JP2004262981A - Preparation process for polyorganosiloxane particle and preparation process for silica particle - Google Patents

Preparation process for polyorganosiloxane particle and preparation process for silica particle Download PDF

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太郎 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process for efficiently preparing a monodisperse particulate polyorganosiloxane which is especially suitable for a liquid crystal display spacer and has a relatively large particle diameter (about 1-30 μm) controllable to a desired value in a nm order. <P>SOLUTION: A silicon compound having a silicon-bonded non-hydrolyzable group or groups and a silicon-bonded hydrolyzable alkoxyl group or groups is dissolved in water, then hydrolyzed and condensed to give a seed particle liquid. To this liquid, an aqueous solution containing the silicon compound or its hydrolyzate is added to conduct a seed-particle growth reaction. During the reaction, the particle diameter is measured continuously or intermittently at a fixed time interval. Thus, the objective particulate polyorganosiloxane is prepared. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリオルガノシロキサン粒子の製造方法およびシリカ粒子の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、液晶表示装置用スペーサや標準粒子などとして好適な粒径範囲(1〜30μm程度)を満たし、かつ粒径分布が単分散のポリオルガノシロキサン粒子を、その都度、所望の粒径のものが得られるように、簡便な操作によって短時間で収率よく製造する方法、およびこの方法で得られたポリオルガノシロキサン粒子を焼成処理し、液晶表示装置用スペーサや標準粒子などとして好適なシリカ粒子を製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、粒径分布が単分散状のシリカ粒子(以下、単に単分散シリカ粒子ということがある)は、各種充填材やセラミックス原料などとして有用であることが知られているが、特に最近では、液晶表示装置のスペーサとしての用途が注目され、使用され始めている。
【0003】
液晶表示装置のスペーサには、従来ガラスファイバーチップあるいは合成樹脂の微粒子が用いられてきた。しかしながらガラスファイバーチップはファイバー径精度には優れているものの、その長さにばらつきが大きく、余りに長いものは目視され画質を低下するおそれがあり、またその端部が鋭利であるため、基板上に成形された配向膜や保護膜、カラーフィルターあるいは電気素子などを傷つけてしまうおそれがある。また、合成樹脂の微粒子は粒径精度が劣るため、液晶表示装置用スペーサとして要求される性能を満たし得ないことがある。したがって、より高度のギャップ精度を要求される場合には、粒径精度が良く、かつ球形で、基板上に形成された配向膜や保護膜、カラーフィルターあるいはITO導電膜等の電気素子を傷つけるおそれのないものが要求される。
【0004】
これらの要求を満たすものとして、シリコンアルコキシドを加水分解・重縮合することによって得られたシリカ粒子が提案されている。このシリカ粒子は、
(1)純度が高く、溶出成分による液晶への影響が少ない
(2)粒径精度が良く、下式
CV(%)=[微粒子径の標準偏差(μm)]
/[平均粒径(μm)]×100
で得られるCV値(変動係数)を10%以下とすることができる
(3)ほとんど完全な真球にすることができるため、基板上に形成された配向膜や保護膜、カラーフィルターあるいはITO導電膜等の電気素子などを傷つけるおそれがないなどの利点を有している。
【0005】
また、最近では、粒子にある程度の軟らかさを持たせて液晶セル内での粒子の固着性を改善させた、アルキルトリアルコキシシラン(メチルトリアルコキシシラン)のような非加水分解性のアルキル基(メチル基)を有するシリコンアルコキシドを加水分解、縮合して得られたポリオルガノシロキサン(ポリメチルシルセスキオキサン)粒子も液晶表示装置のスペーサーとして用いられている。
このようなポリメチルシルセスキオキサン粒子の製造方法として、メチルトリアルコキシシランやその部分加水分解縮合物と、アンモニアやアミンを含む水溶液または水と有機溶剤との混合溶剤溶液とを、実質上混合することなく、2層状態を保持しながら反応させる方法が提案されている(特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特公平4−70335号公報
しかしながら、この方法においては、生成するポリメチルシルセスキオキサン粒子の粒径は、仕込み時の下層中のアンモニアやアミンの濃度によって制御されるが、核粒子の生成が不確定なため、発生粒子核数にバラツキが生じやすく、同一反応条件で反応を行っても、最終的に得られる粒子の径が目的とする粒径とならない。例えば、平均粒径が5μmの粒子を得る目的で、同一条件で10回製造を行った場合、目的の粒径に対して40%程度(約±2.0μm)のバラツキが生じる。
【0007】
一方、粒径分布が単分散であって、所望の粒径のものが得られるポリオルガノシロキサン粒子の製造方法が提案されている。(特許文献2参照)。
【0008】
【特許文献2】
特開2000−80598号公報
この方法は、メチルトリアルコキシシランを加水分解、縮合させてポリオルガノシロキサン粒子からなるシード粒子を形成させた後、このシード粒子を成長させて、より大粒径のポリオルガノシロキサン粒子を製造するものであり、その際、ある特定の算出式を用いて、シード粒子の平均粒径と粒子成長溶液の濃度などから、目的最終粒径に応じて決定されるシード粒子液の希釈倍率を導出し、かかる希釈倍率によりシード粒子液を希釈して、これを粒子成長用液に添加することにより、目的とする粒径に応じたポリオルガノシロキサン粒子を製造することを特徴とするものである。
【0009】
しかし、この方法においては、製造バッチ毎に希釈倍率を算出し、希釈操作を行う必要があった。また、粒径が4〜10μm程度で粒径分布が単分散のポリオルガノシロキサン粒子は得られるものの、粒径の制御はμmオーダーで行われ、nmオーダーレベルまで粒径を揃えようとする場合には、粒径の制御が難しかった。また、一般に10μmを超える大粒径のポリオルガノシロキサン粒子の製造は困難であり、単分散の粒径を有する大粒径のポリオルガノシロキサンを得る方法については、これまでほとんど報告されていなかった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情のもとで、本発明の第1の目的は、液晶表示装置用スペーサや標準粒子などとして好適な粒径範囲(1〜30μm程度)を満たし、かつ粒径分布が単分散のポリオルガノシロキサン粒子を、その都度所望の粒径のものが得られるように、簡便な操作によって短時間で収率よく製造する方法を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、ポリオルガノシロキサン粒子を焼成して、高い粒径精度[低CV値、低い粒径のブレ(目的粒子の粒径−得られた粒子の粒径)]のシリカ粒子を、簡便な操作で短時間に製造する工業的に有利な方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、非加水分解性基と加水分解性のアルコキシル基がケイ素原子に結合したケイ素化合物を水性溶液とし、加水分解、縮合させてシード粒子液を調製したのち、前記ケイ素化合物またはその加水分解物を含む水性溶液を添加してシード粒子成長反応を行いつつ、連続的あるいは一定時間おきに粒径を測定することにより、第1の目的を達成し得ることを見出した。
【0012】
また、本発明者は、ポリオルガノシロキサン粒子を加熱処理して、シリカ粒子を製造する際に、特定の温度で予備焼成したのち、ポリオルガノシロキサンの有機基の分解温度以上の温度で本焼成することにより、加熱処理時に認められる粒子の破壊強度の低下や粒子の割れが解消し、第2の目的を達成し得ることを見出した。
【0013】
本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、
(1) 一般式(I)
nSi(OR4−n …(I)
(式中、Rは非加水分解性基であって、炭素数1〜20のアルキル基、(メタ)アクリロイルオキシ基若しくはエポキシ基を有する炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基または炭素数7〜20のアラルキル基、Rは炭素数1〜6のアルキル基、nは1〜3の整数を示し、Rが複数ある場合、各Rはたがいに同一であっても異なっていてもよく、ORが複数ある場合、各ORはたがいに同一であっても異なっていてもよい。)
で表されるケイ素化合物を、触媒存在下で加水分解、縮合してポリオルガノシロキサン粒子からなるシード粒子を形成させた後、前記一般式(I)で表されるケイ素化合物またはその加水分解物を含む水性溶液を添加して、前記シード粒子の成長反応を行いつつ、連続的あるいは一定時間おきに粒径を測定し、目的粒径に達した時点で反応を停止させることを特徴とするポリオルガノシロキサン粒子の製造方法、
(2)前記連続的あるいは一定時間おきに行われる粒径の測定が、反応溶液の一部を採取し、これと保護コロイド形成剤を接触させて反応溶液中の粒子に保護コロイドを形成させた後、コールター法で行われることを特徴とする上記(1)に記載のポリオルガノシロキサン粒子の製造方法、
(3)ポリオルガノシロキサン粒子がポリメチルシルセスキオキサン粒子であることを特徴とする上記(1)または(2)に記載のポリオルガノシロキサン粒子の製造方法、
(4)粒径が10μmを超えるポリオルガノシロキサン粒子を得ようとする場合、ケイ素化合物またはその加水分解物を含む水性溶液の添加速度が、被添加溶液の体積1ミリリットルに対して0.01ミリリットル/分以下であることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載のポリオルガノシロキサン粒子の製造方法、
