JPH03218928A - Zirconia organosol and production thereof - Google Patents

Zirconia organosol and production thereof

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JPH03218928A
JPH03218928A JP1366590A JP1366590A JPH03218928A JP H03218928 A JPH03218928 A JP H03218928A JP 1366590 A JP1366590 A JP 1366590A JP 1366590 A JP1366590 A JP 1366590A JP H03218928 A JPH03218928 A JP H03218928A
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JP
Japan
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zirconia
sol
zirconia sol
organic solvent
coating
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Application number
JP1366590A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigemi Osaka
大坂 重美
Kazuo Hata
和男 秦
Tsukasa Takahashi
典 高橋
Teruyuki Moto
本 輝之
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Nippon Shokubai Co Ltd
Original Assignee
Nippon Shokubai Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a coating agent for rendering functions such as heat resistance, heat reflecting property, heat insulating property, UV absorbency and hardness to a substrate or improving such functions of a substrate by adding an org. solvent to a zirconia hydrosol and substituting the solvent for the water in the hydrosol by distillation under heating. CONSTITUTION:An org. solvent is added to a zirconia hydrosol produced from an aq. zirconium salt soln. and urea or a zirconia hydrosol obtd. by hydrolyzing a reaction product of zirconyl ammonium carbonate with a chelating agent and the solvent is substd. for the water in the hydrosol by distillation under heating to obtain a desired zirconia organosol. A beta-dicarbonyl compd. such as beta-diketone, beta-ketonic acid or ester thereof is suitable for use as the chelating agent. The zirconia organosol forms a transparent crystalline zirconia coating film having high hardness especially by heat treatment at low temp.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ジルコニアゾルおよびその製造方法に関し、
詳しくは、溶媒が有機溶媒からなるジルコニアゾルおよ
びその製造方法に関する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a zirconia sol and a method for producing the same.
Specifically, the present invention relates to a zirconia sol whose solvent is an organic solvent and a method for producing the same.

本発明のジルコニアゾルはコーティング剤、無機バイン
ダー、あるいは有機または無機化合物とジルコニアとの
複合化材料として使用される。特に本発明のジルコニア
ゾルは金属,ガラス.プラスチソクなどの基材の表面に
コーティングして基材に耐熱性,耐摩耗性.耐薬品性,
絶縁性,反射防止,熱反射性.熱遮蔽性,紫外線吸収.
硬度などの機能を付与あるいは向上させるためのコーテ
ィング剤として好適に利用できる。なかんずく、本発明
のジルコニアゾルから得られる透明かつ結晶性のコーテ
ィング膜単独あるいは他の素材との積層により、ガラス
等の透明基材にその透明性をそこなうことなく上記機能
の付与向上がはかれる利点がある。
The zirconia sol of the present invention is used as a coating agent, an inorganic binder, or a composite material of zirconia and an organic or inorganic compound. In particular, the zirconia sol of the present invention can be used for metals and glasses. Coating the surface of a base material such as plastic to make the base material heat resistant and wear resistant. chemical resistance,
Insulating, anti-reflective, heat reflective. Heat shielding properties, UV absorption.
It can be suitably used as a coating agent to impart or improve functions such as hardness. Above all, the transparent and crystalline coating film obtained from the zirconia sol of the present invention, alone or laminated with other materials, has the advantage that the above-mentioned functions can be imparted to a transparent substrate such as glass without impairing its transparency. be.

(従来の技術) ジルコニア被膜を形成するには真空蒸着法、スパソタリ
ング法などの物理化学的方法や、あるいはジルコニウム
含有組成液をコーティングする方法など種々の方法で実
施されている。これら従来法のうち、コーティング方法
によるものは大面積化,工業化が比較的容易であるため
近年各所で研究が進められている。
(Prior Art) Various methods are used to form a zirconia film, including physicochemical methods such as vacuum evaporation and spasotering, and coating with a zirconium-containing composition liquid. Among these conventional methods, the coating method is relatively easy to scale up and industrialize, so research has been progressing in various places in recent years.

従来、有機溶媒系のジルコニウム含有組成液はその成分
としてジルコニウムアルコキシドを基質とするものであ
った。しかし、ジルコニウムアルコキシドは加水分解速
度が非常に速く、このためコーティング液は不安定であ
り保存安定性にかけ空気中の水分や炭酸ガスにより加水
分解を受けやすく均一なコーティング組成液の調製が困
難であった。又、同様な理由によりコーティング条件が
狭く作業性に劣り、ビンホールのない被膜が形成しにく
い等の欠点があった。このため、コーティング組成液中
にグリコール類等のジルコニウムアルコキシドの加水分
解抑制剤を添加したり、あるいはジルコニウムアルコキ
シドとβ−ジケント類.β−ケトン酸およびそのエステ
ル類の如きβ−ジカルボニル化合物等とから得られるジ
ルコニウム化合物をコーティング液組成物として用いた
りしている。しかしながら、これらの方法によって得ら
れる被膜も、ひび割れや厚みむらができやすく均質な被
膜が得にくいという欠点があった。
Conventionally, organic solvent-based zirconium-containing composition liquids have had zirconium alkoxide as a substrate as a component thereof. However, zirconium alkoxide has a very fast hydrolysis rate, and as a result, the coating solution is unstable, and it is difficult to prepare a uniform coating composition because it is susceptible to hydrolysis due to moisture and carbon dioxide gas in the air, which may affect its storage stability. Ta. Furthermore, for the same reason, the coating conditions are narrow, the workability is poor, and it is difficult to form a film without holes. For this reason, zirconium alkoxide hydrolysis inhibitors such as glycols are added to the coating composition solution, or zirconium alkoxide and β-dykenent are added. Zirconium compounds obtained from β-ketonic acid and β-dicarbonyl compounds such as its esters are used as coating liquid compositions. However, the coatings obtained by these methods also have the disadvantage that they are prone to cracking and uneven thickness, making it difficult to obtain a homogeneous coating.

(発明が解決しようとする課題) 本発明は、従来の方法の上記問題点を解決するための有
機溶媒分散ジルコニアゾルを擾供するものであり本発明
のジルコニアゾルは特に、低温熱処理で透明で結晶性の
高硬度なジルコニアコーティング膜を形成するのに適す
る。又ジルコニウム以外の金属元素の化合物が添加され
た有機溶媒分散ジルコニア系ゾルも提供するものであり
、特にことわらない限り、本発明では、ジルコニア系ゾ
ルもジルコニアゾルと総称する。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention provides a zirconia sol dispersed in an organic solvent in order to solve the above-mentioned problems of the conventional method. Suitable for forming zirconia coating films with high hardness and hardness. It also provides an organic solvent-dispersed zirconia sol to which a compound of a metal element other than zirconium is added, and unless otherwise specified, the zirconia sol is also collectively referred to as zirconia sol in the present invention.

(手 段) 本発明でジルコニアコーティング膜を形成するには、コ
ーティング溶液の調製工程、コーティング膜の形成工程
、コーティング膜を乾燥・ゲル化せしめる工程、さらに
ゲル化膜を熱処理しジルコニア膜に変換する工程を含む
。本発明のごとく溶液法によるコーティングではコーテ
ィング溶液の調製が基本的に重要な課題であり、本発明
は水溶媒中でジルコニアゾルを一旦生成せしめ、次いで
水溶媒を有機溶媒に置換したジルコニアゾルをコーティ
ング溶液の主要成分とするものである。ジルコニアは単
斜晶系,正方晶系.立方晶系の結晶系を有し、通常は約
600℃以上で安定相である単斜晶系が生じる。しかし
ながらジルコニアの結晶化温度およびその結晶系は出発
原料の種類、反応方法あるいはゲルの熱処理方法等によ
り影響を受ける。本発明は、低温で結晶化、高緻密化可
能なジルコニアゾルを水溶媒中で一旦合成し、次いでコ
ーティング溶液として必要な特性を具備するため水を有
機溶媒で置換した有機溶媒分散ジルコニアゾルが本発明
の目的とするコーティング膜が得られるという知見にも
とづいてなされたもので、以下さらに詳細に記述する。
(Means) In order to form a zirconia coating film in the present invention, there are a step of preparing a coating solution, a step of forming a coating film, a step of drying and gelling the coating film, and a heat treatment of the gelled film to convert it into a zirconia film. Including process. In coating using a solution method as in the present invention, the preparation of the coating solution is a fundamentally important issue.In the present invention, a zirconia sol is once generated in an aqueous solvent, and then the zirconia sol is coated with the aqueous solvent replaced with an organic solvent. This is the main component of the solution. Zirconia has monoclinic and tetragonal systems. It has a cubic crystal system, and a monoclinic system, which is a stable phase, usually occurs at temperatures above about 600°C. However, the crystallization temperature of zirconia and its crystal system are affected by the type of starting materials, reaction method, gel heat treatment method, etc. The present invention is an organic solvent-dispersed zirconia sol in which a zirconia sol that can be crystallized and highly densified at low temperatures is first synthesized in an aqueous solvent, and then water is replaced with an organic solvent in order to have the properties necessary as a coating solution. This was made based on the knowledge that the coating film targeted by the invention can be obtained, and will be described in more detail below.

