JP2014055083A - Method for producing hollow silica particle - Google Patents

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Koji Hosokawa
浩司 細川
Masaki Komatsu
正樹 小松
Kazuo Kuwabara
一夫 桑原
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Kao Corp
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Kao Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing hollow silica particles, which is capable of stably producing hollow silica particles even in the case when the silica concentration converted from a silica source in a reaction liquid is high.SOLUTION: The method for producing hollow silica particles comprises: a step of forming an aqueous dispersion of emulsified oil droplets containing a hydrophobic organic compound by applying supersonic vibration to a mixed liquid containing the hydrophobic organic compound, a polyvinyl alcohol, and an aqueous solvent; a step of forming an outer shell part constituted of a component containing silica and having a mesoporous structure, on the surface of each emulsified oil droplet, in a reaction liquid obtained by mixing the aqueous dispersion of the emulsified oil droplets and a silica source in the presence of a cationic surfactant; and a step of removing the emulsified oil drops from composite silica particles each including the outer shell part and the emulsified oil droplet existing on the inner side of the outer shell part.

Description

本発明は、中空シリカ粒子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing hollow silica particles.

近年、無機粒子として、シリカを含む外殻部と、外殻部の内側(以下、「中空部」ともいう。)に空洞を持つシリカ粒子(以下、「中空シリカ粒子」ともいう。)が注目されている。特に、外殻部が、細孔径が数nmの細孔を持つメソ細孔構造をした中空シリカ粒子(以下、「中空メソポーラスシリカ粒子」ともいう。)は、大きな空孔率や比表面積を持つことから、低誘電率材料、低屈折率材料、分離材、吸着材、触媒担体、酵素担体、徐放材料、ドラッグデリバリー(DDS)担体等、様々な用途展開が期待できる。   In recent years, silica-containing outer shell portions and silica particles having cavities inside the outer shell portions (hereinafter also referred to as “hollow portions”) (hereinafter also referred to as “hollow silica particles”) have attracted attention as inorganic particles. Has been. In particular, hollow silica particles whose outer shell portion has a mesoporous structure having pores with a pore diameter of several nm (hereinafter also referred to as “hollow mesoporous silica particles”) have a large porosity and specific surface area. Therefore, various applications such as a low dielectric constant material, a low refractive index material, a separating material, an adsorbing material, a catalyst carrier, an enzyme carrier, a sustained release material, and a drug delivery (DDS) carrier can be expected.

非特許文献1には、超音波照射を用いた中空メソポーラスシリカ粒子の製造方法が開示されている。特許文献2には、菜種油やスクワレン等の疎水性有機物を水系媒体中で攪拌して得られる乳化油滴を利用した、メソ細孔構造を有する中空メソポーラスシリカ粒子の製造方法が開示されている。また、特許文献3には、菜種油、ヘキサン、ドデカン等の疎水性有機物を含む溶液に水性溶媒を添加して得られる乳化油滴を利用した中空メソポーラスシリカ粒子の製造方法が開示されている。   Non-Patent Document 1 discloses a method for producing hollow mesoporous silica particles using ultrasonic irradiation. Patent Document 2 discloses a method for producing hollow mesoporous silica particles having a mesoporous structure using emulsion oil droplets obtained by stirring a hydrophobic organic substance such as rapeseed oil or squalene in an aqueous medium. Patent Document 3 discloses a method for producing hollow mesoporous silica particles using emulsified oil droplets obtained by adding an aqueous solvent to a solution containing a hydrophobic organic substance such as rapeseed oil, hexane, or dodecane.

Rohit K. Rana他、Advanced Materials, Vol.14、p1414(2002年)Rohit K. Rana et al., Advanced Materials, Vol. 14, p1414 (2002) 特開2008−150229号公報JP 2008-150229 A 特開2011−126761号公報JP 2011-126761 A

しかし、いずれの製造方法においても、乳化油滴とシリカ源とを含む反応液の調製に使用されるシリカ源から換算されるシリカ(SiO2)濃度は0.2wt%(33ミリモル/L)程度であるため、中空メソポーラスシリカ粒子の生産性が低い。生産性向上のために反応液中の前記シリカ濃度を高くすると、乳化油滴の経時安定性が悪くなり、乳化油滴が合一して油層分離が生じ、中空メソポーラスシリカ粒子を安定して製造することが難しい。このことは、外殻部がメソ細孔構造を有していない中空シリカ粒子の製造にも共通する問題である。 However, in any production method, the silica (SiO 2 ) concentration converted from the silica source used for the preparation of the reaction liquid containing the emulsified oil droplets and the silica source is about 0.2 wt% (33 mmol / L). Therefore, the productivity of hollow mesoporous silica particles is low. Increasing the silica concentration in the reaction solution to improve productivity deteriorates the stability of the emulsified oil droplets over time, and the emulsified oil droplets coalesce to form an oil layer separation, stably producing hollow mesoporous silica particles. Difficult to do. This is a problem common to the production of hollow silica particles whose outer shell portion does not have a mesoporous structure.

本発明は、反応液中のシリカ源から換算されるシリカ濃度が高くても、中空シリカ粒子を安定して製造できる中空シリカ粒子の製造方法を提供する。   This invention provides the manufacturing method of the hollow silica particle which can manufacture a hollow silica particle stably, even if the silica concentration converted from the silica source in a reaction liquid is high.

本発明の中空シリカ粒子の製造方法は、
疎水性有機化合物とポリビニルアルコールと水系溶媒とを含む混合液に超音波振動を付与して、前記疎水性有機化合物を含む乳化油滴を含んだ乳化油滴水分散液を形成する工程と、
前記乳化油滴水分散液とシリカ源とを、カチオン性界面活性剤の存在下で混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程と、
前記外殻部と前記外殻部よりも内側に存在する前記乳化油滴とを含む複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する工程と、を含む。
The method for producing the hollow silica particles of the present invention comprises:
Providing an ultrasonic vibration to a mixed liquid containing a hydrophobic organic compound, polyvinyl alcohol and an aqueous solvent to form an emulsified oil droplet aqueous dispersion containing emulsified oil droplets containing the hydrophobic organic compound;
In the reaction liquid obtained by mixing the emulsified oil droplet water dispersion and the silica source in the presence of a cationic surfactant, the emulsified oil droplet surface has a mesoporous structure composed of components containing silica. Forming the outer shell,
Removing the emulsified oil droplets from the composite silica particles including the outer shell portion and the emulsified oil droplets present inside the outer shell portion.

本発明の中空シリカ粒子の製造方法によれば、反応液中のシリカ源から換算されるシリカ濃度が高くても、中空シリカ粒子を安定して製造できる。故に、本発明の中空シリカ粒子の製造方法によれば、中空シリカ粒子の生産性を高めることができる。   According to the method for producing hollow silica particles of the present invention, the hollow silica particles can be produced stably even if the silica concentration calculated from the silica source in the reaction solution is high. Therefore, according to the method for producing hollow silica particles of the present invention, the productivity of hollow silica particles can be increased.

図1は、実施例1の中空メソポーラスシリカ粒子のTEM像である。1 is a TEM image of hollow mesoporous silica particles of Example 1. FIG. 図2は、比較例1のシリカ粒子のTEM像である。FIG. 2 is a TEM image of the silica particles of Comparative Example 1.

上記本発明の効果が発現する理由の詳細は明らかではないが、出願人は以下のように推定している。   Although the details of the reason why the effects of the present invention are manifested are not clear, the applicant presumes as follows.

疎水性有機化合物と水系溶媒とを含む混合液に超音波振動を付与して、前記混合液を乳化するので、前記混合液中の疎水性有機化合物の濃度が高くても、平均一次粒子径が小さく、且つ、粒子径分布が狭い滴状になった疎水性有機化合物を容易に得ることができるとともに、前記混合液中に含まれたポリビニルアルコール(以下、PVAと略す)が滴状の疎水性有機化合物の表面に吸着して乳化油滴を形成する。PVAは、そのOH基によりPVA分子同士が水素結合によって結合した状態で滴状の疎水性有機化合物に強固に吸着する。その結果、滴状の疎水性有機化合物の表面が安定化し、高濃度で安定な乳化油滴水分散液が得られたと推察される。また、シリカ源の反応時にカチオン性界面活性剤をシリカ源と共存させことにより、PVAとカチオン性界面活性剤とを含む安定な乳化油滴表面が正電荷を持つこととなり、乳化油滴表面にシリカ前駆体であるシリケートアニオンが選択的に集積し、シリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部が形成される。故に、乳化油滴とシリカ源とを含む反応液中の前記シリカ源から換算されるシリカ濃度が高くても、中空シリカ粒子を安定して製造できる。但し、本発明はこれらの推定に限定されるものではない。   Since the mixture is emulsified by applying ultrasonic vibration to the mixture containing the hydrophobic organic compound and the aqueous solvent, the average primary particle diameter is high even if the concentration of the hydrophobic organic compound in the mixture is high. A hydrophobic organic compound having a small droplet size and a narrow particle size distribution can be easily obtained, and the polyvinyl alcohol (hereinafter abbreviated as PVA) contained in the mixed liquid is droplet-shaped hydrophobic. Adsorbed on the surface of the organic compound to form emulsified oil droplets. PVA is strongly adsorbed to the droplet-like hydrophobic organic compound in a state in which PVA molecules are bonded to each other by hydrogen bonds through the OH group. As a result, it is surmised that the surface of the droplet-like hydrophobic organic compound was stabilized, and a high-concentration and stable emulsified oil droplet water dispersion was obtained. In addition, by making the cationic surfactant coexist with the silica source during the reaction of the silica source, the surface of the stable emulsified oil droplet containing PVA and the cationic surfactant has a positive charge. Silicate anions, which are silica precursors, are selectively accumulated to form an outer shell portion composed of silica-containing components and having a mesoporous structure. Therefore, even if the silica concentration converted from the silica source in the reaction liquid containing the emulsified oil droplets and the silica source is high, the hollow silica particles can be stably produced. However, the present invention is not limited to these estimations.

尚、本願において、「中空シリカ粒子」とは、外殻部と外殻部よりも内側に存在する中空部とを含み、中空部に空気等の気体が存在する粒子である。また、「中空シリカ粒子」には、外殻部がメソ細孔構造を有する中空シリカ粒子、すなわち中空メソポーラスシリカ粒子と、外殻部がメソ細孔構造を有しない中空シリカ粒子の両方が含まれる。   In the present application, the “hollow silica particle” is a particle including an outer shell portion and a hollow portion existing inside the outer shell portion, and a gas such as air exists in the hollow portion. The “hollow silica particles” include both hollow silica particles whose outer shell portion has a mesoporous structure, that is, hollow mesoporous silica particles, and hollow silica particles whose outer shell portion does not have a mesoporous structure. .

本願において、「複合シリカ粒子」とは、シリカを含む成分から構成される外殻部、及び、前記外殻部によって内包されるその他の物質から構成されるシリカ粒子をいう。「外殻部に内包されるその他の物質」は、後述する「疎水性有機化合物」、「PVA」等を含む。   In the present application, the “composite silica particles” refers to silica particles composed of an outer shell portion composed of a component containing silica and other substances encapsulated by the outer shell portion. “Other substances contained in the outer shell” include “hydrophobic organic compounds”, “PVA” and the like described later.

本明細書において、「シリカを含む成分から構成される外殻部」とは、外殻部の骨格を形成する主成分がシリカであることをいい、外殻部の骨格を形成する成分の好ましくは50モル%以上、より好ましくは70モル%以上、更に好ましくは90モル%以上、より更に好ましくは95%以上が二酸化ケイ素であることをいう。   In the present specification, the “outer shell part composed of a component containing silica” means that the main component forming the skeleton of the outer shell part is silica, and preferably the component forming the skeleton of the outer shell part. Means 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more, still more preferably 95% or more silicon dioxide.

本明細書において、「外殻部」とは、粒子の中心部を中心として粒子を2以上に多層化した場合の最外層を含む部分をいう。   In the present specification, the “outer shell portion” refers to a portion including the outermost layer when the particles are multi-layered into two or more with the center portion of the particles as the center.

本明細書において、「メソ細孔構造」とは、例えば、シリカ源とカチオン性界面活性剤とを混合して水熱合成による自己組織化をさせた場合に形成される構造をいい、一般的に、均一で規則的な細孔(細孔径1〜10nm)を持つ構造をいう。細孔は、粒子の外部と中空部とが連通するように外殻部を貫通している。   In this specification, the “mesopore structure” refers to a structure formed when, for example, a silica source and a cationic surfactant are mixed and self-organized by hydrothermal synthesis. And a structure having uniform and regular pores (pore diameter 1 to 10 nm). The pore penetrates the outer shell portion so that the outside of the particle communicates with the hollow portion.

本願において、「中空メソポーラスシリカ粒子」とは、メソ細孔構造を有する外殻部と外殻部よりも内側に存在する中空部とを含み、中空部及び細孔内に空気等の気体が存在する粒子である。   In the present application, “hollow mesoporous silica particles” includes an outer shell portion having a mesoporous structure and a hollow portion existing inside the outer shell portion, and a gas such as air exists in the hollow portion and pores. Particles.

本願において、「複合メソポーラスシリカ粒子」とは、シリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部、及び、前記外殻部によって内包されるその他の物質から構成されるシリカ粒子をいう。「外殻部に内包されるその他の物質」は、後述する「疎水性有機化合物」、「PVA」等を含む。   In the present application, the “composite mesoporous silica particle” refers to a silica particle composed of an outer shell part having a mesoporous structure composed of a component containing silica and other substances encapsulated by the outer shell part. . “Other substances contained in the outer shell” include “hydrophobic organic compounds”, “PVA” and the like described later.

(疎水性有機化合物)
疎水性有機化合物は、水に対する溶解性が低く、水と分相を形成するものを意味する。
(Hydrophobic organic compounds)
The hydrophobic organic compound means a compound having low solubility in water and forming a phase separation with water.

水系溶媒として水を用いる場合、生産性向上、安定な乳化油滴形成の観点から、疎水性有機化合物が、20〜90℃で液体状態にあることが好ましく、0〜100℃で液体状態にあることがより好ましい。   When water is used as the aqueous solvent, the hydrophobic organic compound is preferably in a liquid state at 20 to 90 ° C. and in a liquid state at 0 to 100 ° C. from the viewpoint of improving productivity and forming stable emulsified oil droplets. It is more preferable.

疎水性有機化合物は、安定な乳化油滴形成の観点から、LogPOWが1以上であると好ましく、2〜25であるとより好ましい。ここで、LogPOWとは、化学物質の1−オクタノール/水分配係数であり、logKOW法により計算で求められた値をいう。具体的には、化合物の化学構造を、その構成要素に分解し、各フラグメントの有する疎水性フラグメント定数を積算して求められる(Meylan, W.M. and P.H. Howard. 1995. Atom/fragment contribution method for estimating octanol-water partition coefficients. J. Pharm. Sci. 84: 83-92参照)。 From the viewpoint of forming stable emulsified oil droplets, the hydrophobic organic compound preferably has LogP OW of 1 or more, more preferably 2 to 25. Here, LogP OW is a 1-octanol / water partition coefficient of a chemical substance and refers to a value obtained by calculation by the log K OW method. Specifically, the chemical structure of a compound is decomposed into its constituents, and the hydrophobic fragment constants of each fragment are integrated (Meylan, WM and PH Howard. 1995. Atom / fragment contribution method for a reference octanol -water partition coefficients. See J. Pharm. Sci. 84: 83-92).

疎水性有機化合物としては、例えば、炭化水素化合物、エステル化合物、炭素数6〜22の脂肪酸、及びシリコーンオイルなどの油剤が挙げられる。   As a hydrophobic organic compound, oil agents, such as a hydrocarbon compound, an ester compound, a C6-C22 fatty acid, and silicone oil, are mentioned, for example.

炭化水素化合物としては、炭素数5〜18のアルカン、炭素数5〜18のアルケン、炭素数5〜18のシクロアルカン、液状パラフィン、液状石油ゼリー、スクワラン、スクアレン、ペルヒドロスクワレン、トリメチルベンゼン、キシレン、ベンゼン等が挙げられる。   Examples of hydrocarbon compounds include alkanes having 5 to 18 carbon atoms, alkenes having 5 to 18 carbon atoms, cycloalkanes having 5 to 18 carbon atoms, liquid paraffin, liquid petroleum jelly, squalane, squalene, perhydrosqualene, trimethylbenzene, and xylene. , Benzene and the like.

エステル化合物としては、炭素数6〜22の脂肪酸のグリセリンエステル等の油脂類が挙げられ、具体的には、ミンク油、タトール油、大豆油、スイートアーモンド油、ビューティリーフオイル、パーム油、グレープシード油、ゴマ種油、トウモロコシ油、パーレアムオイル、アララ油、菜種油、ヒマワリ油、綿実油、アプリコット油、ひまし油、アボガド油、ホホバ油、オリーブ油、又は穀物胚芽油等が挙げられる。   Examples of the ester compound include fats and oils such as glycerin esters of fatty acids having 6 to 22 carbon atoms, specifically, mink oil, titol oil, soybean oil, sweet almond oil, beauty leaf oil, palm oil, grape seed. And oil, sesame seed oil, corn oil, parrham oil, arara oil, rapeseed oil, sunflower oil, cottonseed oil, apricot oil, castor oil, avocado oil, jojoba oil, olive oil, or grain germ oil.

