JP2013133250A - Nano hollow particle made of silica shell, and manufacturing method therefor - Google Patents

Nano hollow particle made of silica shell, and manufacturing method therefor Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve low agglomeration to secondary particles, high dispersibility, a low cost, and environmental protection.SOLUTION: Nano hollow particles 1 made of silica shells is manufactured by dispersing hydroxyapatite particles 2 which are calcium phosphate particles in a dry powdery state having a predetermined size and shape in ethanol as an organic solvent, and mixing therewith tetraethoxysilane as a silicon alkoxide and ammonia water as a basic catalyst to form silica-coating particles 3 having the silica shells 1a formed on the surface of the hydroxyapatite particles 2, and then setting the hydrogen ion concentration exponent in a range of pH 2-4 with an aqueous solution of dilute hydrochloric acid as an aqueous acid solution to dissolve the hydroxyapatite 2 inside the silica-coating particles 3 therein.

Description

本発明は、ナノサイズのシリカ殻からなるナノ中空粒子(以下、単に「シリカナノ中空粒子」ともいう。)及びその製造方法に関するもので、特に、二次粒子への凝集が少なく分散性が高いシリカナノ中空粒子及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a nano hollow particle composed of a nano-sized silica shell (hereinafter also simply referred to as “silica nano hollow particle”) and a method for producing the same, and in particular, silica nano particles that are less agglomerated into secondary particles and highly dispersible. The present invention relates to hollow particles and a method for producing the same.

近年、マイクロカプセルと称される中空体が注目されている。
例えば、医薬や化粧品の分野では、中空体内部に有効成分を内包した徐放性医薬や徐放性化粧品のほか、外環境との接触により分解或いは劣化してしまう物質の保護、ドラッグデリバリーシステムのための担体等に、中空体(マイクロカプセル)を活用する研究が盛んに行われている。
また、製紙分野では、内部に染料を内包した中空体(マイクロカプセル)が感圧紙に使われている。
この他にも軽量充填材としての利用等、中空体は数多くの適用分野が見込まれ、多方面に亘る応用が期待されていることから、その製造に関して種々の検討がなされている。
そして、近年においては、ナノテクノロジー研究の一環として、数百nm以下の粒子径を有する粒子についての応用研究が盛んに行われており、中空粒子についても、このナノテクノロジーに代表される超微細化技術の流れに対応すべく、ナノサイズのものが嘱望されている。
In recent years, hollow bodies called microcapsules have attracted attention.
For example, in the field of medicine and cosmetics, in addition to sustained-release medicines and sustained-release cosmetics encapsulating active ingredients inside hollow bodies, protection of substances that degrade or deteriorate due to contact with the external environment, drug delivery systems Research has been actively conducted to utilize a hollow body (microcapsule) as a carrier for the purpose.
In the papermaking field, hollow bodies (microcapsules) containing dyes are used for pressure-sensitive paper.
In addition to this, the hollow body is expected to be applied in many fields, such as its use as a lightweight filler, and various studies have been made on its production.
In recent years, as part of nanotechnology research, application research on particles with particle sizes of several hundred nanometers or less has been actively conducted. In order to respond to the flow of technology, nano-sized ones are desired.

ここで、中空粒子、特に、シリカ質の中空粒子に関する技術として、例えば、特許文献1において、メトキシシリケートやエトキシシリケートなどの有機ケイ素化合物と発泡剤を混合噴霧した後に加水分解することにより中空シリカ粉末が得られることが記載されている。
また、特許文献2においては、オルトケイ酸テトラエチルに、アルコール、水及び酸触媒を加えて部分加水分解を行わせた後、フタル酸ジブチルを添加し、この溶液を界面活性剤を含んだアンモニア水溶液中で混合撹拌、乳化し、重縮合反応させることにより球状で中空の多孔質シリカ粒子を製造する方法が提案されている。
Here, as a technique related to hollow particles, particularly siliceous hollow particles, for example, in Patent Document 1, hollow silica powder is obtained by hydrolyzing after mixing and spraying an organosilicon compound such as methoxysilicate and ethoxysilicate and a foaming agent. Is obtained.
In Patent Document 2, alcohol, water, and an acid catalyst are added to tetraethyl orthosilicate to cause partial hydrolysis, and then dibutyl phthalate is added, and this solution is added to an aqueous ammonia solution containing a surfactant. Has been proposed to produce spherical and hollow porous silica particles by mixing and stirring, emulsifying and polycondensation reaction.

更に、特許文献3においては、テトラアルコキシシランと水とで起こす加水分解と縮重合反応により合成されるミクロンサイズの球状シリカであって、当該シリカ粒子を構成する殻が、外側が緻密で内側ほど粗な濃度傾斜構造をもったミクロンサイズの中空の球状シリカ粒子が提案されている。
また、特許文献4 においては、特定条件下でケイ酸アルカリ金属からシリカ以外の支持体上に活性シリカを沈殿させた後、該支持体を除去することによって、緻密シリカシェルからなる中空シリカ粒子を製造する方法も提案されている。
Furthermore, in Patent Document 3, micron-sized spherical silica synthesized by hydrolysis and polycondensation reaction caused by tetraalkoxysilane and water, and the shell constituting the silica particles is denser on the outer side and closer to the inner side. Micron-sized hollow spherical silica particles having a coarse concentration gradient structure have been proposed.
Moreover, in Patent Document 4, hollow silica particles composed of a dense silica shell are obtained by precipitating active silica on a support other than silica from an alkali metal silicate under specific conditions, and then removing the support. A manufacturing method has also been proposed.

これらのうち、特許文献1乃至特許文献3に記載の技術においては、気−液或いは液−液(水相−油相)の界面でシリカを析出させる、所謂、界面反応を利用したものであり、得られるシリカ中空粒子の粒子形状は球状で、粒子径はミクロンオーダー以上のものとなり、サブミクロンからナノオーダーの中空粒子を得ることはできない。
また、特許文献4においては、20nm以上の中空シリカ粒子が製造できると記載されているものの、本発明者らの実験によれば、ナノオーダーになると凝集が激しくなり、結果的にはミクロンオーダーの凝集粒子となってしまうことが確認されている。更に、この特許文献4において、中空粒子を構成するシリカ殻はシリカの微粒子が集合して形成されてなるものであり、その結果、微細ではあるもののシリカ殻に細孔が存在することも本発明者らは確認している。
Among these, the techniques described in Patent Documents 1 to 3 utilize a so-called interfacial reaction in which silica is precipitated at the gas-liquid or liquid-liquid (water phase-oil phase) interface. The resulting hollow silica particles have a spherical particle shape and a particle size of micron order or larger, and it is not possible to obtain nano-order hollow particles from submicrons.
Moreover, although it is described in Patent Document 4 that hollow silica particles of 20 nm or more can be produced, according to the experiments of the present inventors, the aggregation becomes intense when it becomes nano order, and as a result, it becomes micron order. It has been confirmed that it becomes aggregated particles. Further, in Patent Document 4, the silica shell constituting the hollow particle is formed by agglomeration of silica fine particles, and as a result, the silica shell is fine but has fine pores. They have confirmed.

このような状況に鑑み、本発明者らは、ナノサイズの中空粒子の開発にあたり、ナノサイズの特色をより効果的に発現させるためには、凝集が制御され分散性のよいものが望まれるほか、中空粒子を構成する殻の性状、特に分子サイズでの細孔の制御技術も必要であることに注目し、鋭意研究を進めた結果、特許文献5に記載されるように、高分散シリカナノ中空粒子の開発に成功し、この発明について特許を取得している。   In view of such a situation, in developing nano-sized hollow particles, the present inventors wanted to have a controlled dispersion and good dispersibility in order to more effectively express the nano-sized features. As a result of diligent research focusing on the necessity of technology for controlling the properties of the shells constituting the hollow particles, in particular, pores at the molecular size, as described in Patent Document 5, highly dispersed silica nano hollow Succeeded in developing particles and has obtained a patent for this invention.

特許文献5に記載の高分散シリカナノ中空粒子は、緻密なシリカ殻からなるナノ中空粒子であって、透過電子顕微鏡法による一次粒子径が30〜300nm、動的光散乱法による粒子径が30〜800nm、水銀圧入法またはガス吸着法により測定される細孔分布において2〜20nmの細孔が検出されないものである。
そして、この特許文献5の発明にかかるシリカナノ中空粒子は、炭酸カルシウムを含水ケーキ状態に調製してこれをコアとして用い、この含水ケーキ状態の炭酸カルシウムコアをアルコール中に分散させ、それにシリコンアルコキシド等を添加することによってシリカコーティングし、その後、コアとしての炭酸カルシウムを酸処理によって溶解除去させることによって製造されるものである。
The highly dispersed silica nano hollow particles described in Patent Document 5 are nano hollow particles composed of a dense silica shell, and the primary particle diameter by transmission electron microscopy is 30 to 300 nm, and the particle diameter by dynamic light scattering is 30 to 30. In the pore distribution measured by 800 nm, mercury intrusion method or gas adsorption method, 2-20 nm pores are not detected.
And the silica nano hollow particle concerning invention of this patent document 5 prepares calcium carbonate in a water-containing cake state, uses this as a core, disperses this calcium carbonate core in a water-containing cake state in alcohol, and silicon alkoxide or the like It is manufactured by adding silica and then dissolving and removing calcium carbonate as a core by acid treatment.

特開平6−91194号公報JP-A-6-91194 特許第2590428号公報Japanese Patent No. 2590428 特開平11−29318号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-29318 特許第3419787号公報Japanese Patent No. 3419787 特許第4654428号公報Japanese Patent No. 4654428

ところが、特許文献5の発明においては、コアとして炭酸カルシウムを用いており、シリカコーティング後の内部の炭酸カルシウムを完全に溶解させるためにはpH2未満の強酸性水溶液を使用しなければならないことから、反応容器に耐腐食性処理を施したり耐腐食性を持つ材料を用いたりする必要があり、それによるコスト増加や周囲環境への負荷が問題となっていた。
更に、コアとしての炭酸カルシウムの除去を目的として強酸性水溶液中にシリカコーティング粒子を分散させた際、シリカコーティング粒子表面に未反応のシリコンアルコキシドや加水分解したケイ酸が存在する場合において、この未反応のシリコンアルコキシドや加水分解したケイ酸が強酸水溶液の酸性触媒機能で新たに縮合反応を開始して、シリカコーティング粒子やシリカコーティング粒子内部のコアが溶解された中空粒子の表面に共有結合を形成することにより、粒子間の凝集を引き起こすという問題点があった。
However, in the invention of Patent Document 5, calcium carbonate is used as a core, and in order to completely dissolve calcium carbonate inside after silica coating, a strongly acidic aqueous solution having a pH of less than 2 must be used. It is necessary to subject the reaction vessel to a corrosion resistance treatment or to use a material having corrosion resistance, which causes a problem of an increase in cost and a load on the surrounding environment.
Further, when silica coating particles are dispersed in a strongly acidic aqueous solution for the purpose of removing calcium carbonate as a core, unreacted silicon alkoxide or hydrolyzed silicic acid is present on the silica coating particle surface. The reaction silicon alkoxide and hydrolyzed silicic acid start a new condensation reaction with the acidic catalytic function of the strong acid aqueous solution, and form a covalent bond on the surface of the silica particle and the hollow particle in which the core inside the silica particle is dissolved As a result, there is a problem that aggregation between particles is caused.

また、本発明者らの実験研究によれば、低コスト化や環境保全の観点から、コアとしての炭酸カルシウムを溶解除去した際に排出されるものを回収することで、炭酸カルシウムを再合成し、再合成された炭酸カルシウムをコアとして再利用できることが確認されている。しかしながら、炭酸カルシウムの再合成による再利用には、炭酸カルシウム溶解時に発生する炭酸ガスを回収する必要があり、それを回収するためには大型の装置が必要となることから、コスト増加につながるという問題があった。   In addition, according to the experimental study by the present inventors, from the viewpoint of cost reduction and environmental conservation, the calcium carbonate as the core is recovered and recovered, and then the calcium carbonate is re-synthesized. It has been confirmed that the re-synthesized calcium carbonate can be reused as a core. However, reuse by resynthesis of calcium carbonate requires recovery of carbon dioxide gas generated when calcium carbonate dissolves, and a large-scale device is required to recover it, leading to increased costs. There was a problem.

そこで、本発明は、かかる不具合を解決すべくなされたものであって、二次粒子への凝集が少なくて、分散性が高く、かつ、低コスト化及び環境保全を図ることができるシリカ殻からなるナノ中空粒子及びその製造方法の提供を課題とするものである。 Therefore, the present invention has been made to solve such problems, and from a silica shell that is less agglomerated into secondary particles, has high dispersibility, and can achieve cost reduction and environmental conservation. It is an object of the present invention to provide nano hollow particles and a method for producing the same.

請求項1の発明のシリカ殻からなるナノ中空粒子は、所定の寸法形状を有する乾燥粉末状態のリン酸カルシウム粒子を有機溶媒に分散させ、シリコンアルコキシド及び塩基触媒を混合することによって、前記リン酸カルシウム粒子の表面にシリカ殻を形成させシリカコーティング粒子とし、その後、酸水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内として、当該シリカコーティング粒子の内部の前記リン酸カルシウムを溶解させてなるものである。   The nano-hollow particles comprising the silica shell of the invention of claim 1 are obtained by dispersing calcium phosphate particles in a dry powder state having a predetermined size and shape in an organic solvent, and mixing silicon alkoxide and a base catalyst to thereby surface the calcium phosphate particles. Then, silica shells are formed to form silica-coated particles, and then the calcium phosphate inside the silica-coated particles is dissolved by setting the hydrogen ion concentration index of the dispersion in the range of pH 2 to pH 4 with an acid aqueous solution.

ここで、「リン酸カルシウム」としては、カルシウムイオンと、リン酸イオンまたは二リン酸イオンとからなる塩であればよく、例えば、ハイドロキシアパタイト、オキシアパタイト、α−リン酸三カルシウム、β−リン酸三カルシウム、γ−リン酸三カルシウム等が挙げられる。中でも、種々の外形形状を有する粒子の製造や入手が比較的容易であることから、更には、シリカ殻が被覆されやすく反応効率を高めてシリカナノ中空粒子の生成効率を高くできることから、ハイドロキシアパタイトを用いることが好ましい。   Here, the “calcium phosphate” may be a salt composed of calcium ion and phosphate ion or diphosphate ion. For example, hydroxyapatite, oxyapatite, α-tricalcium phosphate, β-phosphate triphosphate. Examples include calcium and γ-tricalcium phosphate. Among them, since it is relatively easy to produce and obtain particles having various outer shapes, and further, the silica shell is easily coated, and the reaction efficiency can be increased to increase the generation efficiency of silica nano hollow particles. It is preferable to use it.

また、「有機溶媒」としては、シリコンアルコキシドと水に対して溶解性があり、更に、シリコンアルコキシドの加水分解反応を促進可能なものであればよく、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、グリコール類、グリコールエステル類、アセトン等のケトン類、n−ヘキサン等の脂肪族炭化水素、キシレン等の芳香族炭化水素等の単体溶媒もしくはこれら2種類以上の混合溶媒が挙げられる。特に、リン酸カルシウム粒子とシリコンアルコキシドとの相互作用を向上させて反応効率を高めシリカナノ中空粒子の生産効率を向上させることができることから、アルコール類を用いることが望ましい。   The “organic solvent” is not particularly limited as long as it is soluble in silicon alkoxide and water, and further can promote the hydrolysis reaction of silicon alkoxide. For example, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, etc. And simple solvents such as glycols, glycol esters, ketones such as acetone, aliphatic hydrocarbons such as n-hexane, aromatic hydrocarbons such as xylene, or a mixed solvent of two or more of these. In particular, it is desirable to use alcohols because the interaction between the calcium phosphate particles and the silicon alkoxide can be improved to increase the reaction efficiency and the production efficiency of the silica nano hollow particles.

