JP2019077586A - Method for producing hollow silica particles - Google Patents

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Abstract

To provide a method for producing hollow silica particles by spray drying a silica dissolving solution which can change the porosity of hollow silica particles.SOLUTION: There is provided a method for producing hollow silica particles which comprises the following steps (1) and (2): (1) a step of spray drying a silica dissolved solution obtained by dissolving silica and a water-soluble polymer in an organic alkaline aqueous solution to obtain a hollow silica precursor; and (2) a step of firing the hollow silica precursor to obtain hollow silica particles.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、中空シリカ粒子の製造方法に関する。   The present disclosure relates to methods of making hollow silica particles.

内部空間を形成する外殻部を備え、外殻部がシリカを含む成分から構成される中空シリカ粒子は、低屈折率、低誘電率、低熱伝導率、低密度などの特性を有することから、反射防止材、低誘電材、断熱材、低密度フィラーとしての応用が期待でき注目を集めている。   A hollow silica particle having an outer shell forming an inner space and the outer shell comprising a component containing silica has characteristics such as low refractive index, low dielectric constant, low thermal conductivity, and low density, It is expected to be applied as an antireflective material, low dielectric material, heat insulating material, and low density filler, and has attracted attention.

中空シリカ粒子の製造方法としては、粒子内部の空間となるテンプレート粒子(乳化油滴)の表面にシリカの前駆体を集合、縮合させ、テンプレート粒子の表面にシリカを含む成分から構成される外殻部を形成させた後、テンプレート粒子を除去して中空シリカ粒子を製造する方法(テンプレート法)が知られている(例えば、特許文献1及び2)。   As a method for producing hollow silica particles, an outer shell composed of a component containing silica on the surface of a template particle is prepared by aggregating and condensing a precursor of silica on the surface of a template particle (emulsified oil droplet) which is a space inside the particle. There is known a method (template method) in which hollow silica particles are produced by removing template particles after forming a part (for example, Patent Documents 1 and 2).

さらに、その他の中空シリカ粒子の製造方法として、珪酸ナトリウム(水ガラス)等のアルカリ金属珪酸塩の水溶液を噴霧乾燥してシリカ前駆体粒子を作製し、前記シリカ前駆体粒子を酸処理して該前駆体粒子中のアルカリ金属を除去し、中空シリカ粒子を製造する方法が知られている(例えば、特許文献3及び4)。   Furthermore, as another method for producing hollow silica particles, an aqueous solution of an alkali metal silicate such as sodium silicate (water glass) is spray-dried to produce silica precursor particles, and the silica precursor particles are acid-treated Methods of removing alkali metal in precursor particles to produce hollow silica particles are known (for example, Patent Documents 3 and 4).

特開2009−203115号公報JP, 2009-203115, A 特開2011−126761号公報JP, 2011-126761, A WO2013/121703WO 2013/121703 特開2015−155373号公報JP, 2015-155373, A

特許文献1及び2に開示されるテンプレート法は、工程が複雑で、シリカ濃度が低濃度での合成であるため、コストが高い。   The template method disclosed in Patent Documents 1 and 2 is expensive because it is a complicated process and synthesis is performed at a low concentration of silica.

特許文献3及び4に開示される水ガラスの噴霧乾燥を用いた製造方法では、テンプレート法よりも低コストが可能であるが、噴霧乾燥後に酸処理をしてアルカリ金属を除去する必要がある。そして、電子材料の用途に用いる場合、アルカリ金属のさらなる低減化が求められる。   The manufacturing method using spray drying of water glass disclosed in Patent Documents 3 and 4 can be lower cost than the template method, but it is necessary to remove the alkali metal by acid treatment after spray drying. And when using for the use of an electronic material, the further reduction of an alkali metal is calculated | required.

これらの問題に対して、本出願人は、シリカを有機アルカリ水溶液に溶解したシリカ溶解液を噴霧乾燥させることで、アルカリ金属が低減された中空シリカ粒子を得ることができることを見出し、特許出願(特願2016−084437号)を行った。   With respect to these problems, the applicant has found that a hollow silica particle having a reduced alkali metal can be obtained by spray-drying a silica solution in which silica is dissolved in an organic alkali aqueous solution, and a patent application ( Japanese Patent Application No. 2016-084437 was carried out.

本開示は、上述のシリカ溶解液の噴霧乾燥を利用した中空シリカ粒子の製造方法において、中空シリカ粒子の空孔率を変化させることができる製造方法を提供する。   The present disclosure provides a method of manufacturing hollow silica particles using the above-described spray drying of a silica solution, in which the porosity of the hollow silica particles can be changed.

本開示は、一態様において、下記工程(1)及び(2)を含む、中空シリカ粒子の製造方法に関する。
(1)シリカ及び水溶性高分子を有機アルカリ水溶液に溶解したシリカ溶解液を噴霧乾燥し、中空シリカ前駆体を得る工程。
(2)前記中空シリカ前駆体を焼成し、中空シリカ粒子を得る工程。
The present disclosure relates, in one aspect, to a method for producing hollow silica particles, which comprises the following steps (1) and (2).
(1) A step of spray-drying a silica solution in which silica and a water-soluble polymer are dissolved in an organic alkali aqueous solution to obtain a hollow silica precursor.
(2) A step of firing the hollow silica precursor to obtain hollow silica particles.

本開示は、アルカリ金属含有量が低減された中空シリカ粒子を簡便に得ることができ、さらに、中空シリカ粒子の空孔率を変化させることができるという効果を奏しうる。   The present disclosure can easily obtain hollow silica particles with a reduced alkali metal content, and can exhibit the effect of being able to change the porosity of the hollow silica particles.

図1は、実施例1の中空シリカ粒子のSEM画像の一例である。FIG. 1 is an example of a SEM image of the hollow silica particles of Example 1. 図2は、実施例1の中空シリカ粒子の外殻部の割断面のSEM画像の一例である。FIG. 2 is an example of a SEM image of a fractured surface of the outer shell of the hollow silica particle of Example 1.

本開示は、シリカ及び水溶性高分子を有機アルカリ水溶液に溶解したシリカ溶解液を噴霧乾燥させることにより、アルカリ金属含有量が低減された中空シリカ粒子を簡便に得ることができ、さらに、水溶性高分子が添加されていないシリカ溶解液を噴霧乾燥させた場合に比べて、中空シリカ粒子の空孔率を変化させることができるという知見に基づく。   In the present disclosure, hollow silica particles having a reduced alkali metal content can be easily obtained by spray-drying a silica solution in which silica and a water-soluble polymer are dissolved in an organic alkali aqueous solution, and water solubility is further achieved. The present invention is based on the finding that the porosity of hollow silica particles can be changed as compared to the case of spray-drying a silica solution to which no polymer is added.

すなわち、本開示は、一態様において、下記工程(1)及び(2)を含む、中空シリカ粒子の製造方法(以下、「本開示に係る製造方法」ともいう。)に関する。
(1)シリカ及び水溶性高分子を有機アルカリ水溶液に溶解したシリカ溶解液を噴霧乾燥し、中空シリカ前駆体を得る工程。
(2)前記中空シリカ前駆体を焼成し、中空シリカ粒子を得る工程。
That is, the present disclosure relates, in one aspect, to a method for producing hollow silica particles (hereinafter, also referred to as “production method according to the present disclosure”) including the following steps (1) and (2).
(1) A step of spray-drying a silica solution in which silica and a water-soluble polymer are dissolved in an organic alkali aqueous solution to obtain a hollow silica precursor.
(2) A step of firing the hollow silica precursor to obtain hollow silica particles.

本開示に係る製造方法によれば、アルカリ金属含有量が低減された中空シリカ粒子を簡便に得ることができ、さらに、中空シリカ粒子の空孔率を変化させることができるという効果が奏されうる。特に、中空シリカ粒子の空孔率を向上させると、低誘電率の中空シリカ粒子が得られる点で好ましい。   According to the manufacturing method according to the present disclosure, hollow silica particles having a reduced alkali metal content can be easily obtained, and further, the effect that the porosity of the hollow silica particles can be changed can be exhibited. . In particular, it is preferable to improve the porosity of the hollow silica particles in that hollow silica particles having a low dielectric constant can be obtained.

本開示の効果が発現するメカニズムの詳細は明らかではないが、以下のように推定される。
すなわち、本開示の製造方法では、シリカの溶解に有機アルカリ水溶液を用いることで、噴霧乾燥に用いるシリカ溶解液中のアルカリ金属含有量を減少させることができ、アルカリ金属含有量が減少した中空シリカ粒子を得ることができる。
また、シリカを有機アルカリ水溶液に溶解したシリカ溶解液を噴霧乾燥すると、噴霧された液滴が乾燥により高濃度化し最終的に中空シリカ粒子となる。高い空孔率の粒子を得るためには、噴霧液滴表面に皮膜を速く形成し液滴の収縮を抑制することが重要であると考えられる。本開示では、噴霧乾燥に用いるシリカ溶解液に水溶性高分子、特に曳糸性を有する水溶性高分子をさらに添加することにより、噴霧液滴が高濃度化した際、水溶性高分子の曳糸性により、より速く皮膜形成されるため、噴霧乾燥に用いるシリカ溶解液に水溶性高分子が添加されていない場合に比べて、空孔率が向上すると考えられる。ただし、水溶性高分子の分子量が大きくなると、空孔率が低下すると考えられる。
さらに、焼成工程で中空シリカ前駆体中の有機アルカリ及び水溶性高分子が消失又は蒸発することで、外殻部に微細で均一な閉気孔が形成され、中空シリカ粒子の空孔率が向上すると考えられる。
ただし、本開示はこれらのメカニズムに限定して解釈されなくてもよい。
The details of the mechanism by which the effects of the present disclosure appear are not clear, but are presumed as follows.
That is, in the production method of the present disclosure, by using an organic alkali aqueous solution for dissolving silica, it is possible to reduce the alkali metal content in the silica solution to be used for spray drying, and hollow silica having a reduced alkali metal content. Particles can be obtained.
In addition, when a silica solution in which silica is dissolved in an organic alkali aqueous solution is spray-dried, the sprayed droplets become highly concentrated by drying and finally become hollow silica particles. In order to obtain particles with high porosity, it is considered important to quickly form a film on the surface of the spray droplet to suppress the shrinkage of the droplet. In the present disclosure, when the concentration of the spray droplets is increased by further adding a water-soluble polymer, particularly a water-soluble polymer having spinnability to the silica solution used for spray drying, it is preferable to It is considered that the porosity is improved as compared with the case where the water-soluble polymer is not added to the silica solution used for the spray drying because the film is formed faster by the threadability. However, it is considered that the porosity decreases as the molecular weight of the water-soluble polymer increases.
Furthermore, when the organic alkali and the water-soluble polymer in the hollow silica precursor disappear or evaporate in the firing step, fine and uniform closed pores are formed in the outer shell portion, and the porosity of the hollow silica particles is improved. Conceivable.
However, the present disclosure may not be interpreted as being limited to these mechanisms.

本開示において、「中空シリカ粒子」とは、内部空間を形成する外殻部を備え、前記外殻部がシリカを含む成分から構成される中空シリカ粒子であって、外殻部によって形成される内部空間に空気等の気体が存在するシリカ粒子をいう。本開示において、「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、外殻部の成分の好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、さらにより好ましくは95質量%以上が二酸化ケイ素であることをいう。本開示において「中空シリカ前駆体」とは、シリカ溶解液を噴霧乾燥して得られた粉末粒子のことであり、工程(2)の焼成を行うことにより中空シリカ粒子となる粒子である。   In the present disclosure, the “hollow silica particles” are hollow silica particles comprising an outer shell forming an inner space, wherein the outer shell is composed of a component containing silica, and is formed by the outer shell It refers to silica particles in which a gas such as air is present in the internal space. In the present disclosure, “the outer shell composed of a component containing silica” means that the main component that forms the skeleton of the outer shell is silica, and preferably 50% by mass or more of the components of the outer shell It is more preferably 70% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, still more preferably 95% by mass or more, and is silicon dioxide. In the present disclosure, the “hollow silica precursor” is a powder particle obtained by spray-drying a silica solution, and is a particle that becomes a hollow silica particle by firing in step (2).