また、エステル化合物としては、炭素数4〜22の脂肪酸と炭素数1〜22の一価又はグリセリン以外の多価アルコールとの縮合物が挙げられ、具体的には、ミリスチン酸イソプロピル、パルチミン酸イソプロピル、ステアリン酸ブチル、ラウリン酸ヘキシル、イソノナン酸イソノニル、パルチミン酸2−エチルヘキシル、ラウリン酸2−ヘキシルデシル、パルチミン酸2−オクチルデシル、ミリスチン酸2−オクチルドデシル、等が挙げられる。また、エステル化合物としては、炭素数1〜22、好ましくは炭素数8〜22、より好ましくは炭素数12〜18のアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルが挙げられ、具体的には、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸パルミチル、(メタ)アクリル酸ミリスチル、(メタ)アクリル酸ラウリル等の、炭素数1〜22の(メタ)アクリル酸系エステルが挙げられる。その他のエステル化合物としては、多価カルボン酸化合物とアルコールとのエステルが挙げられ、具体的には、アジピン酸ジイソプロピル、乳酸2−オクチルドデシルエステル、琥珀酸2−ジエチルヘキシル、リンゴ酸ジイソステアリル等が挙げられる。   Examples of ester compounds include condensates of fatty acids having 4 to 22 carbon atoms and monohydric or polyhydric alcohols other than glycerin, such as isopropyl myristate and isopropyl palmitate. Butyl stearate, hexyl laurate, isononyl isononanoate, 2-ethylhexyl palmitate, 2-hexyldecyl laurate, 2-octyldecyl palmitate, 2-octyldecyl myristate, and the like. Examples of the ester compound include esters of an alcohol having 1 to 22 carbon atoms, preferably 8 to 22 carbon atoms, more preferably 12 to 18 carbon atoms, and (meth) acrylic acid. Examples include (meth) acrylic acid esters having 1 to 22 carbon atoms such as stearyl methacrylate, palmityl (meth) acrylate, myristyl (meth) acrylate, and lauryl (meth) acrylate. Examples of other ester compounds include esters of polyvalent carboxylic acid compounds and alcohols, specifically, diisopropyl adipate, lactic acid 2-octyldodecyl ester, 2-diethylhexyl oxalate, diisostearyl malate, etc. Is mentioned.

炭素数6〜22の脂肪酸としては、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、又はイソステアリン酸等が挙げられる。   Examples of the fatty acid having 6 to 22 carbon atoms include capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, behenic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, and isostearic acid.

シリコーンオイルとしては、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、脂肪酸、脂肪族アルコール、又はポリオキシアルキレンで変性されたポリシロキサン、フルオロシリコーン、パーフルオロシリコーンオイル等が挙げられる。   Examples of the silicone oil include polydimethylsiloxane (PDMS), fatty acid, aliphatic alcohol, polysiloxane modified with polyoxyalkylene, fluorosilicone, perfluorosilicone oil, and the like.

これらの疎水性有機化合物は、単独で又は2種以上を任意の割合で混合して使用してもよい。   These hydrophobic organic compounds may be used alone or in admixture of two or more at any ratio.

上記疎水性有機化合物の中でも、安定な乳化油滴形成の観点から、炭素数5〜18のアルカン、炭素数5〜18のアルケン、炭素数5〜18のシクロアルカン、炭素数1〜22の(メタ)アクリル酸系エステル及びスクワランが好ましく、炭素数10〜18のアルカン、炭素数10〜18のアルケン、炭素数10〜18のシクロアルカン、炭素数1〜22の(メタ)アクリル酸系エステル及びスクワランがより好ましく、炭素数12〜16のアルカン、炭素数12〜16のアルケン、炭素数12〜16のシクロアルカン、炭素数12〜18の(メタ)アクリル酸系エステル及びスクワランが更に好ましく、ドデカン、1−ドデセン、ヘキサデカン、メタクリル酸イソステアリル及びスクワランがより更に好ましい。   Among the hydrophobic organic compounds, from the viewpoint of forming stable emulsified oil droplets, alkanes having 5 to 18 carbon atoms, alkenes having 5 to 18 carbon atoms, cycloalkanes having 5 to 18 carbon atoms, and 1 to 22 carbon atoms ( (Meth) acrylic acid esters and squalane are preferred, alkanes having 10 to 18 carbon atoms, alkenes having 10 to 18 carbon atoms, cycloalkanes having 10 to 18 carbon atoms, (meth) acrylic acid esters having 1 to 22 carbon atoms, and Squalane is more preferable, alkane having 12 to 16 carbon atoms, alkene having 12 to 16 carbon atoms, cycloalkane having 12 to 16 carbon atoms, (meth) acrylic acid ester having 12 to 18 carbon atoms, and squalane, and dodecane is more preferable. 1-dodecene, hexadecane, isostearyl methacrylate and squalane are even more preferred.

また、疎水性有機化合物は、外殻部の厚みが厚く、細孔径が小さい、中空シリカ粒子を得る観点からは、炭素数12〜16のアルカンが好ましく、ドデカンがより好ましい。また、平均一次粒子径がより小さい中空シリカ粒子を得る観点からは、炭素数12〜18の(メタ)アクリル酸系エステルが好ましく、メタクリル酸ステアリルがより好ましい。   The hydrophobic organic compound is preferably an alkane having 12 to 16 carbon atoms and more preferably dodecane from the viewpoint of obtaining hollow silica particles having a thick outer shell and a small pore diameter. In addition, from the viewpoint of obtaining hollow silica particles having a smaller average primary particle size, (meth) acrylic acid esters having 12 to 18 carbon atoms are preferable, and stearyl methacrylate is more preferable.

(ポリビニルアルコール)
PVAは、乳化油滴を安定化させ、一次粒子径、中空部径、外殻部厚み、粒子形状などの粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、水溶性のPVAが好ましい。
(Polyvinyl alcohol)
PVA stabilizes emulsified oil droplets, and water-soluble PVA is preferable from the viewpoint of producing hollow silica particles having a highly uniform particle structure such as primary particle diameter, hollow part diameter, outer shell part thickness, and particle shape. .

PVAのケン化度は、乳化油滴を安定化させ、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、30mol%以上が好ましく、50mol%以上がより好ましく、70mol%以上が更に好ましい。また、同様の観点から、99mol%以下が好ましく、95mol%以下がより好ましく、90mol%以下が更に好ましい。   The degree of saponification of PVA is preferably 30 mol% or more, more preferably 50 mol% or more, and even more preferably 70 mol% or more from the viewpoint of stabilizing the emulsified oil droplets and producing hollow silica particles having a highly uniform particle structure. . Moreover, from the same viewpoint, 99 mol% or less is preferable, 95 mol% or less is more preferable, and 90 mol% or less is still more preferable.

PVAは、平均一次粒子径の小さな中空シリカ粒子を得る観点から、カチオン基を導入したカチオン変性PVAが好ましい。カチオン変性量は、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、0.01mol%以上が好ましく、0.05mol%以上がより好ましい。また、同様の観点から、10mol%以下が好ましく、2mol%以下がより好ましい。   From the viewpoint of obtaining hollow silica particles having a small average primary particle size, PVA is preferably cation-modified PVA into which a cationic group has been introduced. The amount of cation modification is preferably 0.01 mol% or more, and more preferably 0.05 mol% or more, from the viewpoint of producing hollow silica particles having a highly uniform particle structure. From the same viewpoint, it is preferably 10 mol% or less, more preferably 2 mol% or less.

カチオン基としては、入手容易性の観点から、4級アンモニウムタイプが好ましく、カチオン基の導入に用いるモノマーとしては、メチルアクリルアミド−n−プロピルトリメチルアンモニウムクロリド及びジアリルジメチルアンモニウムクロリドからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、メチルアクリルアミド−n−プロピルトリメチルアンモニウムクロリドがより好ましい。   The cationic group is preferably a quaternary ammonium type from the viewpoint of availability, and the monomer used for introducing the cationic group is at least selected from the group consisting of methylacrylamide-n-propyltrimethylammonium chloride and diallyldimethylammonium chloride. One is preferred, and methylacrylamide-n-propyltrimethylammonium chloride is more preferred.

カチオン変性PVAとしては、PVA CM−318(クラレ株式会社製)、PVA C−506(クラレ株式会社製)、PVA K−210(日本合成化学工業株式会社製)等が挙げられ、カチオン変性していないPVAとして、PVA−505(クラレ株式会社製)などが挙げられる。   Examples of the cation-modified PVA include PVA CM-318 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.), PVA C-506 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.), PVA K-210 (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.), and the like. Examples of the non-PVA include PVA-505 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.).

混合液に含まれるPVAは、1種のPVAから構成されていてもよいが、2種以上のPVAから構成されていてもよい。乳化油滴を安定化させ、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、1種のPVAを単独使用するのが好ましい。   The PVA contained in the mixed solution may be composed of one type of PVA, but may be composed of two or more types of PVA. From the viewpoint of stabilizing the emulsified oil droplets and producing hollow silica particles having a highly uniform particle structure, it is preferable to use one type of PVA alone.

PVAの重量平均分子量は、乳化油滴を安定化させ粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、5000以上が好ましく、10000以上がより好ましく、20000以上が更に好ましく、また、同様の観点から、300000以下が好ましく、200000以下がより好ましく、90000以下が更に好ましい。また、同様の観点から、5000〜300000が好ましく、10000〜200000がより好ましく、20000〜90000が更に好ましい。   The weight average molecular weight of PVA is preferably 5000 or more, more preferably 10,000 or more, still more preferably 20000 or more, and the same from the viewpoint of producing hollow silica particles having a highly uniform particle structure by stabilizing emulsified oil droplets. In view of the above, 300,000 or less is preferable, 200,000 or less is more preferable, and 90000 or less is more preferable. Moreover, from the same viewpoint, 5000-300000 are preferable, 10000-200000 are more preferable, 20000-90000 are still more preferable.

(水系溶媒)
本発明の製造方法で用いられる水系溶媒としては、例えば、水、又は、水と水溶性有機溶剤とからなる混合溶媒等が挙げられるが、乳化油滴の安定性向上の点から、水系溶媒は水のみからなると好ましい。水としては、例えば、蒸留水、イオン交換水、超純水等が挙げられる。水溶性有機溶剤としては、メタノール、エタノール、アセトン、プロパノール、イソプロパノール等が挙げられる。水系溶媒に水溶性有機溶剤が含まれる場合、水系溶媒中における水溶性有機溶剤の含有量は、乳化油滴の安定性の観点から、好ましくは0.1〜50質量%、より好ましくは1〜40質量%、更に好ましくは1〜30質量%である。
(Aqueous solvent)
Examples of the aqueous solvent used in the production method of the present invention include water or a mixed solvent composed of water and a water-soluble organic solvent. From the viewpoint of improving the stability of the emulsified oil droplets, the aqueous solvent is Preferably it consists only of water. Examples of water include distilled water, ion exchange water, and ultrapure water. Examples of the water-soluble organic solvent include methanol, ethanol, acetone, propanol, and isopropanol. When the aqueous solvent contains a water-soluble organic solvent, the content of the water-soluble organic solvent in the aqueous solvent is preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 1 to 50% from the viewpoint of the stability of the emulsified oil droplets. It is 40 mass%, More preferably, it is 1-30 mass%.

(カチオン性界面活性剤)
本発明で用いるカチオン性界面活性剤としては、シリカ源のシリカ換算濃度が高くても安定して中空シリカ粒子を製造する観点から、下記一般式(1)で表される第四級アンモニウム塩及び一般式(2)で表される第四級アンモニウム塩から選ばれる1種以上の界面活性剤が好ましい。式中、R1及びR2は、それぞれ独立に炭素数4〜22の直鎖状又は分岐状アルキル基を示し、X-は1価陰イオンを示す。
[R1(CH33N]+- (1)
[R12(CH32N]+- (2)
(Cationic surfactant)
As the cationic surfactant used in the present invention, a quaternary ammonium salt represented by the following general formula (1) from the viewpoint of stably producing hollow silica particles even when the silica equivalent concentration of the silica source is high and One or more surfactants selected from quaternary ammonium salts represented by the general formula (2) are preferred. In the formula, R 1 and R 2 each independently represent a linear or branched alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, and X represents a monovalent anion.
[R 1 (CH 3 ) 3 N] + X (1)
[R 1 R 2 (CH 3 ) 2 N] + X (2)

上記一般式(1)及び一般式(2)におけるR1及びR2は、シリカ源のシリカ換算濃度が高くても安定して中空シリカ粒子を製造する観点から、それぞれ独立して、好ましくは炭素数6〜18、更に好ましくは炭素数8〜16の直鎖状又は分岐状アルキル基である。炭素数4〜22のアルキル基としては、各種ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基、各種ノニル基、各種デシル基、各種ドデシル基、各種テトラデシル基、各種ヘキサデシル基、各種オクタデシル基、各種エイコシル基等が挙げられる。 R 1 and R 2 in the above general formula (1) and general formula (2) are each independently and preferably carbon from the viewpoint of stably producing hollow silica particles even when the silica equivalent concentration of the silica source is high. A linear or branched alkyl group having 6 to 18, more preferably 8 to 16 carbon atoms. Examples of the alkyl group having 4 to 22 carbon atoms include various butyl groups, various pentyl groups, various hexyl groups, various heptyl groups, various octyl groups, various nonyl groups, various decyl groups, various dodecyl groups, various tetradecyl groups, and various hexadecyl groups. , Various octadecyl groups, various eicosyl groups, and the like.

一般式(1)及び一般式(2)におけるX-は、規則性の高いメソ細孔を形成させるという観点から好ましくはハロゲン化物イオン、水酸化物イオン、又は硝酸化物イオン等の1価陰イオンである。X-としては、より好ましくはハロゲン化物イオンであり、更に好ましくは塩素化物イオン又は臭素化物イオンであり、より一層好ましくは塩素化物イオンである。 X in general formula (1) and general formula (2) is preferably a monovalent anion such as halide ion, hydroxide ion, or nitrate ion from the viewpoint of forming highly ordered mesopores. It is. X is more preferably a halide ion, still more preferably a chloride ion or bromide ion, and still more preferably a chloride ion.

一般式(1)で表されるアルキルトリメチルアンモニウム塩としては、ブチルトリメチルアンモニウムクロリド、ヘキシルトリメチルアンモニウムクロリド、オクチルトリメチルアンモニウムクロリド、デシルトリメチルアンモニウムクロリド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド、テトラデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロリド、ブチルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキシルトリメチルアンモニウムブロミド、オクチルトリメチルアンモニウムブロミド、デシルトリメチルアンモニウムブロミド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、テトラデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ステアリルトリメチルアンモニウムブロミド等が挙げられる。   Examples of the alkyltrimethylammonium salt represented by the general formula (1) include butyltrimethylammonium chloride, hexyltrimethylammonium chloride, octyltrimethylammonium chloride, decyltrimethylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium chloride, tetradecyltrimethylammonium chloride, hexadecyltrimethyl Ammonium chloride, stearyltrimethylammonium chloride, butyltrimethylammonium bromide, hexyltrimethylammonium bromide, octyltrimethylammonium bromide, decyltrimethylammonium bromide, dodecyltrimethylammonium bromide, tetradecyltrimethylammonium bromide, hexadecyltrimethylammonium bromide Bromide, stearyl trimethyl ammonium bromide, and the like.

一般式(2)で表されるジアルキルジメチルアンモニウム塩としては、ジブチルジメチルアンモニウムクロリド、ジヘキシルジメチルアンモニウムクロリド、ジオクチルジメチルアンモニウムクロリド、ジヘキシルジメチルアンモニウムブロミド、ジオクチルジメチルアンモニウムブロミド、ジドデシルジメチルアンモニウムブロミド、ジテトラデシルジメチルアンモニウムブロミド等が挙げられる。   Examples of the dialkyldimethylammonium salt represented by the general formula (2) include dibutyldimethylammonium chloride, dihexyldimethylammonium chloride, dioctyldimethylammonium chloride, dihexyldimethylammonium bromide, dioctyldimethylammonium bromide, didodecyldimethylammonium bromide, ditetradecyl. Examples thereof include dimethylammonium bromide.

これらの第四級アンモニウム塩の中でも、規則的なメソ細孔を形成させる観点から、特に一般式(1)で表されるアルキルトリメチルアンモニウム塩が好ましく、アルキルトリメチルアンモニウムブロミド又はアルキルトリメチルアンモニウムクロリドがより好ましく、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリドが更に好ましい。   Among these quaternary ammonium salts, from the viewpoint of forming regular mesopores, the alkyltrimethylammonium salt represented by the general formula (1) is particularly preferable, and alkyltrimethylammonium bromide or alkyltrimethylammonium chloride is more preferable. Preferably, dodecyltrimethylammonium chloride is more preferable.

これらのカチオン性界面活性剤は、単独で又は2種以上を任意の割合で混合して使用してもよい。   These cationic surfactants may be used alone or in admixture of two or more at any ratio.

メソ細孔構造を有する外殻部は、下記シリカ源が、上記のカチオン性界面活性剤の存在下で、加水分解及び脱水縮合することにより、形成される。   The outer shell portion having a mesopore structure is formed by the hydrolysis and dehydration condensation of the following silica source in the presence of the above cationic surfactant.

