JP2022102438A - Silica powder and use thereof, and method for producing silica powder - Google Patents

Silica powder and use thereof, and method for producing silica powder Download PDF

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Abstract

To provide a novel silica powder having high safety, small apparent density and high concealing property.SOLUTION: A silica powder contains a plurality of voids having a length of a long axis of 200 nm or more and 3 μm or less inside the powder, and a value of {oil absorption amount (cm3/100 g)/100}/pore volume (cm3/g) is 1.5 or more.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、シリカ粒子及びその用途、並びにシリカ粒子の製造方法に関する。 The present invention relates to silica particles and their uses, and a method for producing silica particles.

粒子状のシリカは、触媒、乾燥剤、研磨剤として、また、樹脂フィラーや化粧料の原料等として各種分野で使用されている。シリカ粒子の種類としては、一つの粒子の内部に網目状の連続した微細孔を有するシリカ(多孔質シリカ)、一つの粒子の内部に一つの中空部分を持つ構造を有するシリカ(中空シリカ)、粒子内部に実質的に空隙を有さないシリカ(中実シリカ)等があり、それぞれの用途に応じて使い分けがされている。 Particulate silica is used in various fields as a catalyst, a desiccant, an abrasive, a resin filler, a raw material for cosmetics, and the like. The types of silica particles include silica having continuous mesh-like fine pores inside one particle (porous silica), silica having a structure having one hollow portion inside one particle (hollow silica), and the like. There is silica (solid silica) that has substantially no voids inside the particles, and it is used properly according to each application.

例えば、特許文献1には、断熱性に優れ、かつ嵩密度を低減した球状金属酸化物粉末が提案されており、真空断熱材の芯材や、各種充填用途、添加用途、化粧品用途等に用いることが記載されている。特許文献1には、金属酸化物としてシリカが例示され、金属酸化物粉末は、球状の独立粒子を主成分とし、BET法による比表面積が400m/g以上1000m/g以下であり、BJH法による細孔容積が2mL/g以上8mL/g以下であり、吸油量が250mL/100g以上であることを特徴とする。 For example, Patent Document 1 proposes a spherical metal oxide powder having excellent heat insulating properties and reduced bulk density, which is used as a core material for a vacuum heat insulating material, various filling applications, additive applications, cosmetic applications, and the like. It is stated that. Patent Document 1 exemplifies silica as a metal oxide. The metal oxide powder contains spherical independent particles as a main component, and has a specific surface area of 400 m 2 / g or more and 1000 m 2 / g or less by the BET method, and BJH. It is characterized in that the pore volume according to the method is 2 mL / g or more and 8 mL / g or less, and the oil absorption amount is 250 mL / 100 g or more.

また、特許文献2には、稠密なシリカシェルからなる中空粒子の製造方法が提案されており、当該稠密シリカの中空粒子は、15~800m/g程度のBET比表面積、シリカ100g当たり500ml以上のDOP吸油量、及び2~10nm以下程度のシェル厚を示すことが記載されている。特許文献2には、このような稠密シリカの中空粒子が、中空充填剤や吸収剤に使用できることが記載されている。 Further, Patent Document 2 proposes a method for producing hollow particles composed of a dense silica shell, and the hollow particles of the dense silica have a BET specific surface area of about 15 to 800 m 2 / g and 500 ml or more per 100 g of silica. It is described that the DOP oil absorption amount and the shell thickness of about 2 to 10 nm or less are shown. Patent Document 2 describes that such hollow particles of dense silica can be used as a hollow filler or an absorbent.

また、特許文献3には、可視光線領域の光を反射させることができる球状の多孔性無機粒子を製造する方法が記載されており、50nm以上のマクロ気孔を含む多孔性無機粒子を製造することが記載されている。特許文献3には、多孔性無機粒子がフォトニック結晶またはUV反射物質、CO吸着物質などの多様な分野に応用できることが記載されている。 Further, Patent Document 3 describes a method for producing spherical porous inorganic particles capable of reflecting light in the visible light region, and producing porous inorganic particles containing macropores of 50 nm or more. Is described. Patent Document 3 describes that porous inorganic particles can be applied to various fields such as photonic crystals, UV reflective substances, and CO 2 adsorbents.

国際公開第2012/147812号International Publication No. 2012/147812 特表2000-500113号公報Special Table 2000-500113 Gazette 特表2020-525375号公報Japanese Patent Publication No. 2020-525375

化粧品に用いられる無機白色顔料は、求められる特性の一つとして下地の隠蔽性がある。近年、肌の質感を向上させるために、感触が良好で、安全性が高く、かつ隠蔽性の高い無機白色顔料が求められている。
隠蔽性の高い無機白色顔料として知られている二酸化チタンは、粒子密度が大きく重いため感触が悪い、発がん性物質の可能性がある、光触媒作用があり皮膚表面へのダメージが懸念される等の欠点がある。
Inorganic white pigments used in cosmetics have the hiding property of the base as one of the required properties. In recent years, in order to improve the texture of the skin, there has been a demand for an inorganic white pigment having a good feel, high safety, and high concealing property.
Titanium dioxide, which is known as an inorganic white pigment with high concealing properties, has a large particle density and is heavy, so it feels bad, may be a carcinogen, and has a photocatalytic action, which may damage the skin surface. There are drawbacks.

これに対し、シリカ粒子は、粒子の大きさや粒子密度を調整でき、かつ安全性が高いため、化粧品への応用が期待される。しかし、従来のシリカ粒子は下地の隠蔽性が十分ではなく更なる改善が望まれている。 On the other hand, silica particles are expected to be applied to cosmetics because they can adjust the particle size and particle density and are highly safe. However, the conventional silica particles do not have sufficient concealing property of the base, and further improvement is desired.

そこで、本発明は、安全性が高く、見かけ密度が小さく、さらに隠蔽性の高い新規なシリカ粒子を提供することを課題とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide novel silica particles having high safety, low apparent density, and high concealment.

本発明者らは上記課題に鑑み検討したところ、粒子内部に長軸の長さが200nm以上である空隙を複数個内包するシリカ粒子により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of studies in view of the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by silica particles containing a plurality of voids having a major axis length of 200 nm or more inside the particles, and have completed the present invention. rice field.

