(57)【要約】【課題】ディスプレーなどの求められる様々なサイズに応じた粒子の分散性、粒子径、添加量の制御が容易な光拡散性樹脂成形体を提供することを目的とする。【解決手段】光拡散性樹脂成形体１は、透明性樹脂２と破砕された多孔質金属酸化物３を含み、多孔質金属酸化物３は、一次粒子同士が接触する数珠状に連なった形状で、また一次粒子で形成された空隙を有しており、透明性樹脂２との混合時に少なくとも一部が金属酸化物一次粒子まで破砕され、透明性樹脂２中に分散させたものである。これによって、多孔質金属酸化物３の構造は、もろく、破砕されやすく、空隙に透明性樹脂が入り込むことで凝集が抑えられ、分散性、光拡散性がよい。また、金属酸化物は屈折率の幅が広く、光拡散性の制御に幅を持つことができる。このため、様々なサイズに応じた粒子の分散性、粒子径、添加量の制御が容易であり、光を効率的に利用することができる。【選択図】図１
2008291074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明性樹脂と金属酸化物一次粒子から形成される多孔質金属酸化物を含み、前記多孔質金属酸化物は、一次粒子同士が接触する数珠状に連なった形状で、また一次粒子で形成された空隙を有しており、前記透明性樹脂との混合時に少なくとも一部が金属酸化物一次粒子まで破砕され、前記透明性樹脂中に金属酸化物一次粒子を分散させた光拡散性樹脂成形体。
【請求項２】
ゾルゲル法により金属酸化物湿潤ゲルを得るゲル化工程と、前記金属酸化物湿潤ゲル内の水を溶媒で置換除去する置換除去工程と、前記置換除去工程により湿潤ゲル内に存在する溶媒を除く乾燥工程とを経て得られる多孔質金属酸化物を含む請求項１に記載の光拡散性樹脂成形体。
【請求項３】
ゲル化工程において、酸触媒を用い一次元、または二次元方向への縮合重合反応を進行させ、塩基性触媒を用い三次元方向への縮合重合反応を進行させて得られる多孔質金属酸化物を複合化した請求項２に記載の光拡散性樹脂成形体。
【請求項４】
金属酸化物がシリカである請求項３に記載の光拡散性樹脂成形体。
【請求項５】
ゾルゲル法に用いるシリカ源としてアルコキシシランを用い、アルコキシシランとしてテトラアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、ジアルコキシシランを１種類もしくは２種類以上混ぜ合わせて得られる多孔質シリカを複合化した請求項４に記載の光拡散性樹脂成形体。
【請求項６】
アルコキシシランのオリゴマーを用いて得られる多孔質シリカを複合化した請求項４に記載の光拡散性樹脂成形体。
【請求項７】
透明性樹脂が少なくともポリスチレン系、ポリカーボネート系、ポリエステル系、ポリエチレン系、ポリメチルメタクリレート系のいずれかである請求項１に記載の光拡散性樹脂成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な金属酸化物粒子を樹脂中に高分散させた光拡散性樹脂成形体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、携帯電話やパソコンに使われているディスプレーなど光を効率よく高輝度に利用するため、様々な試みが行なわれている。小型のディスプレーでは、エッジライト式と呼ばれる、側面から光を導光板である透明性樹脂中に導き、内部での散乱や反射シートを利用しディスプレー表面部に光を集める方式がある。また、大型のディスプレーでは直下型と呼ばれる、裏面にランプを並べ、光を透明性樹脂に導き表面部に光を集める方式がある。また、両方式において表面部に光拡散フィルムなども用いたものもある。
【０００３】
このような導光板に代表されるようなポリマーに、各種粒子を分散させ、光の拡散を制御することで、光を効率よく高輝度に利用できる。すなわち、０．１μｍから５μｍ程度の均一性のよいカルシウム系無機粒子を透明性樹脂に分散させることで光拡散性樹脂フィルムを提供したものがある（例えば、特許文献１参照）。これは光透過率や光拡散性を向上させることができ、また、粒子サイズを制御することで光学特性の安定を図ることができた。