[シリカ源]
シリカ源としては、加水分解によりシラノール化合物を生成するものが好ましく、具体的には、下記一般式(3)〜(7)で示される化合物が挙げられる。
SiY4 (3)
3SiY3 (4)
3 2SiY2 (5)
3 3SiY (6)
3Si−R4−SiY3 (7)
[Silica source]
As a silica source, what produces | generates a silanol compound by a hydrolysis is preferable, and the compound shown by following General formula (3)-(7) is mentioned specifically ,.
SiY 4 (3)
R 3 SiY 3 (4)
R 3 2 SiY 2 (5)
R 3 3 SiY (6)
Y 3 Si—R 4 —SiY 3 (7)

式中、R3はそれぞれ独立して、ケイ素原子に直接炭素原子が結合している有機基を示し、R4は炭素原子を1〜4個有する炭化水素基又はフェニレン基を示し、Yは加水分解によりヒドロキシ基になる1価の加水分解性基を示す。 In the formula, each R 3 independently represents an organic group in which a carbon atom is directly bonded to a silicon atom, R 4 represents a hydrocarbon group or phenylene group having 1 to 4 carbon atoms, and Y represents a hydrolyzed group. A monovalent hydrolyzable group that becomes a hydroxy group by decomposition is shown.

一般式(3)〜(7)において、より好ましくは、R3は、それぞれ独立して、水素原子の一部がフッ素原子に置換していてもよい炭素数1〜22の炭化水素基であり、具体的には炭素数1〜22、好ましくは炭素数4〜18、より好ましくは炭素数6〜18、更に好ましくは炭素数8〜16のアルキル基、フェニル基、又はベンジル基であり、R4は、炭素数1〜4のアルカンジイル基(メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロパン−1,2−ジイル基、テトラメチレン基等)又はフェニレン基であり、Yは、炭素数1〜22、より好ましくは炭素数1〜8、更に好ましくは炭素数1〜4のアルコキシ基、又はフッ素を除くハロゲン基である。 In general formulas (3) to (7), more preferably, each R 3 independently represents a hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms in which a part of hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms. Specifically, it is an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, preferably 4 to 18 carbon atoms, more preferably 6 to 18 carbon atoms, and still more preferably 8 to 16 carbon atoms, a phenyl group, or a benzyl group. 4 is an alkanediyl group having 1 to 4 carbon atoms (methylene group, ethylene group, trimethylene group, propane-1,2-diyl group, tetramethylene group, etc.) or phenylene group, and Y is 1 to 22 carbon atoms. More preferably, it is a C1-C8 alkoxy group, More preferably, a C1-C4 alkoxy group or a halogen group except a fluorine.

シリカ源の好適例としては、次の化合物が挙げられる。
・一般式(3)において、Yが炭素数1〜3のアルコキシ基であるか又はフッ素を除くハロゲン基であり、好ましくは、炭素数1〜2のアルコキシ基である。
・一般式(4)又は(5)において、R3がフェニル基、ベンジル基、又は水素原子の一部がフッ素原子に置換されている炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜5の炭化水素基であり、更に好ましくは、R3がフェニル基、ベンジル基、メチル基又はエチル基である。
・一般式(7)において、Yがメトキシ基であって、R4がメチレン基、エチレン基又はフェニレン基である。
Preferable examples of the silica source include the following compounds.
-In General formula (3), Y is a C1-C3 alkoxy group or a halogen group except a fluorine, Preferably, it is a C1-C2 alkoxy group.
In general formula (4) or (5), R 3 is a phenyl group, a benzyl group, or a hydrogen atom in which part of the hydrogen atom is substituted with a fluorine atom, preferably 1 to 10 carbon atoms, preferably a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, more preferably, R 3 is a phenyl group, a benzyl group, a methyl group or an ethyl group.
In general formula (7), Y is a methoxy group and R 4 is a methylene group, an ethylene group or a phenylene group.

これらの中では、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリエトキシシランが好ましく、テトラメトキシシランがより好ましい。これらのシリカ源は、単独で又は2種以上を任意の割合で混合して使用してもよい。   Among these, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and phenyltriethoxysilane are preferable, and tetramethoxysilane is more preferable. These silica sources may be used alone or in admixture of two or more at any ratio.

次に、本発明の中空シリカ粒子の製造方法(以下「本発明の製造方法」と略する場合もある。)について説明する。本発明の製造方法は、下記工程(I)〜工程(III)を含む。   Next, a method for producing the hollow silica particles of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “the production method of the present invention”) will be described. The production method of the present invention includes the following steps (I) to (III).

工程(I):疎水性有機化合物とポリビニルアルコールと水系溶媒とを含む混合液に超音波振動を付与して、前記疎水性有機化合物を含む乳化油滴を含んだ乳化油滴水分散液を形成する工程。
工程(II):前記乳化油滴水分散液と前記シリカ源とを、カチオン性界面活性剤の存在下で混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程。
工程(III):前記外殻部と前記外殻部よりも内側に存在する前記乳化油滴とを含む複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する工程。
Step (I): Ultrasonic vibration is applied to a mixed solution containing a hydrophobic organic compound, polyvinyl alcohol, and an aqueous solvent to form an emulsified oil droplet water dispersion containing emulsified oil droplets containing the hydrophobic organic compound. Process.
Step (II): In the reaction liquid obtained by mixing the emulsified oil droplet aqueous dispersion and the silica source in the presence of a cationic surfactant, the emulsion oil droplet surface is composed of a component containing silica. Forming an outer shell having a mesoporous structure;
Step (III): a step of removing the emulsified oil droplets from the composite silica particles including the outer shell portion and the emulsified oil droplets present inside the outer shell portion.

前記工程(II)における「前記乳化油滴水分散液と前記シリカ源とを、カチオン性界面活性剤の存在下で混合して」とは、例えば、前記乳化油滴水分散液に、カチオン性界面活性剤の存在下で、又はカチオン性界面活性剤とともに、シリカ源を混合することで行える。「カチオン性界面活性剤の存在下で、又はカチオン性界面活性剤とともに」とは、カチオン性界面活性剤が、シリカ源の乳化油滴水分散液への混合前に乳化油滴水分散液と混合されてもよいし、シリカ源とともに、乳化油滴水分散液に混合されてもよいことを意味する。   In the step (II), “mixing the emulsified oil droplet water dispersion and the silica source in the presence of a cationic surfactant” means, for example, adding the emulsified oil droplet water dispersion to the cationic surfactant. This can be done by mixing a silica source in the presence of an agent or together with a cationic surfactant. “In the presence of a cationic surfactant or together with a cationic surfactant” means that the cationic surfactant is mixed with the emulsified oil droplet water dispersion before mixing the silica source into the emulsified oil droplet water dispersion. It may mean that it may be mixed in the emulsified oil droplet water dispersion together with the silica source.

すなわち、上記工程(II)は、以下の2つの態様を含む。
(態様1)
工程(II―a):前記乳化油滴水分散液とカチオン性界面活性剤とを混合する工程。
工程(II―b): 前記乳化油滴水分散液と前記カチオン性界面活性剤とを含む混合液と前記シリカ源とを混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴の表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程。
態様1では、乳化油滴水分散液とカチオン性界面活性剤とを混合してから、これらとシリカ源とを混合する。
That is, the step (II) includes the following two aspects.
(Aspect 1)
Step (II-a): A step of mixing the emulsified oil droplet water dispersion and the cationic surfactant.
Step (II-b): In a reaction liquid obtained by mixing a mixed liquid containing the emulsified oil droplet water dispersion and the cationic surfactant and the silica source, silica is added to the surface of the emulsified oil droplets. A step of forming an outer shell portion having a mesopore structure composed of the components to be included.
In the aspect 1, the emulsified oil droplet water dispersion and the cationic surfactant are mixed, and then these are mixed with the silica source.

(態様2)
工程(II―c):前記乳化油滴水分散液と前記カチオン性界面活性剤と前記シリカ源とを混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴の表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程。
態様2では、乳化油滴水分散液に対して、カチオン性界面活性剤とシリカ源を同時に混合する。
(Aspect 2)
Step (II-c): a reaction liquid obtained by mixing the emulsified oil droplet water dispersion, the cationic surfactant, and the silica source, and is composed of a component containing silica on the surface of the emulsified oil droplets. Forming an outer shell having a mesoporous structure;
In aspect 2, a cationic surfactant and a silica source are mixed simultaneously with an emulsified oil droplets aqueous dispersion.

一次粒子径、中空部径、外殻部厚み、粒子形状などの粒子構造の均一性の高い中空シリカを得る観点から、態様1が好ましい。   Aspect 1 is preferable from the viewpoint of obtaining hollow silica having a highly uniform particle structure such as primary particle diameter, hollow diameter, outer shell thickness, and particle shape.

[工程(I)]
工程(I)では、まず、疎水性有機化合物とポリビニルアルコールと水系媒体とを含む混合液を調製し、次いで、調製された混合液に超音波振動を付与して、疎水性有機化合物を含む乳化油滴を含んだ乳濁液(乳化油滴水分散液)を形成する。
[Step (I)]
In step (I), first, a mixed solution containing a hydrophobic organic compound, polyvinyl alcohol, and an aqueous medium is prepared, and then an ultrasonic vibration is applied to the prepared mixed solution to emulsify the hydrophobic organic compound. An emulsion containing oil droplets (emulsified oil droplet water dispersion) is formed.

混合液の調製においては、疎水性有機化合物、ポリビニルアルコール及び水系媒体を混合する順序は限定されないが、例えば、疎水性有機化合物及びポリビニルアルコールを水系媒体へ添加することで行える。疎水性有機化合物とポリビニルアルコールはこの順で水系媒体へ添加されてもよいし、同時に添加されてもよい。また、水系媒体は、疎水性有機化合物及び/又はポリビニルアルコールの添加の最中に撹拌されていてもよいし、添加後に撹拌されてもよい。   In the preparation of the mixed liquid, the order of mixing the hydrophobic organic compound, polyvinyl alcohol, and the aqueous medium is not limited, but for example, the hydrophobic organic compound and polyvinyl alcohol can be added to the aqueous medium. The hydrophobic organic compound and polyvinyl alcohol may be added to the aqueous medium in this order, or may be added simultaneously. The aqueous medium may be stirred during the addition of the hydrophobic organic compound and / or polyvinyl alcohol, or may be stirred after the addition.

撹拌時間は、用いられる撹拌機の種類等に応じて異なるが、全体が均一に混合されている状態において、好ましくは1分以上、より好ましくは2分以上、更に好ましくは5分以上であり、生産性向上の観点から、好ましくは24時間以下、より好ましくは5時間以下、更に好ましくは2時間以下である。   The stirring time varies depending on the type of stirrer used and the like, but in a state where the whole is uniformly mixed, it is preferably 1 minute or more, more preferably 2 minutes or more, still more preferably 5 minutes or more, From the viewpoint of improving productivity, it is preferably 24 hours or less, more preferably 5 hours or less, and even more preferably 2 hours or less.

上記撹拌に使用される撹拌機の種類について特に制限はない。撹拌機としては、例えば、磁気撹拌機、ペンシルミキサー、ホモミキサー、ホモジナイザー、超音波分散機等が挙げられる。市販の撹拌機としては、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)等が使用できる。   There is no restriction | limiting in particular about the kind of stirrer used for the said stirring. Examples of the stirrer include a magnetic stirrer, a pencil mixer, a homomixer, a homogenizer, and an ultrasonic disperser. As a commercially available stirrer, for example, Disper (manufactured by PRIMIX), Clearmix (manufactured by M-Technique), Cavitron (manufactured by Taiheiyo Kiko) and the like can be used.

撹拌最中の混合液の温度は、水系媒体の蒸発を防いで、混合液中の疎水性有機化合物及びポリビニルアルコールの濃度の変動を抑制する観点から、90℃以下が好ましく、50℃以下がより好ましく、35℃以下が更に好ましく、生産性向上の観点から、0℃以上が好ましく、10℃以上がより好ましい。   The temperature of the mixed liquid during stirring is preferably 90 ° C. or lower, more preferably 50 ° C. or lower, from the viewpoint of preventing evaporation of the aqueous medium and suppressing fluctuations in the concentration of the hydrophobic organic compound and polyvinyl alcohol in the mixed liquid. Preferably, it is 35 ° C. or lower, preferably 0 ° C. or higher, and more preferably 10 ° C. or higher from the viewpoint of improving productivity.

超音波振動の付与の対象となる混合液における疎水性有機化合物の含有量は、外殻部の形成に使用されるシリカ源のシリカ換算濃度を高くし、生産性を向上させる観点から、0.1質量%以上であると好ましく、1質量%以上であるとより好ましく、2質量%以上であると更に好ましい。また、安定な乳化油滴形成の観点から、30質量%以下であると好ましく、10質量%以下であるとより好ましく、4質量%以下であると更に好ましい。   The content of the hydrophobic organic compound in the liquid mixture to which ultrasonic vibration is applied is preferably set to 0. 0 from the viewpoint of increasing the silica equivalent concentration of the silica source used for forming the outer shell and improving the productivity. It is preferably 1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and further preferably 2% by mass or more. Further, from the viewpoint of forming stable emulsified oil droplets, it is preferably 30% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and further preferably 4% by mass or less.

超音波振動の付与の対象となる混合液におけるPVAの含有量は、乳化油滴を安定化させ、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、0.005質量%以上であると好ましく、0.01質量%以上であるとより好ましく、0.02質量%以上であると更に好ましい。また、安定な乳化油滴形成及びコストの観点から、3質量%以下であると好ましく、1質量%以下であるとより好ましく、0.35質量%以下であると更に好ましい。   The content of PVA in the mixed liquid to which ultrasonic vibration is applied is 0.005% by mass or more from the viewpoint of stabilizing the emulsified oil droplets and producing hollow silica particles having a highly uniform particle structure. And more preferably 0.01% by mass or more, and further preferably 0.02% by mass or more. Further, from the viewpoint of stable emulsified oil droplet formation and cost, it is preferably 3% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, and further preferably 0.35% by mass or less.

混合液又は乳化油滴とシリカ源とを含む反応液におけるPVAと疎水性有機化合物の質量比(PVAの質量/疎水性有機化合物の質量)は、安定した乳化油滴の形成の観点から、0.001以上が好ましく、0.005以上がより好ましく、0.008以上が更に好ましく、0.01以上がより更に好ましい。また、安定した乳化油滴の形成の観点及び経済性の観点から、1以下が好ましく、0.5以下がより好ましく、0.2以下が更に好ましく、0.1以下がより更に好ましい。   The mass ratio of the PVA and the hydrophobic organic compound (mass of PVA / mass of the hydrophobic organic compound) in the reaction liquid containing the mixed liquid or the emulsified oil droplets and the silica source is 0 from the viewpoint of forming stable emulsified oil droplets. 0.001 or more is preferable, 0.005 or more is more preferable, 0.008 or more is still more preferable, and 0.01 or more is still more preferable. Moreover, 1 or less is preferable from a viewpoint of formation of the stable emulsified oil droplet, and an economical viewpoint, 0.5 or less is more preferable, 0.2 or less is further more preferable, and 0.1 or less is still more preferable.

<超音波振動の付与>
超音波振動付与時の混合液の温度は、得られる乳化油滴の構造均一性の向上及び安定性向上の観点から、0℃以上が好ましく、また、100℃以下が好ましく、50℃以下がより好ましく、25℃以下が更に好ましく、10℃以下がより更に好ましい。すなわち、氷冷下(0〜10℃)が好ましい。
<Applying ultrasonic vibration>
The temperature of the mixed liquid at the time of applying ultrasonic vibration is preferably 0 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or lower, more preferably 50 ° C. or lower, from the viewpoint of improving the structural uniformity and stability of the resulting emulsified oil droplets. It is preferably 25 ° C. or lower, more preferably 10 ° C. or lower. That is, under ice cooling (0 to 10 ° C.) is preferable.

超音波振動を混合液に付与する時間は、得られる乳化油滴の構造均一性の向上及び安定性向上の観点から、1分以上が好ましく、5分以上がより好ましく、8分以上が更に好ましく、中空シリカ粒子の生産性向上の観点から、60分以下が好ましく、30分以下がより好ましく、15分以下が更に好ましい。   The time for applying the ultrasonic vibration to the mixed liquid is preferably 1 minute or more, more preferably 5 minutes or more, and further preferably 8 minutes or more, from the viewpoint of improving the structural uniformity and stability of the resulting emulsified oil droplets. From the viewpoint of improving the productivity of the hollow silica particles, 60 minutes or less is preferable, 30 minutes or less is more preferable, and 15 minutes or less is even more preferable.

超音波振動の混合液への付与は、市販の超音波発生装置を用いて行うことができる。市販の超音波発生装置としては、例えば、株式会社日本精機製超音波ホモジナイザーUS−300T、US−600T、US−1000Tや超音波工業株式会社製超音波ホモジナイザーUSH−1000Z20Sなどを用いることができる。   Application of ultrasonic vibration to the mixed liquid can be performed using a commercially available ultrasonic generator. As a commercially available ultrasonic generator, for example, an ultrasonic homogenizer US-300T, US-600T, US-1000T manufactured by Nippon Seiki Co., Ltd. or an ultrasonic homogenizer USH-1000Z20S manufactured by Ultrasonic Industrial Co., Ltd. can be used.