更に、「シリコンアルコキシド」としては、その加水分解・縮重合によりシリカを生成させることができるものであればよく、例えば、テトラエトキシシラン、トリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン、テトラプロポキシシラン、トリブトキシシラン、トリブトキシシラン等を用いることができる。
また、「塩基触媒」としては、例えば、アンモニア、アミン類等が挙げられる。
Furthermore, as the “silicon alkoxide”, any substance that can generate silica by hydrolysis / condensation polymerization thereof may be used. For example, tetraethoxysilane, trimethoxysilane, tetramethoxysilane, triethoxysilane, tripropoxysilane. Tetrapropoxysilane, tributoxysilane, tributoxysilane, and the like can be used.
Examples of the “base catalyst” include ammonia and amines.

そして、「酸水溶液」は、分散系の水素イオン濃度指数をリン酸カルシウムが溶解するpH4以下とし、更に、反応容器に耐腐食性処理を施したり耐腐食性を持つ材料を用いたりする必要がないようにpH2以上とする水溶液であればよく、例えば、塩酸、シュウ酸、硝酸、酢酸等の希薄水溶液が挙げられる。特に、水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内とは、分散系の水素イオン濃度指数がpH4を上回った状態においては、シリカコーティング粒子内部のリン酸カルシウムを完全に溶解することができず、未反応リン酸カルシウム粒子が残る可能性がある。更に、pH2未満の場合、未反応シリコンアルコキシドまたは加水分解したケイ酸がコアシェル表面に残っていると、酸処理中に酸触媒により縮合反応し、粒子同士の凝集を引き起こし兼ねない。更に、耐酸性処理した反応容器が必要になる。即ち、pH2未満においては、反応容器に耐腐食性処理を施したり耐腐食性を持つ材料を用いたりする必要がある。これより、分散系の水素イオン濃度指数はpH2〜pH4の範囲内とするものである。   The “acid aqueous solution” has a hydrogen ion concentration index of the dispersion system of pH 4 or less at which calcium phosphate dissolves, and it is not necessary to subject the reaction vessel to a corrosion resistance treatment or to use a material having corrosion resistance. Any aqueous solution having a pH of 2 or more may be used, and examples thereof include dilute aqueous solutions such as hydrochloric acid, oxalic acid, nitric acid, and acetic acid. In particular, when the hydrogen ion concentration index is within the range of pH 2 to pH 4, when the hydrogen ion concentration index of the dispersion exceeds pH 4, the calcium phosphate inside the silica-coated particles cannot be completely dissolved and unreacted. Calcium phosphate particles may remain. Further, when the pH is less than 2, if unreacted silicon alkoxide or hydrolyzed silicic acid remains on the surface of the core shell, it may cause a condensation reaction by an acid catalyst during the acid treatment and cause aggregation of particles. Furthermore, a reaction vessel that has been subjected to acid resistance treatment is required. That is, when the pH is less than 2, it is necessary to subject the reaction vessel to a corrosion resistance treatment or to use a material having corrosion resistance. Accordingly, the hydrogen ion concentration index of the dispersion system is set within the range of pH 2 to pH 4.

なお、「粒子」とは、一般に『物質を構成する微細な粒』(新村出・編「広辞苑(第4版)」2693頁,1991年11月15日株式会社岩波書店発行)であるが、本明細書及び特許請求の範囲においては、物質を構成するか単独で存在するかを問わず、広く「微細な粒」を意味するものとし、「中空粒子」とは、内部に空間を有する粒子をいう。   In addition, “particles” are generally “fine particles composing a substance” (from Shinmura, edited by “Kojien (4th edition)”, page 2693, published by Iwanami Shoten Co., Ltd. on November 15, 1991) In the present specification and claims, regardless of whether the substance constitutes or exists alone, the term “hollow particle” means a particle having a space inside. Say.

請求項2の発明のシリカ殻からなるナノ中空粒子は、その形状形態が、球状形態、回転楕円体状形態または立方体状形態のいずれかの形態をなすものである。   The hollow nanoparticle composed of the silica shell of the invention of claim 2 has a shape of any one of a spherical shape, a spheroid shape and a cubic shape.

ここで、「球状形態」とは、真球に限らず、球状に似た形状をいう。
また、「回転楕円体状形態」とは、楕円面によって囲まれていて方向により長さに差異のある立体形状をいい、楕円をその長軸または短軸を回転軸として回転させた回転楕円体状のものも含まれる。
更に、「立方体状形態」とは、正確な立方体に限らず面で囲まれた立方体に似た形状をいう。
そして、このような球状形態、回転楕円体状形態、または立方体状形態をなすシリカ殻からなる中空粒子は、例えば、乾燥粉末状態で球状形態、回転楕円体状形態、または立方体状形態を有するリン酸カルシウム粒子をテンプレートとしてこれにシリカ殻を被覆することによって得られる。
Here, the “spherical form” is not limited to a true sphere, but refers to a shape similar to a sphere.
The "spheroid shape" refers to a three-dimensional shape surrounded by an ellipsoid and having a difference in length depending on the direction, and a spheroid obtained by rotating an ellipse around its major axis or minor axis as a rotation axis. The shape is also included.
Furthermore, the “cubic shape” refers to a shape similar to a cube surrounded by a surface, not limited to an accurate cube.
The hollow particles made of silica shells having such a spherical form, spheroid form, or cubic form are, for example, calcium phosphate having a spherical form, spheroid form, or cubic form in a dry powder state. It is obtained by coating the silica shell on the particles as a template.

請求項3の発明のシリカ殻からなるナノ中空粒子のシリカ殻の厚みは、2nm〜25nmの範囲内、より好ましくは、3nm〜20nmの範囲内であるものである。
ところで、このシリカ殻の厚みは、顕微鏡法により測定したものであり、ここでいう「顕微鏡法」とは、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて粒子を実際に観察して、粒子の各部分の大きさを求める方法である。
The thickness of the silica shell of the nano-hollow particle comprising the silica shell of the invention of claim 3 is in the range of 2 nm to 25 nm, more preferably in the range of 3 nm to 20 nm.
By the way, the thickness of the silica shell is measured by a microscope, and the term “microscope” as used herein refers to the actual measurement of particles using a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). This is a method of observing and obtaining the size of each part of the particle.

請求項4の発明のシリカ殻からなるナノ中空粒子は、部位によって異なるシリカ殻の厚みを有し、シリカ殻の厚みが不均一であるものである。   The nano hollow particles comprising the silica shell of the invention of claim 4 have different silica shell thicknesses depending on the part, and the silica shell thickness is non-uniform.

請求項5の発明のシリカ殻からなるナノ中空粒の粒子内包空間体積率は、25vol%〜90vol%の範囲内、より好ましくは、30vol%〜85vol%の範囲内であるものである。
ここで、「粒子内包空間体積率」とは、シリカナノ中空粒子の内部空間を含めた全体の体積に対して、シリカナノ中空粒子の内部空間の体積が占める割合を示すものである。
The particle volume space ratio of the nano hollow particles comprising the silica shell of the invention of claim 5 is in the range of 25 vol% to 90 vol%, more preferably in the range of 30 vol% to 85 vol%.
Here, the “particle inclusion volume ratio” indicates the ratio of the volume of the internal space of the silica nano hollow particles to the total volume including the internal space of the silica nano hollow particles.

請求項6の発明のシリカ殻からなるナノ中空粒子は、前記リン酸カルシウムが、ハイドロキシアパタイト{Ca10(PO46(OH)2}であるものである。 The hollow nanoparticle comprising the silica shell of the invention of claim 6 is such that the calcium phosphate is hydroxyapatite {Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 }.

請求項7の発明のシリカ殻からなるナノ中空粒子は、前記有機溶媒が、アルコール類、より好ましくは、エタノールであるものである。   The hollow nanoparticle comprising the silica shell of the invention of claim 7 is such that the organic solvent is an alcohol, more preferably ethanol.

請求項8の発明のシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法は、所定の寸法形状を有する乾燥粉末状態のリン酸カルシウム粒子を有機溶媒に分散させる分散工程と、前記リン酸カルシウム粒子が分散された有機溶媒に、シリコンアルコキシド及び塩基触媒を混合することによって、前記リン酸カルシウム粒子の表面にシリカ殻を形成させシリカコーティング粒子とするシリカ被覆形成工程と、酸水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH3の範囲内として前記シリカコーティング粒子の内部の前記リン酸カルシウムを溶解させるリン酸カルシウム溶解工程とを具備するものである。   The method for producing nano-hollow particles comprising silica shells of the invention of claim 8 includes a dispersion step of dispersing calcium phosphate particles in a dry powder state having a predetermined size and shape in an organic solvent, and an organic solvent in which the calcium phosphate particles are dispersed. In addition, a silica coating forming step in which a silica shell is formed on the surface of the calcium phosphate particles by mixing silicon alkoxide and a base catalyst to form silica coating particles, and a hydrogen ion concentration index of the dispersion system in the range of pH 2 to pH 3 with an acid aqueous solution. And a calcium phosphate dissolution step of dissolving the calcium phosphate inside the silica coating particles.

請求項9の発明のシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法は、前記シリカ殻からなるナノ中空粒子の形状が、球状形態、回転楕円体状形態または立方体状形態のいずれかの形態をなすものである。   The method for producing nano hollow particles comprising a silica shell according to the invention of claim 9 is such that the nano hollow particles comprising the silica shell have a spherical shape, a spheroid shape or a cubic shape. It is.

請求項10の発明のシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法において、前記シリカ殻からなるナノ中空粒子のシリカ殻の厚みは、2nm〜25nmの範囲内、より好ましくは、3nm〜20nmの範囲内であるものである。   In the method for producing nano-hollow particles comprising silica shells according to claim 10, the thickness of the silica shell of the nano-hollow particles comprising silica shells is in the range of 2 nm to 25 nm, more preferably in the range of 3 nm to 20 nm. It is what is.

請求項11の発明のシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法において、前記シリカ殻からなるナノ中空粒子のシリカ殻は、部位によって異なる厚みを有し、厚みが不均一であるものである。   In the method for producing nano-hollow particles comprising silica shells according to the invention of claim 11, the silica shells of the nano-hollow particles comprising silica shells have different thicknesses depending on the site and are non-uniform in thickness.

請求項12の発明のシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法において、前記シリカ殻からなる中空粒子の粒子内包空間体積率は、25vol%〜90vol%の範囲内、より好ましくは、30vol%〜85vol%の範囲内であるものである。   The method for producing nano-hollow particles comprising silica shells according to the invention of claim 12, wherein the volume ratio of hollow particles comprising silica shells is in the range of 25 vol% to 90 vol%, more preferably 30 vol% to 85 vol. %.

請求項13の発明のシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法は、前記リン酸カルシウムが、ハイドロキシアパタイトであるものである。   The method for producing nano-hollow particles comprising the silica shell according to the invention of claim 13 is such that the calcium phosphate is hydroxyapatite.

請求項14の発明のシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法は、前記有機溶媒が、アルコール類、より好ましくは、エタノールであるものである。   In the method for producing nano-hollow particles comprising the silica shell according to the invention of claim 14, the organic solvent is an alcohol, more preferably ethanol.

請求項1の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子は、所定の寸法形状を有する乾燥粉末状態のリン酸カルシウム粒子を有機溶媒に分散させ、シリコンアルコキシド及び塩基触媒を混合することによって、前記リン酸カルシウム粒子の表面にシリカ殻を形成させシリカコーティング粒子とし、その後、酸水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内として、当該シリカコーティング粒子の内部の前記リン酸カルシウムを溶解させてなる。   The hollow nanoparticle comprising a silica shell according to the invention of claim 1 is obtained by dispersing calcium phosphate particles in a dry powder state having a predetermined size and shape in an organic solvent, and mixing silicon alkoxide and a base catalyst to thereby form the calcium phosphate particles. Silica shells are formed on the surface to form silica-coated particles, and then the calcium phosphate inside the silica-coated particles is dissolved by setting the hydrogen ion concentration index of the dispersion in the range of pH 2 to pH 4 with an acid aqueous solution.

このように、本発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子においては、コア粒子としてリン酸カルシウム粒子が用いられていることから、シリカコーティング粒子内部のリン酸カルシウム粒子を溶解させる工程において、酸水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内とすることでリン酸カルシウム粒子を完全に溶解させることができ、シリカコーティング粒子表面に存在する未反応のシリコンアルコキシドや加水分解したケイ酸の縮合反応を促進してシリカコーティング粒子やその内部のリン酸カルシウムが溶解された中空粒子の粒子同士の凝集を招く強酸性水溶液を用いる必要がない。即ち、シリカコーティング粒子内部のリン酸カルシウム粒子を溶解させる工程において、シリカコーティング粒子表面に未反応のシリコンアルコキシドや加水分解したケイ酸が存在する場合であっても、かかる未反応のシリコンアルコキシドや加水分解したケイ酸の酸触媒による縮合反応が防止され、シリカコーティング粒子や中空粒子の粒子同士の凝集が防止される。
このため、コア粒子としてリン酸カルシウム粒子を用い、このリン酸カルシウム粒子を有機溶媒に分散し、これにシリコンアルコキシド及び塩基触媒を加えることによってリン酸カルシウム粒子の表面にシリカ殻を形成した後、内部のコア粒子であるリン酸カルシウム粒子を酸水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内として溶解除去して得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子は、二次粒子への凝集が少なくて分散性が高いものとなる。
As described above, in the nano-hollow particles composed of the silica shell according to the present invention, the calcium phosphate particles are used as the core particles. Therefore, in the step of dissolving the calcium phosphate particles inside the silica coating particles, the dispersion system is formed with an acid aqueous solution. By setting the hydrogen ion concentration index within the range of pH 2 to pH 4, the calcium phosphate particles can be completely dissolved, and the condensation reaction of unreacted silicon alkoxide and hydrolyzed silicic acid present on the silica coating particle surface is promoted. Thus, it is not necessary to use a strongly acidic aqueous solution that causes aggregation of silica-coated particles or hollow particles in which calcium phosphate therein is dissolved. That is, in the step of dissolving the calcium phosphate particles inside the silica coating particles, even if there is unreacted silicon alkoxide or hydrolyzed silicic acid on the surface of the silica coating particles, such unreacted silicon alkoxide or hydrolyzed The condensation reaction of silicic acid by an acid catalyst is prevented, and aggregation of silica coated particles and hollow particles is prevented.
For this reason, calcium phosphate particles are used as core particles, and the calcium phosphate particles are dispersed in an organic solvent, and a silicon alkoxide and a base catalyst are added thereto to form a silica shell on the surface of the calcium phosphate particles. Nano hollow particles composed of silica shells obtained by dissolving and removing calcium phosphate particles with an aqueous acid solution so that the hydrogen ion concentration index of the dispersion is in the range of pH 2 to pH 4 is low in aggregation to secondary particles and highly dispersible. It becomes.

