KR20240101538A - A dispersion of particles having an outer shell containing functional groups and silicon and an inner cavity, and a method for producing this dispersion - Google Patents
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Abstract
규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자의 표면에, 유기 규소 화합물이 정밀하게 담지된, 분산매 중 혹은 수지 중에서 분산성이 높은 입자의 분산액을 제공한다. 이 입자는 관능기 및 규소를 포함한다. 이 입자의 화상 해석에 의해 얻어지는 1차 입자경의 평균이 20 내지 250㎚이고, 이 입자의 탄소 함유량이 0.5 내지 10질량%이다. 이 입자를 포함하는 분산액으로부터 입자를 제외한 액 중에 포함되는 유기 규소 화합물의 양은, 입자 100질량부에 대하여, 고형분으로서 0.50질량부 이하이다. 이 분산액에 의하면, 낮은 반사율을 갖고, 기재와의 밀착성이 우수하고, 높은 경도와 강도를 갖는 피막을 제작 가능한 도포액이 얻어진다.A dispersion of particles having a high dispersibility in a dispersion medium or resin is provided, in which an organosilicon compound is precisely supported on the surface of the particle having an outer shell containing silicon and a cavity inside the particle. These particles contain functional groups and silicon. The average primary particle diameter obtained by image analysis of these particles is 20 to 250 nm, and the carbon content of these particles is 0.5 to 10 mass%. The amount of the organosilicon compound contained in the liquid excluding the particles from the dispersion liquid containing these particles is 0.50 parts by mass or less as a solid content with respect to 100 parts by mass of the particles. According to this dispersion, a coating solution that has a low reflectance, excellent adhesion to the substrate, and can produce a film with high hardness and strength is obtained.
Description
본 개시는 관능기 및 규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자의 분산액 및 이 분산액의 제조 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a dispersion of particles having an outer shell containing functional groups and silicon and an inner cavity, and a method for producing this dispersion.
종래, 유리, 플라스틱 시트, 혹은 플라스틱 렌즈 등의 기재의 표면의 반사를 방지하기 위해서, 그 표면에 반사 방지막이 형성되어 있다. 예를 들어, 코트법, 증착법, 혹은 CVD법 등에 의해, 불소 수지 혹은 불화 마그네슘 등의 저굴절률의 물질의 피막을, 유리 혹은 플라스틱의 기재 표면에 형성하는 것이 행해지고 있다. 그러나, 이들 방법은, 비용적으로 고가이다. 그래서, 이하의 방법이 알려져 있다(예를 들어, 일본특허공개 평7-133105호 공보). 이 방법에서는, 실리카 등을 포함하는 저굴절률 입자를 포함하는 도포액을, 기재 표면에 도포함으로써, 반사 방지막을 형성한다.Conventionally, in order to prevent reflection on the surface of a substrate such as glass, plastic sheet, or plastic lens, an antireflection film is formed on the surface. For example, a film of a low refractive index material such as fluororesin or magnesium fluoride is formed on the surface of a glass or plastic substrate by a coating method, a vapor deposition method, or a CVD method. However, these methods are expensive in terms of cost. Therefore, the following method is known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-133105). In this method, an antireflection film is formed by applying a coating liquid containing low refractive index particles containing silica or the like to the surface of a substrate.
또한, 규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자의 제조 방법이 알려져 있다(예를 들어, 일본특허공개 제2001-233611호 공보 및 일본특허공개 제2013-226539호 공보 참조). 이 입자는 낮은 굴절률을 갖는다. 이것을 사용해서 형성된 투명 피막은 낮은 굴절률을 갖고, 반사 방지 성능이 우수하다.Additionally, a method for producing particles having an outer shell containing silicon and a cavity inside the shell is known (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-233611 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-226539). These particles have a low refractive index. A transparent film formed using this has a low refractive index and excellent anti-reflection performance.
또한, 기재 혹은 표시 장치 등의 연필 경도(경도)와 내찰상성(강도)을 향상시키기 위해서, 기재 혹은 표시 장치 등의 표면에, 하드 코트 기능을 갖는 투명 피막을 형성하는 것이 알려져 있다. 구체적으로는, 투명성을 갖는 유기 수지막 혹은 무기막을, 유리, 플라스틱, 혹은 표시 장치 등의 표면에 형성하고 있다. 이때, 실리카 등의 입자를 피막 중에 배합함으로써, 기재와의 밀착성 및 강도 등이 향상되는 것이 알려져 있다. 이러한 입자를 사용하는 경우, 매트릭스 성분으로의 분산성을 향상시키기 위해서, 유기 규소 화합물을 사용해서 표면 처리를 실시하는 것이 알려져 있다(예를 들어, WO2011/059081호 참조).Additionally, in order to improve the pencil hardness (hardness) and scratch resistance (strength) of a substrate or a display device, it is known to form a transparent film with a hard coat function on the surface of the substrate or display device. Specifically, a transparent organic resin film or inorganic film is formed on the surface of glass, plastic, or a display device. At this time, it is known that adhesion to the substrate and strength are improved by mixing particles such as silica into the film. When using such particles, it is known to perform surface treatment using an organosilicon compound in order to improve dispersibility into the matrix component (for example, see WO2011/059081).
그런데, 유기 규소 화합물을 사용해서 표면 처리된 입자에는, 입자 표면의 OH기와 유기 규소 화합물이 화학 결합하고 있는 층 및 양자가 물리 흡착하고 있는 층이 있다. 이 화학 결합층이 존재함으로써, 수지 중의 입자끼리의 응집을 억제하는 효과가 있는 것이 알려져 있음과 함께, 물리 흡착층이 존재함으로써, 수지에 대한 상용성이 향상되는 것이 알려져 있다(예를 들어, 일본특허공개 제2005-298740호 공보 및 일본특허공개 제2015-189637호 공보 참조).However, particles surface-treated using an organosilicon compound have a layer in which the OH group on the surface of the particle is chemically bonded to the organosilicon compound, and a layer in which both are physically adsorbed. It is known that the presence of this chemical bonding layer has the effect of suppressing the aggregation of particles in the resin, and it is known that the presence of the physical adsorption layer improves compatibility with the resin (for example, in Japan (See Patent Publication No. 2005-298740 and Japanese Patent Publication No. 2015-189637).
내부에 공동을 갖는 입자를 포함하는 피막을 구비한 기재는, 높은 경도와 강도가 요구된다. 그런데, 이 입자에 물리 흡착하고 있는 유기 규소 화합물이 있는 경우, 입자의 수지에 대한 상용성 향상에 의한, 경도 및 강도의 향상이 기대된다. 그런데, 이러한 표면 처리 입자를 사용한 피막을 구비한 기재에서는, 경도 및 강도의 향상이 불충분하다. 그 이유는 이하와 같이 생각된다. 즉, 입자에 대하여, 물리 흡착하고 있는 유기 규소 화합물과, 유리하고 있는 유기 규소 화합물의 적어도 한쪽이 존재하고 있으면, 입자와 수지가 화학 결합해서 3차원적으로 가교하는 것이 저해되어, 피막으로서의 치밀성이 불충분해지기 때문에, 피막을 구비한 기재에 있어서의 경도 및 강도의 향상이 불충분해진다고 생각된다. 또한, 이러한 입자의 분산액을 반사 방지막에 사용한 경우에는, 치밀화에 기여하지 않는 유기 규소 화합물의 존재에 의해, 굴절률이 상승한다. 이 때문에, 반사 방지 성능도 저하된다. 그 때문에, 유기 규소 화합물이 보다 정밀하게 화학 결합된 입자가 요구된다. 또한, 이 입자에는, 분산매 중 혹은 수지 중에서, 분산성이 높을 것이 요구된다. 또한, 이 입자를 사용한 피막을 구비한 기재에는, 입자의 응집이 억제되고 있어서, 충분한 경도와 강도를 가질 것이 요구된다.A substrate with a coating containing particles with cavities inside is required to have high hardness and strength. However, if there is an organosilicon compound physically adsorbed to the particles, improvement in hardness and strength is expected due to improved compatibility of the particles with the resin. However, in a substrate provided with a coating using such surface-treated particles, the improvement in hardness and strength is insufficient. The reason is thought to be as follows. In other words, if at least one of the organosilicon compound physically adsorbed and the organosilicon compound free exists with respect to the particle, three-dimensional crosslinking through chemical bonding between the particle and the resin is inhibited, and the density as a film is reduced. Since this becomes insufficient, it is thought that the improvement in hardness and strength of the base material provided with the coating becomes insufficient. Additionally, when a dispersion of such particles is used in an antireflection film, the refractive index increases due to the presence of an organosilicon compound that does not contribute to densification. For this reason, antireflection performance also deteriorates. Therefore, particles in which organosilicon compounds are chemically bonded more precisely are required. Additionally, these particles are required to have high dispersibility in a dispersion medium or resin. Additionally, a substrate equipped with a coating using these particles is required to have sufficient hardness and strength so that particle agglomeration is suppressed.
이와 같은 과제를 해결하기 위해서, 발명자들은, 이하와 같은 입자의 분산액을 알아냈다. 본 개시의 일 양태에 관한 분산액은, 관능기 및 규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자를 포함한다. 이 입자의 화상 해석에 의해 얻어지는 1차 입자경의 평균(D)은 20 내지 250㎚이다. 또한, 이 입자에 포함되는 탄소량은 0.5 내지 10질량%이다. 또한, 분산액으로부터 이 입자를 제외한 액 중의 유기 규소 화합물의 양은 입자 100질량부에 대하여, 고형분으로서 0.50질량부 이하이다.In order to solve this problem, the inventors discovered the following dispersion of particles. The dispersion according to one aspect of the present disclosure includes particles having an outer shell containing a functional group and silicon, and a cavity inside the outer shell. The average primary particle diameter (D) obtained by image analysis of these particles is 20 to 250 nm. Additionally, the amount of carbon contained in these particles is 0.5 to 10 mass%. Additionally, the amount of the organosilicon compound in the liquid excluding these particles from the dispersion liquid is 0.50 parts by mass or less in terms of solid content with respect to 100 parts by mass of the particles.
이하, 이 「관능기 및 규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자」를, 단순히 「입자」 혹은 「분산액 중의 입자」라고 하는 경우가 있다.Hereinafter, these “particles having an outer shell containing a functional group and silicon and a cavity inside thereof” may simply be referred to as “particles” or “particles in the dispersion.”
이 입자는 높은 분산성을 갖는다. 또한, 이 입자는 매트릭스 형성 성분과의 중합점을 많이 갖는다. 또한, 이 입자에서는, 반사 방지 성능을 저해하거나, 매트릭스 형성 성분과의 중합을 저해하는 「미반응」의 유기 규소 화합물의 양이 적다. 여기서, 「미반응」이란, 입자에 대하여 유기 규소 화합물이 「물리 흡착하고 있는 것뿐인 상태, 혹은 유리하고 있는 상태」를 나타낸다. 이러한 입자를 포함하는 도포액에 의하면, 반사 방지 성능이 우수하고, 높은 경도와 강도를 갖는 피막을 구비한 기재가 얻어진다.These particles have high dispersibility. Additionally, these particles have many polymerization points with matrix forming components. Additionally, these particles contain a small amount of “unreacted” organosilicon compounds that impair anti-reflection performance or inhibit polymerization with matrix forming components. Here, “unreacted” refers to “a state in which the organosilicon compound is only physically adsorbed or a state in which it is free” with respect to the particles. Using a coating liquid containing such particles, a substrate with excellent anti-reflection performance and a coating having high hardness and strength can be obtained.
이 표면 처리 입자를 얻기 위해서, 발명자들은, 이하와 같은 제조 방법을 알아냈다.In order to obtain these surface-treated particles, the inventors discovered the following manufacturing method.
먼저, 규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자(이하, 이것을 「원래 입자」라고 하는 경우가 있다)를 포함하는 분산액을 준비한다. 이 분산액에, 하기 식 (1)로 표시되는 유기 규소 화합물을 더함으로써, 이 입자를 표면 처리한다(제1 공정). 이어서, 제1 공정에서 얻어진 표면 처리 후의 입자의 분산액으로부터, 미반응의 유기 규소 화합물을 제거한다(제2 공정).First, a dispersion containing particles having an outer shell containing silicon and a cavity inside the silicon (hereinafter, these may be referred to as “original particles”) is prepared. These particles are surface treated by adding an organosilicon compound represented by the following formula (1) to this dispersion (first step). Next, unreacted organosilicon compounds are removed from the dispersion of particles after surface treatment obtained in the first step (second step).
Rn-SiX4-n … 식 (1)R n -SiX 4-n ... Equation (1)
(식 중, R은 탄소수 1 내지 10의 비치환 또는 치환 탄화수소기이고, 서로 동일하거나 상이해도 된다. 치환기로서는, 예를 들어 알킬기, 비닐기, 에폭시기, 아크릴로일기, (메트)아크릴로일기, 알콕시기, 머캅토기, 글리시독시기, 할로겐 원자, 아미노기, 페닐기 및 페닐아미노기를 들 수 있다. X는, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 수산기, 할로겐 원자, 혹은 수소 원자이다. n은 0 내지 4의 어느 정수를 나타낸다.)(In the formula, R is an unsubstituted or substituted hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and may be the same or different from each other. Examples of substituents include alkyl group, vinyl group, epoxy group, acryloyl group, (meth)acryloyl group, Examples include an alkoxy group, a mercapto group, a glycidoxy group, a halogen atom, an amino group, a phenyl group, and a phenylamino group. represents an integer of .)
이 제2 공정에서 얻어진 분산액 중의 표면 처리 입자의 성상은, 전술한 분산액 중의 입자의 성상에 준한다. 즉, 입자의 화상 해석에 의해 얻어지는 1차 입자경의 평균(D)이 20 내지 250㎚이고, 입자의 탄소 함유량이 0.5 내지 10질량%이고, 분산액으로부터 입자를 제외한 액 중의 상기 미반응의 유기 규소 화합물의 양이, 상기 입자 100질량부에 대하여, 고형분으로서 0.50질량부 이하이다.The properties of the surface-treated particles in the dispersion obtained in this second step are similar to the properties of the particles in the dispersion described above. That is, the average primary particle diameter (D) obtained by image analysis of the particles is 20 to 250 nm, the carbon content of the particles is 0.5 to 10% by mass, and the unreacted organosilicon compound in the liquid excluding the particles from the dispersion liquid The amount is 0.50 parts by mass or less in terms of solid content with respect to 100 parts by mass of the particles.
본 개시의 일 양태에 관한 입자의 분산액에 의하면, 낮은 반사율을 갖고, 기재와의 밀착성이 우수하고, 높은 경도와 강도를 갖는 피막을 제작 가능한 도포액이 얻어진다.According to the particle dispersion liquid according to one aspect of the present disclosure, a coating liquid capable of producing a film having a low reflectance, excellent adhesion to the substrate, and high hardness and strength is obtained.
[입자의 분산액][Dispersion of particles]
본 실시 형태에 따른 입자의 분산액(이하, 이것을 단순히 「분산액」이라고 하는 경우가 있다)에 대해서 설명한다.A dispersion of particles according to the present embodiment (hereinafter, this may simply be referred to as a “dispersion”) will be described.
분산액 중의 입자는 입자의 외각에, 관능기와 규소를 포함한다. 또한, 이 입자는 외각의 내측에 공동을 갖는다. 이 입자의 화상 해석에 의해 얻어지는 1차 입자경의 평균(D)은 20 내지 250㎚이다. 또한, 이 입자에 포함되는 탄소량은 0.5 내지 10질량%이다. 또한, 분산액으로부터 이 입자를 제외한 액 중의 유기 규소 화합물의 양은, 입자 100질량부에 대하여, 고형분으로서 0.50질량부 이하이다.The particles in the dispersion liquid contain functional groups and silicon on the outer shell of the particles. Additionally, this particle has a cavity inside the outer shell. The average primary particle diameter (D) obtained by image analysis of these particles is 20 to 250 nm. Additionally, the amount of carbon contained in these particles is 0.5 to 10 mass%. Additionally, the amount of the organosilicon compound in the liquid excluding these particles from the dispersion liquid is 0.50 parts by mass or less in terms of solid content with respect to 100 parts by mass of the particles.
입자 외각에 관능기가 포함되는 것으로, 분산매 중, 피막 형성용 도포액 중, 혹은 피막의 매트릭스 중에서의 입자의 분산성이 높아진다. 따라서, 이 입자를 사용한 피막을 구비한 기재에서는, 입자의 응집이 억제되고 있다. 이 때문에, 이 입자를 사용한 피막을 구비한 기재는, 충분한 경도와 강도를 갖는다. 또한, 입자 외각에 규소가 포함됨으로써, 낮은 굴절률의 입자가 얻어진다. 또한, 규소 유래의 표면 OH기의 존재에 의해, 전술한 관능기의 도입이 용이하게 된다.By including functional groups in the outer shell of the particles, the dispersibility of the particles in the dispersion medium, the coating liquid for forming a film, or the matrix of the film increases. Therefore, in the substrate provided with a coating using these particles, agglomeration of particles is suppressed. For this reason, a substrate provided with a coating using these particles has sufficient hardness and strength. Additionally, by including silicon in the outer shell of the particle, particles with a low refractive index are obtained. Additionally, the presence of surface OH groups derived from silicon facilitates introduction of the above-mentioned functional groups.
이 입자 외각에 포함되는 관능기로서는, 예를 들어 알킬기, 비닐기, 에폭시기, 아크릴로일기, (메트)아크릴로일기, 알콕시기, 머캅토기, 글리시독시기, 할로겐기, 아미노기, 페닐기 및 페닐아미노기에서 선택되는 적어도 1종을 들 수 있다. 이들 중에서도, 아크릴로일기, (메트)아크릴로일기 및 에폭시기가, 높은 중합능을 갖는 점에서 바람직하다. 따라서, 입자 외각에 포함되는 관능기는, 아크릴로일기, (메트)아크릴로일기 및 에폭시기에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이들 관능기에 대해서는, 입자의 건조 분말체를 푸리에 변환형 적외 분광 장치(FT-IR)에서 측정하고, 측정 결과를 해석함으로써 특정할 수 있다.Functional groups contained in the outer shell of these particles include, for example, alkyl group, vinyl group, epoxy group, acryloyl group, (meth)acryloyl group, alkoxy group, mercapto group, glycidoxy group, halogen group, amino group, phenyl group, and phenylamino group. At least one type may be selected. Among these, acryloyl group, (meth)acryloyl group, and epoxy group are preferable because they have high polymerization ability. Therefore, it is preferable that the functional group contained in the outer shell of the particle contains at least one type selected from acryloyl group, (meth)acryloyl group, and epoxy group. These functional groups can be identified by measuring the dried powder of the particles with a Fourier transform infrared spectroscopy device (FT-IR) and analyzing the measurement results.
이들 관능기는, 식 (1)로 표시되는 유기 규소 화합물에서 유래하는 관능기인 것이 바람직하다. 이 유기 규소 화합물은, 예를 들어 전술한 「원래 입자」를 제작하기 위해서 사용되는 원료, 입자의 표면 처리에 사용되는 표면 처리제, 혹은 그 양쪽으로서, 사용할 수 있다. 여기서, 「원래 입자」를 제작하기 위한 원료로서는, 예를 들어 테트라메톡시실란(TMOS), 테트라에톡시실란(TEOS) 및 페닐트리메톡시실란과 같은, 알콕시실란류를 들 수 있다. 그런데, 이러한 표면 처리제로 처리된 입자에서는, 외각 표면에, 관능기가 많이 존재한다. 이 때문에, 이 입자는 도포액 및 피막 중에서의 높은 분산성을 가짐과 함께, 피막을 구비한 기재에 있어서 충분한 경도 및 강도를 갖기 때문에, 바람직하다.These functional groups are preferably functional groups derived from an organosilicon compound represented by formula (1). This organosilicon compound can be used, for example, as a raw material used to produce the above-mentioned “original particles,” a surface treatment agent used to treat the surface of the particles, or both. Here, raw materials for producing “original particles” include, for example, alkoxysilanes such as tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane (TEOS), and phenyltrimethoxysilane. However, in particles treated with such a surface treatment agent, many functional groups exist on the outer surface. For this reason, these particles are preferable because they have high dispersibility in coating liquids and films and have sufficient hardness and strength in base materials provided with films.
입자의 화상 해석에 의해 얻어지는 1차 입자경의 평균(D)은 20 내지 250㎚이다. 이것은 이하와 같이 해서 구해진다. 즉, 투과형 전자 현미경(TEM)을 사용하여, 소정의 배율로 입자를 촬영한다. 그 사진(TEM 사진)의 임의의 300개의 입자에 대해서, 화상 처리를 행하여, 입자의 면적을 구한다. 구해진 면적으로부터 원상당 직경을 산출한 것의 평균값이, 상기의 1차 입자경의 평균(D)이다. 1차 입자경의 평균(D)이 상기의 범위에 있으면, 분산액 안에서, 입자가 응집하거나 침강하지 않고 존재할 수 있다. 또한, 도포액 중 및 피막 중에서의 입자의 분산성도 좋아진다. 따라서, 높은 투명성, 반사 방지 성능, 경도 및 강도를 갖는 피막이 얻어진다.The average primary particle diameter (D) obtained by image analysis of particles is 20 to 250 nm. This is obtained as follows. That is, the particles are photographed at a predetermined magnification using a transmission electron microscope (TEM). Image processing is performed on any 300 particles in the photo (TEM photo) to determine the area of the particles. The average value of the circular equivalent diameter calculated from the obtained area is the average (D) of the primary particle diameters described above. If the average primary particle diameter (D) is within the above range, the particles can exist in the dispersion without agglomerating or settling. Additionally, the dispersibility of particles in the coating liquid and in the film also improves. Therefore, a film with high transparency, anti-reflection performance, hardness and strength is obtained.
여기서, 1차 입자경의 평균(D)이 20㎚ 미만의 입자에서는, 입자에 차지하는 공동의 비율(공극률)이 작아, 굴절률이 충분히 낮아지기 어렵다. 이 때문에, 반사 방지 성능이 불충분해진다. 반대로, 1차 입자경의 평균(D)이 250㎚를 초과하면, 광산란이 발생하기 쉽고, 도포액 안에서의 입자의 분산성이 낮다. 이 때문에, 투명한 피막을 얻지 못할 우려가 있다. 이 1차 입자경의 평균(D)은, 바람직하게는 30 내지 250㎚이고, 보다 바람직하게는 40 내지 120㎚이다.Here, in particles where the average primary particle diameter (D) is less than 20 nm, the proportion of cavities (porosity) occupied by the particles is small, and it is difficult for the refractive index to be sufficiently low. For this reason, anti-reflection performance becomes insufficient. Conversely, if the average primary particle diameter (D) exceeds 250 nm, light scattering is likely to occur and the dispersibility of particles in the coating liquid is low. For this reason, there is a risk that a transparent film may not be obtained. The average (D) of this primary particle diameter is preferably 30 to 250 nm, and more preferably 40 to 120 nm.