【特許文献１】特開２００４−２６９６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、透明性樹脂中への無機粒子の分散性を考慮しなければならず、添加量、粒子径も制限されてくる。また、カルシウム系無機粒子の粒子径制御にも限りがある。ディスプレーなどは様々なサイズが求められ、効率よく高輝度を実現する導光板や光拡散フィルムなどの光拡散性樹脂が求められる。それには、分散させる無機粒子の分散性、粒子径、添加量も最適化しなければならない。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ディスプレーなどの求められる様々なサイズに応じた粒子の分散性、粒子径、添加量の制御が容易な光拡散性樹脂成形体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の光拡散性樹脂成形体は、透明性樹脂と金属酸化物一次粒子から形成される多孔質金属酸化物を含み、前記多孔質金属酸化物は、一次粒子同士が接触する数珠状に連なった形状で、また一次粒子で形成された空隙を有しており、前記透明性樹脂との混合時に少なくとも一部が金属酸化物一次粒子まで破砕され、前記透明性樹脂中に金属酸化物一次粒子を分散させたものである。
【０００７】
これによって、混合する多孔質金属酸化物の構造は、金属酸化物一次粒子同士が接触する面積を抑えた数珠状に連なり二次粒子を形成しており、二次粒子内に一次粒子により形成された空隙を有するため非常にもろく、混合の際に加わる外力により破砕されやすく、また、混合中に粒子間に透明性樹脂が入り込むことで凝集が抑えられ非常に分散性がよい、光拡散に非常に適した構造である。また、金属酸化物は屈折率（１．４〜３．０程度のものまで）の幅が広く、種々のものを利用することで光拡散性の制御に幅を持つことができる。したがって、ディスプレーなどの求められる様々なサイズに応じた粒子の分散性、粒子径、添加量の制御が容易であり、光を効率的に利用することができる光拡散性樹脂成形体が提供できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光拡散性樹脂成形体は、ディスプレーなどの求められる様々なサイズに応じた粒子の分散性、粒子径、添加量の制御が容易であり、光を効率的に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、透明性樹脂と金属酸化物一次粒子から形成される多孔質金属酸化物を含み、前記多孔質金属酸化物は、一次粒子同士が接触する数珠状に連なった形状で、また一次粒子で形成された空隙を有しており、前記透明性樹脂との混合時に少なくとも一部が金属酸化物一次粒子まで破砕され、前記透明性樹脂中に金属酸化物一次粒子を分散させた光拡散性樹脂成形体とするものである。これによって、混合する多孔質金属酸化物の構造は、金属酸化物一次粒子同士が接触する面積を抑えた数珠状に連なり二次粒子を形成しており、二次粒子内に一次粒子により形成された空隙を有するため非常にもろく、混合の際に加わる外力により破砕されやすく、また、混合中に粒子間に透明性樹脂が入り込むことで凝集が抑えられ非常に分散性がよい、光拡散に非常に適した構造である。また、金属酸化物は屈折率（１．４〜３．０程度のものまで）の幅が広く、種々のものを利用することで光拡散性の制御に幅を持つことができる。したがって、ディスプレーなどの求められる様々なサイズに応じた粒子の分散性、粒子径、添加量の制御が容易であり、光を効率的に利用することができる光拡散性樹脂成形体が提供できる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明において、ゾルゲル法により金属酸化物湿潤ゲルを得るゲル化工程と、前記金属酸化物湿潤ゲル内の水を溶媒で置換除去する置換除去工程と、前記置換除去工程により湿潤ゲル内に存在する溶媒を除く乾燥工程とを経て得られる多孔質金属酸化物を含むことにより、乾燥時に収縮を抑えることでより破砕されやすい多孔質金属酸化物を作製でき、透明性樹脂中に高分散する金属酸化物粒子の材料となる。
【００１１】
