JPH05337351A

JPH05337351A - 液中微粒子分散法

Info

Publication number: JPH05337351A
Application number: JP3107939A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Ota; 勝啓太田; Akio Saito; 昭男斉藤; Yoichi Takahara; 洋一高原; Hitoshi Oka; 齊岡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1991-05-14
Publication date: 1993-12-21

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、材料の製造プロセスにおい
て、各種金属、合金、セラミックスを含む無機物または
有機物を含む化合物の微粒子の分散を良好でかつ凝集の
少なくする技術を提案することにある。【構成】本発明は、溶液中にある微粒子のゼ−タ電位
（表面電位）を制御できる物質を、該溶液中に添加する
ことにより、溶液中にある前記微粒子の分散の向上ある
いは凝集を低減することにより達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の分散法は、電子材料、磁
性材料、光学材料、セラミックスなど多くの材料の製造
プロセスにおいて、各種金属、合金、セラミックスを含
む無機物または有機物を含む化合物の微粒子、特に超微
粒子を製造する方法に係り、分散の良好な微粒子を製造
するのに好適な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子材料、磁性材料、光学材料、セラミ
ックスなど多くの材料の製造プロセスにおいて、その原
料調整、粉砕、混練、混合及び成形段階で材料となる微
粒子は、その媒体中に高濃度に懸濁している。これらの
微粒子が、凝集しているか、充分に分散しているかによ
り生成する材料の性能に大きく影響を与える。最近では
１μｍ以下の超微粒子を用いることへの要求が高まって
おり、スラリ−中の凝集粒子を皆無にするような精度の
高い制御が必要な場合がある。

【０００３】この対策として、ドデシル硫酸ナトリウム
等のイオン性界面活性剤またはポリエチレンオキシド等
高分子添加剤の添加などが行なわれる。これらを用いて
微粒子を分散する手段としては、分散・乳化系の化学
（１９７９年）第２６９頁から第２７３頁で述べられて
いる。

【０００４】また超音波等による物理エネルギ−で分散
する方法もある。この分散する手段として、超音波技術
便覧（１９６０年）第１０６０頁から第１０７０頁で述
べられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】イオン性界面活性剤を
添加して分散させる従来法では、液中のイオン濃度が高
くなると粒子が微小化するにつれて凝集しやすくなる。
そのため従来法では１μｍ以下の超微粒子の分散には不
適当と考えられる。

【０００６】また高分子添加剤を添加して分散させる従
来法では、高分子添加剤は分散剤として働く反面添加濃
度によって凝集剤にもなり、分散剤として最適な添加濃
度の調整が難しい。そのため従来法では１μｍ以下の超
微粒子の分散には不適当と考えられる。

【０００７】超音波等物理エネルギ−で粒子を分散する
従来法では、粒子が微小化するにつれて、その表面積が
小さくなるので、１個当たりにかかる物理エネルギ−は
小さい。さらに長時間の超音波照射を行なうと逆に粒子
が凝集してしまう。そのため従来法では粒子を分散しに
くいと考えられる。

【０００８】本発明の目的は、上記問題を解決するため
に、各種金属、合金、セラミックスを含む無機物または
有機物を含む化合物の超微粒子の分散を良好でかつ凝集
の少ない微粒子を得る技術を提案することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、溶液中にある
微粒子のゼ−タ電位（表面電位）を制御できる物質を、
該溶液中に添加することにより、溶液中にある前記微粒
子の分散の向上あるいは凝集を低減する液中微粒子分散
法に関する。

【００１０】図１に、本発明の基本概念図を示す。図１
（ａ）は、微粒子−微粒子間の距離（Å）とポテンシャ
ルエネルギ−（Ｗ）の関係を示したものであり、図１
（ｂ）は、微粒子１と微粒子２との間の表面電荷３によ
り形成される電気二重層による静電気反発力、図１
（ｃ）は、微粒子１と微粒子２との間のｖａｎｄｅｒ
Ｗａａｌｓ力による引力を示す概念図である。図１に
示すように、液中では微粒子１と微粒子２との間のポテ
ンシャルエネルギ−Ｗは、ｖａｎｄｅｒＷａａｌｓ
力による引力（ＶA）と電気二重層による静電気反発力
（ＶR）の２つのポテンシャルの和（Ｗ＝ＶA＋ＶR）で
あり、このポテンシャルの山を超えることにより微粒子
同士が凝集すると考えられる。そこで、本発明は、この
ポテンシャルの山を高くして、分散の向上あるいは凝集
を低減させるために微粒子の表面電位（ゼ−タ電位）を
大きくし静電気反発力を高めることに着目してなされた
ものである。図２に懸濁させた微粒子の静置後の粒子
濃度の時間変化と微粒子のゼ−タ電位の関係を示す。図
２において、４はフッ化水素酸でエッチング処理したシ
リコン（Ｓｉ）粒子（容積比でＨＦ：Ｈ₂Ｏ＝１：９９
のフッ化水素酸に浸漬後フィルタで捕集した微粒子。以
降ベアＳｉ粒子という。）５は処理しないＳｉ粒子、６
はＦｅ粒子である。粒子の種類によってゼ−タ電位が異
なっており、また同じＳｉ粒子でも表面状態によりゼ−
タ電位の値が異なり、微粒子の粒子濃度の時間変化が異
なっている。（粒子濃度の時間変化の測定は、後記の実
施例に示した。）したがって、ゼ−タ電位を制御する
ことによって微粒子の分散の向上あるいは凝集を低減す
ることができると考えられる。

