JP2009263152A - Particle and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a particle which makes silica into a core material, has a high negative charge amount and a markedly reduced hygroscopicity, and therefore is excellent in charge retaining performance and stability of charge characteristics, and its manufacturing method. <P>SOLUTION: The particle is composed of silica and a surface layer which is formed on the surface of silica and contains a fluorine-containing polymer, where the specific surface area ratio (Ss/Ss<SB>0</SB>) of the specific surface area Ss of silica to the theoretical surface area Ss<SB>0</SB>is 2 or less, the frictional charge polarity of the particle is negative and the absolute value of frictional charge amount is 50 μc/g or more. The particle is preferably manufactured by a method including a process for producing silica having a specific surface area ratio (Ss/Ss<SB>0</SB>) of 2 or less by calcining a silica particle obtained by a hydrolysis-condensation reaction of an alkoxysilane at 650-1,180°C and a process for forming a surface layer containing a fluorine-containing polymer on the surface of the silica. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、トナー用外添剤などの電荷制御剤としての使用に適し、特定のシリカをコア材料とし特定の表面層を有する形態からなる、摩擦帯電特性に優れる粒子、並びに該粒子の製造方法に関するものである。 The present invention is suitable for use as a charge control agent such as an external additive for toners, has a form having a specific surface layer with a specific silica as a core material, and a method for producing the particle It is about.

シリカ粒子は、半導体封止樹脂用の充填剤や、コピー機、プリンター等の機器用トナーの外添剤などとして使用されている。例えば、シリカ粒子をトナー用外添剤として使用する場合、摩擦帯電量が高く、且つ、帯電保持性能に優れることが要求される。
特許卯文献1〜3にはトナー用外添剤用シリカ粒子として火炎法等の乾式法で製造したシリカ粒子またはアルコキシド法等の湿式法で製造したシリカ粒子をシランカップリング剤、シリコーンオイルで表面処理してなるシリカ粒子が開示されている。たとえば、特許文献1には、2種のアルコキシシランの加水分解縮合反応により得られた粒子を2種のシランカップリング剤で表面処理することにより粒子径0.01〜5μmの帯電量がー100〜―300μc/gのシリカ粒子が得られること、特許文献2には、シランカップリング剤及び/又はシリコーンオイルにより疎水化処理されたシリカ微粉体が、特許文献3には、表面シラノール基量が所定値以下の微細シリカをヘキサメチルジシラザンと接触させることにより疎水化されたシリカ粒子がそれぞれ開示されている。これらの特許文献で得られたシリカ粒子は、帯電保持性能が十分とはいえないものであり、保存時の吸湿により帯電特性が低下するという問題があった。
また、特許文献4および特許文献5にはアルコキシド法シリカを高温で焼成したシリカ粒子が開示されているが、焼成処理の前または後に表面処理することが開示されており、これらの特許文献で得られるシリカ粒子は帯電量が十分とはいえないものであった。したがって、摩擦帯電量が高く、帯電保持性能に優れ、帯電特性劣化のないシリカ粒子の実現が望まれる。
Silica particles are used as fillers for semiconductor encapsulating resins and as external additives for toners for equipment such as copiers and printers. For example, when silica particles are used as an external additive for toner, it is required that the triboelectric charge amount is high and the charge holding performance is excellent.
In Patent Documents 1 to 3, silica particles produced by a dry method such as a flame method or silica particles produced by a wet method such as an alkoxide method are used as silica particles for an external additive for toner. Silica particles obtained by treatment are disclosed. For example, Patent Document 1 discloses that particles obtained by hydrolysis and condensation reaction of two types of alkoxysilanes are surface-treated with two types of silane coupling agents, so that the charge amount with a particle diameter of 0.01 to 5 μm is −100. ~ -300 μc / g silica particles are obtained, Patent Document 2 discloses silica fine powder hydrophobized with a silane coupling agent and / or silicone oil, and Patent Document 3 describes the amount of surface silanol groups. Silica particles hydrophobized by bringing fine silica below a predetermined value into contact with hexamethyldisilazane are disclosed. The silica particles obtained in these patent documents have a problem in that the charge retention performance is not sufficient, and the charging characteristics deteriorate due to moisture absorption during storage.
Further, Patent Document 4 and Patent Document 5 disclose silica particles obtained by calcining alkoxide-based silica at a high temperature. However, surface treatment is disclosed before or after the calcining treatment. The silica particles obtained were not sufficiently charged. Therefore, it is desired to realize silica particles having a high triboelectric charge amount, excellent charge holding performance, and no deterioration in charging characteristics.

特開2005−15251号公報JP-A-2005-15251 特開2004−14532号公報JP 2004-14532 A 特開平7−10524号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-10524 特開2003−165718号公報JP 2003-165718 A 特開2006−325990号公報JP 2006-325990 A

本発明は、上記事情に鑑み、シリカをコア材としながら、負帯電量が高く、且つ、吸湿性が格段に低減されているために帯電保持性能、帯電特性の安定性に優れる粒子の提供を目的とする。本発明はまたシリカをコア材としながら、負帯電量が高く、且つ、吸湿性が格段に低減されているために帯電保持性能、帯電特性の安定性に優れる粒子の製造方法の提供を第2の目的とする。   In view of the above circumstances, the present invention provides particles that are excellent in charge retention performance and stability of charging characteristics because silica is a core material, the negative charge amount is high, and the hygroscopicity is remarkably reduced. Objective. The present invention also provides a method for producing particles having a high negative charge amount and a significantly reduced hygroscopic property while using silica as a core material, and having excellent charge retention performance and stability of charge characteristics. The purpose.

本発明者らは、負帯電量が高く、且つ、吸湿性の抑制された、電荷制御剤として好適な粒子について鋭意検討した結果、シリカの表面に所定のポリマーを必須とする表面層を形成することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明に係る粒子は、シリカとその表面に形成されてなるフッ素含有ポリマーを含む表面層からなる粒子であって、シリカの比表面積Ssの、下記式(1)で示される理論表面積Ssに対する比表面積比(Ss/Ss)が2以下であり、且つ、粒子の摩擦帯電量の絶対値が50μc/g以上であることを特徴とする。
Ss(m/g)=6/(ρ×d)・・・・・(1)
ρ:シリカの真比重
d:シリカの1次粒子径の平均値 (μm)
前記粒子においては、前記表面層の割合が、粒子の単位比表面積あたり、0.1〜100mg/m2であることが好ましく、また、前記表面層におけるフッ素含有量が、表面層100質量%に対して、1〜50質量%であることが好ましい。また前記フッ素含有ポリマーが、さらに炭素数6〜20のアルキル基を有するものであることが好ましい。前記フッ素含有ポリマーがフッ素含有ビニル系重合体であることが好ましい。また、該粒子の30℃、相対湿度90%の雰囲気下において24時間放置した後の粒子の含水量が0.3%以下であることが好ましい。これらの条件を備える粒子は、摩擦帯電量がさらに優れた粒子となる。
また、前記シリカの孤立シラノール基含有量が、0.01〜5mmol/gであるものが好ましい。コアとなるシリカをこのように表面細孔があっても極めて少ないものに特定し、所定の孤立シラノール基含有量のものとすることで、本発明の粒子の吸湿性が格段に抑制されたものとなるとともにフッ素含有ポリマーを含む表面層のシリカに対する密着力が高いものとなる。
また、前記シリカが、シリカが単一粒子からなるものであることが好ましい。コアが単一粒子のシリカからなることで粒子の摩擦帯電量が優れたものとなる。また、シリカがアルコキシシランの加水分解縮合物からなるシリカ粒子を、650〜1150℃で焼成してなるものであることが好ましい。このような製法で得られたシリカをコアとする粒子は、吸湿性が抑制される。
また、本発明の粒子においては、前記シリカが、重合性シラン化合物で表面処理されてなるものであるとさらに摩擦帯電特性に優れるものとなるため好ましい。
As a result of intensive studies on particles suitable as a charge control agent having a high negative charge amount and a suppressed hygroscopicity, the present inventors form a surface layer essentially comprising a predetermined polymer on the surface of silica. As a result, the present inventors have found that the above problems can be solved and completed the present invention.
That is, the particle according to the present invention is a particle composed of a surface layer containing silica and a fluorine-containing polymer formed on the surface thereof, and the theoretical surface area Ss of the specific surface area Ss of silica represented by the following formula (1). The specific surface area ratio (Ss / Ss 0 ) to 0 is 2 or less, and the absolute value of the triboelectric charge amount of the particles is 50 μc / g or more.
Ss 0 (m 2 / g) = 6 / (ρ × d) (1)
ρ: True specific gravity of silica
d: Average primary particle diameter of silica (μm)
In the particles, the ratio of the surface layer is preferably 0.1 to 100 mg / m 2 per unit specific surface area of the particles, and the fluorine content in the surface layer is 100% by mass of the surface layer. The content is preferably 1 to 50% by mass. The fluorine-containing polymer preferably further has an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms. The fluorine-containing polymer is preferably a fluorine-containing vinyl polymer. Moreover, it is preferable that the water content of the particles after standing for 24 hours in an atmosphere of 30 ° C. and 90% relative humidity is 0.3% or less. Particles having these conditions are particles having a further excellent triboelectric charge amount.
Moreover, the isolated silanol group content of the silica is preferably 0.01 to 5 mmol / g. The core silica is identified as having very few surface pores and having a predetermined isolated silanol group content, so that the hygroscopicity of the particles of the present invention is remarkably suppressed. And the adhesion of the surface layer containing the fluorine-containing polymer to silica is high.
Moreover, it is preferable that the said silica consists of a single particle. When the core is made of single-particle silica, the triboelectric charge amount of the particles is excellent. Moreover, it is preferable that the silica particle which a silica particle which consists of a hydrolysis-condensation product of an alkoxysilane baked at 650-1150 degreeC. The particles having silica as a core obtained by such a production method are suppressed in hygroscopicity.
In addition, in the particles of the present invention, it is preferable that the silica is surface-treated with a polymerizable silane compound because the friction charging characteristics are further improved.

また、本発明は、前記した本発明の粒子の好適な製造方法をも提供するものである。すなわち該製造方法とは、下記式(2)で示される理論表面積Ssに対する比表面積Ssの比表面積比(S/Ss)が2以下を満足するシリカを製造する工程と、前記シリカにフッ素含有ポリマーを含む表面層を形成させる工程とを有することを特徴とするものである。
Ss(m/g)=6/(ρ×d)・・・・・(2)
ρ:シリカの真比重
d:シリカの1次粒子径の平均値(μm)
さらに、前記シリカを製造する工程が、アルコキシシランを加水分解・縮合することによりシリカ粒子を製造する工程(1)、該シリカ粒子を650〜1180℃の温度範囲で焼成することにより前記シリカを製造する工程(2)とを含むものであることが好ましい。
The present invention also provides a suitable method for producing the particles of the present invention described above. That is, the production method includes a step of producing a silica satisfying a specific surface area ratio (S / Ss 0 ) of a specific surface area Ss to a theoretical surface area Ss 0 represented by the following formula (2) of 2 or less; And a step of forming a surface layer containing the containing polymer.
Ss 0 (m 2 / g) = 6 / (ρ × d) (2)
ρ: True specific gravity of silica d: Average primary particle diameter of silica (μm)
Furthermore, the step of producing the silica includes the step (1) of producing silica particles by hydrolyzing and condensing alkoxysilane, and producing the silica by firing the silica particles in a temperature range of 650 to 1180 ° C. It is preferable that the process (2) to include is included.

本発明に係る粒子は、特定のシリカとその表面に形成されてなるフッ素含有ポリマーを含む表面層からなる粒子であるため、吸湿性が抑制され、且つ、摩擦帯電量が高いという特徴を有する。   Since the particle | grains which concern on this invention are particles which consist of a surface layer containing the specific silica and the fluorine-containing polymer formed in the surface, it has the characteristics that moisture absorption is suppressed and the triboelectric charge amount is high.

(粒子)
本発明に係る粒子は、特定のシリカとその表面に形成されてなるフッ素含有ポリマーを含む表面層からなる粒子である。
本発明の粒子は、コア材であるシリカが、下記式(1)で示される理論表面積Ssに対する比表面積比(S/Ss)が2以下を満足することを第1の特徴とする。
Ss(m/g)=6/(ρ×d)・・・・・(1)
ρ:シリカの真比重
d:シリカの1次粒子径の平均値(μm)
また、本発明の粒子は、その表面が、前記シリカの表面にフッ素含有ポリマーを含む表面層が形成されてなることを第2の特徴とする。 さらに、本発明の粒子は、前記第1および第2の特徴を有するとともに、粒子の摩擦帯電量の絶対値が50μc/g以上であることを第3の特徴とする。
(particle)
The particle | grains which concern on this invention are particles which consist of a surface layer containing the specific silica and the fluorine-containing polymer formed in the surface.
The particles of the present invention are characterized in that the silica as the core material satisfies a specific surface area ratio (S / Ss 0 ) of 2 or less with respect to the theoretical surface area Ss 0 represented by the following formula (1).
Ss 0 (m 2 / g) = 6 / (ρ × d) (1)
ρ: True specific gravity of silica d: Average primary particle diameter of silica (μm)
In addition, the particle of the present invention is characterized in that the surface is formed by forming a surface layer containing a fluorine-containing polymer on the surface of the silica. Furthermore, the particle of the present invention has the first and second characteristics, and the third characteristic is that the absolute value of the triboelectric charge amount of the particle is 50 μc / g or more.

第1の特徴は、本発明に係るシリカが、実質的に表面に細孔を有しないか、たとえ有していても僅かな量であることを意味し、従って、水分が極めて凝縮し難く、飽和吸湿性の極めて抑制されたものとなる。その結果、シリカとその表面に備えられたフッ素含有ポリマーを含む表面層との密着性が優れたものとなり、且つ、本発明の粒子の吸湿性が抑制されたものとなるため、摩擦帯電量が高く、且つ、帯電保持性能に優れたものとなる。 また、第1の特徴の結果、シリカの表面が平滑性に優れるものとなるため、フッ素含有ポリマーを含む表面層が均一に形成されるものとなり、そのために帯電特性が優れたものとなっていることも考えられる。
本発明の粒子は、表面に細孔がないかあっても極僅かな量であり、実質的に無孔質であることが好ましい。具体的には、本発明の粒子の比表面積(Sp)は、下記式(3)で示される理論表面積Spに対する比表面積比(Sp/Sp)が2以下を満足するものであることが好ましい。さらに好ましくは、比表面積比(Sp/Sp)が1.5以下を満足するものであり、さらに好ましくは1.3以下であり、特に好ましくは、1.2以下を満足するものである。また、比表面積比(Sp/Sp)が、0.6以上を満足することが好ましく、さらに0.8以上を満足することが好ましい。本発明の粒子の比表面積比(Sp/Sp)が上記範囲にあると、吸湿性が特に抑制される。比表面積(Sp)は、B.E.T.法により測定した値を好ましく採用し得る。
The first feature means that the silica according to the present invention has substantially no pores on the surface, or even a small amount, so that moisture is extremely difficult to condense, Saturated hygroscopicity is extremely suppressed. As a result, the adhesion between the silica and the surface layer containing the fluorine-containing polymer provided on the surface thereof is excellent, and the hygroscopicity of the particles of the present invention is suppressed. It is high and has excellent charge holding performance. Further, as a result of the first feature, the surface of the silica is excellent in smoothness, so that the surface layer containing the fluorine-containing polymer is uniformly formed, and therefore the charging characteristics are excellent. It is also possible.
It is preferable that the particles of the present invention have a very small amount even if there are no pores on the surface, and are substantially nonporous. Specifically, the specific surface area (Sp) of the particles of the present invention is such that the specific surface area ratio (Sp / Sp 0 ) with respect to the theoretical surface area Sp 0 represented by the following formula (3) satisfies 2 or less. preferable. More preferably, the specific surface area ratio (Sp / Sp 0 ) satisfies 1.5 or less, more preferably 1.3 or less, and particularly preferably 1.2 or less. The specific surface area ratio (Sp / Sp 0 ) preferably satisfies 0.6 or more, and more preferably 0.8 or more. When the specific surface area ratio (Sp / Sp 0 ) of the particles of the present invention is in the above range, hygroscopicity is particularly suppressed. Specific surface area (Sp) E. T.A. The value measured by the method can be preferably adopted.