ジルコニウム塩水溶液からジルコニアゾルを製造する方
法としては、ジルコニウム塩水溶液と塩基性物質との反
応によって生じた沈澱物を酸によって解膠するか、ある
いはジルコニウム塩水溶液に塩基性物質を沈澱が生じな
い程度のpHまで注入混合し、ゾルを生成させる方法が
知られている。
The method for producing zirconia sol from an aqueous zirconium salt solution is to peptize the precipitate produced by the reaction between the aqueous zirconium salt solution and a basic substance with an acid, or to add the basic substance to an aqueous zirconium salt solution to an extent that no precipitation occurs. A method is known in which a sol is produced by injection mixing up to a pH of .

さらにジルコニウム塩を含む水溶液を常圧あるいは加圧
下で加熱して加水分解することによりジルコニア系コロ
イドゾルをえる方法が公知である。
Furthermore, a method is known in which a zirconia-based colloidal sol is obtained by heating and hydrolyzing an aqueous solution containing a zirconium salt under normal pressure or increased pressure.

そして、これらの方法により製造されるゾルは次いでゾ
ル溶液中のイオン類が除去される。
Then, the ions in the sol solution are removed from the sol produced by these methods.

ジルコニアコーティング膜が低温で結晶化するためには
、ゾル粒子の形状、粒子径の大きさおよび均一性がきわ
めて重要であり、従って最通なジルコニアゾルの調製が
重要であり、本発明者らがジルコニアゾルの調製法につ
き鋭意検討した結果、次の方法によって調製された酸性
型、および中性型のジルコニアゾルが本発明の主旨を満
足することが判明した。
In order for the zirconia coating film to crystallize at low temperatures, the shape, particle size, and uniformity of the sol particles are extremely important. Therefore, it is important to prepare a universal zirconia sol, and the present inventors As a result of intensive study on the preparation method of zirconia sol, it was found that acidic type and neutral type zirconia sols prepared by the following method satisfy the gist of the present invention.

CI)酸性型ジルコニアゾルおよびその調製法該ゾルは
ジルコニウム塩水溶液と尿素とから製造される透明性ジ
ルコニアゾルであり、その調製法を詳述する。
CI) Acidic zirconia sol and its preparation method This sol is a transparent zirconia sol produced from an aqueous zirconium salt solution and urea, and its preparation method will be described in detail.

まず、オキシ塩化ジルコニウム.硝酸ジルコニウム,硫
酸ジルコニウムあるいは酢酸ジルコニウム等の水溶性ジ
ルコニウム塩類から選ばれるジルコニウム塩水溶液に尿
素を添加し、加熱することによりジルコニアゾルを製造
する。
First, zirconium oxychloride. A zirconia sol is produced by adding urea to an aqueous solution of a zirconium salt selected from water-soluble zirconium salts such as zirconium nitrate, zirconium sulfate, or zirconium acetate, and heating the solution.

この反応は次式による尿素の加水分解によって生じるア
ンモニアの濃度が水溶液内できわめて均一であることか
ら、このアンモニアとジルコニウム塩とから生ずるジル
コニアゾルの粒子径が極く微少で均一であることに特徴
がある。
This reaction is characterized by the fact that the concentration of ammonia produced by hydrolysis of urea according to the following formula is extremely uniform in the aqueous solution, and the particle size of the zirconia sol produced from this ammonia and zirconium salt is extremely small and uniform. There is.

(N!{z) zco + fho→2NHi+COz
かくして得られるゾルが透明性を保った状態で反応を停
止する。
(N!{z) zco + fho→2NHi+COz
The reaction is stopped while the sol thus obtained remains transparent.

反応後のゾルのp旧ま1.2〜2.9である。The p value of the sol after the reaction is 1.2 to 2.9.

ゾルを冷却後、限外濾過膜を使用し洗滌・濃縮する。水
と共にゾル中のイオン頻を系外に排出する。濃縮後のゾ
ル中のイオン類濃度が高い場合、ゾルに純水を加えて洗
滌・濃縮する工程を繰り返し、希望するイオン濃度にす
る。なお、イオン類の除去方法として、一定レベルのイ
オン濃度とな?まで限外濾過で洗滌し、それ以降イオン
交換樹脂を使用してイオン類を除去するのも有効な方法
である。限外濾過膜による濃縮は限外濾過膜からの制約
があるがzrOzとして20重量%まで可能である。こ
れ以上高濃度にする場合、ゾルを加熱することにより濃
縮する。この濃縮はゾルの温度が80℃以下、好ましく
は60℃以下、さらに好ましくは40℃以下で行う必要
があり、撹拌・減圧下効率良く行うことができる。かく
して得られる透明性ジルコニアゾルは濃度がZrO■と
して50重量%まで可能であり長期に安定である。
After cooling the sol, it is washed and concentrated using an ultrafiltration membrane. The ions in the sol are discharged from the system along with water. If the concentration of ions in the sol after concentration is high, the process of adding pure water to the sol, washing and concentrating is repeated to reach the desired ion concentration. In addition, as a method for removing ions, is it necessary to maintain a certain level of ion concentration? It is also an effective method to wash with ultrafiltration and then use an ion exchange resin to remove ions. Concentration using an ultrafiltration membrane is limited by the ultrafiltration membrane, but it is possible to concentrate up to 20% by weight as zrOz. If the concentration is higher than this, the sol is concentrated by heating. This concentration needs to be carried out at a temperature of the sol of 80°C or lower, preferably 60°C or lower, more preferably 40°C or lower, and can be carried out efficiently under stirring and reduced pressure. The transparent zirconia sol thus obtained can have a concentration of up to 50% by weight as ZrO and is stable for a long period of time.

又、ジルコニアゾルを厚膜コーティングやより高強度の
無機バインダーとして使用する場合、Zr02として高
濃度で使用する方が有利であり、あるいはコーティング
剤や無機バインダーとして高lA領域で使用する場合、
ジルコニアの相変態に起因する体積変化を防止するため
、安定化剤としてカルシウム.マグネシウム,イットリ
ウムなどの元素からなる化合物をゾル中に添加する必要
があり、さらにコーティング膜の硬度、接着強度などの
機械的性質や、電気抵抗.帯電防止.t磁波防止などの
電磁気的性質や光吸収能,屈折率などの光学的性質など
をジルコニア単味の場合よりも改質したい場合には、ジ
ルコニウム以外の金属元素の化合物をジルコニアゾル中
に添加する必要がある。上記の方法により製造されるジ
ルコニアゾルは、このように高濃度あるいは他の金属元
素化合物が共存した場合、高粘度になったり経時的に不
安定となり増粘・ゲル化する場合がある。このような場
合にはゾルのpHを調整することにより粘度の調整、経
時的安定性をある程度改善されるが、その効果は不充分
であった。上記のこの問題についてもさらに検討を行っ
た結果、前記の透明性、ジルコニアゾルにキレート化剤
を配合することにより高濃度やジルコニウム以外の金属
の化合物を配合したジルコニア系ゾルにおいても、ゾル
の粘度調整やゾルの経時的長期安定化が可能であること
が判明した。
In addition, when using zirconia sol as a thick film coating or as an inorganic binder with higher strength, it is advantageous to use it at a high concentration as Zr02, or when using it as a coating agent or an inorganic binder in a high lA region,
Calcium is used as a stabilizer to prevent volume changes caused by phase transformation of zirconia. Compounds consisting of elements such as magnesium and yttrium must be added to the sol, and the mechanical properties such as hardness and adhesive strength of the coating film, as well as electrical resistance, need to be added to the sol. antistatic. tIf you want to improve electromagnetic properties such as magnetic wave prevention, optical properties such as light absorption ability, and refractive index compared to those of zirconia alone, compounds of metal elements other than zirconium are added to zirconia sol. There is a need. When the zirconia sol produced by the above method has such a high concentration or coexists with other metal element compounds, the zirconia sol may become highly viscous or become unstable over time, resulting in thickening and gelation. In such cases, viscosity adjustment and stability over time can be improved to some extent by adjusting the pH of the sol, but the effects are insufficient. As a result of further investigation into this problem, we found that the above-mentioned transparency, the viscosity of the sol, and the viscosity of the zirconia sol can be improved by adding a chelating agent to the zirconia sol, resulting in a higher concentration. It was found that adjustment and long-term stabilization of the sol over time is possible.