【００１１】また、微粒子のゼ−タ電位は、一般的には
負であるが、まれにアルミナ粒子同士の様に両者が正で
ある場合もあり得る。ゼ−タ電位を制御するとは、その
絶対値を大きくすることを意味する。

【００１２】本発明は、液中に特定の物質を添加するこ
とにより微粒子のゼ−タ電位を制御できるという知見に
基づいてなされたものである。

【００１３】ここで、ゼ−タ電位と滑り面の関係につい
て簡単に述べる。

【００１４】微粒子が溶液中を移動する際、微粒子の周
囲には液体分子が数層吸着して移動していくものと考え
られる。このときの数層の液体分子とその周りの液体と
の境界面を「滑り面」といい、この面の電位が上記した
ように微粒子の分散及び凝集に関係している。（滑り面
については、例えば北原文雄著「分散・乳化系の化学」
（工学図書１９７９年）第１０２頁に記されている。）
一方ゼ−タ電位は電気泳動法により測定されるため、ま
さにこの滑り面の電位を測定していることになる。（ゼ
−タ電位測定法の詳細は後記の実施例に示した。）本発
明ではゼ−タ電位、すなわち滑り面の電位を制御できる
物質として、アルコ−ル、グリコ−ル、アミン、アミノ
アルコ−ル、アルデヒド、有機酸、エステル、ケトン及
び非イオン界面活性剤等の物質を液中に添加することが
有効であることを見出した。これらの物質は、その分子
内の電荷分布が一様ではなく、ある部分はやや正に、あ
る部分はやや負になっており、全体としてゼロとなって
いる。すなわち、これらの物質は、双極子モ−メントを
持っている。そして、これらの物質により微粒子等のゼ
−タ電位が変化するのは、この電荷分布の不均一性が原
因であると考えられる。例えば、種々のアルコ−ルを用
いた場合ゼ−タ電位の値は異なっており、これは以下の
ように分子内の電荷分布の不均一性により半定量的に説
明できる。

【００１５】図３及び図４は、微粒子表面に吸着したア
ルコ−ル分子について、量子力学に基づく理論計算によ
り求めたアルコ−ルの分子内の電荷分布並びにゼ−タ電
位を示す。各アルコ−ルの微粒子１への吸着状態は図３
に示す場合と図４に示す場合が考えられる。図３に示す
場合、滑り面の位置を微粒子１の表面より３〜４番目の
原子とすれば、その位置付近にある炭素原子の電荷の絶
対値が大きい程、ゼ−タ電位の絶対値は大きくなってい
ることが分かる。すなわち、アルコ−ルが吸着した際、
吸着端より３〜４番目の原子付近に存在する局所的な電
荷の分布がゼ−タ電位の値に影響を与えると考えること
ができる。

【００１６】一方図４に示した場合、大きな負電荷を持
つ酸素原子の位置と滑り面との関係が異なっており、酸
素原子が滑り面に近い程ゼ−タ電位の絶対値は大きくな
っていると考えることができる。したがって、いずれの
場合もゼ−タ電位の大きさはアルコ−ル分子内の電荷分
布の不均一性によって決まるものと推論される。

【００１７】ただし、ゼ−タ電位を制御できる物質は微
粒子に吸着することが不可欠であり、１分子中に−Ｏ
Ｈ、−ＣＨＯ、−ＣＯＯＨ及び−ＮＨ₂等の親水基と炭
化水素基からなる疎水基を持つ物質である点が共通点で
あり、このことより微粒子への吸着が起こるものと考え
られる。

【００１８】また、ゼ−タ電位を制御できる上記物質
は、いずれもイオン解離しにくい物質である。イオン解
離しやすい物質を液中に添加する場合には、液中のイオ
ン濃度が高くなり微粒子の凝集が起こりやすくなる。す
なわちゼ−タ電位を大きくしても微粒子の分散効果が充
分に現われない場合がある。したがって、イオン解離し
にくい物質を用いることは本発明を実現する上で非常に
好ましい。

