JP6035500B1 - 塗料用ケイ素酸化物被覆酸化鉄組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明は、コアとなる酸化物粒子の表面が、シェルとなる酸化物により被覆された、コアシェル型酸化物粒子の製造方法であって、上記コアとなる酸化物粒子の原料であるコア用酸化物原料を少なくとも含むコア用酸化物原料液と、上記コアとなる酸化物粒子を析出させるための酸化物析出物質を少なくとも含む酸化物析出溶媒とを混合させた混合流体中で上記コアとなる酸化物粒子を析出させる工程1と、上記混合流体と、上記シェルとなる酸化物の原料であるシェル用酸化物原料を少なくとも含むシェル用酸化物原料液とを混合させて、上記コアとなる酸化物粒子の表面全体を上記シェルとなる酸化物で均一に被覆する工程2の、少なくとも上記2つの工程を含み、上記工程1の後、上記コアとなる酸化物粒子が上記混合流体中で凝集が生じない所定時間に、上記工程2を完了させることを特徴とする、コアシェル型酸化物粒子の製造方法を提供する。上記所定時間は、1秒以内であることが好ましい。
また、本発明は、コアとなる酸化物粒子の表面が、シェルとなる酸化物により被覆された、コアシェル型酸化物粒子の製造方法であって、上記コアとなる酸化物粒子の原料であるコア用酸化物原料を少なくとも含むコア用酸化物原料液と、上記コアとなる酸化物粒子を析出させるための酸化物析出物質を少なくとも含む酸化物析出溶媒とを混合させた混合流体中で上記コアとなる酸化物粒子を析出させる工程1と、上記混合流体と、上記シェルとなる酸化物の原料であるシェル用酸化物原料を少なくとも含むシェル用酸化物原料液とを混合させて、上記コアとなる酸化物粒子の表面全体を上記シェルとなる酸化物で均一に被覆する工程2の、少なくとも上記2つの工程を含み、上記コアシェル型酸化物粒子の一次粒子径が、上記コアとなる酸化物粒子の一次粒子径に対して、190%以下となるように、上記工程1及び上記工程2を制御することを特徴とする、コアシェル型酸化物粒子の製造方法を提供する。
また、本発明は、上記少なくとも2つの処理用面の中心側を上流側、外側を下流側とするものであり、第1の流体として、上記コア用酸化物原料液と上記酸化物析出溶媒との何れか一方が、薄膜流体を形成しながら上記少なくとも2つの処理用面の間の上流側から下流側に通過し、第2の流体として、上記コア用酸化物原料液と上記酸化物析出溶媒との何れか他方が、上記第1の流体が上記少なくとも2つの処理用面の間に導入される第1の流路とは独立した第2の流路を経て、上記少なくとも2つの処理用面の少なくとも何れか一方に形成された開口部から上記少なくとも2つの処理用面の間に導入され、上記コア用酸化物原料液と上記酸化物析出溶媒とが上記少なくとも2つの処理用面の間において混合され、上記コアとなる酸化物粒子を析出させ、第3の流体として上記シェル用酸化物原料液が、上記第1の流路と上記第2の流路とは独立した第3の流路を経て、上記少なくとも2つの処理用面の少なくとも何れか一方に形成された開口部から上記少なくとも2つの処理用面の間に導入され、上記第2の流路の開口部が上記第3の流路の開口部よりも上流側に設けられたものとして実施することができる。
また、本発明は、上記第1の流体が上記少なくとも2つの処理用面の間に導入される流量であるF1、上記第2の流体が上記少なくとも2つの処理用面の間に導入される流量であるF2、上記第3の流体が上記少なくとも2つの処理用面の間に導入される流量であるF3が、F1>F2 かつ、F1+F2>F3の関係を満たすものとして実施することができる。
また、本発明は、上記コアとなる酸化物粒子が酸化亜鉛粒子であり、上記シェルとなる酸化物の厚みが、上記コアシェル型酸化物粒子の直径に対して、0.01%〜60%である酸化物粒子を得るものとして実施することができる。
また、本発明は、上記コアとなる酸化物粒子が酸化亜鉛粒子であり、上記コアシェル型酸化物粒子を分散させたメチレンブブルー色素を含む分散液に、365nmの紫外光を少なくとも2時間照射することにより、上記メチレンブブルー色素の吸収ピークに由来する波長660nm付近の光に対する吸光度の減衰率が10%以下である酸化物粒子を得るものとして実施することができる。
また、本発明は、上記コアとなる酸化物粒子が酸化鉄粒子であり、上記シェルとなる酸化物の厚みが、上記コアシェル型酸化物粒子の直径に対して、0.5%〜25%である酸化物粒子を得るものとして実施することができる。
また、本発明は、上記コアとなる酸化物粒子が酸化鉄粒子であり、上記コアシェル型酸化物粒子を分散させたコンゴレッド色素を含む分散液に、白色光を少なくとも2時間照射することにより、上記コンゴレッド色素の吸収ピークに由来する波長505nm付近の光に対する吸光度の減衰率が10%以下である酸化物粒子を得るものとして実施することができる。
また、本発明は、上記シェルとなる酸化物は、上記コアとなる酸化物粒子に含まれる元素とは異なる元素を含むものとして実施することができる。
また、本発明は、コアとなる酸化物粒子の表面全体が、シェルとなる酸化物により均一に被覆された、コアシェル型酸化物粒子であって、上記コアとなる酸化物粒子が1個の酸化鉄粒子であり、上記シェルとなる酸化物がケイ素酸化物であり、上記シェルとなる酸化物の厚みが、上記コアシェル型酸化物粒子の直径に対して、0.5%〜25%であるコアシェル型酸化物粒子を提供する。
すなわち、本発明は、波長400〜620nmの光線の反射率が18%未満であり、一次粒子径が1〜50nmである表面の少なくとも一部がケイ素酸化物で被覆された酸化鉄粒子を含むことを特徴とする塗料用ケイ素酸化物被覆酸化鉄組成物を提供する。
即ち、本発明は、塗装体を構成する塗料に配合して用いられ、所定の反射率、透過率及び透明度を備え、紫外線から上記塗装体を保護する新たな塗料用耐候性組成物を提供する。この塗料用耐候性組成物は、コアとなる酸化鉄粒子の表面が、シェルとなるケイ素酸化物により被覆されたコアシェル型酸化鉄粒子を含む。このコアシェル型酸化鉄粒子にあっては、上記ケイ素酸化物が非晶質であることが好ましく、さらに上記コアシェル型酸化鉄粒子の一次粒子径が1〜50nmであることが最も好ましい。
コアとシェルとの関係については、上記コアシェル型酸化鉄粒子は、その一次粒子径が、コアとなる酸化鉄粒子の一次粒子径の100.5%以上190%以下であることが好ましい。
また、上記コアとなる酸化鉄粒子がα−Fe2O3であることが好ましい。
上記の構成を備えたコアシェル型酸化鉄粒子は、次の特性を示し得る。
即ち、反射率については、上記コアシェル型酸化鉄粒子は、波長400〜620nmの光線に対する反射率が18%未満とすることができる。
透過率については、上記コアシェル型酸化鉄粒子は、上記コアシェル型酸化鉄粒子をプロピレングリコールに対して、酸化鉄としての濃度が0.05重量%となるように分散させた分散液の状態で、波長200〜420nmの光線の同分散体の透過率が2.0%以下を示し、且つ、波長620〜800nmの光線に対する透過率が80%以上を示すものとすることができる。