(5)最終的に得られたポリオルガノシロキサン粒子の粒径が1〜30μm、変動係数が3%以下であることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載のポリオルガノシロキサン粒子の製造方法、および
(6)上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の方法で得られたポリオルガノシロキサン粒子を、その中に含まれる有機基の分解温度より100℃低い温度以上で、かつ当該有機基の分解温度未満の範囲において予備焼成した後、当該有機基の分解温度以上の温度で焼成処理することを特徴とするシリカ粒子の製造方法、
を提供するものである
【0014】
【発明の実施の形態】
まず、本発明のポリオルガノシロキサン粒子の製造方法について説明する。
本発明の方法においては、原料として、一般式(I)
nSi(OR4−n …(I)
で表されるケイ素化合物が用いられる。
【0015】
上記一般式(I)において、Rは炭素数1〜20のアルキル基、(メタ)アクリロイルオキシ基若しくはエポキシ基を有する炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基又は炭素数7〜20のアラルキル基を示す。ここで、炭素数1〜20のアルキル基としては、炭素数1〜10のものが好ましく、またこのアルキル基は直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。このアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。(メタ)アクリロイルオキシ基若しくはエポキシ基を有する炭素数1〜20のアルキル基としては、上記置換基を有する炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、またこのアルキル基は直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。この置換基を有するアルキル基の例としては、γ−アクリロイルオキシプロピル基、γ−メタクリロイルオキシプロピル基、γ−グリシドキシプロピル基、3,4−エポキシシクロヘキシル基などが挙げられる。炭素数2〜20のアルケニル基としては、炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、また、このアルケニル基は直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。このアルケニル基の例としては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ヘキセニル基、オクテニル基などが挙げられる。炭素数6〜20のアリール基としては、炭素数6〜10のものが好ましく、例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基などが挙げられる。炭素数7〜20のアラルキル基としては、炭素数7〜10のものが好ましく、例えばベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、ナフチルメチル基などが挙げられる。
【0016】
一方、Rは炭素数1〜6のアルキル基であって、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、その例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。
nは1〜3の整数であり、Rが複数ある場合、各Rはたがいに同一であってもよいし、異なっていてもよく、またORが複数ある場合、各ORはたがいに同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【0017】
前記一般式(I)で表されるケイ素化合物の例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、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、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシランなどが挙げられる。これらの中で、特にメチルトリメトキシシランおよびビニルトリメトキシシランが好適である。
【0018】
本発明においては、原料として、前記一般式(I)で表されるケイ素化合物を1種用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の方法は、前記ケイ素化合物を水性溶液とし、触媒存在下で加水分解、縮合させ、ポリオルガノシロキサン粒子を形成させることにより得られたポリオルガノシロキサン粒子液をシード粒子液とし、これを上記ケイ素化合物の加水分解水性溶液により粒径を目的粒径まで成長、制御する方法であり、具体的には下記の操作を含む。
【0019】
(1)シード粒子形成用液の調製
(2)シード粒子の形成
(3)粒径成長・制御用液の調製
(4)目的粒径への成長、制御
および
(5)反応停止
以下、上記各操作について詳細に説明する。
【0020】
(1)シード粒子形成用液の調製
本発明の方法においては、シード粒子の形成および粒径の成長を、それぞれ均一系で実施するために、このシード粒子形成用液の調製に用いられるケイ素化合物としては、前記一般式(I)で表される化合物の中から、比重に関係なく、適宜選択して使用することができる。シード粒子の形成および粒径の成長を、それぞれ2層法で実施する場合には、ケイ素化合物として、水性媒体よりも比重の軽いものを用いることが必要であるので、原料の種類が制限されるのを免れないが、本発明においては、このような比重の制約がないので、原料の選択自由度が大きい。
【0021】
上記ケイ素化合物としては、水性媒体に対して混和性を有するものであれば特に制限はなく、上述の各種ケイ素化合物が用いられるが、なかでも水性媒体に溶解しやすいもの、例えばメトキシ基を有するケイ素化合物が好適である。
また、水性媒体としては、水または水と水混和性有機溶剤との混合物を用いることができる。ここで、使用する水は陽イオンが少いほど好ましく、伝導度0.5×10−4S/cm以下であることが好ましい。
【0022】
水混和性有機溶剤の例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどの低級アルコール類、アセトンなどのケトン類などが挙げられる。これらは単独で水と混合してもよいし、2種以上を組み合わせて水と混合してもよい。
このシード粒子形成用液の調製は、上記水性媒体中に、上記ケイ素化合物を添加し、通常0〜50℃程度の温度で撹拌して均一な水性溶液とすることにより行われる。この際、ケイ素化合物の濃度は、20質量%以下が好ましい。この濃度が20質量%を超えると、粒径分布の変動係数が大きくなり、濃度があまり低すぎると容積効率などが悪くなり、工業的に不利となる。より好ましい濃度は、5〜15質量%の範囲である。
【0023】
(2)シード粒子の形成
上記(1)で調製したシード粒子形成用液を撹拌しながら、触媒として、塩基性触媒、好ましくはアンモニアおよび/またはアミン含有水性溶液を一気に添加し、ケイ素化合物を加水分解、縮合させて、シード粒子を形成させ、シード粒子液とする。
アンモニアおよび/またはアミン含有水性溶液は、ゆっくり添加すると系が均一となり新たな核粒子が大量に発生してしまい粒径が小さくなるため、一気に添加することが好ましい。
【0024】
アンモニアおよび/またはアミン含有水性溶液添加時の撹拌速度は、反応槽の大きさと羽根の形状・大きさにより適宜選択することができる。 ここで、アミンとしては、例えばモノメチルアミン、ジメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、エチレンジアミンなどを好ましく挙げることができる。このアンモニアやアミンは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよいが、毒性が少なく、除去が容易で、かつ安価なことから、アンモニアが好適である。
【0025】
また、アンモニアおよび/またはアミン含有水性溶液としては、水または水と水混和性有機溶剤との混合溶剤にアンモニアおよび/またはアミンを溶解した溶液が挙げられる。ここで、使用する水は陽イオンが少なければ良く、伝導度0.5×10−4S/cm以下であることが好ましい。また、水混和性有機溶剤の例としては、前記(1)のシード粒子形成用液の調製についての説明において例示したものと同じものを挙げることができる。
このアンモニアおよび/またはアミン含有水性溶液の添加量は、シード粒子形成後のシード粒子液のpHが、好ましくは8.2〜11.0の範囲になるように選定するのが有利である。
【0026】
反応温度は、原料のケイ素化合物の種類などにより左右されるが、一般的には0〜50℃の範囲で選ばれる。0℃より低いと使用する水性媒体が凍結してしまいその機能を発揮しなくなり、50℃以上で合成すると使用するアルコキシドが揮発してしまって収率が低下する。比較的大きな粒径(粒径10μm超〜30μm程度)のポリオルガノシロキサン粒子を製造するときは5℃〜30℃、小さな粒径(1μm〜10μm)のポリオルガノシロキサン粒子を製造するときは35℃〜40℃で製造することが好ましい。
【0027】
シード粒子の形成時間は通常1時間以内で十分である。シード粒子を2層法で形成する場合には、4〜10時間程度を要するが、本発明のように均一系による方法を採用すると、はるかに短時間でシード粒子を形成させることができる。
シード粒子形成後、得られたシード粒子の粒径が測定される。粒径の測定方法は特に限定されないが、コールター法や、光学顕微鏡ビデオミクロメーターにより測定することができ、測定操作の簡便性、迅速性からコールター法で測定することが好ましい。
【0028】
ここでコールター法とは、溶液中に分散している粒子の大きさを電気的に測定する装置を用いた測定方法をいう。本装置は、測定粒子を懸濁・分散させた電解液中に微細孔を有するチューブ(アパチャ−・チューブ)を設置したもので、アパチャーチューブの内側と外側に電極を置き、電解液を介して両電極間に電流が流れるように構成される。電解液中に分散した測定粒子が吸引され、アパチャーチューブの微細孔を通過する際、粒子体積に相当する電解液が置換されて両電極間の電気抵抗に変化が生じ、かかる抵抗変化を電圧パルスに変換し、これを増幅・検出して粒径測定を行うものである。
【0029】
粒径測定の際、粒子の懸濁に使用される保護コロイド形成剤としては、種々のものが使用できるが、ポリビニルアルコール水溶液を用いることが好ましい。
本発明は、目的最終粒径よりも粒径の小さなシード粒子を形成し、次いで粒径成長・制御用液により目的粒径まで成長させる方法に関する。一方、得られたシード粒子の粒径が目的最終粒径に比べて小さ過ぎる場合等は、適宜公知の方法、例えば特開2002−80598号公報記載の方法により、シード粒子を適当な粒径(目的最終粒径よりは小さい)まで成長させた後、下記粒径成長・制御用液による粒径成長・制御工程に付すことができる。
【0030】
(3)粒径成長・制御用液の調製
粒径成長・制御用液としては、上記一般式(I)で表されるケイ素化合物またはその加水分解物を含む水性溶液が用いられる。