【００１９】したがって、イオン解離しにくく、１分子
中に親水基と疎水基を有する物質がゼ−タ電位の制御に
有効であることも理解できる。ただし、分子中の電荷分
布と滑り面との兼ね合いでゼ−タ電位制御効果は異なっ
てくる。すなわち、微粒子への物質の吸着端から２〜６
個目の原子のいずれか、あるいは複数個の原子の電荷分
布が負である物質が有効であることが容易に理解でき
る。具体的には、それらの原子が酸素原子、ハロゲン原
子及びチッ素原子等の電気陰性度の大きなものである
か、それらに結合する原子団が電子放出基あるいは電気
陰性度の大きな原子である場合である。またさらに複数
種の物質を組合せることも有効である。

【００２０】図５は、分子長の異なる２種類以上の非イ
オン界面活性剤等の分子が微粒子の表面に吸着した状態
の概念図である。図５におけるように、微粒子１の表面
に分子長に異なるＣＨ₃−Ｒ−Ｒ−Ｒ−ＯＨとＣＨ₃−Ｒ
−Ｒ−ＯＨ（Ｒが、−（ＣＨ₂）n−のときはアルコ−
ル、Ｒが−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）m−、または−（ＣＨ₂）n
−と−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）m−の組合せであるときは非イ
オン界面活性剤である。n、mは５〜２０程度の整数。）
が吸着した場合には、密集して吸着した短いほうの分子
の分子末端が、疑似的粒子表面となり、すなわち微粒子
の滑り面は、短いほうの分子の末端の外側にシフトす
る。そして、長いほうの分子の親水基（電気陰性度の大
きい酸素原子を含む。）がちょうど滑り面付近に位置す
ることになるので、ゼ−タ電位を制御できる有効な方法
となる。

【００２１】図６（ａ）は、非イオン界面活性剤と比較
的分子鎖の短いアルコ−ルを組合せて添加された場合
に、これらが微粒子１の表面に吸着した状態を示す概念
図である。また、図６（ｂ）と図６（ｃ）は、非イオン
界面活性剤等とアミノアルコ−ルを組合せて添加された
場合に、これらが微粒子１の表面に吸着した状態を示す
概念図である。図６（ａ）〜図６（ｃ）において、Ｒは
図４の場合と同じである。このように、非イオン界面
活性剤とアルコ−ルまたはアミノアルコ−ルを組合せて
用いる場合には、非イオン界面活性剤等の疎水基の部分
に低分子量のアルコ−ルやアミノアルコ−ルが吸着する
ためにゼ−タ電位変化が起こると考えられる。そして、
微粒子の種類によっては、吸着量が多くなるため、ゼ−
タ電位の変化もより大きくなる。したがって、微粒子の
分散効果も大きくなる。

【００２２】非イオン界面活性剤等と組合せることによ
り分散効果が大きくなるものは、上記の他グリコ−ル、
アミン、アルデヒド、有機酸、エステル及びケトンなど
１分子中に親水基と疎水基を持つ物質である。

【００２３】上記のような物質の添加濃度は、物質の種
類にもよるが、一般的に、溶液に対して１０~⁷〜２５ｖ
ｏｌ％である。１０~⁷ｖｏｌ％以上の添加で効果があ
り、２５ｖｏｌ％より多くの添加は意味がない。

【００２４】最適添加濃度の範囲は、アルコ−ルの場合
で０．１〜２．５ｖｏｌ％、アミノアルコ−ルの場合で
１０~⁷〜１０~¹ｖｏｌ％、有機酸の場合で０．００１〜
０．１ｖｏｌ％、アルデヒドの場合で０．１〜１．０ｖ
ｏｌ％，ケトンの場合で０．１〜２．０ｖｏｌ％などで
ある。

【００２５】

【作用】本発明によれば、ゼ−タ電位を制御できる物質
を溶液に添加することにより、溶液中の微粒子のゼ−タ
電位の絶対値を大きくなり、液中の微粒子と微粒子との
間の静電気反発力が増大する。その結果、微粒子間のポ
テンシャルエネルギ−が高くなり、微粒子同士の分散の
向上あるいは凝集を低減することが可能となる。

【００２６】また、同時に微粒子を懸濁させた容器壁面
への付着を防止できるという効果もある。

【００２７】

【実施例】先ず初めにゼ−タ電位測定法について述べ
る。

【００２８】ゼ−タ電位は通常電気泳動法により求める
ことができる。電気泳動とは、液中に電場をかけたとき
表面電荷を持つ微粒子が移動する現象をいい、その微粒
子の移動速度を測定することによって、移動速度と比例
関係にある微粒子のゼ−タ電位を求めることができる。
本発明では、この原理に基づいたＰｅｎＫｅｍ製ＬＡ
ＳＥＲＺＥＥＴＭＭｏｄｅｌ５０１により、微
粒子のゼ−タ電位の測定を行なった。

【００２９】本発明の効果を確認するために、ポリスチ
レン粒子、Ｆｅ粒子、Ｓｉ粒子及びＳｉＯ₂粒子を用い
た。これらの粒子を用いたのは、単に粒子径の揃ったも
のが容易に入手できるためであり、本発明の効果はもち
ろんこれらの微粒子に限定されるものではない。