입자의 탄소 함유량은 탄소 황 분석 장치에서 측정할 수 있다. 예를 들어, 원심 분리 처리에 의해, 입자에 화학 결합된 유기 규소 화합물과, 「미반응」의 유기 규소 화합물을 분리한다. 그래서, 유기 규소 화합물이 화학 결합된 입자만을 취출하고, 건조를 행한다. 이에 의해 얻어진 입자 분말에 대해서 측정을 실시함으로써, 입자의 탄소 함유량을 구할 수 있다.The carbon content of the particles can be measured in a carbon sulfur analyzer. For example, centrifugation treatment is used to separate the organosilicon compounds chemically bonded to the particles from the “unreacted” organosilicon compounds. Therefore, only the particles to which the organosilicon compound is chemically bonded are taken out and dried. By measuring the particle powder thus obtained, the carbon content of the particles can be determined.
입자의 탄소 함유량은 0.5 내지 10질량%이다. 탄소 함유량이 이 범위에 있으면, 입자는 응집하거나 침강하지 않고, 분산액 중에 존재할 수 있다. 또한, 도포액 중 및 피막 중에서의 입자의 분산성도 좋아진다. 따라서, 이 입자를 사용하면, 높은 경도 및 강도를 갖는 피막을 얻을 수 있다.The carbon content of the particles is 0.5 to 10 mass%. When the carbon content is within this range, the particles can exist in the dispersion without agglomerating or settling. Additionally, the dispersibility of particles in the coating liquid and in the film also improves. Therefore, using these particles, a film with high hardness and strength can be obtained.
여기서, 탄소 함유량이 0.5질량%보다 적으면, 충분한 분산성 및 안정성을 얻지 못하고, 이 입자를 피막에 사용한 경우, 충분한 경도 및 강도를 갖는 피막을 얻지 못할 우려가 있다. 반대로, 탄소 함유량이 10질량%를 초과해도, 분산성 및 안정성이 더욱 향상된다고 하는 효과 및 피막의 경도 및 강도가 더욱 향상된다고 하는 효과가 얻어질 가능성도 작다. 오히려, 입자의 굴절률이 상승하여, 반사 방지 성능이 불충분해지는 경우가 있다. 이 탄소 함유량은 바람직하게는 1.0 내지 7.0질량%이고, 보다 바람직하게는 2.0 내지 6.0질량%이다.Here, if the carbon content is less than 0.5% by mass, sufficient dispersibility and stability may not be obtained, and if these particles are used in a coating, there is a risk that a coating with sufficient hardness and strength may not be obtained. Conversely, even if the carbon content exceeds 10% by mass, the effect of further improving dispersibility and stability and the effect of further improving hardness and strength of the film are unlikely to be obtained. Rather, the refractive index of the particles increases, and anti-reflection performance may become insufficient. This carbon content is preferably 1.0 to 7.0 mass%, more preferably 2.0 to 6.0 mass%.
이 탄소 함유량은 화학 결합된 유기 규소 화합물의 구조 및 양에 따라 변화한다. 이 탄소 함유량은 입자 외각에 포함되는 관능기에서 유래하는 것이 바람직하다. 여기서, 예를 들어 「원래 입자」를 제작하기 위해서 사용되는 원료가 유기 규소 화합물을 포함하지 않고, 식 (1)의 유기 규소 화합물을, 원래 입자에 대하여 표면 처리제로서 사용하는 경우, 전술한 입자의 탄소 함유량 0.5 내지 10질량%가 실현되기 위해서는, 원래 입자 100질량부에 대하여, 대략 1.0 내지 30질량부의 고형분(Rn-SiO(4-n)/2)으로서의 유기 규소 화합물이 표면 처리에 사용되고 있게 된다.This carbon content varies depending on the structure and amount of chemically bonded organosilicon compounds. This carbon content is preferably derived from the functional group contained in the outer shell of the particle. Here, for example, when the raw material used to produce the “original particles” does not contain an organosilicon compound and the organosilicon compound of formula (1) is used as a surface treatment agent for the original particles, the above-mentioned particles In order to realize a carbon content of 0.5 to 10% by mass, an organosilicon compound with a solid content (R n -SiO (4-n)/2 ) of approximately 1.0 to 30 parts by mass based on 100 parts by mass of the original particles must be used for surface treatment. do.
여기서, 표면 처리에 사용되는 유기 규소 화합물의 양이, 원래 입자 100질량부에 대하여 1.0질량부보다 적으면, 충분한 분산성 및 안정성을 얻지 못하고, 이 입자를 피막에 사용한 경우, 충분한 경도 및 강도를 갖는 피막을 얻지 못할 우려가 있다. 반대로, 이 양이 30질량부를 초과해도, 분산성 및 안정성이 더욱 향상된다고 하는 효과 및 피막의 경도 및 강도가 더욱 향상된다고 하는 효과가 얻어질 가능성도 작다. 오히려, 입자의 굴절률이 상승하고, 반사 방지 성능이 불충분해지는 경우가 있다. 표면 처리에 사용되는 유기 규소 화합물의 양은, 바람직하게는 2.0 내지 25질량부이고, 보다 바람직하게는 3.0 내지 20질량부이다. 덧붙여서 말하면, 「원래 입자」가 유기 규소 화합물을 원료로 해서 제작되어 있는 경우에는, 「원래 입자」에 탄소가 포함되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태의 입자 목표로 하는 탄소 함유량을 얻기 위해서 표면 처리에 사용되는 유기 규소 화합물의 고형분량은, 「탄소를 포함하지 않는 원래 입자」를 표면 처리하는 경우에 비하여, 「원래 입자」의 탄소 함유량에 따라서 적어진다.Here, if the amount of the organosilicon compound used for surface treatment is less than 1.0 parts by mass based on 100 parts by mass of the original particles, sufficient dispersibility and stability cannot be obtained, and when these particles are used in a coating, sufficient hardness and strength are not achieved. There is a risk that the desired film may not be obtained. Conversely, even if this amount exceeds 30 parts by mass, the effect of further improving dispersibility and stability and the effect of further improving hardness and strength of the film are unlikely to be obtained. Rather, the refractive index of the particles increases, and anti-reflection performance may become insufficient. The amount of the organosilicon compound used for surface treatment is preferably 2.0 to 25 parts by mass, more preferably 3.0 to 20 parts by mass. Incidentally, when the “original particles” are produced using an organosilicon compound as a raw material, the “original particles” contain carbon. For this reason, in order to obtain the target carbon content of the particles of this embodiment, the solid content of the organosilicon compound used in surface treatment is lower than that of the “original particles” compared to the case of surface treating “original particles not containing carbon”. It decreases depending on the carbon content of .
분산액으로부터 입자를 제외한 액 중의 유기 규소 화합물의 양은, GC-MS 측정으로부터 산출할 수 있다. 예를 들어, 원심 조작에 의해, 입자는 침강하는데 반해, 입자와 반응하지 않은 미반응의 유기 규소 화합물은, 상청액측에 추출된다. 이 상청액에 대해서 GC-MS 측정을 행함으로써, 분산액으로부터 입자를 제외한 액 중의 유기 규소 화합물을 산출할 수 있다.The amount of the organosilicon compound in the liquid excluding particles from the dispersion can be calculated from GC-MS measurement. For example, by centrifugal operation, the particles settle, while the unreacted organosilicon compounds that have not reacted with the particles are extracted to the supernatant side. By performing GC-MS measurement on this supernatant, the organosilicon compounds in the liquid excluding particles from the dispersion can be calculated.
분산액으로부터 입자를 제외한 액 중의 유기 규소 화합물의 양이, 입자 100질량부에 대하여, 고형분으로서 0.50질량부 이하인 것은, 미반응의 유기 규소 화합물이 적은 것을 나타내고 있다. 여기서, 이러한 미반응의 유기 규소 화합물이 0.50질량부를 초과해서 존재하고 있으면, 이 입자를 피막에 사용한 경우, 충분한 경도 및 강도를 갖는 피막을 얻지 못할 우려가 있다. 이것은, 미반응의 유기 규소 화합물이 존재하면, 피막 형성 시의 매트릭스 형성 성분의 중합도가 저하되므로, 치밀한 막이 얻어지기 어려워지기 때문이다. 또한, 치밀화에 기여하지 않는 유기 규소 화합물이 존재하면, 굴절률이 상승하기 때문에, 반사 방지 성능도 저하될 우려가 있다. 이 유기 규소 화합물의 양은, 바람직하게는 0.30질량부 이하이고, 보다 바람직하게는 0.10질량부 이하이고, 더욱 바람직하게는 실질적으로 0질량부이다. 여기서, 「실질적으로 0질량부」란, 유기 규소 화합물이 측정 기기의 정량 하한 미만인 것을 의미한다.The fact that the amount of the organosilicon compound in the liquid excluding the particles from the dispersion liquid is 0.50 parts by mass or less as a solid content with respect to 100 parts by mass of the particles indicates that there is a small amount of unreacted organosilicon compounds. Here, if these unreacted organosilicon compounds exist in excess of 0.50 parts by mass, there is a risk that a film with sufficient hardness and strength may not be obtained when these particles are used in a film. This is because if an unreacted organosilicon compound is present, the degree of polymerization of the matrix forming component during film formation decreases, making it difficult to obtain a dense film. In addition, if an organosilicon compound that does not contribute to densification is present, the refractive index increases, so there is a risk that the anti-reflection performance may also deteriorate. The amount of this organosilicon compound is preferably 0.30 parts by mass or less, more preferably 0.10 parts by mass or less, and even more preferably substantially 0 parts by mass. Here, “substantially 0 parts by mass” means that the organosilicon compound is less than the lower limit of quantification of the measuring device.
이와 같이, 본 실시 형태의 입자 및 그 분산액은, 입자 표면의 OH기와 화학 결합하고 있는 「관능기를 갖는 유기 규소 화합물」을 갖고, 「미반응의 유기 규소 화합물」의 함유량이 억제되어 있는 것, 즉 입자에, 유기 규소 화합물을 사용한 「정밀한 표면 처리」가 이루어지고 있는 것이, 특징 중 하나이다.In this way, the particles of the present embodiment and their dispersion have an “organosilicon compound having a functional group” that is chemically bonded to the OH group on the particle surface, and the content of “unreacted organosilicon compound” is suppressed, that is, One of the characteristics is that the particles are subjected to “precise surface treatment” using an organosilicon compound.
입자의 굴절률은 1.08 내지 1.38인 것이 바람직하다. 입자의 굴절률이 이 범위에 있으면, 투명해서 반사 방지 성능이 높은 피막이 얻어진다. 여기서, 굴절률이 1.08 미만의 입자는 얻는 것이 곤란하다. 반대로, 입자의 굴절률이 1.38을 초과하면, 기재 혹은 하층막의 굴절률에 따라 다르지만, 반사 방지 성능이 불충분해질 우려가 있다. 이 굴절률은, 보다 바람직하게는 1.08 내지 1.34이고, 더욱 바람직하게는 1.08 내지 1.30이다.The refractive index of the particles is preferably 1.08 to 1.38. If the refractive index of the particles is within this range, a transparent film with high anti-reflection performance is obtained. Here, it is difficult to obtain particles with a refractive index of less than 1.08. Conversely, if the refractive index of the particles exceeds 1.38, there is a risk that the anti-reflection performance may become insufficient, although it depends on the refractive index of the substrate or underlayer film. This refractive index is more preferably 1.08 to 1.34, and even more preferably 1.08 to 1.30.
입자 중의 규소의 함유량에 대해서, 입자를 구성하는 탄소 이외의 금속 원소의 양의 합계를, 산화물 기준으로 100질량부로 나타냈을 때, 입자가 규소를, 실리카(SiO2)로서 98질량부 이상 포함하는 것이 바람직하다. 입자에 있어서의 SiO2 함유량이 98질량부 이상이면, 낮은 반사율을 갖고, 높은 경도와 강도를 갖는 피막이 얻어지기 쉬워진다. 이 SiO2 함유량은 보다 바람직하게는 99질량부 이상이고, 더욱 바람직하게는 99.5질량부 이상이고, 특히 바람직하게는 100질량부이다.Regarding the content of silicon in the particle, when the total amount of metal elements other than carbon constituting the particle is expressed as 100 parts by mass on an oxide basis, the particle contains 98 parts by mass or more of silicon as silica (SiO 2 ). It is desirable. If the SiO 2 content in the particles is 98 parts by mass or more, it becomes easy to obtain a film with low reflectance and high hardness and strength. This SiO 2 content is more preferably 99 parts by mass or more, further preferably 99.5 parts by mass or more, and particularly preferably 100 parts by mass.
이와 같이, 입자의 구성 성분은, 규소(Si)을 주요 원소로서 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 입자의 구성 성분은 다음 (a) 내지 (c)에 예로 드는 어느 것이어도 상관없다. 이들 원소는, 입자를 제작함에 있어서 적합하게 사용되는 재료에서 유래한다.In this way, it is preferable that the constituent components of the particles include silicon (Si) as a main element. Here, the constituent components of the particles may be any of the examples (a) to (c) below. These elements originate from materials suitably used in producing particles.
(a) SiO2 (a) SiO 2
(b) Si와, Al, Sn, Sb, Ti, Zr, Zn, Cu, Fe 및 In에서 선택되는 원소 중 적어도 1종을 포함하는 산화물. 또한, 이들 원소를 포함하는 산화물은, 혼합물이거나, 복합 산화물이어도 상관없다.(b) An oxide containing Si and at least one element selected from Al, Sn, Sb, Ti, Zr, Zn, Cu, Fe, and In. Additionally, the oxide containing these elements may be a mixture or a complex oxide.
(c) 상기 (a)와 상기 (b)의 혼합물(c) mixture of (a) above and (b) above
그런데, 상기 (b)항의 Si 이외의 원소의 입자 중의 함유량은 입자를 구성하는 탄소 이외의 금속 원소의 양의 합계를 산화물 기준으로 100질량부로 나타냈을 때, 산화물 기준으로 2질량부 미만인 것이 바람직하다. 여기서, 이 함유량이 2질량부 이상이면, 입자의 굴절률이 상승하기 때문에, 피막의 반사율이 높아질 우려, 및 착색 등에 의해 투명 피막을 얻지 못할 우려가 있다. 이 함유량은 보다 바람직하게는 1질량부 미만이고, 더욱 바람직하게는 0.5질량부 미만이고, 특히 바람직하게는 0질량부이다.However, the content of the particles of elements other than Si in item (b) above is preferably less than 2 parts by mass on the oxide basis when the total amount of metal elements other than carbon constituting the particles is expressed as 100 parts by mass on the oxide basis. . Here, if this content is 2 parts by mass or more, the refractive index of the particles increases, so there is a risk that the reflectance of the film may increase and that a transparent film may not be obtained due to coloring or the like. This content is more preferably less than 1 part by mass, further preferably less than 0.5 parts by mass, and particularly preferably 0 part by mass.
또한, 입자의 굴절률이 상술한 입자의 굴절률 범위를 일탈하지 않을 정도이면, 상기 (a) 내지 (c)에 예로 드는 입자 이외에, 「외각과 그 내측의 공동을 갖는 입자」, 입자 내부에 공동을 갖지 않는, 소위 「중실 입자」가 존재하고 있어도 상관없다. 이들, 본 실시 형태의 입자와는 다른 입자의 바람직한 비율은, 그 입자를 구성하는 원소의 종류 및 조성비에 의해서도 변화한다. 예를 들어, 본 실시 형태의 입자와 마찬가지로, 규소를 SiO2로서 98질량부 이상 포함하고, 마찬가지의 평균 입자경을 갖는 「중실 입자」의 경우, 입자 전체에 대한 중실 입자의 개수 비율은, 10% 미만인 것이 바람직하다. 이 비율은, 예를 들어 TEM 사진의 소정의 시야 내에 있어서의 본 실시 형태의 입자 및 중실 입자의 수를 세는 것에 의해, 구해진다. 만일 이 비율이 10% 이상이면, 굴절률이 원하는 범위보다 높아질 우려가 있다. 이 경우, 이러한 입자를 포함하는 도포액을 피막화했을 때에, 원하는 반사 방지 성능을 얻지 못한다. 이러한 중실 입자의 개수 비율은, 보다 바람직하게는 5% 미만이고, 더욱 바람직하게는 2% 미만이고, 특히 바람직하게는 1% 미만이고, 가장 바람직하게는 0%이다. 만일 다른 원소종의 입자가 존재하는 경우이면, 예를 들어 소정의 시야 내의 입자에 대해서 에너지 분산형 X선 분석(EDS)에 의한 매핑을 행하여, 본 실시 형태의 입자 및 다른 원소종의 입자의 수를 세는 것에 의해, 본 실시 형태의 입자 비율 및 그것과는 다른 입자의 비율이 구해진다.In addition, if the refractive index of the particle is such that it does not deviate from the above-mentioned particle refractive index range, in addition to the particles exemplified in (a) to (c) above, “particles having an outer shell and a cavity inside the particle” and a cavity inside the particle may be used. It does not matter if there are so-called “solid particles” that do not have any. The preferable ratio of these particles different from the particles of the present embodiment also changes depending on the type and composition ratio of the elements constituting the particles. For example, in the case of “solid particles” that, like the particles of this embodiment, contain 98 parts by mass or more of silicon as SiO 2 and have the same average particle diameter, the number ratio of solid particles to all particles is 10%. It is preferable to be less than. This ratio is obtained, for example, by counting the number of particles and solid particles of this embodiment within a predetermined field of view of a TEM photograph. If this ratio is 10% or more, there is a risk that the refractive index will be higher than the desired range. In this case, when a coating liquid containing such particles is formed into a film, the desired anti-reflection performance is not obtained. The number ratio of these solid particles is more preferably less than 5%, still more preferably less than 2%, particularly preferably less than 1%, and most preferably 0%. If particles of other element species exist, for example, mapping is performed on the particles within a predetermined field of view using energy dispersive X-ray analysis (EDS) to determine the number of particles of the present embodiment and particles of other element species. By counting, the particle ratio of this embodiment and the ratio of particles different from it are obtained.
입자의 메탄올 분산액의 펄스 NMR 측정으로부터 구해지는 입자의 비표면적(A1)과, 입자의 화상 해석에 의해 얻어지는 1차 입자경의 평균(D)으로부터 구해지는 입자의 비표면적(A2)의 비(A1/A2)는, 0.80 이하인 것이 바람직하다. 비(A1/A2)가 이 범위에 있는 것은, 입자 표면에의 유기 규소 화합물 유래의 관능기의 도입이 충분하게 되어 있는 것, 및 분산액 중의 미반응의 유기 규소 화합물이 적은 것을 나타내고 있다. 이러한 입자를 사용하면, 도포액 중 및 피막 중에서의 입자의 분산성도 좋아진다. 따라서, 높은 투명성과 경도 및 강도를 갖는 피막이 얻어진다.The ratio (A1/ A2) is preferably 0.80 or less. The fact that the ratio (A1/A2) is in this range indicates that the functional group derived from the organosilicon compound is sufficiently introduced to the particle surface and that there is little unreacted organosilicon compound in the dispersion liquid. When such particles are used, the dispersibility of the particles in the coating liquid and in the film also improves. Therefore, a film with high transparency, hardness, and strength is obtained.
여기서, 비(A1/A2)가 0.80을 초과하는 경우에는, 입자 표면에의 유기 규소 화합물 유래의 관능기의 도입이 불충분할 우려, 및 분산액 중에 미반응의 유기 규소 화합물이 많이 존재하고 있을 우려가 있다. 비(A1/A2)의 하한은, 특히 설정되지 않지만, 입자 표면의 OH기에 반응할 수 있는 표면 처리제의 관능기를 고려하면, 예를 들어 0.10이다. 이 비(A1/A2)는, 보다 바람직하게는 0.55 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.40 이하이다.Here, if the ratio (A1/A2) exceeds 0.80, there is a risk that the introduction of the functional group derived from the organosilicon compound to the particle surface is insufficient, and there is a risk that a large amount of unreacted organosilicon compounds may exist in the dispersion liquid. . The lower limit of the ratio (A1/A2) is not particularly set, but is, for example, 0.10, considering the functional groups of the surface treatment agent that can react with the OH groups on the particle surface. This ratio (A1/A2) is more preferably 0.55 or less, and even more preferably 0.40 or less.
상술한 펄스 NMR이라고 하는 측정 방법에서는, 정자장 내에서 열평형 상태에 있는 자화를, 펄스상의 수십㎒의 라디오파를 조사해서 여기한다. 그리고, 여기된 자화가, 시간의 경과와 함께 원래 열평형 상태로 복귀되는 현상을 관측한다. 입자 표면에 접촉 또는 흡착하고 있는 액체 분자와, 입자 표면에 접촉하지 않은 자유로운 상태의 액체 분자에서는 자장의 변화에 대한 응답이 다르다.In the measurement method called pulse NMR described above, magnetization in a state of thermal equilibrium within a static field is excited by irradiating radio waves of several tens of MHz on pulses. Then, the phenomenon in which the excited magnetization returns to its original thermal equilibrium state with the passage of time is observed. Liquid molecules that are in contact with or adsorbed on the particle surface and liquid molecules in a free state that are not in contact with the particle surface have different responses to changes in the magnetic field.
일반적으로, 입자 표면에 흡착하고 있는 액체 분자의 운동은, 제한을 받는다. 한편, 입자 표면에 흡착하지 않은 액체 분자는 자유롭게 움직일 수 있다. 그 결과, 입자 표면에 흡착하고 있는 액체 분자의 완화 시간은, 그 이외의 액체 분자의 완화 시간보다 짧아진다. 입자를 분산시킨 액체에서 관측되는 완화 시간은, 입자 표면 상의 액체 체적 농도와 자유 상태의 액체 체적 농도를 반영한, 두개의 완화 시간의 평균값이 된다.In general, the movement of liquid molecules adsorbed on the particle surface is restricted. Meanwhile, liquid molecules that are not adsorbed on the particle surface can move freely. As a result, the relaxation time of the liquid molecules adsorbed on the particle surface becomes shorter than the relaxation time of other liquid molecules. The relaxation time observed in the liquid in which the particles are dispersed is the average of the two relaxation times, reflecting the volume concentration of the liquid on the particle surface and the volume concentration of the liquid in the free state.