本発明は、下記<1>~<12>に関するものである。
<1>粒子内部に長軸の長さが200nm以上3μm以下の空隙を複数個内包し、{吸油量(cm/100g)/100}/細孔容積(cm/g)の値が1.5以上であるシリカ粒子。
<2>平均円形度が0.80以上である、前記<1>に記載のシリカ粒子。
<3>表面が親水性である、前記<1>又は<2>に記載のシリカ粒子。
<4>シリカ粒子の体積基準による累積粒度分布における50%粒子径(D50)が3~500μmである、前記<1>~<3>のいずれか1つに記載のシリカ粒子。
<5>前記細孔容積が2.0cm/g未満である、前記<1>~<4>のいずれか1つに記載のシリカ粒子。
<6>粒子強度が1MPa以上である、前記<1>~<5>のいずれか1つに記載のシリカ粒子。
<7>前記シリカ粒子にL表色系におけるa*値が14以上15以下の赤褐色の酸化鉄(III)粉末を30質量%の割合で混合して混合粉末を得たとき、前記混合粉末のa値が6.0以下である、前記<1>~<6>のいずれか1つに記載のシリカ粒子。
<8>前記<1>~<7>のいずれか1つに記載のシリカ粒子を含む白色顔料。
<9>前記<1>~<7>のいずれか1つに記載のシリカ粒子を含む化粧品。
<10>テンプレート粒子を含むケイ酸ナトリウム水溶液を液滴化した後にシリカを析出させ、前記テンプレート粒子を除去し、前記テンプレート粒子が除去されたシリカを洗浄し、乾燥する、シリカ粒子の製造方法。
<11>テンプレート粒子をケイ酸ナトリウム水溶液中に混合した混合液を分散相とし、界面活性剤を含む有機相を連続相として、前記分散相と前記連続相を混合して撹拌乳化し、前記分散相を液滴化した乳化液を得て、前記乳化液をゲル化して、前記テンプレート粒子を内包したシリカを含むシリカスラリーを得て、前記シリカスラリーに酸を加えて、前記テンプレート粒子を除去し、前記テンプレート粒子が除去されたシリカを洗浄し、乾燥する、シリカ粒子の製造方法。
<12>前記テンプレート粒子が、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム及び炭酸カルシウムからなる群から選択される少なくとも1つである、前記<10>又は<11>に記載のシリカ粒子の製造方法。
The present invention relates to the following <1> to <12>.
<1> A plurality of voids having a major axis length of 200 nm or more and 3 μm or less are contained inside the particles, and the value of {oil absorption (cm 3/100 g) / 100} / pore volume (cm 3 / g) is 1. .Silica particles that are greater than or equal to 5.
<2> The silica particles according to <1>, wherein the average circularity is 0.80 or more.
<3> The silica particles according to <1> or <2>, which have a hydrophilic surface.
<4> The silica particles according to any one of <1> to <3>, wherein the 50% particle size (D 50 ) in the cumulative particle size distribution based on the volume of the silica particles is 3 to 500 μm.
<5> The silica particle according to any one of <1> to <4>, wherein the pore volume is less than 2.0 cm 3 / g.
<6> The silica particles according to any one of <1> to <5>, wherein the particle strength is 1 MPa or more.
<7> When a reddish brown iron (III) oxide powder having an a * value of 14 or more and 15 or less in the L * a * b * color system is mixed with the silica particles at a ratio of 30% by mass to obtain a mixed powder. The silica particles according to any one of <1> to <6>, wherein the a * value of the mixed powder is 6.0 or less.
<8> A white pigment containing the silica particles according to any one of <1> to <7>.
<9> A cosmetic product containing the silica particles according to any one of <1> to <7>.
<10> A method for producing silica particles, in which silica is precipitated after atomizing an aqueous sodium silicate solution containing template particles, the template particles are removed, and the silica from which the template particles have been removed is washed and dried.
<11> The dispersion phase is a mixture of template particles mixed in an aqueous sodium silicate solution, the organic phase containing a surfactant is used as a continuous phase, and the dispersed phase and the continuous phase are mixed and emulsified by stirring, and the dispersion is performed. An emulsion in which the phase is dropletized is obtained, the emulsion is gelled to obtain a silica slurry containing silica containing the template particles, and an acid is added to the silica slurry to remove the template particles. , A method for producing silica particles, wherein the silica from which the template particles have been removed is washed and dried.
<12> The method for producing silica particles according to <10> or <11>, wherein the template particles are at least one selected from the group consisting of magnesium hydroxide, magnesium carbonate, calcium hydroxide and calcium carbonate. ..

本発明のシリカ粒子は、粒子内部に長軸の長さが200nm以上3μm以下の空隙を複数個内包するので、見かけ密度が小さくなるため、軽い粒子となる。また、可視光領域(400~800nm)の光の散乱面が増え、粒子の散乱性が向上するため、隠蔽性の高い粒子となる。また、シリカにより構成されるので安全性も高い。よって、化粧品に好適に用いることができ、化粧品に用いた場合には、下地の隠蔽性が高く、肌に対する遮蔽力に優れる。 Since the silica particles of the present invention contain a plurality of voids having a major axis length of 200 nm or more and 3 μm or less inside the particles, the apparent density is reduced, so that the silica particles are light particles. In addition, the scattering surface of light in the visible light region (400 to 800 nm) increases, and the scattering property of the particles is improved, so that the particles have high concealing properties. Moreover, since it is composed of silica, it is highly safe. Therefore, it can be suitably used for cosmetics, and when it is used for cosmetics, it has a high concealing property of the base and an excellent shielding power against the skin.

図1は、例4で得られたシリカ粒子の割断面の走査型電子顕微鏡像(SEM像)を示す。FIG. 1 shows a scanning electron microscope image (SEM image) of the fractured surface of the silica particles obtained in Example 4. 図2は、例4で得られたシリカ粒子の走査型電子顕微鏡像(SEM像)を示す。FIG. 2 shows a scanning electron microscope image (SEM image) of the silica particles obtained in Example 4.

以下、本発明について説明するが、以下の説明における例示によって本発明は限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described, but the present invention is not limited by the examples in the following description.

<シリカ粒子>
本発明のシリカ粒子は、粒子内部に長軸の長さが200nm以上3μm以下の空隙を複数個内包し、{吸油量(cm/100g)/100}/細孔容積(cm/g)の値が1.5以上であるものである。シリカ粒子の内部に空隙があることは、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)により粒子の断面を観察することにより確認できる。
<Silica particles>
The silica particles of the present invention contain a plurality of voids having a major axis length of 200 nm or more and 3 μm or less inside the particles, and {oil absorption (cm 3/100 g) / 100} / pore volume (cm 3 / g). The value of is 1.5 or more. The presence of voids inside the silica particles can be confirmed, for example, by observing the cross section of the particles with a scanning electron microscope (SEM).

なお、空隙の長軸の長さは、例えば、シリカ粒子の割断面をSEMで撮影し、SEM写真における空隙の開口部の最も長い距離を測定することで求められる。 The length of the major axis of the void is determined, for example, by photographing the fractured surface of the silica particles with an SEM and measuring the longest distance of the opening of the void in the SEM photograph.

本発明のシリカ粒子の内部には、長軸の長さが200nm以上3μm以下の空隙が複数個含まれている。シリカと空気の界面で可視光が拡散するので、シリカ粒子の内部に空隙があると光が散乱しやすくなるが、空隙が小さすぎると光の散乱は起こらない。長軸の長さが200nm以上の空隙を内包することにより、光の散乱を起こさせることができる。また、製造可能なシリカ粒子の大きさを考慮し、長軸の長さは3μm以下とする。
粒子内部の空隙の長軸の長さは、200nm以上であり、300nm以上が好ましく、400nm以上がより好ましく、また、3μm以下であり、2μm以下が好ましく、1μm以下がより好ましい。
The silica particles of the present invention contain a plurality of voids having a major axis length of 200 nm or more and 3 μm or less. Since visible light is diffused at the interface between silica and air, light is likely to be scattered if there are voids inside the silica particles, but light is not scattered if the voids are too small. By including a void having a major axis length of 200 nm or more, light scattering can be caused. Further, in consideration of the size of the silica particles that can be manufactured, the length of the major axis shall be 3 μm or less.
The length of the major axis of the void inside the particle is 200 nm or more, preferably 300 nm or more, more preferably 400 nm or more, 3 μm or less, preferably 2 μm or less, and more preferably 1 μm or less.

