Дисперсия оксида циркония, способ ее получения и содержащая ее смоляная композиция
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Дисперсию оксида циркония получают путем взаимодействия соли циркония со щелочью в воде с получением суспензии частиц оксида циркония. Суспензию фильтруют, промывают и репульпируют. В полученную суспензию добавляют органическую кислоту в количестве одной мольной части или более на мольную часть циркония в суспензии и проводят гидротермическую обработку суспензии при температуре 170°C или выше. Затем осуществляют промывку и сгущение полученной водной дисперсии частиц оксида циркония. Дисперсия оксида циркония содержит частицы оксида циркония в количестве 20% вес. или более, обладает малой вязкостью и характеризуется коэффициентом пропускания 35% или более при длине волны 400 нм, коэффициентом пропускания 95% или более при длине волны 800 нм и вязкостью 20 мПа·с или менее при температуре 25°C. Дисперсия оксида циркония может быть использована в оптических продуктах, таких как герметизирующая смола для светодиодов или неотражающая пленка. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к дисперсии оксида циркония, способу ее получения и содержащей ее смоляной композиции, в частности, к дисперсии оксида циркония, которая обладает высокой концентрацией, но малой вязкостью и высокой прозрачностью, способу ее получения и содержащей ее смоляной композиции. Так как дисперсия оксида циркония настоящего изобретения обладает описанными выше свойствами, она особенно хорошо подходит, например, в качестве материала для оптических композиционных смол, таких как герметизирующая смола для светодиодов или неотражающая пленка.
Уровень техники
За последнее время было предложено множество высокофункциональных смол или пленок, в которых оксид циркония соединяют с прозрачной смолой или пленкой с целью усовершенствования их коэффициента преломления посредством высокого коэффициента преломления оксида циркония.
Например, известно, что когда оксид циркония, обладающий высоким коэффициентом преломления, добавляют в герметизирующую смолу для светодиодов, коэффициент преломления герметизирующей смолы может быть увеличен, следовательно, становится возможным эффективным образом получить дополнительное световое излучение от источника света, и, следовательно, повысить яркость светодиода.
Аналогично, оксид циркония также используют в составе неотражающей пленки на поверхности дисплея с плоской индикаторной панелью, такого как жидкокристаллический дисплей, плазменный дисплей или электролюминесцентный дисплей. Неотражающая пленка представляет собой ламинированную пленку, в которой имеется слой с малым коэффициентом преломления и слой с большим коэффициентом преломления, при этом в слое с большим коэффициентом преломления использована композиционная смола, в которой диспергирован оксид циркония.
В описанных выше вариантах использования, в случае, когда размер первичных частиц оксида циркония и размер вторичных агрегированных частиц оксида циркония в смоле не намного меньше, чем длина волны видимого излучения (380-800 ним), герметизирующая смола или неотражающая пленка мутнеет вследствие рассеяния света, вызываемого частицами оксида циркония, таким образом, необходимую прозрачность получить не удается. Следовательно, имеется острая необходимость создания высокопрозрачной дисперсии оксида циркония, в которой частицы оксида циркония диспергированы, как тонкодисперсные частицы в смоле.
Для удовлетворения этой потребности в последнее время предложены различные частицы оксида циркония и способы получения дисперсии таких тонкодисперсных частиц. Типичным способом получения дисперсии оксида циркония является способ, в котором используют гидроксид циркония, полученный путем нейтрализации щелочью соли циркония. Например, известен способ, в соответствии с которым соляную кислоту заданной концентрации добавляют в суспензию гидроксида циркония, образовавшуюся смесь нагревают до температуры кипения, получая дисперсию оксида циркония (патентная литература 1). Однако, полученный этим способом оксид циркония характеризуется средним размером частиц 50 нм или более, следовательно, сомнительно, что эта дисперсия имеет удовлетворительную прозрачность.
Также известен способ, в соответствии с которым водный раствор соли циркония добавляют в водный раствор гидроксида щелочного металла, нагретый до 60°С или более, с целью нейтрализации гидроксида щелочного металла, то есть, осуществляют обратную нейтрализацию; затем полученный продукт отфильтровывают и промывают; в продукт добавляют воду; полученную смесь перемешивают; в эту смесь добавляют кислоту; полученную смесь перемешивают при нагревании до температуры от 80 до 100°С с целью получения дисперсии оксида циркония (патентная литература 2). Однако, в соответствии с этим способом требуется продолжительное нагревание, следовательно, сложно внедрить этот способ в промышленное получение дисперсии оксида циркония.
Известен еще один способ, в соответствии с которым водный раствор щелочи добавляют в водный раствор соли циркония в присутствии карбоновой кислоты, такой как яблочная кислота, лимонная кислота или винная кислота, с целью получения геля гидроксида циркония; гель промывают и в достаточной степени диспергируют при помощи ультразвуковых волн и т.п.; образовавшуюся дисперсию подвергают гидротермической обработке в присутствии карбоновой кислоты, указанной выше, получая дисперсию оксида циркония (патентная литература 3). Однако, в соответствии с этим способом концентрация водного раствора соли циркония ограничивается 5% вес. в расчете на оксид циркония, так что полученный золь оксида циркония не имеет неоднородный гранулометрический состав, следовательно, полученная дисперсия оксида цирконии имеет заметно низкую концентрацию. Более того, поскольку в данном способе является существенным в достаточной степени обработать дисперсию ультразвуковыми волнами и т.п. перед гидротермической обработкой, сложно внедрить этот способ в промышленное получение дисперсии оксида циркония.
Патентная литература 1: JP 1993-24844 А
Патентная литература 2: JP 2008-31023 А
Патентная литература 3: JP 2006-143535 А
Краткое изложение сущности изобретения
Решаемые технические задачи
Для решения указанных выше задач, связанных с недостатками, свойственными традиционным дисперсиям оксида циркония, авторы настоящего изобретения провели усердные исследования. В результате, было обнаружено, что когда осуществляют реакцию соли циркония со щелочью в воде, получая суспензию, содержащую частицы оксида циркония; эту суспензию отфильтровывают, промывают и репульпируют; в полученную суспензию добавляют органическую кислоту в количестве одной мольной части или более на мольную часть циркония в суспензии; суспензию подвергают гидротермической обработке при температуре 170°С или выше; то может быть получена водная дисперсия оксида циркония, характеризующаяся отличной прозрачностью.
Кроме того, авторами изобретения обнаружено, что когда полученную дисперсию промывают и сгущают, может быть получена водная дисперсия оксида циркония, характеризующаяся высокой прозрачностью и малой вязкостью, при этом, эта дисперсия имеет высокое содержание оксида циркония - 20% вес. или более.
Кроме того, авторами изобретения обнаружено, что когда диспергирующую среду полученной таким образом водной дисперсии оксида циркония, то есть, воду, заменяют органическим растворителем, может быть получена дисперсия оксида циркония, диспергирующей средой которой является органический растворитель, и которая характеризуется высокой прозрачностью и малой вязкостью, при этом, эта дисперсия имеет высокое содержание оксида циркония - 20% вес. или более, аналогично вышесказанному.
