JP2000256008A - 疎水性煙霧シリカ及びその製造方法 - Google Patents
疎水性煙霧シリカ及びその製造方法Info
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Abstract
を損なわず、粘度を低く維持できる疎水性煙霧シリカ。 【解決手段】表面が有機珪素化合物により疎水化されて
なり、80〜300g/lの嵩密度を有し、単位表面積
あたりのOH基が0.5個/nm2以下であり、且つ粒
子径45μm以上の凝集粒子が2000ppm以下であ
ることを特徴とする疎水性煙霧シリカ。
Description
カ、詳しくは、表面に十分な量の疎水基を有し、嵩密度
が高く、且つ凝集粒子が少なく、シリコーン樹脂等に添
加した際、樹脂の透明性を損なわず、粘度を低く維持で
きる疎水性煙霧シリカ、及びその製造方法に関する。
霧シリカが製造され、樹脂等の充填剤、補強剤、増粘剤
等に広く利用されている。こうした用途に使用するため
には、煙霧シリカ表面に存在するOH基を有機珪素化合
物と反応させ、シリカ表面を疎水化することがしばしば
必要とされている。例えば、シリコーン樹脂の充填・補
強材として使用する場合には、疎水化することでシリカ
粒子の分散性を高めてシリコーン樹脂の伸びや機械的強
度を向上させることができる。
できるだけ嵩密度が高い方がシリコーン樹脂への充填時
或いは充填後の取り扱い性において有利である。即ち、
疎水性煙霧シリカの嵩密度が高いと、樹脂に充填する際
に投入時間及び混練時間が短くなり、また粉塵の発生が
少ない。さらに、得られた樹脂組成物の粘度が低くなる
ことで、成形時の取り扱い性も改善される。
しては、疎水性煙霧シリカを真空圧密する方法が汎用さ
れている。しかし、かかる真空圧密による方法では、一
般的に25g/l程度までの嵩密度を有している疎水性
煙霧シリカの嵩密度を60〜80g/l程度に高めるの
がせいぜいであり、それ以上高めることは困難であっ
た。
善するために、機械的外力により疎水性煙霧シリカを粉
砕して、それにより圧密して高嵩密度の疎水性煙霧シリ
カを得ることが提案されている。具体的には、煙霧シリ
カを機械的に粉砕して嵩密度を高めた後疎水化する方法
や、煙霧シリカを有機珪素化合物と共に機械的に粉砕し
疎水化と高嵩密化を同時に行う方法(特開昭50−51
494号公報)などが挙げられる。
うな方法によれば疎水性煙霧シリカの嵩密度は80g/
l以上の高いものを得ることが可能であるが、これらに
は粒子径45μm以上の凝集粒子が多量に含有されてし
まい、これをシリコーン樹脂の充填用に使用した際に、
樹脂が白濁する問題が生じていた。これは、上記方法で
は、煙霧シリカが疎水化されていない流動性が悪い状態
において、強い機械的外力が加わるために、該煙霧シリ
カの過度の凝集が生ずるためと推定される。
号公報には、煙霧シリカを疎水化した後、得られた疎水
性煙霧シリカを機械的に粉砕して嵩密度を高めることが
開示されている。この方法によれば、高嵩密度でしかも
前記したような凝集粒子もほとんど含まれない疎水性煙
霧シリカを製造することが可能である。
煙霧シリカも、シリコーン樹脂の充填用に使用した場
合、十分に低粘度の樹脂組成物にならず、また、その透
明性もかなり改善されるものの、今一歩満足できるもの
ではなかった。これは、上記方法では機械的粉砕が疎水
性煙霧シリカに対して行われるために、粉砕されたシリ
カに疎水化されていない破砕面が新たに生成し、それに
より表面OH基量が増大して、シリコーン樹脂への濡れ
性が悪化し、シリカの分散性が低下するためと考えられ
る。
疎水性煙霧シリカを用いても、得られるシリコーン樹脂
の性状は、前記粘度と透明性において今一歩満足できる
ものではなく、その改善が望まれていた。
に鑑み鋭意研究を続けてきた。その結果、疎水化した煙
霧シリカを機械的に粉砕した後、或いは粉砕しつつ再度
疎水化すれば、上記粉砕により形成された破砕面に疎水
基が導入されて上記の課題が解決されることを見出し、
本発明を完成するに至った。
より疎水化されてなり、80〜300g/lの嵩密度を
