JP5205611B2 - 酸化物粒子を分散させるための組成物、粒子が分散されている組成物及びその製造方法並びにアナターゼ型酸化チタン焼結体 - Google Patents

Description

本発明は、酸化物粒子を分散させるための組成物、粒子が分散されている組成物及びその製造方法並びにアナターゼ型酸化チタン焼結体に関する。更に詳しくは、種々の粒子の懸濁液に対して優れた分散効果を有し且つ環境面への負荷のない酸化物粒子を分散させるための組成物、安定して粒子が分散されている組成物及びその製造方法並びにアナターゼ型酸化チタン焼結体に関する。
本発明は、セラミックス材料、光触媒材料、光学材料及び電子材料分野等において幅広く利用できる。

従来より、粒子の分散系の調製には、静電的な粒子の反発を利用するための懸濁液のｐＨ調整、及び分散剤の添加が主に行われている。この分散剤としては、例えば、水ガラス、ポリリン酸等の無機電解質、並びに高分子電解質が一般的に使用されている。特に濃厚な懸濁液の調製には、高分子電解質を分散剤として添加する以外では困難と考えられてきた。

また、コロイド科学において、多価のイオンが少量でも共存すると懸濁液の安定性が崩れることが一般的に知られており、チタン（＋４価）等の多価金属のような高い陽電荷をもつイオンの共存下では、分散系はすぐに凝集してしまうと考えられてきた。
更に、チタン等の多価金属のイオンを含む水溶液は、その陽電荷密度のために、アクア錯イオンが容易に加水分解・縮合し、一般には塩基性酸化物として沈殿する傾向があり、多価金属イオンを含む水溶液は極めて酸濃度が高い条件でしか安定に得られないことが知られている（例えば、米国特許第２９２６１８３号等）。

上記のように、チタン等の多価金属イオンが含まれる水溶液が、粒子の懸濁液に対して、高分子電解質を分散剤として使用したような効果を奏することは知られていない。

本発明は上記観点に鑑みてなされたものであり、種々の粒子の懸濁液に対して優れた分散効果を有し且つ環境面への負荷のない酸化物粒子を分散させるための組成物、安定して粒子が分散されている組成物及びその製造方法並びにアナターゼ型酸化チタン焼結体を提供することを目的とする。

本発明者等は、チタンアルコキシド等の金属アルコキシドと、乳酸等の有機酸と、水とを混合することで得られる透明で安定な水溶液（組成物）の利用用途について、鋭意検討した結果、イオン性染料を用いた沈殿物の形成試験及びゼータ電位の測定等により、組成物中の金属イオンが有機酸と錯形成し、嵩高く且つ負の電荷を有する溶存種として存在しており、分散剤としての効果が従来報告されている高分子電解質と同等若しくはそれ以上であり、酸化物粒子等の各種粒子の分散に非常に有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は以下の通りである。
（１）酸化物粒子を分散させるための組成物であって、
本組成物は、＋３〜５価の金属元素を含む金属アルコキシドと、シュウ酸以外の有機酸と、水と、を混合することにより得られ、
上記有機酸と上記金属アルコキシドとの混合割合（有機酸：金属アルコキシド）は、モル比で（０．５〜１．８）：１であり、
上記金属元素はアルミニウム又はチタンであり、
上記有機酸は、乳酸、クエン酸及び酒石酸のうちの少なくとも１種であり、
本組成物は、上記金属アルコキシド及び上記有機酸に由来する、有機酸金属錯体を含む透明な水溶液であり、
上記水溶液のｐＨは２〜１１であることを特徴とする酸化物粒子を分散させるための組成物（以下、「粒子分散用組成物」とも言う。）。
（２）上記混合においては、上記水の存在により加水分解された上記金属アルコキシド由来の加水分解物と、上記有機酸とを、１〜６週間撹拌する上記（１）に記載の粒子分散用組成物。
（３）酸化物粒子と、上記（１）又は（２）に記載の粒子分散用組成物と、を含むことを特徴とする粒子が分散されている組成物（以下、「粒子含有組成物」とも言う。）。
（４）上記酸化物粒子の含有割合が、６０体積％以下である上記（３）に記載の粒子含有組成物。
（５）ｐＨ２〜１１である上記（３）又は（４）に記載の粒子含有組成物。
（６）セラミックス材料、光触媒材料、光学材料又は電子材料分野に用いられる上記（３）乃至（５）のいずれかに記載の粒子含有組成物。
（７）アナターゼ型酸化チタン粒子と、上記（１）又は（２）に記載の酸化物粒子を分散させるための組成物と、を含み、
上記有機酸と上記金属アルコキシドとの混合割合（有機酸：金属アルコキシド）は、モル比で（０．７〜１．５）：１であり、
上記金属アルコキシドはチタンアルコキシドであることを特徴とする粒子含有組成物。
（８）上記（７）に記載の粒子含有組成物の固形分が焼結されたことを特徴とするアナターゼ型酸化チタン焼結体。
（９）焼結温度が、３００〜７５０℃である上記（８）に記載のアナターゼ型酸化チタン焼結体。
（１０）光触媒材料又は太陽電池材料分野に用いられる上記（８）又は（９）に記載のアナターゼ型酸化チタン焼結体。
（１１）上記（１）又は（２）に記載の粒子分散用組成物と、酸化物粒子と、溶媒とを混合する混合工程を備えており、且つ該混合工程において、上記組成物の混合量を上記酸化物粒子の等電点に応じて制御することを特徴とする粒子含有組成物の製造方法。
（１２）上記溶媒が、水である上記（１１）に記載の粒子含有組成物の製造方法。

本発明の粒子分散用組成物は、種々の粒子の懸濁液に対して優れた分散効果を有しており、且つ環境面への負荷がないため、セラミックス材料、光触媒材料、光学材料及び電子材料分野等において幅広く利用できる。
また、分散させる粒子と同系の金属元素を用いることで（例えば、分散させる粒子が酸化チタン粒子であり、粒子分散用組成物における金属元素がチタンの場合）、より不純物の少ない粒子含有組成物を得ることができる。また、分散させる粒子と、系が異なる金属元素を用いることで、電子材料分野等において用いる場合に、所望の割合でその粒子をドープすることができる。
更に、上記有機酸と上記金属アルコキシドとを特定の混合割合としているため、種々の粒子の懸濁液に対して優れた分散効果を有し且つ透明で十分に安定な組成物となる。
本発明の粒子含有組成物は、本粒子分散用組成物により粒子が安定して分散されており、セラミックス材料、光触媒材料、光学材料及び電子材料分野等において幅広く利用できる。
本発明の他の粒子含有組成物は、アナターゼ型酸化チタン粒子と、特定の粒子分散用組成物とを含んでおり、上記酸化チタン粒子が安定して分散されており、光触媒材料又は太陽電池材料分野において好適に利用できる。
本発明のアナターゼ型酸化チタン焼結体は、上記粒子分散用組成物におけるチタン酸が酸化チタンとなるため不純物が混入せず、且つこのチタン酸由来の酸化チタンが、アナターゼ型酸化チタン粒子の周りに均一に存在し、粒子間において焼結助剤として働くため、例えば、３００〜７５０℃という低温の焼成によっても強度のあるアナターゼ型酸化チタン焼結体となる。そのため、光触媒材料又は色素増感型太陽電池等の太陽電池材料分野において好適に用いることができる。
本発明の粒子含有組成物の製造方法によれば、粒子が安定して分散された粒子含有組成物を容易に製造することができる。
また、溶媒が水である場合には、取り扱い易く、火災等の危険がないため、安全性が高い。

