JP2009046365A - Method for producing silica-based hollow particles and method for producing core / shell particles - Google Patents
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Abstract
【課題】効率よくシリカ系被覆膜の形成を行うことができるシリカ系中空粒子の製造方法、およびコア・シェル粒子の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るシリカ系中空粒子の製造方法は、下記工程(A)〜(D)を含む。
(A)炭酸カルシウム粒子と、オキソ酸およびそれらの塩から選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含有する水系媒体を加熱処理する工程、
(B)前記加熱処理後の炭酸カルシウム粒子を洗浄する工程、
(C)下記一般式(1)で表される化合物、ケイ酸およびケイ酸塩から選ばれる少なくとも1種の化合物を塩基性触媒の存在下で加水分解縮合して、前記炭酸カルシウム粒子を被覆するシリカ系被覆層を形成して、コア・シェル粒子を得る工程、および、
R1Si(OR2)4−d …(1)
(式中、R1、R2は独立して1価の有機基を表し、dは0〜3の整数を示す。)
(D)シリカ系被覆層が形成されたコア・シェル粒子から炭酸カルシウムの一部または全部を除去する工程。
【選択図】なしA method for producing silica-based hollow particles and a method for producing core / shell particles capable of efficiently forming a silica-based coating film are provided.
A method for producing silica-based hollow particles according to the present invention includes the following steps (A) to (D).
(A) a step of heat-treating an aqueous medium containing calcium carbonate particles and at least one compound selected from oxo acids and salts thereof;
(B) a step of washing the calcium carbonate particles after the heat treatment,
(C) Hydrolyzing and condensing at least one compound selected from the compound represented by the following general formula (1), silicic acid and silicate in the presence of a basic catalyst to coat the calcium carbonate particles Forming a silica-based coating layer to obtain core-shell particles; and
R 1 Si (OR 2 ) 4-d (1)
(In the formula, R 1 and R 2 independently represent a monovalent organic group, and d represents an integer of 0 to 3. )
(D) A step of removing part or all of calcium carbonate from the core-shell particles on which the silica-based coating layer is formed.
[Selection figure] None
Description
本発明は、シリカ系中空粒子の製造方法およびコア・シェル粒子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing silica-based hollow particles and a method for producing core / shell particles.
近年、医薬や化粧品、光学分野で使用可能な機能性中空粒子の開発が行われている。機能性中空粒子の中でも、透明性および強度に優れ、かつ屈折率の低いシリカ系被覆層を有する中空粒子が特に注目されている。 In recent years, functional hollow particles that can be used in the fields of medicine, cosmetics, and optics have been developed. Among functional hollow particles, hollow particles having a silica-based coating layer excellent in transparency and strength and having a low refractive index are attracting particular attention.
その製法としては、例えば、エアロゾル法により基本粒子を製造し加熱および乾燥する方法、金属化合物水性ゾルを噴霧および乾燥し焼成する方法、W/O型またはO/W/O型エマルジョンを調製し加熱して水および油を除去する方法等が提案されている。しかしながら、これらの製法により得られた中空粒子はいずれも強度不足であり、またその粒子径分布に広がりをもつ傾向にある。 The production method includes, for example, a method of producing basic particles by an aerosol method, heating and drying, a method of spraying, drying and baking a metal compound aqueous sol, and preparing and heating a W / O type or O / W / O type emulsion. Thus, a method for removing water and oil has been proposed. However, the hollow particles obtained by these production methods are all insufficient in strength, and tend to have a broad particle size distribution.
そこで、これらの課題を解決するために、特許文献1では、炭酸カルシウム等の支持体粒子上にケイ酸塩を酸処理により沈積させてシリカ被膜を形成した後、分離、乾燥し、酸で支持体を溶出する製造方法が提案されている。 Therefore, in order to solve these problems, in Patent Document 1, a silicate is deposited by acid treatment on support particles such as calcium carbonate to form a silica coating, and then separated, dried, and supported by an acid. A production method for eluting the body has been proposed.
また、特許文献2では、以下のような製造方法が提案されている。透過型電子顕微鏡法による一次粒子径が20〜200nmの炭酸カルシウムを水系にて調製し、静的光散乱法による粒子径が20〜700nmになるように熟成させる。その後、脱水して含水ケーキの状態とし、該含水ケーキをアルコール中に分散させる。そこに、アンモニア水、水、シリコンアルコキシドを、シリコンアルコキシド/アルコールの体積比を0.002〜0.1、アンモニア水に含有されるアンモニアをシリコンアルコキシド1モルに対して4〜15モル、水をシリコンアルコキシド1モルに対して25〜200モルとなるように添加することにより、シリカでコーティングされた炭酸カルシウムを調製する。その後、アルコールおよび水による洗浄を行い、再び含水ケーキとし、該含水ケーキを水に分散させ、酸を添加して、液の酸濃度を0.1〜3モル/Lとし炭酸カルシウムを溶解させる。これにより、緻密なシリカ殻からなる中空状粒子であって、透過型電子顕微鏡法による一次粒子径が30〜300nm、静的光散乱法による粒子径が30〜800nm、水銀圧入法により測定される細孔分布において2〜20nmの細孔が検出されないことを特徴とするシリカナノ中空粒子を得ることができる。 Patent Document 2 proposes the following manufacturing method. Calcium carbonate having a primary particle diameter of 20 to 200 nm by transmission electron microscopy is prepared in an aqueous system and aged to have a particle diameter of 20 to 700 nm by a static light scattering method. Thereafter, it is dehydrated to form a water-containing cake, and the water-containing cake is dispersed in alcohol. Ammonia water, water, silicon alkoxide, silicon alkoxide / alcohol volume ratio of 0.002 to 0.1, ammonia contained in ammonia water 4 to 15 mol of water per mol of silicon alkoxide, water A silica-coated calcium carbonate is prepared by adding 25 to 200 mol per mol of silicon alkoxide. Thereafter, washing with alcohol and water is performed to form a water-containing cake again. The water-containing cake is dispersed in water and an acid is added to adjust the acid concentration of the liquid to 0.1 to 3 mol / L and dissolve calcium carbonate. Thereby, hollow particles composed of a dense silica shell, the primary particle diameter by transmission electron microscopy is 30 to 300 nm, the particle diameter by static light scattering method is 30 to 800 nm, and measured by the mercury intrusion method. Silica nano hollow particles characterized in that pores of 2 to 20 nm are not detected in the pore distribution can be obtained.
しかしながら、上記従来の製造方法では、シリカ系被覆層を形成する際にどうしても独立したシリカ粒子が生成してしまい、炭酸カルシウム粒子の表面にシリカ系被覆層を形成するよりも独立したシリカ粒子の結晶成長が優先的に進行してしまうため、炭酸カルシウム粒子の表面にシリカ系被覆層を形成させるのに時間を要してしまうといった問題があった。さらには、炭酸カルシウム粒子の表面にシリカ系被覆層がほとんど形成されないといった問題があった。
本発明の目的は、効率よくシリカ系被覆膜の形成を行うことができるシリカ系中空粒子の製造方法、およびコア・シェル粒子の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for producing silica-based hollow particles and a method for producing core-shell particles, which can efficiently form a silica-based coating film.
本発明に係るシリカ系中空粒子の製造方法は、下記工程(A)〜(D)を含む。
(A)炭酸カルシウム粒子と、オキソ酸およびそれらの塩から選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含有する水系媒体を加熱処理する工程、
(B)前記加熱処理後の炭酸カルシウム粒子を洗浄する工程、
(C)下記一般式(1)で表される化合物、ケイ酸およびケイ酸塩から選ばれる少なくとも1種の化合物を塩基性触媒の存在下で加水分解縮合して、前記炭酸カルシウム粒子を被覆するシリカ系被覆層を形成して、コア・シェル粒子を得る工程、および、
R1Si(OR2)4−d …(1)
(式中、R1、R2は独立して1価の有機基を表し、dは0〜3の整数を示す。)
(D)シリカ系被覆層が形成されたコア・シェル粒子から炭酸カルシウムの一部または全部を除去する工程。
The method for producing silica-based hollow particles according to the present invention includes the following steps (A) to (D).
(A) a step of heat-treating an aqueous medium containing calcium carbonate particles and at least one compound selected from oxo acids and salts thereof;
(B) a step of washing the calcium carbonate particles after the heat treatment,
(C) Hydrolyzing and condensing at least one compound selected from the compound represented by the following general formula (1), silicic acid and silicate in the presence of a basic catalyst to coat the calcium carbonate particles Forming a silica-based coating layer to obtain core-shell particles; and
R 1 Si (OR 2 ) 4-d (1)
(In the formula, R 1 and R 2 independently represent a monovalent organic group, and d represents an integer of 0 to 3. )
(D) A step of removing part or all of calcium carbonate from the core-shell particles on which the silica-based coating layer is formed.
本発明に係るシリカ系中空粒子の製造方法において、前記オキソ酸およびそれらの塩は、リン酸、アルミン酸、ケイ酸およびそれらの塩であることができる。 In the method for producing silica-based hollow particles according to the present invention, the oxo acid and salts thereof may be phosphoric acid, aluminate, silicic acid and salts thereof.
本発明に係るシリカ系中空粒子の製造方法において、前記工程(A)は、触媒の非存在下で行うことができる。 In the method for producing silica-based hollow particles according to the present invention, the step (A) can be performed in the absence of a catalyst.
本発明に係るシリカ系中空粒子の製造方法において、前記工程(D)は、限外ろ過法を用いて行うことができる。 In the method for producing silica-based hollow particles according to the present invention, the step (D) can be performed using an ultrafiltration method.
本発明に係るシリカ系中空粒子の製造方法において、さらに、(E)前記工程(D)で得られたシリカ系中空粒子を水熱処理する工程、を含むことができる。 The method for producing silica-based hollow particles according to the present invention may further include (E) a step of hydrothermally treating the silica-based hollow particles obtained in the step (D).
本発明に係るコア・シェル粒子の製造方法は、下記工程(A)〜(C)を含む。
(A)炭酸カルシウム粒子と、オキソ酸およびそれらの塩から選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含有する水系媒体を加熱処理する工程、
(B)前記加熱処理後の炭酸カルシウム粒子を洗浄する工程、および、
(C)下記一般式(1)で表される化合物、ケイ酸およびケイ酸塩から選ばれる少なくとも1種の化合物を塩基性触媒の存在下で加水分解縮合して、前記炭酸カルシウム粒子を被覆するシリカ系被覆層を形成する工程。
R1Si(OR2)4−d …(1)
(式中、R1、R2は独立して1価の有機基を表し、dは0〜3の整数を示す。)
The manufacturing method of the core-shell particles according to the present invention includes the following steps (A) to (C).
(A) a step of heat-treating an aqueous medium containing calcium carbonate particles and at least one compound selected from oxo acids and salts thereof;
(B) a step of washing the calcium carbonate particles after the heat treatment, and
(C) Hydrolyzing and condensing at least one compound selected from the compound represented by the following general formula (1), silicic acid and silicate in the presence of a basic catalyst to coat the calcium carbonate particles Forming a silica-based coating layer;
R 1 Si (OR 2 ) 4-d (1)
(In the formula, R 1 and R 2 independently represent a monovalent organic group, and d represents an integer of 0 to 3. )
本発明に係るコア・シェル粒子の製造方法において、前記オキソ酸およびそれらの塩は、リン酸、アルミン酸、ケイ酸およびそれらの塩であることができる。 In the method for producing core / shell particles according to the present invention, the oxo acid and salts thereof may be phosphoric acid, aluminate, silicic acid and salts thereof.
本発明に係るコア・シェル粒子の製造方法において、前記工程(A)は、触媒の非存在下で行うことができる。 In the method for producing core / shell particles according to the present invention, the step (A) can be performed in the absence of a catalyst.
上記コア・シェル粒子の製造方法によれば、炭酸カルシウムをリン酸等と反応させて炭酸カルシウム粒子を改質することにより、その表面にシリカ系被覆膜を形成させるための起点を設けることができる。また、炭酸カルシウム粒子を改質せずにその表面にシリカ系被覆膜を形成させると、副生成物として独立シリカ粒子が生成されるが、上記コア・シェル粒子の製造方法によれば、該独立シリカ粒子の生成を抑制することもできる。 According to the above method for producing core / shell particles, it is possible to provide a starting point for forming a silica-based coating film on the surface thereof by modifying calcium carbonate particles by reacting calcium carbonate with phosphoric acid or the like. it can. In addition, when the silica-based coating film is formed on the surface of the calcium carbonate particles without modifying them, independent silica particles are generated as a by-product. Generation of independent silica particles can also be suppressed.
上記シリカ系中空粒子分散体の製造方法によれば、上記の製造方法により得られたコア・シェル粒子を用いるため、シェルの厚さがほぼ均等な中空粒子を形成することができる。上記製造方法により得られたシリカ系中空粒子分散体は、低屈折率を実現することができるため、例えば、反射防止膜等の用途に好適である。 According to the method for producing a silica-based hollow particle dispersion, since the core / shell particles obtained by the production method are used, hollow particles having a substantially uniform shell thickness can be formed. Since the silica-based hollow particle dispersion obtained by the above production method can realize a low refractive index, it is suitable for applications such as an antireflection film, for example.
以下、本発明の一実施形態に係るコア・シェル粒子の製造方法およびシリカ系中空粒子分散体の製造方法について具体的に説明する。 Hereinafter, a method for producing core / shell particles and a method for producing a silica-based hollow particle dispersion according to an embodiment of the present invention will be specifically described.