以下、上記工程(1)及び(2)の詳細とそこで用いる各成分等について説明する。   Hereinafter, the details of the steps (1) and (2) and the components used therein will be described.

[工程(1):噴霧乾燥]
本開示に係る製造方法における工程(1)は、シリカ(以下、「成分a」ともいう)及び水溶性高分子(以下、「成分b」ともいう)を有機アルカリ水溶液(以下、「成分c」ともいう)に溶解したシリカ溶解液(以下、「本開示のシリカ溶解液」ともいう)を噴霧乾燥して中空シリカ前駆体を得る噴霧乾燥工程である。本開示のシリカ溶解液を噴霧乾燥すると、シリカ溶解液の液滴表面は乾燥して緻密な膜になり、液滴内部は乾燥して空洞になり、中空構造の前駆体粒子(以下、「中空シリカ前駆体」ともいう)が得られる。本開示のシリカ溶解液は、一又は複数の実施形態において、少なくとも成分a、成分b及び成分cを同時又は任意の順に混合することにより調製できる。よって、本開示に係る製造方法における工程(1)は、一又は複数の実施形態において、少なくとも成分a、成分b及び成分cを混合し、成分a及び成分bを成分cに溶解してシリカ溶解液を調製する溶解工程を含むことができる。成分bは、一又は複数の実施形態において、成分cと混合される前に、予め水に溶解されていてもよい。
[Step (1): spray drying]
The step (1) in the production method according to the present disclosure comprises silica (hereinafter, also referred to as “component a”) and a water-soluble polymer (hereinafter, also referred to as “component b”) an organic alkaline aqueous solution (hereinafter, “component c”) And a spray-drying step of obtaining a hollow silica precursor by spray-drying a silica solution (hereinafter also referred to as “the silica solution of the present disclosure”) dissolved in the solution. When the silica solution of the present disclosure is spray-dried, the droplet surface of the silica solution is dried to form a dense film, and the inside of the droplet is dried to form a cavity, which is a hollow precursor particle (hereinafter referred to as “hollow”. (Also referred to as “silica precursor”). The silica solution of the present disclosure can be prepared, in one or more embodiments, by mixing at least component a, component b and component c simultaneously or in any order. Therefore, in step (1) of the production method according to the present disclosure, in one or more embodiments, at least component a, component b and component c are mixed, component a and component b are dissolved in component c, and silica is dissolved A dissolution step can be included to prepare the solution. Component b, in one or more embodiments, may be pre-dissolved in water prior to mixing with component c.

<シリカ(成分a)>
本開示のシリカ溶解液の調製に用いられるシリカ(成分a)としては、例えば、結晶性シリカ、非晶質シリカ、ヒュームドシリカ、湿式シリカ、コロイダルシリカ等が挙げられ、シリカ溶解液の製造容易性、純度、コストの観点から、非晶質シリカが好ましい。成分aは、1種又は2種以上を併用して用いることができる。
<Silica (Component a)>
As silica (component a) used for preparation of the silica solution of this indication, crystalline silica, amorphous silica, fumed silica, wet silica, colloidal silica etc. are mentioned, for example, and manufacture of a silica solution is easy Amorphous silica is preferred from the viewpoint of properties, purity and cost. Component a can be used alone or in combination of two or more.

有機アルカリ水溶液と混合される前の成分aの状態は、特に限定されなくてもよく、例えば、粉末状、ゾル状、又はゲル状が挙げられる。電子材料の用途に用いる観点からは、成分aは、高純度シリカが好ましく、超高純度シリカがより好ましい。   The state of the component a before being mixed with the organic alkali aqueous solution may not be particularly limited, and examples thereof include powder, sol and gel. From the viewpoint of use for the application of the electronic material, the component a is preferably high purity silica, more preferably ultra high purity silica.

<水溶性高分子(成分b)>
本開示のシリカ溶解液の調製に用いられる水溶性高分子(成分b)としては、空孔率を変化させる観点から、曳糸性を有する水溶性高分子が好ましい。成分bは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
<Water-soluble polymer (component b)>
As the water-soluble polymer (component b) used for preparing the silica solution of the present disclosure, a water-soluble polymer having spinnability is preferable from the viewpoint of changing the porosity. Component b may be used alone or in combination of two or more.

本開示において、成分bの「水溶性」とは、水(20℃)に対して0.5g/100mL以上の溶解度を有することをいい、好ましくは2g/100mL以上の溶解度を有することをいう。   In the present disclosure, “water-soluble” of component b means having a solubility of 0.5 g / 100 mL or more in water (20 ° C.), and preferably, having a solubility of 2 g / 100 mL or more.

本開示において、「曳糸性」とは、物体の伸張特性が現れる、いわゆる「糸を曳く」性質であり、例えば「納豆の糸曳き」等がその一例として挙げられる。曳糸性は、一又は複数の実施形態において、液状組成物を低速度で滴下又はその一端を保持して伸張した際に、破断して液滴を形成することなく連続した糸状構造体を呈する性質であり、例えば「動植物の粘液の糸曳き」等が例として挙げられる。曳糸性は、液状組成物の弾性的緩和現象の一つであり、一般的に、表面張力や粘度とは全く独立の物性であることが知られている。   In the present disclosure, “stringiness” is a so-called “threading” property in which the stretching property of an object appears, and “natto threading” and the like are mentioned as an example thereof. In one or more embodiments, spinnability exhibits a continuous thread-like structure without breaking to form droplets when the liquid composition is dropped at a low speed or stretched while holding one end thereof. It is a property and, for example, "stringing of mucus in animals and plants" and the like can be mentioned as an example. Spinnability is one of the elastic relaxation phenomena of liquid compositions, and it is generally known that physical properties are completely independent of surface tension and viscosity.

本開示において、水溶性高分子の曳糸性の有無は、以下の方法で判定することができる。例えば、所定の濃度(例えば、10質量%)となるよう水溶性高分子を精製水に溶解させて得たポリマー水溶液を用いて、下記〔曳糸性判定法〕に準じた方法で判定し、曳糸性を有する場合、曳糸性を有する水溶性高分子と判断できる。   In the present disclosure, the presence or absence of the spinnability of the water-soluble polymer can be determined by the following method. For example, using a polymer aqueous solution obtained by dissolving a water-soluble polymer in purified water so as to obtain a predetermined concentration (for example, 10% by mass), it is determined by a method according to the following [spinning property determination method] When having spinnability, it can be judged as a water-soluble polymer having spinnability.

〔曳糸性判定法〕
先端内径1mmのパスツールピペット(ガラス、例えばASAHITECHNO GLASS、IK−PAS−5P)より静かに滴下操作をした際に、糸を曳いた水溶液を、本開示において曳糸性を呈する水溶液とすることができる。
[Method for determining spinnability]
When the dropping operation is gently performed from a Pasteur pipette (glass, for example, ASAHITECHNO GLASS, IK-PAS-5P) having an inner diameter of 1 mm at the tip, the aqueous solution obtained by twisting a thread is an aqueous solution exhibiting spinnability in the present disclosure it can.

成分bの曳糸性を有する水溶性高分子としては、空孔率を変化させる観点から、ビニル基、ピロリドン基、オキシアルキレン基、及びヒドロキシ基から選ばれる少なくとも1種の基を有するポリマーが挙げられる。オキシアルキレン基としては、例えば、オキシエチレン基、オキシプロピレン基等が挙げられる。具体例としては、例えば、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリビニルアルコール(PVA)、ヒドロキシメチルセルロース(HMC)が挙げられる。これらの中でも、空孔率を変化させる観点から、ポリビニルピロリドン(PVP)が好ましい。また、空隙率を高める観点から、ポリエチレングリコール(PEG)が好ましい。   As the water-soluble polymer having spinnability of component b, from the viewpoint of changing the porosity, polymers having at least one group selected from vinyl group, pyrrolidone group, oxyalkylene group, and hydroxy group are mentioned. Be Examples of the oxyalkylene group include an oxyethylene group and an oxypropylene group. Specific examples include, for example, polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyethylene glycol (PEG), polyvinyl alcohol (PVA), and hydroxymethyl cellulose (HMC). Among these, polyvinyl pyrrolidone (PVP) is preferable from the viewpoint of changing the porosity. In addition, polyethylene glycol (PEG) is preferable from the viewpoint of increasing the porosity.

成分bがPVPである場合、成分bの重量平均分子量は、空孔率を変化させる観点から、1,000以上が好ましく、5,000以上がより好ましく、10,000以上が更に好ましく、そして、3,000,000以下が好ましく、2,000,000以下がより好ましく、1,200,000以下が更に好ましい。同様の観点から、成分bの重量平均分子量は、1,000以上3,000,000以下が好ましく、5,000以上2,000,000以下がより好ましく、10,000以上1,200,000以下が更に好ましい。   When component b is PVP, the weight average molecular weight of component b is preferably 1,000 or more, more preferably 5,000 or more, and still more preferably 10,000 or more, from the viewpoint of changing the porosity. 3,000,000 or less is preferable, 2,000,000 or less is more preferable, 1,200,000 or less is still more preferable. From the same viewpoint, the weight average molecular weight of the component b is preferably 1,000 or more and 3,000,000 or less, more preferably 5,000 or more and 2,000,000 or less, and 10,000 or more and 1,200,000 or less Is more preferred.

成分bがPEGである場合、成分bの重量平均分子量は、空孔率を変化させる観点から、500以上が好ましく、1,000以上がより好ましく、2,000以上が更に好ましく、そして、2,000,000以下が好ましく、1,000,000以下がより好ましく、500,000以下が更に好ましい。同様の観点から、成分bの重量平均分子量は、500以上2,000,000以下が好ましく、1,000以上1,000,000以下がより好ましく、2,000以上500,000以下が更に好ましい。   When component b is PEG, the weight average molecular weight of component b is preferably 500 or more, more preferably 1,000 or more, still more preferably 2,000 or more, from the viewpoint of changing the porosity. 000,000 or less is preferable, 1,000,000 or less is more preferable, 500,000 or less is more preferable. From the same viewpoint, the weight average molecular weight of the component b is preferably 500 or more and 2,000,000 or less, more preferably 1,000 or more and 1,000,000 or less, and still more preferably 2,000 or more and 500,000 or less.

本開示において、成分bの重量平均分子量は、液体クロマトグラフィー(株式会社日立製作所製、L−6000型高速液体クロマトグラフィー)を使用し、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)によって測定できる。   In the present disclosure, the weight average molecular weight of the component b can be measured by gel permeation chromatography (GPC) using liquid chromatography (L-6000 high performance liquid chromatography manufactured by Hitachi Ltd.).

<有機アルカリ水溶液(成分c)>
本開示のシリカ溶解液の調製に用いられる有機アルカリ水溶液(成分c)は、成分a及び成分bを溶解できるものであればよく、例えば、pH11以上の有機アルカリ水溶液が挙げられる。
<Organic alkaline aqueous solution (component c)>
The organic alkaline aqueous solution (component c) used for preparation of the silica solution of the present disclosure may be any one as long as it can dissolve the component a and the component b, and examples thereof include an organic alkaline aqueous solution having a pH of 11 or more.

成分cに含まれる有機アルカリとしては、成分a及び成分bを溶解できるものであればよく、中空シリカ粒子の粒子構造の均一化、外殻部の厚みの均一化、安定な外殻部形成、及び生産性向上の観点から、例えば、第二級アミン、第三級アミン、第四級アンモニウム塩等が挙げられ、シリカ溶解液の製造容易性の観点から、第四級アンモニウム塩が好ましい。成分cは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。   The organic alkali contained in the component c may be any one as long as it can dissolve the component a and the component b, uniformizing the particle structure of the hollow silica particles, uniformizing the thickness of the outer shell, forming a stable outer shell, And from a viewpoint of productivity improvement, a secondary amine, a tertiary amine, quaternary ammonium salt etc. are mentioned, for example, and a viewpoint of manufacture easiness of a silica solution, a quaternary ammonium salt is preferred. The component c may be used alone or in combination of two or more.