第３の発明は、特に、第２の発明において、ゲル化工程において、酸触媒を用い一次元、または二次元方向への縮合重合反応を進行させ、塩基性触媒を用い三次元方向への縮合重合反応を進行させて得られる多孔質金属酸化物を複合化したことにより、一次粒子同士の接触面積に対する結合の数を減らすことができ、一次粒子同士の結びつきを弱めることで高分散に適した多孔質金属酸化物を作製することができる。また、空隙も大きなものとなるので破砕されやすいものとなる。酸処理の時間、酸処理の際の水量により、一次粒子の大きさが制御でき、また、塩基処理の触媒量、水の量によっても一次粒子の大きさが制御可能である。
【００１２】
第４の発明は、特に、第３の発明において、金属酸化物がシリカであることにより、シリカ粒子は幅広く利用されている材料であり、シリカの多孔質体も合成、制御が容易であることで、光拡散樹脂のサイズなどに応じた幅広い展開が可能である。また、シリカは表面に水酸基を持ち、水酸基を種々の官能基で置換することも可能でマトリックスポリマーの溶解度パラメーターを考え、さらに分散性のよい材料に変性することも可能である。
【００１３】
第５の発明は、特に、第４の発明において、ゾルゲル法に用いるシリカ源としてアルコキシシランを用い、アルコキシシランとしてテトラアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、ジアルコキシシランを１種類もしくは２種類以上混ぜ合わせて得られる多孔質シリカを複合化したことにより、アルコキシシランとしてテトラアルコキシシランを用いることで、テトラアルコキシシランは４つのアルコキシ基を持ち、加水分解することでそれぞれの方向に縮合重合反応が進行していく。アルコキシ基の炭素数に応じた反応性の違いや、触媒量、触媒の種類によりゲル化の進行を制御でき、透明性樹脂と混合後の分散性の制御、分散後の破砕した多孔質シリカのサイズの制御など可能な多孔質シリカを作製することが容易となる。また、アルコキシシランとしてトリアルコキシシラン、もしくはジアルコキシシランを用いることで、縮合重合する水酸基が少ないため、金属酸化物一次粒子同士が結びつく際の結合の数が減少して結びつきが弱まり、高分散に適した多孔質シリカを作製することができる。さらに、縮合重合する水酸基が少ないために、一次元あるいは二次元に成長しやすく、金属酸化物一次粒子径の大きな、空隙の大きな多孔質シリカを作製することができる。さらに、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、ジアルコキシシランの割合を変化させることで金属酸化物一次粒子の大きさを制御することも可能である。
【００１４】
第６の発明は、特に、第４の発明において、アルコキシシランのオリゴマーを用いて得られる多孔質シリカを複合化したことにより、金属酸化物一次粒子同士が結びつく際の結合の数が減少して結びつきが弱まり、高分散に適した多孔質シリカを作製することができる。また、金属酸化物一次粒子が大きくなり、空隙も大きなものとなるので破砕されやすいものとなる。
【００１５】
第７の発明は、特に、第１の発明において、透明性樹脂が少なくともポリスチレン系、ポリカーボネート系、ポリエステル系、ポリエチレン系、ポリメチルメタクリレート系のいずれかであることにより、樹脂は溶融混合が可能で、成形方法の制限が少ない。また、樹脂そのものの物性、透明性が優れていること、屈折率がシリカ（約１．５３）に近いことで高い透明性を持つ幅広く目的に応じた制御ができる材料となる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光拡散性樹脂成形体を示している。
【００１８】
図に示すように、本実施の形態における光拡散性樹脂成形体１は、透明性樹脂２と破砕された多孔質金属酸化物３を含むものである。前記多孔質金属酸化物３は、金属酸化物一次粒子同士が接触する数珠状に連なった形状で、また金属酸化物一次粒子で形成された空隙を有する非常にもろい構造をしており、透明性樹脂２との混合時に混合応力によって少なくとも一部が金属酸化物一次粒子まで破砕され、透明性樹脂２中に分散されている。
【００１９】
