JP2020176037A - Hollow nano-silica particle, core-shell particle, and method for producing them - Google Patents

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義宏 平野
Yoshihiro Hirano
義宏 平野
浩一 横田
Koichi Yokota
浩一 横田
怜実 加藤
Remi Kato
怜実 加藤
康博 夫馬
Yasuhiro Fuma
康博 夫馬
宗範 河本
Munenori Kawamoto
宗範 河本
康人 天内
Yasuto Amauchi
康人 天内
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Abstract

To provide: hollow nano-silica particles in which association particles are prevented from being produced and in which light is prevented from scattering; core-shell particles capable of producing the hollow nano-silica particles; and methods for producing them.SOLUTION: This invention relates to hollow nano-silica particles, wherein: (1) an average particle diameter thereof is 50-150 nm; (2) average thickness in a shell thereof is 5-25 nm; (3) a ratio (IQ2/IQ4), measured through solid NMR(29Si/MAS), of integrated intensity (IQ2) in a peak (Q2) attributed to Si having a cross-linked oxygen number of 2 to integrated intensity (IQ4) in a peak (Q4) attributed to Si having the cross-linked oxygen number of 4 is 0.20 or less; and (4) in a particle size distribution in a range of a particle diameter of 50-500 nm, measured by using a disk centrifugal-type particle size distribution-measuring apparatus, a ratio Psa/Psm of peak intensity Psa in association particles to peak intensity Psm in main particles, non-associated hollow nano-silica particles, is 0.4 or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、中空ナノシリカ粒子、コアシェル粒子、及び、それらの製造方法に関する。 The present invention relates to hollow nanosilica particles, core-shell particles, and a method for producing them.

近年、無機酸化物微粒子に関する研究が行われている。無機酸化物はナノサイズになると、物質の性質が変化して、電気的、光学的、熱的性質等の特性も大きく変わる。そのため、新しい高機能性材料として応用の可能性がある。 In recent years, research on inorganic oxide fine particles has been conducted. When an inorganic oxide becomes nano-sized, the properties of the substance change, and the properties such as electrical, optical, and thermal properties also change significantly. Therefore, it may be applied as a new highly functional material.

無機酸化物微粒子の構造として、緻密型、多孔質型、中空型がある。中でも中空型の中空粒子は、密度が低い、比表面積が大きいなどの特徴があることから、新しい高機能性材料として注目されている。例えば、粒子径が100nm以下の中空ナノシリカは、反射防止フィルムに使用されている。 The structure of the inorganic oxide fine particles includes a dense type, a porous type, and a hollow type. Among them, hollow type hollow particles are attracting attention as a new highly functional material because they have features such as low density and large specific surface area. For example, hollow nanosilica with a particle size of 100 nm or less is used for an antireflection film.

中空の無機酸化物微粒子の製造方法として、ポリスチレン粒子をコアとして用いる中空シリカ粒子の製造方法、及び当該製造方法で製造された中空ポリスチレン粒子が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。 As a method for producing hollow inorganic oxide fine particles, a method for producing hollow silica particles using polystyrene particles as a core and hollow polystyrene particles produced by the production method have been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1). ..

中空ナノシリカを反射防止フィルムに使用する場合、会合粒子が多いと光の散乱が生じ、反射防止機能が低下するという問題がある。このため、反射防止フィルム等の反射防止機能が必要な製品には、会合粒子が少ない中空ナノシリカが好適に用いられる。しかしながら、非特許文献1に記載の中空シリカ粒子は、分散性について十分に検討されていない。 When hollow nanosilica is used for an antireflection film, there is a problem that if a large amount of associated particles is present, light is scattered and the antireflection function is deteriorated. Therefore, hollow nanosilica with a small amount of associated particles is preferably used for products that require an antireflection function such as an antireflection film. However, the dispersibility of the hollow silica particles described in Non-Patent Document 1 has not been sufficiently investigated.

従って、会合粒子の生成が抑制されており、光の散乱が抑制された中空ナノシリカ粒子の開発が求められており、また、当該中空ナノシリカ粒子を製造することができるコアシェル粒子、及びこれらの製造方法の開発が求められている。 Therefore, the development of hollow nanosilica particles in which the formation of associated particles is suppressed and the scattering of light is suppressed is required, and the core-shell particles capable of producing the hollow nanosilica particles and the method for producing these are required. Development is required.

Bull.Korean Chem.Soc.2011,Vol.32,No5 Fabrication of Uniform Hollow Silica Nanospheres using a Cationic Polystyrene CoreBull.Korean Chem.Soc.2011, Vol.32, No5 Fabrication of Uniform Hollow Silica Nanospheres using a Cationic Polystyrene Core

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、会合粒子の生成が抑制されており、光の散乱が抑制された中空ナノシリカ粒子、当該中空ナノシリカ粒子を製造することができるコアシェル粒子、及びこれらの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and hollow nanosilica particles in which the formation of associated particles is suppressed and light scattering is suppressed, core-shell particles capable of producing the hollow nanosilica particles, and these. It is an object of the present invention to provide the manufacturing method of.

本発明者は上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、平均粒子径、シェルの平均厚み、固体NMR(29Si/MAS)測定において架橋酸素数が2個であるSiに帰属されるピーク(Q2)の積分強度(IQ2)と架橋酸素数が4個であるSiに帰属されるピーク(Q4)の積分強度(IQ4)との比(IQ2/IQ4)、及び、会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子のピーク強度Psmと、会合粒子のピーク強度Psaとの比Psa/Psmが特定の範囲である中空ナノシリカ粒子によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to achieve the above object, the present inventor has a peak attributed to Si having two crosslinked oxygen numbers in the average particle size, the average shell thickness, and the solid NMR ( 29 Si / MAS) measurement. (Q2) integrated intensity (I Q2) and the ratio of the integrated intensity (I Q4) of the peak (Q4) of crosslinked number of oxygen are attributed to Si is a four (I Q2 / I Q4), and, associated We have found that the above object can be achieved by using hollow nanosilica particles in which the ratio Psa / Psm of the peak intensity Psm of the main particles, which are not hollow nanosilica particles, to the peak intensity Psa of the associated particles is in a specific range. Has been completed.

即ち、本発明は、下記の中空ナノシリカ粒子、コアシェル粒子、及び、それらの製造方法に関する。
1.中空ナノシリカ粒子であって、
(1)平均粒子径が50〜150nmであり、
(2)シェルの平均厚みが5〜25nmであり、
(3)固体NMR(29Si/MAS)測定において、架橋酸素数が2個であるSiに帰属されるピーク(Q2)の積分強度(IQ2)と、架橋酸素数が4個であるSiに帰属されるピーク(Q4)の積分強度(IQ4)との比(IQ2/IQ4)が、0.20以下であり、
(4)ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合粒子のピーク強度Psaと、会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子のピーク強度Psmとの比Psa/Psmが、0.4以下である、
ことを特徴とする中空ナノシリカ粒子。
2.ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子の分布曲線の半値幅が15nm以下である、項1に記載の中空ナノシリカ粒子。
3.有機ポリマー粒子をコアとし、該有機ポリマー粒子を被覆するシリカをシェルとするコアシェル粒子であって、
(1)平均粒子径が50〜150nmであり、
(2)前記シェルの平均厚みが5〜25nmであり、
(3)ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合粒子のピーク強度Pcaと、会合していないコアシェル粒子である主粒子のピーク強度Pcmとの比Pca/Pcmが、0.5以下である、
ことを特徴とするコアシェル粒子。
4.ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子の分布曲線の半値幅が20nm以下である、項3に記載のコアシェル粒子。
5.前記有機ポリマー粒子がポリスチレン粒子である、項3又は4に記載のコアシェル粒子。
6.中空ナノシリカ粒子の製造方法であって、
(1)有機モノマーと、分散剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記有機モノマーの重合反応を行い、有機ポリマー粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とメタノールとの混合比が質量比で45:55〜80:20であり、前記分散剤のZ平均分子量が180×10以上である工程1、及び、
(2)溶媒に、(i)前記有機ポリマー粒子と、(ii)アルコシキシシラン、又は、アルコキシシラン及び金属アルコキシドと、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、前記溶液中で、前記有機ポリマー粒子をコアとし、前記有機ポリマー粒子を被覆するシェルを有するコアシェル粒子を形成する工程2、及び、
(3)前記コアシェル粒子を有機酸の存在下で熱分解することにより、前記コアシェル粒子のコアである前記有機ポリマー粒子を除去する工程3を含む、
ことを特徴とする中空ナノシリカ粒子の製造方法。
7.前記分散剤は、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、及び、ポリビニルアルコールからなる群より選択される少なくとも1種である、項6に記載の中空ナノシリカ粒子の製造方法。
8.前記工程2において、前記アルコキシシランは、テトラアルコキシシランを含み、前記溶液中の前記アルコキシシランの濃度が3〜7質量%である、項6又は7に記載のコアシェル粒子の製造方法。
9.前記有機酸は、クエン酸である、項6〜8のいずれかに記載の中空ナノシリカ粒子の製造方法。
10.前記工程3の後に、前記中空ナノシリカ粒子の表面に、更に、シェルを被覆する工程4を有する、項6〜9のいずれかに記載の中空ナノシリカ粒子の製造方法。
11.コアシェル粒子の製造方法であって、
(1)有機モノマーと、分散剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記有機モノマーの重合反応を行い、有機ポリマー粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とメタノールとの混合比が質量比で45:55〜80:20であり、前記分散剤のZ平均分子量が180×10以上である工程1、及び、
(2)溶媒に、(i)前記有機ポリマー粒子と、(ii)アルコシキシシラン、又は、アルコキシシラン及び金属アルコキシドと、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、前記溶液中で、前記有機ポリマー粒子をコアとし、前記有機ポリマー粒子を被覆するシェルを有するコアシェル粒子を形成する工程2を含む、
ことを特徴とする製造方法。
12.前記分散剤は、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、及び、ポリビニルアルコールからなる群より選択される少なくとも1種である、項11に記載のコアシェル粒子の製造方法。
That is, the present invention relates to the following hollow nanosilica particles, core-shell particles, and a method for producing them.
1. 1. Hollow nanosilica particles
(1) The average particle size is 50 to 150 nm.
(2) The average thickness of the shell is 5 to 25 nm.
(3) In the solid-state NMR ( 29 Si / MAS) measurement, the integrated intensity (I Q2 ) of the peak (Q2) attributed to Si having two crosslinked oxygen numbers and Si having four crosslinked oxygen numbers. the ratio of the integrated intensity of the assigned the peaks (Q4) (I Q4) ( I Q2 / I Q4) is, is 0.20 or less,
(4) The peak intensity Psa of the associated particles and the peak of the main particles which are hollow nanosilica particles that are not associated in the particle size distribution in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device. The ratio Psa / Psm to the strength Psm is 0.4 or less.
Hollow nanosilica particles characterized by that.
2. The half-value width of the distribution curve of the main particles, which are non-associative hollow nanosilica particles, in the particle size distribution in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device is 15 nm or less. The hollow nanosilica particles according to 1.
3. 3. Core-shell particles having organic polymer particles as a core and silica as a shell for coating the organic polymer particles.
(1) The average particle size is 50 to 150 nm.
(2) The average thickness of the shell is 5 to 25 nm.
(3) Peak intensity Pca of associated particles and peak intensity of main particles which are not associated core-shell particles in a particle size distribution in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device. The ratio Pca / Pcm to Pcm is 0.5 or less.
The core shell particles are characterized by that.
4. The half-value width of the distribution curve of the main particles, which are non-associative hollow nanosilica particles, in the particle size distribution in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device is 20 nm or less. 3. The core-shell particles according to 3.
5. Item 3. The core-shell particles according to Item 3 or 4, wherein the organic polymer particles are polystyrene particles.
6. A method for producing hollow nanosilica particles.
(1) A step of preparing organic polymer particles by carrying out a polymerization reaction of the organic monomer in a solution containing an organic monomer, a dispersant, and a mixed solvent, wherein the mixed solvent is water and methanol. mixing ratio in weight ratio 45: 55 to 80: a 20, step 1 Z-average molecular weight of the dispersant is 180 × 10 4 or more and,
(2) A solution is prepared by adding (i) the organic polymer particles, (ii) alcoholicsilane, or alkoxysilane and metal alkoxide, and (iii) a basic catalyst to a solvent and stirring them. In the solution, the step 2 of forming the core-shell particles having the organic polymer particles as the core and having a shell covering the organic polymer particles, and
(3) A step 3 of removing the organic polymer particles which are the cores of the core-shell particles by thermally decomposing the core-shell particles in the presence of an organic acid is included.
A method for producing hollow nanosilica particles.
7. Item 6. The method for producing hollow nanosilica particles according to Item 6, wherein the dispersant is at least one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, hydroxypropyl cellulose, and polyvinyl alcohol.
8. Item 6. The method for producing core-shell particles according to Item 6 or 7, wherein in the step 2, the alkoxysilane contains tetraalkoxysilane, and the concentration of the alkoxysilane in the solution is 3 to 7% by mass.
9. Item 8. The method for producing hollow nanosilica particles according to any one of Items 6 to 8, wherein the organic acid is citric acid.
10. Item 2. The method for producing hollow nanosilica particles according to any one of Items 6 to 9, further comprising a step 4 of coating a shell on the surface of the hollow nanosilica particles after the step 3.
11. A method for producing core-shell particles.
(1) A step of preparing organic polymer particles by carrying out a polymerization reaction of the organic monomer in a solution containing an organic monomer, a dispersant, and a mixed solvent, wherein the mixed solvent is water and methanol. mixing ratio in weight ratio 45: 55 to 80: a 20, step 1 Z-average molecular weight of the dispersant is 180 × 10 4 or more and,
(2) A solution is prepared by adding (i) the organic polymer particles, (ii) alcoholicsilane, or alkoxysilane and metal alkoxide, and (iii) a basic catalyst to a solvent and stirring the mixture. 2. The step 2 of forming core-shell particles having the organic polymer particles as a core and having a shell covering the organic polymer particles in the solution.
A manufacturing method characterized by that.
12. Item 2. The method for producing core-shell particles according to Item 11, wherein the dispersant is at least one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, hydroxypropyl cellulose, and polyvinyl alcohol.

本発明の中空ナノシリカ粒子は、会合粒子の生成が抑制されており、光の反射が抑制されているので、光の反射防止特性を要求される様々な物品に好適に用いることができる。また、本発明のコアシェル粒子も会合粒子の生成が抑制されているので、上記本発明の中空ナノシリカ粒子を容易に製造することができる。また、本発明の中空ナノシリカ粒子の製造方法は、会合粒子の生成が抑制されており、光の反射が抑制された中空ナノシリカ粒子を容易に製造することができる。更に、本発明のコアシェル粒子の製造方法は、製造されるコアシェル粒子の会合が抑制されており、上記本発明の中空ナノシリカ粒子の製造に好適に用いることができるコアシェル粒子を容易に製造することができる。 Since the hollow nanosilica particles of the present invention suppress the formation of associated particles and suppress the reflection of light, they can be suitably used for various articles that require antireflection characteristics of light. Further, since the core-shell particles of the present invention also suppress the formation of associated particles, the hollow nanosilica particles of the present invention can be easily produced. Further, in the method for producing hollow nanosilica particles of the present invention, the formation of associated particles is suppressed, and hollow nanosilica particles in which light reflection is suppressed can be easily produced. Further, in the method for producing core-shell particles of the present invention, association of the produced core-shell particles is suppressed, and core-shell particles that can be suitably used for producing the hollow nanosilica particles of the present invention can be easily produced. it can.

実施例5の中空ナノシリカ粒子の、ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定された粒度分布を示す図である。It is a figure which shows the particle size distribution of the hollow nanosilica particle of Example 5 measured by using the disk centrifugal type particle size distribution measuring apparatus. 実施例1のコアシェル粒子の、ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定された粒度分布を示す図である。It is a figure which shows the particle size distribution of the core-shell particle of Example 1 measured by using the disk centrifugal type particle size distribution measuring apparatus. 比較例3のコアシェル粒子の倍率100,000倍のSEM像を示す図である。It is a figure which shows the SEM image of the core-shell particle of Comparative Example 3 with a magnification of 100,000 times. 比較例4のコアシェル粒子の倍率100,000倍のSEM像を示す図である。It is a figure which shows the SEM image of the core-shell particle of Comparative Example 4 with a magnification of 100,000 times.

以下、本発明の中空ナノシリカ粒子、コアシェル粒子、中空ナノシリカ粒子の製造方法、及び、コアシェル粒子の製造方法について詳細に説明する。 Hereinafter, a method for producing hollow nanosilica particles, core-shell particles, hollow nanosilica particles, and a method for producing core-shell particles of the present invention will be described in detail.

本発明の中空ナノシリカ粒子は、
(1)平均粒子径が50〜150nmであり、
(2)シェルの平均厚みが5〜25nmであり、
(3)固体NMR(29Si/MAS)測定において、架橋酸素数が2個であるSiに帰属されるピーク(Q2)の積分強度(IQ2)と、架橋酸素数が4個であるSiに帰属されるピーク(Q4)の積分強度(IQ4)との比(IQ2/IQ4)が、0.20以下であり、
(4)ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合粒子のピーク強度Psaと、会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子のピーク強度Psmとの比Psa/Psmが、0.4以下である。本発明の中空ナノシリカ粒子は、上記(1)、(2)及び(4)の要件を備えており、平均粒子径、シェルの平均厚み、及び、会合粒子のピーク強度Psaと、会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子のピーク強度Psmとの比Psa/Psmが特定の範囲であるので、中空ナノシリカ粒子の凝集が抑制されて、会合粒子の生成が抑制されており、光の散乱が抑制される。また、上記(3)の要件を備えているので、緻密なシェル構造となり、低屈折率となる。すなわち、本発明の中空ナノシリカ粒子は、上記(1)〜(4)の要件を備えることにより、これらの要件があいまって、光の散乱を抑制することができ、光の反射防止特性を要求される様々な物品に好適に用いることができる。
The hollow nanosilica particles of the present invention
(1) The average particle size is 50 to 150 nm.
(2) The average thickness of the shell is 5 to 25 nm.
(3) In the solid-state NMR ( 29 Si / MAS) measurement, the integrated intensity (I Q2 ) of the peak (Q2) assigned to Si having two crosslinked oxygen numbers and Si having four crosslinked oxygen numbers the ratio of the integrated intensity of the assigned the peaks (Q4) (I Q4) ( I Q2 / I Q4) is, is 0.20 or less,
(4) Peak intensity Psa of associated particles and peak of main particles which are hollow nanosilica particles that are not associated in a particle size distribution in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device. The ratio Psa / Psm with the strength Psm is 0.4 or less. The hollow nanosilica particles of the present invention meet the requirements (1), (2) and (4) above, and are not associated with the average particle size, the average thickness of the shell, and the peak intensity Psa of the associated particles. Since the ratio Psa / Psm of the main particles, which are hollow nanosilica particles, to the peak intensity Psm is in a specific range, the aggregation of the hollow nanosilica particles is suppressed, the formation of associated particles is suppressed, and the scattering of light is suppressed. Will be done. Further, since the above requirement (3) is satisfied, the shell structure is dense and the refractive index is low. That is, by satisfying the above requirements (1) to (4), the hollow nanosilica particles of the present invention can suppress light scattering due to these requirements, and are required to have light antireflection characteristics. It can be suitably used for various articles.