超音波の周波数は、得られる乳化油滴の構造均一性の向上及び安定性向上、及び乳化装置の汎用性の観点から、1〜400kHzが好ましく、10〜100kHzがより好ましく、15〜50kHzが更に好ましい。   The frequency of the ultrasonic waves is preferably 1 to 400 kHz, more preferably 10 to 100 kHz, and further preferably 15 to 50 kHz, from the viewpoint of improving the structural uniformity and stability of the resulting emulsified oil droplets and the versatility of the emulsifying device. preferable.

超音波発生装置の定格出力は、得られる乳化油滴の構造均一性の向上及び安定性向上、及び乳化装置の汎用性の観点から、10〜5000Wが好ましく、50〜2000Wがより好ましく、100〜1000Wが更に好ましく、200〜500Wがより更に好ましい。   The rated output of the ultrasonic generator is preferably 10 to 5000 W, more preferably 50 to 2000 W, more preferably 100 to 2000 W from the viewpoint of improving the structural uniformity and stability of the resulting emulsified oil droplets and the versatility of the emulsifier. 1000W is still more preferable, and 200-500W is still more preferable.

また、超音波出力電流は、得られる乳化油滴の構造均一性の向上及び安定性向上、及び乳化装置の汎用性の観点から、10〜1000μAが好ましく、100〜800μAがより好ましく、300〜500μAが更に好ましい。   In addition, the ultrasonic output current is preferably 10 to 1000 μA, more preferably 100 to 800 μA, and more preferably 300 to 500 μA, from the viewpoint of improving the structural uniformity and stability of the resulting emulsified oil droplets and the versatility of the emulsifying device. Is more preferable.

超音波発生装置の超音波発生部のチップ径は、得られる乳化油滴の構造均一性の向上及び安定性向上、及び乳化装置の汎用性の観点から、5〜50mmが好ましく、10〜40mmがより好ましく、15〜30mmが更に好ましい。   The tip diameter of the ultrasonic generator of the ultrasonic generator is preferably 5 to 50 mm, and preferably 10 to 40 mm from the viewpoint of improving the structural uniformity and stability of the resulting emulsified oil droplets and the versatility of the emulsifier. More preferably, 15-30 mm is still more preferable.

工程(I)において、乳化油滴の体積基準平均粒径(D50)は、空孔率が大きく、且つ、粒子構造の均一な中空シリカ粒子を形成する観点から、10nm以上が好ましく、100nm以上がより好ましく、350nm以上が更に好ましく、また、5000nm以下が好ましく、1000nm以下がより好ましく、750nm以下が更に好ましい。尚、体積基準平均粒径(D50)とは、体積分率で計算した累積体積頻度が粒径の小さい方から計算して50%になる粒径を意味する。 In the step (I), the volume-based average particle diameter (D 50 ) of the emulsified oil droplets is preferably 10 nm or more, preferably 100 nm or more, from the viewpoint of forming hollow silica particles having a large porosity and a uniform particle structure. Is more preferable, 350 nm or more is more preferable, 5000 nm or less is preferable, 1000 nm or less is more preferable, and 750 nm or less is still more preferable. The volume-based average particle diameter (D 50 ) means a particle diameter at which the cumulative volume frequency calculated by the volume fraction is 50% calculated from the smaller particle diameter.

[工程(II)]
工程(II)では、乳化油滴水分散液とシリカ源とをカチオン界面活性剤の存在下で混合して、乳化油滴表面上にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成し、外殻部と外殻部よりも内側に存在する乳化油滴とを含む複合シリカ粒子を生成させ、複合シリカ粒子が分散媒に分散した複合シリカ粒子分散液を得る。
[Process (II)]
In step (II), an emulsified oil droplet aqueous dispersion and a silica source are mixed in the presence of a cationic surfactant, and the outer shell portion having a mesoporous structure composed of components containing silica on the emulsified oil droplet surface. To form composite silica particles including an outer shell part and emulsified oil droplets present inside the outer shell part, and a composite silica particle dispersion liquid in which the composite silica particles are dispersed in a dispersion medium is obtained.

外殻部の形成及び複合シリカ粒子の生成は、例えば、前記カチオン性界面活性剤、加水分解によってシラノール化合物を生成するシリカ源、及び必要に応じてアルカリ剤の存在下で、乳化油滴水分散液を攪拌した後、静置することで行える。乳化油滴とシリカ源とを含む反応液中、シリカ源の加水分解及び脱水縮合反応により、シリカが乳化油滴上に析出して、乳化油滴上にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部が形成される。   The formation of the outer shell part and the formation of the composite silica particles are carried out by, for example, emulsifying oil droplet water dispersion in the presence of the cationic surfactant, a silica source that generates a silanol compound by hydrolysis, and an alkali agent as necessary. After stirring, it can be performed by standing still. In the reaction solution containing the emulsified oil droplets and the silica source, the silica is precipitated on the emulsified oil droplets by hydrolysis and dehydration condensation reaction of the silica source, and the mesopores are composed of components containing silica on the emulsified oil droplets. An outer shell having a structure is formed.

アルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、アンモニア、又はテトラメチルアンモニウムヒドロキシド等のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。これらのアルカリ剤は、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を得る観点から、シリカ源と乳化油滴水分散液との混合前に乳化油滴水分散液に混合されていることが好ましい。   Examples of the alkaline agent include sodium hydroxide, ammonia, and tetraalkylammonium hydroxide such as tetramethylammonium hydroxide. These alkali agents are preferably mixed in the emulsified oil droplet water dispersion before mixing the silica source and the emulsified oil droplet water dispersion from the viewpoint of obtaining hollow silica particles having a highly uniform particle structure.

態様1においては、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を得る観点から、カチオン界面活性剤はアルカリ剤と共に乳化油滴水分散液に添加されると好ましい。カチオン界面活性剤及びアルカリ剤が添加された乳化油滴水分散液は、シリカ源が添加される前に、十分に攪拌されることが好ましく、攪拌時間は、好ましくは1分〜10時間であり、より好ましくは10分〜5時間であり、更に好ましくは30分〜3時間である。   In aspect 1, from the viewpoint of obtaining hollow silica particles having a highly uniform particle structure, the cationic surfactant is preferably added to the emulsified oil droplet aqueous dispersion together with the alkali agent. The emulsified oil droplet water dispersion to which the cationic surfactant and the alkali agent are added is preferably sufficiently stirred before the silica source is added, and the stirring time is preferably 1 minute to 10 hours, More preferably, it is 10 minutes-5 hours, More preferably, it is 30 minutes-3 hours.

カチオン界面活性剤及びアルカリ剤が添加されシリカ源が添加される前の乳化油滴水分散液のpHは、シリカ源を効率的に加水分解・脱水縮合させる観点から、8.5〜12.0、より好ましくは9.0〜11.5である。   From the viewpoint of efficiently hydrolyzing and dehydrating and condensing the silica source, the pH of the emulsified oil droplet aqueous dispersion before the addition of the cationic surfactant and the alkali agent and the silica source is 8.5 to 12.0, More preferably, it is 9.0-11.5.

カチオン界面活性剤及びアルカリ剤との共存下で、乳化油滴の体積基準平均粒径(D50)は、空孔率が大きく、且つ、粒子構造の均一な中空シリカ粒子を形成する観点から、10nm以上が好ましく、100nm以上がより好ましく、350nm以上が更に好ましく、また、5000nm以下が好ましく、1000nm以下がより好ましく、750nm以下が更に好ましい From the viewpoint of forming hollow silica particles having a large porosity and a uniform particle structure, the volume-based average particle size (D 50 ) of the emulsified oil droplets in the presence of a cationic surfactant and an alkali agent is 10 nm or more is preferable, 100 nm or more is more preferable, 350 nm or more is further preferable, 5000 nm or less is preferable, 1000 nm or less is more preferable, and 750 nm or less is more preferable.

態様2においては、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を得る観点から、シリカ源及びカチオン性界面活性剤と乳化油滴水分散液との混合前に、アルカリ剤が乳化油滴水分散液へ添加されると好ましい。アルカリ剤が添加された乳化油滴水分散液は、シリカ源及びカチオン性界面活性剤が添加される前に、十分に攪拌されることが好ましく、攪拌時間は、好ましくは1分〜10時間であり、より好ましくは10分〜5時間であり、更に好ましくは30分〜3時間である。   In aspect 2, from the viewpoint of obtaining hollow silica particles having a highly uniform particle structure, an alkali agent is added to the emulsified oil droplet water dispersion before mixing the silica source and the cationic surfactant with the emulsified oil droplet water dispersion. It is preferred if The emulsified oil droplet water dispersion to which the alkali agent is added is preferably sufficiently stirred before the silica source and the cationic surfactant are added, and the stirring time is preferably 1 minute to 10 hours. More preferably, it is 10 minutes-5 hours, More preferably, it is 30 minutes-3 hours.

アルカリ剤が添加され、カチオン性界面活性剤及びシリカ源が添加される前の乳化油滴水分散液のpHは、シリカ源を効率的に加水分解・脱水縮合させる観点から、好ましくは8.5〜12.0、より好ましくは9.0〜11.5である。   The pH of the emulsified oil droplet aqueous dispersion before the addition of the alkaline agent and the cationic surfactant and the silica source is preferably 8.5 from the viewpoint of efficiently hydrolyzing and dehydrating and condensing the silica source. It is 12.0, More preferably, it is 9.0-11.5.

シリカ源は、そのまま乳化油滴水分散液に添加してもよいが、シリカ源を所定の溶媒に添加して得たシリカ源含有液を上記乳化油滴水分散液に添加してもよい。当該溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、アセトン、プロパノール、イソプロパノール等の水溶性有機溶剤が挙げられ、好ましくはメタノールが挙げられる。これらの水溶性有機溶剤は、脱水処理されていると好ましい。   The silica source may be added as it is to the emulsified oil droplet water dispersion, or a silica source-containing liquid obtained by adding the silica source to a predetermined solvent may be added to the emulsified oil droplet water dispersion. Examples of the solvent include water-soluble organic solvents such as methanol, ethanol, acetone, propanol, isopropanol, and preferably methanol. These water-soluble organic solvents are preferably dehydrated.

シリカ源の添加は、全量を一度にしてもよいが、連続的にしてもよいし、断続的にしてもよい。生成する中空シリカ粒子の凝集を防ぐためには、シリカ源の反応終了まで、乳化油滴とシリカ源とを含む反応液を撹拌し続けることが好ましく、シリカ源の添加終了後も、好ましくは10〜80℃、より好ましくは10〜50℃にて、好ましくは0.01〜5時間、より好ましくは1〜3時間、撹拌し続けることが好ましい。   The addition of the silica source may be carried out all at once, but may be continuous or intermittent. In order to prevent aggregation of the generated hollow silica particles, it is preferable to continue stirring the reaction liquid containing the emulsified oil droplets and the silica source until the reaction of the silica source is completed, and preferably 10 to 10 after the addition of the silica source is completed. It is preferable to keep stirring at 80 ° C., more preferably 10 to 50 ° C., preferably 0.01 to 5 hours, more preferably 1 to 3 hours.

シリカ源の添加速度は、反応系の容量や、シリカ源の種類、乳化油滴水分散液中に添加されるシリカ源の濃度の上昇速度等を考慮して適宜調整することが望ましい。   The addition rate of the silica source is desirably adjusted as appropriate in consideration of the capacity of the reaction system, the type of the silica source, the rate of increase in the concentration of the silica source added to the emulsified oil droplet water dispersion, and the like.

シリカ源の添加最中の、反応液の温度は、乳化油滴の安定性向上、反応液中のカチオン性界面活性剤の濃度の変動の抑制の観点から、好ましくは10℃以上、より好ましくは15℃以上であり、好ましくは90℃以下、より好ましくは80℃以下、更に好ましくは50℃以下、より更に好ましくは35℃以下である。   During the addition of the silica source, the temperature of the reaction solution is preferably 10 ° C. or more, more preferably from the viewpoint of improving the stability of the emulsified oil droplets and suppressing the variation in the concentration of the cationic surfactant in the reaction solution. It is 15 ° C. or higher, preferably 90 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or lower, still more preferably 50 ° C. or lower, and still more preferably 35 ° C. or lower.

シリカ源を添加している最中及びシリカ源の反応後の反応液のpH、すなわち、複合メソポーラスシリカ粒子の水分散液のpHは、シリカ源を効率的に加水分解・脱水縮合させる観点から、アルカリ剤を用いて、好ましくは8.5〜12.0、より好ましくは9.0〜11.5に調整されると好ましい。   The pH of the reaction solution during the addition of the silica source and after the reaction of the silica source, that is, the pH of the aqueous dispersion of the composite mesoporous silica particles is determined from the viewpoint of efficiently hydrolyzing and dehydrating and condensing the silica source. It is preferable to adjust to 8.5 to 12.0, more preferably 9.0 to 11.5 using an alkali agent.

シリカ源の含有量は、乳化油滴とシリカ源とを含む反応液中、生産性向上の観点から、シリカ換算濃度で10ミリモル/L以上が好ましく、100ミリモル/L以上がより好ましく、150ミリモル/L以上が更に好ましく、200ミリモル/L以上がより更に好ましく、250ミリモル/L以上がより更に好ましい。また、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を得る観点から、2000ミリモル/L以下が好ましく、1000ミリモル/L以下がより好ましく、800ミリモル/L以下が更に好ましく、600ミリモル/L以下がより更に好ましく、400ミリモル/L以下がより更に好ましく、350ミリモル/L以下がより更にこのましい。尚、上記含有量は、乳化油滴水分散液との混合に使用されるシリカ源全量についての値であり、反応に伴うシリカ源の消費を無視した値である。   The content of the silica source is preferably 10 mmol / L or more, more preferably 100 mmol / L or more, more preferably 150 mmol in terms of silica, from the viewpoint of improving productivity in the reaction solution containing the emulsified oil droplets and the silica source. / L or more is more preferable, 200 mmol / L or more is more preferable, and 250 mmol / L or more is still more preferable. Further, from the viewpoint of obtaining hollow silica particles having a highly uniform particle structure, it is preferably 2000 mmol / L or less, more preferably 1000 mmol / L or less, still more preferably 800 mmol / L or less, and more preferably 600 mmol / L or less. More preferably, it is more preferably 400 mmol / L or less, and even more preferably 350 mmol / L or less. In addition, the said content is a value about the total amount of the silica source used for mixing with an emulsified oil droplet water dispersion, and is the value which disregarded the consumption of the silica source accompanying reaction.

また、前記シリカ源の含有量は、反応液中、生産性向上の観点から、シリカ換算濃度で、0.06質量%以上が好ましく、0.6質量%以上がより好ましく、0.9質量%以上が更に好ましく、1.2質量%以上がより更に好ましく、1.5質量%以上がより更に好ましい。また、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を得る観点から、前記シリカ源の含有量は、反応液中、12質量%以下が好ましく、6質量%以下がより好ましく、4.8質量%以下が更に好ましく、3.6質量%以下がより更に好ましく、3.0質量%以下がより更に好ましい。   The content of the silica source is preferably 0.06% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more, and 0.9% by mass in terms of silica, from the viewpoint of improving productivity in the reaction solution. The above is more preferable, 1.2% by mass or more is more preferable, and 1.5% by mass or more is more preferable. Further, from the viewpoint of obtaining hollow silica particles having a highly uniform particle structure, the content of the silica source in the reaction solution is preferably 12% by mass or less, more preferably 6% by mass or less, and 4.8% by mass or less. Is more preferable, 3.6 mass% or less is still more preferable, and 3.0 mass% or less is still more preferable.

反応液中のシリカ源の含有量が上記の好ましい範囲内の値である場合、反応液中の疎水性有機化合物の含有量は、外殻部の形成に使用されるシリカ源のシリカ換算濃度を高くし、生産性を向上させる観点から、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上が更に好ましく、2質量%以上がより更に好ましい。上記疎水性有機化合物の含有量は、疎水性有機化合物を含む乳化油滴同士の衝突及び合一に伴う疎水性有機化合物の相分離を抑制して、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、30質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましく、7質量%以下がより更に好ましく、5質量%以下がより更に好ましい。   When the content of the silica source in the reaction solution is a value within the above preferred range, the content of the hydrophobic organic compound in the reaction solution is the silica equivalent concentration of the silica source used for forming the outer shell. From the viewpoint of increasing the productivity and improving the productivity, 0.1% by mass or more is preferable, 0.5% by mass or more is more preferable, 1% by mass or more is further preferable, and 2% by mass or more is even more preferable. The content of the hydrophobic organic compound suppresses the collision of the emulsified oil droplets containing the hydrophobic organic compound and the phase separation of the hydrophobic organic compound accompanying the coalescence, so that the hollow silica particles having a highly uniform particle structure can be obtained. From the viewpoint of production, it is preferably 30% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, still more preferably 10% by mass or less, still more preferably 7% by mass or less, and still more preferably 5% by mass or less.

反応液中のPVAの含有量は、安定した乳化油滴を形成し粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、0.005質量%以上が好ましく、0.01質量%以上がより好ましく、0.02質量%以上が更に好ましく。また、PVAの含有量は、安定な乳化油滴形成及びコストの観点から、3質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましく、0.35質量%以下が更に好ましい。   The content of PVA in the reaction solution is preferably 0.005% by mass or more, and 0.01% by mass or more from the viewpoint of forming stable emulsified oil droplets and producing hollow silica particles having a highly uniform particle structure. More preferred is 0.02% by mass or more. In addition, the PVA content is preferably 3% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, and still more preferably 0.35% by mass or less from the viewpoint of stable emulsion oil droplet formation and cost.