前記第四級アンモニウム塩としては、中空シリカ粒子の粒子構造の均一化、外殻部の厚みの均一化、安定な外殻部形成、及び生産性向上の観点から、例えば、下記式(I)で表される、第四級アンモニウムカチオンとヒドロキシドとからなる塩が挙げられる。
From the viewpoint of homogenization of the particle structure of hollow silica particles, uniformity of the thickness of the outer shell, formation of a stable outer shell, and improvement of productivity as the quaternary ammonium salt, for example, the following formula (I) And salts of quaternary ammonium cation and hydroxide.

上記式(I)において、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立に、炭素数が1以上22以下のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基及びヒドロキシプロピル基から選ばれる少なくとも1種である。前記アルキル基の炭素数としては、中空シリカ粒子の粒子構造の均一化、外殻部の厚みの均一化、安定な外殻部形成、及び生産性向上の観点から、1以上12以下が好ましく、1以上3以下がより好ましい。前記アルキル基としては、直鎖状アルキル基又は分岐状アルキル基が挙げられるが、外殻部の厚みを均一にする観点から、直鎖状アルキル基が好ましい。 In the above formula (I), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently at least at least one selected from an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, a hydroxymethyl group, a hydroxyethyl group and a hydroxypropyl group. It is one kind. The number of carbon atoms of the alkyl group is preferably 1 or more and 12 or less from the viewpoints of the uniformity of the particle structure of the hollow silica particles, the uniformity of the thickness of the outer shell, the formation of a stable outer shell, and the improvement of productivity. 1 or more and 3 or less are more preferable. Although a linear alkyl group or a branched alkyl group is mentioned as said alkyl group, A linear alkyl group is preferable from a viewpoint of making thickness of an outer shell part uniform.

前記第四級アンモニウム塩の具体例としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(以下、TMAHともいう)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(以下、TEAHともいう)、ジメチルビス(2−ヒドロキシエチル)アンモニウムヒドロキシド、及びトリメチルエチルアンモニウムヒドロキシドから選ばれる少なくとも1種が挙げられ、中空シリカ粒子の粒子構造の均一化、外殻部の厚みの均一化、安定な外殻部形成、及び生産性向上の観点から、TMAH又はTEAHが好ましい。   Specific examples of the quaternary ammonium salt include tetramethyl ammonium hydroxide (hereinafter also referred to as TMAH), tetraethyl ammonium hydroxide (hereinafter also referred to as TEAH), dimethyl bis (2-hydroxyethyl) ammonium hydroxide, and At least one selected from trimethylethylammonium hydroxide is mentioned, and from the viewpoint of homogenization of the particle structure of the hollow silica particles, uniformity of the thickness of the shell, formation of a stable shell, and improvement of productivity, TMAH Or TEAH is preferred.

前記第二級アミンの具体例としては、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ヘキサメチレンジアミン等が挙げられる。
前記第三級アミンの具体例としては、トリメチルアミン、トリエチルアミントリエタノールアミン、テトラメチルヘキサンジアミン、ジメチルアミノヘキサノール、ブチルジエタノールアミン、テトラメチルエチレンジアミン等が挙げられる。
Specific examples of the secondary amine include dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, diethanolamine, diisopropanolamine, hexamethylenediamine and the like.
Specific examples of the tertiary amine include trimethylamine, triethylamine triethanolamine, tetramethylhexanediamine, dimethylaminohexanol, butyldiethanolamine, tetramethylethylenediamine and the like.

<シリカ溶解液>
本開示のシリカ溶解液は、上述のように、一又は複数の実施形態において、少なくとも成分a、成分b及び成分cを同時に又は任意の順に混合し、成分a及び成分bを成分cに溶解させることにより得られうる。溶解方法は、成分a及び成分bを成分cに溶解できれば特に制限されず、公知の溶解方法を用いることができる。溶解方法としては、例えば、加温処理、加圧処理、又は機械的粉砕処理等が挙げられ、これらを組み合わせて用いてもよい。加温条件としては、例えば、60〜200℃と設定することができる。加圧条件としては、例えば、0〜3MPaと設定することができる。機械的粉砕は、例えば、ボールミル等を用いて行うことができる。さらに、成分a及び/又は成分bを成分cに溶解させる際に、超音波振動が付与されていてもよい。
Silica solution
In the silica solution of the present disclosure, as described above, in one or more embodiments, at least component a, component b and component c are mixed simultaneously or in any order to dissolve component a and component b in component c Can be obtained by The dissolution method is not particularly limited as long as the component a and the component b can be dissolved in the component c, and a known dissolution method can be used. As the dissolution method, for example, heating treatment, pressure treatment, mechanical crushing treatment and the like can be mentioned, and these may be used in combination. As heating conditions, it can set as 60-200 degreeC, for example. As pressurizing conditions, it can be set, for example, as 0 to 3 MPa. Mechanical grinding can be performed using, for example, a ball mill or the like. Furthermore, when dissolving the component a and / or the component b in the component c, ultrasonic vibration may be applied.

本開示のシリカ溶解液中のシリカ(成分a)濃度は、異形粒子の生成抑制の観点、及び生産性向上の観点から、2質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましく、そして、30質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましく、20質量%以下が更に好ましい。同様の観点から、本開示のシリカ溶解液中のシリカ(成分a)濃度は、2質量%以上30質量%以下が好ましく、5質量%以上25質量%以下がより好ましく、10質量%以上20質量%以下が更に好ましい。シリカ溶解液中の成分aの含有量は、熱重量測定装置を用いて測定できる。成分aが2種以上のシリカの組合せである場合、成分aの含有量はそれらの合計含有量をいう。   The concentration of silica (component a) in the silica solution of the present disclosure is preferably 2% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and 10% by mass from the viewpoint of suppression of generation of irregularly shaped particles and improvement of productivity. The above is more preferable, and 30% by mass or less is preferable, 25% by mass or less is more preferable, and 20% by mass or less is more preferable. From the same viewpoint, the concentration of silica (component a) in the silica solution of the present disclosure is preferably 2% by mass to 30% by mass, more preferably 5% by mass to 25% by mass, and 10% by mass to 20% by mass. % Or less is more preferable. The content of component a in the silica solution can be measured using a thermogravimetric measurement apparatus. When component a is a combination of two or more types of silica, the content of component a refers to their total content.

本開示のシリカ溶解液中の有機アルカリに対するシリカ(成分a)のモル比(シリカ/有機アルカリ)は、空孔率向上の観点から、0.5以上が好ましく、1.0以上がより好ましく、1.5以上が更に好ましく、そして、3.5以下が好ましく、3.0以下がより好ましく、2.5以下が更に好ましい。同様の観点から、有機アルカリに対するシリカ(成分a)のモル比(シリカ/有機アルカリ)は、0.5以上3.5以下が好ましく、1.0以上3.0以下がより好ましく、1.5以上2.5以下が更に好ましい。   The molar ratio of silica (component a) to organic alkali in the silica solution of the present disclosure (silica / organic alkali) is preferably 0.5 or more, more preferably 1.0 or more, from the viewpoint of improving the porosity. 1.5 or more is further preferable, and 3.5 or less is preferable, 3.0 or less is more preferable, and 2.5 or less is still more preferable. From the same viewpoint, the molar ratio of silica (component a) to organic alkali (silica / organic alkali) is preferably 0.5 or more and 3.5 or less, more preferably 1.0 or more and 3.0 or less, and 1.5 More preferably, it is 2.5 or less.

本開示のシリカ溶解液中の水溶性高分子(成分b)の含有量は、空孔率を変化させることができる量であればよい。例えば、本開示のシリカ溶解液中の成分bの含有量は、空孔率を変化させる観点から、シリカ(成分a)に対して、0.1質量%以上が好ましく、0.3質量%以上がより好ましく、0.5質量%以上が更に好ましく、そして、同様の観点から、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、2質量%以下が更に好ましい。同様の観点から、本開示のシリカ溶解液中の成分bの含有量は、シリカ(成分a)に対して、0.1質量%以上5質量%以下が好ましく、0.3質量%以上3質量%以下がより好ましく、0.5質量%以上2質量%以下が更に好ましい。成分bが2種以上の水溶性高分子の組合せである場合、成分bの含有量は、それらの合計含有量をいう。   The content of the water-soluble polymer (component b) in the silica solution of the present disclosure may be an amount that can change the porosity. For example, from the viewpoint of changing the porosity, the content of component b in the silica solution of the present disclosure is preferably 0.1% by mass or more, and 0.3% by mass or more, with respect to silica (component a). Is more preferably 0.5% by mass or more, and from the same viewpoint, 5% by mass or less is preferable, 3% by mass or less is more preferable, and 2% by mass or less is more preferable. From the same viewpoint, the content of component b in the silica solution of the present disclosure is preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, and 0.3% by mass or more and 3% by mass with respect to silica (component a). % Or less is more preferable, and 0.5% by mass or more and 2% by mass or less is more preferable. When the component b is a combination of two or more water-soluble polymers, the content of the component b refers to the total content of them.

本開示のシリカ溶解液は、水系溶媒を含んでいてもよい。水系溶媒としては、蒸留水、イオン交換水、超純水等が挙げられる。   The silica solution of the present disclosure may contain an aqueous solvent. Examples of the aqueous solvent include distilled water, ion exchanged water and ultrapure water.

<噴霧乾燥法>
噴霧乾燥法としては、例えば、回転ディスク法、加圧ノズル、2流体ノズル法、4流体ノズル法等の公知の方法が挙げられる。噴霧乾燥には、例えば、市販の噴霧乾燥装置を用いることができる。
<Spray drying method>
Examples of the spray drying method include known methods such as a rotary disk method, a pressure nozzle, a two-fluid nozzle method, and a four-fluid nozzle method. For spray drying, for example, a commercially available spray drying apparatus can be used.

前記噴霧乾燥における熱風の入口温度としては、中空シリカ粒子の粒子構造の均一化、外殻部の厚みの均一化、安定な外殻部形成、及び生産性向上の観点から、80℃〜250℃が好ましく、100℃〜220℃がより好ましく、120℃〜200℃が更に好ましい。噴霧乾燥における熱風の出口温度としては、同様の観点から、50℃〜120℃が好ましく、60℃〜110℃がより好ましく、70℃〜100℃が更に好ましい。出口温度は、入口温度を制御することにより、調整可能である。   The inlet temperature of the hot air in the spray drying is from 80 ° C. to 250 ° C. from the viewpoint of the uniformity of the particle structure of the hollow silica particles, the uniformity of the thickness of the shell, the formation of a stable shell, and the improvement of productivity. 100C to 220C is more preferable, and 120C to 200C is more preferable. As outlet temperature of the hot air in spray drying, from the same viewpoint, 50 ° C-120 ° C is preferred, 60 ° C-110 ° C is more preferred, and 70 ° C-100 ° C is still more preferred. The outlet temperature can be adjusted by controlling the inlet temperature.

前記噴霧乾燥の際の噴霧圧力、噴霧量、及び風量等については、使用する噴霧乾燥装置等に応じて適宜設定すればよい。   The spray pressure, the spray amount, the air flow rate, and the like at the time of the spray drying may be appropriately set according to the spray drying apparatus and the like to be used.

工程(1)において、噴霧乾燥に用いるシリカ溶解液(以下、「噴霧液」ともいう)は、使用時に希釈して用いてもよい。シリカ溶解液を希釈したものを噴霧液とする場合、希釈には、蒸留水、イオン交換水、超純水等の水系溶媒を用いることができる。   In the step (1), the silica solution (hereinafter, also referred to as “spray solution”) used for spray drying may be diluted before use. In the case where a diluted solution of the silica solution is used as a spray solution, an aqueous solvent such as distilled water, ion exchange water, ultrapure water or the like can be used for dilution.

