(57)【要約】液体中に懸濁したナノ粉体粒子を含むナノ懸濁液を濃縮する方法であって、ナノ懸濁液の液体含有量を低減させることと、液体中のナノ粉体粒子の分散を制御することとを包含する、方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に懸濁したナノ粉体粒子を含むナノ懸濁液を濃縮する方法であって、液体含有量を低減させることと、液体中のナノ粉体粒子の分散を制御することとを包含する方法。
【請求項２】
液体中のナノ粉体粒子の分散の制御は、ナノ懸濁液の液体含有量を低減させる前にナノ懸濁液の酸性度を改変する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、ナノ粉体粒子の等電点より上にナノ懸濁液のｐＨを増加させる工程を包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ナノ懸濁液が酸性溶液を含む場合、ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、塩基性溶液を提供するようにナノ懸濁液のｐＨを増加させる工程を包含する、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
ナノ懸濁液は、ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程の前に約１．５と約６．５の間のｐＨを有する、請求項２〜４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
ナノ懸濁液は、ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程の前に約２．４のｐＨを有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、約９．０と約１２．５の間にナノ懸濁液のｐＨを増加させる工程を包含する、請求項２〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、約１１．５にナノ懸濁液のｐＨを増加させる工程を包含する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、ナノ懸濁液にアルカリを導入して、その酸性度を減少させる工程を包含する、請求項２〜８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
アルカリは、無水アルカリ物質を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
無水アルカリ物質は、無水アルカリ粉体を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
無水アルカリ物質は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含む、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
アルカリは、アルカリ溶液を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
アルカリ溶液は、アンモニウムヒドロキシド溶液を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
液体中のナノ粉体粒子の分散の制御は、ナノ懸濁液の液体含有量を低減させる前に液体中のナノ粉体粒子の分散を生じさせることを包含する、請求項１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
液体中にナノ粉体粒子の分散を生じさせることは、電子立体的分散を生じさせることを包含する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
液体中にナノ粉体粒子の電子立体的分散を生じさせることは、ナノ懸濁液に界面活性剤を導入することを包含する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
界面活性剤は、陰イオン界面活性剤である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
界面活性剤は、ポリアクリル酸アンモニウムを含む、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
ナノ懸濁液の液体含有量の低減は、液体の一部が蒸発するようにナノ懸濁液を加熱する工程を包含する、請求項１〜１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
加熱工程は、約８０℃までの温度にナノ懸濁液を加熱する工程を包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
