JP2006160783A - Method for producing aqueous organic-inorganic hybrid particle dispersion - Google Patents

Method for producing aqueous organic-inorganic hybrid particle dispersion Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an aqueous organic-inorganic hybrid particle dispersion in which particles having a substantially equal particle size and a high degree of sphericity are stably dispersed. <P>SOLUTION: The method for producing an aqueous organic-inorganic hybrid particle dispersion comprises aging a mixture comprising (1) a polyvalent metal alkoxide or a hydrolytic condensation product of the polyvalent metal alkoxide, (2) a resin having an anionic group, (3) water or a water-miscible organic solvent and optionally a basic compound at room temperature or above, thereby advancing the hydrolytic condensation reaction of the polyvalent metal alkoxide or the hydrolytic condensation product thereof in the mixture; and then emulsifying the mixture in water to allow the polyvalent metal alkoxide or the hydrolytic condensation product of the polyvalent metal alkoxide in emulsified droplets to gelate. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、均一粒子径で分散の安定な有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles having a uniform particle size and stable dispersion.

従来、セラミック等の無機の粒子は増量、紫外線吸収、耐摩耗、光学・電磁気特性の付与等様々な用途で単独もしくは有機高分子等と複合して利用されている。一方、有機高分子粒子ではポリマーが持つ特性である柔軟性・密着性・加工性を利用して電子写真用トナーや艶消し、着色剤その他で利用されているが、無機粒子の前記特性や耐熱性、高弾性率、耐候性、耐溶剤性等の特性は得ることは難しい。そこで有機高分子と無機材料の優れた特性を有する材料を得るために両者のコンパウンドが利用されるが、一般に無機化合物と有機高分子の相溶性は十分でなく、多価金属アルコキシドを用いて種々の試みが成されているが、そもそも均一な複合材料である有機無機ハイブリッド材料を形成することが容易ではなく、ましてそのような材料からなる粒子を実用化するのは困難であった。   Conventionally, inorganic particles such as ceramics are used alone or in combination with organic polymers for various purposes such as increasing the amount, absorbing ultraviolet light, wear resistance, and imparting optical / electromagnetic properties. On the other hand, organic polymer particles are used in electrophotographic toners, matting agents, colorants, etc. by utilizing the flexibility, adhesion, and processability that are the characteristics of polymers. It is difficult to obtain properties such as properties, high elastic modulus, weather resistance, and solvent resistance. Therefore, in order to obtain materials having excellent properties of organic polymers and inorganic materials, both compounds are used, but in general, the compatibility between inorganic compounds and organic polymers is not sufficient, and various compounds using polyvalent metal alkoxides are used. However, it is not easy to form an organic-inorganic hybrid material that is a uniform composite material, and it has been difficult to put particles made of such a material into practical use.

有機無機ハイブリッド粒子の具体的な製造方法としては、例えば多価金属アルコキシドを含む膨潤溶媒でシード粒子を膨潤させた後、該多価金属アルコキシド中の不飽和二重結合により重合させ、次いで多価金属アルコキシドのアルコキシ基を加水分解及び縮合させる製造方法が用いられている(特許文献1参照)。しかし該製造方法において形成される粒子は、中心部分にシード粒子が配置されることになり、均一な内部構造を有するものではない。また膨潤処理やその後の重合等の操作、更には界面活性剤や分散剤の使用等製造工程が複雑で粒子径の制御は困難である。このため粒子は必ずしも球形とはならず、形状的にも物性的にも粒子に充分な均一性を持たせることは困難であった。粒径も1μmより小さいものを製造するのは困難であった。
特開平07−265686号公報
As a specific method for producing organic-inorganic hybrid particles, for example, seed particles are swollen with a swelling solvent containing a polyvalent metal alkoxide, and then polymerized by an unsaturated double bond in the polyvalent metal alkoxide, and then the polyvalent metal alkoxide is polymerized. A production method in which an alkoxy group of a metal alkoxide is hydrolyzed and condensed is used (see Patent Document 1). However, the particles formed in the manufacturing method have seed particles arranged in the central portion and do not have a uniform internal structure. In addition, the production process such as swelling treatment and subsequent polymerization, and the use of a surfactant and a dispersant is complicated, and it is difficult to control the particle size. For this reason, the particles are not necessarily spherical, and it has been difficult to give the particles sufficient uniformity in terms of shape and physical properties. It was difficult to produce a particle size smaller than 1 μm.
Japanese Patent Laid-Open No. 07-265686

本発明は、前記の有機無機ハイブリッド粒子に関する課題を解決するものである。
即ち本発明の目的は、分散が安定で高い球形度を有し、粒子径の揃った有機無機ハイブリッド粒子を容易に製造しうる製造方法を提供することである。
The present invention solves the problems related to the organic-inorganic hybrid particles.
That is, an object of the present invention is to provide a production method capable of easily producing organic-inorganic hybrid particles having stable dispersion, high sphericity, and uniform particle diameter.

上記目的は、以下の本発明によって達成される。
即ち、本発明は、(1)多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解縮合生成物と、(2)アニオン性基を有する樹脂と、(3)水または水混和性有機溶剤と、必要に応じて塩基性化合物とを含有する混合物を水中に乳化させ、乳化液滴中の多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解生成物をゲル化させる有機無機ハイブリッドの水性分散体の製造方法であって、前記混合物の乳化前に前記混合物を室温以上の温度でエージングすることを特徴とする有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法を提供する。
The above object is achieved by the present invention described below.
That is, the present invention requires (1) a polyvalent metal alkoxide or a hydrolysis condensation product of a polyvalent metal alkoxide, (2) a resin having an anionic group, and (3) water or a water-miscible organic solvent. A method for producing an aqueous dispersion of an organic-inorganic hybrid in which a mixture containing a basic compound is emulsified in water and the polyvalent metal alkoxide or hydrolysis product of the polyvalent metal alkoxide in the emulsion droplets is gelled In addition, the present invention provides a method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles, wherein the mixture is aged at room temperature or higher before emulsification of the mixture.

本発明のアニオン性基を有する樹脂と、多価金属アルコキシドの反応ゲルを含有する有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法から得られる有機無機ハイブリッド粒子は、有機成分と無機成分が均一に混在し,均一な粒子径を有し、かつ分散安定性に優れた水性分散体を形成する。さらに製造時の造粒性に優れ、粒子化が極めて容易であり、かつ高い球形度を有している。本発明の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法から得られる有機無機ハイブリッド粒子は、有機成分と無機成分が微細構造を有するドメインを形成し、研磨用粒子としての硬度の他に、耐摩耗性、耐熱性、高弾性率、耐候性、耐溶剤等従来の無機粒子の特徴と、柔軟性・密着性・加工性・造粒性等従来の有機粒子の特徴とを合わせ持っている。   The organic-inorganic hybrid particles obtained from the method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles containing a reaction gel of an anionic group and a polyvalent metal alkoxide according to the present invention have a uniform mixture of organic and inorganic components. Thus, an aqueous dispersion having a uniform particle size and excellent dispersion stability is formed. Furthermore, it has excellent granulation properties during production, is extremely easy to be granulated, and has a high sphericity. The organic-inorganic hybrid particles obtained from the method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles of the present invention form a domain in which the organic component and the inorganic component have a fine structure, and in addition to the hardness as abrasive particles, wear resistance It combines the characteristics of conventional inorganic particles such as flexibility, heat resistance, high elastic modulus, weather resistance, and solvent resistance with the characteristics of conventional organic particles such as flexibility, adhesion, workability, and granulation.

