(57)【要約】【課題】  本発明は、水性の分散媒中に親水性の金属化合物表面を有する粒子を分散させて粒子分散液を製造する粒子分散液の製造方法において、分散剤の供給を省略しながら、粒子の分散媒中における分散を促進することができる技術を確立することを目的とする。【解決手段】  分散媒中に粒子を供給すると共に、分散媒中に酸化剤を供給して粒子の表面に付着した有機物を分散媒中で分解除去する有機物分解処理を行うことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性の分散媒中に親水性の金属化合物表面を有する粒子を分散させて粒子分散液を製造する粒子分散液の製造方法であって、
前記分散媒中に前記粒子を供給すると共に、前記分散媒中に酸化剤を供給して前記粒子の表面に付着した有機物を前記分散媒中で分解除去する有機物分解処理を行うことを特徴とする粒子分散液の製造方法。
【請求項２】
前記有機物分解処理中に、前記分散媒中で前記粒子に対して機械的な力を付与して前記粒子を解砕する解砕処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の粒子分散液の製造方法。
【請求項３】
前記解砕処理において、前記分散媒中で前記粒子に対して前記機械的な力として圧縮力とせん断力とを付与して前記粒子を摩砕することを特徴とする請求項２に記載の粒子分散液の製造方法。
【請求項４】
前記有機物分解処理において、前記分散媒中に、前記酸化剤としてオゾン及び過酸化水素の一方又は両方を供給することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の粒子分散液の製造方法。
【請求項５】
前記粒子分散液において、前記分散媒中に分散する前記粒子の径が５ｎｍ以上且つ１０００ｎｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の粒子分散液の製造方法。
【請求項６】
前記有機物分解処理中において、前記分散媒を、沸点よりも低く且つ室温よりも高い所定温度に加熱することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の粒子分散液の製造方法。
【請求項７】
前記有機物分解処理後の分散媒をアルカリ性にするアルカリ性化処理を行うことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の粒子分散液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水性の分散媒中に親水性の金属化合物表面を有する粒子を分散させて粒子分散液を製造する粒子分散液の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、水やアルコール水溶液等の水性の分散媒に対する親水性に優れた金属化合物表面を有する粒子は、表面の所謂濡れ性が優れていることから、そのまま分散媒に供給されても、比較的容易に分散媒中で分散することができる。
このような粒子を分散媒中に分散させた粒子分散液は、例えば、コーティング剤、塗料、壁材、化粧品、研磨剤、洗浄剤、セラミックス製品成形用スラリー等として広く利用されており、特に、ナノサイズ（１μｍ未満）のコロイド粒子を分散媒中に分散させた粒子分散液であるコロイド溶液は、独特な性質を備える場合があり、その応用を目指すため多くの研究がなされている。
【０００３】
上記のような粒子の媒体中への分散を促進させるための方法としては、分散媒中に、粒子と共に界面活性剤等の分散剤を供給する方法がある（例えば、特許文献１〜３参照。）。このように、分散剤を供給することで、粒子表面に分散剤が結合されて親水性が向上され、粒子の分散が促進されるのである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３００９号公報
【特許文献２】特開平８−１９７４１４号公報
【特許文献３】特開平８−１０４６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記界面活性剤等の分散剤を分散媒に供給して粒子の分散を促進させる方法は、分散媒中に分散剤が存在することが懸念される用途に利用することはできない。
また、ナノサイズのコロイド粒子を分散媒に分散させる場合や、多量の粒子を分散媒に分散させる場合には、粒子の表面積が非常に大きいことから、多くの分散剤を分散媒に供給する必要があり、粒子分散液の低品質化を招くことがある。