また、本発明のコアシェル粒子は、
(1)平均粒子径が50〜150nmであり、
(2)前記シェルの平均厚みが5〜25nmであり、
(3)ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合粒子のピーク強度Pcaと、会合していないコアシェル粒子である主粒子のピーク強度Pcmとの比Pca/Pcmが、0.5以下であるので、コアシェル粒子の凝集が抑制されて、会合粒子の生成が抑制されており、本発明のコアシェル粒子を用いることにより、上記本発明の中空ナノシリカ粒子を容易に製造することができる。
Further, the core-shell particles of the present invention are
(1) The average particle size is 50 to 150 nm.
(2) The average thickness of the shell is 5 to 25 nm.
(3) Peak intensity Pca of associated particles and peak intensity of main particles which are not associated core-shell particles in a particle size distribution in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device. Since the ratio Pca / Pcm to Pcm is 0.5 or less, aggregation of core-shell particles is suppressed and formation of associated particles is suppressed. By using the core-shell particles of the present invention, the above-mentioned present invention Hollow nanosilica particles can be easily produced.

また、本発明のコアシェル粒子の製造方法によれば、工程1により特定の混合溶媒及び分散剤を用いて有機ポリマー粒子を調製することにより、工程2により形成されるコアシェル粒子の凝集が抑制され、会合粒子の生成が抑制される。このため、当該コアシェル粒子のコアである有機ポリマー粒子を有機酸の存在下で熱分解して除去する工程3を有する本発明の中空ナノシリカ粒子の製造方法により、得られる中空ナノシリカ粒子の凝集が抑制され、会合粒子の生成が抑制されるため、製造される中空ナノシリカ粒子は、光の散乱を抑制することができ、光の反射防止特性を要求される様々な物品に好適に用いることができる中空ナノシリカ粒子を容易に製造することができる。 Further, according to the method for producing core-shell particles of the present invention, by preparing organic polymer particles using a specific mixed solvent and dispersant in step 1, aggregation of core-shell particles formed in step 2 is suppressed. The formation of associated particles is suppressed. Therefore, aggregation of the obtained hollow nanosilica particles is suppressed by the method for producing hollow nanosilica particles of the present invention, which comprises the step 3 of thermally decomposing and removing the organic polymer particles which are the cores of the core-shell particles in the presence of an organic acid. Since the formation of associated particles is suppressed, the produced hollow nanosilica particles can suppress light scattering and can be suitably used for various articles that require light antireflection characteristics. Nanosilica particles can be easily produced.

1.中空ナノシリカ粒子
本発明の中空ナノシリカ粒子は、(1)平均粒子径が50〜150nmであり、(2)シェルの平均厚みが5〜25nmであり、(3)固体NMR(29Si/MAS)測定において、架橋酸素数が2個であるSiに帰属されるピーク(Q2)の積分強度(IQ2)と、架橋酸素数が4個であるSiに帰属されるピーク(Q4)の積分強度(IQ4)との比(IQ2/IQ4)が、0.20以下であり、(4)ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合粒子のピーク強度Psaと、会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子のピーク強度Psmとの比Psa/Psmが、0.4以下である。
1. 1. Hollow nanosilica particles The hollow nanosilica particles of the present invention have (1) an average particle diameter of 50 to 150 nm, (2) an average shell thickness of 5 to 25 nm, and (3) solid-state NMR ( 29 Si / MAS) measurement. In, the integrated intensity (I Q2 ) of the peak (Q2) attributed to Si having two cross-linked oxygen numbers and the integrated intensity (I) of the peak (Q4) attributed to Si having four cross-linked oxygen numbers. Q4) and the ratio of (I Q2 / I Q4) is, is 0.20 or less, in the particle size distribution in the range of particle diameter 50~500nm measured using the (4) disk centrifugal type particle size distribution measuring apparatus, The ratio Psa / Psm of the peak intensity Psa of the associated particles to the peak intensity Psm of the main particles which are not associated hollow nanosilica particles is 0.4 or less.

中空ナノシリカ粒子を形成するシリカ系化合物としてはシリカを含有していれば特に限定されず、シリカのみで形成されていてもよい。 The silica-based compound that forms the hollow nanosilica particles is not particularly limited as long as it contains silica, and may be formed only of silica.

上記シリカ系化合物がシリカ以外の化合物を含有する場合は、中空ナノシリカ粒子はシリカ及び金属酸化物を含んでいることが好ましい。金属酸化物としては、金属アルコキシドを形成することができる金属の酸化物が挙げられ、具体的には、アルミニウム、チタン、ジルコニウム等の酸化物が挙げられる。アルミニウムの酸化物を用いると、シェルの表面電荷(ゼータ電位等)を調整することができる。また、チタン、ジルコニウムの酸化物を用いると、シェルの屈折率を調整することができる。 When the silica-based compound contains a compound other than silica, the hollow nanosilica particles preferably contain silica and a metal oxide. Examples of the metal oxide include oxides of metals capable of forming metal alkoxides, and specific examples thereof include oxides of aluminum, titanium, zirconium and the like. The oxide of aluminum can be used to adjust the surface charge (zeta potential, etc.) of the shell. Further, the refractive index of the shell can be adjusted by using oxides of titanium and zirconium.

本発明の中空ナノシリカ粒子の平均粒子径は、50〜150nmである。中空ナノシリカ粒子の平均粒子径が上記範囲より大きいと、光学特性が悪化する場合がある。上記範囲より小さいと、会合粒子の生成が抑制できない場合がある。中空ナノシリカ粒子の平均粒子径は、50〜120nmが好ましく、50〜110nmがより好ましく、50〜100nmが更に好ましい。 The average particle size of the hollow nanosilica particles of the present invention is 50 to 150 nm. If the average particle size of the hollow nanosilica particles is larger than the above range, the optical characteristics may deteriorate. If it is smaller than the above range, the formation of associated particles may not be suppressed. The average particle size of the hollow nanosilica particles is preferably 50 to 120 nm, more preferably 50 to 110 nm, and even more preferably 50 to 100 nm.

本明細書において、上記中空ナノシリカ粒子の平均粒子径は、TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子株式会社製)を用いて加速電圧200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子短径を測長して平均値を算出した値である。 In the present specification, the average particle size of the hollow nanosilica particles is arbitrarily determined by taking a photograph of the particles using a TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by JEOL Ltd.) under the condition of an acceleration voltage of 200 kV. It is a value obtained by measuring the minor axis of 100 selected particles and calculating an average value.

中空ナノシリカ粒子を形成するシェル(膜)の平均厚みは、5〜25nmである。シェルの平均厚みが上記範囲より大きいと、会合粒子の生成が抑制できない場合がある。シェルの平均厚みが上記範囲より小さいと、シェル破損する場合がある。シェルの平均厚みは6〜22nmが好ましく、7〜18nmがより好ましい。 The average thickness of the shell (film) forming the hollow nanosilica particles is 5 to 25 nm. If the average thickness of the shell is larger than the above range, the formation of associated particles may not be suppressed. If the average thickness of the shell is smaller than the above range, the shell may be damaged. The average thickness of the shell is preferably 6 to 22 nm, more preferably 7 to 18 nm.

本明細書において、上記シェルの厚みは、TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子株式会社製)により200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子のシェル厚みを測長した平均値である。 In the present specification, the thickness of the shell is a shell of 100 particles arbitrarily selected by taking a photograph of particles under the condition of 200 kV by TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by JEOL Ltd.). It is an average value obtained by measuring the thickness.

本発明の中空ナノシリカ粒子は、実質的に会合していないことが好ましい。中空ナノシリカ粒子が会合していない状態であると、光の反射がより一層抑制され、光の反射防止特性を要求される様々な物品により一層好適に用いることができる。なお、本明細書において、シリカ系中空粒子が会合している状態とは、複数の中空ナノシリカ粒子の中空部同士が接合して、一つの中空部を形成している状態を示しており、中空ナノシリカ粒子が実質的に会合していないとは、中空ナノシリカ粒子の中空部が接合していない状態をいう。また、本発明の中空ナノシリカ粒子が会合していないことは、上記TEMを用いて撮影された中空ナノシリカ粒子の写真を観察することにより確認することができる。 It is preferable that the hollow nanosilica particles of the present invention are not substantially associated. When the hollow nanosilica particles are not associated, the reflection of light is further suppressed, and it can be more preferably used for various articles that require antireflection characteristics of light. In the present specification, the state in which the silica-based hollow particles are associated indicates a state in which the hollow portions of the plurality of hollow nanosilica particles are joined to form one hollow portion. The fact that the nanosilica particles are not substantially associated means a state in which the hollow portions of the hollow nanosilica particles are not bonded. Further, the fact that the hollow nanosilica particles of the present invention are not associated can be confirmed by observing a photograph of the hollow nanosilica particles taken by using the above TEM.

本発明の中空ナノシリカ粒子は、固体NMR(29Si/MAS)測定において、架橋酸素数が2個であるSiに帰属されるピーク(Q2)の積分強度(IQ2)と、架橋酸素数が4個であるSiに帰属されるピーク(Q4)の積分強度(IQ4)との比(IQ2/IQ4)が、0.20以下である。本発明の中空ナノシリカ粒子は、コア除去を焼成で行う際に、シラノール基の縮合が進み、IQ4が高くなり、緻密なシェル構造となる。IQ2/IQ4が上記範囲を超えると、低屈折率とならず、またシェルが破損し易くなる。IQ2/IQ4は、0.18以下が好ましく、0.16以下がより好ましい。 In the solid-state NMR ( 29 Si / MAS) measurement, the hollow nanosilica particles of the present invention have an integral intensity (I Q2 ) of a peak (Q2) attributed to Si having two cross-linked oxygen numbers and a cross-linked oxygen number of 4. The ratio (I Q2 / I Q4 ) of the peak (Q4) attributed to the Si to the integrated intensity (I Q4 ) is 0.20 or less. The hollow nanosilica particles of the present invention have a dense shell structure in which the silanol groups are condensed and IQ4 is increased when the core is removed by firing. If IQ2 / IQ4 exceeds the above range, the refractive index will not be low and the shell will be easily damaged. IQ2 / IQ4 is preferably 0.18 or less, more preferably 0.16 or less.

本明細書において、中空ナノシリカ粒子のIQ2/IQ4は、以下の測定方法により測定される29Si−固体NMRスペクトルから算出される値である。 In this specification, I Q2 / I Q4 hollow nanosilica particles is a value calculated from the 29 Si- solid state NMR spectrum is measured by the following measuring methods.

29Si−固体NMRスペクトル測定)
29Si−固体NMRスペクトルは、常温で真空乾燥した中空ナノシリカ粉末について、JNM−ECA400(日本電子株式会社製)を用い、以下の条件により測定される。
・共鳴周波数:78.65Hz
・測定モード:CP/MAS法
・測定核:29Si
・試料回転数:6kHz
・測定温度:室温
・積算回数:16384回
( 29 Si-Solid State NMR Spectrum Measurement)
The 29 Si-solid-state NMR spectrum is measured by using JNM-ECA400 (manufactured by JEOL Ltd.) for a hollow nanosilica powder vacuum-dried at room temperature under the following conditions.
-Resonance frequency: 78.65 Hz
・ Measurement mode: CP / MAS method ・ Measurement nucleus: 29Si
-Sample rotation speed: 6 kHz
・ Measurement temperature: Room temperature ・ Number of integrations: 16384 times

上記測定方法により測定されるスペクトルから、(IQ2/IQ4)を算出する。なお、固体NMR(29Si/MAS)測定により得られる29Si−固体NMRスペクトルにおいて、ピーク(Q2)は−90〜−93ppmの間に存在し、ピーク(Q4)は−110〜−112ppmの間に存在する。 (I Q2 / I Q4 ) is calculated from the spectrum measured by the above measurement method. In the 29 Si-solid-state NMR spectrum obtained by solid-state NMR ( 29 Si / MAS) measurement, the peak (Q2) exists between -90 and -93 ppm, and the peak (Q4) is between 110-112 ppm. Exists in.

本発明の中空ナノシリカ粒子の、イソオクタンを溶媒とした液浸法で測定した真密度は、0.8〜1.5g/mlが好ましく、0.9〜1.4g/mlがより好ましく、1.0〜1.3g/mlが更に好ましい。上記真密度の上限が上記範囲であることにより、反射防止膜に使用した際の反射率がより一層高くなる。上記真密度の下限が上記範囲であることにより、シェルの破損がより一層抑制される。 The true density of the hollow nanosilica particles of the present invention measured by the immersion method using isooctane as a solvent is preferably 0.8 to 1.5 g / ml, more preferably 0.9 to 1.4 g / ml. 0 to 1.3 g / ml is more preferable. When the upper limit of the true density is in the above range, the reflectance when used for the antireflection film is further increased. When the lower limit of the true density is in the above range, damage to the shell is further suppressed.

本明細書において、上記イソオクタンを溶媒とした液浸法で測定した真密度は、以下の測定方法により測定される。 In the present specification, the true density measured by the immersion method using the above isooctane as a solvent is measured by the following measuring method.

(液浸法による真密度)
5mL比重瓶にイソオクタンを注入し、約25℃の恒温水槽に30分静置する。静置後、比重瓶内の温度を測定し、下記式に基づいて、イソオクタンの密度を算出する。
(イソオクタン密度)=[−0.0011×(測定温度(℃))]+0.7142
(True density by immersion method)
Inject isooctane into a 5 mL specific gravity bottle and let stand in a constant temperature water bath at about 25 ° C. for 30 minutes. After standing, the temperature inside the specific gravity bottle is measured, and the isooctane density is calculated based on the following formula.
(Isooctane density) = [-0.0011 x (measurement temperature (° C))] +0.7142

次いで、比重瓶を恒温水槽から取り出し、液滴を拭き取り、イソオクタン充填比重瓶を精秤する。下記式に基づいて、比重瓶の体積を算出する。
(比重瓶体積(ml))=[(イソオクタン充填比重瓶重量(g))−(比重瓶重量(g))]÷(イソオクタン密度(g/ml))
Then, the specific gravity bottle is taken out from the constant temperature water tank, the droplets are wiped off, and the isooctane-filled specific gravity bottle is precisely weighed. The volume of the specific gravity bottle is calculated based on the following formula.
(Volume of specific gravity bottle (ml)) = [(Weight of specific gravity bottle filled with isooctane (g))-(Weight of specific gravity bottle (g))] ÷ (Isooctane density (g / ml))

次いで、中空ナノシリカ粒子分散液10gをシャーレで量り取り、ホットプレート上で140℃の温度で乾燥することにより、中空ナノシリカ粉末を得る。得られた粉末を120℃の温度で2時間減圧乾燥する。5mL比重瓶に乾燥粉末を加え、イソオクタンを注入する。室温で30分静置し、静置後、真空ポンプを用いて1時間脱気する。脱気した表面処理中空ナノシリカ粒子充填比重瓶を、約25℃の恒温水槽に30分静置する。静置後、比重瓶内の温度を測定し、下記式に基づいて、イソオクタンの密度を算出する。
(イソオクタン比重)=[−0.0011×(測定温度(℃))]+0.7142
Next, 10 g of the hollow nanosilica particle dispersion is weighed with a petri dish and dried on a hot plate at a temperature of 140 ° C. to obtain a hollow nanosilica powder. The obtained powder is dried under reduced pressure at a temperature of 120 ° C. for 2 hours. Add dry powder to a 5 mL specific gravity bottle and inject isooctane. Let stand at room temperature for 30 minutes, and after leaving, degas for 1 hour using a vacuum pump. The degassed surface-treated hollow nanosilica particle-filled specific gravity bottle is allowed to stand in a constant temperature water tank at about 25 ° C. for 30 minutes. After standing, the temperature inside the specific gravity bottle is measured, and the isooctane density is calculated based on the following formula.
(Isooctane specific gravity) = [-0.0011 x (measurement temperature (° C))] +0.7142

次いで、比重瓶を恒温水槽から取り出し、液滴を拭き取り、表面処理中空ナノシリカ充填比重瓶を精秤する。上記比重瓶体積を用いて、下記式に基づき、中空ナノシリカの液浸法による真密度を算出する。
(真密度(g/ml))=(乾燥粉末重量(g))÷{(比重瓶体積(ml))−[(イソオクタン重量(g))÷(イソオクタン密度(g/ml))]}
Next, the specific gravity bottle is taken out from the constant temperature water tank, the droplets are wiped off, and the surface-treated hollow nanosilica-filled specific gravity bottle is precisely weighed. Using the specific gravity bottle volume, the true density of hollow nanosilica by the immersion method is calculated based on the following formula.
(True density (g / ml)) = (Dry powder weight (g)) ÷ {(Specific gravity bottle volume (ml))-[(Isooctane weight (g)) ÷ (Isooctane density (g / ml))]}

本発明の中空ナノシリカ粒子の、ガスピクノメーターを用いて測定した真密度は、1.9〜2.2g/mlが好ましく、1.92〜2.18g/mlがより好ましく、1.95〜2.15g/mlが更に好ましい。上記真密度が上記範囲であることにより、会合粒子の生成がより一層抑制され、光の反射がより一層抑制される。 The true density of the hollow nanosilica particles of the present invention measured using a gas pycnometer is preferably 1.9 to 2.2 g / ml, more preferably 1.92 to 2.18 g / ml, and 1.95 to 2. .15 g / ml is more preferred. When the true density is in the above range, the formation of associated particles is further suppressed, and the reflection of light is further suppressed.

本明細書において、上記イソオクタンを溶媒とした液浸法で測定した真密度は、以下の測定方法により測定される。 In the present specification, the true density measured by the immersion method using the above isooctane as a solvent is measured by the following measuring method.

(ガスピクノメーターによる真密度)
中空ナノシリカ粒子分散液10gをシャーレで量り取り、ホットプレート上で140℃の温度で乾燥することにより、表面処理中空ナノシリカ粉末を得る。得られた粉末を120℃の温度で1時間減圧乾燥する。ヘリウムガスピクノメーター(カンタクローム・インスツルメンツ・ジャパン合同会社製、Micro−ULTRAPYC1200e)を用いて、乾燥した中空ナノシリカ粒子粉末の真密度を測定する。
(True density by gas pycnometer)
10 g of the hollow nanosilica particle dispersion is weighed with a petri dish and dried on a hot plate at a temperature of 140 ° C. to obtain a surface-treated hollow nanosilica powder. The obtained powder is dried under reduced pressure at a temperature of 120 ° C. for 1 hour. The true density of the dried hollow nanosilica particle powder is measured using a helium gas pycnometer (Micro-ULTRAPYC1200e manufactured by Kantachrome Instruments Japan GK).

本発明の中空ナノシリカ粒子は、ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合粒子のピーク強度Psaと、会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子のピーク強度Psmとの比Psa/Psmが、0.4以下である。Psa/Psmが0.4を超えると、光の散乱が抑制されない。Psa/Psmは、0.35以下が好ましく、0.3以下がより好ましく、0.25以下が更に好ましく、0.2以下が特に好ましい。また、Psa/Psmの下限は0であってもよいし、0.01であってもよいし、0.02であってもよい。 The hollow nanosilica particles of the present invention are hollow nanosilica particles that are not associated with the peak intensity Psa of the associated particles in the particle size distribution in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device. The ratio Psa / Psm of a certain main particle to the peak intensity Psm is 0.4 or less. If Psa / Psm exceeds 0.4, light scattering is not suppressed. Psa / Psm is preferably 0.35 or less, more preferably 0.3 or less, further preferably 0.25 or less, and particularly preferably 0.2 or less. Further, the lower limit of Psa / Psm may be 0, 0.01, or 0.02.