透明度については、上記コアシェル型酸化鉄粒子は、上記コアシェル型酸化鉄粒子をプロピレングリコールまたは水に対して、酸化鉄としての濃度が2重量%となるように分散させた分散体の状態で、同分散体のヘーズ値が2.0%以下を示すものとすることができる。
本発明においては、コアシェル型酸化物粒子とは、コアとなる酸化物粒子の表面全体をシェルとなる酸化物で均一に被覆した粒子をいう。ここで、コアとなる酸化物粒子とシェルとなる酸化物とは異なる物質であるが、シェルとなる酸化物は、コアとなる酸化物粒子に含まれる元素とは異なる元素を含むものであることが好ましい。ここで、「コアとなる酸化物粒子に含まれる元素とは異なる元素」とは、コアとシェルに含まれる主成分となる元素がコアとシェルとで異なることを意味し、コアとなる酸化物粒子に含まれる元素がシェルとなる酸化物に含まることを妨げず、シェルとなる酸化物に含まれる元素がコアとなる酸化物粒子に含まることを妨げるものではない。また、「主成分となる」とは、コアとなる酸化物粒子またはシェルとなる酸化物に含まれる主成分となる元素(酸素元素を除く)が、コアとなる酸化物粒子またはシェルとなる酸化物に含まれる全元素(酸素元素を除く)の50%以上を占めることを意味する。また、本発明に係るコアシェル型酸化物粒子は、コアとなる酸化物粒子が酸化亜鉛又は酸化鉄の粒子であって、シェルとなる酸化物がケイ素酸化物であるコアシェル型酸化物粒子であることが好ましい。当該コアシェル型酸化物粒子を色材や紫外線防御剤として用いた場合、発現する特性(光触媒能及び紫外線吸収能)のうち光触媒能を抑制することができる。また、分散性の向上、透明度や耐溶剤性の観点からも、シェルとなる酸化物がケイ素酸化物であることが好ましい。
本発明におけるコアシェル型酸化物粒子の作製に用いる酸化物原料としては、特に限定されない。反応、晶析、析出、共沈等の方法で酸化物となるものであれば実施出来る。本発明においては、以下、当該方法を析出と記載する。ここで、コアシェル型酸化物粒子の作製に用いる酸化物原料とは、コアとなる酸化物粒子の原料であるコア用酸化物原料と、シェルとなる酸化物の原料であるシェル用酸化物原料であって、例えば金属や非金属の単体、金属化合物や非金属の化合物である。本発明における金属は、特に限定されない。好ましくは化学周期表上における全ての金属元素である。また、本発明における非金属は、特に限定されないが、好ましくは、B,Si,Ge,As,Sb,C,N,O,S,Te,Se,F,Cl,Br,I,At等の非金属元素を挙げることができる。これらの金属や非金属について、単一の元素であっても良く、複数の元素からなる合金や金属元素に非金属元素を含む物質であっても良い。また、本発明において、上記の金属の化合物を金属化合物という。金属化合物または上記の非金属の化合物としては特に限定されないが、一例を挙げると、金属または非金属の塩や酸化物、水酸化物、水酸化酸化物、窒化物、炭化物、錯体、有機塩、有機錯体、有機化合物またはそれらの水和物、有機溶媒和物などが挙げられる。金属塩または非金属の塩としては、特に限定されないが、金属または非金属の硝酸塩や亜硝酸塩、硫酸塩や亜硫酸塩、蟻酸塩や酢酸塩、リン酸塩や亜リン酸塩、次亜リン酸塩や塩化物、オキシ塩やアセチルアセトナート塩またはそれらの水和物、有機溶媒和物などが挙げられ、有機化合物としては金属または非金属のアルコキシドなどが挙げられる。以上、これらの金属化合物または非金属の化合物は単独で使用しても良く、複数以上の混合物として使用しても良い。
コアとなる酸化物粒子が酸化亜鉛又は酸化鉄である場合には、コア用酸化物原料としては、亜鉛または鉄の酸化物や水酸化物、その他亜鉛または鉄の塩やアルコキシドなどの化合物やそれらの水和物などが挙げられる。特に限定されないが、亜鉛または鉄の塩化物、硝酸塩、硫酸塩などの無機化合物や、亜鉛または鉄のアルコキシドやアセチルアセトナート等の有機化合物などが挙げられる。具体的な一例としては、酸化亜鉛、塩化亜鉛、硝酸亜鉛、塩化鉄(III)、塩化鉄(II)、硝酸鉄(II)、硫酸鉄(III)、亜鉛アセチルアセトナート、鉄アセチルアセトナートやそれられの水和物などが挙げられる。
シェルとなる酸化物がケイ素化合物である場合には、シェル用酸化物原料としては、ケイ素の酸化物や水酸化物、その他ケイ素の塩やアルコキシドなどの化合物やそれらの水和物が挙げられる。特に限定されないが、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−トリフルオロプロピル−トリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEOS)、およびTEOSのオリゴマ縮合物、例えば、エチルシリケート40、テトライソプロピルシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソブトキシシラン、テトラブトキシシラン、および同様の物質が挙げられる。さらにシェル用酸化物原料として、その他のシロキサン化合物、ビス(トリエトキシシリル)メタン、1、9−ビス(トリエトキシシリル)ノナン、ジエトキシジクロロシラン、トリエトキシクロロシラン等を用いても構わない。
本発明における塩基性物質としては、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの金属水酸化物、ナトリウムメトキシドやナトリウムイソプロポキシドのような金属アルコキシド、トリエチルアミン、ジエチルアミノエタノールやジエチルアミンなどのアミン系化合物やアンモニアなどが挙げられる。
本発明における酸性物質としては、王水、塩酸、硝酸、発煙硝酸、硫酸、発煙硫酸などの無機酸や、ギ酸、酢酸、クロロ酢酸、ジクロロ酢酸、シュウ酸、トリフルオロ酢酸、トリクロロ酢酸などの有機酸が挙げられる。
本発明においては、酸化物析出物質を少なくとも含む酸化物析出溶媒を用いるものであり、少なくとも酸化物析出物質を溶媒に混合・溶解・分子分散させて酸化物析出溶媒を調製することが好ましい。コア用酸化物原料液、酸化物析出溶媒とシェル用酸化物原料液の調製に用いる溶媒としては、例えば水や有機溶媒、またはそれらの複数からなる混合溶媒が挙げられる。上記水としては、水道水やイオン交換水、純水や超純水、RO水などが挙げられ、有機溶媒としては、アルコール化合物溶媒、アミド化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、芳香族化合物溶媒、二硫化炭素、脂肪族化合物溶媒、ニトリル化合物溶媒、スルホキシド化合物溶媒、ハロゲン化合物溶媒、エステル化合物溶媒、イオン性液体、カルボン酸化合物、スルホン酸化合物などが挙げられる。上記の溶媒はそれぞれ単独で使用しても良く、または複数を混合して使用しても良い。アルコール化合物溶媒としては、メタノールやエタノールなどの1価アルコールや、エチレングリコールやプロピレングリコールなどのポリオールなどが挙げられる。また、コアシェル型酸化物粒子の作製に悪影響を及ぼさない範囲において、必要に応じて、上記酸性物質をコア用酸化物原料液やシェル用酸化物原料液に混合しても良い。