可視光はシリカと空気の界面で散乱するため、界面が多いほど可視光を散乱させることができ、隠蔽性が向上する。よって、シリカ粒子の内部に長軸の長さが200nm以上3μm以下の空隙が複数個あることで、可視光の散乱性が向上する。
長軸の長さが200nm以上3μm以下の空隙の個数は、一つの粒子内に2個以上あればよく、シリカ粒子の大きさ(粒径)及び空隙の大きさ(長軸の長さ)に応じて適宜調整できる。
Since visible light is scattered at the interface between silica and air, the more interfaces there are, the more visible light can be scattered, and the concealment property is improved. Therefore, the scattering property of visible light is improved by having a plurality of voids having a major axis length of 200 nm or more and 3 μm or less inside the silica particles.
The number of voids having a major axis length of 200 nm or more and 3 μm or less may be two or more in one particle, depending on the size (particle size) of the silica particles and the size of the voids (length of the major axis). It can be adjusted as appropriate.

本発明において、シリカ粒子の細孔容積は、2.0cm/g未満であることが好ましい。ここで、細孔容積とは、細孔直径が1~100nmの細孔に由来する細孔容積を意味する。長軸の長さが200nm以上3μm以下の空隙の周りに細孔直径が1~100nmの細孔(空隙)を有することでみかけ粒子密度は小さくなる。すなわち、シリカ粒子が軽い粒子となり感触が向上するほか、仮に液を吸っても大きい空隙の空気相が維持されるので隠蔽性が維持できる。細孔容積が大きすぎると粒子強度が低下する場合があり、用途が限られることになるので、2.0cm/g未満であることが好ましい。
細孔容積は、1.9cm/g以下であることがより好ましく、1.8cm/g以下がさらに好ましく、1.7cm/g以下が特に好ましい。シリカ粒子の細孔容積の下限値は特に限定されないが、シリカ粒子が未焼成品の場合は、0.9cm/g以上であることが好ましく、0.95cm/g以上がより好ましく、1.0cm/g以上がさらに好ましい。
In the present invention, the pore volume of the silica particles is preferably less than 2.0 cm 3 / g. Here, the pore volume means a pore volume derived from a pore having a pore diameter of 1 to 100 nm. The apparent particle density is reduced by having pores (voids) having a pore diameter of 1 to 100 nm around voids having a major axis length of 200 nm or more and 3 μm or less. That is, the silica particles become light particles and the feel is improved, and even if the liquid is sucked, the air phase of large voids is maintained, so that the concealing property can be maintained. If the pore volume is too large, the particle strength may decrease and the use is limited. Therefore, it is preferably less than 2.0 cm 3 / g.
The pore volume is more preferably 1.9 cm 3 / g or less, further preferably 1.8 cm 3 / g or less, and particularly preferably 1.7 cm 3 / g or less. The lower limit of the pore volume of the silica particles is not particularly limited, but when the silica particles are unbaked products, it is preferably 0.9 cm 3 / g or more, more preferably 0.95 cm 3 / g or more, and 1 More preferably, it is 0.0 cm 3 / g or more.

シリカ粒子が焼成品である場合は、細孔直径が1~100nmの細孔(空隙)を焼成により収縮させて、細孔容積を0.3cm/g以下とすることができる。前記細孔が少ないと、長軸の長さが200nm以上3μm以下の空隙に液が浸透しにくく、シリカ粒子の軽さと隠蔽性を維持できる。 When the silica particles are fired products, the pores (voids) having a pore diameter of 1 to 100 nm can be shrunk by firing to reduce the pore volume to 0.3 cm 3 / g or less. When the number of pores is small, it is difficult for the liquid to permeate into the voids having a major axis length of 200 nm or more and 3 μm or less, and the lightness and concealing property of the silica particles can be maintained.

なお、細孔容積は、窒素吸着法によりBJH法を用いて算出できる。 The pore volume can be calculated by using the BJH method by the nitrogen adsorption method.

シリカ粒子は、吸油量が30~500cm/100gであることが好ましい。吸油量が30cm/100g以上であるとみかけ密度を小さくして軽い粒子とすることができ、また、多少の皮脂を吸っても高隠蔽性を維持できるので化粧品用途に好適に使用でき、吸油量が500cm/100g以下であると高い粒子強度を維持できる。
吸油量は、50cm/100g以上であることがより好ましく、100cm/100g以上がさらに好ましく、250cm/100g以上が特に好ましく、また、450cm/100g以下であることがより好ましく、400cm/100g以下がさらに好ましく、350cm/100g以下が特に好ましい。
The silica particles preferably have an oil absorption of 30 to 500 cm / 3/100 g. When the oil absorption amount is 30 cm 3/100 g or more, the apparent density can be reduced to make light particles, and high concealment can be maintained even if some sebum is absorbed, so that it can be suitably used for cosmetics and oil absorption. When the amount is 500 cm 3/100 g or less, high particle strength can be maintained.
The oil absorption amount is more preferably 50 cm 3/100 g or more, further preferably 100 cm 3/100 g or more, particularly preferably 250 cm 3/100 g or more, and even more preferably 450 cm 3/100 g or less, 400 cm 3 / 100 g or less is more preferable, and 350 cm 3/100 g or less is particularly preferable.

吸油量は、JIS K 5101に準じて測定できる。具体的には、試料全体が一塊となるまで練りながら、試料に煮アマニ油を加えていく。吸油量は、試料全体が一塊となったときの、試料100gあたりの煮アマニ油の容積で表わす。以下、この測定法による吸油量を、単に吸油量という。 The oil absorption amount can be measured according to JIS K 5101. Specifically, boiled flaxseed oil is added to the sample while kneading until the whole sample becomes a mass. The oil absorption amount is expressed by the volume of boiled flax oil per 100 g of the sample when the whole sample is agglomerated. Hereinafter, the amount of oil absorbed by this measuring method is simply referred to as the amount of oil absorbed.

本発明において、{吸油量(cm/100g)/100}/細孔容積(cm/g)(以下、「(吸油量/100)/細孔容積」という。)で表される、シリカ粒子1g当たりの細孔容積に対する吸油量は1.5以上である。細孔容積に対する(吸油量/100)の比が1より大きいことは、粒子内部の可視光を散乱できる空隙が多いことを示す。前記(吸油量/100)/細孔容積の値が1.5以上であると、粒子内部の可視光を散乱できる空隙が特に多いことを示しているので、粒子表面での可視光の散乱が多くなり、十分な隠蔽性を得ることができる。
(吸油量/100)/細孔容積の値は、1.5以上であり、1.6以上が好ましく、2.0以上がより好ましく、また、粒子強度に影響を与えない限り特に限定されないが、500以下であることが好ましい。
In the present invention, silica represented by {oil absorption (cm 3/100 g) / 100} / pore volume (cm 3 / g) (hereinafter referred to as "(oil absorption / 100) / pore volume"). The oil absorption amount with respect to the pore volume per 1 g of particles is 1.5 or more. When the ratio of (oil absorption / 100) to the pore volume is larger than 1, it means that there are many voids that can scatter visible light inside the particles. When the value of (oil absorption / 100) / pore volume is 1.5 or more, it indicates that there are particularly many voids in which visible light can be scattered inside the particle, so that visible light is scattered on the particle surface. The number increases, and sufficient concealment can be obtained.
The value of (oil absorption / 100) / pore volume is 1.5 or more, preferably 1.6 or more, more preferably 2.0 or more, and is not particularly limited as long as it does not affect the particle strength. , 500 or less is preferable.

