JP2009286645A - Silica gel and method for producing the same - Google Patents

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日出樹 山口
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泰久 藤井
Ayami Suzuki
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing silica gel by which silica gel having excellent monodispersity is produced easily and inexpensively with a good yield. <P>SOLUTION: The method for producing the silica gel includes a process for supplying silica sol to a first flow passage, a process for supplying a liquid to a second flow passage, a process for bringing the silica sol into contact with the liquid in a laminar flow state at a junction where the first flow passage and the second flow passage join together, and a process for making the silica sol brought into contact with the liquid into gel. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリカゲルおよびその製造方法に関する。より詳細には、本発明は、単分散性に優れたシリカゲルおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to silica gel and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a silica gel excellent in monodispersibility and a method for producing the same.

シリカ粒子やシリカエアロゲルを作製する方法としてゾル−ゲル法が知られている。粒度分布が単分散状のシリカ粒子(単分散シリカ粒子)は、各種用途で有用であることから、様々な試みがなされている。例えば、ステーバー法により得られたシリカ粒子を核にしてシード重合することが提案されている(特許文献1参照)。しかし、この方法では、予め核となるシリカ粒子を形成して粒子径を大きくしているので、生産効率に問題がある。特に、大きな粒子径(例えば、数十μm〜数百μm)を有する単分散シリカ粒子を作製する場合、生産効率だけでなく、単分散性が劣るという問題がある。
特開平10−203820号公報
A sol-gel method is known as a method for producing silica particles or silica airgel. Since silica particles having a monodispersed particle size distribution (monodispersed silica particles) are useful in various applications, various attempts have been made. For example, it has been proposed to perform seed polymerization using silica particles obtained by the Staver method as a core (see Patent Document 1). However, this method has a problem in production efficiency because silica particles as cores are formed in advance to increase the particle diameter. In particular, when producing monodispersed silica particles having a large particle size (for example, several tens of μm to several hundreds of μm), there is a problem that not only the production efficiency but also the monodispersibility is inferior.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-203820

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、単分散性に優れたシリカゲルを歩留まり良く、かつ、簡便安価に製造することにある。また、このシリカゲルを用いて、大きな粒子径を有する場合であっても、単分散性に優れたシリカ粒子やシリカエアロゲルを歩留まり良く、かつ、簡便安価に製造することにある。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and a main object of the present invention is to produce silica gel excellent in monodispersibility with a high yield and at a low cost. Moreover, even if it is a case where it has a large particle diameter using this silica gel, it is in manufacturing a silica particle and silica aerogel excellent in monodispersibility with a sufficient yield, and simply and cheaply.

本発明のシリカゲルの製造方法は、第1の流路にシリカゾルを供給する工程と、第2の流路に液体を供給する工程と、該第1の流路と該第2の流路とが合流する合流点で該シリカゾルと該液体とを層流状態で接触させる工程と、該液体を接触させた該シリカゾルをゲル化する工程とを含む。   In the method for producing silica gel of the present invention, the step of supplying silica sol to the first channel, the step of supplying liquid to the second channel, the first channel and the second channel A step of bringing the silica sol and the liquid into contact in a laminar flow state at a joining point where they join, and a step of gelling the silica sol brought into contact with the liquid.

好ましい実施形態においては、上記第2の流路が上記第1の流路の出口を包囲するように形成されている。   In a preferred embodiment, the second channel is formed so as to surround the outlet of the first channel.

好ましい実施形態においては、上記第1の流路の出口の形状が実質的に円形である。   In a preferred embodiment, the shape of the outlet of the first flow path is substantially circular.

好ましい実施形態においては、上記第1の流路の出口の内径が10〜300μmである。   In preferable embodiment, the internal diameter of the exit of the said 1st flow path is 10-300 micrometers.

好ましい実施形態においては、上記第1の流路と上記シリカゾルとの接触角が45〜100°である。   In a preferred embodiment, the contact angle between the first flow path and the silica sol is 45 to 100 °.

好ましい実施形態においては、上記層流のレイノルズ数が0.1〜1000である。   In preferable embodiment, the Reynolds number of the said laminar flow is 0.1-1000.

好ましい実施形態においては、上記シリカゾルの流速と上記液体の流速との比が1:0.3〜1:4である。   In a preferred embodiment, the ratio between the flow rate of the silica sol and the flow rate of the liquid is 1: 0.3 to 1: 4.

好ましい実施形態においては、上記シリカゾルが水ガラスのpHを調整することにより調製される。   In a preferred embodiment, the silica sol is prepared by adjusting the pH of water glass.

好ましい実施形態においては、上記シリカゾルの固形分濃度が0.5〜20wt%である。   In a preferred embodiment, the silica sol has a solid content concentration of 0.5 to 20 wt%.

好ましい実施形態においては、上記液体の粘度が0.28〜500mPa・sである。   In a preferred embodiment, the liquid has a viscosity of 0.28 to 500 mPa · s.

好ましい実施形態においては、上記ゲル化が上記シリカゾルのpHを調整することにより行われる。   In a preferred embodiment, the gelation is performed by adjusting the pH of the silica sol.

本発明の別の局面においては、シリカゲルが提供される。本発明のシリカゲルは、上記製造方法により得られる。   In another aspect of the invention, silica gel is provided. The silica gel of this invention is obtained by the said manufacturing method.

好ましい実施形態においては、CV値が20%以下である。   In a preferred embodiment, the CV value is 20% or less.

本発明のさらに別の局面においては、シリカ粒子が提供される。本発明のシリカ粒子は、上記シリカゲルを乾燥および/または焼成して得られる。   In yet another aspect of the invention, silica particles are provided. The silica particles of the present invention are obtained by drying and / or firing the above silica gel.

本発明のさらに別の局面においては、シリカエアロゲルが提供される。本発明のシリカエアロゲルは、上記シリカゲルとシリル化剤とを反応させて得られる。   In yet another aspect of the invention, a silica aerogel is provided. The silica airgel of the present invention is obtained by reacting the above silica gel with a silylating agent.

本発明によれば、単分散性に優れたシリカゲルを歩留まり良く、かつ、簡便安価に製造し得る。また、このシリカゲルを用いることにより、大きな粒子径を有する場合であっても、単分散性に優れた(例えば、CV値が20%以下)シリカ粒子やシリカエアロゲルを歩留まり良く、かつ、簡便安価に製造し得る。   According to the present invention, a silica gel excellent in monodispersibility can be produced with good yield and at a low cost. In addition, by using this silica gel, silica particles and silica airgel having excellent monodispersity (for example, CV value of 20% or less) can be obtained in a high yield, easily and inexpensively even when having a large particle size. Can be manufactured.

以下、本発明の好ましい実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。   Hereinafter, although preferable embodiment of this invention is described, this invention is not limited to these embodiment.

本発明のシリカゲルの製造方法は、第1の流路にシリカゾルを供給する工程(工程1)と;第2の流路に液体を供給する工程(工程2)と;第1の流路と第2の流路とが合流する合流点でシリカゾルと液体とを層流状態で接触させる工程(工程3)と;液体を接触させたシリカゾルをゲル化する工程(工程4)とを含む。工程1、工程2および工程3は、任意の適切な装置を用いて行い得る。好ましくは、マイクロリアクターが用いられる。   The method for producing silica gel of the present invention comprises a step of supplying silica sol to the first flow path (step 1); a step of supplying liquid to the second flow path (step 2); a first flow path and a first flow path; A step of bringing the silica sol and the liquid into contact with each other in a laminar flow state at a junction where the two flow paths meet (step 3); and a step of gelling the silica sol in contact with the liquid (step 4). Step 1, step 2 and step 3 can be performed using any suitable apparatus. Preferably, a microreactor is used.