即ち前記と同様に、ジルコニウム塩水溶液と尿素とから
得られる透明性ジルコニウムにキレート化剤および、ま
たはジルコニウム以外の金属元素の化合物を配合したジ
ルコニウム系ゾルはジルコニアゾルの用途を格段に広げ
るものであり、その調製法を以下に記述する。
That is, as mentioned above, a zirconium-based sol in which a chelating agent and/or a compound of a metal element other than zirconium is blended with transparent zirconium obtained from an aqueous zirconium salt solution and urea can greatly expand the uses of zirconia sol. , its preparation method is described below.

本発明において使用できるキレート化剤としては、カテ
コール,ピロガロールなどのオキシフェノール類,ジエ
タノールアミン,トリエタノールアミンなどのアミノア
ルコール類.グリコール酸.乳酸,ヒドロキシアクリル
酸などのオキシ酸およびそれらのメチル,エチル,ヒド
ロキシエチルなどのエステル酸.アセチルアセトン.ペ
ンゾイルアセトン,ステアロイルベンゾイルメタン,ジ
ベンゾイルメタンなどのβ−ジケトン類,アセト酢酸.
プロピオニル酢酸,ベンゾイル酢酸などのβヶトン酸類
およびそれらのメチル,エチル,nプロピル,i−プロ
ビル.n−ブチル.t−ブチルなどのエステル類などを
挙げることができる。
Chelating agents that can be used in the present invention include oxyphenols such as catechol and pyrogallol, and amino alcohols such as diethanolamine and triethanolamine. Glycolic acid. Oxyacids such as lactic acid and hydroxyacrylic acid, and their ester acids such as methyl, ethyl, and hydroxyethyl. Acetylacetone. β-diketones such as penzoylacetone, stearoylbenzoylmethane, dibenzoylmethane, acetoacetic acid.
β-carboxylic acids such as propionyl acetic acid and benzoyl acetic acid, and their methyl, ethyl, n-propyl, and i-propyl acids. n-butyl. Examples include esters such as t-butyl.

これらのうち、β−ジケトン類、ならびにβ−ケト酸類
およびそれらのエステル類などのβ−ジカルボニル化合
物が好適に使用される。
Among these, β-dicarbonyl compounds such as β-diketones, β-keto acids and esters thereof are preferably used.

キレート化剤の添加量は比較的少量でよく、ゾル中のジ
ルコニアに対して0.02〜1モル倍の範囲で十分効果
を発揮する。なお、1モル倍を超えて添加しても量的効
果が小さく経済的でない。
The amount of the chelating agent to be added may be relatively small, and a sufficient effect is exhibited within the range of 0.02 to 1 mole of zirconia in the sol. Note that even if it is added in an amount exceeding 1 mole, the quantitative effect is small and it is not economical.

本発明において使用される金属元素化合物としては、ジ
ルコニウムより原子価の大きいバナジウム.二オプ,タ
ンタル,クロム,モリブデン,タングステンなどあるい
はジルコニウムと同じ原子価のチタン,スズ,ケイ素,
セリウムなど、さらにジルコニウムより原子価の小さい
アルミニウム,イットリウム.インジウム,カルシウム
,マグネシウムなどの化合物を挙げることができる。こ
れら金属元素単独でもあるいは2種以上とジルコニアと
を組み合わせて使用することによりジルコニア単独の場
合にくらべ機械的.電磁気的,光学的などの機能を付与
,向上せしむることが可能である。
The metal element compound used in the present invention includes vanadium, which has a higher valence than zirconium. diopter, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, etc., or titanium, tin, silicon, etc. with the same valence as zirconium,
Cerium, etc., as well as aluminum and yttrium, which have a lower valence than zirconium. Examples include compounds such as indium, calcium, and magnesium. By using these metal elements alone or in combination with zirconia, mechanical properties are improved compared to when zirconia is used alone. It is possible to add and improve electromagnetic, optical, and other functions.

上記キレート化剤および金属元素化合物の添加時期およ
び方法には特に制限はなく、透明性ジルコニアゾルの形
成前から、形成後の任意の時期に添加することができる
。例えば、(1)ジルコニウム塩水溶液と尿素とを加熱
して透明性ジルコニアを形成した後、(2)透明性ジル
コニアゾルを限外濾過膜により濃縮した後、(3)限外
濾過により濃縮し、さらに加熱により濃縮した後に添加
してもよい。
There are no particular restrictions on the timing and method of adding the chelating agent and metal element compound, and they can be added at any time from before the formation of the transparent zirconia sol to after the formation. For example, (1) heating an aqueous zirconium salt solution and urea to form transparent zirconia, (2) concentrating the transparent zirconia sol using an ultrafiltration membrane, (3) concentrating it by ultrafiltration, Furthermore, it may be added after being concentrated by heating.

また、(4)ジルコニウム塩水溶液と尿素との混合液中
に添加してもよい。この場合には、ゾル生成反応前に各
成分を均一に混合することができるので、より均質度の
高いジルコニア系ゾルを得ることができ、さらにはジル
コニアと他の成分が複合化された粒子からなるゾルの製
造が可能である。
Furthermore, (4) it may be added to a mixed solution of a zirconium salt aqueous solution and urea. In this case, since each component can be mixed uniformly before the sol generation reaction, a more homogeneous zirconia-based sol can be obtained, and furthermore, it is possible to obtain a zirconia-based sol with a higher degree of homogeneity. It is possible to produce a sol.

かくして得られるジルコニア系ゾルは高濃度にしても室
温で6ケ月以上安定である。
The zirconia-based sol thus obtained is stable at room temperature for more than 6 months even at high concentrations.

〔■〕中性型ジルコニアゾルおよびその調製法ジルコニ
ウム塩水溶液から従来公知の方法で製造されるジルコニ
アゾルは、いずれもpHが酸性域のみで安定であり、中
性ないしアルカリ性領域では粘度が上昇したりゲル化す
る。従って、アルカリ物質を共存させた状態でゾルとし
て使用することができず、又、本発明の目的のごとく水
溶媒中でゾルを生成せしめ、次いで水を有機溶媒で置換
する場合、水の含有量が減少すると増粘・ゲル化する場
合があり、水の含有量をあまり減少できなかったり、あ
るいは置換可能な有機溶媒の種類が狭く限定されたりす
る。さらには、コーティング剤として金属系材料に適用
する場合、ゾル中に残存する酸分による腐蝕の問題が起
る。
[■] Neutral zirconia sol and its preparation method Zirconia sol produced from a zirconium salt aqueous solution by a conventionally known method is stable only in the acidic pH range, and its viscosity increases in the neutral or alkaline range. or gel. Therefore, it cannot be used as a sol in the presence of an alkaline substance, and when a sol is produced in an aqueous solvent as the purpose of the present invention and then the water is replaced with an organic solvent, the water content is When this decreases, viscosity and gelation may occur, making it impossible to reduce the water content significantly, or narrowly limiting the types of organic solvents that can be substituted. Furthermore, when applied as a coating agent to metallic materials, the problem of corrosion due to acid content remaining in the sol occurs.

中性型ジルコニアゾルは、上記の問題に対処するため発
明されたもので、広いpH範囲、特に中性からアルカリ
領域で安定なジルコニアゾルである。
Neutral zirconia sol was invented to address the above problems, and is a zirconia sol that is stable over a wide pH range, particularly in the neutral to alkaline range.

該ゾルは、炭酸ジルコニルアンモニウム水溶液とキレー
ト化剤とを混合し、炭酸ジルコニルアンモニウムを一旦
ジルコニウムキレート化合物となし、次いで該キレート
化合物を加熱加水分解し、次いで必要により限外濾過膜
を使用し濾過および洗滌することにより得られる。
The sol is prepared by mixing an aqueous solution of zirconyl ammonium carbonate and a chelating agent to once convert the zirconyl ammonium carbonate into a zirconium chelate compound, then heating and hydrolyzing the chelate compound, and then filtration using an ultrafiltration membrane if necessary. Obtained by washing.

以下、中性型ゾルにつき詳細に説明する。The neutral type sol will be explained in detail below.