このように、多孔質金属酸化物３が金属酸化物一次粒子にまで破砕されて透明性樹脂２に高分散することで効率のよい光拡散性樹脂成形体１を得ている。
【００２０】
破砕された多孔質金属酸化物３は、透明性樹脂２との混合時に混合応力によって少なくとも一部が金属酸化物一次粒子まで破砕されるが、金属酸化物一次粒子のサイズである２ｎｍ以下までは破砕されない。金属酸化物一次粒子のサイズを数ナノ、数十ナノに作製することは可能であるが、１００ｎｍ未満では光拡散の効果がレイリー散乱となるため、光の波長に散乱が大きく左右されることになり、色に偏りが現れてしまう。このため、金属酸化物一次粒子が１００ｎｍ以上の多孔質金属酸化物３であることが望ましい。金属酸化物一次粒子の大きさが１００ｎｍ程度まで大きくなると混練による力を受けやすくなるため、大部分の多孔質金属酸化物は金属酸化物一次粒子まで破砕される。
【００２１】
また、上限について述べると、５０μｍ以上の多孔質金属酸化物は破砕されやすいため存在しない。さらに、２０μｍより大きなサイズでは成形体全体へ光が進みにくくなる。よって、１０μｍ以下の金属酸化物一次粒子径が望ましい。さらに、１μｍ〜１０μｍ程度の金属酸化物一次粒子では入射した光を前方への反射、散乱が起こる。１００ｎｍ〜１μｍ程度の粒子では前方への反射、散乱が減少する。よって、これらの散乱をいかすために、１００ｎｍ〜１０μｍの金属酸化物一次粒子であることが望ましい。しかし、光の波長域を絞って粒子をコントロールすることは散乱光に色の偏りが現れてしまうことになるので、粒子径は透明性樹脂２への多孔質体の添加量、成形体のサイズに応じて最適な粒子径を選ぶことが望ましい。
【００２２】
透明性樹脂２と多孔質金属酸化物３の混合割合の下限には特に制限はなく、効果が現れる０．１ｗｔ％以上であればよく、上限は破砕された多孔質金属酸化物３の凝集を抑える必要があるので７０ｗｔ％以下であることが望ましい。さらに、光拡散性樹脂成形体１の透過性を考えると５０ｗｔ％以下であることがより望ましい。また、分散状態で金属酸化物一次粒子同士の粒子間距離が０．０１μｍ〜１００μｍになるように、金属酸化物一次粒子のサイズと添加量の関係を調整することが望ましい。
【００２３】
透明性樹脂２は、ポリスチレン系、ポリカーボネート系、ポリエステル系、ポリエチレン系、ポリメチルメタクリレート系であり、透明性、物性に優れた樹脂で、少なくとも１種類もしくは２種類以上の混合物であればよく、透明性を有していればよい。好ましくはさらに、屈折率が１．４０〜１．６５程度の樹脂が望ましい。結晶性、非結晶性でもかまわず、また、極性が大きくとも小さくともかまわない。さらに、添加剤として、分散性を向上させる分散剤、劣化を抑える酸化防止剤、ラジカル捕捉剤、結晶化を促進させる結晶化核剤、そして、各種機械物性を向上させる繊維系フィラー、ゴム成分などや、そして、導電性、磁性、熱伝導性、制振性、断熱、軽量、電磁波吸収、反射、熱線輻射、難燃性など各種特性を付与するフィラーが透明性を損なわない限りは含まれていてもかまわない。
【００２４】
図２は、透明性樹脂２と混合する前の多孔質金属酸化物の一部を拡大して示している。混合する前の多孔質金属酸化物１１の構造は、金属酸化物一次粒子１３同士が接触する面積を抑えた数珠状に連なり二次粒子を形成しており、二次粒子内に金属酸化物一次粒子により形成された空隙１２を有するため非常にもろく、混合の際に加わる外力により破砕されやすい。また、混合中に粒子間に透明性樹脂２が入り込むことで凝集が抑えられ非常に分散性がよい、光拡散に非常に適した構造である。また、金属酸化物は屈折率が１．４〜３．０程度のものまで幅が広く、種々のものを利用することで光拡散性の制御に幅を持つことができるものである。
【００２５】
透明性樹脂２と混合する前の多孔質金属酸化物１１は、金属酸化物一次粒子１３の粒子径が１００ｎｍ〜１０μｍであればよく、多孔質金属酸化物１１はそれが連なったものであるので１μｍ以上である。上限は特に制限はないが、ミキサーなどで自重による破砕を行なうと１００μｍ以下に破砕される。また、多孔質金属酸化物１１に形成された空隙１２の空隙率は５０％〜９９％であればよく、より好ましくは７０％以上の空隙率である。これは空隙率が低いと多孔質金属酸化物１１が破砕されにくいためで、また、空隙率が高ければ破砕されやすいが、空隙率が９９％以上の多孔質金属酸化物１１を作製するには特別な設備、手法が必要になってくるため作製が困難である。
