(57)【要約】【課題】可視光域〜近赤外線光域の特定波長に対してシャープな選択的光吸収性能を有し、かつ電磁波遮蔽性能に優れた金属ナノロッドを提供する。【解決手段】ロッド状の金属粒子であって、長軸および短軸の長さの変動係数がおのおの２０％以下であることを特徴とし、好ましくは、金属イオンの還元によって得られるロッド状の金属粒子であって、長軸が４００ｎｍ未満、長軸／短軸のアスペクト比が１００以下、長軸および短軸の長さの変動係数がおのおの２０％以下である金属ナノロッド。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッド状の金属粒子であって、長軸および短軸の長さの変動係数がおのおの２０％以下であることを特徴とする金属ナノロッド。
【請求項２】
金属イオンの還元によって得られるロッド状の金属粒子であって、長軸が４００ｎｍ未満、長軸／短軸のアスペクト比が１００以下、長軸および短軸の長さの変動係数がおのおの２０％以下である請求項１に記載する金属ナノロッド。
【請求項３】
請求項１または２に記載する金属ナノロッド、分散剤、分散媒、およびバインダー（樹脂）を含有することを特徴とする金属ナノロッド含有組成物。
【請求項４】
金属ナノロッドの含有量（組成物中の固形分換算量）が０．１ｗｔ％〜９５ｗｔ％である請求項３に記載する金属ナノロッド含有組成物。
【請求項５】
分散剤が窒素原子および／またはイオウ原子を含有する請求項３または４に記載する金属ナノロッド含有組成物。
【請求項６】
請求項３〜５の何れかに記載する組成物によって形成した金属ナノロッドが分散した塗膜を表面に有することを特徴とする金属ナノロッド含有基材。
【請求項７】
請求項１または２に記載する金属ナノロッドまたは請求項３〜５の何れかに記載する金属ナノロッド含有組成物を練り込んだことを特徴とする金属ナノロッド含有基材。
【請求項８】
基材が透明なガラスまたはプラスチックである請求項６または７に記載する基材。
【請求項９】
界面活性剤を含む液中で金属イオンを還元して金属ナノロッドを製造する方法において、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＮ＋（ＣＨ３）３Ｂｒ−（ｎは１〜１５の整数）の化学式で表される界面活性剤と、（ＣＨ３（ＣＨ２）ｎ）４Ｎ＋Ｂｒ−（ｎは１〜１５の整数）の化学式で表される界面活性剤との混合界面活性剤を用いることによって金属ナノロッドの長軸および短軸の変動係数を２０％以下に制御することを特徴とする金属ナノロッドの製造方法。
【請求項１０】
請求項１または２に記載する金属ナノロッドを、分散剤の存在下で分散媒に分散させ、この分散液をバインダー（樹脂）と混合することを特徴とする金属ナノロッド含有組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可視光・近赤外線に対する吸収機能や電磁波遮蔽機能を有する金属ナノロッドについて、長軸および短軸が均一な金属ナノロッドと、これを含有するコーティング組成物、およびこの金属ナノロッドが分散した塗膜を有する基材、またはこの金属ナノロッドを練り込んだ基材に関する。
【０００２】
【従来技術】
金属の微粒子に光を照射するとプラズモン吸収と呼ばれる共鳴吸収現象が生じる。この吸収現象は金属の種類と形状によって吸収波長域が異なる。例えば、球状の金微粒子が水に分散した金コロイドは５３０ｎｍ付近に吸収域を持つが、微粒子の形状を短軸１０ｎｍのロッド状にすると、ロッドの短軸に起因する５３０ｎｍ付近の吸収の他に、ロッドの長軸に起因する長波長側の吸収を有することが知られている（例えば、Ｓ−Ｓ．Ｃｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，１９９９，１５．ｐ７０１−７０９）。