Sp(m/g)=6/(ρ×d)・・・・・(3)
ρ:粒子の真比重
d:粒子の1次粒子径の平均値(μm)
本発明の粒子は、その含水量が、温度30℃、相対湿度90%の雰囲気下において24時間放置した後において、0.3%以下であることが好ましい。これは本発明の粒子の飽和吸湿量が0.3%以下であることを意味する。該含水量は、さらに好ましくは0.2%以下であり、特に好ましくは0.1%以下である。含水量が小さい方が負帯電量が高く、また、帯電保持性能に優れる。粒子の含水量は、カールフィッシャー法により測定することができる。
Sp 0 (m 2 / g) = 6 / (ρ × d) (3)
ρ: True specific gravity of particles d: Average primary particle diameter of particles (μm)
The particles of the present invention preferably have a water content of 0.3% or less after being left for 24 hours in an atmosphere having a temperature of 30 ° C. and a relative humidity of 90%. This means that the saturated moisture absorption of the particles of the present invention is 0.3% or less. The water content is more preferably 0.2% or less, and particularly preferably 0.1% or less. The smaller the water content, the higher the negative charge amount and the better the charge retention performance. The water content of the particles can be measured by the Karl Fischer method.

本発明の粒子は摩擦により負に帯電する粒子であることが好ましい。また、摩擦帯電量の絶対値が50μc/g以上である。該帯電量の絶対値は、帯電制御剤として好ましくは、60μc/g以上であり、より好ましくは80μc/g以上であり、さらに好ましくは、100μc/g以上である。また、上限はその絶対値が200μc/gであることが好ましい。摩擦帯電量は、ブローオフ帯電測定機(TB−200/京セラケミカル社製)を用いて測定できる。   The particles of the present invention are preferably particles that are negatively charged by friction. Further, the absolute value of the triboelectric charge amount is 50 μc / g or more. The absolute value of the charge amount is preferably 60 μc / g or more, more preferably 80 μc / g or more, and further preferably 100 μc / g or more as a charge control agent. The upper limit of the absolute value is preferably 200 μc / g. The triboelectric charge amount can be measured using a blow-off charge measuring machine (TB-200 / manufactured by Kyocera Chemical Co.).

本発明の粒子は、疎水性に優れることが摩擦帯電性に優れることから好ましい。本発明の粒子は、表面にフッ素含有ポリマーを含む表面層を形成してなる為に、疎水性に優れる。疎水性の尺度としての疎水化度が、60〜100であることが好ましく、さらに好ましくは70〜95である。特に好ましくは70〜80である。疎水化度は、50ccの水の表面に粒子を浮かせた後、この粒子が沈むまで水中にメタノールを徐々に導入することで求められる。すなわち、水の容量と粒子が沈むまでに導入したメタノールの容量の総量中におけるメタノール導入容量の百分率(%)が、疎水化度である。   The particles of the present invention are preferably excellent in hydrophobicity because of excellent triboelectric chargeability. The particles of the present invention are excellent in hydrophobicity because a surface layer containing a fluorine-containing polymer is formed on the surface. The degree of hydrophobicity as a measure of hydrophobicity is preferably 60 to 100, more preferably 70 to 95. Especially preferably, it is 70-80. The degree of hydrophobicity is determined by gradually introducing methanol into the water after the particles float on the surface of 50 cc of water until the particles sink. That is, the percentage (%) of the methanol introduction capacity in the total volume of water and the volume of methanol introduced before the particles sink is the degree of hydrophobicity.

本発明の粒子を構成するコアは、単一の粒状シリカからなっていることが好ましい。すなわち、コア材であるシリカは1次粒子の形態で表面がフッ素含有ポリマーを含む表面層で被覆されてなる形態が好ましい。シリカが1次粒子の2次凝集物や1次粒子が融着したものである場合、フッ素含有ポリマーを含む表面層が形成された本発明の粒子は、十分な摩擦帯電量を発揮しないおそれがある。本発明の粒子において、コアが単一のシリカからなっているか否かは、粒子を直接あるいは粒子の切断面を透過型電子顕微鏡により観察することにより確認することができる。   The core constituting the particles of the present invention is preferably made of a single granular silica. That is, the silica as the core material is preferably in the form of primary particles and the surface is coated with a surface layer containing a fluorine-containing polymer. When silica is a secondary aggregate of primary particles or a fusion of primary particles, the particles of the present invention on which a surface layer containing a fluorine-containing polymer is formed may not exhibit a sufficient triboelectric charge amount. is there. In the particles of the present invention, whether or not the core is made of a single silica can be confirmed by directly observing the particles or by observing the cut surface of the particles with a transmission electron microscope.

また、本発明の粒子は、粒子が2次凝集や固着せずに、1次粒子として分散してなることが好ましい。凝集していると、トナーの外添剤や帯電材料として使用する際に、流動性が不十分であったり、摩擦帯電量が十分得られ難い場合がある。本発明の粒子において、粒子が、1次粒子で分散しているか凝集しているかは、粒子を透過型電子顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡で観察することにより確認することができる。
本発明の粒子の1次粒子径の平均値は、その下限が0.01μmであると好ましく、0.1μmであるとさらに好ましく、0.15μmであるとより好ましい。その上限が3μmであると好ましく、2μmであるとさらに好ましく、1μmであるとより好ましく、0.4μmであると特に好ましい。また、粒子の1次粒子径の変動係数は、20%以下が好ましく、さらに好ましくは10%以下であり、特に好ましくは5%以下である。
当該粒子の1次粒子径の平均値は、上記の電子顕微鏡像より例えば50〜100個の粒子の直径を測定しその個数基準の算術平均値を算出することにより求めることができる。粒子の1次粒子径の変動係数は、下記式により算出される。なお、粒子径の標準偏差とは、電子顕微鏡像より例えば50〜100個の粒子の直径を測定して得られた個数基準の粒度分布の算術標準偏差を意味する。
Moreover, it is preferable that the particles of the present invention are dispersed as primary particles without secondary aggregation or sticking. If they are aggregated, when used as an external additive or a charging material for toner, fluidity may be insufficient, or a sufficient triboelectric charge may not be obtained. In the particles of the present invention, whether the particles are dispersed or aggregated with the primary particles can be confirmed by observing the particles with a transmission electron microscope or a scanning electron microscope.
The lower limit of the average primary particle diameter of the particles of the present invention is preferably 0.01 μm, more preferably 0.1 μm, and even more preferably 0.15 μm. The upper limit is preferably 3 μm, more preferably 2 μm, more preferably 1 μm, and particularly preferably 0.4 μm. Further, the coefficient of variation of the primary particle diameter of the particles is preferably 20% or less, more preferably 10% or less, and particularly preferably 5% or less.
The average value of the primary particle diameter of the particles can be determined by measuring the diameter of, for example, 50 to 100 particles from the electron microscope image and calculating the arithmetic average value based on the number. The variation coefficient of the primary particle diameter of the particles is calculated by the following formula. In addition, the standard deviation of a particle diameter means the arithmetic standard deviation of the particle size distribution of the number reference | standard obtained by measuring the diameter of 50-100 particles from an electron microscope image, for example.

変動係数(%)=(1次粒子径の標準偏差/1次粒子径の平均値)×100
本発明の粒子の形状は、略球状であるとよい。この粒子の最短直径に対する最長直径の比は、0.90以上が好ましく、0.92以上がさらに好ましく、0.95以上がより好ましく、0.98以上が特に好ましい。角張った部分が存在すると帯電した電荷がリークし易くなり帯電保持性能が低下するおそれがある。粒子の形状は、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡により観察することにより確認することができる。
本発明の粒子の分散平均粒子径は、特に限定されないが、前記1次粒子径平均値に対する、分散平均粒子径の比が1に近いことが好ましい。具体的には、10以下が好ましく、さらに好ましくは5以下であり、より好ましくは2以下であり、特に好ましくは1.5以下である。本発明の粒子の分散平均粒子径は、また、その下限が0.01μmであると好ましく、0.05μmであるとさらに好ましく、0.15μmであるとより好ましい。その上限が5μmであると好ましく、2μmであるとさらに好ましく、1μmであるとより好ましく、0.4μmであると特に好ましい。 当該粒子の分散平均粒子径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製LA−920)により計測して得られた体積基準粒度分布の算術平均値を意味する。
Coefficient of variation (%) = (standard deviation of primary particle size / average value of primary particle size) × 100
The shape of the particles of the present invention is preferably substantially spherical. The ratio of the longest diameter to the shortest diameter of the particles is preferably 0.90 or more, more preferably 0.92 or more, more preferably 0.95 or more, and particularly preferably 0.98 or more. If there is an angular portion, the charged charge is liable to leak and the charge holding performance may be reduced. The shape of the particles can be confirmed by observing with a scanning electron microscope or a transmission electron microscope.
The dispersion average particle size of the particles of the present invention is not particularly limited, but the ratio of the dispersion average particle size to the primary particle size average value is preferably close to 1. Specifically, it is preferably 10 or less, more preferably 5 or less, more preferably 2 or less, and particularly preferably 1.5 or less. The lower limit of the dispersion average particle diameter of the particles of the present invention is preferably 0.01 μm, more preferably 0.05 μm, and even more preferably 0.15 μm. The upper limit is preferably 5 μm, more preferably 2 μm, more preferably 1 μm, and particularly preferably 0.4 μm. The dispersion average particle size of the particles means an arithmetic average value of a volume-based particle size distribution obtained by measurement with a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (LA-920 manufactured by Horiba, Ltd.).

本発明の粒子の粒子径の変動係数は特に限定されないが、50%以下が好ましく、30%以下がより好ましく、20%以下が特に好ましい。粒子の粒子径の変動係数は、下記式により算出される。なお、粒子径の標準偏差とは、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製LA−920)により計測して得られた体積基準粒度分布の算術標準偏差を意味する。   The coefficient of variation of the particle diameter of the particles of the present invention is not particularly limited, but is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, and particularly preferably 20% or less. The variation coefficient of the particle diameter of the particles is calculated by the following formula. In addition, the standard deviation of a particle diameter means the arithmetic standard deviation of the volume reference | standard particle size distribution obtained by measuring with the laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus (LA-920 by Horiba, Ltd.).

変動係数(%)=粒子径の標準偏差/分散平均粒子径*100
本発明の粒子は、前記シリカがフッ素含有ポリマーを含む表面層で被覆されている。表面層におけるフッ素含有ポリマーの含有量は、60質量%以上が好ましく、さらに好ましくは80質量%以上であり、より好ましくは95質量%以上であり、特に好ましくは、表面層がフッ素含有ポリマーのみからなる形態である。フッ素含有ポリマーの含有量が60質量%未満では、フッ素含有ポリマーを表面に導入した効果、すなわち、帯電量が十分とならないおそれがある。
前記表面層の割合、膜厚によっても、粒子の帯電特性が影響される。
表面層の含有量が、粒子の単位表面積あたり、0.1〜100mg/m2であることが、帯電量の絶対値が高い点で好ましい。さらに好ましくは、0.5〜80mg/m2であり、より好ましくは、1〜20g/m2、特に1〜10mg/m2である。また、表面層の膜厚は、200nm以下の薄膜であることが好適である。表面層の量が上記の極めて低い範囲、膜厚が薄い範囲に制御することにより、意外にも、負帯電量が特に高い粒子となるのである。
また、前記表面層におけるフッ素含有量は、特に限定されないが、表面層100質量%に対して、0.02〜20質量%であることが好ましい。より好ましくは、0.1〜10質量%、さらに好ましくは、0.25〜5質量%、特に好ましくは0.5〜2.0質量%である。表面層におけるフッ素含有量が0.02質量%未満であると、摩擦帯電保持性能が十分とならないおそれがあり、20質量%を超えると取り扱い難くなるおそれがある。
本発明の粒子においてコアとなるシリカはフッ素を含むものであってもなくてもよく、また後述する表面処理剤においても同様である。したがって、本発明の粒子におけるフッ素含有量は平均粒子径や表面層におけるフッ素含有量、表面層の粒子における含有量によって影響されるため、一概にはいえないが、通常、粒子100質量%に対して、0.1〜5質量%の範囲である。
本発明に係るフッ素含有ポリマーは、その組成を特に限定されるものではないが、フッ素含有ポリマーにおけるフッ素含有量は、該ポリマー100質量%に対して、1〜50質量%であることが好ましい。さらに好ましくは、5〜40質量%、特に好ましくは10〜30質量%である。また、表面層におけるフッ素含有量が1質量%未満では、摩擦帯電保持性能が十分とならないおそれがあり50質量%を超えると取り扱い難くなるおそれがある。
フッ素の存在形態は特に限定されないが、ポリマーを構成する炭素原子に共有結合してなる形態が、フッ素含有ポリマーを含む表面層を有してなる粒子の摩擦帯電特性が優れる点で好ましい。アルキル基、アリール基、アラルキル基、アルキレン基を構成する炭素原子にフッ素原子が結合してなる形態がさらに好ましい。フルオロアルキル基の形態がさらに好ましい。
また前記フッ素含有ポリマーが、炭素数6〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基(以下、これらを疎水性炭化水素基という)をさらに有するものであることが好ましい。中でも炭素数6〜20のアルキル基が好ましく、特にシクロアルキル基が好ましい。
アリール基としてはフェニル基、トリル基、0−キシリル基などが挙げられる。アラルキル基としてはベンジル基、メチルベンジル基、フェネチル基、メチルフェネチル基、フェニルベンジル基、ナフチルメチル基などが挙げられる。炭素数6〜20のアルキル基としては、1−ヘキシル基、1−オクチル基、2−エチルエキシル基、ラウリル基、ミリスチル基、ステアリル基などの鎖状または分岐状アルキル基;シクロヘキシル基などのシクロアルキル基が好ましく例示される。
前記フッ素含有ポリマーの構造は特に限定されないが、C−C結合を主鎖とするポリマーが好ましく、さらに、フッ素含有ビニル系重合体であることが好ましい。フッ素含有ビニル系重合体は、フッ素含有ビニル系単量体を必須とするビニル系単量体をラジカル重合してなるフッ素含有ビニル系重合体であることが好ましい。中でも、フッ素含有ビニル系単量体と前記疎水性炭化水素基を有するビニル系単量体とを必須とするビニル系単量体を共重合してなるものが好ましい。
フッ素含有ビニル系単量体としては、例えば、1H,1H,2H,2H−ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート、1H,1H,5H−オクタフルオロペンチルメタクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルメタクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、1H,1H,2H,2H−ヘプタデカフルオロデシルアクリレート、1H,1H,5H−オクタフルオロペンチルアクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルアクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルアクリレート、パーフロロオクチルエチルメタクリレート、パーフロロオクチルエチルアクリレート等のフッ素含有(メタ)アクリル系単量体が挙げられ、パーフロロオクチルエチルメタクリレートが好ましい。
疎水性炭化水素基を有するビニル系単量体としては、例えば、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸シクロヘキシル、等の疎水性炭化水素基含有(メタ)アクリル系単量体;スチレン、o−メチルスチレン、p−ターシャリーブチルスチレン、p−フェニルスチレン、o−クロロスチレン、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレンおよびこれらの誘導体などの芳香族ジビニル化合物等の疎水性炭化水素基含有スチレン系単量体;などが挙げられる。中でも疎水性炭化水素基含有(メタ)アクリル系単量体が好ましい。
その他、上記の好ましい単量体と共重合し得る単量体としては、特に限定されないが、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ペンチル、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸ペンチルなどが例示される。
また、シリカとの密着性を向上させるために、アルコキシシリル基を有する重合性シラン化合物を単量体成分として用いることも好ましい。アルコキシシリル基を有する重合性シラン化合物としては、たとえば、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピ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等が挙げられる。
フッ素含有ビニル系重合体は、通常、フッ素含有ビニル系単量体を必須とする単量体成分を、重合開始剤存在下で共重合して得られる。たとえば、従来公知の過酸化物系開始剤、アゾ系開始剤などの存在下で、トルエン等の単量体を溶解し得る有機溶媒中で加熱して重合させる溶液重合の他、分散重合、懸濁重合など従来公知の重合方法により調製することができる。
Coefficient of variation (%) = standard deviation of particle diameter / dispersion average particle diameter * 100
In the particles of the present invention, the silica is coated with a surface layer containing a fluorine-containing polymer. The content of the fluorine-containing polymer in the surface layer is preferably 60% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and particularly preferably, the surface layer is composed only of the fluorine-containing polymer. It is a form. If the content of the fluorine-containing polymer is less than 60% by mass, the effect of introducing the fluorine-containing polymer on the surface, that is, the charge amount may not be sufficient.
The charging characteristics of the particles are also affected by the ratio of the surface layer and the film thickness.
The content of the surface layer is preferably from 0.1 to 100 mg / m 2 per unit surface area of the particles in view of a high absolute value of the charge amount. More preferably, it is 0.5-80 mg / m2, More preferably, it is 1-20 g / m2, Especially 1-10 mg / m2. The surface layer is preferably a thin film having a thickness of 200 nm or less. By controlling the amount of the surface layer in the above extremely low range and the thin film thickness, surprisingly, particles having a particularly high negative charge amount can be obtained.
Moreover, although the fluorine content in the said surface layer is not specifically limited, It is preferable that it is 0.02-20 mass% with respect to 100 mass% of surface layers. More preferably, it is 0.1-10 mass%, More preferably, it is 0.25-5 mass%, Most preferably, it is 0.5-2.0 mass%. If the fluorine content in the surface layer is less than 0.02% by mass, the frictional charge holding performance may not be sufficient, and if it exceeds 20% by mass, it may be difficult to handle.
The silica that is the core in the particles of the present invention may or may not contain fluorine, and the same applies to the surface treatment agent described later. Therefore, the fluorine content in the particles of the present invention is influenced by the average particle diameter, the fluorine content in the surface layer, and the content in the surface layer particles. And in the range of 0.1 to 5% by mass.
The composition of the fluorine-containing polymer according to the present invention is not particularly limited, but the fluorine content in the fluorine-containing polymer is preferably 1 to 50% by mass with respect to 100% by mass of the polymer. More preferably, it is 5-40 mass%, Most preferably, it is 10-30 mass%. Further, if the fluorine content in the surface layer is less than 1% by mass, the frictional charge holding performance may not be sufficient, and if it exceeds 50% by mass, handling may be difficult.
The form in which fluorine is present is not particularly limited, but the form formed by covalent bonding to the carbon atoms constituting the polymer is preferable in that the triboelectric charge characteristics of the particles having the surface layer containing the fluorine-containing polymer are excellent. A form in which a fluorine atom is bonded to a carbon atom constituting an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group or an alkylene group is further preferred. The form of a fluoroalkyl group is more preferred.
The fluorine-containing polymer preferably further has an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms, an aryl group, or an aralkyl group (hereinafter referred to as a hydrophobic hydrocarbon group). Among them, an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms is preferable, and a cycloalkyl group is particularly preferable.
Examples of the aryl group include a phenyl group, a tolyl group, and a 0-xylyl group. Examples of the aralkyl group include a benzyl group, a methylbenzyl group, a phenethyl group, a methylphenethyl group, a phenylbenzyl group, and a naphthylmethyl group. Examples of the alkyl group having 6 to 20 carbon atoms include linear or branched alkyl groups such as 1-hexyl group, 1-octyl group, 2-ethylexyl group, lauryl group, myristyl group and stearyl group; cycloalkyl such as cyclohexyl group The group is preferably exemplified.
The structure of the fluorine-containing polymer is not particularly limited, but a polymer having a C—C bond as a main chain is preferable, and a fluorine-containing vinyl polymer is more preferable. The fluorine-containing vinyl polymer is preferably a fluorine-containing vinyl polymer obtained by radical polymerization of a vinyl monomer essentially containing a fluorine-containing vinyl monomer. Among these, those obtained by copolymerizing a vinyl monomer essentially comprising a fluorine-containing vinyl monomer and the vinyl monomer having a hydrophobic hydrocarbon group are preferable.
Examples of the fluorine-containing vinyl monomer include 1H, 1H, 2H, 2H-heptadecafluorodecyl methacrylate, 1H, 1H, 5H-octafluoropentyl methacrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate, 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, 1H, 1H, 2H, 2H-heptadecafluorodecyl acrylate, 1H, 1H, 5H-octafluoropentyl acrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl acrylate, 2 , 2,2-trifluoroethyl acrylate, perfluorooctylethyl methacrylate, perfluorooctylethyl acrylate and other fluorine-containing (meth) acrylic monomers, and perfluorooctylethyl methacrylate is preferred.
Examples of the vinyl monomer having a hydrophobic hydrocarbon group include hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, dodecyl acrylate, stearyl acrylate, cyclohexyl acrylate, hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, and methacrylic acid. Hydrophobic hydrocarbon group-containing (meth) acrylic monomers such as acid dodecyl, stearyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate; styrene, o-methylstyrene, p-tertiarybutylstyrene, p-phenylstyrene, o-chloro And hydrophobic hydrocarbon group-containing styrenic monomers such as aromatic divinyl compounds such as styrene, divinylbenzene, divinylnaphthalene and derivatives thereof. Of these, a hydrophobic hydrocarbon group-containing (meth) acrylic monomer is preferred.
Other monomers that can be copolymerized with the above preferred monomers are not particularly limited, but include acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, pentyl acrylate, methacrylic acid. Examples include acid, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, pentyl methacrylate and the like.
In order to improve the adhesion to silica, it is also preferable to use a polymerizable silane compound having an alkoxysilyl group as a monomer component. Examples of the polymerizable silane compound having an alkoxysilyl group include 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, and 3-methacryloxypropyltriethoxysilane. Vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane and the like.
The fluorine-containing vinyl polymer is usually obtained by copolymerizing a monomer component essentially containing a fluorine-containing vinyl monomer in the presence of a polymerization initiator. For example, in addition to solution polymerization in which polymerization is performed by heating in an organic solvent capable of dissolving a monomer such as toluene in the presence of a conventionally known peroxide-based initiator or azo-based initiator, dispersion polymerization, suspension, It can be prepared by a conventionally known polymerization method such as turbid polymerization.