有し、単位表面積あたりのOH基が0.5個/nm2以
下であり、且つ粒子径45μm以上の凝集粒子が200
0ppm以下であることを特徴とする疎水性煙霧シリカ
である。
霧シリカの製造方法として、煙霧シリカを有機珪素化合
物によって疎水化し、次いで機械的粉砕した後又は機械
的粉砕と同時に、該煙霧シリカを再度疎水化することを
特徴とする疎水性煙霧シリカの製造方法も提供する。
は、ハロゲン化シランの火炎加水分解によって得られる
無定型シリカである。好適には、四塩化珪素ガスを酸素
と水素の火炎中に通じ高温下で加水分解させて得たシリ
カが用いられる。
リカの表面が有機珪素化合物により疎水化されている。
この疎水化は、煙霧シリカの表面OH基に有機珪素化合
物が反応して疎水基として結合することにより行われ
る。そして、本発明の疎水性煙霧シリカは、全表面に渡
ってOH基に高い割合で該有機珪素化合物が反応してお
り、該シリカは高い疎水性を有している。従って、残存
する表面OH基量は少なく、単位表面積あたりのOH基
が0.5個/nm2以下、好適には0.4個/nm2以下
でしかない。ここで、本発明において、上記OH基量は
後述するカールフィッシャー法にて測定される。疎水性
煙霧シリカの表面OH基量が0.5個/nm2より大き
い場合、シリコーン樹脂に充填した際に煙霧シリカと樹
脂との濡れ性が悪くなり、樹脂の粘度が上昇し、透明性
が悪化する。
〜300g/l、好適には100〜200g/lの嵩密
度を有している。疎水性煙霧シリカの嵩密度が80g/
lより小さい場合、シリコーン樹脂への充填性や取り扱
い性が悪くなる。また、疎水性煙霧シリカの嵩密度が3
00g/lより大きい場合、凝集粒子が多く含まれ、分
散性が悪くなる。
μm以上の凝集粒子を2000ppm以下、好適には1
700ppm以下しか含んでいない。粒子径45μm以
上の凝集粒子は全く含有されていないのが最も望ましい
が、2000ppm以内であれば、シリコーン樹脂に混
錬した際の透明性はほとんど低下せず許容される。ここ
で、粒子径45μm以上の凝集粒子が2000ppmよ
り多く含有されるようになると、シリコーン樹脂に混錬
した際に白濁が生じ透明性が大きく低下する。なお、疎
水性煙霧シリカ中の上記粒子径以上の凝集粒子の含有量
は、メタノールと水の混合液にシリカを懸濁させた液
を、目開き45μmの篩に通過させた時の残さの重量を
はかることにより測定される。
面積が40〜450m2/g、好適には80〜300m2
/gであり、炭素含有量が0.1〜10.0重量%、好
適には0.5〜5.0重量%であり、平均1次粒子径が
5〜100nmであるのが一般的である。
煙霧シリカは、以下の方法により製造することができ
る。即ち、煙霧シリカを有機珪素化合物によって疎水化
し、次いで機械的粉砕した後又は機械的粉砕と同時に、
該煙霧シリカを再度疎水化する方法である。
カは、ハロゲン化シラン、例えば、四塩化珪素の火炎加
水分解によって製造された直後のものが好適である。通
常、50〜500m2/g、好適には100〜350m2
/gの比表面積を有するものが、制限なく使用される。
また、こうした煙霧シリカは、単位表面積あたりのOH
基を1個/nm2以上有しているのが一般的である。
合物により疎水化される。疎水化は、煙霧シリカの表面
OH基と有機珪素化合物とが反応して、該表面が有機化
されることにより行われる。かかる疎水化処理は、炭素
含有量が0.1〜10.0重量%、好適には0.5〜
5.0重量%、単位表面積あたりのOH基が0.7個/
nm2以下、好適には0.5個/nm2以下になるように
行えば良い。
剤として使用されている公知のものが特に制限なく使用
される。具体的には、下記式 (R1 3Si)2NR1′ 〔式中、R1及びR1′は水素又は低級アルキル基であ
る〕、又は R2 3SiY 〔式中、Yはハロゲン原子、−OH、−OR2′、また
は−NR2′2から選ばれる基であり、(R2及びR2′は
前記R1及びR1′と同じである)である〕で示される化
合物が用いられる。ここで、上記化合物において、
R1、R1′、R2及びR2′の低級アルキル基は、メチル
基、エチル基、プロピル基等の炭素数1〜5、好適には