本明細書において、上記Psa/Psmは、以下の測定方法により測定される。 In the present specification, the Psa / Psm is measured by the following measuring method.

(Psa/Psm)
(i)工程5で得られた中空ナノシリカ粒子と有機溶媒とを、中空ナノシリカ粒子の含有量が0.2質量%となる割合で混合し、測定用試料を調製する。
(ii)ディスク遠心式粒子径分布測定装置(DC24000UHR CPS社製)を用いて、測定用試料の粒子径50〜500nmにおける粒度分布を測定する。
(iii)会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子のピーク強度Psmと、会合している中空ナノシリカ粒子である会合粒子のピーク強度Psaとを測定し、主粒子のピーク強度Psmと会合粒子のピーク強度Psaとの比Psa/Psmを算出する。
(Psa / Psm)
(I) The hollow nanosilica particles obtained in step 5 and the organic solvent are mixed at a ratio of 0.2% by mass of the hollow nanosilica particles to prepare a sample for measurement.
(Ii) Using a disk centrifugal particle size distribution measuring device (manufactured by DC24000UHR CPS), the particle size distribution of the measurement sample at a particle size of 50 to 500 nm is measured.
(Iii) The peak intensity Psm of the main particles, which are hollow nanosilica particles that are not associated, and the peak intensity Psa of the associated particles, which are the hollow nanosilica particles that are associated, are measured, and the peak intensity Psm of the main particles and the associated particles The ratio Psa / Psm with the peak intensity Psa is calculated.

なお、上記Psa/Psmの測定方法において、(i)では、中空ナノシリカ粒子は、水その他の溶媒に分散した分散液であってもよく、有機溶媒と混合して調整した測定用試料において中空ナノシリカ粒子の含有量が0.2質量%となればよい。また、主粒子とは会合していない粒子であり、上記ディスク遠心式粒子径分布測定装置(DC24000UHR CPS社製)を用いて測定された、粒子径50〜500nmにおける粒度分布のうち最も粒子径の小さいピークが主粒子のピークである。また、粒子径50〜500nmにおける粒度分布のうち、上記主粒子のピーク以外のピークが会合粒子のピークである。 In the above method for measuring Psa / Psm, in (i), the hollow nanosilica particles may be a dispersion liquid dispersed in water or other solvent, and the hollow nanosilica is prepared by mixing with an organic solvent in the measurement sample. The content of the particles may be 0.2% by mass. Further, the particles are not associated with the main particles, and have the largest particle size among the particle size distributions in the particle size of 50 to 500 nm measured by the above-mentioned disk centrifugal type particle size distribution measuring device (manufactured by DC24000UHR CPS). The small peak is the peak of the main particle. Further, among the particle size distributions having a particle diameter of 50 to 500 nm, peaks other than the peaks of the main particles are peaks of associated particles.

図1に、実施例6の中空ナノシリカ粒子の、ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定された粒度分布を示す。図1において、粒子径が90〜100nmの範囲内にあるピークが主粒子のピークであり、粒子径が100nmを超える範囲内にあるピークが会合粒子のピークである。 FIG. 1 shows the particle size distribution of the hollow nanosilica particles of Example 6 measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device. In FIG. 1, a peak having a particle diameter in the range of 90 to 100 nm is a peak of a main particle, and a peak having a particle diameter in a range of more than 100 nm is a peak of an associated particle.

本発明の中空ナノシリカ粒子の、ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子の分布曲線の半値幅は、15nm以下が好ましく、13nm以下がより好ましく、12nm以下が更に好ましい。上記主粒子の分布曲線の半値幅の上限が上記範囲であることにより、粒度分布がより一層狭くなり、球形度がより一層高くなる。また、上記主粒子の分布曲線の半値幅の下限は特に限定されず、3nm程度である。 Half of the distribution curve of the main particles, which are non-associative hollow nanosilica particles, in the particle size distribution of the hollow nanosilica particles of the present invention in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device. The price range is preferably 15 nm or less, more preferably 13 nm or less, and even more preferably 12 nm or less. When the upper limit of the half width of the distribution curve of the main particles is within the above range, the particle size distribution is further narrowed and the sphericality is further increased. Further, the lower limit of the half width of the distribution curve of the main particles is not particularly limited, and is about 3 nm.

本明細書において、上記中空ナノシリカ粒子の主粒子の分布曲線の半値幅は、以下の測定方法により測定される。 In the present specification, the half width of the distribution curve of the main particles of the hollow nanosilica particles is measured by the following measuring method.

(中空ナノシリカ粒子の主粒子の分布曲線の半値幅の測定方法)
(i)工程5で得られた中空ナノシリカ粒子と有機溶媒とを、中空ナノシリカ粒子の含有量が0.2質量%となる割合で混合し、測定用試料を調製する。
(ii)ディスク遠心式粒子径分布測定装置(DC24000UHR CPS社製)を用いて、測定用試料の粒子径50〜500nmにおける粒度分布を測定する。
(iii)会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子のピークの1/2強度の2点間の間隔から半値幅を算出する。
(Measurement method of half width of distribution curve of main particles of hollow nanosilica particles)
(I) The hollow nanosilica particles obtained in step 5 and the organic solvent are mixed at a ratio of 0.2% by mass of the hollow nanosilica particles to prepare a sample for measurement.
(Ii) Using a disk centrifugal particle size distribution measuring device (manufactured by DC24000UHR CPS), the particle size distribution of the measurement sample at a particle size of 50 to 500 nm is measured.
(Iii) The full width at half maximum is calculated from the interval between two points of 1/2 intensity of the peak of the main particle which is a hollow nanosilica particle which is not associated.

本発明の中空ナノシリカ粒子は、アスペクト比が1.5以下の中空ナノシリカ粒子が、中空ナノシリカ粒子全体の個数を100%として95%以上が好ましく、97%以上がより好ましく、99%以上が更に好ましい。アスペクト比が1.5以下の粒子の割合が上記範囲であると、中空ナノシリカ粒子の凝集がより一層抑制される。 In the hollow nanosilica particles of the present invention, the hollow nanosilica particles having an aspect ratio of 1.5 or less are preferably 95% or more, more preferably 97% or more, still more preferably 99% or more, assuming that the total number of hollow nanosilica particles is 100%. .. When the proportion of particles having an aspect ratio of 1.5 or less is in the above range, aggregation of hollow nanosilica particles is further suppressed.

本明細書において、上記中空ナノシリカ粒子のうちアスペクト比が1.5以下の粒子の粒子全体に占める割合、及び、後述するコアシェル粒子のうちアスペクト比が1.5以下の粒子の粒子全体に占める割合は、以下の方法により測定される。すなわち、TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子株式会社製)を用いて、倍率20万倍、加速電圧200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個のそれぞれの粒子の粒子長径及び粒子短径を測長して、下記式に基づいてそれぞれの粒子のアスペクト比を求める。次いで、粒子100個中アスペクト比が1.5以下の粒子の数を数え、当該数を、アスペクト比が1.5以下の粒子の粒子全体に占める割合(%)とする。
(アスペクト比)=(粒子長径)÷(粒子短径)
In the present specification, the ratio of the hollow nanosilica particles having an aspect ratio of 1.5 or less to the total particles, and the ratio of the core-shell particles to be described later to the total particles having an aspect ratio of 1.5 or less. Is measured by the following method. That is, using a TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by JEOL Ltd.), photographs of particles were taken under the conditions of a magnification of 200,000 times and an acceleration voltage of 200 kV, and each of the 100 arbitrarily selected particles was taken. The particle major axis and the particle minor axis of the particles are measured, and the aspect ratio of each particle is obtained based on the following formula. Next, the number of particles having an aspect ratio of 1.5 or less out of 100 particles is counted, and the number is defined as the ratio (%) of the particles having an aspect ratio of 1.5 or less to the total number of particles.
(Aspect ratio) = (Particle major axis) ÷ (Particle minor axis)

本発明の中空ナノシリカ粒子は、平均粒子径の変動係数が5〜20%が好ましく、5〜18%がより好ましく、5〜15%が更に好ましい。中空ナノシリカ粒子の平均粒子径の変動係数が上記範囲であることにより、中空ナノシリカ粒子の凝集がより一層抑制でき、且つ、様々な物品に充填された場合、均一に充填され易くなる。 The hollow nanosilica particles of the present invention preferably have a coefficient of variation of average particle size of 5 to 20%, more preferably 5 to 18%, and even more preferably 5 to 15%. When the coefficient of variation of the average particle size of the hollow nanosilica particles is within the above range, the aggregation of the hollow nanosilica particles can be further suppressed, and when the hollow nanosilica particles are packed in various articles, they are easily filled uniformly.

本明細書において、上記中空ナノシリカ粒子及び後述するコアシェル粒子の変動係数は、TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子株式会社製)を用いて、加速電圧200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子短径を測長して平均値を求め、下記式に基づいて算出した値である。
(変動係数)=[(粒子短径の標準偏差)÷(粒子短径の平均値)]×100
In the present specification, the coefficient of variation of the hollow nanosilica particles and the core-shell particles described later is measured by using a TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by JEOL Ltd.) under the condition of an acceleration voltage of 200 kV. It is a value calculated based on the following formula after taking a picture and measuring the minor axis of 100 arbitrarily selected particles to obtain an average value.
(Coefficient of variation) = [(standard deviation of particle minor axis) ÷ (mean value of particle minor axis)] × 100

本発明の中空ナノシリカ粒子は、上述の構成を備えることにより、会合粒子の生成が抑制されており、光の反射が抑制されているので、光の反射防止特性を要求される様々な物品に好適に用いることができる。このため、高機能材料として適しており、特に、反射防止フィルム材料、絶縁膜材料又は断熱材材料として好適に用いることができる。 Since the hollow nanosilica particles of the present invention have the above-mentioned constitution, the formation of associated particles is suppressed and the reflection of light is suppressed, so that they are suitable for various articles that require antireflection characteristics of light. Can be used for. Therefore, it is suitable as a high-performance material, and in particular, it can be suitably used as an antireflection film material, an insulating film material, or a heat insulating material.

2.コアシェル粒子
本発明のコアシェル粒子は、有機ポリマー粒子をコアとし、該有機ポリマー粒子を被覆するシリカをシェルとするコアシェル粒子であって、(1)平均粒子径が50〜150nmであり、(2)前記シェルの平均厚みが5〜25nmであり、(3)ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合粒子のピーク強度Pcaと、会合していないコアシェル粒子である主粒子のピーク強度Pcmとの比Pca/Pcmが、0.5以下である。上記コアシェル粒子は凝集が抑制されており、会合粒子の生成が抑制されているので、有機ポリマー粒子を熱分解することにより、上記本発明の中空ナノシリカ粒子を容易に製造することができる。
2. Core-shell particles The core-shell particles of the present invention are core-shell particles having an organic polymer particle as a core and silica as a shell for coating the organic polymer particles, and (1) have an average particle diameter of 50 to 150 nm, and (2). The average thickness of the shell is 5 to 25 nm, and (3) the peak intensity Pca of the associated particles in the particle size distribution in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device is associated with. The ratio Pca / Pcm to the peak intensity Pcm of the main particles, which are not core-shell particles, is 0.5 or less. Since aggregation of the core-shell particles is suppressed and formation of associated particles is suppressed, the hollow nanosilica particles of the present invention can be easily produced by thermally decomposing the organic polymer particles.

本発明のコアシェル粒子の平均粒子径は、50〜150nmである。コアシェル粒子の平均粒子径が上記範囲より大きいと、光学特性が悪化する場合がある。上記範囲より小さいと、会合粒子の生成が抑制できない場合がある。コアシェル粒子の平均粒子径は、50〜120nmが好ましく、50〜110nmがより好ましく、50〜100nmが更に好ましい。 The average particle size of the core-shell particles of the present invention is 50 to 150 nm. If the average particle size of the core-shell particles is larger than the above range, the optical characteristics may deteriorate. If it is smaller than the above range, the formation of associated particles may not be suppressed. The average particle size of the core-shell particles is preferably 50 to 120 nm, more preferably 50 to 110 nm, and even more preferably 50 to 100 nm.

本明細書において、上記コアシェル粒子の平均粒子径は、TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子株式会社製)を用いて加速電圧200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子短径を測長して平均値を算出した値である。 In the present specification, the average particle size of the core-shell particles is arbitrarily selected by taking a photograph of the particles using a TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by JEOL Ltd.) under the condition of an acceleration voltage of 200 kV. It is a value obtained by measuring the minor axis of only 100 particles and calculating the average value.

上記有機ポリマー粒子としては特に限定されず、シェルを形成した後に熱分解により容易に焼失する有機ポリマー粒子が好ましい。このような有機ポリマー粒子としては、例えば、ポリスチレン粒子、PMMA粒子等が挙げられる。これらの中でも、正のゼータ電位を付与することにより、より一層会合粒子の生成を抑制することができる点で、ポリスチレン粒子が好ましい。 The organic polymer particles are not particularly limited, and organic polymer particles that are easily burnt down by thermal decomposition after forming a shell are preferable. Examples of such organic polymer particles include polystyrene particles and PMMA particles. Among these, polystyrene particles are preferable in that the formation of associated particles can be further suppressed by applying a positive zeta potential.

上記有機ポリマー粒子を被覆するシェルを形成するシリカ系化合物は、上述の中空ナノシリカ粒子を形成するシリカ系化合物と同一である。また、シェルの厚みは、上述の中空ナノシリカ粒子を形成するシェル(膜)の膜厚と同一である。 The silica-based compound that forms the shell that coats the organic polymer particles is the same as the silica-based compound that forms the hollow nanosilica particles described above. Further, the thickness of the shell is the same as the film thickness of the shell (film) forming the above-mentioned hollow nanosilica particles.

本発明のコアシェル粒子は、ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合していないコアシェル粒子である主粒子のピーク強度Pcmと、会合粒子のピーク強度Pcaとの比Pca/Pcmが、0.5以下である。Pca/Pcmが0.5を超えると、本発明のコアシェル粒子を用いて製造される中空ナノシリカ粒子の光の散乱が抑制されない。Pca/Pcmは、0.45以下が好ましく、0.4以下がより好ましく、0.35以下が更に好ましく、0.3以下が特に好ましい。また、Pca/Pcmの下限は0であってもよいし、0.01であってもよいし、0.02であってもよい。 The core-shell particles of the present invention associate with the peak intensity Pcm of the main particles, which are non-associative core-shell particles, in a particle size distribution in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device. The ratio Pca / Pcm of the particles to the peak intensity Pca is 0.5 or less. When Pca / Pcm exceeds 0.5, light scattering of hollow nanosilica particles produced by using the core-shell particles of the present invention is not suppressed. The Pca / Pcm is preferably 0.45 or less, more preferably 0.4 or less, further preferably 0.35 or less, and particularly preferably 0.3 or less. Further, the lower limit of Pca / Pcm may be 0, 0.01, or 0.02.

本明細書において、上記Pca/Pcmは、下の測定方法により測定される。 In the present specification, the Pca / Pcm is measured by the following measuring method.

(Pca/Pcm)
(i)工程2で得られたコアシェル粒子分散液と有機溶媒とを、コアシェル粒子の含有量が0.02質量%となる割合で混合し、測定用試料を調製する。
(ii)ディスク遠心式粒子径分布測定装置(DC24000UHR CPS社製)を用いて、測定用試料の粒子径50〜500nmにおける粒度分布を測定する。
(iii)会合していないコアシェル粒子である主粒子のピーク強度Pcmと、会合しているコアシェル粒子である会合粒子のピーク強度Pcaとを測定し、主粒子のピーク強度Pcmと会合粒子のピーク強度Pcaとの比Pca/Pcmを算出する。
(Pca / Pcm)
(I) The core-shell particle dispersion obtained in step 2 and the organic solvent are mixed at a ratio of the core-shell particle content of 0.02% by mass to prepare a sample for measurement.
(Ii) Using a disk centrifugal particle size distribution measuring device (manufactured by DC24000UHR CPS), the particle size distribution of the measurement sample at a particle size of 50 to 500 nm is measured.
(Iii) The peak intensity Pcm of the main particles which are not associated core-shell particles and the peak intensity Pca of the associated particles which are the associated core-shell particles are measured, and the peak intensity Pcm of the main particles and the peak intensity of the associated particles are measured. Calculate the ratio Pca / Pcm with Pca.

なお、上記Pca/Pcmの測定方法において、(i)では、後述する製造方法の工程2で得られたコアシェル粒子分散液と水とを、コアシェル粒子分散液:水=1:100(質量比)の割合で混合し、測定用試料を調製してもよい。また、(i)では、コアシェル粒子は、水その他の溶媒に分散した分散液であってもよく、有機溶媒と混合して調整した測定用試料においてコアシェル粒子の含有量が0.2質量%となればよい。また、主粒子とは会合していない粒子であり、上記ディスク遠心式粒子径分布測定装置(DC24000UHR CPS社製)を用いて測定された、粒子径50〜500nmにおける粒度分布のうち最も小さいピークが主粒子のピークである。また、粒子径50〜500nmにおける粒度分布のうち、上記主粒子のピーク以外のピークが会合粒子のピークである。 In the above Pca / Pcm measuring method, in (i), the core-shell particle dispersion obtained in step 2 of the manufacturing method described later and water are mixed with the core-shell particle dispersion: water = 1: 100 (mass ratio). A sample for measurement may be prepared by mixing at the ratio of. Further, in (i), the core-shell particles may be a dispersion liquid dispersed in water or other solvent, and the content of the core-shell particles is 0.2% by mass in the measurement sample prepared by mixing with an organic solvent. It should be. Further, the particles are not associated with the main particles, and the smallest peak in the particle size distribution at a particle size of 50 to 500 nm measured by the above-mentioned disk centrifugal type particle size distribution measuring device (manufactured by DC24000UHR CPS) is This is the peak of the main particle. Further, among the particle size distributions having a particle diameter of 50 to 500 nm, peaks other than the peaks of the main particles are peaks of associated particles.

図2に、実施例1のコアシェル粒子の、ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定された粒度分布を示す。図2において、粒子径が90〜100nmの範囲内にあるピークが主粒子のピークであり、粒子径が100nmを超える範囲内にあるピークが会合粒子のピークである。 FIG. 2 shows the particle size distribution of the core-shell particles of Example 1 measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device. In FIG. 2, the peak having a particle size in the range of 90 to 100 nm is the peak of the main particle, and the peak having the particle size in the range of more than 100 nm is the peak of the associated particle.

本発明のコアシェル粒子の、ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合していないコアシェル粒子である主粒子の分布曲線の半値幅は、20nm以下が好ましく、18nm以下がより好ましく、15nm以下が更に好ましい。上記主粒子の分布曲線の半値幅の上限が上記範囲であることにより、粒度分布がより一層狭くなり、球形度がより一層高くなる。また、上記主粒子の分布曲線の半値幅の下限は特に限定されず、3nm程度である。 The half-value width of the distribution curve of the main particles, which are non-associative core-shell particles, in the particle size distribution of the core-shell particles of the present invention in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device. , 20 nm or less is preferable, 18 nm or less is more preferable, and 15 nm or less is further preferable. When the upper limit of the half width of the distribution curve of the main particles is within the above range, the particle size distribution is further narrowed and the sphericality is further increased. Further, the lower limit of the half width of the distribution curve of the main particles is not particularly limited, and is about 3 nm.