【００３０】ポリスチレン粒子は、ＴｈｅＤｏｗＣ
ｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ製の粒子径１〜０．０
３８μｍのものを用いた。Ｆｅ粒子、Ｓｉ粒子及びＳｉ
Ｏ₂粒子は高純度化学製の粒子径１μｍのものを用い
た。Ｓｉ粒子については前処理しない場合と、容積比
が、ＨＦ：Ｈ₂Ｏ＝１：９９のフッ化水素酸に１分間エ
ッチング処理した後実験に用いたベアＳｉ粒子の場合と
がある。

【００３１】ゼ−タ電位の値は粒子の粒子径に依存しな
いと考えられ、上記粒子径での測定デ−タは０．０５μ
ｍ程度の超微粒子においてもそのまま用いることができ
る。

【００３２】（実施例１）イオン解離しにくく、親水基
と疎水基を持つ物質のゼ−タ電位制御効果を示す。アル
コ−ル、アルデヒド、有機酸、エステル及びケトン等広
範囲な物質にゼ−タ電位制御効果が認められた。このう
ち添加濃度とゼ−タ電位制御効果の一例として、フッ化
水素酸でエッチング処理したベアＳｉ粒子にエタノ−ル
を添加した場合について述べる。

【００３３】図７にエタノ−ルの添加濃度とベアＳｉ粒
子のゼ−タ電位変化の関係を示す。エタノ−ル添加前の
ベアＳｉ粒子は−２３．２ｍＶであったが、０．５ｖｏ
ｌ％のエタノ−ルの添加によりＳｉ粒子のゼ−タ電位を
−４７．３ｍＶまで制御することができた。（図７には
記載していないが２５ｖｏｌ％（２０ｗｔ％）程度の添
加まで効果があった。）ゼ−タ電位の値が極小となる添
加濃度は物質によって異なるが、エタノ−ル以外の物質
についても図７と同様の結果が得られた。表１及び表２
に、各種物質についてゼ−タ電位の値が極小となるとき
の添加濃度とそのときのゼ−タ電位の値を示した。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】（実施例２）アミノアルコ−ルに関して
は、より少ない添加濃度でより大きな効果が得られた。
各種アミノアルコ−ルを添加したときのゼ−タ電位の変
化を表３に示す。

【００３７】

【表３】

【００３８】また、２−アミノエタノ−ルを添加した際
の添加濃度と１μｍのポリスチレン粒子のゼ−タ電位の
関係を図８に、またモノイソプロパノ−ルアミンを添加
した際の添加濃度とゼ−タ電位の関係を図９に示す。ア
ミノアルコ−ルの場合には実施例１の物質のようにゼ−
タ電位の値が極小となることは少なく、図８及び図９に
示すように添加すればする程ゼ−タ電位の絶対値は大き
くなった。

【００３９】そして、アミノアルコ−ルは１０~⁷ｍｏｌ
／ｌ（３×１０~⁶ｖｏｌ％）以上の添加でゼ−タ電位制
御に充分な効果が見られた。

【００４０】（実施例３）表４にはハロゲン原子を含む
アルコ−ルを添加した際のゼ−タ電位の変化を示した。

【００４１】

【表４】

【００４２】ヘキサフルオロ−２−プロパノ−ルや１
Ｈ，１Ｈ−ペンタフルオロプロパノ−ルについては、ゼ
−タ電位を大きく変化させる効果のあることが分かっ
た。いずれもハロゲン原子を含まない物質よりも効果が
大きいことが分かる。

【００４３】（実施例４）表５にはチッ素原子を含む物
質を添加した際のゼ−タ電位の変化を示した。

【００４４】

【表５】

【００４５】ホルムアミドやＮ−メチルホルムアミドに
ついては、ゼ−タ電位を大きく変化させる効果のあるこ
とが分かった。いずれもチッ素原子を含まない物質より
も効果が大きいことが分かる。

【００４６】（実施例５）（Ｒ：−（ＣＨ₂）n−，nは５〜２０程度の整数。）で
示される非イオン界面活性剤を合成し、ゼ−タ電位制御
効果について検討した。その結果を表６に示す。

【００４７】

【表６】

【００４８】多くの粒子に対して効果のあることが分か
った。類似の構造を持つ界面活性剤についても同様の効
果が期待できる。

【００４９】（実施例６）分子長の異なる２種類の非イ
オン界面活性剤Ｉ：ＣＨ₃（ＣＨ₂）₁₀ＣＨ₂Ｏ（ＣＨ₂Ｃ
Ｈ₂Ｏ）₁₂Ｈ及びII：ＣＨ₃（ＣＨ₂）₁₄ＣＨ₂Ｏ（ＣＨ₂
ＣＨ₂Ｏ）₁₄Ｈを合成し、これらについてゼ−タ電位制
御効果について検討した。その結果を表７に示す。