本発明における有機無機ハイブリッド粒子とは、有機高分子と無機高分子とが同一粒子内に均一に分布した複合体粒子であって、耐摩耗性、耐熱性等、無機高分子としての特性と、柔軟性等の有機高分子としての特性を併せ持つ粒子である。本発明の有機無機ハイブリッド粒子はアニオン性基を有する樹脂と多価金属アルコキシドの反応ゲルを含有した複合粒子である。ここで多価金属アルコキシドの反応ゲルとは、多価金属アルコキシドの加水分解と重合によって生成するゾルに、さらにその反応を進行させて形成される金属酸化物を含む湿潤ゲルまたは乾燥ゲルのことである。   The organic-inorganic hybrid particle in the present invention is a composite particle in which an organic polymer and an inorganic polymer are uniformly distributed in the same particle, and the properties as an inorganic polymer, such as wear resistance and heat resistance, It is a particle that also has characteristics as an organic polymer such as flexibility. The organic-inorganic hybrid particles of the present invention are composite particles containing a reaction gel of a resin having an anionic group and a polyvalent metal alkoxide. Here, the reaction gel of the polyvalent metal alkoxide is a wet gel or a dry gel containing a metal oxide formed by further proceeding with the sol formed by hydrolysis and polymerization of the polyvalent metal alkoxide. is there.

本発明の製造方法に使用する樹脂のアニオン性基は、カルボキシル基、スルホン酸基、スルフィン酸基、リン酸基、フェノール性水酸基等であって特に限定されるものではないが、このうちカルボキシル基を含有する樹脂は一般的なものが使用可能であり、後述する製造方法による有機無機ハイブリッド粒子化が容易となるため好ましい。
アニオン性基を有する樹脂としては天然樹脂、合成樹脂等特に制限はないが、後述の製造方法に対して好適な樹脂として、塩基性化合物が存在しない状態で有機溶剤可溶の樹脂が好ましく、具体的にはアクリル酸樹脂、マレイン酸樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられ、これらは複合粒子形成後に、必要に応じて公知の方法で三次元架橋を行う事が可能である。アクリル酸樹脂としては、例えばスチレン、置換スチレン、(メタ)アクリル酸エステル、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリル酸エステルからなる群から選ばれる少なくとも一つのモノマーと、(メタ)アクリル酸との共重合体は、樹脂の粒子化と多価金属イオンによる架橋の点で好適である。
The anionic group of the resin used in the production method of the present invention is not particularly limited and includes a carboxyl group, a sulfonic acid group, a sulfinic acid group, a phosphoric acid group, and a phenolic hydroxyl group. A general resin can be used, which is preferable because it makes it easy to form organic-inorganic hybrid particles by the production method described later.
The resin having an anionic group is not particularly limited, such as a natural resin and a synthetic resin, but a resin suitable for the production method described below is preferably a resin soluble in an organic solvent in the absence of a basic compound. Specifically, acrylic acid resin, maleic acid resin, polyester resin, epoxy resin, phenol resin and the like can be mentioned, and these can be subjected to three-dimensional crosslinking by a known method as necessary after formation of the composite particles. As the acrylic resin, for example, a copolymer of (meth) acrylic acid with at least one monomer selected from the group consisting of styrene, substituted styrene, (meth) acrylic acid ester, and hydroxyalkyl (meth) acrylic acid ester is It is preferable in terms of resin particle formation and crosslinking with polyvalent metal ions.

具体的にはスチレン;α−メチルスチレン等の置換スチレン;アクリル酸メチルエステル、アクリル酸エチルエステル、アクリル酸ブチルエステル、アクリル酸2−エチルヘキシルエステル等のアクリル酸エステル;メタクリル酸メチルエステル、メタクリル酸エチルエステル、メタクリル酸ブチルエステル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等のメタクリル酸エステル;及びメタクリル酸2−ヒドロキシエチル等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリル酸エステルから選ばれる少なくとも一つ以上のモノマーと、アクリル酸、メタクリル酸から選ばれる少なくとも一つ以上のモノマーを含む(メタ)アクリル酸系共重合体が好ましい。   Specifically, styrene; substituted styrene such as α-methylstyrene; acrylic acid methyl ester, acrylic acid ethyl ester, acrylic acid butyl ester, acrylic acid 2-ethylhexyl ester, and other acrylic acid esters; methacrylic acid methyl ester, ethyl methacrylate At least one monomer selected from esters, methacrylic acid esters such as butyl methacrylate and 2-ethylhexyl methacrylate; and hydroxyalkyl (meth) acrylates such as 2-hydroxyethyl methacrylate; and acrylic acid and methacrylic acid. A (meth) acrylic acid copolymer containing at least one monomer selected from acids is preferred.

アニオン性基を有する樹脂の酸価については特に限定されるものではないが、酸価が10未満では該樹脂の分散性が不足し易く、後述する製造方法における有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体形成が不十分となる傾向がある。酸価が200を越えると、同じく後述する製造方法において樹脂が水に膨潤や溶解しやすく、目的とする有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体が得にくくなる傾向がある。このためアニオン性基を有する樹脂の酸価は10〜200の範囲にあることが好ましい。特に50〜200の範囲にある自己水分散性樹脂の場合は、該樹脂のアニオン性基の一部が塩基により中和されることにより、水に対して良好な分散性あるいは溶解性を示すためより好ましい。
また樹脂の分子量範囲についても特に制限はないが、1000以上10万以下の分子量のものがより好ましい。樹脂と多価金属アルコキシドの比率は特に制限はないが、質量比で1:10〜10:1の範囲が好ましい。
The acid value of the resin having an anionic group is not particularly limited. However, when the acid value is less than 10, the resin tends to be insufficient in dispersibility, and an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles in the production method described later is formed. Tends to be insufficient. When the acid value exceeds 200, the resin tends to swell or dissolve in water in the production method described later, and it tends to be difficult to obtain a desired aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles. For this reason, it is preferable that the acid value of resin which has anionic group exists in the range of 10-200. In particular, in the case of a self-water dispersible resin in the range of 50 to 200, since a part of the anionic group of the resin is neutralized with a base, it exhibits good dispersibility or solubility in water. More preferred.
The molecular weight range of the resin is not particularly limited, but a resin having a molecular weight of 1000 or more and 100,000 or less is more preferable. The ratio of the resin to the polyvalent metal alkoxide is not particularly limited, but is preferably in the range of 1:10 to 10: 1 by mass ratio.