【００２６】
図３は、透明性樹脂と混合し破砕された多孔質金属酸化物の一部を拡大して示している。破砕された多孔質金属酸化物２１は、一部あるいは全部が金属酸化物一次粒子２２にまで破砕される。金属酸化物一次粒子同士が結びついた状態の金属酸化物２３は、破砕の力、時間が不足すると残り、金属酸化物一次粒子２２が小さすぎた場合や多孔質金属酸化物作製時に収縮が著しかった場合に、一部、多孔質金属酸化物が金属酸化物一次粒子２２にまで破砕されずに残ることがある。小さくとも１００ｎｍ程度の金属酸化物一次粒子２２の連なった多孔質金属酸化物であるのでほとんど金属酸化物一次粒子２２にまで混練中に破砕されると考えてよい。しかし、逆に時間が長すぎた場合には、一度分散した金属酸化物一次粒子２２が再凝集する可能性があるので適度な時間で混合を止める必要がある。
【００２７】
次に、多孔質金属酸化物を透明性樹脂と混合する方法について説明する。
【００２８】
本実施の形態では、図２に示す混合する前の多孔質金属酸化１１の均一分散方法としては、透明性樹脂２との混合による力で破砕および分散させる方法を採っている。ただし、予め透明性樹脂２のペレットや粉末と大きさなどを合わせておくことが均一な分散に望ましい。また、透明性樹脂２との混合前に予め多孔質金属酸化物１１をミキサーなどで細かくしておくことが、分散にかかる時間も短縮でき樹脂の劣化なども抑えられる点で望ましい。なお、予め粉砕する場合には、多孔質金属酸化物１１の空隙１２を破砕してしまう強い粉砕方法は、多孔質金属酸化物１１を凝集および安定化させてしまうため、透明性樹脂２中での破砕した多孔質金属酸化物１１の分散を阻害する要因となるので注意が必要である。透明性樹脂２との混合には、通常樹脂とフィラーとの混ぜ合わせに使用する装置、例えば、タンブラー、溶融混合機、ロールミル、ニーダー、加圧式ニーダー、二軸押出し機、単軸押出し機、バンバリーミキサーなどでよい。
【００２９】
次に、混ぜ合わせた透明性樹脂２と多孔質金属酸化物１１の混合物の成形方法は、圧縮成形、押し出し成形、射出成形、熱成形、ブロー成形、カレンダ成形などがあげられるが、成形方法に特に制限は無く、樹脂の性質、成形品の形状を考慮した成形法であればよい。
【００３０】
以上のようにして、図１に示すように、破砕された多孔質金属酸化物３が透明性樹脂２に高分散し、効率のよい光拡散性樹脂成形体１を得ている。
【００３１】
このように、本実施の形態における光拡散性樹脂成形体は、ディスプレーなどの求められる様々なサイズに応じた粒子の分散性、粒子径、添加量の制御が容易であり、光を効率的に利用することができるものである。また、ディスプレーのほかに、情報表示灯、照明機材、家電製品の内部照明などに使用することができる。
【００３２】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における光拡散性樹脂成形体について説明する。
【００３３】
本実施の形態における光拡散性樹脂成形体の多孔質金属酸化物は、その金属のアルコキシドが入手しやすければよく、１種類もしくは２種類以上の混合物を利用してもよい。また、１種類の金属アルコキシドと１種類以上の使用する溶媒に溶解可能な金属塩を用いてもかまわない。
【００３４】
金属アルコキシドとして、例えば、アルミニウム、バリウム、ホウ素、ビスマス、カルシウム、鉄、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、カリウム、ランタン、リン、鉛、ニオブ、ナトリウム、モリブデン、マグネシウム、リチウム、アンチモン、スズ、ストロンチウム、タンタル、銅、ニッケル、チタン、バナジウム、タングステン、イットリウム、亜鉛、ジルコニウムなどの金属アルコキシドがあげられるが、１種類のみで使用するには１価、および、２価の金属は不適である。