【００５０】

【表７】

【００５１】多くの粒子に対して効果のあることが分か
った。類似の構造を持つ界面活性剤の組合せにも同様の
効果が期待できる。

【００５２】（実施例７）非イオン界面活性剤ＣＨ
₃（ＣＨ₂）₁₀ＣＨ₂Ｏ（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）₁₂Ｈとアルコ−
ルを組合せて用いた例を表８に示す。

【００５３】

【表８】

【００５４】特に、アルコ−ルだけでは効果の小さいＦ
ｅ粒子、Ｓｉ粒子及びＳｉＯ₂粒子等にも大きな効果の
あることが分かった。もちろんエタノ−ル以外のアルコ
−ルにも同様の効果が期待できる。

【００５５】（実施例８）合成した非イオン界面活性剤
ＣＨ₃（ＣＨ₂）₁₀ＣＨ₂Ｏ（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）₁₂Ｈとアミ
ノアルコ−ルを組合せた例を表９に示す。

【００５６】

【表９】

【００５７】特に、アミノアルコ−ルだけでは効果の小
さいＦｅ粒子、Ｓｉ粒子及びＳｉＯ₂粒子等にも大きな
効果のあることが分かった。

【００５８】（実施例９）本発明による微粒子の分散効
果を以下の手順により確認した。図１０に示すように、
０．０３８μｍのポリスチレン粒子を高さ３０ｃｍの円
筒型ガラス管（沈降管）内の超純水中に入れて懸濁液を
作り、(粒子濃度は５×１０¹¹個／ｃｍ³に調整した。）
振り混ぜてから静置した。静置時間と共に懸濁液の粒子
濃度が減少していくことが分かった。なお、ポリスチレ
ン粒子の粒子濃度の時間当りの変化は分光光度計を用い
た光の透過率より測定した。光の透過率は分光光度計か
ら照射される主波長４２０ｎｍの光を用いて、超純水の
透過率を１００として、不透明体を０とする比較値で示
したものである。（透過率による分散評価法としては、
例えば北原文雄著「分散・乳化系の化学」（工学図書１
９７９年）第１２９頁に記されている。）２−アミノエ
タノ−ルを３×１０~⁵ｖｏｌ％加えた後、同様にして沈
降管内のポリスチレン粒子の粒子濃度の時間ごとの変化
を測定した。その結果を図１１の１４に示す。ほとんど
粒子濃度に変化は見られなかった。

【００５９】また、２−アミノエタノ−ルの代わりにエ
タノ−ルを添加した場合についても粒子濃度があまり変
化しなかった。

【００６０】いずれの場合もポリスチレン粒子の分散性
が良くなるので、添加剤を加えない場合に比べて清澄時
間が長くなることは明らかである。

【００６１】（実施例１０）次に０．０３８μｍのポリ
スチレン粒子を用いた同様の分散確認実験を塩酸を加え
て容器の水素イオン濃度を調整して行なった。ｐＨ３で
の静置時間と粒子濃度の関係は超純水中の結果と同じで
図１１の１３と同様であった。これを図１２の１３に示
す。すなわち静置時間と共に粒子濃度は減少した。しか
し、図１２の１５に示すように、２−アミノエタノ−ル
を３×１０~⁵ｖｏｌ％加えることによりほとんど粒子濃
度に変化は見られなかった。

【００６２】（実施例１１）次に、０．２μｍのポリス
チレン粒子を用いて同様の分散確認実験を行なった。た
だし、塩酸を加えて溶液中の水素イオン濃度を調整して
０．２μｍのポリスチレン粒子が凝集の起こりやすい条
件で（粒子濃度は４×１０¹²個／ｃｍ³に調整した。）
２−アミノエタノ−ルを３×１０~⁵ｖｏｌ％加えたとこ
ろ、図１３の１７に示すように、粒子濃度に変化は見ら
れなかった。すなわち、２−アミノエタノ−ルの添加に
より、あるｐＨで起きていた凝集を防止できることを示
している。なお、図１３中の各ｐＨに対する粒子濃度
は、静置時間が５日経過後の粒子濃度を示す。

【００６３】（実施例１２）次に、１μｍのポリスチレ
ン粒子を用いて同様の分散確認実験を行なった。１μｍ
の微粒子は超純水中ではほとんど凝集が見られなかった
ので、塩酸を加え溶液の水素イオン濃度を調整して実験
を行なった。図１４の１８に示すようにｐＨ２程度より
酸性側に高くなると１μｍの微粒子は凝集するようにな
る。（粒子濃度は５×１０¹³個／ｃｍ³に調整した。ま
た、図１４中の各ｐＨに対する粒子濃度は、静置時間が
５日経過後の粒子濃度を示す。）その懸濁液に２−アミ
ノエタノ−ルを３×１０~⁵ｖｏｌ％加えたところ、図１
４の１９に示すように凝集の起こる水素イオン濃度は変
化した。すなわち、２−アミノエタノ−ルの添加によ
り、あるｐＨで起きていた凝集を防止できること、すな
わち、より酸性の高い領域まで凝集を防止できることを
示している。