【0031】
一般式(I)で表されるケイ素化合物としては、前述した種々のケイ素化合物が挙げられる。また、一般式(I)で表されるケイ素化合物の加水分解物とは、一般式(I)で表される1〜3個のアルコキシル基を有するケイ素化合物を部分的にまたは完全に加水分解したものである。
【0032】
ケイ素化合物またはその加水分解物を含む水性溶液の調製は、上記(1)のシード粒子形成用液の調製に用いた水または水と水混和性有機溶剤との混合物や上記(2)のシード粒子の形成に用いたアンモニアおよび/またはアミン含有水性溶液を媒体として用いて行われる。
この粒径成長・制御用液の調製において、ケイ素化合物の種類、その濃度及び水性媒体の種類などは、前記シード粒子形成用液のそれらと同一のものを用いてもよいし、異なっていてもよいが、作業性や得られる粒子の性状などの点から、同一であるものが好ましい。
上記粒径成長・制御用液として用いられる一般式(I)で表されるケイ素化合物またはその加水分解物を含む水性溶液は、均一溶液の状態で、以下の反応に供せられる。
【0033】
(4)粒径の成長・制御
前記(2)で得られたシード粒子液に、前記(3)で得られた粒径成長・制御用液を撹拌しながら、添加し、粒径を目的粒径まで成長させる。
この際の反応温度は、原料のケイ素化合物の種類などに左右されるが、一般的には0〜50℃の範囲で選ばれる。
粒径成長・制御用液の添加速度は、特に制限されないが、シード粒子を含む被添加溶液の体積1ミリリットルに対して0.02ミリリットル/分以下が好ましく、より好ましくは0.01ミリリットル/分以下である。大粒径(10μm超)のポリオルガノシロキサン粒子を得る場合は、前記添加速度が、被添加溶液の体積1ミリリットルに対して0.01ミリリットル/分を超えると、全体の粒子群内に微小粒子が発生するとともに、各粒子内部に屈折率の異なる部分を有する粒子が観察される場合があるので、被添加溶液の体積1ミリリットルに対して0.01ミリリットル/分以下とすることが好ましい。なお、上記屈折率の異なる部分を有する粒子は気泡を有していると考えられるため、以下気泡粒子と呼称する。
【0034】
本工程においては、所望の最終粒径に達するまで、粒径の測定が連続的または一定時間おきに行われる。ここで粒径の測定方法は特に限定されず、コールター法や光学顕微鏡ビデオミクロメータ−を用いた方法で測定することができるが、コールター法で測定することが好ましい。コールター法による粒径の測定については、上記(2)のシード粒子の形成で詳説した通りである。
【0035】
本発明における平均粒径とCV値は、以下の方法で算出した。
まずコールター法の測定結果から、予備的に、孤立した粒径分布ピーク幅を測定範囲として選択し、予備平均粒径値とσ(標準偏差)を算出する。そして、その予備平均粒径値から、±3σの範囲を選択し、改めて、その範囲内において、平均粒径とCV値を算出した。
複数の孤立した粒径分布ピークが複数ある場合は、そのピーク毎に、算出を行った。
【0036】
(5)反応の停止
上記(4)における粒径成長・制御用液の添加後から、連続的あるいは一定時間おきに粒径を測定し、目的とする粒径に到達したことが確認されたとき、粒径成長・制御用液の添加を停止し、アンモニアおよび/またはアミン含有水性溶液を添加して熟成を行う。この熟成は、原料のケイ素化合物の種類にもよるが、通常0〜50℃の範囲の温度において、6〜24時間程度行われる。
【0037】
2層法を採用して粒径を成長させる場合、通常6〜10時間程度を要するが、本発明においては、粒径の成長、制御は、一般に3時間以内で十分であり、はるかに短時間で粒径を成長させることができる。2層法の場合、上層のケイ素化合物が、空気中の水分などによって自己縮合を起こして変質し、例えば飴状になって撹拌翼に巻き付いたりして、粒径の成長に使用されるケイ素化合物量が低下し、所望の粒径を有する粒子が得られない場合があるが、本発明の方法では、均一系で粒径を成長させるので、このような問題は生じない。
また、本発明においては、粒径成長・制御用液の添加に際しシード粒子形成用液の希釈率の算出や希釈操作を必要とせず、簡便な操作によりポリオルガノシロキサン粒子の製造が可能となる。更に、得られるポリオルガノシロキサン粒子の粒径がnmオーダーで制御可能となる。
【0038】
本発明においては、上記(5)の反応の停止後、常法に従い生成した粒子を充分に洗浄したのち、必要ならば分級処理を行い、極大粒子または極小粒子を取り除き、乾燥処理を行う。分級処理方法としては特に制限はないが、粒径により沈降速度が異なるのを利用して分級を行う湿式分級法が好ましい。乾燥処理は、通常100〜200℃の範囲の温度で行われる。本発明においては、この乾燥処理において、粒子の凝集が実質上生じることはない。
このようにして、目的最終粒径のポリオルガノシロキサン粒子が、高い収率で得られる。
【0039】
このような本発明の方法で得られたポリオルガノシロキサン粒子は、平均粒径が、1〜30μm、好ましくは3〜25μm、更に好ましくは3〜20μmであり、また、粒度分布の変動係数(CV値)が、3%以下、好ましくは2.5%以下であって、真球状の単分散粒子である。
【0040】
次に、本発明のシリカ粒子の製造方法について説明する。
この方法は、ポリオルガノシロキサン粒子を焼成処理して、その中に含まれる有機基を分解し、シリカ粒子を製造する方法であって、上記ポリオルガノシロキサン粒子として、前述の製法で得られたポリオルガノシロキサン粒子を用いる。
【0041】
この方法においては、前述の方法で得られたポリオルガノシロキサン粒子を、その中に含まれる有機基の分解温度より100℃低い温度以上で、かつ当該有機基の分解温度未満の範囲の温度において予備焼成処理したのち、当該有機基の分解温度以上の温度で焼成処理してシリカ粒子を製造する。
【0042】
上記ポリオルガノシロキサン粒子に含まれる有機基の分解温度以上の温度に直ちに昇温して焼成すると、当該有機基の分解、脱離が急激に起こり、粒子の破壊強度が低下したり、場合によっては急激な収縮に耐えきれず、粒子が割れるなど、好ましくない事態を招来することがある。しかし、本発明のように、当該有機基の分解温度より100℃低い温度以上で、かつ当該有機基の分解温度未満の範囲の温度で予備焼成処理を行ってから、当該有機基の分解温度以上の温度で焼成処理することにより、上記の好ましくない事態を回避することができる。焼成時間の選定は、ポリオルガノシロキサン粒子を構成する有機基の種類に依存しており、熱分解しやすい有機基を有する場合、比較的低い温度で処理するのが望ましく、反対に熱分解しにくい有機基を有する場合には高温で処理するのが好ましい。いずれにしても、必要となる破壊強度や弾性率に応じて最適な条件を選定すればよい。具体的には、ポリメチルシルセスキオキサン(PMSO)粒子の場合、250〜350℃の範囲の温度において3〜50時間程度保持して予備焼成処理を行ったのち、500〜1300℃の範囲の温度において3〜50時間程度保持して焼成処理し、有機基を完全に分解する。
【0043】
上記焼成処理における雰囲気としては、有機基を酸化分解してシリカ化するために、酸素濃度が一定以上、例えば10容量%以上であることが好ましい。また、焼成装置については特に制限はなく、電気炉やロータリーキルンなど公知の焼成装置を用いることができる。
【0044】
【実施例】
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
【0045】
実施例1
(1)シード粒子形成用液の調製
撹拌装置を据え付けた5000ml容のセパラブルフラスコ中に、イオン交換水2500g、メチルトリメトキシシラン(以下、MTMSと略記する。)250gを加え、30℃に温度調整した恒温槽内で、100rpmで撹拌した。MTMS添加当初は、水溶液中に油滴の状態で分散していたが、約3時間後、MTMSは完全に溶解して均一溶液となり、これをシード粒子形成用液とした。
【0046】
(2)シード粒子の形成
撹拌速度を30rpmに下げ、上記(1)で調製したシード粒子形成用液に、1モル/リットル アンモニア水25ミリリットルを一気に添加した。アンモニア水を添加してから1分後には、ポリメチルシルセスキオキサン粒子が生成し、溶液が白濁した。
添加30分後と40分後にシード粒子液を各0.2ミリリットル採取し、これに0.1質量%ポリビニルアルコール水溶液2ミリリットルを加え、直ちにコールター・カウンター マルチサイザーII型(コールター社製)を用い、コールター法で、50000個の粒子の粒径を測定した。その結果、両シード粒子液共に平均粒径は2.85μm(CV値2.24%)であり、粒子成長が終了していることを確認できたが、目的最終粒径3.00μmより0.15μm小さかった。
【0047】
(3)粒径成長・制御用液の調製
撹拌装置を据え付けた5000ml容のセパラブルフラスコ中において、イオン交換水2500g、MTMS250gを加え、30℃に温度調整した恒温槽内で、100rpmで撹拌した。MTMS添加当初は、水溶液中に油滴の状態で分散していたが、約3時間後、MTMSは完全に溶解して均一な溶液となり、これを粒径成長・制御用液とした。
【0048】
(4)粒径の成長・制御
目的最終粒径に達しなかった上記(2)のポリメチルシルセスキオキサンシード粒子液に上記(3)の粒径成長・制御用液を10ミリリットル/分(被添加溶液の体積1ミリリットルに対して0.0036ミリリットル/分)の速度で定量ポンプを用いて滴下、混合を開始した。
粒径が0.15μm大きくなるまで、(2)と同様の条件で、コールター法により粒径成長を5分おきに観察した。滴下開始から、粒径成長用液を900ミリリットル添加した段階で、目的とする3.00μm(CV値2.07%)のポリメチルシルセスキオキサン粒子が得られていることが分かった。
【0049】
(5)反応の停止
直ちに粒径成長・制御用液の添加を止め、25質量%アンモニア水15gとイオン交換水35gの混合溶液を定量ポンプにて滴下して熟成を室温で16時間行った。
【0050】
(6)微小分級および乾燥
(5)で得られたポリメチルシルセスキオキサン粒子含有溶液を、遠心分離処理して粒子を分離し、その後メタノール中で超音波を照射した後、デカンテーションを行う操作を複数回繰り返すことによって、微小粒子を除去した。残ったポリメチルシルセスキオキサン粒子を風乾した後、残留メタノールを除去するため150℃に加熱して乾燥させた。
このようにして得られたポリメチルシルセスキオキサン粒子を、(2)と同様にコールター法で粒径測定を行った結果、平均粒径3.00μm(CV値2.01%)であった。
【0051】
比較例1
実施例1の(1)シード粒子形成用液の調製、(2)シード粒子の形成に記載した操作と同内容の操作を行った。
その結果、平均粒径2.85μm(CV値2.24%)のポリオルガノシロキサン粒子が得られたが、目的最終粒径3.00μmより0.15μm小さかった。
実施例1と比較例1の対比により、本発明においては、粒径分布が単分散のポリオルガノシロキサン粒子を、nmオーダーで粒径調製して製造可能なことが分かる。
【0052】
実施例2
(1)シード粒子形成用液の調製
撹拌装置を据え付けた10000ml容のセパラブルフラスコ中に、イオン交換水5000g、MTMS500gを加え、30℃に温度調整した恒温槽内で、100rpmで撹拌した。MTMS添加当初は、水溶液中に油滴の状態で分散していたが、約3時間後、MTMSは完全に溶解して均一溶液となり、これをシード粒子形成用液とした。