本発明における上記コア用酸化物原料液、シェル用酸化物原料液または酸化物析出溶媒は、棒状、板状、プロペラ状等の種々の形状の撹拌子を槽内で回転させるものや、撹拌子に対して相対的に回転するスクリーンを備えたものなど、流体にせん断力を加えるなどして、均質な混合を実現する回転式分散機などの調製装置を用いて調製されることが望ましい。回転式分散機の好ましい例としては、特許第5147091号に開示されている撹拌機を適用することができる。
また、回転式分散機はバッチ式で行うものであってもよく、連続式で行うものであってもよい。連続式で行う場合には、撹拌槽に対する流体の供給と排出とを連続的に行うものであってもよく、撹拌槽を用いずに連続式のミキサーを用いて行うものであってもよく、公知の撹拌機や撹拌手段を用い、適宜撹拌エネルギーを制御することができる。なお、撹拌エネルギーに関しては、本願出願人による特開平04−114725号公報に詳述されている。本発明における撹拌の方法は特に限定されないが、各種せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波式などの撹拌機や溶解機、乳化機、分散機、ホジナイザーなどを用いて実施することができる。一例としては、ウルトラタラックス(IKA製)、ポリトロン(キネマティカ製)、TKホモミキサー(プライミクス製)、エバラマイルダー(荏原製作所製)、TKホモミックラインフロー(プライミクス製)、コロイドミル(神鋼パンテック製)、スラッシャー(日本コークス工業製)、トリゴナル湿式微粉砕機(三井三池化工機製)、キャビトロン(ユーロテック製)、ファインフローミル(太平洋機工製)などの連続式乳化機、クレアミックス(エム・テクニック製)、クレアミックスディゾルバー(エム・テクニック製)、フィルミックス(プライミクス製)などのバッチ式もしくは連続両用乳化機をあげることができる。また、撹拌処理は、高速回転する撹拌翼を備えたものであって、撹拌翼の外側にスクリーンを備え、スクリーンの開口から流体がジェット流となって吐出する撹拌機、特に上記のクレアミックス(エム・テクニック製)やクレアミックスディゾルバー(エム・テクニック製)を用いて行われることが望ましい。
本発明においては、コアシェル型酸化物粒子の作製に悪影響を及ぼさない範囲において、目的や必要に応じて各種の分散剤や界面活性剤を用いてもよい。特に限定されないが、分散剤や界面活性剤としては一般的に用いられる様々な市販品や、製品または新規に合成したものなどを使用できる。一例として、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤や、各種ポリマーなどの分散剤などを挙げることができる。これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。上記の界面活性剤及び分散剤は、酸化物原料液、酸化物析出溶媒、シェル用酸化物原料液の少なくともいずれか1つの流体に含まれていてもよい。また、上記の界面活性剤及び分散剤は、酸化物原料液、酸化物析出溶媒、シェル用酸化物原料液とも異なる、後述する第4の流体に含まれていてもよい。
本発明におけるコアシェル型酸化物粒子や酸化物粒子の表面の少なくとも一部を酸化物で被覆した粒子の製造方法は、例えば、第1のマイクロリアクターを用いてコア部分の酸化物粒子を作製し、これに続く第2のマイクロリアクターによってコアとなる酸化物粒子の表面の少なくとも一部をシェルとなる酸化物で被覆する方法や、希薄系での反応をバッチ容器内で行うなどの方法で酸化物粒子を作製し、引き続き希薄系での反応によって先述した酸化物粒子の表面の少なくとも一部に酸化物の被覆を行うなどの方法、またビーズミルなどの粉砕法で酸化物粒子を作製し、その後に反応容器内で酸化物粒子の表面の少なくとも一部に酸化物の被覆を行う方法などが挙げられる。また本願出願人よって提案された特開2009−112892号公報にて記載されたような装置並びに方法を用いても良い。特開2009−112892号公報に記載の装置は、断面形状が円形である内周面を有する攪拌槽と、該攪拌槽の内周面と僅かな間隙を在して付設される攪拌具とを有し、撹拌槽には、少なくとも二箇所の流体入口と、少なくとも一箇所の流体出口とを備え、流体入口のうち一箇所からは、被処理流体のうち、反応物の一つを含む第一の被処理流体を攪拌槽内に導入し、流体入口のうちで上記以外の一箇所からは、前記反応物とは異なる反応物の一つを含む第二の被処理流体を、上記第一の被処理流体とは異なる流路より攪拌槽内に導入するものであり、攪拌槽と攪拌具の少なくとも一方が他方に対し高速回転することにより被処理流体を薄膜状態とし、この薄膜中で少なくとも上記第一の被処理流体と第二の被処理流体とに含まれる反応物同士を反応させるものであり、三つ以上の被処理流体を攪拌槽に導入するために、図4及び5に示すように導入管を三つ以上設けても良いことが記載されている。
本発明においては、少なくとも上記酸化物原料液と酸化物析出溶媒との混合を、マイクロリアクターを用いて行うことが好ましく、その中でも図1に示す、特許文献4に記載の装置と同様のものを用いることが好ましい。以下、マイクロリアクターについて詳述する。図1(A)(B)、並びに図2においてRは回転方向を示している。
なお、第3導入部d3の第2処理用面2における開口部は、第2導入部d2の開口部よりも、第1処理用面1の回転の中心の外側に位置する。即ち、第2処理用面2において、第3導入部d3の開口部は、第2導入部d2の開口部よりも、下流側に位置する。第3導入部d3の開口部と第2導入部d2の開口部との間には、第2処理用部20の径の内外方向について、間隔が開けられている。
さらに、空気などの背圧用の流体の圧力を、スプリング43に加えて付与することもできる。これらの全ての圧力の和が上記の接面圧力であり、この接面圧力が第1〜第3の被処理流体の流体圧力による離反力と均衡する。処理用面間において、各被処理流体をその沸点以上にて導入・混合する場合には、各被処理流体の流体圧力を、高く設定することが好ましい。具体的には、各被処理流体の流体圧力を標準気圧を超えるものとするものであり、これに対して均衡する接面圧力も高く設定される。具体的には、上記背圧用の流体の圧力を0.020〜0.350MPaG、好ましくは0.050〜0.400MPaG、より好ましくは0.100〜0.500MPaGに設定可能であり、またスプリング43については、0.007〜0.030MPa、好ましくは0.010〜0.20MPaに設定可能である。
