JP2009274934A - Method of manufacturing ceramic hollow particle, and ceramic hollow particle - Google Patents

Method of manufacturing ceramic hollow particle, and ceramic hollow particle Download PDF

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Shuichi Kimura
秀一 木村
Kiyoshi Yagi
清 八木
Makoto Egashira
誠 江頭
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing ceramic hollow particles, easy to carry out, reducible in use amount of resin molds, containing no unnecessary component, capable of manufacturing the ceramic hollow particles by mass production. <P>SOLUTION: The method of manufacturing ceramic hollow particles is provided with a dispersion phase preparing process for obtaining a dispersion phase liquid formed by adding water and ceramic particles made hydrophobic to an organic solvent solution of polystyrene and dispersing them, an emulsion preparing process for obtaining an emulsion formed by dispersing the dispersion phase liquid in water, a particle forming process for obtaining polystyrene-ceramic hollow particles comprising polystyrene and ceramics by removing the solvent from the emulsion to dry it, and a baking process for obtaining the ceramic hollow particles by heating the polystyrene-ceramic hollow particles in an oxidation atmosphere. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、樹脂材料などにフィラーとして添加されて、母材に様々な機能を付与する事ができるセラミックス中空粒子の製造方法及びセラミックス中空粒子に関する。   The present invention relates to a method for producing ceramic hollow particles which can be added to a resin material or the like as a filler and can give various functions to a base material, and ceramic hollow particles.

樹脂材料などに添加されて、母材に様々な機能を付与するフィラーの開発が進められている。このなかで、低誘電率、低熱伝導性、軽量といった特性を付与できるセラミックス中空粒子は、様々な分野での応用が期待されている。しかしながら、現在市販されているセラミックス系中空粒子のほとんどは、製造に当たって複雑な調製プロセス、高価な装置もしくは大量の樹脂鋳型を必要とし、結果として多量生産に適していない。   Development of fillers that are added to resin materials and the like to impart various functions to the base material is underway. Among these, ceramic hollow particles capable of imparting characteristics such as low dielectric constant, low thermal conductivity, and light weight are expected to be applied in various fields. However, most of the ceramic-based hollow particles currently on the market require a complicated preparation process, an expensive apparatus or a large amount of resin mold in production, and as a result, are not suitable for mass production.

一方、複雑な調製プロセスや装置を必要としないシラスバルーン等の火山ガラス質資源からなるシリカ系中空粒子においては、成形物においては不必要な成分が多量に含まれていたり、加熱発泡の制御が困難なことから、壁厚などの品質が安定しないなどの問題点がある。さらに、これら中空粒子のほとんどが、幅広い粒度分布を示し、応用範囲が限られてしまうと云った問題がある。   On the other hand, silica-based hollow particles made of volcanic glassy resources such as shirasu balloons that do not require complicated preparation processes or equipment contain a large amount of unnecessary components in the molded product, and control of heating and foaming is possible. Since it is difficult, there is a problem that quality such as wall thickness is not stable. Furthermore, most of these hollow particles exhibit a wide particle size distribution and have a problem that the application range is limited.

セラミックス中空粒子の調製は、材料および用途等に応じてさまざまな手法が存在する。すなわち、溶融セラミックスに高圧空気を吹き付ける溶融吹付法、発泡成分の発泡による加熱発泡法、融点の低い樹脂等の表面にセラミックス層をコーティングし、加熱焼成すると同時に芯材を除去し、中空を形成させる芯材溶融・溶出法、ノズル液滴法、噴霧熱分解法、界面反応法に代表されるが、高度な技術と複雑な装置が必要となり、また、品質の制御が困難で、簡便かつ量産に適した技術が確立されているとは言い難い。特に、溶融溶出法(特許文献1)では、多量の樹脂鋳型が必要となり、材料コストが高くなると云う問題があり、噴霧熱分解法(特許文献2〜4)では多量生産が困難となるなどの問題点が挙げられる。
特開2003−160330公報 特開2003−89519公報 特開2003−160331公報 特開2005−126309公報
There are various methods for preparing ceramic hollow particles depending on materials and applications. That is, a melt spraying method in which high-pressure air is blown to the molten ceramic, a heating foaming method by foaming of a foaming component, a ceramic layer is coated on the surface of a resin having a low melting point, and the core material is removed at the same time as heating and firing to form a hollow Represented by core material melting / elution method, nozzle droplet method, spray pyrolysis method, and interfacial reaction method, advanced technology and complicated equipment are required, and quality control is difficult, making it easy and mass production. It is hard to say that suitable technology has been established. In particular, the melt elution method (Patent Document 1) has a problem that a large amount of a resin mold is required and the material cost is high, and the spray pyrolysis method (Patent Documents 2 to 4) makes it difficult to perform mass production. There are problems.
JP 2003-160330 A JP 2003-89519 A JP 2003-160331 A JP 2005-126309 A

本発明は、上記した従来の問題点を改善する、すなわち、簡便に実施でき、樹脂鋳型の使用量を削減し、不必要な成分を含有させず、多量生産が可能なセラミックス中空粒子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention improves the above-mentioned conventional problems, that is, a method for producing ceramic hollow particles that can be carried out easily, reduce the amount of resin mold used, do not contain unnecessary components, and can be mass-produced The purpose is to provide.

