JP2014088285A - 乾式シリカ微粒子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 シロキサン等の珪素化合物の燃焼によって得られた、BET比表面積が20〜60m2/g乾式シリカ微粒子であって、100×DCS/DUSAXSが100〜110である乾式シリカ微粒子。
ここで、DCSは遠心沈降法による該乾式シリカ微粒子の重量基準粒度分布のメジアン径であり、DUSAXSは超小角X線散乱法による該乾式シリカ微粒子の体積基準粒度分布のメジアン径である。
【選択図】 なし
Description
(1)BET比表面積が20〜60m2/gである。
(2)100×DCS/DUSAXSが100〜110である。
ここで、DCSは遠心沈降法による該乾式シリカ微粒子の重量基準粒度分布のメジアン径であり、DUSAXSは超小角X線散乱法による該乾式シリカ微粒子の体積基準粒度分布のメジアン径である。
(2)分散性能に特に優れる
という特性を有する。
本発明の乾式シリカ微粒子は珪素化合物の燃焼反応により得られる。本発明の乾式シリカ微粒子を得るにあたっては、当該珪素化合物の燃焼反応による火炎として、最高温度はシリカの融点(約2000K)を超え、なおかつ、冷却時の急な温度勾配を有することが必要である。
火炎の冷却速度ΔT/Δtは、以下の通り算出できる。
前述の数式は、シリカ微粒子は火炎中および火炎近傍でブラウン運動をし、火炎は第3環状管に導入されたガスと熱交換することで空間的に指数関数として減衰するものとし、シリカ微粒子の成長は2000K以上で起こり、それ以下の温度では成長せず、凝集粒子を形成するとして構築した式である。
中心管ガスが燃焼した後の単位時間当りに流れるガス量は上記組成より、298K換算で、以下のようになる。
また、燃焼後成分の比熱として2000Kでの値である、シリカ0.34kcal/kg/K、二酸化炭素0.64kcal/Nm3/K、水蒸気0.55kcal/Nm3/K、酸素0.40kcal/Nm3/K、窒素0.38kcal/Nm3/Kを用いれば、単位時間あたりの熱容量は、以下のように求められる。
したがって熱量は、以下のように算出される。
298+63.5×104/162=4218K
と算出される。
上記珪素化合物としてシロキサン類およびアルコキシシラン類の塩素を含まない珪素化合物を使用すれば、不純物となる塩素を著しく低減された高純度の乾式シリカ微粒子を得ることができるため好ましい。
柴田理化学社製比表面積測定装置SA−1000を用い、窒素吸着BET1点法により測定した。
(測定サンプルの調製)
測定サンプルであるシリカ濃度1.5質量%水懸濁液を、以下のように調製した。
シリカ0.3gと蒸留水20mlをガラス製のサンプル管瓶(アズワン社製、内容量30ml、外径約28mm)に入れ、超音波細胞破砕器(BRANSON社製Sonifier II Model 250D、プローブ:1.4インチ)のプローブチップ下面が水面下15mmになるように試料入りサンプル管瓶を設置し、出力20W、分散時間3分の条件でシリカ微粒子を蒸留水に分散し、測定サンプルであるシリカ濃度1.5質量%水懸濁液を調製した。
(吸光度測定)
日本分光社製分光光度計V−530を用いて、波長700nmの光に対するシリカ濃度1.5質量%の水懸濁物の吸光度を測定した。なお、測定試料セルは東京硝子器械社製合成石英セル(5面透明、10×10×45H)を用いた。
(測定サンプルの調製)
吸光度における測定サンプルと全く同一とした。
(粒度分布測定)
CPSInstruments Inc.製のディスク遠心式粒度分布測定装置(DC24000)を用いて、重量基準粒度分布を測定した。なお測定条件は、回転数18000rmp、温度32℃、シリカ真密度を2.2g/cm3とした。
(測定サンプルの調製)