更に、このようにコア粒子としてリン酸カルシウム粒子を用いることで、上述の如く、シリカコーティング粒子内部のリン酸カルシウム粒子を溶解させる工程において、酸性水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内とすればコア粒子であるリン酸カルシウム粒子が完全に溶解され、強酸性水溶液を用いる必要がないことから、製造工程における反応容器に耐腐食性材料の使用や耐腐食性の処理を施す必要がない。したがって、周囲環境への負荷の低減化や低コスト化を図ることができる。   Furthermore, by using the calcium phosphate particles as the core particles in this way, as described above, in the step of dissolving the calcium phosphate particles inside the silica coating particles, the hydrogen ion concentration index of the dispersion is adjusted to within the range of pH 2 to pH 4 by the acidic aqueous solution. In this case, the calcium phosphate particles, which are the core particles, are completely dissolved, and it is not necessary to use a strongly acidic aqueous solution. Therefore, it is not necessary to use a corrosion-resistant material or a corrosion-resistant treatment for the reaction vessel in the production process. Therefore, the load on the surrounding environment can be reduced and the cost can be reduced.

加えて、コア粒子としてリン酸カルシウム粒子を用いることで、酸性水溶液によってシリカコーティング粒子内部のリン酸カルシウム粒子を溶解させる際、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、リン酸水溶液等が廃酸水溶液として排出され、これらの水溶液を回収するのみでリン酸カルシウム粒子を再合成することができ、コア粒子として再利用することが可能となる。そして、このとき、従来のコア粒子の炭酸カルシウムのように溶解時にガス等が発生することもなくガス回収のための大型装置も必要のないことから、コア粒子を再合成するために多大なコストがかかることはない。よって、環境保全への貢献及び低コスト化を図ることができる。   In addition, by using calcium phosphate particles as core particles, when calcium phosphate particles inside silica coating particles are dissolved by acidic aqueous solution, calcium hydroxide, calcium chloride, phosphoric acid aqueous solution, etc. are discharged as waste acid aqueous solution, and these aqueous solutions The calcium phosphate particles can be re-synthesized simply by recovering the particles, and can be reused as core particles. And at this time, there is no generation of gas or the like at the time of dissolution like the calcium carbonate of the conventional core particles, and there is no need for a large apparatus for gas recovery. Will not take. Therefore, contribution to environmental conservation and cost reduction can be achieved.

このようにして、二次粒子への凝集が少なくて分散性が高く、かつ、低コスト化及び環境保全を図ることができるシリカ殻からなるナノ中空粒子となる。   In this way, nano hollow particles composed of silica shells that are less agglomerated into secondary particles, have high dispersibility, and can achieve cost reduction and environmental conservation.

請求項2の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子によれば、球状形態、回転楕円体状形態または立方体状形態のいずれかの形態をなすことから、樹脂や塗料等の目的物に混入する際において、充填率(充填密度)を高くできる。したがって、請求項1に記載の効果に加えて、混入させる目的物において、シリカナノ中空粒子が有する透明性・透光性等の光学特性、断熱性、軽量性等の効果を十分に発揮することができる。特に、立方体状形態を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子においては、入射した光の屈折が起こりにくく光透過性が極めて高いものとなる。また、回転楕円体状形態を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子においては、方向により長さに差異があることから、透明性・透光性等の光学特性や断熱性等の物性の異方性が付与される。   According to the nano-hollow particle comprising the silica shell according to the invention of claim 2, since it has any one of the spherical form, the spheroid form, and the cubic form, it is mixed into the object such as a resin or paint. In this case, the filling rate (packing density) can be increased. Therefore, in addition to the effect of claim 1, in the object to be mixed, the silica nano hollow particles can sufficiently exhibit the optical properties such as transparency and translucency, heat insulation, light weight, etc. it can. In particular, nano hollow particles made of silica shells having a cubic shape are difficult to cause refraction of incident light and have extremely high light transmittance. In addition, in nano hollow particles composed of silica shells having a spheroid shape, the length varies depending on the direction, so that anisotropy of optical properties such as transparency and translucency and physical properties such as heat insulation Is granted.

請求項3の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子によれば、シリカ殻の厚みが、2nm〜20nmの範囲内であることから、請求項1または請求項2に記載の効果に加えて、可視光線の透過性や透明性が高く、樹脂や塗料等の目的物(材料)に混入する際にも目的物の視認性を阻害することがない。   According to the nano-hollow particle comprising the silica shell according to the invention of claim 3, since the thickness of the silica shell is in the range of 2 nm to 20 nm, in addition to the effect of claim 1 or claim 2, Visible light has high transparency and transparency, and does not hinder the visibility of the target object even when mixed into the target object (material) such as resin or paint.

請求項4の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子によれば、シリカ殻の厚みが部位によって異なり不均一であることから、請求項1乃至請求項3の何れか1つに記載の効果に加えて、シリカ殻の厚みが均一であるものと比較して物性の異方性が付与され、混入させる樹脂や塗料等の目的物において、物性の向上化、特には、光学特性の向上化を図ることができる。また、シリカ殻の厚みが均一であるものと比較して、低密度な粒子となることから、樹脂や塗料等の目的物に混入させた際に凝集沈降が生じにくく、凝集沈降による目的物の物性の低下を防止することが可能である。   According to the nano-hollow particle comprising the silica shell according to the invention of claim 4, the thickness of the silica shell varies depending on the site and is non-uniform, so that the effect according to any one of claims 1 to 3 is achieved. In addition, anisotropy of physical properties is imparted compared to the case where the thickness of the silica shell is uniform, and in the target object such as a resin or paint to be mixed, the physical properties are improved, in particular, the optical properties are improved. Can be planned. In addition, since the silica shell becomes a low-density particle compared with a uniform thickness of the silica shell, it is difficult to cause coagulation sedimentation when mixed in a target material such as a resin or paint, It is possible to prevent deterioration of physical properties.

請求項5の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子によれば、粒子内包空間体積率が、25vol%〜90vol%であることから請求項1乃至請求項4の何れか1つに記載の効果に加えて、高い断熱性(低熱伝導率)を確保できる。   According to the nano-hollow particle comprising the silica shell according to the invention of claim 5, the particle inclusion space volume ratio is 25 vol% to 90 vol%, and the effect according to any one of claims 1 to 4 In addition, high heat insulating properties (low thermal conductivity) can be secured.

請求項6の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子によれば、前記リン酸カルシウムは、ハイドロキシアパタイトであり、ハイドロキシアパタイトは種々の外形形状を有する粒子の製造や入手が比較的簡単であることから、請求項1乃至請求項5の何れか1つに記載の効果に加えて、低コストで、しかも、種々の外形形状を有する中空粒子を製造できる。また、ハイドロキシアパタイトはシリカ殻が被覆され易いことから、反応効率を高めて生産効率の向上を図ることができる。   According to the nano-hollow particle comprising the silica shell according to the invention of claim 6, the calcium phosphate is hydroxyapatite, and hydroxyapatite is relatively easy to produce and obtain particles having various outer shapes. In addition to the effect described in any one of claims 1 to 5, hollow particles having various outer shapes can be manufactured at low cost. Further, since hydroxyapatite is easily coated with a silica shell, the reaction efficiency can be increased and the production efficiency can be improved.

請求項7の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子によれば、前記有機溶媒は、アルコール類であるから、リン酸カルシウム粒子とシリコンアルコキシドとの相互作用を向上させ反応効率を高めることができる。よって、請求項1乃至請求項6の何れか1つに記載の効果に加えて、生産効率を高めることができる。   According to the nano hollow particle composed of the silica shell according to the invention of claim 7, since the organic solvent is an alcohol, the interaction between the calcium phosphate particle and the silicon alkoxide can be improved and the reaction efficiency can be increased. Therefore, in addition to the effect of any one of claims 1 to 6, production efficiency can be increased.

請求項8の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法によれば、分散工程において、所定の寸法形状を有する乾燥粉末状態のリン酸カルシウム粒子を有機溶媒に分散させ、続いて、シリカ被覆形成工程において、前記リン酸カルシウム粒子が分散された有機溶媒に、シリコンアルコキシド及び塩基触媒を混合することによって、前記リン酸カルシウム粒子の表面にシリカ殻を形成させシリカコーティング粒子とし、更に、リン酸カルシウム溶解工程において、酸水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH3の範囲内として前記シリカコーティング粒子の内部における前記リン酸カルシウムを溶解させることで、シリカ殻からなるナノ中空粒子とする。   According to the method for producing nano-hollow particles comprising silica shells according to the invention of claim 8, in the dispersing step, the calcium phosphate particles in a dry powder state having a predetermined size and shape are dispersed in an organic solvent, followed by silica coating formation. In the step, a silicon alkoxide and a base catalyst are mixed in an organic solvent in which the calcium phosphate particles are dispersed to form silica shells on the surface of the calcium phosphate particles to form silica coating particles. Further, in the calcium phosphate dissolution step, an acid aqueous solution is used. By setting the hydrogen ion concentration index of the dispersion system within the range of pH 2 to pH 3, the calcium phosphate inside the silica coating particles is dissolved to form nano hollow particles made of silica shells.

このように、本発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法においては、コア粒子としてリン酸カルシウム粒子が用いられていることから、シリカコーティング粒子内部のリン酸カルシウム粒子を溶解させる工程において、酸水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内とすることでリン酸カルシウム粒子を完全に溶解させることができ、シリカコーティング粒子表面に存在する未反応のシリコンアルコキシドや加水分解したケイ酸の縮合反応を促進してシリカコーティング粒子やその内部のリン酸カルシウムが溶解された中空粒子の粒子同士の凝集を招く強酸性水溶液を用いる必要がない。即ち、シリカコーティング粒子内部のリン酸カルシウム粒子を溶解させる工程において、シリカコーティング粒子表面に未反応のシリコンアルコキシドや加水分解したケイ酸が存在する場合であっても、かかる未反応のシリコンアルコキシドや加水分解したケイ酸の酸触媒による縮合反応が防止され、シリカコーティング粒子や中空粒子の粒子同士の凝集が防止される。
このため、コア粒子としてリン酸カルシウム粒子を用い、このリン酸カルシウム粒子を有機溶媒に分散し、これにシリコンアルコキシド及び塩基触媒を加えることによってリン酸カルシウム粒子の表面にシリカ殻を形成した後、内部のコア粒子であるリン酸カルシウム粒子を酸水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内として溶解除去して得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子は、二次粒子への凝集が少なくて分散性が高いものとなる。
Thus, in the manufacturing method of the nano hollow particle which consists of a silica shell concerning this invention, since the calcium phosphate particle is used as a core particle, in the process of dissolving the calcium phosphate particle inside a silica coating particle, by acid aqueous solution By setting the hydrogen ion concentration index of the dispersion within the range of pH 2 to pH 4, calcium phosphate particles can be completely dissolved, and condensation reaction of unreacted silicon alkoxide and hydrolyzed silicic acid present on the surface of silica coating particles It is not necessary to use a strongly acidic aqueous solution that promotes the agglomeration of the silica-coated particles and the hollow particles in which the calcium phosphate therein is dissolved. That is, in the step of dissolving the calcium phosphate particles inside the silica coating particles, even if there is unreacted silicon alkoxide or hydrolyzed silicic acid on the surface of the silica coating particles, such unreacted silicon alkoxide or hydrolyzed The condensation reaction of silicic acid by an acid catalyst is prevented, and aggregation of silica coated particles and hollow particles is prevented.
For this reason, calcium phosphate particles are used as core particles, and the calcium phosphate particles are dispersed in an organic solvent, and a silicon alkoxide and a base catalyst are added thereto to form a silica shell on the surface of the calcium phosphate particles. Nano hollow particles composed of silica shells obtained by dissolving and removing calcium phosphate particles with an aqueous acid solution so that the hydrogen ion concentration index of the dispersion is in the range of pH 2 to pH 4 is low in aggregation to secondary particles and highly dispersible. It becomes.

更に、このようにコア粒子としてリン酸カルシウム粒子を用いることで、上述の如く、シリカコーティング粒子内部のリン酸カルシウム粒子を溶解させる工程において、酸性水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内とすればコア粒子であるリン酸カルシウム粒子が完全に溶解され、強酸性水溶液を用いる必要がないことから、製造工程における反応容器に耐腐食性材料の使用や耐腐食性の処理を施す必要がない。したがって、周囲環境への負荷の低減化や低コスト化を図ることができる。   Furthermore, by using the calcium phosphate particles as the core particles in this way, as described above, in the step of dissolving the calcium phosphate particles inside the silica coating particles, the hydrogen ion concentration index of the dispersion is adjusted to within the range of pH 2 to pH 4 by the acidic aqueous solution. In this case, the calcium phosphate particles, which are the core particles, are completely dissolved, and it is not necessary to use a strongly acidic aqueous solution. Therefore, it is not necessary to use a corrosion-resistant material or a corrosion-resistant treatment for the reaction vessel in the production process. Therefore, the load on the surrounding environment can be reduced and the cost can be reduced.

加えて、コア粒子としてリン酸カルシウム粒子を用いることで、酸性水溶液によってシリカコーティング粒子内部のリン酸カルシウム粒子を溶解させる際、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、リン酸水溶液等が廃酸水溶液として排出され、これらの水溶液を回収するのみでリン酸カルシウム粒子を再合成することができ、コア粒子として再利用することが可能となる。そして、このとき、従来のコア粒子の炭酸カルシウムのように溶解時にガス等が発生することもなくガス回収のための大型装置も必要のないことから、コア粒子を再合成するために多大なコストがかかることはない。よって、環境保全への貢献及び低コスト化を図ることができる。   In addition, by using calcium phosphate particles as core particles, when calcium phosphate particles inside silica coating particles are dissolved by acidic aqueous solution, calcium hydroxide, calcium chloride, phosphoric acid aqueous solution, etc. are discharged as waste acid aqueous solution, and these aqueous solutions The calcium phosphate particles can be re-synthesized simply by recovering the particles, and can be reused as core particles. And at this time, there is no generation of gas or the like at the time of dissolution like the calcium carbonate of the conventional core particles, and there is no need for a large apparatus for gas recovery. Will not take. Therefore, contribution to environmental conservation and cost reduction can be achieved.

このようにして、二次粒子への凝集が少なくて分散性が高く、かつ、低コスト化及び環境保全を図ることができるシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法となる。   In this way, a method for producing nano-hollow particles composed of a silica shell that is less agglomerated into secondary particles, has high dispersibility, and can achieve cost reduction and environmental conservation.

請求項9の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法においては、得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子は、球状形態、回転楕円体状形態または立方体状形態のいずれかの形状形態をなすものであり、樹脂や塗料等の目的物に混入する際に、充填率(充填密度)を高くできる。したがって、請求項8に記載の効果に加えて、得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子は、混入させる目的物において、シリカナノ中空粒子が有する透明性・透光性等の光学特性、断熱性、軽量性等の効果を十分に発揮することができる。特に、得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子が立方体状形態を有するものにおいては、入射した光の屈折が起こりにくく光透過性が極めて高いものとなる。また、得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子が回転楕円体状形態を有するものにおいては、方向により長さに差異があることから、透明性・透光性等の光学特性や断熱性等の物性の異方性が付与される。   In the method for producing nano hollow particles comprising silica shells according to the invention of claim 9, the obtained nano hollow particles comprising silica shells have a spherical form, a spheroid form or a cubic form. It is possible to increase the filling rate (packing density) when it is mixed into the object such as resin or paint. Therefore, in addition to the effect of claim 8, the obtained hollow nanoparticle composed of silica shell is an object to be mixed, and the optical properties such as transparency and translucency of silica nanohollow particle, heat insulation, light weight Effects such as sex can be sufficiently exhibited. In particular, when the obtained nano hollow particles made of silica shells have a cubic shape, refraction of incident light hardly occurs and the light transmittance is extremely high. In addition, in the obtained nano hollow particles composed of silica shells having a spheroid shape, there are differences in length depending on the direction, so that optical properties such as transparency and translucency and physical properties such as heat insulation Anisotropy of is imparted.