炭酸ジルコニルアンモニウムは通常炭酸ジルコニルと炭
酸アンモニウムあるいは炭酸水素アンモニウムなどの炭
酸アルカリとの反応により得られる。
Zirconyl ammonium carbonate is usually obtained by reacting zirconyl carbonate with an alkali carbonate such as ammonium carbonate or ammonium hydrogen carbonate.

?ZrOC(h ・8H20+4NH4HCOy+(N
H4)zcOi  →2(NHa) iZrOH(CO
a) s ・2HzO + 5HzOこの炭酸ジルコニ
ルアンモニウムを純水に溶解し炭酸ジルコニルアンモニ
ウム水溶液となすが、上記反応においては炭酸アルカリ
が過剰に使用されること、炭酸ジルコニルアンモニウム
の構造が複雑なことあるいは炭酸ジルコニルアンモニウ
ムの水溶液中での挙動につき不明な点が多いこと等から
炭酸ジルコニルアンモニウム水溶液を一義的に定義ずけ
ることは困難であるが、本発明においては、通常に呼称
されている炭酸ジルコニルアンモニウム水溶液であり、
市販の炭酸ジルコニルアンモニウム水溶液が好適に使用
され、その性状はpttが8〜9、濃度がZrO■とし
て12〜14重量%である。
? ZrOC(h ・8H20+4NH4HCOy+(N
H4)zcOi →2(NHa) iZrOH(CO
a) s ・2HzO + 5HzO This zirconyl ammonium carbonate is dissolved in pure water to make a zirconyl ammonium carbonate aqueous solution, but in the above reaction, an excessive amount of alkali carbonate is used, the structure of zirconyl ammonium carbonate is complicated, or carbonate Although it is difficult to unambiguously define a zirconylammonium carbonate aqueous solution because there are many unknowns about the behavior of zirconylammonium in an aqueous solution, in the present invention, a zirconylammonium carbonate aqueous solution, which is commonly referred to as a zirconylammonium carbonate aqueous solution, is used. and
A commercially available aqueous solution of zirconyl ammonium carbonate is preferably used, and its properties include a PTT of 8 to 9 and a concentration of 12 to 14% by weight as ZrO.

炭酸ジルコニルアンモニウム水溶液を60℃以上で加熱
すると、アンモニアおよび二酸化炭素等のガスの発生を
伴いながら炭酸ジルコニルアンモニウムは加水分解され
含水ジルコニアとなり、この反応液はpHがアルカリ性
で、ゾルとしての性質を示すようになる。しかしながら
該反応をW1続すると比較的短時間で反応液の粘度が上
昇・ゲル化が起り、炭酸ジルコニルアンモニウムを少量
しか加水分解できない。本発明者らは、炭酸ジルコニル
アンモニウムの加水分解反応を安定に継続する方法につ
き検討した結果、次の方法により希望する中性型ジルコ
ニアゾルが得られることが判明した。即ち、炭酸ジルコ
ニルアンモニウム水溶液とキレート化剤とを混合し、あ
らかじめ炭酸ジルコニルアンモニウムとキレート化剤と
の反応生成物を形成せしめ、次いで、該生成物を含む水
溶液を60℃以上に加熱し、加水分解反応を行ないジル
コニアゾルを得る方法である。具体的には、撹拌槽型反
応器に炭酸ジルコニルアンモニウム水溶液を入れついで
撹拌下、キレート化剤を添加すると、室温で迅速に炭酸
ジルコニルアンモニウムとキレート化剤が反応する.反
応後、反応液を60℃以上に加熱すると二酸化炭素とア
ンモニアを主体とするガスを発生しながら炭酸ジルコニ
ルアンモニウムとキレート化剤との反応物の加水分解反
応が進行する。該反応中には反応液が増粘することもな
く、反応液の透明性を保持したまま該−反応を完了する
ことができる。反応後の反応液のpHは弱アルカリ性か
ら中性および弱酸性であり、この反応液にアルカリ性物
質を添加しても反応液の増粘・ゲル化は起らず、該反応
液は中性領域あるいはアルカリ領域においても安定なジ
ルコニアゾルとして使用される。
When an aqueous solution of zirconyl ammonium carbonate is heated above 60°C, the zirconyl ammonium carbonate is hydrolyzed into hydrous zirconia with the generation of gases such as ammonia and carbon dioxide. This reaction solution has an alkaline pH and exhibits properties as a sol. It becomes like this. However, if the reaction is continued for W1, the viscosity of the reaction solution increases and gelation occurs in a relatively short period of time, and only a small amount of zirconyl ammonium carbonate can be hydrolyzed. The present inventors investigated a method for stably continuing the hydrolysis reaction of zirconyl ammonium carbonate and found that the desired neutral zirconia sol could be obtained by the following method. That is, an aqueous solution of zirconyl ammonium carbonate and a chelating agent are mixed to form a reaction product between the zirconyl ammonium carbonate and the chelating agent, and then the aqueous solution containing the product is heated to 60°C or higher to undergo hydrolysis. This method involves conducting a reaction to obtain zirconia sol. Specifically, when an aqueous solution of zirconyl ammonium carbonate is placed in a stirred tank reactor and a chelating agent is added while stirring, the zirconyl ammonium carbonate and chelating agent react rapidly at room temperature. After the reaction, when the reaction solution is heated to 60° C. or higher, the hydrolysis reaction of the reactant between zirconyl ammonium carbonate and the chelating agent proceeds while generating gas mainly consisting of carbon dioxide and ammonia. During the reaction, the reaction solution does not increase in viscosity, and the reaction can be completed while maintaining the transparency of the reaction solution. The pH of the reaction solution after the reaction is from weakly alkaline to neutral and weakly acidic, and even if an alkaline substance is added to this reaction solution, the reaction solution does not thicken or gel, and the reaction solution remains in the neutral range. Alternatively, it is used as a stable zirconia sol even in an alkaline region.

なお、該ゾル調製方法の特徴の一つは、上記加水分解反
応中に、ゾルとしては不純物イオン類であるアンモニウ
ムイオンや炭酸イオンがアンモニアや二酸化炭素として
系外に排出されるため、炭酸ジルコニルアンモニウムと
キレート化剤との反応生成物の加水分解反応の反応液を
、特に洗滌することもなくジルコニアゾルとして使用で
きる点であり、又通常の加熱蒸発によって濃縮し高濃度
化もできる。しかしながら該反応液中に残存する微少量
の未反応物や炭酸イオン、アンモニウムイオン等を除去
してより高純度のジルコニアゾルを得る場合には、限外
濾過膜を使用し、酸性型ジルコニアゾルの調製方法で既
述と同様な手法により簡便に洗滌できる。
One of the characteristics of this sol preparation method is that during the above hydrolysis reaction, ammonium ions and carbonate ions, which are impurity ions, are discharged from the system as ammonia and carbon dioxide. The reaction solution of the hydrolysis reaction of the reaction product of the chelating agent and the chelating agent can be used as a zirconia sol without special washing, and it can also be concentrated to a high concentration by ordinary heating and evaporation. However, if a trace amount of unreacted substances, carbonate ions, ammonium ions, etc. remaining in the reaction solution are to be removed to obtain a zirconia sol of higher purity, an ultrafiltration membrane is used to remove acidic zirconia sol. It can be easily washed using the same preparation method as described above.

本調製法で使用されるキレート化剤としては、カテコー
ル.ビロガロールなどのオキシフェノール類;ジエタノ
ールアミン.トリエタノールアミンなどのアミノアルコ
ール類;グリコール酸.クエン酸,酒石酸.乳酸.マン
デル酸.リンゴ酸,ヒドロキシアクリル酸などのオキシ
酸およびそれらのメチル,エチル.ヒドロキシエチルな
どのエステル類,グリコールアルデヒドなどのオキシア
ルデヒト類;シュウ酸.マロン酸などのポリカルボン酸
類;グリシン,アラニンなどのアミノ酸類;アセチルア
セトン,ペンゾイルアセトン.ステアロイルアセトン,
ステアロイルアセトン.ステアロイルベゾゾイルメタン
.ジベンゾイルメタンなどのβ−ジケトン類.ならびに
アセト酢酸,プロビオニル酢酸.ベンゾイル酢酸などの
β−ケトン酸およびそれらのメチル,エチル,n−プロ
ビル,イソプロビル,n−ブチル.t−ブチルなどのエ
ステル類の1種または2種以上を組み合せて使用するこ
とができる。これらのうち、グリコール酸,クエン酸.
酒石酸.乳酸.マンデル酸.リンゴ酸.ヒドロキシアク
リル酸などのオキシ酸類およびアセチルアセトンなどの
β−ジケトン類が好ましく使用される。さらに好ましく
は、α,β,およびγ−オキシ酸類でそれぞれα,β.
γの炭素上の酸素原子を有する官能基をもつα−,β−
,Tヶトン酸類あるいはそれらのエステル類である。
The chelating agent used in this preparation method is catechol. Oxyphenols such as birogallol; diethanolamine. Amino alcohols such as triethanolamine; glycolic acid. Citric acid, tartaric acid. Lactic acid. Mandelic acid. Oxyacids such as malic acid and hydroxyacrylic acid, and their methyl and ethyl acids. Esters such as hydroxyethyl, oxyaldehydes such as glycolaldehyde; oxalic acid. Polycarboxylic acids such as malonic acid; amino acids such as glycine and alanine; acetylacetone and penzoylacetone. stearoyl acetone,
Stearoyl acetone. Stearoyl bezoylmethane. β-diketones such as dibenzoylmethane. as well as acetoacetic acid and probionyl acetic acid. β-ketonic acids such as benzoylacetic acid and their methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl. One type or a combination of two or more types of esters such as t-butyl can be used. Among these, glycolic acid and citric acid.
Tartaric acid. Lactic acid. Mandelic acid. Malic acid. Oxyacids such as hydroxyacrylic acid and β-diketones such as acetylacetone are preferably used. More preferably, α, β, and γ-oxyacids are α, β, and γ-oxyacids, respectively.
α-, β- with a functional group having an oxygen atom on the carbon of γ
, T-catonic acids or their esters.