Следовательно, задачей настоящего изобретения является обеспечение дисперсии оксида циркония, обладающей малой вязкостью и высокой прозрачностью, которая характеризуется содержанием частиц оксида циркония 20% вес. или более, и способа получения такой дисперсии оксида циркония. Кроме того, задачей настоящего изобретения является обеспечение смоляной композиции, содержащей такую дисперсию оксида циркония.
Средство решения указанных задач
Настоящим изобретением обеспечивается дисперсия оксида циркония, содержащая частицы оксида циркония в количестве 20% вес. или более и характеризующаяся коэффициентом пропускания 35% или более при длине волны 400 нм, коэффициентом пропускания 95% или более при длине волны 800 нм и вязкостью 20 мПа·с или менее при температуре 25°С.
В данном изобретении диспергирующая среда дисперсии оксида циркония представляет собой воду, органический растворитель или их смесь.
В соответствии с настоящим изобретением осуществляют реакцию соли циркония со щелочью в воде, получая суспензию, содержащую частицы оксида циркония; эту суспензию отфильтровывают, промывают и репульпируют; в полученную суспензию добавляют органическую кислоту в количестве одной мольной части или более на мольную часть циркония в суспензии; суспензию подвергают гидротермической обработке при температуре 170°С или выше, получая водную дисперсию частиц оксида циркония; эту дисперсию промывают и сгущают, тем самым, получают водную дисперсию оксида циркония с содержанием частиц оксида циркония 20% вес. или более, которая обладает указанными выше свойствами, то есть, коэффициентом пропускания 35% или более при длине волны 400 нм, коэффициентом пропускания 95% или более при длине волны 800 нм и вязкостью 20 мПа·с или менее при температуре 25°С.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением осуществляют реакцию соли циркония и соли, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента, выбранного из алюминия, магния, титана и редкоземельных элементов, со щелочью в воде, получая суспензию частиц соосажденных оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента; эту суспензию отфильтровывают, промывают и репульпируют; в полученную суспензию добавляют органическую кислоту в количестве одной мольной части или более на мольную часть общего количества циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента в суспензии; суспензию подвергают гидротермической обработке при температуре 170°С или выше; полученную водную дисперсию твердого раствора оксида циркония, содержащего, по меньшей мере, один стабилизирующий элемент, промывают и сгущают, тем самым, получают водную дисперсию твердого раствора оксида циркония, содержащего, по меньшей мере, один стабилизирующий элемент, которая обладает описанными выше свойствами.
В контексте настоящего изобретения совместный осадок оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента означает совместный осадок оксида циркония и продукта нейтрализации соли, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента, полученный в результате реакции соли циркония и соли, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента со щелочью в воде.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, диспергирующую среду водной дисперсии оксида циркония, получение которой описано выше, то есть, воду, замещают органическим растворителем, тем самым, может быть получена дисперсия оксида циркония, диспергирующая среда которой представляет собой органический растворитель, и которая обладает описанными выше свойствами.
Значение изобретения
Дисперсия оксида циркония настоящего изобретения обладает малой вязкостью и, при этом, высокой концентрацией, кроме того, она характеризуется высокой прозрачностью. Следовательно, при использовании, например, в оптических продуктах, таких как герметизирующая смола для светодиодов или неотражающая пленка, эта дисперсия может быть добавлена в смолу, в результате чего обеспечивается композиционная смола, обладающая большим коэффициентом преломления и хорошей прозрачностью.
Кроме того, в соответствии со способом настоящего изобретения, описанным выше, может быть легко получена дисперсия оксида циркония с высоким содержанием частиц и, при этом, малой вязкостью, а также высокой прозрачностью.
Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Дисперсия оксида циркония настоящего изобретения обладает коэффициентом пропускания 35% или более при длине волны 400 нм, коэффициентом пропускания 95% или более при длине волны 800 нм и вязкостью 20 мПа·с или менее, предпочтительно, 10 мПа·с или менее при температуре 25°С.
В дисперсии оксида циркония настоящего изобретения оксид циркония может представлять собой твердый раствор оксида циркония, содержащий, по меньшей мере, один стабилизирующий элемент, выбранный из алюминия, магния, титана и редкоземельных элементов, то есть, оксид циркония может представлять собой, так называемый, стабилизированный оксид циркония, характеризующийся устойчивостью кристаллов к нагреванию. Примером редкоземельного элемента может служить иттрий.
Сначала поясним способ производства водной дисперсии оксида циркония настоящего изобретения.
В соответствии со способом настоящего изобретения получения водной дисперсии оксида циркония, осуществляют реакцию соли циркония со щелочью в воде, получая суспензию, содержащую частицы оксида циркония; затем эту суспензию отфильтровывают, промывают и репульпируют; в полученную суспензию добавляют органическую кислоту в количестве одной мольной части или более на мольную часть циркония в суспензии; суспензию подвергают гидротермической обработке при температуре 170°С или выше; полученную водную дисперсию оксида циркония промывают и сгущают.
В соответствии со способом настоящего изобретения получения водной дисперсии твердого раствора оксида циркония, содержащего, по меньшей мере, один стабилизирующий элемент, подобранный из алюминия, магния, титана и редкоземельных элементов, осуществляют реакцию соли циркония и соли, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента, указанного выше, со щелочью, получая суспензию частиц соосажденных оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента; эту суспензию отфильтровывают, промывают и репульпируют; в полученную суспензию добавляют органическую кислоту в количестве одной мольной части или более на мольную часть общего количества циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента в суспензии; суспензию подвергают гидротермической обработке при температуре 170°С или выше; полученную водную дисперсию промывают и сгущают.
Соль циркония, используемая в контексте настоящего изобретения, не имеет определенных ограничений, используют растворимую в воде соль, такую как нитрат, ацетат и хлорид. Из этих солей в качестве соли циркония, предпочтительно, используют оксихлорид циркония. В качестве щелочи, предпочтительно, используют гидроксид натрия, гидроксид калия и аммиак, однако, ими варианты используемой щелочи не ограничиваются.
Соль, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента не имеет определенных ограничений, обычно, используют водорастворимую соль, такую как хлорид и нитрат. Например, когда, по меньшей мере, один стабилизирующий элемент представляет собой алюминий, предпочтительно, используют хлорид алюминия; когда, по меньшей мере, один стабилизирующий элемент представляет собой иттрий, предпочтительно, используют хлорид иттрия. По меньшей мере, один стабилизирующий элемент, обычно, используют в количестве от 1 до 20% мол. относительно элементарного циркония.
Температура, при которой осуществляют реакцию соли циркония или соли циркония и соли, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента со щелочью в воде, не имеет определенных ограничений, обычно, эта температура соответствует диапазону от 10 до 50°С, предпочтительно, диапазону от 15 до 40°С. Способ проведения реакции соли циркония или соли циркония и соли, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента со щелочью в воде может включать, например, способ, в соответствии с которым водный раствор щелочи добавляют в водный раствор соли циркония или в смешанный водный раствор соли циркония и соли, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента; способ, в соответствии с которым соль циркония или смешанный водный раствор соли циркония и соли, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента добавляют в водный раствор щелочи; способ, в соответствии с которым водный раствор соли циркония или смешанный водный раствор соли циркония и соли стабилизирующего элемента и водный раствор щелочи одновременно добавляют в загруженную в реактор воду (воду, которую ранее поместили в осадительный реактор), то есть, способ одновременной нейтрализации; и т.п. Может быть применен любой из описанных способов. Из них предпочтительным является способ одновременной нейтрализации, в соответствии с которым водный раствор соли циркония или смешанный водный раствор соли циркония и соли, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента и водный раствор щелочи одновременно добавляют в загруженную в реактор воду.