染料における沈殿物の形成試験の結果を説明する説明図である。 各種チタン酸濃度の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、ｐＨとゼータ電位との関係を説明するグラフである。 各種ｐＨの２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタン酸濃度とゼータ電位との関係を説明するグラフである。 ｐＨ２の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタン酸濃度と沈降体積と沈降速度との関係を説明するグラフである。 ｐＨ４の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタン酸濃度と沈降体積と沈降速度との関係を説明するグラフである。 ｐＨ１０．５の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタン酸濃度と沈降体積と沈降速度との関係を説明するグラフである。 ｐＨ４の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタン酸濃度と見かけ粘度との関係を説明するグラフである。 ｐＨ４の２０体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタン酸濃度と見かけ粘度との関係を説明するグラフである。 ｐＨ１０．５の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタン酸濃度と見かけ粘度との関係を説明するグラフである。 ｐＨ１０．５の２０体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタン酸濃度と見かけ粘度との関係を説明するグラフである。 ｐＨ４の２０体積％酸化アルミニウム懸濁液における、剪断応力と剪断速度との関係を説明するグラフである。 ｐＨ１０．５の２０体積％酸化アルミニウム懸濁液における、剪断応力と剪断速度との関係を説明するグラフである。 ｐＨ４の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタン酸濃度とチタン吸着量との関係を説明するグラフである。 ｐＨ９の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタン酸濃度とチタン吸着量との関係を説明するグラフである。 ｐＨ１０．５の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタン酸濃度とチタン吸着量との関係を説明するグラフである。 ｐＨ１０．５の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタンアルコキシドと乳酸の比率による分散性の変化を説明するグラフである。 ｐＨ１０．５の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタンアルコキシドと乳酸の比率による分散性の変化を説明するグラフである。 ｐＨ２の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタンアルコキシドと乳酸の比率による分散性の変化を説明するグラフである。 ｐＨ２の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタンアルコキシドと乳酸の比率による分散性の変化を説明するグラフである。

以下、本発明を詳しく説明する。
［１］酸化物粒子を分散させるための組成物（粒子分散用組成物）
本発明の粒子分散用組成物は、酸化物粒子を分散させるための組成物であって、＋３〜５価の金属元素を含む金属アルコキシドと、有機酸と、水と、を混合することにより得られ、上記有機酸と上記金属アルコキシドとの混合割合（有機酸：金属アルコキシド）は、モル比で（０．５〜１．８）：１であり、上記金属元素はアルミニウム又はチタンであり、上記有機酸は、乳酸、クエン酸及び酒石酸のうちの少なくとも１種であり、本組成物は、上記金属アルコキシド及び上記有機酸に由来する、有機酸金属錯体を含む透明な水溶液であり、上記水溶液のｐＨは２〜１１であることを特徴とする。
上記粒子分散用組成物は、金属イオン（主として金属酸イオン）が有機酸と錯形成し、嵩高く且つ負の電荷を有する安定な金属錯体が水溶液中に存在している金属酸水溶液と考えられる。

上記「有機酸」は、乳酸、クエン酸及び酒石酸から選ばれる。これらの有機酸は、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

上記「金属アルコキシド」は、＋３〜５価の金属元素を含むものである。この金属アルコキシドは、〔Ｍ（ＯＲ）_ｘ〕［但し、Ｍ；＋３〜５価の金属元素、Ｒ；アルキル基、ｘ；３〜５の整数であり、金属元素（Ｍ）の価数に対応する。］と表すことができる。
上記金属元素（Ｍ）は、アルミニウム、又はチタンである。特にチタンが好ましい。
上記アルキル基（Ｒ）は、通常、炭素数１〜８、好ましくは１〜６、更に好ましくは１〜４のアルキル基である。具体的には、例えば、メトキシド、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、ブトキシド等が挙げられる。特に、このアルキル基がブトキシドである場合には、金属アルコキシドの加水分解で生じるアルコール分（ブタノール）が分相するため、減圧下での留去等の処理をすることなくアルコール含量の少ない組成物を容易に調製できる。
尚、これらの金属アルコキシドは、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

上記金属元素がチタンである場合の具体的なチタンアルコキシドとしては、例えば、チタンテトラメトキシド〔Ｔｉ（Ｏ−Ｍｅ）_４〕、チタンテトラエトキシド〔Ｔｉ（Ｏ−Ｅｔ）_４〕、チタンテトライソプロポキシド〔Ｔｉ（Ｏ−ｉＰｒ）_４〕、チタンテトラブトキシド〔Ｔｉ（Ｏ−Ｂｕ）_４〕及びこれらの誘導体等が挙げられる。これらのなかでも、一般的に入手し易く、取り扱い易いという観点から、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシドが好ましい。また、加水分解により生じるアルコール分の除去が容易であるという観点から、チタンテトラブトキシドが好ましい。
また、上記金属元素がアルミニウムである場合の具体的なアルミニウムアルコキシドとしては、例えば、アルミニウムトリメトキシド〔Ａｌ（Ｏ−Ｍｅ）_３〕、アルミニウムトリエトキシド〔Ａｌ（Ｏ−Ｅｔ）_３〕、アルミニウムトリイソプロポキシド〔Ａｌ（Ｏ−ｉＰｒ）_３〕、アルミニウムトリブトキシド〔Ａｌ（Ｏ−Ｂｕ）_３〕及びこれらの誘導体等が挙げられる。これらのなかでも、一般的に入手し易く、取り扱い易いという観点から、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリブトキシドが好ましい。また、加水分解により生じるアルコール分の除去が容易であるという観点から、アルミニウムトリブトキシドが好ましい。