1.コア・シェル粒子の製造方法
本発明の一実施形態に係るコア・シェル粒子の製造方法は、下記工程(A)〜(C)を含む。
(A)炭酸カルシウム粒子と、オキソ酸およびそれらの塩から選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含有する水系媒体を加熱処理する工程、
(B)前記加熱処理後の炭酸カルシウム粒子を洗浄する工程、および、
(C)下記一般式(1)で表される化合物、ケイ酸およびケイ酸塩から選ばれる少なくとも1種の化合物を塩基性触媒の存在下で加水分解縮合して、前記炭酸カルシウム粒子を被覆するシリカ系被覆層を形成する工程。
R1Si(OR2)4−d …(1)
(式中、R1、R2は独立して1価の有機基を表し、dは0〜3の整数を示す。)
以下、本実施形態に係るコア・シェル粒子の製造方法の各工程について説明する。
1. Method for Producing Core / Shell Particles A method for producing core / shell particles according to an embodiment of the present invention includes the following steps (A) to (C).
(A) a step of heat-treating an aqueous medium containing calcium carbonate particles and at least one compound selected from oxo acids and salts thereof;
(B) a step of washing the calcium carbonate particles after the heat treatment, and
(C) Hydrolyzing and condensing at least one compound selected from the compound represented by the following general formula (1), silicic acid and silicate in the presence of a basic catalyst to coat the calcium carbonate particles Forming a silica-based coating layer;
R 1 Si (OR 2 ) 4-d (1)
(In the formula, R 1 and R 2 independently represent a monovalent organic group, and d represents an integer of 0 to 3. )
Hereinafter, each process of the manufacturing method of the core-shell particle which concerns on this embodiment is demonstrated.
なお、工程(A)〜(C)は、コア・シェル粒子の乾燥工程は設けず、全て溶媒存在下の条件で行うことが望ましい。数十ナノメートルサイズの粒子が乾燥し一旦凝集してしまうと、再分散させることが難しくなる場合があるためである。 In addition, it is desirable that the steps (A) to (C) are not performed in the core / shell particle drying step and are all performed in the presence of a solvent. This is because once the particles of several tens of nanometers are dried and aggregated, it may be difficult to re-disperse.
1.1 工程(A)
工程(A)は、炭酸カルシウム粒子と、オキソ酸およびそれらの塩から選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含有する水系媒体を含有する分散体を加熱する前処理工程である。例えば、炭酸カルシウム粒子をコア粒子として、リン酸水溶液中に分散させ、温度50〜80℃の条件で0.5〜3時間撹拌することにより、炭酸カルシウム粒子の改質を行うことができる。
1.1 Step (A)
Step (A) is a pretreatment step of heating a dispersion containing an aqueous medium containing calcium carbonate particles and at least one compound selected from oxo acids and salts thereof. For example, the calcium carbonate particles can be modified by dispersing calcium carbonate particles as core particles in a phosphoric acid aqueous solution and stirring the mixture at a temperature of 50 to 80 ° C. for 0.5 to 3 hours.
コア粒子としては、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、アルミニウム、鉄等の無機材料を用いることができる。後の工程を考慮すると、酸で分解されやすく、水への溶解性が低く、高分子化合物ではなく、アルカリ〜弱アルカリ性を示す無機材料であることが好ましく、これらの条件を全て満たす炭酸カルシウムであることが特に好ましい。また、炭酸カルシウムは、工業的に汎用されており、安価で入手することができるため製造コストを抑えることができる。 As the core particles, inorganic materials such as calcium carbonate, magnesium oxide, zinc oxide, aluminum and iron can be used. Considering the later steps, it is preferable to be an inorganic material that is easily decomposed by acid, has low solubility in water, is not a polymer compound, and exhibits alkali to weak alkalinity, and calcium carbonate that satisfies all these conditions. It is particularly preferred. In addition, calcium carbonate is widely used industrially and can be obtained at low cost, so that the manufacturing cost can be suppressed.
炭酸カルシウム粒子の粒子径は、目的とするコア・シェル粒子または中空粒子のサイズによるが、中空粒子の強度を得るためには、動的光散乱法により測定される平均粒子径が5〜300nmであることが好ましく、10〜100nmであることが特に好ましい。 The particle size of the calcium carbonate particles depends on the size of the target core / shell particles or hollow particles. To obtain the strength of the hollow particles, the average particle size measured by the dynamic light scattering method is 5 to 300 nm. It is preferable that the thickness is 10 to 100 nm.
本実施形態で用いる水系媒体は、水以外に他の液体を含んでいても特に問題はないが、通常水の含有量が50質量%以上であり、75質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがさらに好ましく、水のみからなる媒体であることが特に好ましい。 The aqueous medium used in this embodiment has no particular problem even if it contains other liquids in addition to water, but the water content is usually 50% by mass or more, preferably 75% by mass or more, and 95 The content is more preferably at least mass%, particularly preferably a medium consisting only of water.
オキソ酸としては、リン酸、アルミン酸、ケイ酸、ヨウ素酸、ホウ酸、塩素酸、クロム酸、アンチモン酸等を挙げることができる。この中でも、リン酸、アルミン酸、またはケイ酸と炭酸カルシウムを反応させた場合に、工程(C)において炭酸カルシウム粒子の表面により効率よくシリカ系被覆層を形成することができる。ケイ酸としては、オルトケイ酸、メタケイ酸、メタ二ケイ酸等を挙げることができる。リン酸としては、ペルオキソリン酸、オルトリン酸、メタリン酸、ピロリン酸、亜リン酸、次リン酸、次亜リン酸等を挙げることができる。 Examples of oxo acids include phosphoric acid, aluminate, silicic acid, iodic acid, boric acid, chloric acid, chromic acid, and antimonic acid. Among these, when phosphoric acid, aluminate, or silicic acid and calcium carbonate are reacted, the silica-based coating layer can be efficiently formed on the surface of the calcium carbonate particles in the step (C). Examples of silicic acid include orthosilicic acid, metasilicic acid, metadisilicic acid and the like. Examples of phosphoric acid include peroxophosphoric acid, orthophosphoric acid, metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphoric acid, hypophosphorous acid and the like.
ここで、オキソ酸としてケイ酸を用いた場合、独立したシリカ粒子の生成を抑制するため、工程(A)は触媒の非存在下で行われることが好ましい。すなわち、一旦独立したシリカ粒子が生成した場合には、ケイ酸は炭酸カルシウム粒子と反応するよりも、独立したシリカ粒子の結晶成長に優先的に寄与してしまうと考えられるためである。 Here, when silicic acid is used as the oxo acid, the step (A) is preferably performed in the absence of a catalyst in order to suppress the formation of independent silica particles. That is, once independent silica particles are formed, silicic acid is considered to preferentially contribute to crystal growth of independent silica particles rather than react with calcium carbonate particles.
1.2 工程(B)
工程(B)は、工程(A)でオキソ酸およびそれらの塩から選ばれる少なくとも1種の化合物と反応させた炭酸カルシウム粒子を洗浄する工程である。反応後の炭酸カルシウム粒子を、例えば水で充分に洗浄することにより、未反応のオキソ酸等を除去することができる。ここで、洗浄後の炭酸カルシウム粒子を蒸留水に分散させ、次工程で使用するための分散液を調製しておくとよい。
1.2 Process (B)
Step (B) is a step of washing the calcium carbonate particles reacted with at least one compound selected from oxo acids and salts thereof in step (A). Unreacted oxo acid and the like can be removed by thoroughly washing the calcium carbonate particles after the reaction with, for example, water. Here, the calcium carbonate particles after washing may be dispersed in distilled water to prepare a dispersion for use in the next step.
1.3 工程(C)
上記一般式(1)で表される化合物(以下、「化合物1」ともいう。)、ケイ酸およびケイ酸塩から選ばれる少なくとも1種の化合物を塩基性触媒の存在下で加水分解縮合して、炭酸カルシウム粒子を被覆するシリカ系被覆層を形成して、コア・シェル粒子を得る工程である。工程(A)において、炭酸カルシウムとリン酸等を反応させて炭酸カルシウム粒子を改質させると、シリカ系被覆層を形成するための起点を設けることができるようになると推察される。これにより、工程(C)において、効率よくシリカ系被覆膜の形成を行うことができる。なお、工程(C)において、上記一般式(1)で表される化合物を用いる場合には有機溶媒中で加水分解縮合を行うことが好ましく、ケイ酸またはケイ酸塩を用いる場合には水系媒体中で加水分解縮合を行うことが好ましい。
1.3 Process (C)
Hydrolysis condensation of at least one compound selected from the compound represented by the above general formula (1) (hereinafter also referred to as “compound 1”), silicic acid and silicate in the presence of a basic catalyst. This is a step of forming core-shell particles by forming a silica-based coating layer that coats calcium carbonate particles. In the step (A), it is speculated that when calcium carbonate particles are modified by reacting calcium carbonate and phosphoric acid, a starting point for forming the silica-based coating layer can be provided. Thereby, in a process (C), formation of a silica type coating film can be performed efficiently. In the step (C), when the compound represented by the general formula (1) is used, it is preferable to perform hydrolysis condensation in an organic solvent, and when using silicic acid or silicate, an aqueous medium. Among them, it is preferable to perform hydrolysis condensation.
加水分解縮合における反応温度は0〜100℃、好ましくは20〜80℃、反応時間は30〜1000分間、好ましくは30〜300分間である。 The reaction temperature in the hydrolysis condensation is 0 to 100 ° C., preferably 20 to 80 ° C., and the reaction time is 30 to 1000 minutes, preferably 30 to 300 minutes.
1.3.1 化合物1
上記一般式(1)において、R1、R2で表される1価の有機基としては、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アリル基、グリシジル基等を挙げることができる。なかでも、R1で表される1価の有機基は、アルキル基またはフェニル基であることが好ましい。
1.3.1 Compound 1
In the general formula (1), examples of the monovalent organic group represented by R 1 and R 2 include an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, an allyl group, and a glycidyl group. Among these, the monovalent organic group represented by R 1 is preferably an alkyl group or a phenyl group.
ここで、アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられ、好ましくは炭素数1〜5であり、これらのアルキル基は鎖状でも、分岐していてもよく、さらに水素原子がフッ素原子等に置換されていてもよい。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、メチルフェニル基、エチルフェニル基、クロロフェニル基、ブロモフェニル基、フルオロフェニル基等を挙げることができる。アルケニル基としては、例えばビニル基、プロペニル基、3−ブテニル基、3−ペンテニル基、3−ヘキセニル基を挙げることができる。 Here, examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and the like. Preferably, the alkyl group has 1 to 5 carbon atoms, and these alkyl groups may be linear or branched. Further, a hydrogen atom may be substituted with a fluorine atom or the like. Examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, a methylphenyl group, an ethylphenyl group, a chlorophenyl group, a bromophenyl group, and a fluorophenyl group. Examples of the alkenyl group include a vinyl group, a propenyl group, a 3-butenyl group, a 3-pentenyl group, and a 3-hexenyl group.
上記一般式(1)において、d=0の場合には、化合物1はR1で表される1価の有機基が存在しない化合物となる。 In the general formula (1), when d = 0, the compound 1 is a compound in which the monovalent organic group represented by R 1 does not exist.