【０００３】
従来、金属微粒子がこのようなプラズモン吸収を示すことは知られているが、この現象を利用した組成物またはこの組成物を塗布あるいは練り込んだ基材はこれまで知られていない。例えば、特開平１１−８０６４７号および特開平１１−３１９５３８号には、貴金属や銅のコロイド粒子と高分子顔料分散剤を含むコロイド溶液が記載されているが、これは塗料としての着色性や溶液の安定性を高めることを目的としたものであり、金属微粒子の形状を特定して可視光・近赤外光に対する吸収効果や電磁波遮蔽効果を得るようにしたものではない。また、特表平９−５０６２１０号には金属炭化物ナノ微粒子とその製造方法が記載されているが、金属微粒子の短軸と長軸の比を特定して近赤外光に対する吸収機能を高めることは認識されておらず、これを塗料に具体化することは示されていない。
【０００４】
さらに従来の文献（Ｓ−Ｓ．Ｃｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，１９９９，１５．ｐ７０１−７０９）に記載されている金属ナノロッドは形状が均一ではないため吸収波長域が広がり、波長域が狭いシャープな光吸収効果が得られないなどの問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は従来の上記課題を解決したものであり、金属イオンの還元によって金属ナノロッドを製造する方法において、長軸および短軸の長さの変動が少なく、各長さが均一な金属ナノロッドを製造できるようにし、この金属ナノロッドを含有する組成物および基材を提供するものである。
【０００６】
すなわち、本発明は（１）ロッド状の金属粒子であって、長軸および短軸の長さの変動係数がおのおの２０％以下であることを特徴とする金属ナノロッドに関する。本発明の金属ナノロッドは、（２）金属イオンの還元によって得られるロッド状の金属粒子であって、長軸が４００ｎｍ未満、長軸／短軸のアスペクト比が１００以下、長軸および短軸の長さの変動係数がおのおの２０％以下であるものを含む。
【０００７】
また、本発明は（３）上記（１）または（２）に記載する金属ナノロッド、分散剤、分散媒、およびバインダー（樹脂）を含有することを特徴とする金属ナノロッド含有組成物に関する。本発明の金属ナノロッド含有組成物は、（４）金属ナノロッドの含有量（組成物中の固形分換算量）が０．１ｗｔ％〜９５ｗｔ％であるもの、（５）分散剤が窒素原子および／またはイオウ原子を含有するものを含む。
【０００８】
さらに、本発明は、（６）上記（３）〜（５）の何れかに記載する組成物によって形成した金属ナノロッドが分散した塗膜を表面に有することを特徴とする金属ナノロッド含有基材に関する。本発明の金属ナノロッド含有基材は、（７）上記（１）または（２）に記載する金属ナノロッドまたは上記（３）〜（５）の何れかに記載する金属ナノロッド含有組成物を練り込んだもの、（８）基材が透明なガラスまたはプラスチックであるものを含む。
【０００９】
また、本発明は、（９）界面活性剤を含む液中で金属イオンを還元して金属ナノロッドを製造する方法において、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＮ＋（ＣＨ３）３Ｂｒ−（ｎは１〜１５の整数）の化学式で表される界面活性剤と、（ＣＨ３（ＣＨ２）ｎ）４Ｎ＋Ｂｒ−（ｎは１〜１５の整数）の化学式で表される界面活性剤との混合界面活性剤を用いることによって金属ナノロッドの長軸および短軸の変動係数を２０％以下に制御することを特徴とする金属ナノロッドの製造方法に関する。さらに、本発明は（１０）上記（１）または（２）に記載する金属ナノロッドを、分散剤の存在下で分散媒に分散させ、この分散液をバインダー（樹脂）と混合することを特徴とする金属ナノロッド含有組成物の製造方法に関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明は長軸および短軸の長さが均一な金属ナノロッドに関する。具体的には例えば、金属イオンの還元によって得られるロッド状の金属粒子であって、長軸が４００ｎｍ未満、好ましくは５〜２００ｎｍであり、長軸／短軸のアスペクト比が１００以下、好ましくは２〜１０の金属ナノロッドにおいて、長軸および短軸の変動係数が各々２０％以下、好ましくは１５％以下のものである。