本明細書において、上記コアシェル粒子の主粒子の分布曲線の半値幅は、以下の測定方法により測定される。 In the present specification, the half width of the distribution curve of the main particles of the core-shell particles is measured by the following measuring method.

(コアシェル粒子の主粒子の分布曲線の半値幅の測定方法)
(i)工程2で得られたコアシェル粒子分散液と有機溶媒とを、コアシェル粒子の含有量が0.02質量%となる割合で混合し、測定用試料を調製する。
(ii)ディスク遠心式粒子径分布測定装置(DC24000UHR CPS社製)を用いて、測定用試料の粒子径50〜500nmにおける粒度分布を測定する。
(iii)会合していない中空コアシェル粒子である主粒子のピークの1/2強度の2点間の間隔から半値幅を算出する。
(Measurement method of half width of distribution curve of main particles of core shell particles)
(I) The core-shell particle dispersion obtained in step 2 and the organic solvent are mixed at a ratio of the core-shell particle content of 0.02% by mass to prepare a sample for measurement.
(Ii) Using a disk centrifugal particle size distribution measuring device (manufactured by DC24000UHR CPS), the particle size distribution of the measurement sample at a particle size of 50 to 500 nm is measured.
(Iii) The full width at half maximum is calculated from the interval between two points of 1/2 intensity of the peak of the main particle which is a hollow core shell particle which is not associated.

本発明のコアシェル粒子において、コアシェル粒子全体の個数を100%とした際のアスペクト比が1.5以下のコアシェル粒子の割合、及び、コアシェル粒子の変動係数は、上述の中空ナノシリカ粒子と同一である。 In the core-shell particles of the present invention, the proportion of core-shell particles having an aspect ratio of 1.5 or less and the coefficient of variation of the core-shell particles when the total number of core-shell particles is 100% are the same as those of the above-mentioned hollow nanosilica particles. ..

上記有機ポリマー粒子は分散剤を含むことが好ましい。有機ポリマー粒子が分散剤を含むことにより、有機ポリマー粒子の表面に分散剤が存在することとなり、有機ポリマー粒子の凝集をより抑制することができる。分散剤としては、有機ポリマー粒子を製造することができれば特に限定されず、公知の分散剤を用いることができる。上記分散剤としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、コラーゲン、多糖類(アラビアガム)等が挙げられ、中でも、有機ポリマー粒子の凝集を抑制して、コアシェル粒子の凝集を抑制することができる点で、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロースが好ましい。上記分散剤は、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。 The organic polymer particles preferably contain a dispersant. When the organic polymer particles contain the dispersant, the dispersant is present on the surface of the organic polymer particles, and the aggregation of the organic polymer particles can be further suppressed. The dispersant is not particularly limited as long as it can produce organic polymer particles, and a known dispersant can be used. Examples of the dispersant include polyvinylpyrrolidone, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide, polypropylene oxide, collagen, polysaccharide (Arabic gum) and the like, and among them, suppress the aggregation of organic polymer particles. Therefore, polyvinylpyrrolidone and hydroxypropyl cellulose are preferable because they can suppress the aggregation of core-shell particles. The above-mentioned dispersant can be used alone or in combination of two or more.

有機ポリマー粒子中の分散剤の含有量は特に限定されないが、上記有機ポリマー粒子100質量%に対して0.01〜100質量%が好ましく、0.05〜100質量%がより好ましい。分散剤の含有量が上記範囲であることにより、有機ポリマー粒子の凝集をより一層抑制することができる。 The content of the dispersant in the organic polymer particles is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 100% by mass, more preferably 0.05 to 100% by mass, based on 100% by mass of the organic polymer particles. When the content of the dispersant is in the above range, the aggregation of the organic polymer particles can be further suppressed.

本発明のコアシェル粒子を形成する有機ポリマー粒子において、有機ポリマー粒子の平均粒子径、有機ポリマー粒子全体の個数を100%とした際のアスペクト比が1.5以下の有機ポリマー粒子の割合、及び、有機ポリマー粒子の変動係数は、上述のコアシェル粒子と同一である。 Among the organic polymer particles forming the core-shell particles of the present invention, the average particle size of the organic polymer particles, the proportion of the organic polymer particles having an aspect ratio of 1.5 or less when the total number of the organic polymer particles is 100%, and The variation coefficient of the organic polymer particles is the same as that of the core-shell particles described above.

本発明のコアシェル粒子は、実質的に会合していないことが好ましい。コアシェル粒子が会合していない状態であると、コアシェル粒子のコアである有機ポリマー粒子を熱分解することにより得られる中空ナノシリカ粒子が実質的に会合していない状態で得られやすくなり、光の反射がより一層抑制され、光の反射防止特性を要求される様々な物品により一層好適に用いることができる。なお、本明細書において、コアシェル粒子が会合している状態とは、複数のコアシェル粒子のコアである有機ポリマー粒子が接合して、一つの二次粒子を形成している状態を示しており、コアシェル粒子が実質的に会合していないとは、コアシェル粒子のコアである有機ポリマー粒子が接合していない状態をいう。また、本発明のコアシェル粒子が会合していないことは、上記TEMを用いて撮影されたコアシェル粒子の写真を観察することにより確認することができる。 The core-shell particles of the present invention are preferably not substantially associated. When the core-shell particles are not associated, the hollow nanosilica particles obtained by thermally decomposing the organic polymer particles which are the cores of the core-shell particles are easily obtained in a state where they are not substantially associated, and light is reflected. Can be more preferably used for various articles that are further suppressed and require light antireflection characteristics. In the present specification, the state in which the core-shell particles are associated means a state in which the organic polymer particles that are the cores of the plurality of core-shell particles are joined to form one secondary particle. The fact that the core-shell particles are not substantially associated means that the organic polymer particles that are the cores of the core-shell particles are not bonded. Further, the fact that the core-shell particles of the present invention are not associated can be confirmed by observing a photograph of the core-shell particles taken by using the above TEM.

本発明のコアシェル粒子において、コアシェル粒子全体の個数を100%とした際のアスペクト比が1.5以下のコアシェル粒子の割合、及び、コアシェル粒子の変動係数は、上述の中空ナノシリカ粒子と同一である。 In the core-shell particles of the present invention, the proportion of core-shell particles having an aspect ratio of 1.5 or less and the coefficient of variation of the core-shell particles when the total number of core-shell particles is 100% are the same as those of the above-mentioned hollow nanosilica particles. ..

3.中空ナノシリカ粒子の製造方法
本発明の中空ナノシリカ粒子の製造方法は、
(1)有機モノマーと、分散剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記有機モノマーの重合反応を行い、有機ポリマー粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とメタノールとの混合比が質量比で45:55〜80:20であり、前記分散剤のZ平均分子量が180×10以上である工程1、及び、
(2)溶媒に、(i)前記有機ポリマー粒子と、(ii)アルコシキシシラン、又は、アルコキシシラン及び金属アルコキシドと、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、前記溶液中で、前記有機ポリマー粒子をコアとし、前記有機ポリマー粒子を被覆するシェルを有するコアシェル粒子を形成する工程2、及び、
(3)前記コアシェル粒子を有機酸の存在下で熱分解することにより、前記コアシェル粒子のコアである前記有機ポリマー粒子を除去する工程3を含む。
3. 3. Method for producing hollow nanosilica particles The method for producing hollow nanosilica particles of the present invention is as follows.
(1) A step of preparing organic polymer particles by carrying out a polymerization reaction of the organic monomer in a solution containing an organic monomer, a dispersant, and a mixed solvent, wherein the mixed solvent is water and methanol. mixing ratio in weight ratio 45: 55 to 80: a 20, step 1 Z-average molecular weight of the dispersant is 180 × 10 4 or more and,
(2) A solution is prepared by adding (i) the organic polymer particles, (ii) alcoholicsilane, or alkoxysilane and metal alkoxide, and (iii) a basic catalyst to a solvent and stirring the mixture. In the solution, the step 2 of forming the core-shell particles having the organic polymer particles as the core and having a shell covering the organic polymer particles, and
(3) The step 3 of removing the organic polymer particles which are the cores of the core-shell particles by thermally decomposing the core-shell particles in the presence of an organic acid is included.

<工程1>
工程1は、(1)有機モノマーと、分散剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、上記有機モノマーの重合反応を行い、有機ポリマー粒子を調製する工程であって、上記混合溶媒は、水とメタノールとの混合比が質量比で45:55〜80:20であり、前記分散剤のZ平均分子量が180×10以上である工程である。
<Step 1>
Step 1 is a step of preparing organic polymer particles by polymerizing the organic monomer in a solution containing (1) an organic monomer, a dispersant, and a mixed solvent. The mixed solvent is water. 45 in a mixing ratio of the mass ratio of methanol: 55-80: a 20, Z-average molecular weight of the dispersant is a step is 180 × 10 4 or more.

(有機モノマー)
上記有機モノマーとしては、有機ポリマー粒子を製造することができれば特に限定されないが、シェルを形成した後に熱分解により容易に焼失する有機ポリマー粒子を形成することができる有機モノマーが好ましい。このような有機モノマーとしては、例えば、ポリスチレン、PMMA等が挙げられる。これらの中でも、有機モノマー粒子に正のゼータ電位を付与することにより、より一層会合粒子の生成を抑制することができる点で、ポリスチレンが好ましい。
(Organic monomer)
The organic monomer is not particularly limited as long as it can produce organic polymer particles, but an organic monomer capable of forming organic polymer particles that are easily burnt down by thermal decomposition after forming a shell is preferable. Examples of such an organic monomer include polystyrene, PMMA and the like. Among these, polystyrene is preferable in that the formation of associated particles can be further suppressed by imparting a positive zeta potential to the organic monomer particles.

上記ポリスチレンとしては特に限定されないが、アルキル(メタ)アクリレート等の疎水性モノマーに由来する構成単位、その他の共重合可能なモノマー構成単位を含んでいるものが好ましい。その好適例としてば、炭素数3〜22のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートスチレン、2−メチルスチレン等が挙げられる。 The polystyrene is not particularly limited, but one containing a structural unit derived from a hydrophobic monomer such as alkyl (meth) acrylate and other copolymerizable monomer structural units is preferable. Preferable examples thereof include alkyl (meth) acrylate styrene having an alkyl group having 3 to 22 carbon atoms, 2-methyl styrene and the like.

工程1において用いられる有機モノマーの溶液中の濃度は特に限定されないが、上記溶液100質量%に対して0.1〜20質量%であることが好ましく、0.2〜10質量%であることがより好ましい。上記濃度に設定することにより、得られる有機ポリマー粒子の平均粒子径、及び最終生成物である中空ナノシリカ粒子の平均粒子径を50〜150nm程度により一層制御し易くなる。 The concentration of the organic monomer used in step 1 in the solution is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 20% by mass, preferably 0.2 to 10% by mass, based on 100% by mass of the above solution. More preferred. By setting the above concentration, it becomes easier to control the average particle size of the obtained organic polymer particles and the average particle size of the hollow nanosilica particles which are the final products by about 50 to 150 nm.

(分散剤)
上記分散剤としては、有機ポリマー粒子を製造することができれば特に限定されず、公知の分散剤を用いることができる。上記分散剤としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等が挙げられ、中でも、ポリスチレン粒子の凝集を抑制し、後述する工程2で形成されるコアシェル粒子の凝集を抑制することができる点で、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロースが好ましい。上記分散剤は、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
(Dispersant)
The dispersant is not particularly limited as long as it can produce organic polymer particles, and a known dispersant can be used. Examples of the dispersant include polyvinylpyrrolidone, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide, polypropylene oxide and the like. Among them, the core shell formed in step 2 described later by suppressing the aggregation of polystyrene particles. Polyvinylpyrrolidone and hydroxypropyl cellulose are preferable because they can suppress the aggregation of particles. The above-mentioned dispersant can be used alone or in combination of two or more.

分散剤のZ平均分子量は、180×10以上である。分散剤のZ平均分子量が上記範囲であることにより、コアシェル粒子の会合を抑制するこができる。分散剤のZ平均分子量は、185×10以上が好ましく、190×10以上がより好ましい。また、分散剤のZ平均分子量は、250×10以下が好ましく、240×10以下がより好ましい。分散剤のZ平均分子量の上限が上記範囲であることにより、コアシェル粒子の会合をより一層抑制することができる。 Z average molecular weight of the dispersant is 180 × 10 4 or more. When the Z average molecular weight of the dispersant is in the above range, the association of core-shell particles can be suppressed. Z average molecular weight of the dispersant is preferably 185 × 10 4 or more, more preferably 190 × 10 4 or more. Moreover, Z-average molecular weight of the dispersant is preferably 250 × 10 4 or less, more preferably 240 × 10 4 or less. When the upper limit of the Z average molecular weight of the dispersant is within the above range, the association of core-shell particles can be further suppressed.

工程1において用いられる分散剤の溶液中の濃度は特に限定されないが、上記溶液100質量%に対して0.01〜10質量%が好ましく、0.05〜5質量%がより好ましい。上記濃度に設定することにより、有機ポリマー粒子の凝集をより一層抑制することができ、後述する工程2で形成されるコアシェル粒子の凝集をより一層抑制することができる。 The concentration of the dispersant used in step 1 in the solution is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.05 to 5% by mass, based on 100% by mass of the solution. By setting the above concentration, the aggregation of the organic polymer particles can be further suppressed, and the aggregation of the core-shell particles formed in step 2 described later can be further suppressed.

(混合溶媒)
工程1で用いられる混合溶媒は、水とメタノールとの混合溶媒である。このような混合溶媒を用いることで、有機ポリマー粒子の凝集を抑制することができ、後述する工程2で形成されるコアシェル粒子の凝集を抑制することができる。
(Mixed solvent)
The mixed solvent used in step 1 is a mixed solvent of water and methanol. By using such a mixed solvent, the agglomeration of the organic polymer particles can be suppressed, and the agglomeration of the core-shell particles formed in step 2 described later can be suppressed.

混合溶媒中の水とメタノールとの質量比は、45:55〜80:20である。水とメタノールとの質量比を上記範囲とすることにより、有機ポリマー粒子の凝集を抑制することができ、後述する工程2で形成されるコアシェル粒子の凝集を抑制することができる。水とメタノールとの質量比は、48:52〜75:25が好ましく、50:50〜70:30がより好ましい。 The mass ratio of water to methanol in the mixed solvent is 45: 55-80: 20. By setting the mass ratio of water to methanol in the above range, the aggregation of organic polymer particles can be suppressed, and the aggregation of core-shell particles formed in step 2 described later can be suppressed. The mass ratio of water to methanol is preferably 48:52 to 75:25, more preferably 50:50 to 70:30.

(カチオン性重合開始剤)
工程1において、上記溶液は、カチオン性重合開始剤を含むことが好ましい。カチオン性重合開始剤は、有機ポリマー粒子を得ることができれば特に限定されず公知の無機過酸化物、有機系開始剤、レドックス剤等を使用することができる。中でも、有機酸化物やアゾ化合物等のラジカル重合開始剤を用いることがより好ましい。有機酸化物は、一般式RO−ORで示され、また、アゾ化合物は、一般式A−CN=CN−Aで示される。具体的には、過酸化ベンゾイルや2,2’−アゾビス(イソブチルアミジン)ジヒドロクロライド(AIBA)、4,4’−アゾビス−4−シアノバレリックアシッド、アゾビスイソブチロニトニル(AIBN)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオアミド)ジヒドロクロライド(AAPH)であり、好ましくは2,2’−アゾビス(イソブチルアミジン)ジヒドロクロライド(AIBA)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオアミド)ジヒドロクロライド(AAPH)である。中でも、2,2’−アゾビス(イソブチルアミジン)ジヒドロクロライド(AIBA)、4,4’−アゾビス−4−シアノバレリックアシッドがより好ましく、2,2’−アゾビス(イソブチルアミジン)ジヒドロクロライド(AIBA)が更に好ましい。
(Cationic polymerization initiator)
In step 1, the solution preferably contains a cationic polymerization initiator. The cationic polymerization initiator is not particularly limited as long as organic polymer particles can be obtained, and known inorganic peroxides, organic initiators, redox agents and the like can be used. Above all, it is more preferable to use a radical polymerization initiator such as an organic oxide or an azo compound. Organic oxides are represented by the general formula RO-OR, and azo compounds are represented by the general formula A-CN = CN-A. Specifically, benzoyl peroxide, 2,2'-azobis (isobutylamidin) dihydrochloride (AIBA), 4,4'-azobis-4-cyanovaleric acid, azobisisobutyronitonicyl (AIBN), 2 , 2'-azobis (2-methylpropioamide) dihydrochloride (AAPH), preferably 2,2'-azobis (isobutylamidin) dihydrochloride (AIBA), 2,2'-azobis (2-methylpro). Pioamide) dihydrochloride (AAPH). Of these, 2,2'-azobis (isobutylamidine) dihydrochloride (AIBA) and 4,4'-azobis-4-cyanovaleric acid are more preferable, and 2,2'-azobis (isobutylamidine) dihydrochloride (AIBA). Is more preferable.

上記工程1において用いられるカチオン性重合開始剤の溶液中の濃度は特に限定されないが、溶液を100質量%として、0.01〜1質量%であることが好ましい。上記濃度に設定することにより、得られる有機ポリマー粒子の平均粒子径、及び最終生成物である中空ナノシリカ粒子の平均粒子径を50〜150nm程度により一層制御し易くなる。 The concentration of the cationic polymerization initiator used in the above step 1 in the solution is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 1% by mass with the solution as 100% by mass. By setting the above concentration, it becomes easier to control the average particle size of the obtained organic polymer particles and the average particle size of the hollow nanosilica particles which are the final products by about 50 to 150 nm.

(重合反応)
工程1では、上記有機モノマー、分散剤、及び混合溶媒を含む溶液中で、上記有機モノマーの重合反応が行われる。重合反応は、上記溶液を混合撹拌することにより行うことができる。
(Polymerization reaction)
In step 1, the polymerization reaction of the organic monomer is carried out in a solution containing the organic monomer, the dispersant, and the mixed solvent. The polymerization reaction can be carried out by mixing and stirring the above solutions.

工程1の溶液の重合反応の際の温度は特に限定されないが、40℃以上、上記溶媒の沸点以下であることが好ましく、また、50〜90℃であることがより好ましい。上記反応温度が低過ぎると、反応速度が遅くなるおそれがあり、高過ぎると、溶媒が蒸発してしまい、重合反応を継続できなくなるおそれがある。 The temperature during the polymerization reaction of the solution in step 1 is not particularly limited, but is preferably 40 ° C. or higher and lower than the boiling point of the solvent, and more preferably 50 to 90 ° C. If the reaction temperature is too low, the reaction rate may slow down, and if it is too high, the solvent may evaporate and the polymerization reaction may not be able to continue.

上記重合反応の反応時間は特に限定されないが1〜720分であることが好ましく、10〜600分であることがより好ましい。上記反応時間が短過ぎると、反応が不十分となるおそれがある。 The reaction time of the above-mentioned polymerization reaction is not particularly limited, but is preferably 1 to 720 minutes, and more preferably 10 to 600 minutes. If the reaction time is too short, the reaction may be insufficient.