図1(a)は、本発明の好ましい実施形態による製造方法に用いられるマイクロリアクター10を上方から見た概略図であり、図1(b)は、そのA−A線による(すなわち、流路方向から見た)断面図である。図2はマイクロリアクター10の斜視図である。マイクロリアクター10は、シリカゾルが供給される第1の流路1と、液体が供給される第2の流路2と、第1の流路1と第2の流路2とが合流して形成される合流流路3とを備える。本実施形態では、第1の流路1の出口は第2の流路2に包囲されており、第1の流路1と第2の流路2とが3次元的に合流している。また、第1の流路1と第2の流路2とは、合流点(すなわち、合流流路3の上流端部)3aの上流側(図示例では右側)においては、隔壁4によって仕切られている。また、マイクロリアクター10は、第1の流路1への供給口1a、第2の流路2への供給口2a、2a´を備える。   FIG. 1A is a schematic view of a microreactor 10 used in a manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention as viewed from above, and FIG. It is sectional drawing seen from the direction. FIG. 2 is a perspective view of the microreactor 10. The microreactor 10 is formed by joining the first flow path 1 to which silica sol is supplied, the second flow path 2 to which liquid is supplied, and the first flow path 1 and the second flow path 2. And a merged flow path 3. In the present embodiment, the outlet of the first flow path 1 is surrounded by the second flow path 2, and the first flow path 1 and the second flow path 2 merge three-dimensionally. Further, the first flow path 1 and the second flow path 2 are partitioned by a partition wall 4 on the upstream side (right side in the illustrated example) of the confluence point (that is, the upstream end portion of the confluence flow path 3) 3a. ing. Further, the microreactor 10 includes a supply port 1 a to the first flow path 1 and supply ports 2 a and 2 a ′ to the second flow path 2.

第1の流路の出口の形状は、任意の適切な形状に設計され得る。好ましくは、図示するように、実質的に円形である。このような構成とすることにより、真球に近いシリカゲル粒子が得られ得る。   The shape of the outlet of the first channel can be designed in any suitable shape. Preferably, it is substantially circular as shown. By setting it as such a structure, the silica gel particle close | similar to a true sphere can be obtained.

第1の流路の出口の内径は、例えば、所望のシリカゲル(シリカ粒子、シリカエアロゲル)の粒子径等に応じて、任意の適切な値に設定され得る。好ましくは10〜300μmであり、さらに好ましくは30〜200μm、特に好ましくは50〜150μmである。このような内径を備えることにより、シリカゾルと液体とが層流状態でより適切に合流し得る。また、液体と合流したシリカゾルの液柱が均一に分裂し得、より単分散性に優れたシリカゲル粒子が得られ得る。さらに、より真球に近いシリカゲル粒子が得られ得る。前記シリカゾル(内流)の分裂は、液体(外流)からの全方位からの均一なせん断力と、シリカゾルと液体との表面張力差によって非常に均一におこり得る。   The inner diameter of the outlet of the first channel can be set to any appropriate value depending on, for example, the desired silica gel (silica particle, silica aerogel) particle diameter. Preferably it is 10-300 micrometers, More preferably, it is 30-200 micrometers, Most preferably, it is 50-150 micrometers. By providing such an inner diameter, the silica sol and the liquid can be more appropriately merged in a laminar flow state. In addition, the silica sol liquid column joined with the liquid can be uniformly divided, and silica gel particles with more excellent monodispersibility can be obtained. Furthermore, silica gel particles closer to true spheres can be obtained. The splitting of the silica sol (internal flow) can occur very uniformly due to the uniform shearing force from all directions from the liquid (external flow) and the difference in surface tension between the silica sol and the liquid.

なお、本明細書において、流路の「内径」とは、流路方向から見た断面形状が実質的に円形の場合にはその内部の直径を、流路方向から見た断面形状が円形以外の場合には内部の径に対応する長さを意味するものとする。例えば、断面形状が実質的に正方形の場合には、その内部の対角線の長さを意味するものとする。   In this specification, the “inner diameter” of the flow path means the internal diameter when the cross-sectional shape viewed from the flow path direction is substantially circular, and the cross-sectional shape viewed from the flow path direction is other than circular. In this case, the length corresponding to the inner diameter is meant. For example, when the cross-sectional shape is substantially square, it means the length of the diagonal inside.

図3(a)は、本発明の別の好ましい実施形態による製造方法に用いられるマイクロリアクター10´を上方から見た概略図であり、図3(b)は、そのB−B線による(すなわち、流路方向から見た)断面図である。これらの図に示すように、マイクロリアクター10’は、第1の流路1に挿通され、少なくとも第1の流路の出口の内径を調節し得る流路調節具20を備えていてもよい。流路調節具20は、第1の流路として機能し得る貫通路21が形成されている。このような流路調節具を備えることにより、第1の流路の内径を容易に調節し得る。貫通路の断面形状は、上述の所望の第1の流路の出口の形状に応じて、適宜設計され得る。流路調節具は、任意の適切な材料で形成され得る。好ましくは、流路調節具は、エポキシ樹脂、ステンレス、アルミナセラミックス、ニッケル、ガラス等で形成され得る。容易かつ正確に作製できるからである。   FIG. 3 (a) is a schematic view of a microreactor 10 ′ used in the manufacturing method according to another preferred embodiment of the present invention as viewed from above, and FIG. It is sectional drawing seen from the flow path direction. As shown in these drawings, the microreactor 10 ′ may be provided with a flow path adjustment tool 20 that is inserted into the first flow path 1 and that can adjust at least the inner diameter of the outlet of the first flow path. The flow path adjuster 20 is formed with a through path 21 that can function as a first flow path. By providing such a flow path adjuster, the inner diameter of the first flow path can be easily adjusted. The cross-sectional shape of the through passage can be appropriately designed according to the shape of the outlet of the desired first flow path described above. The flow channel adjuster can be formed of any suitable material. Preferably, the flow path adjuster can be formed of epoxy resin, stainless steel, alumina ceramics, nickel, glass, or the like. This is because it can be easily and accurately produced.

上記第1の流路および/または上記貫通路の周壁は、任意の適切な表面処理が施され得る。好ましくは撥水処理である。後述のシリカゾルとの接触角を容易に調節し得、所望のシリカゲル粒子が得られ得るからである。さらには、耐久性が向上し得る。撥水処理に用いられる撥水剤としては、任意の適切な樹脂を含有する撥水剤が採用され得る。樹脂の具体例としては、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂等が挙げられる。   The first flow path and / or the peripheral wall of the through path may be subjected to any appropriate surface treatment. A water repellent treatment is preferred. This is because the contact angle with a silica sol described later can be easily adjusted, and desired silica gel particles can be obtained. Furthermore, durability can be improved. As the water repellent used in the water repellent treatment, a water repellent containing any appropriate resin can be employed. Specific examples of the resin include polyimide resins and fluorine resins.

上記第2の流路の出口の形状は、任意の適切な形状に設計され得る。好ましくは、図示するように、実質的に円形である。さらに、上記第1の流路の出口を含む上記第2の流路の断面は、略同心円状であることが好ましい。上記層流状態が効率的に得られ得るからである。   The shape of the outlet of the second flow path can be designed in any appropriate shape. Preferably, it is substantially circular as shown. Furthermore, it is preferable that the cross section of the second flow path including the outlet of the first flow path is substantially concentric. This is because the laminar flow state can be obtained efficiently.

上記第1の流路の出口を含む上記第2の流路の断面の内径は、好ましくは、0.3〜3.0mm、さらに好ましくは0.6〜2.2mm、特に好ましく0.8〜1.6mmである。このような内径を備えることにより、シリカゾルと液体とが層流状態でより適切に合流し得、所望のシリカゲル粒子を得ることができる。   The inner diameter of the cross section of the second flow path including the outlet of the first flow path is preferably 0.3 to 3.0 mm, more preferably 0.6 to 2.2 mm, and particularly preferably 0.8 to 1.6 mm. By providing such an inner diameter, the silica sol and the liquid can be more appropriately combined in a laminar flow state, and desired silica gel particles can be obtained.

上記合流流路の内径は、好ましくは0.3〜3.0mm、さらに好ましくは0.4〜2.2mm、特に好ましくは0.6〜1.6mmである。このような内径を備えることにより、シリカゾルと液体とが層流状態でより適切に合流し得、所望のシリカゲル粒子を得ることができる。   The inner diameter of the merging channel is preferably 0.3 to 3.0 mm, more preferably 0.4 to 2.2 mm, and particularly preferably 0.6 to 1.6 mm. By providing such an inner diameter, the silica sol and the liquid can be more appropriately combined in a laminar flow state, and desired silica gel particles can be obtained.