従って、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、粒子分散液を製造するにあたり、分散剤の供給を省略しながら、粒子の分散媒中における分散を促進することができる技術を確立する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る粒子分散液の製造方法は、水性の分散媒中に親水性の金属化合物表面を有する粒子を分散させて粒子分散液を製造する粒子分散液の製造方法であって、その第１特徴構成は、前記分散媒中に前記粒子を供給すると共に、前記分散媒中に酸化剤を供給して前記粒子の表面に付着した有機物を前記分散媒中で分解除去する有機物分解処理を行う点にある。
【０００７】
親水性の金属化合物表面を有する粒子において、その表面に有機物が付着していると、粒子表面の親水性が阻害され、粒子を分散媒中で分散させにくくなる。
そこで、上記粒子分散液の製造方法の第１特徴構成によれば、上記有機物分解処理を行い、分散媒中に酸化剤を供給して粒子表面に付着した有機物を分解除去することで、粒子表面を分散媒に対して親和化させ、粒子の分散媒中における分散を促進させることができる。よって、本発明により、例えば、ナノサイズのコロイド粒子を分散媒に分散させる場合や多量の粒子を分散媒に分散させる場合でも、分散媒中に粒子が良好に分散した高品質の粒子分散液を得ることができる。更に、界面活性剤等の分散剤を分散媒に供給することなく、分散媒中において粒子を分散させることができるため、分散剤を供給しない分、分散媒に対する粒子の供給量を増加させることができる。
【０００８】
本発明に係る粒子分散液の製造方法の第２特徴構成は、前記有機物分解処理中に、前記分散媒中で前記粒子に対して機械的な力を付与して前記粒子を解砕する解砕処理を行う点にある。
【０００９】
上記粒子分散液の製造方法の第２特徴構成によれば、上記有機物分解処理と同時に上記解砕処理を行って、粒子そのもの又はその凝集体を解砕することで、粒子を良好に分散させながら、分散媒に供給された酸化剤を良好に粒子の表面に作用させることができるので、粒子表面に付着した有機物を効率良く分解除去することができる。更に、上記解砕処理を行うことにより、その有機物が除去され分散媒に対して親和化された粒子どうしの凝集を抑制しながら、その表面に連続して分散媒を供給することができるので、粒子を良好に分散媒中に分散させることができる。
【００１０】
本発明に係る粒子分散液の製造方法の第３特徴構成は、前記解砕処理において、前記分散媒中で前記粒子に対して前記機械的な力として圧縮力とせん断力とを付与して前記粒子を摩砕する点にある。
【００１１】
上記粒子分散液の製造方法の第３特徴構成によれば、上記解砕処理において、粒子そのもの又はその凝集体を摩砕することで、粒子の分散の促進、及び、粒子どうしの凝集の抑制を、効率良く行うことができる。更に、粒子を摩砕することで、粒子の粒径を超微細な均質なものとして、粒子分散液の品質を向上することができる。
【００１２】
本発明に係る粒子分散液の製造方法の第４特徴構成は、前記有機物分解処理において、前記分散媒中に、前記酸化剤としてオゾン及び過酸化水素の一方又は両方を供給する点にある。
【００１３】
上記粒子分散液の製造方法の第４特徴構成によれば、上記酸化剤として比較的不安定なオゾン又は過酸化水素の一方又は両方を供給することで、粒子が良好に分散した後の粒子分散液から酸化剤を容易に除去することができる。
また、有機物分解処理において、分散媒中に、酸化剤としてオゾンと過酸化水素との両方を供給することで、オゾンと過酸化水素との反応により強力な酸化力を有するヒドロラジカルを発生させ、これにより粒子表面の有機物を確実に分解除去し、粒子の分散媒中での分散を促進することができる。
【００１４】
本発明に係る粒子分散液の製造方法の第５特徴構成は、前記粒子分散液において、前記分散媒中に分散する前記粒子の径が５ｎｍ以上且つ１０００ｎｍ以下の範囲内である点にある。
【００１５】
上記のような粒径が１０００ｎｍ以下の粒子は、その比表面積が非常に大きいため、界面活性剤などの分散剤を用いてその粒子を分散媒中に分散させようとすると、非常に多くの分散剤が必要となり、現実的ではない。
そこで、上記粒子分散液の製造方法の第５特徴構成によれば、分散剤を必要とせず、酸化剤により粒子表面に付着した有機物を分解除去することで、粒子を分散媒中に分散させることができるので、上記のような粒径が１０００ｎｍ以下の粒子でも、分散媒中に良好に分散させることができる。
また、上記粒子の粒径を５ｎｍ以上とすることで、その粒径の粒子を容易に製造することができ、また、供給する酸化剤をその粒子表面に付着した有機物に良好に作用させることができる。
【００１６】
本発明に係る粒子分散液の製造方法の第６特徴構成は、前記有機物分解処理中において、前記分散媒を、沸点よりも低く且つ室温よりも高い所定温度に加熱する点にある。