請求項10の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法においては、得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子のシリカ殻の厚みが、2nm〜20nmの範囲内であることから、請求項8または請求項9に記載の効果に加えて、得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子は、可視光線の透過性や透明性が高く、樹脂や塗料等の目的物(材料)に混入する際にも目的物の視認性を阻害することがない。   In the method for producing nano-hollow particles comprising silica shells according to the invention of claim 10, the thickness of the silica shells of the resulting nano-hollow particles comprising silica shells is in the range of 2 nm to 20 nm. Alternatively, in addition to the effect of claim 9, the obtained nano hollow particles composed of silica shells have high visible light transparency and transparency, and are also mixed into a target object (material) such as a resin or paint. The visibility of the target object is not hindered.

請求項11の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法においては、得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子のシリカ殻の厚みが部位によって異なり不均一であることから、請求項8乃至請求項10の何れか1つに記載の効果に加えて、得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子において、シリカ殻の厚みが均一であるものと比較して物性の異方性が付与され、混入させる樹脂や塗料等の目的物において、物性の向上化、特には、光学特性の向上化を図ることができる。また、シリカ殻の厚みが均一であるものと比較して、低密度な粒子となることから、樹脂や塗料等の目的物に混入させた際に凝集沈降が生じにくく、凝集沈降による目的物の物性の低下を防止することが可能である。   In the method for producing nano-hollow particles comprising silica shells according to the invention of claim 11, the thickness of the silica shells of the nano-hollow particles comprising silica shells obtained varies depending on the site and is non-uniform. In addition to the effect described in any one of Items 10, in the hollow nanoparticle composed of the silica shell to be obtained, anisotropy of physical properties is imparted and mixed as compared with the case where the silica shell has a uniform thickness. In a target object such as a resin or a paint, the physical properties can be improved, in particular, the optical characteristics can be improved. In addition, since the silica shell becomes a low-density particle compared with a uniform thickness of the silica shell, it is difficult to cause coagulation sedimentation when mixed in a target material such as a resin or paint, It is possible to prevent deterioration of physical properties.

請求項12の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法においては、得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子の粒子内包空間体積率が、25vol%〜90vol%であることから、請求項8乃至請求項11の何れか1つに記載の効果に加えて、得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子において高い断熱性(低熱伝導率)を確保できる。   In the method for producing nano-hollow particles made of silica shells according to the invention of claim 12, the volume ratio of the particles enclosing the hollow nano-particles made of silica shells is 25 vol% to 90 vol%. In addition to the effect described in any one of claims 11 to 11, high heat insulation (low thermal conductivity) can be secured in the nano hollow particles made of the silica shell to be obtained.

請求項13の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法においては、前記リン酸カルシウムは、ハイドロキシアパタイトであり、ハイドロキシアパタイトは種々の外形形状を有する粒子の製造や入手が比較的簡単であることから、請求項8乃至請求項12の何れか1つに記載の効果に加えて、低コストで、しかも、種々の外形形状を有する中空粒子を製造できる。また、ハイドロキシアパタイトはシリカ殻が被覆され易いことから、反応効率を高めて生産効率の向上を図ることができる。   In the method for producing nano hollow particles comprising silica shells according to the invention of claim 13, the calcium phosphate is hydroxyapatite, and hydroxyapatite is relatively easy to produce and obtain particles having various outer shapes. From the above, in addition to the effects described in any one of claims 8 to 12, hollow particles having various outer shapes can be produced at low cost. Further, since hydroxyapatite is easily coated with a silica shell, the reaction efficiency can be increased and the production efficiency can be improved.

請求項14の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法によれば、前記有機溶媒は、アルコール類であるから、リン酸カルシウム粒子とシリコンアルコキシドとの相互作用を向上させ反応効率を高めることができる。よって、請求項8乃至請求項13の何れか1つに記載の効果に加えて、生産効率を高めることができる。   According to the method for producing nano-hollow particles composed of the silica shell according to the invention of claim 14, since the organic solvent is an alcohol, the interaction between the calcium phosphate particles and the silicon alkoxide can be improved to increase the reaction efficiency. it can. Therefore, in addition to the effect described in any one of claims 8 to 13, production efficiency can be increased.

図1は本発明の実施の形態に係るシリカナノ中空粒子の製造方法を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing a method for producing silica nano hollow particles according to an embodiment of the present invention. 図2は本発明の実施の形態に係るシリカナノ中空粒子の製造工程を示す模式図であり、(a)は立方体状形態のシリカナノ中空粒子の製造を示す模式図、(b)は球状形態のシリカナノ中空粒子の製造を示す模式図、(c)は回転楕円体状形態のシリカナノ中空粒子の製造を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a process for producing silica nano hollow particles according to an embodiment of the present invention, wherein (a) is a schematic diagram showing the production of cubic silica nano hollow particles, and (b) is a spherical silica nano particle. Schematic diagram showing the production of hollow particles, (c) is a schematic diagram showing the production of silica nano hollow particles having a spheroid shape. 図3は本発明の実施の形態に係るシリカナノ中空粒子の透過型電子顕微鏡(TEM)写真である。FIG. 3 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of silica nano hollow particles according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、本実施の形態において、同一の記号及び同一の符号は同一または相当する機能部分を意味するものであるから、ここでは重複する詳細な説明を省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, the same symbols and the same reference numerals mean the same or corresponding functional parts, and therefore, detailed description thereof is omitted here.

本発明の実施の形態に係るシリカ殻からなるナノ中空粒子及びその製造方法については、図1乃至図3を参照して説明する。
最初に、シリカ殻からなるナノ中空粒子1の製造を実施するために、本実施の形態においては、コア粒子(芯粒子)となるリン酸カルシウム粒子としてハイドロキシアパタイト粒子(HAp)2を湿式法により合成した。
具体的には、室温下における密閉容器内で、攪拌により水酸化カルシウム〔Ca(OH)2〕を二酸化炭素(CO2)が除かれたイオン交換水に溶解させ、更に、この溶液にリン酸(H3PO4)水溶液(緩衝液)を加えることによって形成された懸濁液(所謂、スラリー)の攪拌を室温〜85℃程度の温度下で行った。その後、懸濁液を濾過することで得られた沈殿物を蒸留水で完全に洗浄し、最後に乾燥させることによって、乾燥粉末状態(乾燥状態の固体微粉末状)のハイドロキシアパタイト粒子2を得た。なお、この合成方法によって得られたハイドロキシアパタイト粒子2は極めて高純度なものであった。
The nano hollow particles composed of silica shells according to the embodiment of the present invention and the manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS.
First, in order to carry out the production of nano hollow particles 1 made of silica shells, in this embodiment, hydroxyapatite particles (HAp) 2 were synthesized by a wet method as calcium phosphate particles serving as core particles (core particles). .
Specifically, in a closed container at room temperature, calcium hydroxide [Ca (OH) 2 ] is dissolved in ion-exchanged water from which carbon dioxide (CO 2 ) has been removed by stirring, and phosphoric acid is further added to this solution. The suspension (so-called slurry) formed by adding the (H 3 PO 4 ) aqueous solution (buffer solution) was stirred at a temperature of about room temperature to 85 ° C. Thereafter, the precipitate obtained by filtering the suspension is thoroughly washed with distilled water and finally dried to obtain hydroxyapatite particles 2 in a dry powder state (solid fine powder in a dry state). It was. The hydroxyapatite particles 2 obtained by this synthesis method were extremely high purity.

ここで、このようにして生成させるハイドロキシアパタイト粒子2は、合成条件を制御することによって、球状形態、回転楕円体状形態または立方体状形態の所定の寸法形状に形成することができる。
因みに、ここでは「球状形態」とは、真球に限らず、球状に似た形状をいう。また、「回転楕円体状形態」とは、楕円面によって囲まれていており方向により長さに差異のある立体形状をいい、楕円をその長軸または短軸を回転軸として回転させた回転楕円体形状のものや、米粒状のものや、長細形状(棒状に近似)のもの等様々な略回転楕円体形態を含むものである。更に、「立方体状形態」とは、正確な立方体に限らず面で囲まれた立方体に似た形状をいう。
Here, the hydroxyapatite particles 2 generated in this way can be formed into a predetermined dimensional shape of a spherical shape, a spheroid shape, or a cubic shape by controlling the synthesis conditions.
Incidentally, the “spherical form” here is not limited to a true sphere, but a shape similar to a sphere. The “spheroid shape” refers to a three-dimensional shape surrounded by an ellipsoid and having a difference in length depending on the direction, and a rotation ellipse obtained by rotating the ellipse around its major axis or minor axis as a rotation axis. Various substantially spheroid shapes are included, such as a body shape, a rice grain shape, and an elongated shape (approximate to a rod shape). Furthermore, the “cubic shape” refers to a shape similar to a cube surrounded by a surface, not limited to an accurate cube.

なお、本実施の形態のシリカ殻からなるナノ中空粒子1の製造において、乾燥粉末状態のハイドロキシアパタイト粒子2は、顕微鏡法[透過型電子顕微鏡(TEM:JEOL JEM 2000 FX/日本電子(株))]による測定で、立方体状形態のものでその外径が250nm以下、また、球状形態のものでその直径が250nm以下、更に、回転楕円体状形態のものでその最大径(長径)が250nm以下の粒子を使用することによって、最終的に得られるシリカナノ中空粒子1において顕微鏡法により測定した外径・直径・最大径(長径)がナノサイズのものとすることができる。
また、本発明を実施する場合には、乾燥粉末状態のハイドロキシアパタイト粒子2を得る手段は、上述の製造方法に限定されず、その他の公知の方法で製造することも可能であり、また、市販のハイドロキシアパタイト粒子を購入して使用することも可能である。
In the production of the nano hollow particles 1 composed of the silica shells of the present embodiment, the hydroxyapatite particles 2 in a dry powder state can be obtained by microscopy [transmission electron microscope (TEM: JEOL JEM 2000 FX / JEOL Ltd.)]. ], The outer diameter of the cubic form is 250 nm or less, the diameter of the spherical form is 250 nm or less, and the maximum diameter (major axis) of the spheroid form is 250 nm or less. By using these particles, the outer diameter, diameter, and maximum diameter (major axis) measured by the microscopic method in the finally obtained silica nano hollow particles 1 can be made nano-sized.
Moreover, when implementing this invention, the means to obtain the hydroxyapatite particle | grains 2 of a dry powder state is not limited to the above-mentioned manufacturing method, It is also possible to manufacture by other well-known methods, and is commercially available. It is also possible to purchase and use hydroxyapatite particles.

そして、本実施の形態においては、このようにして得られた乾燥粉末状態のハイドロキシアパタイト粒子2をコア粒子として用い、図1に示されるように、まず、この乾燥粉末状態のハイドロキシアパタイト粒子2を有機溶媒としてのエタノールに分散させた(ステップS1)。この工程が、シリカ殻からなるナノ中空粒子1の製造を実施するための本発明における「分散工程」に相当する。
なお、本実施の形態においては、分散液中にてハイドロキシアパタイト粒子2が1w/v%の濃度となるようにした。
In the present embodiment, the hydroxyapatite particles 2 in the dry powder state thus obtained are used as core particles. As shown in FIG. 1, first, the hydroxyapatite particles 2 in the dry powder state are prepared. It was dispersed in ethanol as an organic solvent (Step S1). This step corresponds to the “dispersing step” in the present invention for producing the nano hollow particles 1 made of silica shells.
In the present embodiment, the hydroxyapatite particles 2 are set to a concentration of 1 w / v% in the dispersion.

ここで、乾燥粉末状態のハイドロキシアパタイト粒子2をエタノールに分散させる工程(ステップS1)において使用される分散機(撹拌機)の種類については、特に限定されず、例えば、ホモミキサー、ホモジナイザー、超音波分散機等を使用できる。市販の分散機(撹拌機)としては、例えば、ディスパー(PRIMIX社製)、クリアミクス(M−テクニック社製)、キャビトロン(太平洋機工社製)等が挙げられる。   Here, the type of the disperser (stirrer) used in the step of dispersing the hydroxyapatite particles 2 in a dry powder state in ethanol (step S1) is not particularly limited, and examples thereof include a homomixer, a homogenizer, and an ultrasonic wave. A disperser or the like can be used. Examples of the commercially available disperser (stirrer) include Disper (manufactured by PRIMIX), Clearmix (manufactured by M-Technique), Cavitron (manufactured by Taiheiyo Kiko), and the like.

続いて、このハイドロキシアパタイト粒子2が分散されたエタノールの分散液に、シリコンアルコキシドとしてのテトラエトキシシラン(TEOS)、塩基触媒としてのアンモニア(NH4OH)水溶液、及び蒸留水を混合し、超音波による分散処理を行った。
ここで、上述の分散工程(ステップS1)において、ハイドロキシアパタイト粒子2を有機溶媒としてのエタノールに分散させることで、ハイドロキシアパタイト粒子2の表面とエタノールとが相互作用してハイドロキシアパタイト粒子2の表面にエタノールが被覆されたところに、シリコンアルコキシドとしてのテトラエトキシシラン、及び塩基触媒としてのアンモニア水を混合することで、ハイドロキシアパタイト粒子2の表面を被覆した状態のエタノールとテトラエトキシシランが相互作用し、ハイドロキシアパタイト−エタノール、エタノール−テトラエトキシシランの錯体が形成される。そして、テトラエトキシシランの加水分解により生じたテトラヒドロキシシラン(Si(OH)4)が脱水・縮重合することでシリカ(SiO2)が析出し、ハイドロキシアパタイト粒子2の表面全体にシリカ殻1aの形成が促進される。
これより、図2に示されるように、ハイドロキシアパタイト粒子2の表面全体にシリカ殻1aがコーティングされたシリカコーティング粒子3となる。即ち、テトラエトキシシランのゾル−ゲル反応(ゾル−ゲル法)によってハイドロキシアパタイト粒子2の表面全体にシリカ(SiO2 )1aをコーティングさせシリカコーティング粒子3とする(ステップS2)。そして、この工程が、本発明における「シリカ被覆形成工程」に相当する。
Subsequently, the ethanol dispersion in which the hydroxyapatite particles 2 are dispersed is mixed with tetraethoxysilane (TEOS) as a silicon alkoxide, an aqueous ammonia (NH 4 OH) solution as a base catalyst, and distilled water. Distributed processing was performed.
Here, in the above-described dispersion step (step S1), by dispersing the hydroxyapatite particles 2 in ethanol as an organic solvent, the surface of the hydroxyapatite particles 2 interacts with the ethanol, and the surface of the hydroxyapatite particles 2 is dispersed. Where ethanol is coated, tetraethoxysilane as silicon alkoxide and ammonia water as a base catalyst are mixed, so that ethanol and tetraethoxysilane interact with the surface of the hydroxyapatite particles 2, Hydroxyapatite-ethanol and ethanol-tetraethoxysilane complexes are formed. Then, tetrahydroxysilane (Si (OH) 4 ) generated by the hydrolysis of tetraethoxysilane is dehydrated and polycondensed to precipitate silica (SiO 2 ), and the silica shell 1 a is deposited on the entire surface of the hydroxyapatite particles 2. Formation is promoted.
As a result, as shown in FIG. 2, the silica coating particle 3 is obtained in which the entire surface of the hydroxyapatite particle 2 is coated with the silica shell 1 a. That is, silica (SiO 2 ) 1a is coated on the entire surface of the hydroxyapatite particles 2 by a sol-gel reaction (sol-gel method) of tetraethoxysilane to form silica-coated particles 3 (step S2). This step corresponds to the “silica coating forming step” in the present invention.