本発明のシリカ粒子は、窒素吸着法に基づいて求められる比表面積が1m/g以上であることが好ましい。比表面積が1m/g以上であると、触媒担体として使用したときに活性点を増やすことができる。
比表面積は、10m/g以上であることがより好ましく、50m/g以上がさらに好ましく、100m/g以上が特に好ましく、また上限は特に限定されない。
The silica particles of the present invention preferably have a specific surface area of 1 m 2 / g or more, which is obtained based on the nitrogen adsorption method. When the specific surface area is 1 m 2 / g or more, the active sites can be increased when used as a catalyst carrier.
The specific surface area is more preferably 10 m 2 / g or more, further preferably 50 m 2 / g or more, particularly preferably 100 m 2 / g or more, and the upper limit is not particularly limited.

なお、比表面積は、窒素吸着法により吸着等温線を得た後、BETの理論を用いて算出できる。 The specific surface area can be calculated using the BET theory after obtaining an adsorption isotherm by the nitrogen adsorption method.

本発明のシリカ粒子の形状は、特に限定されないが、球状であることが好ましい。シリカ粒子の形状が球状であると、皮膚に接触した際に滑らかな使用感が得られるので、化粧品用途に好適である。また、触媒担体用途、特にポリオレフィン製造用の触媒担体用途においても触媒担体の形状と同じ形状のポリマー粒子が生成することから、球状粒子が求められている。さらに、充填性の面からも球状粒子が好ましい。 The shape of the silica particles of the present invention is not particularly limited, but is preferably spherical. When the shape of the silica particles is spherical, a smooth feeling of use can be obtained when they come into contact with the skin, which is suitable for cosmetic applications. Further, even in a catalyst carrier application, particularly a catalyst carrier application for polyolefin production, spherical particles are required because polymer particles having the same shape as that of the catalyst carrier are generated. Further, spherical particles are preferable from the viewpoint of filling property.

本発明のシリカ粒子は、平均円形度が0.80以上であることが好ましい。平均円形度が0.80以上であると粒子の形状が球状に近くなるので、様々な用途に好適に用いることができる。
シリカ粒子の平均円形度は0.90以上であることがより好ましく、0.95以上がさらに好ましい。円形度の上限は特に限定されず、1であることが最も好ましい。
The silica particles of the present invention preferably have an average circularity of 0.80 or more. When the average circularity is 0.80 or more, the shape of the particles becomes close to a spherical shape, so that the particles can be suitably used for various purposes.
The average circularity of the silica particles is more preferably 0.90 or more, further preferably 0.95 or more. The upper limit of the circularity is not particularly limited, and is most preferably 1.

なお、円形度は、粒子画像解析装置(例えば、マルバーン社製、Morphologi4)により得られた画像を、上記装置に付属の画像解析ソフトを用いて粒子の面積と周長を求め、下記式に当てはめて算出できる。平均円形度は、3万個の粒子の平均値を求めたものである。
円形度=投影面積の等しい円の周長/粒子の周長
投影面積の等しい円の周長:ある粒子を真上から観察したとき、下の平面に映った粒子の影の面積を求め、この面積に等しい円を計算し、その円の輪郭の長さ
粒子の周長:粒子を真上から観察したとき、下の平面に映った粒子の影の輪郭の長さ
For the circularity, the area and perimeter of the particles obtained from the image obtained by a particle image analysis device (for example, Morphology 4 manufactured by Malvern Co., Ltd.) are obtained using the image analysis software attached to the above device, and are applied to the following formula. Can be calculated. The average circularity is the average value of 30,000 particles.
Circularity = Circumferential length of circles with equal projected area / Circumferential length of circles with equal projected area: Circumferential length of circles with equal projected area: When a certain particle is observed from directly above, the area of the shadow of the particle reflected on the lower plane is obtained. Calculate a circle equal to the area and length of the outline of the circle Particle circumference: Length of the outline of the shadow of the particle reflected on the plane below when the particle is observed from directly above

シリカ粒子の体積基準による累積粒度分布における50%粒子径(D50)は、3~500μmであることが好ましい。本発明のシリカ粒子を得る場合、50%粒子径(D50)が3μm未満のシリカ粒子は製造が困難であり、また、500μmを超えると使用用途が限定されてしまい、例えば化粧品用途に使用する場合には粒子が大きすぎて使用感が悪くなる虞があるため500μm以下が好ましい。50%粒子径(D50)が前記範囲であると、様々な分野の用途に使用できるため好ましい。
50%粒子径(D50)は、5μm以上であることがより好ましく、10μm以上がさらに好ましく、20μm以上が特に好ましく、また、300μm以下であることがより好ましく、100μm以下がさらに好ましく、50μm以下が特に好ましい。
The 50% particle size (D 50 ) in the cumulative particle size distribution based on the volume of the silica particles is preferably 3 to 500 μm. When the silica particles of the present invention are obtained, it is difficult to produce silica particles having a 50% particle diameter (D 50 ) of less than 3 μm, and if the particle size exceeds 500 μm, the usage is limited, and the silica particles are used, for example, for cosmetics. In some cases, the particles are too large and the feeling of use may be deteriorated, so that the size is preferably 500 μm or less. It is preferable that the 50% particle diameter (D 50 ) is in the above range because it can be used in various fields.
The 50% particle size (D 50 ) is more preferably 5 μm or more, further preferably 10 μm or more, particularly preferably 20 μm or more, still more preferably 300 μm or less, further preferably 100 μm or less, and further preferably 50 μm or less. Is particularly preferable.

なお、50%粒子径(D50)は、粒子画像解析装置(例えば、マルバーン社製、Morphologi4)を用いて、円形度0.90以上の粒子を3万個測定し、50%体積換算粒子径として算出できる。 For the 50% particle diameter (D 50 ), 30,000 particles having a circularity of 0.90 or more were measured using a particle image analysis device (for example, Morphology 4 manufactured by Malvern), and the 50% volume conversion particle diameter was obtained. Can be calculated as.

また、本発明のシリカ粒子は、粒子強度が1MPa以上であることが好ましい。粒子強度が1MPa以上であると、粒子が崩壊し難い強度を有するので、様々な用途に適用できる。
粒子強度は、1.5MPa以上であることがより好ましく、2.0MPa以上がさらに好ましく、2.5MPa以上が特に好ましく、特に上限は限定されない。
Further, the silica particles of the present invention preferably have a particle strength of 1 MPa or more. When the particle strength is 1 MPa or more, the particles have a strength that does not easily collapse, so that they can be applied to various uses.
The particle strength is more preferably 1.5 MPa or more, further preferably 2.0 MPa or more, particularly preferably 2.5 MPa or more, and the upper limit is not particularly limited.

なお、シリカ粒子の強度は、微小圧縮試験機(例えば、株式会社島津製作所製、MCT-510)を用いて測定できる。本発明において、粒子強度は、40個のシリカ粒子の圧縮強度を測定し、その平均値により求める。 The strength of the silica particles can be measured using a microcompression tester (for example, MCT-510 manufactured by Shimadzu Corporation). In the present invention, the particle strength is determined by measuring the compressive strength of 40 silica particles and averaging them.

