das Titanoxid wurde auf einen Probenhalter gegeben und der Probenhalter wurde in ein Breitwinkel-Röntgen-Diffraktometer „Rint-ultma” aus der Herstellung von Rigaku Corporation eingesetzt. Die Messung wurde unter Verwendung von Cu/Kα-Röntgenstrahlen bei 40 kV/30 mA bei einer Abtastgeschwindigkeit von 1,0°/Min im Abtastbereich von 20° bis 40° durchgeführt. Insbesondere für die Detailanalyse der Innenstruktur eines beschichteten Films wurde die Messung unter Verwendung von einem Cu/Kα-Röntgenstrahl bei 50 kV/300 mA bei einer Abtastgeschwindigkeit von 0,12°/Min mit einer Abtastachse von 2θ (Einfallswinkel: 0,2° bis 0,5°, 1,0°) durchgeführt.
[Infrarotes Durchlässigkeitsspektrum]
Die IR-Durchlässigkeit wurde unter Verwendung des Fourier-Transform IR-Spektrometers „Spectrum One Image System FT-IR Spectrometer” aus der Herstellung von PerkinElmer, Inc. gemessen.
[Röntgenfluoreszenzanalyse]
Die Analyse der Röntgenfluoreszenz wurde bei Vakuumbedingungen und unter Verwendung von ZSX aus der Herstellung von Rigaku Corporation durchgeführt.
Beispiel 1
[Synthese von mit mangandotiertem 1-Ti-Mn 500]
Für die Zubereitung einer komplexen Lösung von Polyethylimin/Manganionen (A-Lösung eines Molverhältnisses von Imin/Mn: 500), wurde 0,93 ml von 0,1 M Mn(NO₃)₂ mit 100 ml von 2 Gew.% Polyethylimin (SP 200 aus der Herstellung von NIPPON SHOKUBAI CO., LTD., Molekulargewicht: 10000) versetzt. Weiter wurde 28% Ammoniumwasser der Titanlactatlösung zugetropft (TC 310 aus der Herstellung von Matsumoto Pharmaceutical Manufacture Co., Ltd., 20 Vol%), um eine wässrige Lösung (B-Lösung) mit einem pH-Wert von 9 zu erhalten. 10 ml der A-Lösung wurde 100 ml der B-Lösung langsam bei Raumtemperatur (25°C) und unter stetigem Rühren zugetropft. Nach etwa einer Stunde fiel aus dem Lösungsgemisch eine große Niederschlagsmenge aus. Der Niederschlag wurde gefiltert, mit Wasser gewaschen und dann bei Raumtemperatur getrocknet. Als Ausbeute erhielt man 8,2 g eines hellgelben Pulvers (Precursor). Im XRD-Muster des Precursor-Pulvers ergab sich eine starke Röntgenbeugungsspitze, die eine schichtweise Struktur anzeigte, welche auf der Kleinwinkelseite erschien (2θ, etwa 3,8°) (1). Mit anderen Worten bedeutet dies, dass es sich bei dem Precursor um einen Verbund mit einer Schichtstruktur handelte, die aus dem Titanoxid und einen Polymermetalkomplex gebildet worden war.
3 g des Precursors wurde in einen Aluminiumoxidtiegel gegeben und in einer Luftatmosphäre bei 800°C für eine Dauer von 3 Stunden kalziniert. Man erhielt ein gelbes Pulver (1-Ti-Mn 500). Das Vorliegen einer Kristallphase, die eine Rutil-Struktur von Titanoxid entspricht, wurde mittels des Röntgenbeugungsmusters des Pulvers bestätigt (2). Das Ergebnis der letztendlichen Analyse mittels Fluoreszenz-Röntgenstrahlen bestätigte, dass 0,23% MnO (0,18% im Hinblick das Manganion) in 1-Ti-Mn 500 enthalten waren. Dies bedeutet, dass das Titanoxid, das mittels Kalzinierung in einer Luftatmosphäre erhalten wurde, mit einem Manganion dotiert war.