上記第1の流路1、第2の流路2および合流流路3の流路方向に沿った断面形状は、任意の適切な形状に設計され得る。例えば、図1〜3に示すように、第1の流路1の流路方向に沿った断面は実質的に直線状であり、第2の流路2の流路方向に沿った断面はテーパー状であり、合流流路3の流路方向に沿った断面は実質的に直線状である。別の実施形態においては、合流流路3の流路方向に沿った断面は実質的にテーパー状であり得る。さらに別の実施形態においては、第1の流路1の流路方向に沿った断面は実質的にテーパー状であり、かつ、第2の流路のテーパーよりも小さいテーパーであり得る。また、例えば、図1に示すように、供給口1aから第1の流路1へ向かう流路や、供給口2a(2a´)から第2の流路2へ向かう流路が、流路方向に沿って障害となる突起部や角部などを有さない形状であることも、気泡等の混入を避ける点で好ましい形態の1つである。   The cross-sectional shape along the flow path direction of the first flow path 1, the second flow path 2, and the merge flow path 3 can be designed in any appropriate shape. For example, as shown in FIGS. 1 to 3, the cross section along the flow path direction of the first flow path 1 is substantially linear, and the cross section along the flow path direction of the second flow path 2 is tapered. The cross section along the flow path direction of the merging flow path 3 is substantially linear. In another embodiment, the cross section along the flow path direction of the merge flow path 3 may be substantially tapered. In yet another embodiment, the cross section of the first flow path 1 along the flow path direction is substantially tapered and may be smaller than the taper of the second flow path. Also, for example, as shown in FIG. 1, the flow path from the supply port 1a to the first flow path 1 and the flow path from the supply port 2a (2a ′) to the second flow path 2 are in the flow path direction. It is also one of the preferable forms from the viewpoint of avoiding mixing of bubbles and the like that does not have a protruding part or a corner part that becomes an obstacle along the surface.

第1の流路1の全長は、代表的には10〜40mmである。第2の流路2の全長は、代表的には10〜40mmである。合流流路3の全長は、代表的には10〜40mmである。マイクロリアクター10の流路の全長(第1の流路の入口〜合流流路の出口)は、代表的には20〜70mmである。   The overall length of the first flow path 1 is typically 10 to 40 mm. The total length of the second flow path 2 is typically 10 to 40 mm. The total length of the merge channel 3 is typically 10 to 40 mm. The total length of the channel of the microreactor 10 (from the first channel inlet to the merged channel outlet) is typically 20 to 70 mm.

マイクロリアクターにおいて、供給口の形状、数および位置は、目的に応じて適宜設計され得る。例えば、図1〜3に示すように、供給口1a、2a、2a´が全て側面に位置する形態であってもよいし、供給口1a、2a、2a´が全て上方に位置する形態であってもよい。本発明のマイクロリアクターは、図1〜3に示すように、第2の流路2への液体の供給口を複数個備えることが好ましい(図1〜3においては2aと2a´)。より好ましくは2〜5個、さらに好ましくは2〜3個である。このような構造とすることで、第2の流路2中における気泡の発生等を防止することが可能となるとともに、十分な層流を実現することが可能となる。 In the microreactor, the shape, number and position of the supply port can be appropriately designed according to the purpose. For example, as shown in FIGS. 1 to 3, the supply ports 1a, 2a, 2a ′ may all be located on the side surface, or the supply ports 1a, 2a, 2a ′ may be all located above. May be. As shown in FIGS. 1 to 3, the microreactor of the present invention preferably includes a plurality of liquid supply ports to the second flow path 2 (2 a and 2 a ′ in FIGS. 1 to 3). More preferably, it is 2-5, and still more preferably 2-3. With such a structure, it is possible to prevent the generation of bubbles in the second flow path 2 and to realize a sufficient laminar flow.

マイクロリアクターは、第1の流路1中におけるシリカゾルの流量と第2の流路2中における液体の流量を可変するための流量制御手段を備えていてもよい。好ましくは、流量制御手段を出口側よりも供給口側に近いところ(上流側)に備える。流量制御手段としては、例えば、シリンジポンプ、ギアポンプなどが挙げられ、好ましくはシリンジポンプである。流量制御手段を備えることにより、第1のシリカゾルおよび/または液体の流量を可変し得る。その結果、得られるシリカゾルの粒子径を制御し得る。なお、流路制御手段と第1の流路および/または第2の流路との接続は、気泡等の混入を避け得る構成とすることが好ましい。   The microreactor may include a flow rate control means for changing the flow rate of the silica sol in the first flow path 1 and the flow rate of the liquid in the second flow path 2. Preferably, the flow rate control means is provided closer to the supply port side than the outlet side (upstream side). Examples of the flow rate control means include a syringe pump and a gear pump, and a syringe pump is preferable. By providing the flow rate control means, the flow rate of the first silica sol and / or the liquid can be varied. As a result, the particle size of the silica sol obtained can be controlled. In addition, it is preferable that the connection between the flow path control unit and the first flow path and / or the second flow path be configured so as to avoid mixing of bubbles and the like.

マイクロリアクターは、どのような方法で作製しても良いが、容易且つ正確に作製できる等の点で、光造形法により作製することが好ましい。光造形法とは、3次元CADデータで設計された立体像を2次元のスライスデータに変換し、このデータに基づいて、レーザーで一層ずつ光硬化性樹脂を硬化させていき、3次元に積層造形していく方法である。より具体的には、3次元CADデータで設計された立体像を、幾層もの薄い断面体にスライスして2次元のスライスデータに変換し、この2次元のスライスデータに基づいてレーザーがタンク内の光硬化性樹脂の表面を走査して断面形状を描いていく。レーザーが当たった部分は硬化し、エレベーター上に一層分の断面体が形成される。その後、エレベーターが一層分ずつ下降して、連続的に幾層もの薄い断面体を積層し、3次元に積層造形していく。最後にエレベーターを引き上げることで、3次元に積層造形されたモデルを取り出し、後処理を施して完成させる。光造形法に用いることができる光造形装置としては、例えば、株式会社ディーメック製の光造形装置(例えば、SCS−1000HDなど)が挙げられる。光造形法に用いることができる光硬化性樹脂としては、例えば、株式会社ディーメック製の光硬化性樹脂(例えば、オキセタン系のSCR950など)が挙げられる。レーザーとしては、例えば、He−Cdレーザー(ピーク波長=325nm)が挙げられる。レーザーのスポットサイズは、例えば、φ10〜100μmが好ましく、φ30〜70μmがより好ましい。硬化させて得られる樹脂一層分の厚みは、例えば、10〜50μmが好ましく、20〜40μmがより好ましい。   The microreactor may be manufactured by any method, but it is preferable to manufacture the microreactor by an optical modeling method in that it can be easily and accurately manufactured. The stereolithography method converts a 3D image designed with 3D CAD data into 2D slice data, and based on this data, the photocurable resin is cured layer by layer with a laser and laminated in 3D. It is a method of modeling. More specifically, a three-dimensional image designed with three-dimensional CAD data is sliced into thin layers of several layers and converted into two-dimensional slice data. Based on this two-dimensional slice data, the laser is inside the tank. The cross-sectional shape is drawn by scanning the surface of the photocurable resin. The portion irradiated with the laser is cured, and a cross-section for one layer is formed on the elevator. After that, the elevator descends one layer at a time, and several thin cross-sectional bodies are continuously laminated and three-dimensionally layered. Finally, by lifting the elevator, a three-dimensional layered model is taken out and subjected to post-processing to be completed. As an optical modeling apparatus that can be used for the optical modeling method, for example, an optical modeling apparatus (for example, SCS-1000HD) manufactured by Deemec Co., Ltd. may be used. Examples of the photocurable resin that can be used in the optical modeling method include a photocurable resin (for example, oxetane-based SCR950, etc.) manufactured by Deemec Co., Ltd. Examples of the laser include a He—Cd laser (peak wavelength = 325 nm). For example, the laser spot size is preferably φ10 to 100 μm, and more preferably φ30 to 70 μm. The thickness of one resin layer obtained by curing is preferably, for example, 10 to 50 μm, and more preferably 20 to 40 μm.

本発明の好ましい実施形態によるシリカゲルの製造方法は、上記第1の流路にシリカゾルを供給する工程と(工程1);上記第1の流路の出口を包囲するように形成された上記第2の流路に液体を供給する工程と(工程2);上記第1の流路と上記第2の流路とが合流する合流点でシリカゾルと液体とを層流状態で接触させる工程と(工程3);液体を接触させたシリカゾルをゲル化する工程(工程4)とを含む。   The method for producing silica gel according to a preferred embodiment of the present invention includes a step of supplying silica sol to the first flow path (step 1); the second formed so as to surround the outlet of the first flow path. A step of supplying a liquid to the channel (step 2); a step of bringing the silica sol and the liquid into contact in a laminar flow state at a junction where the first channel and the second channel meet (step) 3); including a step (step 4) of gelling the silica sol brought into contact with the liquid.