【0053】
(2)シード粒子の形成
恒温槽の温度を10℃に、撹拌速度を30rpmに下げ、上記(1)で調製したシード粒子形成用液に、1モル/リットル アンモニア水5.0ミリリットルを一気に添加した。アンモニア水を添加してから15分後には、ポリメチルシルセスキオキサン粒子が生成し、溶液が白濁した。
添加60分後と70分後にシード粒子液を各0.2ミリリットル採取し、これに0.1質量%ポリビニルアルコール水溶液2ミリリットルを加え、直ちに実施例1の(2)と同様にしてコールター法にて、50000個の粒子の粒径を測定した。その結果、両シード粒子液共に平均粒径は8.20μm(CV値2.05%)であり、粒子成長が終了していることを確認できたが、目的最終粒径11.00μmより2.80μm小さかった。
【0054】
(3)粒径成長・制御用液の調製
撹拌装置を据え付けた10000ml容のセパラブルフラスコ中に、イオン交換水5000g、MTMS500gを加え、30℃に温度調製した恒温槽内で、100rpmで撹拌した。MTMS添加当初は、水溶液中に油滴の状態で分散していたが、約3時間後、MTMSは完全に溶解して均一な溶液となった。その後、恒温槽を10℃に調整し、前記MTMS溶解溶液が10℃になるまで撹拌し、これを粒径成長・制御用液とした。
【0055】
(4)粒径の成長、制御
目的最終粒径に達しなかった上記(2)のポリメチルシルセスキオキサンシード粒子液の半分を、撹拌装置を据え付けた10000ml容のセパラブルフラスコに慎重に移し換えた後、10℃に温度調整した恒温槽内で、30rpmで撹拌した。上記(3)の粒径成長・制御用液を25ミリリットル/分(被添加溶液の体積1ミリリットルに対して0.009ミリリットル/分)の速度で定量ポンプを用いて滴下、混合を開始した。
粒径が2.80μm大きくなるまで、(2)と同様の条件で、コールター法により粒径成長を5分おきに観察した。滴下開始から、粒径成長用液を4800ミリリットル添加した段階で、目的とする11.00μm(CV値1.99%)のポリメチルシルセスキオキサン粒子が得られていることが分かった。
【0056】
(5)反応の停止
直ちに粒径成長・制御用液の添加を止め、25質量%アンモニア水15gとイオン交換水35gの混合溶液を定量ポンプにて滴下して熟成を室温で16時間行った。
【0057】
(6)微小分級および乾燥
(5)で得られたポリメチルシルセスキオキサン粒子含有溶液を、遠心分離処理して粒子を分離し、その後メタノール中で超音波を照射した後、デカンテーションを行う操作を複数回繰り返すことによって、微小粒子を除去した。残ったポリメチルシルセスキオキサン粒子を風乾した後、残留メタノールを除去するため150℃に加熱して乾燥させた。
このようにして得られたポリメチルシルセスキオキサン粒子を、(2)と同様にコールター法で粒径測定を行った結果、平均粒径11.00μm(CV値1.81%)であった。
【0058】
比較例2
実施例2の(1)シード粒子形成用液の調製、(2)シード粒子の形成に記載した操作と同内容の操作を行った。
その結果、平均粒径8.20μm(CV値2.05%)のポリオルガノシロキサン粒子が得られたが、目的最終粒径11.00μmより2.80μm小さかった。
実施例2より、本発明においては、粒径が10μmを超える大粒径のポリオルガノシロキサン粒子の製造が可能なことが分かり、また実施例2と比較例2との対比により、粒径分布が単分散のポリオルガノシロキサン粒子を、nmオーダーで粒径調製して製造可能なことが分かる。
【0059】
実施例3
(1)シード粒子形成用液の調製、(2)シード粒子の形成、(3)粒径成長・制御用液の調製および(4)粒径の成長、制御
目的最終粒径に達しなかった上記実施例2の(2)で得られたポリメチルシルセスキオキサンシード粒子液の半分を、撹拌装置を据え付けた10000ml容のセパラブルフラスコに慎重に移し換えた後、10℃に温度調整した恒温槽内で、30rpmで撹拌した。この溶液に対し、上記実施例2の(3)で調製した粒径成長・制御用液を50ミリリットル/分(被添加溶液の体積1ミリリットルに対して0.018ミリリットル/分)の速度で定量ポンプを用いて滴下、混合を開始した。
粒径が2.80μm大きくなるまで、実施例2の(2)と同様の条件で、コールター法により粒径成長を5分おきに観察した。滴下開始から、粒径成長用液を4800ミリリットル添加した段階で、目的とする11.00μm(CV値1.88%)のポリメチルシルセスキオキサン粒子が得られていることが分かった。
【0060】
(5)反応の停止
直ちに粒径成長・制御用液の添加を止め、25質量%アンモニア水15gとイオン交換水35gの混合溶液を定量ポンプにて滴下して熟成を室温で16時間行った。得られた粒子を光学顕微鏡で観察したところ、気泡粒子の発生が確認された。
実施例3より、本発明においては、粒径が10μmを超える大粒径のポリオルガノシロキサン粒子の製造が可能なことが分かり、また実施例3と比較例2との対比により、粒径分布が単分散のポリオルガノシロキサン粒子を、nmオーダーで粒径調製して製造可能なことが分かる。
更に、実施例2と実施例3の対比により、大粒径のポリオルガノシロキサン粒子を製造する場合には、粒径成長・制御溶液の添加速度が、被添加溶液の体積1ミリリットルに対して0.01ミリリットル/分を超える場合には気泡粒子が発生することが分かる。
【0061】
実施例4
実施例1で得られた平均粒径が3.00μmのポリメチルシルセスキオキサン粒子を乾燥させた後、空気流量1リットル/分の条件で、室温から340℃まで昇温し、その温度で12時間保持して予備焼成したのち、540℃まで昇温し、その温度で12時間保持して本焼成して、シリカ粒子を得た。本焼成後、室温まで冷却し、焼成粒子を取り出した。この焼成粒子についてコールター法にて観察したところ、平均粒径が2.50μm、CV値が2.10%であった。
【0062】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、比較的大きな粒径範囲(1〜30μm程度)を満たし、かつ粒径分布が単分散のポリオルガノシロキサン粒子を、その都度、所望の粒径のものが得られるように、短時間で収率よく、シード粒子成長用液の希釈操作等を必要としない簡便な操作により、製造することができる。この方法で得られたポリオルガノシロキサン粒子は、液晶表示装置用スペーサや標準粒子などとして好適である。
また、本発明の方法によれば、上記方法で得られたポリオルガノシロキサン粒子を、特定の条件で焼成処理することにより、液晶表示装置用スペーサや標準粒子などとして好適な粒径を有し、かつ粒径分布が高度に単分散なシリカ粒子を、簡便な操作で短時間に製造することができる。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing polyorganosiloxane particles and a method for producing silica particles. More specifically, the present invention provides polyorganosiloxane particles satisfying a particle size range (about 1 to 30 μm) suitable for a spacer or a standard particle for a liquid crystal display device and having a monodispersed particle size distribution. A method for producing a product in a short time and in a high yield by a simple operation so as to obtain a product having a particle size of, and baking the polyorganosiloxane particles obtained by this method to obtain a spacer or a standard particle for a liquid crystal display device. The present invention relates to a method for producing silica particles suitable as the above.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, monodispersed silica particles having a particle size distribution (hereinafter sometimes simply referred to as monodispersed silica particles) are known to be useful as various fillers, ceramic raw materials, and the like. Attention has been paid to its use as a spacer for a liquid crystal display device, and it has begun to be used.
[0003]
Conventionally, glass fiber chips or fine particles of a synthetic resin have been used for the spacer of the liquid crystal display device. However, glass fiber chips have excellent fiber diameter accuracy, but their lengths vary widely, and those that are too long may be visually observed and degrade image quality. There is a possibility that the formed alignment film, protective film, color filter, electric element, or the like may be damaged. Further, fine particles of synthetic resin have poor particle size accuracy, and thus may not be able to satisfy the performance required as a spacer for a liquid crystal display device. Therefore, when a higher gap accuracy is required, there is a possibility that the electric element such as an alignment film, a protective film, a color filter or an ITO conductive film formed on the substrate has a good particle size accuracy and is spherical. Is required.