反応液中のカチオン性界面活性剤の含有量は、乳化油滴の表面積等に応じて適宜調整すればよいが、中空シリカ粒子の収率及び分散性を向上させる観点から、1ミリモル/L以上が好ましく、10ミリモル/L以上がより好ましく、30ミリモル/L以上が更に好ましい。また、同様の観点から、反応液中のカチオン性界面活性剤の含有量は、500ミリモル/L以下が好ましく、100ミリモル/L以下がより好ましく、70ミリモル/L以下が更に好ましい。   The content of the cationic surfactant in the reaction solution may be appropriately adjusted according to the surface area of the emulsified oil droplets, but from the viewpoint of improving the yield and dispersibility of the hollow silica particles, it is 1 mmol / L or more. Is preferably 10 mmol / L or more, and more preferably 30 mmol / L or more. From the same viewpoint, the content of the cationic surfactant in the reaction solution is preferably 500 mmol / L or less, more preferably 100 mmol / L or less, and further preferably 70 mmol / L or less.

反応液中における、シリカ源のシリカ換算モル濃度に対するカチオン性界面活性剤のモル濃度の比(カチオン性界面活性剤のモル濃度/シリカ源のシリカ換算モル濃度)は、中空シリカ粒子の収率及び分散性を向上させる観点から、0.01以上が好ましく、0.05以上がより好ましく、0.1以上が更に好ましい。また同様の観点から、10以下が好ましく、1以下がより好ましく、0.5以下が更に好ましい。   In the reaction solution, the ratio of the molar concentration of the cationic surfactant to the molar molar concentration of the cationic surfactant in the reaction solution (the molar concentration of the cationic surfactant / the molar molar concentration of the silica source in terms of silica) is the yield of the hollow silica particles and From the viewpoint of improving dispersibility, it is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and still more preferably 0.1 or more. Further, from the same viewpoint, it is preferably 10 or less, more preferably 1 or less, and further preferably 0.5 or less.

[工程(III)]
工程(III)は、工程(II)で得られた複合シリカ粒子(複合メソポーラスシリカ粒子)から前記乳化油滴を除去する工程である。工程(III)では、例えば、複合シリカ粒子を分散媒から分離した後、複合シリカ粒子を乾燥させ、次いで、電気炉等を用いて焼成して、複合シリカ粒子の内側及び外殻部内の、カチオン性界面活性剤、PVA、疎水性有機化合物等を除去する。複合シリカ粒子は、分散媒を乾燥させることにより分散媒と分離してもよい。本発明の製造方法の一例では、必要に応じて、複合シリカ粒子に対して、焼成前に、酸性液への接触、水洗、及び乾燥からなる群から選ばれる少なくとも1つの処理を行ってもよい。複合シリカ粒子を酸性液に接触させると、複合シリカ粒子のメソ細孔内の第四級アンモニウム塩等のカチオン性界面活性剤を効率的に低減又は除去できる。
[Step (III)]
Step (III) is a step of removing the emulsified oil droplets from the composite silica particles (composite mesoporous silica particles) obtained in step (II). In step (III), for example, after separating the composite silica particles from the dispersion medium, the composite silica particles are dried and then baked using an electric furnace or the like, and the cation in the inner and outer shells of the composite silica particles is obtained. Active surfactants, PVA, hydrophobic organic compounds and the like are removed. The composite silica particles may be separated from the dispersion medium by drying the dispersion medium. In an example of the production method of the present invention, if necessary, the composite silica particles may be subjected to at least one treatment selected from the group consisting of contacting with an acidic solution, washing with water, and drying before firing. . When the composite silica particles are brought into contact with the acidic liquid, cationic surfactants such as quaternary ammonium salts in the mesopores of the composite silica particles can be efficiently reduced or removed.

外殻部がメソ細孔構造を有する中空シリカ粒子(中空メソポーラスシリカ粒子)の製造方法において、焼成温度は、カチオン性界面活性剤、疎水性有機化合物、及びPVAを確実に除去する観点、メソ細孔構造の強度を向上させる観点から、好ましくは350℃以上であり、より好ましくは450℃以上である。また、外殻部がメソ細孔構造を有する中空シリカ粒子を得る観点から、焼成温度は、好ましくは800℃以下であり、より好ましくは700℃以下である。焼成時間は、カチオン性界面活性剤、疎水性有機化合物、PVAを確実に除去する観点、メソ細孔構造の強度を向上させる観点から、好ましくは1時間以上であり、生産性向上の観点から、好ましくは10時間以下であり、より好ましくは5時間以下である。   In the method for producing hollow silica particles whose outer shell part has a mesoporous structure (hollow mesoporous silica particles), the calcination temperature is selected from the viewpoints of reliably removing the cationic surfactant, the hydrophobic organic compound, and the PVA. From the viewpoint of improving the strength of the pore structure, it is preferably 350 ° C. or higher, and more preferably 450 ° C. or higher. Further, from the viewpoint of obtaining hollow silica particles having an outer shell portion having a mesoporous structure, the firing temperature is preferably 800 ° C. or lower, more preferably 700 ° C. or lower. The firing time is preferably 1 hour or more from the viewpoint of reliably removing the cationic surfactant, the hydrophobic organic compound, and PVA, and the strength of the mesopore structure. From the viewpoint of improving productivity, Preferably it is 10 hours or less, More preferably, it is 5 hours or less.

外殻部がメソ細孔構造を有しない中空シリカ粒子の製造方法において、焼成温度は、メソ細孔構造を消失させて、メソ細孔構造を有しない外殻部とその内側の中空部とを含む中空シリカ粒子を得る観点から、好ましくは900℃以上であり、より好ましくは950℃以上であり、中空粒子構造を保持する観点から、好ましくは1200℃以下であり、より好ましくは1100℃以下である。焼成時間は、カチオン性界面活性剤、疎水性有機化合物、PVA等を確実に除去する観点及びメソ細孔構造を消失させる観点から、好ましくは1時間以上であり、より好ましくは24時間以上であり、生産性向上の観点から、好ましくは72時間以下であり、より好ましくは48時間以下である。   In the method for producing hollow silica particles in which the outer shell portion does not have a mesopore structure, the firing temperature is such that the mesopore structure disappears and the outer shell portion not having the mesopore structure and the hollow portion inside the mesopore structure are removed. From the viewpoint of obtaining hollow silica particles, it is preferably 900 ° C. or higher, more preferably 950 ° C. or higher, and from the viewpoint of maintaining the hollow particle structure, it is preferably 1200 ° C. or lower, more preferably 1100 ° C. or lower. is there. The firing time is preferably 1 hour or more, more preferably 24 hours or more, from the viewpoint of surely removing the cationic surfactant, hydrophobic organic compound, PVA and the like and the disappearance of the mesopore structure. From the viewpoint of improving productivity, it is preferably 72 hours or shorter, more preferably 48 hours or shorter.

分離方法としては、ろ過法、遠心分離法、分散媒の乾燥除去等が挙げられる。これらの方法で複合シリカ粒子を分散媒から分離した後、焼成前に行われる乾燥処理において、乾燥機内の温度は、乾燥を十分に行う観点及び複合シリカ粒子に付着した有機物の炭化を抑制する観点から、好ましくは50〜150℃であり、より好ましくは80〜120℃であり、乾燥時間は、乾燥を十分に行う観点及び複合シリカ粒子に付着した有機物の炭化を抑制する観点から、好ましくは0.1〜48時間、より好ましくは5〜30時間である。   Examples of the separation method include a filtration method, a centrifugal separation method, and a removal removal of the dispersion medium. In the drying process performed after separating the composite silica particles from the dispersion medium by these methods and before firing, the temperature in the dryer is a viewpoint of sufficiently drying and a viewpoint of suppressing carbonization of organic substances attached to the composite silica particles. Therefore, the drying time is preferably from 50 to 150 ° C., more preferably from 80 to 120 ° C., and the drying time is preferably 0 from the viewpoint of sufficiently drying and the suppression of carbonization of organic substances attached to the composite silica particles. .1 to 48 hours, more preferably 5 to 30 hours.

酸性液としては、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸;酢酸、クエン酸等の有機酸;カチオン交換樹脂等を水やエタノール等に加えた液等が挙げられる。酸性液のpHは、好ましくは1.5〜5.0である。   Examples of the acidic liquid include inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid and sulfuric acid; organic acids such as acetic acid and citric acid; liquids obtained by adding a cation exchange resin or the like to water or ethanol. The pH of the acidic liquid is preferably 1.5 to 5.0.

[中空メソポーラスシリカ粒子]
次に、本発明の製造方法により得られる中空シリカ粒子のうち、外殻部がメソ細孔構造を有する中空シリカ粒子(中空メソポーラスシリカ粒子)について説明する。
[Hollow mesoporous silica particles]
Next, among the hollow silica particles obtained by the production method of the present invention, hollow silica particles whose outer shell part has a mesoporous structure (hollow mesoporous silica particles) will be described.

[外殻部がメソ細孔構造を有する中空シリカ粒子]
本発明の製造方法によれば、外殻部のメソ細孔構造の平均細孔径が、好ましくは1〜10nm、より好ましくは1〜5nm、更に好ましくは1〜3nmである中空メソポーラスシリカ粒子を製造できる。
[Hollow silica particles whose outer shell has a mesoporous structure]
According to the production method of the present invention, hollow mesoporous silica particles having an average pore diameter of the mesopore structure of the outer shell part of preferably 1 to 10 nm, more preferably 1 to 5 nm, and further preferably 1 to 3 nm are produced. it can.

メソ細孔構造の平均細孔径は、窒素吸着測定を行い、窒素吸着等温線からBJH法により求めることができる。   The average pore diameter of the mesopore structure can be determined by nitrogen adsorption measurement and from the nitrogen adsorption isotherm by the BJH method.

本発明の製造方法によれば、好ましくはメソ細孔径が揃った中空メソポーラスシリカ粒子を製造でき、より好ましくはメソ細孔の70%以上、更に好ましくは75%以上、より更に好ましくは80%以上が、平均細孔径±30%の範囲内の細孔径を有する中空メソポーラスシリカ粒子を製造できる。メソ細孔の細孔径分布については、BJH法により求めた細孔径のピークトップを基準にし、所定の範囲の微分細孔容量から求めることができる。   According to the production method of the present invention, hollow mesoporous silica particles having a uniform mesopore diameter can be produced, more preferably 70% or more of the mesopores, still more preferably 75% or more, and still more preferably 80% or more. However, it is possible to produce hollow mesoporous silica particles having a pore diameter in the range of average pore diameter ± 30%. The pore size distribution of the mesopores can be determined from the differential pore volume within a predetermined range with reference to the peak top of the pore size determined by the BJH method.

メソ細孔構造を有する外殻部の構造は、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて観察でき、その細孔径、細孔の配列の規則性、外殻部の外から外殻部よりも内側への細孔の繋がり具合等を観察できる。   The structure of the outer shell having a mesopore structure can be observed using a transmission electron microscope (TEM), and the pore diameter, the regularity of the arrangement of the pores, and from the outside of the outer shell to the inner side of the outer shell It is possible to observe how the pores are connected to each other.

外殻部におけるメソ細孔の配列の規則性は、粉末X線回折(XRD)によって得られるスペクトルからも評価できる。具体的には、CuKα1線(λ=0.154050nm)を照射することにより得られる中空メソポーラスシリカ粒子の粉末X線回折スペクトル中において、結晶格子面間隔(d)が2〜10nmの範囲に相当する回折角(2θ)の領域に頂点があるピーク(XRDピーク)が1つ以上存在していると、外殻部におけるメソ細孔の配列の規則性が高いと評価できる。   The regularity of the arrangement of mesopores in the outer shell can also be evaluated from a spectrum obtained by powder X-ray diffraction (XRD). Specifically, in the powder X-ray diffraction spectrum of hollow mesoporous silica particles obtained by irradiating with CuKα1 rays (λ = 0.154050 nm), the crystal lattice spacing (d) corresponds to a range of 2 to 10 nm. If one or more peaks (XRD peaks) having a vertex in the region of the diffraction angle (2θ) are present, it can be evaluated that the regularity of the arrangement of the mesopores in the outer shell portion is high.

本発明の製造方法によれば、BET比表面積が、好ましくは300m2/g以上、より好ましくは400m2/g以上、更に好ましくは500m2/g以上、より更に好ましくは600m2/g以上であり、好ましくは1500m2/g以下、より好ましくは1400m2/g以下、更に好ましくは1300m2/g以下、より更に好ましくは1000m2/g以下である中空メソポーラスシリカ粒子を製造できる。 According to the production method of the present invention, the BET specific surface area is preferably 300 m 2 / g or more, more preferably 400 m 2 / g or more, still more preferably 500 m 2 / g or more, and still more preferably 600 m 2 / g or more. Yes, it is possible to produce hollow mesoporous silica particles that are preferably 1500 m 2 / g or less, more preferably 1400 m 2 / g or less, still more preferably 1300 m 2 / g or less, and even more preferably 1000 m 2 / g or less.

本発明の製造方法によれば、平均一次粒子径が、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上、更に好ましくは300nm以上、より更に好ましくは500nm以上であり、好ましくは5000nm以下、より好ましくは3000nm以下、更に好ましくは2000nm以下、より更に好ましくは1200nm以下である中空メソポーラスシリカ粒子を製造できる。   According to the production method of the present invention, the average primary particle diameter is preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, still more preferably 300 nm or more, still more preferably 500 nm or more, preferably 5000 nm or less, more preferably 3000 nm. Hereinafter, hollow mesoporous silica particles having a diameter of 2000 nm or less and more preferably 1200 nm or less can be produced.

中空メソポーラスシリカ粒子の平均一次粒子径は、カチオン性界面活性剤や疎水性有機化合物の選択、混合時の撹拌力、各成分の濃度、反応液の温度等によって調整できる。   The average primary particle size of the hollow mesoporous silica particles can be adjusted by the selection of the cationic surfactant or the hydrophobic organic compound, the stirring power during mixing, the concentration of each component, the temperature of the reaction solution, and the like.

本発明の製造方法によれば、中空部分の平均径が、好ましくは10nm以上、より好ましくは100nm以上、更に好ましくは300nm以上、より更に好ましくは400nm以上であり、好ましくは2000nm以下、より好ましくは1500nm以下、更に好ましくは1000nm以下、より更に好ましくは900nm以下である中空メソポーラスシリカ粒子を製造できる。   According to the production method of the present invention, the average diameter of the hollow portion is preferably 10 nm or more, more preferably 100 nm or more, still more preferably 300 nm or more, still more preferably 400 nm or more, preferably 2000 nm or less, more preferably Hollow mesoporous silica particles having a thickness of 1500 nm or less, more preferably 1000 nm or less, and still more preferably 900 nm or less can be produced.

本発明の製造方法によれば、本発明の製造方法によって得られた中空メソポーラスシリカ粒子全体の、好ましくは80%以上、より好ましくは82%以上、更に好ましくは85%以上が、平均一次粒子径±30%の範囲内の一次粒子径を有しており、非常に揃った一次粒子径の粒子群から構成されている中空メソポーラスシリカ粒子を製造できる。   According to the production method of the present invention, the average primary particle diameter of the entire hollow mesoporous silica particles obtained by the production method of the present invention is preferably 80% or more, more preferably 82% or more, still more preferably 85% or more. Hollow mesoporous silica particles having a primary particle size in the range of ± 30% and composed of particles having a very uniform primary particle size can be produced.

本発明の製造方法によれば、外殻部の平均厚みが、好ましくは10nm以上、より好ましくは20nm以上、更に好ましくは30nm以上であり、また、好ましくは700nm以下、より好ましくは500nm以下、更に好ましくは200nm以下、より更に好ましくは150nm以下である中空メソポーラスシリカ粒子を製造できる。   According to the production method of the present invention, the average thickness of the outer shell is preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, still more preferably 30 nm or more, and preferably 700 nm or less, more preferably 500 nm or less, Hollow mesoporous silica particles having a diameter of preferably 200 nm or less, more preferably 150 nm or less can be produced.

[外殻部がメソ細孔構造を有さない中空シリカ粒子]
本発明の製造方法によれば、BET比表面積が、好ましくは1m2/g以上、より好ましくは2m2/g以上、更に好ましくは3m2/g以上であり、好ましくは300m2/g以下、より好ましくは100m2/g以下、更に好ましくは50m2/g以下、より更に好ましくは20m2/g以下である中空シリカ粒子を製造できる。
[Hollow silica particles whose outer shell has no mesoporous structure]
According to the production method of the present invention, BET specific surface area is preferably 1 m 2 / g or more, more preferably 2m 2 / g or more, more preferably at 3m 2 / g or more, preferably not more than 300 meters 2 / g, More preferably, hollow silica particles of 100 m 2 / g or less, more preferably 50 m 2 / g or less, and still more preferably 20 m 2 / g or less can be produced.

本発明の製造方法によれば、平均一次粒子径が、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上、更に好ましくは300nm以上であり、好ましくは5000nm以下、より好ましくは3000nm以下、更に好ましくは1000nm以下である中空シリカ粒子を製造できる。   According to the production method of the present invention, the average primary particle size is preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, still more preferably 300 nm or more, preferably 5000 nm or less, more preferably 3000 nm or less, still more preferably 1000 nm or less. The hollow silica particle which is can be manufactured.