炭素数1〜3のものが好ましい。特に、R1及びR2はメ
チル基のものが、疎水性の強いトリメチルシリル基をシ
リカに導入することができるため好ましい。好ましい。
また、Yのハロゲン原子は、塩素、フッ素、臭素、ヨウ
素等が挙げられ、特に塩素が好ましい。
珪素化合物を例示すれば、ヘキサメチルジシラザン、N
−メチル−ヘキサメチルジシラザン、N−エチル−ヘキ
サメチルジシラザン、ヘキサメチル−N−プロピルジシ
ラザン等が挙げられ、ヘキサメチルジシラザンを用いる
のが特に好適である。他方、R2 3SiYで示される有機
珪素化合物を例示すれば、トリメチルクロロシラン、ト
リメチルシラノール、メトキシトリメチルシラン、エト
キシトリメチルシラン、プロポキシトリメチルシラン、
ジメチルアミノトリメチルシラン、ジエチルアミノトリ
メチルシラン等が挙げられ、エトキシトリメチルシラン
を用いるのが特に好適である。
しては、ジメチルジクロロシラン、ジメチルジエトキシ
シラン、ジメチルジメトキシシラン等のジメチルシラン
類や、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメ
チルトリシクロシロキサン等のオルガノシクロシロキサ
ン類、末端基を−H、−OH、又はアルキル基等で封止
された、1分子あたり2から1000個のシロキサン単
位を有するポリジメチルシロキサンなども好適に使用で
きる。
されないが、十分な疎水化の効果を得るためには、煙霧
シリカに対し1〜50重量%の処理量が好適である。
ても良く、例えば連続式、バッチ式のいずれでも良い。
有機珪素化合物は、液相で反応させても良いが、好適に
は気相での反応が、反応性が高く好ましい。また、反応
装置も、流動床式、固定床式のいずれでも良く、単なる
混合機、圧力容器等を用いて実施しても良い。反応を促
進するため、水やアンモニア等の塩基性物質を添加して
反応を実施しても良い。反応前には有機珪素化合物が分
解しないように、不活性なガス、例えば窒素等で、反応
器内雰囲気をパージすることが望ましい。反応後につい
ても、未反応物や副生物を除去および乾燥させるため
に、不活性なガス、例えば窒素等で、パージすること望
ましい。反応温度、時間については特に制限はないが、
常温〜600℃、好ましくは50〜400℃の温度範囲
で、10分以上、好ましくは60〜180分保持し反応
を行なえばよい。
シリカは、機械的に粉砕される。機械的粉砕によって、
疎水性煙霧シリカは粉砕と同時に圧密され、嵩密度が増
加する。また、該疎水性煙霧シリカは、疎水化されてい
ることにより流動性が良好であるため、このように機械
的粉砕処理を施しても、過度な凝集が生じて凝集粒子が
生じるようなことがない。
振動ミル、タワーミル、コニカルミル等の公知の粉砕機
を用いることにより実施できる。ボールミル、振動ミル
を用いるのが最も好適である。
リカに過度の負荷がかからない条件で、常法に従って実
施すればよい。例えば、ボールミルを使用する場合、ミ
ル回転数、粉砕時間、ボール径、ボール充填量、煙霧シ
リカ充填量等によって粉砕の程度を制御できる。ミル径
で定まる臨界回転速度の25〜80%の回転数で実施す
るのが好ましく、ボール充填量は20〜90%が好まし
い。粉砕時間は、10分〜5時間の範囲が一般的であ
る。
霧シリカを嵩密度を、80〜300g/lまで、好適に
は100〜200g/lまで増加させる。なお、該値ま
で嵩密度が増加された疎水性煙霧シリカは、疎水化され
ていない破砕面が新たに生じ、単位表面積あたりのOH
基が0.7〜1.2個/nm2程度に増加している。O
H基が増加することにより、煙霧シリカと樹脂との濡れ
性が悪くなり、分散不良を起こし、白濁の原因となるこ
とは前記したとおりである。
密度が増加した疎水性煙霧シリカを、再度疎水化する。
この再疎水化処理により、上記機械的粉砕処理により生
成した破砕面の表面OH基が疎水化され、極めて疎水性
が高くシリコーン樹脂への分散性に優れるシリカが得ら
れる。この再疎水化処理は、単位表面積あたりのOH基
が0.5個/nm2以下、好適には0.4個/nm2以下