유기 규소 화합물에 의해 표면 처리된 입자의 분산액 중에는, 입자와 화학 결합한 유기 규소 화합물 이외에, 입자와 화학 결합하지 않은 미반응의 유기 규소 화합물이 존재하는 경우가 있다. 이들 유기 규소 화합물의 분자량은 입자에 비하여 매우 작다. 이 때문에, 이들 유기 규소 화합물은 매우 큰 비표면적을 갖는다. 또한, 분산액 중의 입자에 대하여, 이들 미반응의 유기 규소 화합물에 흡착하고 있는 액체 분자는 운동을 제한된다. 이 때문에, 분산액 중에 미반응의 유기 규소 화합물이 존재하는 경우, 측정되는 완화 시간은 짧아지는, 즉 완화 시간으로부터 산출되는 비표면적은 큰 값이 된다.In the dispersion of particles surface-treated with an organosilicon compound, there may be unreacted organosilicon compounds that are not chemically bonded to the particles in addition to the organosilicon compounds chemically bonded to the particles. The molecular weight of these organosilicon compounds is very small compared to the particles. Because of this, these organosilicon compounds have a very large specific surface area. Additionally, with respect to the particles in the dispersion liquid, the movement of the liquid molecules adsorbed to these unreacted organosilicon compounds is restricted. For this reason, when unreacted organosilicon compounds are present in the dispersion, the measured relaxation time becomes shorter, that is, the specific surface area calculated from the relaxation time becomes a large value.
그런데, 펄스 NMR 측정으로부터 구해지는 분산액 중의 입자의 비표면적(A1)은 분산매에 의해 젖어 있는 부분의 입자의 비표면적을 나타낸다. 유기 규소 화합물에 의해 표면 처리된 입자에서는, 유기 규소 화합물과 입자 표면의 OH기와의 반응에 의해, 원래 입자보다 입자 표면의 OH기가 적게 되어 있다. 이 때문에, 친수성의 분산매에 의해 젖어 있는 부분의 입자의 비표면적은, 작은 값이 된다. 이에 대해, 미반응의 유기 규소 화합물 및 유기 규소 화합물이 물리 흡착하고 있는 것 뿐인 입자에서는, OH기가 비교적 많이 잔존하고 있다. 이 때문에, 이들이 분산액 중에 존재하고 있는 경우, 친수성의 분산매에 의해 젖어 있는 부분의 비표면적은 큰 값이 된다. 이러한 점에서, 이 비표면적(A1)의 값은 입자에의 유기 규소 화합물을 사용한 표면 처리(화학 결합)의 정도 및 분산액 중의 미반응의 유기 규소 화합물의 양에 의해서도 변화한다. 또한, 비표면적(A1)의 값은, 측정 시의 분산매의 종류에 의해서도 변화한다.By the way, the specific surface area (A1) of the particles in the dispersion obtained from pulse NMR measurement represents the specific surface area of the particles in the part wetted by the dispersion medium. In particles surface-treated with an organosilicon compound, there are fewer OH groups on the particle surface than on the original particles due to a reaction between the organosilicon compound and the OH groups on the particle surface. For this reason, the specific surface area of the particles in the portion wetted by the hydrophilic dispersion medium becomes a small value. In contrast, in unreacted organosilicon compounds and particles in which only organosilicon compounds are physically adsorbed, relatively large amounts of OH groups remain. For this reason, when they exist in the dispersion liquid, the specific surface area of the part wetted by the hydrophilic dispersion medium becomes a large value. In this regard, the value of this specific surface area (A1) also changes depending on the degree of surface treatment (chemical bonding) using an organosilicon compound to the particles and the amount of unreacted organosilicon compounds in the dispersion. Additionally, the value of the specific surface area (A1) also changes depending on the type of dispersion medium at the time of measurement.
따라서, 비(A1/A2)는 입자 표면에 도입된 유기 규소 화합물 유래의 관능기의 양의 다소, 및 분산액 중 미반응의 유기 규소 화합물의 양의 다소에 관한 지표가 된다.Therefore, the ratio (A1/A2) is an indicator of the amount of the functional group derived from the organosilicon compound introduced to the particle surface and the amount of the unreacted organosilicon compound in the dispersion.
입자의 비표면적(A1)은, 하기 식 (2)에서 구해지는 입자의 체적 농도(Ψp)를 사용하여, 식 (3)에 의해 얻어진다.The specific surface area (A1) of the particles is obtained by equation (3) using the volume concentration (Ψp) of the particles determined in equation (2) below.
Ψp=(Sc/Sd)/[(1-Sc)/Td] … 식 (2)Ψp=(Sc/Sd)/[(1-Sc)/Td] … Equation (2)
(단, 식 중, Sc는 분산액의 입자 고형분 농도(질량%)를 나타낸다. Sd는 입자의 밀도(g/㎤)를 나타낸다. Td는 25℃에 있어서의 분산매의 밀도(g/㎤)를 나타낸다.)(However, in the formula, Sc represents the particle solid concentration (mass %) of the dispersion. Sd represents the density of the particles (g/cm3). Td represents the density of the dispersion medium (g/cm3) at 25°C. .)
여기서, 고형분 농도란, 입자를 분산액 중의 고형분으로서 환산함으로써 얻어지는 농도이다(이하 마찬가지). Sd는 입자의 외각의 구성 성분의 밀도에 그 체적 비율을 곱한 값과, 입자의 공동에 존재하는 성분의 밀도에 그 체적 비율을 곱한 값의 합으로서 산출된다. Sd의 산출에 사용되는 성분 밀도로서, 예를 들어 입자의 외각의 구성 성분이 실리카의 경우에는 2.2, 알루미나의 경우에는 3.9, 산화주석의 경우에는 6.9, 산화안티몬(V)의 경우에는 5.2, 티타니아(아나타아제)의 경우에는 3.9, 티타니아(루틸)의 경우에는 4.3, 지르코니아의 경우에는 6.0, 산화아연의 경우에는 5.6, 산화구리(II)의 경우에는 6.3, 산화철(III)의 경우에는 5.2, 산화인듐의 경우에는 7.2가 사용된다(단위는 g/㎤). 또한, 입자의 외각의 구성 성분이, 복합 산화물 입자, 산화물이 혼합하고 있는 입자, 혹은 산화물 입자의 혼합물인 경우에는, 그 산화물의 비율에 따라 Sd를 산출할 수 있다. 또한, 입자의 공동에 존재하는 성분이 공기의 경우에는, 0.0g/㎤의 성분 밀도가, Sd의 산출에 사용된다. 입자의 공동에 존재하는 성분이 기타 가스 혹은 액체의 경우에도, 그들에 따른 밀도가 Sd의 산출에 사용된다. 예를 들어, 규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 본 실시 형태의 입자의 경우, 공동부의 체적 비율로서, 공극률이 사용된다. 입자의 공극률은, 입자에 차지하는 입자 중의 공동부의 비율로서 정의된다. 구체적으로는, 먼저, 입자의 TEM 사진을 촬영한다. 이때, 입자의 공동 부분의 밀도가 낮기 때문에, 그 부분의 콘트라스트가 낮아진다. 반대로, 외각 부분의 밀도가 높기 때문에, 그 부분의 콘트라스트는 높아진다. 입자의 공동 부분 및 외각 부분은, 이 콘트라스트의 차를 사용해서 확인(구별)할 수 있다. 보다 구체적으로는, TEM 사진의 임의의 300개의 입자에 대해서, 화상 처리를 행하여, 공동 부분의 면적을 구하고, 구해진 면적으로부터 원상당 직경을 구하고, 이것을 공동부의 직경의 평균으로 한다. 이때의 입자의 형상을 진구라 가정하고, 1차 입자의 평균 체적과, 공동부의 평균 체적을 구한다. 공극률은 이 1차 입자의 평균 체적에 대한 공동부의 평균 체적의 비율로 표현된다. 또한, Td의 값으로서는, 예를 들어 분산매가 메탄올의 경우에는 0.79g/㎤가 사용된다. 만일 다른 종류의 분산매 혹은 분산매의 혼합물을 사용하는 경우에는, 그에 따른 밀도가 사용된다.Here, the solid content concentration is the concentration obtained by converting the particles into the solid content in the dispersion (the same applies hereinafter). Sd is calculated as the sum of the density of the components of the outer shell of the particle multiplied by their volume ratio and the density of the components present in the cavity of the particle multiplied by their volume ratio. As the component density used to calculate Sd, for example, the components of the outer shell of the particle are 2.2 in the case of silica, 3.9 in the case of alumina, 6.9 in the case of tin oxide, 5.2 in the case of antimony (V) oxide, and titania. (anatase) 3.9, titania (rutile) 4.3, zirconia 6.0, zinc oxide 5.6, copper(II) oxide 6.3, iron(III) oxide 5.2 , in the case of indium oxide, 7.2 is used (unit is g/cm3). Additionally, when the constituents of the outer shell of the particle are composite oxide particles, particles containing mixed oxides, or a mixture of oxide particles, Sd can be calculated according to the ratio of the oxides. Additionally, when the component present in the cavity of the particle is air, a component density of 0.0 g/cm3 is used to calculate Sd. Even if the components present in the particle cavity are other gases or liquids, their corresponding densities are used to calculate Sd. For example, in the case of the particles of this embodiment having an outer shell containing silicon and a cavity inside the cavity, porosity is used as the volume ratio of the cavity. The porosity of a particle is defined as the ratio of voids in the particle to the particle. Specifically, first, a TEM photo of the particle is taken. At this time, because the density of the hollow portion of the particle is low, the contrast of that portion becomes low. Conversely, because the density of the outer shell portion is high, the contrast of that portion becomes high. The hollow portion and outer shell portion of the particle can be identified (distinguished) using this difference in contrast. More specifically, image processing is performed on any 300 particles in the TEM photo, the area of the cavity is determined, the equivalent circle diameter is determined from the obtained area, and this is taken as the average of the diameters of the cavity. At this time, assuming that the particle shape is a true sphere, the average volume of the primary particle and the average volume of the cavity are calculated. Porosity is expressed as the ratio of the average volume of the cavity to the average volume of these primary particles. Additionally, as the value of Td, for example, when the dispersion medium is methanol, 0.79 g/cm3 is used. If different types of dispersion media or mixtures of dispersion media are used, the corresponding densities are used.
A1={[(Ra/Rb)-1]×Rb}/(Ka×Ψp) … 식 (3)A1={[(Ra/Rb)-1]×Rb}/(Ka×Ψp) … Equation (3)
(단, 식 중, A1은 입자의 비표면적(㎡/g)을 나타낸다. Ra는 분산액의 측정에 있어서의 펄스 NMR의 완화 시간의 역수를 나타낸다. Rb는 분산매의 측정에 있어서의 펄스 NMR의 완화 시간의 역수를 나타낸다. Ka는 사용되는 분산매 및 입자에 따른 계수를 나타낸다.)(However, in the formula, A1 represents the specific surface area (m2/g) of the particle. Ra represents the reciprocal of the pulse NMR relaxation time in the measurement of the dispersion. Rb represents the relaxation of the pulse NMR in the measurement of the dispersion medium. Ka represents the reciprocal of time. Ka represents the coefficient depending on the dispersion medium and particles used.)
계수 Ka는 입자의 1차 입자경의 평균(D)으로부터 얻어지는 입자의 비표면적(A2)과, 입자의 분산액 펄스 NMR 측정에 의해 얻어지는 입자의 비표면적(A3)이 서로 동일값이 되도록 하여, 산출된다.The coefficient Ka is calculated by ensuring that the specific surface area (A2) of the particles obtained from the average (D) of the primary particle diameters of the particles and the specific surface area (A3) of the particles obtained by pulse NMR measurement of the particle dispersion are equal to each other. .
입자의 비표면적(A2)에 대해서는, 입자의 1차 입자경의 평균(D)을 사용하여, 하기 식 (4)에 의해, 비표면적(A2)을 구할 수 있다.Regarding the specific surface area (A2) of the particles, the specific surface area (A2) can be obtained by the following equation (4) using the average (D) of the primary particle diameters of the particles.
A2=6000/Sd/D … 식 (4)A2=6000/Sd/D … Equation (4)
(식 중, Sd는 입자의 밀도(g/㎤)를 나타낸다.)(In the formula, Sd represents the density of particles (g/cm3).)
입자의 비표면적(A3)에 대해서는, 식 (2)에서 구해지는 입자의 체적 농도(Ψp)를 사용하여, 식 (5)에 의해 얻어진다.The specific surface area (A3) of the particles is obtained by equation (5) using the particle volume concentration (Ψp) obtained in equation (2).
A3={[(Rc/Rd)-1]×Rd}/(Ka×Ψp) … 식 (5)A3={[(Rc/Rd)-1]×Rd}/(Ka×Ψp) … Equation (5)
(단, 식 중, A3은 입자의 비표면적(㎡/g)을 나타낸다. Rc는 입자의 분산액 측정에 있어서의 펄스 NMR의 완화 시간의 역수를 나타낸다. Rd는 분산매의 측정에 있어서의 펄스 NMR의 완화 시간의 역수를 나타낸다. Ka는 사용되는 분산매 및 입자에 따른 계수를 나타낸다.)(However, in the formula, A3 represents the specific surface area (m2/g) of the particle. Rc represents the reciprocal of the relaxation time of pulse NMR in the measurement of the particle dispersion. Rd represents the pulse NMR in the measurement of the dispersion medium. Ka represents the reciprocal of the relaxation time and represents a coefficient depending on the dispersion medium and particles used.)
여기서, 계수 Ka는 비표면적(A2)과 비표면적(A3)이 서로 동일한 값이 되도록 설정되므로, 식 (4) 및 식 (5)로부터,Here, the coefficient Ka is set so that the specific surface area (A2) and the specific surface area (A3) are the same value, so from equations (4) and (5),
Ka={[(Rc/Rd)-1]×Rd}/(Ψp×A2) … 식 (6)Ka={[(Rc/Rd)-1]×Rd}/(Ψp×A2) … Equation (6)
으로서 구할 수 있다.It can be obtained as
분산액의 분산매 및 농도는 액 안에서 입자가 응집 혹은 침전하지 않고 안정되게 분산되어 있으면, 특별히 한정되지 않는다.The dispersion medium and concentration of the dispersion liquid are not particularly limited as long as the particles are stably dispersed in the liquid without agglomerating or settling.
분산매로서는, 예를 들어 물, 알코올류, 에스테르류, 글리콜류, 에테르류, 케톤류 및 비프로톤성 극성 용매 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되어도 되고, 2종 이상이 혼합되어 사용되어도 된다.Examples of the dispersion medium include water, alcohols, esters, glycols, ethers, ketones, and aprotic polar solvents. These may be used individually, or two or more types may be mixed and used.
분산액의 농도에 대해서는, 입자의 고형분 농도가, 1 내지 40질량%인 것이 바람직하다. 여기서, 고형분 농도가 1질량% 미만이면, 도포액의 제조 시에, 가공에 시간이 걸릴 우려가 있다. 반대로, 고형분 농도가 40질량%를 초과하면, 분산액의 안정성이 저하될 우려가 있다. 분산액의 농도는 보다 바람직하게는 5 내지 35질량%이고, 더욱 바람직하게는 10 내지 30질량%이다.Regarding the concentration of the dispersion, it is preferable that the solid content concentration of the particles is 1 to 40 mass%. Here, if the solid content concentration is less than 1% by mass, there is a risk that processing will take time when producing the coating liquid. Conversely, if the solid content concentration exceeds 40% by mass, there is a risk that the stability of the dispersion may decrease. The concentration of the dispersion is more preferably 5 to 35% by mass, and even more preferably 10 to 30% by mass.
입자 중의 불순분인 알칼리 금속 및 알칼리토류 금속에 속하는 원소의 각각의 함유량은 당해 원소를 산화물로 나타냈을 때, 입자에 대하여 500ppm 이하인 것이 바람직하다. 이들의 함유량이 적으면, 입자의 합착이 적어진다. 이 때문에, 분산액 및 도포액의 안정성이 높아진다. 또한, 도포액 중 혹은 피막 중에서 입자가 균일하게 분산되기 때문에, 높은 경도와 강도를 갖는 피막이 얻어진다.The content of each element belonging to alkali metal and alkaline earth metal, which are impurities in the particles, is preferably 500 ppm or less per particle when the element is expressed as an oxide. If their content is small, the coalescence of particles decreases. For this reason, the stability of the dispersion liquid and the coating liquid increases. Additionally, because the particles are uniformly dispersed in the coating liquid or film, a film with high hardness and strength is obtained.
여기서, 상기한 불순분의 원소 함유량이 500ppm보다 많으면, 입자끼리가 합착하는 비율이 증가한다. 이 때문에, 분산액 및 도포액의 충분한 안정성이 얻지 못할 우려, 및 피막의 충분한 경도 및 강도가 얻지 못할 우려가 있다. 상기한 불순분의 원소 함유량은 보다 바람직하게는 100ppm 이하이다. 또한, 알칼리 금속이란, Li, Na, K, Rb, Cs 및 Fr을 나타낸다. 또한, 알칼리토류 금속이란, Be, Mg, Ca, Sr, Ba 및 Ra를 나타낸다.Here, if the content of the above-described impurity elements is greater than 500 ppm, the rate at which particles coalesce increases. For this reason, there is a risk that sufficient stability of the dispersion liquid and coating liquid may not be obtained, and that sufficient hardness and strength of the film may not be obtained. The content of the above impurity elements is more preferably 100 ppm or less. Additionally, alkali metal refers to Li, Na, K, Rb, Cs, and Fr. Additionally, alkaline earth metals refer to Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra.
또한, 입자 중의 불순분인 Pd, Ag, Mn, Co, Mo, Ni 및 Cr의 각각의 함유량은 100ppm 미만인 것이 바람직하다. 또한, U 및 Th의 각각의 함유량은 0.3ppb 미만인 것이 바람직하다. 이들 원소의 함유량이 많아지면, 분산액이 착색할 우려, 및 원하는 굴절률의 피막을 얻지 못할 우려가 있다.In addition, it is preferable that the content of each of the impurities in the particles, such as Pd, Ag, Mn, Co, Mo, Ni, and Cr, is less than 100 ppm. Additionally, it is preferable that the respective contents of U and Th are less than 0.3 ppb. If the content of these elements increases, there is a risk that the dispersion may be colored and a film with the desired refractive index may not be obtained.
또한, 고순도가 요구되는 고집적의 로직 혹은 메모리 등의 반도체 회로, 혹은 광 센서 등에, 입자를 사용하는 경우에는, 이들 Pd, Ag, Mn, Co, Mo, Ni 및 Cr과 같은 원소는 물론, 전술한 Al, Sn, Sb, Ti, Zr, Zn, Cu, Fe 및 In과 같은 원소에 대해서도, 각각의 함유량은 0.1ppm 미만인 것이 바람직하다. 이들 원소의 함유량이 0.1ppm 이상이면 금속 원소가, 회로의 절연 불량을 일으키거나, 회로를 단락시킬 가능성이 있음과 함께, 광투과율이 저하될 우려가 있다. 이에 의해, 절연막의 유전율 저하, 금속 배선의 임피던스의 증대, 응답 속도의 지연 및 소비 전력의 증대 등이 일어날 우려가 있다. 특히, U 및 Th는 방사능을 발생한다. 이 때문에, 이들이 미량이라도 존재하는 것은, 방사능에 의한 반도체의 오작동이 야기될 가능성이 있기 때문에, 바람직하지 않다.In addition, when particles are used in semiconductor circuits such as highly integrated logic or memory that require high purity, or in optical sensors, etc., elements such as Pd, Ag, Mn, Co, Mo, Ni, and Cr, as well as the above-mentioned For elements such as Al, Sn, Sb, Ti, Zr, Zn, Cu, Fe and In, it is preferable that the respective content is less than 0.1 ppm. If the content of these elements is 0.1 ppm or more, the metal elements may cause insulation defects in the circuit or short-circuit the circuit, and there is a risk that the light transmittance may decrease. As a result, there is a risk that the dielectric constant of the insulating film may decrease, the impedance of the metal wiring may increase, the response speed may be delayed, and power consumption may increase. In particular, U and Th generate radioactivity. For this reason, their presence even in trace amounts is undesirable because it may cause malfunction of the semiconductor due to radiation.
이러한 원소의 함유량이 적은 입자를 얻기 위해서는, 입자를 제조하기 위한 장치의 재질을, 이들 원소를 포함하지 않으며, 또한 내약품성이 높은 것으로 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 장치의 재질은 테플론(등록상표), FRP, 카본파이버 등의 플라스틱 및 무알칼리 유리 등인 것이 바람직하다. 또한, 사용되는 원료에 대해서는, 증류, 이온 교환 혹은 필터 제거에 의해, 정제되어 있는 것이 바람직하다.In order to obtain particles with a low content of these elements, it is preferable that the material of the equipment for producing the particles does not contain these elements and has high chemical resistance. Specifically, the material of the device is preferably plastic such as Teflon (registered trademark), FRP, carbon fiber, or alkali-free glass. Additionally, the raw materials used are preferably purified by distillation, ion exchange, or filter removal.
고순도의 입자를 얻는 방법으로서는, 전술한 바와 같이, 이들 원소가 적은 원료를 미리 준비하거나, 입자 제조용 장치로부터의 이들 원소의 혼입을 억제하는 방법이 있다. 이외에도, 그러한 대책을 충분히 취하지 않고 제조된 입자로부터, 이들 원소를 저감하는 것이 가능하다.Methods for obtaining high-purity particles include preparing raw materials low in these elements in advance or suppressing the incorporation of these elements from the particle production equipment, as described above. In addition, it is possible to reduce these elements from particles manufactured without sufficiently taking such measures.
입자의 형상 및 공동의 형상은, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 이들의 형상으로서는, 구상, 타원구체(럭비볼)상, 누에고치상, 별사탕상, 쇄상 및 주사위상 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 구상 입자는 높은 분산성을 가짐과 함께, 피막중으로 균일하게 분산할 수 있기 때문에, 바람직하다.The shape of the particle and the shape of the cavity are not particularly limited. For example, these shapes include spherical shape, elliptical sphere (rugby ball) shape, cocoon shape, star candy shape, chain shape, and rosy shape. Among them, spherical particles are preferable because they have high dispersibility and can be uniformly dispersed in the film.
또한, 외각 내측의 공동은, 입자 외형을 따른 형상을 갖는 것이 바람직하다. 외각의 두께에 따라 다르지만, 입자에 대하여 응력이 가해진 경우에, 외각이 균일한 두께를 가짐으로써, 충분한 경도 및 강도를 얻을 수 있다. 나아가, 공동의 형상도, 구상 입자의 형상과 상사의 구상인 것이 바람직하다.Additionally, the cavity inside the outer shell preferably has a shape that follows the outer shape of the particle. Although it varies depending on the thickness of the outer shell, when stress is applied to the particle, sufficient hardness and strength can be obtained if the outer shell has a uniform thickness. Furthermore, it is preferable that the shape of the cavity is spherical similar to that of the spherical particle.