噴霧液中のシリカ(成分a)濃度は、生産性向上の観点から、2質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましく、そして、30質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましく、20質量%以下が更に好ましい。同様の観点から、本開示の噴霧液中のシリカ(成分a)濃度は、2質量%以上30質量%以下が好ましく、5質量%以上25質量%以下がより好ましく、10質量%以上20質量%以下が更に好ましい。噴霧液中のシリカの含有量は、上記シリカ溶解液と同じ方法により算出できる。   The concentration of silica (component a) in the spray liquid is preferably 2% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, still more preferably 10% by mass or more, and preferably 30% by mass or less from the viewpoint of productivity improvement. 25 mass% or less is more preferable, and 20 mass% or less is still more preferable. From the same viewpoint, the concentration of silica (component a) in the spray liquid of the present disclosure is preferably 2% by mass to 30% by mass, more preferably 5% by mass to 25% by mass, and 10% by mass to 20% by mass. The following is more preferable. The content of silica in the spray liquid can be calculated by the same method as the above-mentioned silica solution.

本開示において、シリカ溶解液及び噴霧液には、本開示の効果が損なわれない範囲で、その他の成分を含むことができる。その他の成分としては、例えば、成分b以外の有機バインダ、成分b以外の界面活性剤等が挙げられる。   In the present disclosure, the silica solution and the spray solution can contain other components as long as the effects of the present disclosure are not impaired. Examples of the other components include organic binders other than the component b and surfactants other than the component b.

本開示において、シリカ溶解液及び噴霧液には、中空シリカ粒子の電子材料用途への適用の観点からは、Na、K等のアルカリ金属を実質的に含まないことが好ましい。すなわち、シリカ溶解液又は噴霧液中のアルカリ金属の合計量は、0.1質量%以下が好ましく、0.01質量%以下がより好ましく、0.005質量%以下が更に好ましい。シリカ溶解液又は噴霧液中のアルカリ金属含有量は、後述する中空シリカ粒子と同様の方法により測定できる。   In the present disclosure, it is preferable that the silica solution and the spray solution substantially do not contain an alkali metal such as Na and K from the viewpoint of application of the hollow silica particles to the electronic material application. That is, 0.1 mass% or less is preferable, as for the total amount of the alkali metal in a silica solution or spray liquid, 0.01 mass% or less is more preferable, and 0.005 mass% or less is still more preferable. The alkali metal content in the silica solution or spray solution can be measured by the same method as the hollow silica particles described later.

工程(1)で得られる中空シリカ前駆体は、例えば、空気分級により回収することができる。したがって、本開示に係る製造方法は、工程(1)と後述の工程(2)との間に、噴霧乾燥により得られた中空シリカ前駆体を空気分級して選択的に回収する空気分級工程を含むことができる。空気分級することで、粒径を均一にすることができ、使用目的に適した粒径の粒子が得られる。空気分級は、例えば、気流式分級機、バグフィルター等を用いた公知の方法で行うことができる。   The hollow silica precursor obtained in the step (1) can be recovered by, for example, air classification. Therefore, in the manufacturing method according to the present disclosure, an air classification step of air classification and selectively recovering the hollow silica precursor obtained by spray drying is carried out between the step (1) and the step (2) described later. Can be included. By air classification, the particle size can be made uniform, and particles of a particle size suitable for the purpose of use can be obtained. The air classification can be performed by, for example, a known method using an air flow classifier, a bag filter, or the like.

[工程(2):焼成]
本開示に係る製造方法における工程(2)は、前記工程(1)で得られた中空シリカ前駆体を焼成する焼成工程である。この工程(2)により、中空シリカ前駆体の外殻部に含まれる有機アルカリが消失又は蒸発するため、図2に示されるような、有機アルカリに起因する微細な閉気孔が複数形成された外殻部を有する中空シリカ粒子が得られる。
[Step (2): Baking]
The step (2) in the production method according to the present disclosure is a firing step of firing the hollow silica precursor obtained in the step (1). In this step (2), the organic alkali contained in the outer shell of the hollow silica precursor disappears or evaporates, so that a plurality of fine closed pores resulting from the organic alkali are formed as shown in FIG. Hollow silica particles having a shell are obtained.

焼成温度は、細孔を適度に焼き締める観点、空孔率向上及び粒子強度向上の観点から、700℃以上が好ましく、800℃以上がより好ましく、900℃以上が更に好ましく、そして、1500℃以下が好ましく、1300℃以下がより好ましく、1200℃以下が更に好ましい。同様の観点から、焼成温度は、700℃以上1500℃以下が好ましく、800℃以上1300℃以下がより好ましく、900℃以上1200℃以下が更に好ましい。   The firing temperature is preferably 700 ° C. or more, more preferably 800 ° C. or more, still more preferably 900 ° C. or more, and 1500 ° C. or less from the viewpoint of appropriately baking the pores, and the viewpoint of porosity improvement and particle strength improvement. Is preferred, 1300 ° C. or less is more preferred, and 1200 ° C. or less is even more preferred. From the same viewpoint, the firing temperature is preferably 700 ° C. or more and 1500 ° C. or less, more preferably 800 ° C. or more and 1300 ° C. or less, and still more preferably 900 ° C. or more and 1200 ° C. or less.

焼成は、例えば、電気炉等を用いて行うことができる。焼成時間は、焼成温度等により異なるが、通常、0.5〜100時間に設定でき、生産性の観点から、0.5〜48時間が好ましい。   Firing can be performed, for example, using an electric furnace or the like. The firing time varies depending on the firing temperature etc., but can usually be set to 0.5 to 100 hours, and is preferably 0.5 to 48 hours from the viewpoint of productivity.

[中空シリカ粒子]
本開示に係る製造方法によって得られる中空シリカ粒子は、一又は複数の実施形態において、図1に示すような球状粒子である。そして、一又は複数の実施形態において、本開示の製造方法によって得られる中空シリカ粒子は、該中空シリカ粒子を含む樹脂割断面のSEM画像を観察したとき、中空構造を有する粒子である。すなわち、本開示は、内部空間を形成する外殻部を有し、前記外殻部がシリカを含む成分から構成される中空シリカ粒子(以下、「本開示に係る中空シリカ粒子」ともいう)に関する。そして、本開示に係る中空シリカ粒子は、一又は複数の実施形態において、シリカ(成分a)及び水溶性高分子(成分b)を有機アルカリ水溶液(成分c)に溶解したシリカ溶解液を噴霧乾燥し、中空シリカ前駆体を得る工程(1)と、前記中空シリカ前駆体を焼成する工程(2)とを順に経て得られるものである。
[Hollow silica particles]
The hollow silica particles obtained by the production method according to the present disclosure are spherical particles as shown in FIG. 1 in one or more embodiments. In one or more embodiments, the hollow silica particles obtained by the production method of the present disclosure are particles having a hollow structure when the SEM image of the resin fractured surface containing the hollow silica particles is observed. That is, the present disclosure relates to a hollow silica particle (hereinafter, also referred to as “hollow silica particle according to the present disclosure”) having an outer shell portion forming an inner space, and the outer shell portion is composed of a component containing silica. . And the hollow silica particle which concerns on this indication spray-dried the silica solution which melt | dissolved the silica (component a) and water-soluble polymer (component b) in the organic alkali aqueous solution (component c) in one or several embodiment. And a step (1) of obtaining a hollow silica precursor and a step (2) of calcining the hollow silica precursor.

本開示に係る中空シリカ粒子の外殻部は、閉気孔を有するものである。そして、一又は複数の実施形態において、閉気孔は、外殻部の割断面をSEM観察したとき、図2に示されるようなピンドット状である。図2のSEM画像において、黒点として視認できる部分がピンドット状の閉気孔である。本開示において「閉気孔」とは、一又は複数の実施形態において、上述したように、図2に示されるような、有機アルカリ及び水溶性高分子に起因する気孔をいう。「有機アルカリ及び水溶性高分子に起因する気孔」とは、一又は複数の実施形態において、上述の工程(2)の焼成の際に、中空シリカ前駆体中の有機アルカリ及び水溶性高分子が消失又は蒸発することにより形成されるものである。一又は複数の実施形態において、外殻部の割断面をSEM観察したときの閉気孔の大きさは、5nm以上100nm以下である。本開示において、閉気孔は、空孔率向上及び粒子強度向上の観点から、外殻部に複数形成されていることが好ましい。本開示において、空孔率向上及び粒子強度向上の観点から、外殻部の割断面1μm2あたりの平均閉気孔数は、30個以上が好ましく、50個以上がより好ましく、80個以上が更に好ましく、そして、300個以下が好ましく、250個以下がより好ましく、200個以下が更に好ましい。平均閉気孔数は、例えば、以下の方法により測定できる。 The shell of the hollow silica particle according to the present disclosure has a closed pore. And, in one or more embodiments, the closed pores are in the form of pin dots as shown in FIG. 2 when the fractured surface of the outer shell part is observed by SEM. In the SEM image of FIG. 2, the portion visible as a black dot is a pin dot-like closed pore. In the present disclosure, “closed pores” refers to pores resulting from an organic alkali and a water-soluble polymer as shown in FIG. 2 as described above in one or more embodiments. The “pores resulting from the organic alkali and the water-soluble polymer” means, in one or more embodiments, the organic alkali and the water-soluble polymer in the hollow silica precursor at the time of firing of the above-mentioned step (2). It is formed by disappearing or evaporation. In one or more embodiments, the size of the closed pores when the fractured surface of the outer shell part is observed by SEM is 5 nm or more and 100 nm or less. In the present disclosure, it is preferable that a plurality of closed pores be formed in the outer shell from the viewpoint of porosity improvement and particle strength improvement. In the present disclosure, from the viewpoint of improving porosity and improving particle strength, the average number of closed pores per 1 μm 2 of the fractured surface of the outer shell portion is preferably 30 or more, more preferably 50 or more, and further 80 or more. Preferably, 300 or less is preferable, 250 or less is more preferable, and 200 or less is more preferable. The average number of closed pores can be measured, for example, by the following method.

<外殻部の割断面のSEM観察と平均閉気孔数の測定>
中空粒子をエポキシ樹脂に混練して硬化した後、試料を割断する。そして、中空粒子の外殻部の割断面を、電界放射型走査電子顕微鏡(SEM)(日立製作所社製の「S−4000」)を用いて拡大(例えば、5万倍)して観察する。複数個(例えば、3〜10個)の中空粒子のそれぞれの割断面1μm2当たりの閉気孔の個数から、平均閉気孔数を求めることができる。
<SEM observation of fractured surface of outer shell and measurement of average number of closed pores>
After the hollow particles are kneaded with epoxy resin and cured, the sample is cut. Then, the fractured section of the outer shell portion of the hollow particle is magnified (for example, 50,000 times) and observed using a field emission scanning electron microscope (SEM) ("S-4000" manufactured by Hitachi, Ltd.). The average number of closed pores can be determined from the number of closed pores per 1 μm 2 of each of the plurality of (for example, 3 to 10) hollow particles.

本開示に係る中空シリカ粒子によれば、外殻部に閉気孔を有する中空シリカ粒子が得られる。例えば、本開示の中空シリカ粒子は、外殻部に閉気孔を有するため、平均粒径及び外殻部の厚みが同じで、外殻部に閉気孔を有さない中空シリカ粒子に比べて、空孔率を向上でき、さらに、本開示の中空シリカ粒子が外殻部に多量の閉気孔を有する場合には、より空孔率を向上できると考えられる。さらに、本開示の中空シリカ粒子において、例えば、外殻部に形成される閉気孔の大きさが微小(例えば、5〜30nm程度)である場合や、複数の閉気孔が外殻部に均一に分散している場合、外部からの衝撃等に起因する亀裂の伝播を抑制又は方向転換させ、粒子強度の低下を抑制できると考えられる。   According to the hollow silica particles according to the present disclosure, hollow silica particles having closed pores in the outer shell portion can be obtained. For example, since the hollow silica particles of the present disclosure have closed pores in the outer shell, the average particle diameter and the thickness of the outer shell are the same, compared to hollow silica particles having no closed pores in the outer shell; It is considered that the porosity can be improved, and furthermore, the porosity can be further improved when the hollow silica particle of the present disclosure has a large amount of closed pores in the outer shell. Furthermore, in the hollow silica particle of the present disclosure, for example, when the size of the closed pores formed in the outer shell is small (for example, about 5 to 30 nm), or plural closed pores are uniformly distributed in the outer shell. In the case of dispersion, it is considered that the propagation of a crack due to an external impact or the like can be suppressed or diverted, and a decrease in particle strength can be suppressed.