因みに、上述の「ゾル−ゲル法」とは、一般に『溶液からゾル及びゲルの状態を経た後、加熱してガラスを作る方法。アルコキシドを出発原料に用いることが多い。』(長倉三郎他・編「岩波理化学辞典(第5版)」777頁,1998年2月20日株式会社岩波書店発行)であり、ここでは、テトラエトキシシランをアンモニア水による塩基性条件下で水と反応させて、SiO2 分子が縮重合したゲル状のシリカ殻1aを形成する方法をいう。なお、このゲル状のシリカ殻1aは、後述のリン酸カルシウム溶解工程(ステップS3)においてハイドロキシアパタイトを溶解させた後に、乾燥されることによって、ガラス状のシリカ殻1aとなる。 Incidentally, the above-mentioned “sol-gel method” is generally “a method of producing glass by heating after passing through a sol and gel state from a solution. Alkoxides are often used as starting materials. (Saburo Nagakura et al., Edited by “Iwanami Rikagaku Dictionary (5th edition)”, page 777, published by Iwanami Shoten Co., Ltd. on February 20, 1998), where tetraethoxysilane is treated under basic conditions with aqueous ammonia. It refers to a method of reacting with water to form a gel-like silica shell 1a in which SiO 2 molecules are polycondensed. The gel-like silica shell 1a is converted into a glassy silica shell 1a by dissolving hydroxyapatite in a calcium phosphate dissolving step (step S3) described later and then drying.

ここで、本実施の形態において、ハイドロキシアパタイト粒子2の表面にゾル−ゲル法でシリカ殻1aをコーティングするためのテトラエトキシシラン(ケイ酸テトラエチル)としては、具体的には、例えば、多摩化学工業株式会社のエチルシリケート(製品名「高純度正珪酸エチル」:テトラエトキシシラン(TEOS))、信越化学工業株式会社の機能性シランの中のアルコキシシラン(製品名「KBE−04」:テトラエトキシシラン(TEOS))等を使用することができる。
しかし、本発明を実施する場合には、シリコンアルコキシドとしてテトラエトキシシランに限られるものではなく、その他にもテトラメトキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等の化合物を用いることが可能であり、所謂シランカップリング剤等ケイ素のアルコキシドであれば用いることができる。
Here, in the present embodiment, as tetraethoxysilane (tetraethyl silicate) for coating the silica shell 1a on the surface of the hydroxyapatite particles 2 by a sol-gel method, specifically, for example, Tama Chemical Industry Ethyl silicate Co., Ltd. (Product name “High purity ethyl silicate”: Tetraethoxysilane (TEOS)), Alkoxy silane (Product name “KBE-04”: Tetraethoxysilane) among functional silanes of Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. (TEOS)) or the like can be used.
However, when carrying out the present invention, the silicon alkoxide is not limited to tetraethoxysilane, and other compounds such as tetramethoxysilane, trimethoxysilane, triethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, etc. Any silicon alkoxide such as a so-called silane coupling agent can be used.

また、本実施の形態においては、塩基触媒としてアンモニア水を使用したが、本発明を実施する場合には、塩基触媒としてその他にも、例えば、アミン、アミド、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化カルシウム〔Ca(OH)2〕等を使用することも可能である。しかし、反応効率の良さ、価格面、入手しやすさ、扱いやすさ等を考慮すると、塩基触媒としてはアンモニアが最適であり、塩基触媒としてアンモニアを使用することで、確実にしかも効率よく、テトラエトキシシラン等のシリコンアルコキシドと水とを反応させてSiO2 分子が重縮合したシリカを析出させ、ハイドロキシアパタイト粒子2等のリン酸カルシウム粒子の表面全体にシリカ殻1aを形成させることができる。 In this embodiment, ammonia water is used as the base catalyst. However, when the present invention is carried out, other examples of the base catalyst include amines, amides, sodium hydroxide (NaOH), hydroxides. It is also possible to use potassium (KOH), calcium hydroxide [Ca (OH) 2 ] or the like. However, considering the good reaction efficiency, price, availability, ease of handling, etc., ammonia is the most suitable base catalyst. By using ammonia as the base catalyst, it is ensured and efficient. Silicon alkoxide such as ethoxysilane and water are reacted to precipitate silica in which SiO 2 molecules are polycondensed to form silica shell 1 a on the entire surface of calcium phosphate particles such as hydroxyapatite particles 2.

更に、本実施の形態においては、ハイドロキシアパタイト粒子2を十分に分散させながらゾル−ゲル法によるシリカ殻1aの形成を行うために超音波(周波数:20KHz〜40KHz)をかけながら反応させているが、超音波照射に使用する装置としては、溶液に超音波ホーンを直接入れる形式(UH−600S 周波数 20KHz/(株)エスエムテー、SONIFIER 4020−800 周波数 40KHz/BRANSON)のものや、溶液を循環させる形式(UH−600SR 周波数 20KHz/(株)エスエムテー)のものや、溶液を入れた容器を外から間接的に照射するバス型(超音波洗浄機型)形式のもの等が使用できる。
なお、このようにシリカコーティング粒子3を形成する過程において、超音波処理を行うことで、リン酸カルシウム粒子であるハイドロキシアパタイト粒子2が分散され易く粒子同士の凝集が防止され、更に、かかる粒子が分散されている状態でシリカ殻1aが形成されることから、シリカコーティング粒子3においても粒子同士の凝集が防止される。このため、本実施の形態においては、超音波処理を行わなかった場合よりも二次粒子への凝集が少ないシリカ殻からなるナノ中空粒子1が得られる。更に、超音波によって、ハイドロキシアパタイト粒子2の表面へシリカ殻1aが吸着されやすくなることから、本実施の形態においては、生産効率を向上させることができる。
Furthermore, in the present embodiment, the reaction is performed while applying ultrasonic waves (frequency: 20 KHz to 40 KHz) in order to form the silica shell 1a by the sol-gel method while sufficiently dispersing the hydroxyapatite particles 2. As an apparatus used for ultrasonic irradiation, an ultrasonic horn is directly put into a solution (UH-600S frequency 20 KHz / SMT, Inc., SONFIER 4020-800 frequency 40 KHz / BRANSON), or a solution circulation type (UH-600SR frequency 20 KHz / SMT Co., Ltd.) or a bath type (ultrasonic cleaner type) that indirectly irradiates a container containing a solution from the outside can be used.
In addition, in the process of forming the silica coating particles 3 in this way, by performing ultrasonic treatment, the hydroxyapatite particles 2 that are calcium phosphate particles are easily dispersed, and aggregation of the particles is prevented, and further, the particles are dispersed. Since the silica shell 1a is formed in a state where the particles are in the same state, the silica coating particles 3 are also prevented from aggregating with each other. For this reason, in this Embodiment, the nano hollow particle 1 which consists of a silica shell with less aggregation to a secondary particle than the case where an ultrasonic treatment is not performed is obtained. Furthermore, since the silica shell 1a is easily adsorbed to the surface of the hydroxyapatite particles 2 by ultrasonic waves, the production efficiency can be improved in the present embodiment.

次に、このようにして形成されたシリカコーティング粒子3を蒸留水に分散させた後、これに希薄した塩酸水溶液を添加して、分散系の水素イオン濃度指数がpH2〜pH4の範囲内となるようにし、シリカコーティング粒子3内部のハイドロキシアパタイト2を溶解させてシリカ殻1aに微細な貫通孔を開けながらハイドロキシアパタイト2を外部に流出させた(ステップS3)。この工程が、本発明における「リン酸カルシウム溶解工程」に相当する。   Next, after the silica coating particles 3 thus formed are dispersed in distilled water, a diluted hydrochloric acid aqueous solution is added thereto, and the hydrogen ion concentration index of the dispersion system falls within the range of pH 2 to pH 4. Thus, the hydroxyapatite 2 inside the silica coating particle 3 was dissolved to allow the hydroxyapatite 2 to flow out while opening fine through holes in the silica shell 1a (step S3). This step corresponds to the “calcium phosphate dissolving step” in the present invention.

ここで、分散系の水素イオン濃度指数がpH4を上回った状態においては、シリカコーティング粒子内部のリン酸カルシウムを完全に溶解することができず、未反応ハイドロキシアパタイト(HAp)粒子2が残る可能性がある。更に、pH2未満の場合、未反応テトラエトキシシラン(TEOS)または加水分解したケイ酸がコアシェル表面に残っていると、酸処理中に酸触媒により縮合反応し、粒子同士の凝集を引き起こし兼ねない。更に、耐酸性処理した反応容器が必要になる。即ち、pH2未満においては、反応容器に耐腐食性処理を施したり耐腐食性を持つ材料を用いたりする必要がある。これらのことから、分散系の水素イオン濃度指数はpH2〜pH4の範囲内とするものである。なお、本実施の形態においては、希塩酸10-4Mの水溶液を添加して分散系の水素イオン濃度指数がpH3.5〜pH4となるようにした。勿論、本発明を実施する場合には、硫酸、硝酸、酢酸・安息香酸等のカルボン酸、クエン酸、酪酸等の希薄酸水溶液を用いることも可能である。 Here, in the state where the hydrogen ion concentration index of the dispersion exceeds pH 4, the calcium phosphate inside the silica coating particles cannot be completely dissolved, and there is a possibility that unreacted hydroxyapatite (HAp) particles 2 remain. . Furthermore, when the pH is less than 2, if unreacted tetraethoxysilane (TEOS) or hydrolyzed silicic acid remains on the surface of the core shell, it may cause a condensation reaction by an acid catalyst during the acid treatment and cause aggregation of particles. Furthermore, a reaction vessel that has been subjected to acid resistance treatment is required. That is, when the pH is less than 2, it is necessary to subject the reaction vessel to a corrosion resistance treatment or to use a material having corrosion resistance. For these reasons, the hydrogen ion concentration index of the dispersion system is set within the range of pH 2 to pH 4. In the present embodiment, an aqueous solution of dilute hydrochloric acid 10 −4 M is added so that the hydrogen ion concentration index of the dispersion becomes pH 3.5 to pH 4 . Of course, when carrying out the present invention, dilute acid aqueous solutions such as carboxylic acids such as sulfuric acid, nitric acid, acetic acid / benzoic acid, citric acid, and butyric acid may be used.

そして、シリカコーティング粒子3内部のハイドロキシアパタイト2を溶解させて流出させた後は、蒸留水で洗浄(ステップS3a)を行い、更に、減圧下で乾燥(ステップS3b)させた。
これによって、シリカ殻からなるナノ中空粒子1が製造される。
Then, after the hydroxyapatite 2 in the silica coating particles 3 was dissolved and flowed out, it was washed with distilled water (step S3a) and further dried under reduced pressure (step S3b).
Thereby, the nano hollow particle 1 which consists of a silica shell is manufactured.

このように、本実施の形態に係るシリカ殻からなるナノ中空粒子1は、所定の寸法形状を有する乾燥粉末状態のリン酸カルシウム粒子としてのハイドロキシアパタイト粒子2を有機溶媒としてのエタノールに分散させ、更に、シリコンアルコキシドとしてのテトラエトキシシラン及び塩基触媒としてのアンモニア水を混合することによって、ハイドロキシアパタイト粒子2の表面にシリカ殻1aを形成させシリカコーティング粒子3とし、その後、酸水溶液としての希塩酸水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内として、シリカコーティング粒子3内部のハイドロキシアパタイト2を溶解させてなるものである。   Thus, the nano hollow particle 1 made of the silica shell according to the present embodiment is obtained by dispersing hydroxyapatite particles 2 as calcium phosphate particles in a dry powder state having a predetermined size and shape in ethanol as an organic solvent, By mixing tetraethoxysilane as silicon alkoxide and aqueous ammonia as a base catalyst, silica shell 1a is formed on the surface of hydroxyapatite particles 2 to form silica-coated particles 3, and then dispersed with dilute hydrochloric acid aqueous solution as acid aqueous solution. The hydroxyapatite 2 in the silica coating particle 3 is dissolved in such a manner that the hydrogen ion concentration index is within the range of pH 2 to pH 4.

また、本実施の形態に係るシリカ殻からなるナノ中空粒子1の製造方法は、所定の寸法形状を有する乾燥粉末状態のリン酸カルシウム粒子としてのハイドロキシアパタイト粒子2を有機溶媒としてのエタノールに分散させる分散工程(ステップS1)と、ハイドロキシアパタイト粒子2が分散された有機溶媒としてのエタノールにシリコンアルコキシドとしてのテトラエトキシシラン及び塩基触媒としてのアンモニア水を混合することによって、ハイドロキシアパタイト粒子2の表面にシリカ殻1aを形成させシリカコーティング粒子3とするシリカ被覆形成工程(ステップS2)と、酸水溶液としての希塩酸水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内としてシリカコーティング粒子3内部のハイドロキシアパタイト粒子2を溶解させるリン酸カルシウム溶解工程と(ステップS3)を具備するものである。   Moreover, the manufacturing method of the nano hollow particle 1 which consists of a silica shell which concerns on this Embodiment is a dispersion | distribution process which disperse | distributes the hydroxyapatite particle | grains 2 as the calcium phosphate particle of the dry powder state which has a predetermined dimension shape to ethanol as an organic solvent. (Step S1) and ethanol as an organic solvent in which hydroxyapatite particles 2 are dispersed are mixed with tetraethoxysilane as a silicon alkoxide and ammonia water as a base catalyst to mix silica shell 1a on the surface of hydroxyapatite particles 2. A silica coating forming step (step S2) to form silica coating particle 3 and a hydroxyapatite inside silica coating particle 3 with a hydrogen ion concentration index of the dispersion within a range of pH 2 to pH 4 by dilute hydrochloric acid aqueous solution as acid aqueous solution Those comprising calcium phosphate dissolution step of dissolving the door particles 2 and the (step S3).

ここで、コア粒子であるハイドロキシアパタイト粒子2が立方体状形態の場合、この立方体状形態のハイドロキシアパタイト粒子2の表面にテトラエトキシシランの加水分解反応によってシリカが被覆されたシリカコーティング粒子3はハイドロキシアパタイト粒子2の立方体状形態が転写されて立方体状形態となり、そして、この立方体状形態のシリカコーティング粒子3内部のハイドロキシアパタイト2を溶解させて得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子1も立方体状形態となる。
即ち、このようにコア粒子の表面をシリカで被覆した後に、コア粒子を除去する方法であるテンプレート法によって製造されたシリカ殻からなるナノ中空粒子1は、コア粒子の形状が反映された形状となる。
このため、コア粒子であるハイドロキシアパタイト粒子2が球状形態の場合、得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子1は球状形態となり、また、コア粒子であるハイドロキシアパタイト粒子2が回転楕円体状形態の場合、得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子1は回転楕円体形態となる。
Here, when the hydroxyapatite particle 2 as the core particle has a cubic shape, the silica-coated particle 3 in which the surface of the hydroxyapatite particle 2 having the cubic shape is coated with silica by a hydrolysis reaction of tetraethoxysilane is a hydroxyapatite. The cubic form of the particles 2 is transferred to form a cubic form, and the nano hollow particles 1 made of a silica shell obtained by dissolving the hydroxyapatite 2 inside the silica-coated particles 3 having the cubic form are also in the cubic form. Become.
That is, after the surface of the core particle is coated with silica in this way, the nano hollow particle 1 made of a silica shell manufactured by the template method, which is a method for removing the core particle, has a shape reflecting the shape of the core particle. Become.
For this reason, when the hydroxyapatite particle 2 that is the core particle has a spherical shape, the resulting nano hollow particle 1 made of the silica shell has a spherical shape, and the hydroxyapatite particle 2 that is the core particle has a spheroid shape The resulting hollow nanoparticle 1 made of silica shell is in the form of a spheroid.

