JP3254705B2 - Photochromic titanium oxide compound - Google Patents
Photochromic titanium oxide compoundInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、フォトクロミック性と
いう演色効果を有する塗料、印刷、樹脂着色、化粧料、
光メモリーなどの分野に適した酸化チタン系化合物に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a paint, printing, resin coloring, cosmetic, and the like having a color rendering effect of photochromic property.
The present invention relates to a titanium oxide compound suitable for fields such as optical memory.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、サングラスに代表されるように、
光の強度により可逆的に色が変化するフォトクロミズム
という特異な機能の利用が行われている。フォトクロミ
ズムを発現する化学物質としては、すでにハロゲン化銀
類、スピロピラン系有機化合物が知られている。酸化チ
タンについては鉄、クロム、マンガンなどの金属類の存
在下でフォトクロミズムを示すことが知られており、例
えば特開昭６３−１３２８１１号公報や国際公開特許Ｗ
Ｏ−８９／１２０８４号公報に開示されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as represented by sunglasses,
A unique function called photochromism, in which the color reversibly changes depending on the intensity of light, is being used. Silver halides and spiropyran-based organic compounds are already known as chemical substances that exhibit photochromism. It is known that titanium oxide exhibits photochromism in the presence of metals such as iron, chromium, and manganese.
It is disclosed in O-89 / 12084.
【０００３】しかしながら上記特許に開示されているよ
うに、酸化チタンにフォトクロミック性を付与する金属
粉自体あるいはその硫酸塩、塩化物、硝酸塩、酢酸塩な
どの金属塩や酸化物、水酸化物を単に混合し焼成しただ
けでは、その発現するフォトクロミズムの程度は弱いも
のであり、実際この程度の色度の変化では、各種用途に
おいて他の構成成分と混合使用した場合には、その効果
が希釈されるため色調変化が認められ難く、実用面から
の利用価値は低いものであった。[0003] However, as disclosed in the above patent, the metal powder itself that imparts photochromic properties to titanium oxide or its metal salt, oxide, or hydroxide such as sulfate, chloride, nitrate, or acetate is simply prepared. The degree of photochromism that is manifested by mixing and baking alone is weak, and in fact, this degree of change in chromaticity dilutes the effect when mixed with other components in various applications. Therefore, a change in color tone was hardly recognized, and the utility value in practical use was low.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】かかる事情を鑑み、本
発明者らは実用レベルに供し得るフォトクロミック性を
有する酸化チタンを得るべく鋭意検討した結果、酸化チ
タンに特定量のフォトクロミック性を付与する金属ある
いはその金属化合物に特定量の酸化ナトリウムを存在さ
せる場合には上記特性を満足する酸化チタン系化合物が
得られることを見出し本発明を完成するに至った。In view of such circumstances, the present inventors have conducted intensive studies to obtain titanium oxide having photochromic properties that can be provided to a practical level. Alternatively, it has been found that when a specific amount of sodium oxide is present in the metal compound, a titanium oxide-based compound satisfying the above characteristics can be obtained, thereby completing the present invention.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明はナト
リウム化合物が酸化ナトリウム換算で０．１〜１．０重
量％未満、鉄、クロム、銅、ニッケル、バナジウム及び
マンガンの少なくとも一種より成る金属化合物が金属酸
化物換算で０．２〜８．０重量％及びチタン化合物が酸
化チタン換算で、前記ニ成分との総和で１００重量％と
なるごとく構成されてなるフォトクロミック性を有する
酸化チタン系化合物（酸化チタンを脱イオン水に分散さ
せ、さらに硫酸鉄、塩化鉄、硝酸鉄又は酢酸鉄を加え、
攪拌し、これに水酸化ナトリウムを加えて中和し反応さ
せ、ついで濾過して得られる残渣を水洗、乾燥、焼成、
粉砕することにより得られるものを除く）。That is, the present invention relates to a metal compound comprising at least one of iron, chromium, copper, nickel, vanadium and manganese, wherein the sodium compound is 0.1 to less than 1.0% by weight in terms of sodium oxide. in but 0.2 to 8.0 wt% and the titanium compound in terms of titanium oxide in the metal oxide conversion, the titanium oxide compound having a sum comprising the construction described up to 100% by weight photochromic with the two-component ( Disperse titanium oxide in deionized water
And further add iron sulfate, iron chloride, iron nitrate or iron acetate,
Stir and add sodium hydroxide to neutralize and react.
And then the residue obtained by filtration is washed with water, dried, calcined,
Excluding those obtained by grinding) .
【０００６】以下、本発明を更に詳細に説明する。本発
明の酸化チタン系化合物はナトリウム化合物が酸化ナト
リウム換算で０．１〜１．０重量％未満、鉄、クロム、
銅、ニッケル、バナジウム及びマンガンの少なくとも一
種より成る金属化合物が金属酸化物換算で０．２〜８．
０重量％及びチタン化合物が酸化チタン換算で、前記二
成分との総和で１００重量％となるごとく構成されてな
る。Hereinafter, the present invention will be described in more detail. In the titanium oxide-based compound of the present invention, the sodium compound is 0.1 to less than 1.0% by weight in terms of sodium oxide, iron, chromium,
The metal compound comprising at least one of copper, nickel, vanadium and manganese is 0.2 to 8.
0% by weight and the titanium compound are 100% by weight in terms of titanium oxide in total with the two components.
【０００７】酸化チタン系化合物中に鉄、クロム等の上
記金属化合物が金属酸化物換算で０．２重量％未満の場
合にはフォトクロミック性の発現が乏しく、他方８．０
重量％を越えても存在量に見合うフォトクロミック性の
発現効果はなく、添加金属自体の色による着色が大きく
なり、フォトクロミズムによる変色度合が相対的に小さ
くなる。また酸化ナトリウムの存在量が０．１重量％未
満の場合にはフォトクロミック性の発現が乏しくなる。When the content of the above metal compounds such as iron and chromium in the titanium oxide-based compound is less than 0.2% by weight in terms of metal oxide, the photochromic property is poorly expressed, and 8.0 is obtained.