本開示に係る中空シリカ粒子の平均粒径は、用途等を考慮して適宜調整しうるが、中空シリカ粒子を樹脂添加フィラーなどに利用する際の樹脂への分散性の観点から、0.1μm以上が好ましく、0.5μm以上がより好ましく、1.0μm以上が更に好ましく、そして、50μm以下が好ましい。同様の観点から、0.1μm以上50μm以下が好ましく、0.5μm以上50μm以下がより好ましく、1.0μm以上50μm以下が更に好ましい。平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(堀場製作所社製「LA−750」)、又は、コールターカウンター(ベックマン・コールター社製「Multisizer 3」)を用いて測定できる。   The average particle diameter of the hollow silica particles according to the present disclosure may be appropriately adjusted in consideration of the application etc., but from the viewpoint of dispersibility in the resin when using the hollow silica particles as a resin-added filler etc. The above is preferable, 0.5 micrometers or more are more preferable, 1.0 micrometers or more are still more preferable, and 50 micrometers or less are preferable. From the same viewpoint, 0.1 μm or more and 50 μm or less is preferable, 0.5 μm or more and 50 μm or less is more preferable, and 1.0 μm or more and 50 μm or less is still more preferable. The average particle size can be measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus (“LA-750” manufactured by Horiba, Ltd.) or a Coulter counter (“Multisizer 3” manufactured by Beckman Coulter, Inc.).

本開示に係る中空シリカ粒子のBET比表面積は、中空シリカ粒子の外殻部表面の緻密性を確保する観点から、20m2/g以下が好ましく、15m2/g以下がより好ましく、10m2/g以下が更に好ましい。「BET比表面積」は、後述の実施例に記載の方法により測定できる。 BET specific surface area of the hollow silica particles according to the present disclosure, in order to ensure the compactness of the outer shell surface of the hollow silica particles is preferably not more than 20 m 2 / g, more preferably not more than 15m 2 / g, 10m 2 / g or less is more preferable. The "BET specific surface area" can be measured by the method described in the examples below.

本開示において、中空シリカ粒子の平均粒子径は、シリカ溶解液中の各成分の濃度、噴霧条件、焼成条件等により適宜調整することができる。   In the present disclosure, the average particle size of the hollow silica particles can be appropriately adjusted according to the concentration of each component in the silica solution, the spraying conditions, the firing conditions, and the like.

本開示に係る中空シリカ粒子の嵩密度は、中空シリカ粒子の誘電率の低減化、及び粒子強度向上の観点から、0.44g/cm3以上が好ましく、0.66g/cm3以上がより好ましく、0.88g/cm3以上が更に好ましく、そして、1.98g/cm3以下が好ましく、1.76g/cm3以下がより好ましく、1.54g/cm3以下が更に好ましい。同様の観点から、中空シリカ粒子の嵩密度は、0.44g/cm3以上1.98g/cm3以下が好ましく、0.66g/cm3以上1.76g/cm3以下がより好ましく、0.88g/cm3以上1.54g/cm3以下が更に好ましい。本開示において「嵩密度」は、ガスピクノメータにより測定できる。具体的には、実施例に記載の方法により測定できる。 The bulk density of the hollow silica particles according to the present disclosure is preferably 0.44 g / cm 3 or more, more preferably 0.66 g / cm 3 or more from the viewpoint of reducing the dielectric constant of the hollow silica particles and improving the particle strength. , 0.88 g / cm 3 or more, and then, preferably 1.98 g / cm 3 or less, more preferably 1.76 g / cm 3 or less, more preferably 1.54 g / cm 3 or less. From the same viewpoint, the bulk density of the hollow silica particles is preferably from 0.44 g / cm 3 or more 1.98 g / cm 3 or less, more preferably 0.66 g / cm 3 or more 1.76 g / cm 3 or less, 0. 88 g / cm 3 or more and 1.54 g / cm 3 or less are more preferable. In the present disclosure, “bulk density” can be measured by a gas pycnometer. Specifically, it can be measured by the method described in the examples.

本開示に係る中空シリカ粒子の空孔率は、中空シリカ粒子の誘電率を低減させる観点と強度の観点から、10%以上が好ましく、20%以上がより好ましく、30%以上が更に好ましく、そして、80%以下が好ましく、70%以下がより好ましく、60%以下が更に好ましい。同様の観点から、中空シリカ粒子の空孔率は、10%以上80%以下が好ましく、20%以上70%以下がより好ましく、30%以上60%以下が更に好ましい。空孔率は、真密度測定装置を用いて下記式により算出できる。具体的には、実施例に記載の方法により測定できる。
空孔率(%)=[1−(中空シリカ粒子の真密度/シリカ粒子の真密度)]×100
The porosity of the hollow silica particles according to the present disclosure is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, and still more preferably 30% or more, from the viewpoint of reducing the dielectric constant of the hollow silica particles and the strength. 80% or less is preferable, 70% or less is more preferable, and 60% or less is more preferable. From the same viewpoint, the porosity of the hollow silica particles is preferably 10% to 80%, more preferably 20% to 70%, and still more preferably 30% to 60%. The porosity can be calculated by the following equation using a true density measuring device. Specifically, it can be measured by the method described in the examples.
Porosity (%) = [1− (true density of hollow silica particles / true density of silica particles)] × 100

本開示に係る中空シリカ粒子は、電子材料の品質向上の観点から、Na、K等のアルカリ金属を実質的に含まないことが好ましい。すなわち、中空シリカ粒子中のアルカリ金属の合計含有量は、0.1質量%以下が好ましく、0.01質量%以下がより好ましく、0.005質量%以下が更に好ましい。中空シリカ粒子中のアルカリ金属含有量は、実施例に記載の方法により測定できる。   It is preferable that the hollow silica particle which concerns on this indication does not contain alkali metals, such as Na and K, substantially from a viewpoint of quality improvement of an electronic material. That is, 0.1 mass% or less is preferable, as for total content of the alkali metal in hollow silica particle, 0.01 mass% or less is more preferable, and 0.005 mass% or less is still more preferable. The alkali metal content in the hollow silica particles can be measured by the method described in the examples.

本開示に係る中空シリカ粒子は、中空シリカ粒子を利用可能な各種分野で用いることができ、例えば、触媒担体;酵素担体;吸着材料;分離材料;光学材料;電子回路の多層配線構造に用いられる絶縁材料;半導体封止材料;電子材料;低誘電膜や低誘電膜用コーティング剤等に用いられる低誘電率材料;断熱材用材料;遮蔽性材料;建築材料;スキンケア化粧料、メークアップ化粧料、ボディケア化粧料、フレグランス化粧料等の化粧料用材料;として用いられうる。   The hollow silica particles according to the present disclosure can be used in various fields where hollow silica particles can be used, for example, catalyst carriers; enzyme carriers; adsorption materials; separation materials; optical materials; Insulating materials; semiconductor sealing materials; electronic materials; low dielectric constant materials used for coating of low dielectric films and low dielectric films etc. materials for heat insulating materials; shielding materials; building materials; skin care cosmetics, makeup cosmetics And cosmetic materials such as body care cosmetics and fragrance cosmetics.

本開示は、さらに以下の製造方法、中空シリカ粒子、或いは用途を開示する。
<1> 下記工程(1)及び(2)を含む、中空シリカ粒子の製造方法。
(1)シリカ及び水溶性高分子を有機アルカリ水溶液に溶解したシリカ溶解液を噴霧乾燥し、中空シリカ前駆体を得る工程。
(2)前記中空シリカ前駆体を焼成し、中空シリカ粒子を得る工程。
The present disclosure further discloses the following production methods, hollow silica particles, or applications.
The manufacturing method of the hollow silica particle containing the <1> following process (1) and (2).
(1) A step of spray-drying a silica solution in which silica and a water-soluble polymer are dissolved in an organic alkali aqueous solution to obtain a hollow silica precursor.
(2) A step of firing the hollow silica precursor to obtain hollow silica particles.