【００６４】なお、アルカリ性でも対称的に効果があり
２−アミノエタノ−ルの添加により、凝集を生じる領域
をよりアルカリ性の高いところまでずらすことができ
る。

【００６５】（実施例１３）次に超純水中に粒子径１μ
ｍのＳｉ粒子を懸濁させ、同様の分散確認実験を行なっ
た。（粒子濃度は５×１０¹³個／ｃｍ³に調整した。ま
た、図１５中の各ｐＨに対する粒子濃度は、静置時間が
１日経過後の粒子濃度を示す。）図１５の２０として示
すようにｐＨ２．２程度より酸性側に高くなると、１μ
ｍ粒子は凝集するようになる。

【００６６】実施例７で用いた非イオン界面活性剤１０
~⁷ｍｏｌ／ｌと２−アミノエタノ−ルを３×１０~⁵ｖｏ
ｌ％加えたところ、図１５の２１に示すように凝集の起
こる水素イオン濃度は、より酸性側に変化した。すなわ
ち、２−アミノエタノ−ルの添加により、あるｐＨで起
きていた凝集を防止できることが分かった。

【００６７】（実施例１４）次に容積比でＨＦ：Ｈ₂Ｏ
＝１：９９のフッ化水素酸を調整して粒子径１μｍのベ
アＳｉ粒子を懸濁させ、同様の分散確認実験を行なっ
た。（粒子濃度は５×１０¹³個／ｃｍ³に調整した。）
図１６の２２に示すように静置時間と共に粒子濃度は減
少することが分かった。次に、実施例７で用いた非イオ
ン界面活性剤１０~⁷ｍｏｌ／ｌと２−アミノエタノ−ル
３×１０~⁵ｖｏｌ％を加えた後、同様にして分散確認実
験を行なった。そして、得られた結果を同じく図１６の
２３に示す。ほとんど凝集は見られなくなった。

【００６８】（実施例１５）次に超純水中に粒子径１μ
ｍのＳｉＯ₂粒子を懸濁させ、同様の分散確認実験を行
なった。（粒子濃度は５×１０¹³個／ｃｍ³に調整し
た。また、図１７中の各ｐＨに対する粒子濃度は、静置
時間が１日経過後の粒子濃度を示す。）図１７の２４に
示すようにｐＨ２．２程度より酸性側が大きくなると、
１μｍ粒子は凝集するようになる。実施例７で用いた非
イオン界面活性剤１０~⁷ｍｏｌ／ｌと２−アミノエタノ
−ルを３×１０~⁵ｖｏｌ％加えたところ、図１７の２５
に示すように凝集の起こる水素イオン濃度はより酸性側
に変化した。すなわち、２−アミノエタノ−ルの添加に
より、あるｐＨで起きていた凝集を防止できることが分
かった。

【００６９】（実施例１６）次に超純水中に粒子径１μ
ｍのＦｅ粒子を懸濁させ、同様の分散確認実験を行なっ
た。（粒子濃度は５×１０¹³個／ｃｍ³に調整した。ま
た、図１８中の各ｐＨに対する粒子濃度は、静置時間が
１日経過後の粒子濃度を示す。）図１８の２６に示すよ
うにｐＨ３程度より酸性側が大きくなると、１μｍ粒子
は凝集するようになる。実施例７で用いた非イオン界面
活性剤１０~⁷ｍｏｌ／ｌと２−アミノエタノ−ルを３×
１０~⁵ｖｏｌ％加えたところ、図１８の２７に示すよう
に凝集の起こる水素イオン濃度は変化した。すなわち、
２−アミノエタノ−ルの添加により、あるｐＨで起きて
いた凝集を防止できることが分かった。

【００７０】（実施例１７）次に２−アミノエタノ−ル
の添加濃度と分散効果の関係について検討した。１μｍ
のポリスチレン粒子を懸濁させ、同様の分散確認実験を
行なった。（粒子濃度は５×１０¹³個／ｃｍ³に調整し
た。また、図１９中の各ｐＨに対する粒子濃度は、静置
時間が５日経過後の粒子濃度を示す。）図１９の２８に
示すようにｐＨ２．２程度より酸性側が大きくなると、
１μｍ粒子は凝集するようになる。２−アミノエタノ−
ルを３×１０~⁵ｖｏｌ％加えたところ、図１９の２９に
示すように凝集の起こる水素イオン濃度は変化した。２
−アミノエタノ−ルの添加濃度を３×１０~³ｖｏｌとす
ると、図１９の３０に示すように凝集の起こる水素イオ
ン濃度はさらに小さくなり、分散効果がより大きくなる
ことが明らかになった。すなわち、２−アミノエタノ−
ルの添加濃度が多くなることにより微粒子のゼ−タ電位
の絶対値が大きくなり、それだけ分散効果が大きくなっ
たと考えられる。したがって他の粒子に対しても添加濃
度を多くすることにより同様の効果が期待できる。