Концентрация водного раствора соли циркония, например, водного раствора оксихлорида циркония, предпочтительно, составляет 2,4 моль/л или менее. Концентрация водного раствора щелочи, предпочтительно, составляет 10 моль/л.
В соответствии с настоящим изобретением, как описано выше, соль циркония или соль циркония и соль, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента вступает(ют) в реакцию со щелочью в воде, в результате чего образуется суспензия частиц оксида циркония или суспензия частиц соосажденных оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента; эту суспензию отфильтровывают, промывают и репульпируют в воде с целью получения вторичной суспензии. Полученная таким образом вторичная суспензия, предпочтительно, обладает электропроводностью 500 мкСм/см или менее.
Вообще, когда соль циркония, например, оксихлорид циркония нейтрализуют, например, гидроксидом натрия в воде, в качестве побочного продукта образуется соль, или хлорид натрия. Когда эту соль, например, хлорид натрия, образовавшийся в качестве побочного продукта в результате реакции соли циркония со щелочью в воде, не удаляют в достаточной степени из вторичной суспензии, даже при добавлении в эту суспензию органической кислоты и гидротермической обработке этой суспензии, трудно получить удовлетворительный дисперсионный эффект, поэтому, дисперсия оксида циркония с высокой прозрачностью получена быть не может.
Далее, в соответствии с настоящим изобретением, чтобы получить суспензию путем фильтрования и промывки ранее полученной суспензии и репульпирования образовавшегося фильтрационного осадка в воде, этот фильтрационный осадок можно поместить в воду и перемешивать смесь до получения суспензии. В качестве альтернативы, фильтрационный осадок репульпируют в воде при помощи средств диспергирования влажных сред, таких как шаровая мельница, ультразвуковое излучение или таких устройств, как гомогенизатор высокого давления, по обстоятельствам.
Как описано выше, соль циркония или соль циркония и соль, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента вступает(ют) в реакцию со щелочью в воде, в результате чего образуется суспензия частиц оксида циркония или частиц соосажденных оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента, которая, обычно, содержит от 1 до 20% вес. частиц. Когда суспензия содержит частицы оксида циркония или частицы соосажденных оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента в количестве более 20% вес., вязкость этой суспензии велика, следовательно, суспензию трудно перемешивать, что приводит к вероятности недостаточной промывки. Когда используют такую суспензию, требуемая дисперсия оксида циркония с высокой прозрачностью и малой вязкостью не может быть получена. В настоящем изобретении содержание частиц оксида циркония или содержание частиц соосажденных оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента в суспензии, особенно предпочтительно, соответствует диапазону от 1 до 10% вес.
В соответствии с настоящим изобретением, как указано выше, осуществляют реакцию либо соли циркония со щелочью в воде с получением суспензии, содержащей частицы оксида циркония, либо реакцию соли циркония и соли, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента со щелочью в воде с получением суспензии, содержащей частицы соосажденных оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента; затем эту суспензию отфильтровывают, промывают и репульпируют в воде; в полученную суспензию добавляют органическую кислоту в количестве одной мольной части или более на мольную часть циркония или на мольную часть общего количества циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента в суспензии; суспензию подвергают гидротермической обработке при температуре 170°С или выше.
Суспензия, подлежащая гидротермической обработке, уже содержит частицы оксида циркония или частицы соосажденных оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента в количестве, обычно, от 1 до 20% вес., предпочтительно, от 1 до 10% вес. Когда содержание частиц оксида циркония или содержание частиц соосажденных оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента в суспензии превышает 20% вес., суспензия обладает большой вязкостью, и осуществить ее гидротермическую обработку сложно. Следовательно, содержание частиц оксида циркония или содержание частиц соосажденных оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента в суспензии, особенно предпочтительно, соответствует диапазону от 1 до 10% вес.
Органическую кислоту используют для диспергирования частиц оксида циркония или частиц соосажденных оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента в суспензии путем создания условий электрического отталкивания частиц друг от друга, другими словами, для осуществления кислотной флоккуляции. В частности, в соответствии с настоящим изобретением, суспензию подвергают гидротермической обработке в жестких условиях, следовательно, частицы оксида циркония или частицы соосажденных оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента дефлоккулируют более активно.
В качестве органической кислоты, предпочтительно, используют карбоновую кислоту и гидроксикарбоновую кислоту, также могут быть использованы соли карбоновой кислоты и гидроксикарбоновой кислоты. Примерами органической кислоты являются монокарбоновые кислоты, такие как муравьиная кислота, уксусная кислота и пропионовая кислота и их соли; многоосновные кислоты, такие как щавелевая кислота, малоновая кислота, янтарная кислота, фумаровая кислота, малеиновая кислота и их соли; гидроксикарбоновые кислоты, такие как молочная кислота, яблочная кислота, винная кислота, лимонная кислота и глюконовая кислота и их соли. В качестве соли карбоновой кислоты или гидроксикарбоновой кислоты, например, могут быть использованы соли щелочных металлов, такие как, предпочтительно, соли натрия и соли калия.
Как указано выше, органическую кислоту, обычно, используют в количестве одной мольной части или более на мольную часть циркония или на мольную часть общего количества циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента в суспензии, подлежащей гидротермической отработке. Это количество, предпочтительно, составляет от 1 до 5 мольных частей, наиболее предпочтительно, от 1 до 3 мольных частей. Когда количество органической кислоты меньше, чем одна мольная часть на мольную часть циркония или на мольную часть общего количества циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента в суспензии, образующаяся водная дисперсия оксида циркония не только обладает недостаточной прозрачностью, но также может иметь большую вязкость. С другой стороны, когда количество органической кислоты больше, чем 5 мольных частей на мольную часть циркония или на мольную часть общего количества циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента в суспензии, эффект, соответствующий такому большому количеству использованной кислоты, на практике получен быть не может, поэтому это нерентабельно.
В соответствии с настоящим изобретением, суспензию оксида циркония, содержащую органическую кислоту, или суспензию частиц оксида циркония и частиц соосажденных оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента, содержащую органическую кислоту, далее подвергают гидротермической обработке. Гидротермическую обработку осуществляют при температуре, обычно, 170°С или выше, предпочтительно, от 170°С до 230°С. Когда гидротермическую обработку осуществляют при температуре менее 170°С, образующаяся водная дисперсия оксида циркония не обладает удовлетворительной прозрачностью, кроме того, она содержит крупные, осадочные и агрегированные частицы и может иметь большую вязкость.
Время гидротермической обработки, обычно, составляет один час или более, предпочтительно, 3 часа или более. Когда время гидротермической обработки меньше одного часа, образующаяся водная дисперсия оксида циркония не обладает удовлетворительной прозрачностью, кроме того, в ней образуются крупные, осадочные и агрегированные частицы, таким образом, требуемая водная дисперсия тонкодисперсных частиц оксида циркония с высокой прозрачностью не может быть получена. Более длительная гидротермическая обработка возможна, но эффект в степени, соответствующей затраченному времени, не проявляется, поэтому, обычно, достаточно осуществлять обработку в течение 10 часов или менее.
