JP2003054935A - 高濃度シリカスラリー及びシリカスラリーの製造方法 - Google Patents

高濃度シリカスラリー及びシリカスラリーの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】シリカ超微粉を用いてシリカ粒子同士の結合・
凝集が著しく少なく、高い流動性と優れた安定性を有す
る高濃度シリカスラリー及びその高濃度スラリーの製造
に適用できるスラリーの製造方法を提供する。 【解決手段】平均粒子径D50が2.0μm以下、10
0%相当径D100が5.0μm以下であり、実質的に
ストラクチャー構造を形成していないシリカ超微粉が、
シラン化合物含有の有機溶剤中に20体積%以上分散さ
せてなることを特徴とする高濃度シリカスラリー。シラ
ン化合物含有の有機溶剤中にシリカ粉を添加し、加圧下
で分散させることを特徴とするシリカスラリーの製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高い流動性と優れ
た安定性を有する高濃度シリカスラリー及びその高濃度
シリカスラリーの製造に適用できるシリカスラリーの製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】産業界において、塗料、各種ワニス等の
シリカスラリーが幅広く使用されており、高濃度シリカ
スラリーの状態を経る製品では、そのスラリー特性をよ
り強く最終製品に反映させるために、シリカ粒子の含有
量を高くし、しかも長期に渡ってシリカ粒子が沈着しな
い等の安定性が要求される。
【0003】従来、このような高濃度シリカスラリー
は、連続粒度分布で最密充填を状態を与える経験式を応
用し、粒度分布の幅を広くするなどした多くの製造法が
提案されてきたが、十分ではなく、特にシリカ粒子が超
微紛である場合、スラリー粘度を低く保持することは困
難であった。また、シリカ超微紛は、それが有する形態
やシラノール基の極性あるいは水素結合などにより凝集
しやすいので、スラリー中で分散させることが難しく、
安定した高濃度シリカスラリーを得ることはできなかっ
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑み
てなされたものであり、その目的はシリカ超微粉を用い
てシリカ粒子同士の結合・凝集が著しく少なく、高い流
動性と優れた安定性を有する高濃度シリカスラリー及び
その高濃度スラリーの製造に適用できるスラリーの製造
方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、平
均粒子径D50が2.0μm以下、100%相当径D1
00が5.0μm以下であり、実質的にストラクチャー
構造を形成していないシリカ超微粉が、シラン化合物含
有の有機溶剤中に20体積%以上分散させてなることを
特徴とする高濃度シリカスラリーである。
【0006】また、本発明は、シラン化合物含有の有機
溶剤中にシリカ粉を添加し、加圧下で分散させることを
特徴とするシリカスラリーの製造方法である。この場合
において、シリカ粉が、平均粒子径D50が2.0μm
以下、100%相当径D100が5.0μm以下で、し
かも実質的にストラクチャー構造を形成していないシリ
カ超微粉であり、加圧が50〜350MPaであること
が好ましい。また、シリカ粉は有機溶剤スラリーとして
添加し、加圧下で分散させても良い。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を更に詳しく説明す
る。
【0008】本発明で用いられるシリカ超微粉は、平均
粒子径D50が2.0μm以下で、100%相当径D1
00が5.0μm以下で、実質的にストラクチャー構造
を形成していないことが必要である。平均粒子径D50
が2.0μm超又は100%相当径D100が5.0μ
m超であると、スラリーの貯蔵中に沈降してしまい、安
定した高濃度シリカスラリーを得ることが出来ない。
【0009】本発明において、「実質的にストラクチャ
ー構造を形成していない」とは、以下に従いTEM観察
された粒子の球形度が0.9未満であると定義される。
具体的には任意に選ばれた20個以上の粒子について画
像解析装置によって取り込み、表示された値が0.9以
上であることが好ましい。画像解析装置としては、例え
ば日本アビオニクス社製「SPICCA−II」が用い
られる。
【0010】TEM(透過型電子顕微鏡)観察は、超微
粉シリカを分散させ、所定の倍率(粒子の大きさに応じ
て10万倍〜100万倍)で写真撮影を行い、ストラク
チャーの形成観察と画像解析によって行われる。超微粉
シリカの分散方法としては、例えばアセトン溶媒に極微
量の試料を超音波分散させ、その希薄な溶液をメンブラ
ンフィルターで吸引濾過して粉末を分散状態にして乾燥
する。その後フィルターに付着したままの粉末をTEM
観察する。
【0011】粒子径はレーザー散乱光法によって測定さ
れる。その機器の一例は、コールター社製粒度測定器
(モデルLS−230型)である。平均粒子径D50や