上記「混合」において、前記金属アルコキシドと、前記有機酸と、水と、を混合する順序は特に限定されない。例えば、（１）金属アルコキシドと、有機酸と、水と、を同時に混合してもよいし、（２）金属アルコキシドと有機酸とを混合した後に水を混合してもよいし、（３）金属アルコキシドと水とを混合した後に、有機酸を混合してもよい。これらのいずれの場合においても、金属アルコキシドが水の存在により加水分解されて白濁し、その後、得られる金属アルコキシド由来の加水分解物が有機酸と混合されることにより溶解し、透明の液体となる。尚、本発明の粒子分散用組成物においては、これらの混合後、１週間以上、特に２〜６週間、更には２〜４週間の攪拌を行うことで透明の液体として得られるものもあるし、これらの混合後、上記攪拌を行わなくとも透明の液体として得られるものもある。

上記混合を行う際の雰囲気及び温度は、各々特に限定されず、例えば、大気下にて室温（約２５℃）で行うことができる。また、上記攪拌を行う際の雰囲気及び温度についても、各々特に限定されず、例えば、大気下にて室温（約２５℃）で行うことができる。

上記有機酸と上記金属アルコキシドとの混合割合（有機酸：金属アルコキシド）は、（０．５〜１．８）：１であり、更に好ましくは（０．７〜１．５）：１、特に好ましくは１：１である。この割合が（０．５〜４）：１である場合、種々の粒子の懸濁液に対して優れた分散効果を有し且つ透明で十分に安定な組成物が得られる。特に、この割合が１：１である場合、所定の金属アルコキシドの金属成分が高濃度で含まれる組成物をより容易に得られる。また、上記金属アルコキシドの割合を増加させることで、分散効果をより向上させることができる。一方、上記有機酸の割合を増加させることで、前記攪拌の期間を短くすることができる。

また、本発明の粒子分散用組成物は、上記チタンアルコキシドと、乳酸、クエン酸及び酒石酸のうちの少なくとも１種の有機酸と、水と、を混合することにより得られ、チタンアルコキシドと有機酸との混合割合（有機酸：チタンアルコキシド）が、モル比で（０．７〜１．５）：１（好ましくは１：１）であるものとすることができる。この場合、チタン酸を１〜３ｍｏｌ／ｄｍ^３、特に１〜２．５ｍｏｌ／ｄｍ^３、更には１．５〜２．５ｍｏｌ／ｄｍ^３という高濃度で含有し、且つより優れた粒子の分散効果を有する粒子分散用組成物を得ることができる。

上記「水」の混合量は特に限定されず、本発明の粒子分散用組成物に含まれる金属成分が所定の濃度となるように適宜調整される。尚、この水は特に限定されず、純水、蒸留水等が用いられる。

本発明の粒子分散用組成物に含まれる金属成分の濃度は、特に限定されず、用途や目的等に応じて適宜調整される。

また、本発明の粒子分散用組成物には、製造過程上、金属アルコキシドの加水分解によりアルコール分が含有されるが、このアルコール分は必要に応じて公知の方法（例えば、減圧留去等）により除去することが可能である。尚、この加水分解で生じるアルコ−ル分を除去することによって、組成物の均一性や安定性、粒子を分散させる効果が低減することはない。
また、この粒子分散用組成物は、長期間（通常、１年以上、特に１〜１０年間）、均質な溶液の状態を維持することができ、ゲル化や沈殿が生じることは殆どない。

このようにして得られる本発明の粒子分散用組成物は、透明（特に無色透明）で安定した液体である。また、本発明の粒子分散用組成物は、ｐＨ２〜１１の範囲において、透明で安定した液体であり且つ所定の粒子を安定して分散させることができる。

また、本発明の粒子分散用組成物は、後述の実施例における「沈殿物の形成試験」に用いられている陽イオン染料と反応させた場合に、沈殿を形成するものであることが好ましい。

本発明の粒子分散用組成物は、種々の粒子の懸濁液に対して優れた分散効果を有しており、且つ環境面への負荷がないため、工業的に簡単に応用でき、セラミックス材料、光触媒材料、光学材料及び電子材料分野等において幅広く利用できる。更に、ハロゲン、硝酸、硫酸などの他の成分を含まないので、焼成工程を経ても環境への悪影響がなく、水溶液であることから火災などの危険もなく、安全性に優れる。
また、この粒子分散用組成物では、組成物中の水又は水とアルコール分を除去して得られる固形分を、再度、水に溶解することで、本発明の粒子分散用組成物して用いることができる。この場合においても、上記と同様の分散効果を得ることができる。

［２］粒子が分散されている組成物（粒子含有組成物）
本発明の粒子含有組成物は、酸化物粒子と、粒子分散用組成物と、を含むことを特徴とする。尚、上記「粒子分散用組成物」については、前記［１］の説明をそのまま適用することができる。

上記酸化物粒子としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化クロム及びフェライト等の酸化物の粒子を挙げることができる。
本発明においては、粒子の種類を用途や目的等に応じて適宜選択して用いることができる。これらの粒子は、単独で用いてもよいし、粒子の表面電荷を考慮して２種以上を併用してもよい。

更に、本発明においては、上記酸化物粒子が酸化チタン粒子であり、上記粒子分散用組成物が、チタンアルコキシドと、乳酸、クエン酸及び酒石酸のうちの少なくとも１種の有機酸と、水と、を混合することにより得られ、チタンアルコキシドと有機酸との混合割合（有機酸：チタンアルコキシド）が、モル比で（０．７〜１．５）：１の前記粒子分散用組成物である粒子含有組成物とすることができる。この場合、分散媒となる粒子分散用組成物はチタン酸を高濃度で含有することができるため、チタン成分の濃厚な懸濁液とすることができる。尚、チタンアルコキシドの加水分解により生じたアルコール分は、前述の方法により除去されていてもよい。
また、上記酸化チタン粒子の結晶型は特に限定されず、アナターゼ型、ルチル型及びブルカイト型のいずれであってもよいが、好ましくはアナターゼ型である。この粒子がアナターゼ型酸化チタン粒子である場合には、この粒子分散組成物を光触媒材料又は太陽電池材料分野に好適に用いることができる。

上記粒子の平均粒径は特に限定されず、用途や目的等に応じて適宜調整することができる。

また、本発明の粒子含有組成物における金属成分の濃度は、用途や目的等に応じて適宜調整することができる。尚、この濃度が大きい程、分散させる粒子の表面電荷を負にシフトさせ易い。

更に、本発明の粒子含有組成物における粒子の含有割合は特に限定されず、例えば、粒子含有組成物を１００体積％とした場合、６０体積％以下であることが好ましく、より好ましくは１〜５０体積％である。この含有割合が６０体積％以下である場合、所定の粒子がより安定して分散された組成物となる。

また、この粒子含有組成物は、ｐＨ１〜１２であることが好ましく、より好ましくはｐＨ１〜１１、更に好ましくはｐＨ２〜１１である。特にｐＨが２〜１１の範囲である場合、所定の粒子がより安定して分散された組成物となる。

