(57)【要約】  本発明は、分散媒としての低級アルコール又は水に、平均粒径が１μｍ未満のセラミックス微粒子を添加し、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、該セラミックス微粒子を分散媒中に分散させることを特徴とする、セラミックス微粒子分散液の製造方法を提供するものである。本発明によれば、凝集し易く、均一な分散液とすることが困難なナノサイズのセラミックス微粉末についても、煩雑な操作を要することなく、簡単な操作によって、均一性に優れ、安定性も良好な分散液を製造できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散媒としての低級アルコール又は水に、平均粒径１μｍ未満のセラミックス微粒子を添加し、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、該セラミックス微粒子を分散媒中に分散させることを特徴とする、セラミックス微粒子分散液の製造方法。
【請求項２】
セラミックス微粒子が、炭化ケイ素微粉末又は窒化ホウ素微粉末であり、その平均粒径が300nm以下である、請求項１に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
【請求項３】
分散媒が低級アルコールであって、分散液の液温を５０℃以下に制御してセラミックス微粒子を分散させる、請求項１又は２に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
【請求項４】
低級アルコールがイソプロピルアルコールである、請求項３に記載のセラミックス分散液の製造方法。
【請求項５】
分散媒が水であって、高分子分散剤及び界面活性剤の何れか一方又は両方の存在下に、セラミックス微粒子を分散させる、請求項１又は２に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
【請求項６】
高分子分散剤がカチオン性基を有する高分子分散剤であり、界面活性剤がノニオン性界面活性剤である、請求項５に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
【請求項７】
高分子分散剤がポリエチレンイミンであり、界面活性剤がアルキルグリコシドである請求項６に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
【請求項８】
セラミックス微粒子が炭化ケイ素微粒子又は窒化ホウ素微粒子であり、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドの存在下に分散を行う請求項７に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかの方法によって得られるセラミックス微粒子分散液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス微粒子分散液の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコン、携帯電話、デジタルカメラ等の各種電子機器の高性能化、小型化には目覚ましいものがあり、これにともない重要な部品である電子工業用セラミックスの高性能化、小型化が求められている。【０００３】
例えば、炭化ケイ素は、バンドギャップが大きく、絶縁破壊特性、耐熱性、耐放射線性などに優れることから、小型で高出力の半導体等の電子デバイス材料として注目され、更に、光学的特性に優れた他の化合物半導体との接合性に優れることから、光学デバイス材料としても注目されている。更に、炭化ケイ素は、耐摩耗性等の機械的特性、耐熱性や熱伝導性等の熱的特性に優れ、化学的に極めて安定であり耐薬品性に優れていることから、従来から、研磨剤、耐火物、メカニカルシール、熱交換器等の構造材料として利用されている。【０００４】
炭化ケイ素粉末の工業的製造方法としては、アチソン法、シリカ還元法、シリコン炭化法等が知られているが、これらの方法では、平均粒子径はサブミクロン・オーダーまでが限界であるために、これまでは炭化ケイ素については平均粒子径がサブミクロン以上の粉末が主流であった。【０００５】
近年では、炭化ケイ素粉末の新たな応用分野として、耐磨耗性被膜、耐擦傷性被膜、耐熱性被膜、硬質性被膜等を形成するための塗料や複合メッキ用のフィラーへの応用が検討されており、ナノテクノロジー技術の進展の影響もあって、ナノサイズの炭化ケイ素粒子が大きな関心を集めている。【０００６】
ナノサイズの炭化ケイ素粒子を得る方法としては、非酸化雰囲気下にて、高温、高活性を有し、高速冷却プロセスの導入が容易な熱プラズマを利用した熱プラズマ法が知られている（特許文献１参照）。この製造方法は、平均粒径５〜１００ｎｍ程度の結晶性に優れた炭化ケイ素ナノ粒子を製造する方法として有用であり、高純度原料を選択することによって不純物の含有量が極めて少ない炭化ケイ素ナノ粒子を得ることが可能である。【０００７】
また、有機ケイ素化合物、ケイ酸ゾル、ケイ酸ヒドロゲル等のケイ素を含む物質と、フェノール樹脂等の炭素を含む物質と、炭化ケイ素の粒成長を抑制するリチウム等の金属化合物とを含む混合物を非酸化性雰囲気下にて焼成して炭化ケイ素粒子を得るシリカ前駆体焼成法も知られている（特許文献２参照）。この方法によれば、粗大粒子を含まない非常に微細な炭化ケイ素粉末が得られるとされている。【０００８】
