[发明专利]表面被覆粒子及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及表面被覆粒子及其用途。

背景技术

二氧化钛粒子一直以来就用作白色颜料。近年来，作为防紫外线剂、光催化剂、红外线散射剂、功能性填料、高折射率材料、高耐热材料、气体阻隔性材料、绝缘性材料等，用于涂料、化妆品、各种成型体(化学纤维、膜、光学材料等)。

为了用于这样的用途，将二氧化钛粒子与各种分散介质混合使其浆料化，涂覆或混入树脂等而加工成膜、成型体。此时，为了高效地呈现各目的的功能，要求二氧化钛以均匀的状态分散在分散介质、树脂等中。

但是，由于二氧化钛为绝缘性，混入树脂时，因带电而容易形成凝聚体(粉体的流动性不足)，因此难以均匀混入树脂内(难分散)。另外，使二氧化钛浆料化时，难以分散于水等极性分散介质，容易形成硬结块，难以均匀涂覆。

因此，通过在二氧化钛粒子表面被覆金属氧化物极性基团，使粒子表面变成亲水性，来提高粉体的流动性、在极性分散介质中的分散性。

另外，在用作颜料时，表面被覆还出于在保持白色性的同时抑制光催化剂功能提高耐气候性的目的而进行。

此外，还用于对树脂等有机高分子赋予耐热性、光学特性、绝缘性等。

无论出于何种目的，通过以均匀的状态在粒子整体实施表面被覆，提高其效果。

此外，为了进行一定状态的涂覆、混入，还需要反结块性(结块性：经过长时间的保管，浆料中的粉体沉降，变成凝聚体，成为不可再分散性的状态)、再分散性良好。

为了改善上述问题，例如专利文献1中，提出了含有作为分散介质的水、超微粒二氧化钛和缩合磷酸盐的高浓度二氧化钛水性分散体。另外，例如专利文献2～5中，还提出了为了赋予光学特性、耐久性、耐光性、耐气候性等而实施多种金属氧化物、磷酸处理的技术。

另外，研究了如下的方式。

二氧化钛的一次粒径越大，比表面积越小，在水等极性分散介质中的分散性越低，越容易沉降，越容易形成硬结块。特别是如果一次粒径超过20～40nm，则难以分散，容易沉降。

从这样的理由出发，二氧化钛本来的白色性、防紫外线功能、光催化剂功能等优异的功能有时不能充分发挥。特别是用作白色颜料、防紫外线剂、红外线散射剂时，利用二氧化钛粒子的一次粒径控制其特性。一般而言，70nm以上的一次粒径的二氧化钛用于这些目的。

因此，通过在二氧化钛粒子表面被覆金属氧化物极性基团，使粒子表面变成亲水性，来提高粉体的流动性、在极性分散介质中的分散性。

另外，用作颜料时，表面被覆还出于在保持白色性的同时抑制光催化剂功能来提高耐气候性的目的而进行。

如果该表面处理不充分，则粒子间没被处理的部分彼此发生凝聚，表面处理产生的分散性改善的效果不能充分发挥，发生高粘度化、沉降，成为硬结块化的原因。

为了改善上述问题，例如专利文献1中，提出了含有作为分散介质的水、超微粒二氧化钛和铝的水合氧化物的高浓度二氧化钛水性分散体。另外，例如专利文献2～3中，还提出了为了赋予光学特性等而实施多种金属氧化物的技术。并且，例如专利文献6中，提出了通过用特定的化合物被覆氧化钛，从而在维持氧化钛在(甲基)丙烯酸单体中的分散性的同时利用与树脂混合时的(甲基)丙烯酸单体和氧化钛的相互反应而减少黄变的技术。

此外，研究了如下的用途。

以往，二氧化钛利用水等分散介质而浆料化，用作白色颜料、白色油墨。

另外，作为在透明膜等基材上形成文字、图画、图案等的方法，近年来，喷墨印刷备受注目。喷墨印刷是使油墨的小滴飞翔并附着在纸等记录介质上进行印刷的印刷方法。在这样的基材上印刷时，为了使印刷物的发色良好，需要遮蔽基底。为了遮蔽基底，通常使用遮蔽性高的白色油墨，作为该颜料，常用无机颜料，尤其是二氧化钛。

然而，由于二氧化钛等颜料的比重高，所以存在如下问题：在水等分散介质中难以分散，发生沉降而结块化无法再分散，或者由于粒子表面间的反应而凝胶化、高粘度化，无法用作油墨，成为白色不均的原因等。

另外，用于要求低粘度的喷墨用油墨时，抑制颜料沉降(提高颜料的水分散性)成为课题。如果颜料沉降，则存在从喷墨喷嘴喷出时发生堵塞、或者油墨的储藏稳定性变差等问题。

如果为了抑制颜料沉降而减小二氧化钛的粒径，则沉降能够减少，但存在白色的发色性、遮蔽性也下降的问题。

专利文献7中，公开了通过在二氧化钛粒子表面被覆多孔二氧化硅，得到分散性优异的白色颜料。然而，如果用折射率小的二氧化硅被覆，则有白色度下降的问题。另外，已知二氧化硅在碱性条件下容易溶解，具有无法宽泛选择油墨调整条件的问题。