上記重合反応により、有機ポリマー粒子が調製される。有機ポリマー粒子の平均粒子径は50〜150nmが好ましく、25〜120nmがより好ましく、25〜100nmが更に好ましい。有機ポリマー粒子の平均粒子径を上記範囲とすることにより、工程2により形成されるコアシェル粒子の平均粒子径、及び工程3により製造されるシリカ系中空粒子の平均粒子径を適切な範囲とすることができる。 Organic polymer particles are prepared by the above polymerization reaction. The average particle size of the organic polymer particles is preferably 50 to 150 nm, more preferably 25 to 120 nm, still more preferably 25 to 100 nm. By setting the average particle size of the organic polymer particles in the above range, the average particle size of the core-shell particles formed in step 2 and the average particle size of the silica-based hollow particles produced in step 3 are set in an appropriate range. Can be done.

以上説明した工程1により、有機ポリマー粒子が調製される。 The organic polymer particles are prepared by the step 1 described above.

<工程2>
工程2は、(2)溶媒に、(i)前記有機ポリマー粒子と、(ii)アルコキシシラン、又は、アルコキシシラン及び金属アルコキシドと、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、前記溶液中で、前記有機ポリマー粒子をコアとし、前記有機ポリマー粒子を被覆するシェルを有するコアシェル粒子を形成する工程である。
<Process 2>
In step 2, (i) the organic polymer particles, (ii) alkoxysilane, or alkoxysilane and metal alkoxide, and (iii) basic catalyst are added to and stirred in a solvent to prepare a solution. This is a step of forming core-shell particles having the organic polymer particles as a core and a shell for coating the organic polymer particles in the solution.

(溶媒)
工程2で用いられる溶媒としては、水を用いることが好ましい。水を用いることにより、安価で、且つ安全にコアシェル粒子を形成することができる。
(solvent)
Water is preferably used as the solvent used in step 2. By using water, core-shell particles can be formed inexpensively and safely.

上記溶媒としては、また、親水性溶媒を用いることができる。親水性溶媒としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸エチル等のエステル類を例示することができる。これらの中でも、アルコール類を用いることが好ましく、メタノール、エタノール、イソプロパノールを用いることがより好ましい。上記溶媒としては、また、ケイ素化合物の加水分解により生成するアルコールと同種のアルコールを用いることがさらに好ましい。ケイ素化合物の加水分解により生成するアルコールと同種のアルコールを用いることにより、溶媒の回収、再利用を容易に行なうことができる。 As the solvent, a hydrophilic solvent can also be used. Examples of the hydrophilic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, ethylene glycol, propylene glycol and 1,4-butandiol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, and esters such as ethyl acetate. be able to. Among these, alcohols are preferably used, and methanol, ethanol, and isopropanol are more preferable. As the solvent, it is more preferable to use an alcohol of the same type as the alcohol produced by hydrolysis of the silicon compound. By using an alcohol of the same type as the alcohol produced by hydrolysis of the silicon compound, the solvent can be easily recovered and reused.

上記溶媒は一種を単独で使用することもでき、二種以上の溶媒を混合して使用することもできる。 One of the above solvents may be used alone, or two or more kinds of solvents may be mixed and used.

上記溶媒として、水及び親水性溶媒を混合して用いてもよい。親水性溶媒:水の質量比は限定されないが、90:10〜10:90が好ましく、50:50〜10:90がより好ましい。上記質量比を上述の範囲とすることにより、得られる中空ナノシリカ粒子の平均粒子径を、50〜150nm程度に制御し易い。 As the solvent, water and a hydrophilic solvent may be mixed and used. The mass ratio of hydrophilic solvent: water is not limited, but 90:10 to 10:90 is preferable, and 50:50 to 10:90 is more preferable. By setting the mass ratio in the above range, the average particle size of the obtained hollow nanosilica particles can be easily controlled to about 50 to 150 nm.

上記溶媒としては、また、疎水性溶媒を用いることができる。疎水性溶媒としては、100℃で100g当たり約1g未満の水溶性を有する有機炭化水素系溶媒が挙げられる。このような疎水性溶媒としては、炭素数6〜10の直鎖状又は分岐状又は環状のアルカン、例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタンを用いることができる。その中でもオクタンがより好ましい。 As the solvent, a hydrophobic solvent can also be used. Examples of the hydrophobic solvent include organic hydrocarbon solvents having a water solubility of less than about 1 g per 100 g at 100 ° C. As such a hydrophobic solvent, a linear or branched or cyclic alkane having 6 to 10 carbon atoms, for example, hexane, cyclohexane, heptane, octane, or isooctane can be used. Among them, octane is more preferable.

(有機ポリマー粒子)
工程2で用いられる有機ポリマー粒子は、上記工程1により調製された有機ポリマー粒子を用いればよい。
(Organic polymer particles)
As the organic polymer particles used in the step 2, the organic polymer particles prepared in the above step 1 may be used.

上記溶液中の有機ポリマー粒子の濃度は、0.01〜50質量%であることが好ましく、0.01〜20質量%であることがより好ましい。 The concentration of the organic polymer particles in the solution is preferably 0.01 to 50% by mass, more preferably 0.01 to 20% by mass.

(アルコキシシラン)
工程2で用いられるアルコキシシランとしては特に限定されず、例えば、一般式(1)
Si(OR (1)
で示されるテトラアルコキシシラン又はその誘導体が挙げられる。上記一般式(1)において、Rは同一又は異なって、アルキル基であり、好ましくは炭素数1〜8の低級アルキル基であり、より好ましくは炭素数1〜4の低級アルキル基であり、更に好ましくは、炭素数1〜3の低級アルキル基である。具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソブチル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等を例示でき、緻密なシェルを得ることができる点で、Rがメチル基であるテトラメトキシシラン(TMOS)、Rがエチル基であるテトラエトキシシラン(TEOS)がより好ましく、TMOSが更に好ましい。また、上記炭素数が大き過ぎると、シリカが生成し難いおそれがある。なお、上記緻密なシェルとは、シロキサン結合がより完全に形成され、残存するシラノール基が少ないシェルである。
(Alkoxysilane)
The alkoxysilane used in step 2 is not particularly limited, and for example, the general formula (1)
Si (OR 1 ) 4 (1)
Examples thereof include tetraalkoxysilanes and derivatives thereof. In the above general formula (1), R 1 is the same or different and is an alkyl group, preferably a lower alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and more preferably a lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. More preferably, it is a lower alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. Specifically, methyl group, ethyl group, propyl group, isobutyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group and the like can be exemplified, and tetramethoxysilane in which R 1 is a methyl group can be obtained, and a dense shell can be obtained. (TMOS), tetraethoxysilane (TEOS) in which R 2 is an ethyl group is more preferable, and TMOS is further preferable. Further, if the carbon number is too large, silica may be difficult to be produced. The dense shell is a shell in which siloxane bonds are more completely formed and there are few remaining silanol groups.

工程2で用いられるアルコキシシランとしては、また、一般式(2)
Si(OR (2)
で示されるトリアルコキシシラン又はそのこれらの誘導体が挙げられる。上記一般式(2)において、Rは上記一般式(1)のRと同じであり、Rは水素、又は上記Rとして説明したアルキル基と同一のアルキル基である。
As the alkoxysilane used in step 2, the general formula (2) is also used.
Si (OR 1 ) 3 R 2 (2)
Examples thereof include trialkoxysilanes represented by and derivatives thereof. In the general formula (2), R 1 is the same as R 1 in the general formula (1), and R 2 is hydrogen or the same alkyl group as the alkyl group described as R 1 .

上記アルコキシシランの誘導体としては、上記アルコキシシランを部分的に加水分解して得られる低縮合体が挙げられる。 Examples of the derivative of the alkoxysilane include a low condensate obtained by partially hydrolyzing the alkoxysilane.

上記アルコキシシランは、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。中でも、コアシェル粒子の段階で凝集を防ぐことができ、シランカップリング剤等での表面改質が容易になる点で、トリアルコキシシラン及びテトラアルコキシシランを含むことが好ましい。 The above-mentioned alkoxysilane may be used alone or in combination of two or more. Above all, it is preferable to contain trialkoxysilane and tetraalkoxysilane in that aggregation can be prevented at the stage of core-shell particles and surface modification with a silane coupling agent or the like is facilitated.

上記溶液中のアルコキシシランの濃度は、0.01〜50質量%であることが好ましく、0.01〜20質量%であることがより好ましく、1〜10質量%であることが更に好ましく、3〜7質量%であることが特に好ましい。 The concentration of alkoxysilane in the above solution is preferably 0.01 to 50% by mass, more preferably 0.01 to 20% by mass, further preferably 1 to 10% by mass, and 3 It is particularly preferably ~ 7% by mass.

(金属アルコキシド)
工程2では、アルコシシシラン及び金属アルコキシドを混合して用いてもよい。金属アルコキシドとしては特に限定されず、公知のものを用いることができる。このような金属アルコキシドとしては、アルミニウムアルコキシド、チタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド等が挙げられる。アルミニウムアルコキシドを用いると、シェルの表面電荷(ゼータ電位等)を調整することができる。また、チタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシドを用いると、シェルの屈折率を調整することができる。
(Metal alkoxide)
In step 2, arcosisisilane and the metal alkoxide may be mixed and used. The metal alkoxide is not particularly limited, and known metal alkoxides can be used. Examples of such metal alkoxides include aluminum alkoxides, titanium alkoxides, zirconium alkoxides and the like. Aluminum alkoxide can be used to adjust the surface charge (zeta potential, etc.) of the shell. Further, when titanium alkoxide or zirconium alkoxide is used, the refractive index of the shell can be adjusted.

上記溶液中の金属アルコキシドの濃度は、0.01〜50質量%であることが好ましく、0.01〜20質量%であることがより好ましい。 The concentration of the metal alkoxide in the solution is preferably 0.01 to 50% by mass, more preferably 0.01 to 20% by mass.

工程2では、アルコキシシランと金属アルコキシドとを別々に添加して溶液を調製してもよく、アルコキシシランと金属アルコキシドとを混合し、加水分解してから溶液中に添加してもよい。アルコキシシランと金属アルコキシドとを混合し、加水分解してから溶液中に添加することにより、下記式(1)
Si−O−M (1)
で示される結合を有し、式(1)中Mで示される金属が均一に含まれるシェルを形成することができる。
In step 2, the alkoxysilane and the metal alkoxide may be added separately to prepare a solution, or the alkoxysilane and the metal alkoxide may be mixed and hydrolyzed before being added to the solution. By mixing alkoxysilane and metal alkoxide, hydrolyzing them, and then adding them to the solution, the following formula (1)
Si-OM (1)
It is possible to form a shell having a bond represented by the above and uniformly containing the metal represented by M in the formula (1).

なお、上記式(1)中、Mは金属を示し、好ましくはアルミニウム、チタン、ジルコニウムを示す。 In the above formula (1), M represents a metal, preferably aluminum, titanium, or zirconium.

上記アルコキシシランと金属アルコキシドとを混合し、加水分解してから溶液中に添加する方法としては、例えば、特開2005−41722号公報に記載された方法が挙げられる。 Examples of the method of mixing the above-mentioned alkoxysilane and the metal alkoxide, hydrolyzing the mixture, and then adding the metal alkoxide to the solution include the methods described in JP-A-2005-41722.

(塩基性触媒)
工程2で用いられる塩基性触媒としては特に限定されず、公知の塩基性触媒を用いることができるが、特に金属不純物の混入を回避するという点で金属成分を含まない有機系塩基触媒、及び金属成分を含まない無機系触媒が好適である。上記有機系塩基触媒としては、例えばエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、尿素、エタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラメチルグアニジン、塩基性アミノ酸等の含窒素有機系塩基触媒が挙げられる。また、上記無機系塩基触媒としては、アンモニア水が挙げられる。工程2を行う際の温度範囲で揮散しない点で、揮発性の低い有機系塩基触媒が好ましい。揮散する塩基の場合、連続的に添加して溶液のpHを維持してもよい。また、価格が安価であり経済的に優れる点で、アンモニア水が好ましい。
(Basic catalyst)
The basic catalyst used in step 2 is not particularly limited, and a known basic catalyst can be used, but in particular, an organic base catalyst containing no metal component and a metal in terms of avoiding mixing of metal impurities. Inorganic catalysts containing no components are suitable. Examples of the organic base catalyst include nitrogen-containing organic base catalysts such as ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetraamine, urea, ethanolamine, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetramethylguanidine, and basic amino acids. .. Moreover, the ammonia water is mentioned as the said inorganic base catalyst. An organic base catalyst having low volatility is preferable because it does not volatilize in the temperature range when the step 2 is performed. In the case of volatilizing base, it may be added continuously to maintain the pH of the solution. In addition, ammonia water is preferable because it is inexpensive and economically superior.

上記塩基性触媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。 The basic catalyst may be used alone or in combination of two or more.

上記溶液中の塩基性触媒の濃度は、0.1〜5質量%であることが好ましく、0.5〜3質量%であることがより好ましい。 The concentration of the basic catalyst in the above solution is preferably 0.1 to 5% by mass, more preferably 0.5 to 3% by mass.

工程2では、上記溶媒に、(i)ポリスチレン粒子と、(ii)アルコキシシラン、又は、アルコキシシラン及び金属アルコキシドと、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、溶液中で、有機ポリマー粒子をコアとし、有機ポリマー粒子を被覆するシェルを有するコアシェル粒子を形成することができる。 In step 2, a solution is prepared by adding (i) polystyrene particles, (ii) alkoxysilane, or alkoxysilane and metal alkoxide, and (iii) basic catalyst to the above solvent and stirring to prepare a solution. Among them, a core-shell particle having an organic polymer particle as a core and a shell covering the organic polymer particle can be formed.

上記工程2における溶液の温度は特に限定されないが、5〜200℃が好ましく、5〜150℃がより好ましい。上記温度が低過ぎると、反応速度が遅くなるおそれがあり、高過ぎると、溶媒が蒸発してしまうおそれがある。 The temperature of the solution in the above step 2 is not particularly limited, but is preferably 5 to 200 ° C, more preferably 5 to 150 ° C. If the temperature is too low, the reaction rate may slow down, and if it is too high, the solvent may evaporate.

上記工程2における撹拌時間は特に限定されないが1〜1200分であることが好ましく、1〜600分であることがより好ましい。上記撹拌時間が短過ぎると、反応が不十分となるおそれがある。 The stirring time in the above step 2 is not particularly limited, but is preferably 1 to 1200 minutes, and more preferably 1 to 600 minutes. If the stirring time is too short, the reaction may be insufficient.

以上説明した工程2により、上記ポリスチレン粒子をコアとし、上記ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有するコアシェル粒子を形成することができる。 By the step 2 described above, it is possible to form core-shell particles having the polystyrene particles as the core and having a silica-based shell covering the polystyrene particles.

<工程3>
工程3は、上記コアシェル粒子を有機酸の存在下で熱分解することにより、上記コアシェル粒子のコアである上記有機ポリマー粒子を除去する工程である。上記コアシェル粒子の内部は、コアとして有機ポリマー粒子が充填されている状態であるので、有機酸の存在下でこれを除去することによりシェル内を中空とし、高機能性材料として使用し得る中空ナノシリカ粒子を製造することができる。
<Step 3>
Step 3 is a step of removing the organic polymer particles which are the cores of the core-shell particles by thermally decomposing the core-shell particles in the presence of an organic acid. Since the inside of the core-shell particles is filled with organic polymer particles as a core, the inside of the shell is made hollow by removing the organic polymer particles in the presence of an organic acid, and hollow nanosilica that can be used as a highly functional material. Particles can be produced.

工程3において、有機ポリマー粒子は、有機酸の存在下で熱分解により除去される。上記熱分解としては、特に限定されないが、例えば、焼成が挙げられる。焼成による場合、焼成温度が低すぎると中空ナノシリカ粒子内に有機ポリマー粒子および他の有機成分が残存する可能性があり、また焼成温度が高すぎるとシェルが破壊されるおそれがある。このため、焼成による有機ポリマー粒子の除去方法としては、例えば、工程2により調製した溶液に有機酸を添加して、超音波霧化器、二流体ノズル等を用いて電気炉内に噴霧し、電気炉内で好ましくは350〜1500℃、より好ましくは400〜1200℃、更に好ましくは600〜1000℃の高温度領域で焼成する方法が挙げられる。この方法により有機ポリマー粒子を除去するのに十分な時間をかけて焼成することによって、シェルを殆ど破壊することなく、コアシェル粒子から有機ポリマー粒子を除去することができる。当該有機コアシェル粒子から有機ポリマー粒子を除去して得られた中空ナノシリカ粉末を、一層被覆中空ナノ粒子と称する。得られた一層被覆中空ナノシリカ粉末は、分散機により溶媒中に分散することができ、二層被覆や疎水化の処理を行うことができる。分散機としては、超音波ホモジナイザー、ビーズミルが挙げられる。 In step 3, the organic polymer particles are removed by thermal decomposition in the presence of an organic acid. The thermal decomposition is not particularly limited, and examples thereof include firing. In the case of firing, if the firing temperature is too low, organic polymer particles and other organic components may remain in the hollow nanosilica particles, and if the firing temperature is too high, the shell may be destroyed. Therefore, as a method for removing organic polymer particles by firing, for example, an organic acid is added to the solution prepared in step 2 and sprayed into an electric furnace using an ultrasonic atomizer, a two-fluid nozzle, or the like. Examples thereof include a method of firing in a high temperature region of preferably 350 to 1500 ° C., more preferably 400 to 1200 ° C., and further preferably 600 to 1000 ° C. in an electric furnace. By firing for a sufficient period of time to remove the organic polymer particles by this method, the organic polymer particles can be removed from the core-shell particles with almost no destruction of the shell. Hollow nanosilica powder obtained by removing organic polymer particles from the organic core-shell particles is referred to as single-layer coated hollow nanoparticles. The obtained one-layer coated hollow nanosilica powder can be dispersed in a solvent by a disperser, and can be subjected to a two-layer coating or a hydrophobizing treatment. Examples of the disperser include an ultrasonic homogenizer and a bead mill.

工程2により調製した溶液に有機酸を添加して電気炉内に噴霧して焼成することにより、有機ポリマー粒子の除去を行う場合には、電気炉の高温度領域の手前に、150〜250℃程度の温度範囲の低温度領域を設け、噴霧された溶液が当該低温度領域を通過してから、高温度領域に噴霧されるようにすることが好ましい。噴霧された溶液が低温度領域を通過することにより、溶液中の溶媒が徐々に蒸発するので、これにより噴霧液の液滴内での中空ナノシリカ粒子の形成が促進される。上記低温度領域を設けない場合、中空ナノシリカ粒子の形成が不十分となり、中空ナノシリカ粒子の形状が、いびつになるおそれがある。 When organic polymer particles are removed by adding an organic acid to the solution prepared in step 2 and spraying it into an electric furnace and firing it, the temperature is 150 to 250 ° C. before the high temperature region of the electric furnace. It is preferable to provide a low temperature region in a temperature range of about 2 so that the sprayed solution passes through the low temperature region and then is sprayed into the high temperature region. As the sprayed solution passes through the low temperature region, the solvent in the solution gradually evaporates, which promotes the formation of hollow nanosilica particles in the droplets of the spray solution. If the low temperature region is not provided, the formation of the hollow nanosilica particles is insufficient, and the shape of the hollow nanosilica particles may be distorted.