こうして得られた立方体状形態のシリカ殻からなるナノ中空粒子1は、顕微鏡法による測定で、その外径が30nm〜300nmの範囲内であり、また、形状が球状形態のシリカ殻からなるナノ中空粒子1は、同じく顕微鏡法による測定で、その直径が30nm〜300nmの範囲内であり、更に、形状が回転楕円体状形態のシリカ殻からなるナノ中空粒子1は、同じく顕微鏡法による測定で、その最大径(長径)が30nm〜300nmの範囲内であった。なお、ここでの顕微鏡法による測定は、透過型電子顕微鏡(TEM:JEOL JEM 2000 FX/日本電子(株))による観察でされた一次粒子のサイズ(一次粒子径)であり、透過型電子顕微鏡による一次粒子径とは、個々の粒子単一の粒子径をいい。これに対して、後述の静的光散乱法による粒子径は、液相中に分散させた際の分散粒子径をいう。   The hollow nanoparticle 1 made of the silica shell having a cubic shape thus obtained has a nano hollow made of a silica shell having an outer diameter in the range of 30 nm to 300 nm as measured by microscopy. Particle 1 has a diameter in the range of 30 nm to 300 nm, similarly measured by microscopy, and nano hollow particle 1 made of a silica shell having a spheroid shape is also measured by microscopy. The maximum diameter (major axis) was in the range of 30 nm to 300 nm. In addition, the measurement by the microscope method here is the size (primary particle diameter) of the primary particle observed by the transmission electron microscope (TEM: JEOL JEM 2000 FX / JEOL Ltd.), and the transmission electron microscope. The primary particle size by means the single particle size of each individual particle. On the other hand, the particle diameter by the static light scattering method described later refers to the dispersed particle diameter when dispersed in the liquid phase.

更に、このようにして得られたシリカ殻からなるナノ中空粒子1は、静的光散乱法(ZETASIZER 3000HSA/Malvern Instrument Ltdにより測定)による粒子径が30nm〜800nmで、水銀圧入法(水銀ポロシメーター:PASCAL140、PASCAL240(FISONS Instruments)により測定)またはガス吸着法(ここでは、窒素ガス)により測定される細孔分布(Autosorb-1/Quantachrome Corp)において2〜20nmの細孔が検出されないものとなっており、二次粒子への凝集が少なくて、分散性が高いものであった。   Furthermore, the nano hollow particle 1 made of silica shell thus obtained has a particle diameter of 30 nm to 800 nm by a static light scattering method (measured by ZETASIZER 3000HSA / Malvern Instrument Ltd), and a mercury intrusion method (mercury porosimeter: 2-20 nm pores are not detected in the pore distribution (Autosorb-1 / Quantachrome Corp) measured by PASCAL140, PASCAL240 (FISONS Instruments)) or gas adsorption method (here, nitrogen gas) In addition, there was little aggregation to the secondary particles and the dispersibility was high.

その一因として、本実施の形態においては、コア粒子としてリン酸カルシウム粒子であるハイドロキシアパタイト粒子2を用いており、このハイドロキシアパタイト粒子2の表面にシリカ殻1aを被覆してシリカコーティング粒子3とした後、シリカコーティング粒子3内部のハイドロキシアパタイト2を溶解させる工程において、酸性水溶液の酸触媒による粒子間の凝集が防止されていることが挙げられる。
即ち、従来においては、上述の如く、コア粒子として炭酸カルシウムを使用しており、この炭酸カルシウムを溶解するためには強酸性の水溶液が必要とされたことから、コアを溶解させる工程において、シリカコーティング粒子の表面に未反応のテトラエトキシシラン等のシリコンアルコキシドや加水分解したケイ酸が存在する場合、強酸性水溶液の酸性触媒機能により、この未反応のシリコンアルコキシドや加水分解したケイ酸の縮合反応が促進されて、シリカコーティング粒子やシリカコーティング粒子内部のコアが溶解された中空粒子の表面に共有結合を形成し、粒子同士の凝集を引き起こしていた。これに対し、本実施の形態においては、コア粒子としてリン酸カルシウム粒子であるハイドロキシアパタイト粒子2を用いており、ハイドロキシアパタイト粒子2の溶解に強酸性の水溶液を必要とすることなく、塩酸等の希薄酸性水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内とすることで、ハイドロキシアパタイト粒子2を完全に溶解できることから、シリカコーティング粒子3内部のコアを溶解させる工程において、未反応のテトラエトキシシラン(シリコンアルコキシド)や加水分解したケイ酸が存在する場合であっても、かかる未反応のテトラエトキシシランや加水分解したケイ酸の酸触媒による縮合反応の促進が防止され、粒子同士の凝集が防止される。
One reason for this is that in the present embodiment, hydroxyapatite particles 2 that are calcium phosphate particles are used as the core particles, and the surface of the hydroxyapatite particles 2 is coated with silica shell 1a to form silica-coated particles 3. In the step of dissolving the hydroxyapatite 2 inside the silica coating particle 3, it is mentioned that aggregation between particles due to the acid catalyst of the acidic aqueous solution is prevented.
That is, conventionally, as described above, calcium carbonate is used as the core particle, and since a strongly acidic aqueous solution is required to dissolve this calcium carbonate, in the step of dissolving the core, silica is used. When unreacted silicon alkoxide such as tetraethoxysilane and hydrolyzed silicic acid are present on the surface of the coating particle, the condensation reaction of this unreacted silicon alkoxide and hydrolyzed silicic acid is caused by the acidic catalytic function of the strongly acidic aqueous solution. Is promoted to form a covalent bond on the surface of the hollow particle in which the silica coating particle and the core inside the silica coating particle are dissolved, causing aggregation of the particles. In contrast, in the present embodiment, the hydroxyapatite particles 2 which are calcium phosphate particles are used as the core particles, and a dilute acidic solution such as hydrochloric acid is not required without dissolving a strongly acidic aqueous solution for dissolving the hydroxyapatite particles 2. Since the hydroxyapatite particles 2 can be completely dissolved by setting the hydrogen ion concentration index of the dispersion in the range of pH 2 to pH 4 with an aqueous solution, unreacted tetraethoxy in the step of dissolving the core inside the silica coating particles 3. Even if silane (silicon alkoxide) or hydrolyzed silicic acid is present, the promotion of the condensation reaction by the acid catalyst of such unreacted tetraethoxysilane or hydrolyzed silicic acid is prevented, and aggregation of particles is prevented. Is prevented.

また、従来のコア粒子である炭酸カルシウムが含水ケーキ状態で水分を含んでいるため、時間の経過と共に炭酸カルシウムの凝集が起こり易いのに対し、ハイドロキシアパタイト粒子2は乾燥粉末状態でも安定しており、シリカ殻1aが形成されるまでの過程において、ハイドロキシアパタイト粒子2が水分を吸収してしまうことによる粒子同士の凝集が防止される。
このため、本実施の形態に係るシリカ殻からなるナノ中空粒子1は、二次粒子への凝集が少なくて、分散性が高いものとなる。
In addition, since calcium carbonate, which is a conventional core particle, contains water in a water-containing cake state, calcium carbonate tends to agglomerate over time, whereas hydroxyapatite particles 2 are stable even in a dry powder state. In the process until the silica shell 1a is formed, aggregation of the particles due to the hydroxyapatite particles 2 absorbing moisture is prevented.
For this reason, the nano hollow particle 1 made of the silica shell according to the present embodiment has a high degree of dispersibility with little aggregation to the secondary particles.

また、このようにして製造されたシリカ殻からなるナノ中空粒子1は、その形状の如何を問わず、シリカ殻1aの厚みが2nm〜25nmの範囲内であり、更に、シリカ殻1aの厚みが部位によって異なり不均一であるものが多くあった。加えて、このシリカ殻からなるナノ中空粒子1は、その粒子内包空間体積率が25vol%〜90vol%の範囲内であった。
なお、「粒子内包空間体積率」は、中空粒子の内部空間を含めた全体の体積に対して、中空粒子の内部空間の体積が占める割合を示すもので、ここでは、下記の式によって算出したものである。
〔ナノ中空粒子が立方体状形態である場合〕
{R−(2・tR)}3/R3・100
R:ナノ中空粒子の外径
R:シリカ殻の厚み
〔ナノ中空粒子が球状形態である場合〕
{4/3・π・(r−t)}3/{4/3・π・r3}・100
π:円周率
r:ナノ中空粒子の半径
t:シリカ殻の厚み
〔ナノ中空粒子が回転楕円体状形態である場合〕
{4/3・π・(a−ta)・(b−tb)・(c−tb)}/{4/3・π・a・b ・c}・100
π:円周率
a:ナノ中空粒子のx軸方向の半径
b:ナノ中空粒子のy軸方向の半径
c:ナノ中空粒子のz軸方向の半径
a:x軸方向のシリカ殻の厚み
b:y軸方向のシリカ殻の厚み
c:z軸方向のシリカ殻の厚み
Moreover, the nano hollow particle 1 which consists of the silica shell manufactured in this way is the thickness of the silica shell 1a in the range of 2 nm-25 nm regardless of the shape, and also the thickness of the silica shell 1a is There were many things that differed and differed from site to site. In addition, the nano hollow particle 1 made of this silica shell had a particle inclusion space volume ratio in the range of 25 vol% to 90 vol%.
The “particle inclusion space volume ratio” indicates the ratio of the volume of the internal space of the hollow particles to the total volume including the internal space of the hollow particles, and was calculated by the following formula here. Is.
[When the nano hollow particles are in a cubic form]
{R- (2 · t R )} 3 / R 3 · 100
R: outer diameter of nano hollow particle t R : thickness of silica shell [when nano hollow particle is in spherical form]
{4/3 · π · (rt)} 3 / {4/3 · π · r 3 } · 100
π: Circumference r: Radius of nano hollow particle t: Thickness of silica shell [when nano hollow particle is in spheroid form]
{4/3 · π · (a−t a ) · (b−t b ) · (c−t b )} / {4/3 · π · a · b · c} · 100
π: Circularity ratio a: Radius in the x-axis direction of the nano hollow particle b: Radius in the y-axis direction of the nano hollow particle c: Radius in the z-axis direction of the nano hollow particle t a : Thickness of the silica shell in the x-axis direction t b : thickness of silica shell in the y-axis direction t c : thickness of silica shell in the z-axis direction

ここで、合成条件を変化させて、具体的には、乾燥粉末状態のハイドロキシアパタイト(HAp)粒子2とシリコンアルコキシドとしてのテトラエトキシシラン(TEOS)の重量比を様々変え実施例1乃至実施例9、及び、比較例1乃至比較例3として、図1のフローチャートにしたがい製造試験を実施した結果を表1乃至表3に示す。
なお、実施例1乃至実施例3、及び、比較例1においては、コア粒子としてのハイドロキシアパタイト粒子2に立方体状形態のものを使用した。このときのハイドロキシアパタイト(HAp)粒子とテトラエトキシシラン(TEOS)の配合比を表1の上段に示す。また、実施例4乃至実施例6、及び、比較例2においては、コア粒子としてのハイドロキシアパタイト粒子2に球状形態のものを使用した。このときのハイドロキシアパタイト(HAp)粒子2とテトラエトキシシラン(TEOS)の配合比を表2の上段に示す。更に、実施例7乃至実施例9、及び、比較例3においては、コア粒子としてのハイドロキシアパタイト粒子2に回転楕円体状形態のものを使用した。このときのハイドロキシアパタイト(HAp)粒子2とテトラエトキシシラン(TEOS)の配合比を表3の上段に示す。
Here, by changing the synthesis conditions, specifically, the weight ratio of the hydroxyapatite (HAp) particles 2 in a dry powder state to tetraethoxysilane (TEOS) as silicon alkoxide is variously changed. As Comparative Examples 1 to 3, Tables 1 to 3 show the results of manufacturing tests performed in accordance with the flowchart of FIG.
In Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, cubic hydroxyapatite particles 2 as core particles were used. The mixing ratio of hydroxyapatite (HAp) particles and tetraethoxysilane (TEOS) at this time is shown in the upper part of Table 1. In Examples 4 to 6 and Comparative Example 2, spherical hydroxyapatite particles 2 as core particles were used. The upper part of Table 2 shows the mixing ratio of the hydroxyapatite (HAp) particles 2 and tetraethoxysilane (TEOS) at this time. Furthermore, in Examples 7 to 9 and Comparative Example 3, spheroid-shaped particles were used as the hydroxyapatite particles 2 as the core particles. The mixing ratio of hydroxyapatite (HAp) particles 2 and tetraethoxysilane (TEOS) at this time is shown in the upper part of Table 3.

表1乃至表3に示されるように、ハイドロキシアパタイト(HAp)粒子2とテトラエトキシシラン(TEOS)の重量比が変化すると、生成される中空粒子のシリカ殻1aの厚みや粒子内包空間体積率が変化することが確認された。
このことから、本実施の形態においては、ハイドロキシアパタイト粒子2やテトラエトキシシランの配合量を調節することによって、シリカ殻1aの厚みや粒子内包空間体積率を制御することができ、ひいては、シリカナノ中空粒子1の外径を制御することができる。
特に、シリカ殻1aの厚みを制御することにより、シリカ殻からなるナノ中空粒子1に有効成分等の物質を内包させた場合において、内包させた物質の徐放性能を付与することが可能になる。また、粒子内包空間体積率を制御することにより、様々な大きさの物質を内包できることになる。
As shown in Tables 1 to 3, when the weight ratio between the hydroxyapatite (HAp) particles 2 and tetraethoxysilane (TEOS) changes, the thickness of the silica shell 1a of the hollow particles to be generated and the volume ratio of the particle inclusion space It was confirmed that it changed.
Therefore, in the present embodiment, the thickness of the silica shell 1a and the volume ratio of the particle inclusion space can be controlled by adjusting the blending amount of the hydroxyapatite particles 2 and tetraethoxysilane. The outer diameter of the particle 1 can be controlled.
In particular, by controlling the thickness of the silica shell 1a, when a substance such as an active ingredient is encapsulated in the nano hollow particles 1 made of silica shell, it becomes possible to impart sustained release performance of the encapsulated substance. . Further, by controlling the particle inclusion space volume ratio, substances of various sizes can be included.