キレート化剤の使用量は使用するキレート化剤の種類に
より異ってくるが、キレート化剤(モル数)/ジルコニ
ア(モル数)が0.02/1〜4/1、好ましくは0.
 1〜3/1さらに好ましくは0. 5 / 1〜2/
1の範囲になるように選択するのが良い。
The amount of chelating agent used varies depending on the type of chelating agent used, but the ratio of chelating agent (number of moles)/zirconia (number of moles) is 0.02/1 to 4/1, preferably 0.02/1 to 4/1.
1 to 3/1, more preferably 0. 5/1~2/
It is best to select a value within the range of 1.

キレート化剤の使用量が少なすぎると、キレート化剤と
炭酸ジルコニルアンモニウムとの反応で生成するある種
の有機ジルコニウム塩は、本発明の方法により加水分解
を行うと、炭酸ジルコニルアンモニウム単独の場合と同
様な挙動を示し、加水分解反応を継続することができず
キレート化剤の効果がなく、一方4/1を越える割合で
使用しても、特別な効果が得られず経済的ではない。
If the amount of chelating agent used is too small, certain organic zirconium salts formed by the reaction between the chelating agent and zirconyl ammonium carbonate will be degraded when hydrolyzed by the method of the present invention compared to when zirconyl ammonium carbonate alone is used. It exhibits similar behavior, and the hydrolysis reaction cannot be continued and the chelating agent has no effect.On the other hand, even if it is used at a ratio exceeding 4/1, no special effect can be obtained and it is not economical.

本方法における加水分解反応は60℃以上であればよく
反応を促進するため加圧雰囲気下での反応も望ましい。
The hydrolysis reaction in this method may be carried out at 60° C. or higher, and the reaction is preferably carried out in a pressurized atmosphere to promote the reaction.

実際的な反応温度は60〜300℃である。Practical reaction temperatures are 60-300°C.

本方法で加水分解反応終了後の反応液は外観が透明性で
,その9Hがほぼ7であり、ジルコニアゾルとしての用
途に供されるが、該ゾルは、その調製工程においてキレ
ート化剤を使用しているため、ゾルの安定性がきわめて
優れている特徴があり、高濃度にした場合でも、ゾルの
粘度は低くかつ、経時的に安定であり、さらにジルコニ
ウム以外の金属の化合物を配合したジルコニア系ゾルの
調製もきわめて容易である。既述の酸性型ジルコニアゾ
ルの調製法の場合と同様、ジルコニウム以外の金属の化
合物の添加時期・方法等につき特に制限はなく、簡便に
は中性型ジルコニアゾルを調製後にそれらを添加し中性
型ジルコニア系ゾルが得られる。
In this method, the reaction solution after the completion of the hydrolysis reaction has a transparent appearance and its 9H is approximately 7, and can be used as a zirconia sol, but this sol uses a chelating agent in the preparation process. Because of this, the sol has extremely high stability.Even when the concentration is high, the sol has a low viscosity and is stable over time. Preparation of the system sol is also extremely easy. As with the method for preparing acidic zirconia sol described above, there are no particular restrictions on the timing or method of adding metal compounds other than zirconium. A type zirconia sol is obtained.

上記の水溶媒である酸性型および中性型ジルコニアゾル
はこれ自体としてコーティング剤、無機バインダー等と
して使用される。そしてこれらを、例えば、コーティン
グ剤として使用した場合、コーティングされたゲル化膜
は約360℃以上の熱処理で結晶化が起る。ジルコニア
ゲルが結晶化する熱処理温度、結晶の種類、結晶子径等
はジルコニアゾルの調製法,出発原料,ゾル粒子の形状
や粒子径、あるいは熱処理雰囲気等の条件により影響さ
れ、本発明の上記二種類のジルコニアゾルを用途により
使い別けて使用したり、あるいは交互に使用するなど両
者を並用して使用する。
The above-mentioned acidic and neutral zirconia sols, which are aqueous solvents, are used as coating agents, inorganic binders, and the like. When these are used, for example, as a coating agent, the coated gel film undergoes crystallization upon heat treatment at about 360° C. or higher. The heat treatment temperature at which the zirconia gel crystallizes, the type of crystals, the crystallite size, etc. are influenced by the preparation method of the zirconia sol, the starting material, the shape and particle size of the sol particles, and the conditions such as the heat treatment atmosphere. Different types of zirconia sol are used depending on the purpose, or both are used in parallel, such as alternately.

上記ジルコニアゾルをコーティング剤として使用する場
合は、コーティング膜の乾燥速度の調整や基材との密着
性などの理由から通常はゾル中の水分を有機溶媒に置換
して使用される。この置換方法には、既述の方法で得ら
れた水溶媒ジルコニアゾルに有機溶媒を加え、この混合
溶液を加熱蒸留することにより水あるいは水と有機溶媒
との混金物を系外に排出しつつ水溶媒のジルコニアゾル
を有機溶媒のそれに置換する方法、あるいは限外濾過膜
を使用し、水および有機溶媒を系外に排出し、有機溶媒
を元の混合溶液に追加しつつ水を有機溶媒に流通式に置
換する方法が工業的に採用される。これらの方法により
置換される水分量は、有機溶媒に置換されたジルコニア
ゾル中の水分含有量がほぼ1重量%以下となるまで効率
的に行うことができ、コーティング剤として使用するに
は充分に対応できる水分量まで減少することができる。
When the zirconia sol is used as a coating agent, the water in the sol is usually replaced with an organic solvent for reasons such as adjusting the drying rate of the coating film and adhesion to the substrate. In this replacement method, an organic solvent is added to the aqueous zirconia sol obtained by the method described above, and this mixed solution is heated and distilled to discharge water or a mixture of water and organic solvent from the system. A method of replacing the zirconia sol in the aqueous solvent with that in the organic solvent, or using an ultrafiltration membrane, draining the water and organic solvent out of the system, and adding the organic solvent to the original mixed solution while converting the water into the organic solvent. A flow-through replacement method is used industrially. These methods can efficiently replace the water content until the water content in the zirconia sol that has been replaced with an organic solvent is approximately 1% by weight or less, which is sufficient for use as a coating agent. The water content can be reduced to a level that can be handled.

これ以上に水分量を減少させたい場合には、モレキュラ
シープ,炭酸カルシウム.リン酸アルミニウム等の水分
吸着剤を並用する方法も有効である。
If you want to reduce water content further, use molecular sheep or calcium carbonate. It is also effective to use a moisture adsorbent such as aluminum phosphate.