本発明の粒子含有組成物には、通常、溶媒が含まれる。この溶媒としては、（１）純水、蒸留水等の水、（２）水と親水性の有機溶媒との混合液等が挙げられる。この有機溶媒としては、例えば、エタノール、イソプロパノール等の低級アルコール等が挙げられる。これらのなかでも、取り扱い易く、且つ火災等の危険がなく安全性が高いという観点から水であることが好ましい。
更に、本発明の粒子含有組成物には、粒子の安定した分散を損なわない範囲で、目的及び用途等に応じて、公知の添加剤を含有させてもよい。

また、本発明の粒子含有組成物は、上記粒子分散用組成物を用いているため、環境面への負荷がなく、工業的にも簡単に応用することができ、セラミックス材料、光触媒材料、光学材料及び電子材料分野等において幅広く利用できる。更に、ハロゲン、硝酸、硫酸などの他の成分を含まないので、焼成工程を経ても環境への悪影響がなく、更には水系とすることができるため火災などの危険もなく、安全性に優れる。
更に、本発明の粒子含有組成物は焼結工程を経た際に、粒子分散用組成物における金属酸が金属酸化物となり、酸化物粒子等の分散された粒子の周りに均一に存在し、粒子間において焼結助剤として働くため、＋３〜５価の上記金属元素を粒子間に均一にドープすることができる。

［３］粒子含有組成物の製造方法
本発明の粒子含有組成物の製造方法は、粒子分散用組成物と、酸化物粒子と、溶媒とを混合する混合工程を備えており、且つこの混合工程において、上記粒子分散用組成物の混合量を上記粒子の等電点に応じて制御することを特徴とする。尚、上記「粒子分散用組成物」については、前記［１］の説明をそのまま適用することができる。また、上記「酸化物粒子」及び上記「溶媒」については、前記［２］の各説明をそのまま適用することができ、特に水が好ましい。

上記「混合工程」では、粒子分散用組成物と、粒子と、溶媒とが混合される。これらの粒子分散用組成物と、粒子と、溶媒とを混合する順序は特に限定されず、これらを同時に混合してもよいし、各々を任意の順に混合してもよい。具体的には、例えば、粒子と溶媒とを混合した後、粒子分散用組成物を混合することができる。
上記混合工程における、混合手段は特に限定されず、例えば、ボールミリング、超音波ホモジナイザー等により行うことができる。
また、混合を行う際の雰囲気及び温度は、各々特に限定されず、例えば、大気下にて室温（約２５℃）で行うことができる。

上記粒子分散用組成物の混合量は、上記粒子の等電点に応じて制御される。この粒子分散用組成物のｐＨ挙動は、陰イオン性の高分子電解質を分散剤として添加したときのｐＨ挙動ときわめて類似しているため、従来の高分子電解質と同様に用いることができる。
例えば、分散させる粒子を酸化アルミニウム（等電点；ｐＨ約９付近）とした場合、等電点よりも酸性側のｐＨ領域（ｐＨ約９未満）では、酸化アルミニウム表面は正の電荷を有しているために、負の電荷を有する錯体を含む本粒子分散用組成物を配合していくことで凝集し、更に配合量を増やし、酸化アルミニウムの表面電荷を中和する以上に混合することで再分散させることができる。このように、分散させる所望の粒子の等電点よりも低いｐＨ領域（酸性側）で分散させるためには、粒子表面の電荷を中和する以上に粒子分散用組成物を混合する必要があるが、この場合、多量の金属成分を多量に含む粒子含有組成物を製造することができ、セラミックス材料、光触媒材料、光学材料及び電子材料分野等において幅広く応用できる。
一方、等電点よりもアルカリ側のｐＨ領域（ｐＨ約９を超える場合）では、酸化アルミニウムの表面電荷も粒子分散用組成物における錯体と同様に負の電荷を有しているため、凝集することなく、更に安定して分散した粒子含有組成物を得ることができる。

［４］アナターゼ型酸化チタン焼結体
本発明のアナターゼ型酸化チタン焼結体は、アナターゼ型酸化チタン粒子と、粒子分散用組成物と、を含む粒子含有組成物の固形分が焼結されたことを特徴とする。
上記「アナターゼ型酸化チタン粒子」の平均粒径は特に限定されず、用途や目的等に応じて適宜調整することができる。
このアナターゼ型酸化チタン粒子の含有割合は特に限定されず、例えば、粒子含有組成物を１００体積％とした場合、６０体積％以下であることが好ましく、より好ましくは１〜５０体積％である。この含有割合が６０体積％以下である場合、粒子が安定して分散するので好ましい。

上記「粒子分散用組成物」は、チタンアルコキシドと、乳酸、クエン酸及び酒石酸のうちの少なくとも１種の有機酸と、水と、を混合することにより得られ、チタンアルコキシドと有機酸との混合割合（有機酸：チタンアルコキシド）が、モル比で（０．７〜１．５）：１の前記粒子分散用組成物である。特に、チタンアルコキシドの加水分解により生じたアルコール分が前述の方法により除去されたものが好ましい。この場合、余分な成分をほとんど含有しないチタン酸水溶液となり、チタン成分の純度がより高まるので好ましい。

上記「粒子含有組成物の固形分」は、粒子含有組成物を一般的な方法により乾燥することで得ることができる。
上記焼結温度は、通常３００〜７５０℃であり、好ましくは４００〜７５０℃、より好ましくは５００〜７５０℃である。この焼結温度が上記範囲である場合には、酸化チタン粒子をルチル型へ転移させることなく、強度のあるアナターゼ型酸化チタン焼結体を得ることができる。また、上記焼結温度が上記範囲内において高くなるほど、焼結体の強度を向上させることができる。

本発明のアナターゼ型酸化チタン焼結体においては、上記粒子分散用組成物におけるチタン酸が酸化チタンとなるため不純物が混入せず、且つこのチタン酸由来の酸化チタンが、アナターゼ型酸化チタン粒子の周りに均一に存在し、粒子間において焼結助剤として働くため、３００〜７５０℃という低温の焼成によっても強度のあるアナターゼ型酸化チタン焼結体となる。そのため、アナターゼ型酸化チタンの薄膜や、ゾルゲル法等の従来法では製造が困難であった厚みのあるアナターゼ型酸化チタンのバルク体を余分な成分を添加することなく容易に製造することができ、セラミックス材料、光触媒材料、光学材料及び電子材料分野等において幅広く利用できる。特に、本発明のアナターゼ型酸化チタン焼結体は、光触媒材料又は色素増感型太陽電池等の太陽電池材料分野（例えば、基板、電極等）において好適に用いることができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
［１］粒子を分散させるための組成物（粒子分散用組成物）の調製
実施例１
チタンテトライソプロポキシド（和光純薬工業株式会社製）と乳酸（和光純薬工業株式会社製）とをモル比（チタンテトライソプロポキシド：乳酸）で１：１となるように混合した後、水（純水）を更に混合した。水を加えると混合液は直ちに加水分解して白濁し、非常に粘度の高い溶液となった。その後、スターラーを用いて、２週間攪拌することで、無色透明な低粘度の粒子分散用組成物［金属成分の濃度（チタン酸濃度）；２ｍｏｌ／ｄｍ^３］を得た。
尚、上記乳酸の代わりに、シュウ酸、クエン酸又は酒石酸（いずれもナカライテスク株式会社製）を用いた場合にも同様の粒子分散用組成物を得ることができた。また、上記チタンテトライソプロポキシドの代わりに、チタンテトラブトキシド（和光純薬工業株式会社製）又はアルミニウムトリイソプロポキシド（ナカライテスク株式会社製）を用いた場合にも実施例１と同様の粒子分散用組成物を得ることができた。更に、上記モル比（チタンテトライソプロポキシド：乳酸）を、１：０．８、１：０．９のそれぞれに変更した場合にも実施例１と同様の粒子分散用組成物を得ることができた。また、これらの各粒子分散用組成物を長期間（約１年）保存しても、均一溶液の状態を維持し、ゲル化や沈殿は見られなかった。

