(57)【要約】  本発明は、次の逐次工程、即ち、ａ）スラリーと上澄みとを含む二相混合物の形態の懸濁液が得られるように、水性溶媒中のオキシ塩化ジルコニウムとアルカリ金属ハロゲン化物との混合物を１５０℃超の温度で水熱処理に付す工程と、ｂ）それを最初に解膠することなく、ジルコニアのコロイド懸濁液が形成されるように、前記懸濁液を脱塩する工程と、を含む、ジルコニア粒子のコロイド懸濁液の作製方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の逐次工程、即ち、
ａ）スラリーと上澄みとを含む二相混合物の形態の懸濁液が得られるように、水性溶媒中のオキシ塩化ジルコニウムとアルカリ金属ハロゲン化物ＡＸとの混合物を１５０℃超の温度で水熱処理に付す工程と、
ｂ）それを最初に解膠することなく、ジルコニアのコロイド懸濁液が形成されるように、前記懸濁液を脱塩する工程と、
を含む、ジルコニア粒子のコロイド懸濁液の作製方法。
【請求項２】
工程（ａ）で得られた前記懸濁液が、工程（ｂ）を行う前に水で希釈されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アルカリ金属ハロゲン化物が塩化カリウムであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
オキシ塩化ジルコニウム及び前記アルカリ金属ハロゲン化物が、１／１０〜１／１、好ましくは１／４〜１／２のＡＸ／ＺｒＯＣｌ２のモル比で混合されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記混合物中のオキシ塩化ジルコニウム濃度が、０．５〜４ｍｏｌ／ｌ、好ましくは１〜２ｍｏｌ／ｌの範囲内であることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記水熱処理が、１５０〜２２０℃、好ましくは１６０〜２００℃、より好ましくは１７５〜１９０℃の温度で少なくとも１日間行われることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
工程（ａ）で得られた前記懸濁液が、水中で透析を行うことにより工程（ｂ）で脱塩されることを特徴とする、請求項１及び３〜６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記希釈された懸濁液が、限外濾過を行うことにより工程（ｂ）で脱塩されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記懸濁液に組み込まれた水性溶媒の一部又は全部が少なくとも１種のアルコール溶媒に置き換えられるように溶媒交換の工程を更に含むことを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
溶媒交換が透析又は透析濾過により行われることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
分散剤を添加するか又はジルコニアを表面改質するかの何れかにより前記ジルコニアの分散を改良する中間工程又は後続工程を含むことを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
有機塩基又は無機塩基の添加によるｐＨ調整の中間工程又は後続工程を含むことを特徴とする、請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眼用レンズ等の光学物品を製造すべくコーティング組成物に組み込むことが意図されたジルコニア粒子のコロイド懸濁液の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ガラスの表面特性の改良及び／又はその屈折率の調整を行うべく耐引掻き及び／又は耐摩耗コーティング（「硬質コーティング」としても参照される）で無機コロイドを使用することは、接眼ガラス分野で周知である。そのようなコロイドはまた、反射防止コーティング、更には耐衝撃プライマーでも使用される。