Для промывки полученной таким образом водной дисперсии оксида циркония может быть применен такой способ, как ионный обмен с использованием ионообменной смолы, диффузионный диализ с использованием полупроницаемой мембраны, электродиализ или ультрафильтрация с использованием фильтра сверхтонкой очистки. В соответствии с настоящим изобретением, этот способ не имеет определенных ограничений; однако, из перечисленных способов является предпочтительным промывать дисперсию путем ультрафильтрации с использованием фильтра сверхтонкой очистки.
Для сгущения промытой водной дисперсии оксида циркония может быть применен такой способ, как испарительное сгущение с использованием роторного испарителя, или сгущение путем ультрафильтрации с использованием фильтра сверхтонкой очистки. В соответствии с настоящим изобретением, способ сгущения также не имеет определенных ограничений; предпочтительно сгущать дисперсию путем ультрафильтрации с использованием фильтра сверхтонкой очистки.
В соответствии с настоящим изобретением, особенно предпочтительно промывать водную дисперсию оксида циркония, полученную после гидротермической обработки, одновременно со сгущением с использованием фильтра сверхтонкой очистки. То есть, водную дисперсию сгущают путем ультрафильтрации, полученную концентрированную жидкость разбавляют водой и промывают, затем полученную суспензию снова подвергают ультрафильтрации. Таким образом, процедуру сгущения ультрафильтрацией и разбавления водной дисперсии повторяют, тем самым, водную дисперсию оксида циркония, полученную после гидротермической обработки, сгущают, одновременно многократно удаляя с водой оставшиеся соли, образовавшиеся как побочные продукты. Таким образом, может быть получена водная дисперсия оксида циркония с содержанием оксида циркония 20% вес. или более, высокой прозрачностью и малой вязкостью. В соответствии с настоящим изобретением, водная дисперсия оксида циркония характеризуется верхним пределом количества оксида циркония 50% вес., предпочтительно, 40% вес. Водная дисперсия с содержанием оксида циркония более 50% вес. имеет большую вязкость и, в конце концов, теряет текучесть и превращается в гель.
В соответствии с настоящим изобретением, таким образом может быть получена водная дисперсия оксида циркония, дисперсионной средой в которой является вода. Когда дисперсионную среду полученной таким образом водной дисперсии замещают органическим растворителем, может быть получена дисперсия оксида циркония, дисперсионной средой в которой является органический растворитель, и которая обладает описанными выше свойствам, то есть, коэффициентом пропускания 35% или более при длине волны 400 нм, коэффициентом пропускания 95% или более при длине волны 800 нм и вязкостью 20 мПа·с или менее при температуре 25°С.
Следовательно, дисперсионная среда дисперсии оксида циркония в настоящем изобретении может представлять собой воду, органический растворитель или их смесь.
Органический растворитель не имеет определенных ограничений, предпочтительными являются органические растворители, смешивающиеся с водой. Органические растворители, смешивающиеся с водой не имеют определенных ограничений, например, это могут быть алифатические спирты, такие как метанол, этанол и 2-пропанол; сложные эфиры алифатических карбоновых кислот, такие как этилацетат и метилформиат; алифатические кетоны, такие как ацетон, метилэтилкетон и метилизобутилкетон; многоатомные спирты, такие как этиленгликоль и глицерин; смеси двух или более из них. Особенно предпочтительными являются метанол, метилэтилкетон, метилизобутилкетон и их смеси.
Для замещения дисперсионной среды полученной водной дисперсии оксида циркония, то есть воды, органическим растворителем, водную дисперсию, например, подвергают обработке с использованием роторного испарителя, чтобы удалить воду, после чего в нее добавляют свежий органический растворитель. В качестве другого способа, водную дисперсию подвергают ультрафильтрации, чтобы удалить воду или дисперсионную среду, получая суспензию, эту суспензию разбавляют органическим растворителем и снова осуществляют ультрафильтрацию. Таким образом, процедуру фильтрации и разбавления повторяют, тем самым, вода, являющаяся исходной дисперсионной средой, замещается органическим растворителем, следовательно, может быть получена дисперсия оксида циркония, диспергирующей средой которой является органический растворитель.
В качестве другого способа, например, воду, представляющую собой дисперсионную среду водной дисперсии оксида циркония, замещают органическим растворителем, смешивающимся с водой, получая дисперсию оксида циркония, дисперсионной средой которой является органический растворитель, смешивающийся с водой, затем органический растворитель, смешивающийся с водой, замещают другим органическим растворителем, тем самым, может быть получена дисперсия оксида циркония, дисперсионной средой которой является другой органический растворитель.
Полученная таким образом дисперсия оксида циркония может быть дополнительно подвергнута обработке при помощи средств диспергирования влажных сред, таких как шаровая мельница, ультразвуковое излучение, или дисперсионной обработке при помощи гомогенизатора высокого давления, по обстоятельствам.
Смоляную композицию настоящего изобретения получают путем равномерного диспергирования дисперсии оксида циркония настоящего изобретения, описанной выше, в смоле. Оксид циркония добавляют в смолу в количестве, обычно, от 5 до 350 вес. частей на 100 вес. частей смолы, хотя это количество зависит от назначения или требуемых свойств получаемой смоляной композиции.
В соответствии с настоящим изобретением, описанная выше смола не имеет определенных ограничений и может быть надлежащим образом подобрана в зависимости от назначения или требуемых свойств получаемой смоляной композиции. К ее примерам относятся полиолефиновые смолы, которые являются гомополимерами или сополимерами олефина, такие как полиэтилен, полипропилен, сополимер этилен-пропилен, терполимер этилен-пропилен-диен, сополимер этилен-бутен, сополимер этилен-акриловый эфир (такой как этилакрилат), сополимер этилен-винилацетат, сополимер этилен-метилметакрилат; гомополимеры ароматических виниловых мономеров, таких как стирол, и их сополимеры, такие как смола ABS; поли(мет)акриловые смолы; сложные полиэфиры, такие как полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат и полиарилат; полиамиды, такие как найлон-6, найлон-6,6, найлон-12, найлон-46 и ароматические полиамиды; простые полиэфиры, такие как полифениленовый эфир, модифицированный полифениленовый эфир и полиоксиметилен; поликарбонаты; эластомеры, такие как сополимер стирол-сопряженный диен, полибутадиен, полиизопрен, сополимер акрилонитрил-бутадиен и полихлоропрен; поливинилхлорид; поперечносшитые полимеры, полученные путем полимеризации и сшивания полифункционального (мет)акрилата или содержащей его сшиваемой полимерной композиции; и т.п. Если нужно, может быть использована термореактивная смола, такая как фенольная смола, эпоксидная смола и ненасыщенный сложный полиэфир, или полиуретан или силиконовая смола. Эти смолы могут быть использованы индивидуально или как смесь из двух или более.