上記シリカゾルは、水系ゾルであってもよく、有機溶剤系ゾルであってもよい。好ましくは、水系ゾルである。水系ゾルは、安定性に優れ、作製も容易であり、低コストで得ることができる。また、上述のように、マイクロリアクターは、代表的には、親油性の材料で形成される。したがって、水系ゾルを用いることにより、液体と接触させる際のシリカゾルの切れ(液滴発生)が優れ得る。その結果、より単分散性に優れたシリカゲル粒子が得られ得る。   The silica sol may be an aqueous sol or an organic solvent sol. Preferably, it is an aqueous sol. An aqueous sol is excellent in stability, easy to produce, and can be obtained at low cost. Further, as described above, the microreactor is typically formed of a lipophilic material. Therefore, by using an aqueous sol, the silica sol can be excellently cut (droplet generation) when brought into contact with a liquid. As a result, silica gel particles with better monodispersibility can be obtained.

シリカゾルは、任意の適切な方法により調製され得る。例えば、ケイ酸ナトリウム水溶液(水ガラス)等のケイ酸アルカリ金属塩のpHを調整することにより調製される。好ましくは、塩酸等の酸で中和することにより調製される。この場合、第1の流路に供給するシリカゾルのpHは、好ましくは1〜6、さらに好ましくは2〜5、特に好ましくは3〜5である。このようなpHに調整することにより、安定なシリカゾルが得られ、かつ、ゲル化を適切に行うことができる。なお、第1の流路に供給するシリカゾルをアルカリ性にpH調整することも可能であるが、酸性にpH調整することで、より単分散性に優れ、乾燥時に割れにくく、より真球に近いシリカゲル粒子が得られ得る。   The silica sol can be prepared by any suitable method. For example, it is prepared by adjusting the pH of an alkali metal silicate such as an aqueous sodium silicate solution (water glass). Preferably, it is prepared by neutralizing with an acid such as hydrochloric acid. In this case, the pH of the silica sol supplied to the first flow channel is preferably 1 to 6, more preferably 2 to 5, and particularly preferably 3 to 5. By adjusting to such pH, a stable silica sol can be obtained and gelation can be performed appropriately. It is possible to adjust the pH of the silica sol to be supplied to the first flow path to alkaline, but by adjusting the pH to acidic, the silica gel is more monodispersed, hard to break during drying, and closer to a true sphere. Particles can be obtained.

シリカゾルの別の調製方法としては、例えば、テトラアルキルオルソシリケートおよび/またはそのオリゴマーを、酸またはアルカリを触媒として加水分解した後、適宜pHを調整する方法が挙げられる。テトラアルキルオルソシリケートの具体例としては、テトラメチルオルソシリケート、テトラエチルオルソシリケート等が挙げられる。触媒の具体例としては、塩酸、硝酸、硫酸などの無機酸;酢酸などの有機酸;アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどの無機塩基;トリエチルアミン、トリエタノールアミン、エタノールアミン、水酸化トリメチルアミンなどの有機塩基等が挙げられる。シリカゾルのさらに別の調製方法としては、例えば、水中にテトラクロロシランを投入して加水分解した後、適宜pHを調整する方法が挙げられる。   As another method for preparing the silica sol, for example, a method in which a tetraalkyl orthosilicate and / or an oligomer thereof is hydrolyzed using an acid or an alkali as a catalyst and then the pH is appropriately adjusted may be mentioned. Specific examples of the tetraalkyl orthosilicate include tetramethyl orthosilicate, tetraethyl orthosilicate, and the like. Specific examples of the catalyst include inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid and sulfuric acid; organic acids such as acetic acid; inorganic bases such as ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate and sodium hydrogen carbonate; triethylamine, triethanolamine, Examples include organic bases such as ethanolamine and trimethylamine hydroxide. As another method for preparing the silica sol, for example, a method in which tetrachlorosilane is introduced into water for hydrolysis and then the pH is appropriately adjusted can be mentioned.

シリカゾルの固形分濃度は、例えば、所望のシリカ粒子やシリカエアロゲルの粒子径、空隙率等に応じて、任意の適切な値に設定され得る。好ましくは0.5〜20wt%、さらに好ましくは1〜10wt%、特に好ましくは2〜6wt%である。適切にゲル化させ得るからである。0.5wt%より低濃度である場合、ゲル化が起こりにくい、ゲル構造の不均一化により乾燥時に割れる、真球状になりにくい等のおそれがある。一方、20wt%より高濃度である場合、ゾル作製時のpH調整が困難である、ゲル化の制御が困難である等のおそれがある。このような固形分濃度のシリカゾルを用いることにより、上記第1の流路へのシリカゾルの供給をスムーズに行い得る。   The solid content concentration of the silica sol can be set to any appropriate value according to, for example, the desired silica particle or silica airgel particle diameter, porosity, and the like. Preferably it is 0.5-20 wt%, More preferably, it is 1-10 wt%, Most preferably, it is 2-6 wt%. It is because it can be made to gel appropriately. When the concentration is lower than 0.5 wt%, gelation is unlikely to occur, the gel structure is not uniform, and cracks may occur during drying, and it may be difficult to form a true sphere. On the other hand, when the concentration is higher than 20 wt%, it may be difficult to adjust the pH at the time of sol preparation or to control the gelation. By using the silica sol having such a solid concentration, the silica sol can be smoothly supplied to the first flow path.

シリカゾルの粘度は、好ましくは0.28〜500mPa・s、さらに好ましくは1〜100mPa・sである。このような粘度を有するシリカゾルを用いることにより、安定して送液することができる。   The viscosity of the silica sol is preferably 0.28 to 500 mPa · s, more preferably 1 to 100 mPa · s. By using a silica sol having such a viscosity, liquid can be sent stably.

シリカゾルと上記第1の流路との接触角は、好ましくは45〜100°であり、さらに好ましくは50〜100°であり、特に好ましくは60〜90°である。液体と合流したシリカゾルの液柱がより均一に分裂し得、より単分散性に優れたシリカゲル粒子が得られ得る。さらに、より真球に近いシリカゲル粒子が得られ得る。   The contact angle between the silica sol and the first channel is preferably 45 to 100 °, more preferably 50 to 100 °, and particularly preferably 60 to 90 °. The liquid column of the silica sol that merged with the liquid can be more evenly divided, and silica gel particles with better monodispersity can be obtained. Furthermore, silica gel particles closer to true spheres can be obtained.

上記液体は、親油性であっても、親水性であってもよく、シリカゾルの性状に応じて適宜選択し得る。上記シリカゾルが水系ゾルである場合、好ましくは、液体は親油性(水と混和しない)である。この場合、液体としては、大豆油、コーン油、オリーブ油、ヤシ油、等の植物性油、灯油等の液状油;トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ヘキサン、シクロヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルイソブチルケトン、クロロホルム等の有機溶媒を含み得る。これらの中でも、植物性油が好ましく用いられる。安価かつ安全性に優れるからである。   The liquid may be lipophilic or hydrophilic, and can be appropriately selected depending on the properties of the silica sol. When the silica sol is an aqueous sol, the liquid is preferably lipophilic (immiscible with water). In this case, the liquid includes vegetable oil such as soybean oil, corn oil, olive oil and coconut oil, liquid oil such as kerosene; toluene, xylene, chlorobenzene, hexane, cyclohexane, ethyl acetate, butyl acetate, methyl isobutyl ketone, An organic solvent such as chloroform may be included. Among these, vegetable oil is preferably used. This is because it is inexpensive and excellent in safety.