上記した方法で得られたナノサイズの炭化ケイ素微粉末を用いて、耐磨耗性被膜、耐擦傷性被膜、耐熱性被膜、硬質性被膜等を形成する方法としては、ナノサイズの炭化ケイ素微粉末を溶媒中に分散させた分散液を被処理物に塗布して塗膜を形成し、この塗膜を熱処理して炭化ケイ素粒子膜を形成する方法が考えられる。【０００９】
しかしながら、上記した方法で得られるナノサイズの炭化ケイ素粒子は、アルミナやシリカ等の酸化物ナノ粒子と比較して粒子同士の凝集力が強いために、ナノサイズの粒子が均一に分散した分散液を作製することは困難である。さらに、従来のナノサイズの炭化ケイ素微粉末は粒子が凝集しやすいために溶媒に分散した場合、粘度が著しく高くなり、炭化ケイ素微粉末約８重量％以上の高濃度の分散液を調製しにくく、上記したような用途に使用するに際して低濃度の分散液しか調製できない。このため、たとえば、被膜形成時に低濃度であるために被膜を厚くすることが出来ず、また膜厚を厚くするためには塗布液の塗布乾燥を繰り返すことが必要となるなど、多くの問題を有している。【００１０】
このため、例えば、炭化ケイ素粒子の分散性を高めるために、炭化ケイ素粒子を酸化雰囲気下で酸化することによって表面酸化層を形成し、溶液への親和性を高める方法などが検討されている（特許文献３参照）。【００１１】
しかしながら、この方法では、炭化ケイ素粒子を酸化雰囲気下で熱処理した際に、表面酸化層が溶着を起こし、炭化ケイ素ナノ粒子同士が凝集してしまい、その結果、ナノ粒子の溶液中への分散化が困難になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３０２３４３５号公報
【特許文献２】特開昭６３−９５１０５号公報
【特許文献３】特開平７−３３０５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記した従来技術の現状に鑑みてなされてものであり、その主の目的は、セラミックス微粒子、特に、凝集し易く、均一な分散液とすることが困難なナノサイズのセラミックス超微粒子について、煩雑な操作を要することなく、均一で安定性に優れた分散液を製造できる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、ナノサイズのセラミックス微粒子の内で、特に、これまで均一なナノサイズ粒子の分散液を得ることが困難であった炭化ケイ素、窒化ホウ素等の微粒子について、水又は低級アルコールを分散媒として、固定刃（外刃）と高速回転する回転刃（内刃）との相互作用を利用するローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて分散液を作製することによって、粒度分布幅が狭い均一性のよいナノサイズ粒子の分散液が得られることを見出した。特に、低級アルコールを分散媒とする場合には、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて分散液を作製する際に、分散液を冷却して液の対流を抑制することによって、超微粒子の凝集を抑制して、微細な粒径の粒子が均一に分散した分散液を得ることが可能となり、また、水を分散媒とする場合には、特定の界面活性剤と高分子分散剤のいずれか一方、或いは両方の存在下に、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて分散液を作製することによって、微細な粒径の粒子が均一に分散した分散液を得ることとが可能となることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて、更に、研究を重ねた結果完成されたものである。【００１５】
即ち、本発明は、下記のセラミックス微粒子分散液の製造方法を提供するものである。
項１．  分散媒としての低級アルコール又は水に、平均粒径１μｍ未満のセラミックス微粒子を添加し、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、該セラミックス微粒子を分散媒中に分散させることを特徴とする、セラミックス微粒子分散液の製造方法。
項２．  セラミックス微粒子が、炭化ケイ素微粉末又は窒化ホウ素微粉末であり、その平均粒径が300nm以下である、項１に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項３．  分散媒が低級アルコールであって、分散液の液温を５０℃以下に制御してセラミックス微粒子を分散させる、項１又は２に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項４．  低級アルコールがイソプロピルアルコールである、項３に記載のセラミックス分散液の製造方法。
項５．  分散媒が水であって、高分子分散剤及び界面活性剤の何れか一方又は両方の存在下にセラミックス微粒子を分散させる、項１又は２に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項６．  高分子分散剤がカチオン性基を有する高分子分散剤であり、界面活性剤がノニオン性界面活性剤である、項５に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項７．  高分子分散剤がポリエチレンイミンであり、界面活性剤がアルキルグリコシドである項６に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項８．  セラミックス微粒子が炭化ケイ素微粒子又は窒化ホウ素微粒子であり、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドの存在下に分散を行う項７に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項９．  項１〜８のいずれかの方法によって得られるセラミックス微粒子分散液。【００１６】