Смоляная композиция, содержащая оксид циркония настоящего изобретения, если нужно, может надлежащим образом включать примеси других добавок помимо оксида циркония, описанного выше, в зависимости от используемой смолы. Добавка может представлять собой пластификатор, смазочный материал, наполнитель, антиокислитель, термостабилизатор, зародыш кристаллизации, сшивающий агент, вспомогательное сшивающее вещество, связующее вещество, антистатик, агент, улучшающий совместимость, агент, улучшающий светостойкость, пигмент, вспенивающий агент, противогрибковый препарат и т.п.
Смоляная композиция может быть получена путем смешивания дисперсии оксида циркония, описанной выше, со смолой и перемешивания смеси надлежащим способом, например, с использованием подходящего устройства, такого как одночервячный экструдер, двухчервячный экструдер, вальцовый пластификатор, пластификатор, смеситель Бенбери, шаровая мельница или бисерная мельница. Полученная таким образом смоляная композиция настоящего изобретения может быть использована, предпочтительно, для производства различных формованных изделий с использованием надлежащего способа, такого как инжекционное формование, экструзионное формование, выдувное формование, прессование, вакуумное формование, каландрование, трансферное формование, послойное формование, формование с использованием штампа или осаждение пленки из раствора, в зависимости от назначения или задачи.
Примеры
Далее изобретение описано со ссылкой на приведенные ниже примеры, но ими изобретение не ограничивается.
Везде в примерах для ультрафильтрации использовали «Microza» (ACP-0013, относительная молекулярная масса 13000) производства Asahi Kasei Chemicals Corporation.
Степень дисперсности дисперсии оксида циркония измеряли в соответствии с методом динамического рассеяния света (с использованием UPA-UT производства Nikkiso Co., Ltd.). Здесь степень дисперсности означает размер (диаметр) частиц, диспергированных в дисперсии. Коэффициент пропускания дисперсии оксида циркония измеряли, помещая дисперсию в ячейку с длиной светового пути 10 мм и используя спектрометр видимой и ультрафиолетовой части спектра (V-570 производства JASCO Corporation). Вязкость дисперсии оксида циркония измеряли при помощи камертонного вибрационного вискозиметра SV (SV-1A производства А & D Company, limited).
Общий коэффициент пропускания и величину мутности пленки, сформированной из смоляной композиции, измеряли при помощи мутномера (NDH 2000 производства Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.), твердость при царапании этой пленки измеряли в соответствии с методом испытания (Pencil method), описанным в JIS K 5600-5-4 (1999).
Пример 1
(Дисперсия оксида циркония А)
Получили 0,76 л смеси водного раствора оксихлорида циркония с концентрацией 0,6 моль/л и хлорида иттрия с концентрацией 0,03 моль/л, а также 0,53 л водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 1,9 моль/л. Смешанные водный раствор оксихлорида циркония и хлорида иттрия и водный раствор гидроксида натрия одновременно налили в осадительный реактор, в который заранее налили 0,74 л чистой воды, тем самым, оксихлорид циркония и хлорид иттрия были одновременно нейтрализованы и образовали совместный осадок, таким образом, получили суспензию частиц совместно осажденных оксида циркония и иттрия. Эту суспензию отфильтровали, промыли и репульпировали в чистой воде так, что получили один литр суспензии, содержание твердой фазы в которой составило 5,6% вес. в расчете на оксид циркония и иттрий. Электропроводность суспензии была равна 235 мкСм/см.
86,3 г (3 мольных части на мольную часть общего количества циркония и иттрия в суспензии) уксусной кислоты добавили в суспензию, смесь подвергли гидротермической обработке при 200°С в течение 3 часов, получив прозрачную дисперсию. Эту прозрачную дисперсию промыли и сгустили, используя фильтр сверхтонкой очистки, получив дисперсию А, содержание в которой твердого раствора оксида циркония, содержащего иттрий, составило 30% вес.
(Дисперсия оксида циркония В)
Приготовили 0,76 л смеси водного раствора оксихлорида циркония с концентрацией 0,6 моль/л и хлорида иттрия с концентрацией 0,03 моль/л, а также 0,53 л водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 1,9 моль/л. Смешанные водный раствор оксихлорида циркония и хлорида иттрия и водный раствор гидроксида натрия одновременно налили в осадительный реактор, в который заранее налили 0,74 л чистой воды, тем самым, оксихлорид циркония и хлорид иттрия были одновременно нейтрализованы и образовали совместный осадок, таким образом, получили суспензию частиц совместно осажденных оксида циркония и иттрия. Эту суспензию отфильтровали, промыли и репульпировали в чистой воде так, что получили один литр суспензии, содержание твердой фазы в которой составило 5,6% вес. в расчете на оксид циркония и иттрий. Электропроводность суспензии была равна 235 мкСм/см.
86,3 г (3 мольных части на мольную часть общего количества циркония и иттрия в суспензии) уксусной кислоты добавили в суспензию, смесь подвергли гидротермической обработке при 230°С в течение 3 часов, получив прозрачную дисперсию. Эту прозрачную дисперсию промыли и сгустили, используя фильтр сверхтонкой очистки, получив дисперсию В, содержание в которой твердого раствора оксида циркония, содержащего иттрий, составило 30% вес.
(Дисперсия оксида циркония С)
Получили 0,76 л водного раствора оксихлорида циркония с концентрацией 0,6 моль/л и 0,53 л водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 1,7 моль/л. Водный раствор оксихлорида циркония и водный раствор гидроксида натрия одновременно налили в осадительный реактор, в который заранее налили 0,74 л чистой воды, тем самым, оксихлорид циркония был нейтрализован, таким образом, получили суспензию частиц оксида циркония. Эту суспензию отфильтровали, промыли и репульпировали в чистой воде так, что получили один литр суспензии, содержание твердой фазы оксида циркония в которой составило 5,6% вес. Электропроводность суспензии была равна 258 мкСм/см.
82,2 г (3 мольных части на мольную часть циркония в суспензии) уксусной кислоты добавили в суспензию, смесь подвергли гидротермической обработке при 200°С в течение 3 часов, получив прозрачную дисперсию. Эту прозрачную дисперсию промыли и сгустили, используя фильтр сверхтонкой очистки, получив дисперсию С, содержание в которой оксида циркония составило 30% вес.
(Дисперсия оксида циркония D)
Получили 0,76 л смеси водного раствора оксихлорида циркония с концентрацией 0,6 моль/л и хлорида алюминия с концентрацией 0,03 моль/л, а также 0,53 л водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 1,9 моль/л. Смешанные водный раствор оксихлорида циркония и хлорида алюминия и водный раствор гидроксида натрия одновременно налили в осадительный реактор, в который заранее налили 0,74 л чистой воды, тем самым, оксихлорид циркония и хлорид алюминия были одновременно нейтрализованы и образовали совместный осадок, таким образом, получили суспензию частиц совместно осажденных оксида циркония и алюминия. Эту суспензию отфильтровали, промыли и репульпировали в чистой воде так, что получили один литр суспензии, содержание твердой фазы в которой составило 5,5% вес. в расчете на оксид циркония и оксид алюминия. Электропроводность суспензии была равна 173 мкСм/см.