上記工程を経て得られる中空ナノシリカ粒子の平均粒子径は、50〜150nmが好ましく、35〜120nmがより好ましく、35〜100nmが更に好ましい。得られる中空ナノシリカ粒子の平均粒子径が上記範囲であることにより、より一層会合粒子の生成が抑制され、光の反射がより一層抑制される。 The average particle size of the hollow nanosilica particles obtained through the above steps is preferably 50 to 150 nm, more preferably 35 to 120 nm, and even more preferably 35 to 100 nm. When the average particle size of the obtained hollow nanosilica particles is in the above range, the formation of associated particles is further suppressed, and the reflection of light is further suppressed.

上記工程を経て得られる中空ナノシリカ粒子は、アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%を占めることが好ましく、97%以上がより好ましく、99%が更に好ましい。得られる中空ナノシリカ粒子のアスペクト比が1.5以下の粒子が上記割合であることにより、より一層会合粒子の生成が抑制され、光の反射がより一層抑制される。 In the hollow nanosilica particles obtained through the above steps, particles having an aspect ratio of 1.5 or less preferably occupy 95% of the total particles, more preferably 97% or more, still more preferably 99%. When the proportion of the obtained hollow nanosilica particles having an aspect ratio of 1.5 or less is 1.5 or less, the formation of associated particles is further suppressed, and the reflection of light is further suppressed.

上記工程を経て得られる中空ナノシリカ粒子のアスペクト比は、1.0〜1.6が好ましく、1.0〜1.4がより好ましく、1.0〜1.2が更に好ましい。得られる中空ナノシリカ粒子のアスペクト比が上記範囲であることにより、より一層会合粒子の生成が抑制され、光の反射がより一層抑制される。 The aspect ratio of the hollow nanosilica particles obtained through the above steps is preferably 1.0 to 1.6, more preferably 1.0 to 1.4, and even more preferably 1.0 to 1.2. When the aspect ratio of the obtained hollow nanosilica particles is in the above range, the formation of associated particles is further suppressed, and the reflection of light is further suppressed.

上記工程を経て得られる中空ナノシリカ粒子の粒子径の変動係数は、5〜20%が好ましく、5〜18%がより好ましく、5〜15%が更に好ましい。好ましい。得られる中空ナノシリカ粒子の粒子径の変動係数が上記範囲であることにより、より一層会合粒子の生成が抑制され、光の反射がより一層抑制される。 The coefficient of variation of the particle size of the hollow nanosilica particles obtained through the above steps is preferably 5 to 20%, more preferably 5 to 18%, still more preferably 5 to 15%. preferable. When the coefficient of variation of the particle size of the obtained hollow nanosilica particles is within the above range, the formation of associated particles is further suppressed, and the reflection of light is further suppressed.

上記工程3は、有機酸の存在下で前記コアシェル粒子の熱分解を行う工程である。有機酸の存在下で熱分解を行わない場合、会合粒子の生成が抑制されず、光の散乱が抑制できない。 The step 3 is a step of thermally decomposing the core-shell particles in the presence of an organic acid. When thermal decomposition is not performed in the presence of an organic acid, the formation of associated particles is not suppressed and the scattering of light cannot be suppressed.

有機酸としては特に限定されず、クエン酸、リンゴ酸等が挙げられる。これらの中でも、より一層会合粒子の生成が抑制され、光の反射がより一層抑制される点で、クエン酸が好ましい。 The organic acid is not particularly limited, and examples thereof include citric acid and malic acid. Among these, citric acid is preferable in that the formation of associated particles is further suppressed and the reflection of light is further suppressed.

工程3における溶液中の有機酸の含有量は、溶液に含まれるシリカシェルを100質量%として0.5〜20質量%が好ましく、1〜10質量%がより好ましい。有機酸の含有量が上記範囲であることにより、より一層会合粒子の生成が抑制され、光の反射がより一層抑制される。 The content of the organic acid in the solution in step 3 is preferably 0.5 to 20% by mass, more preferably 1 to 10% by mass, with the silica shell contained in the solution as 100% by mass. When the content of the organic acid is in the above range, the formation of associated particles is further suppressed, and the reflection of light is further suppressed.

以上説明した工程3により、上記コアシェル粒子のコアである、上記有機ポリマー粒子が有機酸の存在下で熱分解されて、上記有機ポリマー粒子を除去することができる。 By the step 3 described above, the organic polymer particles, which are the cores of the core-shell particles, are thermally decomposed in the presence of an organic acid, and the organic polymer particles can be removed.

<工程4>
本発明の中空ナノシリカ粒子の製造方法は、上記工程3の後に、上記中空ナノシリカ粒子の表面に、更に、シェルを被覆する工程4を有していてもよい。工程4を有することにより、シェルの平均厚みを調整することができる。
<Step 4>
The method for producing hollow nanosilica particles of the present invention may further include a step 4 of coating the surface of the hollow nanosilica particles with a shell after the step 3. By having step 4, the average thickness of the shell can be adjusted.

中空ナノシリカ粒子の表面にシェルを被覆する方法としては特に限定されず、例えば、上記工程2と同一の方法により、工程2における有機ポリマー粒子を上記工程3で得られた中空ナノシリカ粒子に変えて、中空ナノシリカ粒子の表面に、更にシェルを被覆すればよい。 The method of coating the surface of the hollow nanosilica particles with the shell is not particularly limited. For example, the organic polymer particles in step 2 are changed to the hollow nanosilica particles obtained in step 3 by the same method as in step 2. The surface of the hollow nanosilica particles may be further coated with a shell.

<工程5>
本発明の中空ナノシリカ粒子の製造方法は、上記工程3、又は上記工程4の後に、上記中空ナノシリカ粒子に疏水化処理を行う工程5を有していてもよい。工程5を有することにより、中空ナノシリカ粒子の表面に疏水性を付与することができる。
<Step 5>
The method for producing hollow nanosilica particles of the present invention may include a step 5 of subjecting the hollow nanosilica particles to a water-sulfurizing treatment after the step 3 or the step 4. By having the step 5, it is possible to impart water resistance to the surface of the hollow nanosilica particles.

疏水化処理の方法としては特に限定されず、例えば、工程3又は工程4により得られた中空ナノシリカ粒子に、トリアルコキシシラン、オルガノシラザンを添加して、加熱する方法が挙げられる。 The method of the hydroponic treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method of adding trialkoxysilane and organosilazane to the hollow nanosilica particles obtained in step 3 or step 4 and heating the particles.

上記トリアルコキシシランとしては特に限定されず、例えば、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシランが挙げられ、より好ましくは、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシランが挙げられる。 The trialkoxysilane is not particularly limited, and for example, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl). ) Ethyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, trifluoropropyltrimethoxysilane, and more preferably 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane. , N-Phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, trifluoropropyltrimethoxysilane and the like.

上記トリアルコキシシランは、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。 The above trialkoxysilane may be used alone or in combination of two or more.

工程5で調製される液中のトリアルコキシシランの濃度は、0.01〜30質量%であることが好ましく、0.05〜25質量%であることがより好ましい。 The concentration of trialkoxysilane in the liquid prepared in step 5 is preferably 0.01 to 30% by mass, more preferably 0.05 to 25% by mass.

トリアルコキシシランによる疎水化処理は、30℃以上で加熱される。加熱温度が30℃未満であると、シリカ粒子とトリアルコキシシランとの反応が不十分となるため、分散媒中で凝集する。加熱温度の好ましい下限は、35℃であり、より好ましい下限は、40℃である。また、加熱温度の上限は、90℃であり、より好ましい上限は80℃である。 The hydrophobizing treatment with trialkoxysilane is heated at 30 ° C. or higher. If the heating temperature is less than 30 ° C., the reaction between the silica particles and the trialkoxysilane is insufficient, and the particles aggregate in the dispersion medium. The preferred lower limit of the heating temperature is 35 ° C, and the more preferable lower limit is 40 ° C. The upper limit of the heating temperature is 90 ° C, and a more preferable upper limit is 80 ° C.

トリアルコキシシランによる疎水化処理の加熱時間は特に限定されず、10分〜48時間が好ましく、30分〜24時間がより好ましく、1時間〜20時間が更に好ましく、1.5時間〜18時間が特に好ましい。 The heating time of the hydrophobizing treatment with trialkoxysilane is not particularly limited, and is preferably 10 minutes to 48 hours, more preferably 30 minutes to 24 hours, further preferably 1 hour to 20 hours, and 1.5 hours to 18 hours. Especially preferable.

オルガノシラザンとしては特に限定されず、公知のオルガノシラザンを用いることができる。具体的には、テトラメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン、ペンタメチルジシラザン等が挙げられる。 The organosilazane is not particularly limited, and known organosilazanes can be used. Specific examples thereof include tetramethyldisilazane, hexamethyldisilazane, and pentamethyldisilazane.

上記オルガノシラザンは、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。 The above-mentioned organosilazane may be used alone or in combination of two or more.

オルガノシラザンによる疎水化処理は、30℃以上で加熱される。加熱温度が30℃未満であると、シリカ粒子とオルガノシラザンとの反応が不十分となるため、分散媒中で凝集する。加熱温度の好ましい下限は、35℃であり、より好ましい下限は、40℃である。また、加熱温度の上限は90℃であり、より好ましい上限は80℃である。 The hydrophobizing treatment with organosilazane is heated at 30 ° C. or higher. If the heating temperature is less than 30 ° C., the reaction between the silica particles and organosilazane becomes insufficient, so that the silica particles aggregate in the dispersion medium. The preferred lower limit of the heating temperature is 35 ° C, and the more preferable lower limit is 40 ° C. Further, the upper limit of the heating temperature is 90 ° C., and a more preferable upper limit is 80 ° C.

疎水化処理の加熱時間は特に限定されず、10分〜48時間が好ましく、30分〜24時間がより好ましく、1時間〜20時間が更に好ましく、1.5時間〜18時間が特に好ましい。 The heating time of the hydrophobizing treatment is not particularly limited, and is preferably 10 minutes to 48 hours, more preferably 30 minutes to 24 hours, further preferably 1 hour to 20 hours, and particularly preferably 1.5 hours to 18 hours.

トリアルコキシシランとオルガノシラザンは併用してもよい。 Trialkoxysilane and organosilazane may be used in combination.

疎水化された中空ナノシリカを含む溶液は、溶媒を他の溶媒と置換することができる。 The solution containing the hydrophobized hollow nanosilica can replace the solvent with another solvent.

また、疎水化された中空ナノシリカを含む溶液を濾過や乾燥により除去し、疎水化された中空ナノシリカを含む溶液粉末として取り出すことができる。 Further, the solution containing the hydrophobized hollow nanosilica can be removed by filtration or drying, and the solution powder containing the hydrophobized hollow nanosilica can be taken out.

5.コアシェル粒子の製造方法
本発明のコアシェル粒子の製造方法は、
(1)有機モノマーと、分散剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記有機モノマーの重合反応を行い、有機ポリマー粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とメタノールとの混合比が質量比で45:55〜80:20であり、前記分散剤のZ平均分子量が180×10以上である工程1、及び、
(2)溶媒に、(i)前記有機ポリマー粒子と、(ii)アルコシキシシラン、又は、アルコキシシラン及び金属アルコキシドと、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、前記溶液中で、前記有機ポリマー粒子をコアとし、前記有機ポリマー粒子を被覆するシェルを有するコアシェル粒子を形成する工程2を含む。
5. Method for producing core-shell particles The method for producing core-shell particles of the present invention is as follows.
(1) A step of preparing organic polymer particles by carrying out a polymerization reaction of the organic monomer in a solution containing an organic monomer, a dispersant, and a mixed solvent, wherein the mixed solvent is water and methanol. mixing ratio in weight ratio 45: 55 to 80: a 20, step 1 Z-average molecular weight of the dispersant is 180 × 10 4 or more and,
(2) To prepare a solution by adding (i) the organic polymer particles, (ii) alcoholicsilane, or alkoxysilane and metal alkoxide, and (iii) a basic catalyst to a solvent and stirring. 2. The step 2 of forming core-shell particles having the organic polymer particles as a core and having a shell covering the organic polymer particles in the solution is included.

上記工程1及び工程2は、上記中空ナノシリカ粒子の製造方法において説明した工程1及び2と同一である。本発明のコアシェル粒子の製造方法により製造されたコアシェル粒子は、当該コアシェル粒子のコアである有機ポリマー粒子を熱分解することにより除去することができるので、上述の中空ナノシリカ粒子の製造方法の工程3において用いられるコアシェル粒子として好適である。 The steps 1 and 2 are the same as the steps 1 and 2 described in the method for producing hollow nanosilica particles. The core-shell particles produced by the method for producing core-shell particles of the present invention can be removed by thermally decomposing the organic polymer particles that are the core of the core-shell particles. Therefore, step 3 of the method for producing hollow nanosilica particles described above. It is suitable as a core-shell particle used in.

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。 The present invention will be specifically described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples.

実施例1
表1〜表4の配合及び製造条件によりポリスチレン粒子及びコアシェル粒子を調製し、中空ナノシリカ粒子を製造した。具体的には、以下の通りである。
Example 1
Polystyrene particles and core-shell particles were prepared according to the formulation and production conditions shown in Tables 1 to 4, and hollow nanosilica particles were produced. Specifically, it is as follows.

(工程1:ポリスチレン粒子の製造)
表1の配合及び条件でポリスチレン粒子を製造した。スチレンモノマー(アルドリッチ社製)、超純水とアセトンとの混合溶媒、カチオン性重合開始剤として、2,2’−アゾビス(イソブチルアミジン)ジヒドロクロライド(AIBA)(シグマ−アルドリッチ社製)、分散剤としてPVP(ポリビニルピロリドン)を用い、バッチ式の反応系により合成した。
(Step 1: Production of polystyrene particles)
Polystyrene particles were produced under the formulations and conditions shown in Table 1. Styrene monomer (manufactured by Aldrich), mixed solvent of ultrapure water and acetone, 2,2'-azobis (isobutylamidine) dihydrochloride (AIBA) (manufactured by Sigma-Aldrich) as a cationic polymerization initiator, dispersant It was synthesized by a batch type reaction system using PVP (polyvinylpyrrolidone) as a solvent.

具体的には、先ず、超純水4500g、メタノール4500g、及び、分散剤としてPVP(アシュランド社製 K90 分子量640,000)を四ツ口フラスコに注入し、窒素雰囲気中で250rpmの撹拌条件で撹拌しながら還流し、温度が変化しなくなるまで60分間加温した。このときの温度は75℃であった。次いで、スチレンモノマーを添加し、温度が変化しなくなるまで5分間加温してスチレンモノマーを均一に分散させて、溶液を調製した。溶液の温度は75℃であった。溶液に、重合開始剤として予め超純水に溶解させた5wt%AIBA水溶液を添加して、重合反応を開始した。窒素雰囲気下、75℃で6時間重合反応を行った後、室温まで冷却して、ポリスチレン粒子反応液を作製し、溶液中で有機ポリマー粒子であるポリスチレン粒子を調製した。 Specifically, first, 4500 g of ultrapure water, 4500 g of methanol, and PVP (K90 molecular weight 640,000 manufactured by Ashland) as a dispersant are injected into a four-necked flask, and the stirring conditions are 250 rpm in a nitrogen atmosphere. The mixture was refluxed with stirring and heated for 60 minutes until the temperature did not change. The temperature at this time was 75 ° C. Then, the styrene monomer was added and heated for 5 minutes until the temperature did not change to uniformly disperse the styrene monomer to prepare a solution. The temperature of the solution was 75 ° C. A 5 wt% AIBA aqueous solution previously dissolved in ultrapure water was added to the solution as a polymerization initiator to initiate the polymerization reaction. After a polymerization reaction was carried out at 75 ° C. for 6 hours in a nitrogen atmosphere, the mixture was cooled to room temperature to prepare a polystyrene particle reaction solution, and polystyrene particles, which are organic polymer particles, were prepared in the solution.

<ポリスチレン粒子の収率>
ポリスチレン粒子反応液2gをシャーレで量り取り、ホットプレート上で120℃の温度で1時間乾燥して、下記式によりポリスチレン粒子の収率を算出した。
<Yield of polystyrene particles>
2 g of the polystyrene particle reaction solution was weighed with a petri dish and dried on a hot plate at a temperature of 120 ° C. for 1 hour, and the yield of polystyrene particles was calculated by the following formula.

(ポリスチレン粒子の収率(%))
={[(乾燥後サンプル重量(g))−(乾燥前サンプル中PVP仕込み重量(g))]
÷[乾燥前サンプル中スチレン仕込み重量(g)]}×100
(Yield of polystyrene particles (%))
= {[(Sample weight (g) after drying)-(Weight of PVP charged in sample before drying (g))]
÷ [Styrene charge weight (g) in sample before drying]} × 100

次いで、四ツ口フラスコにポリスチレン粒子反応液1800gを注入し、同重量のポリスチレン粒子反応液を滴下し、同一容量以上に保ちながら、加熱常圧蒸留により2倍濃縮して濃縮液を調製した。次いで、純水を滴下し、同一容量以上に保ちながら、加熱常圧蒸留により濃縮液中のメタノールを水に置換して水置換液を調製した。水置換液の温度は90℃であった。室温まで冷却して、平膜式膜濃縮機(Model UHP−150K、アドバンテック社製、分画分子量20,000)を用いて、ポリスチレン濃度4.3wt%以上となるように、ポリスチレン粒子水置換液を濃縮し、ポリスチレン粒子分散液を得た。 Next, 1800 g of a polystyrene particle reaction solution was injected into a four-necked flask, the same weight of polystyrene particle reaction solution was added dropwise, and the mixture was concentrated twice by heated atmospheric distillation while maintaining the same volume or more to prepare a concentrated solution. Then, pure water was added dropwise, and methanol in the concentrated solution was replaced with water by heated atmospheric distillation while maintaining the same volume or more to prepare a water-replaced solution. The temperature of the water replacement solution was 90 ° C. Cool to room temperature and use a flat membrane concentrator (Model UHP-150K, manufactured by Advantech, fractional molecular weight 20,000) to make the polystyrene particle water-substituted solution so that the polystyrene concentration is 4.3 wt% or more. Was concentrated to obtain a polystyrene particle dispersion.

<ポリスチレン濃度>
ポリスチレン粒子分散液1gをシャーレで量り取り、ホットプレート上で120℃の温度で1時間乾燥することにより、上記ポリスチレン粒子の収率を用いて、下記式に基づいて、ポリスチレン粒子分散液中のポリスチレン濃度を算出した。
<Polystyrene concentration>
Weigh 1 g of polystyrene particle dispersion with a petri dish and dry it on a hot plate at a temperature of 120 ° C. for 1 hour. Using the yield of the polystyrene particles, polystyrene in the polystyrene particle dispersion is based on the following formula. The concentration was calculated.