有機無機ハイブリッド粒子の硬度を高くする場合には、上記モノマーの組み合わせにおいて(メタ)アクリル酸エステルのようなガラス転移温度の低いモノマーを多量に使用することは好ましくなく、本発明の樹脂のガラス転移温度は室温以上、できれば50℃以上が好適である。
本発明の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法に用いる前記樹脂は、有機無機のハイブリッド化によって強度の大きい粒子が得られるが、あらかじめ架橋性モノマーと開始剤又は触媒を有機無機ハイブリッド粒子に取り込み、粒子化後に架橋するか、好ましくは、有機無機ハイブリッド粒子化時に多価金属イオンを取り込んで、アニオン性基を有する樹脂のアニオン性基の一部を架橋させたいわゆるアイオノマー樹脂化をさせることによって、より強靱な有機無機ハイブリッド粒子とする事が出来る。
When increasing the hardness of the organic-inorganic hybrid particles, it is not preferable to use a large amount of a monomer having a low glass transition temperature, such as (meth) acrylic acid ester, in the combination of the above monomers, and the glass transition of the resin of the present invention. The temperature is preferably room temperature or higher, preferably 50 ° C. or higher.
The resin used in the method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles of the present invention can obtain particles having high strength by organic-inorganic hybridization. However, a crosslinkable monomer and an initiator or a catalyst are previously used as organic-inorganic hybrid particles. Incorporating and cross-linking after particle formation, or preferably taking polyvalent metal ions when forming organic-inorganic hybrid particles to form a so-called ionomer resin in which a part of the anionic group of the resin having an anionic group is cross-linked Thus, it can be made tougher organic-inorganic hybrid particles.

本発明の製造法補で使用する多価金属アルコキシドの金属としては2価以上の多価金属で、ケイ素、チタニウム、ジルコニウム、セリウム、カルシウム、バリウム、マンガン、亜鉛、ニッケル、スズ、銅、鉄、コバルト、ホウ素、アルミニウム、タングステン、ビスマス、モリブデン、ニオブ、イットリウム、ストロンチウム、ガリウム、ゲルマニウムなどがあるがこれらに限定されるものではなく、少なくとも1種類以上含むことができる。
前記の金属と組み合わせるアルコキシドとしては、金属に対して少なくとも一つ以上のアルコキシ基(OR)が結合し、アルコキシ基(OR)のRはアルキル基・アルキレン基・アリル基・ビニル基・ビニルベンジル基、(メタ)アクリレート基等任意に選択すればよいが、炭素数1〜4のアルキル基が一般的で利用しやすい。また金属には、直接他の官能基が結合してもよく、一例として水酸基、アルキル基、アルキレン基・アリル基・ビニル基・ビニルベンジル基、(メタ)アクリレート基、カルボキシル基、アセチルアセトン基・アセト酢酸エステル基等の配位子等がある。金属に結合する官能基が全てアルコキシ基の場合は、多価金属アルコキシドの加水分解重縮合によってシロキサン結合のみからなる無機高分子鎖を形成することが可能であり、無機化合物としての特性をより高く発現させることができるため好ましい。具体的な化合物例としては以下があるがこれらに限られたものではない。
The metal of the polyvalent metal alkoxide used in the production method supplement of the present invention is a divalent or higher polyvalent metal, such as silicon, titanium, zirconium, cerium, calcium, barium, manganese, zinc, nickel, tin, copper, iron, Although there are cobalt, boron, aluminum, tungsten, bismuth, molybdenum, niobium, yttrium, strontium, gallium, germanium, and the like, it is not limited to these, and at least one kind can be included.
As the alkoxide combined with the metal, at least one alkoxy group (OR) is bonded to the metal, and R of the alkoxy group (OR) is an alkyl group, an alkylene group, an allyl group, a vinyl group, or a vinylbenzyl group. , A (meth) acrylate group or the like may be selected arbitrarily, but an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is common and easy to use. In addition, other functional groups may be directly bonded to the metal. For example, a hydroxyl group, an alkyl group, an alkylene group, an allyl group, a vinyl group, a vinylbenzyl group, a (meth) acrylate group, a carboxyl group, an acetylacetone group, an acetoacetate group. There are ligands such as acetate groups. When all the functional groups bonded to the metal are alkoxy groups, it is possible to form inorganic polymer chains consisting only of siloxane bonds by hydrolytic polycondensation of polyvalent metal alkoxides, resulting in higher properties as inorganic compounds. It is preferable because it can be expressed. Specific examples of the compound include, but are not limited to, the following.

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本発明の製造方法においては、(1)多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解縮合生成物と、(2)アニオン性基を有する樹脂と、(3)水または水混和性有機溶剤と、必要に応じて塩基性化合物とを含有する混合物を水中に乳化させ、乳化液滴中の多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解生成物をゲル化させる有機無機ハイブリッドの水性分散体の製造方法であって、前記混合物の乳化前に前記混合物を室温以上の温度でエージングすることを特徴とする。   In the production method of the present invention, (1) a polyvalent metal alkoxide or a hydrolysis condensation product of a polyvalent metal alkoxide, (2) a resin having an anionic group, and (3) water or a water-miscible organic solvent An aqueous dispersion of an organic-inorganic hybrid that emulsifies a mixture containing a basic compound as necessary in water and gels the polyvalent metal alkoxide or the hydrolysis product of the polyvalent metal alkoxide in the emulsion droplets. In the production method, the mixture is aged at a temperature of room temperature or higher before emulsification of the mixture.

エージングは室温,好ましくは60℃以上100℃以下の加熱を行ってエージングを行う。好適なエージング時間は1時間〜48時間であり,温度条件によって最適な時間を選択すればよい。この時,ゲル化が進行しすぎないように注意をする。
エージングによって多価金属アルコキシドの加水分解と縮合、または多価金属アルコキシドのさらなる加水分解と縮合が進行する。このためこれら多価金属アルコキシド等とアニオン性基を有する樹脂と、水または水混和性有機溶剤を含有する混合物中に、金属酸化物ゾルを含んだ多価金属アルコキシドの加水分解縮合生成物が豊富に生成され、しかもこれらはアニオン性基を有する樹脂と極めて親和性が高く乳化前の混合物中でアニオン性基を有する樹脂と予め均一に混合される。このため乳化によって形成される乳化液滴中においても、アニオン性基を有する樹脂と多価金属アルコキシドの加水分解縮合物が均一に混合された状態となっており、前記加水分解縮合生成物の重縮合がさらに進んでゲル化が進行し、液滴中の溶剤を留去したときに樹脂成分と無機材料成分が均一に混合した有機無機ハイブリッド粒子が形成される。また未反応の多価金属アルコキシド量を極力低下させることにより、以後の加水分解生成物の縮合によってより完全な無機材料部分が形成される。
Aging is performed by heating at room temperature, preferably 60 ° C. or more and 100 ° C. or less. A suitable aging time is 1 hour to 48 hours, and an optimum time may be selected according to temperature conditions. At this time, care should be taken so that gelation does not proceed excessively.
Aging causes hydrolysis and condensation of the polyvalent metal alkoxide, or further hydrolysis and condensation of the polyvalent metal alkoxide. For this reason, a mixture containing a polyvalent metal alkoxide, a resin having an anionic group, and water or a water-miscible organic solvent is rich in hydrolytic condensation products of a polyvalent metal alkoxide containing a metal oxide sol. In addition, they have a high affinity with a resin having an anionic group and are uniformly mixed with a resin having an anionic group in a mixture before emulsification in advance. For this reason, even in the emulsified droplets formed by emulsification, the hydrolysis condensate of the resin having an anionic group and the polyvalent metal alkoxide is uniformly mixed. Condensation further proceeds and gelation proceeds, and when the solvent in the droplets is distilled off, organic-inorganic hybrid particles in which the resin component and the inorganic material component are uniformly mixed are formed. Further, by reducing the amount of the unreacted polyvalent metal alkoxide as much as possible, a more complete inorganic material portion is formed by subsequent condensation of the hydrolysis product.

