(57)【要約】【解決手段】ニオブ又はタンタルを０．２〜２５質量％の割合で含有し、粉末の拡散反射スペクトルにおいて、可視光領域で最大の反射率を示す波長における反射率が５０％以上であり、１０００〜２５００ｎｍの赤外線領域における反射率が可視域の最大反射率の半分以下である酸化チタンからなることを特徴とする酸化チタン粉末。【効果】本発明により、赤外線遮断被膜、透明遮熱被膜に使用できる、赤外線遮断特性を有する酸化チタン微粒子粉末、その分散液を安価で無害な酸化チタンを主成分として製造することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニオブ又はタンタルを０．２〜２５質量％の割合で含有し、粉末の拡散反射スペクトルにおいて、可視光領域で最大の反射率を示す波長における反射率が５０％以上であり、１０００〜２５００ｎｍの赤外線領域における反射率が可視域の最大反射率の半分以下である酸化チタンからなることを特徴とする酸化チタン粉末。
【請求項２】
遠心法によって測定した平均粒径が１５０ｎｍ以下である請求項１記載の酸化チタン粉末。
【請求項３】
請求項１又は２記載の酸化チタン粉末が水又は有機溶剤に分散されてなる分散液。
【請求項４】
４価のチタン化合物の溶液又は分散液と５価のニオブ又はタンタル化合物の溶液又は分散液と水溶性還元剤とを混合し、１００〜２５０℃の温度に加熱することを特徴とする請求項１記載の酸化チタン粉末の製造方法。
【請求項５】
水溶性還元剤が３価のチタンの水溶性化合物である請求項４記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線遮断特性を有する酸化チタン粉末、分散液及び該酸化チタン粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光を透過し、赤外線を遮断する材料でガラス等の表面を薄く被覆するという方法は、遮熱によって省エネルギー効果が期待されることから注目されている。この方法に沿って、ＩＴＯ（インジウム・すず酸化物）の微粒子粉末を分散させた塗料が特開平７−７０４８２号公報（特許文献１）、特開平８−１７６４７５号公報（特許文献２）等に提案されている。
しかし、インジウムは希少な金属であり、従って上記のような材料は資源的な問題から将来に亘って安定供給が可能であるかは疑問が残る。
【０００３】
一方、酸化チタンは、安価で無害な物質であり、顔料等に広く使用されている。更に近年では光触媒としての用途も注目されていて、微粒子粉末やその分散液の製造方法も特開平９−１７５８２１号公報（特許文献３）、特開２００１−２６２００７号公報（特許文献４）、特開２００７−１７６７５３号公報（特許文献５）等に開示されている。
しかしながら、通常の酸化チタンには紫外線を吸収して遮断する性質はあるものの、赤外線、特に可視光に近い波長２５００ｎｍ以下の領域に関しては可視光と同じように透過させてしまう。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−７０４８２号公報
【特許文献２】特開平８−１７６４７５号公報
【特許文献３】特開平９−１７５８２１号公報
【特許文献４】特開２００１−２６２００７号公報
【特許文献５】特開２００７−１７６７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような技術的背景の中でなされたもので、安価な酸化チタンを主成分とし、赤外線を遮断する特性を有する酸化チタン微粒子粉末、その分散液、及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、４価のチタン化合物の溶液又は分散液と５価のニオブ又はタンタル化合物の溶液又は分散液とを３価のチタンの水溶性化合物等の水溶性還元剤の存在下に混合し、１００〜２５０℃に加熱することによりニオブ又はタンタルを０．２質量％以上２５質量％以下含有し、粉末の拡散反射スペクトルにおいて可視光領域で最大の反射率を示す波長における反射率が５０％以上であり、１０００〜２５００ｎｍの赤外線領域における反射率が、可視域の最大反射率の半分以下であり、赤外線を遮断する特性を有する粉末が得られることを知見し、本発明をなすに至ったものである。
【０００７】