[0004]
In order to satisfy these requirements, silica particles obtained by hydrolyzing and polycondensing silicon alkoxide have been proposed. The silica particles
(1) High purity, little influence on liquid crystal by eluted components
(2) Good particle size accuracy;
CV (%) = [standard deviation of fine particle diameter (μm)]
/ [Average particle size (μm)] × 100
CV value (coefficient of variation) obtained by
(3) Since almost perfect spheres can be formed, there is an advantage that there is no risk of damaging electric elements such as an alignment film, a protective film, a color filter and an ITO conductive film formed on the substrate. I have.
[0005]
Recently, non-hydrolyzable alkyl groups such as alkyltrialkoxysilanes (methyltrialkoxysilanes) have been used to impart a certain degree of softness to the particles to improve the adhesion of the particles in a liquid crystal cell. Polyorganosiloxane (polymethylsilsesquioxane) particles obtained by hydrolyzing and condensing a silicon alkoxide having a (methyl group) are also used as spacers in a liquid crystal display device.
As a method for producing such polymethylsilsesquioxane particles, a methyltrialkoxysilane or a partially hydrolyzed condensate thereof and an aqueous solution containing ammonia or an amine or a mixed solvent solution of water and an organic solvent are substantially mixed. A method of causing a reaction while maintaining a two-layer state without performing the method has been proposed (see Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 4-70335
However, in this method, the particle size of the generated polymethylsilsesquioxane particles is controlled by the concentration of ammonia or amine in the lower layer at the time of preparation. Variations in the number of nuclei are likely to occur, and even if the reaction is performed under the same reaction conditions, the diameter of the finally obtained particles does not become the target particle diameter. For example, if production is performed 10 times under the same conditions in order to obtain particles having an average particle size of 5 μm, a variation of about 40% (about ± 2.0 μm) with respect to the target particle size occurs.
[0007]
On the other hand, there has been proposed a method for producing polyorganosiloxane particles having a monodisperse particle size distribution and having a desired particle size. (See Patent Document 2).
[0008]
[Patent Document 2]
JP-A-2000-80598
In this method, methyltrialkoxysilane is hydrolyzed and condensed to form seed particles comprising polyorganosiloxane particles, and then the seed particles are grown to produce polyorganosiloxane particles having a larger particle size. At that time, using a certain calculation formula, from the average particle size of the seed particles and the concentration of the particle growth solution, to derive the dilution ratio of the seed particle liquid determined according to the target final particle size, The present invention is characterized in that a seed particle liquid is diluted by such a dilution ratio and added to a liquid for particle growth to produce polyorganosiloxane particles having a desired particle diameter.
[0009]
However, in this method, it is necessary to calculate a dilution ratio for each production batch and perform a dilution operation. Although polyorganosiloxane particles having a particle size of about 4 to 10 μm and a particle size distribution of monodisperse can be obtained, the control of the particle size is performed on the order of μm, and when the particle size is to be uniformed to the order of nm, It was difficult to control the particle size. Further, it is generally difficult to produce polyorganosiloxane particles having a large particle size exceeding 10 μm, and there has been almost no report on a method for obtaining a polyorganosiloxane having a large particle size having a monodispersed particle size.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Under such circumstances, a first object of the present invention is to satisfy a particle size range (about 1 to 30 μm) suitable as a spacer or a standard particle for a liquid crystal display device and to have a monodisperse particle size distribution. An object of the present invention is to provide a method for producing polyorganosiloxane particles in a short time and in a high yield by a simple operation so that particles having a desired particle size are obtained each time.
A second object of the present invention is to sinter the polyorganosiloxane particles to obtain high particle size accuracy [low CV value, low particle size blur (target particle size−obtained particle size)]. It is an object of the present invention to provide an industrially advantageous method for producing the silica particles of the above by a simple operation in a short time.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, an aqueous solution of a silicon compound in which a non-hydrolyzable group and a hydrolyzable alkoxyl group are bonded to a silicon atom is hydrolyzed and condensed. After preparing the seed particle liquid, an aqueous solution containing the silicon compound or a hydrolyzate thereof is added to perform a seed particle growth reaction, and the particle diameter is measured continuously or at regular time intervals to obtain a first particle liquid. It has been found that the purpose can be achieved.
[0012]
In addition, the present inventor heat-treats the polyorganosiloxane particles and, when producing silica particles, preliminarily calcinates at a specific temperature, and then calcinates at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the organic group of the polyorganosiloxane. As a result, it has been found that the reduction in the breaking strength of the particles and the cracking of the particles, which are observed during the heat treatment, are eliminated, and the second object can be achieved.
[0013]
The present invention has been completed based on such findings.
That is, the present invention
(1) General formula (I)
R1nSi (OR2)4-n                            … (I)
(Where R1Is a non-hydrolyzable group, which is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms having a (meth) acryloyloxy group or an epoxy group, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, An aryl group having 6 to 20 or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, R2Is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, n is an integer of 1 to 3,1When there are a plurality of1May be the same or different, and OR2If there is more than one, each OR2They may be the same or different. )
Is hydrolyzed and condensed in the presence of a catalyst to form seed particles composed of polyorganosiloxane particles, and then the silicon compound represented by the general formula (I) or a hydrolyzate thereof is Adding an aqueous solution containing the seed particles, while continuously performing the growth reaction of the seed particles, measuring the particle diameter continuously or at regular intervals, and stopping the reaction when the target particle diameter is reached. A method for producing siloxane particles,
(2) The particle size measurement, which is carried out continuously or at regular time intervals, was performed by collecting a part of the reaction solution and contacting it with a protective colloid-forming agent to form a protective colloid on the particles in the reaction solution. Then, the method for producing polyorganosiloxane particles according to the above (1), which is performed by a Coulter method,
(3) The method for producing polyorganosiloxane particles according to (1) or (2) above, wherein the polyorganosiloxane particles are polymethylsilsesquioxane particles.
(4) When polyorganosiloxane particles having a particle size exceeding 10 μm are to be obtained, the rate of addition of the aqueous solution containing the silicon compound or its hydrolyzate is 0.01 ml per 1 ml of the solution to be added. / Min or less, the method for producing polyorganosiloxane particles according to any one of the above (1) to (3),
(5) The method according to any one of (1) to (4) above, wherein the finally obtained polyorganosiloxane particles have a particle size of 1 to 30 μm and a coefficient of variation of 3% or less. Method for producing polyorganosiloxane particles, and
(6) The polyorganosiloxane particles obtained by the method according to any one of (1) to (5) above, at a temperature of 100 ° C. lower than the decomposition temperature of the organic group contained therein, and After preliminarily calcined in a range below the decomposition temperature of the organic group, a method for producing silica particles, characterized by performing a baking treatment at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the organic group,
Is to provide
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, the method for producing the polyorganosiloxane particles of the present invention will be described.
In the method of the present invention, the raw material represented by the general formula (I)
R1nSi (OR2)4-n                                  … (I)
Is used.
[0015]
In the above general formula (I), R1Is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms having a (meth) acryloyloxy group or an epoxy group, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a carbon number. And represents 7 to 20 aralkyl groups. Here, the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and the alkyl group may be linear, branched or cyclic. Examples of the alkyl group include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, octyl, cyclopentyl. Group, cyclohexyl group and the like. As the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms having a (meth) acryloyloxy group or an epoxy group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms having the above substituent is preferable, and this alkyl group is linear, branched, Any of a ring shape may be sufficient. Examples of the alkyl group having the substituent include a γ-acryloyloxypropyl group, a γ-methacryloyloxypropyl group, a γ-glycidoxypropyl group, a 3,4-epoxycyclohexyl group, and the like. The alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms is preferably an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and the alkenyl group may be any of linear, branched and cyclic. Examples of the alkenyl group include a vinyl group, an allyl group, a butenyl group, a hexenyl group, an octenyl group and the like. The aryl group having 6 to 20 carbon atoms is preferably an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and examples thereof include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, and a naphthyl group. The aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms is preferably an aralkyl group having 7 to 10 carbon atoms, and examples thereof include a benzyl group, a phenethyl group, a phenylpropyl group, and a naphthylmethyl group.
[0016]
On the other hand, R2Is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, which may be linear, branched or cyclic, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group and an n- Butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, cyclopentyl, cyclohexyl and the like.
n is an integer of 1 to 3;1When there are a plurality of1May be the same or different, and OR2If there is more than one, each OR2Each may be the same or different.
[0017]
Examples of the silicon compound represented by the general formula (I) include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltripropoxysilane, methyltriisopropoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, and propyltrimethoxysilane. Ethoxysilane, butyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-acryloyloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloyl Oxypropyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, methylphenyldimethoxysilane and the like can be mentioned. Of these, methyltrimethoxysilane and vinyltrimethoxysilane are particularly preferred.
[0018]
In the present invention, as the raw material, one kind of the silicon compound represented by the general formula (I) may be used, or two or more kinds may be used in combination.
In the method of the present invention, the silicon compound is converted into an aqueous solution, and hydrolyzed and condensed in the presence of a catalyst to form a polyorganosiloxane particle liquid, which is used as a seed particle liquid. This is a method of growing and controlling the particle size to a target particle size using a hydrolyzed aqueous solution of a silicon compound, and specifically includes the following operation.
[0019]
(1) Preparation of liquid for forming seed particles
(2) Formation of seed particles
(3) Preparation of liquid for particle size growth and control
(4) Growth and control to target particle size
and
(5) Stopping the reaction
Hereinafter, each of the above operations will be described in detail.