液体は、任意成分を含み得る。任意成分としては、例えば、界面活性剤が挙げられる。界面活性剤を用いることにより、単分散のシリカゾル粒子がより得られ易く、液体中のシリカゾル粒子の安定性を向上させ得る。また、シリカゾルと液体の混合液を回収した後にバッチ式で後述のゲル化処理を行う場合、層流下でシリカゾルがゲル化するのを抑制し得る。界面活性剤の具体例としては、非イオン界面活性剤、イオン性界面活性剤等が挙げられる。好ましくは、非イオン性界面活性剤が用いられる。非イオン界面活性剤としては、ソルビタンアルキレート等のソルビトール誘導体;グリセリンアルキレート等のグリセリン誘導体;ポリエチレングリコールアルキレート等のポリエチレングリコール誘導体等が挙げられる。これらは、単独で、または、二種以上組み合わせて用いられる。これらの中でも、好ましくは、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノステアレート、グリセロールモノステアレートまたはこれらの混合物が用いられる。上記液状油、有機溶媒の種類に応じて、任意の適切なHLBを有する界面活性剤が用いられ得る。具体的には、液体が大豆油等の植物性油を含む場合、界面活性剤のHLBは、好ましくは、3.0〜9.0である。   The liquid can contain optional ingredients. Examples of the optional component include a surfactant. By using a surfactant, it is easier to obtain monodispersed silica sol particles, and the stability of the silica sol particles in the liquid can be improved. Moreover, when performing the gelation process mentioned later by a batch type after collect | recovering the liquid mixture of a silica sol and a liquid, it can suppress that a silica sol gelatinizes under a laminar flow. Specific examples of the surfactant include nonionic surfactants and ionic surfactants. Preferably, a nonionic surfactant is used. Examples of the nonionic surfactant include sorbitol derivatives such as sorbitan alkylate; glycerin derivatives such as glycerin alkylate; and polyethylene glycol derivatives such as polyethylene glycol alkylate. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, sorbitan monooleate, sorbitan monostearate, glycerol monostearate or a mixture thereof is preferably used. A surfactant having any appropriate HLB can be used depending on the type of the liquid oil and the organic solvent. Specifically, when the liquid contains vegetable oil such as soybean oil, the HLB of the surfactant is preferably 3.0 to 9.0.

液体の粘度は、例えば、所望のシリカゲルの粒子径等に応じて、任意の適切な値に設定され得る。好ましくは0.28〜500mPa・s、より好ましくは1〜500mPa・s、さらに好ましくは1〜200mPa・s、特に好ましくは2〜100mPa・sである。より安定な層流状態を形成し得るからである。   The viscosity of the liquid can be set to any appropriate value depending on, for example, the desired particle diameter of silica gel. It is preferably 0.28 to 500 mPa · s, more preferably 1 to 500 mPa · s, still more preferably 1 to 200 mPa · s, and particularly preferably 2 to 100 mPa · s. This is because a more stable laminar flow state can be formed.

液体と上記第2の流路との接触角は、好ましくは0〜40°であり、さらに好ましくは0〜30°であり、特に好ましくは0〜20°である。   The contact angle between the liquid and the second flow path is preferably 0 to 40 °, more preferably 0 to 30 °, and particularly preferably 0 to 20 °.

シリカゾルおよび/または液体は、予め、脱泡処理がなされていることが好ましい。気泡等の発生を抑制し得、より単分散性に優れたシリカゲル粒子が得られ得るからである。脱泡処理の具体例としては、減圧処理等が挙げられる。   The silica sol and / or liquid is preferably subjected to defoaming treatment in advance. It is because generation | occurrence | production of a bubble etc. can be suppressed and the silica gel particle excellent in monodispersibility can be obtained. Specific examples of the defoaming process include a decompression process.

上述のマイクロリアクターを用いることにより、上記シリカゾルおよび上記液体は、マイクロリアクターの合流点および合流流路で層流を形成し得る。シリカゾルおよび液体を層流状態で接触させることにより、液/液界面に沿った形状を有するシリカゾル粒子を流路進行方向に安定的に生成させ得、二相系(液/液)で非常に安定な反応(例えば、ゲル化)が可能となる。また、第1の流路と該第2の流路を3次元的に合流させることで、シリカゾルと液体を層流状態でより均一に接触させ得、液体と合流したシリカゾルの液柱がより均一に分裂し得、より単分散性に優れたシリカゲル粒子が得られ得る。さらに、より真球に近いシリカゲル粒子が得られ得る。   By using the above-described microreactor, the silica sol and the liquid can form a laminar flow at the confluence point and the confluence channel of the microreactor. By bringing silica sol and liquid into contact in a laminar flow state, silica sol particles having a shape along the liquid / liquid interface can be stably generated in the direction of flow path, and extremely stable in a two-phase system (liquid / liquid). Reaction (for example, gelation) becomes possible. Further, by combining the first flow path and the second flow path in a three-dimensional manner, the silica sol and the liquid can be brought into more uniform contact in a laminar flow state, and the liquid column of the silica sol that has merged with the liquid is more uniform. Silica gel particles with better monodispersity can be obtained. Furthermore, silica gel particles closer to true spheres can be obtained.

上記層流のレイノルズ数は、好ましくは0.1〜1000、より好ましくは0.1〜500、さらに好ましくは0.1〜200、特に好ましくは0.1〜100である。このような非常に小さいレイノルズ数であれば、シリカゾルと液体の流速比、流量比を調整することにより、合流後の液幅を制御することができる。その結果、所望のサイズを有するシリカゲル粒子を非常に正確に生成させ得る。また、レイノルズ数を前記範囲に制御することにより、マイクロリアクター内のシリカゾルおよび/または液体の流速を上昇させても、層流状態に乱れが生じ難く、生産性に優れ得る。   The Reynolds number of the laminar flow is preferably 0.1 to 1000, more preferably 0.1 to 500, still more preferably 0.1 to 200, and particularly preferably 0.1 to 100. With such a very small Reynolds number, it is possible to control the liquid width after merging by adjusting the flow rate ratio and flow rate ratio between the silica sol and the liquid. As a result, silica gel particles having a desired size can be generated very accurately. Further, by controlling the Reynolds number within the above range, even if the flow rate of the silica sol and / or liquid in the microreactor is increased, the laminar flow state is hardly disturbed and the productivity can be improved.

上記シリカゾルは、好ましくは、上記第1の流路に連続的に(すなわち、実質的に整流で)供給される。上記液体は、好ましくは、上記第2の流路に連続的に供給される。シリカゾルおよび液体の上記流路への供給方法は、任意の適切な方法が採用され得る。   The silica sol is preferably supplied continuously (ie substantially rectified) to the first flow path. The liquid is preferably continuously supplied to the second flow path. Arbitrary appropriate methods can be employ | adopted for the supply method to the said flow path of a silica sol and a liquid.

上記シリカゾルの流速と上記液体の流速との比は、例えば、所望のシリカゲルの粒子径等に応じて、任意の適切な値に設定され得る。好ましくは1:0.3〜1:4、さらに好ましくは1:0.5〜1:2、特に好ましくは1:0.7〜1:1.5である。液体と合流したシリカゾルの液柱がより均一に分裂し得、より単分散性に優れたシリカゲル粒子が得られ得る。さらに、より真球に近いシリカゲル粒子が得られ得る。シリカゾルの流速は、好ましくは0.5〜50mm/秒、さらに好ましくは1〜30mm/秒、特に好ましくは2〜15mm/秒である。液体の流速は、好ましくは0.3〜150mm/秒、さらに好ましくは1〜100mm/秒、特に好ましくは2〜50mm/秒である。液体と合流して生成したシリカゾルの液滴の結合、分離等を防止し得るからである。その結果、より単分散性に優れたシリカゲル粒子が得られ得る。さらに、より真球に近いシリカゲル粒子が得られ得る。なお、本明細書において、「流速」とは、線速度をいう。   The ratio between the flow rate of the silica sol and the flow rate of the liquid can be set to any appropriate value depending on, for example, the desired particle diameter of the silica gel. The ratio is preferably 1: 0.3 to 1: 4, more preferably 1: 0.5 to 1: 2, and particularly preferably 1: 0.7 to 1: 1.5. The liquid column of the silica sol that merged with the liquid can be more evenly divided, and silica gel particles with better monodispersity can be obtained. Furthermore, silica gel particles closer to true spheres can be obtained. The flow rate of the silica sol is preferably 0.5 to 50 mm / second, more preferably 1 to 30 mm / second, and particularly preferably 2 to 15 mm / second. The flow rate of the liquid is preferably 0.3 to 150 mm / second, more preferably 1 to 100 mm / second, and particularly preferably 2 to 50 mm / second. This is because the silica sol droplets formed by merging with the liquid can be prevented from being combined and separated. As a result, silica gel particles with better monodispersibility can be obtained. Furthermore, silica gel particles closer to true spheres can be obtained. In the present specification, “flow velocity” refers to linear velocity.