以下、本発明のセラミックス微粒子分散液の製造方法について、具体的に説明する。【００１７】
１．セラミックス微粒子
本発明の方法では、分散質とするセラミックス微粒子は、平均粒径が１μｍ未満の微粒子である。本発明方法によれば、均一な分散液を作製することが難しい平均粒径が１μｍを下回るセラミックス微粒子を対象として、容易に均一で分散粒子径の小さい分散液を得ることができる。特に、平均粒径が300nm以下、更には100nm程度以下の凝集の生じ易いセラミックス超微粒子を対象とする場合にも、本発明方法によれば、分散粒子の平均粒径が小さい、均一な分散液を得ることができる。【００１８】
尚、本願明細書において、セラミックス微粒子の平均粒径は、電子顕微鏡写真の画像を用いて、画像内のセラミックス微粒子を任意に１００個選択し、各粒子の最長部分の長さを測定してこの平均を求めた値である。【００１９】
処理対象とするセラミックス微粒子の種類についても特に限定はないが、分散液を製造する際に凝集が生じ易く、微細な微粒子が均一に分散した分散液を得ることが困難であるとされてきた、炭化ケイ素（SiC）、窒化ホウ素（BN）等についても、本発明方法によれば、均一な分散液を得ることができる点で、非常に有用性が高い方法である。【００２０】
２．分散液の製造方法
本発明の分散液の製造方法では、分散媒として低級アルコール又は水を用い、これに分散質とするセラミックス微粒子を添加し、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、セラミックス微粒子を均一に分散させて、分散液を調製する。ローター・ステーター式ホモジナイザーとは、円筒状の固定刃（外刃）と、該固定刃の内部空間に配置された高速回転する回転刃（内刃）を備えた装置であって、円筒状の固定刃には、複数のスリット状の孔が設けられており、固定刃の内部空間に存在する試料は、高速回転する内刃の遠心力で放射状に移動し、固定刃のスリット状の孔から排出される。試料を排出した後の固定刃（外刃）の内部空間には、固定刃の開口先端部から試料が入り込み、上記した試料の吹き出しと吸い込みが繰り返して行われ、回転刃（内刃）の先端で粗砕、内回転刃（内刃）から固定刃（外刃）のスリットを通って放出される直前に内刃と外刃の間で微砕が行われ、更に高速回転すると回転刃（内刃）と固定刃（外刃）のスリットの間で起こる超音波、高周波などの効果により微砕、均一化が行われる。【００２１】
本発明の処理対象とする平均粒径が１μｍを下回るセラミックスのナノ粒子を対象とする場合には、分散媒として低級アルコール又は水を用いて、上記したローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、固定刃（外刃）と高速回転する回転刃（内刃）との相互作用を利用して分散させることによって、プロペラ式の分散装置、超音波式分散装置等、その他の分散装置を用いる場合と比較して、平均粒径が小さく、粒度分布の幅が狭い、均一性に優れた分散液を得ることができる。【００２２】
ローター・ステーター式ホモジナイザーによる分散液の作製条件については、特に限定はなく、実際に使用する装置における固定刃及び回転刃の内径、スリットの形状等によって異なるが、処理対象とするセラミックス微粒子の種類、分散媒の種類、分散液の濃度などに応じて、均一な分散液が形成されるように適宜設定すればよい。【００２３】
以下、低級アルコールと分散媒とする場合と水を分散媒とする場合に分けて、分散液を作製するための好ましい条件を記載する。【００２４】
（１）低級アルコールを分散媒とする場合：
本発明では、低級アルコールを分散媒として用いることによって、特に、炭化ケイ素（SiC）、窒化ホウ素（BN）等を処理対象とする場合に、これらのセラミックス超微粒子との親和性が良好となって、微細な微粒子が均一に分散した分散液を得ることができる。【００２５】
好ましい低級アルコールの具体例としては、エタノール、２−プロパノール（イソプロパノール）、１−ブタノール、２−ブタノール等の炭素数２〜４の直鎖状又は分岐鎖状のアルコールを挙げることができる。特に、セラミックス超微粒子として、炭化ケイ素、窒化ホウ素等の超微粒子を用いる場合には、２−プロパノール（イソプロパノール）を分散媒とすることによって、良好な分散液を得ることができる。これに対して、アセトン、ヘキサンなどの低級アルコール以外の有機溶媒を用いる場合には、セラミックス超微粒子の濡れ性が悪く、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて分散させた場合であっても、粒度分布が広く、均一性に劣る分散液が形成されやすい。【００２６】
分散液中のセラミックス微粒子の含有量については特に限定はないが、良好な分散液を得るためには、セラミックス微粒子を含む分散液全体を基準として、セラミックス微粒子の含有量が３０重量％程度以下であることが好ましく、１５重量％程度以下であることがより好ましく、１０重量％程度以下であることが更に好ましい。セラミックス微粒子の含有量の下限については特に限定はないが、通常、０．１重量％程度以上とすることによって、良好な分散液が得られる。【００２７】