86,3 г (3 мольных части на мольную часть общего количества циркония и алюминия в суспензии) уксусной кислоты добавили в суспензию, смесь подвергли гидротермической обработке при 200°С в течение 3 часов, получив прозрачную дисперсию. Эту прозрачную дисперсию промыли и сгустили, используя фильтр сверхтонкой очистки, получив дисперсию D, содержание в которой твердого раствора оксида циркония, содержащего алюминий, составило 30% вес.
(Дисперсия оксида циркония Е)
Получили 0,76 л смеси водного раствора оксихлорида циркония с концентрацией 0,6 моль/л и хлорида магния с концентрацией 0,03 моль/л, а также 0,53 л водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 1,8 моль/л. Смешанные водный раствор оксихлорида циркония и хлорида магния и водный раствор гидроксида натрия одновременно налили в осадительный реактор, в который заранее налили 0,74 л чистой воды, тем самым, оксихлорид циркония и хлорид магния были одновременно нейтрализованы и образовали совместный осадок, таким образом, получили суспензию частиц совместно осажденных оксида циркония и магния. Эту суспензию отфильтровали, промыли и репульпировали в чистой воде так, что получили один литр суспензии, содержание твердой фазы в которой составило 5,5% вес. в расчете на оксид циркония и оксид магния. Электропроводность суспензии была равна 156 мкСм/см.
86,3 г (3 мольных части на мольную часть общего количества циркония и магния в суспензии) уксусной кислоты добавили в суспензию, смесь подвергли гидротермической обработке при 200°С в течение 3 часов, получив мутную дисперсию. Эту мутную дисперсию промыли и сгустили, используя фильтр сверхтонкой очистки, получив дисперсию, содержание в которой твердого раствора оксида циркония, содержащего магний, составило 30% вес. Эту дисперсию подвергли дополнительной обработке при помощи средств диспергирования влажных сред, получив дисперсию Е с содержанием оксида циркония 30% вес.
(Дисперсия оксида циркония F)
Получили 0,76 л смеси водного раствора оксихлорида циркония с концентрацией 0,6 моль/л и тетрахлорида титана с концентрацией 0,03 моль/л, а также 0,53 л водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 1,9 моль/л. Смешанные водный раствор оксихлорида циркония и тетрахлорида титана и водный раствор гидроксида натрия одновременно налили в осадительный реактор, в который заранее налили 0,74 л чистой воды, тем самым, оксихлорид циркония и тетрахлорид титана были одновременно нейтрализованы и образовали совместный осадок, таким образом, получили суспензию частиц совместно осажденных оксида циркония и титана. Эту суспензию отфильтровали, промыли и репульпировали в чистой воде так, что получили один литр суспензии, содержание твердой фазы в которой составило 5,5% вес. в расчете на оксид циркония и оксид титана. Электропроводность суспензии была равна 392 мкСм/см.
86,3 г (3 мольных части на мольную часть общего количества циркония и титана в суспензии) уксусной кислоты добавили в суспензию, смесь подвергли гидротермической обработке при 200°С в течение 3 часов, получив мутную дисперсию. Эту мутную дисперсию промыли и сгустили, используя фильтр сверхтонкой очистки, получив дисперсию, содержание в которой твердого раствора оксида циркония, содержащего титан, составило 30% вес. Эту дисперсию подвергли дополнительной обработке при помощи средств диспергирования влажных сред, получив дисперсию F с содержанием оксида циркония 30% вес.
(Дисперсия оксида циркония G)
Получили 0,76 л смеси водного раствора оксихлорида циркония с концентрацией 0,6 моль/л и хлорида иттрия с концентрацией 0,03 моль/л, а также 0,53 л водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 1,9 моль/л. Смешанные водный раствор оксихлорида циркония и хлорида иттрия и водный раствор гидроксида натрия одновременно налили в осадительный реактор, в который заранее налили 0,74 л чистой воды, тем самым, оксихлорид циркония и хлорид иттрия были одновременно нейтрализованы и образовали совместный осадок, таким образом, получили суспензию частиц совместно осажденных оксида циркония и иттрия. Эту суспензию отфильтровали, промыли и репульпировали в чистой воде так, что получили один литр суспензии, содержание твердой фазы в которой составило 5,6% вес. в расчете на оксид циркония и иттрий. Электропроводность суспензии была равна 235 мкСм/см.
140,8 г (1 мольная часть на мольную часть общего количества циркония и иттрия в суспензии) цитрата натрия добавили в суспензию, смесь подвергли гидротермической обработке при 200°С в течение 3 часов, получив прозрачную дисперсию. Эту прозрачную дисперсию промыли и сгустили, используя фильтр сверхтонкой очистки, получив дисперсию G, содержание в которой твердого раствора оксида циркония, содержащего иттрий, составило 30% вес.
(Дисперсия оксида циркония Н)
Дисперсию оксида циркония А с содержанием оксида циркония 30% вес. разбавили метанолом до содержания оксида циркония 15% вес. и снова сгустили, используя фильтр сверхтонкой очистки, до содержания оксида циркония 30% вес. Процедуру разбавления и сгущения повторили пять раз, получив дисперсию Н, диспергирующей средой которой был метанол, и содержание в которой оксида циркония составило 30% вес.
(Дисперсия оксида циркония I)
Дисперсию оксида циркония Н с содержанием оксида циркония 30% вес. разбавили метилэтилкетоном до содержания оксида циркония 15% вес. и снова сгустили, используя роторный испаритель, до содержания оксида циркония 30% вес. Процедуру разбавления и сгущения повторили пять раз, полученную дисперсию подвергли дополнительной обработке при помощи средств диспергирования влажных сред, получив дисперсию I диспергирующей средой которой был метилэтилкетон, и содержание в которой оксида циркония составило 30% вес.
Сравнительный пример 1
(Дисперсия оксида циркония I)
Получили 0,76 л смеси водного раствора оксихлорида циркония с концентрацией 0,6 моль/л и хлорида иттрия с концентрацией 0,03 моль/л, а также 0,53 л водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 1,9 моль/л. Смешанные водный раствор оксихлорида циркония и хлорида иттрия и водный раствор гидроксида натрия одновременно налили в осадительный реактор, в который заранее налили 0,74 л чистой воды, тем самым, оксихлорид циркония и хлорида иттрия были одновременно нейтрализованы и образовали совместный осадок, таким образом, получили суспензию частиц совместно осажденных оксида циркония и иттрия. Эту суспензию отфильтровали, промыли и репульпировали в чистой воде так, что получили один литр суспензии, содержание твердой фазы в которой составило 5,6% вес. в расчете на оксид циркония и оксид иттрия. Электропроводность суспензии была равна 235 мкСм/см.
86,3 г (3 мольных части на мольную часть общего количества циркония и иттрия в суспензии) уксусной кислоты добавили в суспензию, смесь подвергли гидротермической обработке при 150°С в течение 3 часов, получив прозрачную дисперсию.
Эту прозрачную дисперсию попытались промыть и сгустить, используя фильтр сверхтонкой очистки, до содержания твердой фазы 30% вес., однако, дисперсия превратилась в гель, когда содержание в ней твердого раствора оксида циркония, содержащего иттрий, достигло 20% вес.