好ましくは、シリカゾルの流量は液体の流量よりも小さい。シリカゾル粒子を安定的に生成し得るからである。さらに、液体の流量を大きくすることにより、合流流路において、生成したシリカゾル粒子に起因する流路壁の摩擦や閉塞を防止し得る。具体的には、シリカゾルの流量と液体の流量との比は、好ましくは1:2〜1:5000、さらに好ましくは1:10〜1:2500、特に好ましくは1:50〜1:2000である。シリカゾルの流量は、好ましくは0.2〜40μl/分、さらに好ましくは0.5〜20μl/分、特に好ましくは1〜10μl/分である。液体の流量は、好ましくは50〜10000μl/分、さらに好ましくは100〜5000μl/分、特に好ましくは200〜2500μl/分である。   Preferably, the silica sol flow rate is less than the liquid flow rate. This is because silica sol particles can be stably generated. Furthermore, by increasing the flow rate of the liquid, it is possible to prevent friction and blockage of the channel wall due to the generated silica sol particles in the merged channel. Specifically, the ratio of the silica sol flow rate to the liquid flow rate is preferably 1: 2 to 1: 5000, more preferably 1:10 to 1: 2500, and particularly preferably 1:50 to 1: 2000. . The flow rate of the silica sol is preferably 0.2 to 40 μl / min, more preferably 0.5 to 20 μl / min, and particularly preferably 1 to 10 μl / min. The flow rate of the liquid is preferably 50 to 10,000 μl / min, more preferably 100 to 5000 μl / min, and particularly preferably 200 to 2500 μl / min.

上記液体を接触させたシリカゾル(シリカゾル粒子)のゲル化方法は、任意の適切な方法が採用され得る。例えば、シリカゾルを加熱する方法、シリカゾルのpHを調整する方法、シリカゾルに硬化剤(例えば、錫化合物)を添加する方法等が挙げられる。加熱する方法を採用する場合、好ましくは、マイクロリアクター内(層流下)で加熱を行う。より安定した真球状態でゲル化させ得るからである。加熱温度は、好ましくは40〜95℃、さらに好ましくは60〜80℃である。加熱温度が40℃未満であると、ゲル化の進行が遅いおそれがある。一方、95℃を超えると、水の気化・沸騰により生成したゲルが破壊するおそれがある。pHを調整する方法は、具体的には、シリカゾルが酸性の場合はpHを上昇させ、シリカゾルがアルカリ性の場合はpHを降下させる。シリカゾルが酸性の場合、好ましくは、上記液体は塩基性化合物を含む。塩基性化合物としては、好ましくは、上記液体および水の両方に溶解する化合物である。当該塩基性化合物としては、好ましくは、有機アミン類が用いられる。液/液界面より塩基性化合物がシリカゾル粒子中に拡散してpHを上昇させることによって、シリカゾルの硬化反応を促進させ得る。有機アミン類としては、1級、2級および3級アミンのいずれも用いられ得る。   Any appropriate method can be adopted as a method for gelling the silica sol (silica sol particles) in contact with the liquid. For example, a method of heating the silica sol, a method of adjusting the pH of the silica sol, a method of adding a curing agent (for example, a tin compound) to the silica sol, and the like can be mentioned. When employing the heating method, the heating is preferably performed in the microreactor (under laminar flow). This is because it can be gelled in a more stable sphere state. The heating temperature is preferably 40 to 95 ° C, more preferably 60 to 80 ° C. If the heating temperature is less than 40 ° C, the progress of gelation may be slow. On the other hand, if it exceeds 95 ° C., the gel produced by water vaporization / boiling may be destroyed. Specifically, the pH is adjusted by increasing the pH when the silica sol is acidic, and decreasing the pH when the silica sol is alkaline. When the silica sol is acidic, preferably the liquid contains a basic compound. The basic compound is preferably a compound that is soluble in both the liquid and water. As the basic compound, organic amines are preferably used. The basic compound can be diffused into the silica sol particles from the liquid / liquid interface to raise the pH, thereby promoting the curing reaction of the silica sol. As the organic amines, any of primary, secondary and tertiary amines can be used.

上記シリカゲル粒子の粒子径は、所望のシリカ粒子やシリカエアロゲルの粒子径、空隙率等に応じて、任意の適切な値に制御され得る。粒子径の制御は、例えば、上記シリカゾルおよび液体の流速比、第1の流路の出口の内径、液体の粘度や表面張力、シリカゾルの固形分濃度等を適宜調整することにより行い得る。   The particle diameter of the silica gel particles can be controlled to any appropriate value depending on the particle diameter, porosity, etc. of the desired silica particles or silica airgel. The particle diameter can be controlled, for example, by appropriately adjusting the flow rate ratio of the silica sol and the liquid, the inner diameter of the outlet of the first flow path, the viscosity and surface tension of the liquid, the solid content concentration of the silica sol, and the like.

本発明のシリカ粒子は、上記シリカゲルに任意の適切な処理を施すことにより得られ得る。例えば、上記シリカゲルを乾燥および/または焼成する方法が挙げられる。   The silica particles of the present invention can be obtained by subjecting the silica gel to any appropriate treatment. For example, the method of drying and / or baking the said silica gel is mentioned.

本発明のシリカエアロゲルは、上記シリカゲルに任意の適切な処理を施すことにより得られ得る。例えば、上記シリカゲル(湿潤ゲル)とシリル化剤とを反応させて、乾燥する方法が挙げられる。具体的には、シリカゲルの細孔表面に存在するシラノール基(水酸基)とシリル化剤とを反応(細孔表面修飾)させ、シラノール基の反応性を消失させることによって、乾燥後に元のゲル骨格の形態に戻り(スプリングバック)、シリカエアロゲルが得られ得る。   The silica airgel of the present invention can be obtained by subjecting the silica gel to any appropriate treatment. For example, the silica gel (wet gel) and silylating agent are reacted and dried. Specifically, the silanol group (hydroxyl group) present on the pore surface of the silica gel reacts with the silylating agent (pore surface modification) to eliminate the reactivity of the silanol group, thereby drying the original gel skeleton. Returning to the form (springback), a silica aerogel can be obtained.

上記細孔表面修飾の方法の具体例としては、上記シリカゲル(水を含む湿潤ゲル)を水と混和する有機溶剤に投入して細孔内の水を有機溶剤に変換して、シリル化剤と反応させる方法が挙げられる。ここで、有機溶剤への変換を十分に行い、水分量をできるだけ少なくすることが好ましい。水が残存するとシリル化剤が失活し得、表面修飾を十分に行えないおそれがあるからである。また、シリル化剤と反応させる前に、有機溶剤をシリル化剤と反応しない非プロトン性溶剤に交換することが好ましい。   As a specific example of the pore surface modification method, the silica gel (wet gel containing water) is introduced into an organic solvent miscible with water to convert the water in the pores into an organic solvent, and The method of making it react is mentioned. Here, it is preferable to sufficiently convert to an organic solvent and reduce the amount of water as much as possible. This is because if water remains, the silylating agent may be deactivated, and surface modification may not be performed sufficiently. Moreover, it is preferable to replace the organic solvent with an aprotic solvent that does not react with the silylating agent before the reaction with the silylating agent.

上記有機溶剤としては、好ましくは、水と混和する有機溶媒が用いられる。具体例としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール等の低級アルコール、アセトン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。上記シリル化剤としては、例えば、トリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロキサン、トリメチルアルコキシシラン、メチルトリアルコキシシラン等が挙げられる。シリル化剤は、予め、非プロトン性溶媒に0.1〜10wt%の濃度で溶解させて反応させることが好ましい。シリル化剤との反応温度は、好ましくは、室温から60℃程度である。反応時間は、好ましくは、10分から2日である。上記非プロトン性溶剤としては、例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、ケロシン等が用いられる。   As the organic solvent, an organic solvent miscible with water is preferably used. Specific examples include lower alcohols such as methanol, ethanol and isopropanol, acetone and tetrahydrofuran. Examples of the silylating agent include trimethylchlorosilane, hexamethyldisilazane, hexamethyldisiloxane, trimethylalkoxysilane, methyltrialkoxysilane, and the like. The silylating agent is preferably preliminarily dissolved and reacted in an aprotic solvent at a concentration of 0.1 to 10 wt%. The reaction temperature with the silylating agent is preferably about room temperature to 60 ° C. The reaction time is preferably 10 minutes to 2 days. Examples of the aprotic solvent include hexane, cyclohexane, toluene, kerosene, and the like.

シリル化剤との反応後に行う乾燥は、好ましくは、未反応のシリル化剤を溶剤交換等により取り除いた後に行う。乾燥条件は、例えば、大気圧下または減圧下で、室温〜300℃である。   The drying performed after the reaction with the silylating agent is preferably performed after removing the unreacted silylating agent by solvent exchange or the like. Drying conditions are, for example, room temperature to 300 ° C. under atmospheric pressure or reduced pressure.