(ポリスチレン濃度(%))
={[(乾燥後サンプル重量(g)÷乾燥前サンプル重量(g))×100]×(ポリスチレン粒子の収率)}÷{ポリスチレン粒子の収率(%)+ポリスチレンに対するPVP添加量(%)(30%)}
(Polystyrene concentration (%))
= {[(Sample weight after drying (g) ÷ Sample weight before drying (g)) × 100] × (Yield of polystyrene particles)} ÷ {Yield of polystyrene particles (%) + PVP addition amount to polystyrene (%) ) (30%)}

(工程2:コアシェル粒子の製造)
表2の配合及び条件でコアシェル粒子を製造した。具体的には、先ず、四ツ口フラスコ、撹拌羽、ウォーターバスを備える反応装置を用意した。TMOS46.1g及びメタノール103.4gを混合して、A液を調製した。また、フラスコ内に、上記工程1で製造したポリスチレン粒子分散液(ポリスチレン濃度4.3wt%)182.6gを入れ、溶媒としてメタノール374.0gを添加し、25%アンモニア水溶液43.9gを添加して、B液を調製した。B液を30℃に保ちながら、250rpmで撹拌し、A液を3時間20分かけて添加した。溶液中でポリスチレン粒子をコアとし、ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有するコアシェル粒子を形成し、コアシェル粒子分散液を調製した。
(Step 2: Manufacture of core-shell particles)
Core-shell particles were produced according to the formulations and conditions shown in Table 2. Specifically, first, a reactor equipped with a four-necked flask, a stirring blade, and a water bath was prepared. Solution A was prepared by mixing 46.1 g of TMOS and 103.4 g of methanol. Further, 182.6 g of the polystyrene particle dispersion (polystyrene concentration 4.3 wt%) produced in the above step 1 was placed in the flask, 374.0 g of methanol was added as a solvent, and 43.9 g of a 25% aqueous ammonia solution was added. B solution was prepared. While keeping the solution B at 30 ° C., the mixture was stirred at 250 rpm, and the solution A was added over 3 hours and 20 minutes. A core-shell particle dispersion was prepared by using polystyrene particles as a core in a solution and forming core-shell particles having a silica-based shell covering the polystyrene particles.

(工程3:一層被覆中空ナノシリカ粒子の製造)
工程2により得られたコアシェル粒子分散液にクエン酸6.1g(クエン酸(無水) 扶桑化学工業株式会社製)を添加した。次いで、ホットプレート上で130℃の温度で乾燥することによりコアシェル粒子の粉末を得た。得られたコアシェル粒子粉末を、700℃の温度で1時間熱処理することにより、ポリスチレン粒子を除去して一層被覆中空ナノシリカ粉末を製造した。得られた中空ナノシリカ粉末に純水を添加し(シリカ濃度20wt%)、超音波ホモジナイザー(UP−400S、ヒールッシャー社製)を用いて3時間分散処理をした。得られた分散液を、微量高速遠心機(himac CF−15RN、日立工機株式会社製)を用いて、回転数5,500rpm、15分で1回遠心分離して上澄み液を回収し、5.0μmシリンジフィルターを用いて濾過し、一層被覆中空ナノシリカ分散液を得た(シリカ濃度15wt%)。シリカ濃度は一層被覆中空ナノシリカ粒子分散液を乾固後、800℃で灼熱し、その残量より算出した。
(Step 3: Production of single-layer coated hollow nanosilica particles)
6.1 g of citric acid (citric acid (anhydrous) manufactured by Fuso Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the core-shell particle dispersion obtained in step 2. The core-shell particle powder was then obtained by drying on a hot plate at a temperature of 130 ° C. The obtained core-shell particle powder was heat-treated at a temperature of 700 ° C. for 1 hour to remove polystyrene particles to produce a single-layer coated hollow nanosilica powder. Pure water was added to the obtained hollow nanosilica powder (silica concentration 20 wt%), and dispersion treatment was performed for 3 hours using an ultrasonic homogenizer (UP-400S, manufactured by Heelsher Co., Ltd.). The obtained dispersion is centrifuged once at a rotation speed of 5,500 rpm for 15 minutes using a micro high-speed centrifuge (himac CF-15RN, manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.) to recover the supernatant. Filtration was performed using a 0.0 μm syringe filter to obtain a single-layer coated hollow nanosilica dispersion (silica concentration 15 wt%). The silica concentration was calculated from the remaining amount of the one-layer coated hollow nanosilica particle dispersion liquid after drying and heating at 800 ° C.

(工程4:二層被覆中空ナノシリカ粒子の製造)
TMOS3.2g及びメタノール21.2gを混合して、C液を調製した。また、フラスコ内に、上記工程3で製造した一層被覆中空ナノシリカ分散液82.8gを入れ、溶媒としてメタノール270.6gを添加し、25%アンモニア水溶液27.6gを添加して、D液を調製した。D液を30℃に保ちながら、250rpmで撹拌し、C液を20分かけて添加した。溶液中で二層被覆中空ナノシリカ粒子を調製した。
(Step 4: Production of two-layer coated hollow nanosilica particles)
Solution C was prepared by mixing 3.2 g of TMOS and 21.2 g of methanol. Further, 82.8 g of the single-layer coated hollow nanosilica dispersion prepared in the above step 3 was placed in the flask, 270.6 g of methanol was added as a solvent, and 27.6 g of a 25% aqueous ammonia solution was added to prepare the D solution. did. While keeping the solution D at 30 ° C., the mixture was stirred at 250 rpm, and the solution C was added over 20 minutes. Two-layer coated hollow nanosilica particles were prepared in solution.

(工程5:表面処理された中空ナノシリカ粒子の製造)
先ず、四ツ口フラスコ、撹拌羽、ウォーターバスを備える反応装置を用意した。フラスコ内に、工程4で得られた二層被覆中空ナノシリカ分散液132.5gを注入し、二層被覆中空ナノシリカ分散液265.0gを滴下し、同一容量以上に保ちながら、加熱常圧蒸留により3倍濃縮した(シリカ濃度10%)。次いで、メタノールを滴下し、同一容量以上に保ちながら、加熱常圧蒸留により濃縮液中の水、アンモニアをメタノールに置換し、メタノールゾルを調製した。メタノールゾルの温度は67℃であった。メタノールに置換後、室温まで冷却して、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン1.4g(KBM−503、信越化学株式会社製)を添加して、250rpmの撹拌条件で撹拌しながら8時間還流した。還流温度は67℃であった。還流後、室温まで冷却して、メタノールゾルに対して2倍重量のメチルイソブチルケトンを滴下し、同一容量以上に保ちながら、加熱減圧蒸留により、ゾル中のメタノールをメチルイソブチルケトンに置換し、メチルイソブチルケトンゾルを調製した。得られたメチルイソブチルケトンゾルを、微量高速遠心機(himac CF−15RN、日立工機株式会社製)を用いて、回転数5,500rpm、15分で20回遠心分離して上澄み液を回収し、0.45μmシリンジフィルターを用いて濾過し、表面処理された中空ナノシリカ粒子の分散液を調製した(シリカ濃度10wt%)。
(Step 5: Production of surface-treated hollow nanosilica particles)
First, a reactor equipped with a four-necked flask, a stirring blade, and a water bath was prepared. 132.5 g of the two-layer coated hollow nanosilica dispersion obtained in step 4 was injected into the flask, 265.0 g of the two-layer coated hollow nanosilica dispersion was added dropwise, and the mixture was distilled under heating at atmospheric pressure while maintaining the same volume or more. It was concentrated 3 times (silica concentration 10%). Then, methanol was added dropwise, and water and ammonia in the concentrate were replaced with methanol by hot atmospheric distillation while maintaining the same volume or more to prepare a methanol sol. The temperature of the methanol sol was 67 ° C. After replacement with methanol, the mixture was cooled to room temperature, 1.4 g of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (KBM-503, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added, and the mixture was refluxed for 8 hours while stirring under stirring conditions of 250 rpm. .. The reflux temperature was 67 ° C. After refluxing, the mixture was cooled to room temperature, twice the weight of methyl isobutyl ketone was added dropwise to the methanol sol, and while maintaining the same volume or more, methanol in the sol was replaced with methyl isobutyl ketone by hot vacuum distillation to obtain methyl. Isobutyl ketone sol was prepared. The obtained methyl isobutyl ketone sol was centrifuged 20 times at a rotation speed of 5,500 rpm for 15 minutes using a micro high-speed centrifuge (himac CF-15RN, manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.) to recover the supernatant. , A dispersion of surface-treated hollow nanosilica particles was prepared by filtering using a 0.45 μm syringe filter (silica concentration 10 wt%).

実施例2〜6、比較例1〜13
表1〜表4の配合及び製造条件に変更した以外は実施例1と同様にして、ポリスチレン粒子、コアシェル粒子、及び、中空ナノシリカ粒子を製造した。
Examples 2-6, Comparative Examples 1-13
Polystyrene particles, core-shell particles, and hollow nanosilica particles were produced in the same manner as in Example 1 except that the formulations and production conditions in Tables 1 to 4 were changed.

実施例及び比較例において得られたポリスチレン粒子、コアシェル粒子及び中空ナノシリカ粒子の特性を、以下の方法により測定した。 The characteristics of the polystyrene particles, core-shell particles and hollow nanosilica particles obtained in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods.

(平均粒子径)
中空ナノシリカ粒子及びコアシェル粒子
TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子株式会社製)を用いて加速電圧200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子短径を測長して平均値を算出し、平均粒子径とした。
ポリスチレン粒子
SEM(走査型電子顕微鏡:JSM−6700F、日本電子株式会社製)を用いて加速電圧5kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子短径を測長して平均値を算出し、平均粒子径とした。
(Average particle size)
Using hollow nanosilica particles and core-shell particle TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by JEOL Ltd.), photographs of the particles were taken under the condition of an acceleration voltage of 200 kV, and 100 particle minor diameters arbitrarily selected were selected. The length was measured and the average value was calculated, which was used as the average particle size.
Take a picture of the particles using a polystyrene particle SEM (scanning electron microscope: JSM-6700F, manufactured by JEOL Ltd.) under the condition of an acceleration voltage of 5 kV, and measure the minor axis of 100 arbitrarily selected particles. The average value was calculated and used as the average particle size.

(シェルの厚み)
TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子株式会社製)により200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子のシェル厚みを測長した平均値を算出し、シェルの厚みとした。なお、コアシェル粒子は焼成し、コア粒子を除去した後、シェルの厚みを測定した。
(Thickness of shell)
A TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by JEOL Ltd.) was used to photograph the particles under the condition of 200 kV, and the average value obtained by measuring the shell thickness of 100 arbitrarily selected particles was calculated. The thickness of the shell was used. The core-shell particles were fired to remove the core particles, and then the thickness of the shell was measured.

(粒子径の変動係数)
中空ナノシリカ粒子及びコアシェル粒子
TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子株式会社製)を用いて加速電圧200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子短径を測長して平均値を求め、下記式に基づいて算出した。
(変動係数)=[(粒子短径の標準偏差)÷(粒子短径の平均値)]×100
ポリスチレン粒子
SEM(走査型電子顕微鏡:JSM−6700F、日本電子株式会社製)を用いて、加速電圧5kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子短径を測長して平均値を求め、下記式に基づいて算出した。
(変動係数)=[(粒子短径の標準偏差)÷(粒子短径の平均値)]×100
(Coefficient of variation of particle size)
Using hollow nanosilica particles and core-shell particle TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by JEOL Ltd.), photographs of the particles were taken under the condition of an acceleration voltage of 200 kV, and 100 particle minor diameters arbitrarily selected were selected. The length was measured to obtain the average value, which was calculated based on the following formula.
(Coefficient of variation) = [(standard deviation of particle minor axis) ÷ (mean value of particle minor axis)] × 100
Using a polystyrene particle SEM (scanning electron microscope: JSM-6700F, manufactured by JEOL Ltd.), a photograph of the particles was taken under the condition of an acceleration voltage of 5 kV, and the minor axis of 100 arbitrarily selected particles was measured. The average value was calculated and calculated based on the following formula.
(Coefficient of variation) = [(standard deviation of particle minor axis) ÷ (mean value of particle minor axis)] × 100

(アスペクト比が1.5以下の粒子の粒子全体に占める割合)
中空ナノシリカ粒子及びコアシェル粒子
TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子株式会社製)を用いて、倍率20万倍、加速電圧200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個のそれぞれの粒子の粒子長径及び粒子短径を測長して、下記式に基づいてそれぞれの粒子のアスペクト比を求めた。次いで、粒子100個中アスペクト比が1.5以下の粒子の数を数え、当該数を、アスペクト比が1.5以下の粒子の粒子全体に占める割合とした。
(アスペクト比)=(粒子長径)÷(粒子短径)
ポリスチレン粒子
SEM(走査型電子顕微鏡:JSM−6700F、日本電子株式会社製)を用いて、倍率10万倍、加速電圧5kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個のそれぞれの粒子の粒子長径及び粒子短径を測長して、下記式に基づいてそれぞれの粒子のアスペクト比を求める。次いで、粒子100個中アスペクト比が1.5以下の粒子の数を数え、当該数を、アスペクト比が1.5以下の粒子の粒子全体に占める割合とする。
(アスペクト比)=(粒子長径)÷(粒子短径)
(Ratio of particles with an aspect ratio of 1.5 or less to the total particles)
Using hollow nanosilica particles and core-shell particle TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by Nippon Denshi Co., Ltd.), photographs of the particles were taken under the conditions of a magnification of 200,000 times and an acceleration voltage of 200 kV, and 100 arbitrarily selected. The particle major axis and the particle minor axis of each of the individual particles were measured, and the aspect ratio of each particle was determined based on the following formula. Next, the number of particles having an aspect ratio of 1.5 or less out of 100 particles was counted, and the number was taken as the ratio of the particles having an aspect ratio of 1.5 or less to the total number of particles.
(Aspect ratio) = (Particle major axis) ÷ (Particle minor axis)
Using a polystyrene particle SEM (scanning electron microscope: JSM-6700F, manufactured by JEOL Ltd.), photographs of the particles were taken under the conditions of a magnification of 100,000 times and an acceleration voltage of 5 kV, and each of the 100 arbitrarily selected particles was taken. The particle major axis and the particle minor axis of the particles are measured, and the aspect ratio of each particle is obtained based on the following formula. Next, the number of particles having an aspect ratio of 1.5 or less out of 100 particles is counted, and the number is defined as the ratio of the particles having an aspect ratio of 1.5 or less to the total number of particles.
(Aspect ratio) = (Particle major axis) ÷ (Particle minor axis)

(Psa/Psm)
(i)中空ナノシリカ粒子と有機溶媒とを、中空ナノシリカ粒子の含有量が0.2質量%となる割合で混合し、測定用試料を調製した。
(ii)ディスク遠心式粒子径分布測定装置(DC24000UHR CPS社製)を用いて、測定用試料の粒子径50〜500nmにおける粒度分布を測定した。
(iii)会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子のピーク強度Psmと、会合している中空ナノシリカ粒子である会合粒子のピーク強度Psaとを測定し、主粒子のピーク強度Psmと会合粒子のピーク強度Psaとの比Psa/Psmを算出した。
(Psa / Psm)
(I) Hollow nanosilica particles and an organic solvent were mixed at a ratio of the content of the hollow nanosilica particles to 0.2% by mass to prepare a sample for measurement.
(Ii) Using a disk centrifugal particle size distribution measuring device (manufactured by DC24000UHR CPS), the particle size distribution of the measurement sample at a particle size of 50 to 500 nm was measured.
(Iii) The peak intensity Psm of the main particles, which are hollow nanosilica particles that are not associated, and the peak intensity Psa of the associated particles, which are the hollow nanosilica particles that are associated, are measured, and the peak intensity Psm of the main particles and the associated particles The ratio Psa / Psm with the peak intensity Psa was calculated.

(Pca/Pcm)
(i)工程2で得られたコアシェル粒子分散液と水とを、コアシェル粒子分散液:水=1:100(質量比)の割合で混合し、測定用試料を調製した。
(ii)ディスク遠心式粒子径分布測定装置(DC24000UHR CPS社製)を用いて、測定用試料の粒子径50〜500nmにおける粒度分布を測定した。
(iii)会合していないコアシェル粒子である主粒子のピーク強度Pcmと、会合しているコアシェル粒子である会合粒子のピーク強度Pcaとを測定し、主粒子のピーク強度Pcmと会合粒子のピーク強度Pcaとの比Pca/Pcmを算出した。
(Pca / Pcm)
(I) The core-shell particle dispersion obtained in step 2 and water were mixed at a ratio of core-shell particle dispersion: water = 1: 100 (mass ratio) to prepare a sample for measurement.
(Ii) Using a disk centrifugal particle size distribution measuring device (manufactured by DC24000UHR CPS), the particle size distribution of the measurement sample at a particle size of 50 to 500 nm was measured.
(Iii) The peak intensity Pcm of the main particles which are not associated core-shell particles and the peak intensity Pca of the associated particles which are the associated core-shell particles are measured, and the peak intensity Pcm of the main particles and the peak intensity of the associated particles are measured. The ratio Pca / Pcm to Pca was calculated.

(主粒子の分布曲線の半値幅)
中空ナノシリカ粒子
(i)工程5で得られた中空ナノシリカ粒子と有機溶媒とを、中空ナノシリカ粒子の含有量が0.2質量%となる割合で混合し、測定用試料を調製した。
(ii)ディスク遠心式粒子径分布測定装置(DC24000UHR CPS社製)を用いて、測定用試料の粒子径50〜500nmにおける粒度分布を測定した。
(iii)会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子のピークの1/2強度の2点間の間隔から半値幅を算出した。
コアシェル粒子
(i)工程2で得られたコアシェル粒子分散液と有機溶媒とを、コアシェル粒子の含有量が0.02質量%となる割合で混合し、測定用試料を調製する。
(ii)ディスク遠心式粒子径分布測定装置(DC24000UHR CPS社製)を用いて、測定用試料の粒子径50〜500nmにおける粒度分布を測定する。
(iii)会合していないコアシェル粒子である主粒子のピークの1/2強度の2点間の間隔から半値幅を算出した。
(Half width of distribution curve of main particles)
Hollow nanosilica particles (i) The hollow nanosilica particles obtained in step 5 and an organic solvent were mixed at a ratio of 0.2% by mass of the hollow nanosilica particles to prepare a sample for measurement.
(Ii) Using a disk centrifugal particle size distribution measuring device (manufactured by DC24000UHR CPS), the particle size distribution of the measurement sample at a particle size of 50 to 500 nm was measured.
(Iii) The full width at half maximum was calculated from the interval between two points of 1/2 intensity of the peak of the main particle which is a hollow nanosilica particle which is not associated.
Core-shell particles (i) The core-shell particle dispersion obtained in step 2 and an organic solvent are mixed at a ratio of which the content of core-shell particles is 0.02% by mass to prepare a sample for measurement.
(Ii) Using a disk centrifugal particle size distribution measuring device (manufactured by DC24000UHR CPS), the particle size distribution of the measurement sample at a particle size of 50 to 500 nm is measured.
(Iii) The full width at half maximum was calculated from the interval between two points of 1/2 intensity of the peak of the main particle which is the core-shell particle which is not associated.