이 공동은 굴절률을 저하시켜서 투명한 피막을 얻기 위해서는, 실질적으로 하나의 공동인 것이 바람직하다. 여기서, 「실질적으로 하나의 공동이다」란, 입자 중에, 입자의 합착 등에 의해 「외각의 내측에 복수개의 공동이 존재하는 입자」는 포함될 수 있지만, 「외각의 내측의 공동이 하나인 입자의 비율」이 90% 이상인 것을 의미한다. 「외각의 내측의 공동이 하나인 입자의 개수 비율」은 95% 이상인 것이 바람직하고, 98% 이상인 것이 보다 바람직하고, 99% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 100%인 것이 가장 바람직하다.It is preferable that this cavity is substantially one cavity in order to lower the refractive index and obtain a transparent film. Here, “substantially one cavity” means that “particles with a plurality of cavities inside the outer shell” may be included due to particle coalescence, etc., but “the ratio of particles with one cavity inside the outer shell” 」means that it is more than 90%. The “number ratio of particles with one cavity inside the outer shell” is preferably 95% or more, more preferably 98% or more, even more preferably 99% or more, and most preferably 100%.
입자의 공극률은 10 내지 80%인 것이 바람직하다. 단, 전술한 굴절률이 충족되는 것이면, 입자의 공극률은 특별히 제한되지 않는다. 여기서, 입자의 공극률이 10% 미만이면, 굴절률이 충분히 낮아지지 않기 때문에, 반사 방지 성능이 불충분해진다. 반대로, 입자의 공극률이 80%를 초과하면, 경도 및 강도가 낮아질 우려가 있다. 이 입자에 차지하는 공동의 비율은, 보다 바람직하게는 20 내지 70%이고, 더욱 바람직하게는 25 내지 60%이다.The porosity of the particles is preferably 10 to 80%. However, the porosity of the particles is not particularly limited as long as the above-mentioned refractive index is satisfied. Here, if the porosity of the particles is less than 10%, the refractive index is not sufficiently lowered, and thus the anti-reflection performance becomes insufficient. Conversely, if the porosity of the particles exceeds 80%, there is a risk that hardness and strength may decrease. The proportion of voids in these particles is more preferably 20 to 70%, and even more preferably 25 to 60%.
[입자의 분산액 제조 방법][Method for producing dispersion of particles]
본 실시 형태에 따른 입자의 분산액 제조 방법은, 「규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자」(원래 입자)를, 식 (1)로 표시되는 유기 규소 화합물을 사용해서 표면 처리하는 제1 공정과, 이 제1 공정에서 얻어진 표면 처리된 입자의 분산액으로부터, 미반응의 유기 규소 화합물을 제거하는 제2 공정을, 차례로 포함한다. 이에 의해, 관능기 및 규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자의 분산액이 얻어진다.The method for producing a particle dispersion according to the present embodiment involves surface-treating “particles having an outer shell containing silicon and a cavity inside the original particle” using an organosilicon compound represented by formula (1). It sequentially includes a first step and a second step of removing unreacted organosilicon compounds from the dispersion of surface-treated particles obtained in the first step. As a result, a dispersion of particles having an outer shell containing functional groups and silicon and a cavity inside the shell is obtained.
이와 같이 해서 제조된 입자는 응집이 억제되고 있기 때문에, 피막에 사용된 경우, 충분한 반사 방지 성능과 경도와 강도를 갖는다. 이하에, 각 공정에 대해서 설명한다.Since the particles produced in this way have suppressed aggregation, they have sufficient antireflection performance, hardness, and strength when used in a coating film. Below, each process is explained.
[제1 공정][First process]
본 공정에서, 출발 물질로서 「원래 입자」를 준비한다. 여기서, 「원래 입자」는 다음 (d) 내지 (f)에 예로 드는 어느 입자여도 된다. 또한, 이러한 입자는 종래 공지(예를 들어, 특허문헌 2, 3)의 방법으로 제작되어도 상관없다.In this process, “original particles” are prepared as starting materials. Here, the “original particle” may be any of the particles listed in the following (d) to (f). In addition, these particles may be produced by conventionally known methods (for example, patent documents 2 and 3).
(d) SiO2를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자(d) Particles having an outer shell containing SiO 2 and a cavity inside the shell.
(e) Si와, Al, Sn, Sb, Ti, Zr, Zn, Cu, Fe 및 In에서 선택되는 원소 중 적어도 1종을 포함하는 산화물을 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자. 이들 원소를 포함하는 산화물은, 혼합물이거나, 복합 산화물이어도 상관없다.(e) Particles having an outer shell containing an oxide containing Si and at least one element selected from Al, Sn, Sb, Ti, Zr, Zn, Cu, Fe, and In, and a cavity inside the shell. The oxide containing these elements may be a mixture or a complex oxide.
(f) 상기 (d)의 입자와, 상기 (e)의 입자의 혼합물(f) a mixture of the particles of (d) above and the particles of (e) above
이러한 「원래 입자」에 포함되는 규소 함유량은, 후술하는 바와 같이 유기 규소 화합물에 의해 표면 처리된 최종적으로 얻어지는 입자의 규소 함유량이 적절한 범위에 들어가는 것이면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 입자를 구성하는 탄소 이외의 금속 원소의 양의 합계를, 산화물 기준으로 100질량부로 나타냈을 때, 최종적으로 얻어지는 입자는 규소를, SiO2로서, 98질량부 이상 함유하는 것이 바람직하다. 이 규소 함유량은 보다 바람직하게는 99질량부 이상이고, 더욱 바람직하게는 99.5질량부 이상이고, 특히 바람직하게는 100질량부이다.The silicon content contained in these “original particles” is not particularly limited as long as the silicon content of the final particles surface-treated with an organosilicon compound falls within an appropriate range, as will be described later. For example, when the total amount of metal elements other than carbon constituting the particles is expressed as 100 parts by mass on an oxide basis, the final particles obtained preferably contain 98 parts by mass or more of silicon as SiO 2 . This silicon content is more preferably 99 parts by mass or more, further preferably 99.5 parts by mass or more, and particularly preferably 100 parts by mass.
「원래 입자」의 화상의 해석에 의해 얻어지는 1차 입자경의 평균(F)에 대해서는, 최종적으로 얻어지는 입자의 화상 해석에 의해 얻어지는 1차 입자경의 평균(D)이 적절한 범위(20 내지 250㎚)에 들어가는 것이면, 특별히 한정되지 않는다.Regarding the average (F) of the primary particle diameter obtained by analyzing the image of the “original particle,” the average (D) of the primary particle diameter obtained by analyzing the image of the finally obtained particle is within an appropriate range (20 to 250 nm). There is no particular limitation as long as it is included.
표면 처리에서는, 먼저 「원래 입자」의 분산액을 준비한다. 분산매로서는, 메탄올, 에탄올과 같은 알코올류를 사용하는 것이 바람직하다. 여기에, 식 (1)로 표시되는 유기 규소 화합물을 소정량 더하여, 유기 규소 화합물을 가수 분해한다. 이 가수 분해에서는, 필요에 따라 물을 첨가하는 것도 가능하다. 사용되는 물의 몰수(Mw)와 유기 규소 화합물의 몰수(Mo)의 비(Mw/Mo)는, 1 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 비(Mw/Mo)가 1 미만인 경우에는, 가수 분해가 불충분해지고, 피막의 경도, 강도, 투명성 및 헤이즈 등이 불충분해질 우려가 있다. 비(Mw/Mo)의 상한은 특히 설정되지 않는다. 단, 비(Mw/Mo)가 200을 초과하면, 가수 분해 반응이 격렬해져서, 유기 규소 화합물끼리가 중합하여, 입자 표면에의 효율적인 유기 규소 화합물 처리가 실현되기 어려워질 우려가 있다. 이 비(Mw/Mo)는, 보다 바람직하게는 1 내지 100이다.In surface treatment, a dispersion of “original particles” is first prepared. As a dispersion medium, it is preferable to use alcohols such as methanol and ethanol. Here, a predetermined amount of the organosilicon compound represented by formula (1) is added, and the organosilicon compound is hydrolyzed. In this hydrolysis, it is also possible to add water as needed. The ratio (Mw/Mo) of the number of moles of water (Mw) used and the number of moles (Mo) of the organosilicon compound is preferably 1 or more. Here, when the ratio (Mw/Mo) is less than 1, there is a risk that hydrolysis may become insufficient and the hardness, strength, transparency, haze, etc. of the film may become insufficient. The upper limit of the ratio (Mw/Mo) is not specifically set. However, if the ratio (Mw/Mo) exceeds 200, there is a risk that the hydrolysis reaction becomes intense and the organosilicon compounds polymerize with each other, making it difficult to realize efficient organosilicon compound treatment on the particle surface. This ratio (Mw/Mo) is more preferably 1 to 100.
또한, 이 가수 분해에 있어서는, 필요에 따라, 가수 분해용 촉매로서, 산 또는 알칼리를 사용하는 것도 가능하다. 가수 분해용 촉매는, 그 중에서 암모니아인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 암모니아는 분산액 중에 잔존해도, 제거되는 것이 용이하기 때문에, 분산액의 안정성이 유지되기 쉽기 때문이다. 사용되는 암모니아의 몰수(MN)와, 유기 규소 화합물의 몰수(Mo)의 비(MN/Mo)는 0.005 내지 5의 범위에 있는 것이 바람직하다. 여기서, 비(MN/Mo)가 0.005 미만인 경우에는, 가수 분해가 불충분해져서, 피막의 경도, 강도, 투명성 및 헤이즈 등이 불충분해질 우려가 있다. 이 비(MN/Mo)가 5를 초과하는 경우에는, 가수 분해 반응이 격렬해져서, 유기 규소 화합물끼리가 중합하여, 입자 표면에의 효율적인 유기 규소 화합물 처리가 실현되기 어려워질 우려가 있다.In addition, in this hydrolysis, it is also possible to use an acid or an alkali as a catalyst for hydrolysis, if necessary. The catalyst for hydrolysis is preferably ammonia. This is because even if ammonia remains in the dispersion, it is easy to remove, so the stability of the dispersion is easy to maintain. The ratio (M N /Mo) of the number of moles of ammonia (M N ) used and the number of moles (Mo) of the organosilicon compound is preferably in the range of 0.005 to 5. Here, when the ratio (M N /Mo) is less than 0.005, there is a risk that hydrolysis becomes insufficient and the hardness, strength, transparency, haze, etc. of the film become insufficient. If this ratio (M N /Mo) exceeds 5, there is a risk that the hydrolysis reaction becomes more intense and the organosilicon compounds polymerize with each other, making it difficult to realize efficient organosilicon compound treatment on the particle surface.
표면 처리는, 균일계에서 행해지는 것이 바람직하다. 또한, 표면 처리에서는, 입자와 유기 규소 화합물과의 화학 결합을 촉진시키기 위해서, 분산매의 비점 미만의 온도(예를 들어, 실온 내지 120℃)에서, 0.5 내지 48시간의 가열을 실시하는 것이 바람직하다.Surface treatment is preferably performed in a uniform system. In addition, in the surface treatment, in order to promote chemical bonding between the particles and the organosilicon compound, it is preferable to perform heating for 0.5 to 48 hours at a temperature below the boiling point of the dispersion medium (e.g., room temperature to 120°C). .
이 표면 처리에 의해 입자의 표면과 유기 규소 화합물이 화학 결합된 입자는 피막을 구비한 기재에 사용되는 경우, 기재와의 높은 밀착성을 가짐과 함께, 높은 경도와 강도를 갖는다.When used on a substrate with a coating, the particles in which the surface of the particle is chemically bonded to an organosilicon compound through this surface treatment have high adhesion to the substrate and high hardness and strength.
유기 규소 화합물로서는, 예를 들어 표 1에 나타내는 것을 들 수 있다. 이들 유기 규소 화합물은, 입자에 단독으로 포함되어 있어도 되고, 복수종이 입자에 포함되어 있어도 된다. 표면 처리에 있어서는, 이들 유기 규소 화합물을 단독으로 사용하는 것, 및 복수의 종류의 유기 규소 화합물을 혼합해서 사용하는 것이 가능하다. 또한, 동일한 종류의 유기 규소 화합물을 단계적으로 처리하는 것, 복수의 종류의 유기 규소 화합물을 혼합한 것을 단계적으로 처리하는 것, 및 복수의 종류의 유기 규소 화합물을, 별도로, 단계적으로 처리하는 것도 가능하다.Examples of the organosilicon compound include those shown in Table 1. These organosilicon compounds may be contained alone in the particles, or may be contained in plural types of particles. In surface treatment, it is possible to use these organosilicon compounds individually or to mix and use multiple types of organosilicon compounds. In addition, it is also possible to process the same type of organosilicon compound in stages, to process a mixture of multiple types of organosilicon compounds in stages, and to process multiple types of organosilicon compounds separately and in stages. do.
[제2 공정][Second process]
제1 공정에서 표면 처리에 사용되는 유기 규소 화합물에는, 입자와 화학 결합하고 있는 유기 규소 화합물의 이외에, 미반응의 유기 규소 화합물이 존재하는 경우가 있다. 제2 공정에서는, 이러한, 「입자에 대하여 미반응의 유기 규소 화합물」을 제거할 것을 목적으로 한다. 표면 처리된 입자로부터 미반응의 유기 규소 화합물을 제거하는 방법으로서는, 예를 들어 한외 여과막법, 원심 분리법 및 증류법 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 제거 효율의 높이로부터, 한외 여과막법이 바람직하다. 또한, 표면 처리된 입자에 물리 흡착하고 있는 것 뿐일 유기 규소 화합물을 표면 처리된 입자로부터 분리할 것을 목적으로 하고, 초음파 처리를 조합해도 된다.The organosilicon compound used for surface treatment in the first step may contain unreacted organosilicon compounds in addition to the organosilicon compounds chemically bonded to the particles. In the second step, the purpose is to remove such “unreacted organosilicon compounds with respect to the particles.” Methods for removing unreacted organosilicon compounds from surface-treated particles include, for example, ultrafiltration membrane methods, centrifugation methods, and distillation methods. Among them, the ultrafiltration membrane method is preferable because of its high removal efficiency. Additionally, ultrasonic treatment may be combined for the purpose of separating the organosilicon compound, which is merely physically adsorbed to the surface-treated particles, from the surface-treated particles.
이 「미반응의 유기 규소 화합물의 제거」를 효율적으로 행하기 위해서는, 제1 공정에서 표면 처리된 입자의 분산액 농도가, 고형분으로서 5 내지 40질량%인 것이 바람직하다. 여기서, 이 농도가 5질량% 미만이면 얻어지는 표면 처리된 입자에 대하여, 제2 공정에서 사용되는 세정액의 양이 많아지고, 생산성이 나빠진다. 반대로, 이 농도가 40질량%를 초과하면, 제2 공정 중에 증점이 발생하거나, 겔화가 발생할 우려가 있다.In order to efficiently perform this “removal of unreacted organosilicon compounds,” it is preferable that the concentration of the dispersion liquid of the particles surface-treated in the first step is 5 to 40% by mass in terms of solid content. Here, if this concentration is less than 5% by mass, the amount of cleaning liquid used in the second process increases with respect to the obtained surface-treated particles, and productivity deteriorates. Conversely, if this concentration exceeds 40% by mass, there is a risk that thickening or gelation may occur during the second process.
또한, 「미반응의 유기 규소 화합물의 제거」에 사용되는 세정액의 양은, 제1 공정에서의 표면 처리되는 입자의 분산액 양 및 분산액의 농도 등에 따라 다르지만, 제1 공정에서 표면 처리된 입자의 분산액 3배 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 세정액량이 3배 미만이면 「미반응의 유기 규소 화합물의 제거」가 불충분해질 우려가 있다. 이 세정액량에 대해서는, 특히 상한은 없다. 단, 10배 이상의 세정액을 사용해도, 「미반응의 유기 규소 화합물의 제거」가 현격히 향상되는 것도 아니다. 이 세정액으로서는, 제1 공정에서 사용한 분산매와 동일한 종류의 것을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the amount of the cleaning liquid used for “removal of unreacted organosilicon compounds” varies depending on the amount of the dispersion of particles surface-treated in the first step and the concentration of the dispersion, but the dispersion of particles surface-treated in the first step is 3. It is desirable to have more than twice that. Here, if the amount of the cleaning liquid is less than 3 times, there is a risk that “removal of unreacted organosilicon compounds” may become insufficient. There is no particular upper limit to this amount of cleaning liquid. However, even if 10 times more washing liquid is used, “removal of unreacted organosilicon compounds” is not significantly improved. As this cleaning liquid, it is preferable to use the same type of dispersion medium used in the first step.
제2 공정에서 최종적으로 얻어지는 분산액은, 식 (1)의 유기 규소 화합물에서 유래하는 관능기 및 규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자를 포함한다. 이 입자의 화상 해석에 의해 얻어지는 1차 입자경의 평균(D)은 20 내지 250㎚이고, 탄소 함유량은 0.5 내지 10질량%이다. 또한, 분산액으로부터, 이 입자를 제외한 액 중의 유기 규소 화합물의 양은, 입자 100질량부에 대하여, 고형분으로서 0.50질량부 이하이다.The dispersion finally obtained in the second step contains particles having an outer shell containing silicon and a functional group derived from an organosilicon compound of formula (1), and a cavity inside the shell. The average primary particle diameter (D) obtained by image analysis of these particles is 20 to 250 nm, and the carbon content is 0.5 to 10 mass%. Additionally, from the dispersion liquid, the amount of the organosilicon compound in the liquid excluding these particles is 0.50 parts by mass or less in terms of solid content with respect to 100 parts by mass of the particles.
이러한 제조 방법에 의해, 「정밀한 표면 처리」를 실현할 수 있다. 이 「정밀한 표면 처리」에서는, 입자의 분산액이, 입자 표면의 OH기와 화학 결합하고 있는 「관능기를 갖는 유기 규소 화합물」을 갖는다. 또한, 이 분산액에서는, 성능 저하의 우려가 있는 「미반응의 유기 규소 화합물」의 함유량이 억제되고 있다.With this manufacturing method, “precise surface treatment” can be realized. In this “precise surface treatment,” the particle dispersion has an “organosilicon compound having a functional group” that is chemically bonded to the OH group on the particle surface. Additionally, in this dispersion, the content of “unreacted organosilicon compounds” that may reduce performance is suppressed.
표면 처리량으로서는, 원하는 양의 유기 규소 화합물을 입자 표면에 화학 결합시킴과 함께, 최종적으로 얻어지는 입자의 탄소 함유량이 적절한 범위(0.5 내지 10질량%)에 들어가면 된다. 이 탄소 함유량은 화학 결합된 유기 규소 화합물의 구조 및 양에 따라 변화한다. 여기서, 「원래 입자」를 제작하기 위해서 사용되는 원료가 유기 규소 화합물을 포함하지 않고, 식 (1)의 유기 규소 화합물을, 원래 입자에 대하여 표면 처리제로서 사용하는 경우, 전술한 입자의 탄소 함유량 0.5 내지 10질량%가 실현되기 위해서는, 원래 입자 100질량부에 대하여, 대략 1.0 내지 30질량부의 고형분(Rn-SiO(4-n)/2)으로서의 유기 규소 화합물이, 표면 처리에 사용되고 있게 된다. 물론, 「원래 입자」를 제작함에 있어서 유기 규소 화합물을 사용하고, 그 탄소가 「원래 입자」에 존재하는 경우, 그 만큼의 탄소도, 최종적으로 얻어지는 입자의 탄소 함유량으로서 더해진다. 그 때문에, 본 실시 형태의 입자 목표로 하는 탄소 함유량을 얻기 위해서 표면 처리에 사용되는 유기 규소 화합물의 고형분량은, 「탄소를 포함하지 않는 원래 입자」를 표면 처리하는 경우에 비하여, 「원래 입자」의 탄소 함유량에 따라서 적어진다. 즉, 제2 공정에서 얻어진 분산액 중의 입자는 제1 공정에서 표면 처리되기 전의 입자 100질량부에 대하여, 관능기를 갖는 유기 규소 화합물을, 고형분으로서 1.0 내지 30질량부 포함한다.The amount of surface treatment may be such that a desired amount of an organosilicon compound is chemically bonded to the surface of the particles, and the carbon content of the particles finally obtained is within an appropriate range (0.5 to 10% by mass). This carbon content varies depending on the structure and amount of chemically bonded organosilicon compounds. Here, when the raw material used to produce the “original particle” does not contain an organosilicon compound and the organosilicon compound of formula (1) is used as a surface treatment agent for the original particle, the carbon content of the above-mentioned particle is 0.5 In order to achieve from 10% by mass, approximately 1.0 to 30 parts by mass of an organosilicon compound with a solid content (R n -SiO (4-n)/2 ) is used for surface treatment, based on 100 parts by mass of the original particles. Of course, when an organosilicon compound is used in producing the “original particle,” and the carbon is present in the “original particle,” that much carbon is also added as the carbon content of the final particle obtained. Therefore, in order to obtain the target carbon content of the particles of this embodiment, the solid content of the organosilicon compound used in surface treatment is lower than that of the “original particles” compared to the case of surface treating “original particles not containing carbon”. It decreases depending on the carbon content of . That is, the particles in the dispersion obtained in the second step contain 1.0 to 30 parts by mass of an organic silicon compound having a functional group as a solid content relative to 100 parts by mass of the particles before surface treatment in the first step.
그런데, 그 표면 처리량의 차이에 따른 경우도 있지만, 제1 공정으로부터 제2 공정으로의 1회의 조작에서는, 전술한 「입자에 포함되는, 관능기를 갖는 유기 규소 화합물량」 및 「분산액으로부터 입자를 제외한 액 중의 유기 규소 화합물량」의 2개가 적절한 범위에 들어가는 것이, 곤란한 경우가 있다. 그 때문에, 입자 표면의 OH기와 유기 규소 화합물과의 반응 효율에 따라 다르지만, 입자 표면의 OH기와 유기 규소 화합물과의 화학 반응을 진행시키고, 목적의 입자를 효율적으로 얻기 위해서는, 제1 공정으로부터 제2 공정을 행한 후, 다시 제1 공정으로부터 제2 공정을 행하는 것을, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 나아가, 1회당의 표면 처리량을 최종적인 목표량보다 적게 하여, 공정을 반복한 쪽이, 보다 효율적으로 「정밀한 표면 처리」를 실현할 수 있다.However, although there may be cases depending on the difference in the amount of surface treatment, in one operation from the first step to the second step, the above-mentioned “amount of organosilicon compound having a functional group contained in the particles” and “the amount excluding the particles from the dispersion” In some cases, it is difficult for the two “amount of organosilicon compounds in the liquid” to fall within an appropriate range. Therefore, although it varies depending on the reaction efficiency between the OH group on the particle surface and the organosilicon compound, in order to advance the chemical reaction between the OH group on the particle surface and the organosilicon compound and efficiently obtain the target particle, the first step is followed by the second step. After performing the process, it is preferable to repeat the process from the first process to the second process multiple times. Furthermore, “precise surface treatment” can be realized more efficiently if the surface treatment amount per treatment is lower than the final target amount and the process is repeated.