(Дисперсия оксида циркония II)
Получили 0,76 л смеси водного раствора оксихлорида циркония с концентрацией 0,6 моль/л и хлорида иттрия с концентрацией 0,03 моль/л, а также 0,53 л водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 1,9 моль/л. Смешанные водный раствор оксихлорида циркония и хлорида иттрия и водный раствор гидроксида натрия одновременно налили в осадительный реактор, в который заранее налили 0,74 л чистой воды, тем самым, оксихлорид циркония и хлорид иттрия были одновременно нейтрализованы и образовали совместный осадок, таким образом, получили суспензию частиц совместно осажденных оксида циркония и иттрия. Эту суспензию отфильтровали, промыли и репульпировали в чистой воде так, что получили один литр суспензии, содержание твердой фазы в которой составило 5,6% вес. в расчете на оксид циркония и оксид иттрия. Электропроводность суспензии была равна 235 мкСм/см.
14,4 г (0,5 мольной части на мольную часть общего количества циркония и иттрия в суспензии) уксусной кислоты добавили в суспензию, смесь подвергли гидротермической обработке при 200°С в течение 3 часов, получив мутную дисперсию. Эту мутную дисперсию промыли и сгустили, используя фильтр сверхтонкой очистки, получив дисперсию с содержанием твердого раствора оксида циркония, содержащего иттрий, 13% вес. Эту дисперсию подвергли дополнительной обработке при помощи средств диспергирования влажных сред, получив дисперсию II с содержанием оксида циркония 13% вес.
(Дисперсия оксида циркония III)
Приготовили 0,76 л смеси водного раствора оксихлорида циркония с концентрацией 0,6 моль/л и хлорида иттрия с концентрацией 0,03 моль/л, а также 0,53 л водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 1,9 моль/л. Смешанные водный раствор оксихлорида циркония и хлорида иттрия и водный раствор гидроксида натрия одновременно налили в осадительный реактор, в который заранее налили 0,74 л чистой воды, тем самым, оксихлорид циркония и хлорид иттрия были одновременно нейтрализованы и образовали совместный осадок, таким образом, получили суспензию частиц совместно осажденных оксида циркония и иттрия. Эту суспензию отфильтровали, промыли и репульпировали в чистой воде так, что получили один литр суспензии, содержание твердой фазы в которой составило 5,6% вес. в расчете на оксид циркония и оксид иттрия. Электропроводность суспензии была равна 235 мкСм/см.
140,8 г (1 мольную часть на мольную часть общего количества циркония и иттрия в суспензии) дигидрата цитрата натрия добавили в суспензию, смесь подвергли гидротермической обработке при 150°С в течение 3 часов, получив мутную суспензию, содержащую взвешенные частицы. Эту суспензию промыли и сгустили, используя фильтр сверхтонкой очистки, до содержания твердого раствора оксида циркония, содержащего иттрий, 10% вес. Затем провели дополнительную обработку при помощи средств диспергирования влажных сред, получив дисперсию III с содержанием оксида циркония 10% вес.
(Дисперсия оксида циркония IV)
Получили 0,76 л смеси водного раствора оксихлорида циркония с концентрацией 0,6 моль/л и хлорида иттрия с концентрацией 0,03 моль/л, а также 0,53 л водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 1,9 моль/л. Смешанные водный раствор оксихлорида циркония и хлорида иттрия и водный раствор гидроксида натрия одновременно налили в осадительный реактор, в который заранее налили 0,74 л чистой воды, тем самым, оксихлорид циркония и хлорид иттрия были одновременно нейтрализованы и образовали совместный осадок, таким образом, получили суспензию частиц совместно осажденных оксида циркония и иттрия. Эту суспензию отфильтровали, промыли и репульпировали в чистой воде так, что получили один литр суспензии, содержание твердой фазы в которой составило 5,6% вес. в расчете на оксид циркония и оксид иттрия. Электропроводность суспензии была равна 235 мкСм/см.
70,4 г (0,5 мольной части на мольную часть общего количества циркония и иттрия в суспензии) дигидрата цитрата натрия добавили в суспензию, смесь подвергли гидротермической обработке при 200°С в течение 3 часов, получив мутную дисперсию. Эту мутную дисперсию промыли и сгустили, используя фильтр сверхтонкой очистки, до содержания твердого раствора оксида циркония, содержащего иттрий, 30% вес. Полученную дисперсию подвергли дополнительной обработке при помощи средств диспергирования влажных сред, получив дисперсию IV с содержанием оксида циркония 30% вес.
Величины коэффициента пропускания и вязкости для дисперсий оксида циркония А-I настоящего изобретения приведены в таблице 1, величины коэффициента пропускания и вязкости для дисперсий оксида циркония I-IV сравнительного примера приведены в таблице 2.
В таблице 1 и в таблице 2 объемное гранулометрическое распределение D50 означает размер частицы, для которого 50% об. частиц имеют меньший размер, а объемное гранулометрическое распределение Dmax означает максимальный размер частицы в этом объемном гранулометрическом распределении.
| Таблица 1 | |||||||||
| Пример 1 | |||||||||
| А | В | С | D | Е | F | G | Н | I | |
| Получение дисперсии | |||||||||
| Стабилизирующий элемент | Y | Y | нет | Al | Mg | Ti | Y | Y | Y |
| Диспергирующая среда | Вода | Вода | Вода | Вода | Вода | Вода | Вода | Мета-нол | Метил-этил-кетон |
| Органическая кислота | Уксус-ная кисло-та | Уксус-ная кисло-та | Уксус-ная кисло-та | Уксус-ная кисло-та | Уксус-ная кисло-та | Уксус-ная кисло-та | Цитрат натрия | Уксус-ная кисло-та | Уксус-ная кисло-та |
| Количество органической кислоты (мол. частей)1) | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 1 | 3 | 3 |
| Температура гидротермической обработки (°С) | 200 | 230 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 |
| Свойства дисперсии | |||||||||
| Содержание оксида циркония (% вес.) | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| Гранулометрическое распределение D50 (нм) | 8,4 | 7,4 | 5,2 | 2,9 | 4,4 | 3,2 | 5,4 | 3,1 | 8,6 |
| Гранулометрическое распределение Dmax (нм) | 21,5 | 25,6 | 21,5 | 25,6 | 30,4 | 30,4 | 21,5 | 25,6 | 36,1 |
| Коэффициент пропускания при длине волны 800 нм (%) | 98,2 | 97,1 | 95,8 | 96,9 | 96,3 | 95,5 | 96,1 | 96,8 | 95,3 |
| Коэффициент пропускания при длине волны 400 нм (%) | 44,3 | 43,6 | 42,8 | 43,6 | 43,0 | 41,7 | 43,3 | 42,7 | 39,2 |
| Вязкость при 25°С (мПа·с) | 8,0 | 9,4 | 5,3 | 8,0 | 9,2 | 9,5 | 3,9 | 4,8 | 15,7 |
| 1) Мольных частей на одну мольную часть циркония (и стабилизирующего элемента) |
| Таблица 2 | ||||
| Сравнительный пример 1 | ||||
| I | II | III | IV | |
| Получение дисперсии | ||||
| Стабилизирующий элемент | Y | Y | Y | Y |
| Диспергирующая среда | Вода | Вода | Вода | Вода |
| Органическая кислота | Уксус-ная кис-лота | Уксус-ная кис-лота | Цитрат натрия | Цитрат натрия |
| Количество органической кислоты (мол. частей)1) | 3 | 0,5 | 1 | 0,5 |
| Температура гидротермической обработки (°С) | 150 | 200 | 150 | 200 |
| Свойства дисперсии | ||||
| Содержание оксида циркония (% вес.) | 20 | 13 | 10 | 30 |
| Гранулометрическое распределение D50 (нм) |
а | 143,3 | b | 15,4 |
| Гранулометрическое распределение Dmax (нм) | а | 179,5 | b | 60,8 |
| Коэффициент пропускания при длине волны 800 нм (%) | 54,8 | 5,6 | 0,0 | 68,6 |
| Коэффициент пропускания при длине волны 400 нм (%) | 2,2 | 0,0 | 0,0 | 0,1 |
| Вязкость при 25°С (мПа·с) | гель | 5,8 | 4,5 | 8,0 |
| 1) Мольных частей на одну мольную часть циркония (и стабилизирующего элемента) 2) «а» означает, что измерение невозможно, так как дисперсия превратилась в гель; «b» означает, что измерение невозможно, так как степень дисперсности дисперсии слишком велика |
Пример 2
(Получение смоляной композиции, содержащей оксид циркония, и оценка ее свойств)
Получили композицию покрытия, смешав 4 г дисперсии Н оксида циркония с содержанием оксида циркония 30% вес., 2,5 г дипентаэритритолгексаакрилата (DPHA производства Diacel-Cytec Company Ltd.), 0,175 г 1-гидроксициклогексилфенилкетона (“Irgacure® 184” производства Ciba Specialty Chemicals Inc.) и 0,12 г метилизобутилкетона.