になるように行えば良い。この再疎水化処理も、前記し
た一段目の疎水化処理と同様の方法により適宜実施すれ
ば良い。
機械的粉砕した後、再度疎水化する態様に代えて、該機
械的粉砕しつつ再疎水化処理を施しても良い。このよう
な態様によっても、機械的粉砕により新たに生成する破
砕面には、該粉砕工程において疎水性基が導入され、上
記と同様の疎水性煙霧シリカが得られる。
を有し、単位表面積あたりのOH基が0.5個/nm2
以下であり、粒子径45μm以上の凝集粒子が2000
ppm以下である疎水性煙霧シリカを良好に製造するこ
とができる。
は、高嵩密度であるために充填時の取り扱い性に優れ
る。そして、非極性樹脂、特に、シリコーン樹脂に充填
する場合、該樹脂との濡れ性が極めて良く、高い分散性
で混練することができ、透明性に優れる樹脂組成物を得
ることができる。
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。な
お、以下の実施例及び比較例における各種の物性測定は
以下の方法による。
用いて、窒素吸着BET1点法により測定した。
煙霧シリカを入れ30回タッピングを行い、20分間静
置し、その後の体積と重量との比を嵩密度とした。
子工業社製)を用い測定を行った。即ち、25℃、相対
湿度80%の雰囲気中に試料の疎水性煙霧シリカを45
日放置した(この操作により水分が吸着平衡に達し、潜
在的に存在するOH基が平衡に達する)。その後、試料
を120℃で12時間乾燥し(この操作により、表面吸
着水がなくなる)た後、メタノールを溶媒として表面O
H基量を定量した。滴定試薬には、「HYDRANAL
COMPOSITE 5K」(Riedel-deHa
en社製)を用いた。
シリカ表面の表面OH基量から下記式により計算によっ
て求めた。
×表面OH基量(wt%)/比表面積(m2/g) 4.凝集粒子量 疎水性煙霧シリカを5gはかり取り、まず、メタノール
50mlで湿潤し、純水50mlを加え湿潤させた。次
いで、目開き45μm、開口面積12.6cm2の篩を
用い、5l/分で水を流しながら、上記疎水性煙霧シリ
カ懸濁液を流し、5分後篩上に残ったシリカを乾燥後定
量した。
中で焼成し、シリカ表面に化学結合する疎水性基をCO
2に熱分解した後、微量炭素分析装置(堀場製作所社
製)により、シリカの含有する炭素量を求めた。
ス)、SH200:東レ・ダウ・コーニング社製)17
0gに疎水性煙霧シリカ9.35gを添加し、常温にお
いて2分間分散(ホモミキサー;特殊機化工業社製)さ
せた後、25℃の恒温槽に2時間放置し、BL型回転粘
度計を用い60rpmでの粘度を測定した。
の吸光度を測定し、この時の吸光度により透明性を評価
した。数値の小さい方が透明性は良い。
m、460nmの吸光度を測定し、その吸光度を下記の
式に代入し、得られた数値を分散性の指標とした。数値
の大きい方が分散性は良い。
吸光度)/(700nm吸光度)〕 尚、吸光度をはかることによる透明性、分散性の評価の
正当性はJournal of theCeramic Society of Japan 101
[6] 707-712 (1993) に示されているとおりである。
積207m2/g、嵩密度40g/l、単位表面積あた
りのOH基が1.50個/nm2))5.0kgを内容
積300lのミキサー中にて撹拌混合し、窒素雰囲気に
置換を行なった。反応温度200℃において、ヘキサメ
チルジシラザンを200g/分で75分供給して1時間
疎水化を行なった。反応後40l/分で窒素を30分供
給し脱アンモニアを行なった。上記により、炭素含有量
が2.4重量%であり、単位表面積あたりのOH基が
0.50個/nm2の疎水性煙霧シリカが得られた。
ミル(100g/分、ボール充填量80%、振幅5m
m)にて粉砕した。粉砕後、嵩密度は135g/lであ
った。また、単位表面積あたりのOH基が0.85個/
nm2に増加していた。
霧シリカを300lのミキサー内に投入し撹拌混合下、
ヘキサメチルジシラザンにより前記と同様にして再度疎
水化した。反応終了後、150℃で乾燥した。
性を表1に示した。
1と同様の方法に疎水性煙霧シリカを得た。この疎水性