d=0の場合における化合物1の具体例としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−iso−プロポキシシラン、テトラ−n−ブトキシラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、テトラ−tert−ブトキシシラン、テトラフェノキシシランなどを挙げることができる。これらは、1種あるいは2種以上を同時に使用してもよい。 Specific examples of compound 1 in the case of d = 0 include, for example, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra-n-propoxysilane, tetra-iso-propoxysilane, tetra-n-butoxysilane, and tetra-sec-butoxysilane. , Tetra-tert-butoxysilane, tetraphenoxysilane, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
d=1〜3の場合における化合物1の具体例としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−n−プロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、メチルトリ−n−ブトキシシラン、メチルトリ−sec−ブトキシシラン、メチルトリ−tert−ブトキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリ−n−プロポキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリ−n−ブトキシシラン、エチルトリ−sec−ブトキシシラン、エチルトリ−tert−ブトキシシラン、エチルトリフェノキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、n−プロピルトリ−n−プロポキシシラン、n−プロピルトリイソプロポキシシラン、n−プロピルトリ−n−ブトキシシラン、n−プロピルトリ−sec−ブトキシシラン、n−プロピルトリ−tert−ブトキシシラン、n−プロピルトリフェノキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリ−n−プロポキシシラン、イソプロピルトリイソプロポキシシラン、イソプロピルトリ−n−ブトキシシラン、イソプロピルトリ−sec−ブトキシシラン、イソプロピルトリ−tert−ブトキシシラン、イソプロピルトリフェノキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、n−ブチルトリエトキシシラン、n−ブチルトリ−n−プロポキシシラン、n−ブチルトリイソプロポキシシラン、n−ブチルトリ−n−ブトキシシラン、n−ブチルトリ−sec−ブトキシシラン、n−ブチルトリ−tert−ブトキシシラン、n−ブチルトリフェノキシシラン、sec−ブチルトリメトキシシラン、sec−ブチルイソトリエトキシシラン、sec−ブチルトリ−n−プロポキシシラン、sec−ブチルトリイソプロポキシシラン、sec−ブチルトリ−n−ブトキシシラン、sec−ブチルトリ−sec−ブトキシシラン、sec−ブチルトリ−tert−ブトキシシラン、sec−ブチルトリフェノキシシラン、tert−ブチルトリメトキシシラン、tert−ブチルトリエトキシシラン、tert−ブチルト−n−プロポキシシラン、tert−ブチルトリイソプロポキシシラン、tert−ブチルトリ−n−ブトキシシラン、tert−ブチルトリ−sec−ブトキシシラン、tert−ブチルトリ−tert−ブトキシシラン、tert−ブチルトリフェノキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリ−n−プロポキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシラン、フェニルトリ−n−ブトキシシラン、フェニルトリ−sec−ブトキシシラン、フェニルトリ−tert−ブトキシシラン、フェニルトリフェノキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジ−n−プロポキシシラン、ジメチルジイソプロポキシシラン、ジメチルジ−n−ブトキシシラン、ジメチルジ−sec−ブトキシシラン、ジメチルジ−tert−ブトキシシラン、ジメチルジフェノキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジ−n−プロポキシシラン、ジエチルジイソプロポキシシラン、ジエチルジ−n−ブトキシシラン、ジエチルジ−sec−ブトキシシラン、ジエチルジ−tert−ブトキシシラン、ジエチルジフェノキシシラン、ジ−n−プロピルジメトキシシラン、ジ−n−プロピルジエトキシシラン、ジ−n−プロピルジ−n−プロポキシシラン、ジ−n−プロピルジイソプロポキシシラン、ジ−n−プロピルジ−n−ブトキシシラン、ジ−n−プロピルジ−sec−ブトキシシラン、ジ−n−プロピルジ−tert−ブトキシシラン、ジ−n−プロピルジ−フェノキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソプロピルジエトキシシラン、ジイソプロピルジ−n−プロポキシシラン、ジイソプロピルジイソプロポキシシラン、ジイソプロピルジ−n−ブトキシシラン、ジイソプロピルジ−sec−ブトキシシラン、ジイソプロピルジ−tert−ブトキシシラン、ジイソプロピルジフェノキシシラン、ジ−n−ブチルジメトキシシラン、ジ−n−ブチルジエトキシシラン、ジ−n−ブチルジ−n−プロポキシシラン、ジ−n−ブチルジイソプロポキシシラン、ジ−n−ブチルジ−n−ブトキシシラン、ジ−n−ブチルジ−sec−ブトキシシラン、ジ−n−ブチルジ−tert−ブトキシシラン、ジ−n−ブチルジ−フェノキシシラン、ジ−sec−ブチルジメトキシシラン、ジ−sec−ブチルジエトキシシラン、ジ−sec−ブチルジ−n−プロポキシシラン、ジ−sec−ブチルジイソプロポキシシラン、ジ−sec−ブチルジ−n−ブトキシシラン、ジ−sec−ブチルジ−sec−ブトキシシラン、ジ−sec−ブチルジ−tert−ブトキシシラン、ジ−sec−ブチルジ−フェノキシシラン、ジ−tert−ブチルジメトキシシラン、ジ−tert−ブチルジエトキシシラン、ジ−tert−ブチルジ−n−プロポキシシラン、ジ−tert−ブチルジイソプロポキシシラン、ジ−tert−ブチルジ−n−ブトキシシラン、ジ−tert−ブチルジ−sec−ブトキシシラン、ジ−tert−ブチルジ−tert−ブトキシシラン、ジ−tert−ブチルジ−フェノキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジ−n−プロポキシシラン、ジフェニルジイソプロポキシシラン、ジフェニルジ−n−ブトキシシラン、ジフェニルジ−sec−ブトキシシラン、ジフェニルジ−tert−ブトキシシラン、ジフェニルジフェノキシシランが挙げられる。これらは1種あるいは2種以上を同時に使用してもよい。 Specific examples of the compound 1 in the case of d = 1 to 3 include, for example, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltri-n-propoxysilane, methyltriisopropoxysilane, methyltri-n-butoxysilane, methyltri- sec-butoxysilane, methyltri-tert-butoxysilane, methyltriphenoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, ethyltri-n-propoxysilane, ethyltriisopropoxysilane, ethyltri-n-butoxysilane, ethyltri-sec -Butoxysilane, ethyltri-tert-butoxysilane, ethyltriphenoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, n-propyltri-n-propoxysilane, -Propyltriisopropoxysilane, n-propyltri-n-butoxysilane, n-propyltri-sec-butoxysilane, n-propyltri-tert-butoxysilane, n-propyltriphenoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, isopropyl Triethoxysilane, isopropyltri-n-propoxysilane, isopropyltriisopropoxysilane, isopropyltri-n-butoxysilane, isopropyltri-sec-butoxysilane, isopropyltri-tert-butoxysilane, isopropyltriphenoxysilane, n-butyl Trimethoxysilane, n-butyltriethoxysilane, n-butyltri-n-propoxysilane, n-butyltriisopropoxysilane, n-butyltri-n-butoxysilane, -Butyltri-sec-butoxysilane, n-butyltri-tert-butoxysilane, n-butyltriphenoxysilane, sec-butyltrimethoxysilane, sec-butylisotriethoxysilane, sec-butyltri-n-propoxysilane, sec- Butyltriisopropoxysilane, sec-butyltri-n-butoxysilane, sec-butyltri-sec-butoxysilane, sec-butyltri-tert-butoxysilane, sec-butyltriphenoxysilane, tert-butyltrimethoxysilane, tert-butyl Triethoxysilane, tert-butylto-n-propoxysilane, tert-butyltriisopropoxysilane, tert-butyltri-n-butoxysilane, tert-butyltri-sec-butoxy Sisilane, tert-butyltri-tert-butoxysilane, tert-butyltriphenoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, phenyltri-n-propoxysilane, phenyltriisopropoxysilane, phenyltri-n-butoxysilane, Phenyltri-sec-butoxysilane, phenyltri-tert-butoxysilane, phenyltriphenoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyldi-n-propoxysilane, dimethyldiisopropoxysilane, dimethyldi-n-butoxysilane, Dimethyldi-sec-butoxysilane, dimethyldi-tert-butoxysilane, dimethyldiphenoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane Diethyldi-n-propoxysilane, diethyldiisopropoxysilane, diethyldi-n-butoxysilane, diethyldi-sec-butoxysilane, diethyldi-tert-butoxysilane, diethyldiphenoxysilane, di-n-propyldimethoxysilane, di-n -Propyldiethoxysilane, di-n-propyldi-n-propoxysilane, di-n-propyldiisopropoxysilane, di-n-propyldi-n-butoxysilane, di-n-propyldi-sec-butoxysilane, di -N-propyldi-tert-butoxysilane, di-n-propyldi-phenoxysilane, diisopropyldimethoxysilane, diisopropyldiethoxysilane, diisopropyldi-n-propoxysilane, diisopropyldiisopropoxysilane, dii Propyl di-n-butoxysilane, diisopropyldi-sec-butoxysilane, diisopropyldi-tert-butoxysilane, diisopropyldiphenoxysilane, di-n-butyldimethoxysilane, di-n-butyldiethoxysilane, di-n-butyldi -N-propoxysilane, di-n-butyldiisopropoxysilane, di-n-butyldi-n-butoxysilane, di-n-butyldi-sec-butoxysilane, di-n-butyldi-tert-butoxysilane, di -N-butyldi-phenoxysilane, di-sec-butyldimethoxysilane, di-sec-butyldiethoxysilane, di-sec-butyldi-n-propoxysilane, di-sec-butyldiisopropoxysilane, di-sec- Butyldi-n-butoxysilane, di-sec- Butyldi-sec-butoxysilane, di-sec-butyldi-tert-butoxysilane, di-sec-butyldi-phenoxysilane, di-tert-butyldimethoxysilane, di-tert-butyldiethoxysilane, di-tert-butyldi- n-propoxysilane, di-tert-butyldiisopropoxysilane, di-tert-butyldi-n-butoxysilane, di-tert-butyldi-sec-butoxysilane, di-tert-butyldi-tert-butoxysilane, di- tert-Butyldi-phenoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, diphenyldi-n-propoxysilane, diphenyldiisopropoxysilane, diphenyldi-n-butoxysilane, diphenyldi-sec-butoxysila , Diphenyl -tert- butoxysilane include diphenyl phenoxy silanes. These may be used alone or in combination of two or more.
化合物1として特に好ましい化合物は、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−n−プロポキシシラン、メチルトリ−iso−プロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン等である。これらは1種あるいは2種以上を同時に使用してもよい。 Particularly preferred compounds as Compound 1 are tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltri-n-propoxysilane, methyltri-iso-propoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, Examples thereof include phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, and diphenyldiethoxysilane. These may be used alone or in combination of two or more.
1.3.2 触媒
工程(C)において、上記一般式(1)で表される化合物、ケイ酸およびケイ酸塩の加水分解縮合を促進させる点、および加水分解縮合を行う際に炭酸カルシウムが溶解しにくいという点で、加水分解縮合において、塩基性化合物を触媒として使用するのが好ましい。
1.3.2 Catalyst In the step (C), the point that promotes the hydrolytic condensation of the compound represented by the above general formula (1), silicic acid and silicate, and the calcium carbonate is used during the hydrolytic condensation. In view of being difficult to dissolve, it is preferable to use a basic compound as a catalyst in the hydrolytic condensation.
触媒として使用可能な塩基性化合物としては、例えば、メタノールアミン、エタノールアミン、プロパノールアミン、ブタノールアミン、N−メチルメタノールアミン、N−エチルメタノールアミン、N−プロピルメタノールアミン、N−ブチルメタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン、N−プロピルエタノールアミン、N−ブチルエタノールアミン、N−メチルプロパノールアミン、N−エチルプロパノールアミン、N−プロピルプロパノールアミン、N−ブチルプロパノールアミン、N−メチルブタノールアミン、N−エチルブタノールアミン、N−プロピルブタノールアミン、N−ブチルブタノールアミン、N,N−ジメチルメタノールアミン、N,N−ジエチルメタノールアミン、N,N−ジプロピルメタノールアミン、N,N−ジブチルメタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、N,N−ジプロピルエタノールアミン、N,N−ジブチルエタノールアミン、N,N−ジメチルプロパノールアミン、N,N−ジエチルプロパノールアミン、N,N−ジプロピルプロパノールアミン、N,N−ジブチルプロパノールアミン、N,N−ジメチルブタノールアミン、N,N−ジエチルブタノールアミン、N,N−ジプロピルブタノールアミン、N,N−ジブチルブタノールアミン、N−メチルジメタノールアミン、N−エチルジメタノールアミン、N−プロピルジメタノールアミン、N−ブチルジメタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、N−プロピルジエタノールアミン、N−ブチルジエタノールアミン、N−メチルジプロパノールアミン、N−エチルジプロパノールアミン、N−プロピルジプロパノールアミン、N−ブチルジプロパノールアミン、N−メチルジブタノールアミン、N−エチルジブタノールアミン、N−プロピルジブタノールアミン、N−ブチルジブタノールアミン、N−(アミノメチル)メタノールアミン、N−(アミノメチル)エタノールアミン、N−(アミノメチル)プロパノールアミン、N−(アミノメチル)ブタノールアミン、N−(アミノエチル)メタノールアミン、N−(アミノエチル)エタノールアミン、N−(アミノエチル)プロパノールアミン、N−(アミノエチル)ブタノールアミン、N−(アミノプロピル)メタノールアミン、N−(アミノプロピル)エタノールアミン、N−(アミノプロピル)プロパノールアミン、N−(アミノプロピル)ブタノールアミン、N−(アミノブチル)メタノールアミン、N−(アミノブチル)エタノールアミン、N−(アミノブチル)プロパノールアミン、N−(アミノブチル)ブタノールアミン、メトキシメチルアミン、メトキシエチルアミン、メトキシプロピルアミン、メトキシブチルアミン、エトキシメチルアミン、エトキシエチルアミン、エトキシプロピルアミン、エトキシブチルアミン、プロポキシメチルアミン、プロポキシエチルアミン、プロポキシプロピルアミン、プロポキシブチルアミン、ブトキシメチルアミン、ブトキシエチルアミン、ブトキシプロピルアミン、ブトキシブチルアミン、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、N,N−ジメチルアミン、N,N−ジエチルアミン、N,N−ジプロピルアミン、N,N−ジブチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド、テトラエチルアンモニウムハイドロキサイド、テトラプロピルアンモニウムハイドロキサイド、テトラブチルアンモニウムハイドロキサイド、テトラメチルエチレンジアミン、テトラエチルエチレンジアミン、テトラプロピルエチレンジアミン、テトラブチルエチレンジアミン、メチルアミノメチルアミン、メチルアミノエチルアミン、メチルアミノプロピルアミン、メチルアミノブチルアミン、エチルアミノメチルアミン、エチルアミノエチルアミン、エチルアミノプロピルアミン、エチルアミノブチルアミン、プロピルアミノメチルアミン、プロピルアミノエチルアミン、プロピルアミノプロピルアミン、プロピルアミノブチルアミン、ブチルアミノメチルアミン、ブチルアミノエチルアミン、ブチルアミノプロピルアミン、ブチルアミノブチルアミン、ピリジン、ピロール、ピペラジン、ピロリジン、ピペリジン、ピコリン、モルホリン、メチルモルホリン、ジアザビシクロオクラン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロウンデセン、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウムなどを挙げることができ、アンモニアであるのがより好ましい。 Examples of basic compounds that can be used as catalysts include methanolamine, ethanolamine, propanolamine, butanolamine, N-methylmethanolamine, N-ethylmethanolamine, N-propylmethanolamine, N-butylmethanolamine, N -Methylethanolamine, N-ethylethanolamine, N-propylethanolamine, N-butylethanolamine, N-methylpropanolamine, N-ethylpropanolamine, N-propylpropanolamine, N-butylpropanolamine, N-methyl Butanolamine, N-ethylbutanolamine, N-propylbutanolamine, N-butylbutanolamine, N, N-dimethylmethanolamine, N, N-diethylmethanolamine, N, N-di Propylmethanolamine, N, N-dibutylmethanolamine, N, N-dimethylethanolamine, N, N-diethylethanolamine, N, N-dipropylethanolamine, N, N-dibutylethanolamine, N, N- Dimethylpropanolamine, N, N-diethylpropanolamine, N, N-dipropylpropanolamine, N, N-dibutylpropanolamine, N, N-dimethylbutanolamine, N, N-diethylbutanolamine, N, N-di Propylbutanolamine, N, N-dibutylbutanolamine, N-methyldimethanolamine, N-ethyldimethanolamine, N-propyldimethanolamine, N-butyldimethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-ethyldiethanolamine, N Propyldiethanolamine, N-butyldiethanolamine, N-methyldipropanolamine, N-ethyldipropanolamine, N-propyldipropanolamine, N-butyldipropanolamine, N-methyldibutanolamine, N-ethyldibutanolamine, N-propyldibutanolamine, N-butyldibutanolamine, N- (aminomethyl) methanolamine, N- (aminomethyl) ethanolamine, N- (aminomethyl) propanolamine, N- (aminomethyl) butanolamine, N- (aminoethyl) methanolamine, N- (aminoethyl) ethanolamine, N- (aminoethyl) propanolamine, N- (aminoethyl) butanolamine, N- (aminopropyl) methanolamine, N- (a Minopropyl) ethanolamine, N- (aminopropyl) propanolamine, N- (aminopropyl) butanolamine, N- (aminobutyl) methanolamine, N- (aminobutyl) ethanolamine, N- (aminobutyl) propanolamine, N- (aminobutyl) butanolamine, methoxymethylamine, methoxyethylamine, methoxypropylamine, methoxybutylamine, ethoxymethylamine, ethoxyethylamine, ethoxypropylamine, ethoxybutylamine, propoxymethylamine, propoxyethylamine, propoxypropylamine, propoxybutylamine , Butoxymethylamine, butoxyethylamine, butoxypropylamine, butoxybutylamine, methylamine, ethylamine, Pyramine, butylamine, N, N-dimethylamine, N, N-diethylamine, N, N-dipropylamine, N, N-dibutylamine, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, tetramethylammonium hydroxide, Tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, tetramethylethylenediamine, tetraethylethylenediamine, tetrapropylethylenediamine, tetrabutylethylenediamine, methylaminomethylamine, methylaminoethylamine, methylaminopropylamine, methyl Aminobutylamine, ethylaminomethylamine, ethylaminoethylamine, ethylaminopro Ruamine, ethylaminobutylamine, propylaminomethylamine, propylaminoethylamine, propylaminopropylamine, propylaminobutylamine, butylaminomethylamine, butylaminoethylamine, butylaminopropylamine, butylaminobutylamine, pyridine, pyrrole, piperazine, pyrrolidine, Piperidine, picoline, morpholine, methylmorpholine, diazabicycloocrane, diazabicyclononane, diazabicycloundecene, ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, barium hydroxide, calcium hydroxide, etc. More preferred is ammonia.