本発明のセラミックス中空粒子の製造方法は上記課題を解決するため、請求項1に記載の通り、ポリスチレンの有機溶媒溶液に、水と疎水化されたセラミックス粒子とを添加して分散させた拡散相液を得る拡散相調製工程、前記拡散相液を、水中に分散させてエマルションを得るエマルション調製工程、前記エマルションから溶媒を除去、乾燥させてポリスチレンとセラミックスとからなるポリスチレン−セラミックス中空粒子を得る粒子形成工程、及び、前記ポリスチレン−セラミックス中空粒子を酸化雰囲気中で加熱してセラミックス中空粒子を得る焼成工程を備えたことを特徴とするセラミックス中空粒子の製造方法である。   In order to solve the above problems, the method for producing ceramic hollow particles of the present invention has a diffusion phase in which water and hydrophobic ceramic particles are added and dispersed in an organic solvent solution of polystyrene as described in claim 1. A diffusion phase preparation step for obtaining a liquid, an emulsion preparation step for obtaining an emulsion by dispersing the diffusion phase liquid in water, particles for obtaining polystyrene-ceramic hollow particles comprising polystyrene and ceramics by removing the solvent from the emulsion and drying the emulsion. A method for producing ceramic hollow particles, comprising a forming step and a firing step of heating the polystyrene-ceramic hollow particles in an oxidizing atmosphere to obtain the ceramic hollow particles.

また、本発明のセラミックス中空粒子の製造方法は、請求項2に記載の通り、請求項1に記載のセラミックス中空粒子の製造方法において、前記エマルション調製工程で用いる前記水に高分子分散安定剤が添加されていることを特徴とする。   Moreover, the manufacturing method of the ceramic hollow particle of this invention is a manufacturing method of the ceramic hollow particle of Claim 1 as described in Claim 2, A polymer dispersion stabilizer is in the said water used at the said emulsion preparation process. It is characterized by being added.

また、本発明のセラミックス中空粒子は、上記請求項1または請求項2に記載のセラミックス中空粒子の製造方法により製造されたことを特徴とするセラミックス中空粒子である。   Moreover, the ceramic hollow particle of the present invention is a ceramic hollow particle produced by the method for producing a ceramic hollow particle according to claim 1 or 2.

本発明のセラミックス中空粒子の製造方法は簡便に実施でき、樹脂鋳型の使用量を削減し、不必要な成分を含有させず、多量生産が可能な優れたセラミックス中空粒子の製造方法である。   The method for producing ceramic hollow particles of the present invention is an excellent method for producing ceramic hollow particles that can be carried out simply, reduces the amount of resin mold used, does not contain unnecessary components, and enables mass production.

また、請求項2に記載のセラミックス中空粒子の製造方法によれば、前記エマルション調製工程で用いる前記水に高分子分散安定剤が添加されているために、形成されるエマルションの中の液滴の分散が安定し、最終的に得られるセラミックス中空粒子の大きさのばらつきが小さくなる。   Further, according to the method for producing ceramic hollow particles according to claim 2, since a polymer dispersion stabilizer is added to the water used in the emulsion preparation step, the droplets in the formed emulsion Dispersion is stabilized, and variation in the size of the finally obtained ceramic hollow particles is reduced.

本発明において、拡散相調製工程では、ポリスチレンの有機溶媒溶液に、水と疎水化されたセラミックス粒子とを添加して分散させた拡散相液を得る。このことを図1中、拡散相調製工程でモデル的に示した。図中符号1は水であり、セラミックス粒子3が分散されたポリスチレンの有機溶媒溶液2中に注ぎ込まれる直前の状態と拡散相調製工程後に、ポリスチレンの有機溶媒溶液2にセラミックス粒子3と水1とが分散された状態を示す。   In the present invention, in the diffusion phase preparation step, a diffusion phase liquid is obtained in which water and hydrophobic ceramic particles are added and dispersed in an organic solvent solution of polystyrene. This is shown as a model in the diffusion phase preparation step in FIG. In the figure, reference numeral 1 is water, and the state immediately before being poured into the polystyrene organic solvent solution 2 in which the ceramic particles 3 are dispersed and after the diffusion phase preparation step, the ceramic particles 3 and the water 1 are added to the polystyrene organic solvent solution 2. Indicates a distributed state.

用いる有機溶媒としては、ポリスチレンを溶解し、かつ、水に不溶なものであれば良く、例えばジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサンなどが挙げられ、必要に応じて混合して用いることもできる。   As the organic solvent to be used, any solvent that dissolves polystyrene and is insoluble in water may be used. Examples include dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, benzene, toluene, xylene, cyclohexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, and the like. It can also be mixed and used as needed.