実施例２
チタンテトライソプロポキシド（和光純薬工業株式会社製）と水（純水）とを混合した。その際、混合液は直ちに加水分解して白濁し、非常に粘度の高い溶液となった。その後、乳酸（和光純薬工業株式会社製）を、上記チタンテトライソプロポキシドとのモル比（チタンテトライソプロポキシド：乳酸）が１：１となるように混合した。次いで、スターラーを用いて、２週間攪拌することで、無色透明な低粘度の粒子分散用組成物［金属成分の濃度（チタン酸濃度）；２ｍｏｌ／ｄｍ^３］を得た。
尚、上記乳酸の代わりに、シュウ酸、クエン酸又は酒石酸（いずれもナカライテスク株式会社製）を用いた場合にも同様の粒子分散用組成物を得ることができた。また、上記チタンテトライソプロポキシドの代わりに、チタンテトラブトキシド（和光純薬工業株式会社製）又はアルミニウムトリイソプロポキシド（ナカライテスク株式会社製）を用いた場合にも実施例２と同様の粒子分散用組成物を得ることができた。更に、上記モル比（チタンテトライソプロポキシド：乳酸）を、１：０．８、１：０．９のそれぞれに変更した場合にも実施例１と同様の粒子分散用組成物を得ることができた。また、これらの各粒子分散用組成物を長期間（約１年）保存しても、均一溶液の状態を維持し、ゲル化や沈殿は見られなかった。

［２］粒子分散用組成物の物性
（染料における沈殿物の形成試験）
上記［１］で得られた実施例１の粒子分散用組成物を下記に示すＮｏ．１〜５の各染料に、金属成分と染料の濃度が０．００１ｍｏｌ／ｄｍ^３となるように添加し、染料における沈殿物の形成試験を行った。その結果を図１に示す。
Ｎｏ．１；陰イオン染料；メチルオレンジ（純正化学株式会社製）
Ｎｏ．２；陰イオン染料；フルオレセイン（ナカライテスク株式会社製）
Ｎｏ．３；陽イオン染料；トルイジンブルー（Ｃｈｒｏｍａ Ｇｅｓｅｌｌｓｈａｆｔ Ｓｃｈｍｉｄ Ｇｍｂｈ&Ｃｏ製）
Ｎｏ．４；陽イオン染料；バインドシェドラーグリーン（Ｃｈｒｏｍａ Ｇｅｓｅｌｌｓｈａｆｔ Ｓｃｈｍｉｄ Ｇｍｂｈ&Ｃｏ製）
Ｎｏ．５；陽イオン染料；カプリブルー（東京化成工業株式会社製）

図１によれば、粒子分散用組成物が添加された各染料のうち、Ｎｏ．１及び２の陰イオン染料では沈殿は形成されていなかった。一方、Ｎｏ．３〜５の全ての陽イオン染料では、沈殿の形成が確認できた。
このことから、本実施例１の粒子分散用組成物では、金属酸イオン（チタン酸イオン）が有機酸（乳酸）と錯形成し、負の電荷を有する安定な金属錯体（チタン錯体）が水溶液中に存在していることが確認できた。更に、ある程度の嵩高さがなければ沈殿は形成されないため、この金属錯体は嵩高いものであり、チタンを含むクラスターユニットのような形で存在していると考えられる。

［３］粒子分散用組成物の分散効果
上記［１］で得られた実施例１の粒子分散用組成物を用いて、粒子が分散されている組成物（粒子含有組成物）を製造し、粒子分散用組成物の分散性能を下記の各測定及び試験により評価した。

（３−１）ゼータ電位（ζ電位）の測定及びその結果
（１）酸化アルミニウム懸濁液の調製（粒子含有組成物の製造）
実施例１の粒子分散用組成物（チタン酸濃度；２ｍｏｌ／ｄｍ^３）と、水と、酸化アルミニウム粉末（平均粒径；０．３μｍ、純度；９９．９９％以上、住友化学工業株式会社製、商品名「ＡＫＰ−３０」）と、ｐＨ調整剤とを、室温（約２５℃）にて、２４時間ボールミリングすることにより混合し、チタン酸濃度が１．０×１０^−３、２．５×１０^−３、５．０×１０^−３、１．０×１０^−２、及び１．０×１０^−１ｍｏｌ／ｄｍ^３であり、且つｐＨ約２〜１２の各酸化アルミニウム懸濁液（酸化アルミニウムの割合；２体積％）を調製した。また、比較として、粒子分散用組成物を混合していない酸化アルミニウム懸濁液（酸化アルミニウムの割合；２体積％）も調製した。
尚、上記ｐＨ調整剤としては、硝酸（ＨＮＯ_３）、アンモニア（ＮＨ_３）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＯＨ）を所定のｐＨとなるように適宜使用した。また、ｐＨを調整する際には、ｐＨ電極として、Ｏｒｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社製、型名「Ｏｒｉｏｎ ８１−７２ ＲＯＳＳ」を用いた。

（２）ゼータ電位の測定
上記（１）で得られた各酸化アルミニウム懸濁液のゼータ電位を、超音波方式ζ電位測定装置（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製、型式「ＤＴ１２００」）を用いて測定した。その結果を図２及び３に示す。ここで、図２は、各種チタン酸濃度の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、ｐＨとゼータ電位との関係を示すものである。また、図３は、各種ｐＨの２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタン酸濃度とゼータ電位との関係を示すものである。