塩基性化合物は、下記一般式(2)で表される含窒素化合物(以下、「化合物2」ともいう。)であってもよい。
(X1X2X3X4N)gY …(2)
The basic compound may be a nitrogen-containing compound represented by the following general formula (2) (hereinafter also referred to as “compound 2”).
(X 1 X 2 X 3 X 4 N) g Y (2)
上記一般式(2)において、X1,X2,X3,X4は同一または異なり、それぞれ水素原子、炭素数1〜20のアルキル基(好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基等)、ヒドロキシアルキル基(好ましくはヒドロキシエチル基等)、アリール基(好ましくはフェニル基等)、アリールアルキル基(好ましくはフェニルメチル基等)を示し、Yはハロゲン原子(好ましくはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子など)、1〜4価のアニオン性基(好ましくはヒドロキシ基等)を示し、gは1〜4の整数を示す。 In the general formula (2), X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 are the same or different and are each a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (preferably a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group). Group, hexyl group, etc.), hydroxyalkyl group (preferably hydroxyethyl group etc.), aryl group (preferably phenyl group etc.), arylalkyl group (preferably phenylmethyl group etc.), Y represents a halogen atom (preferably A fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, etc.), a 1 to 4 valent anionic group (preferably a hydroxy group), and g represents an integer of 1 to 4.
化合物2の具体例としては、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラ−n−プロピルアンモニウム、水酸化テトラ−iso−プロピルアンモニウム、水酸化テトラ−n−ブチルアンモニウム、水酸化テトラ−iso−ブチルアンモニウム、水酸化テトラ−tert−ブチルアンモニウム、水酸化テトラペンチルアンモニウム、水酸化テトラヘキシルアンモニウム、水酸化テトラヘプチルアンモニウム、水酸化テトラオクチルアンモニウム、水酸化テトラノニルアンモニウム、水酸化テトラデシルアンモニウム、水酸化テトラウンデシルアンモニウム、水酸化テトラドデシルアンモニウム、臭化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラ−n−プロピルアンモニウム、塩化テトラ−n−プロピルアンモニウム、臭化テトラ−n−ブチルアンモニウム、塩化テトラ−n−ブチルアンモニウム、水酸化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、臭化−n−ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、水酸化−n−オクタデシルトリメチルアンモニウム、臭化−n−オクタデシルトリメチルアンモニウム、塩化セチルトリメチルアンモニウム、塩化ステアリルトリメチルアンモニウム、塩化ベンジルトリメチルアンモニウム、塩化ジデシルジメチルアンモニウム、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム、塩化トリデシルメチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウムハイドロジェンサルフェート、臭化トリブチルメチルアンモニウム、塩化トリオクチルメチルアンモニウム、塩化トリラウリルメチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム、臭化ベンジルトリエチルアンモニウム、臭化ベンジルトリブチルアンモニウム、臭化フェニルトリメチルアンモニウム、コリン等を好ましい例として挙げることができる。これらのうち特に好ましくは、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラ−n−プロピルアンモニウム、水酸化テトラ−n−ブチルアンモニウム、臭化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラ−n−プロピルアンモニウム、塩化テトラ−n−プロピルアンモニウムである。化合物2は、1種あるいは2種以上を同時に使用してもよい。 Specific examples of Compound 2 include tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetra-n-propylammonium hydroxide, tetra-iso-propylammonium hydroxide, tetra-n-butylammonium hydroxide, tetra-hydroxide iso-butylammonium hydroxide, tetra-tert-butylammonium hydroxide, tetrapentylammonium hydroxide, tetrahexylammonium hydroxide, tetraheptylammonium hydroxide, tetraoctylammonium hydroxide, tetranonylammonium hydroxide, tetradecylammonium hydroxide, Tetraundecyl ammonium hydroxide, tetradodecyl ammonium hydroxide, tetramethylammonium bromide, tetramethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, teto chloride Ethylammonium, tetra-n-propylammonium bromide, tetra-n-propylammonium chloride, tetra-n-butylammonium bromide, tetra-n-butylammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium hydroxide, -n-hexabromide Decyltrimethylammonium hydroxide, hydroxide-n-octadecyltrimethylammonium, bromide-n-octadecyltrimethylammonium bromide, cetyltrimethylammonium chloride, stearyltrimethylammonium chloride, benzyltrimethylammonium chloride, didecyldimethylammonium chloride, distearyldimethylammonium chloride, chloride Tridecylmethylammonium, tetrabutylammonium hydrogen sulfate, tributylmethylammonium bromide, trioctyl chloride Methyl ammonium, trilauryl methyl ammonium chloride, benzyl trimethyl ammonium hydroxide, benzyl bromide triethylammonium, and the like are preferable benzyl bromide tributylammonium bromide phenyl trimethyl ammonium, choline and the like. Among these, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetra-n-propylammonium hydroxide, tetra-n-butylammonium hydroxide, tetramethylammonium bromide, tetramethylammonium chloride, tetraethyl bromide are particularly preferable. Ammonium, tetraethylammonium chloride, tetra-n-propylammonium bromide, tetra-n-propylammonium chloride. Compound 2 may be used alone or in combination of two or more.
塩基性化合物の使用量は、シラン化合物中の加水分解性基の総量1モルに対して、通常、0.00001〜20モル、好ましくは0.00005〜10モルである。 The usage-amount of a basic compound is 0.00001-20 mol normally with respect to 1 mol of total amounts of the hydrolysable group in a silane compound, Preferably it is 0.00005-10 mol.
このようにして得られたコア・シェル粒子のシェル厚は、加水分解縮合の反応時間、反応温度、化合物1等の濃度により制御することができ、ほぼ均等な厚さとすることができる。 The shell thickness of the core / shell particles obtained in this way can be controlled by the hydrolysis condensation reaction time, reaction temperature, concentration of compound 1 and the like, and can be made to have an almost uniform thickness.
2.シリカ中空粒子の製造方法
本発明の一実施形態に係るシリカ中空粒子分散体の製造方法は、下記工程(A)〜(D)を含む。
(A)炭酸カルシウム粒子と、オキソ酸およびそれらの塩から選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含有する水系媒体を加熱処理する工程、
(B)前記加熱処理後の炭酸カルシウム粒子を洗浄する工程、
(C)下記一般式(1)で表される化合物、ケイ酸およびケイ酸塩から選ばれる少なくとも1種の化合物を塩基性触媒の存在下で加水分解縮合して、前記炭酸カルシウム粒子を被覆するシリカ系被覆層を形成して、コア・シェル粒子を得る工程、および、
R1Si(OR2)4−d …(1)
(式中、R1、R2は独立して1価の有機基を表し、dは0〜3の整数を示す。)
(D)シリカ系被覆層が形成されたコア・シェル粒子から炭酸カルシウムの一部または全部を除去する工程。
2. Manufacturing method of silica hollow particle The manufacturing method of the silica hollow particle dispersion which concerns on one Embodiment of this invention includes the following process (A)-(D).
(A) a step of heat-treating an aqueous medium containing calcium carbonate particles and at least one compound selected from oxo acids and salts thereof;
(B) a step of washing the calcium carbonate particles after the heat treatment,
(C) Hydrolyzing and condensing at least one compound selected from the compound represented by the following general formula (1), silicic acid and silicate in the presence of a basic catalyst to coat the calcium carbonate particles Forming a silica-based coating layer to obtain core-shell particles; and
R 1 Si (OR 2 ) 4-d (1)
(In the formula, R 1 and R 2 independently represent a monovalent organic group, and d represents an integer of 0 to 3. )
(D) A step of removing part or all of calcium carbonate from the core-shell particles on which the silica-based coating layer is formed.
すなわち、本発明の一実施形態に係るシリカ中空粒子分散体の製造方法は、上述した工程(A)〜(C)により生成されたコア・シェル粒子を利用するものである。 That is, the method for producing a silica hollow particle dispersion according to an embodiment of the present invention uses the core-shell particles generated by the steps (A) to (C) described above.
本発明の一実施形態に係るシリカ中空粒子分散体の製造方法は、さらに、
(E)工程(D)で得られたシリカ系中空粒子を水熱処理する工程、
(F)前記水系媒体を疎水性有機溶媒に置換する工程、を含めてもよい。
The method for producing a silica hollow particle dispersion according to an embodiment of the present invention further includes:
(E) Hydrothermal treatment of the silica-based hollow particles obtained in step (D),
(F) A step of replacing the aqueous medium with a hydrophobic organic solvent may be included.
以下、本実施形態に係るシリカ中空粒子の製造方法の各工程について説明するが、工程(A)〜(C)は、上記のコア・シェル粒子を製造するための方法であるから説明を省略する。 Hereinafter, although each process of the manufacturing method of the silica hollow particle which concerns on this embodiment is demonstrated, since process (A)-(C) is a method for manufacturing said core shell particle, description is abbreviate | omitted. .
なお、工程(A)〜(F)は、いずれも乾燥工程は設けず、全て溶媒存在下の条件で行うことが望ましい。数十ナノメートルサイズの粒子が乾燥し一旦凝集してしまうと、再分散させることが難しくなる場合があるからである。 In addition, it is desirable that all of the steps (A) to (F) are performed in the presence of a solvent without providing a drying step. This is because once the particles of several tens of nanometer size are dried and aggregated, it may be difficult to re-disperse.
2.1 工程(D)
工程(D)は、工程(A)〜(C)により製造されたシリカ系被覆層が形成されたコア・シェル粒子から炭酸カルシウムの一部または全部を除去する工程である。工程(D)においては、酸性化合物を用いて分散体を酸性にして炭酸カルシウムを分散体中に溶出することにより、コア・シェル粒子から炭酸カルシウムの一部または全部を除去するのが好ましい。
2.1 Process (D)
Step (D) is a step of removing part or all of calcium carbonate from the core-shell particles on which the silica-based coating layer produced by steps (A) to (C) is formed. In the step (D), it is preferable to remove part or all of the calcium carbonate from the core-shell particles by acidifying the dispersion using an acidic compound and eluting calcium carbonate into the dispersion.
酸性化合物の具体例としては、無機酸または有機酸を例示することができる。無機酸としては、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、リン酸等を挙げることができる。無機酸は、1価の酸であることが好ましい。有機酸としては、例えば、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、シュウ酸、マレイン酸、メチルマロン酸、アジピン酸、セバシン酸、没食子酸、酪酸、メリット酸、アラキドン酸、シキミ酸、2−エチルヘキサン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、リノレイン酸、サリチル酸、安息香酸、p−アミノ安息香酸、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ギ酸、マロン酸、スルホン酸、フタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、コハク酸、メサコン酸、シトラコン酸、リンゴ酸、マロン酸、グルタル酸の加水分解物、無水マレイン酸の加水分解物、無水フタル酸の加水分解物等を挙げることができる。これらは1種あるいは2種以上を同時に使用してもよい。 Specific examples of the acidic compound include inorganic acids or organic acids. Examples of inorganic acids include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, and phosphoric acid. The inorganic acid is preferably a monovalent acid. Examples of organic acids include acetic acid, propionic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, oxalic acid, maleic acid, methylmalonic acid, adipic acid, sebacic acid, gallic acid Acid, butyric acid, meritic acid, arachidonic acid, shikimic acid, 2-ethylhexanoic acid, oleic acid, stearic acid, linoleic acid, linolenic acid, salicylic acid, benzoic acid, p-aminobenzoic acid, p-toluenesulfonic acid, benzenesulfone Acid, monochloroacetic acid, dichloroacetic acid, trichloroacetic acid, trifluoroacetic acid, formic acid, malonic acid, sulfonic acid, phthalic acid, fumaric acid, citric acid, tartaric acid, maleic anhydride, fumaric acid, itaconic acid, succinic acid, mesaconic acid, Citraconic acid, malic acid, malonic acid, hydrolyzed glutaric acid, hydrolyzed maleic anhydride Object can include hydrolysis products of phthalic anhydride. These may be used alone or in combination of two or more.