【００１７】
上記粒子分散液の製造方法の第６特徴構成によれば、分散媒を沸点よりも低く且つ室温よりも高い温度に加熱することで、分散媒の表面張力を低下させて粒子表面の濡れ性を向上させることができ、粒子の分散媒中への分散を一層促進させることができる。
【００１８】
本発明に係る粒子分散液の製造方法の第７特徴構成は、前記有機物分解処理後の分散媒をアルカリ性にするアルカリ性化処理を行う点にある。
【００１９】
上記粒子分散液の製造方法の第７特徴構成によれば、上記アルカリ性化処理を行うことで、粒子間に働く力において、互いに反発する静電気的反発力が、互いに引き付けあうファンデルワールス力に比べて向上するので、分散媒中における粒子の分散安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明に係る粒子分散液の製造方法（以下、本発明方法とよぶ。）は、図１を参照して、水性の分散媒中に親水性の金属化合物表面を有する粒子を分散させて粒子分散液を製造する方法である。
図１（ａ）に示すように、このような粒子の表面には、その粒子の製造時又は搬送時に、若干の油脂等の疎水性の有機物が付着している場合がある。そして、このように粒子の表面に疎水性の有機物が付着していると、粒子表面の親水性が阻害され、粒子を分散媒中で分散させにくくなる。
【００２１】
そこで、本発明方法では、分散媒中に粒子を分散させるにあたり、図１（ｂ）に示すように、分散媒中に酸化剤を供給して、粒子の表面に付着した有機物を分解除去する有機物分解処理が行われる。
即ち、この有機物分解処理が行われ、分散媒中に供給された酸化剤が粒子表面に付着している有機物（ＣｘＨｙＯｚ）に作用することにより、その有機物が一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）に分解除去されるので、親水性の粒子の表面全体が分散媒に露出されることになり、粒子表面が分散媒に対してより親和化される。よって、このように表面に付着した有機物が分解除去された粒子は、分散媒中において良好に分散することになる。
【００２２】
また、粒子と酸化剤とを分散媒に供給するにあたり、粒子と酸化剤とを別々に分散媒に供給しても構わないが、粒子を分散媒に供給される前の酸化剤に供給して、粒子表面の有機物を分解除去した後に、その酸化剤と粒子との混合物を分散媒に供給しても構わない。
【００２３】
更に、本発明方法では、有機物の分解除去効率の向上及び粒子の分散性の向上の目的で、上記有機物分解処理中に、分散媒中で粒子に対して、機械的な力を付与して粒子そのもの又は粒子どうしが凝集して形成された凝集体を解砕する解砕処理を行うことができる。
【００２４】
即ち、上記解砕処理において、粒子に圧縮力、せん断力、衝撃力の少なくとも１つの機械的な力が付与されると、粒子そのもの又はその凝集体が解砕されて、粒子が分散媒中に良好に分散することになる。よって、分散媒中に供給された酸化剤は、個々の粒子表面に対して良好に作用することになるので、粒子表面に付着した有機物が効率良く分解除去されることになる。更に、表面に付着していた有機物が分解除去された個々の粒子表面に対して連続して分散媒が供給されるので、粒子の表面全体を分散媒が良好に覆って、粒子が効率良く分散媒中に分散することになる。
【００２５】
以下、本発明方法を行うための具体的構成について説明を加える。
例えば、図２に示すように、分散媒を収容する容器１の底部に設置された超音波発生装置２により、分散媒中に超音波を発生させることで、分散媒中に供給された粒子に上記機械的な力を付与して粒子そのもの又はその凝集体が解砕する解砕処理を行うことができる。
【００２６】
また、図３に示すように、容器１に収容された分散媒をモータ４により回転する撹拌ロータ５により撹拌することでも、分散媒中に供給された粒子に上記機械的な力を付与して粒子そのもの又はその凝集体が解砕する解砕処理を行うことができる。更に、このように撹拌ロータ５で分散媒を撹拌する場合には、分散媒中にセラミックス製等のボール６を入れて、このボール６どうしの頻繁な衝突により、粒子に対して上記機械的な力を充分に付与することができる。
特に、ボール６どうしがすり合わせられることで、そのボール６間において、粒子に対して機械的な力として圧縮力とせん断力とが付与され粒子が摩砕されることになる。そして、このように粒子を摩砕することで、粒子の分散の促進、及び、粒子どうしの凝集の抑制を、効率良く行うことができ、更に、粒子の粒径を超微細な均質なものとすることができる。
【００２７】