[0020]
(1)Preparation of seed particle forming liquid
In the method of the present invention, the formation of the seed particles and the growth of the particle size are carried out in a homogeneous system, respectively. From the compounds represented, they can be appropriately selected and used irrespective of the specific gravity. When the formation of the seed particles and the growth of the particle size are each performed by the two-layer method, it is necessary to use a silicon compound having a specific gravity lower than that of the aqueous medium, so the type of the raw material is limited. However, in the present invention, since there is no such restriction on the specific gravity, the degree of freedom in selecting a raw material is large.
[0021]
The silicon compound is not particularly limited as long as it has miscibility with an aqueous medium, and the various silicon compounds described above are used. Among them, those easily soluble in an aqueous medium, for example, silicon having a methoxy group Compounds are preferred.
Further, as the aqueous medium, water or a mixture of water and a water-miscible organic solvent can be used. Here, the water used is preferably as small as possible in cations, and has a conductivity of-4It is preferably at most S / cm.
[0022]
Examples of the water-miscible organic solvent include lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol, and ketones such as acetone. These may be mixed alone with water, or may be mixed with water in combination of two or more.
The preparation of the seed particle forming liquid is performed by adding the silicon compound to the aqueous medium and stirring the mixture at a temperature of usually about 0 to 50 ° C. to form a uniform aqueous solution. At this time, the concentration of the silicon compound is preferably 20% by mass or less. If the concentration exceeds 20% by mass, the coefficient of variation of the particle size distribution increases, and if the concentration is too low, the volume efficiency and the like deteriorate, and this is industrially disadvantageous. A more preferred concentration is in the range of 5 to 15% by mass.
[0023]
(2)Seed particle formation
While stirring the liquid for forming seed particles prepared in the above (1), a basic catalyst, preferably an aqueous solution containing ammonia and / or amine, is added at once as a catalyst, and the silicon compound is hydrolyzed and condensed to form a seed. Particles are formed to form a seed particle liquid.
If the ammonia and / or amine-containing aqueous solution is added slowly, the system becomes uniform, a large amount of new core particles are generated, and the particle size becomes small. Therefore, it is preferable to add them all at once.
[0024]
The stirring speed at the time of adding the aqueous solution containing ammonia and / or amine can be appropriately selected depending on the size of the reaction tank and the shape and size of the blade. Here, as the amine, for example, monomethylamine, dimethylamine, monoethylamine, diethylamine, ethylenediamine and the like can be preferably mentioned. The ammonia and the amine may be used alone or in combination of two or more. However, ammonia is preferred because of its low toxicity, easy removal and low cost.
[0025]
Examples of the aqueous solution containing ammonia and / or amine include a solution in which ammonia and / or amine is dissolved in water or a mixed solvent of water and a water-miscible organic solvent. Here, it is sufficient that the water used has few cations, and the conductivity is 0.5 × 10-4It is preferably at most S / cm. Examples of the water-miscible organic solvent include the same ones as exemplified in the description of the preparation of the seed particle forming liquid in the above (1).
It is advantageous to select the amount of the aqueous solution containing ammonia and / or amine so that the pH of the seed particle liquid after the formation of the seed particles is preferably in the range of 8.2 to 11.0.
[0026]
The reaction temperature depends on the type of the silicon compound as the raw material and the like, but is generally selected in the range of 0 to 50 ° C. If the temperature is lower than 0 ° C., the used aqueous medium freezes and does not exhibit its function, and if it is synthesized at 50 ° C. or more, the alkoxide used evaporates and the yield decreases. 5 ° C. to 30 ° C. for producing polyorganosiloxane particles having a relatively large particle diameter (particle diameter of more than 10 μm to about 30 μm), and 35 ° C. for producing polyorganosiloxane particles having a small particle diameter (1 μm to 10 μm). It is preferred to produce at -40C.
[0027]
Usually, the formation time of the seed particles is within 1 hour. When the seed particles are formed by the two-layer method, it takes about 4 to 10 hours. However, if a method based on a homogeneous system is employed as in the present invention, the seed particles can be formed in a much shorter time.
After the formation of the seed particles, the particle size of the obtained seed particles is measured. The method for measuring the particle size is not particularly limited, but can be measured by the Coulter method or a video micrometer using an optical microscope, and is preferably measured by the Coulter method in view of the simplicity and speed of the measurement operation.
[0028]
Here, the Coulter method refers to a measuring method using an apparatus for electrically measuring the size of particles dispersed in a solution. In this device, a tube having pores (aperture tube) is installed in an electrolyte solution in which measurement particles are suspended and dispersed. Electrodes are placed inside and outside the aperture tube, and the electrolyte solution It is configured such that current flows between both electrodes. When the measurement particles dispersed in the electrolytic solution are sucked and passed through the micropores of the aperture tube, the electrolytic solution corresponding to the particle volume is replaced and a change occurs in the electric resistance between the two electrodes. Then, the particle size is measured by amplifying and detecting this.
[0029]
When measuring the particle diameter, various protective colloid-forming agents used for suspending the particles can be used, but it is preferable to use an aqueous polyvinyl alcohol solution.
The present invention relates to a method of forming seed particles having a smaller particle size than a target final particle size, and then growing the seed particles to a target particle size using a liquid for particle size growth / control. On the other hand, when the particle size of the obtained seed particles is too small compared to the target final particle size, the seed particles are appropriately adjusted to a suitable particle size (for example, the method described in JP-A-2002-80598). After having grown to a size smaller than the target final particle size), it can be subjected to a particle size growth / control step using the following liquid for particle size growth / control.
[0030]
(3)Preparation of liquid for particle size growth and control
An aqueous solution containing the silicon compound represented by the general formula (I) or a hydrolyzate thereof is used as the liquid for particle size growth / control.
[0031]
Examples of the silicon compound represented by the general formula (I) include the various silicon compounds described above. Further, the hydrolyzate of the silicon compound represented by the general formula (I) refers to a partially or completely hydrolyzed silicon compound having 1 to 3 alkoxyl groups represented by the general formula (I). Things.
[0032]
The aqueous solution containing the silicon compound or the hydrolyzate thereof may be prepared by using the water or the mixture of water and the water-miscible organic solvent used in the preparation of the seed particle forming liquid of the above (1) or the seed particles of the above (2). Using the aqueous solution containing ammonia and / or amine used in the formation of
In the preparation of the liquid for particle size growth / control, the type of the silicon compound, its concentration and the type of the aqueous medium may be the same as those of the seed particle forming liquid, or may be different. Although the same is preferable, the same one is preferable from the viewpoint of workability and properties of the obtained particles.
The aqueous solution containing the silicon compound represented by the general formula (I) or its hydrolyzate used as the particle size growth / control solution is subjected to the following reaction in a homogeneous solution state.
[0033]
(4)Particle size growth and control
The liquid for particle size growth / control obtained in (3) is added to the seed particle liquid obtained in (2) while stirring, and the particle size is grown to the target particle size.
The reaction temperature at this time depends on the type of the silicon compound as the raw material and the like, but is generally selected in the range of 0 to 50 ° C.
The rate of addition of the particle size growth / control liquid is not particularly limited, but is preferably 0.02 ml / min or less, more preferably 0.01 ml / min, per 1 ml of the added solution containing the seed particles. It is as follows. In the case of obtaining polyorganosiloxane particles having a large particle size (more than 10 μm), if the addition rate exceeds 0.01 ml / min with respect to 1 ml of the volume of the solution to be added, the fine particles are contained in the whole particle group. Is generated, and particles having a portion having a different refractive index may be observed inside each particle. Therefore, it is preferably 0.01 ml / min or less per 1 ml of the volume of the solution to be added. Note that the particles having the portions having different refractive indices are considered to have air bubbles, and are hereinafter referred to as air bubble particles.
[0034]
In this step, the particle size is measured continuously or at regular intervals until the desired final particle size is reached. Here, the method for measuring the particle size is not particularly limited, and can be measured by a Coulter method or a method using an optical microscope video micrometer, but is preferably measured by the Coulter method. The measurement of the particle size by the Coulter method is as described in detail in the above (2) Formation of seed particles.
[0035]
The average particle size and CV value in the present invention were calculated by the following methods.
First, from the measurement result of the Coulter method, an isolated particle size distribution peak width is preliminarily selected as a measurement range, and a preliminary average particle size value and σ (standard deviation) are calculated. Then, a range of ± 3σ was selected from the preliminary average particle size value, and the average particle size and the CV value were calculated again within the range.
When there were a plurality of isolated particle size distribution peaks, calculation was performed for each of the peaks.
[0036]
(5)Stopping the reaction
After the addition of the liquid for particle size growth / control in (4) above, the particle size is measured continuously or at regular intervals, and when it is confirmed that the target particle size has been reached, the particle size growth / control is performed. The addition of the working solution is stopped, and aging is performed by adding an aqueous solution containing ammonia and / or amine. This aging is usually performed at a temperature in the range of 0 to 50 ° C. for about 6 to 24 hours, depending on the type of the silicon compound as the raw material.
[0037]
When the grain size is grown by employing the two-layer method, it generally takes about 6 to 10 hours. In the present invention, the growth and control of the grain size is generally sufficient within 3 hours, and is much shorter. Can grow the particle size. In the case of the two-layer method, the silicon compound in the upper layer undergoes self-condensation due to moisture in the air and deteriorates. Although the amount may decrease and particles having a desired particle size may not be obtained, such a problem does not occur in the method of the present invention because the particle size is grown in a uniform system.