本発明において置換される有機溶媒として使用されるも
のには、アセトン,メチルエチル.ケトン等のケトン類
;ギ酸,酢酸等カルボンM類及び酢酸エチル,ギ酸メチ
ル等のエステル類;メタノール.エタノール.イソプロ
パノール等アルコール類;エチレングリコール,グリセ
リン等多価ア?コール類及びメチルセロソルブ,エチル
セロソルプ等そのエステル類;その他グリコール酸,リ
ンゴ酸等分子内に一COOH, −OH基等親水基を持
つ親水性有機溶媒等の一種又は二種以上混合した溶媒を
挙げることができ、これらと水との置換操作によって、
ゾルのゲル化、白濁などの現象が認められず、水溶媒の
酸性型、及・び中性型ジルコニアゾルのいずれからも透
明性有機溶媒分散ジルコニアゾルが得られる。
Examples of organic solvents used in the present invention include acetone, methylethyl. Ketones such as ketones; carbone M such as formic acid and acetic acid; esters such as ethyl acetate and methyl formate; methanol. ethanol. Alcohols such as isopropanol; polyvalent alcohols such as ethylene glycol and glycerin? Calls and their esters such as methyl cellosolve and ethyl cellosolve; and other solvents such as one or a mixture of two or more hydrophilic organic solvents having hydrophilic groups such as one COOH or -OH group in the molecule such as glycolic acid and malic acid. By replacing these with water,
No phenomena such as gelation or clouding of the sol are observed, and a transparent organic solvent-dispersed zirconia sol can be obtained from both acidic and neutral zirconia sol in an aqueous solvent.

かくして得られる有機溶媒分散ジルコニアゾルはZrO
■として25重量%まで含有することができ、6ケ月以
上の保存においても安定であり増粘傾向も認められなか
った。本発明の有機溶媒分散ジルコニアゾルをコーテイ
ン剤として使用するにあたっては、粘度を調節するため
、エチルアルコール,イソプロパノール等のアルコール
類を添加したり、あるいは、ジルコニア,チタニア,ア
ルミナ.炭化ケイ素.ジルコン等の粉体と混合しスラリ
ー状のコーティング液としコーティング膜の硬度をはじ
め他の物性をさらに改善したり、あるいは厚膜コーティ
ング用に適用したり、さらには酸化鉄,コバルト等の顔
料を添加しカラーコーティング膜を製造することができ
る。
The organic solvent-dispersed zirconia sol thus obtained is ZrO
(2) It was possible to contain up to 25% by weight, and it was stable even when stored for more than 6 months, with no tendency to increase viscosity. When using the organic solvent-dispersed zirconia sol of the present invention as a coatin agent, alcohols such as ethyl alcohol and isopropanol may be added to adjust the viscosity, or zirconia, titania, alumina, etc. may be added. Silicon carbide. It can be mixed with powder such as zircon to form a slurry-like coating liquid to further improve the hardness and other physical properties of the coating film, or it can be applied to thick film coatings, and pigments such as iron oxide and cobalt can be added. color coating films can be produced.

なお、先に説明したジルコニウム以外の金属元素の化合
物が添加されたジルコニア系ゾルを上記と同様の方法に
より水を有機溶媒に置換し、有機溶媒分散ジルコニア系
ゾルを調製することは無論可能であるが、コーティング
溶液を調製する際にジルコニウム以外の金属元素の化合
物を、有機溶媒分散ジルコニアゾルに添加し有機溶媒分
散ジルコニア系ゾルとして使用してもよい。この際には
、先に説明したごとく必要によりキレート化剤も添加す
る。
Note that it is of course possible to prepare a zirconia-based sol dispersed in an organic solvent by replacing water with an organic solvent in the zirconia-based sol to which a compound of a metal element other than zirconium is added in the same manner as described above. However, when preparing the coating solution, a compound of a metal element other than zirconium may be added to the organic solvent-dispersed zirconia sol to be used as an organic solvent-dispersed zirconia-based sol. At this time, as explained above, a chelating agent is also added if necessary.

有機溶媒に分散されたジルコニアおよびジルコニア系ゾ
ルをベースとして調製したコーティング液を使用し、次
いで基材にコーティングする。コーティング方法として
は、スプレー,刷毛,デイ7ブ.スピン.ロール法等で
行い、1回当りのコーティング層厚みはスピン法でのサ
ブミクロンから刷毛,ロール法での数百ミクロンまでで
ある。
A coating liquid prepared based on zirconia and a zirconia-based sol dispersed in an organic solvent is used and then coated on a substrate. Coating methods include spray, brush, and dab. spin. It is carried out by a roll method, etc., and the coating layer thickness per coating ranges from submicrons in the spin method to several hundred microns in the brush and roll methods.

又、コーティングを重ねて行うことも可能であり、コー
ティング層が乾燥してから、あるいは熱処理後コーティ
ングを重ねる。
It is also possible to apply multiple coatings, and the coatings are applied after the coating layer has dried or after heat treatment.

基材との密着性を確保するための基材の地下処理も従来
法が適用することができ、簡単には純水あるいはアルコ
ール類等でコーティング面を洗浄にしたり、金属面等は
アルカリ洗浄により完全な脱脂を行うことが望ましい。
Conventional methods can also be applied to underground treatment of the base material to ensure adhesion to the base material, such as simply cleaning the coated surface with pure water or alcohol, and cleaning metal surfaces with alkaline. It is desirable to perform a complete degreasing.

又コーティング層厚みを厚くする場合は、コーティング
面をブラスト処理することにより密着強度の強いコーテ
ィング膜を得ることができる。本発明によるコーティン
グ液は大気中の水分等環境雰囲気の影響を受けにくく、
コーティング工程においては特別な配慮を必要とせず均
質なコーティング膜を得ることができる。
In addition, when increasing the thickness of the coating layer, a coating film with strong adhesion strength can be obtained by blasting the coating surface. The coating liquid according to the present invention is not easily affected by the environmental atmosphere such as moisture in the atmosphere.
In the coating process, a homogeneous coating film can be obtained without requiring special consideration.

かくして形成されたコーティング膜を次いで乾燥しゲル
化する。コーティング膜が薄い場合、室温、大気下で乾
燥ゲル化が速やかに行われるが、膜厚が厚い場合には1
5〜80℃で1〜24時間乾燥を行うがこの際には膜の
クラック発生を防止するため、乾燥速度を調節する必要
があり、m湿乾燥法も採用される。
The coating thus formed is then dried and gelled. If the coating film is thin, it will dry and gel quickly at room temperature and in the atmosphere, but if the coating film is thick, it will quickly gel.
Drying is carried out at 5 to 80° C. for 1 to 24 hours, but at this time, it is necessary to adjust the drying rate to prevent cracks in the film, and a wet drying method is also employed.

なお、本発明のコーティングゲル化膜は非品質であるが
膜硬度や密着性等の諸特性は実用に耐えうるものである
。しかしながら、プラスチック類等高温乾燥が不適切な
ものにコーティングする場合にもコーティング膜の諸特
性をさらに改善したい要望がある。このような場合には
、本発明の酸性型ジルコニアゾルから調製された有機溶
媒分散ジルコニアゾルを使用し、これにより得られるコ
ーティング膜の乾燥をアンモニアガス雰囲気中で行った
り、あるいは該コーティング膜をアルカリ性物質に接触
させた後乾燥したり、さらには中性型ジルコニアゾルか
ら調製された有機溶媒分散ジルコニアゾルと交互にコー
ティングを行う方法が有効である。
Although the gelled coating film of the present invention is of poor quality, its properties such as film hardness and adhesion are suitable for practical use. However, there is also a desire to further improve the various properties of the coating film when coating materials such as plastics that are not suitable for high temperature drying. In such cases, an organic solvent-dispersed zirconia sol prepared from the acidic zirconia sol of the present invention is used, and the resulting coating film is dried in an ammonia gas atmosphere, or the coating film is dried in an alkaline atmosphere. An effective method is to contact the material with the material and then dry it, or to coat the material alternately with an organic solvent-dispersed zirconia sol prepared from a neutral zirconia sol.

コーティングゲル化膜は次いで熱処理する。熱処理は基
材の耐熱性を考慮し温度・時間を決定する。コーティン
グ膜の硬度等物理的諸特性能が要求される場合は熱処理
温度を400℃以上とするのが望ましい。
The coated gel membrane is then heat treated. For heat treatment, the temperature and time are determined by considering the heat resistance of the base material. When physical characteristics such as hardness of the coating film are required, it is desirable that the heat treatment temperature is 400° C. or higher.