前記混合物中に含有されるアニオン性基を有する樹脂を溶解するための水混和性有機溶剤としては、例えばアセトン、ジメチルケトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶剤、酢酸エチルエステル等のエステル系溶剤、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル等のグリコールエーテル系溶剤、アミド類等、樹脂を溶解して単独あるいは他の有機溶剤との組合せで水混和性があるものであれば使用可能である。樹脂成分がアクリル系樹脂の場合にはケトン系溶剤とアルコール系から、それぞれ少なくとも1種類以上を選んで組み合わせて用いることにより良好な水性分散体を得ることができる。このように、乳化時に多価金属アルコキシドの加水分解を抑制し、縮重合が進んでゲル化が進行する前に樹脂と多価金属アルコキシドが均一に混じるようにするためにアルコールを併用しても良い。
かかる有機溶剤の使用量は、本発明における効果を達成すれば特に規定されないが、樹脂/該有機溶剤の重量比が1/1〜1/20となるような量が好ましい。
前記したアルコールアミン(塩基)やアルコール(有機溶剤)以外の加水分解抑制剤として、例えば、アセチルアセトン・アセト酢酸エステル・ジアセト酢酸アルキルエステルの如きキレート化剤、アセトイン、ジエチレングリコール・ポリエチレングリコール等のポリオールが好適である。
Examples of the water-miscible organic solvent for dissolving the resin having an anionic group contained in the mixture include ketone solvents such as acetone, dimethyl ketone, and methyl ethyl ketone, and alcohol solvents such as methanol, ethanol, and isopropyl alcohol. , Ester solvents such as ethyl acetate, glycol ether solvents such as ethylene glycol monomethyl ether and ethylene glycol dimethyl ether, amides, etc., which are miscible with water alone or in combination with other organic solvents Can be used. When the resin component is an acrylic resin, a good aqueous dispersion can be obtained by using a combination of at least one or more of ketone solvents and alcohols. In this way, the hydrolysis of the polyvalent metal alkoxide is suppressed during emulsification, and the resin and the polyvalent metal alkoxide can be used in combination to allow the resin and the polyvalent metal alkoxide to be uniformly mixed before the condensation polymerization proceeds and the gelation proceeds. good.
The amount of the organic solvent used is not particularly defined as long as the effect of the present invention is achieved, but is preferably an amount such that the weight ratio of resin / organic solvent is 1/1 to 1/20.
As hydrolysis inhibitors other than the alcohol amine (base) and alcohol (organic solvent) described above, for example, chelating agents such as acetylacetone, acetoacetate ester, diacetoacetate alkyl ester, and polyols such as acetoin, diethylene glycol and polyethylene glycol are suitable. It is.

前記混合物のエージングを行った後、混合物を水中に乳化させる。本発明で使用するアニオン性基を含んだ樹脂中のアニオン性基は、その少なくとも一部が、塩基性化合物と対イオンを形成していると、より有機無機ハイブリッド粒子の分散安定性が優れており、乳化しやすく、良好な水性分散体を形成することができる。
このため前記樹脂中のアニオン性基の少なくとも一部が一価の塩基と対イオンを形成することにより粒子表面が親水性となることが好ましい。ここでいう一価の塩基としては、例えばリチウム・カリウム・ナトリウム等のアルカリ金属、アンモニア、有機アミン・アルコールアミン・モルホリン・ピリジン等の有機塩基等があるが、一般に塩基も多価金属アルコキシドに対して加水分解触媒として作用するので、加水分解触媒でありながら多価金属アルコキシドの急激な加水分解を抑制する効果を有するモノエタノールアミン・ジエタノールアミン・トリエタノールアミン等のアルコールアミンを用いる方が,乳化時に樹脂と多価
金属オキシドがより均一に混じるようになるため好ましい。本発明の有機無機ハイブリッド粒子を特に半導体等に使用する場合にはアルカリ金属イオン成分はなるべく少なくし、アルコールアミン等を用いた方が、金属イオンの残留による半導体特性への悪影響を排除できるので好ましい。
After aging the mixture, the mixture is emulsified in water. The anionic group in the resin containing an anionic group used in the present invention is more excellent in dispersion stability of the organic-inorganic hybrid particles when at least a part thereof forms a counter ion with the basic compound. It is easy to emulsify and can form a good aqueous dispersion.
For this reason, it is preferable that at least a part of the anionic group in the resin forms a counter ion with a monovalent base so that the particle surface becomes hydrophilic. Examples of the monovalent base herein include alkali metals such as lithium, potassium, and sodium, and organic bases such as ammonia and organic amines, alcohol amines, morpholines, and pyridines. Therefore, it is better to use alcohol amines such as monoethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine, which have the effect of suppressing rapid hydrolysis of polyvalent metal alkoxides while being a hydrolysis catalyst, during emulsification. This is preferable because the resin and the polyvalent metal oxide are mixed more uniformly. When the organic / inorganic hybrid particles of the present invention are used particularly for semiconductors, it is preferable to reduce the alkali metal ion component as much as possible, and to use alcohol amine or the like because the adverse effects on the semiconductor characteristics due to residual metal ions can be eliminated. .

一価の塩基の使用量は、樹脂のアニオン性基の10%以上好ましくは50モル%以上に相当する量を用いるのがよく、使用目的によって必要であれば100モル%以上に相当する量の塩基を添加しておいても、遊離塩基量が増加し微粒径で安定した有機無機ハイブリッド粒子の水分散体が得られる。
一方、一価塩基の加える量を少なくすると、有機無機ハイブリッド粒子の粒子径をより大きくすることができる。このように一価塩基量の調節により粒子径が均一で、任意の粒子径の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体が得られる。
The amount of the monovalent base used should be an amount corresponding to 10% or more, preferably 50 mol% or more of the anionic group of the resin, and an amount corresponding to 100 mol% or more if necessary depending on the purpose of use. Even when a base is added, an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles that are stable in a fine particle size with an increased free base amount can be obtained.
On the other hand, when the amount of the monovalent base added is reduced, the particle diameter of the organic-inorganic hybrid particles can be increased. Thus, by adjusting the amount of monovalent base, an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles having a uniform particle size and an arbitrary particle size can be obtained.