【０００３】
ジルコニア即ち二酸化ジルコニウムは、高い破壊靭性、機械的強度、及び硬度、低い熱伝導率、高い屈折率、並びに可視及び赤外スペクトル領域の透明性を始めとする多くの有用な機械的及び物理的性質を提供するので、これらの公知のコロイドの１つである。然しながら、高い結晶化度を有するジルコニアのコロイド懸濁液を、高い固体含有率（２０ｗｔ．％超〜最大３５ｗｔ．％）で、ナノ粒子（２０ｎｍ未満の平均粒子サイズを有する）の安定な均一分散の形態で、単純に且つ再現性よく作製したり、更にはゾルの調製時及びエポキシシランマトリックス等のポリマーマトリックス中への組込み時の両方でその凝集を防止したりするのは、困難なこともある。然しながら、そのような均一分散は、透明なジルコニア含有複合膜を形成するのに必要とされ、光学コーティングのヘイズ及び透明性に直接影響を及ぼす。この安定な均一分散は、絶対値が少なくとも３０ｍＶでなければならない懸濁液のζ電位と、２５℃で１０ｃＰ未満でなければならない（ゲル化を起こしてはならない）その粘度と、により表され得る。透明性は、均一で且つ狭いサイズ分布を有する小さい粒子サイズにより確保される。高い屈折率は、コロイドジルコニアの高い結晶化度に関連付けられる。
【０００４】
コロイドジルコニアを調製する幾つかの方法が既に提案されている。
【０００５】
酸性ジルコニアコロイドを調製する公知の一方法は、欧州特許第０２２９６５７号明細書及び米国特許第２９８４９２８号明細書に開示されるように、オキシ塩化ジルコニウムや硝酸ジルコニウム等の酸性ジルコニウム源の水性溶液を直接加熱することであった。強酸性系であるため、この種の方法では、数日間の長い熱処理時間をかけても、低い結晶化度を有するジルコニアコロイドを生じると共に前駆体の不完全反応を生じる。生成物のこの低い結晶化度は、ジルコニアコロイドの屈折率に影響を及ぼす恐れがあり、その光学コーティング用途に直接影響を及ぼす。
【０００６】
中国特許第１０１６１３１２３号明細書及びＨＵＡＮＧ  Ｙ．ら著、Ｗｕｊｉｙａｎ  Ｇｏｎｇｙｅ，３７（７），１５−１７（２００５）に記載されている更に他の方法は、オキシ塩化ジルコニウム等のジルコニウム源とアンモニア等のアルカリ性沈殿剤とを反応させて水酸化ジルコニウム沈殿物を取得してから、ＮＨ４Ｃｌ、水酸化物、炭酸塩等の鉱化剤の存在下で例えば１２５〜３５０℃の温度の水熱処理に付すことに依拠してきた。乾燥後、小さい及び／又は均一な粒子サイズと良好な分散性とを有するジルコニア粉末が得られると記されている。然しながら、これらの方法は、乾燥粉末をもたらす。溶媒中に再分散させた場合、粒子は、ある程度凝集した状態で残存するであろう。そのため、得られるコロイド懸濁液の透明性が損なわれるであろう。
【０００７】
同様に、米国特許出願公開第２０１０／０１４４９１８号明細書には、アンモニア等の塩基性沈殿剤をオキシ塩化ジルコニウムに添加することにより調製され得る水酸化ジルコニウム懸濁液から出発する、コロイドジルコニア懸濁液の調製方法が開示されている。次いで、水酸化ジルコニウムをＨＣｌ等の無機酸と反応させ、その後、懸濁液を１５０〜２００℃で水熱処理する。この方法では、僅か３〜１０％の乾物含有率を有するジルコニアゾルが得られるに過ぎず、その場合、ジルコニアは、主に正方晶相を有する結晶として提供され、且つ水性媒体中に懸濁されている。この懸濁液では、１５重量％超の乾物含有率のものは取得し得ない。更に、この正方晶は、コロイド粒子を硬質コート組成物のポリマーマトリックス中に分散させるのに必要とされるアルコール溶媒中に容易に分散できない。従って、得られる硬質コートの外観は、次第に望ましくない乳白色になる。このジルコニア粒子のアルコール溶媒中への分散又はポリマーマトリックス中への直接分散は、ＨＥＭＡやメタクリル酸等の反応性溶媒でコロイドジルコニアをグラフトした後で達成可能であるに過ぎない。この工程は、当然ながら、硬質コートの作製プロセスの経済性を損なう。
【０００８】