<2> 工程(1)は、シリカ及び水溶性高分子を有機アルカリ水溶液に混合し、シリカ及び水溶性高分子を有機アルカリ水溶液に溶解してシリカ溶解液を調製する溶解工程を含む、<1>に記載の製造方法。
<3> 前記水溶性高分子は、曳糸性を有する水溶性高分子である、<1>又は<2>請に記載の製造方法。
<4> 前記水溶性高分子は、ビニル基、ピロリドン基、オキシアルキレン基、及びヒドロキシ基から選ばれる少なくとも1種の基を有する、<1>から<3>のいずれかに記載の製造方法。
<5> 前記水溶性高分子は、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、及びヒドロキシメチルセルロースから選ばれる少なくとも1種である、<1>から<4>のいずれかに記載の製造方法。
<6> 前記水溶性高分子がPVPである場合、前記水溶性高分子の重量平均分子量は、1,000以上が好ましく、5,000以上がより好ましく、10,000以上が更に好ましい、<1>から<5>のいずれかに記載の製造方法。
<7> 前記水溶性高分子がPVPである場合、前記水溶性高分子の重量平均分子量は、3,000,000以下が好ましく、2,000,000以下がより好ましく、1,200,000以下が更に好ましい、<1>から<6>のいずれかに記載の製造方法。
<8>前記水溶性高分子がPVPである場合、前記水溶性高分子の重量平均分子量は、1,000以上3,000,000以下が好ましく、5,000以上2,000,000以下がより好ましく、10,000以上1,200,000以下が更に好ましい、<1>から<7>のいずれかに記載の製造方法。
<9> 前記水溶性高分子がPEGである場合、前記水溶性高分子の重量平均分子量は、500以上が好ましく、1,000以上がより好ましく、2,000以上が更に好ましい、<1>から<8>のいずれかに記載の製造方法。
<10> 前記水溶性高分子がPEGである場合、前記水溶性高分子の重量平均分子量は、2,000,000以下が好ましく、1,000,000以下がより好ましく、500,000以下が更に好ましい、<1>から<9>のいずれかに記載の製造方法。
<11> 前記水溶性高分子がPEGである場合、前記水溶性高分子の重量平均分子量は、500以上2,000,000以下が好ましく、1,000以上1,000,000以下がより好ましく、2,000以上500,000以下が更に好ましい、<1>から<10>のいずれかに記載の製造方法。
<12> 前記シリカ溶解液中の水溶性高分子の含有量は、シリカに対して、0.1質量%以上が好ましく、0.3質量%以上がより好ましく、0.5質量%以上が更に好ましい、<1>から<11>のいずれかに記載の製造方法。
<13> 前記シリカ溶解液中の水溶液高分子の含有量は、シリカに対して、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、2質量%以下が更に好ましい、<1>から<12>のいずれかに記載の製造方法。
<14> 前記シリカ溶解液中の水溶液高分子の含有量は、シリカに対して、0.1質量%以上5質量%以下が好ましく、0.3質量%以上3質量%以下がより好ましく、0.5質量%以上2質量%以下が更に好ましい、<1>から<13>のいずれかに記載の製造方法。
<15> 有機アルカリは、第四級アンモニウム塩である、<1>から<14>に記載の製造方法。
<16> 第四級アンモニウム塩は、下記式(I)で表される、第四級アンモニウムカチオンとヒドロキシドとからなる塩である、<15>に記載の製造方法。
<17> 式(I)中、R1、R2、R3及びR4はそれぞれ独立に、炭素数が1以上22以下のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基及びヒドロキシプロピル基から選ばれる少なくとも1種である、<16>に記載の製造方法。
<18> 式(I)中、前記アルキル基の炭素数は、1以上12以下が好ましく、1以上3以下がより好ましい、<17>に記載の製造方法。
<19> 式(I)中、前記アルキル基は、直鎖状アルキル基又は分岐状アルキル基であり、直鎖状アルキル基が好ましい、<17>又は<18>に記載の製造方法。
<20> 第四級アンモニウム塩は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、ジメチルビス(2−ヒドロキシエチル)アンモニウムヒドロキシド、及びトリメチルエチルアンモニウムヒドロキシドから選ばれる少なくとも1種であり、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドが好ましい、<15>又は<16>に記載の製造方法。
<21> シリカ溶解液中のシリカ濃度は、2質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましい、<1>から<20>のいずれかに記載の製造方法。
<22> シリカ溶解液中のシリカ濃度は、30質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましく、20質量%以下が更に好ましい、<1>から<21>のいずれかに記載の製造方法。
<23> シリカ溶解液中のシリカ濃度は、2質量%以上30質量%以下が好ましく、5質量%以上25質量%以下がより好ましく、10質量%以上20質量%以下が更に好ましい、<1>から<22>のいずれかに記載の製造方法。
<24> シリカ溶解液中の有機アルカリに対するシリカのモル比(シリカ/有機アルカリ)は、0.5以上が好ましく、1.0以上がより好ましく、1.5以上が更に好ましい、<1>から<23>のいずれかに記載の製造方法。
<25> シリカ溶解液中の有機アルカリに対するシリカのモル比(シリカ/有機アルカリ)は、3.5以下が好ましく、3.0以下がより好ましく、2.5以下が更に好ましい、<1>から<24>のいずれかに記載の製造方法。
<26> シリカ溶解液中の有機アルカリに対するシリカのモル比(シリカ/有機アルカリ)は、0.5以上3.5以下が好ましく、1.0以上3.0以下がより好ましく、1.5以上2.5以下が更に好ましい、<1>から<25>のいずれかに記載の製造方法。
<27> シリカ溶解液のアルカリ金属の合計量は、0.1質量%以下が好ましく、0.01質量%以下がより好ましく、0.005質量%以下が更に好ましい、<1>から<26>のいずれかに記載の製造方法。
<28> 工程(1)の噴霧乾燥における熱風の入口温度は、80℃〜250℃が好ましく、100℃〜220℃がより好ましく、120℃〜200℃が更に好ましい、<1>から<27>のいずれかに記載の製造方法。
<29> 工程(1)の噴霧乾燥における熱風の出口温度は、50℃〜120℃が好ましく、60℃〜110℃がより好ましく、70℃〜100℃が更に好ましい、<1>から<28>のいずれかに記載の製造方法。
<30> 工程(1)と工程(2)との間に、噴霧乾燥により得られた中空シリカ前駆体を空気分級して選択的に回収する空気分級工程をさらに含む、<1>から<29>のいずれかに記載の製造方法。
<31> 工程(2)における焼成温度は、700℃以上が好ましく、800℃以上がより好ましく、900℃以上が更に好ましい、<1>から<30>のいずれかに記載の製造方法。
<32> 工程(2)における焼成温度は、1500℃以下が好ましく、1300℃以下がより好ましく、1200℃以下が更に好ましい、<1>から<31>のいずれかに記載の製造方法。
<33> 前記中空シリカ粒子は、内部空間を形成する外殻部を備え、前記外殻部がシリカを含む成分から構成される中空シリカ粒子であって、前記外殻部は、閉気孔を有し、前記閉気孔は、前記外殻部の割断面を観察したとき、ピンドット状である、<1>から<32>のいずれかに記載の製造方法。
<34> 外殻部の成分の好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、さらにより好ましくは95質量%以上が二酸化ケイ素である、<33>に記載の製造方法。
<35> 閉気孔は、有機アルカリ及び水溶性高分子に起因する気孔である、<33>又は<34>に記載の製造方法。
<36> 外殻部の割断面1μm2あたりの平均閉気孔数は、30個以上が好ましく、50個以上がより好ましく、80個以上が更に好ましい、<33>から<35>のいずれかに記載の製造方法。
<37> 外殻部の割断面1μm2あたりの平均閉気孔数は、300個以下が好ましく、250個以下がより好ましく、200個以下が更に好ましい、<33>から<36>のいずれかに記載の製造方法。
<38> 外殻部の割断面1μm2あたりの平均閉気孔数は、30個以上300個以下である、<33>から<37>のいずれかに記載の製造方法。
<39> 外殻部の割断面を観察したときの閉気孔の大きさが、5nm以上100nm以下である、<33>から<38>のいずれかに記載の製造方法。
<40> 中空シリカ粒子のBET比表面積が、20m2/g以下が好ましく、15m2/g以下がより好ましく、10m2/g以下が更に好ましい、<1>から<39>のいずれかに記載の製造方法。
<41> 中空シリカ粒子の空孔率は、10%以上が好ましく、20%以上がより好ましく、30%以上が更に好ましい、<1>から<40>のいずれかに記載の製造方法。
<42> 中空シリカ粒子の空孔率が、80%以下が好ましく、70%以下がより好ましく、60%以下が更に好ましい、<1>から<41>のいずれかに記載の製造方法。
<43> 中空シリカ粒子の空孔率が、10%以上80%以下が好ましく、20%以上70%以下がより好ましく、30%以上60%以下が更に好ましい、<1>から<42>のいずれかに記載の製造方法。
<44> 中空シリカ粒子の平均粒径は、0.1μm以上が好ましく、0.5μm以上がより好ましく、1.0μm以上が更に好ましい、<1>から<43>のいずれかに記載の製造方法。
<45> 中空シリカ粒子の平均粒径は、50μm以下である、<1>から<44>のいずれかに記載の製造方法。
<46> 中空シリカ粒子の平均粒径は、0.1μm以上50μm以下が好ましく、0.5μm以上50μm以下がより好ましく、1.0μm以上50μm以下が更に好ましい、<1>から<45>のいずれかに記載の製造方法。
<47> 中空シリカ粒子の嵩密度は、0.44g/cm3以上が好ましく、0.66g/cm3以上がより好ましく、0.88g/cm3以上が更に好ましい、<1>から<46>のいずれかに記載の製造方法。
<48> 中空シリカ粒子の嵩密度は、1.98g/cm3以下が好ましく、1.76g/cm3以下がより好ましく、1.54g/cm3以下が更に好ましい、<1>から<47>のいずれかに記載の製造方法。
<49> 中空シリカ粒子の嵩密度は、0.44g/cm3以上1.98g/cm3以下が好ましく、0.66g/cm3以上、1.76g/cm3以下がより好ましく、0.88g/cm3以上1.54g/cm3以下が更に好ましい、<1>から<48>のいずれかに記載の製造方法。
<50> 中空シリカ粒子中のアルカリ金属の合計含有量は、0.1質量%以下が好ましく、0.01質量%以下がより好ましく、0.005質量%が更に好ましい、<1>から<49>のいずれかに記載の製造方法。
<51> <1>から<50>のいずれかに記載の製造方法により得られる、中空シリカ粒子。
<52> <1>から<50>のいずれかに記載の製造方法により得られる中空シリカ粒子の、触媒担体、酵素担体、吸着材料、分離材料、光学材料、絶縁材料、半導体封止材料、電子材料、低誘電率材料、断熱材用材料、遮蔽性材料、建築材料及び化粧料用材料から選ばれる少なくとも1種の材料への使用。
<2> The step (1) includes a dissolving step of mixing silica and a water-soluble polymer in an organic alkali aqueous solution, dissolving the silica and the water-soluble polymer in an organic alkali aqueous solution to prepare a silica solution. The manufacturing method as described in>.
<3> The method according to <1> or <2>, wherein the water-soluble polymer is a water-soluble polymer having spinnability.
<4> The method according to any one of <1> to <3>, wherein the water-soluble polymer has at least one group selected from a vinyl group, a pyrrolidone group, an oxyalkylene group, and a hydroxy group.
<5> The method according to any one of <1> to <4>, wherein the water-soluble polymer is at least one selected from polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, and hydroxymethyl cellulose.
<6> When the water soluble polymer is PVP, the weight average molecular weight of the water soluble polymer is preferably 1,000 or more, more preferably 5,000 or more, and still more preferably 10,000 or more. The manufacturing method in any one of <><5>.
<7> When the water soluble polymer is PVP, the weight average molecular weight of the water soluble polymer is preferably 3,000,000 or less, more preferably 2,000,000 or less, and 1,200,000 or less The production method according to any one of <1> to <6>, further preferably.
When the water-soluble polymer is PVP, the weight-average molecular weight of the water-soluble polymer is preferably 1,000 or more and 3,000,000 or less, more preferably 5,000 or more and 2,000,000 or less. The production method according to any one of <1> to <7>, preferably 10,000 to 1,200,000.
<9> When the water-soluble polymer is PEG, the weight-average molecular weight of the water-soluble polymer is preferably 500 or more, more preferably 1,000 or more, and still more preferably 2,000 or more, from <1> The manufacturing method in any one of <8>.
<10> When the water soluble polymer is PEG, the weight average molecular weight of the water soluble polymer is preferably 2,000,000 or less, more preferably 1,000,000 or less, and further preferably 500,000 or less. The production method according to any one of <1> to <9>, which is preferable.
<11> When the water soluble polymer is PEG, the weight average molecular weight of the water soluble polymer is preferably 500 or more and 2,000,000 or less, and more preferably 1,000 or more and 1,000,000 or less. The production method according to any one of <1> to <10>, more preferably 2,000 or more and 500,000 or less.
<12> The content of the water-soluble polymer in the silica solution is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, and further preferably 0.5% by mass or more based on silica. The production method according to any one of <1> to <11>, which is preferable.
<13> The content of the aqueous solution polymer in the silica solution is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and still more preferably 2% by mass or less based on silica. The manufacturing method as described in any one of 12>.
<14> The content of the aqueous solution polymer in the silica solution is preferably 0.1% by mass to 5% by mass, more preferably 0.3% by mass to 3% by mass, with respect to the silica. The production method according to any one of <1> to <13>, wherein 5% by mass or more and 2% by mass or less is more preferable.
The manufacturing method as described in <14> from <1> whose <15> organic alkali is a quaternary ammonium salt.
The manufacturing method as described in <15> which is a salt which a <16> quaternary ammonium salt is represented with following formula (I), and consists of a quaternary ammonium cation and a hydroxide.
<17> In Formula (I), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently selected from an alkyl group having 1 or more and 22 or less carbon atoms, a hydroxymethyl group, a hydroxyethyl group and a hydroxypropyl group The manufacturing method as described in <16> which is at least 1 sort (s).
<18> In the formula (I), the carbon number of the alkyl group is preferably 1 or more and 12 or less, and more preferably 1 or more and 3 or less.
The manufacturing method as described in <17> or <18> in which the said alkyl group is a linear alkyl group or a branched alkyl group in <19> Formula (I), and a linear alkyl group is preferable.
<20> The quaternary ammonium salt is at least one selected from tetramethyl ammonium hydroxide, tetraethyl ammonium hydroxide, dimethyl bis (2-hydroxyethyl) ammonium hydroxide, and trimethyl ethyl ammonium hydroxide, and is tetramethyl The manufacturing method as described in <15> or <16> which ammonium hydroxide is preferable.
2 mass% or more is preferable, 5 mass% or more is more preferable, 10 mass% or more is still more preferable, The manufacturing method in any one of <1> to <20> in <21> silica solution .
30 mass% or less is preferable, 25 mass% or less is more preferable, 20 mass% or less is still more preferable, the manufacturing method in any one of <1> to <21> in <22> silica solution .
<23> The silica concentration in the silica solution is preferably 2% by mass to 30% by mass, more preferably 5% by mass to 25% by mass, and still more preferably 10% by mass to 20% by mass, <1> The manufacturing method in any one of <22>.
<24> The molar ratio of silica to organic alkali in the silica solution (silica / organic alkali) is preferably 0.5 or more, more preferably 1.0 or more, and still more preferably 1.5 or more, from <1> The manufacturing method in any one of <23>.
<25> The molar ratio of silica to organic alkali in the silica solution (silica / organic alkali) is preferably 3.5 or less, more preferably 3.0 or less, still more preferably 2.5 or less, from <1> The manufacturing method in any one of <24>.
<26> The molar ratio of silica to organic alkali in the silica solution (silica / organic alkali) is preferably 0.5 or more and 3.5 or less, more preferably 1.0 or more and 3.0 or less, and 1.5 or more The production method according to any one of <1> to <25>, further preferably 2.5 or less.
0.1 mass% or less is preferable, as for the total amount of the alkali metal of a <27> silica solution, 0.01 mass% or less is more preferable, 0.005 mass% or less is still more preferable, <1> to <26> The manufacturing method according to any one of the above.
The inlet temperature of the hot air in the spray drying of <28> step (1) is preferably 80 ° C. to 250 ° C., more preferably 100 ° C. to 220 ° C., further preferably 120 ° C. to 200 ° C., <1> to <27> The manufacturing method according to any one of the above.
50 degreeC-120 degreeC is preferable, as for the exit temperature of the hot air in spray drying of <29> process (1), 60 degreeC-110 degreeC is more preferable, 70 degreeC-100 degreeC is still more preferable, <1><28> The manufacturing method according to any one of the above.
<30><1> to <29, further including an air classification step of air classification and selectively recovering the hollow silica precursor obtained by spray drying, between the step (1) and the step (2). The manufacturing method as described in any one of>.
700 degreeC or more is preferable, 800 degreeC or more is more preferable, and the calcination temperature in a <31> process (2) is a manufacturing method in any one of <1> to <30> still more preferable 900 degreeC or more.
1500 degrees C or less is preferable, 1300 degrees C or less is more preferable, and the calcination temperature in a <32> process (2) is a manufacturing method in any one of <1> to <31> still more preferable 1200 degrees C or less.
<33> The hollow silica particle is a hollow silica particle comprising an outer shell portion forming an inner space, wherein the outer shell portion is composed of a component containing silica, and the outer shell portion has a closed pore. The method according to any one of <1> to <32>, wherein the closed pores have a pin dot shape when observing the fractured surface of the outer shell.
In <33>, preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more of the components of the <34> outer shell part Manufacturing method described.
The manufacturing method as described in <33> or <34> whose <35> closed pore is a pore resulting from an organic alkali and a water-soluble polymer.
30 or more are preferable, 50 or more are more preferable, 80 or more are still more preferable, and the average number of closed pores per 1 μm 2 of a cut surface of a <36> outer shell portion is preferably any one of <33> to <35> Manufacturing method described.
The average number of closed pores per 1 μm 2 of the split surface of the <37> outer shell part is preferably 300 or less, more preferably 250 or less, still more preferably 200 or less, any of <33> to <36> Manufacturing method described.
<38> The manufacturing method according to any one of <33> to <37>, wherein an average number of closed pores per 1 μm 2 of a fractured surface of the outer shell portion is 30 or more and 300 or less.
The manufacturing method in any one of <33> to <38> whose magnitude | sizes of the closed pore when the fractured surface of a <39> outer shell part is observed are 5 nm or more and 100 nm or less.
<40> BET specific surface area of the hollow silica particles is preferably not more than 20 m 2 / g, more preferably not more than 15m 2 / g, 10m 2 / g or less is more preferred, according to any one of <39> to <1> Manufacturing method.
The production method according to any one of <1> to <40>, wherein the porosity of the hollow silica particles is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, and still more preferably 30% or more.
The production method according to any one of <1> to <41>, wherein the porosity of the hollow silica particles is preferably 80% or less, more preferably 70% or less, and still more preferably 60% or less.
The porosity of the <43> hollow silica particles is preferably 10% to 80%, more preferably 20% to 70%, still more preferably 30% to 60%, any of <1> to <42> Production method described in.
The average particle diameter of the <44> hollow silica particles is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, still more preferably 1.0 μm or more, <1> to <43> .
The manufacturing method in any one of <1> to <44> whose average particle diameter of <45> hollow silica particle is 50 micrometers or less.
The average particle diameter of the <46> hollow silica particles is preferably 0.1 μm to 50 μm, more preferably 0.5 μm to 50 μm, still more preferably 1.0 μm to 50 μm, any of <1> to <45> Production method described in.
The bulk density of the <47> hollow silica particles is preferably 0.44 g / cm 3 or more, more preferably 0.66 g / cm 3 or more, still more preferably 0.88 g / cm 3 or more, <1> to <46> The manufacturing method according to any one of the above.
<48> The bulk density of the hollow silica particles is preferably from 1.98 g / cm 3 or less, more preferably 1.76 g / cm 3 or less, more preferably 1.54 g / cm 3 or less, from the <1><47> The manufacturing method according to any one of the above.
The bulk density of <49> hollow silica particles is preferably from 0.44 g / cm 3 or more 1.98 g / cm 3 or less, 0.66 g / cm 3 or more, more preferably 1.76 g / cm 3 or less, 0.88 g The production method according to any one of <1> to <48>, more preferably 3 cm 3 or more and 1.54 g / cm 3 or less.
0.1 mass% or less is preferable, as for total content of the alkali metal in <50> hollow silica particle, 0.01 mass% or less is more preferable, 0.005 mass% is still more preferable, <1> to <49 The manufacturing method as described in any one of>.
Hollow silica particle obtained by the manufacturing method in any one of <51><1> to <50>.
<52> A catalyst carrier, an enzyme carrier, an adsorption material, a separation material, an optical material, an insulating material, a semiconductor sealing material, an electron, of the hollow silica particle obtained by the manufacturing method according to any one of <1> to <50> Use for at least one material selected from materials, low dielectric constant materials, materials for heat insulating materials, shielding materials, building materials and materials for cosmetics.