In addition, in the present invention, it is not necessary to calculate the dilution rate of the seed particle forming liquid or to perform the dilution operation when adding the particle diameter growth / control liquid, and it is possible to produce polyorganosiloxane particles by a simple operation. Furthermore, the particle size of the resulting polyorganosiloxane particles can be controlled on the order of nm.
[0038]
In the present invention, after the reaction of the above (5) is stopped, the generated particles are sufficiently washed in accordance with a conventional method, and then, if necessary, a classification treatment is carried out to remove the maximum or minimum particles, followed by a drying treatment. The classification method is not particularly limited, but a wet classification method in which classification is performed by utilizing the fact that the sedimentation speed varies depending on the particle size is preferable. The drying treatment is usually performed at a temperature in the range of 100 to 200C. In the present invention, in the drying treatment, aggregation of particles does not substantially occur.
In this way, polyorganosiloxane particles having the desired final particle size can be obtained in high yield.
[0039]
The polyorganosiloxane particles obtained by the method of the present invention have an average particle size of 1 to 30 μm, preferably 3 to 25 μm, more preferably 3 to 20 μm, and a coefficient of variation (CV) of the particle size distribution. Value) is 3% or less, preferably 2.5% or less, and is a truly spherical monodisperse particle.
[0040]
Next, a method for producing the silica particles of the present invention will be described.
In this method, polyorganosiloxane particles are calcined to decompose organic groups contained therein to produce silica particles, and the polyorganosiloxane particles are used as the polyorganosiloxane particles obtained by the above-described production method. Organosiloxane particles are used.
[0041]
In this method, the polyorganosiloxane particles obtained by the above method are preliminarily treated at a temperature of 100 ° C. lower than the decomposition temperature of the organic group contained therein and at a temperature lower than the decomposition temperature of the organic group. After the baking treatment, the baking treatment is performed at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the organic group to produce silica particles.
[0042]
When the temperature is immediately raised to a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the organic groups contained in the polyorganosiloxane particles and baked, decomposition and desorption of the organic groups occur rapidly, and the breaking strength of the particles decreases, and in some cases, It may not be able to withstand sudden shrinkage and may cause undesirable situations such as cracking of particles. However, as in the present invention, after performing the pre-baking treatment at a temperature of 100 ° C. or lower than the decomposition temperature of the organic group and a temperature lower than the decomposition temperature of the organic group, the temperature is higher than the decomposition temperature of the organic group. By carrying out the sintering treatment at the temperature described above, the above-mentioned undesirable situation can be avoided. The selection of the calcination time depends on the type of the organic group constituting the polyorganosiloxane particles. When the organic group has an easily heat-decomposable organic group, it is desirable to perform the treatment at a relatively low temperature, and conversely, the heat decomposition is difficult When it has an organic group, it is preferable to perform the treatment at a high temperature. In any case, optimal conditions may be selected according to the required breaking strength and elastic modulus. Specifically, in the case of polymethylsilsesquioxane (PMSO) particles, after pre-baking by holding at a temperature in a range of 250 to 350 ° C. for about 3 to 50 hours, a temperature in a range of 500 to 1300 ° C. A baking treatment is performed at a temperature for about 3 to 50 hours to completely decompose the organic groups.
[0043]
The atmosphere in the baking treatment preferably has an oxygen concentration of not less than a certain value, for example, not less than 10% by volume, in order to oxidize and decompose organic groups into silica. The firing device is not particularly limited, and a known firing device such as an electric furnace or a rotary kiln can be used.
[0044]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0045]
Example 1
(1) Preparation of liquid for forming seed particles
In a 5000 ml separable flask equipped with a stirrer, 2500 g of ion-exchanged water and 250 g of methyltrimethoxysilane (hereinafter abbreviated as MTMS) were added, and the mixture was stirred at 100 rpm in a thermostat adjusted to 30 ° C. did. Initially, MTMS was dispersed in the form of oil droplets in the aqueous solution, but after about 3 hours, the MTMS was completely dissolved to form a homogeneous solution, which was used as a seed particle forming liquid.
[0046]
(2) Formation of seed particles
The stirring speed was reduced to 30 rpm, and 25 mL of 1 mol / L aqueous ammonia was added at a time to the seed particle forming liquid prepared in the above (1). One minute after adding the aqueous ammonia, polymethylsilsesquioxane particles were generated, and the solution became cloudy.
After 30 minutes and 40 minutes from the addition, 0.2 ml of each seed particle liquid was collected, and 2 ml of a 0.1% by mass aqueous solution of polyvinyl alcohol was added thereto, and immediately using Coulter Counter Multisizer II (manufactured by Coulter). The particle size of 50,000 particles was measured by the Coulter method. As a result, the average particle diameter of both seed particle liquids was 2.85 μm (CV value: 2.24%), and it was confirmed that the particle growth was completed. It was 15 μm smaller.
[0047]
(3) Preparation of liquid for particle size growth and control
In a 5000 ml separable flask equipped with a stirrer, 2500 g of ion-exchanged water and 250 g of MTMS were added, and the mixture was stirred at 100 rpm in a thermostat adjusted to 30 ° C. Initially, MTMS was dispersed in the form of oil droplets in the aqueous solution, but after about 3 hours, the MTMS was completely dissolved to form a uniform solution, which was used as a liquid for particle size growth and control.
[0048]
(4) Growth and control of particle size
To the polymethylsilsesquioxane seed particle liquid of the above (2) that did not reach the target final particle diameter, the liquid for particle diameter growth / control of the above (3) was added at 10 ml / min (for 1 ml of the volume of the solution to be added) At a rate of 0.0036 ml / min) using a metering pump, and mixing was started.
Until the particle size increased by 0.15 μm, the particle size growth was observed every 5 minutes by the Coulter method under the same conditions as in (2). It was found that the desired polymethylsilsesquioxane particles of 3.00 μm (CV value: 2.07%) were obtained when 900 ml of the particle size growth liquid was added from the start of the dropping.
[0049]
(5) Stopping the reaction
Immediately, the addition of the liquid for particle size growth / control was stopped, and a mixed solution of 15 g of 25% by mass aqueous ammonia and 35 g of ion-exchanged water was dropped by a quantitative pump, and ripening was performed at room temperature for 16 hours.
[0050]
(6) Fine classification and drying
The solution containing the polymethylsilsesquioxane particles obtained in (5) is subjected to centrifugal separation to separate the particles, followed by irradiating ultrasonic waves in methanol and then performing decantation plural times. And the fine particles were removed. After the remaining polymethylsilsesquioxane particles were air-dried, they were heated to 150 ° C. and dried to remove residual methanol.
The polymethylsilsesquioxane particles thus obtained were subjected to particle size measurement by the Coulter method in the same manner as in (2), and as a result, the average particle size was 3.00 μm (CV value: 2.01%). .
[0051]
Comparative Example 1
The same operations as those described in (1) Preparation of seed particle forming liquid and (2) Formation of seed particles in Example 1 were performed.
As a result, polyorganosiloxane particles having an average particle size of 2.85 μm (CV value: 2.24%) were obtained, but 0.15 μm smaller than the target final particle size of 3.00 μm.
From the comparison between Example 1 and Comparative Example 1, it can be seen that, in the present invention, polyorganosiloxane particles having a monodispersed particle size distribution can be produced by adjusting the particle size in the order of nm.
[0052]
Example 2
(1) Preparation of liquid for forming seed particles
In a 10000 ml separable flask equipped with a stirrer, 5000 g of ion-exchanged water and 500 g of MTMS were added, and the mixture was stirred at 100 rpm in a thermostat adjusted to 30 ° C. Initially, MTMS was dispersed in the form of oil droplets in the aqueous solution, but after about 3 hours, the MTMS was completely dissolved to form a homogeneous solution, which was used as a seed particle forming liquid.
[0053]
(2) Formation of seed particles
The temperature of the thermostat was lowered to 10 ° C., the stirring speed was lowered to 30 rpm, and 5.0 ml of 1 mol / l ammonia water was added at a time to the seed particle forming liquid prepared in the above (1). Fifteen minutes after the addition of the aqueous ammonia, polymethylsilsesquioxane particles were generated, and the solution became cloudy.
At 60 minutes and 70 minutes after the addition, 0.2 ml of each of the seed particle liquids was collected, and 2 ml of a 0.1% by mass aqueous solution of polyvinyl alcohol was added thereto, and immediately followed by the Coulter method in the same manner as in (2) of Example 1. Thus, the particle diameter of 50,000 particles was measured. As a result, the average particle diameter of both seed particle liquids was 8.20 μm (CV value: 2.05%), and it was confirmed that the particle growth was completed. It was 80 μm smaller.
[0054]
(3) Preparation of liquid for particle size growth and control
In a 10000 ml separable flask equipped with a stirrer, 5000 g of ion-exchanged water and 500 g of MTMS were added, and the mixture was stirred at 100 rpm in a thermostat adjusted to 30 ° C. At the beginning of the addition of MTMS, it was dispersed in the form of oil droplets in the aqueous solution, but after about 3 hours, the MTMS was completely dissolved to form a uniform solution. Thereafter, the temperature of the thermostat was adjusted to 10 ° C., and the solution was stirred until the temperature of the MTMS-dissolved solution reached 10 ° C. to obtain a liquid for particle size growth and control.