用いるポリスチレンは市販のもの(ペレット状のもの)を用いれば良く、必要に応じて粉末としてから上記有機溶媒に溶解させても良い。溶解に際しては、必要に応じて攪拌、加熱などを行っても良い。拡散相の粘度が高すぎると、エマルション調整工程において、安定した球状の液滴が形成できないために、ポリスチレンとセラミックス粉末と溶媒の添加量を調整し、安定した球状の液滴が形成できるように拡散相の粘度を調整する。このとき、ポリスチレンは後の工程で除去することを考慮すると、ポリスチレンの添加量は極力少ないことが好ましい。本発明ではこのようにポリスチレンをセラミックスのバインダーとして用いているために粒子形成工程で得られるポリスチレン−セラミックス中空粒子は焼成前でも強度が高く、破壊する可能性が非常に少ないので、理想的には中空粒子が効率よく得られる。   The polystyrene used may be a commercially available one (pellet-shaped one), and may be dissolved in the organic solvent after being powdered as necessary. Upon dissolution, stirring, heating, or the like may be performed as necessary. If the viscosity of the diffusive phase is too high, stable spherical droplets cannot be formed in the emulsion adjustment process, so the amount of polystyrene, ceramic powder and solvent added can be adjusted to form stable spherical droplets. Adjust the viscosity of the diffusion phase. At this time, considering that polystyrene is removed in a later step, it is preferable that the amount of polystyrene added is as small as possible. In the present invention, since polystyrene is used as a binder for ceramics in this way, the polystyrene-ceramic hollow particles obtained in the particle forming step have high strength even before firing, and are very unlikely to break. Hollow particles can be obtained efficiently.

用いる疎水化セラミックスは、市販の疎水性セラミックス粒子(例えば、疎水性アルミナは日本アエロジル株式会社等から入手可能)を用いても、あるいは、疎水化剤で表面改質し、疎水化処理したセラミックスを用いても良い。ここで、疎水化剤としては、脂肪酸、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、及びシリコーンオイルなどを上げることができ、これらから1種以上選択して使用する。   The hydrophobic ceramic used may be a commercially available hydrophobic ceramic particle (for example, hydrophobic alumina is available from Nippon Aerosil Co., Ltd.) or a surface-modified hydrophobized ceramic with a hydrophobizing agent. It may be used. Here, as the hydrophobizing agent, a fatty acid, a silane coupling agent, a titanate coupling agent, an aluminum coupling agent, a silicone oil, and the like can be raised, and one or more kinds are selected and used.

シランカップリング剤としては、特に、限定されるものではないが、例えば、ビニルエトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシシラン)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトシキシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトシキシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等を上げることができる。このようなシランカップリング剤は、通常、親水性のセラミックス粒子に対して、0.1重量%以上5重量%以下、好ましくは0.3重量%以上1重量%以下の範囲で用いられる。   Although it does not specifically limit as a silane coupling agent, For example, a vinyl ethoxysilane, vinyl tris (2-methoxysilane) silane, (gamma) -methacryloxypropyl trimethoxysilane, (gamma) -aminopropyl trimethoxysilane, (beta) -(3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane and the like can be raised. Such a silane coupling agent is usually used in a range of 0.1 wt% to 5 wt%, preferably 0.3 wt% to 1 wt%, with respect to the hydrophilic ceramic particles.

また、疎水化が目的であるために、シランカップリング剤以外のカップリング剤、例えば、チタネート系カップリング剤やアルミニウム系カップリング剤もシランカップリング剤同様に用いることができる。   In addition, since the purpose is hydrophobicity, a coupling agent other than the silane coupling agent, for example, a titanate coupling agent or an aluminum coupling agent can be used in the same manner as the silane coupling agent.

また、脂肪酸としては、疎水化用途に用いるものであるために、水に多量に溶けないものであることが必要で、このようなものとして例えば、酪酸、吉草酸、ブチル酸、バレリアン酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、マーガリン酸、アラギリン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、ウンデシル酸、ノナデカン酸、アラキン酸、イソクロトン酸、ウンデシレン酸、オレイン酸、エライジン酸、ソルビン酸、アラキドン酸、リノール酸、リノレン酸などから選択された1種以上で、飽和、不飽和を問わず挙げられるが、好ましくは炭素数14以上24以下の飽和又は不飽和の高級脂肪酸が好ましく、例えば、オレイン酸やステアリン酸を挙げることができる。このような脂肪酸は、通常、0.5重量%以上5重量%以下、好ましくは1重量%以上3重量%以下の範囲で用いられる。また、上記脂肪酸の塩もまた使用できる。   In addition, since the fatty acid is used for hydrophobization, it is necessary that the fatty acid does not dissolve in a large amount in water. For example, butyric acid, valeric acid, butyric acid, valeric acid, capron Acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, lauric acid, tridecylic acid, myristic acid, pentadecylic acid, palmitic acid, heptadecyl acid, stearic acid, margaric acid, aragylic acid, behenic acid, lignoceric acid, undecylic acid, One or more selected from nonadecanoic acid, arachidic acid, isocrotonic acid, undecylenic acid, oleic acid, elaidic acid, sorbic acid, arachidonic acid, linoleic acid, linolenic acid, and the like, which may be saturated or unsaturated, Saturated or unsaturated higher fatty acids having 14 to 24 carbon atoms are preferred, If, it can be exemplified oleic acid and stearic acid. Such fatty acids are usually used in the range of 0.5 wt% to 5 wt%, preferably 1 wt% to 3 wt%. Moreover, the salt of the said fatty acid can also be used.