開口部d30又は開口部d20及びd30が円環形状であることによって、第1〜第3の全ての被処理流体を処理用面1、2間で必ず接触させることができる。それによりコアとなる酸化物粒子の表面全体がシェルとなる酸化物により均一に被覆されたコアシェル型酸化物粒子のみを確実に作製することができる。
但し、本発明に実施に際しては、工程1と工程2とのうち一方を上述の処理用面間で行い、他方を異なる装置で行うことも可能である。この場合には、図1(B)に示すように、上述の処理用面を備えた装置には、少なくとの2つの開口部(d10、d20)を備えれば足りるが、3つ以上の開口部を備えた装置で実施することを妨げるものではない。
工程1と工程2とのうち一方を上述の処理用面間で行い、他方を異なる装置で行う場合の例としては、工程1を上述の処理用面間で行い、且つ、工程2を工程1に続いて連続的にバッチ又は連続式の混合反応装置で行う方法などが挙げられる。具体的に説明すると、上記に説明した装置のベッセルvに投入口を設け(図示せず)、当該投入口からシェル用酸化物原料液をベッセルv内部に供給し、処理用面1,2から吐出させた吐出直後のコアとなる酸化物粒子を含む混合流体とシェル用酸化物原料液とを混合する方法が挙げられる。コアとなる酸化物粒子を含む混合流体は処理用面1,2による強制から開放され、より広い流路空間へと吐出するものであり、広がりながら吐出される上記の混合流体に対して、効率よく且つ連続してシェル用酸化物原料液を供給することができる。
吸光度の減衰率=(A1−A2)/A1×100(%)(式1)
A1:光照射前の吸光度
A2:光照射後の吸光度
当該吸光度の減衰率が10%以下であることをもって、光触媒能が抑制できていると評価した。当該吸光度の減衰率が10%以下であれば、本願発明に係るコアシェル型酸化物粒子を色材や紫外線防御剤として用いる場合に耐光性を維持できるという点で好ましい。当該吸光度の減衰率が、7.5%以下がより好ましく、5.0%以下がさらに好ましい。
本発明において、コア用酸化物原料液、酸化物析出溶媒、シェル用酸化物原料液のpHは、特に限定されない。用いる酸化物原料(コア用酸化物原料、シェル用酸化物原料)や酸化物析出物質の種類や濃度、目的や対象とするコアシェル型酸化物粒子の種類などによって、適宜変更することが可能である。
本発明において、コア用酸化物原料液と酸化物析出溶媒とを混合する際の温度は、特に限定されない。また、コア用酸化物原料液と酸化物析出溶媒とを混合した混合流体とシェル用酸化物原料液とを混合する際の温度は、特に限定されない。用いる酸化物原料や酸化物析出物質の種類、対象とするコアシェル型酸化物粒子の種類、それぞれの流体のpHなどによって適切な温度で実施することが可能である。
ε=A/(c・l)(式2)
ここで、εは物質固有の定数で、モル吸光係数と言い、1cmの厚みをもつ1mol/Lの溶液中を光が通過したときの光の強さの比の逆数であるため、単位はL/(mol・cm)である。Aは紫外可視吸収スペクトル測定における吸光度であり、cは試料のモル濃度(mol/L)である。lは光が透過する長さ(光路長)であり、通常は紫外可視吸収スペクトルを測定する際のセルの厚みである。
樹脂成分としては、ポリエステル系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂などを例示し得る。
本発明の塗料用ケイ素酸化物被覆酸化鉄組成物が含まれる塗料が適用される塗装体としては、単一の塗料組成物から構成される単層の塗装体であってもよく、複数の塗料組成物から構成される複数層の塗装体であってもよく、また、顔料が含まれる塗料に含めて実施することもできるし、顔料が含まれないクリアー塗料などの塗料に含めて実施することもできる。
塗装体の色としては、赤色系、例えばマンセル色相環でRP〜YRの色相を備えた色(メタルカラーを含む)の塗装体に用いられる塗料組成物に好適に配合することができるが、これに限るものはなく、他の色相の色であってもかまわない。
塗料組成物に必要に応じて含まれる顔料や染料は、種々の顔料や染料を用いることができ、例えばカラーインデックスに登録される全ての顔料や染料を用いることが出来る。その中でも例えば、赤色を構成する顔料や染料にあっては、カラーインデックスにおいてC.I.Pigment Redに分類される顔料並びに染料、C.I.Pigment VioletやC.I.Pigment Orangeに分類される顔料並びに染料等が挙げられる。より具体的にはC.I.Pgment Red 122やC.I.Pgment Violet 19のようなキナリドン系顔料やC.I.Pgment Red 254やC.I.Pigment Orange73のようなジケトピロロピロール系顔料、C.I.Pigment Red 150やC.I.Pigment Red 170のようなナフトール系顔料やC.I.Pigment Red 123やC.I.Pigment Red179のようなペリレン系顔料やC.I.Pigment Red 144のようなアゾ系顔料等が挙げられる。これらの赤色を構成する顔料並びに染料は、単独で用いても良いし、複数を混合して使用しても良い。なお、本発明のケイ素酸化物被覆酸化鉄は、上記赤色を構成する顔料並びに染料等と混合せずに単独で用いることも可能である。
高速回転式分散乳化装置であるクレアミックス(製品名:CLM−2.2S、エム・テクニック製)を用いて、コア用酸化物原料液、酸化物析出溶媒、並びにシェル用酸化物原料液を調製した。具体的には、表1の実施例1に示すコア用酸化物原料液の処方に基づいて、コア用酸化物原料液の各成分を、クレアミックスを用いて、調製温度40℃、ローター回転数を20000rpmにて30分間撹拌することにより均質に混合し、コア用酸化物原料液を調製した。また、表1の実施例1に示す酸化物析出溶媒の処方に基づいて、酸化物析出溶媒の各成分を、クレアミックスを用いて、調製温度45℃、ローターの回転数15000rpmにて30分間撹拌することにより均質に混合し、酸化物析出溶媒を調製した。さらに、表1の実施例1に示すシェル用酸化物原料液の処方に基づいて、シェル用酸化物原料液の各成分を、クレアミックスを用いて、調製温度20℃、ローターの回転数6000rpmにて10分間撹拌することにより均質に混合し、シェル用酸化物原料液を調製した。
なお、表1に記載の化学式や略記号で示された物質については、MeOHはメタノール(ゴードー製)、97wt%H2SO4は濃硫酸(キシダ化学製)、KOHは水酸化カリウム(日本曹達製)、35wt%HClは塩酸(関東化学製)、TEOSはテトラエチルオルトシリケート(和光純薬製)、60wt%HNO3は硝酸(関東化学製)、ZnOは酸化亜鉛(関東化学製)を使用した。