Эту композицию покрытия нанесли на стеклянное основание при помощи стержневого устройства для нанесения покрытия #5 и воздействовали ультрафиолетовым излучением при 300 мДж/см2 для отверждения композиции покрытия и образования на стеклянном основании пленки толщиной 5 мкм. Было обнаружено, что пленка обладает общим коэффициентом пропускания 90,52%, величиной мутности 0,27 и твердостью при царапании 9Н.
Сравнительный пример 2
(Получение смоляной композиции, содержащей оксид циркония, и оценка ее свойств)
Получили композицию покрытия, смешав 2,5 г дипентаэритритолгексаакрилата (DPHA производства Diacel-Cytec Company Ltd.), 0,175 г 1-гидроксициклогексилфенилкетона (“Irgacure® 184” производства Ciba Specialty Chemicals Inc.) и 2,5 г метилизобутилкетона.
Эту композицию покрытия нанесли на стеклянное основание при помощи стержневого устройства для нанесения покрытия #5 и воздействовали ультрафиолетовым излучением при 300 мДж/см2 для отверждения композиции покрытия и образования на стеклянном основании пленки толщиной 5 мкм. Было обнаружено, что пленка обладает общим коэффициентом пропускания 91,17%, величиной мутности 0,06 и твердостью при царапании 5Н.
1. Дисперсия оксида циркония, содержащая частицы оксида циркония в количестве 20 вес.% или более и характеризующаяся коэффициентом пропускания 35% или более при длине волны 400 нм, коэффициентом пропускания 95% или более при длине волны 800 нм и вязкостью 20 мПа·с или менее при температуре 25°C.
2. Дисперсия оксида циркония по п.1, в которой оксид циркония представляет собой твердый раствор, содержащий, по меньшей мере, один стабилизирующий элемент, подобранный из алюминия, магния, титана и редкоземельных элементов.
3. Дисперсия оксида циркония по п.1 или 2, в которой дисперсной средой этой дисперсии оксида циркония является вода.
4. Дисперсия оксида циркония по п.1 или 2, в которой дисперсной средой этой дисперсии оксида циркония является алифатический спирт, сложный эфир алифатических карбоновых кислот, алифатический кетон, многоатомный спирт или смесь двух или более из них.
5. Способ получения водной дисперсии оксида циркония, содержащей частицы оксида циркония в количестве 20 вес.% или более и характеризующейся коэффициентом пропускания 35% или более при длине волны 400 нм, коэффициентом пропускания 95% или более при длине волны 800 нм и вязкостью 20 мПа·с или менее при температуре 25°C, где способ включает взаимодействие соли циркония со щелочью в воде с получением суспензии, содержащей частицы оксида циркония; фильтрование, промывку и репульпирование этой суспензии; добавление в полученную суспензию органической кислоты в количестве одной мольной части или более на мольную часть циркония в суспензии; гидротермическую обработку суспензии при температуре 170°C или выше; промывку и сгущение полученной водной дисперсии частиц оксида циркония.
6. Способ получения водной дисперсии оксида циркония, содержащей частицы оксида циркония в количестве 20 вес.% или более и характеризующейся коэффициентом пропускания 35% или более при длине волны 400 нм, коэффициентом пропускания 95% или более при длине волны 800 нм и вязкостью 20 мПа·с или менее при температуре 25°C, где способ включает взаимодействие соли циркония и соли, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента, выбранного из алюминия, магния, титана и редкоземельных элементов, со щелочью в воде с получением суспензии, содержащей частицы соосажденных оксида циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента; фильтрование, промывку и репульпирование этой суспензии; добавление в полученную суспензию органической кислоты в количестве одной мольной части или более на мольную часть общего количества циркония и, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента в суспензии; гидротермическую обработку суспензии при температуре 170°C или выше; промывку и сгущение полученной водной дисперсии частиц твердого раствора оксида циркония, содержащего, по меньшей мере, один стабилизирующий элемент.
7. Способ получения водной дисперсии оксида циркония по п.5, в котором водную дисперсию оксида циркония, полученную путем гидротермической обработки, промывают и сгущают, и полученную водную дисперсию оксида циркония подвергают дополнительной дисперсионной обработке.
8. Способ получения водной дисперсии оксида циркония по п.6, в котором водную дисперсию оксида циркония, полученную путем гидротермической обработки, промывают и сгущают, и полученную водную дисперсию оксида циркония подвергают дополнительной дисперсионной обработке.
9. Способ получения водной дисперсии оксида циркония по п.5 или 6, в котором водный раствор соли циркония или смешанный водный раствор соли циркония и соли, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента, выбранного из алюминия, магния, титана и редкоземельных элементов, и щелочной водный раствор одновременно добавляют в загруженную воду с целью осуществления взаимодействия соли циркония или соли циркония и соли, по меньшей мере, одного стабилизирующего элемента, выбранного из алюминия, магния, титана и редкоземельных элементов, со щелочью в воде.
10. Способ получения водной дисперсии оксида циркония по любому из пп.5-8, в котором водную дисперсию оксида циркония, полученную путем гидротермической обработки, промывают и сгущают при помощи фильтра тонкой очистки.
11. Способ получения водной дисперсии оксида циркония по п.7 или 8, в котором дисперсионную обработку осуществляют при помощи обработки диспергированием влажных сред.
12. Способ получения дисперсии оксида циркония, дисперсионной средой которой является органический растворитель, где способ включает замещение дисперсионной среды водной дисперсии оксида циркония, полученной способом по любому из пп.5-10, органическим растворителем.
13. Смоляная композиция, содержащая смолу и дисперсию оксида циркония по любому из пп.1-4, включенную в нее.