シリコーンオイル類も疎水化剤として用いることができ、そのようなものとしては例えば、メチルハイドロジェンポリシロキサンなどが挙げられる。   Silicone oils can also be used as a hydrophobizing agent, and examples thereof include methyl hydrogen polysiloxane.

これら疎水化剤のうち、カップリング剤ではそのカップリング反応条件でセラミックス粒子と反応させて、表面処理を行って疎水化処理する。その他の疎水化剤では、セラミックス粒子表面にこれら疎水化剤が良好に塗布される条件で疎水化処理を行う。   Among these hydrophobizing agents, a coupling agent is reacted with ceramic particles under the coupling reaction conditions, and subjected to a surface treatment to be hydrophobized. For other hydrophobizing agents, the hydrophobizing treatment is performed under the condition that these hydrophobizing agents are satisfactorily applied to the ceramic particle surface.

ここでセラミックスとしては非金属無機材料のBaTiO、BaNaNbO15、PbZrO、PbTiO、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛(PbZrOとPbTiOの固溶体))、PLZT(PZTにLaを添加した金属酸化物)、LiTaO、LiNbO、CaO、CaAs、CaWO、Bi、Bi(GeO、SiO、SiC、Si、ZnO、ZnS、ThO、KO、LaCrO、SnO、ZrO、LaB、BeO、WC、BC、In、TiN、TiO、TiC、LaF、YS、YAl12、YIG(イットリウム鉄ガーネット3Y・5Fe)、HAp(Ca10(PO(OH)ヒドロキシアパタイト)、TCP(Ca(POリン酸三カルシウム)、TTCP(CaO(POリン酸四カルシウム)、VOやV等のバナジウム酸化物、Feやフェライト等の鉄族酸化物などが挙げられる。 Here, non-metallic inorganic materials BaTiO 3 , Ba 2 NaNbO 15 , PbZrO 3 , PbTiO 3 , PZT (lead zirconate titanate (solid solution of PbZrO 3 and PbTiO 3 )), PLZT (PZT with La added) Metal oxide), LiTaO 3 , LiNbO 3 , CaO, CaAs, CaWO 4 , Bi 2 O 3 , Bi 4 (GeO 4 ) 3 , SiO 2 , SiC, Si 3 N 4 , ZnO, ZnS, ThO 2 , K 2 O, LaCrO 3 , SnO 2 , ZrO 2 , LaB 6 , BeO, WC, B 4 C, In 2 O 3 , TiN, TiO 2 , TiC, LaF 3 , Y 2 O 2 S, Y 3 Al 5 O 12 , YIG (yttrium iron garnet 3Y 2 O 3 .5Fe 2 O 3 ), HAp (Ca 10 (PO 4 ) 6 (O H) 2 hydroxyapatite), TCP (Ca 3 (PO 3) 2 tricalcium phosphate), TTCP (Ca 4 O ( PO 3) 2 tetracalcium phosphate), vanadium oxides such as VO and V 2 O 3, Examples thereof include iron group oxides such as Fe 2 O 3 and ferrite.

また、用いるセラミックス粒子の大きさは、小さ過ぎると拡散相中で多数の凝集体が発生し、かつ、作業性が悪くなり、一方、大き過ぎると拡散相中で沈降が起こり、分散性が低下するために、通常0.01μm以上10μm以下のものを用いることが好ましい。   On the other hand, if the size of the ceramic particles used is too small, a large number of aggregates are generated in the diffusion phase and workability is deteriorated. On the other hand, if the size is too large, sedimentation occurs in the diffusion phase and the dispersibility decreases. Therefore, it is usually preferable to use a film having a thickness of 0.01 μm to 10 μm.

疎水化されたセラミックス粒子は、ポリスチレンの有機溶媒溶液に均一になるように分散させるが、このとき、スターラーやミキサーなどを用いて、ポリスチレンの有機溶媒溶液を攪拌しながら、徐々に添加することが好ましい。疎水化されたセラミックス粒子の配合量は、エマルション中の液滴の形状、安定性に影響を与えるためにポリスチレン100重量部に対して、5重量部以上1000重量部以下の範囲になるように配合することが好ましい。より好ましい範囲は10重量部以上200重量部以下である。   Hydrophobized ceramic particles are uniformly dispersed in an organic solvent solution of polystyrene. At this time, the organic solvent solution of polystyrene can be gradually added with stirring using a stirrer or a mixer. preferable. The amount of the ceramic particles hydrophobized is in the range of 5 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of polystyrene to affect the shape and stability of the droplets in the emulsion. It is preferable to do. A more preferable range is 10 parts by weight or more and 200 parts by weight or less.