表2に、流体処理装置の運転条件を示す。表2に示したA液、B液並びにC液の導入温度(送液温度)と導入圧力(送液圧力)は、処理用面1、2間に通じる密封された導入路(第1導入部d1と第2導入部d2、並びに第3導入路d3)内に設けられた温度計と圧力計とを用いて測定したものであり、表2に示したA液の導入温度は、第1導入部d1内の導入圧力下における実際のA液の温度であり、同じくB液の導入温度は、第2導入部d2内の導入圧力下における実際のB液の温度であり、C液の導入温度は、第3導入部d3内の導入圧力下における実際のC液の温度である。
実施例及び比較例で得られた洗浄処理後のコアシェル型酸化物粒子のウェットケーキサンプルの一部をプロピレングリコールに分散させ、さらにイソプロピルアルコール(IPA)で100倍に希釈した。得られた希釈液をコロジオン膜またはマイクログリッドに滴下して乾燥させて、TEM観察用試料またはSTEM観察用試料とした。
TEM−EDS分析によるコアシェル型酸化物粒子の観察及び定量分析には、エネルギー分散型X線分析装置、JED−2300(JEOL製)を備えた、透過型電子顕微鏡、JEM−2100(JEOL製)を用いた。観察条件としては、加速電圧を80kV、観察倍率を1万倍以上とした。表2、4に記載した粒子径(D)は一次粒子径であり、コアシェル型酸化物粒子の最外周間の距離より算出し、100個の粒子について粒子径を測定した結果の平均値を示した。表2、4に記載したコア粒子径(Dc)は一次粒子径であり、コアシェル型酸化物粒子のコアとなる酸化物粒子の最外周間の距離より算出し、100個の粒子についてコア粒子径を測定した結果の平均値を示した。また、粒子一個についてEDS分析を行い、コアとなる酸化物粒子に含まれる元素と、シェルとなる酸化物に含まれる元素とのモル比を算出した。また、シェルとなる酸化物の厚み(以下、シェル層の厚みともいう)を計測した。粒子1個について4箇所測定し、粒子10個の平均値を表2又は表4の「被覆厚み」の項目に記載した。以下、コアとなる酸化物粒子をコアともいい、シェルとなる酸化物をシェルもしくはシェル層ともいう。
STEM−EDS分析による、コアシェル型酸化物粒子中に含まれる元素のマッピング及び定量には、エネルギー分散型X線分析装置、Centurio(JEOL製)を備えた、原子分解能分析電子顕微鏡、JEM−ARM200F(JEOL製)を用いた。観察条件としては、加速電圧を80kV、観察倍率を5万倍以上とし、直径0.2nmのビーム径を用いて分析した。
X線回折(XRD)測定には、粉末X線回折測定装置 EMPYREAN(スペクトリス株式会社PANalytical事業部製)を使用した。測定条件は、測定範囲:10〜100[°2Theta] Cu対陰極、管電圧45kV、管電流40mA、走査速度0.3°/minとした。各実施例及び比較例で得られコアシェル型酸化物粒子の乾燥粉体を用いてXRD測定を行った。
なお、IR測定には、フーリエ変換赤外分光光度計、FT/IR−4100(日本分光製)を用いた。測定条件は、ATR法を用い、分解能4.0cm−1、積算回数1024回である。
実施例1と同様に、図1(A)の装置を用いて、表1に記載されているコア用酸化物原料液、酸化物析出溶媒、並びにシェル用酸化物原料液の各処方、並びに表2に記載されている運転条件(導入流量、導入温度、導入圧力)にて実施し、コアシェル型酸化物粒子を処理用面1、2間で析出させた。流体処理装置から吐出させ、ベッセルvを介してビーカーbに回収したコアシェル型酸化物粒子分散液から、乾燥粉体とウェットケーキサンプルを作製した。実施例1と同様の手順でTEM観察、XRD測定等を行ったところ、表2に記載の通りの結果を得た。なお、表2に記載されていない条件については実施例1と同様であり、B液を処理用面1,2間に導入してから処理用面1,2よりコアシェル型酸化物粒子分散液を吐出させるまでの時間は大半の粒子については0.5秒なので、1秒以内であった。図7に比較例2〜4で得られた粒子のXRD測定結果を示す。実施例1〜6にあっては、各処方並びに流体処理装置の運転条件を変更することで、粒子径、コア粒子径並びにシェルとなる酸化物の厚み(被覆の厚み)を変更可能であることが分かった。また、比較例1のように、実施例2と同じ物質を使用した場合であっても、A液の流量よりも、B液の流量が多い場合には、ケイ素酸化物で被覆されていない酸化亜鉛粒子が多く見られ、均一な被覆処理が不可能であった。そのため、粒子径(D)については計測していない。比較例2〜4にあっては、コアとなる酸化物粒子のみと、シェルとなるはずだった成分からなる粒子のみとから成る場合、及びそのような粒子を含む場合が観察された。また比較例2〜4のように吐出液のpHが12以下となった場合には、図7に見られるように、コアとなる酸化物粒子として酸化亜鉛以外の物質も作製されるため好ましくない。しかし本願は吐出液のpHに限定されるものでは無く、A、B、C液の処方、並びに流体処理装置の運転条件を変更することで、粒子径、コア粒子径及びシェルとなる酸化物の厚み(被覆の厚み)を制御可能である。
実施例2と同じ処方にて、高速回転式分散乳化装置であるクレアミックス(製品名:CLM−2.2S、エム・テクニック製)を用いて、コア用酸化物原料液、酸化物析出溶媒、並びにシェル用酸化物原料液を調製した。
比較例5と同じ条件にて、図1(B)の流体処理装置を用いてA液(酸化物析出溶媒)及びB液(コア用酸化物原料液)を処理用面1,2間に形成される薄膜流体中で混合し、処理用面1,2間にて酸化亜鉛粒子を析出させて、酸化亜鉛粒子を含む吐出液(以下、酸化亜鉛粒子分散液)を流体処理装置の処理用面1、2間から吐出させた。次に、第3流体としてシェル用酸化物原料液をベッセルvに設けた図示しない投入口から25℃、125ml/minで導入し、処理用面1,2間より吐出させた吐出直後の酸化亜鉛分散液とシェル用酸化物原料液とをベッセルvの内部で混合し、ビーカーbに回収した。ビーカーbに回収した分散液のpHは13.92(測定温度28.4℃)であった。ビーカーbに回収した分散液から、乾燥粉体とウェットケーキサンプルを作製した。なお、B液を処理用面1,2間に導入してから処理用面1,2より酸化亜鉛粒子分散液を吐出させ、吐出させた酸化亜鉛分散液とシェル用酸化物原料液との混合流体がビーカーbに回収されるまでの時間は大半の粒子については0.8秒であり、1秒以内であった。実施例7の方法で作製したコアシェル型酸化物粒子については、TEM観察の結果、実施例1〜6で得られたような、1個の酸化亜鉛粒子の表面全体を均一にケイ素酸化物で被覆した酸化亜鉛粒子、すなわちケイ素酸化物被覆酸化亜鉛粒子が観察され、粒子径(D)は26.5nm、シェルとなる酸化物の厚み(被覆厚み)は2.3nmで、ケイ素酸化物被覆酸化亜鉛粒子のD/Dcは121.0%であった。