Das 1-Ti-Mn 500-Pulver wurde zu prozentualen Anteilen von 1%, 5% und 15% mit KBr-Pulver versetzt. Jedes der Gemische wurde in einem Mörser zermahlen, wonach eine KBr-Platte zubereitet wurde. Die Platte wurde für die FTIR-Messungen verwendet. 3 und 4 zeigen die entsprechenden FTIR-Durchlässigkeitsspektren. Bei der Platte, die 5 Gew.% 1-Ti-Mn 500-Pulver in KBr enthielt, wurden die infraroten Strahlen bei den nahen und fernen Infrarotseiten abgeschnitten; und die IR-durchlässige Eigenschaft wurde nur im Bereich einer bestimmten reziproken Wellenlänge mittlerer Infrarotstrahlen gesehen (Wellenlänge: 6,8 μm bis 13 μm). Die Durchlässigkeit für Infrarotstrahlen bei einer mittleren Wellenlänge (9,71 μm) der Durchlässigkeitsspitze lag bei 64%. Die volle Breite auf halber Maximalhöhe (die Spitzenbreite auf halber Höhe der Spitze) der Spitze lag bei 1,97 μm. Wenn der prozentuale Anteil von 1-Ti-Mn 500 in der Platte erhöht wurde (15%), war die Durchlässigkeit der Infrarotstrahlen bei einer Durchlässigkeitsspitze signifikant niedrig. Wenn der prozentuale Anteil verringert wurde (1%), erweiterte sich die Durchlässigkeitsspitze der Infrarotstrahlen auf einen nahen Infrarotbereich (4). Dies bedeutet ganz klar, dass eine Platte, die eine angemessene Menge von 1-Ti-Mn 500 enthält, als ein Infrarotfilter fungiert, der Infrarotstrahlen im mittleren Bereich effizient durchlässt.
Beispiel 2
[Synthese von mangandotiertem Titanoxid 2-Ti-Mn 500]
2-Ti-Mn 500 wurde gemäß demselben Verfahren wie in Beispiel 1 zubereitet, außer dass die Kalzinierungstemperatur auf 1100°C geändert wurde. 5 zeigt das FTIR-Spektrum einer Platte, die durch Mischen der Probe (5%) mit KBr mittels zermahlen hergestellt wurde. Durch die Erhöhung der Kalzinierungstemperatur zeigte die Oberseite der Durchlässigkeitsspitze eine Tendenz zum leichten Verschieben auf die kürzeren Wellenlängen. Die mittlere Wellenlänge lag bei 9,46 μm, die volle Breite auf halber Maximalhöhe war 1,89 und Durchlässigkeit betrug 50%.
Beispiel 3
[Synthese von eisendotiertem Titanoxid]
Ein Titanoxid vom Rutil-Typ, das mit einem Eisenion dotiert war, wurde infolge der Durchführung der Synthese des Precursors und Kalzinierung in der Luftatmosphäre (800°C) unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 erhalten, außer dass Fe(NO₃)₂ (in dem Polymermetallkomplex war das Molverhältnis von Ethylenimin/Eisen 1/25, 1/200 und 1/500) verwendet wurde anstatt Mn(NO₃)₂ wie in Beispiel 1. Die Tabelle 1 zeigt 3 Titanoxide mit verschiedenen Dotiermengen (der Eisenionengehalt ist ein äquivalenter Wert auf Fe₂O₃-Basis). [Tabelle 1]

Probenbezeichnung Ti-Fe 25 Ti-Fe 200 Ti-Fe 500

Eisenionengehalt jeweils gemessen mittels Röntgenfluoreszenzanalyse (%) 3,71 0,48 0,19
Aufgrund der XRD-Messungen wurde bestätigt, dass diese 3 Titanoxidkristalle Kristallen einer Rutil-Struktur entsprachen. 6 zeigt das FTIR-Spektrum jedes der Proben (5% in KBr). So wie die Dotiermenge des Fe zunahm, tendierte die Durchlässigkeit der Infrarotstrahlen dazu zuzunehmen, während sich gleichzeitig die Durchlässigkeitsspitze verbreiterte.