以下、実施例により本開示をさらに詳細に説明するが、これらは例示的なものであって、本開示はこれら実施例に制限されるものではない。   Hereinafter, the present disclosure will be described in more detail by way of examples, but these are illustrative and the present disclosure is not limited to these examples.

1.各パラメータの測定方法
後述する実施例及び比較例の粒子の各種測定は、以下の方法により行った。
1. Measurement Method of Each Parameter Various measurements of particles of Examples and Comparative Examples described later were performed by the following methods.

[嵩密度の測定]
ガスピクノメータ(カンタクローム・インスツルメンツ・ジャパン合同会社製「Ultrapyc1200e」)を用いて、1分間の脱気処理後に嵩密度の測定を行った。該測定を10回行い、その平均値を中空シリカ粒子の嵩密度(g/cm3)とした。
[Measurement of bulk density]
The bulk density was measured after degassing for 1 minute using a gas pycnometer ("Ultrapyc 1200e" manufactured by Cantachrome Instruments Japan Ltd.). The measurement was performed 10 times, and the average value was defined as the bulk density (g / cm 3 ) of the hollow silica particles.

[空孔率の測定]
空孔率は、ガスピクノメータ(カンタクローム・インスツルメンツ・ジャパン合同会社製「Ultrapyc1200e」)を用いて測定した密度より、下記式により算出した。シリカ粒子の真密度は2.2g/cm3である。
空孔率(%)=[1−(中空シリカ粒子の真密度/シリカ粒子の真密度)]×100
[Measurement of porosity]
The porosity was calculated according to the following equation from the density measured using a gas pycnometer ("Ultrapyc 1200e" manufactured by Cantachrome Instruments Japan GK). The true density of the silica particles is 2.2 g / cm 3 .
Porosity (%) = [1− (true density of hollow silica particles / true density of silica particles)] × 100

[BET比表面積の測定]
比表面積測定装置(株式会社島津製作所製、商品名「フローソーブIII2305」)を使用し、中空シリカ粒子のBET比表面積を測定した。試料は、200℃で15分加熱する前処理を行った。
[Measurement of BET specific surface area]
The BET specific surface area of the hollow silica particles was measured using a specific surface area measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name "FlowSorb III 2305"). The sample was pretreated by heating at 200 ° C. for 15 minutes.

[平均粒径]
中空シリカ粒子の平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製「LA−920」 相対屈折率を1.4に設定し測定)を使用し、体積基準のメジアン径(D50)として測定した。さらに、中空シリカ粒子の平均粒径は、コールターカウンター(Coulter Corporation社製、50μmアパチャーチューブを使用)を用いて測定した。
[Average particle size]
The average particle diameter of the hollow silica particles is measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (measured by setting the relative refractive index to 1.4 by Horiba, "LA-920"), and the median diameter (based on volume) It measured as D50). Furthermore, the average particle size of the hollow silica particles was measured using a Coulter Counter (manufactured by Coulter Corporation, using a 50 μm aperture tube).

[粒子強度]
粒子強度は、粒子:10gをジルコニアボール(10mmφZrO2):200gを用いて粉砕処理(95rpm、1時間)し、粉砕前後の粒子の比重増加量から評価した。評価基準を以下に示す。比重増加量が0.03g/cm3以下の場合、粒子強度に優れると判断し、比重増加量が0.03g/cm3を超える場合、粒子強度が劣ると判断した。
Particle strength
The particle strength was evaluated by grinding 10 g of particles using 200 g of zirconia balls (10 mmφ ZrO 2 ) (95 rpm, 1 hour), and measuring the increase in specific gravity of particles before and after grinding. Evaluation criteria are shown below. When the specific gravity increment was 0.03 g / cm 3 or less, it was judged that the particle strength was excellent, and when the specific gravity increment exceeded 0.03 g / cm 3 , it was judged that the particle strength was poor.

[アルカリ金属含有量]
中空シリカ粒子中のアルカリ金属含有量は、JIS−K0133に準拠し、ICP−MS(アジレント製「7700S」)を用いて測定した。フッ化水素酸により中空シリカ粒子を完全溶解させた水溶液を試料として用いた。ここでは、中空シリカ粒子中に含まれるNaの含有量を、シリカ溶解液中のアルカリ金属含有量とした。
[Alkali metal content]
The alkali metal content in the hollow silica particles was measured using ICP-MS ("7700S" manufactured by Agilent) in accordance with JIS-K0133. An aqueous solution in which hollow silica particles were completely dissolved by hydrofluoric acid was used as a sample. Here, the content of Na contained in the hollow silica particles is taken as the alkali metal content in the silica solution.

[外殻部の割断面のSEM観察]
中空粒子をエポキシ樹脂に混練し、硬化した後、試料を割断した。そして、中空粒子の外殻部の割断面を、電界放射型走査電子顕微鏡(SEM)(日立製作所社製の「S−4000」)を用いて拡大して観察した。
[SEM observation of fractured surface of outer shell]
After the hollow particles were kneaded with epoxy resin and cured, the sample was cut. And the fractured surface of the shell part of hollow particles was expanded and observed using field emission scanning electron microscope (SEM) ("S-4000" by Hitachi, Ltd. make).