本発明のシリカ粒子は、粒子の表面が親水性であることが好ましい。粒子の表面が親水性であると、シリカ粒子には有機成分が少ないか含まれていないため、環境に悪影響がなく、様々の分野に使用できる。 The silica particles of the present invention preferably have a hydrophilic surface. When the surface of the particles is hydrophilic, the silica particles have little or no organic components, so that they have no adverse effect on the environment and can be used in various fields.

なお、粒子の表面が親水性であることは、水への分散試験により確認できる。例えば、水100gに対し、シリカ粒子の粉末5gを添加し、均一に撹拌した後24時間静置し、24時間後にシリカ粒子の9割以上が水中に沈んでいるものをシリカ粒子が親水性であると判断する。沈んだシリカ粒子の割合については、24時間静置後に沈降粒子を回収して乾燥し、得られたシリカ粒子の質量から算出する。 The hydrophilicity of the surface of the particles can be confirmed by a dispersion test in water. For example, 5 g of silica particle powder is added to 100 g of water, and the mixture is uniformly stirred and then allowed to stand for 24 hours. After 24 hours, 90% or more of the silica particles are submerged in water, and the silica particles are hydrophilic. Judge that there is. The ratio of the settled silica particles is calculated from the mass of the obtained silica particles obtained by collecting and drying the settled particles after allowing them to stand for 24 hours.

また、本発明のシリカ粒子は、シリカ粒子にL表色系におけるa値が14以上15以下の赤褐色の酸化鉄(III)粉末(例えば、関東化学株式会社製、鹿特級)を30質量%の割合で混合して混合粉末を得たとき、前記混合粉末のa値が6.0以下であることが好ましい。なお、L表色系とは、1976年に国際照明委員会(CIE)により規格化されたものである。 Further, the silica particles of the present invention are reddish brown iron (III) oxide powder having an L * a * b * color system a * value of 14 or more and 15 or less (for example, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., deer special grade). ) Are mixed at a ratio of 30% by mass to obtain a mixed powder, and the a * value of the mixed powder is preferably 6.0 or less. The L * a * b * color system was standardized by the International Commission on Illumination (CIE) in 1976.

上記の測定方法では、シリカ粒子の遮蔽性を評価できる。前記a値が6.0以下であると、光の散乱性が高く、遮蔽力に優れると評価できる。
前記a値は、5.0以下であることがより好ましく、4.5以下がさらに好ましく、4.0以下が特に好ましく、また、a値は小さいほど好ましいため、下限値は0であることが好ましい。
With the above measurement method, the shielding property of silica particles can be evaluated. When the a * value is 6.0 or less, it can be evaluated that the light scattering property is high and the shielding power is excellent.
The a * value is more preferably 5.0 or less, further preferably 4.5 or less, particularly preferably 4.0 or less, and the smaller the a * value is, the more preferable, so the lower limit is 0. Is preferable.

なお、粉末のa値は、例えば、分光色差計(例えば、日本電色工業株式会社製、SE7700)を用いて測定できる。分光色差計での測定では、混合粉末を7.5mm以上の厚みになるように投入して測定する。 The a * value of the powder can be measured using, for example, a spectrocolor difference meter (for example, SE7700 manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.). In the measurement with the spectrocolor difference meter, the mixed powder is charged so as to have a thickness of 7.5 mm or more and measured.

<シリカ粒子の製造方法>
本発明のシリカ粒子は、テンプレート粒子を含むケイ酸ナトリウム水溶液を液滴化した後にシリカを析出させることでテンプレート粒子を内包した球状シリカ粒子を作製し、得られたテンプレート粒子を内包した球状シリカ粒子からテンプレート粒子を除去することで得られる。
例えば以下のような方法である。
<Manufacturing method of silica particles>
The silica particles of the present invention are formed by droplet-dropping an aqueous sodium silicate solution containing template particles and then precipitating silica to prepare spherical silica particles containing the template particles, and the obtained spherical silica particles containing the template particles. Obtained by removing the template particles from.
For example, the method is as follows.

本発明のシリカ粒子の第1の製造方法は、テンプレート粒子をケイ酸ナトリウム水溶液中に混合した混合液を分散相とし、界面活性剤を含む有機相を連続相として、前記分散相と前記連続相を混合して撹拌乳化し、前記分散相を液滴化した乳化液を得て(工程(1-1))、前記乳化液をゲル化してシリカを析出させ、前記テンプレート粒子を内包した球状シリカを含むシリカスラリーを得て(工程(1-2))、前記シリカスラリーに酸を加えて、前記テンプレート粒子を除去し(工程(1-3))、前記テンプレート粒子が除去されたシリカを洗浄し、乾燥する(工程(1-4))ことを含む。 In the first method for producing silica particles of the present invention, a mixed solution in which template particles are mixed in an aqueous sodium silicate solution is used as a dispersed phase, and an organic phase containing a surfactant is used as a continuous phase, and the dispersed phase and the continuous phase are used. To obtain an emulsified solution in which the dispersed phase is droplets (step (1-1)), the emulsion is gelled to precipitate silica, and spherical silica containing the template particles is obtained. (Step (1-2)), acid is added to the silica slurry to remove the template particles (step (1-3)), and the silica from which the template particles have been removed is washed. And dry (step (1-4)).

また、第2の製造方法は、テンプレート粒子を含むケイ酸ナトリウム水溶液と酸を混合した混合液をシリカが析出する前に短い時間で噴霧し、空気中で液滴化させ、その後シリカを析出させてテンプレート粒子を内包した球状シリカを得て(工程(2-1))、このテンプレート粒子を内包したシリカからテンプレート粒子を除去し(工程(2-2))、前記テンプレート粒子が除去されたシリカを洗浄し、乾燥する(工程(2-3))ことを含む。 In the second production method, a mixed solution of a sodium silicate aqueous solution containing template particles and an acid is sprayed in a short time before silica is precipitated, atomized in air, and then silica is precipitated. (Step (2-1)), the template particles were removed from the silica containing the template particles (step (2-2)), and the silica from which the template particles were removed was obtained. Includes washing and drying (steps (2-3)).

(第1の製造方法)
第1の製造方法における工程(1-1)では、テンプレート粒子をケイ酸ナトリウム水溶液中に混合した混合液を分散相とし、界面活性剤を含む有機相を連続相とし、分散相と連続相を混合して撹拌し、乳化液を得る。
分散相と連続相を撹拌乳化することにより、油中水滴型(W/O)エマルション(乳化液)が得られる。連続相中で分散相は液滴化し、液滴はケイ酸ナトリウム水溶液の液滴中にテンプレート粒子が存在する状態となる。
(First manufacturing method)
In the step (1-1) in the first production method, a mixed solution in which template particles are mixed in an aqueous sodium silicate solution is used as a dispersed phase, an organic phase containing a surfactant is used as a continuous phase, and a dispersed phase and a continuous phase are used. Mix and stir to obtain an emulsion.
By stirring and emulsifying the dispersed phase and the continuous phase, a water-in-oil (W / O) emulsion (emulsified liquid) can be obtained. In the continuous phase, the dispersed phase becomes droplets, and the droplets are in a state where template particles are present in the droplets of the sodium silicate aqueous solution.