100%相当径D100を測定する場合、分散媒体には
純水やエタノールが用いられ、超音波を付与して試料を
分散させる。
【0012】シリカ超微粉は、シリコン粒子を化学炎や
電気炉等で形成された高温場に投じて酸化反応させなが
ら球状化する方法(例えば特許第1568168号明細
書)、シリコン粒子スラリーを火炎中に噴霧して酸化反
応させながら球状化する方法などによって製造すること
ができる。四塩化珪素の気相高温加熱分解法は、製造さ
れたシリカ超微粉がストラクチャー構造を有するため、
本発明には適さない。
【0013】本発明で用いられる有機溶剤は、特に限定
はなく、例えばアセトン、メチルエチルケトン、トルエ
ン、キシレン、メチルイソブチルケトン等があり、これ
らは複数を混合しても良い。それらの中でも、特に、メ
チルエチルケトンが好適に使用される。
【0014】本発明においては、シリカ超微粉が、シラ
ン化合物含有の有機溶剤中に20体積%以上含まれるこ
とが重要である。シリカ超微紛が20体積%未満では、
もはや「高濃度」とは言えなくなる。
【0015】即ち、シリカ超微粉が、シラン化合物存在
下の有機溶剤中に20体積%以上含まれるスラリーを製
造し、これを分散することによって、高い流動性と優れ
た安定性を有する高濃度シリカスラリーを得ることが可
能となる。
【0016】本発明で用いられるシラン化合物は、特別
なものである必要がなく一般品で十分である。それを例
示すると、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメト
キシシラン、n−ヘキシルトリエトキシシラン、n−ヘ
キシルトリメトキシシラン、n−オクチルトリエトキシ
シラン等である。これらの化合物は一種以上をそのまま
で、又は加水分解させた部分縮合物として用いられる。
シラン化合物の量は、シリカ超微粉の表面を被覆するの
に必要な量あればよく、具体的にはシリカ超微粉100
部に対して、0.05〜30部、特に5〜20部である
ことが好ましい。
【0017】本発明で、シリカスラリーを分散する方法
としては、高圧ホモジナイザーと呼ばれている市販の装
置を使用することが好ましい。高圧ホモジナイザーの基
本構成は、樹脂ワニスを加圧する高圧発生部と絞り機構
とよりなる。高圧発生部としては、一般にプランジャー
ポンプと呼ばれている高圧ポンプが好適に採用される。
高圧ポンプには、一連式、二連式、三連式など各種の形
式があり、また動力としては、空圧、電動、油圧などの
形式があるが、シリカスラリーを50〜350MPaに
加圧することができるものであれば特に制限無く採用で
きる。
【0018】高圧ホモジナイザーの使用条件は、機種に
よって各種の装置定数や効率が異なるため、あるいはシ
リカスラリーの種類によって分散の効率が異なるため、
一概に定めることはできない。
【0019】一般には、分散効率は処理圧力に依存する
ため、処理圧力が高いほど分散効率も高くなる。したが
って、シリカスラリーを50〜350MPaに加圧して
処理するのが好ましい。50MPa未満の場合には分散
効率が低い場合があり、350MPaを超えると高圧ポ
ンプや途中の配管等の耐圧性や装置の耐久性等に問題が
発生しやすい。
【0020】なお、上記シリカスラリーを処理する回数
は、1〜数10回の範囲から選ぶことができ、繰り返し
の処理でシリカ超微紛が均一且つ安定的に分散した高濃
度シリカスラリーを容易に得ることができる。
【0021】高圧ホモジナイザーの代表例を具体的に例
示すると、スギノマシン社製のアルティマイザー、ナノ
マイザー(株)製のナノマイザー、マイクロフルイディ
クス製のマイクロフルイダイザー及びミラクル製のナノ
メーカーなどを挙げることができる。上記で例示した装
置はいずれも流通式であるため、出口側で取り出された
シリカスラリーは一応に分散または解砕等の処理を受け
たことになるため均一性が高い点で、超音波分散やホモ
ジナイザー等のバッチ式とはことなり優れている。
【0022】また、従来のメディア媒体型分散機をはじ
めとする分散装置を使用して分散処理を行った場合に比
べて、分散又は解砕処理が極めて高効率で行われるこ
と、不純物の混入が極めて少ないこと、大量処理にも適
応可能なことなど、工業的に利用するのには適してい
る。
【0023】
【実施例】以下、本発明の実施例、比較例をあげて更に
説明する。
【0024】実施例で用いたシリカ超微粉の製造炉は、
内炎と外炎が形成できるように、二重管構造のLPG−
酸素混合型バーナーが炉頂に設けられており、そのバー
ナーの中心部には更にシリカスラリー噴射用の二流体ノ
ズルが取り付けられている。そして、二流体ノズルの中
心からシリカスラリーが、またその周囲から酸素がそれ
ぞれ火炎に噴射される。火炎の形成は、二重管構造バー
ナーのそれぞれの噴射口の細孔から、外炎形成用と内炎
形成用のLPG−酸素の混合ガスが噴射されることによ
って行われ、LPGと酸素ガス量の制御によって火炎状
態が調整される。火炎を通過した熱処理物は、ブロワー
で捕集系に送られ、捕集される。