このようにして得られたポリスチレンの有機溶媒溶液に、水と疎水化されたセラミックス粒子とを添加して分散させた拡散相液を得る。このときの水の添加量は得られる中空粒子の中空部の大きさを決定するパラメータの一つであり、添加量が少なすぎると、中空ではなく中実の粒子が増加し、添加量が多すぎると、エマルションを形成させることができない。このため、水を拡散相に対して、1容積%以上30容積%以下の範囲になるように添加することが好ましい。また、水粒子が充分に均一に拡散するようにスターラーやミキサーなどを用いて攪拌させながら添加することが好ましい。さらに、このときの水に高分子分散安定剤を添加すると、拡散相中の水の凝集(合一)が防止され、拡散相中での分散が安定する。高分子分散安定剤の添加により、水は成形されるエマルションの液滴中に安定して存在し、最終的に得られるセラミックス粒子は高い確率で中空体となる。   A diffusion phase liquid is obtained in which water and hydrophobic ceramic particles are added and dispersed in the organic solvent solution of polystyrene thus obtained. The amount of water added at this time is one of the parameters that determine the size of the hollow portion of the resulting hollow particles. If the amount added is too small, solid particles rather than hollow particles increase, and the amount added is large. If too much, an emulsion cannot be formed. For this reason, it is preferable to add water so that it may become the range of 1 volume% or more and 30 volume% or less with respect to a diffusion phase. Further, it is preferable to add while stirring with a stirrer or a mixer so that the water particles are sufficiently uniformly diffused. Furthermore, when a polymer dispersion stabilizer is added to the water at this time, aggregation (unification) of water in the diffusion phase is prevented, and dispersion in the diffusion phase is stabilized. By the addition of the polymer dispersion stabilizer, water is stably present in the droplets of the emulsion to be molded, and the finally obtained ceramic particles become a hollow body with a high probability.

このようにして拡散相調製工程では、疎水化されたセラミックス粒子を添加し分散させたポリスチレンの有機溶媒溶液に水粒子が拡散した拡散相が形成される。このとき、セラミックス粒子は疎水化されているために、この水粒子内、および水相内には近づかず、ポリスチレンの有機溶媒溶液内に存在する。   In this way, in the diffusion phase preparation step, a diffusion phase is formed in which water particles are diffused in an organic solvent solution of polystyrene in which hydrophobic ceramic particles are added and dispersed. At this time, since the ceramic particles are hydrophobized, they do not approach the water particles and the water phase, and exist in an organic solvent solution of polystyrene.

次いで、前記拡散相液を、水中に分散させてエマルションを得るエマルション調製工程を行う。図1では、水1と疎水化されたセラミックス粒子3とが拡散したポリスチレンの有機溶媒溶液2が水中に分散される直前の状態とエマルション調製工程後に、エマルション粒子5が形成されること、このエマルション粒子5中には疎水化されたセラミックス粒子3が分散されたポリスチレンの有機溶媒溶液中に水分子が分散されていることがモデル的に示されている。   Next, an emulsion preparation step is performed in which the diffusion phase liquid is dispersed in water to obtain an emulsion. In FIG. 1, emulsion particles 5 are formed immediately after the organic solvent solution 2 of polystyrene in which water 1 and hydrophobic ceramic particles 3 are diffused, and after the emulsion preparation step. It is modeled that water molecules are dispersed in an organic solvent solution of polystyrene in which the hydrophobic ceramic particles 3 are dispersed in the particles 5.

ここで用いる水に高分子分散安定剤が添加されていると分散が安定するので好ましい。用いる高分子分散安定剤としてはポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどが挙げられる。これら高分子分散安定剤の水中への添加濃度としては、分散安定効果を得るために、水100重量部に対して、0.5重量部以上3重量部以下の範囲になるように添加することが好ましい。   It is preferable to add a polymer dispersion stabilizer to the water used here because the dispersion becomes stable. Examples of the polymer dispersion stabilizer used include polyvinyl alcohol and polyvinyl pyrrolidone. The concentration of these polymer dispersion stabilizers in water should be 0.5 to 3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of water in order to obtain a dispersion stabilizing effect. Is preferred.