なお、表1に示した実施例1乃至実施例3と比較例1の比較から、コア粒子として立方体状形態のハイドロキシアパタイト粒子2を使用した際、テトラエトキシシラン(TEOS)/ハイドロキシアパタイト(HAp)粒子2の配合比が0.15以下では、立方体状形態のシリカ殻からなるナノ中空粒子が得られないことがある。因みに、本発明者らの実験研究によれば、テトラエトキシシラン(TEOS)の量に対して塩基触媒であるアンモニア水の量が十分でない場合に、立方体状形態のシリカ殻からなるナノ中空粒子が得られないことが確認されている。また、本発明者らの実験研究によって、テトラエトキシシラン(TEOS)/ハイドロキシアパタイト(HAp)粒子2の配合比が2.00を超えると、未反応のテトラエトキシシラン(TEOS)が多くなって回収にかなりの手間がかかり生産効率が低下することが確認されている。
このため、立方体状形態のシリカナノ中空粒子1を確実に、かつ、効率よく製造するためには、テトラエトキシシラン(TEOS)/ハイドロキシアパタイト(HAp)粒子2の配合比を0.18〜2.00の範囲内とすることが好ましく、より好ましくは、0.20〜1.80の範囲内である。
From the comparison of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 shown in Table 1, when hydroxyapatite particles 2 having a cubic shape are used as the core particles, tetraethoxysilane (TEOS) / hydroxyapatite (HAp) is used. If the blending ratio of the particles 2 is 0.15 or less, nano hollow particles composed of cubic silica shells may not be obtained. By the way, according to the experimental study by the present inventors, when the amount of ammonia water as a base catalyst is not sufficient with respect to the amount of tetraethoxysilane (TEOS), the nano hollow particles composed of cubic-shaped silica shells It has been confirmed that it cannot be obtained. Further, according to experimental studies by the present inventors, when the mixing ratio of tetraethoxysilane (TEOS) / hydroxyapatite (HAp) particles 2 exceeds 2.00, unreacted tetraethoxysilane (TEOS) increases and is recovered. It has been confirmed that the production efficiency is lowered due to considerable labor.
For this reason, in order to reliably and efficiently produce the cubic nano silica particles 1, the mixing ratio of tetraethoxysilane (TEOS) / hydroxyapatite (HAp) particles 2 is 0.18 to 2.00. Is preferably in the range of 0.20 to 1.80.

また、表2に示した実施例4乃至実施例6と比較例2の比較から、コア粒子として球状形態のハイドロキシアパタイト粒子2を使用した際、テトラエトキシシラン(TEOS)/ハイドロキシアパタイト(HAp)粒子2の配合比が0.03以下では、アンモニア水等の塩基触媒の量によっては、球状形態のシリカ殻からなるナノ中空粒子が得られないことがある。そして、本発明者らの実験研究によって、テトラエトキシシラン(TEOS)/ハイドロキシアパタイト(HAp)粒子2の配合比が1.00を超えると、未反応のテトラエトキシシラン(TEOS)が多くなって回収にかなりの手間がかかり生産効率が低下することが確認されている。
このため、球状形態のシリカナノ中空粒子1を確実に、かつ、効率よく製造するためには、テトラエトキシシラン(TEOS)/ハイドロキシアパタイト(HAp)粒子2の配合比を0.04〜1.00の範囲内とすることが好ましく、より好ましくは、0.05〜0.90の範囲内である。
Further, from comparison between Examples 4 to 6 and Comparative Example 2 shown in Table 2, when spherical hydroxyapatite particles 2 are used as core particles, tetraethoxysilane (TEOS) / hydroxyapatite (HAp) particles When the mixing ratio of 2 is 0.03 or less, nano hollow particles composed of a spherical silica shell may not be obtained depending on the amount of a base catalyst such as aqueous ammonia. As a result of experiments conducted by the present inventors, when the ratio of tetraethoxysilane (TEOS) / hydroxyapatite (HAp) particles 2 exceeds 1.00, unreacted tetraethoxysilane (TEOS) increases and is recovered. It has been confirmed that the production efficiency is lowered due to considerable labor.
Therefore, in order to reliably and efficiently produce the spherical silica nano hollow particles 1, the mixing ratio of tetraethoxysilane (TEOS) / hydroxyapatite (HAp) particles 2 is 0.04 to 1.00. It is preferable to be within the range, and more preferably within the range of 0.05 to 0.90.

更に、表3に示した実施例7乃至実施例9と比較例3の比較から、コア粒子として回転楕円体状形態のハイドロキシアパタイト粒子2を使用した際、テトラエトキシシラン(TEOS)/ハイドロキシアパタイト(HAp)粒子2の配合比が、1.80以下では、アンモニア水等の塩基触媒の量によっては、回転楕円体状形態のシリカ殻からなるナノ中空粒子が得られないことがある。また、本発明者らの実験研究によって、テトラエトキシシラン(TEOS)/ハイドロキシアパタイト(HAp)粒子2の配合比が20.00を超えると、未反応のテトラエトキシシラン(TEOS)が多くなって回収にかなりの手間がかかり生産効率が低下することが確認されている。
このため、回転楕円体状形態のシリカナノ中空粒子1を確実に、かつ、効率よく製造するためには、テトラエトキシシラン(TEOS)/ハイドロキシアパタイト(HAp)粒子2の配合比を3.00〜20.00の範囲内とすることが好ましく、より好ましくは、4.00〜19.00の範囲内である。
Furthermore, from the comparison between Example 7 to Example 9 and Comparative Example 3 shown in Table 3, when hydroxyapatite particles 2 having a spheroidal shape were used as core particles, tetraethoxysilane (TEOS) / hydroxyapatite ( When the blending ratio of the HAp) particles 2 is 1.80 or less, depending on the amount of a base catalyst such as aqueous ammonia, nano hollow particles composed of a spheroidal silica shell may not be obtained. Further, according to experimental studies by the present inventors, when the ratio of tetraethoxysilane (TEOS) / hydroxyapatite (HAp) particles 2 exceeds 20.00, unreacted tetraethoxysilane (TEOS) increases and is recovered. It has been confirmed that the production efficiency is lowered due to considerable labor.
For this reason, in order to reliably and efficiently produce the silica nano-hollow particles 1 having a spheroid shape, the mixing ratio of tetraethoxysilane (TEOS) / hydroxyapatite (HAp) particles 2 is set to 3.00-20. It is preferable to be within the range of 0.00, and more preferably within the range of 4.00 to 19.00.

参考までに、得られたシリカ殻からなる中空粒子1のうち、実施例7に係る中空粒子について、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて粒子を実際に観察したTEM写真を、図3に示す。図3のTEM画像から、得られた実施例7に係るシリカ殻からなる中空粒子1は、楕円体状形態のものを含む回転楕円体状形態をなしており、シリカ殻1aの厚みが不均一であるものが多く存在することが分かる。   For reference, among the obtained hollow particles 1 made of silica shell, a TEM photograph of the hollow particles according to Example 7 actually observed using a transmission electron microscope (TEM) is shown in FIG. . From the TEM image of FIG. 3, the obtained hollow particles 1 made of the silica shell according to Example 7 have a spheroid shape including an ellipsoid shape, and the thickness of the silica shell 1 a is not uniform. It can be seen that there are many that are.

因みに、本発明者らの実験研究によれば、塩基触媒としてのアンモニア水の量が多いことによって、シリカ殻1aの厚さが厚くなることが明らかとなっている。即ち、ハイドロキシアパタイト粒子2やテトラエトキシシランの配合量に加え、塩基触媒としてのアンモニア水の配合量を調節することによっても、シリカ殻1aの厚みや粒子内包空間体積率を制御することができ、ひいては、シリカナノ中空粒子1の外径を制御することが可能である。なお、本実施の形態においては、コア粒子となるハイドロキシアパタイト粒子2の粒子径を調節することによってもシリカナノ中空粒子1の外径を制御することが可能である。   Incidentally, according to an experimental study by the present inventors, it is clear that the thickness of the silica shell 1a is increased by increasing the amount of ammonia water as a base catalyst. That is, in addition to the blending amount of the hydroxyapatite particles 2 and tetraethoxysilane, the thickness of the silica shell 1a and the volume ratio of the particle inclusion space can also be controlled by adjusting the blending amount of aqueous ammonia as a base catalyst. As a result, the outer diameter of the silica nano hollow particle 1 can be controlled. In the present embodiment, it is possible to control the outer diameter of the silica nano hollow particle 1 by adjusting the particle diameter of the hydroxyapatite particle 2 serving as the core particle.

また、本発明者らによって、本実施の形態に係るシリカ殻からなるナノ中空粒子1は、シリカ殻1aの厚みの上限が25nmの範囲内であれば、光学特性、断熱性、軽量性に優れるものであることが確認された。そして、このように本実施の形態に係るシリカ殻からなるナノ中空粒子1は、シリカ殻1aの厚みが2nm〜25nmの範囲内と薄く、その粒子内包空間体積率も25vol%〜90vol%の範囲内と高い空間率を有することが確認され、透明性・透光性等の光学特性や、断熱性(低熱伝導率)や、軽量性に優れるものである。また、分散性が高いことから、樹脂や塗料等の目的物(材料)に混入する際にも、透明性・透光性等の光学特性や、断熱性(低熱伝導率)等の優れた特性を発揮させることができる。
シリカ殻1aの厚みが2nm〜25nmの範囲内であることで、可視光線の透過性や透明性が高く、樹脂や塗料等の目的物に混入する際にも目的物の視認性を阻害することがない。また、シリカ殻1aの厚みが2nm以上あることで、必要な強度も確保でき、塗料等を始めとする材料中に混入する際など外部環境によって容易に破壊されることもない。故に、シリカ殻1aの高い強度や、高い透明度が要求される用途にも対応可能である。なお、強度及び光学特性の観点からすると、シリカ殻1aの厚みが3nm〜20nmの範囲内であるものがより好ましい。
また、粒子内包空間体積率が25vol%〜90vol%の範囲内であることで、高い断熱性(低熱伝導率)を有するものとなるが、強度及び断熱性等の観点からすると、より好ましくは、粒子内包空間体積率が30vol%〜85vol%の範囲内であるものである。
Moreover, the nano hollow particle 1 which consists of the silica shell which concerns on this Embodiment by the present inventors is excellent in an optical characteristic, heat insulation, and lightness, if the upper limit of the thickness of the silica shell 1a is in the range of 25 nm. It was confirmed to be a thing. And the nano hollow particle 1 which consists of a silica shell which concerns on this Embodiment in this way is thin in the range whose thickness of the silica shell 1a is 2 nm-25 nm, and the particle inclusion space volume ratio is also the range of 25 vol%-90 vol%. It has been confirmed to have a high space ratio and has excellent optical characteristics such as transparency and translucency, heat insulation (low thermal conductivity), and light weight. In addition, because of its high dispersibility, excellent optical properties such as transparency and translucency and excellent properties such as heat insulation (low thermal conductivity) can be obtained when it is mixed into a target object (material) such as resin or paint. Can be demonstrated.
When the thickness of the silica shell 1a is in the range of 2 nm to 25 nm, the visible light has high transparency and transparency, and obstructs the visibility of the target object even when mixed into the target object such as resin or paint. There is no. Further, since the thickness of the silica shell 1a is 2 nm or more, the necessary strength can be ensured and the silica shell 1a is not easily destroyed by an external environment such as when mixed in a material such as a paint. Therefore, it can respond also to the use for which the high strength and high transparency of the silica shell 1a are required. From the viewpoint of strength and optical characteristics, it is more preferable that the thickness of the silica shell 1a is in the range of 3 nm to 20 nm.
Moreover, although it has what has high heat insulation (low thermal conductivity) because particle | grain inclusion space volume ratio is in the range of 25 vol%-90 vol%, from a viewpoint of intensity | strength, heat insulation, etc., More preferably, The particle inclusion space volume ratio is in the range of 30 vol% to 85 vol%.

更に、立方体状形態、球状形態、または回転楕円体状形態をなすシリカ殻からなるナノ中空粒子1によれば、樹脂や塗料等の目的物に混入する際において、不定形状のものよりも充填率(充填密度)を高くすることができ、目的物において、シリカナノ中空粒子1が有する透明性・透光性等の光学特性、断熱性、軽量性等の効果を十分に発揮することができる。中でも、立方体状形態を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子1においては、入射した光の屈折が起こりにくく(低屈折率)光透過性が極めて高いものとなり、更に、高い反射防止・防眩効果が得られる。また、回転楕円体状形態を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子1においては、シリカナノ中空粒子1が有する透明性・透光性等の光学特性や断熱性等の物性の異方性が付与される。   Furthermore, according to the nano hollow particles 1 made of a silica shell having a cubic shape, a spherical shape, or a spheroid shape, the filling rate is higher than that of an indefinite shape when mixed into a target object such as a resin or paint. The (filling density) can be increased, and the target object can sufficiently exhibit the optical properties such as transparency and translucency, heat insulating properties, light weight and the like of the silica nano hollow particles 1. Among them, in the nano hollow particles 1 made of silica shells having a cubic shape, refraction of incident light hardly occurs (low refractive index) and the light transmittance is extremely high, and furthermore, a high antireflection / antiglare effect is achieved. can get. Moreover, in the nano hollow particle 1 which consists of a silica shell which has a spheroidal form, the anisotropy of optical properties, such as transparency and translucency which the silica nano hollow particle 1 has, and physical properties, such as heat insulation, are provided. .

加えて、上述のようにして得られたシリカ殻からなるナノ中空粒子1は、シリカ殻1aの厚みが部位によって異なり不均一であるものが多く、このシリカ殻1aの厚みが不均一であるシリカ殻からなるナノ中空粒子1によれば、シリカ殻1aの厚みが均一であるものと比較して物性の異方性を有することになるから、混入させる樹脂や塗料等の目的物において、物性の向上化、特には、光学特性の向上化を図ることができる。
具体的には、シリカ殻1aの厚みが不均一であるシリカナノ中空粒子1を樹脂や塗料等の目的物に混入させた際に、シリカ殻1aの厚みが薄い部分では可視光線の高い光透過性が発揮されると共に、シリカ殻1aの厚みが厚い部分では可視光線を屈折・散乱させ光の高拡散を図ることができる。即ち、シリカ殻1aの厚みが薄い部分で可視光線を効果的に取り込みつつ、シリカ殻1aの厚みが厚い部分で効率よく可視光線を拡散反射させることが可能である。このため、この光透過性及び光拡散性を利用して、例えば、LEDライト等の照明器具への使用において、発光効率を増大させると共に、高輝度の広域拡散光を得ることができ、消費電力を低下させることが可能となる。また、化粧品(例えば、口紅、ファンデーション)への使用において、シワを目立たなくしたり、肌の質感の変化をさせて光学的なリフトアップ効果を演出したりする効果を期待できる。
In addition, the hollow nanoparticle 1 composed of the silica shell obtained as described above often has a silica shell 1a having a non-uniform thickness because the thickness of the silica shell 1a varies depending on the part. According to the nano hollow particle 1 made of a shell, since the silica shell 1a has anisotropy of physical properties as compared with a uniform thickness of the silica shell 1a, Improvement, in particular, improvement of optical characteristics can be achieved.
Specifically, when silica nano hollow particles 1 having a non-uniform thickness of silica shell 1a are mixed into a target object such as a resin or a paint, the light transmittance of the visible light is high in a portion where silica shell 1a is thin. In addition, at a portion where the thickness of the silica shell 1a is large, visible light can be refracted and scattered to achieve high light diffusion. That is, it is possible to efficiently diffuse and reflect visible light at a portion where the silica shell 1a is thick while effectively capturing visible light at a portion where the silica shell 1a is thin. For this reason, by using this light transmittance and light diffusibility, for example, in use for a lighting fixture such as an LED light, the luminous efficiency can be increased, and high-brightness wide-area diffused light can be obtained. Can be reduced. In addition, when used for cosmetics (for example, lipsticks and foundations), it is possible to expect the effect of making wrinkles less noticeable or producing an optical lift-up effect by changing the texture of the skin.

更に、シリカ殻1aの厚みが不均一であるシリカ殻からなるナノ中空粒子1によれば、シリカ殻1aの厚みが均一であるものと比較して低密度な粒子となることから、樹脂や塗料等の目的物に混入させた際に凝集沈降が生じにくく、凝集沈降による目的物の物性の低下を防止することが可能である。   Furthermore, according to the nano hollow particles 1 made of silica shells with non-uniform thickness of the silica shell 1a, the particles become lower density than those with uniform thickness of the silica shell 1a. It is difficult for coagulation and sedimentation to occur when it is mixed in a target product such as the above, and it is possible to prevent a decrease in physical properties of the target product due to coagulation sedimentation.