本発明の製造方法では、(1)多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解縮合生成物と、(2)アニオン性基を有する樹脂と、(3)水または水混和性有機溶剤と、必要に応じて塩基性化合物を含有する混合物を製造し、該混合物のエージングと乳化を経て有機無機ハイブリッド粒子を製造するが、該混合物の構成や作製方法、該混合物の乳化方法については、幾つかの方法を用いることが可能である。   In the production method of the present invention, (1) a polyvalent metal alkoxide or a hydrolysis condensation product of a polyvalent metal alkoxide, (2) a resin having an anionic group, (3) water or a water-miscible organic solvent, If necessary, a mixture containing a basic compound is produced, and organic-inorganic hybrid particles are produced through aging and emulsification of the mixture, but there are some examples of the composition and production method of the mixture, and the emulsification method of the mixture. It is possible to use this method.

A)例えば(1)多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解生成物、(2)アニオン性基を有する樹脂、及び(3)水混和性有機溶剤を含有した混合物を作製し、該混合物のエージングを行った後、塩基性化合物存在下に、前記混合物に水を加えて乳化を行い、有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体を製造する方法を用いることができる。該方法は塩基性化合物の添加量で粒子径を制御できるため好ましい。 A) For example, a mixture containing (1) a polyvalent metal alkoxide or a hydrolysis product of a polyvalent metal alkoxide, (2) a resin having an anionic group, and (3) a water-miscible organic solvent is prepared. After aging, a method of producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles by adding water to the mixture and emulsifying in the presence of a basic compound can be used. This method is preferable because the particle size can be controlled by the addition amount of the basic compound.

前記製造方法はより具体的には以下のように行うことができる
a)先ず、アニオン性基を有する樹脂と多価金属アルコキシドを水混和性有機溶剤溶液に溶解する。次に,多価金属アルコキシドを加水分解させるために,水または,酸またはアルカリ触媒を適当量加える。酸触媒は公知のものが使用可能であるがアニオン性基を有する樹脂は酸触媒としても機能する。アルカリ触媒は公知のものが使用されるが,水性分散体とするための乳化用塩基を使用しても良い。
エージング後,アニオン性基を有する樹脂と多価金属アルコキシドの水混和性有機溶剤溶液に,塩基と水を加えて乳化させる。具体的には、アニオン性基を有する樹脂を水混和性有機溶剤溶液に溶解し、この時点で必要に応じて無機又は有機の不溶性の粒子を混練によって分散し、その後塩基を添加して,その後、水を少しずつ加えて樹脂を乳化させて樹脂と多価金属アルコキシド反応ゲルの複合粒子化を行う。多価金属アルコキシド反応ゲルはそのままでもアニオン性基を有する樹脂中で加水分解や重縮合反応してゲル化が進行して有機無機ハイブリッド粒子となるが、有機溶剤を留去することによって一層ゲル化が進行して強固な有機無機ハイブリッド粒子となる。この時、更にオートクレーブ等で高温環境に置くことで、金属酸化物を含有する、より強固な有機無機ハイブリッド粒子となる。
More specifically, the production method can be carried out as follows: a) First, a resin having an anionic group and a polyvalent metal alkoxide are dissolved in a water-miscible organic solvent solution. Next, in order to hydrolyze the polyvalent metal alkoxide, an appropriate amount of water, acid or alkali catalyst is added. A known acid catalyst can be used, but a resin having an anionic group also functions as an acid catalyst. Known alkali catalysts are used, but an emulsifying base for making an aqueous dispersion may be used.
After aging, a base and water are added and emulsified in a water-miscible organic solvent solution of a resin having an anionic group and a polyvalent metal alkoxide. Specifically, a resin having an anionic group is dissolved in a water-miscible organic solvent solution, and inorganic or organic insoluble particles are dispersed by kneading as necessary at this point, after which a base is added, and then Then, water is added little by little to emulsify the resin to form composite particles of the resin and the polyvalent metal alkoxide reaction gel. Even if the polyvalent metal alkoxide reaction gel remains as it is, it undergoes hydrolysis or polycondensation reaction in a resin having an anionic group, and gelation proceeds to form organic-inorganic hybrid particles, but it becomes more gelled by distilling off the organic solvent. Progresses to strong organic-inorganic hybrid particles. At this time, by placing it in a high-temperature environment with an autoclave or the like, stronger organic-inorganic hybrid particles containing a metal oxide are obtained.

さらに、乳化前の混合物を作製する他の方法、該混合物を乳化させる他の方法を用いた有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法として以下があげられる。
(B)酸触媒または塩基触媒を含有する水または水混和性有機溶剤中に、多価金属アルコキシドまたはその加水分解縮合生成物を加えて混合物を作製し、適当な時間・温度で加水分解する。その後アニオン性基を有する樹脂または樹脂溶液を加えて溶解する。さらに塩基と水を少しずつ加えて樹脂を乳化して、多価金属アルコキシド及びその加水分解縮合生成物を含む乳化液滴を作製し、該液的中の溶剤を留去して樹脂粒子中に多価金属アルコキシドの反応ゲルを有する有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体を作製する。
Furthermore, the following can be given as a method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles using another method for preparing a mixture before emulsification and another method for emulsifying the mixture.
(B) A polyvalent metal alkoxide or a hydrolysis condensation product thereof is added to water or a water-miscible organic solvent containing an acid catalyst or a base catalyst to prepare a mixture, which is then hydrolyzed at an appropriate time and temperature. Thereafter, a resin having an anionic group or a resin solution is added and dissolved. Furthermore, a base and water are added little by little to emulsify the resin to produce an emulsified droplet containing the polyvalent metal alkoxide and its hydrolysis condensation product, and the solvent in the liquid is distilled off into the resin particles. An aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles having a polyvalent metal alkoxide reaction gel is prepared.

(C)アニオン性基を有する樹脂の、少なくとも一部のアニオン性基が塩基で中和された樹脂を溶解した水溶液中で、必要に応じてアルコールを加えて混合物を作製し、該混合物中で、多価金属アルコキシドまたはその加水分解縮合生成物の加水分解、または加水分解と縮合を行う。必要に応じて水を加えて希釈し、その後該混合物中の樹脂の溶解度を低下させることにより、樹脂と多価金属アルコキシドの加水分解縮合生成物を含有する乳化液滴を作製する。樹脂の溶解度を低下させる具体的方法としては、予めアンモニア等の揮発性塩基を用いて該揮発性成分の少なくとも一部を留去するか、酸を加えてpHを低下する方法を用いることができる。
いずれの方法を用いる場合にも、多価金属アルコキシドまたはその加水分解縮合生成物とアニオン性基を有する樹脂を含有する混合物に対して、その乳化前に加水分解、または加水分解と縮合のための充分なエージングを行うことが重要である。
(C) In an aqueous solution of a resin having an anionic group, in which at least a part of the anionic group is neutralized with a base, an alcohol is added as necessary to prepare a mixture, , Hydrolysis of polyvalent metal alkoxide or its hydrolysis condensation product, or hydrolysis and condensation. Emulsified droplets containing the hydrolysis condensation product of the resin and the polyvalent metal alkoxide are prepared by diluting with water as necessary, and then reducing the solubility of the resin in the mixture. As a specific method for reducing the solubility of the resin, a method in which at least a part of the volatile component is distilled off in advance using a volatile base such as ammonia or the pH is lowered by adding an acid can be used. .
In any of the methods, a mixture containing a polyvalent metal alkoxide or a hydrolysis-condensation product thereof and a resin having an anionic group is subjected to hydrolysis before hydrolysis, or hydrolysis and condensation. It is important to perform sufficient aging.