煙霧シリカの物性を表1に示した。
kgを1m3の連続振動ミルにて粉砕(100g/分、
ボール充填量70%、振幅5mm)した。粉砕後、嵩密
度は125g/lであった。
中に投入し、窒素雰囲気に置換を行なった。撹拌混合し
ながら反応温度200℃において、ヘキサメチルジシラ
ザンを200g/分で75分供給して、シリカの疎水化
を行なった。反応後40l/分で窒素を30分供給し脱
アンモニアを行なった。この疎水性煙霧シリカの物性を
表1に示した。
m2/g、嵩密度40g/l、単位表面積あたりのOH
基が1.5個/nm2の性状を有するものを用いる以外
は、実施例1と同様の方法により疎水性煙霧シリカを製
造した。なお、一段目の疎水化終了後のシリカは、炭素
含有量が1.6重量%であり、単位表面積あたりのOH
基が0.5個/nm2であった。また、振動ミルによる
粉砕後、シリカの嵩密度は150g/lであり、単位表
面積あたりのOH基は0.80個/nm2であった。
示した。
マ社製:商品名QS102)800gを投入し窒素置換
した後、トリメチルエトキシシランを200g供給し、
反応温度70℃において3時間疎水化を行なった。反応
後、窒素(2l/分、30分で供給)にて置換を行なっ
た。上記により炭素含有量が2.4重量%であり、単位
表面積あたりのOH基が0.50個/nm2の疎水性煙
霧シリカが得られた。
ルミルにて粉砕(ボール径φ10、ボール充填30%、
50rpm)した。粉砕後、嵩密度は155g/lであ
った。また、単位表面積あたりのOH基は0.80個/
nm2に増加していた。
霧シリカを、内容積2lのミキサーに投入し撹拌混合
下、トリメチルエトキシシラン50gにより前記と同様
にして再度疎水化した。尚、反応の前後で0.8l/分
の流量で30分間窒素置換を行った。反応終了後、15
0℃で乾燥した。
性を表1に示した。
gとトリメチルエトキシシラン50gを、7lボールミ
ル(ボール径φ10、ボール充填30%、50rpm)
に投入し、70℃で3時間粉砕を行った。粉砕後、内容
物を窒素雰囲気にして150℃で乾燥し、未反応物、反
応副生物を除去した。
示した。
マ社製:商品名CP102(比表面積207m2/g、
嵩密度90g/l、単位表面積あたりのOH基が1.5
0個/nm2)))800gを投入し窒素置換した後、
オクタメチルシクロテトラシロキサンを240g供給
し、反応温度300℃において1時間疎水化を行なっ
た。反応後、窒素(2l/分、30分で供給)にて置換
を行なった。上記により炭素含有量が2.1重量%であ
り、単位表面積あたりのOH基が0.50個/nm2の
疎水性煙霧シリカが得られた。
ルミルにて粉砕(ボール径φ10、ボール充填30%、
50rpm)した。粉砕後、嵩密度は175g/lであ
った。また、単位表面積あたりのOH基は1.00個/
nm2に増加していた。
霧シリカを、内容積2lのミキサーに投入し混合撹拌
下、オクタメチルシクロテトラシロキサン30gにより
前記と同様にして再度疎水化した。反応終了後、シリカ
は、150℃で乾燥した。
物性を表1に示した。
Claims (2)
- 【請求項1】表面が有機珪素化合物により疎水化されて
なり、80〜300g/lの嵩密度を有し、単位表面積
あたりのOH基が0.5個/nm2以下であり、且つ粒
子径45μm以上の凝集粒子が2000ppm以下であ
ることを特徴とする疎水性煙霧シリカ。 - 【請求項2】煙霧シリカを有機珪素化合物によって疎水
化し、次いで機械的粉砕した後又は機械的粉砕と同時
に、該煙霧シリカを再度疎水化することを特徴とする疎
水性煙霧シリカの製造方法。
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---|---|---|---|
JP6069999A JP2000256008A (ja) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | 疎水性煙霧シリカ及びその製造方法 |
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