得られた分散液は、特に、２０℃で剪断速度５０S-1で測定した粘度が１〜２００mPa・s程度の範囲内にあることが好ましく、この粘度範囲の場合に特に安定な分散液となる。分散液の粘度は、分散粒子の平均粒径が小さく、分散液中の含有量が多い程高くなる傾向がある。このため、平均粒径が300nm程度以下のセラミックス超微粒子を分散させる場合には、上記した粘度範囲とするためには、分散液中のセラミックス超微粒子の含有量が15重量％程度以下であることが好ましく、10重量％程度以下であることがより好ましい。【００２８】
低級アルコールを分散媒とする方法では、ローター・ステーター式ホモジナイザーによって分散させる際に、分散エネルギーによる粒子の振動によって分散液の温度が上昇して溶媒の揮発や液の対流が生じて、ホモジナイザーによる分散効率が低下することがある。この様な場合には、液の対流を抑制するために、分散液を収容した容器を氷水などを用いて冷却しながら分散液を調製することが好ましい。これにより、効率良く均一な分散液を得ることが可能となる。この場合の分散液の液温については特に限定はないが、例えば、５０℃程度以下とすればよく、４０℃以下とすることが好ましく、３０℃以下とすることがより好ましい。但し、使用する分散媒の種類に応じて、蒸発を抑制できる温度とすることが好ましい。例えば、エタノールを分散媒とする場合には、４０℃程度以下とすることが好ましい。液温の下限値については、特に限定的ではないが、２０℃程度以上とすればよい。【００２９】
分散液を作製するための時間については特に限定はなく、使用するホモジナイザーにおける固定刃及び回転刃の形状、回転刃の回転数、セラミックス微粒子の種類、分散液の濃度などに応じて、粒度分布幅が狭く、微細で均一な分散液が形成される状態となるまでホモジナイザーによる分散を行えばよい。例えば、ローター・ステーター式ホモジナイザーによる分散処理を５〜２０分程度行えばよい。また、必要に応じて、ローター・ステーター式ホモジナイザーによる分散処理を一時的に停止した後、分散処理を繰り返すことによって、分散液の温度上昇を抑制して、均一性に優れた分散液を得ることができる。【００３０】
（２）水を分散媒とする場合：
水を分散媒とする方法についても、分散液中のセラミックス超微粒子の含有量は、低級アルコールを分散媒とする場合と同様とすればよい。【００３１】
水を分散媒とする場合には、特に、高分子分散剤及び界面活性剤のいずれか一方又は両方を分散液中に添加することが好ましい。これにより、分散粒子の平均粒径がより小さく、粒度分布幅の狭い均一性のよい安定した分散液を得ることが可能となる。【００３２】
水を分散媒とする場合の分散液のpHについては特に限定はないが、通常は、使用する装置への影響や、作業環境等を考慮すると、pH9程度の中性域からpH2程度の弱酸性域の範囲において分散液を調製することが好ましい。【００３３】
高分子分散剤の種類については特に限定はないが、pH2〜9程度で分散液を調製する場合には、カチオン性基を有する高分子分散剤を用いることによって、セラミックス超微粒子表面のゼータ電位を正の値として、安定な分散液とすることができる。【００３４】
特に、セラミックス微粒子として、SiC微粒子又はBN微粒子を用いる場合には、ｐH2〜9程度では、通常、ゼロから負のゼータ電位を有し、その値も低く、しかもｐＨによってゼータ電位が変動し易いために、分散液の安定性が劣るものとなる。この場合、カチオン性基を有する高分子分散剤は、セラミックス微粒子に吸着し易く、しかもその表面のゼータ電位を正の比較的高い値とすることができるため、これを用いることによってｐＨの変動に対しても影響の少ない安定な分散液とすることができる。また、SiC微粒子の分散液を焼結体の原料とする場合には、通常、分散液中に焼結助剤としてAl2O3、Al2O3-Y2O3等が含まれるが、これらの焼結助剤は、pH2〜9程度では正のゼータ電位となりやすく、負のゼータ電位を有するSiC微粒子との間で凝集を生じ易い。この場合にも、カチオン性基を有する高分子分散剤を添加することによって、SiC微粒子が正のゼータ電位を有するものとなり、焼結助剤を含む分散液であっても、安定な分散液とすることができる。【００３５】
カチオン性基を有する高分子分散剤としては、特に限定的ではないが、例えば、カチオン密度の高いポリマーであるポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン等の合成高分子；ポリオルニチン、ポリリジン等を用いることができる。これらの高分子分散剤の分子量については特に限定的ではないが、例えば、重量平均分子量として、３００〜１００，０００程度のものを用いることができる。特に、処理対象のセラミックス微粒子の平均粒径が３００ｎｍ程度以下の場合には、分子量が高すぎると粘度が上昇し易いので、重量平均分子量が、３００〜１０，０００程度の高分子分散剤を用いることが好ましい。【００３６】
界面活性剤についても特に限定はないが、分散したセラミックス超微粒子の再凝集を防止するためには立体障害の大きい界面活性剤が好ましい。この様な界面活性剤として、非イオン性界面活性剤であるアルキルグリコシドなどを例示できる。アルキルグリコシドの具体例としては、n-オクチル-β-D-グルコシド、n-オクチル-β-D-マルトシド、n-デシル-β-D-グルコシド、n-デシル-β-D-マルトシド、n-ヘプチル-β-D-チオグルコシド、n-オクチル-β-D-チオグルコシド、n-ノニル-β-D-チオマルトシド等を挙げることができる。【００３７】