上記製造方法によって得られた有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体をさらに加熱し、ゲル化をさらに進行させてから液体成分を少なくとも一部を除去して有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体あるいは粉体粒子を製造することもできる。得られた有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の加熱は、未反応の多価金属アルコキシドを更に有機無機ハイブリッド粒子の表面に加水分解生成物として積層し、成分の傾斜構造を有する有機無機ハイブリッド粒子とすることが可能となる。一方、未反応の多価金属アルコキシドを除去することにより、水性分散体の分散安定性を極めて向上させることができ、また傾斜構造を持たない均一な内部構造を有する有機無機ハイブリッド粒子を製造するこができる。
なお必要に応じて樹脂を不溶化する前の任意の段階で架橋剤を添加してもよい。
The aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles obtained by the above production method is further heated to further proceed with gelation, and then at least part of the liquid component is removed to obtain an aqueous dispersion or powder particles of organic-inorganic hybrid particles. Can also be manufactured. The aqueous dispersion of the obtained organic-inorganic hybrid particles is heated by further laminating unreacted polyvalent metal alkoxide as a hydrolysis product on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, It becomes possible to do. On the other hand, by removing unreacted polyvalent metal alkoxide, the dispersion stability of the aqueous dispersion can be greatly improved, and organic-inorganic hybrid particles having a uniform internal structure having no inclined structure can be produced. Can do.
In addition, you may add a crosslinking agent in the arbitrary steps before insolubilizing resin as needed.

上記製造方法によって得られた有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体をさらに加熱し、ゲル化をさらに進行させてから液体成分を除去して有機無機ハイブリッド粒子を製造することもできる。   The organic-inorganic hybrid particles can also be produced by further heating the aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles obtained by the production method described above to further promote gelation and then removing the liquid component.

前記エージングに加えて,得られた有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の加熱により、多価金属アルコキシドのゲル化を完了させる工程を有する有機無機ハイブリッド粒子の製造方法により更に安定した分散が得られる。
得られた有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体から、有機溶剤または未反応の多価金属アルコキシドを除去させる工程を有する有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法により更に安定した分散が得られる。
本発明においては、別途用意された無機または有機粒子をコアにして表面を本発明のハイブリッド体で被覆して粒子化をより容易に行わせたり、コストを下げたりすることもできる。
In addition to the aging, heating of the obtained aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles provides a more stable dispersion by the method for producing organic-inorganic hybrid particles having a step of completing the gelation of the polyvalent metal alkoxide.
A more stable dispersion can be obtained by the method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles having a step of removing an organic solvent or unreacted polyvalent metal alkoxide from the obtained aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles.
In the present invention, the inorganic or organic particles prepared separately can be used as a core, and the surface can be coated with the hybrid of the present invention to facilitate particle formation or reduce the cost.

前記製造方法で得られた有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体は、そのまま分散体として利用することもできるが、水や有機溶剤等の液体成分を完全に除いて粉体として用いても良い。また粉体を更に数百度以上の温度で焼成したり、有機成分を湿式酸化したり、有機溶剤で可溶成分を除去することによって非常に多孔質で表面活性の大きい無機粒子が得られる。特に使用した多価金属アルコキシドとは異なる元素の多価金属イオンで粒子がイオン架橋された有機無機ハイブリッド粒子の焼成は、異種金属が均一にドープされた多孔質の無機粒子を容易に得ることが可能になる。
前記した製造方法に準じて得た有機無機ハイブリッド粒子からなる研磨用粒子を含む水性分散体は、これをそのまま水性の研磨剤スラリーとして用いる場合は出来るだけ乳化後に水より低い沸点を有する有機溶剤を除去する工程を導入して調製しておくことが望ましく、これによって研磨用粒子の溶解・膨潤がなくなり、優れた研磨能力と安定した水性分散体が得られる。
本発明により得られる有機無機ハイブリッド粒子および有機無機ハイブリッド粒子から有機成分を除去して得られる無機粒子は、例えばスペーサー、液体クロマトグラフィー充填剤、化粧品、樹脂組成物、塗料、磁性材料、臨床診断薬等の幅広い分野で好適に使用され得る。
The aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles obtained by the above production method can be used as a dispersion as it is, but it may be used as a powder by completely removing liquid components such as water and organic solvent. Further, extremely porous inorganic particles having high surface activity can be obtained by further baking the powder at a temperature of several hundred degrees or more, wet-oxidizing organic components, or removing soluble components with an organic solvent. In particular, firing of organic-inorganic hybrid particles in which particles are ion-crosslinked with polyvalent metal ions of an element different from the polyvalent metal alkoxide used can easily obtain porous inorganic particles uniformly doped with different metals. It becomes possible.
An aqueous dispersion containing abrasive particles composed of organic-inorganic hybrid particles obtained in accordance with the above-described production method, when used as it is as an aqueous abrasive slurry, an organic solvent having a boiling point lower than that of water as much as possible after emulsification. It is desirable to prepare by introducing a step of removing, whereby the dissolution and swelling of the abrasive particles are eliminated, and an excellent polishing ability and a stable aqueous dispersion can be obtained.
Organic-inorganic hybrid particles obtained by the present invention and inorganic particles obtained by removing organic components from organic-inorganic hybrid particles include, for example, spacers, liquid chromatography fillers, cosmetics, resin compositions, paints, magnetic materials, clinical diagnostic agents It can be suitably used in a wide range of fields.