上述の方法により得られるシリカエアロゲルは、細孔表面が疎水化され得、疎水性であり得る。その結果、耐水性を有するとともに、吸湿による影響を受けにくく、低温領域で安定した特性を備え得る。なお、このシリカエアロゲルを熱処理(例えば、300℃以上)することにより、修飾剤である有機物が熱分解して気化し得、細孔表面が親水性のシリカエアロゲルが得られ得る。この親水性シリカエアロゲルは、高温領域での使用に適している。   The silica airgel obtained by the above-described method can have a pore surface hydrophobized and can be hydrophobic. As a result, it has water resistance, is hardly affected by moisture absorption, and can have stable characteristics in a low temperature region. In addition, by heat-treating this silica airgel (for example, 300 ° C. or more), the organic substance as the modifier can be thermally decomposed and vaporized, and a silica airgel having a hydrophilic pore surface can be obtained. This hydrophilic silica airgel is suitable for use in a high temperature region.

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、各実施例で得られた粒子の粒子径およびCV値は、以下に示す方法で測定した。また、粘度および接触角は、以下に示す方法で測定した。
1.粒子径およびCV値
得られた粒子を顕微鏡(キーエンス製)で観察して測長した。
2.粘度
振動式粘度計(VISCOMATE VM−1G)により測定した。
3.接触角
接触角計(DM−500、協和科学製)により測定した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples. In addition, the particle diameter and CV value of the particle | grains obtained in each Example were measured by the method shown below. The viscosity and contact angle were measured by the methods shown below.
1. Particle diameter and CV value The obtained particles were observed with a microscope (manufactured by Keyence) and measured.
2. Viscosity Viscosity was measured with a vibration viscometer (VISCOMATE VM-1G).
3. Contact angle Measured with a contact angle meter (DM-500, manufactured by Kyowa Kagaku).

(シリカゾルの調製)
6mol/lの塩酸5.0gに10wt%のケイ酸ナトリウム水溶液14.32gを加え、さらに水9.32gを加えてスターラーで十分に撹拌し、5wt%のシリカゾルAを調製した。一方、10w%のケイ酸ナトリウム水溶液2.0gに水を18g加えて希釈し、1wt%のケイ酸ナトリウム水溶液を調製した。シリカゾルAのpHは2であり、このシリカゾルA3.02gに、1wt%のケイ酸ナトリウム水溶液を0.16g添加することによりpHが3.8のシリカゾルを調製した。得られたシリカゾルは、粘度5.1mPa・s、第1の流路との接触角75°であった。
(Preparation of silica sol)
14.32 g of 10 wt% sodium silicate aqueous solution was added to 5.0 g of 6 mol / l hydrochloric acid, 9.32 g of water was further added, and the mixture was sufficiently stirred with a stirrer to prepare 5 wt% silica sol A. On the other hand, 18 g of water was added to 2.0 g of 10 w% sodium silicate aqueous solution and diluted to prepare a 1 wt% sodium silicate aqueous solution. The silica sol A had a pH of 2, and a silica sol having a pH of 3.8 was prepared by adding 0.16 g of a 1 wt% aqueous sodium silicate solution to 3.02 g of the silica sol A. The obtained silica sol had a viscosity of 5.1 mPa · s and a contact angle of 75 ° with the first flow path.

(大豆油溶液の調製)
大豆油270gに、ソルビタンモノオレエート(Span80)30gを加えてスターラーで十分に撹拌し、大豆油溶液を調製した。得られた大豆油溶液は、粘度60mPa・s、第2の流路との接触角15°であった。
(Preparation of soybean oil solution)
30 g of sorbitan monooleate (Span 80) was added to 270 g of soybean oil and stirred well with a stirrer to prepare a soybean oil solution. The obtained soybean oil solution had a viscosity of 60 mPa · s and a contact angle of 15 ° with the second channel.

(マイクロリアクターの作製)
図3に示すマイクロリアクターについて、光造形装置(株式会社ディーメック製、商品名:SCS−1000HD)を用い、3次元CADデータで設計された立体像を、幾層もの薄い断面体にスライスして2次元のスライスデータに変換した。タンク内に光硬化性樹脂(株式会社ディーメック製、商品名:SCR950)とエレベーターを入れ、この2次元のスライスデータに基づいてレーザー(He−Cdレーザー、ピーク波長=325nm)をタンク内の光硬化性樹脂の表面に走査させ、断面形状を描いていった。レーザーのスポットサイズはφ50μmであった。レーザーが当たった部分は硬化し、エレベーター上に一層分の断面体(樹脂一層分の厚み=30μm)が形成された。その後、エレベーターが一層分ずつ下降して、連続的に幾層もの薄い断面体を積層し、3次元に積層造形していった。最後にエレベーターを引き上げることで、3次元に積層造形されたモデルを取り出し、後処理を施して、図3に示すマイクロリアクターを完成させた。
第1の流路の流路調節具として、ポリイミド系樹脂を含有する撥水剤(商品名:カプトン、東レ製)で周壁を撥水処理したガラス管を、第1の流路に挿通させた。
得られたマイクロリアクターの第1流路の出口の内径は100μm、第1の流路の出口を含む第2の流路の断面の内径は2mmであった。また、第1の流路の全長は15mm、第2の流路の全長は15mmであった。
(Production of microreactor)
The microreactor shown in FIG. 3 is sliced into a number of thin cross-sections using a stereolithography apparatus (DEMEC Co., Ltd., trade name: SCS-1000HD), which is designed with 3D CAD data. Converted to two-dimensional slice data. A photo-curing resin (trade name: SCR950, manufactured by DEMEC Co., Ltd.) and an elevator are placed in the tank, and a laser (He-Cd laser, peak wavelength = 325 nm) is applied to the light in the tank based on the two-dimensional slice data. The surface of the curable resin was scanned to draw a cross-sectional shape. The laser spot size was φ50 μm. The portion irradiated with the laser was cured, and a cross section for one layer (thickness for one resin layer = 30 μm) was formed on the elevator. After that, the elevator descended one layer at a time, and several thin cross-sections were continuously laminated and three-dimensionally layered. Finally, by lifting the elevator, a three-dimensional layered model was taken out and subjected to post-processing to complete the microreactor shown in FIG.
As a flow path adjuster for the first flow path, a glass tube having a water repellent treated peripheral wall with a water repellent (trade name: Kapton, manufactured by Toray) containing a polyimide resin was inserted into the first flow path. .
The inner diameter of the outlet of the first channel of the obtained microreactor was 100 μm, and the inner diameter of the cross section of the second channel including the outlet of the first channel was 2 mm. The total length of the first flow path was 15 mm, and the total length of the second flow path was 15 mm.

(シリカゲルの調製)
上記で作製したマイクロリアクターを用い、第1の流路に上記で得られたシリカゾルを流し、第2の流路に上記で得られた大豆油溶液を流した。シリカゾルおよび大豆油溶液は、いずれもシリンジポンプを用いて連続的に流した。シリカゾルの流量を2.0μl/分(流速4.2mm/秒)とし、大豆油溶液の流量を1000μl/分(流速4.4mm/秒)として、流量比を1:500(流速比を1:1.05)とした。マイクロリアクターの合流点でシリカゾルと大豆油溶液とを接触させ、大豆油溶液のせん断力によりシリカゾルのエマルジョンを調製した。
マイクロリアクターを通過したエマルジョンを、55℃の上記大豆油溶液に添加し、55℃に加熱することによりシリカゲルを得た。このシリカゲルを、アセトンを用いて十分に洗浄した。得られたシリカゲルの粒子径は131μmであり、CV値は6.7%であった。
(Preparation of silica gel)
Using the microreactor produced above, the silica sol obtained above was flowed into the first flow path, and the soybean oil solution obtained above was flowed into the second flow path. Both silica sol and soybean oil solution were continuously flowed using a syringe pump. The flow rate of silica sol is 2.0 μl / min (flow rate 4.2 mm / sec), the flow rate of soybean oil solution is 1000 μl / min (flow rate 4.4 mm / sec), and the flow rate ratio is 1: 500 (flow rate ratio is 1: 1.05). The silica sol and the soybean oil solution were brought into contact with each other at the junction of the microreactor, and a silica sol emulsion was prepared by the shearing force of the soybean oil solution.
The emulsion that passed through the microreactor was added to the soybean oil solution at 55 ° C. and heated to 55 ° C. to obtain silica gel. The silica gel was thoroughly washed with acetone. The obtained silica gel had a particle size of 131 μm and a CV value of 6.7%.