フッ素含有ビニル系重合体における、フッ素含有ビニル系単量体の割合は特に限定されないが、
単量体総量100質量%に対するフッ素含有ビニル系単量体の割合が、10〜80質量%の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは20〜70質量%の範囲、特に好ましくは、30〜60質量%の範囲である。
The ratio of the fluorine-containing vinyl monomer in the fluorine-containing vinyl polymer is not particularly limited,
The ratio of the fluorine-containing vinyl monomer to the total monomer amount of 100% by mass is preferably in the range of 10 to 80% by mass, more preferably in the range of 20 to 70% by mass, particularly preferably 30 to 60%. It is the range of mass%.

フッ素含有ビニル系重合体の平均分子量は特に限定されないが、重量平均分子量が1,000
〜500,000が好ましく、さらに好ましくは5,000〜200,000である。重量平均分子量が1,000未満であるとコアであるシリカに対する密着力が不十分となるおそれがあり、重量平均分子量が500,000を超えるとシリカへの導入量を制御し難くなるおそれがある。
The average molecular weight of the fluorine-containing vinyl polymer is not particularly limited, but the weight average molecular weight is 1,000.
-500,000 are preferable, More preferably, it is 5,000-200,000. If the weight average molecular weight is less than 1,000, the adhesion to the core silica may be insufficient, and if the weight average molecular weight exceeds 500,000, the amount introduced into the silica may be difficult to control. .

フッ素含有ポリマーとしては、上述したフッ素含有ビニル系重合体以外のフッ素含有ポリマーも使用し得る。その場合、フッ素含有ビニル系重合体以外のフッ素含有ポリマーに関しても、好ましい平均分子量等はフッ素含有ビニル系重合体と同様である。
以上、フッ素含有ポリマーにおける好ましい形態を詳述したが、これら好適な条件を備える表面層を有する粒子は、摩擦帯電させたときに負に帯電し、しかも該摩擦帯電量の絶対値の高い粒子となる。
本発明の粒子のコア材であるシリカについて説明する。
シリカは、前記したように、下記式(1)で示される理論表面積Ssに対する比表面積比(S/Ss)が2以下を満足することを特徴とする。
Ss(m/g)=6/(ρ×d)・・・・・(1)
ρ:シリカの真比重
d:シリカの1次粒子径の平均値(μm)
シリカの比表面積比(Ss/Ss)が、2を越えると、シリカの吸湿性が高くなり、フッ素含有ポリマーを含む表面層との密着性が不十分となり、また、本発明の粒子の吸湿性が高くなる。
フッ素含有ポリマーを含む表面層の、シリカに対する密着性が高い点で、シリカは、さらに無効質性に優れ、非吸湿性であり、また、孤立シラノール量が所定範囲であることが好ましい。
シリカは、さらに表面が無孔質に優れるものであることが好ましい。具体的には、比表面積比(Ss/Ss)が1.5以下を満足することが好ましく、より好ましくは1.3以下であり、さらに1.2以下を満足することが好ましい。また、比表面積比(Ss/Ss)は、0.8以上を満足することが好ましく、1.0以上を満足することがさらに好ましい。なお、比表面積(Ss)は、B.E.T.法により測定した値を用いることができる。
シリカにおける孤立シラノール基の含有量は、0.01〜5mmol/gであることが好ましい。孤立シラノール基の含有量は、たとえば、水素化アルミニウムリチウム法、FT−IR法により測定することができる。
As the fluorine-containing polymer, fluorine-containing polymers other than the above-mentioned fluorine-containing vinyl polymers can also be used. In that case, regarding the fluorine-containing polymer other than the fluorine-containing vinyl polymer, preferred average molecular weight and the like are the same as those of the fluorine-containing vinyl polymer.
As mentioned above, although the preferable form in a fluorine-containing polymer was explained in full detail, the particle | grains which have the surface layer which satisfy | fill these suitable conditions are negatively charged when triboelectrically charged, and also the particle | grains with a high absolute value of this triboelectric charge amount Become.
The silica that is the core material of the particles of the present invention will be described.
As described above, the silica is characterized in that the specific surface area ratio (S / Ss 0 ) to the theoretical surface area Ss 0 represented by the following formula (1) satisfies 2 or less.
Ss 0 (m 2 / g) = 6 / (ρ × d) (1)
ρ: True specific gravity of silica d: Average primary particle diameter of silica (μm)
When the specific surface area ratio (Ss / Ss 0 ) of silica exceeds 2, the hygroscopicity of silica becomes high, the adhesion with the surface layer containing the fluorine-containing polymer becomes insufficient, and the hygroscopicity of the particles of the present invention Increases nature.
In view of the high adhesion of the surface layer containing the fluorine-containing polymer to silica, silica is further excellent in ineffectiveness and non-hygroscopic, and the amount of isolated silanol is preferably within a predetermined range.
Silica preferably has a nonporous surface. Specifically, the specific surface area ratio (Ss / Ss 0 ) preferably satisfies 1.5 or less, more preferably 1.3 or less, and further preferably 1.2 or less. The specific surface area ratio (Ss / Ss 0 ) preferably satisfies 0.8 or more, and more preferably satisfies 1.0 or more. The specific surface area (Ss) E. T.A. Values measured by the method can be used.
The content of isolated silanol groups in silica is preferably 0.01 to 5 mmol / g. The content of the isolated silanol group can be measured by, for example, the lithium aluminum hydride method or the FT-IR method.

本発明に係るコア材であるシリカは上述した好ましい特徴を備えるために、シリカの吸湿性は低いものとなる。具体的には、温度30℃、相対湿度90%の雰囲気下において24時間放置した後におけるカールフィッシャ法により測定した含水量が、1質量%以下である。さらに好ましくは、0.5%以下であり、より好ましくは0.2%以下であり、特に好ましくは0.1%以下である。
またコア材であるシリカは、通常、摩擦帯電させたときに負帯電を示し、該摩擦帯電量は、その絶対値が、10μc/g以上である。好ましくは、10〜50μc/gである。
本発明に係るコア材であるシリカはまた、X線回折学的に非晶質であることが好ましい。非晶質であるとフッ素含有ポリマーを含む表面層との密着性に優れる。シリカが非晶質であるか結晶質であるかは、粉末X線回折測定により確認することができる。
シリカの形状は、略球状であるとよい。この粒子の最短直径に対する最長直径の比は、0.90以上が好ましく、0.92以上がさらに好ましく、0.95以上がより好ましく、0.98以上が特に好ましい。
シリカは、1次粒子の形態で表面がフッ素含有ポリマーを含む表面層で被覆されてなる形態が好ましい。シリカが1次粒子の2次凝集物や1次粒子が融着したものである場合、フッ素含有ポリマーを含む表面層が形成された本発明の粒子は、十分な摩擦帯電量を発揮しないおそれがある。
シリカが2次凝集物や融着物であるか、1次粒子からなるものであるかは、シリカを走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡により観察することにより確認することができる。
シリカの1次粒子径の平均値は、その下限が0.01μmであると好ましく、0.1μmであるとさらに好ましく、0.15μmであるとより好ましい。その上限が3μmであると好ましく、2μmであるとさらに好ましく、1μmであるとより好ましく、0.4μmであると特に好ましい。また、粒子の1次粒子径の平均値は、上記の電子顕微鏡像より例えば50〜100個の粒子の直径を測定しその平均(数平均)を算出することにより求めることができる。
Since the silica which is the core material according to the present invention has the above-described preferable characteristics, the hygroscopicity of the silica is low. Specifically, the moisture content measured by the Karl Fischer method after being left for 24 hours in an atmosphere of a temperature of 30 ° C. and a relative humidity of 90% is 1% by mass or less. More preferably, it is 0.5% or less, more preferably 0.2% or less, and particularly preferably 0.1% or less.
Silica, which is the core material, usually shows negative charge when frictionally charged, and the absolute value of the frictional charge amount is 10 μc / g or more. Preferably, it is 10-50 μc / g.
The silica which is the core material according to the present invention is also preferably amorphous in terms of X-ray diffraction. It is excellent in adhesiveness with the surface layer containing a fluorine-containing polymer if it is amorphous. Whether the silica is amorphous or crystalline can be confirmed by powder X-ray diffraction measurement.
The shape of the silica is preferably substantially spherical. The ratio of the longest diameter to the shortest diameter of the particles is preferably 0.90 or more, more preferably 0.92 or more, more preferably 0.95 or more, and particularly preferably 0.98 or more.
Silica is preferably in the form of primary particles whose surface is coated with a surface layer containing a fluorine-containing polymer. When silica is a secondary aggregate of primary particles or a fusion of primary particles, the particles of the present invention on which a surface layer containing a fluorine-containing polymer is formed may not exhibit a sufficient triboelectric charge amount. is there.
Whether the silica is a secondary agglomerate or fused product or is composed of primary particles can be confirmed by observing the silica with a scanning electron microscope or a transmission electron microscope.
The lower limit of the average primary particle diameter of silica is preferably 0.01 μm, more preferably 0.1 μm, and even more preferably 0.15 μm. The upper limit is preferably 3 μm, more preferably 2 μm, more preferably 1 μm, and particularly preferably 0.4 μm. Moreover, the average value of the primary particle diameter of particle | grains can be calculated | required by measuring the diameter of 50-100 particle | grains from said electron microscope image, and calculating the average (number average).

また、粒子の1次粒子径の変動係数は、20%以下が好ましく、さらに好ましくは10%以下であり、特に好ましくは5%以下である。粒子の1次粒子径の変動係数は、下記式により算出される。なお、粒子径の標準偏差とは、電子顕微鏡像より例えば50〜100個の粒子の直径を測定して得られた個数基準の粒度分布の算術標準偏差を意味する。   Further, the coefficient of variation of the primary particle diameter of the particles is preferably 20% or less, more preferably 10% or less, and particularly preferably 5% or less. The variation coefficient of the primary particle diameter of the particles is calculated by the following formula. In addition, the standard deviation of a particle diameter means the arithmetic standard deviation of the particle size distribution of the number reference | standard obtained by measuring the diameter of 50-100 particles from an electron microscope image, for example.

変動係数(%)=(1次粒子径の標準偏差/1次粒子径の平均値)×100
シリカの分散平均粒子径は、特に限定されないが、前記1次粒子径平均値に対する、分散平均粒子径の比が1に近いことが好ましい。具体的には、5以下が好ましく、さらに好ましくは2以下であり、特に好ましくは1.5以下である。分散平均粒子径は、その下限が0.01μmであると好ましく、0.05μmであるとさらに好ましく、0.15μmであるとより好ましい。その上限が5μmであると好ましく、2μmであるとさらに好ましく、1μmであるとより好ましく、0.4μmであると特に好ましい。 当該シリカの分散平均粒子径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製LA−920)により計測して得られた体積基準粒度分布の算術平均値を意味する。
Coefficient of variation (%) = (standard deviation of primary particle size / average value of primary particle size) × 100
The dispersion average particle diameter of silica is not particularly limited, but the ratio of the dispersion average particle diameter to the average primary particle diameter is preferably close to 1. Specifically, it is preferably 5 or less, more preferably 2 or less, and particularly preferably 1.5 or less. The lower limit of the dispersion average particle diameter is preferably 0.01 μm, more preferably 0.05 μm, and even more preferably 0.15 μm. The upper limit is preferably 5 μm, more preferably 2 μm, more preferably 1 μm, and particularly preferably 0.4 μm. The dispersion average particle diameter of the silica means an arithmetic average value of a volume-based particle size distribution obtained by measurement using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (LA-920 manufactured by Horiba, Ltd.).