広範な研究を行った後、本発明者らは、特定のタイプの鉱化剤をオキシ塩化ジルコニウムに添加した後でそれを特定の反応温度内で行われる水熱処理に付すと、単斜晶相を有するジルコニア結晶のコロイド懸濁液が高い乾物含有率で形成可能になることを実証した。この懸濁液は、光学コーティング用途に必要とされる性質、特に、高い結晶化度、小さい粒子サイズ、及び良好な分散を有する。
【０００９】
従って、（ａ）水性溶媒中のオキシ塩化ジルコニウムとアルカリ金属ハロゲン化物との混合物を１５０℃超の温度で水熱処理に付す工程と、（ｂ）上澄みから得られたスラリーを分離する工程と、（ｃ）強酸を添加することにより前記スラリーを解膠する工程と、（ｄ）ジルコニアのコロイド懸濁液が形成されるように、たとえば限外濾過により、前記スラリーを脱塩する工程と、を含むプロセスが提案されてきた。
【００１０】
この度、更なる研究の結果、得られるジルコニアのコロイド懸濁液の性質を変化させることなく、必要とされる工程及び反応剤の数の両方を低減することにより、改良された収率で容易に工業スケールにアップグレード可能であり而も以上のプロセスよりも更に単純且つ経済的である改良されたプロセスを達成した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、以下の逐次工程、即ち、
ａ）スラリーと上澄みとを含む二相混合物の形態の懸濁液が得られるように、水性溶媒中のオキシ塩化ジルコニウムとアルカリ金属ハロゲン化物との混合物を１５０℃超の温度で水熱処理に付す工程と、
ｂ）それを最初に解膠することなく、ジルコニアのコロイド懸濁液が形成されるように、前記懸濁液を脱塩する工程と、
を含む、ジルコニア粒子のコロイド懸濁液の作製方法に関する。
【００１２】
以上のプロセスは、脱塩工程前にスラリーを上澄みから分離することもそれを解膠することも必要としないことから、２つの方法工程が省かれ、且つ塩酸等の解膠剤の使用が回避されるので、経済的である。更に、このプロセスではまた、より高いｐＨを有する懸濁液が脱塩前に生成されるので、より容易に目標ｐＨに達するであろうから、脱塩工程が促進される。従って、プロセスの経済性は、更に改良される。分離工程を省略することにより、生成物損失がなくなるので、このプロセスの収率もまた、高くなる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述したように、本発明は、以下の逐次工程、即ち、
ａ）スラリーと上澄みとを含む二相混合物の形態の懸濁液が得られるように、水性溶媒中のオキシ塩化ジルコニウムとアルカリ金属ハロゲン化物との混合物を１５０℃超の温度で水熱処理に付す工程と、
ｂ）それを最初に解膠することなく、ジルコニアのコロイド懸濁液が形成されるように、前記懸濁液を脱塩する工程と、
を含む、ジルコニア粒子のコロイド懸濁液の作製方法に関する。
【００１４】
本方法の第１の工程では、オキシ塩化ジルコニウムがジルコニウムの前駆体として使用される。以下の実施例に示されるように、この前駆体を用いると硝酸ジルコニウム等の他のジルコニウム源を用いる場合よりも良好に分散されたジルコニアが得られることが、実験で示された。オキシ塩化ジルコニウムは、鉱化剤、即ちアルカリ金属ハロゲン化物とブレンドされる。この鉱化剤の選択はまた、ジルコニアコロイドの結晶化度を向上させて、このコロイドの分散、透明性、及び安定性に直接影響を及ぼすことが、実験で示されたので、極めて重要である。アルカリ金属ハロゲン化物は、ＫＦ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＫＩ、ＮａＦ、ＮａＣｌ、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、及びそれらの混合物から選択され得る。本発明では塩化カリウムが好ましい。
【００１５】
前駆体及び鉱化剤は、任意の順序でブレンドされ得る。例えば、鉱化剤の水性溶液を前駆体の水性溶液中に徐々に添加し得る。他の選択肢として、固体鉱化剤を前駆体の粉末に添加してから、それに水を添加することにより、両方の固体を溶解させ得る。この実施形態は、本発明に係るプロセスを更に単純化し得るので、好ましい。好ましくは、オキシ塩化ジルコニウムは、１／１０〜１／１、好ましくは１／４〜１／２のＡＸ／ＺｒＯＣｌ２のモル比でアルカリ金属ハロゲン化物ＡＸと混合される。更に、前記混合物中のオキシ塩化ジルコニウム濃度は、０．５〜４ｍｏｌ／ｌ、好ましくは１〜２ｍｏｌ／ｌの範囲内であり得る。