Even if it exceeds 10% by weight, there is no effect of developing photochromic properties commensurate with the amount present, the coloring of the added metal itself increases, and the degree of discoloration due to photochromism decreases relatively. If the amount of sodium oxide is less than 0.1% by weight, the photochromic property is poorly expressed.
【０００８】本発明において、上記組成を有する酸化チ
タン系化合物は特にその形状を限定されるものではな
く、各用途において粒子状、板状または薄片状などの形
状に製造し、使用される。例えば、粒子状のものは塗
料、印刷、樹脂着色などの分野に、一方、板状あるいは
薄片状のものは、酸素や水の透過を遮断する機能を生か
した防錆塗料分野、光の反射や干渉機能を生かした真珠
光沢顔料による塗料、樹脂着色および印刷分野、さらに
は薄片の付着性、展延性という機能を生かした化粧料分
野などに適している。In the present invention, the titanium oxide-based compound having the above-mentioned composition is not particularly limited in its shape, and is manufactured and used in the form of particles, plates or flakes in various applications. For example, particulate materials are in the fields of paint, printing, resin coloring, etc., while plate-shaped or flake-shaped materials are in the field of rust-preventive paints that make use of the function of blocking the transmission of oxygen and water. It is suitable for the field of paint, resin coloring and printing using pearlescent pigments utilizing the interference function, and also for the field of cosmetics utilizing the function of adhesion and spreadability of flakes.
【０００９】またフォトクロミック性という演色効果
は、黒化度が高くかつ退色性が良い場合は塗料、印刷、
樹脂着色、化粧料などの分野に適しており、一方、黒化
度が高くかつ退色性が悪い場合はセンサー、光メモリー
などの分野に適している。それゆえ、各用途において最
良のフォトクロミック性及び形状を選択し適用すればよ
い。以下に本発明の酸化チタン系化合物の製造方法を詳
述するが、粒子状物は上記組成の混合物を乾燥（静置乾
燥、ドラム乾燥、スプレードライ等をも含む）、焼成、
必要に応じて、粉砕等による公知の製法が容易に考慮し
得るので、ここでは板状、あるいは薄片状の酸化チタン
系化合物の製造例を挙げる。[0009] The color rendering effect of photochromic property means that when the degree of blackening is high and the fading property is good, paint, printing,
It is suitable for fields such as resin coloring and cosmetics. On the other hand, when the degree of blackening is high and the fading property is poor, it is suitable for fields such as sensors and optical memories. Therefore, the best photochromic property and shape for each application may be selected and applied. Hereinafter, the method for producing the titanium oxide-based compound of the present invention will be described in detail. As for the particulate matter, the mixture of the above composition is dried (including static drying, drum drying, spray drying, etc.), calcining,
If necessary, a known production method such as pulverization can be easily considered, and here, a production example of a plate-like or flaky titanium oxide-based compound will be described.
【００１０】本発明の実施に際し、使用する有機チタン
化合物は一般式 ＴｉＯ2-x （ＯＸ）l （ＯＲ）m （ＯＨ）n （但し、ＯＸはアシルオキシ基、ＯＲはアルコキシ基を
表し、ｘ＝ｌ＋ｍ＋ｎであり、ｘおよびｍは＞０〜＜２
の正数、ｌおよびｎは０〜＜２の零を含む正数である）
で表され、就中、ＴｉＯ2 １モルに対しＯＸを約０．３
〜０．６モル、ＯＲを約０．０５〜０．１５モル有する
有機チタン化合物であり、特開昭６０−１７６９０６号
公報による公知の方法で製造したものが使用できる。In the practice of the present invention, the organotitanium compound used is represented by the general formula TiO 2-x (OX) l (OR) m (OH) n (where OX represents an acyloxy group, OR represents an alkoxy group, and x = l + m + n, where x and m are> 0 <2
, And l and n are positive numbers including zero of 0 to <2)
Wherein OX is about 0.3 to 1 mol of TiO 2.
It is an organic titanium compound having an OR of about 0.05 to 0.15 mol, and an organic titanium compound produced by a known method disclosed in JP-A-60-176906 can be used.
【００１１】例えば、チタンのアルコキシド類、特に部
分アシルオキシ化されたチタンアルコキシド類を単独あ
るいは有機溶剤に希釈後、支持基材上に所望の厚みに塗
布し液体の薄膜を形成し、次いで該液体中より溶剤を蒸
発させた後、更に水蒸気と接触させることにより部分加
水分解を行い有機チタン化合物の薄片を形成し、この薄
片を適当な掻き取り操作により掻き取ることができる。For example, titanium alkoxides, particularly partially acyloxylated titanium alkoxides, alone or diluted in an organic solvent, are coated on a supporting substrate to a desired thickness to form a liquid thin film. After further evaporating the solvent, it is further subjected to partial hydrolysis by contact with water vapor to form a thin piece of the organic titanium compound, and this thin piece can be scraped off by a suitable scraping operation.
【００１２】薄片形成に用いられるチタンのアルコキシ
ド類としては炭素数１〜１７のアルコールとのアルコキ
シド類、特に工業的にはテトラ−ｉ−プロポキシチタ
ン、テトラ−ｎ−ブトキシチタン、テトラキス（２−エ
チルヘキソキシ）チタン、テトラステアロキシチタンな
どが市販されており、中でもテトラ−ｉ−プロポキシチ
タンは経済性から好ましい。またこれらのアルコキシド
類は予め加水分解を行い、トリマー、テトラマー、オリ
ゴマーなどの状態で使用することができる。Titanium alkoxides used for forming flakes include alkoxides with alcohols having 1 to 17 carbon atoms, particularly industrially, tetra-i-propoxytitanium, tetra-n-butoxytitanium, tetrakis (2-ethylhexoxy). ) Titanium, tetrastearoxytitanium and the like are commercially available, and among them, tetra-i-propoxytitanium is preferable from the viewpoint of economy. These alkoxides can be hydrolyzed in advance and used in the form of trimers, tetramers, oligomers and the like.