【００１１】
一般に変動係数Ｃｖは、不偏分散Ｕ、算術平均値Ｘのとき、次式〔１〕によって定められる。また、不偏分散Ｕは次式〔２〕によって定められる。これを金属ナノロッドの長軸および短軸の長さに適用すると、長軸の長さの変動係数Ｃｖ、および短軸の長さの変動係数Ｃｖは、各長さの不偏分散Ｕと算術平均値Ｘに基づいて次式〔１〕によって与えられ、また、この不偏分散Ｕは次式〔２〕によって与えられる。具体的には、金属ナノロッドの測定数ｎ、測定数ｎの各測定値をＸｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）であるとき、各測定値Ｘｉと算術平均値Ｘの差（Ｘｉ−Ｘ）の２乗を１〜ｎについて合計し、これを（ｎ−１）で除した値が不偏分散Ｕである。このように長軸と短軸の各長さについて、実際の測定値Ｘｉとその算術平均値Ｘに基づいて不偏分散Ｕが求められ、この不偏分散Ｕに基づいて長軸長さと短軸長さの変動係数Ｃｖがおのおの定められる。
【００１２】
【式】
2004292627.tif 000002
【００１３】
本発明の金属ナノロッドは長軸と短軸の各長さについて、何れもその変動係数Ｃｖが２０％以下であり、均一な形状を有する。従って、光吸収波長域が狭く、特定の波長域においてシャープな光吸収性能を有する。例えば、長軸が４００ｎｍ未満であって、長軸／短軸のアスペクト比が約５．０の金属ナノロッドを含むものは８５０ｎｍ波長の光を吸収するが、本発明に係る金属ナノロッドのこの波長域の透過率は概ね１０％台であって高い光吸収性能を有する一方、周辺の波長域では高い透過率を示し、特定の波長域においてシャープな光吸収性能を有する。
【００１４】
金属ナノロッドは、例えば電解還元によって製造することができる。電解液中に差し入れた金属電極に電圧を加えると、陽極から金属イオンが溶出して陰極で還元される。還元された金属イオンは適度な大きさのクラスターを形成して陰極を離れ、このクラスターが液中で次第に成長してロッド状の金属粒子が形成される。具体的には、長軸が４００ｎｍ未満であり、長軸／短軸のアスペクト比が１００以下の金属ナノロッドを得ることができる。この電解還元において、クラスターの成長を促すために界面活性剤を添加した電解液を用いるが、アルキル鎖を含み、該アルキル鎖長を限定した界面活性剤を用いることによって金属ナノロッドの長軸および短軸の変動係数を制御することができる。具体的には、好ましくは４級アンモニウム塩型のアルキル鎖を含む界面活性剤であってアルキル鎖長が異なる２種の界面活性剤を含む液中で金属イオンを還元することによって、金属ナノロッドの長軸および短軸について、各軸長の変動係数を２０％以下に抑制することができる。
【００１５】
アルキル鎖長が異なる２種の界面活性剤としては、例えば、以下の化学式（イ）（ロ）で表される、（ＣＨ２）基の数ｎが１〜１５の整数（アルキル鎖の炭素数２〜１６）の界面活性剤を用いることができる。
（イ）  ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＮ＋（ＣＨ３）３Ｂｒ−：
ＣＨ３（ＣＨ２）１５Ｎ＋（ＣＨ３）３Ｂｒ−〔ＣＴＡＢ：ｎ＝１５〕
（ロ）  （ＣＨ３（ＣＨ２）ｎ）４Ｎ＋Ｂｒ−：