金属塩としては、配位子が、アミノ基、フォスフィノ基、カルボキシル基、チオール基、ピリジン、トリフェニルホスフィン、硝酸イオン、ハロゲン化物イオン、アンモニア、一酸化炭素、カルベン、エチレンジアミン、ビピリジン、フェナントロリン、ＢＩＮＡＰ、カテコラート、ターピリジン、エチレンジアミン四酢酸、ポルフィリン、サイクラム、クラウンエーテル類、シクロペンタジエニルアニオンなどや、これらの誘導体などがあるが特に制限はない。また、配位原子が、アルミニウム、バリウム、ホウ素、ビスマス、カルシウム、鉄、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、カリウム、ランタン、リン、鉛、ニオブ、ナトリウム、モリブデン、マグネシウム、リチウム、アンチモン、スズ、ストロンチウム、タンタル、銅、ニッケル、チタン、バナジウム、タングステン、イットリウム、亜鉛、ジルコニウムなどの金属があげられるが、特に制限はない。いずれも、通常入手しやすい金属塩であればよい。
【００３５】
以下に、多孔質金属酸化物を代表して多孔質シリカの作製方法について説明する。多孔質シリカを調製する工程は主に以下の３つの工程からなる。
（１）ゲル化工程
（２）置換除去工程
（３）乾燥工程
各工程についての詳細を述べる。
【００３６】
（１）ゲル化工程
ゾルゲル法によりアルコキシシランを湿潤ゲル原料とし、水および必要に応じてアルコールを溶媒とし、必要に応じて触媒を添加することで、金属アルコキシドの加水分解、それに引き続き起こる縮重合反応によって金属酸化物一次粒子が生成し、前記一次粒子が数珠状に連なることで多孔質骨格が形成されることにより湿潤ゲルを得る工程である。
【００３７】
シリカ源として、アルコキシシランは反応を制御しやすく、安価で、広く用いられているものであり、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランなどのテトラアルコキシシラン、および、トリアルコキシシラン、ジアルコキシシランを湿潤ゲル原料として、１種類もしくは２種類以上の混合物を湿潤ゲル原料として用いることができる。
【００３８】
テトラアルコキシシランは４つのアルコキシ基を持ち、加水分解することでそれぞれの方向に縮合重合反応が進行していく。アルコキシ基の炭素数に応じた反応性の違いや、触媒量、触媒の種類によりゲル化の進行を制御でき、透明性樹脂と混合後の分散性の制御、分散後の破砕した多孔質シリカのサイズの制御など可能な多孔質シリカを作製することが容易となる。例えば、アルコキシ基の炭素数の多いアルコキシシランでは反応性が遅く、アルコキシ基の種類を選ぶことでゲル化速度を制御することができ、また、触媒量は湿潤ゲルのゲル化速度を制御でき、触媒量を少なくすることでゲル化速度を遅らせ、金属酸化物一次粒子サイズの大きな多孔質シリカを作製することができる。触媒の種類も同様に、酸性度や塩基性度など強さによりゲル化速度を制御できる。ゲル化速度を遅くすることで、金属酸化物一次粒子の大きな多孔質シリカを作製できる。水の量に関しても、ゲル化時に多量に水分が存在することで金属酸化物一次粒子の大きな多孔質シリカを作製できる。
【００３９】
酸触媒の使用について説明する。酸触媒では、まずアルコキシシランのアルコキシ基の酸素に水素イオンが付加し、次に水が求核的に攻撃し、アルコキシ基がアルコールとして脱離し加水分解が進行する。この加水分解反応と、加水分解で生成したシラノール基の縮合重合反応が同時に進行することでゲル化が起こる。しかし、水が少ない場合には、加水分解が遅く、一方で縮合重合反応が進行するため、一次元、あるいは二次元方向に縮合重合反応が進行する。そのため、三次元方向への縮重合による粒子同士の結合を減少させることができる。これを利用し、水が少ない条件で酸触媒処理した後、塩基性触媒、水を添加し三次元方向に縮合重合反応が進行させることで、金属酸化物一次粒子同士の接触面積を減少させた多孔質シリカを作製することができる。また、金属酸化物一次粒子も大きくなり、また、それにともない空隙も大きなものとなるので破砕されやすいものとなる。
【００４０】