(反射率)
ペンタエリスリトールトリアクリレート(アルドリッチ社製)1.0g、イルガキュア184(BASFジャパン株式会社製)0.05g、メチルイソブチルケトン8.95gを混合し、樹脂混合物を調製した。上記樹脂混合物1.0g、工程5で得られた表面処理中空ナノシリカ粒子分散液1.2g、メチルイソブチルケトン3.4gを混合し、シリカ粒子含有組成物を得た。得られたシリカ粒子含有組成物を、TACフィルム(TAC−100μ、IPI製)上に、バーコーターを用いて100μmの膜厚で塗膜して、表面処理中空ナノシリカ粒子含有層を形成し、積層体を作製した。表面処理中空ナノシリカ粒子含有層が形成されていない側のフィルム面を黒色マジックで塗り、次いで黒色テープを貼り付けて測定用試料を作製し、シリカ粒子含有組成物を塗布した側を光源側にして、紫外可視分光光度計(UV−2600、株式会社島津製作所製)を用い、反射率を測定した。
(Reflectance)
A resin mixture was prepared by mixing 1.0 g of pentaerythritol triacrylate (manufactured by Aldrich), 0.05 g of Irgacure 184 (manufactured by BASF Japan Ltd.), and 8.95 g of methyl isobutyl ketone. 1.0 g of the above resin mixture, 1.2 g of the surface-treated hollow nanosilica particle dispersion obtained in step 5, and 3.4 g of methyl isobutyl ketone were mixed to obtain a silica particle-containing composition. The obtained silica particle-containing composition was coated on a TAC film (TAC-100μ, manufactured by IPI) with a film thickness of 100 μm using a bar coater to form a surface-treated hollow nanosilica particle-containing layer, and laminated. The body was made. Surface treatment The film surface on the side where the hollow nanosilica particle-containing layer is not formed is coated with black magic, then a black tape is attached to prepare a measurement sample, and the side to which the silica particle-containing composition is applied is the light source side. , The reflectance was measured using an ultraviolet visible spectrophotometer (UV-2600, manufactured by Shimadzu Corporation).

(SCE)
上記反射率の測定と同様にして測定用試料を作製した。測定用試料のシリカ粒子含有組成物を塗布した側のY値のSCEを、分光測色計(CM−600d、コニカミノルタ株式会社製)を用いて測定した。
(SCE)
A measurement sample was prepared in the same manner as in the above-mentioned reflectance measurement. The SCE of the Y value on the side coated with the silica particle-containing composition of the measurement sample was measured using a spectrocolorimeter (CM-600d, manufactured by Konica Minolta Co., Ltd.).

(液浸法による真密度)
5mL比重瓶にイソオクタンを注入し、約25℃の恒温水槽に30分静置した。静置後、比重瓶内の温度を測定し、下記式に基づいて、イソオクタンの比重を算出した。
(イソオクタン比重)=[−0.0011×(測定温度(℃))]+0.7142
(True density by immersion method)
Isooctane was injected into a 5 mL specific gravity bottle and allowed to stand in a constant temperature water bath at about 25 ° C. for 30 minutes. After standing, the temperature inside the specific gravity bottle was measured, and the specific gravity of isooctane was calculated based on the following formula.
(Isooctane specific gravity) = [-0.0011 x (measurement temperature (° C))] +0.7142

次いで、比重瓶を恒温水槽から取り出し、液滴を拭き取り、イソオクタン充填比重瓶を精秤した。下記式に基づいて、比重瓶の体積を算出した。
(比重瓶体積(ml))=[(イソオクタン充填比重瓶重量(g))−(比重瓶重量(g))]÷(イソオクタン比重)
Then, the specific gravity bottle was taken out from the constant temperature water tank, the droplets were wiped off, and the isooctane-filled specific gravity bottle was precisely weighed. The volume of the specific gravity bottle was calculated based on the following formula.
(Volume of specific gravity bottle (ml)) = [(Weight of specific gravity bottle filled with isooctane (g))-(Weight of specific gravity bottle (g))] ÷ (Isooctane specific gravity)

次いで、工程5で得られた表面処理中空ナノシリカ粒子分散液10gをシャーレで量り取り、ホットプレート上で140℃の温度で乾燥することにより、表面処理中空ナノシリカ粉末を得た。得られた粉末を120℃の温度で2時間減圧乾燥した。5mL比重瓶に乾燥粉末を加え、イソオクタンを注入した。室温で30分静置し、静置後、真空ポンプを用いて1時間脱気した。脱気した表面処理中空ナノシリカ粒子充填比重瓶を、約25℃の恒温水槽に30分静置した。静置後、比重瓶内の温度を測定し、下記式に基づいて、イソオクタンの比重を算出した。
(イソオクタン比重)=[−0.0011×(測定温度(℃))]+0.7142
Next, 10 g of the surface-treated hollow nanosilica particle dispersion obtained in step 5 was weighed with a petri dish and dried on a hot plate at a temperature of 140 ° C. to obtain a surface-treated hollow nanosilica powder. The obtained powder was dried under reduced pressure at a temperature of 120 ° C. for 2 hours. Dry powder was added to a 5 mL specific gravity bottle and isooctane was injected. It was allowed to stand at room temperature for 30 minutes, and after standing, it was degassed for 1 hour using a vacuum pump. The degassed surface-treated hollow nanosilica particle-filled specific gravity bottle was allowed to stand in a constant temperature water tank at about 25 ° C. for 30 minutes. After standing, the temperature inside the specific gravity bottle was measured, and the specific gravity of isooctane was calculated based on the following formula.
(Isooctane specific gravity) = [-0.0011 x (measurement temperature (° C))] +0.7142

次いで、比重瓶を恒温水槽から取り出し、液滴を拭き取り、表面処理中空ナノシリカ充填比重瓶を精秤した。上記比重瓶体積を用いて、下記式に基づき、表面処理中空ナノシリカの液浸法による真密度を算出した。
(真密度(g/ml))=(乾燥粉末重量(g))÷{(比重瓶体積(ml))−[(イソオクタン重量)÷(イソオクタン比重)]}
Next, the specific gravity bottle was taken out from the constant temperature water tank, the droplets were wiped off, and the surface-treated hollow nanosilica-filled specific gravity bottle was precisely weighed. Using the above specific gravity bottle volume, the true density of the surface-treated hollow nanosilica by the immersion method was calculated based on the following formula.
(True density (g / ml)) = (Dry powder weight (g)) ÷ {(Specific gravity bottle volume (ml))-[(Isooctane weight) ÷ (Isooctane specific gravity)]}

(ガスピクノメーターによる真密度)
工程5で得られた表面処理中空ナノシリカ分散液10gをシャーレで量り取り、ホットプレート上で140℃の温度で乾燥することにより、表面処理中空ナノシリカ粉末を得た。得られた粉末を120℃の温度で1時間減圧乾燥した。ヘリウムガスピクノメーター(カンタクローム・インスツルメンツ・ジャパン合同会社製、Micro−ULTRAPYC1200e)を用いて、乾燥した表面処理中空ナノシリカ粉末の真密度を測定した。
(True density by gas pycnometer)
10 g of the surface-treated hollow nanosilica dispersion obtained in step 5 was weighed with a petri dish and dried on a hot plate at a temperature of 140 ° C. to obtain a surface-treated hollow nanosilica powder. The obtained powder was dried under reduced pressure at a temperature of 120 ° C. for 1 hour. The true density of the dried surface-treated hollow nanosilica powder was measured using a helium gas pycnometer (Micro-ULTRAPYC1200e manufactured by Kantachrome Instruments Japan GK).

(IQ2/IQ4
以下の測定方法により測定される29Si−固体NMRスペクトルからIQ2/IQ4を算出した。
(I Q2 / I Q4 )
IQ2 / IQ4 was calculated from the 29 Si-solid-state NMR spectrum measured by the following measurement method.

29 Si−固体NMRスペクトル測定
29Si−固体NMRスペクトルは、常温で真空乾燥した中空ナノシリカ粉末について、JNM−ECA400(日本電子株式会社製)を用い、以下の条件により測定される。
・共鳴周波数:78.65Hz
・測定モード:CP/MAS法
・測定核:29Si
・試料回転数:6kHz
・測定温度:室温
・積算回数:16384回
29 Si-Solid State NMR Spectrum Measurement
The 29 Si-solid-state NMR spectrum is measured by using JNM-ECA400 (manufactured by JEOL Ltd.) for a hollow nanosilica powder vacuum-dried at room temperature under the following conditions.
-Resonance frequency: 78.65 Hz
・ Measurement mode: CP / MAS method ・ Measurement nucleus: 29Si
-Sample rotation speed: 6 kHz
・ Measurement temperature: Room temperature ・ Number of integrations: 16384 times

上記測定方法により測定されるスペクトルから、(IQ2/IQ4)を算出した。なお、固体NMR(29Si/MAS)測定により得られる29Si−固体NMRスペクトルにおいて、ピーク(Q2)は−90〜−93ppmの間に存在し、ピーク(Q4)は−110〜−112ppmの間に存在する。 (I Q2 / I Q4 ) was calculated from the spectrum measured by the above measurement method. In the 29 Si-solid-state NMR spectrum obtained by solid-state NMR ( 29 Si / MAS) measurement, the peak (Q2) exists between -90 and -93 ppm, and the peak (Q4) is between 110-112 ppm. Exists in.

結果を下記表に示す。 The results are shown in the table below.

比較例3及び4では、TEM写真において明確に形状を判別できる粒子の数が少ないため、粒子径の変動係数、アスペクト比が1.5以下の粒子の割合、平均粒子径を測定できなかった。 In Comparative Examples 3 and 4, since the number of particles whose shape can be clearly determined in the TEM photograph is small, the coefficient of variation of the particle size, the proportion of particles having an aspect ratio of 1.5 or less, and the average particle size could not be measured.

なお、表3において、比較例3は図3に示すように微粒子が多数生成し、比較例4は図4に示すように粒子の凝集物が多数生成したため、コアシェル粒子の特性が一部測定できなかった。また、比較例5及び6では、粒度分布が広く、Pca/Pcmが測定できなかった。 In Table 3, in Comparative Example 3, a large number of fine particles were generated as shown in FIG. 3, and in Comparative Example 4, a large number of agglomerates of particles were generated as shown in FIG. 4, so that some characteristics of the core-shell particles could be measured. There wasn't. Further, in Comparative Examples 5 and 6, the particle size distribution was wide and Pca / Pcm could not be measured.

なお、表4において、比較例9は微粒子が多数生成し、且つ、真密度(イソオクタン)が高く、中空構造となっていなかった。また、比較例10はろ過後の溶液中に中空ナノシリカ粒子が存在しなかった。また、比較例11及び12では、粒度分布が広く、Psa/Psmが測定できなかった。また、主粒子のピークも判別できなかったため、半値幅も測定できなかった。更に、比較例13では、工程3においてコアシェル粒子の熱分解を有機酸の存在下で行わなかったため、会合粒子の生成が抑制されず、中空ナノシリカ粒子の光の散乱が抑制されなかった。 In Table 4, in Comparative Example 9, a large number of fine particles were generated, the true density (isooctane) was high, and the structure was not hollow. Further, in Comparative Example 10, hollow nanosilica particles were not present in the filtered solution. Further, in Comparative Examples 11 and 12, the particle size distribution was wide and Psa / Psm could not be measured. Moreover, since the peak of the main particle could not be discriminated, the half width could not be measured. Further, in Comparative Example 13, since the thermal decomposition of the core-shell particles was not performed in the presence of the organic acid in the step 3, the formation of the associated particles was not suppressed and the light scattering of the hollow nanosilica particles was not suppressed.

(結果)
実施例4〜6の中空ナノシリカ粒子は、工程2により形成されたコアシェル粒子の会合が少ないため、有機溶媒に分散した際の会合粒子が少なかった。そのため、反射率及びSCEが低くなった。
(result)
Since the hollow nanosilica particles of Examples 4 to 6 had few associations of the core-shell particles formed in step 2, the number of associated particles when dispersed in the organic solvent was small. Therefore, the reflectance and SCE became low.

Claims (12)

中空ナノシリカ粒子であって、
(1)平均粒子径が50〜150nmであり、
(2)シェルの平均厚みが5〜25nmであり、
(3)固体NMR(29Si/MAS)測定において、架橋酸素数が2個であるSiに帰属されるピーク(Q2)の積分強度(IQ2)と、架橋酸素数が4個であるSiに帰属されるピーク(Q4)の積分強度(IQ4)との比(IQ2/IQ4)が、0.20以下であり、
(4)ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合粒子のピーク強度Psaと、会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子のピーク強度Psmとの比Psa/Psmが、0.4以下である、
ことを特徴とする中空ナノシリカ粒子。
Hollow nanosilica particles
(1) The average particle size is 50 to 150 nm.
(2) The average thickness of the shell is 5 to 25 nm.
(3) In the solid-state NMR ( 29 Si / MAS) measurement, the integrated intensity (I Q2 ) of the peak (Q2) assigned to Si having two crosslinked oxygen numbers and Si having four crosslinked oxygen numbers the ratio of the integrated intensity of the assigned the peaks (Q4) (I Q4) ( I Q2 / I Q4) is, is 0.20 or less,
(4) Peak intensity Psa of associated particles and peak of main particles which are hollow nanosilica particles that are not associated in a particle size distribution in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device. The ratio Psa / Psm to the strength Psm is 0.4 or less.
Hollow nanosilica particles characterized by that.
ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合していない中空ナノシリカ粒子である主粒子の分布曲線の半値幅が15nm以下である、請求項1に記載の中空ナノシリカ粒子。 Claimed that the half-value width of the distribution curve of the main particles, which are non-associative hollow nanosilica particles, in the particle size distribution in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device is 15 nm or less. Item 2. The hollow nanosilica particles according to Item 1. 有機ポリマー粒子をコアとし、該有機ポリマー粒子を被覆するシリカをシェルとするコアシェル粒子であって、
(1)平均粒子径が50〜150nmであり、
(2)前記シェルの平均厚みが5〜25nmであり、
(3)ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合粒子のピーク強度Pcaと、会合していないコアシェル粒子である主粒子のピーク強度Pcmとの比Pca/Pcmが、0.5以下である、
ことを特徴とするコアシェル粒子。
Core-shell particles having organic polymer particles as a core and silica as a shell for coating the organic polymer particles.
(1) The average particle size is 50 to 150 nm.
(2) The average thickness of the shell is 5 to 25 nm.
(3) Peak intensity Pca of associated particles and peak intensity of main particles which are not associated core-shell particles in a particle size distribution in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device. The ratio Pca / Pcm to Pcm is 0.5 or less.
The core shell particles are characterized by that.
ディスク遠心式粒子径分布測定装置を用いて測定される粒子径50〜500nmの範囲の粒度分布における、会合していないコアシェル粒子である主粒子の分布曲線の半値幅が20nm以下である、請求項3に記載のコアシェル粒子。 Claim that the half-value width of the distribution curve of the main particles, which are unassociated core-shell particles, in the particle size distribution in the particle size range of 50 to 500 nm measured using a disk centrifugal particle size distribution measuring device is 20 nm or less. 3. The core-shell particles according to 3. 前記有機ポリマー粒子がポリスチレン粒子である、請求項3又は4に記載のコアシェル粒子。 The core-shell particles according to claim 3 or 4, wherein the organic polymer particles are polystyrene particles. 中空ナノシリカ粒子の製造方法であって、
(1)有機モノマーと、分散剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記有機モノマーの重合反応を行い、有機ポリマー粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とメタノールとの混合比が質量比で45:55〜80:20であり、前記分散剤のZ平均分子量が180×10以上である工程1、及び、
(2)溶媒に、(i)前記有機ポリマー粒子と、(ii)アルコシキシシラン、又は、アルコキシシラン及び金属アルコキシドと、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、前記溶液中で、前記有機ポリマー粒子をコアとし、前記有機ポリマー粒子を被覆するシェルを有するコアシェル粒子を形成する工程2、及び、
(3)前記コアシェル粒子を有機酸の存在下で熱分解することにより、前記コアシェル粒子のコアである前記有機ポリマー粒子を除去する工程3を含む、
ことを特徴とする中空ナノシリカ粒子の製造方法。
A method for producing hollow nanosilica particles.
(1) A step of preparing organic polymer particles by carrying out a polymerization reaction of the organic monomer in a solution containing an organic monomer, a dispersant, and a mixed solvent, wherein the mixed solvent is water and methanol. mixing ratio in weight ratio 45: 55 to 80: a 20, step 1 Z-average molecular weight of the dispersant is 180 × 10 4 or more and,
(2) A solution is prepared by adding (i) the organic polymer particles, (ii) alcoholicsilane, or alkoxysilane and metal alkoxide, and (iii) a basic catalyst to a solvent and stirring the mixture. In the solution, the step 2 of forming the core-shell particles having the organic polymer particles as the core and having a shell covering the organic polymer particles, and
(3) A step 3 of removing the organic polymer particles which are the cores of the core-shell particles by thermally decomposing the core-shell particles in the presence of an organic acid is included.
A method for producing hollow nanosilica particles.
前記分散剤は、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、及び、ポリビニルアルコールからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項6に記載の中空ナノシリカ粒子の製造方法。 The method for producing hollow nanosilica particles according to claim 6, wherein the dispersant is at least one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, hydroxypropyl cellulose, and polyvinyl alcohol. 前記工程2において、前記アルコキシシランは、テトラアルコキシシランを含み、前記溶液中の前記アルコキシシランの濃度が3〜7質量%である、請求項6又は7に記載のコアシェル粒子の製造方法。 The method for producing core-shell particles according to claim 6 or 7, wherein in the step 2, the alkoxysilane contains tetraalkoxysilane, and the concentration of the alkoxysilane in the solution is 3 to 7% by mass. 前記有機酸は、クエン酸である、請求項6〜8のいずれかに記載の中空ナノシリカ粒子の製造方法。 The method for producing hollow nanosilica particles according to any one of claims 6 to 8, wherein the organic acid is citric acid. 前記工程3の後に、前記中空ナノシリカ粒子の表面に、更に、シェルを被覆する工程4を有する、請求項6〜9のいずれかに記載の中空ナノシリカ粒子の製造方法。 The method for producing hollow nanosilica particles according to any one of claims 6 to 9, further comprising a step 4 of coating a shell on the surface of the hollow nanosilica particles after the step 3. コアシェル粒子の製造方法であって、
(1)有機モノマーと、分散剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記有機モノマーの重合反応を行い、有機ポリマー粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とメタノールとの混合比が質量比で45:55〜80:20であり、前記分散剤のZ平均分子量が180×10以上である工程1、及び、
(2)溶媒に、(i)前記有機ポリマー粒子と、(ii)アルコシキシシラン、又は、アルコキシシラン及び金属アルコキシドと、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、前記溶液中で、前記有機ポリマー粒子をコアとし、前記有機ポリマー粒子を被覆するシェルを有するコアシェル粒子を形成する工程2を含む、
ことを特徴とする製造方法。
A method for producing core-shell particles.
(1) A step of preparing organic polymer particles by carrying out a polymerization reaction of the organic monomer in a solution containing an organic monomer, a dispersant, and a mixed solvent, wherein the mixed solvent is water and methanol. mixing ratio in weight ratio 45: 55 to 80: a 20, step 1 Z-average molecular weight of the dispersant is 180 × 10 4 or more and,
(2) To prepare a solution by adding (i) the organic polymer particles, (ii) alcoholicsilane, or alkoxysilane and metal alkoxide, and (iii) a basic catalyst to a solvent and stirring. 2. The step 2 of forming core-shell particles having the organic polymer particles as a core and having a shell covering the organic polymer particles in the solution.
A manufacturing method characterized by that.
前記分散剤は、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、及び、ポリビニルアルコールからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項11に記載のコアシェル粒子の製造方法。 The method for producing core-shell particles according to claim 11, wherein the dispersant is at least one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, hydroxypropyl cellulose, and polyvinyl alcohol.
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