[0055]
(4) Growth and control of particle size
The half of the polymethylsilsesquioxane seed particle liquid of the above (2), which did not reach the target final particle size, was carefully transferred to a 10000 ml separable flask equipped with a stirrer, and then the temperature was adjusted to 10 ° C. The mixture was stirred at 30 rpm in the thermostat. The liquid for particle size growth / control of the above (3) was dropped and mixed at a rate of 25 ml / min (0.009 ml / min per 1 ml of the solution to be added) using a metering pump.
Until the particle size was increased by 2.80 μm, the particle size growth was observed every 5 minutes by the Coulter method under the same conditions as (2). It was found that the desired polymethylsilsesquioxane particles of 11.00 μm (CV value 1.99%) were obtained at the stage of adding 4800 ml of the particle size growth liquid from the start of the dropping.
[0056]
(5) Stopping the reaction
Immediately, the addition of the liquid for particle size growth / control was stopped, and a mixed solution of 15 g of 25% by mass aqueous ammonia and 35 g of ion-exchanged water was dropped by a quantitative pump, and ripening was performed at room temperature for 16 hours.
[0057]
(6) Fine classification and drying
The solution containing the polymethylsilsesquioxane particles obtained in (5) is subjected to centrifugal separation to separate the particles, followed by irradiating ultrasonic waves in methanol and then performing decantation plural times. And the fine particles were removed. After the remaining polymethylsilsesquioxane particles were air-dried, they were heated to 150 ° C. and dried to remove residual methanol.
The polymethylsilsesquioxane particles thus obtained were measured for particle size by the Coulter method in the same manner as in (2), and as a result, the average particle size was 11.00 μm (CV value: 1.81%). .
[0058]
Comparative Example 2
The same operation as the operation described in (1) Preparation of seed particle forming liquid and (2) Formation of seed particles in Example 2 was performed.
As a result, polyorganosiloxane particles having an average particle size of 8.20 μm (CV value: 2.05%) were obtained, but 2.80 μm smaller than the target final particle size of 11.00 μm.
From Example 2, it can be seen that, in the present invention, polyorganosiloxane particles having a large particle diameter exceeding 10 μm can be produced. It can be seen that monodispersed polyorganosiloxane particles can be produced by adjusting the particle size in the order of nm.
[0059]
Example 3
(1) Preparation of seed particle forming liquid, (2) Formation of seed particles, (3) Preparation of particle size growth / control liquid, and (4) Growth and control of particle size
Half of the polymethylsilsesquioxane seed particle liquid obtained in (2) of Example 2 above, which did not reach the target final particle diameter, was carefully transferred to a 10000 ml separable flask equipped with a stirrer. Thereafter, the mixture was stirred at 30 rpm in a thermostat adjusted to 10 ° C. With respect to this solution, the particle size growth / control solution prepared in (3) of Example 2 was quantified at a rate of 50 ml / min (0.018 ml / min per 1 ml of the volume of the solution to be added). Dropping and mixing were started using a pump.
Until the particle size increased by 2.80 μm, the particle size growth was observed every 5 minutes by the Coulter method under the same conditions as in (2) of Example 2. It was found that the desired polymethylsilsesquioxane particles of 11.00 μm (CV value 1.88%) were obtained at the stage of adding 4800 ml of the particle size growth liquid from the start of the dropping.
[0060]
(5) Stopping the reaction
Immediately, the addition of the liquid for particle size growth / control was stopped, and a mixed solution of 15 g of 25% by mass aqueous ammonia and 35 g of ion-exchanged water was dropped by a quantitative pump, and ripening was performed at room temperature for 16 hours. When the obtained particles were observed with an optical microscope, generation of bubble particles was confirmed.
From Example 3, it can be seen that in the present invention, polyorganosiloxane particles having a large particle diameter exceeding 10 μm can be produced, and the particle diameter distribution is determined by comparing Example 3 with Comparative Example 2. It can be seen that monodispersed polyorganosiloxane particles can be produced by adjusting the particle size in the order of nm.
Further, according to the comparison between Example 2 and Example 3, when producing polyorganosiloxane particles having a large particle diameter, the rate of addition of the particle diameter growth / control solution is set to 0 with respect to 1 ml of the volume of the solution to be added. It can be seen that bubble particles are generated when the rate exceeds 0.01 ml / min.
[0061]
Example 4
After drying the polymethylsilsesquioxane particles having an average particle diameter of 3.00 μm obtained in Example 1, the temperature was raised from room temperature to 340 ° C. under the condition of an air flow rate of 1 liter / min. After preheating for 12 hours, the temperature was raised to 540 ° C., and the temperature was maintained for 12 hours for main firing to obtain silica particles. After the main firing, the temperature was cooled to room temperature, and the fired particles were taken out. Observation of the fired particles by the Coulter method revealed that the average particle size was 2.50 μm and the CV value was 2.10%.
[0062]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, polyorganosiloxane particles satisfying a relatively large particle size range (approximately 1 to 30 μm) and having a monodispersed particle size distribution can be obtained each time with a desired particle size. In addition, it can be produced in a short time with a high yield by a simple operation that does not require a dilution operation of the seed particle growth liquid or the like. The polyorganosiloxane particles obtained by this method are suitable as spacers for liquid crystal display devices and standard particles.
Further, according to the method of the present invention, the polyorganosiloxane particles obtained by the above method, by baking under specific conditions, has a particle size suitable as a liquid crystal display device spacer or standard particles, Moreover, silica particles having a highly monodispersed particle size distribution can be produced in a short time by a simple operation.

Claims (6)

一般式(I)
nSi(OR4−n …(I)
(式中、Rは非加水分解性基であって、炭素数1〜20のアルキル基、(メタ)アクリロイルオキシ基若しくはエポキシ基を有する炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基または炭素数7〜20のアラルキル基、Rは炭素数1〜6のアルキル基、nは1〜3の整数を示し、Rが複数ある場合、各Rはたがいに同一であっても異なっていてもよく、ORが複数ある場合、各ORはたがいに同一であっても異なっていてもよい。)
で表されるケイ素化合物を、触媒存在下で加水分解、縮合してポリオルガノシロキサン粒子からなるシード粒子を形成させた後、前記一般式(I)で表されるケイ素化合物またはその加水分解物を含む水性溶液を添加して、前記シード粒子の成長反応を行いつつ、連続的あるいは一定時間おきに粒径を測定し、目的粒径に達した時点で反応を停止させることを特徴とするポリオルガノシロキサン粒子の製造方法。
General formula (I)
R 1 nSi (OR 2 ) 4-n (I)
(Wherein, R 1 is a non-hydrolyzable group, and is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms having a (meth) acryloyloxy group or an epoxy group, and 2 to 20 carbon atoms. An alkenyl group, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, R 2 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, n is an integer of 1 to 3, and when there are a plurality of R 1 each R 1 may be different from one another identical, if OR 2 there are a plurality, each OR 2 may be different even identical to each other.)
Is hydrolyzed and condensed in the presence of a catalyst to form seed particles composed of polyorganosiloxane particles, and then the silicon compound represented by the general formula (I) or a hydrolyzate thereof is Adding an aqueous solution containing the seed particles, while continuously performing the growth reaction of the seed particles, measuring the particle diameter continuously or at regular intervals, and stopping the reaction when the target particle diameter is reached. A method for producing siloxane particles.
前記連続的あるいは一定時間おきに行われる粒径の測定が、反応溶液の一部を採取し、これと保護コロイド形成剤を接触させて反応溶液中の粒子に保護コロイドを形成させた後、コールター法で行われることを特徴とする請求項1に記載のポリオルガノシロキサン粒子の製造方法。The measurement of the particle size, which is performed continuously or at regular intervals, is performed by collecting a part of the reaction solution, contacting the protective solution with a protective colloid-forming agent to form the protective colloid on the particles in the reaction solution, The method for producing polyorganosiloxane particles according to claim 1, wherein the method is carried out by a method. ポリオルガノシロキサン粒子がポリメチルシルセスキオキサン粒子であることを特徴とする請求項1または2に記載のポリオルガノシロキサン粒子の製造方法。3. The method for producing polyorganosiloxane particles according to claim 1, wherein the polyorganosiloxane particles are polymethylsilsesquioxane particles. 粒径が10μmを超えるポリオルガノシロキサン粒子を得ようとする場合、ケイ素化合物またはその加水分解物を含む水性溶液の添加速度が、被添加溶液の体積1ミリリットルに対して0.01ミリリットル/分以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリオルガノシロキサン粒子の製造方法。When polyorganosiloxane particles having a particle size of more than 10 μm are to be obtained, the rate of addition of the aqueous solution containing the silicon compound or its hydrolyzate is 0.01 ml / min or less per 1 ml volume of the solution to be added. The method for producing polyorganosiloxane particles according to any one of claims 1 to 3, wherein 最終的に得られたポリオルガノシロキサン粒子の粒径が1〜30μm、変動係数が3%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリオルガノシロキサン粒子の製造方法。5. The method for producing polyorganosiloxane particles according to claim 1, wherein the particle size of the finally obtained polyorganosiloxane particles is 1 to 30 μm, and the coefficient of variation is 3% or less. Method. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法で得られたポリオルガノシロキサン粒子を、その中に含まれる有機基の分解温度より100℃低い温度以上で、かつ当該有機基の分解温度未満の範囲において予備焼成した後、当該有機基の分解温度以上の温度で焼成処理することを特徴とするシリカ粒子の製造方法。The polyorganosiloxane particles obtained by the method according to any one of claims 1 to 5, which are at least 100 ° C lower than the decomposition temperature of the organic group contained therein and lower than the decomposition temperature of the organic group. And baking at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the organic group.
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