なお、該ゲル化膜は360℃以上から結晶化し酸化物膜
となるが110℃、好ましくは150℃以上の熱処理に
よりかなりの強度を付与することができる。これらの生
成膜は透明で可視光の透過率も高く、ジルコニアの高屈
折率を生かした光学的用途に使用される. (発明の効果) 本発明の水分散の酸性型および中性型ジルコニアゾルを
使い分けることにより、pHに起因する制限を受けるこ
となくジルコニアゾルを使用することができ、又、両型
のゾルの調製においては、いずれも加熱状態での反応を
利用する。従って、熱的,化学的条件を調節することに
より、ゾル粒子の形状,大きさ,結晶性等の量的化を比
較的容易に行うことができる。そしてこの水分散のジル
コニアゾルの性状は水を有機溶媒に置換して得られる有
機溶媒分散ジルコニアゾルにも継承される。
Note that the gelled film crystallizes to become an oxide film at temperatures above 360°C, and considerable strength can be imparted by heat treatment at 110°C, preferably 150°C or above. These produced films are transparent and have high visible light transmittance, and are used for optical applications that take advantage of zirconia's high refractive index. (Effect of the invention) By properly using the water-dispersed acidic type and neutral type zirconia sol of the present invention, the zirconia sol can be used without being restricted by pH, and both types of sols can be prepared. In both cases, reactions under heating are used. Therefore, by adjusting the thermal and chemical conditions, the shape, size, crystallinity, etc. of sol particles can be quantified relatively easily. The properties of this water-dispersed zirconia sol are inherited by an organic solvent-dispersed zirconia sol obtained by replacing water with an organic solvent.

本発明により得られるジルコニアゾルから調製されるジ
ルコニアゾルは低温での熱処理により結晶?する特徴を
有し、本発明の有機溶媒分散ジルコニアゾルを用いたコ
ーティング溶液を使用したコーティングにより低温の熱
処理で結晶性のコーティング膜が得られ、ガラス等の透
明基材にコーティングすることにより透明で高強度・高
屈折率のコーティング膜を形成することができる。
Is the zirconia sol prepared from the zirconia sol obtained by the present invention crystallized by heat treatment at low temperature? By coating with the coating solution using the organic solvent-dispersed zirconia sol of the present invention, a crystalline coating film can be obtained by low-temperature heat treatment, and by coating on a transparent substrate such as glass, a transparent coating film can be obtained. A coating film with high strength and high refractive index can be formed.

〔実施例1〕 Z..0■として18重量%の硝酸ジルコニル水溶液3
0kgと尿素3kgとを純水200lに加えた。次いで
、この水溶液を6時間加熱沸騰して透明性のジルコニア
ゾルを得た。このゾルを冷却した後、限外濾過装置に導
き、Z,0.として10重量%まで濃縮し、次いで該濃
縮後のゾルに純水を加え、濃縮前のジルコニア濃度とし
、再び限外濾過膜で濃縮する洗滌を合計5回行った。洗
滌後の2,0■として10重量%のゾルを真空下50℃
以下に保ちながら加熱濃縮して20重量%濃度の透明性
ジルコニアゾルを得た。このジルコニアゾルのpHは1
.5、粘度40cpであり、長期間安定であった。
[Example 1] Z. .. 18% by weight aqueous zirconyl nitrate solution as 0■
0 kg and 3 kg of urea were added to 200 liters of pure water. Next, this aqueous solution was heated and boiled for 6 hours to obtain a transparent zirconia sol. After cooling this sol, it is introduced into an ultrafiltration device and filtered at Z, 0. The sol was then concentrated to 10% by weight, then pure water was added to the concentrated sol to obtain the zirconia concentration before concentration, and washing was performed a total of 5 times, in which the sol was concentrated again using an ultrafiltration membrane. After washing, 10% by weight sol was heated at 50℃ under vacuum.
A transparent zirconia sol having a concentration of 20% by weight was obtained by heating and condensing while maintaining the following concentration. The pH of this zirconia sol is 1
.. 5. The viscosity was 40 cp and it was stable for a long period of time.

?実施例2〕 10fのフラスコに2102として13重量%含有する
市販の炭酸ジルコニルアンモニウム水溶液13呟を入れ
た.これに撹拌下グリコール酸1040 gを徐々に添
加した.次いで、マントルヒーターにより該フラスコを
加熱し加水分解反応を行った.反応液温度が50〜60
℃からアンモニア臭のガスが発生し始め、昇温するにつ
れ激しく発泡し、アンモニアや炭酸ガスのごとき、ゾル
中の不要イオン類から生成するガスを系外に排出しなが
ら反応が進行した。
? Example 2 A commercially available zirconyl ammonium carbonate aqueous solution containing 13% by weight of 2102 was placed in a 10 f flask. To this, 1040 g of glycolic acid was gradually added while stirring. Next, the flask was heated with a mantle heater to carry out a hydrolysis reaction. Reaction liquid temperature is 50-60
Ammonia-smelling gas began to be generated at ℃, and as the temperature rose, it bubbled violently, and the reaction progressed while exhausting gases generated from unnecessary ions in the sol, such as ammonia and carbon dioxide, out of the system.

反応液温度約100℃で約3時間反応することにより発
泡が鎮静し、この状態の反応液に、酢酸イットリウム水
溶液をY!03としてZ,0■に対し3モル%となるよ
うに徐々に添加した。添加後、該フラスコ中に適宜純水
を追加しながらさらに12時間加熱を継続し、Z,0■
として30重量%でYzOsがZ,ORに対し3モル%
添加のジルコニア系ゾルを得た.該ゾルは外観が透明性
で、pHが7、粘度35cpであり、長期間安定であっ
た。
Foaming subsides by reacting at a reaction temperature of about 100°C for about 3 hours, and in this state, an aqueous yttrium acetate solution is added to the reaction solution. As No. 03, it was gradually added to Z,0■ in an amount of 3 mol %. After the addition, heating was continued for another 12 hours while adding pure water to the flask as needed, and Z, 0
YzOs is 30% by weight and 3% by mole relative to Z,OR.
An added zirconia-based sol was obtained. The sol had a transparent appearance, a pH of 7, a viscosity of 35 cp, and was stable for a long period of time.

?実施例3〕 実施例lで調製したジルコニアゾル300gにエチレン
グリコールモノエチルエーテル345gを熔解し均一な
溶液とした.該溶液を加熱蒸留し、主に水蒸気からなる
ガスを系外に排出し、ゾル中の水をエチレングリコール
モノエチルエーテルに置換する操作を行った。溶液の温
度が124.3℃になった時加熱を中止し、エチレング
リコールモノエチルエーテルに分散されたZrO.とじ
て18重量%含有のジルコニアゾルを得た.該ゾルは透
明性の外観を有し、水分含有量が3.5重量%、粘度2
0cpで6ケ月以上安定であった。
? Example 3 345 g of ethylene glycol monoethyl ether was dissolved in 300 g of the zirconia sol prepared in Example 1 to form a uniform solution. The solution was heated and distilled, gas consisting mainly of water vapor was discharged from the system, and water in the sol was replaced with ethylene glycol monoethyl ether. When the temperature of the solution reached 124.3°C, heating was stopped and the ZrO. A zirconia sol containing 18% by weight was obtained. The sol has a transparent appearance, a water content of 3.5% by weight, and a viscosity of 2.
It was stable for more than 6 months at 0 cp.

〔実施例4〕 実施例2で調製したジルコニア系ゾル300gにエチレ
ングリコール370gを溶解し均一な溶液とした。実施
例3と同様な操作によりゾル中の水をエチレングリコー
ルに置換した。溶液の温度が197℃になった時加熱を
中止し、エチレングリコールに分散されたイソトリウム
がY20,としてジルコニアに対し3モル%含有のz.
.0■として25?量%のゾルが得られた。
[Example 4] 370 g of ethylene glycol was dissolved in 300 g of the zirconia sol prepared in Example 2 to form a uniform solution. In the same manner as in Example 3, water in the sol was replaced with ethylene glycol. When the temperature of the solution reached 197°C, heating was stopped, and the isothorium dispersed in ethylene glycol was added as Y20, containing 3 mol% of z.
.. 25 as 0■? % sol was obtained.

該ゾルは透明性の外観を有し、水分含有量が1重量%、
粘度65cpで6ケ月以上安定であった。
The sol has a transparent appearance and a water content of 1% by weight.
It had a viscosity of 65 cp and was stable for more than 6 months.

〔実施例5〕 実施例1で調製したジルコニアゾル500gにイソプロ
ビルアルコールを加え、この溶液を限外濾過器の受液槽
に入れた。受液槽にイソプロビルアルコールを追加しつ
つ、限外濾過操作を連続的に行い、水とイソプロビルア
ルコールとの混合溶液を系外に排出しながら、ゾル中の
水をイソプロビルアルコールに置換する操作を行うこと
にょりZ..0■として15重量%含有のイソプロビル
アルコールに分散されたジルコニアゾルを得た。該ゾル
は透明性の外観を有し、水分含有量が2重量%、粘度4
0cpで6ケ月以上安定であった。
[Example 5] Isopropyl alcohol was added to 500 g of the zirconia sol prepared in Example 1, and this solution was placed in a liquid receiving tank of an ultrafilter. Continuously perform the ultrafiltration operation while adding isopropyl alcohol to the liquid receiving tank, and replace the water in the sol with isopropyl alcohol while discharging the mixed solution of water and isopropyl alcohol to the outside of the system. By performing the operation Z. .. A zirconia sol dispersed in isopropyl alcohol containing 15% by weight was obtained. The sol has a transparent appearance, a water content of 2% by weight, and a viscosity of 4.
It was stable for more than 6 months at 0 cp.