【００７１】（実施例１８）次に容積比でＨＦ：Ｈ₂Ｏ
＝１：９９のフッ化水素酸を調整して粒子径１μｍのＳ
ｉ粒子を懸濁させ、同様の分散確認実験を行なった。
（粒子濃度は５×１０ ¹³個／ｃｍ³に調整。）図２０に
示すように静置時間と共に粒子濃度は減少することが分
かった。次に、実施例７で用いた非イオン界面活性剤１
０~⁷ｍｏｌ／ｌとｍ−アミノフェノ−ルを１ｖｏｌ％を
加えた後、同様にして分散確認実験を行ない、得られた
結果を同じく図２０の３２に示す。ほとんど凝集は見ら
れなかった。

【００７２】（実施例１９）次に容積比でＨＦ：Ｈ₂Ｏ
＝１：９９のフッ化水素酸を調整して粒子径１μｍのＳ
ｉ粒子を分散させ、同様の分散確認実験を行なった。
（粒子濃度は５×１０¹³個／ｃｍ³に調整した。）図２
１に示すように静置時間と共に粒子濃度は減少すること
が分かった。次に、実施例７で用いた非イオン界面活性
剤１０~⁷ｍｏｌ／ｌとホルムアミド０．５ｖｏｌ％を加
えた後、同様にして分散確認実験を行ない、得られた結
果を同じく図２１の３４に示す。ほとんど凝集は見られ
なかった。以上の分散確認実験により、本発明で述べた
ゼ−タ電位の制御が微粒子の分散及び凝集の低減に有効
であることが実証された。

【００７３】（実施例２０）本発明を実施するために分
散制御システムの一例を図２２に示す。図２２におい
て、原料投入部３５から投入された懸濁液と、ゼ−タ電
位制御物質貯蔵部３６から添加濃度調節部３７を介入し
て供給されるゼ−タ電位制御物質が、撹拌槽３８に送ら
れて混合及び分散され、セラミックスの原料ができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、液中の微粒子の分散の
向上及び凝集を低減することができるため、材料の製造
プロセスにおいて微粒子の分散性良好な微粒子を低コス
トで製造することができる。

【００７５】また、本発明は本発明による物質と微粒子
の組合せにより凝集剤としての効果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る微粒子−微粒子間の距離
とポテンシャルエネルギ−の関係を示す図である。

【図２】図２は、微粒子のゼ−タ電位と粒子濃度の関係
を示す図である。

【図３】図３は、微粒子表面に吸着したアルコ−ル分子
の電荷分布と滑り面の電位を示す図である。

【図４】図４は、微粒子表面に吸着したアルコ−ル分子
の電荷分布と滑り面の電位を示す図である。

【図５】図５は、微粒子表面に吸着した非イオン界面活
性剤分子またはアルコ−ル分子を示す図。

【図６】図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、非
イオン界面活性剤とアルコ−ルを組合せて添加した場合
に吸着した状態を示す図である。