(シリカゲルの調製)
大豆油溶液の流量を1200μl/分(流速5.3mm/秒)として、流量比を1:600(流速比を1:1.24)としたこと以外は実施例1と同様にして、シリカゲルを得た。得られたシリカゲルの粒子径は103μmであり、CV値は8.7%であった。
(Preparation of silica gel)
The silica gel was prepared in the same manner as in Example 1 except that the flow rate of the soybean oil solution was 1200 μl / min (flow rate 5.3 mm / sec) and the flow rate ratio was 1: 600 (flow rate ratio was 1: 1.24). Obtained. The obtained silica gel had a particle size of 103 μm and a CV value of 8.7%.

(シリカ粒子の調製)
実施例1で得られたシリカゲルを2日間室温で乾燥させた後、150℃で2時間焼成し、シリカ粒子を得た。得られたシリカ粒子の粒子径は96μmであり、CV値は7.3%であった。
(Preparation of silica particles)
The silica gel obtained in Example 1 was dried at room temperature for 2 days and then calcined at 150 ° C. for 2 hours to obtain silica particles. The obtained silica particles had a particle size of 96 μm and a CV value of 7.3%.

(シリカエアロゲルの調製)
実施例1で得られたシリカゲルをエタノールに入れ、ゲル細孔中の水をエタノールに交換した。この操作を2回繰り返した。次に、ヘキサン中に入れ、ゲル細孔中のエタノールをヘキサンに交換した。この操作も2回繰り返した。これに、トリメチルクロロシランのヘキサン溶液を加え、室温で15時間反応させた。その後、ヘキサンで洗浄し、室温で乾燥させ、最後に150℃で2時間乾燥させシリカエアロゲルを得た。得られたシリカエアロゲルの粒子径は、もとのシリカゲルの粒子径とほぼ同じの129μmであり、CV値は7.2%であった。
(Preparation of silica airgel)
The silica gel obtained in Example 1 was put into ethanol, and the water in the gel pores was exchanged with ethanol. This operation was repeated twice. Next, it was put into hexane, and ethanol in the gel pores was exchanged with hexane. This operation was repeated twice. To this was added a hexane solution of trimethylchlorosilane and allowed to react at room temperature for 15 hours. Thereafter, it was washed with hexane, dried at room temperature, and finally dried at 150 ° C. for 2 hours to obtain a silica airgel. The particle diameter of the silica airgel obtained was 129 μm, which was almost the same as the particle diameter of the original silica gel, and the CV value was 7.2%.

実施例1〜4で得られた各粒子は、いずれも比較的大きな粒子径を有しているにもかかわらず、優れたCV値を示した。   Each of the particles obtained in Examples 1 to 4 exhibited an excellent CV value despite having a relatively large particle size.

本発明のシリカ粒子は、例えば、液晶表示装置のスペーサー、半導体素子の封止材用等の機能性フィラーとして好適に用いられる。また、本発明のシリカエアロゲルは、例えば、断熱材、防音材、機能性フィラーとして好適に用いられる。   The silica particles of the present invention are suitably used as a functional filler for, for example, a spacer of a liquid crystal display device or a sealing material for a semiconductor element. Moreover, the silica airgel of this invention is used suitably as a heat insulating material, a soundproof material, and a functional filler, for example.

(a)は、本発明の好ましい実施形態による製造方法に用いられるマイクロリアクターを上方から見た概略図であり、(b)は、そのマイクロリアクターの流路方向から見た断面図である。(A) is the schematic which looked at the microreactor used for the manufacturing method by preferable embodiment of this invention from upper direction, (b) is sectional drawing seen from the flow path direction of the microreactor. 図1におけるマイクロリアクターの斜視図である。It is a perspective view of the microreactor in FIG. (a)は、本発明の別の好ましい実施形態による製造方法に用いられるマイクロリアクター上方から見た概略図であり、(b)は、そのマイクロリアクターの流路方向から見た断面図である。(A) is the schematic seen from the microreactor used for the manufacturing method by another preferable embodiment of this invention, (b) is sectional drawing seen from the flow-path direction of the microreactor. 実施例1で得られたシリカゲル粒子の観察写真である。2 is an observation photograph of silica gel particles obtained in Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

10 マイクロリアクター
20 流路調節具
1 第1の流路
2 第2の流路
3 合流流路
4 隔壁
1a 第1の流路への供給口
2a 第2の流路への供給口
2a´ 第2の流路への供給口
3a 合流点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Microreactor 20 Flow path adjustment tool 1 1st flow path 2 2nd flow path 3 Merge flow path 4 Partition 1a Supply port to 1st flow path 2a Supply port to 2nd flow path 2a '2nd Supply port to the flow path of 3a

Claims (15)

第1の流路にシリカゾルを供給する工程と、
第2の流路に液体を供給する工程と、
該第1の流路と該第2の流路とが合流する合流点で該シリカゾルと該液体とを層流状態で接触させる工程と、
該液体を接触させた該シリカゾルをゲル化する工程とを含む、シリカゲルの製造方法。
Supplying a silica sol to the first flow path;
Supplying a liquid to the second flow path;
Contacting the silica sol and the liquid in a laminar flow state at a junction where the first flow path and the second flow path merge;
And a step of gelling the silica sol in contact with the liquid.
前記第2の流路が前記第1の流路の出口を包囲するように形成されている、請求項1に記載のシリカゲルの製造方法。   The method for producing silica gel according to claim 1, wherein the second flow path is formed so as to surround an outlet of the first flow path. 前記第1の流路の出口の形状が実質的に円形である、請求項1または2に記載のシリカゲルの製造方法。   The method for producing silica gel according to claim 1 or 2, wherein the shape of the outlet of the first flow path is substantially circular. 前記第1の流路の出口の内径が10〜300μmである、請求項1から3のいずれかに記載のシリカゲルの製造方法。   The method for producing silica gel according to any one of claims 1 to 3, wherein an inner diameter of the outlet of the first flow path is 10 to 300 µm. 前記第1の流路と前記シリカゾルとの接触角が45〜100°である、請求項1から4のいずれかに記載のシリカゲルの製造方法。   The method for producing silica gel according to any one of claims 1 to 4, wherein a contact angle between the first flow path and the silica sol is 45 to 100 °. 前記層流のレイノルズ数が0.1〜1000である、請求項1から5のいずれに記載のシリカゲルの製造方法。   The method for producing silica gel according to any one of claims 1 to 5, wherein the laminar flow has a Reynolds number of 0.1 to 1000. 前記シリカゾルの流速と前記液体の流速との比が1:0.3〜1:4である、請求項1から6のいずれかに記載のシリカゲルの製造方法。   The method for producing silica gel according to any one of claims 1 to 6, wherein a ratio of a flow rate of the silica sol and a flow rate of the liquid is 1: 0.3 to 1: 4. 前記シリカゾルが水ガラスのpHを調整することにより調製される、請求項1から7のいずれかに記載のシリカゲルの製造方法。   The method for producing silica gel according to any one of claims 1 to 7, wherein the silica sol is prepared by adjusting the pH of water glass. 前記シリカゾルの固形分濃度が0.5〜20wt%である、請求項1から8のいずれかに記載のシリカゲルの製造方法。   The manufacturing method of the silica gel in any one of Claim 1 to 8 whose solid content concentration of the said silica sol is 0.5-20 wt%. 前記液体の粘度が0.28〜500mPa・sである、請求項1から9のいずれかに記載のシリカゲルの製造方法。   The method for producing silica gel according to any one of claims 1 to 9, wherein the liquid has a viscosity of 0.28 to 500 mPa · s. 前記ゲル化が前記シリカゾルのpHを調整することにより行われる、請求項1から10のいずれかに記載のシリカゲルの製造方法。   The method for producing silica gel according to any one of claims 1 to 10, wherein the gelation is performed by adjusting a pH of the silica sol. 請求項1から11のいずれかに記載の製造方法により得られる、シリカゲル。   A silica gel obtained by the production method according to claim 1. CV値が20%以下である、請求項12に記載のシリカゲル。   The silica gel according to claim 12, wherein the CV value is 20% or less. 請求項12または13に記載のシリカゲルを乾燥および/または焼成して得られる、シリカ粒子。   The silica particle obtained by drying and / or baking the silica gel of Claim 12 or 13. 請求項12または13に記載のシリカゲルとシリル化剤とを反応させて得られる、シリカエアロゲル。   A silica airgel obtained by reacting the silica gel according to claim 12 or 13 with a silylating agent.
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