中空シリカ粒子の平均一次粒子径は、カチオン性界面活性剤や疎水性有機化合物の選択、混合時の撹拌力、各成分の濃度、反応液の温度等によって調整できる。   The average primary particle diameter of the hollow silica particles can be adjusted by the selection of the cationic surfactant or the hydrophobic organic compound, the stirring force at the time of mixing, the concentration of each component, the temperature of the reaction solution, and the like.

本発明の製造方法によれば、中空部分の平均径が、好ましくは10nm以上、より好ましくは100nm以上、更に好ましくは200nm以上、より更に好ましくは300nm以上であり、好ましくは1000nm以下、より好ましくは900nm以下、更に好ましくは800nm以下、より更に好ましくは700nm以下である中空シリカ粒子を製造できる。   According to the production method of the present invention, the average diameter of the hollow portion is preferably 10 nm or more, more preferably 100 nm or more, still more preferably 200 nm or more, still more preferably 300 nm or more, preferably 1000 nm or less, more preferably Hollow silica particles that are 900 nm or less, more preferably 800 nm or less, and still more preferably 700 nm or less can be produced.

本発明の製造方法によれば、本発明の製造方法によって得られた中空シリカ粒子全体の80%以上、より好ましくは82%以上、更に好ましくは85%以上が、平均一次粒子径±30%の範囲内の一次粒子径を有しており、非常に揃った粒子径の粒子群から構成されている中空シリカ粒子を製造できる。   According to the production method of the present invention, 80% or more of the entire hollow silica particles obtained by the production method of the present invention, more preferably 82% or more, and still more preferably 85% or more have an average primary particle size of ± 30%. Hollow silica particles having a primary particle diameter in the range and composed of a group of particles having a very uniform particle diameter can be produced.

本発明の製造方法によれば、外殻部の平均厚みが、好ましくは10nm以上、より好ましくは20nm以上、更に好ましくは30nm以上であり、好ましくは700nm以下、より好ましくは500nm以下、更に好ましくは200nm以下、より更に好ましくは100nm以下である中空シリカ粒子を製造できる。   According to the production method of the present invention, the average thickness of the outer shell is preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, still more preferably 30 nm or more, preferably 700 nm or less, more preferably 500 nm or less, still more preferably. Hollow silica particles that are 200 nm or less, more preferably 100 nm or less can be produced.

本願において、中空シリカ粒子の平均一次粒子径及び粒子径分布の程度、中空部分の平均径(平均中空部径)、並びに外殻部の平均厚み(平均外殻部厚み)は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により測定された値である。具体的には、透過型電子顕微鏡下で、20〜30個の中空シリカ粒子が含まれる視野中の全粒子の直径(一次粒子径)、中空部分の径、及び外殻部厚みを写真上で実測する。この操作を、視野を5回変えて行う。得られたデータから、数平均一次粒子径及び粒子径分布の程度、中空部分の数平均径、並びに数平均外殻部厚みを求める。透過型電子顕微鏡の倍率の目安は1万〜10万倍であるが、透過型電子顕微鏡の倍率は、中空シリカ粒子の大きさによって適宜調節される。測定にあたっては、少なくとも100個以上の中空シリカ粒子についてデータを取る。   In the present application, the average primary particle size and particle size distribution of the hollow silica particles, the average diameter of the hollow portion (average hollow portion diameter), and the average thickness of the outer shell portion (average outer shell portion thickness) are as follows. (TEM) Value measured by observation. Specifically, under a transmission electron microscope, the diameter (primary particle diameter) of all particles in the field of view containing 20 to 30 hollow silica particles, the diameter of the hollow portion, and the outer shell thickness are shown on the photograph. Measure. This operation is performed by changing the field of view five times. From the obtained data, the number average primary particle size and the degree of particle size distribution, the number average diameter of the hollow portion, and the number average outer shell thickness are determined. The standard of magnification of the transmission electron microscope is 10,000 to 100,000 times, but the magnification of the transmission electron microscope is appropriately adjusted depending on the size of the hollow silica particles. In the measurement, data is taken on at least 100 hollow silica particles.

本願は、さらに下記[1]〜[25]を開示する。   The present application further discloses the following [1] to [25].

[1] 疎水性有機化合物とポリビニルアルコールと水系溶媒とを含む混合液に超音波振動を付与して、前記疎水性有機化合物を含む乳化油滴を含んだ乳化油滴水分散液を形成する工程と、
前記乳化油滴水分散液とシリカ源とを、カチオン性界面活性剤の存在下で混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程と、
前記外殻部と前記外殻部よりも内側に存在する前記乳化油滴とを含む複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する工程と、を含む中空シリカ粒子の製造方法。
[2] 前記外殻部を形成する工程が、下記の工程(II―a)及び工程(II―b)を含む前記[1]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
工程(II―a):前記乳化油滴水分散液とカチオン性界面活性剤とを混合する工程。
工程(II―b): 前記乳化油滴水分散液と前記カチオン性界面活性剤とを含む混合液と前記シリカ源とを混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴の表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程。
[3] 前記反応液中のシリカ源の含有量が、シリカ換算濃度において、10ミリモル/L以上、好ましくは100ミリモル/L以上、より好ましくは150ミリモル/L以上、更に好ましくは200ミリモル/L以上、より更に好ましくは250ミリモル/L以上であり、また、2000ミリモル/L以下、好ましくは1000ミリモル/L以下、より好ましくは800ミリモル/L以下、更に好ましくは600ミリモル/L以下、より更に好ましくは400ミリモル/L以下、より更に好ましくは350ミリモル/L以下である、前記[1]又は前記[2]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[4] 前記混合液中の前記疎水性有機化合物の含有量が、0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、また、30質量%以下、好ましくは10質量%以下、より好ましくは4質量%以下である、前記[1]〜前記[3]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[5] 前記疎水性有機化合物は、炭素数5〜18のアルカン、炭素数5〜18のアルケン、炭素数5〜18のシクロアルカン、炭素数1〜22の(メタ)アクリル酸系エステル及びスクワランからなる群から選ばれる少なくとも1種であり;好ましくは炭素数10〜18のアルカン、炭素数10〜18のアルケン、炭素数10〜18のシクロアルカン、炭素数1〜22の(メタ)アクリル酸系エステル及びスクワランからなる群から選ばれる少なくとも1種であり;より好ましくは炭素数12〜16のアルカン、炭素数12〜16のアルケン、炭素数12〜16のシクロアルカン、炭素数12〜18の(メタ)アクリル酸系エステル及びスクワランからなる群から選ばれる少なくとも1種であり;更に好ましくはドデカン、1−ドデセン、ヘキサデカン、メタクリル酸イソステアリル及びスクワランからなる群から選ばれる少なくとも1種である、前記[1]〜前記[4]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[6] 前記疎水性有機化合物は、炭素数12〜16のアルカンであり、好ましくはドデカンである、前記[1]〜前記[4]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[7] 前記疎水性有機化合物は、炭素数12〜18の(メタ)アクリル酸系エステルであり、好ましくはメタクリル酸ステアリルである、前記[1]〜前記[4]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[8] 前記混合液中における、ポリビニルアルコールと疎水性有機化合物の質量比(ポリビニルアルコールの質量/疎水性有機化合物の質量)が、0.001以上、好ましくは0.005以上、より好ましくは0.008以上、更に好ましくは0.010以上であり、また、1以下、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.2以下、更に好ましは0.1以下である、前記[1]〜前記[7]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[9] 前記ポリビニルアルコールがカチオン変性ポリビニルアルコールである前記[1]〜前記[8]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[10] 前記ポリビニルアルコールのカチオン変性量は、0.01mol%以上、好ましは0.05mol%以上であり、また、10mol%以下、好ましくは2mol%以下である前記[9]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[11] 前記ポリビニルアルコールに導入されたカチオン基は、4級アンモニウムタイプである前記[9]又は前記[10]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[12] 前記カチオン基の導入に用いられるモノマーは、メチルアクリルアミド−n−プロピルトリメチルアンモニウムクロリド及びジアリルジメチルアンモニウムクロリドからなる群から選ばれる少なくとも1種;好ましくはメチルアクリルアミド−n−プロピルトリメチルアンモニウムクロリドである、前記[11]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[13] 前記ポリビニルアルコールのケン化度は、30mol%以上、好ましくは50mol%以上、より好ましくは70mol%以上であり、また、99mol%以下、好ましくは95mol%以下、より好ましくは90mol%以下である前記[9]〜前記[12]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[14] 前記ポリビニルアルコールの重量平均分子量は、5000以上、好ましくは10000以上、より好ましくは20000以上であり、また、300000以下、好ましくは200000以下、より好ましくは90000以下であり、また、5000〜300000、好ましくは10000〜200000、より好ましくは20000〜90000である、前記[1]〜前記[13]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[15] 前記混合液における前記ポリビニルアルコールの含有量は、0.005質量%以上、好ましくは0.01質量%以上、より好ましは0.02質量%以上であり、また、3質量%以下、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.35質量%以下である、前記[1]〜前記[14]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[16] 前記乳化油滴水分散液を形成する工程における、前記乳化油滴の体積基準平均粒径(D50)は、10nm以上であり、好ましくは100nm以上、より好ましくは350nm以上であり、5000nm以下、好ましくは1000nm以下、より好ましくは750nm以下である、前記[1]〜前記[15]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[17] 前記カチオン性界面活性剤及び前記アルカリ剤との共存下での、前記乳化油滴の体積基準平均粒径(D50)は、10nm以上であり、好ましくは100nm以上、より好ましくは350nm以上、また、5000nm以下、好ましくは1000nm以下、より好ましは750nm以下である、前記[1]〜前記[14]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[18] 前記反応液中のカチオン性界面活性剤の含有量は、1ミリモル/L以上、好ましくは10ミリモル/L以上、より好ましくは30ミリモル/L以上であり、また、500ミリモル/L以下、好ましくは100ミリモル/L以下、より好ましくは70ミリモル/L以下である、前記[1]〜前記[17]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[19] 前記反応液中における、シリカ源のシリカ換算モル濃度に対するカチオン性界面活性剤のモル濃度の比(カチオン性界面活性剤のモル濃度/シリカ源のシリカ換算モル濃度)は、0.01以上、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上であり、また、10以下、好ましくは1以下、より好ましくは0.5以下である、前記[1]〜前記[18]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[20] 中空シリカ粒子が、シリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部と、前記外殻部よりも内側に存在する中空部とを含む中空メソポーラスシリカ粒子である、前記[1]〜前記[19]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[21] 前記中空メソポーラスシリカ粒子の平均細孔径が、1〜10nm、好ましくは1〜5nm、より好ましくは1〜3nmであり、平均一次粒子径が、50nm以上、好ましくは100nm以上、より好ましくは300nm以上、更に好ましくは500nm以上であり、5000nm以下、好ましくは3000nm以下、より好ましくは2000nm以下、更に好ましくは1200nm以下である、前記[20]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[22] 前記中空メソポーラスシリカ粒子のBET比表面積が、300m2/g以上、好ましくは400m2/g以上、より好ましくは500m2/g以上、更に好ましくは600m2/g以上であり、1500m2/g以下、好ましくは1400m2/g以下、より好ましくは1300m2/g以下、更に好ましくは1000m2/g以下である、前記[20]又は前記[21]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[23] 前記複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する工程において、前記複合シリカ粒子を、350℃以上、好ましくは450℃以上、また、800℃以下、好ましくは700℃以下で焼成して、前記複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する、前記[20]〜[22]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[24] 前記カチオン性界面活性剤が、下記一般式(1)で表される第四級アンモニウム塩及び一般式(2)で表される第四級アンモニウム塩から選ばれる1種以上の界面活性剤であり;好ましくは一般式(1)で表されるアルキルトリメチルアンモニウム塩であり;より好ましくはアルキルトリメチルアンモニウムブロミド及びアルキルトリメチルアンモニウムクロリドからなる群から選ばれる少なくとも一種であり;更に好ましくはドデシルトリメチルアンモニウムクロリドである、前記[1]〜前記[23]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[R1(CH33N]+- (1)
[R12(CH32N]+- (2)
ただし、式中、R1及びR2は、それぞれ独立に炭素数4〜22の直鎖又は分岐鎖アルキル基を示し、X-は1価陰イオンを示す。
[25] 前記シリカ源が、加水分解によりシラノール化合物を生成するシリカ源であり;好ましくは下記一般式(3)〜(7)で示される化合物から選ばれる1種以上であり;より好ましくは一般式(3)において、Yが炭素数1〜3のアルコキシ基であるか又はフッ素を除くハロゲン基、好ましくは、炭素数1〜2のアルコキシ基であり、一般式(4)又は(5)において、R3がフェニル基、ベンジル基、又は水素原子の一部がフッ素原子に置換されている炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜5の炭化水素基、更に好ましくは、R3がフェニル基、ベンジル基、メチル基又はエチル基であるトリアルコキシシラン又はジアルコキシシランであり、一般式(7)において、Yがメトキシ基であって、R4がメチレン基、エチレン基又はフェニレン基であり;更に好ましくはテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、及びフェニルトリエトキシシランからなる群から選ばれる少なくとも1種であり;より更に好ましくはテトラメトキシシランである、前記[1]〜[24]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
SiY4 (3)
3SiY3 (4)
3 2SiY2 (5)
3 3SiY (6)
3Si−R4−SiY3 (7)
ただし、式中R3はそれぞれ独立して、ケイ素原子に直接炭素原子が結合している有機基を示し、R4は炭素原子を1〜4個有する炭化水素基又はフェニレン基を示し、Yは加水分解によりヒドロキシ基になる1価の加水分解性基を示す。
[1] Forming an emulsified oil droplet aqueous dispersion including emulsified oil droplets containing the hydrophobic organic compound by applying ultrasonic vibration to a mixed solution containing the hydrophobic organic compound, polyvinyl alcohol, and an aqueous solvent; ,
In the reaction liquid obtained by mixing the emulsified oil droplet water dispersion and the silica source in the presence of a cationic surfactant, the emulsified oil droplet surface has a mesoporous structure composed of components containing silica. Forming the outer shell,
Removing the emulsified oil droplets from the composite silica particles including the outer shell portion and the emulsified oil droplets present inside the outer shell portion.
[2] The method for producing hollow silica particles according to [1], wherein the step of forming the outer shell includes the following steps (II-a) and (II-b).
Step (II-a): A step of mixing the emulsified oil droplet water dispersion and the cationic surfactant.
Step (II-b): In a reaction liquid obtained by mixing a mixed liquid containing the emulsified oil droplet water dispersion and the cationic surfactant and the silica source, silica is added to the surface of the emulsified oil droplets. A step of forming an outer shell portion having a mesopore structure composed of the components to be included.
[3] The content of the silica source in the reaction solution is 10 mmol / L or more, preferably 100 mmol / L or more, more preferably 150 mmol / L or more, still more preferably 200 mmol / L in terms of silica. Or more, more preferably 250 mmol / L or more, and 2000 mmol / L or less, preferably 1000 mmol / L or less, more preferably 800 mmol / L or less, still more preferably 600 mmol / L or less, and still more. The method for producing hollow silica particles according to [1] or [2], which is preferably 400 mmol / L or less, and more preferably 350 mmol / L or less.
[4] The content of the hydrophobic organic compound in the mixed solution is 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, and 30% by mass or less, preferably 10%. The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [3], wherein the content is at most mass%, more preferably at most 4 mass%.
[5] The hydrophobic organic compound includes an alkane having 5 to 18 carbon atoms, an alkene having 5 to 18 carbon atoms, a cycloalkane having 5 to 18 carbon atoms, a (meth) acrylic acid ester having 1 to 22 carbon atoms, and squalane. At least one selected from the group consisting of: preferably an alkane having 10 to 18 carbon atoms, an alkene having 10 to 18 carbon atoms, a cycloalkane having 10 to 18 carbon atoms, and (meth) acrylic acid having 1 to 22 carbon atoms An alkane having 12 to 16 carbon atoms, an alkene having 12 to 16 carbon atoms, a cycloalkane having 12 to 16 carbon atoms, and 12 to 18 carbon atoms. At least one selected from the group consisting of (meth) acrylic acid esters and squalane; more preferably dodecane, 1-dodecene, The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [4], which is at least one selected from the group consisting of xadecane, isostearyl methacrylate, and squalane.
[6] The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [4], wherein the hydrophobic organic compound is an alkane having 12 to 16 carbon atoms, preferably dodecane.
[7] The hollow according to any one of [1] to [4], wherein the hydrophobic organic compound is a (meth) acrylic acid ester having 12 to 18 carbon atoms, preferably stearyl methacrylate. A method for producing silica particles.
[8] The mass ratio of polyvinyl alcohol to the hydrophobic organic compound (the mass of polyvinyl alcohol / the mass of the hydrophobic organic compound) in the mixed solution is 0.001 or more, preferably 0.005 or more, more preferably 0. 0.008 or more, more preferably 0.010 or more, and 1 or less, preferably 0.5 or less, more preferably 0.2 or less, and even more preferably 0.1 or less. The method for producing hollow silica particles according to any one of [7].
[9] The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [8], wherein the polyvinyl alcohol is cation-modified polyvinyl alcohol.
[10] The hollow portion according to [9], wherein the amount of cation modification of the polyvinyl alcohol is 0.01 mol% or more, preferably 0.05 mol% or more, and 10 mol% or less, preferably 2 mol% or less. A method for producing silica particles.
[11] The method for producing hollow silica particles according to [9] or [10], wherein the cationic group introduced into the polyvinyl alcohol is a quaternary ammonium type.
[12] The monomer used for introduction of the cationic group is at least one selected from the group consisting of methylacrylamide-n-propyltrimethylammonium chloride and diallyldimethylammonium chloride; preferably methylacrylamide-n-propyltrimethylammonium chloride. The method for producing hollow silica particles according to [11].
[13] The saponification degree of the polyvinyl alcohol is 30 mol% or more, preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and 99 mol% or less, preferably 95 mol% or less, more preferably 90 mol% or less. The method for producing hollow silica particles according to any one of [9] to [12].
[14] The weight average molecular weight of the polyvinyl alcohol is 5000 or more, preferably 10,000 or more, more preferably 20000 or more, and 300,000 or less, preferably 200000 or less, more preferably 90000 or less, and 5000 to 5000 The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [13], which is 300,000, preferably 10,000 to 200,000, more preferably 20,000 to 90,000.
[15] The content of the polyvinyl alcohol in the mixed solution is 0.005% by mass or more, preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.02% by mass or more, and 3% by mass or less. The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [14], preferably 1% by mass or less, more preferably 0.35% by mass or less.
[16] The volume-based average particle diameter (D 50 ) of the emulsified oil droplet in the step of forming the emulsified oil droplet aqueous dispersion is 10 nm or more, preferably 100 nm or more, more preferably 350 nm or more, and 5000 nm. Hereinafter, the method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [15], which is preferably 1000 nm or less, more preferably 750 nm or less.
[17] The volume-based average particle diameter (D 50 ) of the emulsified oil droplets in the presence of the cationic surfactant and the alkali agent is 10 nm or more, preferably 100 nm or more, more preferably 350 nm. In addition, the method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [14], which is 5000 nm or less, preferably 1000 nm or less, and more preferably 750 nm or less.
[18] The content of the cationic surfactant in the reaction solution is 1 mmol / L or more, preferably 10 mmol / L or more, more preferably 30 mmol / L or more, and 500 mmol / L or less. The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [17], preferably 100 mmol / L or less, more preferably 70 mmol / L or less.
[19] The ratio of the molar concentration of the cationic surfactant to the molar molar concentration of the cationic surfactant in the reaction solution (the molar concentration of the cationic surfactant / the molar molar concentration of the silica source in terms of silica) is 0.01. Any of [1] to [18] above, preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 or more, and 10 or less, preferably 1 or less, more preferably 0.5 or less. A process for producing hollow silica particles according to claim 1.
[20] The hollow silica particles, which are hollow mesoporous silica particles including an outer shell portion having a mesoporous structure composed of a component containing silica and a hollow portion existing inside the outer shell portion. 1] to the method for producing hollow silica particles according to any one of [19].
[21] The average pore diameter of the hollow mesoporous silica particles is 1 to 10 nm, preferably 1 to 5 nm, more preferably 1 to 3 nm, and the average primary particle diameter is 50 nm or more, preferably 100 nm or more, more preferably. The method for producing hollow silica particles according to the above [20], which is 300 nm or more, more preferably 500 nm or more, 5000 nm or less, preferably 3000 nm or less, more preferably 2000 nm or less, and further preferably 1200 nm or less.
[22] BET specific surface area of the hollow mesoporous silica particles, 300 meters 2 / g or more, preferably 400 meters 2 / g or more, more preferably 500 meters 2 / g or more, more preferably 600 meters 2 / g or more, 1500 m 2 / g or less, preferably 1400 m 2 / g or less, more preferably 1300 m 2 / g or less, still more preferably 1000 m 2 / g or less, the production method of the hollow silica particles according to [20] or the [21] .
[23] In the step of removing the emulsified oil droplets from the composite silica particles, the composite silica particles are baked at 350 ° C or higher, preferably 450 ° C or higher, and 800 ° C or lower, preferably 700 ° C or lower, The method for producing hollow silica particles according to any one of [20] to [22], wherein the emulsified oil droplets are removed from the composite silica particles.
[24] The cationic surfactant is one or more surfactants selected from a quaternary ammonium salt represented by the following general formula (1) and a quaternary ammonium salt represented by the general formula (2). Preferably an alkyltrimethylammonium salt represented by the general formula (1); more preferably at least one selected from the group consisting of alkyltrimethylammonium bromide and alkyltrimethylammonium chloride; more preferably dodecyltrimethyl The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [23], which is ammonium chloride.
[R 1 (CH 3 ) 3 N] + X (1)
[R 1 R 2 (CH 3 ) 2 N] + X (2)
However, in the formula, R 1 and R 2 each independently represent a linear or branched alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, and X represents a monovalent anion.
[25] The silica source is a silica source that generates a silanol compound by hydrolysis; preferably one or more selected from compounds represented by the following general formulas (3) to (7); more preferably general In the formula (3), Y is an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms or a halogen group excluding fluorine, preferably an alkoxy group having 1 to 2 carbon atoms. In the general formula (4) or (5), , R 3 is a phenyl group, a benzyl group, or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms, in which a part of hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms More preferably, R 3 is a trialkoxysilane or dialkoxysilane, wherein R 3 is a phenyl group, a benzyl group, a methyl group or an ethyl group. In the general formula (7), Y is a methoxy group, and R 4 Is a methylene group, ethylene group or phenylene group; more preferably at least one selected from the group consisting of tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and phenyltriethoxysilane; and still more preferably tetramethoxysilane. The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [24].
SiY 4 (3)
R 3 SiY 3 (4)
R 3 2 SiY 2 (5)
R 3 3 SiY (6)
Y 3 Si—R 4 —SiY 3 (7)
In the formula, each R 3 independently represents an organic group in which a carbon atom is directly bonded to a silicon atom, R 4 represents a hydrocarbon group or a phenylene group having 1 to 4 carbon atoms, and Y represents A monovalent hydrolyzable group that becomes a hydroxy group by hydrolysis is shown.