次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。尚、以下の実施例中における「部」は『質量部』を表わす。
(実施例1)
スチレンアクリル酸樹脂(スチレン/アクリル酸/メタアクリル酸=77/13/10;酸価150;分子量5万)8部とアセチルアセトンアルミニウム塩1部をメチルエチルケトン20部,イソプロピルアルコール10部,アセチルアセトン10部に溶解する。得られた樹脂溶液にテトラエトキシシランSi(O−C20部を溶解し、さらにトリエタノールアミン1部を加えて室温で24時間攪拌する。
次に,10%トリエタノールアミン水溶液30部を撹拌しながら加え,次いで純水30部を毎分5mlの速度で滴下し、分散液を得た。その後ロータリーエバポレーターを用いてメチルエチルケトンとイソプロピルアルコールと水の一部と未反応のテトラエトキシシランを留去して水分散体を得た。
得られた水分散体を遠心分離で粗大粒子を除去して有機無機ハイブリッド粒子水性分散体とした。得られた水性分散体は経時的な粘度上昇もなく安定であった。得られた水性媒体中の有機無機ハイブリッド粒子の体積平均粒径は180nmで、球形度が良好であり粒径の均一性が良く、沈降物も無く分散は安定であった。
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. In the following examples, “part” represents “part by mass”.
Example 1
8 parts of styrene acrylic acid resin (styrene / acrylic acid / methacrylic acid = 77/13/10; acid value 150; molecular weight 50,000) and 1 part of acetylacetone aluminum salt into 20 parts of methyl ethyl ketone, 10 parts of isopropyl alcohol and 10 parts of acetylacetone Dissolve. 20 parts of tetraethoxysilane Si (O—C 2 H 5 ) 4 is dissolved in the obtained resin solution, 1 part of triethanolamine is further added, and the mixture is stirred at room temperature for 24 hours.
Next, 30 parts of a 10% triethanolamine aqueous solution was added with stirring, and then 30 parts of pure water was added dropwise at a rate of 5 ml per minute to obtain a dispersion. Thereafter, methyl ethyl ketone, isopropyl alcohol, a part of water and unreacted tetraethoxysilane were distilled off using a rotary evaporator to obtain an aqueous dispersion.
The obtained aqueous dispersion was centrifuged to remove coarse particles to obtain an organic-inorganic hybrid particle aqueous dispersion. The obtained aqueous dispersion was stable with no increase in viscosity over time. The organic-inorganic hybrid particles in the obtained aqueous medium had a volume average particle size of 180 nm, good sphericity, good uniformity of particle size, no sediment, and stable dispersion.

(比較例1)
実施例1において室温で24時間攪拌をせず直ちに,10%トリエタノールアミン水溶液30部を撹拌しながら加え,次いで純水30部を毎分5mlの速度で滴下し、分散液を得た。その後ロータリーエバポレーターを用いてメチルエチルケトンとイソプロピルアルコールと水の一部と未反応のテトラエトキシシランを留去して水分散体を得た。
得られた水分散体を遠心分離で粗大粒子を除去して有機無機ハイブリッド粒子水性分散体とした。得られた有機無機ハイブリッド粒子の体積平均粒径は180nmで粒径の均一性が良く、沈降物も無かったが2日後に全体がゲル化した。
(Comparative Example 1)
Immediately without stirring for 24 hours at room temperature in Example 1, 30 parts of a 10% triethanolamine aqueous solution was added with stirring, and then 30 parts of pure water was added dropwise at a rate of 5 ml / min to obtain a dispersion. Thereafter, methyl ethyl ketone, isopropyl alcohol, a part of water and unreacted tetraethoxysilane were distilled off using a rotary evaporator to obtain an aqueous dispersion.
The obtained aqueous dispersion was centrifuged to remove coarse particles to obtain an organic-inorganic hybrid particle aqueous dispersion. The obtained organic-inorganic hybrid particles had a volume average particle size of 180 nm and good particle size uniformity, and there was no sediment, but the whole gelled after 2 days.

(実施例2)
スチレンアクリル酸樹脂(スチレン/アクリル酸/メタアクリル酸=77/13/10;酸価150;分子量5万)5部とアセチルアセトンセリウム塩0.2部をメチルエチルケトン20部,イソプロピルアルコール20部,アセチルアセトン2部に溶解する。得られた樹脂溶液にテトラエトキシシランSi(O−C30部を溶解し、さらにトリエタノールアミン1部を加えて60℃6時間加温する。室温に戻して,トリエタノールアミン1部を撹拌しながら加え,次いで純水40部を毎分5mlの速度で滴下し、分散液を得た。その後ロータリーエバポレーターを用いてメチルエチルケトンとイソプロピルアルコールと水の一部と未反応のテトラエトキシシランを留去して水分散体を得た。
得られた水分散体を遠心分離で粗大粒子を除去して有機無機ハイブリッド粒子水性分散体とした。得られた水性分散体は経時的な粘度上昇もなく安定であった。得られた水性媒体中の有機無機ハイブリッド粒子の体積平均粒径は200nmで、良好な球形度を有し粒径の均一性が良く、沈降物も無く分散は安定であった。
(Example 2)
5 parts of styrene acrylic acid resin (styrene / acrylic acid / methacrylic acid = 77/13/10; acid value 150; molecular weight 50,000) and 0.2 part of acetylacetone cerium salt, 20 parts of methyl ethyl ketone, 20 parts of isopropyl alcohol, acetylacetone 2 Dissolve in part. 30 parts of tetraethoxysilane Si (O—C 2 H 5 ) 4 is dissolved in the obtained resin solution, 1 part of triethanolamine is further added, and the mixture is heated at 60 ° C. for 6 hours. After returning to room temperature, 1 part of triethanolamine was added with stirring, and then 40 parts of pure water was added dropwise at a rate of 5 ml / min to obtain a dispersion. Thereafter, methyl ethyl ketone, isopropyl alcohol, a part of water and unreacted tetraethoxysilane were distilled off using a rotary evaporator to obtain an aqueous dispersion.
The obtained aqueous dispersion was centrifuged to remove coarse particles to obtain an organic-inorganic hybrid particle aqueous dispersion. The obtained aqueous dispersion was stable with no increase in viscosity over time. The organic-inorganic hybrid particles in the obtained aqueous medium had a volume average particle size of 200 nm, good sphericity, good particle size uniformity, no sediment, and stable dispersion.

(比較例2)
実施例2において60℃6時間加温を省略して,トリエタノールアミン1部を撹拌しながら加え,次いで純水40部を毎分5mlの速度で滴下し、分散液を得た。その後ロータリーエバポレーターを用いてメチルエチルケトンとイソプロピルアルコールと水の一部と未反応のテトラエトキシシランを留去して水分散体を得た。
得られた水分散体を遠心分離で粗大粒子を除去して有機無機ハイブリッド粒子水性分散体とした。得られた有機無機ハイブリッド粒子の体積平均粒径は初期的には200nmで粒径の均一性が良く、沈降物も無かったが,3日後に水性分散体の粘度が上昇し,ゲル化した。
(Comparative Example 2)
In Example 2, heating was omitted at 60 ° C. for 6 hours, 1 part of triethanolamine was added with stirring, and then 40 parts of pure water was added dropwise at a rate of 5 ml / min to obtain a dispersion. Thereafter, methyl ethyl ketone, isopropyl alcohol, a part of water and unreacted tetraethoxysilane were distilled off using a rotary evaporator to obtain an aqueous dispersion.
The obtained aqueous dispersion was centrifuged to remove coarse particles to obtain an organic-inorganic hybrid particle aqueous dispersion. The obtained organic-inorganic hybrid particles had an initial volume average particle size of 200 nm and good particle size uniformity and no sediment, but after 3 days the viscosity of the aqueous dispersion increased and gelled.