加熱工程は、約４５℃と約６０℃の間の温度にナノ懸濁液を加熱する工程を包含する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ナノ懸濁液は、液体の一部が蒸発するように加熱温度に維持される、請求項２０〜２２のいずかれ１つに記載の方法。
【請求項２４】
ナノ懸濁液の液体含有量の低減は、ナノ懸濁液をろ過手段に通過させる工程を包含する、請求項１〜２３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２５】
液体中のナノ粉体粒子の分散の制御は、ナノ懸濁液の液体含有量を低減させる最中および／または後に、ナノ懸濁液を攪拌することを包含する、請求項１〜２４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２６】
ナノ懸濁液の攪拌は、ナノ懸濁液を振動させるように超音波にナノ懸濁液を付す工程を包含する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ナノ懸濁液は、所定の継続期間を有する離散間隔で超音波に付される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
ナノ懸濁液の液体含有量が減少する時に離散間隔の所定の継続期間を増加させる工程を包含する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
ナノ懸濁液の液体含有量が減少した時に離散間隔の間の継続期間を短縮して間隔の頻度を増加させる工程を包含する、請求項２７または２８に記載の方法。
【請求項３０】
ナノ懸濁液の液体含有量が減少した時に超音波の振動周波数および／または出力を増加させる工程を包含する、請求項２６〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３１】
ナノ粉体粒子は、ジルコニアナノ粉体粒子を含む、請求項１〜３０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３２】
ナノ粉体粒子は、イットリア添加ジルコニアナノ粉体粒子を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
液体は、水ベースの液体である、請求項１〜３２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３４】
未濃縮ナノ懸濁液は、３０重量％未満のナノ粉体粒子を含み、１００ｓ−１の剪断速度において０．１Ｐａ・ｓ未満の粘度を有する、請求項１〜３３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３５】
未濃縮懸濁液のナノ粉体粒子の重量百分率含有量と約８０重量％の間のナノ粉体粒子を含む濃縮ナノ懸濁液を提供し、該濃縮ナノ懸濁液は、１００ｓ−１の剪断速度において２Ｐａ・ｓ未満の粘度を有する、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
約５０重量％と約８０重量％の間のナノ粉体粒子を含む濃縮ナノ懸濁液を提供する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
１００ｓ−１の剪断速度において１Ｐａ・ｓ未満の粘度を有する濃縮ナノ懸濁液を提供する、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項３８】
１００ｓ−１の剪断速度において約０．５Ｐａ・ｓの粘度を有する濃縮ナノ懸濁液を提供する、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
実質的に明細書に記載された、液体中に懸濁したナノ粉体粒子を含むナノ懸濁液を濃縮する方法。
【請求項４０】
液体中に懸濁したナノ粉体粒子を含むナノ懸濁液であって、ナノ懸濁液は、請求項１〜３９のいずれか１つに記載の方法を用いて濃縮されたナノ懸濁液。
【請求項４１】
濃縮後に、ナノ懸濁液は、未濃縮懸濁液のナノ粉体粒子の重量百分率含有量と約８０重量％の間のナノ粉体粒子を含み、該ナノ懸濁液は、１００ｓ−１の剪断速度において２Ｐａ・ｓ未満の粘度を有する、請求項１〜３４のいずれか１つに従属する場合の請求項４０に記載のナノ懸濁液。
【請求項４２】
ナノ懸濁液は、約５０重量％と約８０重量％の間のナノ粉体粒子を含む、請求項４１に記載のナノ懸濁液。
【請求項４３】
ナノ懸濁液は、１００ｓ−１の剪断速度において１Ｐａ・ｓ未満の粘度を有する、請求項４１または４２に記載のナノ懸濁液。
【請求項４４】
ナノ懸濁液は、１００ｓ−１の剪断速度において約０．５Ｐａ・ｓを有する、請求項４３に記載のナノ懸濁液。
【請求項４５】
ナノ粉体粒子は、１００ｎｍ未満の平均径を有する、請求項４０〜４４のいずれか１つに記載のナノ懸濁液。
【請求項４６】
ナノ粉体粒子は、約２０ｎｍの平均径を有する、請求項４５に記載のナノ懸濁液。