界面活性剤の分子量についても特に限定的ではないが、分子量が高すぎると分散液の粘度上昇を生じ易い。このため、通常、界面活性剤の重量平均分子量は、１００〜１０００程度であることが好ましく、２００〜８００程度であることがより好ましく、２５０〜６００程度であることが特に好ましい。【００３８】
高分子分散剤及び界面活性剤の使用量については特に限定的ではないが、粒径分布が狭く、均一性の良好な分散液を得るためには、高分子分散剤については  分散質とするセラミックス微粒子１００重量部に対して、０．１〜５重量程度とすることが好ましく、０．５〜３重量部程度とすることがより好ましい。また、界面活性剤については、セラミックス微粒子１００重量部に対して０．１〜５重量部程度とすることが好ましく、０．５〜３重量部程度とすることがより好ましい。【００３９】
本発明では、上記した条件の範囲内において、高分子分散剤と界面活性剤を併用することが好ましく、特に、カチオン性基を有する高分子分散剤とノニオン性界面活性剤を併用することが好ましい。特に、SiC微粒子又はBN微粒子を分散させる場合には、ポリエチレンイミンとアルキルグリコシドを併用することが好ましい。これにより、分散したセラミックス微粒子に正のゼータ電位を付与すると共に、立体抵抗効果によって再凝集を防止して、安定な分散液とすることができる。【００４０】
分散媒として水を用いる場合には、分散液中のセラミックス微粒子の含有量は、低級アルコールを分散媒とする場合と同様に、セラミックス微粒子を含む分散液全体を基準として、セラミックス微粒子の含有量が３０重量％程度以下であることが好ましく、１５重量％程度以下であることがより好ましく、１０重量％程度以下であることが更に好ましい。セラミックス微粒子の含有量の下限についても、０．１重量%程度以上とすればよい。【００４１】
尚、得られた分散液の粘度は、低級アルコールを分散媒とする場合と同様に、安定性の良好な分散液とするためには、２０℃で剪断速度５０s-1で測定した粘度が１〜２００mPa・s程度の範囲内にあることが好ましい。従って、水を分散媒とする場合にも、平均粒径が300nm程度以下のセラミックス超微粒子を分散させる場合には、低級アルコールを分散媒とする場合と同様に、分散液中のセラミックス超微粒子の含有量が15重量％程度以下であることが好ましく、10重量％程度以下であることがより好ましい。【００４２】
分散媒として水を用いる場合にも、分散液を作製する際の分散液の液温については、低級アルコールを分散媒とする場合と同様に、揮発や対流が生じて分散効率が低下することを抑制するために、５０℃程度以下とすることが好ましく、４０℃以下とすることがより好ましく、３０℃以下とすることが更に好ましい。液温の下限値については、通常、２０℃程度以上とすればよい。【００４３】
分散液を作製するための時間についても、低級アルコールを分散媒とする場合と同様に、微細で均一な分散液が形成される状態となるまでホモジナイザーによる分散を行えばよい。例えば、ローター・ステーター式ホモジナイザーによる分散処理を５〜２０分程度行えばよい。また、必要に応じて、ローター・ステーター式ホモジナイザーによる分散処理を一時的に停止した後、分散処理を繰り返すことによって、分散液の温度上昇を抑制して、均一性に優れた分散液を得ることができる。【００４４】
３．セラミックス微粒子の分散液
上記した方法によれば、平均粒径が１μｍを下回るサブミクロンのセラミックス微粒子を対象物として、分散粒子の粒径が小さく、粒度分布幅が狭く、均一性に優れた安定性の良好な分散液を得ることができる。【００４５】
得られる分散液は、分散粒子の凝集が少なく、例えば、平均粒径が100nm以下のセラミックス超微粒子を分散質とした場合であっても、凝集の少ない、均質な分散液とすることができる。【００４６】
上記した方法で得られる分散液は、均質で安定な分散液であり、分散質として用いるセラミックス微粒子の種類に応じて、各種の用途に用いることができる。例えば、SiCの分散液については、耐磨耗性被膜、耐擦傷性被膜、耐熱性被膜、硬質性被膜等を形成するための塗料原料及びフィラー、繊維強化型セラミックス複合材料のマトリックス部等の用途に有効に用いることができる。また、BNの分散液については、固体潤滑剤、電気絶縁性のヒートシンクや切削砥石等の原料、フィラー等の用途に有効に用いることが出来る。
【発明の効果】
【００４７】
本発明のセラミックス微粒子分散液の製造方法によれば、凝集し易く、均一な分散液とすることが困難なナノサイズのセラミックス微粉末、特に、均一な分散液を得ることが困難であるとされてきた、炭化ケイ素（SiC）、窒化ホウ素（BN）等の微粒子についても、煩雑な操作を要することなく、簡単な操作によって、均一性に優れ、安定性も良好な分散液を製造できる。【００４８】
従って、本発明方法によって得られる分散液は、従来からセラミックス微粒子の分散液が用いられている各種の分野において、高性能の製品を製造するための原料として、非常に有用性が高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例１で用いた分散装置の構成を示す概略図。
【図２】実施例１で測定した粒度分布の測定結果を示すグラフ。
【図３】実施例２で測定した粒度分布の測定結果を示すグラフ。