分散相に用いるテンプレート粒子は、ケイ酸ナトリウム水溶液中で溶解せず、かつ、酸で溶解するような物質を用いる。テンプレート粒子としては、例えば、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム等が挙げられ、これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、硫酸を使ってテンプレート粒子を溶解除去できるという観点から、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムからなる群から選択される少なくとも1つが好ましい。硫酸は不揮発性の酸であり、揮発性酸である塩酸、硝酸、フッ酸等に比べ、安全性と設備保護の観点から好ましい。 As the template particles used for the dispersed phase, a substance that does not dissolve in the aqueous sodium silicate solution and is soluble in acid is used. Examples of the template particles include magnesium hydroxide, magnesium carbonate, calcium hydroxide, calcium carbonate and the like, and these may be used alone or in combination of two or more. Among them, at least one selected from the group consisting of magnesium hydroxide and magnesium carbonate is preferable from the viewpoint that template particles can be dissolved and removed using sulfuric acid. Sulfuric acid is a non-volatile acid and is preferable from the volatile acids such as hydrochloric acid, nitric acid and hydrofluoric acid from the viewpoint of safety and equipment protection.

テンプレート粒子の大きさは、得られるシリカ粒子の粒子内部の空隙の大きさに影響するため、所望の大きさのテンプレート粒子を用いればよい。具体的に、粒子の50%粒子径(D50)が200nm~3μmの範囲のテンプレート粒子を用いることが好ましく、300nm~2μmがより好ましく、400nm~1μmがさらに好ましい。 Since the size of the template particles affects the size of the voids inside the particles of the obtained silica particles, the template particles of a desired size may be used. Specifically, it is preferable to use template particles having a 50% particle diameter (D 50 ) of the particles in the range of 200 nm to 3 μm, more preferably 300 nm to 2 μm, and even more preferably 400 nm to 1 μm.

ケイ酸ナトリウム水溶液は、ケイ酸成分が、SiOに換算したSiO濃度で3~35質量%の範囲であることが好ましい。ケイ酸ナトリウム水溶液中のケイ酸成分は、主にSiOの形態で含まれるため、SiOに換算したSiO濃度として表す。
ケイ酸ナトリウム水溶液中のケイ酸成分の濃度が前記範囲であると、高い生産効率でシリカ粒子を製造できる。
ケイ酸ナトリウム水溶液中のケイ酸成分の濃度は、生産性が高い、かつ、球形度が高い粒子が得られるという観点から、5質量%以上であることがより好ましく、7質量%以上がさらに好ましく、10質量%以上が特に好ましい。また、小粒径の粒子を得やすいという観点から、30質量%以下であることがより好ましく、25質量%以下がさらに好ましく、20質量%以下が特に好ましい。
The sodium silicate aqueous solution preferably has a silicic acid component in the range of 3 to 35% by mass in terms of the SiO 2 concentration converted to SiO 2 . Since the silicic acid component in the sodium silicate aqueous solution is mainly contained in the form of SiO 2 , it is expressed as the SiO 2 concentration converted to SiO 2 .
When the concentration of the silicic acid component in the sodium silicate aqueous solution is within the above range, silica particles can be produced with high production efficiency.
The concentration of the silicic acid component in the sodium silicate aqueous solution is more preferably 5% by mass or more, still more preferably 7% by mass or more, from the viewpoint of obtaining particles having high productivity and high sphericalness. 10% by mass or more is particularly preferable. Further, from the viewpoint that particles having a small particle size can be easily obtained, it is more preferably 30% by mass or less, further preferably 25% by mass or less, and particularly preferably 20% by mass or less.

また、ケイ酸ナトリウム水溶液中のケイ酸とナトリウムの割合は、SiO/NaO(モル比)で2~4であることが好ましい。SiO/NaO(モル比)が前記範囲のケイ酸ナトリウム水溶液は容易に入手でき、例えば、3号ケイ酸ソーダ(AGCエスアイテック株式会社製、SiO/NaO=3)、2号ケイ酸ソーダ(AGCエスアイテック株式会社製、SiO/NaO=2.5)、1号ケイ酸ソーダ(AGCエスアイテック株式会社製、SiO/NaO=2)等が挙げられる。 The ratio of silicic acid to sodium in the sodium silicate aqueous solution is preferably 2 to 4 in SiO 2 / Na 2 O (molar ratio). Sodium silicate aqueous solution having SiO 2 / Na 2 O (molar ratio) in the above range is easily available. For example, No. 3 sodium silicate (manufactured by AGC SI Tech Co., Ltd., SiO 2 / Na 2 O = 3), 2 No. sodium silicate (manufactured by AGC SI Tech Co., Ltd., SiO 2 / Na 2 O = 2.5), No. 1 sodium silicate (manufactured by AGC SI Tech Co., Ltd., SiO 2 / Na 2 O = 2) and the like can be mentioned. ..

テンプレート粒子は、ケイ酸ナトリウム水溶液中に1~35質量%の範囲で混合することが好ましい。テンプレート粒子の使用量が少なすぎると1つの粒子あたりに長軸の長さが200nm以上3μm以下の空隙を複数個内包できない場合があり、また多すぎるとシリカ粒子内部の空隙が多くなり過ぎて粒子強度が低くなることがある。
テンプレート粒子の使用量は、ケイ酸ナトリウム水溶液中、5~33質量%であることがより好ましく、10~31質量%がさらに好ましく、15~30質量%が特に好ましい。
The template particles are preferably mixed in an aqueous sodium silicate solution in the range of 1 to 35% by mass. If the amount of template particles used is too small, it may not be possible to enclose a plurality of voids with a major axis length of 200 nm or more and 3 μm or less per particle, and if it is too large, the voids inside the silica particles become too large and the particles. The strength may be low.
The amount of the template particles used is more preferably 5 to 33% by mass, further preferably 10 to 31% by mass, and particularly preferably 15 to 30% by mass in the sodium silicate aqueous solution.

ケイ酸ナトリウム水溶液には、任意にその他の成分を含ませてもよい。その他の成分としては、例えば、細孔径分布の調整を目的として、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化カリウム、硫酸カリウム等を用いることができる。 The sodium silicate aqueous solution may optionally contain other components. As other components, for example, sodium chloride, sodium sulfate, potassium chloride, potassium sulfate and the like can be used for the purpose of adjusting the pore size distribution.