【請求項４７】
ナノ粉体粒子は、ジルコニアナノ粉体粒子を含む、請求項４０〜４６のいずれか１つに記載のナノ懸濁液。
【請求項４８】
ナノ粉体粒子は、イットリア添加ジルコニアナノ粉体粒子を含む、請求項４７に記載のナノ懸濁液。
【請求項４９】
液体は、水をベースとする液体である、請求項４０〜４８のいずれか１つに記載のナノ懸濁液。
【請求項５０】
約５０重量％と約８０重量％の間のナノ粉体粒子を液体中に懸濁して含むナノ懸濁液であって、１００ｓ−１の剪断速度において２Ｐａ・ｓ未満の粘度を有するナノ懸濁液。
【請求項５１】
１００ｓ−１の剪断速度において１Ｐａ・ｓ未満の粘度を有する、請求項５０に記載のナノ懸濁液。
【請求項５２】
１００ｓ−１の剪断速度において約０．５Ｐａ・ｓの粘度を有する、請求項５１に記載のナノ懸濁液。
【請求項５３】
約５５重量％と約７０重量％の間のナノ粉体粒子を含む、請求項５０〜５２のいずれか１つに記載のナノ懸濁液。
【請求項５４】
ナノ粉体粒子は、１００ｎｍ未満の平均径を有する、請求項５０〜５３のいずれか１つに記載のナノ懸濁液。
【請求項５５】
ナノ粉体粒子は、約２０ｎｍの平均径を有する、請求項５４に記載のナノ懸濁液。
【請求項５６】
ナノ粉体粒子は、ジルコニアナノ粉体粒子を含む、請求項５０〜５５のいずれか１つに記載のナノ懸濁液。
【請求項５７】
ナノ粉体粒子は、イットリア添加ジルコニアナノ粉体粒子を含む、請求項５６に記載のナノ懸濁液。
【請求項５８】
液体は、水をベースとする液体である、請求項５０〜５７のいずれか１つに記載のナノ懸濁液。
【請求項５９】
実質的に明細書に記載されたナノ懸濁液。
【請求項６０】
請求項１〜５９のいずれかと同じ発明の範囲内またはそれに関連するか否かを問わず、明細書に記載された任意の新規な材料または新規な材料を含む組合せ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ懸濁液を濃縮する方法、特に、但し、排他的ではなく、ジルコニアナノ懸濁液を濃縮する方法に関する。本発明はまた、ナノ懸濁液に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ粉体は、処理の間に凝集体状になり、結果として、所望でない材料特性を有し得るナノ成分をもたらす傾向を有する。
【０００３】
この問題を軽減させるために、ナノ粉体粒子が液体中に懸濁させられたナノ懸濁液を用いる湿式成形技術が用いられ得る。しかしながら、懸濁液中のナノ粉体粒子が約２ｎｍ内に互いに接近する場合、相互作用によって、互いにそれらを通り過ぎるのに要求される力は、著しく大きくなる、すなわち、懸濁液の著しい粘度の増加がある。
【０００４】
所与の固体含有量のために、ナノ粉体粒子がより微細になる程、それらはより近く互いに近づくことになる。それ故に、粒子サイズが小さくなると、より高い粘度が経験される。結果的に、ナノ成分を形成するためのナノ懸濁液の続く処理を可能にするように許容範囲の低い粘度を有する微細なナノ粉体粒子を含むナノ懸濁液を提供するために、従来は、低い固体含有量を提供することが必要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によると、液体中に懸濁したナノ粉体粒子を含むナノ懸濁液を濃縮する方法であって、ナノ懸濁液の液体含有量を低減させることと、液体中のナノ粉体粒子の分散を制御することとを包含する、方法が提供される。
【０００６】
液体中のナノ粉体粒子の分散の制御は、ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程を包含し得、ナノ懸濁液の液体含有量を低減させる前にナノ懸濁液の酸性度を改変する工程を包含し得る。
【０００７】
ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、ナノ粉体粒子の等電点より上にナノ懸濁液のｐＨを増加させる工程を包含し得、かつ、ナノ懸濁液の酸性度を減少させる工程を包含し得る。ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、あるいは、ナノ粉体粒子の等電点より下にナノ懸濁液のｐＨを減少させる工程を包含し得、かつ、ナノ懸濁液の酸性度を増加させる工程を包含し得る。
【０００８】
ナノ懸濁液が酸性溶液を含む場合、ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、ナノ懸濁液のｐＨを増加させて、例えば、塩基性溶液を提供する工程を包含し得る。ナノ懸濁液は、ナノ懸濁液の酸性度を改変する前に約１．５と約６．５の間のｐＨを有し得、ナノ懸濁液の酸性度を改変する前に約２．４のｐＨを有し得る。
【０００９】
ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、約９．０と約１２．５の間にナノ懸濁液のｐＨを増加させる工程を包含し得る。ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、約１１．５にナノ懸濁液のｐＨを増加させる工程を包含し得る。