또한, 제2 공정에서 최종적으로 얻어지는 입자 및 그 분산액에 관한 물성, 및 이 물성의 바람직한 범위는, 전술한 입자 및 그 분산액과 마찬가지이다.In addition, the physical properties of the particles and their dispersion finally obtained in the second step and the preferable ranges of these properties are the same as those of the particles and their dispersion described above.
[피막 형성용 도포액][Coating liquid for film formation]
본 실시 형태의 입자는 피막 형성용의 도포액에 적용할 수 있다. 이 도포액은, 입자와 매트릭스 형성 성분과 분산매를 포함한다. 이 분산매는 물과 유기계 분산매의 적어도 한쪽을 포함한다. 이들 이외에, 이 분산매는 중합 개시제, 레벨링제 및 계면 활성제 등의 첨가제를 포함하고 있어도 된다.The particles of this embodiment can be applied to a coating liquid for forming a film. This coating liquid contains particles, a matrix forming component, and a dispersion medium. This dispersion medium contains at least one of water and an organic dispersion medium. In addition to these, this dispersion medium may contain additives such as a polymerization initiator, leveling agent, and surfactant.
도포액 중의 입자의 농도는 포함되는 입자 및 매트릭스 형성 성분 등의 고형분의 합계량에 대하여, 고형분으로서 5 내지 95질량%인 것이 바람직하다. 여기서, 입자의 농도가 5질량% 미만이면, 피막의 굴절률을 충분히 저감할 수 없을 우려가 있다. 반대로, 입자의 농도가 95질량%보다 많으면, 피막에 크랙이 발생할 우려, 기재와의 밀착성이 불충분해질 우려, 경도, 강도, 투명성 및 헤이즈 등이 악화될 우려가 있다. 이 입자의 농도는 보다 바람직하게는 10 내지 85질량%이고, 더욱 바람직하게는 20 내지 70질량%이다.The concentration of particles in the coating liquid is preferably 5 to 95% by mass in terms of solid content, based on the total amount of solid content such as particles and matrix forming components. Here, if the particle concentration is less than 5% by mass, there is a risk that the refractive index of the film cannot be sufficiently reduced. Conversely, if the particle concentration is more than 95% by mass, there is a risk that cracks may occur in the film, adhesion to the substrate may become insufficient, and hardness, strength, transparency, haze, etc. may deteriorate. The concentration of these particles is more preferably 10 to 85 mass%, and even more preferably 20 to 70 mass%.
매트릭스 형성 성분으로서는, 무기계 매트릭스 형성 성분 및 유기 수지계 매트릭스 형성 성분이 있다. 매트릭스 형성 성분으로서는, 예를 들어 유기 규소 화합물의 중축합물, 자외선 경화성 수지, 열경화성 수지 및 열가소성 수지 등을 들 수 있다.Matrix forming components include inorganic matrix forming components and organic resin-based matrix forming components. Examples of matrix forming components include polycondensates of organosilicon compounds, ultraviolet curable resins, thermosetting resins, and thermoplastic resins.
자외선 경화성 수지로서는, (메트)아크릴계 수지, γ-글리시딜옥시계 수지, 우레탄계 수지 및 비닐계 수지 등이 있다.Examples of ultraviolet curable resins include (meth)acrylic resins, γ-glycidyloxy resins, urethane resins, and vinyl resins.
열경화성 수지로서는, 우레탄 수지, 멜라민 수지, 규소 수지, 부티랄 수지, 반응성 실리콘 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 및 열경화성 아크릴 수지 등이 있다.Thermosetting resins include urethane resin, melamine resin, silicon resin, butyral resin, reactive silicone resin, phenol resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, and thermosetting acrylic resin.
열가소성 수지로서는, 폴리에스테르 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌옥시드 수지, 열가소성 아크릴 수지, 염화비닐 수지, 불소 수지, 아세트산 비닐 수지 및 실리콘 고무 등이 있다.Thermoplastic resins include polyester resin, polycarbonate resin, polyamide resin, polyphenylene oxide resin, thermoplastic acrylic resin, vinyl chloride resin, fluorine resin, vinyl acetate resin, and silicone rubber.
이들 수지는, 2종 이상의 공중합체 혹은 변성체여도 되고, 조합하여 사용되어도 된다. 또한, 이들의 수지는, 에멀션 수지, 수용성 수지, 혹은 친수성 수지여도 된다.These resins may be two or more types of copolymers or modified products, and may be used in combination. Additionally, these resins may be emulsion resins, water-soluble resins, or hydrophilic resins.
이들 수지를 형성하는 성분은 입자의 분산성 및 도막의 용이함으로부터, 모노머 혹은 올리고머인 것이 바람직하다.The components forming these resins are preferably monomers or oligomers from the viewpoint of particle dispersibility and ease of coating.
도포액 중의 매트릭스 형성 성분의 농도는 포함되는 입자 및 매트릭스 형성 성분 등의 고형분의 합계량에 대하여, 고형분으로서 5 내지 95질량%인 것이 바람직하다. 여기서, 매트릭스 형성 성분의 농도가 5질량% 미만이면, 피막화가 곤란하다. 또한, 피막이 얻어졌다 하더라도, 피막에 크랙이 발생할 우려, 기재와의 밀착성이 불충분해질 우려, 경도, 강도, 투명성 및 헤이즈 등이 악화될 우려가 있다. 반대로, 매트릭스 형성 성분의 농도가 95질량%보다 많으면, 입자의 양이 적기 때문에, 굴절률을 충분히 저감하지 못할 우려가 있다. 이 매트릭스 형성 성분의 농도는 보다 바람직하게는 15 내지 90질량%이고, 더욱 바람직하게는 30 내지 80질량%이다.The concentration of the matrix forming component in the coating liquid is preferably 5 to 95% by mass in terms of solid content relative to the total amount of solid content such as particles and matrix forming components contained. Here, if the concentration of the matrix forming component is less than 5% by mass, encapsulation is difficult. Furthermore, even if a film is obtained, there is a risk that cracks may occur in the film, adhesion to the substrate may become insufficient, and hardness, strength, transparency, haze, etc. may deteriorate. Conversely, if the concentration of the matrix forming component is more than 95% by mass, there is a risk that the refractive index may not be sufficiently reduced because the amount of particles is small. The concentration of this matrix forming component is more preferably 15 to 90% by mass, and even more preferably 30 to 80% by mass.
유기계 분산매로서는, 입자를 균일하게 분산할 수 있음과 함께, 매트릭스 형성 성분 및 중합 개시제 등의 첨가제를, 용해 혹은 분산할 수 있는 것이 사용된다. 그 중에서도, 친수성의 분산매 및 극성을 갖는 분산매가 바람직하다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 친수성의 분산매로서는, 예를 들어 알코올류, 에스테르류, 글리콜류 및 에테르류 등을 들 수 있다. 또한, 극성을 갖는 분산매로서는, 예를 들어 에스테르류, 케톤류 및 비프로톤성 분산매 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되어도 되고, 2종 이상이 혼합되어 사용되어도 된다.As an organic dispersion medium, one that can uniformly disperse particles and dissolve or disperse additives such as matrix forming components and polymerization initiators is used. Among them, a hydrophilic dispersion medium and a polar dispersion medium are preferable. As shown in Table 2, examples of hydrophilic dispersion media include alcohols, esters, glycols, and ethers. Additionally, examples of polar dispersion media include esters, ketones, and aprotic dispersion media. These may be used individually, or two or more types may be mixed and used.
첨가제로서는, 피막 형성에 종래 사용 가능한 것을, 임의로 사용할 수 있다. 예를 들어, 매트릭스 형성 성분의 중합 촉진 및 조막성의 향상을 위하여, 첨가제로서, 중합 개시제 및 레벨링제 등이 사용된다.As additives, those conventionally used for film formation can be used arbitrarily. For example, to promote polymerization of matrix forming components and improve film forming properties, polymerization initiators, leveling agents, etc. are used as additives.
중합 개시제로서는, 예를 들어 표 3에 나타내는 것을 들 수 있다.Examples of the polymerization initiator include those shown in Table 3.
레벨링제로서는, 예를 들어 아크릴계 레벨링제, 실리콘계 레벨링제 및 아크릴 실리콘계 레벨링제 등을 들 수 있다. 이들의 레벨링제로서는, 강도 향상의 관점에서, 불소기를 갖는 것이 바람직하게 사용된다.Examples of the leveling agent include acrylic leveling agents, silicone leveling agents, and acrylic silicone leveling agents. As these leveling agents, those having a fluorine group are preferably used from the viewpoint of strength improvement.
이들 첨가제의 도포액 중의 농도에 관해서, 피막화했을 때에 고형분으로서 포함되는 것은, 편의상, 매트릭스 형성 성분으로서 계상되고, 피막화 후에는 매트릭스로서 계상된다.Regarding the concentration of these additives in the coating liquid, for convenience, what is contained as solid content when encapsulated is counted as a matrix forming component, and after encapsulation, it is counted as a matrix.
도포액의 고형분 농도(도포액에 대한, 입자의 고형분과 매트릭스 형성 성분의 고형분을 합계한 고형분의 비율)는 0.1 내지 60질량%인 것이 바람직하다.The solid content concentration of the coating liquid (the ratio of the solid content of the total solid content of the particles and the solid content of the matrix forming component relative to the coating solution) is preferably 0.1 to 60% by mass.
여기서, 도포액의 고형분 농도가 0.1질량% 미만이면, 피막을 구비한 기재의 제조 시에, 가공에 시간이 걸리기 때문에, 생산성이 저하될 우려가 있다. 반대로, 도포액의 고형분 농도가 60질량%보다 높으면, 도포액의 안정성이 저하될 우려가 있다. 또한, 도포액의 점도가 높아지기 때문에, 도공성이 저하될 우려가 있다. 도포액의 고형분 농도는 보다 바람직하게는 1 내지 50질량%이다.Here, if the solid content concentration of the coating liquid is less than 0.1% by mass, there is a risk that productivity may decrease because processing takes time when manufacturing a base material with a coating film. Conversely, if the solid content concentration of the coating liquid is higher than 60% by mass, there is a risk that the stability of the coating liquid may decrease. Additionally, because the viscosity of the coating liquid increases, there is a risk that coatability may decrease. The solid content concentration of the coating liquid is more preferably 1 to 50 mass%.
[피막을 구비한 기재][Substrate with film]
상술한 도포액을 사용하여, 피막을 기재에 형성한다. 이러한 피막을 구비한 기재는, 예를 들어 투명성이 요구되는 표시 장치 등에 사용된다.Using the above-mentioned coating liquid, a film is formed on the substrate. A substrate provided with such a film is used, for example, in display devices that require transparency.
구체적으로는, 기재 상에 도포액을 도포한 후, 건조 및 자외선 조사를 행함으로써, 기재 상에 피막을 형성한다. 도포액의 도포 방법은, 기재에 피막을 형성할 수 있는 방법이면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 스프레이법, 스피너법, 롤 코트법, 바 코트법, 슬릿 코터 인쇄법, 그라비아 인쇄법 및 마이크로 그라비아 인쇄법 등의, 주지의 방법을 채용할 수 있다. 건조에서는, 예를 들어 50 내지 150℃ 정도로 도포액을 가열하고, 분산매를, 증발시켜서 제거한다. 그 후, 자외선의 조사를 실시함으로써, 수지 성분의 중합을 촉진시켜서, 피막의 경도화를 도모한다. 피막은 주로 매트릭스(수지) 성분과 입자로 형성된다.Specifically, after applying the coating liquid on the substrate, drying and ultraviolet ray irradiation are performed to form a film on the substrate. The method of applying the coating liquid is not particularly limited as long as it is a method that can form a film on the substrate. For example, known methods such as spray method, spinner method, roll coat method, bar coat method, slit coater printing method, gravure printing method, and micro gravure printing method can be adopted. In drying, the coating liquid is heated to, for example, about 50 to 150°C, and the dispersion medium is removed by evaporation. Thereafter, by irradiating ultraviolet rays, polymerization of the resin component is promoted and hardening of the film is attempted. The film is mainly formed of a matrix (resin) component and particles.
피막에서는, 도포액 중의 입자 및 매트릭스 형성 성분의 고형분 비율이, 그대로 피막중의 입자 성분 및 매트릭스의 비율이 된다. 상술한 바와 같이, 도포액 중의 첨가제 중, 고형분으로서 잔존하는 것은, 매트릭스로서 계상된다.In a coating, the solid content ratio of the particles and matrix forming components in the coating liquid becomes the ratio of the particle components and matrix in the coating as it is. As described above, among the additives in the coating liquid, those remaining as solid content are considered as matrix.
피막의 막 두께는, 용도에 따라, 적절히, 선택할 수 있다. 예를 들어, 투명 피막이면, 막 두께는, 80 내지 350㎚인 것이 바람직하다. 여기서, 막 두께가 80㎚보다 얇으면, 피막의 경도 및 강도가 불충분해지는 경우가 있다. 또한, 피막이 지나치게 얇아서, 충분한 반사 방지 성능을 얻지 못하는 경우가 있다. 반대로, 막 두께가 350㎚보다 두꺼우면, 피막에 크랙이 생기기 쉬워지기 때문에, 피막의 강도가 불충분해지는 경우가 있다. 또한, 피막이 지나치게 두꺼워서, 반사 방지 성능이 저하하는 경우가 있다. 이 막 두께는, 보다 바람직하게는 85 내지 220㎚이고, 더욱 바람직하게는 90 내지 110㎚이다.The film thickness of the film can be appropriately selected depending on the application. For example, if it is a transparent film, the film thickness is preferably 80 to 350 nm. Here, if the film thickness is thinner than 80 nm, the hardness and strength of the film may become insufficient. Additionally, there are cases where the film is too thin and sufficient anti-reflection performance cannot be obtained. Conversely, if the film thickness is thicker than 350 nm, cracks are likely to form in the film, so the strength of the film may become insufficient. Additionally, if the film is too thick, anti-reflection performance may deteriorate. This film thickness is more preferably 85 to 220 nm, and even more preferably 90 to 110 nm.
투명 피막의 굴절률은 1.10 내지 1.45인 것이 바람직하다. 여기서, 굴절률이 1.10 미만인 투명 피막은 얻는 것이 곤란하다. 투명 피막의 굴절률이 1.45를 초과하면, 기재의 굴절률, 혹은 투명 피막의 하층에 필요에 따라서 형성되는 다른 막의 굴절률에 따라서도 다르지만, 반사 방지 성능이 불충분해지는 경우가 있다. 투명 피막의 굴절률은, 보다 바람직하게는 1.10 내지 1.40이고, 더욱 바람직하게는 1.10 내지 1.35이다.The refractive index of the transparent film is preferably 1.10 to 1.45. Here, it is difficult to obtain a transparent film with a refractive index of less than 1.10. If the refractive index of the transparent film exceeds 1.45, the antireflection performance may become insufficient, depending on the refractive index of the base material or the refractive index of other films formed as necessary under the transparent film. The refractive index of the transparent film is more preferably 1.10 to 1.40, and even more preferably 1.10 to 1.35.
피막을 구비한 기재의 광투과율은 85.0% 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 광투과율이 85.0% 미만이면, 표시 장치 등에 있어서, 화상의 선명도가 불충분해질 우려가 있다. 이 광투과율은, 보다 바람직하게는 90.0% 이상이다.It is preferable that the light transmittance of the substrate provided with the film is 85.0% or more. Here, if the light transmittance is less than 85.0%, there is a risk that image clarity may become insufficient in display devices, etc. This light transmittance is more preferably 90.0% or more.
또한, 피막을 구비한 기재의 헤이즈는, 바람직하게는 2.0% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.5% 이하이다.Additionally, the haze of the base material provided with the coating film is preferably 2.0% or less, and more preferably 0.5% or less.
또한, 피막을 구비한 기재의 반사율은, 바람직하게는 2.0 이하이고, 보다 바람직하게는 1.5% 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.0% 이하이고, 특히 바람직하게는 0.7% 이하이다.Additionally, the reflectance of the base material provided with the coating film is preferably 2.0 or less, more preferably 1.5% or less, further preferably 1.0% or less, and particularly preferably 0.7% or less.
피막의 강도는 #0000의 스틸 울을, 소정 하중/㎠의 조건에서, 피막에 50회 접동시킴으로써, 평가된다. 이 소정 하중이 500g인 경우에, 막 표면에 줄무늬상의 흠집이 확인되지 않는 것이 바람직하다. 이 강도에 대해서는, 보다 바람직하게는, 소정 하중이 800g인 경우에 흠집이 확인되지 않는 것, 더욱 바람직하게는, 소정 하중이 1200g인 경우에 흠집이 확인되지 않는 것이다.The strength of the film is evaluated by sliding #0000 steel wool on the film 50 times under the conditions of a predetermined load/cm2. When this predetermined load is 500 g, it is desirable that no striped flaws are observed on the film surface. Regarding this strength, more preferably, no scratches are observed when the predetermined load is 800 g, and even more preferably, no scratches are observed when the predetermined load is 1200 g.
피막의 경도는 2H 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 피막의 경도가 2H 미만에서는, 하드 코트막으로서 경도가 불충분하다. 이 경도는 보다 바람직하게는 3H 이상이고, 더욱 바람직하게는 4H 이상이다.The hardness of the film is preferably 2H or more. Here, if the hardness of the film is less than 2H, the hardness is insufficient as a hard coat film. This hardness is more preferably 3H or more, and even more preferably 4H or more.
기재로서는, 공지된 것이 사용 가능하다. 투명성, 유연성 및 강인성 등의 관점에서, 폴리카르보네이트, 아크릴 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리메타크릴산메틸 수지 및 시클로올레핀폴리머 등의, 투명한 수지 기재가 바람직하다. 기재의 두께는, 특별히 제한되지 않지만, 내구성 및 핸들링성을 고려하면, 바람직하게는 10 내지 100㎛이고, 보다 바람직하게는 20 내지 80㎛이다.As a base material, a known material can be used. From the viewpoints of transparency, flexibility, toughness, etc., transparent resin substrates such as polycarbonate, acrylic resin, polyethylene terephthalate, triacetylcellulose (TAC), polymethyl methacrylate resin, and cycloolefin polymer are preferable. The thickness of the base material is not particularly limited, but considering durability and handling properties, it is preferably 10 to 100 μm, and more preferably 20 to 80 μm.
피막과 기재의 밀착성은, 예를 들어 이하와 같이 평가된다. 먼저, 피막을 구비한 기재의 표면에, 나이프로, 칸 모양으로 흠집을 발생시킨다. 이 표면에 셀로판 테이프를 접착한 후, 셀로판 테이프를 박리한다. 잔존하고 있는 칸의 수가 많을수록, 피막이 기재로부터 박리하지 않는 것이 된다. 따라서, 잔존하고 있는 칸의 수가 많을수록, 피막과 기재와의 밀착성이 높기 때문에, 바람직하다.The adhesion between the film and the substrate is evaluated, for example, as follows. First, a scratch is created in the shape of a square using a knife on the surface of the base material provided with the film. After adhering a cellophane tape to this surface, the cellophane tape is peeled off. The greater the number of remaining cells, the more likely it is that the film will not peel off from the substrate. Therefore, the larger the number of remaining compartments, the higher the adhesion between the film and the substrate, so it is preferable.
또한, 이러한 기재로서, 다른 피막이 형성된 피막을 구비한 기재를 사용할 수도 있다. 다른 피막으로서는, 예를 들어 종래 공지된 하드 코트막, 프라이머막, 고굴절률막 및 도전성막 등을 들 수 있다.Additionally, as such a substrate, a substrate provided with a coating film on which another coating film is formed can also be used. Examples of other films include conventionally known hard coat films, primer films, high refractive index films, and conductive films.
이하, 본 실시 형태의 실시예를 설명한다.Hereinafter, examples of this embodiment will be described.
[실시예 1][Example 1]
<입자의 분산액 준비><Preparation of particle dispersion>
실리카계 입자의 수분산액(닛키 쇼쿠바이 가세이(주)제 USBB-120, 평균 입자경 25㎚, 고형분 농도 20질량%, 고형분 중의 Al2O3 함유량 27질량%) 500g에, 순수 99500g을 더한 후, 농도 1질량%의 수산화나트륨 수용액을 첨가하여, pH를 11.0으로 조정했다. 그 후, 얻어진 용액을 98℃로 가온하여, SiO2로서의 농도가 1.5질량%의 규산 나트륨 수용액 18.7㎏과, Al2O3으로서의 농도가 0.5질량%의 알루민산나트륨 수용액 18.7㎏을, 용액에 첨가했다. 그 후, 원심 침강법에 의한 세정을 행함으로써, 복합 산화물 입자(a1)의 분산액을 얻었다. 이 복합 산화물 입자(a1)의 평균 입자경은 46㎚였다.After adding 99,500 g of pure water to 500 g of an aqueous dispersion of silica particles (USB-120 manufactured by Nikki Shokubai Kasei Co., Ltd., average particle diameter of 25 nm, solid content concentration of 20 mass%, Al 2 O 3 content in solid content of 27 mass%), An aqueous solution of sodium hydroxide with a concentration of 1% by mass was added, and the pH was adjusted to 11.0. Thereafter, the obtained solution was heated to 98°C, and 18.7 kg of an aqueous sodium silicate solution with a concentration of 1.5% by mass as SiO 2 and 18.7 kg of an aqueous solution of sodium aluminate with a concentration of 0.5% by mass as Al 2 O 3 were added to the solution. did. Afterwards, washing was performed by centrifugal sedimentation to obtain a dispersion of complex oxide particles (a1). The average particle diameter of this composite oxide particle (a1) was 46 nm.
이 복합 산화물 입자(a1)의 분산액을 98℃로 가온하여, SiO2로서의 농도가 1.5질량%의 규산 나트륨 수용액 63.1㎏과, Al2O3으로서의 농도가 0.5질량%의 알루민산 나트륨 수용액 21.0㎏을, 분산액에 첨가했다. 그 후, 한외 여과막을 사용해서 세정을 실시함으로써, 분산액의 고형분 농도를 13질량%로 조정했다. 그 후, 눈 크기 1㎛의 캡슐 필터로 분산액을 여과함으로써, 복합 산화물 입자(b1)의 분산액을 얻었다. 이 복합 산화물 입자(b1)의 평균 입자경은 61㎚였다.The dispersion of the composite oxide particles (a1) was heated to 98°C, and 63.1 kg of an aqueous sodium silicate solution with a SiO 2 concentration of 1.5 mass% and 21.0 kg of an aqueous sodium aluminate solution with an Al 2 O 3 concentration of 0.5 mass% were added to the mixture. , was added to the dispersion. Afterwards, the solid content concentration of the dispersion was adjusted to 13% by mass by washing using an ultrafiltration membrane. Thereafter, the dispersion was filtered through a capsule filter with an eye size of 1 μm, thereby obtaining a dispersion of composite oxide particles (b1). The average particle diameter of this composite oxide particle (b1) was 61 nm.