2.中空シリカ粒子の製造(実施例1〜11、参考例1及び比較例1)
(実施例1)
中空シリカ粒子は、下記に示す噴霧乾燥工程(1)及び焼成工程(2)の2工程を経て製造される。
<噴霧乾燥工程(1)に用いるシリカ溶解液(噴霧液)の調製>
撹拌機のついた反応槽(耐圧硝子工業社製、TEM−D1500M)に、シリカ(アドマテックス社製、アドマファインSOE2):200g、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド25%水溶液(セイケムアジア社製、pH14):640g、及び、イオン交換水:160gを入れて撹拌しながら、1時間30分で180℃まで昇温した。その後、180℃で1時間撹拌することにより、シリカ溶解液[シリカ濃度:20質量%、モル比(シリカ/有機アルカリ):1.9]を得た。180℃で撹拌中の反応槽内の圧力は0.85MPaであった。
次いで、調製したシリカ溶解液500gを1000mlのセパラブルフラスコに入れ、水溶性高分子(ポリビニルピロリドン、PVP K25、重量平均分子量35,000、和光純薬工業社製)を1g添加した。ここで、シリカ溶解液中のシリカの含有量に対する水溶性高分子の添加量は1質量%であった。その後、30分間撹拌して水溶性高分子をシリカ溶解液に溶解させ、噴霧液を得た。
<噴霧乾燥工程(1)>
調製した噴霧液を、噴霧乾燥機(東京理化器械社製、SD−1000)を用いて噴霧乾燥し、乾燥粉末(中空シリカ前駆体)を得た。噴霧乾燥機の噴霧ノズルには、2流体ノズル(試料吐出孔径:0.4mm)を用いた。噴霧条件は、入口温度:120℃、出口温度:90℃、噴霧圧力:150kPa、風量:0.7m3/分、噴霧量:10mL/分であった。
<焼成工程(2)>
噴霧乾燥工程(1)で得られた乾燥粉末(中空シリカ前駆体)を電気炉(モトヤマ社製、SK−2535E−OP)にて1100℃まで100℃/時間で昇温し、その後、1100℃で1時間保持し焼成することで、実施例1の中空シリカ粒子を得た。
2. Production of Hollow Silica Particles (Examples 1 to 11, Reference Example 1 and Comparative Example 1)
Example 1
The hollow silica particles are produced through the following two steps: spray drying step (1) and firing step (2).
<Preparation of Silica Solution (Spray) Used in Spray Drying Step (1)>
In a reaction vessel equipped with a stirrer (TEM-D1500M, manufactured by pressure resistant glass industry), 200 g of silica (manufactured by Admatex, Admafine SOE2), 25% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (manufactured by Seichem Asia, pH 14): The temperature was raised to 180 ° C. in 1 hour and 30 minutes while adding 640 g and ion exchange water: 160 g and stirring. Thereafter, the mixture was stirred at 180 ° C. for 1 hour to obtain a silica solution [silica concentration: 20% by mass, molar ratio (silica / organic alkali): 1.9]. The pressure in the reaction vessel during stirring at 180 ° C. was 0.85 MPa.
Subsequently, 500 g of the prepared silica solution was placed in a 1000 ml separable flask, and 1 g of a water-soluble polymer (polyvinyl pyrrolidone, PVP K25, weight average molecular weight 35,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added. Here, the addition amount of the water-soluble polymer was 1% by mass with respect to the content of silica in the silica solution. Thereafter, the mixture was stirred for 30 minutes to dissolve the water-soluble polymer in the silica solution to obtain a spray solution.
<Spray-drying process (1)>
The prepared spray liquid was spray-dried using a spray drier (manufactured by Tokyo Rika Kikai, SD-1000) to obtain a dry powder (hollow silica precursor). A two-fluid nozzle (sample discharge hole diameter: 0.4 mm) was used as the spray nozzle of the spray dryer. Spray conditions were: inlet temperature: 120 ° C., outlet temperature: 90 ° C., spray pressure: 150 kPa, air volume: 0.7 m 3 / min, spray amount: 10 mL / min.
<Firing step (2)>
The dry powder (hollow silica precursor) obtained in the spray drying step (1) is heated to 1100 ° C. at 100 ° C./hour in an electric furnace (SK-2535 E-OP, manufactured by Motoyama Co., Ltd.), and then 1100 ° C. The hollow silica particles of Example 1 were obtained by holding and firing for 1 hour.

実施例1の中空シリカ粒子の物性測定結果を下記表1に示す。そして、実施例1の中空シリカ粒子のSEM画像を図1に示す。図1から、実施例1の中空シリカ粒子の形状は球状であることが分かった。さらに、実施例1の中空シリカ粒子の外殻部の割断面のSEM画像を図2に示す。図2において、閉気孔を示す黒点が目視で確認できた。すなわち、図2から、実施例1の中空シリカ粒子の外殻部には、閉気孔が形成されていることが確認できた。   The physical property measurement results of the hollow silica particles of Example 1 are shown in Table 1 below. And the SEM image of the hollow silica particle of Example 1 is shown in FIG. It was found from FIG. 1 that the shape of the hollow silica particles of Example 1 was spherical. Furthermore, the SEM image of the fractured surface of the shell part of the hollow silica particle of Example 1 is shown in FIG. In FIG. 2, black spots indicating closed pores were visually confirmed. That is, it was confirmed from FIG. 2 that closed pores were formed in the outer shell of the hollow silica particles of Example 1.

(実施例2〜11)
シリカ溶解液に添加する水溶性高分子の種類及び添加量を表1に記載のとおり変更したこと以外は、上記実施例1と同様の方法により、実施例2〜11の中空シリカ粒子を得た。各々の物性測定結果を表1に示す。実施例2〜11の中空シリカ粒子の外殻部の割断面のSEM画像を観察したところ、外殻部には閉気孔が形成されていることが確認できた。
実施例2〜11の中空シリカ粒子の製造には、以下の水溶性高分子を用いた。
実施例2〜5:ポリビニルピロリドン(PVP K25、重量平均分子量35,000、和光純薬工業社製)
実施例6:ポリビニルピロリドン(PVP K30、重量平均分子量40,000、和光純薬工業社製)
実施例7:ポリビニルピロリドン(PVP K15、重量平均分子量10,000、シグマアルドリッチジャパン社製)
実施例8:ポリビニルピロリドン(PVP K90、重量平均分子量360,000、和光純薬工業社製)
実施例9:ポリエチレングリコール(PEG4000、重量平均分子量3000±300、和光純薬工業社製)
実施例10:ポリエチレングリコール(PEG20000、重量平均分子量20,000±5000、和光純薬工業社製)
実施例11:ポリエチレングリコール(PEG500000、重量平均分子量400,000±100,000、和光純薬工業社製)
(Examples 2 to 11)
Hollow silica particles of Examples 2 to 11 were obtained by the same method as in Example 1 except that the type and the addition amount of the water-soluble polymer added to the silica solution were changed as described in Table 1. . The physical property measurement results of each are shown in Table 1. When the SEM image of the fractured surface of the outer shell part of the hollow silica particle of Examples 2-11 was observed, it could be confirmed that closed pores were formed in the outer shell part.
The following water-soluble polymers were used to produce the hollow silica particles of Examples 2-11.
Examples 2 to 5: polyvinyl pyrrolidone (PVP K25, weight average molecular weight 35,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Example 6: Polyvinyl pyrrolidone (PVP K30, weight average molecular weight 40,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Example 7: Polyvinyl pyrrolidone (PVP K15, weight average molecular weight 10,000, manufactured by Sigma Aldrich Japan)
Example 8 polyvinyl pyrrolidone (PVP K90, weight average molecular weight 360,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Example 9: Polyethylene glycol (PEG 4000, weight average molecular weight 3000 ± 300, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Example 10: Polyethylene glycol (PEG 20000, weight average molecular weight 20,000 ± 5000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Example 11 polyethylene glycol (PEG 500000, weight average molecular weight 400,000 ± 100,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

(参考例1)
シリカ溶解液に水溶性高分子を添加しなかったこと以外、実施例1と同様の方法により、参考例1の中空シリカ粒子を得た。参考例1の中空シリカ粒子の物性測定結果を表1に示す。参考例1の中空シリカ粒子の外殻部の割断面のSEM画像を観察したところ、外殻部には閉気孔が形成されていることが確認できた。
(Reference Example 1)
Hollow silica particles of Reference Example 1 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the water-soluble polymer was not added to the silica solution. The physical property measurement results of the hollow silica particles of Reference Example 1 are shown in Table 1. When the SEM image of the fractured surface of the outer shell of the hollow silica particle of Reference Example 1 was observed, it was confirmed that closed pores were formed in the outer shell.

(比較例1)
シリカとして3号水ガラス(大阪珪酸曹達株式会社製)を用い、上記実施例1と同様の方法で噴霧乾燥を行った。得られた乾燥粉末を500℃で1時間焼成し、比較例1の中空シリカ粉末を得た。水ガラスを原料とした場合、ナトリウムの影響で500℃以上の温度で焼成するとシリカが溶解する。得られた比較例1のシリカ粒子は中空構造を有していた。比較例1の中空シリカ粒子の物性測定結果を表1に示す。比較例1の中空シリカ粒子の外殻部の割断面のSEM画像を観察したところ、外殻部には閉気孔が形成されていなかった。
(Comparative example 1)
Spray drying was performed in the same manner as in Example 1 using No. 3 water glass (manufactured by Osaka Silicate Soda Co., Ltd.) as the silica. The obtained dry powder was calcined at 500 ° C. for 1 hour to obtain a hollow silica powder of Comparative Example 1. When water glass is used as the raw material, silica is dissolved when it is fired at a temperature of 500 ° C. or more due to the influence of sodium. The silica particles of Comparative Example 1 obtained had a hollow structure. The physical property measurement results of the hollow silica particles of Comparative Example 1 are shown in Table 1. When the SEM image of the fractured surface of the outer shell of the hollow silica particle of Comparative Example 1 was observed, no closed pores were formed in the outer shell.

上記表1に示すとおり、実施例1〜11では、水ガラスの噴霧乾燥を用いた比較例1に比べて、アルカリ金属含有量が低減された中空シリカ粒子を簡便に製造できた。さらに、実施例1〜11では、水溶性高分子が添加されたシリカ溶解液を噴霧乾燥に用いることで、水溶性高分子が添加されていないシリカ溶解液を用いた参考例1に比べて、空孔率を変化させることができた。   As shown in the said Table 1, in Examples 1-11, compared with the comparative example 1 which used spray-drying of water glass, the hollow silica particle in which alkali metal content was reduced was able to be manufactured simply. Furthermore, in Examples 1 to 11, by using a silica solution to which a water-soluble polymer is added for spray drying, as compared to Reference Example 1 using a silica solution to which a water-soluble polymer is not added, It was possible to change the porosity.

本開示によれば、例えば、中空シリカ粒子を利用可能な、触媒担体、吸着剤、物質分離剤、酵素や機能性有機化合物の固定化担体、電子材料等を扱う分野において有用である。   According to the present disclosure, for example, the present invention is useful in the field dealing with catalyst carriers, adsorbents, substance separating agents, carriers for immobilizing enzymes and functional organic compounds, electronic materials and the like which can utilize hollow silica particles.

Claims (6)

下記工程(1)及び(2)を含む、中空シリカ粒子の製造方法。
(1)シリカ及び水溶性高分子を有機アルカリ水溶液に溶解したシリカ溶解液を噴霧乾燥し、中空シリカ前駆体を得る工程。
(2)前記中空シリカ前駆体を焼成し、中空シリカ粒子を得る工程。
The manufacturing method of the hollow silica particle containing following process (1) and (2).
(1) A step of spray-drying a silica solution in which silica and a water-soluble polymer are dissolved in an organic alkali aqueous solution to obtain a hollow silica precursor.
(2) A step of firing the hollow silica precursor to obtain hollow silica particles.
前記水溶性高分子は、曳糸性を有する水溶性高分子である、請求項1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, wherein the water-soluble polymer is a water-soluble polymer having spinnability. 前記水溶性高分子は、ビニル基、ピロリドン基、オキシアルキレン基、及びヒドロキシ基から選ばれる少なくとも1種の基を有する、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 water-soluble polymer has at least one group selected from a vinyl group, a pyrrolidone group, an oxyalkylene group, and a hydroxy group. 前記水溶性高分子は、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、及びヒドロキシメチルセルロースから選ばれる少なくとも1種である、請求項1から3のいずれか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 3, wherein the water-soluble polymer is at least one selected from polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, and hydroxymethyl cellulose. 前記シリカ溶解液中の水溶性高分子の含有量は、シリカに対して、0.5質量%以上5質量%以下である、請求項1から4のいずれか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 4, wherein the content of the water-soluble polymer in the silica solution is 0.5% by mass or more and 5% by mass or less with respect to the silica. . 前記有機アルカリは、第四級アンモニウム塩である、請求項1から5のいずれか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 organic alkali is a quaternary ammonium salt.
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