シリカの分散粒子径の変動係数は特に限定されないが、50%以下が好ましく、30%以下がより好ましく、20%以下が特に好ましい。また分散粒子径の変動係数は通常2%以上である。シリカの分散粒子径の変動係数は、下記式により算出される。なお、分散粒子径の標準偏差とは、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製LA−920)により計測して得られた体積基準粒度分布の算術標準偏差を意味する。   The coefficient of variation of the dispersed particle diameter of silica is not particularly limited, but is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, and particularly preferably 20% or less. The variation coefficient of the dispersed particle size is usually 2% or more. The variation coefficient of the dispersed particle diameter of silica is calculated by the following formula. The standard deviation of the dispersed particle size means the arithmetic standard deviation of the volume-based particle size distribution obtained by measuring with a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (LA-920 manufactured by Horiba, Ltd.).

変動係数(%)=(分散粒子径の標準偏差/分散平均粒子径)×100
上述のように、吸湿性が抑制され、粒度分布の揃ったシリカは、好ましくは、アルコキシシランの加水分解縮合物からなるシリカ粒子を、650〜1180℃で焼成することにより製造することができる。
Coefficient of variation (%) = (standard deviation of dispersed particle size / dispersed average particle size) × 100
As described above, silica with suppressed hygroscopicity and a uniform particle size distribution can be preferably produced by firing silica particles made of a hydrolysis condensate of alkoxysilane at 650 to 1180 ° C.

また、本発明に係るシリカは、その表面に重合性基等の有機基を導入されたものであってもよい。導入方法は特に限定されないが、下記式(4)で示されるシラン化合物(I)またはシラザン化合物により、コア材となるシリカを表面処理する方法、アルコキシシランを加水分解縮合反応させることによりコア材のシリカの原料となるシリカ粒子を調製する反応工程において、シラン化合物(I)をアルコキシシランと共加水分解縮合させることによって導入する方法などが挙げられる。重合性基等の有機基を導入した効果を確実に得る為には、表面処理する方法が好ましい。
SiX(4−m) ・・・・・・(4)
(式中、Rは、置換基を有していてもよく、アルキル基、アリール基、アラルキル基、および不飽和脂肪族残基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を表し、Xは水酸基、アルコキシ基、およびアシロキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を表し、mは1から3までの整数である。)
シラン化合物(I)の中でも、Rが、不飽和脂肪族残基であるものが好ましく、中でも、ラジカル重合性基であるものが好ましい。ラジカル重合性基としては、下記式(5)、(6)および(7)で表されるものが好ましい。
CH2=C(−R)−COOR― ・・・・・(5)
(式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、Rは、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の有機基を表す。)
CH2=C(−R)― ・・・・・・(6)
(式中、Rは水素原子またはメチル基を表す。)
CH2=C(−R)−R― ・・・・・・(7)
(式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、Rは、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の有機基を表す。)
前記式(5)で表されるラジカル重合性基としては、例えば、アクリロキシ基およびメタクリロキシ基などが挙げられる。前記式(6)で表されるラジカル重合性基としては、例えば、ビニル基、イソプロペニル基などが挙げられる。前記式(7)で表されるラジカル重合性基としては、例えば、ビニルフェニル基(スチリル基)、イソプロペニルフェニル基などが挙げられる。
上記式(5)〜(7)のラジカル重合性基を有するシラン化合物(I)としては、たとえば、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピ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、スチリルトリメトキシシラン、1−ヘキセニルトリメトキシシラン、1−ヘキセニルトリエトキシシランなどが工業的入手性に優れるため、好ましい。
また、ナフチルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシランなどのRがアリール基である化合物;ベンジルトリメトキシシランなどのRがアラルキル基である化合物;メチルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ステアリルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリメチルシラノール等のアルキル基を有する化合物などもシラン化合物(I)として好ましく使用し得る。
(粒子の製造方法)
本発明の粒子の製造方法は特に限定されるものではないが、好ましい製造方法について説明する。 本発明の粒子の好ましい製造方法は、比表面積(Ss)が下記式(2)で示される理論表面積(Ss)に対する比表面積比(Ss/Ss)が2以下であるシリカを製造する工程(シリカ製造工程)と、前記シリカにフッ素含有ポリマーを含む表面層を形成させる工程(表面層形成工程)とを有することを特徴とする。
Ss(m2/g)=6/(ρ×d)・・・・・(2)
ρ:シリカの真比重
d:シリカの平均粒子径(μm)
(シリカ製造工程)
シリカ製造工程は、特に限定されないが、アルコキシシランを加水分解・縮合することによりシリカ粒子を製造する工程(1)、該シリカ粒子を650〜1180℃で焼成することによりコア材となるシリカを製造する工程(2)とを含むものであることが好ましい。
シリカ粒子を製造する工程(1)(以下、シリカ粒子製造工程ともいう)について説明する。
本工程は、好ましくは、アルコキシシランを、塩基性触媒および水の存在下で有機溶媒中で加水分解および縮合させることによりシリカ粒子を製造する工程である。
Further, the silica according to the present invention may have a surface introduced with an organic group such as a polymerizable group. The introduction method is not particularly limited, but a method of surface-treating silica as a core material with a silane compound (I) or a silazane compound represented by the following formula (4), or by hydrolytic condensation reaction of alkoxysilane, Examples include a method of introducing the silane compound (I) by cohydrolysis condensation with alkoxysilane in the reaction step of preparing silica particles as a silica raw material. In order to reliably obtain the effect of introducing an organic group such as a polymerizable group, a surface treatment method is preferred.
R m SiX (4-m) (4)
(In the formula, R may have a substituent and represents at least one group selected from the group consisting of an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, and an unsaturated aliphatic residue, and X is a hydroxyl group. , Represents at least one group selected from the group consisting of an alkoxy group and an acyloxy group, and m is an integer from 1 to 3.)
Among the silane compounds (I), those in which R is an unsaturated aliphatic residue are preferable, and those in which a radical polymerizable group is particularly preferable. As the radical polymerizable group, those represented by the following formulas (5), (6) and (7) are preferable.
CH2 = C (-R a) -COOR b - ····· (5)
(In the formula, R a represents a hydrogen atom or a methyl group, and R b represents a C 1-20 divalent organic group which may have a substituent.)
CH2 = C (−R c ) − (6)
(In the formula, R c represents a hydrogen atom or a methyl group.)
CH2 = C (-R d) -R e - ······ (7)
(In the formula, R d represents a hydrogen atom or a methyl group, and R e represents an optionally substituted divalent organic group having 1 to 20 carbon atoms.)
Examples of the radical polymerizable group represented by the formula (5) include an acryloxy group and a methacryloxy group. Examples of the radical polymerizable group represented by the formula (6) include a vinyl group and an isopropenyl group. Examples of the radical polymerizable group represented by the formula (7) include a vinylphenyl group (styryl group) and an isopropenylphenyl group.
Examples of the silane compound (I) having a radical polymerizable group of the above formulas (5) to (7) include 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyl Triethoxysilane, styryltrimethoxysilane, 1-hexenyltrimethoxysilane, 1-hexenyltriethoxysilane, and the like are preferable because of excellent industrial availability.
Further, compounds in which R is an aryl group such as naphthyltrimethoxysilane and diphenyldimethoxysilane; compounds in which R is an aralkyl group such as benzyltrimethoxysilane; methyltrimethoxysilane, butyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, decyl Compounds having an alkyl group such as trimethoxysilane, stearyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, trimethylmethoxysilane, triethylethoxysilane, and trimethylsilanol can be preferably used as the silane compound (I).
(Method for producing particles)
Although the manufacturing method of the particle | grains of this invention is not specifically limited, A preferable manufacturing method is demonstrated. A preferred method for producing the particles of the present invention is a step of producing silica having a specific surface area ratio (Ss / Ss 0 ) to a theoretical surface area (Ss 0 ) represented by the following formula (2) of 2 or less. (Silica production step) and a step of forming a surface layer containing a fluorine-containing polymer on the silica (surface layer formation step).
Ss 0 (m2 / g) = 6 / (ρ × d) (2)
ρ: True specific gravity of silica d: Average particle diameter of silica (μm)
(Silica production process)
The silica production process is not particularly limited, but the process (1) of producing silica particles by hydrolyzing and condensing alkoxysilane, and producing silica as a core material by firing the silica particles at 650 to 1180 ° C. It is preferable that the process (2) to include is included.
A process (1) for producing silica particles (hereinafter also referred to as a silica particle production process) will be described.
This step is preferably a step of producing silica particles by hydrolyzing and condensing alkoxysilane in an organic solvent in the presence of a basic catalyst and water.

前記アルコキシシランとしては、組成式R’SiX4−n(式中、Rは置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、不飽和脂肪酸残基よりなる群から選ばれる少なくとも一種の有機基を表し、Xはアルコキシ基を表し、nは0〜3の整数を表し、R’およびXはそれぞれ同一あるいは異なっていてもよい)で表されるケイ素化合物およびその誘導体が、工業的に入手し易く安価であるため、好ましく用いられる。ただし、上記組成式中のnで表される整数が2または3であるケイ素化合物および/またはその誘導体を原料として用いた場合には、上記組成式中のnで表される整数が0または1であるケイ素化合物および/またはその誘導体を併用することが好ましい。 The alkoxysilane includes a composition formula R ′ n SiX 4-n (wherein R is at least one selected from the group consisting of an optionally substituted alkyl group, aryl group, and unsaturated fatty acid residue). An organic group, X represents an alkoxy group, n represents an integer of 0 to 3, and R ′ and X may be the same or different from each other) Since it is easily available and inexpensive, it is preferably used. However, when a silicon compound in which the integer represented by n in the composition formula is 2 or 3 and / or its derivative is used as a raw material, the integer represented by n in the composition formula is 0 or 1 It is preferable to use together a silicon compound and / or a derivative thereof.

前記アルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−(2−アミノエチルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン等が挙げられる。これらアルコキシシランは、単独で用いてもよく、2種類以上を適宜混合して用いてもよい。上記例示のアルコキシシランのうち、nが0であるテトラアルコキシシランが好ましく、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランがより好ましい。   Examples of the alkoxysilane include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetrabutoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, trimethylmethoxysilane, and trimethylethoxy. Silane, dimethoxydiethoxysilane, 3-chloropropylmethyldimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyl Trimethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3- (2-aminoethyl) Amino) propyl trimethoxysilane, 3-glycidoxypropyl methyl dimethoxysilane, 3-glycidoxypropyl methyl diethoxy silane and the like. These alkoxysilanes may be used alone or in combination of two or more. Among the alkoxysilanes exemplified above, tetraalkoxysilane in which n is 0 is preferable, and tetramethoxysilane and tetraethoxysilane are more preferable.

アルコキシシラン、塩基性触媒、水、有機溶媒の添加・混合方法は特に限定されるものではないが、例えば、塩基性触媒および水を含む有機溶媒にアルコキシシランを一括して添加し撹拌する方法、塩基性触媒および水を含む有機溶媒を撹拌しながらアルコキシシランを数回に分けて添加する方法、塩基性触媒および水を含む有機溶媒を撹拌しながらアルコキシシランを連続的に添加する方法等の種々の方法を採用することができる。また、アルコキシシランを有機溶媒に溶解させた溶液を予め調製し、前記溶液を塩基性触媒および水を含む有機溶媒に上記種々の方法を採用して添加することもできる。従って、アルコキシシラン、塩基性触媒、水、有機溶媒を添加・混合する際の互いのタイミングは、適宜工夫されるものとする。   The method for adding / mixing alkoxysilane, basic catalyst, water, and organic solvent is not particularly limited. For example, a method in which alkoxysilane is added to an organic solvent containing basic catalyst and water and stirred, Various methods such as a method of adding an alkoxysilane in several portions while stirring an organic solvent containing a basic catalyst and water, a method of adding an alkoxysilane continuously while stirring an organic solvent containing a basic catalyst and water, etc. This method can be adopted. Alternatively, a solution in which alkoxysilane is dissolved in an organic solvent can be prepared in advance, and the solution can be added to an organic solvent containing a basic catalyst and water by employing the various methods described above. Accordingly, the timing of adding and mixing the alkoxysilane, basic catalyst, water, and organic solvent should be appropriately devised.

前記塩基性触媒としては、アンモニア;加熱によりアンモニアを発生し得る尿素等のアンモニア発生剤;メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、n−ブチルアミン、ジメチルアミン、ジブチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン等の脂肪族アミン;シクロヘキシルアミン等の脂環式アミン;ベンジルアミン等の芳香族アミン(以下、脂肪族アミンと脂環式アミンと芳香族アミンとを総じて「アミン類」と称する);テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等の4級アンモニウムハイドロオキサイド;テトラメチルアンモニウムクロライド等の4級アンモニウム塩;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カノールアミン等が例示される。
これらの中でも、粒子径が制御されたシリカ粒子が得られやすい点で、アンモニア、アミン類、アルカノールアミンが好ましい。また、沸点が低く、得られるシリカ粒子やシリカ粒子分散体への残存量を少なくしやすい点で、アンモニア、炭素数1〜4の脂肪族アミンが好ましい。さらに、アルコキシシランと水との加水分解反応を促進する効果が高く、得られるシリカ粒子やシリカ粒子分散体への残存量を少なくしやすい点で、アンモニアが特に好ましい。
Examples of the basic catalyst include ammonia; ammonia generators such as urea capable of generating ammonia by heating; aliphatic amines such as methylamine, ethylamine, propylamine, n-butylamine, dimethylamine, dibutylamine, trimethylamine, and tributylamine. Alicyclic amines such as cyclohexylamine; aromatic amines such as benzylamine (hereinafter, aliphatic amine, alicyclic amine and aromatic amine are collectively referred to as “amines”); tetramethylammonium hydroxide, etc. Examples include quaternary ammonium hydroxides; quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium chloride; alkanolamines such as monoethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine.
Among these, ammonia, amines, and alkanolamines are preferable in that silica particles with a controlled particle diameter can be easily obtained. Moreover, ammonia and a C1-C4 aliphatic amine are preferable at the point which has a low boiling point and is easy to reduce the residual amount to the obtained silica particle or silica particle dispersion. Furthermore, ammonia is particularly preferable because it has a high effect of promoting the hydrolysis reaction between alkoxysilane and water, and the amount remaining in the resulting silica particles or silica particle dispersion can be easily reduced.

有機溶媒は、アルコキシシランを溶解するとともに、塩基性触媒および水を溶解するか、もしくは、塩基性触媒および水が会合した状態で(ミセル状で)均一に分散することができる化合物であればよい。前記有機溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、ペンチルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;酢酸エチル等のエステル類;イソオクタン、シクロヘキサン等の(シクロ)パラフィン類;ジオキサン、ジエチルエーテル等の(環状)エーテル類;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素類;等が挙げられる。これら有機溶媒は、単独で用いてもよく、2種類以上を適宜混合して用いてもよい。前記例示した有機溶媒のうち、アルコール類が特に好ましい。なお、塩基性触媒および水と相溶しない有機溶媒を用いることもできるが、この場合には、塩基性触媒および水を均一に分散させるために界面活性剤を添加してもよい。   The organic solvent only needs to be a compound that dissolves the alkoxysilane, dissolves the basic catalyst and water, or can uniformly disperse in a state where the basic catalyst and water are associated (in micellar form). . Examples of the organic solvent include alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, t-butyl alcohol, pentyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, and 1,4-butanediol; acetone, methyl ethyl ketone Ketones such as ethyl acetate; (cyclo) paraffins such as isooctane and cyclohexane; (cyclic) ethers such as dioxane and diethyl ether; aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene; . These organic solvents may be used alone or in combination of two or more. Of the organic solvents exemplified above, alcohols are particularly preferable. In addition, although a basic catalyst and an organic solvent incompatible with water can be used, in this case, a surfactant may be added to uniformly disperse the basic catalyst and water.

有機溶媒に含まれるアルコキシシランの濃度は、0.05mol/L以上が好ましく、3.0mol/L以下が好ましい。 水の濃度は、0.1mol/L以上が好ましく、2mol/L以上がより好ましい。また、水の濃度は、50mol/L以下が好ましく、25mol/L以下がより好ましい。 塩基性触媒の濃度は、0.1mol/Lを超えることが好ましく、0.8mol/L以上がより好ましい。また、塩基性触媒の濃度は、10mol/L以下が好ましく、9.4mol/L以下がより好ましい。   The concentration of alkoxysilane contained in the organic solvent is preferably 0.05 mol / L or more, and more preferably 3.0 mol / L or less. The concentration of water is preferably 0.1 mol / L or more, and more preferably 2 mol / L or more. The concentration of water is preferably 50 mol / L or less, and more preferably 25 mol / L or less. The concentration of the basic catalyst is preferably more than 0.1 mol / L, and more preferably 0.8 mol / L or more. Further, the concentration of the basic catalyst is preferably 10 mol / L or less, and more preferably 9.4 mol / L or less.