従って、本発明は、下記酸化チタン粉末、分散液及び酸化チタン粉末の製造方法を提供する。
請求項１：
ニオブ又はタンタルを０．２〜２５質量％の割合で含有し、粉末の拡散反射スペクトルにおいて、可視光領域で最大の反射率を示す波長における反射率が５０％以上であり、１０００〜２５００ｎｍの赤外線領域における反射率が可視域の最大反射率の半分以下である酸化チタンからなることを特徴とする酸化チタン粉末。
請求項２：
遠心法によって測定した平均粒径が１５０ｎｍ以下である請求項１記載の酸化チタン粉末。
請求項３：
請求項１又は２記載の酸化チタン粉末が水又は有機溶剤に分散されてなる分散液。
請求項４：
４価のチタン化合物の溶液又は分散液と５価のニオブ又はタンタル化合物の溶液又は分散液と水溶性還元剤とを混合し、１００〜２５０℃の温度に加熱することを特徴とする請求項１記載の酸化チタン粉末の製造方法。
請求項５：
水溶性還元剤が３価のチタンの水溶性化合物である請求項４記載の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、赤外線遮断被膜、透明遮熱被膜に使用できる、赤外線遮断特性を有する酸化チタン微粒子粉末、その分散液を安価で無害な酸化チタンを主成分として製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の酸化チタン粉末について説明する。
本発明の酸化チタン微粒子粉末中には、ニオブ又はタンタルが０．２質量％以上２５質量％以下含有される。主成分である酸化チタンは９９．８〜７５質量％の含有量である。より好ましくはニオブの場合０．５質量％以上１２質量％以下、タンタルの場合１質量％以上１５質量％以下である。この範囲よりニオブ又はタンタルが少なくては赤外線遮断特性が得られない。この範囲を超えてニオブ又はタンタルを含有した場合、可視光の透過性が下がり、透明な赤外線遮断被膜という目的に対して不都合である。
【００１０】
チタン、ニオブ、タンタル、酸素以外の元素については、１質量％以下であることが好ましい。より好ましくは実質的に含まないことである。
【００１１】
本発明の酸化チタン微粒子粉末の可視光（３６０ｎｍ〜８３０ｎｍ）を透過し、赤外線を遮断する特性とは、粉末の拡散反射スペクトルにおいて、可視光領域の反射率の最大値が５０％以上あることと、１０００〜２５００ｎｍの赤外領域の全体に亘って反射率が可視光の最大反射率の半分以下であることである。可視光領域の反射率の最大は６０％以上であることがより好ましく、赤外領域の反射率は３０％以下であることがより好ましい。後に実施例でそのスペクトルの例を示す。
【００１２】
本発明の酸化チタン微粒子粉末の分散液中における平均粒径は遠心法による測定によると１５０ｎｍ以下である。より好ましくは１００ｎｍ以下である。後に実施例でその粒度分布の例を示す。なお、その下限は通常５ｎｍ以上、特に１０ｎｍ以上である。
【００１３】
また、本発明の酸化チタン微粒子粉末を得るための原料酸化チタンの結晶相としては、既知のルチル、アナターゼ、ブルッカイトのいずれか、及びそれらのうち２種以上の混合物をいずれも用いることができる。
【００１４】
本発明の酸化チタン粉末の製造方法は、
（１）４価のチタン化合物の原料として、ＴｉＣｌ4、Ｔｉ（ＳＯ4）2等の水溶性化合物の水溶液、又は、非晶質酸化チタン（ＩＶ）又は水酸化チタン（ＩＶ）を無機もしくは有機の酸（塩酸、シュウ酸、酢酸等）又はアルカリ（ＮａＯＨ、Ｎ（ＣＨ3）4ＯＨ等）で溶解又は透明なコロイド状にした液、
（２）５価のニオブ又はタンタル化合物の原料として、ＮｂＣｌ5、ＴａＣｌ5、ＮｂＦ5、ＴａＦ5等の水溶性化合物の水溶液、非晶質酸化ニオブ（Ｖ）、酸化タンタル（Ｖ）、水酸化ニオブ（Ｖ）又は水酸化タンタル（Ｖ）を無機もしくは有機の酸（塩酸、シュウ酸、酢酸等）又はアルカリ（ＮａＯＨ、Ｎ（ＣＨ3）4ＯＨ等）で溶解又は透明なコロイド状にした液、
（３）３価のチタンの水溶性化合物ＴｉＣｌ3等の水溶性の還元剤（ＳｎＣｌ2、ホルムアルデヒド、ショ糖、ヒドラジン等）
を原料とし、更に必要に応じて酸又はアルカリ、少量のエタノール等の水溶性有機溶剤、及び水を混合して反応原液を得る。
【００１５】