このように調製された水に前記拡散相液を分散させる。このとき水に対して前記拡散相液があまりに多いと、拡散相液同士が接触する機会が増加して、高分子分散安定剤存在下においても、凝集体となってしまう可能性が高まる。このため、水100重量部に対して、前記拡散相液は30重量部以下、好ましくは10重量部以下とする。また、スターラー、ミキサー(回転羽根、ホモミキサー)などを用いて、適当な液滴径となるまで、撹拌(懸濁)すると共に、液滴の良好な分散状態を維持するために撹拌を継続する。   The diffusion phase liquid is dispersed in the water thus prepared. At this time, if the amount of the diffusion phase liquid is too much with respect to water, the opportunity for the diffusion phase liquids to come into contact with each other increases, and the possibility of becoming an aggregate increases even in the presence of the polymer dispersion stabilizer. For this reason, the diffusion phase liquid is 30 parts by weight or less, preferably 10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of water. In addition, using a stirrer, a mixer (rotary blade, homomixer), etc., stir (suspend) until an appropriate droplet size is obtained, and continue stirring to maintain a good dispersion state of the droplets. .

このとき、エマルションを適当な温度に保つことで、液滴中の溶剤が蒸発除去され、ポリスチレンが析出し、液滴が固化する。また、溶剤蒸気は回収し、再利用することができる。このようにして、内部に水を持つポリスチレンとアルミナとからなるポリスチレンーアルミナ粒子が形成される。   At this time, by keeping the emulsion at an appropriate temperature, the solvent in the droplets is removed by evaporation, polystyrene is precipitated, and the droplets are solidified. Also, the solvent vapor can be recovered and reused. In this way, polystyrene-alumina particles composed of polystyrene and alumina having water inside are formed.

このようなエマルション調製工程では、内部に水粒子を有する、疎水化されたセラミックス粒子を添加し分散させたポリスチレンの有機溶媒溶液からなる液状粒子が、水中に分散された状態が形成される。さらに、このエマルション調製工程ではエマルションを形成するために攪拌を行うが、この攪拌は最終的に得られるセラミックス中空粒子の外径を決定する重要なファクターとなる。   In such an emulsion preparation process, liquid particles made of an organic solvent solution of polystyrene having water particles inside and hydrophobized ceramic particles added and dispersed therein are dispersed in water. Furthermore, in this emulsion preparation step, stirring is performed to form an emulsion, and this stirring is an important factor for determining the outer diameter of the finally obtained ceramic hollow particles.

また、上記液状粒子中のポリスチレンの有機溶媒溶液では内部に水分子があるために、液状粒子の大きさに比べ、ポリスチレンの必要量は少なくて済み、従来の芯材溶融・溶出法と比べてもその必要量が少なくなるので最終的に低コスト化が可能となる。   In addition, since the organic solvent solution of polystyrene in the liquid particles has water molecules inside, the amount of polystyrene required is smaller than the size of the liquid particles, compared to the conventional core melting and elution method. However, since the required amount is reduced, the cost can be finally reduced.

次いで、前記エマルションから粒子を分離し、粒子表面に物理吸着した高分子分散安定剤を除去、その後粒子を乾燥させて内部の水を除去することでポリスチレンとアルミナとからなるポリスチレンーアルミナ中空粒子を得る粒子形成工程を行う。
図1では水4中に分散したエマルション粒子5が粒子形成工程後に水中から取り出されていることがモデル的に示されている。
Next, the particles are separated from the emulsion, the polymer dispersion stabilizer physically adsorbed on the particle surface is removed, and then the particles are dried to remove the water in the interior, thereby removing polystyrene-alumina hollow particles composed of polystyrene and alumina. The resulting particle formation step is performed.
FIG. 1 schematically shows that emulsion particles 5 dispersed in water 4 are taken out of water after the particle formation step.

粒子の分離は例えば濾過や遠心分離などの手段で行う。その後粒子表面に物理吸着した高分子分散安定剤を、80℃程度の水で洗浄する。   The particles are separated by means such as filtration or centrifugation. Thereafter, the polymer dispersion stabilizer physically adsorbed on the particle surface is washed with water at about 80 ° C.

この粒子形成工程では、水が除去されて、ポリスチレン−セラミックス中空粒子(図1中ではポリスチレン−セラミックス中空粒子5’)が形成される。このときポリスチレン成分はセラミックス粒子同士をさらに大きい中空粒子状に保持するバインダーとして機能する。   In this particle forming step, water is removed to form polystyrene-ceramic hollow particles (polystyrene-ceramic hollow particles 5 'in FIG. 1). At this time, the polystyrene component functions as a binder for holding the ceramic particles in a larger hollow particle shape.

その後、前記ポリスチレン−セラミックス中空粒子を酸化雰囲気中で加熱してセラミックス中空粒子を得る焼成工程を行う。図1ではポリスチレン−セラミックス中空粒子5’からポリスチレン成分が焼成工程により除去されて、セラミックス中空粒子6が形成されていることがモデル的に示されている。   Thereafter, a firing step is performed in which the polystyrene-ceramic hollow particles are heated in an oxidizing atmosphere to obtain ceramic hollow particles. FIG. 1 schematically shows that the polystyrene component is removed from the polystyrene-ceramic hollow particles 5 ′ by the firing process to form the ceramic hollow particles 6.