アルコキシシランを加水分解および縮合する際の反応温度は、0℃以上が好ましく、10℃以上がより好ましく、20℃以上がさらに好ましい。また、前記反応温度は、100℃以下が好ましく、70℃以下がより好ましく、50℃以下がさらに好ましい。反応温度が0℃以上であれば、加水分解および縮合反応が速やかに進行し、100℃以下であれば、加水分解および縮合反応の制御が容易になる。前記反応温度は、反応溶液の温度を意味する。
アルコキシシランを加水分解および縮合する際の反応時間は、30分以上が好ましく、1時間以上がより好ましく、2時間以上がさらに好ましい。また、前記反応時間は、100時間以下が好ましく、20時間以下がより好ましく、10時間以下がさらに好ましい。前記反応時間が30分以上であれば、加水分解および縮合反応が十分進行し、100時間以下であれば、加熱処理に要するエネルギーを低く抑えられ、生産性が向上する。
The reaction temperature when hydrolyzing and condensing alkoxysilane is preferably 0 ° C or higher, more preferably 10 ° C or higher, and further preferably 20 ° C or higher. The reaction temperature is preferably 100 ° C. or lower, more preferably 70 ° C. or lower, and further preferably 50 ° C. or lower. If reaction temperature is 0 degreeC or more, a hydrolysis and a condensation reaction will advance rapidly, and if it is 100 degrees C or less, control of a hydrolysis and a condensation reaction will become easy. The reaction temperature means the temperature of the reaction solution.
The reaction time for hydrolyzing and condensing the alkoxysilane is preferably 30 minutes or more, more preferably 1 hour or more, and further preferably 2 hours or more. The reaction time is preferably 100 hours or less, more preferably 20 hours or less, and even more preferably 10 hours or less. If the said reaction time is 30 minutes or more, a hydrolysis and condensation reaction will fully advance, and if it is 100 hours or less, the energy required for heat processing can be restrained low and productivity will improve.

従って、加水分解および縮合持における最も好ましい反応条件は、有機溶媒に含まれるアルコキシシランの濃度が0.05mol/L〜3.0mol/Lの範囲内であり、水の濃度が2mol/L〜25mol/Lの範囲内であり、塩基性触媒Aの濃度が0.8mol/L〜9.4mol/Lの範囲内であり、かつ、反応温度が20℃〜50℃の範囲内であり、反応時間が2時間〜10時間の範囲内である。アルコキシシランを、塩基性触媒および水を含む有機溶媒中で加水分解および縮合することにより、球状で粒子径が揃ったシリカ粒子を含有する分散液が得やすくなる。   Therefore, the most preferable reaction conditions for hydrolysis and condensation are that the concentration of alkoxysilane contained in the organic solvent is in the range of 0.05 mol / L to 3.0 mol / L, and the concentration of water is 2 mol / L to 25 mol. / L, the concentration of the basic catalyst A is in the range of 0.8 mol / L to 9.4 mol / L, the reaction temperature is in the range of 20 ° C. to 50 ° C., and the reaction time Is in the range of 2 to 10 hours. Hydrolysis and condensation of alkoxysilane in an organic solvent containing a basic catalyst and water makes it easier to obtain a dispersion containing silica particles having a spherical shape and a uniform particle size.

有機溶媒に含まれるアルコキシシランの濃度、塩基性触媒の濃度、水の濃度、反応温度は、シリカ粒子の粒子径等に影響を及ぼす場合があるため、所望する平均粒子径や粒度分布に応じて適宜調整されることが好ましい。
上記のシリカ粒子製造工程における加水分解縮合反応により、略球状の平均粒子径が0.01〜5μm、粒子径の変動係数が50%以下であり、分散性に優れるシリカ粒子が、シリカ粒子濃度1〜15質量%程度の割合で、有機溶媒に分散した分散液として得られる。
Since the concentration of alkoxysilane, the concentration of basic catalyst, the concentration of water, and the reaction temperature in the organic solvent may affect the particle size of silica particles, etc., depending on the desired average particle size and particle size distribution It is preferable to adjust appropriately.
Due to the hydrolytic condensation reaction in the above silica particle production process, silica particles having a substantially spherical average particle diameter of 0.01 to 5 μm, a particle diameter variation coefficient of 50% or less, and excellent dispersibility have a silica particle concentration of 1. It is obtained as a dispersion dispersed in an organic solvent at a ratio of about ˜15% by mass.

分散体中には、加水分解縮合反応時に生成した粗大粒子や凝集粒子が含まれることがある、このような場合、分散液を、シリカ粒子の平均粒子径よりも1μm以上孔径の大きいフィルターを通過させることにより、粗大粒子や凝集物等を除去することも採用される。上記フィルターは、適宜設定した空隙や空隙直径を持つメッシュであってもよい。   The dispersion may contain coarse particles or agglomerated particles produced during the hydrolytic condensation reaction. In such a case, the dispersion is passed through a filter having a pore size that is 1 μm or more larger than the average particle size of the silica particles. It is also possible to remove coarse particles, aggregates, and the like. The filter may be a mesh having a suitably set gap or gap diameter.

該シリカ粒子を、焼成することによりシリカを製造する工程(2)(以下、焼成工程ともいう)に供すためには、好ましくは、該シリカ粒子を含有する分散体からシリカ粒子を単離し、さらに好ましくは、単離されたシリカ粒子を乾燥することが好ましい。
単離方法としては、特に限定されない。たとえば、濾過、遠心分離など従来公知の分離方法を採用し得る。あるいは、分散体を加熱し溶媒を蒸発させる蒸発法により、分離と乾燥を同時に行うこともできる。あるいは上記の方法を組み合わせてもよい。
シリカ粒子を含有する分散体から、シリカ粒子を分離し、乾燥されたシリカ粒子粉体を調製するに際し、シリカ粒子の凝集、固着を抑制して行えることが好ましい。このような観点から、シリカ粒子粉体を調製する好ましい方法としては、気流乾燥方式、噴霧乾燥方式を採用することが好ましい。アルコキシシランの加水分解縮合反応により得られたシリカ粒子の分散体をそのまま、上記乾燥方式に供することもできるが、分散体を加熱して溶媒の一部を蒸発除去する、濃縮操作を行うことにより、シリカ粒子濃縮分散体を調製し、該濃縮分散体を原料とすることが、凝集、固着等の抑制された粉体が得られる点で好ましい。
気流乾燥方式を採用した場合、気流および/または乾燥装置の内壁との衝突により、シリカ粒子の凝集が抑制される。本方式で分散体を加熱する方式は、直接加熱方式および間接加熱方式のいずれを選択しても構わない。直接加熱方式であれば、熱風発生炉等により発生させた熱風を濃縮分散液と接触させることにより、分散液の溶媒を蒸発させることができ、且つ、熱風の気流により、溶媒蒸発に伴って生成したシリカ粒子の凝集体の解砕を促進させることができる。間接加熱方式であれば、熱伝導材料を介して濃縮分散体を加熱することにより、分散体の溶媒を蒸発させることができ、且つ、外部から導入された気流または内部で循環している気流により、分散体の分散およびシリカ粒子の凝集体の解砕を促進させることができる。
乾燥方式として、噴霧乾燥方式を採用した場合、濃縮された分散体が噴霧されることで、分散体の分散およびシリカ粒子の凝集体の解砕を促進させることができる。分散体の溶媒の蒸発に伴うシリカ粒子の凝集を抑制するためには、噴霧乾燥方式が、分散体の溶媒を瞬時に高温に加熱し、且つ、乾燥系内の圧力を低圧に維持するための真空排気を行って溶媒を蒸発させる真空瞬間乾燥法であると好適である。さらに、シリカ粒子凝集体の十分な解砕を行うためには、溶媒の蒸発が行われる直線部と屈曲部とで構成された管を備え、管の出口側(屈曲部側)から真空排気しつつ、管の入口側(直線部側)から分散体を供給できる装置を使用する。このような装置を使用すれば、溶媒蒸発に伴うシリカ粒子の凝集が生じても、屈曲部の壁にその凝集体が衝突することで凝集体が解砕される。
なお、選択した上記乾燥方式を用いても条件によっては、シリカ粒子粉体中に凝集物が生成あるいは残存している場合がある。この場合、別途、解砕処理を行ってもよい。
以上、シリカ粒子製造工程により、略球状の平均粒子径が0.01〜5μm、粒子径の変動係数が50%以下であり、分散性に優れるシリカ粒子が、粉体状態で得られる。
通常、シリカ粒子には、加水分解縮合反応の原料として用いたアルコキシシランに由来するアルコキシ基または有機溶媒にアルコールを用いた場合には用いたアルコールに由来するアルコキシ基が、シリカ粒子の一部の珪素原子に結合している。
シリカ粒子製造工程で得られたシリカ粒子は、通常、吸湿性が高く、本発明の粒子のコア材であるシリカには適さない。該シリカとしては、前記した如く、特定の比表面積比を有し、吸湿性が抑制されたものであることが好ましく、また、孤立シラノール基含有量が前記所定範囲であることが好ましい。
焼成工程は、シリカ粒子を上記特徴を有するシリカとするために実施する工程である。
本工程における、焼成温度は、650〜1180℃が好ましい。さらに好ましくは800〜1150℃である。焼成温度が650℃未満であると、比表面積比が2より大きく、吸湿性が十分低くならないおそれがあり、焼成温度が1180℃を超えると、シリカ粒子同士が融着してしまうおそれがあるばかりか、フッ素含有ポリマーを含む表面層を形成しても摩擦帯電量が絶対値で50μc/g以上を達成するのは困難である。
焼成する際の雰囲気としては、特に限定されないが、空気、窒素―酸素混合ガスなどの酸化雰囲気、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガス雰囲気いずれも採用し得るが、
酸化雰囲気が好ましい。シリカ粒子に結合したアルコキシ基を効率的に燃焼除去し、アルコキシ基脱離に伴い生成したシラノール間の縮合反応を促進しやすい為である。
In order to subject the silica particles to the step (2) for producing silica by firing (hereinafter also referred to as a firing step), preferably, the silica particles are isolated from the dispersion containing the silica particles, Preferably, the isolated silica particles are dried.
The isolation method is not particularly limited. For example, conventionally known separation methods such as filtration and centrifugation can be employed. Alternatively, separation and drying can be simultaneously performed by an evaporation method in which the dispersion is heated to evaporate the solvent. Or you may combine said method.
When the silica particles are separated from the dispersion containing the silica particles and the dried silica particle powder is prepared, it is preferable to be able to suppress aggregation and fixation of the silica particles. From such a viewpoint, it is preferable to adopt an air flow drying method or a spray drying method as a preferable method for preparing the silica particle powder. The dispersion of silica particles obtained by the hydrolysis-condensation reaction of alkoxysilane can be used as it is for the above drying method. However, by performing a concentration operation in which the dispersion is heated to evaporate and remove a part of the solvent. It is preferable to prepare a silica particle concentrated dispersion and use the concentrated dispersion as a raw material from the viewpoint of obtaining a powder in which aggregation, adhesion and the like are suppressed.
When the airflow drying method is employed, the silica particles are prevented from aggregating due to the airflow and / or the collision with the inner wall of the drying apparatus. As a method for heating the dispersion in this method, either a direct heating method or an indirect heating method may be selected. In the case of the direct heating method, the solvent of the dispersion liquid can be evaporated by bringing the hot air generated by a hot air generator or the like into contact with the concentrated dispersion liquid, and also generated by the hot air stream as the solvent evaporates. The disintegration of the aggregate of the silica particles can be promoted. In the case of the indirect heating method, the solvent of the dispersion can be evaporated by heating the concentrated dispersion through the heat conductive material, and the air flow introduced from the outside or the air circulating inside is used. The dispersion of the dispersion and the crushing of the aggregates of the silica particles can be promoted.
When a spray drying method is employed as the drying method, the dispersion of the dispersion and the crushing of the aggregates of the silica particles can be promoted by spraying the concentrated dispersion. In order to suppress the agglomeration of silica particles accompanying the evaporation of the solvent of the dispersion, the spray drying method instantaneously heats the solvent of the dispersion to a high temperature and maintains the pressure in the drying system at a low pressure. A vacuum instantaneous drying method in which the solvent is evaporated by evacuation is preferable. Further, in order to sufficiently disintegrate the silica particle aggregate, a tube composed of a straight portion where the solvent is evaporated and a bent portion is provided and evacuated from the outlet side (bent portion side) of the tube. However, a device that can supply the dispersion from the inlet side (straight line side) of the tube is used. If such an apparatus is used, even if silica particles agglomerate due to solvent evaporation, the agglomerates are crushed by colliding the agglomerates with the walls of the bent portions.
In addition, even if it uses the said drying system selected, depending on conditions, the aggregate may be produced | generated or remain | survived in silica particle powder. In this case, you may perform a crushing process separately.
As described above, silica particles having a substantially spherical average particle diameter of 0.01 to 5 μm, a particle diameter variation coefficient of 50% or less, and excellent dispersibility are obtained in a powder state by the silica particle production process.
Usually, the silica particles have an alkoxy group derived from the alkoxysilane used as a raw material for the hydrolysis condensation reaction or an alkoxy group derived from the alcohol used when an alcohol is used as the organic solvent. Bonded to a silicon atom.
The silica particles obtained in the silica particle production process usually have high hygroscopicity and are not suitable for silica as the core material of the particles of the present invention. As described above, the silica preferably has a specific surface area ratio and is suppressed in hygroscopicity, and the isolated silanol group content is preferably in the predetermined range.
A baking process is a process implemented in order to make a silica particle the silica which has the said characteristic.
As for the calcination temperature in this process, 650-1180 degreeC is preferable. More preferably, it is 800-1150 degreeC. If the firing temperature is less than 650 ° C., the specific surface area ratio may be greater than 2, and the hygroscopicity may not be sufficiently low. If the firing temperature exceeds 1180 ° C., the silica particles may be fused. Even if a surface layer containing a fluorine-containing polymer is formed, it is difficult to achieve a triboelectric charge amount of 50 μc / g or more in absolute value.
The atmosphere at the time of firing is not particularly limited, but any of an oxidizing atmosphere such as air, nitrogen-oxygen mixed gas, and an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, argon gas, helium gas can be adopted.
An oxidizing atmosphere is preferred. This is because the alkoxy groups bonded to the silica particles are efficiently burned and removed, and the condensation reaction between the silanols generated by the elimination of the alkoxy groups is easily promoted.

焼成する際、シリカ粒子を加熱路中で常温付近より昇温し、焼成温度において所定時間加熱する。この際、昇温速度は、特に限定されないが、アルコキシ基の燃焼残渣を生成させ難い理由から、0.5〜10℃/分であることが好ましい。より好ましくは、1〜5℃/分である。また、焼成温度における加熱保持時間は、特に限定されないが、好ましくは、0.5〜24時間、より好ましくは1〜12時間、特に好ましくは、2〜8時間である。   When firing, the silica particles are heated from around normal temperature in the heating path and heated at the firing temperature for a predetermined time. At this time, the rate of temperature rise is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 10 ° C./min because it is difficult to generate an alkoxy group combustion residue. More preferably, it is 1-5 degreeC / min. The heating and holding time at the firing temperature is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 24 hours, more preferably 1 to 12 hours, and particularly preferably 2 to 8 hours.

焼成温度で所定時間加熱保持した後、冷却することが好ましい。冷却する際の降温速度は、好ましくは、0.5〜10℃/分、より好ましくは1〜5℃/分である。   It is preferable to cool after holding at the firing temperature for a predetermined time. The cooling rate during cooling is preferably 0.5 to 10 ° C./min, more preferably 1 to 5 ° C./min.