Beispiel 4
[Synthese von wolframdotiertem Titanoxid]

Man erhielt ein Titanoxid von Rutil-Typ, das mit einem Wolframion dotiert war, mittels der Durchführung der Synthese eines Precursors und Kalzinierung in einer Luftatmosphäre (800°C) unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1, außer dass Ammoniumwolframat (im Polymermetallkomplex war das Molverhältnis von Ethylenimin/Wolfram 1/25, 1/100, 1/200 und 1/500) anstatt Mangannitrat aus Beispiel 1 verwendet wurde. Die Tabelle 2 zeigt 4 Titanoxide mit unterschiedlichen Dotiermengen von Wolfram (der Ionengehalt des Wolframs ist ein äquivalenter Wert auf W₂O₅-Basis). [Tabelle 2]

Probenbezeichnung	Ti-W 25	Ti-W 100	Ti-W 200	Ti-W 500
Wolfram-Ionengehalt jeweils gemessen mittels Röntgenfluoreszenzanalyse (%)	4,79	1,00	0,71	0,31
Mittlere Wellenlänge (μm)	8,88	8,93	8,94	9,42
Volle Breite auf halber Maximalhöhe	1,74	1,93	1,69	2,23
Durchlässigkeit (%)	57	54	50	52

XRD-Messungen bestätigten, dass es sich bei diesen 4 Titanoxidkristallen um Kristalle handelte, die einer Rutil-Struktur entsprachen. Es wurde weiter bestätigt, dass so wie sich die Dotiermenge des Wolframs erhöhte, umso mehr tendierte die mittlere Wellenlänge der infraroten Durchlässigkeitsspitze dazu, sich leicht auf die kürzeren Wellenlängen hin zu verschieben, während die volle Breite auf halber Maximalhöhe dazu tendierte, abzunehmen.
Beispiel 5
[Infraroter Filterfilm aus einem Gemisch aus Polyethylen und 1-Ti-Mn 500]
Nach dem Versetzen von 90 Teilen Polyethylen und 10 Teilen 1-Ti-Mn 500 miteinander wurde das Gemisch in eine zweiachsige Knetmaschine gegeben (KZW15TW-45MG-NH-700 aus der Herstellung von TECHNOVEL CORPORATION); die Schmelze wurde unter Erhitzung auf 250°C für eine Dauer von 15 Minuten geknetet. Nach dem Knetvorgangs wurde die durchgemischte Probe aus dem Knetraum entnommen, abgekühlt und mittels der schichtweisen Anordnung zwischen 2 Eisenplatten verfestigt. Danach wurde die Probe zu einem Film einer Dicke von etwa 2 mm geformt.
7 zeigt das FTIR-Durchlässigkeitsspektrum des Films. Ein Film, der sich nur aus Polyethylen zusammensetzt, hatte eine Absorption bei etwa 2800 cm^–1, 1500 cm^–1 und 670 cm^–1; jedoch erfolgte keine Infrarotabsorption im reziproken Wellenlängenbereich, außer für die vorstehenden reziproken Wellenlängen, und Infrarotstrahlen wurden durchgelassen. Bei einem Mischfilm wurde eine solche Absorption abgeschnitten und eine Durchlässigkeitsspitze erschien bei einer reziproken Wellenlänge von 905 cm^–1. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass ein gemischter Polymerfilm gebildet wurde, der mangandotierte Titanoxidfunktionen von Rutil-Typ als einen infraroten Durchlässigkeitsfilter aufweist.
Vergleichsbeispiel 1
1 ml 0,1 M Mangannitrat wurde 10 ml einer dehydrierten Ethanollösung von 20 Vol% Titan(IV)tetrabutoxid [Ti(OBu)₄] zugesetzt; die Umsetzung erfolgte unter Rühren für die Dauer von etwa 1 Stunde bei Raumtemperatur. Der Niederschlag wurde mit Wasser gewaschen und bei Raumtemperatur getrocknet. Das getrocknete Pulver wurde in der Luftatmosphäre bei 800°C für eine Dauer von 3 Stunden kalziniert. XRD-Messungen bestätigten, dass das kalzinierte Titanoxid eine Rutil-Kristallstruktur aufwies. Mittels einer Röntgen-Fluoreszenzanalyse wurde ein MnO-Gehalt von 0,76% in dem Titanoxid ermittelt.