【図７】図７は、エタノ−ルの添加濃度とベアＳｉ粒子
のゼ−タ電位の関係を示す図である。

【図８】図８は、２−アミノエタノ−ルの添加濃度とポ
リスチレン微粒子のゼ−タ電位の関係を示す図である。

【図９】図９は、微粒子のゼ−タ電位とモノイソプロパ
ノ−ルアミンの添加濃度の関係を示す図である。

【図１０】図１０は、分光光度計による粒子濃度変化を
測定する方法を示す概念図である。

【図１１】図１１は、ポリスチレン粒子の懸濁液の静置
時間と粒子濃度変化の関係を示す図である。

【図１２】図１２は、ポリスチレン粒子の懸濁液の静置
時間と粒子濃度変化の関係を示す図である。

【図１３】図１３は、水素イオン濃度と粒子濃度の関係
を示す図である。

【図１４】図１４は、水素イオン濃度と粒子濃度の関係
を示す図である。

【図１５】図１５は、水素イオン濃度と粒子濃度の関係
を示す図である。

【図１６】図１６は、ベアＳｉ粒子の懸濁液の静置時間
と粒子濃度変化の関係を示す図である。

【図１７】図１７は、水素イオン濃度と粒子濃度の関係
を示す図である。

【図１８】図１８は、水素イオン濃度と粒子濃度の関係
を示す図である。

【図１９】図１９は、水素イオン濃度と粒子濃度の関係
を示す図である。

【図２０】図２０は、Ｓｉ粒子の懸濁液の静置時間と粒
子濃度変化の関係を示す図である。

【図２１】図２１は、Ｓｉ粒子の懸濁液の静置時間と粒
子濃度変化の関係を示す図である。

【図２２】図２２は、本発明に係る分散制御システムの
一例を示す図である。

【符号の説明】

１…微粒子、２…微粒子、３…表面電荷，４…ベアＳｉ
粒子、５…Ｓｉ粒子、６…Ｆｅ粒子、７…滑り面、８…
微粒子の懸濁液、９…分光光度計レ−ザ照射部、１０…
分光光度計レ−ザ受光部、１１…レ−ザ光、１２…沈降
した微粒子、１３…無添加の場合、１４…２−アミノエ
タノ−ルを３×１０~⁵ｖｏｌ％添加した場合、１５…エ
タノ−ルを１ｖｏｌ％添加した場合、１６…無添加の場
合、１７…２−アミノエタノ−ルを３×１０~⁵ｖｏｌ％
添加した場合、１８…無添加の場合、１９…２−アミノ
エタノ−ルを３×１０~⁵ｖｏｌ％添加した場合、２０…
無添加の場合、２１…非イオン界面活性剤１０~⁷ｍｏｌ
／ｌと２−アミノエタノ−ルを３×１０~⁵ｖｏｌ％添加
した場合、２２…無添加の場合、２３…非イオン界面活
性剤１０~⁷ｍｏｌ／ｌと２−アミノエタノ−ルを３×１
０~⁵ｖｏｌ％添加した場合、２４…無添加の場合、２５
…非イオン界面活性剤１０~⁷ｍｏｌ／ｌと２−アミノエ
タノ−ルを３×１０~⁵ｖｏｌ％添加した場合、２６…無
添加の場合、２７…非イオン界面活性剤１０~⁷ｍｏｌ／
ｌと２−アミノエタノ−ルを３×１０~⁵ｖｏｌ％添加し
た場合、２８…無添加の場合、２９…２−アミノエタノ
−ルを３×１０~⁵ｖｏｌ％添加した場合、３０…２−ア
ミノエタノ−ルを３×１０~³ｖｏｌ％添加した場合、３
１…無添加の場合、３２…非イオン界面活性剤１０~⁷ｍ
ｏｌ／ｌと２−アミノエタノ−ルを３×１０~⁵ｖｏｌ％
添加した場合、３３…無添加の場合、３４…非イオン界
面活性剤１０~⁷ｍｏｌ／ｌと２−アミノエタノ−ルを３
×１０~⁵ｖｏｌ％添加した場合、３５…原料投入部、３
６…ゼ−タ電位制御物質貯蔵部、３７…添加濃度調整
部、３８…撹拌槽、３９…ゼラミックス加工部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡齊神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶液中にある微粒子のゼ−タ電位（表面電
位）を制御できる物質を、該溶液中に１０~⁷〜２５ｖｏ
ｌ％の範囲の添加濃度で添加することにより、溶液中に
ある被吸着体である前記微粒子の分散の向上あるいは凝
集を低減することを特徴とする液中微粒子分散法。
【請求項２】溶液中にある微粒子のゼ−タ電位を制御で
きる物質が、分子内に電荷分布のある物質（双極子モ−
メントを持つ物質）である請求項１記載の液中微粒子分
散法。
【請求項３】溶液中にある微粒子のゼ−タ電位を制御で
きる物質が、１分子中に親水基と疎水基を持つ物質であ
る請求項１記載の液中微粒子分散法。
【請求項４】溶液中にある微粒子のゼ−タ電位を制御で
きる物質が、分子末端から２〜６個目の原子のいずれ
か、あるいは複数個の原子の電荷分布が負である分子か
らなる物質である請求項１記載の液中微粒子分散法。
【請求項５】溶液中にある微粒子のゼ−タ電位を制御で
きる物質が、イオン解離しにくい物質である請求項１記
載の液中微粒子分散法。
【請求項６】１分子中に親水基と疎水基を持つ物質が、
該疎水基の水素原子の一部あるいは全てをハロゲン原子
で置き換えた物質である請求項３記載の液中微粒子分散
法。
【請求項７】溶液中にある微粒子のゼ−タ電位を制御で
きる物質が、１分子中にアミノ基と水酸基を有する物質
である請求項１記載の液中微粒子分散法。
【請求項８】１分子中に親水基と疎水基を持つ物質が、
該疎水基の水素原子の一部あるいは全てをチッ素原子で
置き換えた物質である請求項３記載の液中微粒子分散
法。
【請求項９】分子長の異なる２種類以上の物質を添加す
ることにより行なう請求項２〜８記載の液中微粒子分散
法。
【請求項１０】１種類以上の非イオン界面活性剤と１分
子中に親水基と疎水基を持つ物質を添加することにより
行なう請求項１記載の液中微粒子分散法。
【請求項１１】非吸着体が各種金属、合金、セラミック
スを含む無機物または有機物を含む化合物である請求項
１〜１０記載の液中微粒子分散法。