【００１３】部分アシルオキシ基の存在は、形成された
薄膜の支持基材からの剥離性、得られる薄片の形状の制
御性更には薄片の平滑性に効果を与える。The presence of the partial acyloxy group has an effect on the releasability of the formed thin film from the supporting substrate, the controllability of the shape of the obtained flakes and the smoothness of the flakes.
【００１４】液膜形成のため使用する有機溶剤は、上記
チタンのアルコキシド類あるいは部分アシルオキシ化さ
れたチタンアルコキシド類を溶解するものであればよい
が、液膜形成における作業性および蒸発除去の点より７
０〜１５０℃程度の沸点範囲の溶剤が好ましい。The organic solvent used for forming the liquid film may be any solvent which can dissolve the alkoxides of titanium or titanium alkoxides which are partially acyloxylated. 7
Solvents having a boiling range of about 0 to 150 ° C. are preferred.
【００１５】このような有機溶剤としては、例えばトル
エン、キシレン、ヘプタン、シクロヘキサンなどの炭化
水素類やエタノール、プロパノール、ブタノールなどの
アルコール類を単独あるいは混合して使用できる。工業
的にはアルコキシドと同一のアルコールを使用すれば、
回収した溶剤の分離精製が不要で有利である。As such an organic solvent, for example, hydrocarbons such as toluene, xylene, heptane and cyclohexane and alcohols such as ethanol, propanol and butanol can be used alone or in combination. Industrially, if the same alcohol as the alkoxide is used,
Advantageously, there is no need to separate and purify the recovered solvent.
【００１６】膜を形成させる支持基材は平板でもよい
が、工業的規模での連続生産を行うにはドラムフレーカ
ーやベルト状に加工したエンドレス板が使用される。基
材の材質はガラス、クロム、ニッケルなどの金属類、ア
ルミナ、タングステンカーバイドなどのセラミックス、
不飽和ポリエステル、テフロンなどの樹脂などが使用で
きる。これらの材質の選定に当たっては、形成した薄膜
の剥離性と剥離手段、使用原料の物性より一義的ではな
いが、一般的には金属ドラム、耐薬品性や耐摩耗性を重
要視するならばアルミナ溶射ドラムが好ましい。The support substrate on which the film is formed may be a flat plate, but for continuous production on an industrial scale, a drum flaker or an endless plate processed into a belt shape is used. The material of the base material is glass, metals such as chromium and nickel, ceramics such as alumina and tungsten carbide,
Resins such as unsaturated polyester and Teflon can be used. In selecting these materials, although it is not unambiguous from the peelability of the formed thin film and the peeling means and the physical properties of the raw materials used, in general, metal drums, alumina if chemical resistance and wear resistance are important, Thermal spray drums are preferred.
【００１７】基材上に形成された液膜は、加熱処理によ
り液膜より溶剤を蒸発除去する。液膜からの溶剤の蒸発
除去は、支持基材を内部から加熱する方法、液膜表面に
温風を吹き付ける方法あるいはこれらの併用の何れでも
よいが、過大な加熱は溶剤の沸騰を招き薄片形成を阻害
するので、加熱は液膜を構成する溶剤組成の沸点以下、
温風を使用する場合には吹き付け風量により液膜表面が
平滑性を損わない量で実施することが均一な厚みの薄片
を得る上で好ましい。In the liquid film formed on the base material, the solvent is evaporated from the liquid film by heat treatment. Evaporation and removal of the solvent from the liquid film may be performed by heating the supporting substrate from the inside, blowing hot air to the surface of the liquid film, or a combination thereof. However, excessive heating causes boiling of the solvent and flake formation. Heating, the heating is below the boiling point of the solvent composition of the liquid film,
In the case of using hot air, it is preferable to use a hot air flow in an amount that does not impair the smoothness of the liquid film surface depending on the amount of the blown air from the viewpoint of obtaining a flake having a uniform thickness.
【００１８】溶剤を加熱除去した支持基材上の液膜は、
次いでスチームなどの加湿空気により強制的に加水分解
し支持基材上で固体膜を形成させる。形成された固体膜
は加水分解の進行に伴い、体積収縮を生じ薄膜にヒビ割
れを生じ薄片化する。支持基材上に形成された薄片状物
質の基材からの剥離方法としては、通常スクレパーなど
で機械的に掻き取る方法が採用されるが、空気や水の吹
き付けによる剥離や超音波振動などでの剥離、更には基
材が柔軟性のあるときは基材を屈曲させて剥離する方法
などが挙げられる。The liquid film on the supporting substrate from which the solvent has been removed by heating is:
Next, it is forcibly hydrolyzed by humidified air such as steam to form a solid film on the supporting substrate. The formed solid film shrinks in volume with the progress of hydrolysis, causing cracks in the thin film and thinning. As a method of peeling the flaky material formed on the supporting substrate from the substrate, a method of mechanically scraping with a scraper or the like is usually employed. And, when the substrate is flexible, a method in which the substrate is bent and peeled.
【００１９】また本発明の実施に際し、酸化チタン原料
としてチタニアゾルを使用することもできる。該チタニ
アゾルとしては通常薄膜の製造に使用される公知のもの
であればよく特に制限されるものではないが、液膜形成
時の作業性あるいは形成した液膜の乾燥における経済的
揮散分散媒量の点より、一般的には固体濃度５〜４０重
量％、好ましくは１０〜３０重量％の水系ゾルが使用さ
れる。チタニアゾルを用いての薄片の製造方法は上述し
たチタンのアルコキシド類を原料とした薄片の製造方法
に準じて得ることができる。In the practice of the present invention, titania sol may be used as a titanium oxide raw material. The titania sol is not particularly limited as long as it is a known one usually used for the production of a thin film, but the workability at the time of forming a liquid film or the amount of an economically volatile dispersion medium in drying the formed liquid film is reduced. From the viewpoint, an aqueous sol having a solid concentration of generally 5 to 40% by weight, preferably 10 to 30% by weight is used. The method for producing a flake using a titania sol can be obtained according to the above-described method for producing a flake using titanium alkoxides as a raw material.