この焼成により、ポリスチレン成分が燃えて除去されると共に、残留するセラミックス粒子同士が結合してセラミックスからなる中空粒子が得られる。酸化雰囲気は通常空気を用いるが、必要に応じて、窒素などを混合するなど、酸化条件を調整しても良い。   By this firing, the polystyrene component is burned and removed, and the remaining ceramic particles are bonded together to obtain hollow particles made of ceramics. Usually, air is used as the oxidizing atmosphere, but the oxidizing conditions may be adjusted by mixing nitrogen or the like as necessary.

焼成温度としては、最終的にポリスチレン−セラミックス中空粒子が中空状形状を保ちながら、この中空粒子内の隣接するセラミックス粒子同士が互いに融合し焼結状態となるか、焼結には至らないものの、互いに部分的に結合し合う状態となる温度であることが必要であり、例えば1400℃以上1800℃以下の範囲で行うことが好ましい。   As the firing temperature, while the polystyrene-ceramic hollow particles finally maintain a hollow shape, adjacent ceramic particles in the hollow particles are fused with each other to be in a sintered state, or not sintered. It is necessary that the temperature is such that they are partially bonded to each other. For example, the temperature is preferably in the range of 1400 ° C. to 1800 ° C.

このように、本製造方法で必要な設備は、各種溶液等の容器、恒温槽、撹拌用のスターラーあるいはミキサー、それに、電気炉だけであり、非常に簡便かつ拡張が容易なプロセスである。   As described above, the only necessary equipment for this production method is a container for various solutions, a thermostatic bath, a stirrer or mixer for stirring, and an electric furnace, which is a process that is very simple and easy to expand.

さらに、エマルション調製工程での攪拌力に依存するエマルションの大きさで粒径の制御を行うため、発泡材が必要な手法などと比較すると、粒径のばらつきが少ない。また、拡散相調製工程での水の量を調製することで、使用するポリスチレン量の削減や、壁厚の制御が可能となるなどの応用性にも優れる。   Furthermore, since the particle size is controlled by the size of the emulsion depending on the stirring force in the emulsion preparation process, there is less variation in the particle size compared to a method that requires a foam material. Moreover, by adjusting the amount of water in the diffusion phase preparation step, it is excellent in applicability such as reduction of the amount of polystyrene used and control of the wall thickness.

以下に本発明のセラミックス中空粒子の製造方法の実施例について具体的に説明する。   Examples of the method for producing ceramic hollow particles of the present invention will be specifically described below.

<拡散相調製工程>
和光純薬工業社製ポリスチレン(n=2500品)10gをジクロロメタン60gに溶解して得たポリスチレンのジクロロメタン溶液にスターラーによって攪拌しながら、疎水化されたアルミナ粒子(日本アエロジル社製AluC805、粒径:15μm)3g、水(イオン交換水を蒸留したもの)5g、この順で添加し、均一分散させて拡散相液を得た。
<Diffusion phase preparation process>
Hydrophobized alumina particles (AluC805 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., particle size: while stirring with a stirrer in a dichloromethane solution of polystyrene obtained by dissolving 10 g of polystyrene (n = 2500 products) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. in 60 g of dichloromethane. 15 g) 3 g and water (distilled ion-exchanged water) 5 g were added in this order and dispersed uniformly to obtain a diffusion phase liquid.

<エマルション調製工程>
上記で得た拡散相液を、水900mLにポリビニルアルコール12gを添加し溶解させた溶液中にミキサー(攪拌羽根)により100rpmで攪拌しながら注ぎ入れ、その後240分間継続して攪拌して、ジクロロメタンを蒸発除去させ、内部に水を持つポリスチレンとアルミナとからなるポリスチレン−アルミナ粒子を得た。
<Emulsion preparation process>
The diffusion phase solution obtained above was poured into a solution in which 12 g of polyvinyl alcohol was added and dissolved in 900 mL of water while stirring at 100 rpm with a mixer (stirrer blade), and then continuously stirred for 240 minutes. Evaporation and removal were performed to obtain polystyrene-alumina particles composed of polystyrene and alumina having water inside.

<粒子形成工程>
上記エマルション中の粒子を減圧濾過により分離し採取し、80℃の温水により充分に洗浄した後、乾燥炉により40℃で3時間乾燥させてポリスチレンとアルミナとからなるポリスチレン−アルミナ中空粒子を得た。得られたポリスチレン−アルミナ中空粒子の走査型電子顕微鏡による顕微鏡写真を図2(a)に、ポリスチレン−アルミナ中空粒子を圧縮によって破断させ、中空部が確認できるようにした状態の顕微鏡写真を図2(b)に示す。
<Particle formation process>
The particles in the emulsion were separated and collected by vacuum filtration, washed sufficiently with warm water at 80 ° C., and then dried in a drying furnace at 40 ° C. for 3 hours to obtain polystyrene-alumina hollow particles composed of polystyrene and alumina. . A micrograph of the obtained polystyrene-alumina hollow particles with a scanning electron microscope is shown in FIG. 2 (a), and a micrograph of the polystyrene-alumina hollow particles broken by compression so that the hollow portion can be confirmed is shown in FIG. Shown in (b).