【００１６】
工程（ａ）で使用される混合物は、好ましくは、アンモニウム塩やアンモニアを何ら含有しない。次いで、この混合物は、水熱処理に付される。この処理は、少なくとも１日間、例えば、３０〜８０時間、１５０〜２２０℃、好ましくは１６０〜２００℃、より好ましくは１７５〜１９０℃の温度で、オートクレーブ中で行われ得る。この工程では、水／メタノール又は水／エタノールの混合溶媒を用いると、ＴＥＭ画像から明らかなように、ジルコニアの分散が非常に悪くなり、懸濁液の透明性が悪影響を受けることが示されているので、アルコール等の他の溶媒を混合物に何ら添加しないことが好ましい。
【００１７】
この水熱処理の結果として、二相混合物、即ち、生成したジルコニアの殆んどを含有する濃厚な白色粘性スラリー及び透明な上側溶液（即ち上澄み）が得られる。こうして得られたジルコニア粒子は、水中に高度に再分散可能である。二相混合物を希釈すべく撹拌しながら単に脱イオン水を添加するだけで、例えば強酸の添加による解膠工程を何ら行う必要なく、安定且つ均一な懸濁液を得ることが可能である。従って、このプロセスの第１の工程で得られた懸濁液は、任意選択で、第２の工程を行う前に水で希釈されうる。
【００１８】
本方法の第２の工程では、工程（ａ）から得られた且つ任意選択で希釈された懸濁液は、任意の適切な手段により、例えば、透析や限外濾過等により、脱塩される。本発明の一実施形態では、水中で透析を行うことにより、工程（ａ）で得られた非希釈懸濁液が工程（ｂ）で脱塩される。然しながら、好ましい実施形態では、限外濾過を行うことにより、希釈懸濁液が工程（ｂ）で脱塩される。この後者の場合、工程（ａ）の二相混合物を水で希釈することにより、限外濾過の開始前に安定な均一懸濁液を得ることが可能である。限外濾過は、ポリマー又はセラミックの膜を介して行われ得る。
【００１９】
次いで、懸濁液の乾物含有率が、所要により、３５ｗｔ．％まで調整され得る。そのような調整は、高い固体含有率を有するジルコニアのコロイド懸濁液を取得することにより、削減されたコストで輸送及び貯蔵が可能になるように、且つより高い固体含有率を有する光学コーティングの配合物も可能になるように、例えば蒸発により又は限外濾過により懸濁液を濃縮することにより、達成され得る。
【００２０】
本発明に係るプロセスは、懸濁液中に含有される水性溶媒の一部又は全部を少なくとも１種のアルコール溶媒に置き換えることが意図された、溶媒交換の更なる工程を含み得る。この工程は、重合後に光学コーティングを形成する組成物中にジルコニアコロイドを組み込むことが意図される場合、有利であり得る。何故なら、このコーティングを形成するポリマーマトリックス中への効果的な再分散がアルコール溶媒により確保されるからである。溶媒交換は、透析又は透析濾過（ポリマー又はセラミックの限外濾過膜を用いる）により行われ得る。透析プロセスと比較して、透析濾過が好ましい。何故なら、より少ない溶媒を消費して同一の残留含水率が達成されるからであり、且つコロイド懸濁液のゲル化を何ら伴うことなくより高い固体含有率を有する懸濁液が得られるからである。アルコール溶媒は、アルコール、たとえば、網羅されている訳ではないが、メタノール、エタノール、１−メトキシ−２−プロパノール、及びそれらの混合物から選択され得る。溶媒交換後の残留含水率は、最終懸濁液の０〜１０重量％に維持され得る。乾物含有率、含水率、及びアルコール溶媒の性質は、本発明に係るジルコニア粒子を含む光学コーティングの粘度、厚さ、及び耐摩耗性の改良を可能にするパラメーターである。
【００２１】
本発明に係る方法はまた、上述した工程に加えて、他の中間工程又は後続工程を含み得る。例えば、安定化を目的として、例えば、グルコン酸、クエン酸、及び／若しくは酒石酸等のα−ヒドロキシ酸から選択される分散剤を添加するか、又はジルコニアを表面改質するか、の何れかにより、ジルコニアの分散を改良する工程を含み得る。何れも、脱塩工程の後、更には以上に記載の溶媒交換工程の後、行われ得る。