이 복합 산화물 입자(b1)의 분산액 5000g에, 순수 11250g을 더하고, 또한 농염산(농도 35.5질량%)을 적하하고, pH를 1.0으로 하였다. 이 분산액에, pH3의 염산수 용액 10L 및 순수 5L를 더하면서, 한외 여과막을 사용하여, 분산액에 용해하고 있는 알루미늄염을, 분리 및 세정했다. 이에 의해, 농도 10질량%의 실리카계 입자(c1)를 얻었다.To 5000 g of the dispersion of the composite oxide particles (b1), 11250 g of pure water was added, and concentrated hydrochloric acid (concentration 35.5% by mass) was added dropwise to adjust the pH to 1.0. To this dispersion, 10 L of a pH 3 hydrochloric acid aqueous solution and 5 L of pure water were added, and the aluminum salt dissolved in the dispersion was separated and washed using an ultrafiltration membrane. As a result, silica-based particles (c1) with a concentration of 10% by mass were obtained.
이어서, 실리카계 입자(c1)의 분산액 500g에 암모니아수를 첨가하여, 분산액의 pH를 10.6으로 조정하고, 분산액을 내압 용기로 옮겼다. 이어서, 분산액을, 200℃까지 가온해서 10시간 유지한 후, 상온으로 냉각했다. 그 후, 분산액에 대하여, 양이온 교환 수지(미츠비시 가가쿠(주)제 다이아 이온 SK1B) 800g을 사용하여, 3시간의 이온 교환을 실시하고, 이어서, 음이온 교환 수지(미츠비시 가가쿠(주)제 다이아 이온 SA20A) 400g을 사용하여, 3시간의 이온 교환을 실시했다. 그 후, 또한 양이온 교환 수지(미츠비시 가가쿠(주)제 다이아 이온 SK1B) 400g을 사용하여, 분산액에 대하여, 80℃에서 3시간의 이온 교환을 실시해서 세정을 행함으로써, 「규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자(원래 입자)」(P1)의 수분산액을 얻었다.Next, aqueous ammonia was added to 500 g of the dispersion of silica-based particles (c1), the pH of the dispersion was adjusted to 10.6, and the dispersion was transferred to a pressure-resistant container. Next, the dispersion was heated to 200°C and held for 10 hours, then cooled to room temperature. After that, the dispersion was subjected to ion exchange for 3 hours using 800 g of a cation exchange resin (Dia Ion SK1B manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), followed by an anion exchange resin (Diamond manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). Ion exchange was performed for 3 hours using 400 g of ion SA20A). Afterwards, using 400 g of cation exchange resin (Diaion SK1B manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), the dispersion was subjected to ion exchange at 80°C for 3 hours and washed, thereby forming an “outer shell containing silicon.” and particles having cavities inside them (original particles)” (P1) was obtained.
이 입자(P1)의 수분산액의 용매를, 한외 여과막을 사용해서 메탄올로 치환함으로써, 고형분 농도 20질량%의 입자(P1)의 메탄올 분산액을 조제했다.By replacing the solvent of the aqueous dispersion of the particles (P1) with methanol using an ultrafiltration membrane, a methanol dispersion of the particles (P1) with a solid content concentration of 20% by mass was prepared.
<유기 규소 화합물에 의한 입자의 표면 처리(제1 공정)><Surface treatment of particles with an organosilicon compound (first process)>
이 입자(P1)의 메탄올 분산액 200g에, 농도 28질량%의 암모니아수 0.4g과 순수 4.0g을 첨가하고, 이 분산액을, 실온에서 0.5시간 교반했다.To 200 g of the methanol dispersion of the particles (P1), 0.4 g of ammonia water with a concentration of 28% by mass and 4.0 g of pure water were added, and this dispersion was stirred at room temperature for 0.5 hours.
이어서, 이 분산액에, 유기 규소 화합물로서의 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(신에쯔 가가꾸 고교(주)제 KBM-503) 8g(입자(P1) 100질량부에 대하여, 고형분(Rn-SiX4-n)으로서 20질량부)을 첨가했다. 그 후, 이 분산액을 50℃에서 6시간 교반함으로써, 표면 처리 입자(S1)의 분산액을 얻었다.Next, 8 g of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane (KBM-503 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) as an organosilicon compound was added to this dispersion (solid content (R) relative to 100 parts by mass of particles (P1)) 20 parts by mass as n -SiX 4-n ) was added. Thereafter, this dispersion was stirred at 50°C for 6 hours to obtain a dispersion of surface-treated particles (S1).
<유기 규소 화합물의 제거(제2 공정)><Removal of organosilicon compounds (second process)>
이 입자(S1)의 분산액을 실온까지 냉각하고, 메탄올 1㎏(입자(S1)의 메탄올 분산액의 5배량에 상당)을 사용하여, 한외 여과막법에 의해, 이 분산액으로부터 「미반응의 유기 규소 화합물」을 제거했다. 이에 의해, 입자로서의 고형분 농도가 20질량%의, 본 실시 형태의 입자(R1)의 메탄올 분산액을 제조했다.This dispersion of particles (S1) was cooled to room temperature, and using 1 kg of methanol (corresponding to 5 times the amount of methanol dispersion of particles (S1)), an ultrafiltration membrane method was used to extract “unreacted organosilicon compounds.” 」 was removed. In this way, a methanol dispersion of the particles (R1) of this embodiment with a solid content concentration of 20% by mass was produced.
입자, 및 그 분산액에 대해서, 이하의 방법으로 측정을 실시했다.The particles and their dispersion were measured by the following method.
입자의 각 제조 공정에 있어서의 특징 및 입자 및 분산액의 성상을, 표 4 및 표 5에 나타낸다(이하의 실시예 및 비교예에 대해서도 마찬가지).The characteristics of each particle manufacturing process and the properties of the particles and dispersions are shown in Tables 4 and 5 (the same applies to the examples and comparative examples below).
(1) 입자 외각에 포함되는 관능기(1) Functional groups included in the outer shell of particles
입자 외각에 포함되는 관능기의 유무, 및 그 종류에 대해서는, 다음 방법에 의해 구하였다.The presence or absence of functional groups contained in the particle shell and their types were determined by the following method.
먼저, 분산액을 증발기에서 건조시킨 후, 150℃에서 건조시켰다. 얻어진 건조 분말체에 대하여, 푸리에 변환형 적외 분광 장치(FT-IR)(니혼 분코(주)제 FT/IR-6100)를 사용한 확산 반사법에 기초한 측정을 실시함으로써, 피크를 검출했다. 이때, 파수 영역을 700㎝-1 내지 4000㎝-1로 하고, 검출기로서 TGS를 사용하여, 분해능을 4.0㎝-1로 하고, 적산 횟수를 50회로서, 측정을 행하였다. 그 후, 검출된 피크에 기초하여, 유기 화합물의 스펙트럼 데이터베이스SDBS(https://sdbs.db.aist.go.jp(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 2021.01))를 참조하여, 관능기를 특정했다.First, the dispersion was dried in an evaporator and then at 150°C. The obtained dry powder was subjected to measurement based on a diffuse reflection method using a Fourier transform infrared spectroscopy device (FT-IR) (FT/IR-6100 manufactured by Nippon Bunko Co., Ltd.) to detect peaks. At this time, the wavenumber range was set to 700 cm -1 to 4000 cm -1 , the TGS was used as a detector, the resolution was set to 4.0 cm -1 , and the number of integrations was 50, and measurements were made. Then, based on the detected peak, the functional group was specified by referring to the organic compound spectrum database SDBS (https://sdbs.db.aist.go.jp (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 2021.01)). did.
(2) 탄소 함유량(2) Carbon content
분산액을, 소형 초원심기(히타치 고키(주)제 CS150GXL)를 사용하여, 온도 10℃ 및 회전수 1,370,000rpm(1,000,000G)의 조건 하에서, 30분간, 원심 처리했다. 얻어진 처리액의 침전물을, 회수하고, 120℃에서 24시간, 진공 건조함으로써, 입자 분말을 얻었다. 이 분말에 대해서, 탄소 황 분석 장치(LECO 재팬(동)제 CS844)를 사용하여, 입자의 탄소 함유량을 측정했다.The dispersion was centrifuged for 30 minutes using a small ultracentrifuge (CS150GXL manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.) under the conditions of a temperature of 10°C and a rotation speed of 1,370,000 rpm (1,000,000 G). The precipitate of the obtained treatment liquid was collected and dried under vacuum at 120°C for 24 hours to obtain particle powder. For this powder, the carbon content of the particles was measured using a carbon sulfur analyzer (CS844 manufactured by LECO Japan).
(3) 분산액으로부터 입자를 제외한 액 중의 유기 규소 화합물량(3) Amount of organosilicon compound in liquid excluding particles from dispersion liquid
분산액을, 소형 초원심기(히타치 고키(주)제 CS150GXL)을 사용하여, 전술과 마찬가지로 원심 처리했다. 얻어진 처리액의 상청액을 회수하고, 열추출 가스 크로마토그래프(애질런트·테크놀로지(주)제 Agilent5977BGC/MSD)를 사용하여, 입자를 제외한 상청액 중의 유기 규소 화합물량을 측정하고, 측정된 유기 규소 화합물량을, 입자 100질량부에 대한 값으로서 산출했다.The dispersion was centrifuged in the same manner as above using a small ultracentrifuge (CS150GXL manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.). The supernatant of the obtained treatment liquid was recovered, the amount of organosilicon compounds in the supernatant excluding particles was measured using a heat extraction gas chromatograph (Agilent5977BGC/MSD, manufactured by Agilent Technology Co., Ltd.), and the measured amount of organosilicon compounds was calculated as , calculated as a value for 100 parts by mass of particles.
(4) 입자의 1차 입자경의 평균(D)(4) Average of primary particle diameter of particles (D)
입자의 분산액을, 0.01질량%로 희석한 후, 전자 현미경용 구리 셀의 콜로디온막 상에서 건조시켰다. 이어서, 이것을, 전계 방출형 투과 전자 현미경((주)히타치 하이테크놀러지즈제 HF5000)으로, 소정의 배율로 사진 촬영했다. 얻어진 사진 투영도(TEM 사진) 중 임의의 300개의 입자에 대해서, 화상 처리에 의해 입자의 면적을 구하고, 그 면적으로부터 원상당 직경을 구했다. 그 원상당 직경의 평균값을, 입자의 1차 입자경의 평균(D)으로 하였다.The particle dispersion was diluted to 0.01% by mass and then dried on the collodion film of a copper cell for electron microscopy. Next, this was photographed at a predetermined magnification using a field emission type transmission electron microscope (HF5000 manufactured by Hitachi High Technologies Co., Ltd.). For any 300 particles in the obtained photographic projection (TEM photo), the area of the particles was determined through image processing, and the equivalent circle diameter was determined from the area. The average value of the equivalent circle diameter was taken as the average (D) of the primary particle diameters of the particles.
(5) 입자 형상 및 중실 입자의 개수 비율(5) Particle shape and number ratio of solid particles
전술한 입자의 1차 입자경의 평균(D)과 마찬가지로 하여, TEM 사진으로부터, 입자의 형상 및 입자 전체에 대한 중실 입자의 개수 비율을 구했다.In the same manner as the average (D) of the primary particle diameters of the particles described above, the shape of the particles and the number ratio of solid particles to all particles were obtained from the TEM photograph.
또한, 금회 제조된 입자의 형상은, 실시예 및 비교예의 양쪽에 있어서 구상이었다.In addition, the shape of the particles produced this time was spherical in both Examples and Comparative Examples.
(6) 굴절률(6) Refractive index
입자의 메탄올 분산액을 증발기에 채용하고, 분산매를 증발시켰다. 이어서, 이것을 120℃에서 24시간, 진공 건조함으로써, 입자 분말을 얻었다. 유리판 상에, 굴절률이 기지의 표준 굴절액을 2, 3방울 적하하고, 여기에 상기 분말을 혼합했다. 이 조작을 여러 표준 굴절액을 사용해서 행하여, 혼합액이 투명해졌을 때의 표준 굴절액의 굴절률을, 입자의 굴절률로 하였다.The methanol dispersion of the particles was placed in an evaporator, and the dispersion medium was evaporated. Next, this was vacuum dried at 120°C for 24 hours to obtain particle powder. On a glass plate, 2 or 3 drops of a standard refractive solution with a known refractive index were added dropwise, and the powder was mixed therewith. This operation was performed using various standard refractive solutions, and the refractive index of the standard refractive solution when the mixed solution became transparent was taken as the refractive index of the particles.
(7) 금속 원소, 알칼리 금속 및 알칼리토류 금속의 함유량(7) Content of metallic elements, alkali metals, and alkaline earth metals
입자 중의 금속 원소(Si, Al, Sn, Sb, Ti, Zr, Zn, Cu, Fe 및 In)의 함유량 및 불순분 원소로서의 Pd, Ag, Mn, Co, Mo, Ni, Cr, U, Th, 알칼리 금속 및 알칼리토류 금속의 함유량에 대해서는, 이하와 같이 측정했다. 즉, 입자를 불산으로 용해하고, 가열해서 불산을 제거한 후, 필요에 따라 순수를 더했다. 얻어진 용액에 대해서, ICP 유도 결합 플라스마 발광 분광 질량 분석 장치((주)시마즈 세이사쿠쇼제 ICPM-8500)를 사용하여 측정을 실시함으로써, 입자 중의 금속 원소 및 불순분 원소의 함유량을 측정했다. 또한, 상기 불순분 원소 이외의 금속 원소에 대해서는, 입자에 포함되는 탄소 이외의 금속 원소의 양의 합계가 산화물 기준으로 100질량부가 되도록, 산출했다.Content of metal elements (Si, Al, Sn, Sb, Ti, Zr, Zn, Cu, Fe and In) in the particles and impurity elements such as Pd, Ag, Mn, Co, Mo, Ni, Cr, U, Th, The content of alkali metal and alkaline earth metal was measured as follows. That is, the particles were dissolved in hydrofluoric acid, heated to remove the hydrofluoric acid, and then pure water was added as needed. The obtained solution was measured using an ICP inductively coupled plasma emission spectrometry mass spectrometer (ICPM-8500 manufactured by Shimadzu Corporation) to measure the content of metal elements and impurity elements in the particles. Additionally, regarding the metal elements other than the impurity elements mentioned above, the total amount of metal elements other than carbon contained in the particles was calculated to be 100 parts by mass based on oxide.
(8) 펄스 NMR에 의한 비표면적(A1)(8) Specific surface area (A1) by pulse NMR
펄스 NMR(Xigo nanotools제 AcornArea)을 사용하여, 분산액 및 분산매에 대해서, 각각의 완화 시간을 측정했다. 그리고, 전술한 식 (2) 및 식 (3)으로부터, 비표면적(A1)을 구했다. 또한, 측정 조건에 대해서는, 자장을 0.3T로 하고, 측정 주파수를 13㎒로 하고, 측정핵을 1H NMR로 하고, 측정 방법으로서 CPMG 펄스 시퀀스법을 사용했다. 그리고, 샘플량을 1ml로 하고, Ka값을 0.000129로 하고, 온도를 25℃로 하여 측정을 행하였다. 여기서, Ka값은 고형분 농도 20질량%, 25℃의 표면 처리 입자의 메탄올 분산액 및 메탄올 분산매에 대해서, 펄스 NMR 측정을 행하여, 전술한 식 (4) 내지 (6)에 의해 산출된 값을 사용했다.Using pulse NMR (AcornArea manufactured by Xigo nanotools), the relaxation time was measured for each dispersion liquid and dispersion medium. Then, the specific surface area (A1) was obtained from the above-mentioned equations (2) and (3). Regarding the measurement conditions, the magnetic field was set to 0.3 T, the measurement frequency was set to 13 MHz, the measurement nucleus was set to 1 H NMR, and the CPMG pulse sequence method was used as the measurement method. Then, the sample volume was set to 1 ml, the Ka value was set to 0.000129, and the temperature was set to 25°C for measurement. Here, the value of Ka was calculated by performing pulse NMR measurement on a methanol dispersion of surface-treated particles and a methanol dispersion medium at a solid content concentration of 20% by mass and 25°C, and the values calculated by the above-mentioned equations (4) to (6) were used. .
(9) 입자의 공극률과 밀도(9) Porosity and density of particles
전술한 입자의 1차 입자경의 평균(D)과 마찬가지로 하여, TEM 사진으로부터, 입자의 공동 부분의 면적을 구했다. 그 면적으로부터 원상당 직경을 산출하고, 그 원상당 직경의 평균값을, 공동부 직경의 평균으로 하였다. 입자 및 공동부의 형상을 진구라 가정하고, 1차 입자의 평균 체적 및 공동부의 평균 체적을 구했다. 또한, 1차 입자의 평균 체적에 대한 공동부의 평균 체적의 비율로서, 공극률을 산출했다. 또한, 얻어진 공극률과, 입자에 있어서의 구성 성분의 비율 및 그 밀도로부터, 입자의 밀도(Sd)를 구했다.In the same manner as the average (D) of the primary particle diameters of the particles described above, the area of the cavity portion of the particles was determined from the TEM photograph. The equivalent circle diameter was calculated from the area, and the average value of the equivalent circle diameter was taken as the average of the cavity diameters. Assuming that the shape of the particles and cavities was a sphere, the average volume of the primary particles and the average volume of the cavities were obtained. Additionally, porosity was calculated as the ratio of the average volume of voids to the average volume of primary particles. Additionally, the density (Sd) of the particles was determined from the obtained porosity, the ratio of constituent components in the particles, and their densities.
(10) 비표면적(A2)(10) Specific surface area (A2)
입자의 1차 입자경의 평균(D)을 사용하여, 하기 식 (4)에 의해, 비표면적(A2)을 구했다.Using the average (D) of the primary particle diameters of the particles, the specific surface area (A2) was determined by the following equation (4).
A2=6000/Sd/D … 식 (4)A2=6000/Sd/D … Equation (4)
(식 중, Sd는 입자의 밀도(g/㎤)를 나타낸다.)(In the formula, Sd represents the density of particles (g/cm3).)
(11) 관능기를 갖는 유기 규소 화합물의 고형분량(11) Solid content of organosilicon compounds having functional groups
분산액을, 소형 초원심기(히타치 고키(주)제 CS150GXL)를 사용하여, 온도 10℃ 및 회전수 1,370,000rpm(1,000,000G)의 조건 하에서, 30분간, 원심 처리했다. 얻어진 처리액의 침전물을, 회수하고, 120℃에서 24시간, 진공 건조함으로써, 입자 분말을 얻었다. 이 분말에 대해서, 열중량 시차 열분석 장치(히타치 하이테크 사이언스(주)제 TG/DTA EXSTAR6000 MSD)를 사용하여, 500℃ 가열 전후의 질량 감소량을 측정하고, 원래 입자량과의 차로부터, 유기 규소 화합물 유래의 규소 분량을 구했다. 이어서, 이 규소 분량을, 표면 처리에 사용된 유기 규소 화합물의 구조에 기초하여, 유기 규소 화합물 유래의 고형분(Rn-SiO(4-n)/2)량으로 환산했다. 이에 의해, 관능기를 갖는 유기 규소 화합물의 고형분량을 구했다.The dispersion was centrifuged for 30 minutes using a small ultracentrifuge (CS150GXL manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.) under the conditions of a temperature of 10°C and a rotation speed of 1,370,000 rpm (1,000,000 G). The precipitate of the obtained treatment liquid was collected and dried under vacuum at 120°C for 24 hours to obtain particle powder. For this powder, the amount of mass loss before and after heating to 500°C was measured using a thermogravimetric differential thermal analysis device (TG/DTA EXSTAR6000 MSD manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.), and from the difference from the original particle weight, organic silicon The amount of silicon derived from the compound was determined. Next, this amount of silicon was converted into the amount of solid content (R n -SiO (4-n)/2 ) derived from the organosilicon compound based on the structure of the organosilicon compound used for surface treatment. In this way, the solid content of the organosilicon compound having a functional group was determined.
<반사 방지막 형성용의 도포액 제조><Preparation of coating solution for forming anti-reflective film>
제조된 입자(R1)의 메탄올 분산액의 분산매를, 증발기에서 메틸이소부틸케톤(MIBK)으로 치환하고, 고형분 농도 20.5질량%의 입자(R1)의 MIBK 분산액을 조제했다.The dispersion medium of the prepared methanol dispersion of particles (R1) was replaced with methyl isobutyl ketone (MIBK) in an evaporator, and a MIBK dispersion of particles (R1) with a solid content concentration of 20.5% by mass was prepared.
이 입자(R1)의 MIBK 분산액 8.05g과, 다관능 아크릴레이트 수지(교에샤 가가꾸(주)제 라이트 아크릴레이트 DPE-6A) 1.07g과, 2관능 아크릴레이트 수지(도모에 고교(주)제 SR-238F) 0.12g과, 발수화재용 반응성 실리콘 오일(신에쯔 가가꾸 고교(주)제 KF-2012) 0.05g과, 실리콘 변성 폴리우레탄아크릴레이트(미쓰비시 케미컬(주)제 시코 UT-4314, 고형분 농도 30질량%) 0.37g과, 광중합 개시제(IGM RESINS B.V.제 Omnirad TPO H) 0.09g과, 이소프로필알코올 64.65g과, MIBK 9.60g과, 이소프로필글리콜 16.00g을 혼합함으로써, 고형분 농도 3.0질량%의 반사 방지막 형성용 도포액을 제조했다.8.05 g of MIBK dispersion of these particles (R1), 1.07 g of multifunctional acrylate resin (Light Acrylate DPE-6A, manufactured by Kyoesha Chemical Co., Ltd.), and bifunctional acrylate resin (Tomoe Kogyo Co., Ltd.) 0.12 g of reactive silicone oil for water repellent fires (KF-2012, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 0.05 g of silicone-modified polyurethane acrylate (Cico UT-, manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) 4314, solid content concentration 30 mass%) by mixing 0.37 g, 0.09 g photopolymerization initiator (Omnirad TPO H manufactured by IGM RESINS B.V.), 64.65 g isopropyl alcohol, 9.60 g MIBK, and 16.00 g isopropyl glycol. A 3.0% by mass coating liquid for forming an antireflection film was prepared.