（ＣＨ３（ＣＨ２）１１）４Ｎ＋Ｂｒ−〔ＴＣ１２ＡＢ：ｎ＝１１〕
（ＣＨ３（ＣＨ２）５）４Ｎ＋Ｂｒ−  〔ＴＣ６ＡＢ：ｎ＝５〕
【００１６】
長軸および短軸の各軸長の変動係数を２０％以下に抑制した金属ナノロッドを分散剤、分散媒、およびバインダー（樹脂）と混合することによって金属ナノロッド含有組成物を得ることができる。この組成物の金属ナノロッドの含有量は組成物中の固形分換算量で０．１ｗｔ％〜９５ｗｔ％、好ましくは２０〜９０ｗｔ％が適当である。金属ナノロッドの含有量がこれより少ないとその効果が不十分になり、これより金属ナノロッドの含有量が多いと相対的にバインダー（樹脂）成分が少なくなるので適当ではない。
【００１７】
分散剤は窒素原子および／またはイオウ原子を含有するものが好ましい。例えば窒素原子やイオウ原子を吸着部位に含むシランカップリング剤などが用いられる。金属ナノロッドはこの窒素原子やイオウ原子と吸着してバインダー中に分散する。分散媒は水性溶または非水性の何れでもよく、両方を用いてもよい。バインダーは水分散系、非水系、水溶性樹脂の何れか１種類もしくはその混合物を用いることができる。上記金属ナノロッドを分散剤の存在下で分散媒に分散させ、この分散液をバインダーと混合することによって長軸および短軸の変動係数を２０％以下に抑制した金属ナノロッドを含有するコーティング組成物を得ることができる。
【００１８】
上記コーティング組成物を基材表面に塗布することによって長軸および短軸の変動係数を２０％以下に抑制した金属ナノロッドが表面に分散した基材を得ることができる。また、本発明の上記金属ナノロッドまたは上記コーティング組成物を樹脂やガラスに練り込むことによって長軸および短軸の変動係数を２０％以下に抑制した金属ナノロッドが内部に分散した基材を得ることができる。これらの基材は樹脂やガラスなどの透明材料で形成されたものは、上記金属ナノロッドによって特定波長の光を吸収するので、ＰＤＰ用光学フィルター、カラーフィルター、熱線カットフィルターなどに利用することができる。
【００１９】
【実施例および比較例】
以下に本発明の実施例および比較例を示す。
〔実施例１〕
電解液として、界面活性剤〔ＣＨ３（ＣＨ２）１５Ｎ＋（ＣＨ３）３Ｂｒ−：ＣＴＡＢ（アルキル鎖の炭素数１６）〕を０．０８ｍｏｌ／ｌ、界面活性剤〔（ＣＨ３（ＣＨ２）１１）４Ｎ＋Ｂｒ−：ＴＣ１２ＡＢ（アルキル鎖の炭素数１２）〕０．００５４ｍｏｌ／ｌを含む１００ｍｌの水を用い、金板を陽極とし、白金板を陰極とし、さらに白金板の側方に電圧を加えない銀板を設けた電解装置によって、２０ｍＡの定電流を電極に加え、超音波振動を与えながら電解を２時間行って金ナノロッドを得た。この金ナノロッドの長軸と短軸の変動係数はおのおの１０％であり、長軸の平均長さ５０ｎｍ、長軸／短軸のアスペクト比は約５．０であった。
この金ナノロッドを含有する電解水溶液から遠心分離によって過剰の界面活性剤を除去した後、金ナノロッド含有量が８５重量％になるようにアクリル樹脂エマルジョン（固形分４０重量％）を混合して塗料とした。この塗料をガラス基板に塗布して乾燥することによって、金ナノロッドが表面に分散した塗膜（膜厚２μｍ）を有するガラス基板を得た。このガラス基板の分光特性および表面抵抗値をそれぞれ測定した。この結果を表１に示した。なお、分光特性の測定は日本分光社製装置（Ｖ−５７０）を用い、表面抵抗値の測定は三菱化学社製装置（ロレスタ・ＧＰ、４端針法）を用いた。
【００２０】
〔実施例２〕
実施例１のＴＣ１２ＡＢに代えて界面活性剤として〔（ＣＨ３（ＣＨ２）５）４Ｎ＋Ｂｒ−：ＴＣ６ＡＢ（アルキル鎖の炭素数６）〕を０．００８１ｍｏｌ／ｌ用いた以外は実施例１と同様にして金ナノロッドを得た。この金ナノロッドの長軸と短軸の変動係数はおのおの１５％であり、長軸の平均長さ４０ｎｍ、長軸／短軸のアスペクト比は約５．０であった。さらに実施例１と同様にしてこの金ナノロッドを８５重量％含有する塗料を調製した。この塗料をガラス基板に塗布して乾燥することによって、金ナノロッドが表面に分散した塗膜（膜厚２μｍ）を有するガラス基板を得た。このガラス基板の分光特性および表面抵抗値をそれぞれ実施例１と同様にして測定した。この結果を表１に示した。