Eine KBr-Platte, die 10% der Probe enthielt, wurde auf dieselbe Art und Weise zubereitet; das FTIR-Durchlässigkeitsspektrum der KBr-Platte wurde gemessen. Infrarote Strahlen mit einer reziproken Wellenlänge von über 1500 cm^–1 konnten nicht abgeschnitten werden, und die Durchlässigkeit der Infrarotstrahlen erfolgte in einem breiten Wellenlängenbereich. Im Ergebnis wurde damit die Durchlässigkeitseigenschaft hinsichtlich der Selektivität der Wellenlänge nicht erfüllt. Selbst eine KBr-Platte mit einem Gehalt von 20% der Probe war für IR-Durchlässigkeitsfilter unzweckmäßig.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Titanoxidkristalls vom Typ eines Rutils, das mit einem Übergangsmetallion dotiert ist, wobei das Verfahren aufweist wie folgt: Einen Schritt (I) des Dispergierens oder Auflösens eines Komplexes (y) eines eine Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und eines Übergangsmetallions in einem wässrigen Medium; einen Schritt (II) des Erhaltens eines Verbunds einer schichtweisen Polymer/Titan-Struktur, in der der Komplex (y) des die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und das Übergangsmetallion schichtweise in einem Abstand von 1 bis 3 nm zwischen Titanschichten angeordnet ist, durch Mischen der wässrigen Dispersion oder wässrigen Lösung, die man in Schnitt (I) zubereitet hat, mit einer wasserlöslichen Titanverbindung (z) in dem wässrigen Medium bei einer Temperatur von 50°C oder niedriger, um eine Hydrolysenreaktion einzuleiten; und einen Schritt (III) der Kalzinierung des Verbunds mit der schichtweisen Struktur in einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 650°C oder höher, um eine Oberfläche des Titanoxidkristalls mit einem Übergangsmetallion, das in der Schichtstruktur eingeschlossen ist, zu dotieren und gleichzeitig Wachstum in eine Kristallphase vom Typ eines Rutils einzuleiten.
Verfahren zur Herstellung eines Titanoxidkristalls vom Typ eines Rutils gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsmetallion mindestens ein Ion eines Übergangsmetalls ist, das aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Zink, Mangan, Kupfer, Kobalt, Vanadium, Wolfram und Nickel ausgewählt ist.
Titanoxidkristall vom Typ eines Rutils, das mit einem Übergangsmetallion dotiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kristall eine Durchlässigkeitseigenschaft im Bereich zwischen 5 μm und 12 μm des Infrarotspektrums aufweist und eine volle Breite auf halber Maximalhöhe der Durchlässigkeitsspitze von 2,5 μm oder darunter hat.
Titanoxidkristall vom Typ eines Rutils gemäß Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsmetallion mindestens ein Ion ist, das aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Zink, Mangan, Kupfer, Kobalt, Vanadium, Wolfram und Nickel ausgewählt ist.
Titanoxidkristall vom Typ eines Rutils gemäß Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehalt des Übergangsmetallions zwischen 0,01 und 10% nach Masse liegt.
Ein Pulver für mittlere Infrarotfilter umfassend das Titanoxidkristall vom Typ eines Rutils gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5.
Formmasse für mittlere Infrarotfilter umfassend das Titanoxid vom Typ eines Rutils gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5 und ein Polyolefin.
Verfahren zur Herstellung einer Formmasse für mittlere Infrarotfilter, wobei das Verfahren umfasst wie folgt: Einen Schritt (I) des Dispergierens oder Auflösens eines Komplexes (y) eines eine Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und eines Übergangsmetallions in einem wässrigen Medium; einen Schritt (II) des Erhaltens eines Verbunds einer schichtweisen Polymer/Titan-Struktur, in der der Komplex (y) des die Aminogruppe enthaltenden basischen Polymers (x) und das Übergangsmetallion schichtweise in einem Abstand von 1 bis 3 nm zwischen Titanschichten angeordnet ist, durch Mischen der wässrigen Dispersion oder wässrigen Lösung, die man in Schnitt (I) zubereitet hat, mit einer wasserlöslichen Titanverbindung (z) in dem wässrigen Medium bei einer Temperatur von 50°C oder niedriger, um eine Hydrolysenreaktion einzuleiten; und einen Schritt (III) der Kalzinierung des Verbunds mit der schichtweisen Struktur in einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 650°C oder höher, um eine Oberfläche des Titanoxidkristalls mit einem Übergangsmetallion, das in der Schichtstruktur eingeschlossen ist, zu dotieren und gleichzeitig Wachstum in eine Kristallphase vom Typ eines Rutils einzuleiten; und einen Schritt (IV) der Dispersion eines Titanoxidkristalls vom Typ eines Rutils, das in Schritt (III) erhalten wurde, in ein Polyolefin.
Ein mittlerer Infrarotfilter, der durch Formung der Formmasse für Filter im mittleren Infrarotbereich gemäß Anspruch 7 erhalten wurde.