【００２０】本発明に用いるフォトクロミック性を付与
する金属あるいは金属化合物としては、鉄、クロム、
銅、ニッケル、バナジウムおよびマンガンの少なくとも
一種より成る金属あるいは金属化合物であり、より具体
的には鉄、クロム、銅、ニッケル、バナジウムおよびマ
ンガンの金属粉、これらの金属の酸化物、水酸化物ある
いは無定形物、あるいはこれら少なくとも一種の金属よ
り成る硫酸塩、塩化物、硝酸塩、酢酸塩などの金属塩水
溶液などあるいは金属化合物ゾルが挙げられるが、チタ
ン化合物との均一な混合が容易であることより金属塩水
溶液あるいは金属化合物ゾルの適用が推奨される。The metal or metal compound imparting photochromic properties used in the present invention includes iron, chromium,
Copper, nickel, metal or metal compound consisting of at least one of vanadium and manganese, more specifically iron, chromium, copper, nickel, metal powder of vanadium and manganese, oxides, hydroxides of these metals or Amorphous materials, or aqueous solutions of metal salts such as sulfates, chlorides, nitrates, acetates, etc., or metal compound sols composed of at least one of these metals, or metal compound sols are mentioned. It is recommended to apply a metal salt aqueous solution or a metal compound sol.
【００２１】就中、鉄は重金属でないことから用途に制
限を受けないので、金属水溶液としては硝酸鉄のような
金属塩水溶液の適用が推奨される。Particularly, since iron is not a heavy metal, there is no limitation in its use. Therefore, it is recommended to use an aqueous solution of a metal salt such as iron nitrate as the aqueous metal solution.
【００２２】チタン化合物（薄片状）に対するこれら金
属あるいは金属化合物の配合量は、金属酸化物換算で約
０．２〜８重量％の範囲である。チタン化合物と金属あ
るいは金属化合物との混合は、乾式、湿式の何れでも制
限されないが、これら混合物は続く焼成過程でナトリウ
ム化合物の存在下で焼成するので、先ずチタンのアルコ
キシド類を部分加水分解して得られる有機チタン化合物
を水に分散し、これに水溶性金属塩あるいは金属化合物
ゾルを溶解あるいは分散し、次いで水酸化ナトリウムや
炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物を添加してチタン
化合物上に該水溶性金属塩あるいは金属化合物ゾルを金
属水酸化物として析出させこれをスラリーのまま乾燥、
焼成する方法が推奨される。The amount of the metal or metal compound to be added to the titanium compound (flake) is in the range of about 0.2 to 8% by weight in terms of metal oxide. The mixing of the titanium compound with the metal or the metal compound is not limited to either a dry method or a wet method, but since these mixtures are fired in the presence of a sodium compound in the subsequent firing step, the titanium alcohol is first used.
An organic titanium compound obtained by partially hydrolyzing oxides is dispersed in water, a water-soluble metal salt or a metal compound sol is dissolved or dispersed therein, and then a sodium compound such as sodium hydroxide or sodium carbonate is added. The water-soluble metal salt or metal compound sol is precipitated as a metal hydroxide on the titanium compound and dried as a slurry,
A firing method is recommended.
【００２３】焼成に際し存在させるナトリウム化合物
は、焼成後の酸化チタン化合物中に酸化ナトリウムとし
て約０．１重量％〜１．０重量％未満になればよく、特
にナトリウム化合物の種類、形状、固体、液体等の性状
に制限されないが、例えば、ナトリウム化合物として水
酸化ナトリウムを適用する場合には、フォトクロミック
性を付与する目的でチタン化合物と混合した金属あるい
は金属化合物に対して金属換算で１〜２０モル比の範囲
で使用される。この場合、水酸化ナトリウムは固体、液
体の何れの形態で存在させてもよい。The sodium compound to be present at the time of firing should be about 0.1% by weight to less than 1.0% by weight as sodium oxide in the titanium oxide compound after firing. Although not limited to the properties of the liquid or the like, for example, when sodium hydroxide is used as the sodium compound, 1 to 20 mol in terms of metal relative to the metal or metal compound mixed with the titanium compound for the purpose of imparting photochromic properties. Used in a range of ratios. In this case, sodium hydroxide may be present in any form of solid or liquid.
【００２４】上記方法等により調製されたチタン化合
物、フォトクロミック性を付与せしめる金属化合物およ
びナトリウム化合物よりなる混合物は次いで約５００〜
約７５０℃、好ましくは約５５０〜約７００℃の温度で
約１時間以上焼成される。焼成後の粒子状、板状あるい
は薄片状のチタン化合物は、そのままあるいは必要に応
じ中和処理や粉砕、篩別し所望形状に調整して各種用途
に向けられる。本発明で得られる薄片の形状は特に制限
されないが、通常厚さ約４μｍ以下、好ましくは約０．
１μｍ〜約３μｍ、大きさ約３〜２００μｍで、アスペ
クト比（大きさ／厚さ）約５〜約５０程度のものが一般
に製造される。The mixture comprising the titanium compound, the metal compound for imparting photochromic properties and the sodium compound prepared by the above-mentioned method and the like is then added to a mixture of about 500 to
Firing at a temperature of about 750C, preferably about 550C to about 700C, for about 1 hour or more. The particulate, plate-like, or flaky titanium compound after calcination is used for various applications as it is or, if necessary, adjusted to a desired shape by neutralization, pulverization, and sieving. Although the shape of the flake obtained in the present invention is not particularly limited, it is usually about 4 μm or less in thickness, preferably about 0.1 μm.
Generally, those having an aspect ratio (size / thickness) of about 5 to about 50 having a size of 1 μm to about 3 μm and a size of about 3 to 200 μm are generally manufactured.