【００１０】
ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、例えばアルカリをナノ懸濁液に導入してナノ懸濁液の酸性度を減少させる工程を包含し得る。アルカリは、無水アルカリ物質を含み得、かつ、無水アルカリ粉体を含み得る。無水アルカリ物質は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含み得る。あるいは、アルカリは、アルカリ溶液を含み得る。アルカリ溶液は、アンモニウムヒドロキシド溶液を含み得る。
【００１１】
液体中のナノ粉体粒子の分散の制御は、ナノ懸濁液の液体含有量を低減させる前に液体中にナノ粉体粒子の分散を生じさせることを包含し得る。液体中にナノ粉体粒子の分散を生じさせることは、電子立体的分散（electrosteric dispersion）を生じさせるか、立体的分散を生じさせるか、または、静電的分散（electrostatic dispersion）を生じさせることを包含し得る。
【００１２】
液体中にナノ粉体粒子の電子立体的分散を生じさせることは、界面活性剤等の高分子電解質をナノ懸濁液に導入することを包含し得る。
【００１３】
界面活性剤は、陰イオン界面活性剤であり得、かつ、ポリアクリル酸アンモニウム、例えばＣＩＢＡ（登録商標）ＤＩＳＰＥＸ（登録商標）Ａ４０を含み得る。界面活性剤は、あるいは、陽イオン界面活性剤であり得る。
【００１４】
ナノ懸濁液の液体含有量の低減は、液体の一部が蒸発するようにナノ懸濁液を加熱する工程を包含し得、かつ、一部の液体を蒸発させるように加熱温度にナノ懸濁液を維持する工程を包含し得る。
【００１５】
ナノ懸濁液の加熱工程は、加熱水浴を用いることによって、あるいは、マイクロ波加熱装置を用いることによって行われ得る。
【００１６】
加熱工程は、約８０℃までの温度にナノ懸濁液を加熱する工程を包含し得る。加熱工程は、約４５℃と約６０℃の間の温度にナノ懸濁液を加熱する工程を包含し得る。加熱工程は、周囲圧力未満の圧力で４５℃未満の温度にナノ懸濁液を加熱することによって行われ得る。
【００１７】
あるいは、または、さらに、ナノ懸濁液の液体含有量の低減は、ナノ懸濁液をろ過手段に通過させる工程を包含し得る。ナノ懸濁液をろ過手段に通過させる工程は、強制的に（例えば、圧力をかけることによって）ナノ懸濁液をろ過手段に通過させる工程を包含し得る。ナノ懸濁液をろ過手段に通過させる工程は、ナノ懸濁液を圧ろ過（filter press）装置に通過させる工程を包含し得る。
【００１８】
液体中のナノ粉体粒子の分散の制御は、あるいはまたはさらに、ナノ懸濁液の液体含有量を低減させる間および／またはナノ懸濁液の液体含有量を低減させた後、ナノ懸濁液を攪拌することを包含し得る。ナノ懸濁液の液体含有量を低減させる間、ナノ懸濁液が攪拌される場合には、加熱が、攪拌の間一時中断されられ得、続いて、再開させられ得る。
【００１９】
ナノ懸濁液の攪拌は、ナノ懸濁液を振動させるようにナノ懸濁液を超音波に付す工程を包含し得る。
【００２０】
ナノ懸濁液は、所定の継続期間を有する離散間隔で超音波に付され得る。この方法は、例えば、ナノ懸濁液の液体含有量が減る時に離散間隔の所定の継続期間を増加させる工程を包含し得る。この方法は、例えば、ナノ懸濁液の液体含有量が減る時に、離散間隔の間の継続期間を減らし、それにより、離散間隔の頻度（frequency）を増加させる工程を包含し得る。
【００２１】
本方法は、好ましくは、ナノ懸濁液の液体含有量が減る時に超音波の振動周波数および／または出力を増加させる工程を包含し得る。
【００２２】
ナノ粉体粒子は、ジルコニアナノ粉体粒子を含み得、イットリア添加ジルコニアナノ粉体粒子を含み得る。液体は、水をベースとする液体であり得る。
【００２３】
未濃縮ナノ懸濁液は、３０重量％未満のナノ粉体粒子を含み得、１００ｓ−１の剪断速度において０．１Ｐａ・ｓ未満の粘度を有し得る。
【００２４】
本方法は、未濃縮懸濁液のナノ粉体粒子の重量百分率含有量と約８０重量％の間のナノ粉体粒子を含む濃縮ナノ懸濁液を提供し得、ナノ懸濁液は、１００ｓ−１の剪断速度において２Ｐａ・ｓ未満の粘度を有し得る。
【００２５】
ナノ懸濁液は、約５０重量％と約８０重量％の間のナノ粉体粒子を含み得る。
【００２６】
本方法は、１００ｓ−１の剪断速度において１Ｐａ・ｓ未満の粘度を有する濃縮ナノ懸濁液を提供し得、１００ｓ−１の剪断速度において約０．５Ｐａ・ｓの粘度を有する濃縮懸濁液を提供し得る。
【００２７】
本方法は、約５０重量％と約８０重量％との間のナノ粉体粒子を含む濃縮ナノ懸濁液を提供し得る。本方法は、約５６重量％のナノ粉体粒子を含むか、または、約７０重量％のナノ粉体粒子を含む濃縮ナノ懸濁液を提供し得る。
【００２８】
本発明の第２の態様によると、液体中に懸濁したナノ粉体粒子を含むナノ懸濁液であって、本発明の第１の態様による方法を用いて濃縮されたものが提供される。