【図４】実施例４で測定した粒度分布の測定結果を示すグラフ。
【図５】実施例５で測定した粒度分布の測定結果を示すグラフ。
【図６】試験例１で測定したSiC超微粒子のゼータ電位の測定結果を示すグラフ。
【図７】試験例１で測定したBN超微粒子のゼータ電位の測定結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
【００５１】
実施例１
分散媒として、アセトン、ヘキサン又はイソプロパノールを用い、各溶媒100mlをビーカーに入れ、これにSiC超微粉末0.3gを添加した。SiC超微粒子としては、平均粒径40nm（粒径幅20〜100nm）、BET比表面積93m2/s、見掛け密度0.08g/cm3、真密度3.0g/cm3、C/Si比1.0のものを用いた。
【００５２】
図１に示す構成の装置を用い、SiC超微粉末を含む分散液を入れたビーカーを水と氷を入れた恒温槽に浸し、２５０ｍｌビーカー内の分散液中に、ローター・ステーター式ホモジナイザーの先端部（ジェネレーター部）をビーカーの深さ２ｃｍの位置まで入れてホモジナイザーを運転してSiC超微粉末の分散を行った。
【００５３】
ローター・ステーター式ホモジナイザーとしては、IKA社製のTSウルトラタラックスＴ２５を用い、回転数500〜25000rpmの範囲で回転数を調整して、分散液の液温を２０℃以上４０℃以下に維持しながら分散処理を行った。ホモジナイザーによる分散処理は５分間の処理を３回行った。
【００５４】
上記した処理終了後、分散液の温度が安定した後、スポイドを用いて分散液を採取し、堀場製作所社製レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置（モデルＬＡ−９２０型）を用いてレーザー散乱光法によって、分散液中の分散粒子の粒径を求めた。結果を図２に示す。
【００５５】
図２から明らかなように、分散媒としてイソプロパノールを用いた場合には、分散粒子の粒径が小さく、粒度分布幅が狭い分散液が得られた。これに対して、アセトン又はヘキサンを分散媒とした場合には、分散粒子の粒径が大きく、粒度分布幅の広い分散液が得られた。この結果から、SiC超微粉末の分散液を形成する場合に、分散媒としてイソプロパノールを用いることによって、良好な分散液が得られることが判る。
【００５６】
実施例２
純水100mlを入れたビーカーにSiC超微粉末0.3gを添加した。SiC超微粉末としては実施例１と同一のものを用いた。
このビーカーに、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドをいずれか一方又は両方を添加した。添加量は、次の４種類とした。
（１）ポリエチレンイミン0.009ｇ。
（２）ポリエチレンイミン0.0045ｇ。
（３）アルキルグリコシド0.0045ｇ。
（４）ポリエチレンイミン0.006ｇ及びアルキルグリコシド0.003ｇ。
【００５７】
使用したポリエチレンイミンは、和光純薬工業社製の重量平均分子量600のものであり、アルキルグリコシドは、和光純薬工業社製のn-オクチル-β-D-チオグルコシド（重量平均分子量308）である。
【００５８】
上記した各試料について、実施例１と同様にして、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いてSiC超微粉末を分散させた。
【００５９】
上記した分散処理終了後、スポイドを用いて分散液を採取し、分散液中の分散粒子の粒径を実施例１と同様の装置を用いてレーザー散乱光法によって求めた。結果を図３に示す。
【００６０】
図３から明らかなように、分散媒として水を用いた場合には、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドをいずれも添加しない場合には、分散粒子の粒度分布幅が広くなり、粒径の均一な分散液を得ることができなかった。これに対して、ポリエチレンイミン又はアルキルグリコシドを添加することによって、分散粒子の均一性が向上し、特に、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドの両方を同時に添加した場合には、分散粒子の粒径が小さく、粒度分布幅が狭い分散液が得られた。
【００６１】
実施例３
分散媒として、イソプロパノール１００ｍｌを用い、これに実施例１で用いたものと同じSiC超微粒子を0.3g又は10g添加した試料を作製した。
【００６２】
また、分散媒として、純水100mlを用い、これに実施例２で用いたものと同じポリエチレンイミンとアルキルグリコシドを添加し、更に、これに実施例１で用いたものと同じSiC超微粒子を0.3g又は10g添加した試料を作製した。ポリエチレンイミンとアルキルグリコシドの添加量は、SiC超微粒子の添加量が0.3gの場合にはそれぞれ0.006gと0.003gとし、SiC超微粒子の添加量が10gの場合には、それぞれ0.2gと0.1gとした。
【００６３】
これらの各試料について、実施例１と同様にして、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いてSiC超微粒子を分散させた。
【００６４】
上記した方法で調製した各分散液を蓋つきのプラスティック容器に移し替え、大気中２０℃の温度環境下で０時間及び４８時間経過させ、ブルックフィールド  デジタル粘度計ＨＡＤＶ−Ｉを用いて５０ｓ-1のせん断速度でスラリーの粘度を測定した。結果を表１示す。
【００６５】