【００２２】
他の中間工程又は後続工程はまた、有機塩基又は無機塩基の添加によるｐＨ調整の工程であり得る。恐らく、それに続いて、脱塩工程により塩基性ｐＨで安定なコロイドを得ることが可能である。
【００２３】
安定化及びｐＨ調整の工程は、有利には、酒石酸ナトリウムカリウムやクエン酸三ナトリウム等のヒドロキシカルボン酸塩及びそれらの混合物から選択される単一添加剤の添加により同時に行われ得ると共に、恐らく、それに続いて、脱塩工程により安定なコロイドの塩基性ｐＨ、典型的には８〜１０に調整され得る。
【００２４】
本発明に係る方法では、高結晶性ジルコニアの透明コロイド懸濁液が得られる。このジルコニアは、短軸に沿って好ましくは１〜３０ｎｍ、最も好ましくは１〜１５ｎｍ、且つ長軸に沿って好ましくは３〜９０ｎｍ、最も好ましくは３〜３０ｎｍの範囲内の寸法である棒状結晶子の形態の単斜晶相を有する結晶として提供される。
【００２５】
「短軸」に沿った寸法は、以上の範囲内に含まれるであろうが、何れの場合も、同様に以上の範囲内に含まれるであろう「長軸」に沿って測定される寸法よりも小さいことは、よく理解されている。更に、結晶子の寸法は、特定のアルカリ金属ハロゲン化物の選択により調整され得る。例えば、予備試験では、塩化物の代わりにフッ化物を用いてより大きい粒子を取得し得ることが示された。
【００２６】
本明細書では、「単斜晶相を有するジルコニア結晶」という表現は、Ｘ線回折図が、室温で、Ｎｏｈ  ｅｔ  ａｌ．，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ５７（２００３）２４２５に記載の単斜相に特有のピークを呈し、且つＲ．Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．（１９９１）Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．６，１２８７に記載の立方相及び／又は正方相に特有の３０°（２θ°で）に位置するピークを何ら呈しない、ジルコニア結晶を意味する。粒子の棒状モルフォロジーもまた、Ｎｏｈ  ｅｔ  ａｌ．，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ５７（２００３）２４２５に記載の単斜晶系ジルコニア結晶相に特有の特徴である。
【００２７】
本発明に従って得られる懸濁液はまた、少なくとも１５ｗｔ．％、好ましくは少なくとも２０ｗｔ．％、且つ３５ｗｔ．％までの固体含有率で、絶対値が一般的には少なくとも３０ｍＶであるそのζ電位により、及び／又は通常は少なくとも１．８、好ましくは少なくとも１．９であるジルコニア粒子の屈折率により、特徴付けられ得る。そのｐＨは、２〜１１であり得る。更に、その粘度は、ＵＬアダプター付きブルックフィールド粘度計ＤＶ−Ｃを用いて２５℃で測定した場合、好ましくは１０ｃＰ未満である。
【００２８】
次いで、このジルコニアコロイドは、耐摩耗又は耐引掻きコーティングや反射防止コーティング等の光学コーティングの作製に使用され得る。この目的では、エポキシシラン（例えばＧＬＹＭＯ）と、任意選択で更に、ジルコニア以外のコロイド粒子及び／又は硬化触媒（例えばアルミニウムキレート）及び／又は反応性官能基を何ら含有しないが任意選択で少なくとも１種の非加水分解性有機基を含有する少なくとも１種のアルコキシシランと、を含むコーティング組成物中に導入され得る。それにジルコニアコロイドを導入した後又はその前、この組成物は、加水分解され得ると共に、次いで、周知のゾル／ゲルプロセスに従って硬化され得る。他の選択肢として、本発明に係るジルコニアコロイドは、ポリウレタン又は（メタ）アクリル酸エステルのホモポリマー若しくはコポリマーを含む熱可塑性マトリックスを含む接着プライマー又は耐衝撃プライマーの組成物中に導入され得る。
【００２９】