（３）ゼータ電位測定の結果
図２及び図３によれば、チタン酸濃度が０ｍｏｌ／ｄｍ^３の懸濁液における酸化アルミニウムの等電点はｐＨ約９付近にあり、等電点以下のｐＨ領域（酸性側）では、酸化アルミニウム表面は正の電荷を有しており、等電点以上のｐＨ領域（アルカリ側）では、酸化アルミニウムの表面は負の電荷を有していることが確認できる。
更に、これらの図によれば、混合する粒子分散用組成物におけるチタン酸濃度が濃くなるに従って、この酸化アルミニウムの等電点が酸性側のｐＨ領域にシフトしていき、即ち酸化アルミニウムの表面電荷が負の側にシフトしていき、チタン酸濃度が１．０×１０−１ｍｏｌ／ｄｍ^３の際には、等電点を有さなくなることが確認できた。
以上のことからも、この粒子分散用組成物には、負の電荷を有する安定な金属錯体（チタン錯体）が存在していることが確認できる。

（３−２）沈降試験及びその結果
（１）酸化アルミニウム懸濁液の調製（粒子含有組成物の製造）及び沈降試験
上記（３−１）と同様にして、チタン酸濃度が１．０×１０^−３、２．５×１０^−３、５．０×１０^−３、１．０×１０^−２、及び１．０×１０^−１ｍｏｌ／ｄｍ^３であり、且つｐＨ２、４及び１０．５の各酸化アルミニウム懸濁液（酸化アルミニウムの割合；２体積％）を調製した。また、比較として、粒子分散用組成物を混合していない酸化アルミニウム懸濁液（酸化アルミニウムの割合；２体積％）も調製した。

（２）沈降試験
上記（１）で得られた各酸化アルミニウム懸濁液１０ｍｌを、それぞれメスシリンダーに移して密栓し、その後、静置することにより沈降試験を行い、各チタン酸濃度及び懸濁液の各ｐＨにおける酸化アルミニウム粒子の沈降速度及び沈降体積を測定した。その結果を図４〜６に示す。ここで、図４〜６は、各々ｐＨ２、４及び１０．５の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタン酸濃度と沈降体積と沈降速度との関係を示すものである。

（３）沈降試験の結果
図４によれば、ｐＨ２の懸濁液では、チタン酸濃度が０〜２．５×１０^−３ｍｏｌ／ｄｍ^３までは、沈降速度が０．１ｍｍ／ｓ以下、且つ沈降体積が１ｍｌ以下であり、良好な分散状態を示していた。一方、チタン酸濃度が５．０×１０^−３ｍｏｌ／ｄｍ^３及び１．０×１０^−２ｍｏｌ／ｄｍ^３では、沈降速度が約０．８〜１ｍｍ／ｓ、且つ沈降体積が約１．８〜２．２ｍｌであり、安定した分散系は得られなかった。これは、チタン酸濃度の増加、即ち負の電荷の増加に伴い、酸化アルミニウムの正の表面電荷が中和されたためであり、この現象は、前記図２及び図３におけるゼータ電位が０付近（ｐＨ２における等電点付近）の挙動と対応していることが確認できた。また、チタン酸濃度が１．０×１０^−１ｍｏｌ／ｄｍ^３と更に濃くなると、酸化アルミニウムの表面電荷が更に負の側にシフトするため、沈降速度が０．１ｍｍ／ｓ以下、且つ沈降体積が１ｍｌ以下となり、再度、良好な分散状態を示した。

図５によれば、チタン酸濃度が５．０×１０^−３ｍｏｌ／ｄｍ^３の際に、沈降速度が約１．６ｍｍ／ｓ、且つ沈降体積が約２．３ｍｌであり、安定した分散系は得られなかった。この範囲以外のチタン酸濃度では、沈降速度が０．１ｍｍ／ｓ以下、且つ沈降体積が１ｍｌ以下であり、良好な分散状態を示していた。これは、上記ｐＨ２の場合と同様に、チタン酸濃度の増加に伴い、酸化アルミニウムの正の表面電荷が中和され、一時的に分散性が低下し、その後、更に表面電荷が負の側にシフトすることで再度安定した分散系が得られていることを示している。この現象においても、前記図２及び図３におけるゼータ電位が０付近（ｐＨ４における等電点付近）の挙動と対応していることが確認できた。

図６によれば、ｐＨ１０．５の懸濁液では、粒子分散用組成物が配合されていない場合、酸化アルミニウム粒子の等電点がｐＨ約９付近であるため、沈降速度が約５．９ｍｍ／ｓ、且つ沈降体積が約２．５ｍｌであり、安定した分散系は得られなかった。
これに対して、粒子分散用組成物を加えた場合には、表面電荷が更に負の側にシフトされるため、良好な分散状態を示した。この現象は、前記図２及び図３におけるゼータ電位が０付近（ｐＨ１０．５の等電点付近）の挙動と対応していることが確認できた。

上記のことから、チタン酸濃度、即ち粒子分散用組成物の混合量を、分散される粒子の表面電荷に応じて制御することにより、幅広いｐＨ範囲で安定した分散系を得ることができることが分かった。

（３−３）流動挙動試験及びその結果
（１）酸化アルミニウム懸濁液の調製（粒子含有組成物の製造）
上記（３−１）と同様にして、チタン酸濃度が１．０×１０^−３、２．５×１０^−３、５．０×１０^−３、１．０×１０^−２、２．５×１０^−２、５．０×１０^−２、７．５×１０^−２及び１．０×１０^−１ｍｏｌ／ｄｍ^３であり、且つｐＨ４及び１０．５の各酸化アルミニウム懸濁液（酸化アルミニウムの割合；２及び２０体積％）を調製した。また、比較として、粒子分散用組成物を混合していない酸化アルミニウム懸濁液（酸化アルミニウムの割合；２及び２０体積％）も調製した。

（２）流動試験
上記（１）で得られた各酸化アルミニウム懸濁液の各剪断応力における見かけ粘度及び剪断速度を、温度２５℃で、レオメーター（ＨＡＫＫＥ社製、型式「ＲＳ１５０」）により測定し、流動挙動を評価した。その結果を図７〜１２に示す。ここで、図７〜１０は、それぞれ、ｐＨ４の２体積％酸化アルミニウム懸濁液、ｐＨ４の２０体積％酸化アルミニウム懸濁液、ｐＨ１０．５の２体積％酸化アルミニウム懸濁液、及びｐＨ１０．５の２０体積％酸化アルミニウム懸濁液の各剪断応力における、チタン酸濃度と見かけ粘度との関係を示すものである。また、図１１及び図１２は、それぞれ、ｐＨ４の２０体積％酸化アルミニウム懸濁液、及びｐＨ１０．５の２０体積％酸化アルミニウム懸濁液の各チタン酸濃度における、剪断応力と剪断速度との関係を示すものである。