【００２９】
濃縮後、ナノ懸濁液は、未濃縮懸濁のナノ粉体粒子の重量百分率含有量と約８０重量％の間のナノ粉体粒子を含み得、１００ｓ−１の剪断速度において２Ｐａ・ｓ未満の粘度を有し得る。
【００３０】
本発明の第３の態様によると、液体中に懸濁した約５０重量％と約８０重量％の間のナノ粉体粒子を含むナノ懸濁液であって、１００ｓ−１の剪断速度において２Ｐａ・ｓ未満の粘度を有するものが提供される。
【００３１】
ナノ懸濁液は、１００ｓ−１の剪断速度において１Ｐａ・ｓ未満の粘度を有し得、１００ｓ−１の剪断速度において約０．５Ｐａ・ｓの粘度を有し得る。
【００３２】
ナノ懸濁液は、約５５重量％と約７０重量％の間のナノ粉体粒子を含み得る。
【００３３】
ナノ粉体粒子は、１００ｎｍ未満の平均径を有し得、約２０ｎｍの平均径を有し得る。
【００３４】
ナノ粉体粒子は、ジルコニアナノ粉体粒子を含み得、イットリア添加ジルコニアナノ粉体粒子を含み得る。
【００３５】
液体は、水をベースとする液体であり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の実施形態が、以下に、例示のみの目的で記載されることになる。
【００３７】
本発明は、一般的に、液体、例えば、水ベースの液体中に懸濁したナノ粉体粒子を含むナノ懸濁液を濃縮する方法を提供する。特定のナノ懸濁液に何ら制限されるものではないが、一実施形態において、本方法は、ジルコニアナノ粉体粒子が液体中に懸濁したジルコニアナノ懸濁液を濃縮するために用いられる。
【００３８】
ジルコニアナノ懸濁液を用いて生じさせられるべきナノ成分の所望材料の特性に応じて、ナノ懸濁液は、高純度のジルコニアナノ粉体粒子を含み得るか、あるいは、イットリア添加ナノ粉体粒子を含み得る。例えば、１．５、２．７、３、５、８または１０モル％のイットリアを含むジルコニアナノ懸濁液（MEL Chemicalsから入手可能である）は、本発明による方法を用いて濃縮され得る。
【００３９】
一般的に、本方法は、低固体含有量、例えば、３０重量％未満のナノ粉体粒子を有し、かつ、１００ｓ−１の剪断速度において０．１Ｐａ・ｓ未満の初期粘度（濃縮前）を有するナノ懸濁液を濃縮するために用いられる。
【００４０】
本方法を用いて濃縮され得る典型的なナノ懸濁液中のナノ粉体粒子の概算平均径は、２０ｎｍ程度である。
【００４１】
ナノ懸濁液は、ナノ懸濁液の液体含有量を低減させ、かつ、液体中のナノ粉体粒子の分散を制御することによる本発明による方法を用いて濃縮される。
【００４２】
第１の工程として、および、未濃縮ナノ懸濁液の酸性度に応じて、液体中のナノ粉体粒子の分散を制御する工程は、最初に、所望のｐＨレベルにナノ懸濁液の酸性度を改変する工程を包含し得る。特に、ナノ懸濁液が酸性溶液である場合、ナノ懸濁液のｐＨは、塩基性溶液を提供するようにナノ粉体粒子の等電点より上に増加させられる。好ましい実施形態において、未濃縮ナノ懸濁液は、約２．４のｐＨを有し、酸性度を改変する工程は、約１１．５にｐＨを増加させる工程を包含する。
【００４３】
ナノ懸濁液のｐＨは、ナノ懸濁液にアルカリを導入することによって増加させられ、ナノ懸濁液を希釈させることおよびその濃度を低減させることを回避するために、無水アルカリ物質を使用することが有利である。特に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の無水アルカリ粉体が、ｐＨを増加させるために未濃縮ナノ懸濁液に添加され得る。
【００４４】
代替の実施形態において、ｐＨを増加させるために、アルカリ溶液、例えば、アンモニウムヒドロキシド溶液がナノ懸濁液に加えられ得る。しかしながら、溶液の使用は、ナノ懸濁液の液体含有量を増加させ、それによりナノ懸濁液が希釈するという不利益点を有する。
【００４５】
一旦、ナノ懸濁液の酸性度が改変されて、塩基性溶液が提供されると、液体中のナノ粉体粒子の分散を制御する工程は、液体中のナノ粉体粒子の電子立体的分散を生じさせる工程を包含する。本発明の好ましい実施形態において、電子立体的分散は、ナノ懸濁液に界面活性剤を導入することによって生じさせられる。
【００４６】
ナノ懸濁液が、例えば、約１１．５のｐＨを有する塩基性溶液である場合、陰イオン界面活性剤が、電子立体的分散を生じさせるためにナノ懸濁液に導入される。ポリアクリル酸アンモニウム、例えば、ＣＩＢＡ（登録商標）ＤＩＳＰＥＸ（登録商標）Ａ４０（Ciba Speciality Chemicalsによって製造される）等の陰イオン界面活性剤が要求される電子立体的分散を生じさせるのに適していることが見出された。
【００４７】
上記工程を用いて液体中のナノ粉体粒子の分散が制御された後、ナノ懸濁液の液体含有量は低減させられて、ナノ懸濁液は濃縮される。
【００４８】