以上のコーティング組成物は、例えば、ディップ塗布又はスピン塗布により、透明ポリマー基材上に適用され得る。この基材は、ビスフェノールＡから誘導される熱可塑性ポリカーボネート、ポリウレタン、並びに（メタ）アクリレートのホモポリマー及びコポリマーなどの熱可塑性樹脂であり得るか、又は線状若しくは分岐状の脂肪族若しくは芳香族のポリオールのアリルカーボネート、例えば、ジエチレングリコールビス（アリルカーボネート）（ＣＲ３９（登録商標））を重合させることにより取得し得る熱硬化性若しくは光硬化性樹脂であり得る。
【００３０】
従って、透明ポリマー基材と、以上に記載のコロイド懸濁液を含む組成物から作製される少なくとも１つのコーティングと、を含む、眼用レンズ等の光学物品を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、鉱化剤を何ら用いることなくジルコニウム源としてＺｒＯＣｌ２を用いて調製されたジルコニアコロイドのＸＲＤパターンを例示している。
【図２】図２は、ジルコニウム源としてＺｒＯＣｌ２及び鉱化剤としてＮａＯＨを用いて調製されたジルコニアコロイドのＸＲＤパターンを例示している（ａ：ＺｒＯＣｌ２：ＮａＯＨ＝１：０．１、ｂ：ＺｒＯＣｌ２：ＮａＯＨ＝１：０．１５、ｃ：ＺｒＯＣｌ２：ＮａＯＨ＝１：０．２、ｄ：ＺｒＯＣｌ２：ＮａＯＨ＝１：０．２５）。
【図３】図３は、ジルコニウム源としてＺｒＯＣｌ２及び鉱化剤としてＫＣｌを用いて調製されたジルコニアコロイドのＸＲＤパターンを例示している（ｅ：ＺｒＯＣｌ２：ＫＣｌ＝１：０．０６２５、ｆ：ＺｒＯＣｌ２：ＫＣｌ＝１：０．２５、ｇ：ＺｒＯＣｌ２：ＫＣｌ＝１：０．５、ｈ：ＺｒＯＣｌ２：ＫＣｌ＝１：０．７５）。
【図４】図４は、異なるアルカリ金属ハロゲン化物を用いて調製されたジルコニアコロイドのＸＲＤパターンを例示している。
【図５】図５は、異なる温度で鉱化剤としてＫＣｌを用いて調製されたジルコニアコロイドのＸＲＤパターンを例示している（ＺｒＯＣｌ２：ＫＣｌ＝１：０．２５）。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下の実施例により本発明を更に例示するが、これらの実施例に限定されるものではなく、それらは、単に例示を目的として与えられたものに過ぎず、添付の特許請求の範囲を制限するものであってはならない。
【実施例】
【００３３】
実施例１：酸性水系ジルコニアコロイドの調製
９．９ｇのＫＣｌ及び１７０．８５ｇのＺｒＯＣｌ２・８Ｈ２Ｏを磁気撹拌下で２８９．５ｇの脱イオン水に溶解させた。
【００３４】
こうして得られた３７５ｍｌの混合物を５００ｍｌのＴｅｆｌｏｎ（登録商標）内張りオートクレーブ中に充填した。オートクレーブをオーブン中に配置して、１８０℃の温度に７２時間加熱した。
【００３５】
こうして得られた二相混合物に撹拌下で２ｌの脱イオン水を添加した。次いで、３．６のｐＨに達するまで、希釈懸濁液を限外濾過により脱塩した。乾物含有率を１６％〜１６．５％に調整して、３８０ｍｌのコロイド懸濁液を得た。ジルコニウム前駆体からジルコニア粒子への変換の収率は、９０％近傍であった。
【００３６】
実施例２：酸性メタノール系コロイドジルコニアの調製
実施例１で得られた懸濁液の一部を透析濾過により溶媒交換した。これを達成するために、無水メタノールを懸濁液に連続添加しながら、限外濾過装置を用いてコロイド懸濁液を濃縮した。懸濁液の含水率が０．１重量％未満の時にプロセスを停止し、次いで、２１．５重量％の乾物含有率に達するまで懸濁液を濃縮した。ジルコニウム前駆体からジルコニア粒子への変換の収率は、９０％近傍であった。こうして、メタノール中のコロイドジルコニア懸濁液を得た。
【００３７】
実施例３：アルカリ性水系コロイドジルコニアの調製
実施例１で得られたジルコニア懸濁液の一部をそのｐＨが増加するように更に改変した。これを達成するために、実施例１から得られた２１．１ｇのジルコニア懸濁液に５４．５ｇの脱イオン水を添加した。一方、０．３５ｇのクエン酸三ナトリウムを３０ｍｌの脱イオン水中に溶解させた。次いで、クエン酸三ナトリウム溶液を連続撹拌下で２．５ｍｌ／ｍｉｎの速度でジルコニア懸濁液に添加した。添加が終了した後、懸濁液を１２時間連続撹拌した。次いで、得られた懸濁液をｐＨ＝８．５まで酸性化して、限外濾過により２０％の乾物重量含有率に濃縮した。こうして、−６２ｍＶのζ電位を有する安定且つ透明なアルカリ性水系ジルコニア懸濁液を得た。