また、図４に示すように、容器１に収容された分散媒を循環させるポンプ８を備え、ポンプ８により循環される分散媒を容器１内に設置された複数のノズル９により互いに衝突するように噴射させることでも、分散媒中に供給された粒子に上記機械的な力を付与して粒子そのもの又はその凝集体が解砕する解砕処理を行うことができる。
【００２８】
また、図２〜４に示すように、容器１側面に設置したヒータ３により、分散媒をその沸点よりも低く且つ室温よりも高い温度に加熱することで、分散媒の表面張力を低下させて粒子表面の濡れ性を向上させることができ、粒子の分散媒中への分散を一層促進させることができる。
【００２９】
上記有機物分解処理において分散媒に供給する酸化剤としては、オゾン、過酸化水素、硫酸、塩酸、フッ酸、及び、硝酸等の少なくとも１つからなる水溶液を用いることができる。
【００３０】
また、上記酸化剤として比較的不安定なオゾン又は過酸化水素の一方又は両方を分散媒中に供給することで、粒子が良好に分散した後の粒子分散液から酸化剤を容易に除去することができる。更に、酸化剤としてオゾンと過酸化水素との両方を用いれば、オゾンと過酸化水素との反応により強力な酸化力を有するヒドロラジカルを発生させ、これにより粒子表面の有機物を確実に分解除去し、粒子の分散媒中での分散を促進することができる。
【００３１】
また、上記酸化剤としてのオゾンは、特に不安定であるために、オゾン発生装置を設置して、このオゾン発生装置で発生させたオゾンをすぐに分散媒に供給することが好ましい。また、このようにオゾンを発生させる方法としては、例えば無声放電方式（高電圧をかけた電極間に空気（若しくは酸素）を供給してオゾンガスを発生させる方式）、電気分解方式（水を電気分解してオゾン水を発生させる方式）、紫外線ランプ方式（空気（若しくは酸素）に紫外線を照射してオゾンガスを発生させる方式）等があり、何れの方法も、空気（若しくは酸素）又は水から容易にオゾンガス又はオゾン水を発生させることができる。
また、オゾンガス等のガス状の酸化剤を分散媒に供給する場合には、それを水などに溶解させて水溶液として供給することができるが、別に、ガス状の酸化剤を直接分散媒にバブリングして溶解させても構わない。
【００３２】
また、上記有機物分解処理後の分散媒中にアルカリ金属・アルカリ土類金属の水酸化物やアミン類等のアルカリを供給して、又は、その分散媒を電解槽のマイナス極側とした電解処理を行って水酸イオンを生成して、その分散媒をアルカリ性にするアルカリ性化処理を行うことで、粒子間に働く力において、互いに反発する静電気的反発力が、互いに引き付けあうファンデルワールス力に比べて向上するので、分散媒中における粒子の分散安定性を向上させることができる。
【００３３】
また、本発明方法により製造された粒子分散液は、有機物分解処理により粒子表面に付着した有機物を分解除去して、粒子表面全体を親水性にすることができるので、粒径が１０００ｎｍ以下の特に分散させ難い粒子でも分散媒中に良好に分散させることができる。また、製造が容易な粒径が５ｎｍ以上の粒子であれば、供給する酸化剤をその粒子表面に付着した有機物に良好に作用させることができる。
【００３４】
上記分散媒としては水やアルコール水溶液等が用いられる。また、上記粒子としては、あらゆる金属の酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、硫化物、ハロゲン化物等からなる金属化合物そのもの、又は、その金属化合物が表面に形成された複合粒子等が用いられ、上記金属としては、その用途によりあらゆる金属を用いることができる。例えば、粒子として酸化チタン粒子を分散させた粒子分散液は、その酸化チタンの光触媒機能及び紫外線遮蔽機能等を利用したコーティング剤、塗料、化粧品等に用いることができ、粒子として酸化アルミニウム等からなるセラミック粒子を分散させた粒子分散液は、セラミックス製品成形用スラリーとして用いることができ、粒子として無機顔料粒子を分散させた粒子分散液は、無機顔料インクとして用いることができ、粒子として砥粒を分散させた粒子分散液は湿式研磨用の研磨剤として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る粒子分散液の製造方法の実施の形態を説明する説明図
【図２】粒子分散液の製造方法の具体的構成を示す概略構成図
【図３】粒子分散液の製造方法の具体的構成を示す概略構成図
【図４】粒子分散液の製造方法の具体的構成を示す概略構成図
【符号の説明】
【００３６】
１：容器
２：超音波発生装置
３：ヒータ
４：モータ
５：撹拌ロータ
６：ボール
８：ポンプ
９：ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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