トリアルコキシシラン、ジアルコキシシランは、縮合重合する水酸基が少ないため、金属酸化物一次粒子同士が結びつく際の結合の数が減少して結びつきが弱まり、高分散に適した多孔質シリカを作製することができる。さらに、縮合重合する水酸基が少ないために、一次元あるいは二次元に成長しやすく、金属酸化物一次粒子径の大きな、空隙の大きな多孔質シリカを作製することができる。すなわち、それぞれ３つ、２つのアルコキシ基をもち、残りはそれぞれ１つ、２つのアルキル基を持つ。加水分解することで、縮合重合反応が進行するが、アルキル基は加水分解、縮合重合反応が進行しないので、縮合重合反応の方向が制御された、また、結合の数が制限された湿潤ゲルが形成される。このように作製された多孔質シリカは前記した酸触媒の使用についてと同様に一次元、二次元に成長しやすく、金属酸化物一次粒子径の大きな、また、粒子同士の繋がりが弱いものとなる。ただし、ジアルコキシシランのみではゲル化しない。そのため、混合物として用いることが考えられるが、混合物の割合、主にアルコキシ基の数によって金属酸化物一次粒子サイズが決定される。例えば、ジアルコキシシランとテトラアルコキシシランから作製する湿潤ゲルは、ジアルコキシシランの割合を増やすとともに金属酸化物一次粒子径が増大していく。金属酸化物一次粒子も大きくなるのでそれにともない空隙も大きなものとなるので破砕されやすいものとなる。
【００４１】
また、モノマーだけでなくオリゴマーを用いることも可能で、オリゴマーを用いる方が、金属酸化物一次粒子同士が結びつく際の結合の数が減少して結びつきが弱まり、高分散に適した多孔質シリカを作製することができる。また、金属酸化物一次粒子が大きくなり、空隙も大きなものとなるので破砕されやすいものとなる。４量体、７量体程度のオリゴマーを用いることで作製の制御がしやすく金属酸化物一次粒子同士の繋がりが弱い多孔質シリカを得ることができる。
【００４２】
なお、湿潤ゲル原料は水ガラスを用いることも可能で、安価で製造できるため量産に適している。
【００４３】
ゲル化工程の後に、湿潤ゲル表面に疎水基を導入し、表面を疎水化することで、乾燥時に溶媒から働く毛管力を減少させることができ、乾燥時に起こる収縮を抑えることで、より破砕されやすい多孔質シリカを作製でき、高分散に適した多孔質シリカとなる。湿潤ゲル表面への疎水基の導入には、メチル基、エチル基、プロピル基などのアルキル基の導入、フッ化物や、フッ素の導入などがあげられる。
【００４４】
乾燥工程については後で述べるが、表面処理との関係を少しここで述べる。
【００４５】
超臨界乾燥を用いる場合は、特に表面処理を施す必要は無いが、非超臨界乾燥を用いる場合は、毛管力を無視できないので、表面疎水化処理を施すことが望ましい。また、超臨界乾燥を用いた方法であっても多孔質シリカ表面を疎水化処理することは、親油性の樹脂との親和性を増し分散性がよくなること、保存の際に、空気中の水分の吸着を防ぐことで多孔質シリカの収縮を抑制することなど優位性があるので、必要に応じて行なうのがよい。
【００４６】
表面疎水化処理を施さない場合にも、多孔質シリカの空隙が大きければ、毛管力を下げることができるので、多孔質シリカの金属酸化物一次粒子径を大きくすることで多孔質シリカの乾燥時の収縮を抑制することができる。このように、超臨界乾燥を用いた方法と同様に乾燥時の収縮を抑えた多孔質シリカの作製できる。また、多孔質シリカ表面を疎水化していないので親水性を有する樹脂との親和性を持ち分散性がよく、また、空気中での保存性を向上させるものである。
【００４７】
（２）置換除去工程
湿潤ゲル内の水を溶媒で置換除去する工程である。この工程は次の乾燥工程の準備という面が強く、それぞれの乾燥方法に適した溶媒に置換されることが望ましい。
【００４８】
熱風乾燥について説明すると、乾燥時に溶媒からの毛管力が多孔質体骨格に力を及ぼす。毛管力は、表面張力に比例するため、毛管力を抑えるためには、表面張力の低い溶媒が好ましい。例えば、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類、より好ましくは、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカンなどのアルカン類、アセトンなどのケトン類、トルエン、キシレン、ベンゼンなどの芳香族などがあげられる。