各成分の配合量は、ＴｉとＮｂ、Ｔａの合計が０．０１ｍｏｌ／ｃｍ3以上２ｍｏｌ／ｃｍ3以下であることが好ましい。これより低濃度では生産性が悪く、大きな圧力容器が必要になるので好ましくない。これより高濃度では次の加熱反応中に副生物によって系の圧力が上がりすぎて危険になるおそれがあり、好ましくない。より好ましくは０．０５ｍｏｌ／ｃｍ3以上１ｍｏｌ／ｃｍ3以下である。チタンと、ニオブ又はタンタルの比率は、目標とする製品中の比率に応じて配合すればよい。
【００１６】
上記の反応原液それぞれを密閉容器又は圧力容器中で１００℃以上２５０℃以下の温度に加熱する。加熱温度が１００℃未満では、得られる酸化チタン組成物の赤外線遮断特性が十分でなく、２５０℃を超えて温度を高くすることは容器の選択、設計を困難にする。より好ましくは１２０℃以上２００℃以下である。容器としては密閉容器又は圧力容器を用い、水溶液を１００℃を超えて加熱した際に発生する水蒸気による圧力に耐えて、蒸気を閉じ込め、液の揮発を防ぐことができる構造のものであれば、任意のものを用いることができるが、この場合、０．５ＭＰａ以上の圧力に耐えるものであることが好ましい。
【００１７】
加熱の時間は１０分以上４０時間以下が好ましい。これより短くては反応が十分進まず、赤外線遮断特性も得られない。長すぎると、粒子が粗大化してしまうおそれがある。より好ましくは１時間以上２０時間以下である。
【００１８】
加熱反応を終えた反応液は冷却後、そのまま分散液として用いることもできる。しかし、通常は反応液中にある溶解成分を除くために、遠心沈降やブフナー漏斗などでろ別して、ケーキ状にし、必要に応じて洗浄をするか、セロファン膜中に入れて、純水を外液として透析する、等の操作をする。乾燥粉末を得たい場合は、ケーキ状のものを得た後、乾燥(大気オーブン、真空乾燥機など)をし、乾燥したものを乳鉢等で解砕するかほぐす。
【００１９】
分散液を得るのが目的の場合は、乾燥した粉末を再分散してもよいが、乾燥前のケーキをそのまま水、エタノール等の各種有機溶剤等に分散すればよい。また更に細かい粒子まで分散するために、ボールミル、ビーズミル、超音波分散機などを用いて解砕することも有効である。
【００２０】
分散濃度は固形分が０．５質量％以上５０質量％以下が好ましい。０．５質量％より少ないと、十分な赤外線遮断特性を得るために何度も塗布を重ねなければならない。５０質量％より多いと分散が困難であり、また粘度が高くなりすぎて塗布に不都合となるおそれがある。より好ましくは１質量％以上２５質量％以下である。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明する。但し、本発明は下記の実施例に制限されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更して差し支えない。
【００２２】
［実施例１］
塩化チタン（ＩＶ）溶液（和光純薬工業製、Ｔｉ含有量１６質量％）１９．７４ｇと、塩化チタン（ＩＩＩ）溶液（和光純薬工業製、ＴｉＣｌ3含有量１９質量％）３．２０ｇを、純水８０ｃｍ3と混合し溶解した。塩化ニオブ（Ｖ）（三津和化学薬品製、純度９９．９％）０．５４ｇを、氷水浴で冷却しながら、純水２ｃｍ3と濃塩酸０．２ｃｍ3とを加えて溶解した。これを先に作製したチタンの溶液と混合した。液全体を半量ずつに分け、テフロン（登録商標）製の内筒（約５５ｃｍ3）をもつステンレス製ねじ込み式圧力容器２個の内筒にそれぞれ入れ、外容器をねじ込みによって密閉した。これを１６０℃に設定した大気オーブン中に１２時間置いた後、オーブンのヒーターを切って自然冷却した。
冷却後、沈殿の生じている反応物を回収し、遠心沈降によって上澄みを除去した。ここに、純水約１００ｃｍ3を加え、再び分散した。ｐＨメータで値を見ながら、ｐＨ値が４を超えるまで、アンモニア水を滴下した。このスラリーをブフナーろうとでろ別し、ケーキ上に純水を注いで洗浄した。この約半量を１００℃に設定した大気乾燥機中で８時間乾燥し、得られたものを乳鉢で解砕して粉末を得た。収量は２．８５ｇ、ＩＣＰ発光分光分析法によって分析したところ、Ｔｉの含量は５７．２質量％、Ｎｂの含量は３．３質量％であった。吸着水分などからなる強熱減量は０．５質量％未満であった。