【００２５】このようにして得られた酸化チタン系化合
物は、実質的に酸化ナトリウムとチタン酸ナトリウムよ
りなるナトリウム化合物を酸化ナトリウムに換算して約
０．１重量％〜１．０重量％未満、鉄、クロム、銅、ニ
ッケル、バナジウム及びマンガンの少なくとも一種より
成る金属化合物を金属酸化物換算で約０．２〜８．０重
量％及び残部を実質的に酸化チタンであり一部チタン酸
ナトリウムよりなるチタン化合物を酸化チタンに換算し
て１００重量％となるごとくチタン化合物を含有してな
るフォトクロミック性を有する酸化チタン系化合物であ
る。The titanium oxide-based compound thus obtained is obtained by converting a sodium compound consisting essentially of sodium oxide and sodium titanate into sodium oxide in an amount of about 0.1% to less than 1.0% by weight, A metal compound comprising at least one of iron, chromium, copper, nickel, vanadium and manganese is about 0.2 to 8.0% by weight in terms of a metal oxide, and the balance is substantially titanium oxide and partly from sodium titanate. This is a titanium oxide-based compound having photochromic properties and containing the titanium compound so that the titanium compound becomes 100% by weight in terms of titanium oxide.
【００２６】本発明により得られた酸化チタン系化合物
が何故フォトクロミック性に優れているのかその理由は
詳らかでないが、一般にフォトクロミズムの発現機構
は、先ず酸化チタン結晶中に格子欠陥の存在することが
必須であり、この格子欠陥と結晶中にドープされた金属
イオンとの間で紫外線〜低波長可視光線の照射による酸
化／還元反応がフォトクロミズムを生起するとされてい
る。従来法で原料として用いられている結晶化した酸化
チタンは、格子欠陥が元々少ない上に格子欠陥の近傍に
金属イオンが存在しにくいのに対し、本発明方法である
チタン化合物に金属あるいは金属化合物を混合し、これ
をナトリウム化合物の存在下で焼成する場合には、より
多くの格子欠陥が形成されまた該欠陥部の近傍に多くの
金属イオンが存在し得るため、優れたフォトクロミック
性が発現されるものと推測される。The reason why the titanium oxide-based compound obtained by the present invention is excellent in photochromic properties is not clear, but generally, the mechanism of the development of photochromism is, first, the existence of lattice defects in titanium oxide crystals. It is said that an oxidation / reduction reaction between the lattice defect and the metal ions doped in the crystal by irradiation of ultraviolet light to low-wavelength visible light causes photochromism. The crystallized titanium oxide used as a raw material in the conventional method has a small number of lattice defects and is unlikely to have metal ions in the vicinity of the lattice defects. And baking it in the presence of a sodium compound, more lattice defects are formed and more metal ions can be present in the vicinity of the defect, so that excellent photochromic properties are expressed. It is supposed to be.
【００２７】本発明により得られた酸化チタン系化合物
は、他の物質と混合あるいは希釈されて用いられても、
フォトクロミズムによる変色度合を明確に識別できる８
以上の色差△Ｅを有しており、極めて利用価値の高いも
のである。The titanium oxide-based compound obtained according to the present invention can be used after being mixed or diluted with other substances.
The degree of discoloration due to photochromism can be clearly identified 8
It has the above color difference ΔE, and is extremely useful.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上詳述したように本発明により、粒子
状、板状あるいは薄片状のフォトクロミック性を有した
酸化チタン系化合物を得ることができる。一実施形態で
ある本発明で得られた薄片状酸化チタンは、従来の薄片
状酸化チタンの持つ白色度および隠蔽性、形状による薄
片の層状配列や付着性という機能は勿論のこと、ファン
デーションのような化粧料に適用した場合には、従来の
化粧料が呈した室内で仕上げた化粧が明るい太陽光線下
では白さが浮き上がり過ぎるという欠点を、その優れた
フォトクロミック性により、室内で合わせた化粧肌の色
が太陽光線下において素早く反応変色して、戸外におい
ても化粧肌の色の白さが目立たず、自然で美しく見える
メークアップ化粧料の提供を可能とするものである。ま
た、看板、ディスプレーなどに使用すると、照明に応じ
て白さが代わり周囲との調和の取れた白さを演出できる
など、各種化粧料や塗料、樹脂充填材などに適用可能で
あり、その工業的価値は頗る大なるものである。As described in detail above, according to the present invention, a titanium oxide compound having photochromic properties in the form of particles, plates or flakes can be obtained. The flaky titanium oxide obtained by the present invention, which is one embodiment, has the whiteness and concealing properties of the conventional flaky titanium oxide, the function of laminar arrangement and adhesion of the flakes depending on the shape, as well as the foundation. When applied to natural cosmetics, the drawback of conventional cosmetics that the finished cosmetics in the room are too white under the bright sunshine, but the superior photochromic properties make the cosmetics The color of the skin quickly changes color under the sunlight, and the makeup skin color can be provided in a natural and beautiful appearance even when the makeup skin color is not conspicuous even outdoors. In addition, when used for signboards and displays, it can be applied to various cosmetics, paints, resin fillers, etc. The target value is very large.
【００２９】[0029]
【実施例】以下本発明を実施例により説明するが、本発
明はこれら実施例に限定されるものではない。EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
【００３０】なお、本発明におけるフォトクロミズムの
評価方法は、フォトクロミズムを有する粒子状、板状あ
るいは薄片状の酸化チタン化合物０．３ｇをニトロセル
ロースラッカー（ニトロセルロース濃度１７％）２．７
ｇ中に均一に分散させた塗料を作製し、この塗料を紙の
上に７５μｍの厚さで均一に塗布した後、乾燥し暗所に
１２時間以上保管しフォトクロミズムが発現していない
状態にしておき、次いでこの塗布膜に２ｍＷ／ｃｍ2 の
強度で紫外線を１時間照射し、紫外線照射前後の色を測
色器で測定し、色差（ＣＩＥＬＡＢ表色系による色差△
Ｅ）を求めた。The method for evaluating photochromism in the present invention is as follows. A 0.3 g of a particulate, plate-like or flaky titanium oxide compound having photochromism is used as a nitrocellulose lacquer (nitrocellulose concentration: 17%) 2.7.
g) to prepare a coating uniformly dispersed in g, apply this coating uniformly on paper at a thickness of 75 μm, and then dry and store it in a dark place for 12 hours or more to make a state in which photochromism does not appear. Then, the coating film was irradiated with ultraviolet light at an intensity of 2 mW / cm 2 for 1 hour, and the color before and after the irradiation of the ultraviolet light was measured with a colorimeter to determine the color difference (color difference according to CIELAB color system).