（３）流動試験の結果
図７における、ｐＨ４の２体積％の酸化アルミニウム懸濁液ではチタン酸濃度の影響は顕著ではないが、図８に示すように、酸化アルミニウムの割合を２０体積％に増やした懸濁液（ｐＨ４）では、分散性が一旦低下し、更なるチタン酸濃度の増加により、再度分散性が良好になることが確認できた。この現象は、負の電荷の増加に伴い、酸化アルミニウムの正の表面電荷が中和されたために分散性が低下したためである。このように、分散させる所望の粒子の等電点よりも低いｐＨ領域（酸性側）で分散させるためには、粒子表面の電荷を中和する以上に粒子分散用組成物を混合する必要があるが、この場合、多量の金属成分を多量に含む粒子含有組成物を製造することができ、セラミックス材料、光触媒材料、光学材料及び電子材料分野等において幅広い応用が期待できる。

図９によれば、ｐＨ１０．５の２体積％の酸化アルミニウム懸濁液ではチタン酸濃度の影響は顕著ではないが、図１０に示すように、酸化アルミニウムの割合を２０体積％に増やした懸濁液（ｐＨ１０．５）では、チタン酸濃度が高くなるに従って見かけ粘度が低下していき、５．０×１０^−３ｍｏｌ／ｄｍ^３よりも高い場合には、急激に見かけ粘度が低下して流動性が良くなっており、優れた分散系となっていることが分かる。
上記のことから、この粒子分散用組成物を用いることで、分散させる粒子の割合が高くなっても良好な分散系を得られることが確認できた。

また、図１１及び図１２によれば、図１１におけるチタン酸濃度が１．０×１０^−３、１．０×１０^−２、７．５×１０^−２及び１．０×１０^−１ｍｏｌ／ｄｍ^３の２０体積％酸化アルミニウム懸濁液（ｐＨ４）、並びに図１２におけるチタン酸濃度が５．０×１０^−３、１．０×１０^−２及び１．０×１０^−１ｍｏｌ／ｄｍ^３の２０体積％酸化アルミニウム懸濁液（ｐＨ１０．５）では、直線が原点を通っていることからニュートン流体と考えられ、且つ直線の傾きが大きく、これらの分散系は流動性に優れ、非常に均質なものであることが確認できた。

（３−４）吸着量測定及びその結果
（１）酸化アルミニウム懸濁液の調製（粒子含有組成物の製造）
上記（３−１）と同様にして、チタン酸濃度が１．０×１０^−３、２．５×１０^−３、５．０×１０^−３、１．０×１０^−２、及び１．０×１０^−１ｍｏｌ／ｄｍ^３であり、且つｐＨ４、９及び１０．５の各酸化アルミニウム懸濁液（酸化アルミニウムの割合；２体積％）を調製した。また、比較として、粒子分散用組成物を混合していない酸化アルミニウム懸濁液（酸化アルミニウムの割合；２体積％）も調製した。

（２）吸着量測定
上記（１）で得られた各酸化アルミニウム懸濁液を遠心分離（最大遠心力；１５０００Ｇ）し、得られた上澄み液を用いて、ＩＣＰ−ＡＥＳ（Ｌｅｅｍａｎ Ｌａｂｓ製、型式「ＪＩＣＰ−ＰＳ−１０００ＵＶ・ＡＴ」）により、各酸化アルミニウム懸濁液のチタン酸濃度における酸化アルミニウム粒子へのチタン吸着量を測定した。その結果を図１３〜１５に示す。尚、図１３〜１５は、それぞれ、ｐＨ４、ｐＨ９及びｐＨ１０．５の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタン酸濃度とチタン吸着量との関係を示す。

（３）吸着量測定の結果
図１３〜１５によれば、チタンの吸着量は、ｐＨ４の場合に２．０×１０^−５ｍｏｌ／ｍ^２、ｐＨ９の場合に１．５×１０^−５ｍｏｌ／ｍ^２、及びｐＨ１０．５の場合に６．０×１０^−６ｍｏｌ／ｍ^２であり、この吸着量はアルカリ側に変化するに従って減少していた。これは、図２のチタン酸濃度が０ｍｏｌ／ｄｍ^３の際の表面電荷を考慮すると、等電点（ｐＨ９付近）以下の領域（酸性側）では酸化アルミニウム粒子の表面電荷は正の側にシフトしているため、酸性側ではアルカリ側よりも吸着量が増加していると考えられる。このことからも、前記実施例１の粒子分散用組成物では、負の電荷を有する金属錯体が存在していると考えられる。

［４］粒子分散用組成物の分散効果（金属アルコキシドと有機酸のモル比による影響）
調製の際におけるチタンテトライソプロポキシドと乳酸のモル比を下記の〔１〕〜〔５〕のように変えたこと以外は、上記［１］と同様にして、各粒子分散用組成物を調製し、この組成物の分散性能を下記の試験により評価した。

モル比（チタンテトライソプロポキシド：乳酸）
〔１〕１：１、〔２〕１：２、〔３〕１：３、〔４〕１：４、〔５〕１：０．４
尚、上記〔５〕のモル比１：０．４の組成物は、上記［１］における２週間の攪拌では加水分解物が完全に溶解せず、粒子分散用組成物を調製することができなかった。そのため、下記の評価は上記〔１〕〜〔４〕のモル比の粒子分散用組成物を用いて行った。

（１）酸化アルミニウム懸濁液の調製（粒子含有組成物の製造）
上記各モル比の粒子分散用組成物（チタン酸濃度；２ｍｏｌ／ｄｍ^３）と、水と、酸化アルミニウム粉末（平均粒径；０．３μｍ、純度；９９．９９％以上、住友化学工業株式会社製、商品名「ＡＫＰ−３０」）と、ｐＨ調整剤とを、室温（約２５℃）にて、２４時間ボールミリングすることにより混合し、チタン酸濃度が１．０×１０^−２ｍｏｌ／ｄｍ^３であり、且つｐＨ２及び１０．５の各酸化アルミニウム懸濁液（酸化アルミニウムの割合；２体積％）を調製した。尚、各懸濁液の調製時においては、上記酸化アルミニウム粒子は沈降することなく、十分に分散していた。
尚、上記ｐＨ調整剤としては、前記と同様のものを適宜使用した。また、ｐＨを調整する際には、ｐＨ電極として、前記と同様のものを用いた。

（２）沈降試験
上記（１）で得られた各酸化アルミニウム懸濁液１０ｍｌを、それぞれメスシリンダーに移して密栓し、その後、静置することにより沈降試験を行い、各ｐＨでの各モル比における酸化アルミニウム粒子の沈降時間を測定した。その結果を図１６〜１９に示す。ここで、図１６は、ｐＨ１０．５の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタンアルコキシドと乳酸の比率による分散性の変化（沈降時間：０〜１７５００分）を示すものである。図１７は、ｐＨ１０．５の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタンアルコキシドと乳酸の比率による分散性の変化（沈降時間：０〜２９００分）を示すものである。また、図１８は、ｐＨ２の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタンアルコキシドと乳酸の比率による分散性の変化（沈降時間：０〜１６０００分）を示すものである。図１９は、ｐＨ２の２体積％酸化アルミニウム懸濁液における、チタンアルコキシドと乳酸の比率による分散性の変化（沈降時間：０〜２９００分）を示すものである。尚、図１６〜１９における「ＴＩＰ」はチタンテトライソプロポキシドを示しており、且つ「Ｌａｃ」は乳酸を示している。