(実施例3)
スチレンアクリル酸樹脂(スチレン/アクリル酸/メタアクリル酸=77/13/10;酸価150;分子量5万)5部をメチルエチルケトン20部,イソプロピルアルコール20部に溶解する。得られた樹脂溶液にテトラエトキシシランSi(O−C30部を溶解し、さらに水10部を加えて60℃で3時間還流する。
室温に戻して,更に30℃24時間保存した後,トリエタノールアミン2部を撹拌しながら加え,次いで純水40部を毎分5mlの速度で滴下し、分散液を得た。その後ロータリーエバポレーターを用いてメチルエチルケトンとイソプロピルアルコールと水の一部を留去して水分散体を得た。 得られた水分散体をオートクレーブ中で80℃6時間加熱攪拌後、遠心分離で粗大粒子を除去して有機無機ハイブリッド粒子水性分散体とした。得られた水性分散体は経時的な粘度上昇もなく安定であった。得られた水性媒体中の有機無機ハイブリッド粒子の体積平均粒径は120nmで、良好な球形度を有し粒径の均一性が良く、沈降物も無く分散は安定であった。
(Example 3)
5 parts of styrene acrylic acid resin (styrene / acrylic acid / methacrylic acid = 77/13/10; acid value 150; molecular weight 50,000) is dissolved in 20 parts of methyl ethyl ketone and 20 parts of isopropyl alcohol. 30 parts of tetraethoxysilane Si (O—C 2 H 5 ) 4 is dissolved in the obtained resin solution, 10 parts of water is further added, and the mixture is refluxed at 60 ° C. for 3 hours.
After returning to room temperature and storing at 30 ° C. for 24 hours, 2 parts of triethanolamine was added with stirring, and then 40 parts of pure water was added dropwise at a rate of 5 ml / min to obtain a dispersion. Thereafter, methyl ethyl ketone, isopropyl alcohol and a part of water were distilled off using a rotary evaporator to obtain an aqueous dispersion. The obtained aqueous dispersion was heated and stirred in an autoclave at 80 ° C. for 6 hours, and then coarse particles were removed by centrifugation to obtain an organic-inorganic hybrid particle aqueous dispersion. The obtained aqueous dispersion was stable with no increase in viscosity over time. The organic-inorganic hybrid particles in the obtained aqueous medium had a volume average particle size of 120 nm, good sphericity, good particle size uniformity, no sediment, and stable dispersion.

(比較例3)
実施例1において60℃で3時間還流と室温に戻して,30℃24時間保存を省略して水分散体を得た。得られた水分散体をオートクレーブ中で80℃6時間加熱攪拌後、遠心分離で粗大粒子を除去して有機無機ハイブリッド粒子水性分散体とした。得られた有機無機ハイブリッド粒子水性分散体は凝集物が多くゲル状となった。
以上実施例に示したように、粒径の均一性に優れ分散性の良好な有機無機ハイブリッド粒子を作製することができた。
(Comparative Example 3)
In Example 1, the mixture was refluxed at 60 ° C. for 3 hours and returned to room temperature, and storage at 30 ° C. for 24 hours was omitted to obtain an aqueous dispersion. The obtained aqueous dispersion was heated and stirred in an autoclave at 80 ° C. for 6 hours, and then coarse particles were removed by centrifugation to obtain an organic-inorganic hybrid particle aqueous dispersion. The obtained organic-inorganic hybrid particle aqueous dispersion was gelled with many aggregates.
As shown in the examples above, organic-inorganic hybrid particles having excellent particle size uniformity and good dispersibility could be produced.

本発明の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法から得られる有機無機ハイブリッド粒子水性分散体およびハイブリッド粒子は,その機械強度を利用する研磨剤・耐摩耗コーティング材あるいは成型物・接着剤,その光学的な性質を利用する各種光学フィルム・光通信材料,その電気特性や耐熱性を利用する半導体封止材等の電子材料やその他複合材料等,粒子単独あるいは塗料として様々な産業上の利用が可能である。   The organic-inorganic hybrid particle aqueous dispersion and hybrid particles obtained from the method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles of the present invention include an abrasive / abrasion-resistant coating material or a molded article / adhesive using its mechanical strength. Various industrial uses as particles alone or paints, such as various optical films and optical communication materials that use optical properties, electronic materials such as semiconductor sealing materials that use their electrical properties and heat resistance, and other composite materials Is possible.

Claims (7)

(1)多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解縮合生成物と、(2)アニオン性基を有する樹脂と、(3)水または水混和性有機溶剤と、必要に応じて塩基性化合物とを含有する混合物を水中に乳化させ、乳化液滴中の多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解生成物をゲル化させる有機無機ハイブリッドの水性分散体の製造方法であって、前記混合物の乳化前に前記混合物を室温以上の温度でエージングすることを特徴とする有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法。 (1) a polyvalent metal alkoxide or a hydrolysis condensation product of a polyvalent metal alkoxide, (2) a resin having an anionic group, (3) water or a water-miscible organic solvent, and a basic compound as necessary A method for producing an aqueous dispersion of an organic-inorganic hybrid in which a polyhydric metal alkoxide or a hydrolyzed product of a polyvalent metal alkoxide in an emulsified droplet is gelled in water, A method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles, wherein the mixture is aged at room temperature or higher before emulsification. 前記混合物は(1)多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解生成物、(2)アニオン性基を有する樹脂、及び(3)水混和性有機溶剤を含有し、塩基性化合物存在下に、前記混合物に水を加えて乳化が行われる請求項1に記載の、有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法。 The mixture contains (1) a polyvalent metal alkoxide or a hydrolysis product of a polyvalent metal alkoxide, (2) a resin having an anionic group, and (3) a water-miscible organic solvent in the presence of a basic compound. The method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 1, wherein water is added to the mixture to emulsify. 請求項1または請求項2の製造方法で製造された有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体をさらに加熱することにより、多価金属アルコキシドのゲル化を完了させる工程を有する有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法。 An aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles having a step of completing the gelation of the polyvalent metal alkoxide by further heating the aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles produced by the production method according to claim 1 or 2. Manufacturing method. 請求項1または請求項2の製造方法で製造された有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体から、有機溶剤または未反応の多価金属アルコキシドを除去させる工程を有する有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法。 Production of an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles having a step of removing an organic solvent or unreacted polyvalent metal alkoxide from the aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles produced by the production method according to claim 1 or 2. Method. 前記アニオン性基を有する樹脂の酸価が、10から200である請求項1または請求項2に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法。 The method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 1 or 2, wherein the acid value of the resin having an anionic group is 10 to 200. 前記アニオン性基を有する樹脂の該アニオン性基が、カルボキシル基である請求項1または請求項2に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法。 The method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 1 or 2, wherein the anionic group of the resin having an anionic group is a carboxyl group. 前記アニオン性基を有する樹脂が、スチレン、置換スチレン、(メタ)アクリル酸エステル、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリル酸エステルからなる群から選ばれる少なくとも一つのモノマーと、(メタ)アクリル酸との共重合体である請求項1または請求項2に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法。

The resin having the anionic group is a copolymer of at least one monomer selected from the group consisting of styrene, substituted styrene, (meth) acrylic acid ester, and hydroxyalkyl (meth) acrylic acid ester, and (meth) acrylic acid. The method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 1, which is a coalescence.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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