上述した好ましい条件で焼成を行うことにより、前記した好ましい形態のシリカが得られる。
コア材となるシリカは、フッ素含有ポリマーを含む表面層を形成させるに先立ち、必要に応じて、前記した下記式(4)で表されるシラン化合物(I)またはシラザン化合物により、表面処理することが好適である。
シラン化合物(I)の好ましい形態は前記したとおりであり、前記した式(5)〜(7)の重合性基を有するシラン化合物が特に好適に用いられる。
SiX(4−m) ・・・・・・(4)
(式中、Rは、置換基を有していてもよく、アルキル基、アリール基、アラルキル基、および不飽和脂肪族残基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を表し、Xは水酸基、アルコキシ基、およびアシロキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を表し、mは1から3までの整数である。)
表面処理方法は特に限定されない。たとえば、ヘンシェルミキサー等の公知の混合機内でシリカを攪拌しつつ、このシリカに、シラン化合物(I)またはシラザン化合物(以下、表面処理剤ともいう)を噴霧するとよい。噴霧の際には、シリカを窒素等の雰囲気中に供す。表面処理剤を噴霧後、シリカを加熱することが好ましい。加熱温度は、100℃以上、250℃以下が好ましく、120℃以上、230℃以下がさらに好ましく、150℃以上、200℃以下がより好ましい。また、加熱時間は、1時間以上、10時間以下が好ましく、2時間以上、8時間以下がさらに好ましく、3時間以上、6時間以下がより好ましい。
By firing under the above-mentioned preferred conditions, the above-described preferred form of silica can be obtained.
Before forming the surface layer containing the fluorine-containing polymer, the silica as the core material is surface-treated with the silane compound (I) or silazane compound represented by the following formula (4) as necessary. Is preferred.
The preferable form of silane compound (I) is as above-mentioned, and the silane compound which has a polymeric group of above-described Formula (5)-(7) is used especially suitably.
R m SiX (4-m) (4)
(In the formula, R may have a substituent and represents at least one group selected from the group consisting of an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, and an unsaturated aliphatic residue, and X is a hydroxyl group. , Represents at least one group selected from the group consisting of an alkoxy group and an acyloxy group, and m is an integer from 1 to 3.)
The surface treatment method is not particularly limited. For example, the silane compound (I) or the silazane compound (hereinafter also referred to as a surface treatment agent) may be sprayed onto the silica while stirring the silica in a known mixer such as a Henschel mixer. During spraying, silica is provided in an atmosphere such as nitrogen. It is preferable to heat the silica after spraying the surface treatment agent. The heating temperature is preferably 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, more preferably 120 ° C. or higher and 230 ° C. or lower, and more preferably 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. The heating time is preferably 1 hour or more and 10 hours or less, more preferably 2 hours or more and 8 hours or less, and more preferably 3 hours or more and 6 hours or less.

表面処理剤の使用量は、シリカ100質量%に対して、0.1〜30質量%であることが好ましい。さらに好ましくは、1〜20質量%であり、より好ましくは、5〜15質量%である。
(表面層形成工程)
シリカの表面に、フッ素含有ポリマーを含む表面層を形成させる工程(表面層形成工程)について説明する。なお、表面処理されたシリカに関しても同様である。
表面層を形成する方法は特に限定されない。
It is preferable that the usage-amount of a surface treating agent is 0.1-30 mass% with respect to 100 mass% of silica. More preferably, it is 1-20 mass%, More preferably, it is 5-15 mass%.
(Surface layer forming step)
A step of forming a surface layer containing a fluorine-containing polymer on the surface of silica (surface layer forming step) will be described. The same applies to the surface-treated silica.
The method for forming the surface layer is not particularly limited.

たとえば、コア材となるシリカを有機溶媒に分散させた状態で、フッ素含有ポリマーを混合する。フッ素含有ポリマーが均一溶解した後、溶媒を除去し、乾燥する方法が挙げられる。溶媒除去・乾燥方法によって、該シリカにフッ素含有ポリマーを含む表面層が形成された粒子を凝集のない状態で得られたり、凝集物の状態で得られたりする。
たとえば、溶媒除去・乾燥方法の具体例としては、前記した、気流乾燥方式を用いる方法、加熱噴霧方式を用いる方法、単に加熱しながら溶媒を留去する方法などが挙げられる。凝集物の状態で得られる場合、一部凝集物が含有される場合は、該凝集物を解砕分級する。解砕分級方法は従来公知の方法を用いればよい。
For example, the fluorine-containing polymer is mixed in a state where silica as a core material is dispersed in an organic solvent. After the fluorine-containing polymer is uniformly dissolved, the solvent is removed and the method is dried. Depending on the solvent removal / drying method, particles in which a surface layer containing a fluorine-containing polymer is formed on the silica can be obtained in an agglomerated state or in an agglomerated state.
For example, specific examples of the solvent removal / drying method include the method using the airflow drying method, the method using the heating spray method, and the method of simply distilling off the solvent while heating. When it is obtained in the state of aggregates, if some aggregates are contained, the aggregates are crushed and classified. A conventionally known method may be used as the crushing classification method.

有機溶媒としては特に限定されないが、芳香族炭化水素類、脂肪族(鎖状、環状)炭化水素類、ケトン類、エステル類、アルコール類、アルキレングリコール誘導体類(エーテル、エステル)などが好適に使用し得る。シリカの表面に均一に表面層を形成させるためには、シリカが凝集せずに分散していること、また、フッ素含有ポリマーが均一に溶解した状態でシリカと接触することが重要である。したがって、有機溶媒の選定にあたってはこれらの要因を考慮して適宜選択することが好ましい。シリカが分散し易い溶媒としては、ケトン類、アルコール類、炭化水素類が挙げられ、これらの中から、フッ素含有ポリマーに対する溶解性の高い溶媒を選定することが好ましい。
表面層を形成する別法としては、シラン化合物(I)またはシラザン化合物による表面処理において説明したと同様の方法、すなわち、ヘンシェルミキサー等の公知の混合機内でシリカを攪拌しつつ、このシリカに、フッ素含有ポリマーを噴霧する方法も採用し得る。なお、上述した、フッ素含有ポリマーで処理する際、フッ素含有ポリマー以外のポリマー成分等を共存させてフッ素含有ポリマーと該ポリマー以外のポリマーとの混合物からなる表面層を形成させてもよい。
上記は、フッ素含有ポリマーを予め準備してコア材となるシリカ表面に表面層を形成する方法であるが、該シリカの表面に直接、フッ素含有ポリマーを形成させながら、フッ素含有ポリマーを含む表面層を形成させる方法も採用し得る。たとえば、前記した式(5)〜(7)等で示される重合性基を有するシラン化合物で表面処理してなるシリカを準備し、該シリカ表面に、フッ素含有ビニル系単量体を必須とするビニル系単量体をグラフト重合させる方法が挙げられる。具体的には、重合性基を有するシラン化合物で表面処理してなるシリカを有機溶媒に分散させた分散液に、重合開始剤存在下で、フッ素含有ビニル系単量体を必須とするビニル系単量体を供給しながら加熱し、ラジカル重合させる方法が好ましく採用される。以上説明した製造方法に従うことにより、本発明の粒子が得られる。
(粒子の用途)
本発明の粒子は、吸湿性が抑制され、摩擦帯電特性に優れるために、トナー用外添剤をはじめ、摩擦による優れた帯電特性が要求される産業分野、電荷制御を目的とする産業分野に好適に使用し得る。
The organic solvent is not particularly limited, but aromatic hydrocarbons, aliphatic (chain, cyclic) hydrocarbons, ketones, esters, alcohols, alkylene glycol derivatives (ethers, esters), etc. are preferably used. Can do. In order to form a surface layer uniformly on the surface of the silica, it is important that the silica is dispersed without agglomeration and that the fluorine-containing polymer is in contact with the silica in a uniformly dissolved state. Therefore, it is preferable to select an organic solvent as appropriate in consideration of these factors. Examples of the solvent in which silica is easily dispersed include ketones, alcohols, and hydrocarbons, and it is preferable to select a solvent having high solubility in the fluorine-containing polymer from these.
As another method for forming the surface layer, the same method as described in the surface treatment with the silane compound (I) or the silazane compound, that is, while stirring the silica in a known mixer such as a Henschel mixer, A method of spraying a fluorine-containing polymer can also be employed. In addition, when processing with the fluorine-containing polymer mentioned above, you may form the surface layer which consists of a polymer component other than a fluorine-containing polymer, etc. coexisted, and consists of a mixture of a fluorine-containing polymer and polymers other than this polymer.
The above is a method in which a fluorine-containing polymer is prepared in advance and a surface layer is formed on the silica surface as the core material. The surface layer containing the fluorine-containing polymer while directly forming the fluorine-containing polymer on the silica surface A method of forming can also be employed. For example, silica prepared by surface treatment with a silane compound having a polymerizable group represented by the above formulas (5) to (7) is prepared, and a fluorine-containing vinyl monomer is essential on the silica surface. The method of graft-polymerizing a vinyl monomer is mentioned. Specifically, a vinyl-based resin in which a fluorine-containing vinyl monomer is essential in the presence of a polymerization initiator in a dispersion obtained by dispersing silica, which is surface-treated with a silane compound having a polymerizable group, in an organic solvent. A method in which the monomer is heated and radically polymerized while being supplied is preferably employed. By following the production method described above, the particles of the present invention are obtained.
(Use of particles)
Since the particles of the present invention are suppressed in hygroscopicity and excellent in triboelectric charging characteristics, such as external additives for toner, industrial fields where excellent charging characteristics due to friction are required, and industrial fields for the purpose of charge control. It can be preferably used.

本発明の粒子をトナー用外添剤として使用する場合、このトナーは着色剤と結着樹脂とを有することが通常である。この着色剤には、カーボンブラック、シアンカラー、マゼンダカラー、イエローカラー、体質顔料等の染料および顔料を使用できる。また、結着樹脂には、スチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のモノオレフィン;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル等のα―メチレン脂肪族モノカルボン酸のエステル;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトン等のビニルケトン等の単独重合体あるいは共重合体;等を使用できる。
また、トナーには添加剤として、フェライトなどの磁性体、電荷制御剤、導電性調節剤、繊維状物質等の補強充填剤、酸化防止剤、離型剤などを含有させてもよい。
トナーの外添剤として、本発明の粒子を使用する場合、この粒子の含有量は、トナーの種類により適宜設定される。トナーが非磁性であるとき、粒子の使用量は、トナー100質量%に対して0.1質量%以上であることが好ましく、さらに好ましくは、0.1〜10質量%であり、より好ましくは、0.5〜5質量%である。粒子の使用量が0.1質量部未満であるとトナーの帯電性を制御できない場合がある。また、トナーが磁性トナーである場合、磁性体を除いたトナー100質量%に対して、粒子の使用量を同様に設定すればよい。トナーと本発明の粒子を混合するには、公知の混合手段、公知の混合装置を適用できる。装置としては例えば、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、ボールミル、V型混合機、ターブラーミキサー、ペイントシェーカー等が挙げられる。
When the particles of the present invention are used as an external additive for toner, the toner usually has a colorant and a binder resin. As the colorant, dyes and pigments such as carbon black, cyan color, magenta color, yellow color and extender pigments can be used. The binder resin includes monoolefins such as styrene, propylene, butylene and isobutylene; vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl benzoate and vinyl butyrate; methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, Esters of α-methylene aliphatic monocarboxylic acids such as dodecyl acrylate, octyl acrylate, phenyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, octyl methacrylate, phenyl acrylate; vinyl methyl ether, vinyl ethyl Vinyl ethers such as ether and vinyl butyl ether; homopolymers or copolymers of vinyl ketones such as vinyl methyl ketone, vinyl hexyl ketone and vinyl isopropyl ketone;
Further, the toner may contain, as additives, a magnetic substance such as ferrite, a charge control agent, a conductivity regulator, a reinforcing filler such as a fibrous substance, an antioxidant, and a release agent.
When the particles of the present invention are used as an external additive for the toner, the content of the particles is appropriately set depending on the type of toner. When the toner is non-magnetic, the amount of particles used is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.1 to 10% by mass, and more preferably 100% by mass of the toner. 0.5 to 5% by mass. If the amount of particles used is less than 0.1 parts by mass, the chargeability of the toner may not be controlled. Further, when the toner is a magnetic toner, the amount of particles used may be set similarly for 100% by mass of the toner excluding the magnetic material. In order to mix the toner and the particles of the present invention, a known mixing means and a known mixing apparatus can be applied. Examples of the apparatus include a Henschel mixer, a Nauter mixer, a ball mill, a V-type mixer, a tumbler mixer, and a paint shaker.

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、前記・後記の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and the present invention is implemented with appropriate modifications within a range that can be adapted to the spirit described above. All of which are within the scope of the present invention.

各実施例および比較例における、シリカおよび粒子に関する1次粒子径平均値、分散平均粒子径、分散粒子径の変動係数、比表面積、含水量・吸湿性、フッ素含有量(粒子表面層における単位比表面積あたりのフッ素含有量)、ポリマー含有量、炭素含有量、疎水化度、摩擦帯電量、シリカにおけるアルコール結合量は次のとおりにして評価した。
<シリカ、粒子の分散平均粒子径、分散粒子径の標準偏差の測定方法>
10%ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム溶液に粒子を2質量%濃度となるように混合し、超音波分散機により10分間以上かけて粒子を分散させ、測定用試料とした。この試料を、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製LA−920)を用いて計測した。得られた体積基準の粒度分布の算術平均値をもって平均粒子径とし、体積基準の粒度分布の算術標準偏差値をもって粒子径の標準偏差とした。シリカについても同様にして測定した。
<シリカ、粒子の粒子径の変動係数の算出方法>
粒子径の変動係数は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製LA−920)により計測して得られた平均粒子径と標準偏差から、以下のようにして算出した。
変動係数(%)=(粒子径の標準偏差/平均粒子径)×100
<シリカ、粒子の比表面積>
比表面積は,B.E.T.法により測定した。
In each Example and Comparative Example, primary particle diameter average value, dispersion average particle diameter, coefficient of variation of dispersion particle diameter, specific surface area, water content / hygroscopicity, fluorine content (unit ratio in particle surface layer) for silica and particles The fluorine content per surface area), the polymer content, the carbon content, the degree of hydrophobicity, the triboelectric charge amount, and the alcohol bond amount in silica were evaluated as follows.
<Method for measuring silica, dispersion average particle size of particles, standard deviation of dispersed particle size>
Particles were mixed in a 10% sodium dodecylbenzenesulfonate solution so as to have a concentration of 2% by mass, and the particles were dispersed for 10 minutes or more by an ultrasonic disperser to obtain a measurement sample. This sample was measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer (LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.). The arithmetic average value of the obtained volume-based particle size distribution was used as the average particle size, and the arithmetic standard deviation value of the volume-based particle size distribution was used as the standard deviation of the particle size. It measured similarly about the silica.
<Calculation method of coefficient of variation of silica and particle diameter>
The variation coefficient of the particle diameter was calculated as follows from the average particle diameter and standard deviation obtained by measurement with a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus (LA-920 manufactured by Horiba, Ltd.).
Coefficient of variation (%) = (standard deviation of particle diameter / average particle diameter) × 100
<Silica, specific surface area of particles>
The specific surface area is B.I. E. T.A. Measured by the method.

なお、測定装置は、マウンテック社製Macsorb1201用いた。
また、理論表面積に対する、測定により得られた比表面積値の比:比表面積比(S/S)を算出した。また表中、比表面積比をランクで表示したものは下記基準による判定に基づく。
0.6≦(S/S)≦1.5 : ランクA
1.5<(S/S)≦2 : ランクB
0.6>(S/S)及び2<(S/S): ランクC
なお、理論表面積Sは以下の式にしたがって求めた。
(m/g)=6/(ρ・d)
ρ:シリカ(または粒子)の真比重
d:シリカ(または粒子)の平均粒子径(μm)
<シリカ、粒子の含水量>
シリカ 5gを、直径10cmの時計皿にのせ、均一に薄く広げる。その後、温度30℃、相対湿度90%の雰囲気下において24時間放置する。放置後のシリカの含水量を、カールフィッシャー法により測定して、これを含水量とした。
The measuring device used was Macsorb 1201 manufactured by Mountec.
Further, the ratio of specific surface area value obtained by measurement to the theoretical surface area: specific surface area ratio (S / S 0 ) was calculated. In the table, the specific surface area ratio expressed by rank is based on the determination based on the following criteria.
0.6 ≦ (S / S 0 ) ≦ 1.5: Rank A
1.5 <(S / S 0 ) ≦ 2: Rank B
0.6> (S / S 0 ) and 2 <(S / S 0 ): Rank C
The theoretical surface area S 0 was determined according to the following formula.
S 0 (m 2 / g) = 6 / (ρ · d)
ρ: True specific gravity of silica (or particles) d: Average particle diameter (μm) of silica (or particles)
<Water content of silica and particles>
Place 5 g of silica on a watch glass with a diameter of 10 cm and spread it thinly. Thereafter, it is left for 24 hours in an atmosphere of a temperature of 30 ° C. and a relative humidity of 90%. The water content of the silica after standing was measured by the Karl Fischer method, and this was used as the water content.