以下、実施例により本発明を説明する。後述する実施例及び比較例において、中空メソポーラスシリカ粒子の各種測定及び評価は、以下の方法で行った。   Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. In Examples and Comparative Examples described later, various measurements and evaluations of hollow mesoporous silica particles were performed by the following methods.

(1)粉末X線回折(XRD)パターンの測定
粉末X線回折装置(理学電機工業株式会社製、商品名:RINT2500VPC)を用いて、粉末X線回折測定を行った。走査範囲を回折角(2θ)1〜20°、走査速度を4.0°/分とした連続スキャン法を用いた。
X線源:Cu-kα
管電圧:40mA
管電流:40kV
サンプリング幅:0.02°
発散スリット:1/2°
発散スリット縦:1.2mm
散乱スリット:1/2°
受光スリット:0.15mm
(1) Measurement of powder X-ray diffraction (XRD) pattern Powder X-ray diffraction measurement was performed using a powder X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation, trade name: RINT2500VPC). A continuous scanning method with a scanning range of diffraction angle (2θ) of 1 to 20 ° and a scanning speed of 4.0 ° / min was used.
X-ray source: Cu-kα
Tube voltage: 40 mA
Tube current: 40 kV
Sampling width: 0.02 °
Divergent slit: 1/2 °
Divergence slit length: 1.2mm
Scattering slit: 1/2 °
Receiving slit: 0.15mm

(2)粒子形状、平均一次粒子径、平均中空部径(外殻部の平均内径)及び平均外殻部厚みの測定
透過型電子顕微鏡(TEM)(日本電子株式会社製、商品名:JEM−2100)を用いて加速電圧160kVでシリカ粒子の観察を行った。20〜30個の中空シリカ粒子が含まれる5視野中の全粒子の直径(一次粒子径)、中空部径、及び外殻部厚みを写真上で実測し、数平均一次粒子径、数平均中空部径、及び数平均外殻部厚みを求めた。なお、シリカ粒子の観察は、高分解能用カーボン支持膜付きCuメッシュ(応研商事株式会社製、200−Aメッシュ)に試料を付着させ、余分な試料をブローで除去したものを用いて行った。
(2) Measurement of particle shape, average primary particle diameter, average hollow part diameter (average inner diameter of outer shell part) and average outer shell part thickness Transmission electron microscope (TEM) (manufactured by JEOL Ltd., trade name: JEM- 2100) was used to observe silica particles at an acceleration voltage of 160 kV. The diameter (primary particle diameter), hollow part diameter and outer shell part thickness of all particles in 5 fields containing 20 to 30 hollow silica particles are measured on the photograph, and the number average primary particle diameter and number average hollow are measured. The part diameter and the number average outer shell part thickness were determined. In addition, the observation of the silica particles was performed using a sample obtained by attaching a sample to a Cu mesh with a high-resolution carbon support film (200-A mesh, manufactured by Oken Shoji Co., Ltd.) and removing the excess sample by blowing.

(3)BET比表面積、及び平均細孔径の測定
比表面積・細孔分布測定装置(株式会社島津製作所製、商品名:ASAP2020)を用いて、液体窒素を用いた多点法で、パラメータCが正になる範囲でシリカ粒子のBET比表面積を測定した。細孔径分布の導出にはBJH法を採用し、そのピークトップを平均細孔径とした。試料には200℃で2時間加熱する前処理を施した。
(3) Measurement of BET specific surface area and average pore diameter Using a specific surface area / pore distribution measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name: ASAP2020), parameter C is a multipoint method using liquid nitrogen. The BET specific surface area of the silica particles was measured in a range that becomes positive. The BJH method was employed to derive the pore size distribution, and the peak top was defined as the average pore size. The sample was pretreated by heating at 200 ° C. for 2 hours.

(5)乳化油滴の粒径の測定
光散乱粒度分布計(堀場製作所株式会社製、LA−920)を用い、水分散媒中、超音波強度7、超音波照射1分、相対屈折率1.06の条件で、体積基準平均粒径(D50、メジアン径)を乳化油滴の粒径として測定した。
(5) Measurement of particle size of emulsified oil droplets Using a light scattering particle size distribution meter (LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.), in water dispersion medium, ultrasonic intensity 7, ultrasonic irradiation 1 minute, relative refractive index 1 under the conditions of .06 was measured volume basis average particle size (D 50, median diameter) as the particle size of the emulsified oil droplets.

(6)ポリビニルアルコールの重量平均分子量
ポリビニルアルコールの重量平均分子量は、粘度法(JIS−K6726)により測定した。
(6) Weight average molecular weight of polyvinyl alcohol The weight average molecular weight of polyvinyl alcohol was measured by the viscosity method (JIS-K6726).

(7)ポリビニルアルコールのカチオン変性量
モノマー原料の組成から求め、表1に示した。
(7) Amount of cation modification of polyvinyl alcohol It was determined from the composition of the monomer raw material and shown in Table 1.

(8)ポリビニルアルコールのケン化度
ポリマーのケン化度は、JIS−K6726により測定し、表1に示した。
(8) Saponification degree of polyvinyl alcohol The saponification degree of the polymer was measured according to JIS-K6726 and shown in Table 1.

実施例及び比較例に用いたポリビニルアルコールの詳細を表1に示す。   The details of the polyvinyl alcohol used in Examples and Comparative Examples are shown in Table 1.

<実施例1>
25℃において、ドデカン(和光純薬工業株式会社製)1g、ポリビニルアルコール1(商品名:PVA CM−318、クラレ株式会社製)の5質量%水溶液2g(ポリマー/ドデカン=0.1質量比)、及び水32gからなる混合液(ドデカン2.9質量%、PVA0.29質量%)を磁気撹拌機を用いて、25℃で1時間攪拌した。この混合液に、5℃にて、超音波装置(株式会社日本精機工業社製超音波ホモジナイザーUS−300T、定格出力300W、発振周波数19kHz、Tip select:20φ(20mm)、出力:400μA)を用いて10分間超音波振動を付与して、混合液を乳化した(工程(I))。乳化油滴の体積基準平均粒径(D50)は、440nmであった。
<Example 1>
At 25 ° C., 1 g of dodecane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 2 g of 5% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol 1 (trade name: PVA CM-318, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) (polymer / dodecane = 0.1 mass ratio) , And 32 g of water (2.9% by mass of dodecane, 0.29% by mass of PVA) were stirred at 25 ° C. for 1 hour using a magnetic stirrer. An ultrasonic device (Ultrasonic homogenizer US-300T manufactured by Nippon Seiki Kogyo Co., Ltd., rated output 300 W, oscillation frequency 19 kHz, Tip select: 20φ (20 mm), output: 400 μA) was used for this mixed solution at 5 ° C. Then, ultrasonic vibration was applied for 10 minutes to emulsify the mixed solution (step (I)). The volume-based average particle diameter (D 50 ) of the emulsified oil droplets was 440 nm.

得られたドデカン乳化油滴を含んだ乳濁液(ドデカン乳化油滴分散液)は、相分離(ドデカンの遊離)は起こっておらず、均一に乳化油滴が分散した乳濁液であることを目視で確認した。また、室温で1日以上静置しても相分離は無く、ドデカン乳化油滴分散液は保存安定性に優れていた。   The obtained emulsion containing dodecane emulsified oil droplets (dodecane emulsified oil droplet dispersion) is an emulsion in which phase separation (release of dodecane) has not occurred and the emulsified oil droplets are uniformly dispersed. Was confirmed visually. In addition, the dodecane emulsified oil droplet dispersion was excellent in storage stability even after standing at room temperature for 1 day or longer.

25℃において、上記のドデカン乳化油滴水分散液10gに、カチオン性界面活性剤であるドデシルトリメチルアンモニウムクロリド(以下、C12TACと略す)(東京化成工業株式会社製)0.15g、アルカリ剤である水酸化テトラメチルアンモニウム(以下、TMAOHと略す)(和光純薬工業株式会社製、25%水溶液)0.18gを添加し、2時間攪拌した(工程(II―a))。カチオン性界面活性剤及びアルカリ剤を含んだドデカン乳化油滴水分散液中の乳化油滴の体積基準平均粒径(D50)は660nmであった。 At 25 ° C., 0.15 g of a cationic surfactant dodecyltrimethylammonium chloride (hereinafter abbreviated as C12TAC) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 10 g of water, which is an alkaline agent, 0.18 g of tetramethylammonium oxide (hereinafter abbreviated as TMAOH) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 25% aqueous solution) was added and stirred for 2 hours (step (II-a)). The volume-based average particle size (D 50 ) of the emulsified oil droplets in the aqueous dispersion of dodecane emulsified oil droplets containing the cationic surfactant and the alkali agent was 660 nm.

次に、界面活性剤を含んだドデカン乳化油滴水分散液に、25℃にて、シリカ源であるテトラメトキシシラン(以下、TMOSと略す)(東京化成工業株式会社製)0.46gを添加し、更に25℃にて2時間攪拌を続け、複合メソポーラスシリカ粒子の水分散液を得た(工程(II―b))。   Next, at 25 ° C., 0.46 g of tetramethoxysilane (hereinafter abbreviated as TMOS) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as a silica source is added to the dodecane emulsified oil droplets aqueous dispersion containing the surfactant. Further, stirring was continued at 25 ° C. for 2 hours to obtain an aqueous dispersion of composite mesoporous silica particles (step (II-b)).

複合シリカの水分散液を乾燥(100℃、1日)後、焼成炉(株式会社モトヤマ製、スーパーバーン)を用いて、エアーフロー(流量3L/min)しながら、6時間かけて600℃まで昇温後、600℃で2時間焼成を行うことにより、中空メソポーラスシリカ粒子を得た(工程(III))。   After drying the composite silica aqueous dispersion (100 ° C., 1 day), using a baking furnace (manufactured by Motoyama Co., Ltd., Superburn), airflow (flow rate 3 L / min) to 600 ° C. over 6 hours After the temperature rise, firing was performed at 600 ° C. for 2 hours to obtain hollow mesoporous silica particles (step (III)).

実施例1の中空メソポーラスシリカ粒子の平均一次粒子径、平均外殻部厚み、平均中空部径、XRDピークの面間隔(d)、平均細孔径、及びBET比表面積を表3に示す。また、図1は、実施例1の中空メソポーラスシリカ粒子のTEM像である。   Table 3 shows the average primary particle diameter, average outer shell part thickness, average hollow part diameter, XRD peak spacing (d), average pore diameter, and BET specific surface area of the hollow mesoporous silica particles of Example 1. 1 is a TEM image of the hollow mesoporous silica particles of Example 1. FIG.

尚、表2に、実施例1〜7、比較例1〜4のシリカ粒子の製造に使用した各成分の濃度を示した。疎水性有機化合物、ポリマーは、工程(I)の混合液中の濃度であり、ドデシ
ルトリメチルアンモニウムクロリド、テトラメトキシシランは工程(II)の反応液中の濃
度である。
In addition, in Table 2, the density | concentration of each component used for manufacture of the silica particle of Examples 1-7 and Comparative Examples 1-4 was shown. Hydrophobic organic compounds and polymers are in the concentration in the mixed solution in step (I), and dodecyltrimethylammonium chloride and tetramethoxysilane are in the reaction solution in step (II).

<実施例2>
実施例1において、ポリビニルアルコール1(商品名:PVA CM−318、クラレ株式会社製)の5質量%水溶液を1g(ポリマー/ドデカン=0.05質量比)、水34gに変更した以外は実施例1と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子を製造した。
<Example 2>
In Example 1, except that the 5 mass% aqueous solution of polyvinyl alcohol 1 (trade name: PVA CM-318, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) was changed to 1 g (polymer / dodecane = 0.05 mass ratio) and 34 g of water. In the same manner as in Example 1, hollow mesoporous silica particles were produced.