E) was determined.
【００３１】本発明で得られた酸化チタン系化合物中の
金属酸化物および酸化ナトリウムの定量分析は、日立製
作所製原子吸光度測定装置Ｚ−８０００により測定し
た。The quantitative analysis of the metal oxide and sodium oxide in the titanium oxide-based compound obtained in the present invention was measured by an atomic absorption spectrometer Z-8000 manufactured by Hitachi, Ltd.
【００３２】実施例１ ５００リットルのＳＵＳ槽にトルエン８０ｋｇ、イソプ
ロパノール５０ｋｇ、テトライソプロポキシチタン５０
ｋｇを仕込み、攪拌しながら１．６ｋｇの水を徐々に滴
下し、テトライソプロポキシチタンをダイマーにまで縮
合し、次いで酢酸６．３ｋｇを仕込み部分アセチル化を
行い薄片化原液を作製した。Example 1 80 kg of toluene, 50 kg of isopropanol, and 50 kg of tetraisopropoxy titanium were placed in a 500-liter SUS tank.
Then, 1.6 kg of water was gradually added dropwise while stirring, and tetraisopropoxytitanium was condensed to a dimer. Then, 6.3 kg of acetic acid was charged and partially acetylated to prepare a stock exfoliating solution.
【００３３】この原液を９０℃に加熱した回転している
直径１ｍ、幅１ｍのクロム鍍金ドラム上にゴムロールを
介して展着させ、液膜を形成した後溶剤を蒸発除去し、
次いでスチームを接触させることにより部分加水分解を
起こさせた。原液は固体状態に変化し、加水分解が進行
するにつれてヒビ割れが生じ薄片が形成された。This undiluted solution was spread on a rotating chrome-plated drum having a diameter of 1 m and a width of 1 m heated to 90 ° C. through a rubber roll. After forming a liquid film, the solvent was removed by evaporation.
Then, partial hydrolysis was caused by contacting with steam. The stock solution changed to a solid state, and as the hydrolysis proceeded, cracks were formed and flakes were formed.
【００３４】次いでドラム上の薄片は掻き取り刃により
掻き取り、このあとドラム表面に再び薄片化原液を展着
して、連続的に薄片を生産した。得られた薄片の大きさ
及び厚さは、目標に応じて液の展着量、加水分解の程度
により制御される。Next, the flakes on the drum were scraped off by a scraping blade, and then the thinning stock solution was spread on the drum surface again to continuously produce flakes. The size and thickness of the obtained flakes are controlled by the spread amount of the liquid and the degree of hydrolysis according to the target.
【００３５】得られた薄片状の有機チタン化合物は、組
成分析の結果、チタン１モルに対してアセチルオキシ基
が約０．４モル、イソプロポキシ基が約０．１モル加水
分解を受けずに残っており、７００℃での焼成残量より
推定すると、酸化チタンとしては６５％の組成であっ
た。As a result of composition analysis, the obtained flaky organotitanium compound was hydrolyzed with about 0.4 mol of acetyloxy group and about 0.1 mol of isopropoxy group per 1 mol of titanium. The remaining titanium oxide had a composition of 65% as estimated from the amount of the calcined residue at 700 ° C.
【００３６】このようにして得られた薄片状有機チタン
化合物２５０ｋｇを、水５８０ｋｇおよび硝酸第二鉄９
水塩４．２ｋｇと１ｍ3 混合槽に投入し攪拌混合した
後、これに１５％水酸化ナトリウム水溶液２２．５ｋｇ
を攪拌しながら滴下し、次いでこのスラリーをそのまま
ドラムドライヤーで乾燥し、更に電気炉で６６０℃の温
度で１時間焼成した。得られた薄片中には過剰の水酸化
ナトリウムが残存しているので、再度水中に分散して中
和処理を行い乾燥し、平均の大きさ５μｍ、平均の厚さ
０．５μｍの薄片状酸化チタン化合物を得た。このもの
の色差を測定した結果、△Ｅ１０．６であった。またＦ
ｅ2 Ｏ3 およびＮａ2 Ｏ含有量は、各々０．９％、０．
８％であった。250 kg of the flaky organotitanium compound thus obtained was added to 580 kg of water and 9 kg of ferric nitrate 9
4.2 kg of water salt and 1 m 3 were put into a mixing tank and mixed with stirring, and then 22.5 kg of a 15% aqueous sodium hydroxide solution was added thereto.
Was added dropwise while stirring, and then the slurry was dried as it was with a drum dryer, and further fired at 660 ° C. for 1 hour in an electric furnace. Since excessive sodium hydroxide remains in the obtained flakes, it is dispersed again in water, neutralized, dried, and flake-shaped oxidized with an average size of 5 μm and an average thickness of 0.5 μm. A titanium compound was obtained. The color difference was measured, and as a result, ΔE10.6. Also F
e 2 O 3 and Na 2 O content are 0.9% and 0.1% respectively.
8%.