粒子の含水量についても同様にして測定した。
<粒子、シリカの1次粒子径平均値>
SEM(日立製作所社製走査型電子顕微鏡「S−3500N」)を使用し、50〜100個程度の試料(粒子、シリカ)を確認できる1万倍率程度でこの試料観察像を無作為に5枚撮影し、全撮影像から確認できる試料の1次粒子の直径を無作為に測定した。この測定値から、平均値を算出し、これを1次粒子径平均値とした。また、該1次粒子径平均値と、粒子径の標準偏差とを次式に当てはめ、1次粒子径の変動係数を求めた。
変動係数(%)=(粒子径の標準偏差/1次粒子径平均値)×100
<粒子表面層における単位表面積あたりのフッ素含有量>
粒子におけるフッ素含有量(質量%)を測定し、得られた測定値と、前記した比表面積測定値(m/g)とから、単位表面積あたりのフッ素含有量(g/m)を算出した。なお、念のため、コア材であるシリカに関しても同様の方法でフッ素含有量を分析し、フッ素が検出される場合は、その分析値を、粒子におけるフッ素含有量から差し引いた補正値を、単位表面積あたりのフッ素含有量の算出にあたって用いた。従って、ここでいう、単位表面積あたりのフッ素含有量とは、表面層に含有されるフッ素の、粒子単位比表面積あたりの含有量である。
粒子並びにシリカにおけるフッ素含有量は、陰イオンクロマト法により測定した。なお、陰イオンクロマト法における試料の調整法は以下のとおりである。
The water content of the particles was measured in the same manner.
<Average value of primary particle diameter of particles and silica>
Using SEM (Hitachi, Ltd., scanning electron microscope “S-3500N”), 5 samples can be randomly observed at about 10,000 magnifications for about 50 to 100 samples (particles, silica). Images were taken, and the diameters of the primary particles of the sample that could be confirmed from all the photographed images were randomly measured. From this measured value, an average value was calculated and used as an average primary particle diameter value. Further, the primary particle diameter average value and the standard deviation of the particle diameter were applied to the following equation to obtain the coefficient of variation of the primary particle diameter.
Coefficient of variation (%) = (standard deviation of particle diameter / average value of primary particle diameter) × 100
<Fluorine content per unit surface area in particle surface layer>
The fluorine content (g / m 2 ) per unit surface area is calculated from the measured value obtained by measuring the fluorine content (% by mass) in the particles and the measured specific surface area (m 2 / g). did. As a precaution, the silica content of the core material is analyzed by the same method, and when fluorine is detected, the corrected value obtained by subtracting the analysis value from the fluorine content in the particles is expressed in units. Used to calculate the fluorine content per surface area. Therefore, the fluorine content per unit surface area referred to here is the content per unit particle specific surface area of fluorine contained in the surface layer.
The fluorine content in the particles and silica was measured by anion chromatography. The sample preparation method in the anion chromatography method is as follows.

試料調整法:JIS6233−1(S定量)の酸素燃焼フラスコ法と同じような要領で300mlフラスコに10mlの水を入れて、試料を3mg計り取りそれをろ紙にくるみ白金コイルに入れてフラスコ内で試料を完全燃焼させた。そのフラスコを冷水につけて30分間冷却し、200回振とうした。その後、フラスコ壁面を20mlの水で洗い流しFイオンを水で溶解させた。その試料を下記の測定機で測定した。また陰イオンクロマト分析は、ダイオネクス社製DX−320を用いた。
<粒子におけるポリマー含有量>
TG−DTAにより、空気雰囲気下、常温から500℃まで、昇温速度 10℃/分で昇温したときの重量減少率を測定し、これを粒子におけるフッ素含有ポリマー含有量(質量%)とした。
なお、ポリマー被覆原料に用いたシリカにアルコールが結合している場合は、後述するアルコール結合量を、上記重量減少率の値より差し引いたものを、フッ素含有ポリマー含有量とした。
<粒子の単位表面積あたりのフッ素含有ポリマー量>
フッ素含有ポリマー含有量と、前記した測定方法に基づく粒子の比表面積値(m/g)とから、粒子の単位比表面積あたりのフッ素含有ポリマー量を算出した。
<シリカ、粒子の炭素含有量>
元素分析CHNOコーダー(ジェイサイエンス製MT−5)により測定した。
<シリカ、粒子の疎水化度>
底部に攪拌子を置いた200ccのガラスビーカーにイオン交換水50ccを投入し、その水面にシリカ 0.2gを置いた後、拡販子を緩やかに回転させた。その後、ビーカー内の水中にビュレットの先端部を挿入し、このビュレットから水中にメタノールを徐々に導入した。この導入を、水面のシリカが完全に沈んだことを目視確認できるまで行った。そして、疎水化度を次式に基づき求めた。
Sample preparation method: In the same manner as the oxygen combustion flask method of JIS6233-1 (S determination), put 10 ml of water into a 300 ml flask, weigh 3 mg of the sample, wrap it in filter paper, put it in a platinum coil, and put it in the flask. The sample was completely burned. The flask was immersed in cold water for 30 minutes and shaken 200 times. Thereafter, the wall surface of the flask was washed with 20 ml of water to dissolve F ions with water. The sample was measured with the following measuring machine. Anion chromatography analysis used DX-320 manufactured by Dionex.
<Polymer content in particles>
Using TG-DTA, the weight reduction rate was measured when the temperature was increased from room temperature to 500 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min in an air atmosphere, and this was defined as the fluorine-containing polymer content (% by mass) in the particles. .
In addition, when the alcohol was couple | bonded with the silica used for the polymer coating raw material, what subtracted the alcohol coupling | bonding amount mentioned later from the value of the said weight reduction rate was made into fluorine-containing polymer content.
<Fluorine-containing polymer amount per unit surface area of particle>
From the fluorine-containing polymer content and the specific surface area value (m 2 / g) of the particles based on the measurement method described above, the fluorine-containing polymer amount per unit specific surface area of the particles was calculated.
<Carbon content of silica and particles>
Elemental analysis Measured with a CHNO coder (MT-5 manufactured by J-Science).
<Hydrophobicity of silica and particles>
50 cc of ion-exchanged water was put into a 200 cc glass beaker with a stirrer placed at the bottom, and 0.2 g of silica was placed on the water surface, and then the sales spreader was gently rotated. Thereafter, the tip of the burette was inserted into the water in the beaker, and methanol was gradually introduced into the water from this burette. This introduction was performed until it was confirmed visually that the silica on the water surface had completely sunk. Then, the degree of hydrophobicity was determined based on the following formula.

疎水化度(%)={メタノールの導入量(cc)}×100/{水の量(cc)+メタノール導入量(cc)}
ここで、メタノールの導入量とは、シリカが完全に沈んだことが確認できた時点で導入したメタノール量のことである。 粒子に関しても、上記の評価方法において、シリカの代わりに粒子を用いた以外は同様にして行った。
<シリカ、粒子の摩擦帯電量>
シリカ 0.5質量部と、キャリア粒子である平均粒子径100μmの鉄粉100質量部の混合物を、メノウ乳鉢内で5分間磨砕混合させた。この磨砕混合物を試料として、ブローオフ帯電量を、ブローオフ帯電量測定装置(京セラケミカル社製,「TB−200」)を用いて測定した。ここでの測定条件は、金網の目数を400メッシュ、ブロー圧を0.02MPa、ブロー時間を20秒とした。粒子に関しても、上記の評価方法において、シリカの代わりに粒子を用いた以外は同様にして行った。
<シリカにおけるアルコール結合量>
シリカ約1gを精秤し、0.05N水酸化ナトリウム水溶液50mLに入れ、室温で10時間撹拌し、懸濁液を得た。前記懸濁液を遠心分離機により、遠心力10万G以上で60分間遠心分離して、上澄み液を分取した。前記上澄み液をガスクロマトグラフにより分析し、アルコール結合量を求めた。ガスクロマトグラフの検出器は水素炎イオン化検出器(FID)を用いた。ガスクロマトグラフ分析は、JIS K 0114に従った。
[実施例1]
(ポリマーの合成)
攪拌機、滴下槽2箇所(1つはモノマー用、もう1つは触媒用)、温度計、コンデンサーを兼ね備えた1Lのフラスコを準備した。モノマー滴下装置にはフッ素含有アクリレートモノマー(共栄社化学製ライトエステルFM−108):90g、シクロヘキシルメタクリレート(三菱レイヨン製 アクリルエステルCH)90g、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学製KBM−503)20gを均一に混合した混合物を仕込んだ。触媒滴下槽にはアゾ系重合開始剤(WAKO製 V−59)10gとトルエン40gを均一に混合した混合物を仕込んだ。
フラスコ(ボトム)に、トルエン150gを仕込み、110℃に昇温した後、温度を110℃に保持しながら、モノマー滴下槽および触媒滴下槽より、別々の滴下口より、4時間掛けて滴下した。滴下終了後、110℃で2時間熟成させてから、ブースターとして更にV−59 1gとトルエン10gを均一に混合した開始剤溶液を一括投入した。その後、更に2時間加熱した後に冷却することにより、フッ素含有ポリマー(1)を含有する溶液を得た。
(シリカ粒子の調製)
攪拌機、滴下装置、温度計、コンデンサーを兼ね備えた要領200Lの反応機にメチルアルコール67.54kgと28質量%アンモニア水(水及び触媒)26.33kgとを仕込み、攪拌しながら液温を33±0.5℃に調節した。一方、滴下装置にテトラメトキシシラン13.45kgとメチルアルコール5.59kgに溶解させた溶液を仕込んだ。反応器中の液温を33±0.5℃に保持しながら、滴下装置から前記温度に保持しながら攪拌することにより、テトラメトキシシランの加水分解及び縮合を行い、シリカ粒子を含有する分散液を得た。その後、該分散液を減圧下で加熱することにより、シリカ粒子濃度が30%になるように濃縮を行った。
得られた濃縮分散液を原料として、瞬間真空蒸発装置により気流乾燥させることにより乾燥したシリカ粒子を得た。瞬間真空蒸発装置としてはクラックス・システム8B型(ホソカワミクロン製)を使用した。乾燥条件としては加熱管温度175℃、減圧度200torr(27kPa)を採用した。瞬間真空蒸発装置は加熱水蒸気が供給されるジャケットで覆われた内径8mm、長さ9mのステンレス鋼管と前記鋼管の一端部にシリカ粒子を含有する分散液を供給する供給部と鋼管の他端部に接続された粉体と蒸気とを分離するバグフィルターが設けられた減圧状態の粉体捕集室を備えている。鋼管内では供給部から供給されたシリカ粒子含有分散液が間接加熱されることにより溶媒が蒸発するとともに粉体捕集側が減圧されることにより作り出された気流によりシリカ粒子含有分散液の分散とシリカ粒子凝集物の解砕が促進される。シリカ粒子粉体は粉体捕集側が減圧されることにより作り出された気流により鋼管内を移送され、バグフィルターにより捕集される。蒸気はバグフィルターを通過後、凝縮された後、装置外に排出される。
(シリカ粒子の焼成によるシリカの調製)
得られたシリカ粒子粉体をルツボに入れ、電気炉を用いて、空気雰囲気下で、常温より昇温速度4℃/分で昇温し、1050℃に到達後、さらに1050℃で1時間加熱保持した後、冷却した。冷却後、得られたシリカを取り出し、粉砕機を用いて粉砕することにより約0.13kgのシリカを得た。尚、焼成温度は電気炉内の雰囲気温度を計測した値である。
得られたシリカの平均粒子径は0.26μm、粒子の変動係数は14%、比表面積は12m2/g、含水量は0.09%、炭素含有量は0%、孤立シラノール基量は0.3mmol/g、疎水化度は0%、摩擦帯電量は−35μc/gであった。また、アルコールの結合は認められなかった。
(ポリマー処理)
得られたシリカ0.3kgとメチルエチルケトン0.5kgを1Lビーカーに仕込み、超音波分散機にて1hr照射し、単分散状態のシリカMEK分散体を得た。そのシリカMEK分散体にフッ素含有ポリマー(1)含有溶液を該ポリマーとして30gを添加し、混合物を1時間、攪拌を行った。次に、混合物を1Lのナス型フラスコに移し、エバポレーターにセットしてオイルバス150℃の常圧で蒸留を始めて、ボトムのスラリーがケーキ状になってきた段階で、操作圧200torrにセットして減圧にて2時間乾燥させた。その後、冷却をして、ポリマー処理シリカを取り出した。
そのポリマー処理シリカを粉砕圧6kg/cm2のジェット粉砕機分級機(ホソカワミクロン製/カウンタージェット100型)にて解砕分級を行なうことにより、シリカとその表面にフッ素含有ポリマー(1)を含む表面層が形成されてなる、粒子(1)を得た。
[実施例2]
実施例1において、シリカ粒子粉体を焼成する際の温度を800℃にした以外は、実施例1と同様にして行うことにより、シリカとその表面にフッ素含有ポリマー(1)を含む表面層が形成されてなる、粒子(2)を得た。
[実施例3]
実施例1と同様にしてシリカ粒子を合成し、同様の焼成条件でシリカを調製した。得られたシリカ0.3kgを混合機(カワタ製、スーパーミキサーピッコロ)に仕込み、攪拌を行なった。一方、100ccビーカーに重合性基を有するシラン化合物であるビニルトリメトキシシラン(KBM−1003、信越化学社製)15gとメタノール15gとからなる均一溶液を前記シリカに10分かけて霧状に噴霧した後、1時間攪拌を行なうことにより、シリカとシラン化合物との混合物を得た。得られた混合物をSUS製のバットに移して棚型乾燥機にて常温から120℃へ1時間で昇温し、120℃で更に3時間乾燥した後、冷却することにより、表面処理シリカ粉体を得た。その表面処理シリカを更にジェット粉砕分級機にて粉砕を行なった。
得られた表面処理シリカ0.3kgとメチルエチルケトン0.5kgを1Lビーカーに仕込み、超音波分散機にて1hr照射し、単分散状態のシリカMEK分散体を得た。そのシリカMEK分散体にフッ素含有ポリマー(1)30gを加え均一に混合してから、1Lのナス型フラスコに移し、エバポレーターにセットしてオイルバス150℃、常圧下で蒸留を開始し、溶媒成分を留去しボトムのスラリーがケーキ状になった段階で、操作圧200torrにセットして減圧にて2時間乾燥させた。その後、冷却をしてポリマー処理シリカを取り出した。
得られたポリマー処理シリカを粉砕圧6kg/cm2のジェット粉砕機分級機(ホソカワミクロン製/カウンタージェット100型)にて解砕分級を行なうことによって、シリカとその表面にフッ素含有ポリマー(1)を含む表面層が形成されてなる、粒子(3)を得た。
[実施例4]
実施例3において、シリカ粒子の焼成温度を800℃にした以外は実施例3と同様にして行い、
シリカとその表面にフッ素含有ポリマー(1)を含む表面層が形成されてなる、粒子(4)を得た。
[実施例5]
実施例1と同様にして、シリカとその表面にフッ素含有ポリマー(1)を含む表面層が形成されてなる粒子(5a)を得た。該粒子(5a)10gをMEK50gに溶解し、超音波分散機で1時間照射し、更に室温で8hr分散させた後、遠心沈降管に移して10Gで30分間遠心分離し固液分離した。その上澄みを廃棄して固形分を取り出して更にMEK50gを追加して前記と同等の方法で分散、固液分離を2回繰り返すことにより沈降ケーキを得た。得られた沈降ケーキを、120℃、50torrで1時間加熱することにより、ポリマー処理粒子を調整し、実施例1と同様に解砕することによって、シリカとその表面にフッ素含有ポリマー(1)を含む表面層が形成されてなる、粒子(5)を得た。
[実施例6]
実施例5において、粒子(5a)の代わりに、実施例3で得られた粒子(3)を用いた以外は、実施例5と同様にして、洗浄操作を行い、シリカとその表面にフッ素含有ポリマー(1)を含む表面層が形成されてなる、粒子(6)を得た。
[比較例1]
実施例1において、シリカ粒子の焼成を行なわない以外は実施例1と同様にして、シリカとその表面にフッ素含有ポリマー(1)を含む表面層が形成されてなる、粒子(c1)を得た。なお、シリカにおけるアルコール結合量は、9.0質量%であった。
[比較例2]
実施例3において、シリカ粒子の焼成温度設定を1200℃にした以外は実施例3と同様にして、シリカとその表面にフッ素含有ポリマー(1)を含む表面層が形成されてなる、粒子(c2)を得た。
Hydrophobicity (%) = {methanol introduction amount (cc)} × 100 / {water amount (cc) + methanol introduction amount (cc)}
Here, the amount of methanol introduced is the amount of methanol introduced when it was confirmed that the silica was completely sunk. Regarding the particles, the same evaluation method was used except that the particles were used instead of silica.
<Abrasive charge of silica and particles>
A mixture of 0.5 part by mass of silica and 100 parts by mass of iron powder having an average particle diameter of 100 μm as carrier particles was ground and mixed in an agate mortar for 5 minutes. Using the ground mixture as a sample, the blow-off charge amount was measured using a blow-off charge amount measuring device (“TB-200” manufactured by Kyocera Chemical Co., Ltd.). The measurement conditions here were a mesh of 400 mesh, a blow pressure of 0.02 MPa, and a blow time of 20 seconds. Regarding the particles, the same evaluation method was used except that the particles were used instead of silica.
<Alcohol bond amount in silica>
About 1 g of silica was precisely weighed, placed in 50 mL of 0.05N aqueous sodium hydroxide solution, and stirred at room temperature for 10 hours to obtain a suspension. The suspension was centrifuged with a centrifugal force at a centrifugal force of 100,000 G or more for 60 minutes, and the supernatant was collected. The supernatant was analyzed by gas chromatography to determine the amount of alcohol bound. As a detector of the gas chromatograph, a flame ionization detector (FID) was used. Gas chromatographic analysis was in accordance with JIS K 0114.
[Example 1]
(Polymer synthesis)
A 1 L flask equipped with a stirrer, two dripping tanks (one for the monomer and one for the catalyst), a thermometer, and a condenser was prepared. Fluorine-containing acrylate monomer (Kyoeisha Chemical Light Ester FM-108): 90 g, cyclohexyl methacrylate (Mitsubishi Rayon acrylic ester CH) 90 g, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (Shin-Etsu Chemical KBM-503) A mixture in which 20 g was uniformly mixed was charged. The catalyst dropping tank was charged with a mixture in which 10 g of an azo polymerization initiator (V-59 manufactured by WAKO) and 40 g of toluene were uniformly mixed.
Into the flask (bottom) was charged 150 g of toluene, and the temperature was raised to 110 ° C., and then dropped from a monomer dropping tank and a catalyst dropping tank over 4 hours from separate dropping ports while maintaining the temperature at 110 ° C. After completion of the dropping, the mixture was aged at 110 ° C. for 2 hours, and then an initiator solution in which 1 g of V-59 and 10 g of toluene were uniformly mixed was added as a booster. Thereafter, the solution was further heated for 2 hours and then cooled to obtain a solution containing the fluorine-containing polymer (1).
(Preparation of silica particles)
A 200 L reactor equipped with a stirrer, a dropping device, a thermometer, and a condenser was charged with 67.54 kg of methyl alcohol and 26.33 kg of 28% by mass ammonia water (water and catalyst), and the liquid temperature was 33 ± 0 while stirring. Adjusted to 5 ° C. On the other hand, a solution prepared by dissolving 13.45 kg of tetramethoxysilane and 5.59 kg of methyl alcohol was charged into a dropping device. Dispersion containing silica particles by hydrolyzing and condensing tetramethoxysilane by stirring while maintaining the liquid temperature in the reactor at 33 ± 0.5 ° C. while maintaining the temperature from the dropping device. Got. Thereafter, the dispersion was heated under reduced pressure to perform concentration so that the silica particle concentration was 30%.
Using the obtained concentrated dispersion as a raw material, dried silica particles were obtained by air-flow drying with an instantaneous vacuum evaporator. As an instantaneous vacuum evaporator, a CRAX system 8B type (manufactured by Hosokawa Micron) was used. As drying conditions, a heating tube temperature of 175 ° C. and a degree of vacuum of 200 torr (27 kPa) were employed. The instantaneous vacuum evaporator includes a stainless steel pipe having an inner diameter of 8 mm and a length of 9 m covered with a jacket to which heated steam is supplied, a supply section for supplying a dispersion containing silica particles to one end of the steel pipe, and the other end of the steel pipe A powder collecting chamber in a decompressed state provided with a bag filter for separating the powder and vapor connected to each other. In the steel pipe, the silica particle-containing dispersion liquid supplied from the supply section is indirectly heated to evaporate the solvent, and the powder collection side is depressurized, and the silica particle-containing dispersion liquid dispersion and silica Crushing of the particle aggregate is promoted. The silica particle powder is transferred through the steel pipe by an air flow created by reducing the pressure on the powder collecting side, and is collected by a bag filter. After passing through the bag filter, the vapor is condensed and then discharged out of the apparatus.
(Preparation of silica by firing silica particles)
The obtained silica particle powder is put in a crucible, heated in an air atmosphere at a heating rate of 4 ° C./min from an ordinary temperature in an air atmosphere, reached 1050 ° C., and further heated at 1050 ° C. for 1 hour. After holding, it was cooled. After cooling, the obtained silica was taken out and pulverized using a pulverizer to obtain about 0.13 kg of silica. The firing temperature is a value obtained by measuring the atmospheric temperature in the electric furnace.
The obtained silica has an average particle size of 0.26 μm, a particle variation coefficient of 14%, a specific surface area of 12 m 2 / g, a water content of 0.09%, a carbon content of 0%, and an isolated silanol group content of 0.2%. 3 mmol / g, the degree of hydrophobicity was 0%, and the triboelectric charge amount was −35 μc / g. Further, no binding of alcohol was observed.
(Polymer treatment)
0.3 kg of the obtained silica and 0.5 kg of methyl ethyl ketone were charged into a 1 L beaker and irradiated with an ultrasonic disperser for 1 hr to obtain a monodispersed silica MEK dispersion. 30 g of the fluorine-containing polymer (1) -containing solution as the polymer was added to the silica MEK dispersion, and the mixture was stirred for 1 hour. Next, the mixture was transferred to a 1 L eggplant-shaped flask, set in an evaporator, and started to distill at an atmospheric pressure of 150 ° C. in an oil bath. When the bottom slurry became cake-like, the operating pressure was set to 200 torr. It was dried under reduced pressure for 2 hours. Then, it cooled and the polymer processing silica was taken out.
By subjecting the polymer-treated silica to pulverization and classification with a jet pulverizer classifier (manufactured by Hosokawa Micron / Counterjet 100 type) having a pulverization pressure of 6 kg / cm 2, a surface layer containing silica and a fluorine-containing polymer (1) on the surface thereof To obtain particles (1).
[Example 2]
In Example 1, the surface layer containing the fluorine-containing polymer (1) on the surface of silica and the surface thereof was obtained by carrying out in the same manner as in Example 1 except that the temperature when firing the silica particle powder was 800 ° C. The formed particles (2) were obtained.
[Example 3]
Silica particles were synthesized in the same manner as in Example 1, and silica was prepared under the same firing conditions. 0.3 kg of the obtained silica was charged into a mixer (manufactured by Kawata, Supermixer Piccolo) and stirred. On the other hand, a homogeneous solution consisting of 15 g of vinyltrimethoxysilane (KBM-1003, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), which is a silane compound having a polymerizable group, in a 100 cc beaker and sprayed with 15 g of methanol was sprayed on the silica in 10 minutes. Then, the mixture of a silica and a silane compound was obtained by stirring for 1 hour. The resulting mixture was transferred to a SUS bat, heated from room temperature to 120 ° C. in a shelf dryer in 1 hour, dried at 120 ° C. for 3 hours, and then cooled to obtain a surface-treated silica powder. Got. The surface-treated silica was further pulverized with a jet pulverizer.
0.3 kg of the obtained surface-treated silica and 0.5 kg of methyl ethyl ketone were charged into a 1 L beaker and irradiated with an ultrasonic disperser for 1 hr to obtain a monodispersed silica MEK dispersion. 30 g of the fluorine-containing polymer (1) was added to the silica MEK dispersion and mixed uniformly, then transferred to a 1 L eggplant-shaped flask, set in an evaporator, and started distillation under an oil bath at 150 ° C. and normal pressure. When the bottom slurry became a cake, the operating pressure was set at 200 torr and dried under reduced pressure for 2 hours. Thereafter, the polymer-treated silica was taken out by cooling.
The obtained polymer-treated silica is subjected to pulverization and classification with a jet pulverizer classifier (manufactured by Hosokawa Micron / Counterjet 100 type) having a pulverization pressure of 6 kg / cm2, thereby containing the fluorine-containing polymer (1) on the surface thereof. Particles (3) having a surface layer formed were obtained.
[Example 4]
In Example 3, it was performed in the same manner as in Example 3 except that the firing temperature of the silica particles was 800 ° C.,
Particles (4) obtained by forming a surface layer containing silica and a fluorine-containing polymer (1) on the surface thereof were obtained.
[Example 5]
In the same manner as in Example 1, particles (5a) in which a surface layer containing silica and a fluorine-containing polymer (1) on the surface thereof were formed were obtained. 10 g of the particles (5a) were dissolved in 50 g of MEK, irradiated with an ultrasonic disperser for 1 hour, further dispersed at room temperature for 8 hours, then transferred to a centrifugal sedimentation tube, centrifuged at 10 G for 30 minutes, and solid-liquid separated. The supernatant was discarded, the solid content was taken out, 50 g of MEK was further added, and dispersion and solid-liquid separation were repeated twice by the same method as described above to obtain a precipitated cake. The obtained precipitated cake was heated at 120 ° C. and 50 torr for 1 hour to prepare polymer-treated particles. By crushing in the same manner as in Example 1, the fluorine-containing polymer (1) was added to the silica and the surface thereof. Particles (5) obtained by forming a surface layer containing them were obtained.
[Example 6]
In Example 5, a washing operation was performed in the same manner as in Example 5 except that the particles (3) obtained in Example 3 were used in place of the particles (5a), and silica and fluorine-containing surfaces were contained. Particles (6) obtained by forming a surface layer containing polymer (1) were obtained.
[Comparative Example 1]
In Example 1, particles (c1) in which a surface layer containing silica and a fluorine-containing polymer (1) was formed on the surface thereof were obtained in the same manner as Example 1 except that the silica particles were not baked. . In addition, the alcohol bond amount in silica was 9.0 mass%.
[Comparative Example 2]
In Example 3, particles (c2) are formed by forming a surface layer containing silica and a fluorine-containing polymer (1) on the surface in the same manner as in Example 3 except that the firing temperature of the silica particles is set to 1200 ° C. )