【００３８】
実施例４：実施例１のコロイドジルコニアの特徴付け
実施例１で得られたコロイド懸濁液で一連の実験を行った。ＴＥＭ観察（ＪＥＯＬ製のＪＥＭ−２００ＣＸ（登録商標）電子顕微鏡）により、粒子のサイズ、形状、及び凝集状態の検査が可能であった。更に、Ｃｕｋα放射線（λ＝０．１５４１８ｎｍ）を用いて、室温でＤ／Ｍａｘ−２２００Ｘ線回折計（株式会社リガク）を３０ｋＶ及び３０ｍＡで操作して、サンプルの粉末ＸＲＤパターンを得た。ＴＥＭ及びＸＲＤの観測によれば、コロイドジルコニアは、高い結晶化度を有し、２〜５ｎｍの短軸範囲及び３〜１４ｎｍの長軸範囲を有する単一棒状単斜晶系ナノ結晶子として存在した。また、粒子は、コロイド懸濁液の透明性によっても示唆されるように、良好に分散され、凝集していないことが、ＴＥＭ観察で確認された。
【００３９】
Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ  Ｎａｎｏ  ＺＳ９０（登録商標）（ＭＡＬＶＥＲＮ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ  Ｌｔｄ．）を用いて測定されたζ電位が３４．５ｍＶであったことから、懸濁液の高い安定性が示唆された。更に、Ｚｅｔａｓｉｚｅｒにより得られた粒子サイズ分布が狭かったことから、均一なサイズ分布が示唆された。
【００４０】
更に、誘導結合プラズマ原子発光分光（ＩＣＰ−ＡＥＳ、Ｏｐｔｉｍａ  ７３００ＤＶ）及びＸ線蛍光により元素分析を行って、生成物のバルク化学組成を評価した。それらは、生成されたジルコニアコロイドの高い純度を示した。
【００４１】
更に、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）を行って、ジルコニアコロイドサンプルの表面化学組成及び原子価状態を調べた。ＭｇＫａ放射線（ｈｖ＝１２５３．６ｅＶ）を用いてＰＨＩ−５０００Ｃ  ＥＳＣＡ分光計によりスペクトルを記録した。Ｃ１ｓ線を参照として用いて、静電帯電に起因する結合エネルギーシフトを校正した。この実験から、Ｚｒの酸化状態が＋４であり、且つジルコニア中に酸素の唯１つの化学状態が存在することが、確認可能であった。
【００４２】
最後に、室温でジルコニアサンプルを粉末状態に乾燥させた後、４０００〜４００ｃｍ−１の波数範囲でＡＶＡＴＡＲ（登録商標）３７０−ＩＲ分光計（ＴＨＥＲＭＯ  ＮＩＣＯＬＥＴ）によりＦＴＩＲスペクトルを測定した。３３９６ｃｍ−１、１６２９ｃｍ−１、及び５００〜１０００ｃｍ−１に位置する吸収バンドは、それぞれ、Ｏ−Ｈ（及び分子吸着水）、Ｈ−Ｏ−Ｈ、及びＺｒ−Ｏの伸縮振動又は変角振動に帰属された。また、これらの結果から乾燥粉末中に有機基が検出されないことが確認されたことから、粒子表面が有機基で官能基化されないことが示された。
【００４３】
これらの実験から、本発明に係る方法により、高い分散度、透明性、安定性、屈折率、及び固体含有率を有する純粋なジルコニアコロイドを調製可能であったことが確認される。
【００４４】
実施例５：鉱化剤の影響
ＫＣｌの代わりに種々の鉱化剤を使用したこと更には鉱化剤をまったく使用しなかったこと以外は、実施例１に記載のものに類似したプロセスに従って、ジルコニアコロイドを調製した。
【００４５】
鉱化剤を何ら用いることなく得られたコロイドでは、図１に示されるＸＲＤパターンが得られた。鉱化剤としてＫＣｌを用いた場合、図３に示されるＸＲＤパターンが得られた。鉱化剤なしの回折ピークは、非常に弱く、ほぼアモルファスな粒子に特有のものである。それとは対照的に、鉱化剤としてＫＣｌを用いた場合、ピークが強く且つより鋭いことから、ＫＣｌのような好適な鉱化剤を用いることにより、高い結晶化度のみを取得可能であることが示される。