連続相に用いる有機相は、ケイ酸ナトリウム水溶液に対して溶解度が低いものであることが好ましく、溶解度を有さないものがより好ましい。
有機相を構成する有機液体として、例えば、n-ノナン、n-デカン、n-ウンデカン、n-ドデカン等の炭素数9~12の飽和直鎖炭化水素、イソノナン、イソデカン、イソウンデカン、イソドデカン等の炭素数9~12の飽和分岐鎖炭化水素、n-ヘキサン、イソヘキサン、n-ヘプタン、イソヘプタン、n-オクテン、イソオクテン等の炭素数6~8の脂肪族炭化水素類、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘキセン等の炭素数1~8の脂環式炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、クメン、メシチレン、テトラリン等の芳香族炭化水素類、プロピルエーテル、イソプロピルエーテル等のエーテル類、酢酸エチル、酢酸-n-プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸-n-プチル、酢酸イソブチル、酢酸-n-アミル、酢酸イソアミル、乳酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸ブチル等のエステル類、1,1,2,2-テトラフルオロエチル-2,2,2-トリフルオロエチルエーテル等の含フッ素化合物類等が挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、n-デカン、n-ノナン、n-ドデカン、n-ウンデカン等の炭素数9~12の飽和直鎖炭化水素、イソノナン、イソデカン、イソウンデカン、イソドデカン等の飽和分岐炭化水素が好ましい。
The organic phase used for the continuous phase is preferably one having low solubility in an aqueous sodium silicate solution, and more preferably one having no solubility.
Examples of the organic liquid constituting the organic phase include saturated linear hydrocarbons having 9 to 12 carbon atoms such as n-nonane, n-decane, n-undecane, and n-dodecane, isononane, isodecane, isoundecane, and isododecane. Saturated branched chain hydrocarbons with 9 to 12 carbon atoms, n-hexane, isohexane, n-heptane, isoheptane, n-octene, isooctene and other aliphatic hydrocarbons with 6 to 8 carbon atoms, cyclopentane, cyclohexane, cyclohexene and the like. Alicyclic hydrocarbons with 1 to 8 carbon atoms, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, propylbenzene, cumene, mesitylene, tetraline, ethers such as propyl ether and isopropyl ether, ethyl acetate , Acetate-n-propyl, isopropyl acetate, acetic acid-n-petit, isobutyl acetate, acetic acid-n-amyl, isoamyl acetate, butyl lactate, methyl propionate, ethyl propionate, butyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, butyric acid. Examples thereof include esters such as butyl and fluorine-containing compounds such as 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoroethyl ether.
These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type. Among them, saturated linear hydrocarbons having 9 to 12 carbon atoms such as n-decane, n-nonane, n-dodecane, and n-undecane, and saturated branched hydrocarbons such as isononane, isodecane, isoundecane, and isododecane are preferable.

また、有機相を構成する有機液体の引火点としては、20~80℃のものが好ましく、30~60℃のものがより好ましい。また、不燃性または難燃性の有機液体が好ましい。
引火点が20℃未満の飽和炭化水素を有機液体とした場合、引火点が低いため、防火上、作業環境上の対策が必要である。有機液体の引火点が20℃以上であることで、防火性を高めて作業環境を改善することができる。一方、80℃以下であることで、揮発性を十分に得て、シリカ粒子を有機相から回収する際に、シリカ粒子に有機液体が付着して混入することを防止できる。
The flash point of the organic liquid constituting the organic phase is preferably 20 to 80 ° C, more preferably 30 to 60 ° C. In addition, nonflammable or flame-retardant organic liquids are preferable.
When saturated hydrocarbons with a flash point of less than 20 ° C are used as organic liquids, the flash point is low, so measures for fire protection and work environment are required. When the flash point of the organic liquid is 20 ° C. or higher, the fire resistance can be improved and the working environment can be improved. On the other hand, when the temperature is 80 ° C. or lower, sufficient volatility can be obtained and it is possible to prevent the organic liquid from adhering to and mixing with the silica particles when the silica particles are recovered from the organic phase.

有機相には、乳化剤として界面活性剤を添加する。界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤等が挙げられる。 A surfactant is added to the organic phase as an emulsifier. Examples of the surfactant include anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, nonionic surfactants and the like.

アニオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪酸ナトリウム、アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルリン酸塩等が挙げられる。
カチオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルベンジルジメチルアンモニウム塩等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、例えば、アルキルジメチルアミンオキシド、アルキルカルボキシベタイン等が挙げられる。
ノニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリプロピレングリコール脂肪酸エステル、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等が挙げられる。
これらの界面活性剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、モノオレイン酸ソルビタン、ジオレイン酸ソルビタン、トリオレイン酸ソルビタン等のソルビタン脂肪酸エステルが好ましい。
Examples of the anionic surfactant include sodium fatty acid, alkyl sulfate, alkylbenzene sulfonate, alkyl phosphate and the like.
Examples of the cationic surfactant include an alkyltrimethylammonium salt, a dialkyldimethylammonium salt, an alkylbenzyldimethylammonium salt and the like.
Examples of the amphoteric tenside agent include alkyldimethylamine oxide and alkylcarboxybetaine.
Examples of the nonionic surfactant include polyethylene glycol fatty acid ester, polypropylene glycol fatty acid ester, polyethylene glycol alkyl ether, sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyoxyethylene alkyl ether and the like. Can be mentioned.
These surfactants may be used alone or in combination of two or more. Of these, sorbitan fatty acid esters such as sorbitan monooleate, sorbitan dioleate, and sorbitan trioleate are preferable.

界面活性剤の使用量は、界面活性剤の種類、界面活性剤の親水性あるいは疎水性の程度を表す指標であるHLB(Hydrophile-lipophile balance)、目的とするシリカ粒子の粒径などの条件により適宜選択できる。具体的に、有機相中に0.1~5.0質量%の範囲で含有させることが好ましく、0.1~3.0質量%がより好ましく、0.1~1.0質量%がさらに好ましい。
界面活性剤の含有量が有機相中0.1質量%以上であることで、均一に乳化させることができ、エマルションをより安定化することができる。一方、5.0質量%以下であることで、最終製品であるシリカ粒子に界面活性剤が付着して混入するのを防止できる。分散相の粘度が低い場合、均一に乳化するためには界面活性剤の濃度がより低い方が好ましい。
The amount of the surfactant used depends on conditions such as the type of the surfactant, HLB (Hydrophile-lipophilic interface) which is an index showing the degree of hydrophilicity or hydrophobicity of the surfactant, and the particle size of the target silica particles. It can be selected as appropriate. Specifically, it is preferably contained in the organic phase in the range of 0.1 to 5.0% by mass, more preferably 0.1 to 3.0% by mass, and further preferably 0.1 to 1.0% by mass. preferable.
When the content of the surfactant is 0.1% by mass or more in the organic phase, it can be uniformly emulsified and the emulsion can be further stabilized. On the other hand, when it is 5.0% by mass or less, it is possible to prevent the surfactant from adhering to and mixing with the silica particles which are the final products. When the viscosity of the dispersed phase is low, it is preferable that the concentration of the surfactant is lower in order to emulsify uniformly.

乳化液は、連続相に分散相を加えて撹拌することにより得られる。分散相は、連続相を撹拌しながら添加することが好ましい。
撹拌方法としては従来公知の方法が使用でき、ホモジナイザー、ホモミキサー、コロイドミル、超音波乳化機、ホモディスパー等の乳化装置を使用できる。
The emulsion is obtained by adding a dispersed phase to a continuous phase and stirring the mixture. The dispersed phase is preferably added while stirring the continuous phase.
As the stirring method, a conventionally known method can be used, and an emulsifying device such as a homogenizer, a homomixer, a colloid mill, an ultrasonic emulsifier, or a homodisper can be used.

例えばホモジナイザーを用いて乳化させる場合、目標とする液滴径ができるような乳化条件で撹拌乳化させればよい。 For example, when emulsifying using a homogenizer, the mixture may be agitated and emulsified under emulsification conditions so that a target droplet diameter can be obtained.

例えばホモミキサーを用いて乳化させる場合、1,000~24,000rpmの速度で1~10分間撹拌乳化させればよい。 For example, when emulsifying using a homomixer, the mixture may be agitated and emulsified at a speed of 1,000 to 24,000 rpm for 1 to 10 minutes.

また、撹拌乳化時の液温は、10~40℃であることが好ましく、10~35℃がより好ましく、10~30℃がさらに好ましい。 The liquid temperature at the time of stirring emulsification is preferably 10 to 40 ° C, more preferably 10 to 35 ° C, and even more preferably 10 to 30 ° C.