酸性化合物の使用量は、使用した触媒である塩基性化合物の量および種類、処理温度によっても異なるが、炭酸カルシウムの総量1モルに対して、0.1〜50モル、好ましくは0.5〜10モルである。また、上記触媒において塩基性触媒を用いた際には、触媒である塩基性化合物と酸性化合物が反応してしまうので、炭酸カルシウムの総量1モルに対して1〜10モルであることが特に好ましい。炭酸カルシウム酸性化合物の使用量が炭酸カルシウムの総量1モルに対して0.1モル未満であると、炭酸カルシウムを除去できない場合がある。 The amount of the acidic compound used varies depending on the amount and type of the basic compound that is the catalyst used and the treatment temperature, but is 0.1 to 50 mol, preferably 0.5 to 0.1 mol with respect to 1 mol of the total amount of calcium carbonate. 10 moles. In addition, when a basic catalyst is used in the above catalyst, the basic compound that is the catalyst and the acidic compound react with each other, so that the amount is particularly preferably 1 to 10 mol with respect to 1 mol of the total amount of calcium carbonate. . If the amount of the calcium carbonate acidic compound used is less than 0.1 mol with respect to 1 mol of the total amount of calcium carbonate, the calcium carbonate may not be removed.
また、工程(D)においては、必要に応じて、上記工程でシリカ系被覆層が形成されたコア・シェル粒子の一部または全部が除去されて生じた炭酸カルシウムを分散体から系外へ除去する工程を含むことができる。炭酸カルシウムを分散体から系外へ除去する方法としては、特に限定されないが、限外ろ過法を適用することが好ましい。 In step (D), if necessary, the calcium carbonate produced by removing part or all of the core-shell particles on which the silica-based coating layer has been formed in the above step is removed from the dispersion. The process of carrying out can be included. The method for removing calcium carbonate from the dispersion outside the system is not particularly limited, but it is preferable to apply an ultrafiltration method.
具体的には、上記工程(D)で得られたシリカ系中空粒子を、圧力計、流量計、限外ろ過膜、および循環ポンプを接続した容器に入れ、所定温度にて所定の循環流量または線速で分散体を循環しながら限外ろ過膜を用いて溶媒置換する(回分法では、濃縮した後に所定量の水で希釈することにより溶媒置換し、連続法では、濃縮する間に所定量の水で希釈することにより溶媒置換する。)ことにより、固形分濃度が好ましくは1〜50質量%であって、シリカ系中空粒子が水系媒体中に分散された分散体を調製することができる。また、この際に炭酸カルシウムが分散体から系外へと除去される。 Specifically, the silica-based hollow particles obtained in the above step (D) are put in a vessel connected with a pressure gauge, a flow meter, an ultrafiltration membrane, and a circulation pump, and a predetermined circulation flow rate or a predetermined temperature is set. Solvent replacement using an ultrafiltration membrane while circulating the dispersion at linear speed (in batch method, solvent replacement is performed by concentrating and then diluting with a predetermined amount of water, and in continuous method, a predetermined amount is added during concentration. The solvent is replaced by diluting with water.) Thus, a dispersion in which the solid content is preferably 1 to 50% by mass and silica-based hollow particles are dispersed in an aqueous medium can be prepared. . At this time, calcium carbonate is removed from the dispersion out of the system.
また、このシリカ系中空粒子の分散体は、工程(D)の後に工程(E)の水熱処理工程を行う場合には、水系媒体であることが好ましく、水分の含有量が75質量%以上であることが特に好ましい。このシリカ系中空粒子の分散体において、水分の含有量を75質量%以上にする方法としては特に制限はないが、シリカ系中空粒子の増粘を防ぐためには、例えば、水と有機溶媒を水に溶媒置換する工程の間、水分の含有量を常に75質量%以上に維持することが好ましい。 In addition, the dispersion of silica-based hollow particles is preferably an aqueous medium when the hydrothermal treatment step (E) is performed after the step (D), and the water content is 75% by mass or more. It is particularly preferred. In the dispersion of the silica-based hollow particles, there is no particular limitation on the method for setting the water content to 75% by mass or more. However, in order to prevent thickening of the silica-based hollow particles, for example, water and an organic solvent are mixed with water. During the solvent replacement step, it is preferable to always maintain the water content at 75% by mass or more.
溶媒置換における温度は、好ましくは40〜80℃である。また、運転時の溶媒の循環流量は、限外ろ過膜での効率的溶媒置換を行い運転時の安全性を確保するためには、限外ろ過膜表面との線速換算で、好ましくは2.0〜4.5m/秒、より好ましくは3.0〜4.0m/秒である。 The temperature in the solvent replacement is preferably 40 to 80 ° C. Further, the circulating flow rate of the solvent during operation is preferably 2 in terms of linear velocity with respect to the surface of the ultrafiltration membrane in order to perform efficient solvent replacement in the ultrafiltration membrane and ensure safety during operation. It is 0.0 to 4.5 m / second, more preferably 3.0 to 4.0 m / second.
また、この工程で用いられる限外ろ過膜としては、運転時の圧力、温度、用いる有機溶媒による不具合を生じるものでない限り特に制限はないが、温度、圧力、耐溶媒性に優れるセラミック製のものが好ましい。また、限外ろ過膜の孔径は、シリカ系中空粒子の粒子径より小さいものが使われるが、この技術分野において孔径の代用値として用いられる限外ろ過膜の分画分子量として表した場合、好ましくは、3,000〜1,000,000、さらに好ましくは、30,000〜500,000、特に好ましくは100,000〜200,000である。また、限外ろ過膜の形状についても特に制限はないが、高い透過流速と目つまりが低いことより円筒状が好ましい。 The ultrafiltration membrane used in this step is not particularly limited as long as it does not cause problems due to operating pressure, temperature, and organic solvent used, but is made of ceramic having excellent temperature, pressure, and solvent resistance. Is preferred. Further, the pore diameter of the ultrafiltration membrane is smaller than that of the silica-based hollow particles, but it is preferable when expressed as a fractional molecular weight of the ultrafiltration membrane used as a substitute value for the pore diameter in this technical field. Is 3,000 to 1,000,000, more preferably 30,000 to 500,000, particularly preferably 100,000 to 200,000. Further, the shape of the ultrafiltration membrane is not particularly limited, but a cylindrical shape is preferred because of a high permeation flow rate and a low clog.
2.2 工程(E)
工程(E)は、工程(D)で得られたシリカ系中空粒子を水熱処理する工程である。
2.2 Process (E)
Step (E) is a step of hydrothermally treating the silica-based hollow particles obtained in step (D).
水熱処理としては、具体的には、上記工程(D)で得られた分散体に、必要に応じてアルカリ水溶液を添加して、該分散体を塩基性(好ましくはpH8〜13の範囲)に調節し、加熱処理することができる。このとき、加熱処理温度は50〜350℃の範囲、好ましくは100〜300℃の範囲である。加熱処理に際しては、工程(D)で得られた分散体の濃度をあらかじめ希釈して、あるいは濃縮して処理することができる。加熱することにより、分子間の結合を切ったり結んだりすることが繰り返され、シリカ系被覆層が緻密化された(密度の高い)シリカ系中空粒子を得ることができる。 As the hydrothermal treatment, specifically, an alkaline aqueous solution is added to the dispersion obtained in the step (D) as necessary to make the dispersion basic (preferably in the range of pH 8 to 13). It can be adjusted and heat treated. At this time, the heat treatment temperature is in the range of 50 to 350 ° C, preferably in the range of 100 to 300 ° C. In the heat treatment, the concentration of the dispersion obtained in the step (D) can be diluted in advance or concentrated. By heating, it is repeated that the bonds between molecules are cut or tied, and silica-based hollow particles in which the silica-based coating layer is densified (high density) can be obtained.
2.3 工程(F)
工程(F)は、水系媒体を疎水性有機溶媒に置換する工程である。
2.3 Step (F)
Step (F) is a step of replacing the aqueous medium with a hydrophobic organic solvent.
2.3.1 疎水性有機溶媒
本実施形態における疎水性有機溶媒とは、水と均一に混合せずに、20℃において水と混合して2層を形成させた時の有機層中の水の含有率が12質量%以下の有機溶媒を意味し、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類;アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、ヘキサメチレンジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等の不飽和アクリルエステル系溶媒;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;ジブチルエーテル等のエーテル類等を挙げることができる。これらの中で、ケトン類が好ましく、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンがさらに好ましい。これらの疎水性有機溶媒は、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
2.3.1 Hydrophobic Organic Solvent The hydrophobic organic solvent in this embodiment is water in the organic layer when it is mixed with water at 20 ° C. to form two layers without being uniformly mixed with water. Means an organic solvent having a content of 12% by mass or less, for example, ketone solvents such as methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexanone; esters such as ethyl acetate and butyl acetate; butyl acrylate, methyl methacrylate, hexamethylene Examples thereof include unsaturated acrylic ester solvents such as diacrylate and trimethylolpropane triacrylate; aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; ethers such as dibutyl ether. Among these, ketones are preferable, and methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone are more preferable. These hydrophobic organic solvents can be used alone or in combination of two or more.
2.3.2 溶媒置換方法
水系媒体を疎水性有機溶媒に置換するためには、メタノールまたはエタノール等の有機溶媒を介してから行うとよい。水系媒体から疎水性有機溶媒へ直接置換しようとすると、シリカ系中空粒子が凝集してしまうことがあり、一旦凝集すると再分散させることが困難となるからである。水系媒体をメタノール等の有機溶媒に置換する方法としては、特に限定されないが、限外ろ過法を好ましく適用することができる。
2.3.2 Solvent replacement method In order to replace the aqueous medium with a hydrophobic organic solvent, the replacement may be performed after passing through an organic solvent such as methanol or ethanol. This is because if the water-based medium is directly replaced with the hydrophobic organic solvent, the silica-based hollow particles may be aggregated, and once aggregated, it is difficult to re-disperse. A method for replacing the aqueous medium with an organic solvent such as methanol is not particularly limited, but an ultrafiltration method can be preferably applied.
具体的には、緻密化されたシリカ系中空粒子が分散され、水系媒体を含有する分散体を、圧力計、流量計、限外ろ過膜、および循環ポンプを接続した容器に入れ、所定温度にて所定の循環流量または線速で分散体を循環しながら限外ろ過膜を用いて溶媒置換する(回分法では、濃縮した後に所定量の第1の有機溶媒で希釈することにより溶媒置換し、連続法では、濃縮する間に所定量の第1の有機溶媒で希釈することにより溶媒置換する。)ことにより、固形分濃度が好ましくは20〜50質量%であって、シリカ系中空粒子がメタノール等の有機溶媒に分散された分散体を調製することができる。 Specifically, the silica-based hollow particles that have been densified are dispersed, and the dispersion containing the aqueous medium is placed in a container to which a pressure gauge, a flow meter, an ultrafiltration membrane, and a circulation pump are connected. The solvent is replaced using an ultrafiltration membrane while circulating the dispersion at a predetermined circulation flow rate or linear velocity (in the batch method, the solvent is replaced by diluting with a predetermined amount of the first organic solvent after concentration, In the continuous method, the solvent is replaced by diluting with a predetermined amount of the first organic solvent during the concentration.), So that the solid concentration is preferably 20 to 50% by mass and the silica-based hollow particles are methanol. A dispersion dispersed in an organic solvent such as can be prepared.
このシリカ系中空粒子分散体では、水の含有量は5質量%以下が好ましく、さらに好ましくは2質量%以下である。水分量が5質量%を越えると、保管中の増粘することがある。シリカ系中空粒子表面におけるシラノール基の濃度は、3.0×10−5モル/g以下が好ましく、さらに好ましくは2.0×10−5モル/g以下である。シリカ系中空粒子表面におけるシラノール基の濃度が3.0×10−5モル/gを超えると、保管中に分散体が増粘することがある。 In this silica-based hollow particle dispersion, the water content is preferably 5% by mass or less, more preferably 2% by mass or less. If the water content exceeds 5% by mass, the viscosity may increase during storage. The concentration of the silanol group on the surface of the silica-based hollow particles is preferably 3.0 × 10 −5 mol / g or less, more preferably 2.0 × 10 −5 mol / g or less. If the concentration of silanol groups on the surface of the silica-based hollow particles exceeds 3.0 × 10 −5 mol / g, the dispersion may thicken during storage.
溶媒置換における温度は、水系媒体の沸点以下であることが好ましく、さらに好ましくは40〜80℃である。また、運転時の溶媒の循環流量は、限外ろ過膜での効率的溶媒置換を行い運転時の安全性を確保するためには、限外ろ過膜表面との線速換算で、好ましくは2.0〜4.5m/秒、より好ましくは3.0〜4.0m/秒である。 It is preferable that the temperature in solvent substitution is below the boiling point of an aqueous medium, More preferably, it is 40-80 degreeC. Further, the circulating flow rate of the solvent during operation is preferably 2 in terms of linear velocity with respect to the surface of the ultrafiltration membrane in order to perform efficient solvent replacement in the ultrafiltration membrane and ensure safety during operation. It is 0.0 to 4.5 m / second, more preferably 3.0 to 4.0 m / second.