【表１】
2014132445.tif 000002
【００６６】
以上の結果から明らかなように、実施例１及び実施例２と同様の方法で作製した0.3重量％のSiC超微粒子分散液は、イソプロパノールを分散媒とした場合と水を分散媒とした場合のいずれの場合にも、分散液の調製直後と４８時間経過後で粘度変化が殆どなく、安定性の良好な分散液が形成されたことが確認できた。
【００６７】
また、濃度10重量％のSiC超微粒子分散液についても、イソプロパノールを分散媒とした場合と水を分散媒とした場合のいずれの場合にも、分散液の調製直後と４８時間経過後において、分散液の粘度変化が殆どなく、安定性の良好な分散液が形成されたことが確認できた。
【００６８】
実施例４
分散媒として、アセトン、ヘキサン又はイソプロパノールを用い、各溶媒100mlをビーカーに入れ、これにBN超微粉末0.3gを添加した。BN超微粒子としては、平均粒径50nm（粒径幅20〜300nm）、BET比表面積173m2/s、見掛け密度0.05g/cm3、真密度2.0g/cm3  のものを用いた。
【００６９】
上記した各試料について、実施例１と同様にして、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いてBN超微粉末を分散させた。分散液の温度が安定した後、スポイドを用いて分散液を採取し、分散液中の分散粒子の粒径をレーザー散乱光法によって求めた。結果を図４に示す。
【００７０】
図４から明らかなように、ヘキサン又はアセトンを分散媒とした場合には、BN超微粒子の分散性が悪く、アセトンを分散媒とした場合には粒径2μm程度のところにピークが生じ、ヘキサンを分散媒とした場合には粒径6μｍ程度の位置にピークが生じており、いずれも、凝集したBN超微粒子が多量に存在することが認められた。これに対して、イソプロパノールを分散媒とした場合には、粒径100nm程度の部分にピークが生じており、BN超微粒子の分散性が向上していることが確認できた。
【００７１】
実施例５
純水100mlを入れたビーカーにBN超微粉末0.3gを添加した。BN超微粉末としては実施例４と同一のものを用いた。このビーカーに、実施例２と同様にして、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドをいずれか一方又は両方を添加した。添加量は、次の３種類とした。
（１）ポリエチレンイミン0.009g。
（２）アルキルグリコシド0.009g。
（３）ポリエチレンイミン0.006g。
（４）アルキルグリコシド0.003g。
【００７２】
上記した各試料について、実施例１と同様にして、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いてBN超微粉末を分散させた。
【００７３】
分散処理終了後、スポイドを用いて分散液を採取し、分散液中の分散粒子の粒径を実施例１と同様の装置を用いてレーザー散乱光法によって求めた。結果を図５に示す。
【００７４】
図５から明らかなように、分散媒として水を用いた場合には、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドをいずれも添加しない場合には、分散粒子の粒径が大きく、しかも粒度分布幅が広い分散液が形成された。これに対して、ポリエチレンイミン又はアルキルグリコシドを添加することによって、分散粒子の均一性が向上し、特に、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドの両方を同時に添加した場合には、粒径１μｍ付近と、数百nm付近にピークが認められ、BN超微粒子の分散性が向上していることが確認できた。
【００７５】
試験例１（ゼータ電位の測定）
（１）SiC超微粒子のゼータ電位の測定
実施例１で用いたものと同じSiC超微粒子0. 3gと純水100ｇをビーカーに入れた試料と、更に、これに実施例２で用いたものと同じポリエチレンイミン0.006ｇとアルキルグリコシド0.003gを添加した試料を準備した。
【００７６】
上記した各試料について、それぞれ、実施例１と同様にして、でローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて分散液を作製した。
【００７７】
得られた分散液を３０分放置した後、上澄み液を２等分し、一方は、0.1M塩酸を用いてｐH２〜６の範囲に調整し、他方は0.1M水酸化ナトリウムを用いてｐH７〜１１の範囲に調整した。各ｐH値の分散液について、それぞれゼータ電位を３回測定し、その平均値を求めた。なお、本明細書で言うゼータ電位は、電気泳動光散乱装置（堀場製作所製、nano Partica SZ-100）を用いて、室温で求めたものである。結果を図６に示す。
【００７８】
図６から明らかなように、SiC超微粒子の分散液では、SiC超微粒子のゼータ電位は、pH2〜11の範囲において、正の値から負の値に電位に変動した。これに対して、ポリエチレンイミンとアルキルグリコシドを添加した分散液では、SiC超微粒子はpH2〜9の範囲において、正のゼータ電位を有し、その値も大きい値となった。ポリエチレンイミンとアルキルグリコシドを添加した分散液において良好な分散液が形成されることは、この点が寄与しているものと考えられる。
【００７９】
（２）BN超微粒子のゼータ電位の測定