【0025】実施例1 金属シリコン粉末(平均粒径10.5μm)30部と水
70部とを混合し水系スラリーを調合(固形分濃度30
%)し、二流体ノズルの中心部から火炎中(温度約19
00℃)に12.0kg/時間の速度で噴射し、生成し
たシリカ超微粉をバグフィルターで捕集した。その性状
を表1に示す。
【0026】簡易型混練機(シンキー社製商品名「あわ
とり練太郎AR−360M」)を用い、溶剤(メチルエ
チルケトン)50部とシラン化合物として日本ユニカー
社製オクチルトリエトキシシラン(C817Si(OC2
53 ;商品名「A−137)5部を自転回転数60
0rpm、公転回転数2000rpmで5分間混合した
後、シリカ超微粉50部を添加して再び簡易型混練機を
用いて5分間混合分散し、スラリー温度25℃として粘
度(1rpm時)を測定した。また、スラリーの安定性
は、15日間静置後の粘度を測定し、生じた沈降成分を
計量し、初期のシリカ分に対する質量%で示した。その
結果を表2に示す。
【0027】実施例2 スラリーの混合分散を簡易型混練機で行う代わりに、高
圧ホモジナイザー(スギノマシン社製商品名「アルティ
マイザー」)を用い、圧力150MPaにて3回分散処
理(混合)したこと以外は、実施例1と同様にして高濃
度シリカスラリーを製造した。
【0028】実施例3 固形分濃度15%の水系シリカスラリーを用いてシリカ
超微紛を捕集し、これを用いること以外は、実施例1と
同様にして高濃度シリカスラリーを製造した。
【0029】実施例4 固形分濃度15%の水系シリカスラリーを用いてシリカ
超微紛を捕集し、これを用いること以外は、実施例2と
同様にして高濃度シリカスラリーを製造した。
【0030】実施例5 溶剤(メチルエチルケトン)40部と、シリカ超微粉6
0部と、シラン化合物6部を添加したこと以外は、実施
例1と同様にして高濃度シリカスラリーを製造した。
【0031】比較例1 溶剤(メチルエチルケトン)50部とシリカ超微粉46
部を混合し、シラン化合物を添加しないこと以外は、実
施例1と同様にして高濃度シリカスラリーを製造した。
【0032】比較例2 溶剤(メチルエチルケトン)50部とシリカ超微粉46
部を混合し、シラン化合物を添加しないこと以外は、実
施例2と同様にして高濃度シリカスラリーを製造した。
【0033】比較例3 市販のシリカ超微粉(日本アエロジル社製商品名「アエ
ロジル130」)を用いたことは以外は、実施例1と同
様にして高濃度シリカスラリーを製造した。
【0034】比較例4 市販のシリカ超微粉(日本アエロジル社製商品名「アエ
ロジル130」)を用いたことは以外は、実施例2と同
様にして高濃度シリカスラリーを製造した。以上の結果
を表2に、シリカ超微粉の特性を表1に示す。
【0035】
【表1】
【0036】
【表2】
【0037】実施例と比較例との対比から明らかなよう
に、本発明の高濃度シリカスラリーは、優れた流動性を
有し、シリカ超微紛が高度に分散しているため沈降安定
性に優れる。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、シリカ超微粉を用いて
シリカ粒子同士の結合・凝集が著しく少なく、高い流動
性と優れた安定性を有する高濃度シリカスラリー及びそ
の高濃度スラリーの製造に適用できるスラリーの製造方
法が提供される。そのため、本発明の高濃度シリカスラ
リーを樹脂基板用エポキシ樹脂ワニス等の製品に応用す
ると、シリカ超微紛の含有率を高くし、しかもスラリー
の粘度を低くすることができるため、シリカ超微紛の特
性をより強く最終製品に反映させることが可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G072 AA26 BB05 CC02 DD04 GG02 HH18 LL15 QQ05 TT01 UU30 4J037 AA18 CB05 CB23 DD05 EE03 EE14 EE28 EE43 EE47 FF15 FF23

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均粒子径D50が2.0μm以下、1
    00%相当径D100が5.0μm以下であり、実質的
    にストラクチャー構造を形成していないシリカ超微粉
    が、シラン化合物含有の有機溶剤中に20体積%以上分
    散させてなることを特徴とする高濃度シリカスラリー。
  2. 【請求項2】 シラン化合物含有の有機溶剤中にシリカ
    粉を添加し、加圧下で分散させることを特徴とするシリ
    カスラリーの製造方法。
  3. 【請求項3】 シリカ粉が、平均粒子径D50が2.0
    μm以下、100%相当径D100が5.0μm以下
    で、しかも実質的にストラクチャー構造を形成していな
    いシリカ超微粉であり、加圧が50〜350MPaであ
    ることを特徴とする請求項2記載のシリカスラリーの製
    造方法。
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