実施例2と同じ処方にて、高速回転式分散乳化装置であるクレアミックス(製品名:CLM−2.2S、エム・テクニック製)を用いて、コア用酸化物原料液、酸化物析出溶媒、並びにシェル用酸化物原料液を調製した。次に調製したコア用酸化物原料液と、酸化物析出溶媒とをビーカー内にてマグネティックスターラーを用いて撹拌して混合した。マグネティックスターラーの撹拌速度は、600rpmである。具体的には、酸化物析出溶媒(MeOH 93.70/97wt%H2SO4 6.30)(重量比)4600mlを28℃で撹拌しながら、コア用酸化物原料液(ZnO 3.0/KOH 46.6/純水 50.4)(重量比)400mlを、22℃にて10minかけて投入し、酸化亜鉛粒子を析出させ、酸化亜鉛粒子分散液を得た。酸化亜鉛粒子分散液のpHは13.89(測定温度28.1℃)であった。得られた酸化亜鉛粒子分散液中の酸化亜鉛粒子は既に凝集していた。
ケイ素酸化物によって表面を被覆された酸化亜鉛粒子との比較のために、ケイ素酸化物によって表面を被覆されていない酸化亜鉛粒子を作製した。
実施例2のコア用酸化物原料液と酸化物析出溶媒と同じ処方にて、高速回転式分散乳化装置であるクレアミックス(製品名:CLM−2.2S、エム・テクニック製)を用いて、コア用酸化物原料液と酸化物析出溶媒を調製した。
次に調製したコア用酸化物原料液と酸化物析出溶媒とを図1(B)に示す流体処理装置を用い、以下の条件で酸化亜鉛粒子を作製した。具体的にはA液として酸化物析出溶媒(MeOH 93.70/97wt%H2SO4 6.30)(重量比)を処理用面1,2間に22℃、460ml/minで導入し、処理用部10を回転数1130rpmで運転しながら、B液として酸化亜鉛原料液(ZnO 3.0/KOH 46.6/純水 50.4)(重量比)を処理用面1,2間に28℃、40ml/minで導入し、薄膜流体中で酸化物析出溶媒とコア用酸化物原料液とを混合し、処理用面1,2間にて酸化亜鉛粒子を析出させた。酸化亜鉛粒子を含む吐出液(酸化亜鉛粒子分散液)が処理用面1,2間より吐出された。粒子の洗浄方法、分析・評価方法等は実施例1と同じである。実施例1のコア粒子径と同様の方法で測定した粒子径は10.1nmであり、XRD測定結果より、酸化亜鉛のピークのみが検出された。吐出液のpHは13.92(測定温度28.2℃)であった。得られた酸化亜鉛粒子分散液中の酸化亜鉛粒子は既に凝集していた。
実施例1〜7、及び比較例1〜7で得られた粒子について光触媒能を評価した。具体的には各実施例または比較例にて得られた粒子をメチレンブルー色素を溶解させたプロピレングリコールに分散させ、365nmの紫外光を2時間照射し、照射前後の紫外可視吸光スペクトルを測定した。365nmの紫外光の照射には、トランスイルミネーター(VILBER LOURMAT製:TFX20CL)を用いた。メチレンブブルー色素の吸収ピークに由来する波長660nm付近の光に対する吸光度の減衰率(式1)により、光触媒能を評価した。プロピレングリコール中のメチレンブルーの濃度は、紫外光照射前の測定において、波長660nmの吸光度が1付近となるように設定し、粒子の分散濃度は5×10−5mol/Lとした。図11に実施例1の条件で得られた粒子について紫外光照射前後の吸収スペクトル測定結果を示し、図12に比較例7の条件で得られた粒子について紫外光照射前後の吸収スペクトル測定結果を示す。実施例1で得られたケイ素酸化物被覆酸化亜鉛粒子については、365nmの紫外光を2時間照射する前後で、波長660nmの光に対する吸光度の変化は略見られなかったが(照射前の最大吸光度に対する、照射後の最大吸光度が0.90〜1.00)、比較例7で作製した粒子の場合には吸光度が減衰しており、照射前の最大吸光度に対する、照射後の最大吸光度が0.90未満にまで下がっていた。比較例1〜6の条件で作製した粒子についても比較例7と同様の傾向を示した。実施例1〜7の条件で作製した粒子については、ケイ素酸化物で1個の酸化亜鉛粒子の表面全体を均一に被覆することによって、酸化亜鉛粒子の光触媒能を抑制出来ているが、比較例1〜6の条件で作製した粒子については、酸化亜鉛粒子の表面をケイ素酸化物で被覆出来ていないものや、ケイ素酸化物で複数個の酸化亜鉛粒子の表面を被覆するものも含むために、酸化亜鉛の光触媒能を抑制出来ていないことがわかった。
高速回転式分散乳化装置であるクレアミックス(製品名:CLM−2.2S、エム・テクニック製)を用いて、コア用酸化物原料液、酸化物析出溶媒、並びにシェル用酸化物原料液を調製した。具体的には表3の実施例8に示すコア用酸化物原料液の処方に基づいて、コア用酸化物原料液の各成分を、クレアミックスを用いて、調製温度40℃、ローター回転数を20000rpmにて30分間撹拌することにより均質に混合し、コア用酸化物原料液を調製した。また、表3の実施例8に示す酸化物析出溶媒の処方に基づいて、酸化物析出溶媒の各成分を、クレアミックスを用いて、調製温度45℃、ローターの回転数15000rpmにて30分間撹拌することにより均質に混合し、酸化物析出溶媒を調製した。さらに、表3の実施例8に示すシェル用酸化物原料液の処方に基づいて、シェル用酸化物原料液の各成分を、クレアミックスを用いて、調製温度20℃、ローターの回転数6000rpmにて10分間撹拌することにより均質に混合し、シェル用酸化物原料液を調製した。
なお、表3に記載の化学式や略記号で示された物質については、97wt%H2SO4は濃硫酸(キシダ化学製)、NaOHは水酸化ナトリウム(関東化学製)、TEOSはテトラエチルオルトシリケート(和光純薬製)、Fe(NO3)3・9H2Oは硝酸鉄九水和物(関東化学製)を使用した。粒子の洗浄方法及び分析・評価方法については、実施例1と同じである。
表4に、流体処理装置の運転条件を示す。表4に示したA液、B液並びにC液の導入温度(送液温度)と導入圧力(送液圧力)は、処理用面1、2間に通じる密封された導入路(第1導入部d1と第2導入部d2、並びに第3導入路d3)内に設けられた温度計と圧力計とを用いて測定したものであり、表4に示したA液の導入温度は、第1導入部d1内の導入圧力下における実際のA液の温度であり、同じくB液の導入温度は、第2導入部d2内の導入圧力下における実際のB液の温度であり、C液の導入温度は、第3導入部d3内の導入圧力下における実際のC液の温度である。
実施例8と同様に、図1(A)の装置を用いて、表3に記載されているコア用酸化物原料液、酸化物析出溶媒、並びにシェル用酸化物原料液の各処方、並びに表4に記載されている運転条件(導入流量、導入温度、導入圧力)にて実施し、コアシェル型酸化物粒子を処理用面1、2間で析出させた。流体処理装置から吐出させ、ベッセルvを介してビーカーbに回収したコアシェル型酸化物粒子分散液から、乾燥粉体とウェットケーキサンプルを作製した。実施例8と同様の手順でTEM観察、XRD測定等を行ったところ、表4に記載の通りの結果を得た。なお、表4に記載されていない条件については実施例8と同様であり、B液を処理用面1,2間に導入してから処理用面1,2よりコアシェル型酸化物粒子分散液を吐出させるまでの時間は大半の粒子については0.3秒であり、1秒以内であった。実施例8,9にあっては、各処方並びに流体処理装置の運転条件を変更することで、粒子径、コア粒子径並びにシェルとなる酸化物の厚み(被覆の厚み)を変更可能であることが分かった。本願は吐出液のpHに限定されるものでは無く、A、B、C液の処方、並びに流体処理装置の運転条件を変更することで、粒子径、コア粒子径及びシェルとなる酸化物の厚み(被覆の厚み)を制御可能である。また、比較例8,9のように、A液の流量よりも、B液の流量が多い場合には、ケイ素酸化物で被覆されていない酸化鉄粒子が多く見られ、均一な被覆処理が不可能であった。そのため粒子径(D)については計測していない。