また、この工程で用いられる限外ろ過膜としては、運転時の圧力、温度、用いる有機溶媒による不具合を生じるものでない限り特に制限はないが、温度、圧力、耐溶媒性に優れるセラミック製のものが好ましい。また、限外ろ過膜の孔径は、シリカ系中空粒子の粒子径より小さいものが使われるが、この技術分野において孔径の代用値として用いられる限外濾過膜の分画分子量として表した場合、好ましくは、3000〜1,000,000、さらに好ましくは、30,000〜500,000、特に好ましくは100,000〜200,000である。また、限外ろ過膜の形状についても特に制限はないが、高い透過流速と目つまりが低いことより円筒状が好ましい。 The ultrafiltration membrane used in this step is not particularly limited as long as it does not cause problems due to operating pressure, temperature, and organic solvent used, but is made of ceramic having excellent temperature, pressure, and solvent resistance. Is preferred. Further, the pore diameter of the ultrafiltration membrane is smaller than that of the silica-based hollow particles, but when expressed as a fractional molecular weight of the ultrafiltration membrane used as a substitute value for the pore diameter in this technical field, it is preferable. Is 3000 to 1,000,000, more preferably 30,000 to 500,000, and particularly preferably 100,000 to 200,000. Further, the shape of the ultrafiltration membrane is not particularly limited, but a cylindrical shape is preferred because of a high permeation flow rate and a low clog.
限外ろ過膜を用いて分散体中の水をメタノール等の有機溶媒に置換する際、前述のように、運転方法の相違(例えば、回分法と連続法との相違)によって、濃縮と希釈操作とを分けて行う方法や、濃縮と同時に(濃縮する間に)希釈する方法のいずれであってもよいが、本実施形態に係るシリカ系中空粒子分散体の製造方法では、希釈溶媒量の少ないことから、濃縮と同時に希釈する方法が好ましい。希釈に用いる有機溶媒の量は、分散体中の水1kgに対して1〜10kgであるのが好ましい。 When replacing water in the dispersion with an organic solvent such as methanol using an ultrafiltration membrane, as described above, due to differences in operation methods (for example, differences between batch method and continuous method), concentration and dilution operations are performed. Or a method of diluting at the same time as concentration (during concentration), but in the method for producing a silica-based hollow particle dispersion according to this embodiment, the amount of diluted solvent is small. Therefore, a method of diluting simultaneously with concentration is preferable. The amount of the organic solvent used for dilution is preferably 1 to 10 kg with respect to 1 kg of water in the dispersion.
次いで、メタノール等の有機溶媒を疎水性有機溶媒へと置換する。メタノール等の有機溶媒を疎水性有機溶媒に置換する方法としては、特に限定されないが、限外ろ過法を好ましく適用することができる。限外ろ過法の具体的な方法は、上記の水系媒体をメタノール等の有機溶媒へ置換する方法と同様である。 Next, an organic solvent such as methanol is replaced with a hydrophobic organic solvent. A method for replacing an organic solvent such as methanol with a hydrophobic organic solvent is not particularly limited, but an ultrafiltration method can be preferably applied. The specific method of the ultrafiltration method is the same as the method of replacing the aqueous medium with an organic solvent such as methanol.
工程(D)および(F)において、全て限外ろ過法を適用すれば、製造プロセスを簡略化することができ、製造コストを低下することができる。 If all the ultrafiltration methods are applied in steps (D) and (F), the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
また、第1の溶媒を第2の溶媒に置換する方法として、限外ろ過法のほかに蒸留法を適用することもできる。蒸留法は、第1の溶媒よりも沸点の高い第2の溶媒に置換する場合に適用することができる。蒸留法では、減圧して蒸気圧を下げて行うことが多いが、発泡や液面の乾燥を防ぐため、常圧で行うことが望ましい。 In addition to the ultrafiltration method, a distillation method can also be applied as a method for replacing the first solvent with the second solvent. The distillation method can be applied when replacing with a second solvent having a boiling point higher than that of the first solvent. The distillation method is often carried out by reducing the vapor pressure by reducing the pressure, but it is preferably carried out at normal pressure to prevent foaming and drying of the liquid surface.
2.4 シリカ系中空粒子およびシリカ系中空粒子分散体
本発明の一実施形態に係るシリカ系中空粒子は、上記一般式(1)で表される化合物、ケイ酸およびケイ酸塩から選ばれる少なくとも1種の化合物を加水分解縮合して得られた外殻層を有する。そして、本発明の一実施形態に係るシリカ系中空粒子分散体は、上記シリカ系中空粒子分散体の製造方法によって得られたシリカ系中空粒子と、有機溶媒とを含む。ここで、有機溶媒としては、上述したように、疎水性有機溶媒であることが好ましい。
2.4 Silica-based hollow particles and silica-based hollow particle dispersion The silica-based hollow particles according to an embodiment of the present invention are at least selected from the compound represented by the general formula (1), silicic acid, and silicate. It has an outer shell layer obtained by hydrolytic condensation of one compound. And the silica type hollow particle dispersion which concerns on one Embodiment of this invention contains the silica type hollow particle obtained by the manufacturing method of the said silica type hollow particle dispersion, and an organic solvent. Here, as described above, the organic solvent is preferably a hydrophobic organic solvent.
本実施形態に係る製造方法によって得られたシリカ系中空粒子分散体に含まれるシリカ系中空粒子の含有量は通常0.1〜50質量%であり、10〜40質量%であるのが好ましい。 The content of silica-based hollow particles contained in the silica-based hollow particle dispersion obtained by the production method according to this embodiment is usually 0.1 to 50% by mass, and preferably 10 to 40% by mass.
本実施形態に係る製造方法によって得られたシリカ系中空粒子分散体に含まれるシリカ系中空粒子においては、シリカ系被覆層の平均粒子径は5〜300nmであるのが好ましく、10〜100nmであるのがより好ましい。 In the silica-based hollow particles contained in the silica-based hollow particle dispersion obtained by the production method according to this embodiment, the average particle diameter of the silica-based coating layer is preferably 5 to 300 nm, and preferably 10 to 100 nm. Is more preferable.
また、本実施形態に係る製造方法によって得られたシリカ系中空粒子分散体に含まれるシリカ系中空粒子においては、シリカ系被覆層の平均厚さは1nm以上であるのが好ましく、1〜50nmであるのがより好ましい。シリカ系被覆層の平均厚さが50nm以上であると、得られる中空粒子の屈折率が上昇するためである。 Further, in the silica-based hollow particles contained in the silica-based hollow particle dispersion obtained by the production method according to the present embodiment, the average thickness of the silica-based coating layer is preferably 1 nm or more, and is 1 to 50 nm. More preferably. This is because the refractive index of the resulting hollow particles increases when the average thickness of the silica-based coating layer is 50 nm or more.
3.実施例
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
3. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited to the following examples.
3.1 実施例1
コロイド状炭酸カルシウム(丸尾カルシウム(株)製)27.6kg(炭酸カルシウム濃度4.8質量%)に10質量%水溶液に調整したリン酸(和光純薬工業(株)製)を2.3kg加え、温度60℃により1時間攪拌を行った。攪拌終了後、蒸留水により粒子を洗浄し、得られた炭酸カルシウム粒子を蒸留水に分散させ、炭酸カルシウム濃度5.8質量%の水ゾルを調整した。得られた水ゾル6.5kgに蒸留水47.7kg、28質量%のアンモニア水溶液(和光純薬工業(株)製)8.0kgを加え攪拌した。この溶液に、メタ珪酸ナトリウム(旭硝子エスアイテック(株)製)を蒸留水に溶解させ、1.5等量以上の陽イオン交換樹脂(オルガノ(株)製)により脱アルカリして得たメタ珪酸液(SiO2濃度2.0質量%)25.6kgを滴下し、反応液の温度を80℃に保持して3時間攪拌を行った。攪拌終了後、反応液を室温にし、ここに10質量%の硝酸96.8kgを加え1時間攪拌を行った。
3.1 Example 1
Add 2.3 kg of phosphoric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) adjusted to a 10 mass% aqueous solution to 27.6 kg (calcium carbonate concentration: 4.8 mass%) of colloidal calcium carbonate (Maruo Calcium Co., Ltd.) The mixture was stirred at a temperature of 60 ° C. for 1 hour. After the stirring, the particles were washed with distilled water, and the obtained calcium carbonate particles were dispersed in distilled water to prepare a water sol having a calcium carbonate concentration of 5.8% by mass. To 6.5 kg of the obtained water sol, 47.7 kg of distilled water and 8.0 kg of a 28% by mass ammonia aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added and stirred. To this solution, metasilicate obtained by dissolving sodium metasilicate (Asahi Glass S-Tech Co., Ltd.) in distilled water and dealkalizing with 1.5 or more equivalents of cation exchange resin (organo Co., Ltd.) was added dropwise a solution (SiO 2 concentration of 2.0 wt%) 25.6 kg, was stirred for 3 hours maintaining the temperature of the reaction solution to 80 ° C.. After completion of the stirring, the reaction solution was brought to room temperature, and 96.8 kg of 10 mass% nitric acid was added thereto, followed by stirring for 1 hour.
上述の工程終了後、メタノール14kgを加え、50℃、循環流量50リットル/分、圧力1kg/cm2で限外ろ過膜を用いて濃縮を行い、14kgのろ液を排出する操作を6回繰り返すことで、メタノール分散中空シリカゾルを20kg調整した。6回の平均透過流速は60kg/m2/時間、所要時間は6時間であった。 After the above process is completed, the process of adding 14 kg of methanol, concentrating using an ultrafiltration membrane at 50 ° C., a circulation flow rate of 50 liters / minute, and a pressure of 1 kg / cm 2 , and discharging 14 kg of filtrate is repeated 6 times. Thus, 20 kg of methanol-dispersed hollow silica sol was prepared. The average permeation flow rate of 6 times was 60 kg / m 2 / hour, and the required time was 6 hours.
得られたメタノール分散中空シリカゾル20kgに、トリメチルメトキシシラン6.1gを加え、60℃で3時間加熱攪拌した。 To 20 kg of the obtained methanol-dispersed hollow silica sol, 6.1 g of trimethylmethoxysilane was added, and the mixture was heated and stirred at 60 ° C. for 3 hours.
上述の工程終了後、得られた反応液にメチルイソブチルケトン(MIBK)14kgを加え、50℃、循環流量50リットル/分、圧力1kg/cm2で限外ろ過膜を用いて濃縮を行い、14kgのろ液を排出する操作を5回繰り返すことで、MIBK分散中空シリカゾルを20kg調整した。5回の平均透過流速は70kg/m2/時間、所要時間は4時間であった。透過型電子顕微鏡にて観察したところ平均粒子径が60nm、平均シェル厚が10nmである中空シリカ粒子分散液を得た。 After completion of the above steps, 14 kg of methyl isobutyl ketone (MIBK) is added to the obtained reaction solution, and concentrated using an ultrafiltration membrane at 50 ° C., a circulation flow rate of 50 liters / minute, and a pressure of 1 kg / cm 2 , and 14 kg 20 kg of MIBK-dispersed hollow silica sol was prepared by repeating the operation of discharging the filtrate 5 times. The average permeation flow rate for 5 times was 70 kg / m 2 / hour, and the required time was 4 hours. When observed with a transmission electron microscope, a hollow silica particle dispersion having an average particle diameter of 60 nm and an average shell thickness of 10 nm was obtained.
3.2 実施例2
コロイド状炭酸カルシウム(丸尾カルシウム(株)製)46.1kg(炭酸カルシウム濃度4.8質量%)に10質量%水溶液に調整したリン酸三ナトリウム(和光純薬工業(株)製)を3.9kg加え、温度60℃により1時間攪拌を行った。攪拌終了後、蒸留水により粒子を洗浄し、得られた炭酸カルシウム粒子を蒸留水に分散させ、炭酸カルシウム濃度1.5質量%の水ゾルを調整した。得られた水ゾル25.8kgに蒸留水29.9kg、28質量%のアンモニア水溶液(和光純薬工業(株)製)8.0kgを加え攪拌した。この溶液に、メタ珪酸ナトリウム(旭硝子エスアイテック(株)製)を蒸留水に溶解させ、1.5等量以上の陽イオン交換樹脂(オルガノ(株)製)により脱アルカリして得たメタ珪酸液(SiO2濃度2.1質量%)24.8kgを滴下し、反応液の温度を80℃に保持して3時間攪拌を行った。攪拌終了後、反応液を室温にし、ここに10質量%の硝酸96.8kgを加え1時間攪拌を行った。
3.2 Example 2
2. Colloidal calcium carbonate (manufactured by Maruo Calcium Co., Ltd.) 46.1 kg (calcium carbonate concentration 4.8% by mass) and trisodium phosphate adjusted to a 10% by mass aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 9 kg was added and stirred at a temperature of 60 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the particles were washed with distilled water, and the obtained calcium carbonate particles were dispersed in distilled water to prepare a water sol having a calcium carbonate concentration of 1.5% by mass. To 25.8 kg of the obtained water sol, 29.9 kg of distilled water and 8.0 kg of a 28% by mass ammonia aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added and stirred. To this solution, metasilicate obtained by dissolving sodium metasilicate (Asahi Glass S-Tech Co., Ltd.) in distilled water and dealkalizing with 1.5 or more equivalents of cation exchange resin (organo Co., Ltd.) 24.8 kg of a liquid (SiO 2 concentration 2.1 mass%) was added dropwise, and the reaction liquid was kept at 80 ° C. and stirred for 3 hours. After completion of the stirring, the reaction solution was brought to room temperature, and 96.8 kg of 10 mass% nitric acid was added thereto, followed by stirring for 1 hour.