本発明の一実施形態において、液体含有量は、液体の一部が蒸発するようにナノ懸濁液を加熱し、それにより、結果として、ナノ懸濁液中のナノ粉体の重量百分率含有量を増加させることによって低減させられる。約４５℃と約６０℃の間の温度にナノ懸濁液を加熱し、約３日の期間にわたって当該温度にこれを維持すれば、液体の制御された蒸発が提供され、結果として、許容範囲の固体含有量になることが見出された。しかしながら、ナノ懸濁液は、約８０℃までの任意の温度に加熱され得、任意の適切な期間にわたって当該温度に維持され得る。
【００４９】
上記の代替として、または、上記に加えて、液体含有量は、強制的に、ナノ懸濁液をろ過手段に通すことによって、例えば、適切な圧ろ過装置を用いて低減させられ得る。ナノ懸濁液が強制的に超微細ろ過膜に通される任意の適切なろ過手段が、この目的に用いられ得る。
【００５０】
液体中のナノ粉体粒子の分散を制御する工程は、さらに、または、あるいは、加熱および／またはろ過によってナノ懸濁液の液体含有量を低減させる最中および／または後にナノ懸濁液を攪拌する工程を包含し得る。これは、ナノ粉体粒子の分離を維持することによって液体含有量が減少するため、ナノ懸濁液の粘度が許容範囲のレベルに維持されることを可能にする。
【００５１】
ナノ懸濁液は、超音波にそれを付し、それによって、ナノ懸濁液を振動させることによって攪拌される。超音波がかけられている間のナノ懸濁液の温度を低くし、それにより、ナノ懸濁液からの液体の蒸発を最少にするために、超音波に付されている間冷水浴中でナノ懸濁液を冷却することが有利である。
【００５２】
本発明の一実施形態において、ナノ懸濁液は、加熱によりナノ懸濁液の液体含有量の低減が終了した後に、単回の超音波適用に付される。
【００５３】
本発明の代替の実施形態において、ナノ懸濁液は、加熱および／またはろ過の間に離散間隔で超音波に付される。これらの離散間隔は、所定の継続期間のものであり、ナノ懸濁液の固体含有量または粘度により決められた時に適用され得る。例えば、前者の場合において、ナノ懸濁液は、それが３８、４８、５４および５６重量％のナノ粉体粒子を含む場合に超音波に付され得る。後者の場合、それは、粘度が１００ｓ−１の剪断速度において１Ｐａ・ｓ以上である場合に超音波に付され得る。
【００５４】
ナノ懸濁液の液体含有量が減少し、それ故に、ナノ懸濁液の粘度が増加する時に、さらなる継続期間にわたり超音波にナノ懸濁液を付すこと、および／または、超音波がかけられる離散間隔の間の継続期間を短くして、それにより、間隔の頻度を増やすことが望ましくあり得る。ほんの一例として、ナノ懸濁液が超音波に付される離散間隔の初期の継続期間は、２分程度であり得る。
【００５５】
さらなる実施形態において、ナノ懸濁液は、許容範囲のレベルにナノ懸濁液の粘度を維持するために、加熱および／またはろ過を通して連続的に超音波に付され得る。
【００５６】
ナノ懸濁液は、適切な出力、周波数および振幅を有する超音波に付され得る。７５Ｗの出力、２０〜２４ｋＨｚの振動周波数および１４μｍの振幅を有する超音波が適切であることが見出された。ナノ懸濁液の固体含有量、それ故に、粘度が増加する時に、超音波の出力および／または周波数および／または振幅が増加させられ得ることも可能である。
【００５７】
上記の方法を用いると、高い固体含有量および低い粘度を有するナノ懸濁液を生じさせることが可能である。特に、本方法は、未濃縮懸濁液のナノ粉体粒子の重量百分率含有量と８０重量％の間のナノ粉体粒子を含む濃縮ナノ懸濁液を提供するために用いられ得、ナノ懸濁液は、１００ｓ−１の剪断速度において２Ｐａ・ｓ未満の粘度を有する。
【００５８】
本出願人は、状況次第で、ナノ懸濁液の固体含有量が高すぎるならば、それは、不安定になり得、任意の期間にわたり放置すれば粘度が突然増加する傾向があり得ることを評価した。約５６重量％のナノ粉体粒子を含み、１００ｓ−１の剪断速度において約０．５Ｐａ・ｓの粘度を有する濃縮ナノ懸濁液が、上記に記載された方法を用いて生じさせられ、かつ、安定であることが見出された。
【００５９】
それ故に、高い固体含有量および低い粘度を有するナノ懸濁液を生じさせることができるナノ懸濁液を濃縮する方法が提供される。
【００６０】
高い固体含有量、それ故に低い液体含有量を有し、かつ比較的低い粘度を有する濃縮ナノ懸濁液を提供することは有利である。所望の材料特性を有するナノ成分を生じさせるために、濃縮ナノ懸濁液が容易に生じさせられ得るからである。さらに、このような濃縮ナノ懸濁液を搬送するコストは、許容範囲の粘度を達成するために、相当量の液体を含む従来のナノ懸濁液を搬送するコストより低い。
【００６１】
電子立体的分散を生じさせることによって液体中のナノ粉体粒子の分散を制御することが有利であることが見出された。加熱および／またはろ過の間に液体の量が低減させられる前にナノ粉体粒子が液体中に適切に分散させられることをそれが保証するからである。
【００６２】
未濃縮ナノ懸濁液が酸性溶液であり、陰イオン界面活性剤が電子立体的分散を生じさせるために用いられるべきである場合、界面活性剤を添加する前に塩基性溶液を提供するためにナノ懸濁液のｐＨが増加させられることが特に重要である。さもなければ、所望の電子立体的分散が生じないかもしれないからである。
