チタニア粒子の表面コーティングの研究
１．はじめに
チタニア(TiO2)は白色顔料で重要な工業材料であり、塗料、インク、製紙、合成繊維、さらには化粧品業界などで、コーティング剤、反射剤、光の散乱・吸収剤などとして使用されている。チタニアは光が作用すると表面から電子を放出し、その電子が周囲の物質に化学的影響を与える可能性があるため、チタニア粒子は、シリカ、アルミナ、ジルコニアなどの他の酸化物、あるいはそれらの組み合わせで表面を薄くコーティングされることも多い。
懸濁液を酸と塩基で滴定しゼータ電位がゼロになるpH（等電点、i.e.p）を特定することで、外側のコーティングを特定できることがある。
清浄なチタニアではpH6前後、シリカではpH2前後、アルミナではpH9前後である。
図1は、コーティングされていないチタニアの滴定曲線であるが、等電点は6.2である。この測定はZetaProbeで30分以内に取得することができる。図2は
シリカコーティングされたチタニア滴定曲線を示している。等電点はシリカに典型的な非常に低い値にシフトしている。
図2は、シリカでコーティングしたチタニアの滴定曲線であるが、純粋なシリカ粒子の場合とほぼ同等の数値である。コーティングは下層のチタニアを完全に覆い隠すのに十分な厚さと考えられる。
コーティングがより薄い層ではどの様な滴定曲線になるであろうか。これは
図3のデータによって示される。
AcoustoSizerIIを使用して、チタニア粒子へのアルミナコーティングの堆積を追跡した。この実験では、チタニアゾルに徐々に増加する量のアルミニウム（塩化アルミニウムまたは硝酸アルミニウムとして）を追加した。各添加後（低pH）、pHが上昇し、Al3+イオンが加水分解され、酸化物または水酸化物として粒子表面に吸着される。最初のチタニアはコーティングされておらず、自然なi.e.p.は約pH 5であった。コーティングが完了すると、i.e.pはpH 9.1まで上昇しているが、これはアルミナで覆われた表面特性である。Djedjevらは最近、AcoustoSizerII、誘電応答、およびコーティング層のTEM測定を組み合わせて、チタニア上へのシリカコーティングの詳細な研究を行った[1]。彼らは、コーティングの厚さが1nmをわずかに下回ると、IEPがシリカの限界値まで低下することを発見した。
コーティング層の厚さをさらに増加させても、滴定曲線は変化しない。誘電測定から、コーティングの誘電率は約20であり、純粋なシリカの値よりも高いことが判明した。著者らは、これをシリカ層内で加水分解が起こっている兆候と解釈している。
参考文献
1. Djerdjev, A. M., J. K. Beattie, O’Brien, R.W. 2005「電気音響および誘電応答によ
るチタニア顔料粒子へのシリカコーティングの検討」Chemistry of Materials 17 (15)
3844-9. 2005