ここで、本発明においては、このように、コア粒子としてリン酸カルシウムであるハイドロキシアパタイト粒子2を使用しており、このハイドロキシアパタイト粒子2を溶解するために強酸性の水溶液を必要とすることなく、塩酸等の希薄酸性水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内とすることでコア粒子であるハイドロキシアパタイト粒子2が完全に溶解されることから、製造工程における反応容器に耐腐食性材料の使用や耐腐食性の処理を施す必要がない。したがって、周囲環境への負荷の低減化や低コスト化を図ることができる。   Here, in the present invention, the hydroxyapatite particles 2 that are calcium phosphate are used as the core particles as described above, and hydrochloric acid is not required to dissolve the hydroxyapatite particles 2 without using a strongly acidic aqueous solution. Since the hydroxyapatite particles 2 as the core particles are completely dissolved by setting the hydrogen ion concentration index of the dispersion in the range of pH 2 to pH 4 with a dilute acidic aqueous solution such as There is no need to use materials or handle corrosion resistance. Therefore, the load on the surrounding environment can be reduced and the cost can be reduced.

加えて、従来のコア粒子としての炭酸カルシウムが含水ケーキ状態であり、時間の経過と共にコア粒子の成長や凝集が起こって変質しやすく、一定の品質を保持することが困難で品質管理にコストがかかるのに対して、本発明においては、コア粒子として乾燥粉末状態のハイドロキシアパタイト粒子2を用いているため、原料に変質が起こりにくく、原料の品質管理にコストが掛からない。また、原料の変質が起こりにくいため、生産効率や量産性を向上させることが可能である。   In addition, calcium carbonate as a conventional core particle is in a water-containing cake state, and the core particle grows and agglomerates over time and easily changes in quality. On the other hand, in the present invention, since the hydroxyapatite particles 2 in a dry powder state are used as the core particles, the raw material hardly changes in quality, and the quality control of the raw material does not cost. Further, since the raw material hardly changes, it is possible to improve production efficiency and mass productivity.

更に、本発明においては、塩酸等の希薄酸性水溶液によってリン酸カルシウム粒子であるハイドロキシアパタイト粒子2が溶解される際に、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、リン酸水溶液等が廃酸水溶液として排出されるが、これらの水溶液を回収することでハイドロキシアパタイト粒子2を再合成することができ、コア粒子として再利用することが可能である。そして、このとき、従来のコア粒子である炭酸カルシウムのように溶解時にガス等が発生することもなくガス回収のための大型装置も必要のないことから、コア粒子を再合成するために多大なコストがかかることはない。よって、環境保全への貢献及び低コスト化を図ることができる。   Furthermore, in the present invention, when the hydroxyapatite particles 2 that are calcium phosphate particles are dissolved by a dilute acidic aqueous solution such as hydrochloric acid, calcium hydroxide, calcium chloride, a phosphoric acid aqueous solution, etc. are discharged as a waste acid aqueous solution. By collecting these aqueous solutions, the hydroxyapatite particles 2 can be re-synthesized, and can be reused as core particles. At this time, unlike calcium carbonate which is a conventional core particle, no gas or the like is generated at the time of dissolution, and a large apparatus for gas recovery is not necessary. There is no cost. Therefore, contribution to environmental conservation and cost reduction can be achieved.

このようにして、二次粒子への凝集が少なくて分散性が高く、かつ、反応容器や原料の品質管理の簡略化及びコア粒子の再利用によって、低コスト化及び環境保全を図ることができるシリカ殻からなるナノ中空粒子1及びその製造方法となる。
そして、これにより、産業分野においてシリカ殻からなるナノ中空粒子1を大量合成するための量産化(スケールアップ)に適したものとなる。
更に、このようにして生成されたシリカ殻からなるナノ中空粒子1は、その断熱性、透明性・透光性、軽量性等を利用し、塗料・フィルム・合成繊維を始めとする様々な物質中に均一に混合・分散させて断熱塗料・断熱フィルム・断熱繊維等の幅広い技術分野に応用することができる。また、中空構造を利用して有効成分や触媒等の物質を内包した徐放性医薬品・徐放性化粧品、デリバリーシステム、触媒担持体等としての活用も可能である。なお、本発明者らの実験研究によって、シリカ殻からなるナノ中空粒子1を焼成することによって、コア粒子であるハイドロキシアパタイト粒子2等のリン酸カルシウム粒子を溶解除去する工程において溶解したリン酸カルシウム粒子がシリカコーティング粒子3から流出することでシリカ殻1aに生じた微細な貫通孔が塞がれて、高強度を有する中空粒子となり圧力を加えても破壊されなくなることが確認されている。
In this way, the agglomeration into the secondary particles is small and the dispersibility is high, and the cost can be reduced and the environment can be reduced by simplifying the quality control of the reaction vessel and the raw material and reusing the core particles. It becomes the nano hollow particle 1 which consists of a silica shell, and its manufacturing method.
This makes it suitable for mass production (scale-up) for mass-producing nano hollow particles 1 made of silica shells in the industrial field.
Furthermore, the nano hollow particle 1 composed of the silica shell thus produced uses various materials such as paints, films, and synthetic fibers by utilizing its heat insulating property, transparency, translucency, light weight and the like. It can be mixed and dispersed uniformly and applied to a wide range of technical fields such as thermal insulation paints, thermal insulation films, and thermal insulation fibers. Further, it can be used as a sustained-release pharmaceutical product / sustained-release cosmetic product, a delivery system, a catalyst carrier, etc. containing a substance such as an active ingredient or a catalyst by utilizing a hollow structure. In addition, the calcium phosphate particles dissolved in the step of dissolving and removing the calcium phosphate particles such as the hydroxyapatite particles 2 as the core particles by firing the nano hollow particles 1 made of the silica shells by the inventors' experimental research, It has been confirmed that the fine through-holes generated in the silica shell 1a are closed by flowing out of the particles 3 to become hollow particles having high strength and are not destroyed even when pressure is applied.

なお、上記実施の形態においては、コア粒子であるリン酸カルシウムとしてハイドロキシアパタイト粒子2を用いたが、リン酸カルシウムとしてはこれに限られるものではなく、その他にも、オキシアパタイト、α−リン酸三カルシウム、β−リン酸三カルシウム、γ−リン酸三カルシウム等を用いることも可能である。しかし、ハイドロキシアパタイトは、種々の外形形状を有する粒子の製造や入手が比較的容易であることから、低コストで、しかも、種々の外形形状を有する中空粒子を製造できる。更に、シリカ殻1aが被覆されやすいことからシリカナノ中空粒子1の生成効率を高くできる。このため、リン酸カルシウムとしてはハイドロキシアパタイトが好適である。   In the above embodiment, the hydroxyapatite particles 2 are used as the calcium phosphate that is the core particle. However, the calcium phosphate is not limited to this, and in addition, oxyapatite, α-tricalcium phosphate, β -It is also possible to use tricalcium phosphate, γ-tricalcium phosphate or the like. However, since hydroxyapatite is relatively easy to produce and obtain particles having various outer shapes, hollow particles having various outer shapes can be produced at low cost. Furthermore, since the silica shell 1a is easily coated, the production efficiency of the silica nano hollow particles 1 can be increased. For this reason, hydroxyapatite is suitable as the calcium phosphate.

また、上記実施の形態においては、有機溶媒としてエタノールを使用したが、本発明を実施する場合には、有機溶媒は、シリコンアルコキシドと水に対して溶解性があり、更に、シリコンアルコキシドの加水分解を促進可能なものであればよく、その他にも、メタノール、プロパノール等のアルコール類、グリコール類、グリコールエステル類、アセトン等のケトン類、n−ヘキサン等の脂肪族炭化水素、キシレン等の芳香族炭化水素等を使用することもできる。しかし、エタノール等のアルコール類を用いることで、ハイドロキシアパタイト粒子2等のリン酸カルシウム粒子とテトラエトキシシラン等のシリコンアルコキシドの相互作用性を向上させることができ、しいては、シリカナノ中空粒子1の生産効率を高めることができるため、有機溶媒としてはエタノール等のアルコール類が好ましい。   In the above embodiment, ethanol is used as the organic solvent. However, when the present invention is carried out, the organic solvent is soluble in silicon alkoxide and water, and further, hydrolysis of silicon alkoxide is performed. In addition, alcohols such as methanol and propanol, glycols, glycol esters, ketones such as acetone, aliphatic hydrocarbons such as n-hexane, and aromatics such as xylene Hydrocarbons and the like can also be used. However, by using alcohols such as ethanol, the interaction between calcium phosphate particles such as hydroxyapatite particles 2 and silicon alkoxides such as tetraethoxysilane can be improved, and the production efficiency of silica nano hollow particles 1 can be improved. As the organic solvent, alcohols such as ethanol are preferable.

なお、本発明の実施の形態で挙げている数値は、臨界値を示すものではなく、実施に好適な好適値を示すものであるから、上記数値を若干変更してもその実施を否定するものではない。   In addition, since the numerical value quoted in the embodiment of the present invention does not indicate a critical value but indicates a preferable value suitable for implementation, even if the numerical value is slightly changed, the implementation is denied. is not.

1 シリカ殻からなるナノ中空粒子
2 ハイドロキシアパタイト粒子(リン酸カルシウム粒子)
3 シリカコーティング粒子
1 Nano hollow particles made of silica shell 2 Hydroxyapatite particles (calcium phosphate particles)
3 Silica coated particles

Claims (14)

所定の寸法形状を有する乾燥粉末状態のリン酸カルシウム粒子を有機溶媒に分散させ、シリコンアルコキシド及び塩基触媒を混合することによって、前記リン酸カルシウム粒子の表面にシリカ殻を形成させたシリカコーティング粒子とし、その後、酸水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内として、前記シリカコーティング粒子の内部の前記リン酸カルシウムを溶解させてなることを特徴とするシリカ殻からなるナノ中空粒子。   The calcium phosphate particles in a dry powder state having a predetermined size and shape are dispersed in an organic solvent, and silicon alkoxide and a base catalyst are mixed to form silica-coated particles in which a silica shell is formed on the surface of the calcium phosphate particles. A nano hollow particle comprising a silica shell, wherein the calcium phosphate inside the silica coating particle is dissolved with an aqueous solution having a hydrogen ion concentration index of the dispersion in the range of pH 2 to pH 4. 前記シリカ殻からなるナノ中空粒子の形状形態が、球状形態、回転楕円体状形態または立方体状形態のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載のシリカ殻からなるナノ中空粒子。   2. The nano hollow particle comprising a silica shell according to claim 1, wherein the nano hollow particle comprising the silica shell has any one of a spherical form, a spheroid form, and a cubic form. 前記シリカ殻からなるナノ中空粒子のシリカ殻の厚みは、2nm〜25nmの範囲内であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシリカ殻からなるナノ中空粒子。   The nano hollow particle comprising a silica shell according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the silica shell of the nano hollow particle comprising the silica shell is in the range of 2 nm to 25 nm. 前記シリカ殻からなるナノ中空粒子のシリカ殻の厚みは、部位によって異なり不均一であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1つに記載のシリカ殻からなるナノ中空粒子。   The nano hollow particle made of silica shell according to any one of claims 1 to 3, wherein the thickness of the silica shell of the nano hollow particle made of silica shell varies depending on the site and is non-uniform. 前記シリカ殻からなるナノ中空粒子の粒子内包空間体積率は、25vol%〜90vol%の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1つに記載のシリカ殻からなるナノ中空粒子。   The particle hollow space volume fraction of the nano hollow particles made of the silica shell is in the range of 25 vol% to 90 vol%, and consists of the silica shell according to any one of claims 1 to 4. Nano hollow particles. 前記リン酸カルシウム粒子は、ハイドロキシアパタイト粒子であることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1つに記載のシリカ殻からなるナノ中空粒子。   6. The nano hollow particle comprising a silica shell according to any one of claims 1 to 5, wherein the calcium phosphate particles are hydroxyapatite particles. 前記有機溶媒は、アルコール類であることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1つに記載のシリカ殻からなるナノ中空粒子。   The nano hollow particle comprising a silica shell according to any one of claims 1 to 6, wherein the organic solvent is an alcohol. 所定の寸法形状を有する乾燥粉末状態のリン酸カルシウム粒子を有機溶媒に分散させる分散工程と、
前記リン酸カルシウム粒子が分散された有機溶媒にシリコンアルコキシド及び塩基触媒を混合することによって、前記リン酸カルシウム粒子の表面にシリカ殻を形成させシリカコーティング粒子とするシリカ被覆形成工程と、
酸水溶液によって分散系の水素イオン濃度指数をpH2〜pH4の範囲内として前記シリカコーティング粒子の内部の前記リン酸カルシウムを溶解させるリン酸カルシウム溶解工程と
を具備することを特徴とするシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法。
A dispersion step of dispersing calcium phosphate particles in a dry powder state having a predetermined size and shape in an organic solvent;
A silica coating forming step of forming silica shells on the surface of the calcium phosphate particles by mixing silicon alkoxide and a base catalyst in the organic solvent in which the calcium phosphate particles are dispersed; and
And a calcium phosphate dissolution step of dissolving the calcium phosphate inside the silica coating particle by setting the hydrogen ion concentration index of the dispersion in the range of pH 2 to pH 4 with an acid aqueous solution. Production method.
前記シリカ殻からなるナノ中空粒子の形状形態が、球状形態、回転楕円体状形態または立方体状形態のいずれかであることを特徴とする請求項8に記載のシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法。   The nano hollow particle made of silica shell according to claim 8, wherein the shape of the nano hollow particle made of silica shell is any one of a spherical shape, a spheroid shape and a cubic shape. Method. 前記シリカ殻からなるナノ中空粒子のシリカ殻の厚みは、2nm〜25nmの範囲内であることを特徴とする請求項8または請求項9に記載のシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法。   The method for producing nano-hollow particles comprising silica shells according to claim 8 or 9, wherein the thickness of the silica shell of the nano-hollow particles comprising silica shells is in the range of 2 nm to 25 nm. 前記シリカ殻からなるナノ中空粒子のシリカ殻の厚みは、部位によって異なり不均一であることを特徴とする請求項8乃至請求項10の何れか1つに記載のシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法。   The thickness of the silica hollow of the nano hollow particle made of the silica shell varies depending on the site and is non-uniform, The nano hollow particle made of the silica shell according to any one of claims 8 to 10, Production method. 前記シリカ殻からなる中空粒子の粒子内包空間体積率は、25vol%〜90vol%の範囲内であることを特徴とする請求項8乃至請求項11の何れか1つに記載のシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法。   The nanoparticle made of silica shell according to any one of claims 8 to 11, wherein the volume ratio of the particle-containing space of the hollow particle made of silica shell is in the range of 25 vol% to 90 vol%. A method for producing hollow particles. 前記リン酸カルシウム粒子は、ハイドロキシアパタイト粒子であることを特徴とする請求項8乃至請求項12の何れか1つに記載のシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法。   The method for producing nano hollow particles comprising silica shells according to any one of claims 8 to 12, wherein the calcium phosphate particles are hydroxyapatite particles. 前記有機溶媒は、アルコール類であることを特徴とする請求項8乃至請求13の何れか1つに記載のシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法。   The method for producing nano-hollow particles comprising silica shells according to any one of claims 8 to 13, wherein the organic solvent is an alcohol.
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