実施例2の中空メソポーラスシリカ粒子の平均一次粒子径、平均外殻部厚み、平均中空部径、XRDピークの面間隔(d)、平均細孔径、及びBET比表面積を表3に示す。   Table 3 shows the average primary particle diameter, average outer shell thickness, average hollow diameter, XRD peak spacing (d), average pore diameter, and BET specific surface area of the hollow mesoporous silica particles of Example 2.

<実施例3>
実施例1において、混合液の調整に用いる、ポリビニルアルコール1(商品名:PVA CM−318、クラレ株式会社製)の5質量%水溶液を0.2g(ポリマー/ドデカン=0.01質量比)、水を34.8gに変更したこと以外は実施例1と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子を製造した。
<Example 3>
In Example 1, 0.2 g (polymer / dodecane = 0.01 mass ratio) of a 5% by mass aqueous solution of polyvinyl alcohol 1 (trade name: PVA CM-318, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) used for adjusting the mixed solution, Hollow mesoporous silica particles were produced in the same manner as in Example 1 except that the water was changed to 34.8 g.

実施例3の中空メソポーラスシリカ粒子の平均一次粒子径、平均外殻部厚み、平均中空部径、XRDピークの面間隔(d)、平均細孔径、及びBET比表面積を表3に示す。   Table 3 shows the average primary particle diameter, average outer shell thickness, average hollow diameter, XRD peak spacing (d), average pore diameter, and BET specific surface area of the hollow mesoporous silica particles of Example 3.

<実施例4>
実施例1において、ポリビニルアルコール1の代わりにポリビニルアルコール2(商品名:PVA C−506、クラレ株式会社製)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子を製造した。
<Example 4>
In Example 1, hollow mesoporous silica particles were produced in the same manner as in Example 1 except that polyvinyl alcohol 2 (trade name: PVA C-506, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) was used instead of polyvinyl alcohol 1.

実施例4の中空メソポーラスシリカ粒子の平均一次粒子径、平均外殻部厚み、平均中空部径、XRDピークの面間隔(d)、平均細孔径、及びBET比表面積を表3に示す。   Table 3 shows the average primary particle diameter, average outer shell thickness, average hollow diameter, XRD peak spacing (d), average pore diameter, and BET specific surface area of the hollow mesoporous silica particles of Example 4.

<実施例5>
実施例1において、ドデカンの代わりにメタクリル酸ステアリル(新中村化学工業株式会社製)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子を製造した。
<Example 5>
Hollow mesoporous silica particles were produced in the same manner as in Example 1, except that stearyl methacrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) was used instead of dodecane.

実施例5の中空メソポーラスシリカ粒子の平均一次粒子径、平均外殻部厚み、平均中空部径、XRDピークの面間隔(d)、平均細孔径、及びBET比表面積を表3に示す。   Table 3 shows the average primary particle diameter, average outer shell thickness, average hollow diameter, XRD peak spacing (d), average pore diameter, and BET specific surface area of the hollow mesoporous silica particles of Example 5.

<実施例6>
実施例2において、ドデカンの代わりにメタクリル酸ステアリル(新中村化学工業株式会社製)を用いたこと以外は実施例2と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子を製造した。
<Example 6>
In Example 2, hollow mesoporous silica particles were produced in the same manner as in Example 2 except that stearyl methacrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) was used instead of dodecane.

実施例6の中空メソポーラスシリカ粒子の平均一次粒子径、平均外殻部厚み、平均中空部径、XRDピークの面間隔(d)、平均細孔径、及びBET比表面積を表3に示す。   Table 3 shows the average primary particle diameter, average outer shell thickness, average hollow diameter, XRD peak face interval (d), average pore diameter, and BET specific surface area of the hollow mesoporous silica particles of Example 6.

<実施例7>
実施例3において、ドデカンの代わりにメタクリル酸ステアリル(新中村化学工業株式会社製)を用いたこと以外は実施例3と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子を製造した。
<Example 7>
In Example 3, hollow mesoporous silica particles were produced in the same manner as in Example 3 except that stearyl methacrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) was used instead of dodecane.

実施例7の中空メソポーラスシリカ粒子の平均一次粒子径、平均外殻部厚み、平均中空部径、XRDピークの面間隔(d)、平均細孔径、及びBET比表面積を表3に示す。   Table 3 shows the average primary particle diameter, average outer shell part thickness, average hollow part diameter, XRD peak spacing (d), average pore diameter, and BET specific surface area of the hollow mesoporous silica particles of Example 7.

<比較例1>
実施例1において、カチオン性界面活性剤であるドデシルトリメチルアンモニウムクロリドを添加しなかったこと以外は実施例1と同様にして、シリカ粒子を製造した。
<Comparative Example 1>
In Example 1, silica particles were produced in the same manner as in Example 1, except that the cationic surfactant dodecyltrimethylammonium chloride was not added.

比較例1のシリカ粒子についてXRD測定を行った結果、メソ細孔構造に由来するXRDピークは認められなかった。TEM観察より、中空粒子は見られず、不定形のシリカ粒子であった。BET比表面積は400m2/gであった。図2は、比較例1のシリカ粒子のTEM像である。 As a result of performing XRD measurement on the silica particles of Comparative Example 1, no XRD peak derived from the mesopore structure was observed. From TEM observation, no hollow particles were observed, and the particles were amorphous silica particles. The BET specific surface area was 400 m 2 / g. FIG. 2 is a TEM image of the silica particles of Comparative Example 1.

<比較例2>
実施例1において、ポリビニルアルコール1を添加しなかったこと以外は実施例1と同様にしてドデカン乳化滴水分散液を調製した。ドデカン乳化油滴水分散液は、一部相分離が見られ、乳化油滴は不安定であった。上記の一部相分離が見られるドデカン乳化油滴水分散液を用いて、実施例3と同様に工程(II-a)〜(III)を行い、シリカ粒子を製造した。
<Comparative example 2>
In Example 1, a dodecane emulsified droplet aqueous dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that polyvinyl alcohol 1 was not added. In the dodecane emulsified oil droplets aqueous dispersion, phase separation was partially observed, and the emulsified oil droplets were unstable. Steps (II-a) to (III) were performed in the same manner as in Example 3 using the above-described dodecane emulsified oil droplet water dispersion in which partial phase separation was observed to produce silica particles.

比較例2のシリカ粒子についてXRD測定を行った結果、メソ細孔構造に由来するXRDピーク(面間隔d=3.1nm)が確認された。TEM観察より、中空粒子は見られず、不定形のシリカ粒子であった。BET比表面積は1100m2/g、平均細孔径が1.8nmであった。 As a result of XRD measurement of the silica particles of Comparative Example 2, an XRD peak (plane spacing d = 3.1 nm) derived from the mesopore structure was confirmed. From TEM observation, no hollow particles were observed, and the particles were amorphous silica particles. The BET specific surface area was 1100 m 2 / g, and the average pore diameter was 1.8 nm.

<比較例3>
実施例1において、混合液に超音波振動を付与することに代えて、磁気撹拌(回転速度500rpm、60分)したこと以外は、実施例1と同様にしてドデカン乳化滴水分散液を調製した。ドデカン乳化油滴水分散液は、一部相分離が見られ、乳化油滴は不安定であった。上記の一部相分離が見られるドデカン乳化油滴水分散液を用いて、実施例3と同様に工程(II-a)〜(III)を行い、シリカ粒子を製造した。
<Comparative Example 3>
In Example 1, a dodecane emulsified droplet aqueous dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that instead of applying ultrasonic vibration to the mixed liquid, magnetic stirring (rotation speed: 500 rpm, 60 minutes) was performed. In the dodecane emulsified oil droplets aqueous dispersion, phase separation was partially observed, and the emulsified oil droplets were unstable. Steps (II-a) to (III) were performed in the same manner as in Example 3 using the above-described dodecane emulsified oil droplet water dispersion in which partial phase separation was observed to produce silica particles.

比較例3のシリカ粒子についてXRD測定を行った結果、メソ細孔構造に由来するXRDピーク(面間隔d=3.1nm)が確認された。TEM観察より、中空粒子は見られず、不定形のシリカ粒子であった。BET比表面積は1200m2/g、平均細孔径が1.8nmであった。 As a result of XRD measurement on the silica particles of Comparative Example 3, an XRD peak (plane spacing d = 3.1 nm) derived from the mesopore structure was confirmed. From TEM observation, no hollow particles were observed, and the particles were amorphous silica particles. The BET specific surface area was 1200 m 2 / g, and the average pore diameter was 1.8 nm.

<比較例4>
500mLフラスコにメタノール(和光純薬工業株式会社製)100g、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド(以下、C12TACと略す)(東京化成工業株式会社製)6.2g、ヘキサン(和光純薬工業株式会社製)13gを入れて攪拌し、A液を調製した。500mLフラスコに、水300g、水酸化テトラメチルアンモニウム(以下、TMAOHと略す)(和光純薬工業株式会社製、25%水溶液)10.7gを入れて攪拌し、B液を調製した。A液を25℃で攪拌しながらB液を添加し、次いでテトラメトキシシラン(以下、TMOSと略す)(東京化成工業株式会社製)22.1gを加え、25℃で5時間更に攪拌を続け複合シリカ粒子の水メタノール混合分散液を得た。上記分散液の各濃度は、ヘキサン=2.9質量%、C12TAC=52mmol/L、TMOS=322mmol/Lである。
<Comparative Example 4>
In a 500 mL flask, 100 g of methanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 6.2 g of dodecyltrimethylammonium chloride (hereinafter abbreviated as C12TAC) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 13 g of hexane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) The mixture was stirred and liquid A was prepared. In a 500 mL flask, 300 g of water and 10.7 g of tetramethylammonium hydroxide (hereinafter abbreviated as TMAOH) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 25% aqueous solution) were added and stirred to prepare solution B. Liquid B was added while stirring liquid A at 25 ° C., and then 22.1 g of tetramethoxysilane (hereinafter abbreviated as TMOS) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added. An aqueous methanol mixed dispersion of silica particles was obtained. The concentrations of the dispersion are hexane = 2.9 mass%, C12TAC = 52 mmol / L, and TMOS = 322 mmol / L.

複合シリカ粒子の水メタノール混合分散液を実施例1と同様にして、乾燥、焼成してシリカ粒子を製造した。   Silica particles were produced by drying and firing the aqueous dispersion of composite silica particles in the same manner as in Example 1.

比較例4のシリカ粒子についてXRD測定を行った結果、メソ細孔構造に由来するXRDピーク(面間隔d=3.0nm)が確認された。TEM観察より、中空粒子は見られず、不定形のシリカ粒子であった。BET比表面積は1000m2/g、平均細孔径が1.7nmであった。 As a result of XRD measurement of the silica particles of Comparative Example 4, an XRD peak (plane spacing d = 3.0 nm) derived from the mesopore structure was confirmed. From TEM observation, no hollow particles were observed, and the particles were amorphous silica particles. The BET specific surface area was 1000 m 2 / g, and the average pore diameter was 1.7 nm.

以上のことから、ポリビニルアルコールとの共存下で疎水性有機化合物と水系溶媒とを含む混合液に超音波振動を付与すると、乳化油滴とシリカ源とを含む反応液におけるシリカ源のシリカ換算濃度が高くても、中空シリカ粒子を安定に製造できることがわかった。   From the above, when ultrasonic vibration is applied to a liquid mixture containing a hydrophobic organic compound and an aqueous solvent in the presence of polyvinyl alcohol, the silica equivalent concentration of the silica source in the reaction liquid containing the emulsified oil droplets and the silica source It was found that the hollow silica particles can be produced stably even when the particle size is high.

以上のとおり、本発明の製造方法によれば、反応液におけるシリカ源のシリカ換算濃度が高くても、中空シリカ粒子を安定に製造できるので、中空シリカ粒子の生産性を高めることができる。   As described above, according to the production method of the present invention, the hollow silica particles can be stably produced even if the silica-concentrated concentration of the silica source in the reaction solution is high, so that the productivity of the hollow silica particles can be increased.

Claims (10)

疎水性有機化合物とポリビニルアルコールと水系溶媒とを含む混合液に超音波振動を付与して、前記疎水性有機化合物を含む乳化油滴を含んだ乳化油滴水分散液を形成する工程と、
前記乳化油滴水分散液とシリカ源とを、カチオン性界面活性剤の存在下で混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程と、
前記外殻部と前記外殻部よりも内側に存在する前記乳化油滴とを含む複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する工程と、を含む中空シリカ粒子の製造方法。
Providing an ultrasonic vibration to a mixed liquid containing a hydrophobic organic compound, polyvinyl alcohol and an aqueous solvent to form an emulsified oil droplet aqueous dispersion containing emulsified oil droplets containing the hydrophobic organic compound;
In the reaction liquid obtained by mixing the emulsified oil droplet water dispersion and the silica source in the presence of a cationic surfactant, the emulsified oil droplet surface has a mesoporous structure composed of components containing silica. Forming the outer shell,
Removing the emulsified oil droplets from the composite silica particles including the outer shell portion and the emulsified oil droplets present inside the outer shell portion.
前記外殻部を形成する工程が、下記の工程(II―a)及び工程(II―b)を含む請求項1に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
工程(II―a):前記乳化油滴水分散液とカチオン性界面活性剤とを混合する工程。
工程(II―b): 前記乳化油滴水分散液と前記カチオン性界面活性剤とを含む混合液と前記シリカ源とを混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴の表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程。
The method for producing hollow silica particles according to claim 1, wherein the step of forming the outer shell includes the following steps (II-a) and (II-b).
Step (II-a): A step of mixing the emulsified oil droplet water dispersion and the cationic surfactant.
Step (II-b): In a reaction liquid obtained by mixing a mixed liquid containing the emulsified oil droplet water dispersion and the cationic surfactant and the silica source, silica is added to the surface of the emulsified oil droplets. A step of forming an outer shell portion having a mesopore structure composed of the components to be included.
前記反応液中のシリカ源の含有量が、シリカ換算濃度において、100〜1000ミリモル/Lである請求項1又は2に記載の中空シリカ粒子の製造方法。   The method for producing hollow silica particles according to claim 1 or 2, wherein the content of the silica source in the reaction solution is 100 to 1000 mmol / L in terms of silica. 前記混合液中の前記疎水性有機化合物の含有量が0.1〜30質量%である請求項1〜3のいずれかの項に記載の中空シリカ粒子の製造方法。   Content of the said hydrophobic organic compound in the said liquid mixture is 0.1-30 mass%, The manufacturing method of the hollow silica particle of any one of Claims 1-3. 前記混合液中における、ポリビニルアルコールと疎水性有機化合物の質量比(ポリビニルアルコールの質量/疎水性有機化合物の質量)が、0.001〜1である請求項1〜4のいずれかの項に記載の中空シリカ粒子の製造方法。   The mass ratio of the polyvinyl alcohol and the hydrophobic organic compound (the mass of the polyvinyl alcohol / the mass of the hydrophobic organic compound) in the mixed liquid is 0.001 to 1, according to any one of claims 1 to 4. Of producing hollow silica particles. 前記ポリビニルアルコールがカチオン変性ポリビニルアルコールである請求項1〜5のいずれかの項に記載の中空シリカ粒子の製造方法。   The method for producing hollow silica particles according to any one of claims 1 to 5, wherein the polyvinyl alcohol is cation-modified polyvinyl alcohol. 中空シリカ粒子が、シリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部と、前記外殻部よりも内側に存在する中空部とを含む中空メソポーラスシリカ粒子である、請求項1〜6のいずれかの項に記載の中空シリカ粒子の製造方法。   The hollow silica particles are hollow mesoporous silica particles comprising an outer shell portion composed of a component containing silica and having a mesoporous structure, and a hollow portion existing inside the outer shell portion. The method for producing hollow silica particles according to any one of the above. 前記中空メソポーラスシリカ粒子の平均細孔径が1〜10nm、平均一次粒子径が50nm〜5000nmである、請求項7に記載の中空シリカ粒子の製造方法。   The method for producing hollow silica particles according to claim 7, wherein the hollow mesoporous silica particles have an average pore diameter of 1 to 10 nm and an average primary particle diameter of 50 nm to 5000 nm. 前記カチオン性界面活性剤が、下記一般式(1)で表される第四級アンモニウム塩及び一般式(2)で表される第四級アンモニウム塩から選ばれる1種以上の界面活性剤である、請求項1〜8のいずれかの項に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[R1(CH33N]+- (1)
[R12(CH32N]+- (2)
ただし、式中、R1及びR2は、それぞれ独立に炭素数4〜22の直鎖又は分岐鎖アルキル基を示し、X-は1価陰イオンを示す。
The cationic surfactant is at least one surfactant selected from a quaternary ammonium salt represented by the following general formula (1) and a quaternary ammonium salt represented by the general formula (2). The manufacturing method of the hollow silica particle of any one of Claims 1-8.
[R 1 (CH 3 ) 3 N] + X (1)
[R 1 R 2 (CH 3 ) 2 N] + X (2)
However, in the formula, R 1 and R 2 each independently represent a linear or branched alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, and X represents a monovalent anion.
前記シリカ源が、加水分解によりシラノール化合物を生成するシリカ源である、請求項1〜9のいずれかの項に記載の中空シリカ粒子の製造方法。   The method for producing hollow silica particles according to any one of claims 1 to 9, wherein the silica source is a silica source that produces a silanol compound by hydrolysis.
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