この粉末の拡散反射スペクトルを、積分球をとりつけた島津自記分光光度計ＵＶ−３１００Ｓ（島津製作所製）を用いて測定した結果を図１に示す。可視光領域でもっとも反射率の高いところは４５０ｎｍ付近で反射率７７％程度、１０００〜２５００ｎｍの赤外線領域での反射率は２０％以下である。
上記のケーキの残り半分に、純水２５ｃｍ3を加え、超音波と撹拌を用いて分散したところ、数日おいても沈降の見られない分散液を得た。この分散液を用いて、ＣＰＳインスツルメンツ製ディスク遠心式粒度分布測定装置を用いてこの分散液中の酸化チタン組成物の粒度分布を測定したところ、平均粒径は８４ｎｍであった。
【００２３】
［実施例２］
塩化チタン（ＩＶ）溶液（実施例１と同じ）５．０８ｇ、硫酸チタン（ＩＶ）溶液（和光純薬工業製、Ｔｉ（ＳＯ4）2含有量３０質量％）１３．６０ｇ、塩化チタン（ＩＩＩ）溶液（実施例１と同じ）３．２０ｇを、純水８０ｃｍ3と混合し溶解した。塩化ニオブ（Ｖ）（実施例１と同じ）０．５４ｇを、実施例１と同様に溶解し、先に作製したチタンの溶液と混合した。液全体を半量ずつに分け、以下実施例１と同様に密閉容器中１６０℃で１２時間加熱し、自然冷却した。
実施例１と同様に、反応物を回収し、遠心沈降、再分散、中和、ろ別、洗浄の操作を行い、約半量を１００℃で乾燥し、乳鉢でほぐして粉状とした。収量は１．６３ｇで、Ｔｉの含量は５５．１質量％、Ｎｂの含量は５．９質量％であった。強熱減量は０．６質量％であった。この粉末の拡散反射スペクトルを、実施例１と同様に測定した。結果を図１に示す。可視光領域でもっとも反射率の高いところは４３０ｎｍ付近で反射率７０％、１０００〜２５００ｎｍの赤外線領域での反射率は３５％以下であり、長波長ほど小さくなっている。
上記のケーキの残り半分に、純水１５ｃｍ3を加え、０．４ｍｍφのジルコニアビーズとともにポリプロピレン製ビーカー中でモーターにとりつけた撹拌翼で９０分撹拌して分散液を得た。この分散液を用いて、実施例１と同様に粒度分布を測定した結果を図２に示す。平均粒径は４９ｎｍであった。
【００２４】
［実施例３］
塩化チタン（ＩＶ）溶液（実施例１と同じ）１０．１７ｇ、塩化チタン（ＩＩＩ）溶液（実施例１と同じ）３．２０ｇを、純水８６ｃｍ3と混合し溶解した。塩化タンタル（Ｖ）（三津和化学薬品製、純度９９．９％）０．７２ｇを、実施例１と同様に溶解し、先に作製したチタンの溶液と混合した。液全体を半量ずつに分け、以下実施例１と同様に密閉容器中１６０℃で１２時間加熱し、自然冷却した。
実施例１と同様に、反応物を回収し、遠心沈降、再分散、中和、ろ別、洗浄の操作を行い、１００℃で乾燥し、乳鉢でほぐして粉状とした。収量は３．４６ｇで、Ｔｉの含量は５２．２質量％、Ｔａの含量は１０．９質量％であった。強熱減量は０．５質量％未満であった。この粉末の拡散反射スペクトルを、実施例１と同様に測定した。結果を図１に示す。可視光領域でもっとも反射率の高いところは５０４３０ｎｍ付近で５０％、１０００〜２５００ｎｍの赤外線領域では１５％以下の反射率である。この粉末の一部をとり、高速撹拌機（ホモジナイザー）、次いで超音波分散機で水に分散し、実施例１と同様に粒度分布を測定したところ、平均粒径は７５ｎｍであった。
【００２５】
［比較例１］
塩化チタン（ＩＶ）溶液（実施例１と同じ）１０．７７ｇを、純水４２ｃｍ3と混合し溶解した。この溶液を実施例１と同じ密閉容器１個に入れ、１６０℃で１２時間加熱し、自然冷却した。
実施例１と同様に、反応物を回収し、遠心沈降、再分散、中和、ろ別、洗浄の操作を行い、１００℃で乾燥し、乳鉢でほぐして粉状とした。収量は３．１１ｇであった。ほぼ純粋なＴｉＯ2が得られた。この粉末の拡散反射スペクトルを、実施例１と同様に測定した。結果を図１に示す。可視光領域でもっとも反射率の高いところは５００〜７００ｎｍでほぼ１００％、１０００〜２５００ｎｍの赤外線領域でも７０％以上の反射率を示す。
実施例３と同様に粒度分布を測定したところ、平均粒径は６８ｎｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例、比較例による酸化チタン粉末の拡散反射スペクトルである。
【図２】実施例２による酸化チタン粉末分散液の粒度分布測定結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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