【００３７】実施例２〜４ 硝酸第二鉄９水塩の添加量を表１に示すように変動さ
せ、また薄片状有機チタン化合物のフォトクロミック性
付与工程を１００ｇのスケールで行った以外は実施例１
と同様の方法で薄片状酸化チタンを得、このものの△
Ｅ、Ｆｅ2 Ｏ3 およびＮａ2 Ｏ含有量を測定した。その
結果を表１に示す。Examples 2 to 4 Example 2 was repeated except that the addition amount of ferric nitrate nonahydrate was varied as shown in Table 1 and that the photochromic imparting step of the flaky organotitanium compound was performed on a 100 g scale. 1
Flaky titanium oxide was obtained in the same manner as in
The contents of E, Fe 2 O 3 and Na 2 O were measured. Table 1 shows the results.
【００３８】[0038]
【表１】 [Table 1]
【００３９】実施例５〜６ 水酸化ナトリウムの添加量を表２に示すように変動さ
せ、また薄片状有機チタン化合物のフォトクロミック性
付与工程を１００ｇのスケールで行った以外は実施例１
と同様の方法で薄片状酸化チタンを得、このものの△
Ｅ、Ｆｅ2 Ｏ3 およびＮａ2 Ｏ含有量を測定した。その
結果を表２に示す。Examples 5-6 Example 1 was repeated except that the amount of sodium hydroxide added was varied as shown in Table 2 and that the photochromic imparting step of the flaky organotitanium compound was performed on a 100 g scale.
Flaky titanium oxide was obtained in the same manner as in
The contents of E, Fe 2 O 3 and Na 2 O were measured. Table 2 shows the results.
【００４０】[0040]
【表２】 [Table 2]
【００４１】実施例７〜１０ 実施例１の方法においてフォトクロミック性を付与する
金属化合物として表４に示す金属塩を焼成後の金属化合
物量が金属酸化物換算で０．９重量％、水酸化ナトリウ
ムを焼成後のＮａ2 Ｏ換算で０．８重量％になるよう添
加し、薄片状酸化チタンを得、このものの△Ｅを測定し
た。その結果を表３に示す。Examples 7 to 10 In the method of Example 1, as a metal compound for imparting photochromic properties, a metal salt shown in Table 4 was fired, and the amount of the metal compound was 0.9% by weight in terms of a metal oxide. Was added so as to be 0.8% by weight in terms of Na 2 O after calcination to obtain flaky titanium oxide, and ΔE was measured. Table 3 shows the results.
【００４２】[0042]
【表３】 [Table 3]
【００４３】実施例１１ ５００リットルのＳＵＳ槽にｎ−ブタノール１６０ｋ
ｇ、テトラブトキシチタン８０ｋｇを仕込み、攪拌しな
がら酢酸１５ｋｇを仕込み７０℃で２時間攪拌し、部分
アセチル化を行い薄片化原液を作製した。この原液を７
０℃に加熱した回転している直径１．２ｍ、幅１ｍのア
ルミナコートドラム上にゴムロールを介して展着させ、
液膜を形成した後、実施例１と同様に連続的に薄片を生
産した。Example 11 n-butanol 160 k in a 500 liter SUS tank
g and 80 kg of tetrabutoxytitanium, 15 kg of acetic acid was charged with stirring, and the mixture was stirred at 70 ° C. for 2 hours to perform partial acetylation to prepare a stock exfoliating solution. 7
Spreading through a rubber roll on a rotating 1.2 m diameter, 1 m width alumina coated drum heated to 0 ° C.
After forming the liquid film, thin sections were continuously produced in the same manner as in Example 1.
【００４４】得られた薄片状の有機チタン化合物は、組
成分析の結果、チタン１モルに対してアセチルオキシ基
が約０．６モル、ｎ−ブチル基が約０．１モル加水分解
を受けずに残っていた。As a result of composition analysis, the obtained flaky organic titanium compound was not hydrolyzed by about 0.6 mol of acetyloxy group and about 0.1 mol of n-butyl group per 1 mol of titanium. Was left.
【００４５】このようにして得られた薄片状有機チタン
化合物２５０ｋｇを、水５８０ｋｇおよび硝酸第二鉄９
水塩４．２ｋｇと１ｍ3 混合槽に投入し攪拌混合した
後、これに１５％水酸化ナトリウム水溶液２２．５ｋｇ
を攪拌しながら滴下し、次いでこのスラリーをそのまま
ドラムドライヤーで乾燥し、更に電気炉で６６０℃の温
度で１時間焼成した。得られた薄片中には過剰の水酸化
ナトリウムが残存しているので、再度水中に分散して中
和処理を行い乾燥し、平均の大きさ５μｍ、平均の厚さ
０．５μｍの薄片状酸化チタン化合物を得た。このもの
の色差を測定した結果、△Ｅ１１．５であった。またＦ
ｅ2 Ｏ3 およびＮａ2 Ｏ含有量は、各々０．９％、０．
８％であった。250 kg of the flaky organotitanium compound thus obtained was added to 580 kg of water and 9 kg of ferric nitrate 9
4.2 kg of water salt and 1 m 3 were put into a mixing tank and mixed with stirring, and then 22.5 kg of a 15% aqueous sodium hydroxide solution was added thereto.
Was added dropwise while stirring, and then the slurry was dried as it was with a drum dryer, and further fired at 660 ° C. for 1 hour in an electric furnace. Since excessive sodium hydroxide remains in the obtained flakes, it is dispersed again in water, neutralized, dried, and flake-shaped oxidized with an average size of 5 μm and an average thickness of 0.5 μm. A titanium compound was obtained. The color difference of this product was measured, and the result was ΔE11.5. Also F
e 2 O 3 and Na 2 O content are 0.9% and 0.1% respectively.
8%.
【００４６】実施例１２ １０リットル槽にチタニアゾル（石原産業株式会社製Ｃ
Ｎ−Ｓ、チタニア含有量２８．６％）３．５ｋｇを仕込
み、攪拌しながら水３．４ｋｇを滴下し、次いで硝酸第
二鉄９水塩５１ｇと水６８ｇより成る溶液を滴下して薄
片化原液を作製した。Example 12 Titania sol (C manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) was placed in a 10-liter tank.