実施例9と同じ処方にて、高速回転式分散乳化装置であるクレアミックス(製品名:CLM−2.2S、エム・テクニック製)を用いて、コア用酸化物原料液、酸化物析出溶媒、並びにシェル用酸化物原料液を調製した。
比較例10と同じ条件にて、図1(B)の流体処理装置を用いてA液(コア用酸化物原料液)及びB液(酸化物析出溶媒)を処理用面1,2間に形成される薄膜流体中で混合し、処理用面1,2間にて酸化鉄粒子を析出させて、酸化鉄粒子を含む分散液(以下、酸化鉄粒子分散液)を流体処理装置の処理用面1,2間から吐出させた。次に、第3流体としてシェル用酸化物原料液をベッセルvに設けた図示しない投入口から89℃、100ml/minで導入し、処理用面間より吐出させた吐出直後の酸化鉄分散液とシェル用酸化物原料液とをベッセルvの内部で混合し、ビーカーbに回収した。ビーカーbの分散液のpHは13.89(測定温度29.6℃)であった。ビーカーbに回収した分散液から、乾燥粉体とウェットケーキサンプルを作製した。なお、B液を処理用面1,2間に導入してから処理用面1,2より酸化鉄粒子分散液を吐出させ、吐出させた酸化鉄粒子分散液とシェル用酸化物原料液との混合流体がビーカーbに回収されるまでの時間は大半の粒子については0.8秒であり、1秒以内であった。実施例10の方法で作製したコアシェル型酸化物粒子については、TEM観察の結果、実施例8〜9で得られたような、1個の酸化鉄粒子の表面全体を均一にケイ素酸化物で被覆したコアシェル型酸化物粒子、すなわち、ケイ素酸化物被覆酸化鉄粒子が観察され、粒子径(D)が9.90nm、シェルとなる酸化物の厚み(被覆厚み)が1.17nmで、ケイ素酸化物被覆酸化鉄粒子のD/Dcは131.0%であった。
実施例9と同じ処方にて、高速回転式分散乳化装置であるクレアミックス(製品名:CLM−2.2S、エム・テクニック製)を用いて、コア用酸化物原料液、酸化物析出溶媒、並びにシェル用酸化物原料液を調製した。次に調製したコア用酸化物原料液と、酸化物析出溶媒とを加圧容器内にて撹拌機を用いて撹拌し混合した。撹拌機の撹拌速度は、600rpmである。具体的には、第1被処理流体としてコア用酸化物原料液(純水 98.00/Fe(NO3)3・9H2O 2.00)(重量比)4000mlを、142℃で撹拌しながら、第2被処理流体として酸化物析出溶媒(NaOH 9.00/純水 91.00)(重量比)500mlを、86℃にて10分かけて投入し、酸化鉄粒子を析出させ、酸化鉄粒子分散液を得た。混合後のpHは12.64(測定温度33.2℃)であった。得られた酸化鉄粒子分散液中の酸化鉄粒子は既に凝集していた。
ケイ素酸化物によって表面を被覆された酸化鉄粒子との比較のために、ケイ素酸化物によって表面を被覆されていない酸化鉄粒子を作製した。
実施例8,9のコア用酸化物原料液と酸化物析出溶媒と同じ処方にて、高速回転式分散乳化装置であるクレアミックス(製品名:CLM−2.2S、エム・テクニック製)を用いて、コア用酸化物原料液と酸化物析出溶媒を調製した。
次に調製したコア用酸化物原料液と酸化物析出溶媒とを図1(B)に示す流体処理装置を用い、以下の条件で酸化鉄粒子を作製した。具体的にはA液としてコア用酸化物原料液(純水 98.00/Fe(NO3)3・9H2O 2.00)(重量比)を処理用面1,2間に142℃、400ml/minで導入し、処理用部10を回転数1130rpmで運転しながら、B液として酸化物析出溶媒(NaOH 9.00/純水 91.00)(重量比)を処理用面1,2間に86℃、50ml/minで導入し、薄膜流体中で酸化物析出溶媒とコア用酸化物原料液とを混合し、酸化鉄粒子を処理用面1,2間にて析出させた。酸化鉄粒子を含む吐出液(酸化鉄粒子分散液)が処理用面1,2間より吐出された。粒子の洗浄方法、分析・評価方法等は実施例8と同じである。実施例8のコア粒子径と同様の方法で測定した粒子径は6.40nmであり、XRD測定結果より、酸化鉄のピークのみが検出された。吐出液のpHは13.89(測定温度29.6℃)であった。得られた酸化鉄粒子分散液中の酸化鉄粒子は既に凝集していた。
実施例11として、特開2009−112892号公報に記載の装置並びにA液(コア用酸化物原料液)、B液(酸化物析出溶媒)、C液(シェル用酸化物原料液)の混合・反応方法を用いた以外は、実施例8と同じ条件とすることでケイ素酸化物被覆酸化鉄粒子を作製した。ここで、特開2009−112892号公報の装置とは、同公報の図4に記載の装置であって、攪拌槽の内径が均一であるものを用い、撹拌槽の内径が420mm、攪拌具の外端と攪拌槽の内周面との間隙が1mm、攪拌羽根の回転数は実施例8で用いた図1(A)に示す流体処理装置の処理用部の回転数と同じ(1130rpm)とした。また、撹拌槽にA液を導入し、攪拌槽の内周面に圧着されたA液からなる薄膜中にB液を加えて混合し反応させ、攪拌槽の内周面に圧着されたA液とB液の混合液からなる薄膜中にC液を加えて混合し反応させた。TEM観察の結果、コアが1個の酸化鉄粒子であり、シェルがケイ素酸化物であって、コアの表面の一部をシェルで被覆した、ケイ素酸化物被覆酸化鉄粒子が観察され、コアとなる酸化鉄粒子の表面に厚み1.0〜2.0nm程度のケイ素酸化物の被覆層(シェル)が観察された。同じく実施例11で得られたケイ素酸化物被覆酸化鉄粒子について、実施例8と同様にSTEMを用いたマッピングを行った結果、HADDF像にて観察された粒子に対して、酸素(O)については粒子の全体にそれぞれの元素が分布している様子が観察され、鉄(Fe)についてはHADDF像で観察された粒子よりも半径で約1.0〜2.0nm程度小さく観察され、ケイ素(Si)については主として被覆層にのみ分布している様子が観察された。粒子径(D)が16.9nm、シェルとなる酸化物の厚み(被覆厚み)が1.0〜2.0nmで、ケイ素酸化物被覆酸化鉄粒子のD/Dcは111.8〜123.7%であった。実施例11で得られたケイ素酸化物被覆酸化鉄粒子のXRD測定結果より、酸化鉄(Fe2O3)に由来するピークが観察され、その他にピークは観察されなかった。