各実施例、比較例でそれぞれ得られた粒子およびシリカに関する各種評価結果を表1に示す。
表1より次のことを確認することができる。
(1)フッ素含有ポリマーを含む表面層を有する粒子であっても、比表面積比(S/S)≦2を満足しないシリカ粒子をコアとする比較例1に示す粒子(c1)は、含水量が4.8%と高い。
従って、保存時に吸湿し易く、帯電後に帯電が減衰し易いと考えられる。
(2)フッ素含有ポリマーを含む表面層を有する粒子であっても、コアであるシリカの製造時の焼成温度が1200℃と1180℃以下を満足しない、比較例2に示す粒子(c2)は、摩擦帯電量が、−31μc/gと、−50μc/gより絶対値として小さく、また、凝集固着した粒子であり、トナー用外添剤としての使用は困難である。
(3)実施例1〜6で得られた粒子はいずれも、比表面積比(S/S)≦2を満足し、含水量が0.1%以下と極めて低く、摩擦帯電量も絶対値が50μc/g以上である。特に、実施例5および6で得られた粒子においては、フッ素含有ポリマーを含む表面層の割合が他の実施例の約1/3と小さいにも関わらず、摩擦帯電量が絶対値で100μc/g以上であり、他の実施例の約2倍の帯電量を示した。
Table 1 shows various evaluation results regarding the particles and silica obtained in each of the examples and comparative examples.
From Table 1, the following can be confirmed.
(1) Even if the particles have a surface layer containing a fluorine-containing polymer, the particles (c1) shown in Comparative Example 1 having silica particles that do not satisfy the specific surface area ratio (S / S 0 ) ≦ 2 as the core The amount of water is as high as 4.8%.
Therefore, it is considered that moisture is easily absorbed during storage, and charging is likely to attenuate after charging.
(2) Even if the particles have a surface layer containing a fluorine-containing polymer, the particle (c2) shown in Comparative Example 2 does not satisfy the firing temperature of 1200 ° C. and 1180 ° C. or less during the production of silica as a core. The triboelectric charge amount is −31 μc / g and an absolute value smaller than −50 μc / g, and is an agglomerated and fixed particle, which is difficult to use as an external additive for toner.
(3) The particles obtained in Examples 1 to 6 all satisfy the specific surface area ratio (S / S 0 ) ≦ 2, the water content is extremely low at 0.1% or less, and the triboelectric charge amount is also an absolute value. Is 50 μc / g or more. In particular, in the particles obtained in Examples 5 and 6, although the ratio of the surface layer containing the fluorine-containing polymer was as small as about 1/3 of the other examples, the triboelectric charge amount was 100 μc / in absolute value. The amount of charge was not less than g and about twice the charge amount of the other examples.

Figure 2009263152
Figure 2009263152

Claims (12)

シリカとその表面に形成されてなるフッ素含有ポリマーを含む表面層からなる粒子であって、該シリカの比表面積Ssが、下記式(1)で示される理論表面積Ssに対する比表面積比(Ss/Ss)が2以下であり、且つ、粒子の摩擦帯電量の絶対値が50μc/g以上であることを特徴とする、粒子。
Ss(m/g)=6/(ρ×d)・・・・・・(1)
ρ:シリカの真比重
d:シリカの1次粒子径の平均値(μm)
A particle comprising a surface layer containing silica and a fluorine-containing polymer formed on the surface thereof, wherein the specific surface area Ss of the silica is a specific surface area ratio (Ss /) to a theoretical surface area Ss 0 represented by the following formula (1): Ss 0 ) is 2 or less, and the absolute value of the triboelectric charge amount of the particle is 50 μc / g or more.
Ss 0 (m 2 / g) = 6 / (ρ × d) (1)
ρ: True specific gravity of silica d: Average primary particle diameter of silica (μm)
前記表面層の割合が、粒子の単位比表面積あたり、0.1〜100mg/m2である、請求項1記載の粒子。   The particle | grains of Claim 1 whose ratio of the said surface layer is 0.1-100 mg / m <2> per unit specific surface area of particle | grains. 前記表面層におけるフッ素含有量が、表面層100質量%に対して、1〜50質量%である、請求項1または2記載の粒子。   The particle | grains of Claim 1 or 2 whose fluorine content in the said surface layer is 1-50 mass% with respect to 100 mass% of surface layers. 前記フッ素含有ポリマーが、さらに炭素数6〜20のアルキル基を有するものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の粒子。 The particle according to any one of claims 1 to 3, wherein the fluorine-containing polymer further has an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms. 前記フッ素含有ポリマーが、フッ素含有ビニル系重合体である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の粒子。 The particle according to any one of claims 1 to 4, wherein the fluorine-containing polymer is a fluorine-containing vinyl polymer. 前記粒子の30℃、相対湿度90%の雰囲気下において24時間放置したときの含水量が0.3%以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の粒子。 The particle | grains of any one of Claims 1-5 whose water content is 0.3% or less when it is left for 24 hours in the atmosphere of 30 degreeC and 90% of relative humidity of the said particle | grain. 前記シリカの孤立シラノール基含有量が、0.01〜5mmol/gである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の粒子。 The particle | grains of any one of Claims 1-6 whose isolated silanol group content of the said silica is 0.01-5 mmol / g. 前記シリカが単一粒子からなるものである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の粒子。   The particle | grains of any one of Claims 1-7 whose said silica consists of single particle | grains. 前記シリカが、アルコキシシランの加水分解縮合物からなるシリカ粒子を、650〜1180℃で焼成してなるものである、請求項1〜8のいずれか1項に記載の粒子。 The particles according to any one of claims 1 to 8, wherein the silica is obtained by firing silica particles comprising a hydrolysis condensate of alkoxysilane at 650 to 1180 ° C. 前記シリカが、重合性シラン化合物で表面処理されてなるものである、請求項1〜9のいずれか1項に記載の粒子。   The particle according to any one of claims 1 to 9, wherein the silica is surface-treated with a polymerizable silane compound. 下記式(2)で示される理論表面積Ssに対する比表面積Ssの比表面積比(Ss/Ss)が2以下であるシリカを製造する工程と、前記シリカにフッ素含有ポリマーを含む表面層を形成させる工程とを有することを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の粒子の製造方法。
Ss(m/g)=6/(ρ×d)・・・・(2)
ρ:シリカの真比重
d:シリカの1次粒子径の平均値(μm)
A step of producing silica having a specific surface area ratio (Ss / Ss 0 ) of a specific surface area Ss to a theoretical surface area Ss 0 represented by the following formula (2), and forming a surface layer containing a fluorine-containing polymer on the silica The method for producing particles according to any one of claims 1 to 10, wherein the method comprises the step of:
Ss 0 (m 2 / g) = 6 / (ρ × d) (2)
ρ: True specific gravity of silica d: Average primary particle diameter of silica (μm)
前記シリカを製造する工程が、アルコキシシランを加水分解・縮合することによりシリカ粒子を製造する工程(1)、該シリカ粒子を650〜1180℃の温度範囲で焼成することにより前記シリカを製造する工程(2)とを含むものであることを特徴とする、請求項11記載の粒子の製造方法。 The step of producing the silica includes the step (1) of producing silica particles by hydrolyzing and condensing alkoxysilane, and the step of producing the silica by firing the silica particles in a temperature range of 650 to 1180 ° C. The method for producing particles according to claim 11, comprising (2).
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