実施例４で用いたものと同じBN超微粒子0. 3gと純水100ｇをビーカーに入れた試料と、更に、これに実施例２で用いたものと同じポリエチレンイミン0.006ｇとアルキルグリコシド0.003gを添加した試料を準備した。
【００８０】
これらの各試料について、上記したSiC超微粒子のゼータ電位の測定方法と同様にして、分散液を作製し、BN超微粒子のゼータ電位を測定した。結果を図７に示す。
【００８１】
図７から明らかなように、BN超微粒子の分散液についても、SiC超微粒子の分散液と同様に、ポリエチレンイミンとアルキルグリコシドを無添加の場合には、pH2〜11の範囲において、正の値から負の値に電位に変動したのに対して、ポリエチレンイミンとアルキルグリコシドを添加した分散液では、BN超微粒子はpH2〜9の範囲において、正のゼータ電位を有し、その値も安定した。
【図１】
2014132445.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年11月13日(2014.11.13)
【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】
分散媒としての低級アルコール又は水に、平均粒径１μｍ未満のセラミックス微粒子を添加し、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、該セラミックス微粒子を分散媒中に分散させることを特徴とする、セラミックス微粒子分散液の製造方法であって、
セラミックス微粒子が、平均粒径が３００ｎｍ以下の炭化ケイ素微粒子又は窒化ホウ素微微粒子であり、分散媒が低級アルコールであって、分散液の液温を４０℃以下に制御してセラミックス微粒子を分散させる、セラミックス微粒子分散液の製造方法。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
低級アルコールがイソプロピルアルコールである、請求項１に記載のセラミックス分散液の製造方法。
【請求項５】
分散媒としての低級アルコール又は水に、平均粒径１μｍ未満のセラミックス微粒子を添加し、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、該セラミックス微粒子を分散媒中に分散させることを特徴とする、セラミックス微粒子分散液の製造方法であって、
セラミックス微粒子が、平均粒径が３００ｎｍ以下の炭化ケイ素微粒子又は窒化ホウ素微粒子であり、分散媒が水であって、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドの何れか一方又は両方の存在下に、セラミックス微粒子を分散させる、セラミックス微粒子分散液の製造方法。
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドの両方の存在下に分散を行う請求項５に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
【請求項９】
請求項１、４、５又は８の方法によって得られる、窒化ホウ素微粒子の分散液。
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月16日(2015.4.16)
【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】
分散媒としての低級アルコール又は水に、平均粒径１μｍ未満のセラミックス微粒子を添加し、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、該セラミックス微粒子を分散媒中に分散させることを特徴とする、セラミックス微粒子分散液の製造方法であって、
セラミックス微粒子が、平均粒径が３００ｎｍ以下の炭化ケイ素微粒子又は窒化ホウ素微粒子であり、分散媒が低級アルコールであって、分散液の液温を４０℃以下に制御してセラミックス微粒子を分散させる、セラミックス微粒子分散液の製造方法。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
低級アルコールがイソプロピルアルコールである、請求項１に記載のセラミックス分散液の製造方法。
【請求項５】
分散媒としての低級アルコール又は水に、平均粒径１μｍ未満のセラミックス微粒子を添加し、ローター・ステー
ター式ホモジナイザーを用いて、該セラミックス微粒子を分散媒中に分散させることを特徴とする、セラミックス微粒子分散液の製造方法であって、
セラミックス微粒子が、平均粒径が３００ｎｍ以下の炭化ケイ素微粒子又は窒化ホウ素微粒子であり、分散媒が水であって、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドの何れか一方又は両方の存在下に、セラミックス微粒子を分散させる、セラミックス微粒子分散液の製造方法。
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドの両方の存在下に分散を行う請求項５に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
【請求項９】
請求項１又は４の方法によって得られ、前記分散媒がイソプロピルアルコールである窒化ホウ素微粒子の分散液。
【請求項１０】
請求項５又は８の方法によって得られ、前記分散媒が水である窒化ホウ素微粒子の分散液。
【国際調査報告】
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