実施例8〜10、及び比較例8〜12で得られた粒子について光触媒能を評価した。具体的には各実施例または比較例にて得られた粒子をコンゴレッド色素を溶解させたプロピレングリコールに分散させ、白色光を2時間照射し、照射前後の紫外可視吸光スペクトルを測定した。白色光の照射には、メタルハライドランプ(ウシオライティング製:ULRD−250ST/9H2)を備えた、250Wメタルハライド光源装置(ウシオライティング製:UF3250NAC)を用いた。コンゴレッド色素の吸収ピークに由来する波長505nmの光に対する吸光度の減衰率(式1)により、光触媒能を評価した。プロピレングリコール中のメチレンブルーの濃度は、波長505nmの吸光度が1付近となるように設定し、粒子の分散濃度は5×10−5mol/Lとした。図18に実施例8の条件で得られた粒子について白色光照射前後の吸収スペクトル測定結果を示し、図19に比較例12の条件で得られた粒子について白色光照射前後の吸収スペクトル測定結果を示す。実施例8で得られたケイ素酸化物被覆酸化鉄粒子については、白色光を2時間照射する前後で、波長505nmの光に対する吸光度の変化は略見られなかったが(照射前を1として、照射後は0.98〜1.00)、比較例12で作製した粒子の場合には吸光度が減衰しており、照射前を1として、照射後は0.90未満にまで下がっていた。比較例8〜11の条件で作製した粒子についても比較例12と同様の傾向を示した。実施例8〜10の条件で作製した粒子については、ケイ素酸化物で1個の酸化鉄粒子の表面全体を均一に被覆することによって、酸化鉄粒子の光触媒能を抑制出来ているが、比較例8〜11の条件で作製した粒子については、酸化鉄粒子の表面をケイ素酸化物で被覆出来ていないものや、ケイ素酸化物で複数個の酸化鉄粒子の表面を被覆するものも含むために、酸化鉄の光触媒能を抑制出来ていないことがわかった。
透過スペクトル並びに吸収スペクトルは、可視紫外吸光分光光度計(製品名:UV−2450、島津製作所製)を使用した。測定範囲は200〜800nmとし、サンプリングレートを0.2nm、測定速度を低速として測定した。透過スペクトルは、プロピレングリコールにケイ素酸化物被覆酸化鉄をFe2O3として0.05重量%の濃度で分散させた分散液を測定試料として用いた。吸収スペクトルについては、プロピレングリコールにケイ素酸化物被覆酸化鉄をFe2O3として0.007重量%(0.0005mol/L)の濃度で分散させた分散液を測定試料として用いて、吸収スペクトルを測定後、測定結果から得られた吸光度と分散液の酸化鉄濃度(Fe2O3として)より、モル吸光係数を算出し、横軸に測定波長、縦軸にモル吸光係数を記載したグラフとした。測定には、厚み1cmの液体用セルを用いた。
ヘーズ値測定には、ヘーズ値メーター(型式 HZ−V3、スガ試験機製)を用いた。光学条件としてJIS K 7136、JIS K 7361に対応した、ダブルビーム方式で、光源としてD65光を使用した。測定は厚み1mmの液体用セルに 紫外可視吸収・透過スペクトル測定に用いた分散液と同じ分散液について測定した。
反射スペクトルは、紫外可視近赤外分光光度計(製品名:SolidSpec−3700、島津製作所製)を使用した。測定範囲は400〜750nmとし、サンプリングレートを2.0nm、測定速度を中速として測定した。また粉末を測定する際のバックグラウンド測定には、標準白板(製品名:Spectralon(商標)、Labsphere製)を使用し、分散液を測定する際のバックグラウンドには硫酸バリウムを使用した。測定試料としては、後述するように、ケイ素酸化物被覆酸化鉄の粉末、及び水にケイ素酸化物被覆酸化鉄をFe2O3として0.31重量%の濃度で分散させた分散液を用いた。
比較例13として、和光純薬製酸化鉄(III)(α−Fe2O3)を実施例8と同様に、プロピレングリコールまたは水に分散させ、実施例8と同様の方法でTEM観察、ヘーズ値、紫外可視透過吸収スペクトル、反射スペクトル、XRDを測定した。図24に比較例13の酸化鉄粒子のTEM写真を示す。平均一次粒子径は119.6nmであった。なお、比較例13のTEM観察用試料の作製にあっては、上記の市販の酸化鉄(III)(α−Fe2O3)を洗浄せずに用いた。
2 第2処理用面
10 第1処理用部
11 第1ホルダ
20 第2処理用部
21 第2ホルダ
d1 第1導入部
d2 第2導入部
d3 第3導入部
d10 開口部
d20 開口部
d30 開口部
Claims (7)
- 波長400〜620nmの光線の反射率が18%未満であり、一次粒子径が1〜50nmである表面の少なくとも一部がケイ素酸化物で被覆された酸化鉄粒子を含むものであり、
上記ケイ素酸化物が非晶質であることを特徴とする塗料用ケイ素酸化物被覆酸化鉄組成物。 - 上記酸化鉄粒子を含む分散体が、波長200〜420nmの光線の透過率が2.0%以下であり、波長620〜800nmの光線に対する透過率が80%以上であることを特徴とする請求項1に記載の塗料用ケイ素酸化物被覆酸化鉄組成物。
- 上記酸化鉄粒子を含む分散体における酸化鉄の濃度が2重量%において、ヘーズ値が2.0%以下であるケイ素酸化物被覆酸化鉄分散体であることを特徴とする請求項1または2に記載の塗料用ケイ素酸化物被覆酸化鉄組成物。
- 上記ケイ素酸化物で被覆された酸化鉄粒子は、コアとなる酸化鉄粒子の表面が、シェルとなるケイ素酸化物により被覆されたコアシェル型酸化鉄粒子であり、
上記コアシェル型酸化鉄粒子は、その一次粒子径が、コアとなる酸化鉄粒子の一次粒子径の100.5%以上190%以下であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の塗料用ケイ素酸化物被覆酸化鉄組成物。 - 塗装体を構成する塗料に配合して用いられ、
所定の反射率、透過率及び透明度を備え、紫外線から上記塗装体を保護する塗料用耐候性組成物において、
コアとなる酸化鉄粒子の表面が、シェルとなるケイ素酸化物により被覆されたコアシェル型酸化鉄粒子を含み、
上記ケイ素酸化物は非晶質であり、
上記コアシェル型酸化鉄粒子の一次粒子径が1〜50nmであり、
上記コアシェル型酸化鉄粒子は、波長400〜620nmの光線に対する反射率が18%未満であり、
上記コアシェル型酸化鉄粒子は、上記コアシェル型酸化鉄粒子をプロピレングリコールに対して、酸化鉄としての濃度が0.05重量%となるように分散させた分散液の状態で、波長200〜420nmの光線の同分散体の透過率が2.0%以下を示し、且つ、波長620〜800nmの光線に対する透過率が80%以上を示すものであり、
上記コアシェル型酸化鉄粒子は、上記コアシェル型酸化鉄粒子をプロピレングリコールまたは水に対して、酸化鉄としての濃度が2重量%となるように分散させた分散体の状態で、同分散体のヘーズ値が2.0%以下を示すように構成されたものであることを特徴とする塗料用耐候性組成物。 - 上記コアシェル型酸化鉄粒子は、その一次粒子径が、コアとなる酸化鉄粒子の一次粒子径の100.5%以上190%以下であることを特徴とする請求項5に記載の塗料用耐候性組成物。
- 上記コアとなる酸化鉄粒子がα−Fe2O3であることを特徴とする請求項5又は6に記載の塗料用耐候性組成物。
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