<피막을 구비한 기재의 제조><Manufacture of substrate with coating>
하드 코트 도료(닛키 쇼쿠바이 가세이(주)제 ELCOM HP-1004)를, TAC 필름(후지 필름(주)제 FT-PB40UL-M, 두께 40㎛, 굴절률 1.51)에 바 코터법(#18)으로 도포하고, 80℃에서 120초간 건조시킨 후, 300mJ/㎠의 자외선을 조사해서 경화시켰다. 이에 의해, 하드 코트막 구비 기재를 제조했다. 하드 코트막의 막 두께는 8㎛였다. 이 하드 코트막은 모든 실시예 및 비교예에서 공통되게 사용했다.Hard coat paint (ELCOM HP-1004 manufactured by Nikki Shokubai Kasei Co., Ltd.) was applied to TAC film (FT-PB40UL-M manufactured by Fuji Film Co., Ltd., thickness 40㎛, refractive index 1.51) using the bar coater method (#18). It was applied, dried at 80°C for 120 seconds, and then cured by irradiating ultraviolet rays of 300mJ/cm2. In this way, a base material with a hard coat film was manufactured. The film thickness of the hard coat film was 8 μm. This hard coat film was commonly used in all examples and comparative examples.
이어서, 이 하드 코트막 상에, 반사 방지막 형성용 도포액을, 바 코터법(#4)으로 도포하고, 80℃에서 120초간 건조시킨 후, N2 분위기 하에서 600mJ/㎠의 자외선을 조사해서 경화시켰다. 이에 의해, 반사 방지용 투명 피막을 구비한 기재를 제조했다.Next, the coating liquid for forming an anti-reflection film was applied onto this hard coat film by the bar coater method (#4), dried at 80°C for 120 seconds, and then cured by irradiating ultraviolet rays of 600 mJ/cm2 in an N 2 atmosphere. I ordered it. In this way, a base material provided with a transparent anti-reflection film was manufactured.
피막을 구비한 기재에 있어서의 이하의 항목을 측정했다. 측정 결과를 표 6에 나타낸다(이하의 실시예 및 비교예에 대해서도 마찬가지).The following items on the substrate provided with the film were measured. The measurement results are shown in Table 6 (the same applies to the examples and comparative examples below).
(12) 하드 코트막의 막 두께(12) Film thickness of hard coat film
하드 코트막의 막 두께에 대해서는, 디지털 게이지((주)오노소키제 게이지 스탠드 ST-0230 및 디지털 게이지 카운터 DG-5100)에 의해, 피막의 임의의 5군데를 측정했다. 5개의 측정값의 평균값을, 하드 코트막의 막 두께로 하였다.The film thickness of the hard coat film was measured at five arbitrary locations on the film using a digital gauge (gauge stand ST-0230 and digital gauge counter DG-5100 manufactured by Onosoki Co., Ltd.). The average value of five measured values was taken as the film thickness of the hard coat film.
(13) 반사 방지용 투명 피막의 막 두께 및 반사율(13) Thickness and reflectivity of transparent anti-reflection film
피막의 막 두께 및 파장 550㎚의 반사율을, 엘립소미터(ULVAC사제 EMS-1)에 의해 측정했다. 측정된 반사율을, 이하와 같이 분류해서 평가했다.The film thickness of the film and reflectance at a wavelength of 550 nm were measured with an ellipsometer (EMS-1 manufactured by ULVAC). The measured reflectance was classified and evaluated as follows.
평가 기준:Evaluation standard:
0.7% 이하 : AA0.7% or less : AA
0.7% 초과 1.0% 이하 : AMore than 0.7% but less than 1.0% : A
1.0% 초과 1.5% 이하 : BMore than 1.0% but less than 1.5% : B
1.5% 초과 2.0% 이하 : CMore than 1.5% but less than 2.0% :C
2.0% 초과 : Dgreater than 2.0% :D
(14) 헤이즈 및 전체 광선 투과율(14) Haze and total light transmittance
피막을 구비한 기재의 헤이즈 및 전체 광선 투과율을, 헤이즈 미터(닛폰 덴쇼쿠 고교(주)제 NDH-5000)에 의해 측정했다.The haze and total light transmittance of the coated substrate were measured using a haze meter (NDH-5000 manufactured by Nippon Denshoku Kogyo Co., Ltd.).
(15) 내찰상성의 측정(15) Measurement of scratch resistance
#0000의 스틸 울을 사용하고, 하중을 변경하면서, 피막의 표면을 50회 접동했다. 각 하중에 있어서 피막의 표면을 눈으로 보아 관찰하여, 피막의 표면에 줄무늬상의 흠집이 확인되는 하중을 측정했다. 측정 결과를 이하와 같이 분류하여, 강도(내찰상성)를 평가했다.#0000 steel wool was used and the surface of the film was rolled 50 times while changing the load. At each load, the surface of the film was observed with the naked eye, and the load at which striped scratches were observed on the surface of the film was measured. The measurement results were classified as follows and the strength (scratch resistance) was evaluated.
평가 기준:Evaluation standard:
1200g/㎠ 이상 : AMore than 1200g/㎠ :A
800g/㎠ 이상 1200g/㎠ 미만 : BMore than 800g/㎠ Less than 1200g/㎠ : B
500g/㎠ 이상 800g/㎠ 미만 : CMore than 500g/㎠ Less than 800g/㎠ :C
500g/㎠ 미만 : DLess than 500g/㎠ :D
(16) 연필 경도(16) Pencil hardness
연필 경도를, JIS K 5400에 준하여, 연필 경도 시험기에 의해 측정했다. 즉, 피막 표면에 대하여 45도의 각도로 연필을 세트하고, 소정의 하중을 부하해서 일정 속도로 연필을 인장하고, 피막 표면에 있어서의 흠집의 유무를 관찰하고, 피막의 표면에 흠집이 확인되는 연필 경도를 측정했다. 측정 결과를 이하와 같이 분류하고, 경도를 평가했다.Pencil hardness was measured using a pencil hardness tester according to JIS K 5400. That is, the pencil is set at an angle of 45 degrees to the surface of the film, a predetermined load is applied to pull the pencil at a constant speed, the presence or absence of scratches on the surface of the film is observed, and scratches are confirmed on the surface of the film. Hardness was measured. The measurement results were classified as follows and hardness was evaluated.
평가 기준:Evaluation standard:
4H 이상 : A4H or more :A
3H : B3H : B
2H : C2H :C
H 이하 : DH and below :D
(17) 반사율, 강도 및 경도의 종합 평가(17) Comprehensive evaluation of reflectance, intensity and hardness
반사율, 내찰상성 및 연필 경도의 평가에 대하여, 이하와 같이 점수를 붙였다.For evaluation of reflectance, scratch resistance, and pencil hardness, scores were assigned as follows.
AA : 5점AA: 5 points
A : 4점A: 4 points
B : 3점B: 3 points
C : 2점C: 2 points
D : 1점D: 1 point
이들 점수를 사용하여, 이하의 식에서 합계점을 산출하고, 합계점을 3단계로 분류함으로써, 종합 판정을 행하였다.Using these scores, a total score was calculated using the formula below, and the total score was classified into three levels to make a comprehensive judgment.
합계점 산출식: (반사율의 점수)×(연필 경도의 점수)×(내찰상성의 점수)Total score calculation formula: (reflectance score) × (pencil hardness score) × (scratch resistance score)
종합 판정은, 하기 「A」 또는 「B」를 합격으로 하였다.In the comprehensive judgment, the following “A” or “B” was considered passing.
36 이상 : A36 and above :A
16 이상 36 미만 : B16 or more but less than 36 : B
16 미만 : Dless than 16 :D
(18) 밀착성(18) Adhesion
피막을 구비한 기재의 표면에, 나이프로, 종횡 1㎜의 간격으로 11개의 평행한 흠집을 내어, 100개의 칸을 만들었다. 이 표면에, 셀로판 테이프를 접착했다. 이어서, 셀로판 테이프를 박리하고, 피막이 박리하지 않고 잔존하고 있는 칸의 수를 셌다. 이것을 이하와 같이 분류하고, 밀착성을 평가했다.On the surface of the base material provided with the film, 11 parallel scratches were made with a knife at intervals of 1 mm in length and width to create 100 squares. A cellophane tape was attached to this surface. Next, the cellophane tape was peeled off, and the number of cells in which the film remained without peeling was counted. These were classified as follows and adhesion was evaluated.
평가 기준 :Evaluation standard :
잔존 칸의 수 100개 : BNumber of spaces remaining: 100 : B
잔존 칸의 수 99개 이하 : DNumber of spaces remaining: 99 or less: D
[실시예 2][Example 2]
실시예 1에 있어서, 제2 공정 후에, 다시 제1 공정과 제2 공정을 차례로 행하여, 본 실시 형태의 입자(R2)의 메탄올 분산액을 제조했다(제1 공정 및 제2 공정의 반복 횟수=2회).In Example 1, after the second step, the first step and the second step were performed sequentially again to prepare a methanol dispersion of the particles (R2) of this embodiment (number of repetitions of the first step and the second step = 2) episode).
이 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조했다.A base material provided with a coating liquid and a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this dispersion liquid was used.
[실시예 3][Example 3]
γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 0.8g(입자(P1) 100질량부에 대하여, 고형분(Rn-SiX4-n)으로서 2질량부)을 사용한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여, 본 실시 형태의 입자(R3)의 메탄올 분산액을 제조했다.The same procedure as in Example 2 was carried out except that 0.8 g of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane (2 parts by mass as solid content (R n -SiX 4-n ) relative to 100 parts by mass of particles (P1)) was used. A methanol dispersion of the particles of the embodiment (R3) was prepared.
이 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조했다.A base material provided with a coating liquid and a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this dispersion liquid was used.
[실시예 4][Example 4]
γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 20g(입자(P1) 100질량부에 대하여, 고형분(Rn-SiX4-n)으로서 50질량부)을 사용한 것 및 제1 공정과 제2 공정을, 차례로 5회 반복한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 본 실시 형태의 입자(R4)의 메탄올 분산액을 제조했다.20 g of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane (50 parts by mass as solid content (R n -Si A methanol dispersion of the particles (R4) of this embodiment was prepared in the same manner as in Example 1 except that it was repeated five times in order.
이 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조했다.A base material provided with a coating liquid and a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this dispersion liquid was used.
[실시예 5][Example 5]
제2 공정에서, 메탄올을 600g(입자(S1)의 메탄올 분산액의 3배량에 상당) 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 본 실시 형태의 입자(R5)의 메탄올 분산액을 제조했다.In the second step, a methanol dispersion of particles (R5) of this embodiment was prepared in the same manner as in Example 1, except that 600 g of methanol (corresponding to 3 times the amount of methanol dispersion of particles (S1)) was used.
이 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조했다.A base material provided with a coating liquid and a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this dispersion liquid was used.
[실시예 6][Example 6]
제2 공정에서, 메탄올을 400g(입자(S1)의 메탄올 분산액의 2배량에 상당) 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 본 실시 형태의 입자(R6)의 메탄올 분산액을 제조했다.In the second step, a methanol dispersion of particles (R6) of this embodiment was prepared in the same manner as in Example 1, except that 400 g of methanol (equivalent to twice the amount of methanol dispersion of particles (S1)) was used.
이 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조하고, 각 특성을 평가했다.In the same manner as in Example 1 except that this dispersion was used, a substrate with a coating liquid and a coating was prepared, and each characteristic was evaluated.
[실시예 7][Example 7]
실리카계 입자의 수분산액(닛키 쇼쿠바이 가세이(주)제 USBB-120, 평균 입자경 25㎚, 고형분 농도 20질량%, 고형분 중의 Al2O3 함유량 27질량%) 120g에, 순수 119880g을 더한 후, 농도 1질량%의 수산화나트륨 수용액을 첨가하여, pH를 11.0으로 조정했다. 그 후, 얻어진 용액을 98℃로 가온하여, SiO2로서의 농도가 1.5질량%의 규산 나트륨 수용액 22.4㎏과, Al2O3으로서의 농도가 0.5질량%의 알루민산나트륨 수용액 22.4㎏을, 용액에 첨가했다. 그 후, 원심 침강법으로 세정을 행함으로써, 복합 산화물 입자(a7)의 분산액을 얻었다. 이 복합 산화물 입자(a7)의 평균 입자경은 74㎚였다.After adding 119880 g of pure water to 120 g of an aqueous dispersion of silica particles (USB-120 manufactured by Nikki Shokubai Kasei Co., Ltd., average particle diameter 25 nm, solid content concentration 20 mass %, Al 2 O 3 content in solid content 27 mass %), An aqueous solution of sodium hydroxide with a concentration of 1% by mass was added, and the pH was adjusted to 11.0. Thereafter, the obtained solution was heated to 98°C, and 22.4 kg of an aqueous sodium silicate solution with a concentration of 1.5% by mass as SiO 2 and 22.4 kg of an aqueous solution of sodium aluminate with a concentration of 0.5% by mass as Al 2 O 3 were added to the solution. did. Afterwards, the dispersion of complex oxide particles (a7) was obtained by washing by centrifugal sedimentation. The average particle diameter of this composite oxide particle (a7) was 74 nm.
이 복합 산화물 입자(a7)의 분산액을 98℃로 가온하여, SiO2로서의 농도가 1.5질량%의 규산 나트륨 수용액 60.0㎏과, Al2O3으로서의 농도가 0.5질량%의 알루민산 나트륨 수용액 20.0㎏을, 분산액에 첨가했다. 그 후, 한외 여과막을 사용해서 세정을 실시함으로써, 분산액의 고형분 농도를 13질량%로 하였다. 그 후, 눈 크기 1㎛의 캡슐 필터로 분산액을 여과함으로써, 복합 산화물 입자(b7)의 분산액을 얻었다. 이 복합 산화물 입자(b7)의 평균 입자경은 98㎚였다.The dispersion of this composite oxide particle (a7) was heated to 98°C, and 60.0 kg of an aqueous sodium silicate solution with a SiO 2 concentration of 1.5 mass% and 20.0 kg of an aqueous sodium aluminate solution with an Al 2 O 3 concentration of 0.5 mass% were added. , was added to the dispersion. Afterwards, washing was performed using an ultrafiltration membrane, so that the solid content concentration of the dispersion was 13% by mass. Thereafter, the dispersion was filtered through a capsule filter with an eye size of 1 μm, thereby obtaining a dispersion of composite oxide particles (b7). The average particle diameter of this composite oxide particle (b7) was 98 nm.
복합 산화물 입자(b1)의 분산액 대신에 이 복합 산화물 입자(b7)의 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여, 본 실시 형태의 입자(R7)의 메탄올 분산액을 제조했다.A methanol dispersion of the particles (R7) of this embodiment was prepared in the same manner as in Example 2, except that the dispersion of the composite oxide particles (b7) was used instead of the dispersion of the composite oxide particles (b1).
입자(R7)의 메탄올 분산액에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 MIBK에 대한 용매 치환을 실시했다. 그 후, 이 입자(R7)의 MIBK 분산액 4.88g과, 다관능 아크릴레이트 수지(교에샤 가가꾸(주)제 라이트 아크릴레이트 DPE-6A) 1.23g과, 2관능 아크릴레이트 수지(도모에 고교(주)제 SR-238F) 0.14g과, 발수화재용 반응성 실리콘 오일(신에쯔 가가꾸 고교(주)제 KF-2012) 0.04g과, 실리콘 변성 폴리우레탄아크릴레이트(미쓰비시 케미컬(주)제 시코 UT-4314, 고형분 농도 30질량%) 0.31g과, 광중합 개시제(IGM RESINS B.V.제Omnirad TPO H) 0.09g과, 이소프로필알코올 65.19g과, MIBK 12.12g과, 이소프로필글리콜 16.00g을 혼합함으로써, 고형분 농도 2.5질량%의 도포액을 제조했다. 이 도포액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 피막을 구비한 기재를 제조했다.The methanol dispersion of particles (R7) was subjected to solvent substitution for MIBK in the same manner as in Example 1. After that, 4.88 g of MIBK dispersion of these particles (R7), 1.23 g of multifunctional acrylate resin (Light Acrylate DPE-6A manufactured by Kyoesha Chemical Co., Ltd.), and bifunctional acrylate resin (Tomoe Kogyo) 0.14 g of SR-238F, manufactured by Co., Ltd., 0.04 g of reactive silicone oil for water-repelling fires (KF-2012, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and 0.04 g of silicone-modified polyurethane acrylate (manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) By mixing 0.31 g of Cico UT-4314 (solid content concentration 30 mass%), 0.09 g of photopolymerization initiator (Omnirad TPO H manufactured by IGM RESINS B.V.), 65.19 g of isopropyl alcohol, 12.12 g of MIBK, and 16.00 g of isopropyl glycol. , a coating liquid with a solid content concentration of 2.5% by mass was prepared. A base material with a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this coating liquid was used.
[실시예 8][Example 8]
실리카계 입자의 수분산액(닛키 쇼쿠바이 가세이(주)제 USBB-120) 3000g에, 순수 117.0㎏을 더한 후, 농도 1질량%의 수산화나트륨 수용액을 첨가하고, pH를 11.0으로 조정했다. 그 후, 얻어진 용액을 98℃로 가온하여, SiO2로서의 농도가 1.5질량%의 규산 나트륨 수용액 11.6㎏과, Al2O3으로서의 농도가 0.5질량%의 알루민산 나트륨 수용액 11.6㎏을, 용액에 첨가했다. 그 후, 원심 침강법으로 세정을 행함으로써, 복합 산화물 입자(a8)의 분산액을 얻었다. 이 복합 산화물 입자(a8)의 평균 입자경은 27㎚였다.After adding 117.0 kg of pure water to 3000 g of an aqueous dispersion of silica particles (USB-120 manufactured by Nikki Shokubai Kasei Co., Ltd.), an aqueous sodium hydroxide solution with a concentration of 1% by mass was added, and the pH was adjusted to 11.0. Afterwards, the obtained solution was heated to 98°C, and 11.6 kg of an aqueous sodium silicate solution with a SiO 2 concentration of 1.5 mass% and 11.6 kg of an aqueous sodium aluminate solution with an Al 2 O 3 concentration of 0.5 mass% were added to the solution. did. Afterwards, the dispersion of complex oxide particles (a8) was obtained by washing by centrifugal sedimentation. The average particle diameter of this composite oxide particle (a8) was 27 nm.
이 복합 산화물 입자(a8)의 분산액을 98℃로 가온하여, SiO2로서의 농도가 1.5질량%의 규산 나트륨 수용액 48.9㎏과, Al2O3으로서의 농도가 0.5질량%의 알루민산 나트륨 수용액 16.3㎏을, 분산액에 첨가했다. 그 후, 한외 여과막을 사용해서 세정을 실시함으로써, 분산액의 고형분 농도를 13질량%로 하였다. 그 후, 눈 크기 1㎛의 캡슐 필터로 분산액을 여과함으로써, 복합 산화물 입자(b8)의 분산액을 얻었다. 이 복합 산화물 입자(b8)의 평균 입자경은 41㎚였다.The dispersion of this composite oxide particle (a8) was heated to 98°C, and 48.9 kg of an aqueous sodium silicate solution with a SiO 2 concentration of 1.5 mass% and 16.3 kg of an aqueous sodium aluminate solution with an Al 2 O 3 concentration of 0.5 mass% were added. , was added to the dispersion. Afterwards, washing was performed using an ultrafiltration membrane, so that the solid content concentration of the dispersion was 13% by mass. Thereafter, the dispersion was filtered through a capsule filter with an eye size of 1 μm, thereby obtaining a dispersion of composite oxide particles (b8). The average particle diameter of this composite oxide particle (b8) was 41 nm.
복합 산화물 입자(b1)의 분산액 대신에 이 복합 산화물 입자(b8)의 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여, 본 실시 형태의 입자(R8)의 메탄올 분산액을 제조했다.A methanol dispersion of the particles (R8) of this embodiment was prepared in the same manner as in Example 2, except that the dispersion of the composite oxide particles (b8) was used instead of the dispersion of the composite oxide particles (b1).
이어서, 이 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조했다.Next, a base material provided with a coating liquid and a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this dispersion liquid was used.
[실시예 9][Example 9]
실리카계 입자의 수분산액(닛키 쇼쿠바이 가세이(주)제 USBB-120) 750g에, 순수 29250g을 더한 후, 농도 1질량%의 수산화나트륨 수용액을 첨가하고, pH를 11.0으로 조정했다. 그 후, 얻어진 용액을 98℃로 가온하여, SiO2로서의 농도가 1.5질량%의 규산 나트륨 수용액 5.83㎏과, Al2O3으로서의 농도가 0.5질량%의 알루민산 나트륨 수용액 5.83㎏을, 용액에 첨가했다. 그 후, 원심 침강법으로 세정을 행함으로써, 복합 산화물 입자(a9)의 분산액을 얻었다. 이 복합 산화물 입자(a9)의 평균 입자경은 225㎚였다.After adding 29,250 g of pure water to 750 g of an aqueous dispersion of silica particles (USB-120, manufactured by Nikki Shokubai Kasei Co., Ltd.), an aqueous sodium hydroxide solution with a concentration of 1% by mass was added, and the pH was adjusted to 11.0. Thereafter, the obtained solution was heated to 98°C, and 5.83 kg of an aqueous sodium silicate solution with a SiO 2 concentration of 1.5 mass% and 5.83 kg of an aqueous sodium aluminate solution with an Al 2 O 3 concentration of 0.5 mass% were added to the solution. did. Afterwards, the dispersion of complex oxide particles (a9) was obtained by washing by centrifugal sedimentation. The average particle diameter of this composite oxide particle (a9) was 225 nm.
이 복합 산화물 입자(a9)의 분산액을 98℃로 가온하여, SiO2로서의 농도가 1.5질량%의 규산 나트륨 수용액 2.21㎏과, Al2O3으로서의 농도가 0.5질량%의 알루민산 나트륨 수용액 0.74㎏을, 분산액에 첨가했다. 그 후, 한외 여과막을 사용해서 세정을 실시함으로써, 고형분 농도를 13질량%로 하였다. 그 후, 눈 크기 1㎛의 캡슐 필터로 분산액을 여과함으로써, 복합 산화물 입자(b9)의 분산액을 얻었다. 이 복합 산화물 입자(b9)의 평균 입자경은 242㎚였다.The dispersion of this composite oxide particle (a9) was heated to 98°C, and 2.21 kg of an aqueous sodium silicate solution with a SiO 2 concentration of 1.5 mass% and 0.74 kg of an aqueous sodium aluminate solution with an Al 2 O 3 concentration of 0.5 mass% were added. , was added to the dispersion. After that, washing was performed using an ultrafiltration membrane to set the solid content concentration to 13% by mass. Thereafter, the dispersion was filtered through a capsule filter with an eye size of 1 μm, thereby obtaining a dispersion of composite oxide particles (b9). The average particle diameter of this composite oxide particle (b9) was 242 nm.