<焼成工程>
上記ポリスチレン−アルミナ中空粒子を電気炉内で1600℃、3時間の焼成(空気中)を行い、アルミナ中空粒子を得た。
<Baking process>
The polystyrene-alumina hollow particles were baked (in air) at 1600 ° C. for 3 hours in an electric furnace to obtain alumina hollow particles.

得られたアルミナ中空粒子の走査型電子顕微鏡による顕微鏡写真、及び、その表面の一部拡大写真を図2(c)に、アルミナ中空粒子を圧縮によって破断させ、中空部が確認できるように状態の顕微鏡写真を図2(d)に示す。これら写真より、得られたアルミナ中空粒子において、膜厚が均一で真球状の中空粒子となっていることが確認できる。図2(c)での拡大写真は粒子表面に形成された気孔であり、
内部の水が蒸発する際に形成された開気孔が、焼成処理後も残留しているものであると考えられる。
FIG. 2 (c) shows a microscopic photograph of the obtained hollow alumina particles by a scanning electron microscope and a partially enlarged photograph of the surface thereof. The hollow alumina particles are broken by compression so that the hollow portion can be confirmed. A photomicrograph is shown in FIG. From these photographs, it can be confirmed that the obtained alumina hollow particles are uniform and have true spherical hollow particles. The enlarged photograph in FIG. 2 (c) is pores formed on the particle surface,
It is considered that the open pores formed when the internal water evaporates remain even after the baking treatment.

本発明のセラミックス中空粒子の製造方法をモデル的に示した図である。It is the figure which showed the manufacturing method of the ceramic hollow particle of this invention in model. (a)実施例で得られたポリスチレン−アルミナ中空粒子を示す走査型電子顕微鏡写真である。(b)(a)の粒子を破断させた状態を示す走査型電子顕微鏡写真である。(c)実施例で得られたアルミナ中空粒子を示す走査型電子顕微鏡写真である。(d)(b)の粒子を破断させた状態を示す走査型電子顕微鏡写真である。(A) It is a scanning electron micrograph which shows the polystyrene-alumina hollow particle obtained in the Example. (B) It is a scanning electron micrograph which shows the state which fractured | ruptured the particle | grains of (a). (C) It is a scanning electron micrograph which shows the alumina hollow particle obtained in the Example. (D) It is a scanning electron micrograph which shows the state which fractured | ruptured the particle | grains of (b).

符号の説明Explanation of symbols

1 水
2 ポリスチレンの有機溶媒溶液
3 疎水化されたセラミックス粒子
4 水
5 エマルション粒子
5’ ポリスチレン−アルミナ中空粒子
6 アルミナ中空粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water 2 Organic solvent solution of polystyrene 3 Hydrophobized ceramic particle 4 Water 5 Emulsion particle 5 'Polystyrene-alumina hollow particle 6 Alumina hollow particle

Claims (3)

ポリスチレンの有機溶媒溶液に、水と疎水化されたセラミックス粒子とを添加して分散させた拡散相液を得る拡散相調製工程、
前記拡散相液を、水中に分散させてエマルションを得るエマルション調製工程、
前記エマルションから溶媒を除去、乾燥させてポリスチレンとセラミックスとからなるポリスチレン−セラミックス中空粒子を得る粒子形成工程、及び、
前記ポリスチレン−セラミックス中空粒子を酸化雰囲気中で加熱してセラミックス中空粒子を得る焼成工程を
備えたことを特徴とするセラミックス中空粒子の製造方法。
A diffusion phase preparation step for obtaining a diffusion phase liquid in which water and hydrophobic ceramic particles are added and dispersed in an organic solvent solution of polystyrene,
An emulsion preparation step of obtaining an emulsion by dispersing the diffusion phase liquid in water;
Particle formation step of removing the solvent from the emulsion and drying to obtain polystyrene-ceramic hollow particles comprising polystyrene and ceramics, and
A method for producing ceramic hollow particles, comprising a firing step of heating the polystyrene-ceramic hollow particles in an oxidizing atmosphere to obtain the ceramic hollow particles.
前記エマルション調製工程で用いる前記水に高分子分散安定剤が添加されていることを特徴とする請求項1に記載のセラミックス中空粒子の製造方法。   The method for producing ceramic hollow particles according to claim 1, wherein a polymer dispersion stabilizer is added to the water used in the emulsion preparation step. 請求項1または請求項2に記載のセラミックス中空粒子の製造方法により製造されたことを特徴とするセラミックス中空粒子。   A ceramic hollow particle produced by the method for producing a ceramic hollow particle according to claim 1.
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