3.5 kg of N-S, titania content) was charged, 3.4 kg of water was added dropwise with stirring, and then a solution composed of 51 g of ferric nitrate nonahydrate and 68 g of water was added dropwise to flake. A stock solution was prepared.
【００４７】この原液を５０℃に加熱した回転している
直径５０ｃｍ、幅２０ｃｍのアルミナ溶射ドラム上にゴ
ムロールを介して展着、液膜を形成した後、水を蒸発除
去した。液膜は固体状態になり、体積収縮を生起するに
従い膜がヒビ割れ薄片が形成された。This undiluted solution was spread on a rotating alumina spraying drum having a diameter of 50 cm and a width of 20 cm heated to 50 ° C. through a rubber roll to form a liquid film, and then water was removed by evaporation. The liquid film became a solid state, and as the volume shrinkage occurred, the film cracked and flakes were formed.
【００４８】次いでドラム上の薄片は掻き取り刃により
掻き取り、この後ドラム表面には再び薄片化原液を展着
して、連続的に薄片を生産した。得られた薄片の大きさ
及び厚さは、目標に応じて液の展着量、乾燥速度の程度
により制御される。Next, the flakes on the drum were scraped off by a scraping blade, and thereafter the thinning stock solution was spread on the drum surface again to continuously produce flakes. The size and thickness of the obtained flakes are controlled by the spread amount of the liquid and the degree of the drying speed according to the target.
【００４９】このようにして得られた薄片１．２ｋｇを
水酸化ナトリウム１３．５ｇを溶解した水６ｋｇに含浸
させ、このスラリーをそのままドラムドライヤーで乾燥
し、更に７００℃の電気炉で１時間焼成した。得られた
薄片中には過剰の水酸化ナトリウムが残存しているの
で、再度水中に分散して塩酸水溶液を加えて中和処理を
行った後、水洗乾燥し平均の大きさ５μｍ、平均の厚さ
０．６μｍの薄片状酸化チタン化合物を得た。このもの
の色差を測定した結果、△Ｅ１２．２であった。またＦ
ｅ2 Ｏ3 およびＮａ2 Ｏ含有量は、各々０．９％、０．
８％であった。The thus obtained flakes (1.2 kg) were impregnated with 6 kg of water in which 13.5 g of sodium hydroxide was dissolved, the slurry was dried as it was with a drum dryer, and further fired in an electric furnace at 700 ° C. for 1 hour. did. Since excess sodium hydroxide remains in the obtained flakes, it is dispersed again in water, neutralized by adding an aqueous solution of hydrochloric acid, washed with water, dried and washed with an average size of 5 μm and an average thickness of 5 μm. A flaky titanium oxide compound having a thickness of 0.6 μm was obtained. The color difference of this product was measured, and the result was ΔE12.2. Also F
e 2 O 3 and Na 2 O content are 0.9% and 0.1% respectively.
8%.
【００５０】実施例１３〜１５ 市販の酸化チタン及び結晶化させた薄片状酸化チタン
〔実施例１３；Ｒ−８３０（石原産業株式会社製）、実
施例１４；Ｐ−２５（デグッサ社製）、実施例１５；薄
片状酸化チタン 商品名 ルクセレン（住友化学工業株
式会社製）〕に表４に示すＦｅ2 Ｏ3 量、Ｎａ2 Ｏ量に
なるよう黄色酸化鉄を添加混合し焼成してフォトクロミ
ズムを付与させた後、このもののΔＥを測定した。その
結果を表４に示す。また実施例１のチタン化合物にナト
リウム化合物及び鉄化合物を全く加えず７００℃で焼成
し薄片状酸化チタン化合物を得、このものの△Ｅを測定
した。その結果を実施例１６として表４に示す。Examples 13 to 15 Commercially available titanium oxide and crystallized flaky titanium oxide [Example 13; R-830 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.), Example 14; P-25 (manufactured by Degussa), Example 15; Flaky titanium oxide (trade name: Luxelen (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)), and yellow iron oxide was added and mixed so that the amounts of Fe 2 O 3 and Na 2 O shown in Table 4 were obtained. After the application, ΔE was measured. Table 4 shows the results. Further, the titanium compound of Example 1 was calcined at 700 ° C. without adding any sodium compound and iron compound at all to obtain a flaky titanium oxide compound, and ΔE was measured. The results are shown in Table 4 as Example 16.
【００５１】[0051]
【表４】 [Table 4]
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01G 23/00 C09D 5/00 C09K 9/00 ＣＡ（ＳＴＮ)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C01G 23/00 C09D 5/00 C09K 9/00 CA (STN)
Claims (1)
算で０．１〜１．０重量％未満、鉄、クロム、銅、ニッ
ケル、バナジウム及びマンガンの少なくとも一種より成
る金属化合物が金属酸化物換算で０．２〜８．０重量％
及びチタン化合物が酸化チタン換算で、前記ニ成分との
総和で１００重量％となるごとく構成されてなるフォト
クロミック性を有する酸化チタン系化合物（酸化チタン
を脱イオン水に分散させ、さらに硫酸鉄、塩化鉄、硝酸
鉄又は酢酸鉄を加え、攪拌し、これに水酸化ナトリウム
を加えて中和し反応させ、ついで濾過して得られる残渣
を水洗、乾燥、焼成、粉砕することにより得られるもの
を除く）。1. A metal compound comprising at least one of iron, chromium, copper, nickel, vanadium and manganese having a sodium compound content of 0.1 to less than 1.0% by weight in terms of sodium oxide. ~ 8.0% by weight
And a photochromic titanium oxide-based compound (titanium oxide) in which the titanium compound is 100% by weight in total with the two components in terms of titanium oxide.
Is dispersed in deionized water.
Add iron or iron acetate, stir, add sodium hydroxide
To neutralize and react, and then the residue obtained by filtration
Obtained by washing, drying, baking and crushing
) .
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP34081891A JP3254705B2 (en) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | Photochromic titanium oxide compound |
Applications Claiming Priority (1)
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