【００２１】
〔比較例１〕
実施例１のＴＣ１２ＡＢに代えて界面活性剤として〔（ＣＨ３）４Ｎ＋Ｂｒ−：ＴＣ１ＡＢ（アルキル鎖の炭素数１）〕を０．００８１ｍｏｌ／ｌ用いた以外は実施例１と同様にして金ナノロッドを得た。この金ナノロッドの長軸と短軸の変動係数は４０％であり、長軸の平均長さ３０ｎｍ、長軸／短軸のアスペクト比は約５．０であった。さらに、実施例１と同様にしてこの金ナノロッドを８５重量％含有する塗料を調製した。この塗料をガラス基板に塗布して乾燥することによって、金ナノロッドが表面に分散した塗膜（膜厚２μｍ）を有するガラス基板を得た。このガラス基板の分光特性および表面抵抗値を実施例１と同様にして測定した。この結果を表１に示した。
【００２２】
〔比較例２〕
実施例１のＴＣ１２ＡＢに代えて界面活性剤としてＴＣ１ＡＢとＴＣ６ＡＢの混合液（混合比ＴＣ１ＡＢ：ＴＣ６ＡＢ＝９：１）を０．００８１ｍｏｌ／ｌ用いた以外は実施例１と同様にして金ナノロッドを得た。この金ナノロッドの長軸の変動係数は２０％、短軸の変動係数は４０％であり、長軸の平均長さ３０ｎｍ、長軸／短軸のアスペクト比は約５．０であった。さらに、実施例１と同様にしてこの金ナノロッドを８５重量％含有する塗料を調製した。この塗料をガラス基板に塗布して乾燥することによって、金ナノロッドが表面に分散した塗膜（膜厚２μｍ）を有するガラス基板を得た。このガラス基板の分光特性および表面抵抗値をそれぞれ実施例１と同様にして測定した。この結果を表１に示した。
【００２３】
〔比較例３〕
実施例１のＴＣ１２ＡＢに代えて界面活性剤としてＴＣ１ＡＢとＴＣ１２ＡＢの混合液（混合比ＴＣ１ＡＢ：ＴＣ１２ＡＢ＝９：１）を０．００８１ｍｏｌ／ｌ用いた以外は実施例１と同様にして金ナノロッドを得た。この金ナノロッドの長軸の変動係数は４０％、短軸の変動係数は２０％であり、長軸の平均長さ３０ｎｍ、長軸／短軸のアスペクト比は約５．０であった。さらに、実施例１と同様にしてこの金ナノロッドを８５重量％含有する塗料を調製した。この塗料をガラス基板に塗布して乾燥することによって、金ナノロッドが表面に分散した塗膜（膜厚２μｍ）を有するガラス基板を得た。このガラス基板の分光特性および表面抵抗値をそれぞれ実施例１と同様にして測定した。この結果を表１に示した。
【００２４】
表１に示すように、長軸および短軸の変動係数が２０％以下である本発明の金属ナノロッドが分散した塗膜を有するガラス基板は、何れも７００ｎｍにおける透過率は８０〜８５％であるが、８５０ｎｍにおける透過率は１０％であり、この波長に対して優れた選択的な光吸収性能を有する（実施例１、２）。一方、比較例１〜３は７００ｎｍおよび８５０ｎｍにおける透過率は何れも４０〜６０％であり、選択的な光吸収能力は大幅に低く、７００ｎｍにおいても光吸収作用を有している。さらに、本発明の実施例１、２の基板表面抵抗は比較例１〜３よりも小さく、導電性に優れている。
【００２５】
【表１】
2004292627.tif 000003
【００２６】
【発明の効果】
本発明の金属ナノロッドは長軸と短軸の変動係数が小さいので、ロッド形状が均一であり、特定波長に対してシャープな光吸収性能を有し、周辺の波長に対して大きな影響を与えずに特定波長に対して高い光吸収効果を発揮する。本発明の金属ナノロッドを用いることにより、可視光域〜近赤外線光域の特定波長に対してシャープな選択的光吸収性能を有し、かつ電磁波遮蔽性能に優れた光学フィルムを得ることができる。