【００４６】
次いで、ＺｒＯＣｌ２：ＮａＯＨの様々なモル比で鉱化剤としてＮａＯＨを使用した。得られたコロイドのＸＲＤパターンは、図２に示される。図２及び３の比較から、試験したモル比の如何にかかわらず、鉱化剤としてＫＣｌを用いた場合、回折ピークがより強いので、ジルコニアコロイドの結晶化度が常に高いことが示される。
【００４７】
次いで、種々の他のアルカリ金属ハロゲン化物を調べた。得られたＸＲＤパターンは、図４に示される。例示されるように、鉱化剤として様々なアルカリ金属ハロゲン化物を用いることにより調製されたサンプルはすべて、鉱化剤としてＮａＯＨを用いることにより調製されたサンプル（図２参照）と比較した場合、より高い結晶化度を呈した。
【００４８】
それらのアルカリ金属ハロゲン化物のうち、アルカリ金属フッ化物を用いることにより得られた回折パターンは、他のものよりも鋭く且つ強いピークを呈する（図４参照）。これは、アルカリ金属フッ化物が、他のアルカリ金属ハロゲン化物を鉱化剤として用いた場合よりも大きい結晶サイズをもたらすことを示している。この事実はまた、ＴＥＭ画像から粒子サイズ測定によっても確認された。ＫＣｌから得られた結晶子は、長さ８ｍｍで幅３．５ｎｍの平均寸法を有し、ＫＦから調製されたものは、長さ１３ｍｍで幅８ｍｍを有していた。
【００４９】
この実施例では、鉱化剤のタイプが、得られるジルコニアコロイドの結晶化度及び粒子サイズに有意に影響を及ぼして、この生成物の屈折率及び透明性並びにその達成可能な最大固体含有率に直接影響を及ぼすことが実証される。アルカリ金属ハロゲン化物は、ＮａＯＨと比較して、有意に向上した結晶化度を提供する。これは、水熱処理時における粘度調整能及び反応性溶液中への溶解性によるものと考えられる。この実施例ではまた、アルカリ金属ハロゲン化物鉱化剤の選択により最終粒子サイズの調整を可能にし得ることが実証される。
【００５０】
実施例６：反応温度の影響
それぞれ、反応温度を１２０℃及び１５０℃に低下させて、実施例１に開示のものに類似したプロセスに従って、２種のジルコニアコロイドを調製した。
【００５１】
これらのサンプルのＸＲＤスペクトル及び実施例１のものを例示する図５から明らかなように、ジルコニアの結晶化度は、より鋭いピークが現れた１８０℃の方がより良好であった。更に、これらのサンプルのＴＥＭ画像から、１２０℃及び１５０℃で調製されたサンプルがより多くの凝集粒子を有することが示された。１８０℃の熱処理により得られたコロイド懸濁液はまた、１２０℃及び１５０℃で調製されたものよりも高い透明性を呈した。このことから、１２０℃及び１５０℃で調製されたコロイドは、１８０℃で調製されたものと比較して、分散が不十分であったことが示される。この結果は、ＫＣｌ対ＺｒＯＣｌ２（０．５：１）のより高いモル比を用いて確認された。
【００５２】
この実施例では、反応温度がジルコニアコロイドの結晶化度及び分散に明らかな影響を及ぼし、且つ１５０℃超の温度がこの点に関してより良好な結果をもたらすことが示される。
【００５３】
実施例７：ジルコニウム源の影響
ジルコニウム源としてのオキシ塩化ジルコニウムを硝酸ジルコニウムに置き換えて、実施例１に記載のものに類似したプロセスに従って、ジルコニアコロイドを調製した。
【００５４】
ＺｒＯＣｌ２をジルコニウム源として用いたサンプルと比較して、Ｚｒ（ＮＯ３）４を用いて調製されたサンプルは、より高い結晶化度を有するが、より低い分散度及び透明性を有することが観測された。然しながら、分散度及び透明性は、形成されるジルコニアコロイドの安定性及び達成されうる最大固体含有率の観点から極めて重要である。
【００５５】
この実施例では、ジルコニウム源が、得られるジルコニアコロイドの分散に影響を及ぼすこと、且つＺｒＯＣｌ２が、この点に関してＺｒ（ＮＯ３）４よりも良好なジルコニウム源であることが示される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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