〔実施例6〕 実施例3で調製したエチレングリコールモノエチルエー
テルに分散されたジルコニアゾル100gにイソプロビ
ルアルコールを加え、ZrO■として12重量%含有す
るコーティング溶液を調製した。
[Example 6] Isopropyl alcohol was added to 100 g of the zirconia sol dispersed in ethylene glycol monoethyl ether prepared in Example 3 to prepare a coating solution containing 12% by weight of ZrO.

このコーティング液にアセトンで脱脂した石英ガラスを
浸して3.5 am/winの一定速度で引き上げコー
ティングを行い、次いで室温、大気下で乾燥を行いゲル
化膜を石英ガラス面に成膜した.乾燥後、該石英ガラス
を400℃で30分間、大気雰囲気で熱処理することに
より、厚さ0.14μmの無色透明のコーティング膜が
石英ガラス面に形成され、干渉色を示した。このコーテ
ィング膜の結晶性を調べるためコーティング液の一部を
ガラス製広板底容器に流し込み、このコーティング液の
乾燥速度を制御しながら乾燥を行うことにより厚さ0.
1鶴の透明板状ゲル試料を製作し、この試料を上記コー
ティング膜の場合と同一条件で熱処理することによりジ
ルコニアの透明な薄板を得た.この薄板の電子顕微鏡観
察によれば、この薄板は微結晶子から成り立っているこ
とがわかり、又、この薄板のX線回折によればこの微結
晶は大部分が正方晶であった。
A quartz glass degreased with acetone was immersed in this coating solution, pulled up and coated at a constant speed of 3.5 am/win, and then dried at room temperature in the atmosphere to form a gelled film on the quartz glass surface. After drying, the quartz glass was heat-treated at 400° C. for 30 minutes in an air atmosphere to form a colorless and transparent coating film with a thickness of 0.14 μm on the quartz glass surface, exhibiting an interference color. In order to examine the crystallinity of this coating film, a portion of the coating liquid was poured into a glass wide plate bottom container, and the coating liquid was dried while controlling the drying rate to a thickness of 0.
A transparent plate-shaped gel sample of 1 crane was prepared, and a transparent thin plate of zirconia was obtained by heat-treating this sample under the same conditions as for the coating film described above. Electron microscopic observation of this thin plate revealed that this thin plate was composed of microcrystallite, and X-ray diffraction of this thin plate showed that most of the microcrystals were tetragonal.

〔実施例7〕 実施例3で調製したエチレングリコールモノエ?ルエー
テルに分散されたジルコニアゾルに−0,としてZrO
■に対し15モル%となるようにタングステンエトキシ
ドおよびエタノールを加え、ZrO.とじて10重量%
濃度のコーティング液を調製した。このコーティング液
を、アセトンで脱脂された石英ガラス上にスピンコート
法でコーティングシタ。乾燥後、400℃で熱処理する
ことにより一03がドープされた透明な正方晶ジルコニ
ア膜が得られた。この複合膜はジルコニア膜の電気抵抗
等電気的特性やあるいは光学的特性を改善するために使
用される。
[Example 7] Ethylene glycol monomer prepared in Example 3 -0, ZrO in zirconia sol dispersed in ether
Tungsten ethoxide and ethanol were added to give a concentration of 15 mol % based on ZrO. 10% by weight
A coating solution with a certain concentration was prepared. This coating solution was coated on quartz glass that had been degreased with acetone using a spin coating method. After drying, a transparent tetragonal zirconia film doped with 103 was obtained by heat treatment at 400°C. This composite film is used to improve the electrical properties such as electrical resistance or optical properties of the zirconia film.

〔実施例8〕 実施例4で調製したエチレングリコールに分散されたイ
ソトリア含有のジルコニアゾル300gにイソプロビル
アルコール75gとアクリル系有機バインダー25gを
加え十分撹拌した。この溶液に粒子径325メソシュア
ンダーのイソトリアで部分安定化されたジルコニア粉末
240gを入れ、ボールミルで16時間混合した。かく
して得られたスラリーを、多孔性のジルコニア板に刷毛
でのコーティングを繰り返し、乾燥後1200℃で焼成
した。
[Example 8] To 300 g of the isotria-containing zirconia sol dispersed in ethylene glycol prepared in Example 4, 75 g of isopropyl alcohol and 25 g of an acrylic organic binder were added and thoroughly stirred. 240 g of isotria-partially stabilized zirconia powder having a particle size of 325 mesochander was added to this solution, and mixed in a ball mill for 16 hours. The thus obtained slurry was repeatedly coated on a porous zirconia plate with a brush, dried and then fired at 1200°C.

多孔性板面上に厚さ1鶴の緻密で表面が平滑な層がコー
ティングされた.
A dense, smooth layer with a thickness of one inch was coated on the porous plate surface.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、水分散ジルコニアゾルに有機溶媒を加え、水を有機
溶媒に置換して得られる有機溶媒分散ジルコニアゾル。 2、ジルコニウム塩水溶液と尿素から製造されるジルコ
ニアゾルを用いてなる請求項(1)に記載の有機溶媒分
散ジルコニアゾル。 3、炭酸ジルコニルアンモニウムとキレート化剤との反
応生成物を加水分解して得られるジルコニアゾルを用い
てなる請求項(1)に記載の有機溶媒分散ジルコニアゾ
ル。 4、キレート化剤がオキシフェノール類、アミノアルコ
ール類、オキシ酸類、ポリカルボン酸およびそれらのエ
ステル類、オキシアルデヒド類、アミノ酸類、β−ジケ
ント類、ならびにα−、β−、γ−ケトン酸類およびそ
れらのエステル類から選ばれる少なくとも1種である請
求項(3)に記載の有機溶媒分散ジルコニアゾル。 5、有機溶媒が親水性有機溶媒である請求項(1)に記
載の有機分散ジルコニアゾル。 6、ジルコニウム塩水溶液と尿素から製造されるジルコ
ニアゾル、又は炭酸ジルコニルアンモニウムとキレート
化剤との反応生成物を加水分解して得られるジルコニア
ゾルに有機溶媒を加え加熱蒸留することにより水を有機
溶媒に置換することを特徴とする有機溶媒分散ジルコニ
アゾルの製造方法。 7、ジルコニウム塩水溶液と尿素から製造されるジルコ
ニアゾル、又は炭酸ジルコニルアンモニウムとキレート
化剤との反応生成物を加水分解して得られるジルコニア
ゾルに有機溶媒を加え、限外濾過膜の使用により水を有
機溶媒に置換することを特徴とする有機溶媒分散ジルコ
ニアゾルの製造方法。
[Claims] 1. An organic solvent-dispersed zirconia sol obtained by adding an organic solvent to a water-dispersed zirconia sol and replacing water with the organic solvent. 2. The organic solvent-dispersed zirconia sol according to claim 1, which uses a zirconia sol produced from an aqueous zirconium salt solution and urea. 3. The organic solvent-dispersed zirconia sol according to claim 1, which uses a zirconia sol obtained by hydrolyzing a reaction product of zirconyl ammonium carbonate and a chelating agent. 4. The chelating agent is oxyphenols, amino alcohols, oxyacids, polycarboxylic acids and their esters, oxyaldehydes, amino acids, β-dikentes, and α-, β-, γ-ketone acids and The organic solvent-dispersed zirconia sol according to claim 3, which is at least one selected from these esters. 5. The organic dispersed zirconia sol according to claim 1, wherein the organic solvent is a hydrophilic organic solvent. 6. An organic solvent is added to a zirconia sol produced from an aqueous zirconium salt solution and urea, or a zirconia sol obtained by hydrolyzing a reaction product of zirconyl ammonium carbonate and a chelating agent, and then heated and distilled to remove water from the organic solvent. A method for producing an organic solvent-dispersed zirconia sol, characterized by substituting with. 7. Add an organic solvent to the zirconia sol produced from a zirconium salt aqueous solution and urea, or the zirconia sol obtained by hydrolyzing the reaction product of zirconyl ammonium carbonate and a chelating agent, and use an ultrafiltration membrane to remove water. 1. A method for producing an organic solvent-dispersed zirconia sol, which comprises replacing zirconia sol with an organic solvent.
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