上述の工程終了後、メタノール14kgを加え、50℃、循環流量50リットル/分、圧力1kg/cm2で限外ろ過膜を用いて濃縮を行い、14kgのろ液を排出する操作を6回繰り返すことで、メタノール分散中空シリカゾルを20kg調整した。6回の平均透過流速は60kg/m2/時間、所要時間は6時間であった。 After the above process is completed, the process of adding 14 kg of methanol, concentrating using an ultrafiltration membrane at 50 ° C., a circulation flow rate of 50 liters / minute, and a pressure of 1 kg / cm 2 , and discharging 14 kg of filtrate is repeated 6 times. Thus, 20 kg of methanol-dispersed hollow silica sol was prepared. The average permeation flow rate of 6 times was 60 kg / m 2 / hour, and the required time was 6 hours.
得られたメタノール分散中空シリカゾル20kgに、トリメチルメトキシシラン23.1gを加え、60℃で3時間加熱攪拌した。 23.1 g of trimethylmethoxysilane was added to 20 kg of the obtained methanol-dispersed hollow silica sol, and the mixture was heated and stirred at 60 ° C. for 3 hours.
上述の工程終了後、得られた反応液にメチルイソブチルケトン(MIBK)14kgを加え、50℃、循環流量50リットル/分、圧力1kg/cm2で限外ろ過膜を用いて濃縮を行い、14kgの濾液を排出する操作を5回繰り返すことで、MIBK分散中空シリカゾルを20kg調整した。5回の平均透過流速は70kg/m2/時間、所要時間は4時間であった。透過型電子顕微鏡にて観察したところ平均粒子径が100nm、平均シェル厚が10nmである中空シリカ粒子分散液を得た。 After completion of the above steps, 14 kg of methyl isobutyl ketone (MIBK) is added to the obtained reaction solution, and concentrated using an ultrafiltration membrane at 50 ° C., a circulation flow rate of 50 liters / minute, and a pressure of 1 kg / cm 2 , and 14 kg 20 kg of MIBK-dispersed hollow silica sol was prepared by repeating the operation of discharging the filtrate 5 times. The average permeation flow rate for 5 times was 70 kg / m 2 / hour, and the required time was 4 hours. When observed with a transmission electron microscope, a hollow silica particle dispersion having an average particle diameter of 100 nm and an average shell thickness of 10 nm was obtained.
3.3 実施例3
コロイド状炭酸カルシウム(丸尾カルシウム(株)製)48.8kg(炭酸カルシウム濃度4.8質量%)に10質量%水溶液に調整したリン酸三ナトリウム(和光純薬工業(株)製)を1.3kg加え、温度60℃により1時間攪拌を行った。攪拌終了後、蒸留水により粒子を洗浄し、得られた炭酸カルシウム粒子を蒸留水に分散させ、炭酸カルシウム濃度1.7質量%の水ゾルを調整した。得られた水ゾル23.4kgに蒸留水31.8kg、28質量%のアンモニア水溶液(和光純薬工業(株)製)8.0kgを加え攪拌した。この溶液に、メタ珪酸ナトリウム(旭硝子エスアイテック(株)製)を蒸留水に溶解させ、1.5等量以上の陽イオン交換樹脂(オルガノ(株)製)により脱アルカリして得たメタ珪酸液(SiO2濃度2.1質量%)24.8kgを滴下し、反応液の温度を80℃に保持して3時間攪拌を行った。攪拌終了後、反応液を室温にし、ここに10質量%の硝酸96.8kgを加え1時間攪拌を行った。
3.3 Example 3
1. Colloidal calcium carbonate (manufactured by Maruo Calcium Co., Ltd.) 48.8 kg (calcium carbonate concentration 4.8% by mass) and trisodium phosphate adjusted to a 10% by mass aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 3 kg was added and stirred at a temperature of 60 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the particles were washed with distilled water, and the obtained calcium carbonate particles were dispersed in distilled water to prepare a water sol having a calcium carbonate concentration of 1.7% by mass. To 23.4 kg of the obtained water sol, 31.8 kg of distilled water and 8.0 kg of a 28% by mass ammonia aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added and stirred. To this solution, metasilicate obtained by dissolving sodium metasilicate (Asahi Glass S-Tech Co., Ltd.) in distilled water and dealkalizing with 1.5 or more equivalents of cation exchange resin (organo Co., Ltd.) 24.8 kg of a liquid (SiO 2 concentration 2.1 mass%) was added dropwise, and the reaction liquid was kept at 80 ° C. and stirred for 3 hours. After completion of the stirring, the reaction solution was brought to room temperature, and 96.8 kg of 10 mass% nitric acid was added thereto, followed by stirring for 1 hour.
上述の工程終了後、メタノール14kgを加え、50℃、循環流量50リットル/分、圧力1kg/cm2で限外ろ過膜を用いて濃縮を行い、14kgのろ液を排出する操作を6回繰り返すことで、メタノール分散中空シリカゾルを20kg調整した。6回の平均透過流速は60kg/m2/時間、所要時間は6時間であった。 After the above process is completed, the process of adding 14 kg of methanol, concentrating using an ultrafiltration membrane at 50 ° C., a circulation flow rate of 50 liters / minute, and a pressure of 1 kg / cm 2 , and discharging 14 kg of filtrate is repeated 6 times. Thus, 20 kg of methanol-dispersed hollow silica sol was prepared. The average permeation flow rate of 6 times was 60 kg / m 2 / hour, and the required time was 6 hours.
得られたメタノール分散中空シリカゾル20kgに、トリメチルメトキシシラン23.1gを加え、60℃で3時間加熱攪拌した。 23.1 g of trimethylmethoxysilane was added to 20 kg of the obtained methanol-dispersed hollow silica sol, and the mixture was heated and stirred at 60 ° C. for 3 hours.
上述の工程終了後、得られた反応液にメチルイソブチルケトン(MIBK)14kgを加え、50℃、循環流量50リットル/分、圧力1kg/cm2で限外ろ過膜を用いて濃縮を行い、14kgのろ液を排出する操作を5回繰り返すことで、MIBK分散中空シリカゾルを20kg調整した。5回の平均透過流速は70kg/m2/時間、所要時間は4時間であった。透過型電子顕微鏡にて観察したところ平均粒子径が100nm、平均シェル厚が10nmである中空シリカ粒子分散液を得た。 After completion of the above steps, 14 kg of methyl isobutyl ketone (MIBK) is added to the obtained reaction solution, and concentrated using an ultrafiltration membrane at 50 ° C., a circulation flow rate of 50 liters / minute, and a pressure of 1 kg / cm 2 , and 14 kg 20 kg of MIBK-dispersed hollow silica sol was prepared by repeating the operation of discharging the filtrate 5 times. The average permeation flow rate for 5 times was 70 kg / m 2 / hour, and the required time was 4 hours. When observed with a transmission electron microscope, a hollow silica particle dispersion having an average particle diameter of 100 nm and an average shell thickness of 10 nm was obtained.
3.4 実施例4
コロイド状炭酸カルシウム(丸尾カルシウム(株)製)27.7kg(炭酸カルシウム濃度4.8質量%)に10質量%水溶液に調整したメタ珪酸ナトリウム(旭硝子エスアイテック(株)製)を2.3kg加え、温度60℃により1時間攪拌を行った。攪拌終了後、蒸留水により粒子を洗浄し、得られた炭酸カルシウム粒子を蒸留水に分散させ、炭酸カルシウム濃度5.5質量%の水ゾルを調整した。得られた水ゾル6.9kgに蒸留水47.4kg、28質量%のアンモニア水溶液(和光純薬工業(株)製)8.0kgを加え攪拌した。この溶液に、メタ珪酸ナトリウム(旭硝子エスアイテック(株)製)を蒸留水に溶解させ、1.5等量以上の陽イオン交換樹脂(オルガノ(株)製)により脱アルカリして得たメタ珪酸液(SiO2濃度2.0質量%)25.7kgを滴下し、反応液の温度を80℃に保持して3時間攪拌を行った。攪拌終了後、反応液を室温にし、ここに10質量%の硝酸96.8kgを加え1時間攪拌を行った。
3.4 Example 4
2.3 kg of colloidal calcium carbonate (manufactured by Maruo Calcium Co., Ltd.) and sodium metasilicate (made by Asahi Glass S-Tech Co., Ltd.) adjusted to a 10 mass% aqueous solution are added to 27.7 kg (calcium carbonate concentration 4.8 mass%) The mixture was stirred at a temperature of 60 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the particles were washed with distilled water, and the obtained calcium carbonate particles were dispersed in distilled water to prepare a water sol having a calcium carbonate concentration of 5.5% by mass. To 6.9 kg of the obtained water sol, 47.4 kg of distilled water and 8.0 kg of 28 mass% ammonia aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added and stirred. To this solution, metasilicate obtained by dissolving sodium metasilicate (Asahi Glass S-Tech Co., Ltd.) in distilled water and dealkalizing with 1.5 or more equivalents of cation exchange resin (organo Co., Ltd.) 25.7 kg of a liquid (SiO 2 concentration of 2.0% by mass) was added dropwise, and the temperature of the reaction liquid was kept at 80 ° C. and stirred for 3 hours. After completion of the stirring, the reaction solution was brought to room temperature, and 96.8 kg of 10 mass% nitric acid was added thereto, followed by stirring for 1 hour.
上述の工程終了後、メタノール14kgを加え、50℃、循環流量50リットル/分、圧力1kg/cm2で限外ろ過膜を用いて濃縮を行い、14kgのろ液を排出する操作を6回繰り返すことで、メタノール分散中空シリカゾルを20kg調整した。6回の平均透過流速は60kg/m2/時間、所要時間は6時間であった。 After the above process is completed, the process of adding 14 kg of methanol, concentrating using an ultrafiltration membrane at 50 ° C., a circulation flow rate of 50 liters / minute, and a pressure of 1 kg / cm 2 , and discharging 14 kg of filtrate is repeated 6 times. Thus, 20 kg of methanol-dispersed hollow silica sol was prepared. The average permeation flow rate of 6 times was 60 kg / m 2 / hour, and the required time was 6 hours.
得られたメタノール分散中空シリカゾル20kgに、トリメチルメトキシシラン23.1gを加え、60℃で3時間加熱攪拌した。 23.1 g of trimethylmethoxysilane was added to 20 kg of the obtained methanol-dispersed hollow silica sol, and the mixture was heated and stirred at 60 ° C. for 3 hours.
上述の工程終了後、得られた反応液にメチルイソブチルケトン(MIBK)14kgを加え、50℃、循環流量50リットル/分、圧力1kg/cm2で限外ろ過膜を用いて濃縮を行い、14kgのろ液を排出する操作を5回繰り返すことで、MIBK分散中空シリカゾルを20kg調整した。5回の平均透過流速は70kg/m2/時間、所要時間は4時間であった。透過型電子顕微鏡にて観察したところ平均粒子径が100nm、平均シェル厚が10nmである中空シリカ粒子分散液を得た。 After completion of the above steps, 14 kg of methyl isobutyl ketone (MIBK) is added to the obtained reaction solution, and concentrated using an ultrafiltration membrane at 50 ° C., a circulation flow rate of 50 liters / minute, and a pressure of 1 kg / cm 2 , and 14 kg 20 kg of MIBK-dispersed hollow silica sol was prepared by repeating the operation of discharging the filtrate 5 times. The average permeation flow rate for 5 times was 70 kg / m 2 / hour, and the required time was 4 hours. When observed with a transmission electron microscope, a hollow silica particle dispersion having an average particle diameter of 100 nm and an average shell thickness of 10 nm was obtained.
3.5 実施例5
メタ珪酸ナトリウム(旭硝子エスアイテック(株)製)を蒸留水に溶解させ、1.5等量以上の陽イオン交換樹脂(オルガノ(株)製)により脱アルカリして得たメタ珪酸液(SiO2濃度2.0質量%)8.6kgをコロイド状炭酸カルシウム(丸尾カルシウム(株)製)21.4kg(炭酸カルシウム濃度4.8質量%)に加え、温度60℃により1時間攪拌を行った。攪拌終了後、蒸留水により粒子を洗浄し、得られた炭酸カルシウム粒子を蒸留水に分散させ、炭酸カルシウム濃度6.3質量%の水ゾルを調整した。得られた水ゾル6.1kgに蒸留水48.4kg、28質量%のアンモニア水溶液(和光純薬工業(株)製)8.0kgを加え攪拌した。この溶液に、メタ珪酸ナトリウムを蒸留水に溶解させ、1.5等量以上の陽イオン交換樹脂により脱アルカリして得たメタ珪酸液(SiO2濃度2.0質量%)25.7kgを滴下し、反応液の温度を80℃に保持して3時間攪拌を行った。攪拌終了後、反応液を室温にし、ここに10質量%の硝酸96.8kgを加え1時間攪拌を行った。
3.5 Example 5
Metasilicate solution (SiO 2 ) obtained by dissolving sodium metasilicate (manufactured by Asahi Glass S-Tech Co., Ltd.) in distilled water and dealkalizing with 1.5 equivalents or more of a cation exchange resin (manufactured by Organo Corporation). 8.6 kg (concentration 2.0 mass%) was added to colloidal calcium carbonate (manufactured by Maruo Calcium Co., Ltd.) 21.4 kg (calcium carbonate concentration 4.8 mass%), and the mixture was stirred at a temperature of 60 ° C. for 1 hour. After stirring, the particles were washed with distilled water, and the obtained calcium carbonate particles were dispersed in distilled water to prepare a water sol having a calcium carbonate concentration of 6.3% by mass. To the obtained water sol (6.1 kg), distilled water (48.4 kg) and 28 mass% ammonia aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (8.0 kg) were added and stirred. To this solution, 25.7 kg of a metasilicate solution (SiO 2 concentration 2.0 mass%) obtained by dissolving sodium metasilicate in distilled water and dealkalizing with a cation exchange resin of 1.5 equivalents or more was dropped. Then, the temperature of the reaction solution was kept at 80 ° C. and stirred for 3 hours. After completion of the stirring, the reaction solution was brought to room temperature, and 96.8 kg of 10 mass% nitric acid was added thereto, followed by stirring for 1 hour.