【００６３】
加熱および／またはろ過の最中および／または後にナノ懸濁液を超音波に付すことによってナノ粉体粒子の分散を維持するように液体中のナノ粉体粒子の分散を制御することも有利である。ナノ懸濁液の粘度が注意深く制御されることおよび許容範囲のレベルに維持されることをそれが可能にするからである。
【００６４】
本発明の実施形態が、種々の例を参照しながら先行する節に記載されたが、特許請求されたような本発明の範囲を逸脱することなく、与えられた例への種々の改変がなされ得ることが理解されるべきである。
【００６５】
例えば、未濃縮ナノ懸濁液が塩基性溶液である場合、陰イオン界面活性剤を添加する前にナノ懸濁液の酸性度を改変することは必要ではない。
【００６６】
ナノ懸濁液に陽イオン界面活性剤を導入することによって電子立体的分散が酸性溶液において生じさせられ得ることも可能である。この場合、陽イオン界面活性剤を導入する前にナノ懸濁液の酸性度を改変することは必要でないだろう。
【００６７】
液体中にナノ粉体粒子の分散を生じさせることは、電子立体的分散の代わりに立体的分散または静電的分散を生じさせることを包含し得る。
【００６８】
前述の記載において、特に重要であると信じられる本発明のそれらの特徴に注意を引くように努力しながら、特定の強調がそこに置かれたか否かはどうであれ、図面を参照し、かつ／または図面において示された前述の任意の特許可能な特徴または特徴の組合せに関して本出願人が保護を主張することが理解されるべきである。
【手続補正書】
【提出日】平成19年9月12日(2007.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に懸濁したナノ粉体粒子を含むナノ懸濁液を濃縮する方法であって、
（i）未濃縮ナノ懸濁液に界面活性剤を導入して、液体中のナノ粉体粒子の分散度を増加させ、それにより、分散した未濃縮ナノ懸濁液を形成する工程と、
（ii）分散した未濃縮ナノ懸濁液の液体含有量を低減させて、ナノ懸濁液の濃縮度を増加させる工程と、
（iii）工程（ii）の間に複数の離散間隔で超音波攪拌にナノ懸濁液を付して、液体中のナノ粉体粒子の分散を制御する工程と
を包含する、方法。
【請求項２】
工程（i）において界面活性剤を導入する前にナノ懸濁液の酸性度を改変する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、ナノ粉体粒子の等電点より上にナノ懸濁液のｐＨを増加させる工程を包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ナノ懸濁液が酸性溶液を含む場合、ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、塩基性溶液を提供するようにナノ懸濁液のｐＨを増加させる工程を包含する、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
ナノ懸濁液は、ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程の前に約１．５と約６．５の間のｐＨを有する、請求項２〜４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
ナノ懸濁液は、ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程の前に約２．４のｐＨを有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、約９．０と約１２．５の間にナノ懸濁液のｐＨを増加させる工程を包含する、請求項２〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、約１１．５にナノ懸濁液のｐＨを増加させる工程を包含する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ナノ懸濁液の酸性度を改変する工程は、ナノ懸濁液にアルカリを導入して、その酸性度を減少させる工程を包含する、請求項２〜８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
アルカリは、無水アルカリ物質を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
無水アルカリ物質は、無水アルカリ粉体を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
無水アルカリ物質は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含む、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
アルカリは、アルカリ溶液を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