（３）結果
図１６及び１７によれば、ｐＨ１０．５である場合において、チタンアルコキシドと乳酸の比率が１：２及び１：１の各懸濁液では、１７５００分が経過するまで酸化アルミニウム粒子の沈降はほんの僅かであり、沈降界面の高さはほぼ一定であったことから、長期に渡って優れた分散性を有することが分かった。また、チタンアルコキシドと乳酸の比率が１：３の懸濁液では、７５００分が経過するまでは粒子の沈降が僅かであり、その後、徐々に粒子が沈降し始めたが、長期にわたって優れた分散性を有することが分かった。更に、チタンアルコキシドと乳酸の比率が１：４の懸濁液では、短い時間で粒子が沈降してしまったが、調製時から短期間は十分な分散性を有することが分かった。
図１８及び１９によれば、ｐＨ２である場合において、チタンアルコキシドと乳酸の比率が１：１の懸濁液では、１６０００分が経過するまで酸化アルミニウム粒子の沈降はほんの僅かであり、沈降界面の高さはほぼ一定であったことから、長期に渡って優れた分散性を有することが分かった。また、チタンアルコキシドと乳酸の比率が１：２の懸濁液では、２５００分が経過するまでは粒子の沈降が僅かであり、その後、徐々に粒子が沈降し始めたが、長期にわたって優れた分散性を有することが分かった。更に、チタンアルコキシドと乳酸の比率が１：３及び１：４の各懸濁液では、短い時間で粒子が沈降してしまったが、調製時から短期間は十分な分散性を有することが分かった。
尚、上記各懸濁液における沈降物は、攪拌することにより、直ぐに調製時と同様に十分に粒子が分散した状態となった。
上記のことから、チタンアルコキシドに対する乳酸の比率が少ないほど、分散性を向上させることができ且つより長期に渡ってその効果を持続できることが分かった。

［５］実施例の効果
上記のことから、本発明の粒子分散用組成物には、金属イオンが有機酸と錯形成した、嵩高く且つ負の電荷を有する安定な金属錯体が存在していると考えられる。この粒子分散用組成物によれば、分散させる各種粒子の等電点を考慮し、粒子分散用組成物の混合量を制御することによって均質で安定した分散系（粒子含有組成物）を容易に製造することが可能である。
この粒子分散用組成物が示す上記の現象は、陰イオン性の高分子電解質を分散剤として添加したときのｐＨ挙動と極めて類似しており、高い陽電荷をもつ金属イオン（実施例ではチタンイオン）の存在下で、粒子が凝集せずに分散することは驚くべきことである。また、分散剤としての効果も従来報告されている高分子電解質と同等若しくはそれ以上であり、分散剤として機能する懸濁液のｐＨ範囲が２〜１１と極めて幅広く、且つ混合可能な量も幅広い。更には、ハロゲン、硝酸、硫酸等の他の成分を含まないので、セラミックスの製造のように製造過程において焼成プロセスがあるような場合には、環境へ悪影響がなく、且つ水溶液であることから火災等の危険もなく、安全性が高い。

この粒子分散用組成物は、セラミックス材料、光触媒材料（廃液処理、脱臭、脱色、除菌、感光剤など）、光学材料、誘電体材料等のエレクトロニクス材料（チタン酸バリウム、カリウムチタニルリン酸など）等の分野に幅広く利用可能である。特に、光触媒材料、色素増感型太陽電池等の太陽電池材料分野において好適に利用できる。
また、粒子の分散剤として利用できると共に、均一に金属元素を主成分にドープするための方法としても有効である。この粒子分散用組成物は、水溶液であるため、水溶性の他の化合物との組み合わせることも可能であり、材料の合成範囲を向上させることができる。

Claims (12)

1. 酸化物粒子を分散させるための組成物であって、
   本組成物は、＋３〜５価の金属元素を含む金属アルコキシドと、シュウ酸以外の有機酸と、水と、を混合することにより得られ、
   上記有機酸と上記金属アルコキシドとの混合割合（有機酸：金属アルコキシド）は、モル比で（０．５〜１．８）：１であり、
   上記金属元素はアルミニウム又はチタンであり、
   上記有機酸は、乳酸、クエン酸及び酒石酸のうちの少なくとも１種であり、
   本組成物は、上記金属アルコキシド及び上記有機酸に由来する、有機酸金属錯体を含む透明な水溶液であり、
   上記水溶液のｐＨは２〜１１であることを特徴とする酸化物粒子を分散させるための組成物。
2. 上記混合において、上記水の存在により加水分解された上記金属アルコキシド由来の加水分解物と、上記有機酸とを、１〜６週間撹拌する請求項１に記載の酸化物粒子を分散させるための組成物。
3. 酸化物粒子と、請求項１又は２に記載の酸化物粒子を分散させるための組成物と、を含むことを特徴とする粒子が分散されている組成物。
4. 上記酸化物粒子の含有割合が、６０体積％以下である請求項３に記載の粒子が分散されている組成物。
5. ｐＨ２〜１１である請求項３又は４に記載の粒子が分散されている組成物。
6. セラミックス材料、光触媒材料、光学材料又は電子材料分野に用いられる請求項３乃至５のいずれかに記載の粒子が分散されている組成物。
7. アナターゼ型酸化チタン粒子と、請求項１又は２に記載の酸化物粒子を分散させるための組成物と、を含み、
   上記有機酸と上記金属アルコキシドとの混合割合（有機酸：金属アルコキシド）は、モル比で（０．７〜１．５）：１であり、
   上記金属アルコキシドはチタンアルコキシドであることを特徴とする粒子が分散されている組成物。
8. 請求項７に記載の粒子が分散されている組成物の固形分が焼結されたことを特徴とするアナターゼ型酸化チタン焼結体。
9. 焼結温度が、３００〜７５０℃である請求項８に記載のアナターゼ型酸化チタン焼結体。
10. 光触媒材料又は太陽電池材料分野に用いられる請求項８又は９に記載のアナターゼ型酸化チタン焼結体。
11. 請求項１又は２に記載の酸化物粒子を分散させるための組成物と、酸化物粒子と、溶媒とを混合する混合工程を備えており、且つ該混合工程において、上記組成物の混合量を上記酸化物粒子の等電点に応じて制御することを特徴とする粒子が分散されている組成物の製造方法。
12. 上記溶媒が、水である請求項１１に記載の粒子が分散されている組成物の製造方法。