上述の工程終了後、メタノール14kgを加え、50℃、循環流量50リットル/分、圧力1kg/cm2で限外ろ過膜を用いて濃縮を行い、14kgのろ液を排出する操作を6回繰り返すことで、メタノール分散中空シリカゾルを20kg調整した。6回の平均透過流速は60kg/m2/時間、所要時間は6時間であった。 After the above process is completed, the process of adding 14 kg of methanol, concentrating using an ultrafiltration membrane at 50 ° C., a circulation flow rate of 50 liters / minute, and a pressure of 1 kg / cm 2 , and discharging 14 kg of filtrate is repeated 6 times. Thus, 20 kg of methanol-dispersed hollow silica sol was prepared. The average permeation flow rate of 6 times was 60 kg / m 2 / hour, and the required time was 6 hours.
得られたメタノール分散中空シリカゾル20kgに、トリメチルメトキシシラン23.1gを加え、60℃で3時間加熱攪拌した。 23.1 g of trimethylmethoxysilane was added to 20 kg of the obtained methanol-dispersed hollow silica sol, and the mixture was heated and stirred at 60 ° C. for 3 hours.
上述の工程終了後、得られた反応液にメチルイソブチルケトン(MIBK)14kgを加え、50℃、循環流量50リットル/分、圧力1kg/cm2で限外ろ過膜を用いて濃縮を行い、14kgのろ液を排出する操作を5回繰り返すことで、MIBK分散中空シリカゾルを20kg調整した。5回の平均透過流速は70kg/m2/時間、所要時間は4時間であった。透過型電子顕微鏡にて観察したところ平均粒子径が100nm、平均シェル厚が10nmである中空シリカ粒子分散液を得た。 After completion of the above steps, 14 kg of methyl isobutyl ketone (MIBK) is added to the obtained reaction solution, and concentrated using an ultrafiltration membrane at 50 ° C., a circulation flow rate of 50 liters / minute, and a pressure of 1 kg / cm 2 , and 14 kg 20 kg of MIBK-dispersed hollow silica sol was prepared by repeating the operation of discharging the filtrate 5 times. The average permeation flow rate for 5 times was 70 kg / m 2 / hour, and the required time was 4 hours. When observed with a transmission electron microscope, a hollow silica particle dispersion having an average particle diameter of 100 nm and an average shell thickness of 10 nm was obtained.
3.6 実施例6
コロイド状炭酸カルシウム(丸尾カルシウム(株)製)28.0kg(炭酸カルシウム濃度4.8質量%)に12質量%水溶液に調整したアルミン酸ナトリウム(和光純薬工業(株)製)を2.0kg加え、温度60℃により1時間攪拌を行った。攪拌終了後、蒸留水により粒子を洗浄し、得られた炭酸カルシウム粒子を蒸留水に分散させ、炭酸カルシウム濃度6.0質量%の水ゾルを調整した。得られた水ゾル6.4kgに蒸留水48.1kg、28質量%のアンモニア水溶液(和光純薬工業(株)製)8.0kgを加え攪拌した。この溶液に、メタ珪酸ナトリウム(旭硝子エスアイテック(株)製)を蒸留水に溶解させ、1.5等量以上の陽イオン交換樹脂(オルガノ(株)製)により脱アルカリして得たメタ珪酸液(SiO2濃度2.1質量%)25.7kgを滴下し、反応液の温度を80℃に保持して3時間攪拌を行った。攪拌終了後、反応液を室温にし、ここに10質量%の硝酸96.8kgを加え1時間攪拌を行った。
3.6 Example 6
2.0 kg of colloidal calcium carbonate (manufactured by Maruo Calcium Co., Ltd.) 28.0 kg (calcium carbonate concentration 4.8 mass%) adjusted to a 12 mass% aqueous solution of sodium aluminate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) In addition, the mixture was stirred at a temperature of 60 ° C. for 1 hour. After stirring, the particles were washed with distilled water, and the obtained calcium carbonate particles were dispersed in distilled water to prepare a water sol having a calcium carbonate concentration of 6.0% by mass. To 6.4 kg of the obtained water sol, 48.1 kg of distilled water and 8.0 kg of a 28% by mass ammonia aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added and stirred. To this solution, metasilicate obtained by dissolving sodium metasilicate (Asahi Glass S-Tech Co., Ltd.) in distilled water and dealkalizing with 1.5 or more equivalents of cation exchange resin (organo Co., Ltd.) 25.7 kg of a liquid (SiO 2 concentration 2.1 mass%) was added dropwise, and the reaction liquid was kept at 80 ° C. and stirred for 3 hours. After completion of the stirring, the reaction solution was brought to room temperature, and 96.8 kg of 10 mass% nitric acid was added thereto, followed by stirring for 1 hour.
上述の工程終了後、メタノール14kgを加え、50℃、循環流量50リットル/分、圧力1kg/cm2で限外ろ過膜を用いて濃縮を行い、14kgのろ液を排出する操作を6回繰り返すことで、メタノール分散中空シリカゾルを20kg調整した。6回の平均透過流速は60kg/m2/時間、所要時間は6時間であった。 After the above process is completed, the process of adding 14 kg of methanol, concentrating using an ultrafiltration membrane at 50 ° C., a circulation flow rate of 50 liters / minute, and a pressure of 1 kg / cm 2 , and discharging 14 kg of filtrate is repeated 6 times. Thus, 20 kg of methanol-dispersed hollow silica sol was prepared. The average permeation flow rate of 6 times was 60 kg / m 2 / hour, and the required time was 6 hours.
得られたメタノール分散中空シリカゾル20kgに、トリメチルメトキシシラン23.1gを加え、60℃で3時間加熱攪拌した。 23.1 g of trimethylmethoxysilane was added to 20 kg of the obtained methanol-dispersed hollow silica sol, and the mixture was heated and stirred at 60 ° C. for 3 hours.
前述の工程終了後、得られた反応液にメチルイソブチルケトン(MIBK)14kgを加え、50℃、循環流量50リットル/分、圧力1kg/cm2で限外ろ過膜を用いて濃縮を行い、14kgのろ液を排出する操作を5回繰り返すことで、MIBK分散中空シリカゾルを20kg調整した。5回の平均透過流速は70kg/m2/時間、所要時間は4時間であった。透過型電子顕微鏡にて観察したところ平均粒子径が100nm、平均シェル厚が10nmである中空シリカ粒子分散液を得た。 After completion of the above steps, 14 kg of methyl isobutyl ketone (MIBK) is added to the obtained reaction solution, and concentrated using an ultrafiltration membrane at 50 ° C., a circulation flow rate of 50 liters / minute, and a pressure of 1 kg / cm 2. 20 kg of MIBK-dispersed hollow silica sol was prepared by repeating the operation of discharging the filtrate 5 times. The average permeation flow rate for 5 times was 70 kg / m 2 / hour, and the required time was 4 hours. When observed with a transmission electron microscope, a hollow silica particle dispersion having an average particle diameter of 100 nm and an average shell thickness of 10 nm was obtained.
3.7 比較例1
コロイド状炭酸カルシウム(丸尾カルシウム(株)製)11.1kg(炭酸カルシウム濃度4.8質量%)に蒸留水42.3kg、28質量%のアンモニア水溶液(和光純薬工業(株)製)6.0kgを加え攪拌した。この溶液に、メタ珪酸ナトリウム(旭硝子エスアイテック(株)製)を蒸留水に溶解させ、1.5等量以上の陽イオン交換樹脂(オルガノ(株)製)により脱アルカリして得たメタ珪酸液(SiO2濃度2.0質量%)6.6kgを滴下し、反応液の温度を80℃に保持して3時間攪拌を行った。攪拌終了後、反応液を室温にし、ここに10質量%の硝酸72.6kgを加え1時間攪拌を行った。透過型電子顕微鏡にて観察したところ、シェルの形成を確認できなかった。
3.7 Comparative Example 1
5. Colloidal calcium carbonate (manufactured by Maruo Calcium Co., Ltd.) 11.1 kg (calcium carbonate concentration 4.8% by mass) and distilled water 42.3 kg, 28% by mass ammonia aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0 kg was added and stirred. To this solution, metasilicate obtained by dissolving sodium metasilicate (Asahi Glass S-Tech Co., Ltd.) in distilled water and dealkalizing with 1.5 or more equivalents of cation exchange resin (organo Co., Ltd.) 6.6 kg of a liquid (SiO 2 concentration 2.0 mass%) was added dropwise, and the reaction liquid was kept at 80 ° C. and stirred for 3 hours. After completion of the stirring, the reaction solution was brought to room temperature, and 72.6 kg of 10% by mass nitric acid was added thereto, followed by stirring for 1 hour. When observed with a transmission electron microscope, formation of a shell could not be confirmed.
Claims (8)
(A)炭酸カルシウム粒子と、オキソ酸およびそれらの塩から選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含有する水系媒体を加熱処理する工程、
(B)前記加熱処理後の炭酸カルシウム粒子を洗浄する工程、
(C)下記一般式(1)で表される化合物、ケイ酸およびケイ酸塩から選ばれる少なくとも1種の化合物を塩基性触媒の存在下で加水分解縮合して、前記炭酸カルシウム粒子を被覆するシリカ系被覆層を形成して、コア・シェル粒子を得る工程、および、
R1Si(OR2)4−d …(1)
(式中、R1、R2は独立して1価の有機基を表し、dは0〜3の整数を示す。)
(D)シリカ系被覆層が形成されたコア・シェル粒子から炭酸カルシウムの一部または全部を除去する工程。 A method for producing silica-based hollow particles, comprising the following steps (A) to (D).
(A) a step of heat-treating an aqueous medium containing calcium carbonate particles and at least one compound selected from oxo acids and salts thereof;
(B) a step of washing the calcium carbonate particles after the heat treatment,
(C) Hydrolyzing and condensing at least one compound selected from the compound represented by the following general formula (1), silicic acid and silicate in the presence of a basic catalyst to coat the calcium carbonate particles Forming a silica-based coating layer to obtain core-shell particles; and
R 1 Si (OR 2 ) 4-d (1)
(In the formula, R 1 and R 2 independently represent a monovalent organic group, and d represents an integer of 0 to 3. )
(D) A step of removing part or all of calcium carbonate from the core-shell particles on which the silica-based coating layer is formed.
前記オキソ酸およびそれらの塩は、リン酸、アルミン酸、ケイ酸およびそれらの塩である、シリカ系中空粒子の製造方法。 In claim 1,
The method for producing silica-based hollow particles, wherein the oxo acid and salts thereof are phosphoric acid, aluminate, silicic acid and salts thereof.
前記工程(A)は、触媒の非存在下で行われる、シリカ系中空粒子の製造方法。 In claim 1 or 2,
The said process (A) is a manufacturing method of the silica type hollow particle performed in the absence of a catalyst.
前記工程(D)は、限外ろ過法を用いて行われる、シリカ系中空粒子の製造方法。 In any of claims 1 to 3,
The said process (D) is a manufacturing method of a silica type hollow particle performed using an ultrafiltration method.
さらに、(E)前記工程(D)で得られたシリカ系中空粒子を水熱処理する工程、を含む、シリカ系中空粒子の製造方法。 In any of claims 1 to 4,
Furthermore, (E) The manufacturing method of a silica type hollow particle including the process of carrying out the hydrothermal treatment of the silica type hollow particle obtained at the said process (D).
(A)炭酸カルシウム粒子と、オキソ酸およびそれらの塩から選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含有する水系媒体を加熱処理する工程、
(B)前記加熱処理後の炭酸カルシウム粒子を洗浄する工程、および、
(C)下記一般式(1)で表される化合物、ケイ酸およびケイ酸塩から選ばれる少なくとも1種の化合物を塩基性触媒の存在下で加水分解縮合して、前記炭酸カルシウム粒子を被覆するシリカ系被覆層を形成する工程。
R1Si(OR2)4−d …(1)
(式中、R1、R2は独立して1価の有機基を表し、dは0〜3の整数を示す。) A method for producing core-shell particles, comprising the following steps (A) to (C).
(A) a step of heat-treating an aqueous medium containing calcium carbonate particles and at least one compound selected from oxo acids and salts thereof;
(B) a step of washing the calcium carbonate particles after the heat treatment, and
(C) Hydrolyzing and condensing at least one compound selected from the compound represented by the following general formula (1), silicic acid and silicate in the presence of a basic catalyst to coat the calcium carbonate particles Forming a silica-based coating layer;
R 1 Si (OR 2 ) 4-d (1)
(In the formula, R 1 and R 2 independently represent a monovalent organic group, and d represents an integer of 0 to 3. )
前記オキソ酸およびそれらの塩は、リン酸、アルミン酸、ケイ酸およびそれらの塩である、コア・シェル粒子の製造方法。 In claim 6,
The method for producing core-shell particles, wherein the oxo acid and salts thereof are phosphoric acid, aluminate, silicic acid and salts thereof.
前記工程(A)は、触媒の非存在下で行われる、コア・シェル粒子の製造方法。 In claim 6 or 7,
The step (A) is a method for producing core / shell particles, which is performed in the absence of a catalyst.
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| JP2021138607A (en) * | 2020-03-02 | 2021-09-16 | 趙 國昇 | Preparation method of silica aerogel |
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