吸光度および遠心沈降法による粒度分布における測定サンプルと全く同一とした。
(超小角X線散乱測定)
超小角X線散乱スペクトルを得るために、リガク製全自動水平型多目的X線回折装置SmartLabに、光学系として超小角X線散乱仕様の透過法小角散乱を適用して、測定サンプルの超小角X線散乱スペクトルを測定した。X線の波長は0.154187nmであった。ホルダーはスペーサー1mmの透過小角用試料ホルダーを用い、試料の入射側と散乱側をポリイミドフィルム(カプトン膜)で挟んだ。検知器はシンチレーション カウンターとした。
(粒度分布の算出)
試料の超小角X散乱スペクトルを、試料の体積基準粒度分布としてガンマ分布、粒子形状として球形として、リガク製解析ソフトNANO−Solverを用いてスペクトルフィッティングを実施し、試料の体積基準粒度分布を得た。なお、スペクトルフィッティングに際しては、フィッティング対象粒子径範囲が0.3×平均粒子径〜3×平均粒子径となるようにBraggの式とX線波長を使って、フィッティング対象角度範囲を定めた。すなわち、フィッティング対象角度範囲をsin−1{X線波長/(6×平均粒子径)}〜sin−1{X線波長/(0.6×平均粒子径)}とした。
130℃での乾燥減量法により水分量を測定した。
(エポキシ樹脂組成物の調製)
東都化成製エポキシ樹脂ZX−1059を42.84g秤取し、これにシリカ28.56g添加した。その後、シンキー社製のプラネタリーミキサーAR−500を用いて、回転数1000rmpで8分間攪拌、その後、回転数2000rpmで2分間脱泡することで、混練し、エポキシ樹脂組成物を得た。その後、樹脂組成物を25℃の恒温槽に1時間以上静置した。
(エポキシ樹脂組成物の粘度)
25℃の恒温槽から樹脂組成物を取り出し、Haake社製レオメータ レオストレスRS600を用いてせん断速度10s−1で粘度を測定した。なお、測定温度は25℃、使用センサーはC35/1(コーンプレート型 直径35mm、角度1度、材質チタン)とし、せん断速度10s−1の状態を3分間保った後での粘度の値をエポキシ樹脂組成物の粘度とした。
(エポキシ樹脂の粘度)
東都化成製エポキシ樹脂ZX−1059の粘度を、Haake社製レオメータ レオストレスRS600を用いてせん断速度10s−1で粘度を測定した。なお、測定温度は25℃、使用センサーはC35/1(コーンプレート型 直径35mm、角度1度、材質チタン)とし、せん断速度10s−1の状態を3分間保った後での粘度の値をエポキシ樹脂の粘度とした。
(増粘指数)
増粘指数[g2/m4]を下記式で求めた。
ここで、ηは、樹脂組成物の粘度[Pa・s]、η0は、樹脂の粘度[Pa・s]、Sは、BET比表面積[m2/g]である。
オクタメチルシクロテトラシロキサンを同心円4重管バーナで燃焼させ乾式シリカ微粒子を製造した。以下、オクタメチルシクロテトラシロキサンを原料と記す。
Claims (4)
- 珪素化合物の燃焼によって得られた乾式シリカ微粒子であって、以下の条件を満足することを特徴する乾式シリカ微粒子。
(1)BET比表面積が20〜60m2/gである。
(2)100×DCS/DUSAXSが100〜110である。
ここで、DCSは遠心沈降法による該乾式シリカ微粒子の重量基準粒度分布のメジアン径であり、DUSAXSは超小角X線散乱法による該乾式シリカ微粒子の体積基準粒度分布のメジアン径である。 - 130℃での乾燥減量法により測定される水分量が0.5質量%以下であることを特徴とする請求項1記載の乾式シリカ微粒子。
- 珪素化合物がシロキサンであることを特徴とする請求項1又は2何れかに記載の乾式シリカ微粒子。
- シロキサンが環状シロキサンであることを特徴とする請求項3記載の乾式シリカ微粒子。
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