【００４９】
超臨界乾燥について説明すると、臨界温度、臨界圧力が低いものが適している。例えば、二酸化炭素である。二酸化炭素は、臨界温度が３１．３℃で、臨界圧力が７２．９ａｔｍである。超臨界流体として二酸化炭素を用いるために、ここでは、置換除去工程でアルコールに置換しておく方法を採る。超臨界二酸化炭素との相溶性がよい溶媒で置換することが望ましい。
【００５０】
凍結乾燥について説明すると、常温常圧で液体であり、三重点の温度が−３０℃程度までの溶媒であればよく、水、ｔ−ブチルアルコールなどが例としてあげられる。また、完全に置換されていなくてもよく、大部分が置換されていればよい。
【００５１】
（３）乾燥工程
乾燥工程は、湿潤ゲル内部に存在する溶媒を取り除く工程である。乾燥手法として、超臨界乾燥、熱風乾燥、凍結乾燥、真空乾燥、自然乾燥などがあげられる。
【００５２】
熱風乾燥について説明すると、湿潤ゲルを乾燥容器に入れ、温度をかけ、溶媒の蒸発により乾燥を行なう。なお、乾燥容器は耐圧容器であり、加圧をしながら乾燥する方法が、毛管力をさらにさげることができるのでより好ましい。溶媒の蒸発の際には、溶媒からの毛管力が多孔質体細孔に力を及ぼすが、表面張力が低い溶媒に置換を行なっているため軽減することができる。乾燥時の収縮を抑えることは、多孔質シリカの凝集、安定化を抑えることであり、透明性樹脂との混合での分散性をよくすることに繋がる。
【００５３】
超臨界乾燥は、気−液界面が出現しないので表面張力を減少させることができ、多孔質シリカの収縮が非常に小さく、熱風乾燥で乾燥した多孔質シリカより破砕されやすい多孔質シリカとなり、高分散に適している。方法は一般的な超臨界乾燥でよく、炭酸超臨界乾燥やアルコール超臨界乾燥などがある。
【００５４】
超臨界流体の二酸化炭素を用いた超臨界乾燥について説明する。アルコールなどで置換された湿潤ゲルを高圧容器内へ移し、超臨界二酸化炭素を流通させる。二酸化炭素は炭層状態では臨界温度が３１．３℃で、臨界圧力が７２．９ａｔｍであるが、溶媒の存在、例えばアルコールとの共存で臨界温度、臨界圧力が上昇する。そのため、臨界状態に十分な温度８０℃、圧力１６０ａｔｍにして連続的に超臨界二酸化炭素を流通させ、アルコールの完全除去をした。
【００５５】
凍結乾燥は、溶媒が固体となり、減圧下の乾燥で昇華となるため液体からの乾燥からのような表面張力は働かず、収縮が非常に少ない多孔質シリカを作製することができ、熱風乾燥で乾燥した多孔質シリカより破砕されやすい多孔質シリカとなり、高分散に適している。また、超臨界乾燥に比べコストが低く行なうことができる。ただし、昇華により気圧があがること、昇華により潜熱としてエネルギーが奪われるため乾燥に時間がかかる点などが問題点である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明にかかる光拡散性樹脂成形体は、求められる様々なサイズに応じた粒子の分散性、粒子径、添加量の制御が容易であり、光を効率的に利用することができるので、ディスプレーのほかに、情報表示灯、照明機材、家電製品の内部照明などに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１における破砕された多孔質金属酸化物を含む光拡散性樹脂成形体の断面模式図
【図２】同光拡散性樹脂成形体における透明性樹脂と混合する前の多孔質金属酸化物を拡大した模式図
【図３】同光拡散性樹脂成形体における透明性樹脂と混合した後の破砕された多孔質金属酸化物を拡大した模式図
【符号の説明】
【００５８】
１  光拡散性樹脂成形体
３  透明性樹脂
３、２１  破砕された多孔質金属酸化物
１１  多孔質金属酸化物
１２  空隙
１３、２２  金属酸化物一次粒子
２３  一次粒子同士が結びついた状態の金属酸化物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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