이 복합 산화물 입자(b9)의 분산액 500g에, 순수 1125g을 더하고, 또한 농염산(농도 35.5질량%)을 적하하고, pH를 1.0으로 하였다. 이 분산액에, pH3의 염산수 용액 10L 및 순수 5L을 더하면서, 한외 여과막을 사용하여, 분산액에 용해하고 있는 알루미늄염을, 분리 및 세정했다. 이에 의해, 농도 5질량%의 실리카계 입자(c9)를 얻었다.To 500 g of the dispersion of the composite oxide particles (b9), 1125 g of pure water was added, and concentrated hydrochloric acid (concentration 35.5% by mass) was added dropwise, and the pH was adjusted to 1.0. To this dispersion, 10 L of a pH 3 hydrochloric acid aqueous solution and 5 L of pure water were added, and the aluminum salt dissolved in the dispersion was separated and washed using an ultrafiltration membrane. As a result, silica-based particles (c9) with a concentration of 5% by mass were obtained.
이어서, 실리카계 입자(c9)의 분산액 500g에 암모니아수를 첨가하여, 분산액의 pH를 10.5로 조정하고, 분산액을 내압 용기로 옮겼다. 이어서, 분산액을, 200℃까지 가온해서 10시간 유지한 후, 상온으로 냉각했다. 그 후, 분산액에 대하여, 양이온 교환 수지(미츠비시 가가쿠(주)제 다이아 이온 SK1B) 400g을 사용하여, 3시간의 이온 교환을 실시하고, 이어서, 음이온 교환 수지(미츠비시 가가쿠(주)제 다이아 이온 SA20A) 200g을 사용하여, 3시간의 이온 교환을 실시했다. 그 후, 또한 양이온 교환 수지(미츠비시 가가쿠(주)제 다이아 이온 SK1B) 200g을 사용하여, 분산액에 대하여, 80℃에서 3시간의 이온 교환을 실시해서 세정을 행함으로써, 「규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자(원래 입자)」(P9)의 수분산액을 얻었다.Next, aqueous ammonia was added to 500 g of the dispersion of silica-based particles (c9), the pH of the dispersion was adjusted to 10.5, and the dispersion was transferred to a pressure-resistant container. Next, the dispersion was heated to 200°C and held for 10 hours, then cooled to room temperature. Thereafter, the dispersion was subjected to ion exchange for 3 hours using 400 g of a cation exchange resin (Dia Ion SK1B manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), followed by an anion exchange resin (Diamond manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). Ion exchange was performed for 3 hours using 200 g of ion SA20A). Afterwards, using 200 g of cation exchange resin (Diaion SK1B manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), the dispersion was subjected to ion exchange at 80°C for 3 hours and washed to form an “outer shell containing silicon.” and particles having cavities inside them (original particles)” (P9) was obtained.
입자(P1)의 분산액 대신에 이 입자(P9)을 사용한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여, 본 실시 형태의 입자(R9)의 메탄올 분산액을 제조했다. 이 분산액의 고형분 농도는 20질량%였다.A methanol dispersion of particles (R9) of this embodiment was prepared in the same manner as in Example 2, except that this particle (P9) was used instead of the dispersion of particles (P1). The solid content concentration of this dispersion was 20% by mass.
입자(R9)의 메탄올 분산액에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 MIBK로의 용매 치환을 실시했다. 그 후, 이 입자(R9)의 MIBK 분산액 3.22g과, 다관능 아크릴레이트 수지(교에샤 가가꾸(주)제 라이트 아크릴레이트 DPE-6A) 1.09g과, 2관능 아크릴레이트 수지(도모에 고교(주)제 SR-238F) 0.12g과, 발수화재용 반응성 실리콘 오일(신에쯔 가가꾸 고교(주)제 KF-2012) 0.03g과, 실리콘 변성 폴리우레탄아크릴레이트(미쓰비시 케미컬(주)제 시코 UT-4314, 고형분 농도 30질량%) 0.27g과, 광중합 개시제(IGM RESINS B.V.제 Omnirad TPO H) 0.09g과, 이소프로필알코올 65.74g과, MIBK 13.44g과, 이소프로필글리콜 16.00g을 혼합함으로써, 고형분 농도 2.0질량%의 도포액을 제조했다. 이 도포액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 피막을 구비한 기재를 제조하고, 각 특성을 평가했다.The methanol dispersion of particles (R9) was subjected to solvent substitution with MIBK in the same manner as in Example 1. Thereafter, 3.22 g of the MIBK dispersion of these particles (R9), 1.09 g of a multifunctional acrylate resin (Light Acrylate DPE-6A manufactured by Kyoesha Chemical Co., Ltd.), and a bifunctional acrylate resin (Tomoe Kogyo Co., Ltd. 0.12 g of SR-238F, manufactured by Co., Ltd., 0.03 g of reactive silicone oil for water-repelling fires (KF-2012, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and 0.03 g of silicone-modified polyurethane acrylate (manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) By mixing 0.27 g of Cico UT-4314 (solid content concentration 30% by mass), 0.09 g of photopolymerization initiator (Omnirad TPO H manufactured by IGM RESINS B.V.), 65.74 g of isopropyl alcohol, 13.44 g of MIBK, and 16.00 g of isopropyl glycol. , a coating liquid with a solid content concentration of 2.0% by mass was prepared. A base material with a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this coating liquid was used, and each characteristic was evaluated.
[실시예 10][Example 10]
실리카계 입자의 수분산액(닛키 쇼쿠바이 가세이(주)제 카탈로이드 SI-550, 평균 입자경 5㎚, SiO2 농도 20질량%) 15.0㎏에, 순수 85.0㎏을 더한 후, 농도 1질량%의 수산화나트륨 수용액을 첨가하여, pH를 10.0으로 조정했다. 그 후, 얻어진 용액을 80℃로 가온하여, SiO2로서 농도가 1.5질량%의 규산 나트륨 수용액 6845g과, Al2O3으로서의 농도가 0.5질량%의 알루민산 나트륨 수용액 6845g를, 용액에 첨가했다. 그 후, 원심 침강법으로 세정을 행함으로써, 복합 산화물 입자(a10)의 분산액을 얻었다. 이 복합 산화물 입자(a10)의 평균 입자경은 19㎚였다.To 15.0 kg of an aqueous dispersion of silica particles (Cataloid SI-550 manufactured by Nikki Shokubai Kasei Co., Ltd., average particle diameter 5 nm, SiO 2 concentration 20 mass %), 85.0 kg of pure water was added, followed by hydroxide with a concentration of 1 mass %. Sodium aqueous solution was added to adjust the pH to 10.0. Thereafter, the obtained solution was heated to 80°C, and 6845 g of an aqueous sodium silicate solution with a concentration of 1.5% by mass as SiO 2 and 6845 g of an aqueous sodium aluminate solution with a concentration of 0.5% by mass as Al 2 O 3 were added to the solution. Afterwards, the dispersion of complex oxide particles (a10) was obtained by washing by centrifugal sedimentation. The average particle diameter of this composite oxide particle (a10) was 19 nm.
이 복합 산화물 입자(a10)의 분산액을 85℃로 가온하여, SiO2로서의 농도가 1.5질량%의 규산 나트륨 수용액 70.5㎏과, Al2O3으로서의 농도가 0.5질량%의 알루민산 나트륨 수용액 23.5㎏을, 분산액에 첨가했다. 그 후, 한외 여과막을 사용해서 세정을 실시함으로써, 분산액의 고형분 농도를 13질량%로 조정했다. 그 후, 눈 크기 1㎛의 캡슐 필터로 분산액을 여과함으로써, 복합 산화물 입자(b10)의 분산액을 얻었다. 이 복합 산화물 입자(b10)의 평균 입자경은 29㎚였다.The dispersion of this composite oxide particle (a10) was heated to 85°C, and 70.5 kg of an aqueous sodium silicate solution with a SiO 2 concentration of 1.5 mass% and 23.5 kg of an aqueous sodium aluminate solution with an Al 2 O 3 concentration of 0.5 mass% were added to the mixture. , was added to the dispersion. Afterwards, the solid content concentration of the dispersion was adjusted to 13% by mass by washing using an ultrafiltration membrane. Thereafter, the dispersion was filtered through a capsule filter with an eye size of 1 μm, thereby obtaining a dispersion of composite oxide particles (b10). The average particle diameter of this composite oxide particle (b10) was 29 nm.
이 복합 산화물 입자(b10)의 분산액 5000g에, 순수 11250g을 더하고, 또한 농염산(농도 35.5질량%)을 적하하고, pH를 1.0으로 하였다. 이 분산액에, pH3의 염산수 용액 10L 및 순수 5L을 더하면서, 한외 여과막을 사용하여, 분산액에 용해하고 있는 알루미늄염을, 분리 및 세정했다. 이에 의해, 농도 10질량%의 실리카계 입자(c10)를 얻었다.To 5000 g of the dispersion of the composite oxide particles (b10), 11250 g of pure water was added, and concentrated hydrochloric acid (concentration 35.5% by mass) was added dropwise to adjust the pH to 1.0. To this dispersion, 10 L of a pH 3 hydrochloric acid aqueous solution and 5 L of pure water were added, and the aluminum salt dissolved in the dispersion was separated and washed using an ultrafiltration membrane. As a result, silica-based particles (c10) with a concentration of 10% by mass were obtained.
이어서, 실리카계 입자(c5)의 분산액 500g에, 암모니아수를 첨가하여, 분산액의 pH를 10.5로 조정하고, 분산액을 내압 용기로 옮겼다. 이어서, 분산액을, 100℃까지 가온해서 10시간 유지한 후, 상온으로 냉각했다. 그 후, 분산액에 대하여, 양이온 교환 수지(미츠비시 가가쿠(주)제 다이아 이온 SK1B) 800g을 사용하여, 3시간의 이온 교환을 실시하고, 이어서, 음이온 교환 수지(미츠비시 가가쿠(주)제 다이아 이온 SA20A) 400g을 사용하여, 3시간의 이온 교환을 실시했다. 그 후, 또한 양이온 교환 수지(미츠비시 가가쿠(주)제 다이아 이온 SK1B) 400g을 사용하여, 분산액에 대하여, 80℃에서 3시간의 이온 교환을 실시해서 세정을 행함으로써, 「규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자(원래 입자)」(P10)의 수분산액을 얻었다.Next, aqueous ammonia was added to 500 g of the dispersion of silica-based particles (c5), the pH of the dispersion was adjusted to 10.5, and the dispersion was transferred to a pressure-resistant container. Next, the dispersion was heated to 100°C and held for 10 hours, then cooled to room temperature. Thereafter, the dispersion was subjected to ion exchange for 3 hours using 800 g of a cation exchange resin (Dia Ion SK1B manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), followed by an anion exchange resin (Diamond manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). Ion exchange was performed for 3 hours using 400 g of ion SA20A). Afterwards, using 400 g of cation exchange resin (Diaion SK1B manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), the dispersion was subjected to ion exchange at 80°C for 3 hours and washed, thereby forming an “outer shell containing silicon.” and particles having cavities inside them (original particles)” (P10) was obtained.
이 입자(P10)의 수분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조했다.A base material with a coating liquid and a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1, except that an aqueous dispersion of the particles (P10) was used.
[실시예 11][Example 11]
복합 산화물 입자(b1)의 분산액 5000g에, 순수 11250g을 더하고, 또한 농염산(농도 35.5질량%)을 적하하고, pH를 3.0으로 하였다. 이 분산액에, pH3의 염산수 용액 5L 및 순수 5L을 더하면서, 한외 여과막을 사용하여, 분산액에 용해하고 있는 알루미늄염을, 분리 및 세정했다. 이에 의해, 농도 10질량%의 입자(c11)를 얻었다. 이 입자(c11)를 사용한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여, 본 실시 형태의 입자(R11)의 메탄올 분산액을 제조했다.To 5000 g of the dispersion of complex oxide particles (b1), 11250 g of pure water was added, and concentrated hydrochloric acid (concentration 35.5% by mass) was added dropwise, and the pH was adjusted to 3.0. To this dispersion, 5 L of a pH 3 hydrochloric acid aqueous solution and 5 L of pure water were added, and the aluminum salt dissolved in the dispersion was separated and washed using an ultrafiltration membrane. As a result, particles (c11) with a concentration of 10% by mass were obtained. A methanol dispersion of the particles (R11) of this embodiment was prepared in the same manner as in Example 2 except that this particle (c11) was used.
이 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조했다.A base material provided with a coating liquid and a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this dispersion liquid was used.
[실시예 12][Example 12]
제1 공정에 있어서, 유기 규소 화합물로서, γ-메타크릴옥시옥틸트리메톡시실란(신에쯔 가가꾸 고교(주)제 KBM-5803)을 사용한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여, 본 실시 형태의 입자(R12)의 메탄올 분산액을 제조했다.In the first step, as the organosilicon compound, γ-methacryloxyoctyltrimethoxysilane (KBM-5803 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was used in the same manner as in Example 2, in this embodiment. A methanol dispersion of particles (R12) was prepared.
이 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조했다.A base material provided with a coating liquid and a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this dispersion liquid was used.
[비교예 1][Comparative Example 1]
제1 공정에 있어서, 유기 규소 화합물로서, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 0.2g(입자(P1) 100질량부에 대하여, 고형분(Rn-SiX4-n)으로서 0.5질량부)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 표면 처리 입자(RR1)의 메탄올 분산액을 제조했다. 또한, 이 표면 처리 입자(RR1)는, 공정적으로는, 실시예 1에서 얻어진 본 실시 형태의 입자(R1)에 상당한다(이하의 비교예 입자(RR넘버)에 대해서도 마찬가지).In the first step, as an organosilicon compound, 0.2 g of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane (0.5 parts by mass as solid content (R n -SiX 4-n ) with respect to 100 parts by mass of particles (P1)) A methanol dispersion of surface-treated particles (RR1) was prepared in the same manner as in Example 1 except for what was used. In addition, in terms of process, these surface-treated particles (RR1) correspond to the particles (R1) of this embodiment obtained in Example 1 (the same applies to the comparative example particles (RR numbers) below).
이 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조했다.A base material provided with a coating liquid and a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this dispersion liquid was used.
[비교예 2][Comparative Example 2]
제2 공정을 실시하지 않고, 분자 체(간또 가가꾸(주)제 3A 1/16)를 사용하여, 제1 공정에서 얻어진 표면 처리 입자(S1)의 분산액으로부터, 수분 및 암모니아를 제거하여, 고형분 농도를 20질량%로 조정했다. 이것 이외에는 실시예 1 마찬가지로 하여, 표면 처리 입자(RR2)의 메탄올 분산액을 제조했다.Without performing the second step, moisture and ammonia were removed from the dispersion of the surface-treated particles (S1) obtained in the first step using a molecular sieve (3A 1/16 manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), and the solid content was reduced. The concentration was adjusted to 20% by mass. Except this, a methanol dispersion of surface-treated particles (RR2) was prepared in the same manner as in Example 1.
이 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조했다.A base material provided with a coating liquid and a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this dispersion liquid was used.
[비교예 3][Comparative Example 3]
제2 공정에서, 메탄올을 200g(입자(S1)의 메탄올 분산액의 1배량에 상당) 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 표면 처리 입자(RR3)의 메탄올 분산액을 제조했다.In the second step, a methanol dispersion of surface-treated particles (RR3) was prepared in the same manner as in Example 1, except that 200 g of methanol (equivalent to 1 time the methanol dispersion of particles (S1)) was used.
이 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조했다.A base material provided with a coating liquid and a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this dispersion liquid was used.
[비교예 4][Comparative Example 4]
제1 공정과 제2 공정을, 차례로 5회 반복한 것 이외에는 실시예 10과 마찬가지로 하여, 표면 처리 입자(RR4)의 메탄올 분산액을 제조했다.A methanol dispersion of surface-treated particles (RR4) was prepared in the same manner as in Example 10, except that the first and second steps were sequentially repeated five times.
이 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조했다.A base material provided with a coating liquid and a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this dispersion liquid was used.
[비교예 5][Comparative Example 5]
실리카원으로서 테트라에톡시실란(TEOS)을 사용하고, 공지된 방법(예를 들어, 일본특허공개 제2008-247664호 공보나 특허문헌 3에 기재된 방법)을 참고로, 폴리스티렌 입자를 코어로 한 코어 셸 입자를 제작한, 그 후, 로터리 증발기에서 용매를 제거하고, 이어서 500℃에서의 2시간의 소성을 실시함으로써, 폴리스티렌을 제거했다. 그 후, 입자를 메탄올에 분산시키고, 「규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자(원래 입자)」(RP5)의 메탄올 분산액을 제작했다. 이 입자(RP5)을 사용하는 것, 및 제1 공정 및 제2 공정을 실시하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 입자(RR5)의 메탄올 분산액을 제조했다. 이 분산액의 고형분 농도는 20질량%였다.Using tetraethoxysilane (TEOS) as a silica source and referring to a known method (for example, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-247664 or Patent Document 3), a core containing polystyrene particles was prepared. After producing the shell particles, the solvent was removed in a rotary evaporator, and then the polystyrene was removed by baking at 500°C for 2 hours. After that, the particles were dispersed in methanol, and a methanol dispersion of "particles having an outer shell containing silicon and a cavity inside the particle (original particle)" (RP5) was produced. A methanol dispersion of particles (RR5) was prepared in the same manner as in Example 1, except that this particle (RP5) was used and the first and second steps were not performed. The solid content concentration of this dispersion was 20% by mass.
이 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조했다.A base material provided with a coating liquid and a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this dispersion liquid was used.
[비교예 6][Comparative Example 6]
실시예 1에 있어서, 실리카계 입자(c1)의 분산액 500g에 수산화나트륨 수용액을 첨가하고, 분산액의 pH를 10.6으로 조정하고, 분산액을 내압 용기로 옮겼다. 이어서, 분산액을, 200℃까지 가온해서 10시간 유지한 후, 상온으로 냉각했다. 그 후, 분산액에 대하여, 양이온 교환 수지(미츠비시 가가쿠(주)제 다이아 이온 SK1B) 40g을 사용해서 3시간의 이온 교환을 실시하고, 이어서, 음이온 교환 수지(미츠비시 가가쿠(주)제 다이아 이온 SA20A) 20g을 사용해서 3시간의 이온 교환을 실시했다. 그 후, 분산액에 대하여, 또한 양이온 교환 수지(미츠비시 가가쿠(주)제 다이아 이온 SK1B) 20g을 사용하고, 80℃에서 3시간의 이온 교환을 실시해서 세정을 행함으로써, 「규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자(원래 입자)」(RP6)의 수분산액을 얻었다. 이 입자(RP6)의 수분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 표면 처리 입자(RR6)의 메탄올 분산액을 제조했다. 이 분산액의 고형분 농도는 20질량%였다.In Example 1, an aqueous sodium hydroxide solution was added to 500 g of the dispersion of silica-based particles (c1), the pH of the dispersion was adjusted to 10.6, and the dispersion was transferred to a pressure vessel. Next, the dispersion was heated to 200°C and held for 10 hours, then cooled to room temperature. Thereafter, the dispersion was subjected to ion exchange for 3 hours using 40 g of a cation exchange resin (Dia Ion SK1B manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), followed by an anion exchange resin (Dia Ion manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). Ion exchange was performed for 3 hours using 20 g of SA20A). Afterwards, the dispersion was further washed using 20 g of cation exchange resin (Diaion SK1B manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and subjected to ion exchange at 80°C for 3 hours to form an “outer shell containing silicon.” and particles having cavities inside them (original particles)” (RP6) was obtained. A methanol dispersion of surface-treated particles (RR6) was prepared in the same manner as in Example 1, except that an aqueous dispersion of the particles (RP6) was used. The solid content concentration of this dispersion was 20% by mass.
이 분산액을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도포액 및 피막을 구비한 기재를 제조했다.A base material provided with a coating liquid and a coating film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this dispersion liquid was used.
Claims (9)
상기 입자의 화상 해석에 의해 얻어지는 1차 입자경의 평균(D)이 20 내지 250㎚이고,
상기 입자의 탄소 함유량이 0.5 내지 10질량%이고,
상기 분산액으로부터 상기 입자를 제외한 액 중의 유기 규소 화합물의 양이, 상기 입자 100질량부에 대하여, 고형분으로서 0.50질량부 이하인,
분산액.It is a dispersion of particles having an outer shell containing functional groups and silicon and a cavity inside the shell,
The average primary particle diameter (D) obtained by image analysis of the particles is 20 to 250 nm,
The carbon content of the particles is 0.5 to 10% by mass,
The amount of the organosilicon compound in the liquid excluding the particles from the dispersion is 0.50 parts by mass or less as a solid content with respect to 100 parts by mass of the particles,
dispersion.
Si와, Al, Sn, Sb, Ti, Zr, Zn, Cu, Fe 및 In에서 선택되는 원소 중 적어도 1종을 포함하는 산화물
의 적어도 한쪽을 포함하는, 분산액.The method of claim 1, wherein the particles are SiO 2 , or,
An oxide containing at least one element selected from Si and Al, Sn, Sb, Ti, Zr, Zn, Cu, Fe and In.
A dispersion containing at least one side of.
상기 제1 공정에서 얻어진 표면 처리 후의 입자의 분산액으로부터, 미반응의 유기 규소 화합물을 제거하는 제2 공정을 차례로 구비하고 있고,
상기 입자의 화상 해석에 의해 얻어지는 1차 입자경의 평균(D)이 20 내지 250㎚이고,
상기 입자의 탄소 함유량이 0.5 내지 10질량%이고,
상기 분산액으로부터 상기 입자를 제외한 액 중의 상기 미반응의 유기 규소 화합물의 양이, 상기 입자 100질량부에 대하여, 고형분으로서 0.50질량부 이하인,
관능기 및 규소를 포함하는 외각과, 그 내측의 공동을 갖는 입자의 분산액의 제조 방법.
Rn-SiX4-n (1)
(식 중, R은 탄소수 1 내지 10의 비치환 또는 치환 탄화수소기이고, X는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 수산기, 할로겐 원자, 혹은 수소 원자이고, n은 0 내지 4의 어느 정수를 나타낸다.)A first step of surface-treating the particles by adding an organic silicon compound represented by the following formula (1) to a dispersion liquid containing particles having an outer shell containing silicon and a cavity inside the particle,
A second step is sequentially provided to remove unreacted organosilicon compounds from the dispersion of particles after surface treatment obtained in the first step,
The average primary particle diameter (D) obtained by image analysis of the particles is 20 to 250 nm,
The carbon content of the particles is 0.5 to 10% by mass,
The amount of the unreacted organosilicon compound in the liquid excluding the particles from the dispersion is 0.50 parts by mass or less as a solid content with respect to 100 parts by mass of the particles,
A method for producing a dispersion of particles having an outer shell containing a functional group and silicon and an inner cavity.
R n -SiX 4-n (1)
(Wherein, R is an unsubstituted or substituted hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, )
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