アルカリ溶液は、アンモニウムヒドロキシド溶液を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
工程（i）は、液体中にナノ粉体粒子の電子立体的分散を生じさせる、請求項１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
界面活性剤は、陰イオン界面活性剤である、請求項１〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
界面活性剤は、ポリアクリル酸アンモニウムを含む、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
工程（ii）は、液体の一部が蒸発するようにナノ懸濁液を加熱する工程を包含する、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
加熱工程は、約８０℃までの温度にナノ懸濁液を加熱する工程を包含する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
加熱工程は、約４５℃と約６０℃の間の温度にナノ懸濁液を加熱する工程を包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
ナノ懸濁液は、液体の一部が蒸発するように加熱温度に維持される、請求項１８〜２０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２２】
工程（ii）は、ナノ懸濁液をろ過手段に通過させる工程を包含する、請求項１〜２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】
工程（ii）の後に、超音波攪拌にナノ懸濁液を付す工程をさらに包含する、請求項１〜２２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２４】
離散間隔は、所定の継続期間を有する、請求項１〜２３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２５】
工程（iii）は、工程（ii）の間にナノ懸濁液の液体含有量が減少する時に離散間隔の所定の継続期間を増加させる工程を包含する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
工程（iii）は、工程（ii）の間にナノ懸濁液の液体含有量が減少した時に離散間隔の間の継続期間を短縮して間隔の頻度を増加させる工程を包含する、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
ナノ懸濁液の液体含有量が減少した時に超音波の振動周波数および／または出力を増加させる工程を包含する、請求項１〜２６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２８】
ナノ粉体粒子は、ジルコニアナノ粉体粒子を含む、請求項１〜２７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２９】
ナノ粉体粒子は、イットリア添加ジルコニアナノ粉体粒子を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
液体は、水ベースの液体である、請求項１〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３１】
未濃縮ナノ懸濁液は、３０重量％未満のナノ粉体粒子を含み、１００ｓ−１の剪断速度において０．１Ｐａ・ｓ未満の粘度を有する、請求項１〜３０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３２】
未濃縮懸濁液のナノ粉体粒子の重量百分率含有量と約８０重量％の間のナノ粉体粒子を含む濃縮ナノ懸濁液を提供し、該濃縮ナノ懸濁液は、１００ｓ−１の剪断速度において２Ｐａ・ｓ未満の粘度を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
約５０重量％と約８０重量％の間のナノ粉体粒子を含む濃縮ナノ懸濁液を提供する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
１００ｓ−１の剪断速度において１Ｐａ・ｓ未満の粘度を有する濃縮ナノ懸濁液を提供する、請求項３２または３３に記載の方法。
【請求項３５】
１００ｓ−１の剪断速度において約０．５Ｐａ・ｓの粘度を有する濃縮ナノ懸濁液を提供する、請求項３４に記載の方法。
【国際調査報告】
2008543553.tif 000002
2008543553.tif 000003
2008543553.tif 000004
2008543553.tif 000005
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