工程(1-2)では、工程(1-1)で乳化させた乳化液をゲル化して、シリカを析出させ、テンプレート粒子を内包したシリカを含むシリカスラリーを得る。
ゲル化する方法としては、例えば、撹拌下で酸を加えることが挙げられる。これにより、ケイ酸ナトリウム水溶液のpHが下がり、シリカの一次粒子が析出する。析出した一次粒子は凝集するので、テンプレート粒子を内包したシリカの二次粒子が生成する。酸を加える条件としては、ゲル化終了時点で球状粒子が得られ、かつ、二相分離後の水相pHが中性付近、好ましくはpH7~10になるような条件であればよい。
In the step (1-2), the emulsified liquid emulsified in the step (1-1) is gelled to precipitate silica, and a silica slurry containing silica containing template particles is obtained.
As a method of gelling, for example, addition of an acid under stirring can be mentioned. As a result, the pH of the sodium silicate aqueous solution is lowered, and the primary particles of silica are precipitated. Since the precipitated primary particles aggregate, silica secondary particles containing the template particles are generated. The conditions for adding the acid may be such that spherical particles are obtained at the end of gelation and the pH of the aqueous phase after the two-phase separation is near neutral, preferably pH 7 to 10.

使用する酸としては、無機酸、有機酸のいずれを使用してもよく、硫酸、塩酸、炭酸等の無機酸がより好ましく、操作の容易さから炭酸ガスを使用するのが最も好ましい。 As the acid to be used, either an inorganic acid or an organic acid may be used, and inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid and carbonic acid are more preferable, and carbon dioxide gas is most preferable because of ease of operation.

反応液は、テンプレート粒子を内包したシリカが析出した水相と油相に分かれるので、油相を除去してシリカスラリーを得る。
油相の除去は、従来公知の方法により行うことができ、例えば、デカンテーション、減圧ろ過、加圧ろ過、膜分離、遠心分離等が挙げられる。
Since the reaction solution is separated into an aqueous phase and an oil phase in which silica containing the template particles is precipitated, the oil phase is removed to obtain a silica slurry.
The oil phase can be removed by a conventionally known method, and examples thereof include decantation, vacuum filtration, pressure filtration, membrane separation, and centrifugation.

工程(1-3)では、工程(1-2)で得られたシリカスラリーに酸を加えて、テンプレート粒子を除去する。 In the step (1-3), an acid is added to the silica slurry obtained in the step (1-2) to remove the template particles.

使用できる酸としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸等の無機酸、酢酸、過塩素酸、臭化水素酸、トリクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸等の有機酸等が挙げられる。中でも、安全性と設備保護の観点から、硫酸を使用するのが好ましい。 Examples of the acid that can be used include inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid, organic acids such as acetic acid, perchloric acid, hydrobromic acid, trichloroacetic acid, dichloroacetic acid, methanesulfonic acid and benzenesulfonic acid. .. Above all, it is preferable to use sulfuric acid from the viewpoint of safety and equipment protection.

酸は、シリカスラリーのpHが3以下になるまで添加するのが好ましい。これによりテンプレート粒子が溶解し、シリカから除去され、シリカ粒子内部にテンプレート粒子由来の空隙が出来る。
pHは、1.5~2.5であることが好ましく、1.5~2.0がより好ましい。
The acid is preferably added until the pH of the silica slurry is 3 or less. As a result, the template particles are dissolved and removed from the silica, and voids derived from the template particles are formed inside the silica particles.
The pH is preferably 1.5 to 2.5, more preferably 1.5 to 2.0.

工程(1-4)では、テンプレート粒子が除去されたシリカを洗浄し、乾燥する。
シリカを洗浄する洗浄液としては、水;エタノール、アセトン、ジエチルエーテル等の有機溶媒等が挙げられる。
In step (1-4), the silica from which the template particles have been removed is washed and dried.
Examples of the cleaning liquid for cleaning silica include water; an organic solvent such as ethanol, acetone, and diethyl ether.

洗浄液の温度は、10~100℃であることが好ましく、20~90℃がより好ましく、30~80℃がさらに好ましい。 The temperature of the cleaning liquid is preferably 10 to 100 ° C, more preferably 20 to 90 ° C, still more preferably 30 to 80 ° C.

シリカを十分に洗浄した後は乾燥させる。乾燥は、従来公知の方法で行えばよい。乾燥方法としては、真空乾燥、自然乾燥、温風乾燥等が挙げられ、例えば、噴霧乾燥機、気流乾燥機、棚段乾燥機、真空乾燥機、キルン等を用いることができる。 After the silica is thoroughly washed, it is dried. Drying may be carried out by a conventionally known method. Examples of the drying method include vacuum drying, natural drying, warm air drying and the like, and for example, a spray dryer, an air flow dryer, a shelf dryer, a vacuum dryer, a kiln and the like can be used.

乾燥の条件としては、洗浄液を除去して乾燥できればよく、採用する乾燥方法に応じて適宜調整すればよい。 As the drying conditions, it is sufficient that the cleaning liquid can be removed and dried, and the drying may be appropriately adjusted according to the drying method to be adopted.

(第2の製造方法)
第2の製造方法における工程(2-1)では、テンプレート粒子を含むケイ酸ナトリウム水溶液と酸を混合した混合液をシリカが析出する前に短い時間で噴霧し、空気中で液滴化させた後にシリカを析出させてテンプレート粒子を内包した球状シリカを得る。
(Second manufacturing method)
In the step (2-1) in the second production method, a mixed solution of a sodium silicate aqueous solution containing template particles and an acid was sprayed for a short time before silica was precipitated, and droplets were formed in the air. Later, silica is precipitated to obtain spherical silica containing template particles.

テンプレート粒子としては、第1の製造方法と同様であり、ケイ酸ナトリウム水溶液中で溶解せず、かつ、酸で溶解するような物質を用いる。テンプレート粒子としては、例えば、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム等が挙げられ、これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、硫酸を使ってテンプレート粒子を溶解除去できるという観点から、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムからなる群から選択される少なくとも1つが好ましい。硫酸は不揮発性の酸であり、揮発性酸である塩酸、硝酸、フッ酸等に比べ、安全性と設備保護の観点から好ましい。 As the template particles, a substance that is the same as the first production method and is not soluble in an aqueous sodium silicate solution and is soluble in an acid is used. Examples of the template particles include magnesium hydroxide, magnesium carbonate, calcium hydroxide, calcium carbonate and the like, and these may be used alone or in combination of two or more. Among them, at least one selected from the group consisting of magnesium hydroxide and magnesium carbonate is preferable from the viewpoint that template particles can be dissolved and removed using sulfuric acid. Sulfuric acid is a non-volatile acid and is preferable from the volatile acids such as hydrochloric acid, nitric acid and hydrofluoric acid from the viewpoint of safety and equipment protection.

テンプレート粒子の大きさも第1の製造方法と同様であり、所望の大きさのテンプレート粒子を用いればよい。具体的に、粒子の50%粒子径(D50)が200nm~3μmの範囲のテンプレート粒子を用いることが好ましく、300nm~2μmがより好ましく、400nm~1μmがさらに好ましい。 The size of the template particles is the same as that of the first manufacturing method, and template particles having a desired size may be used. Specifically, it is preferable to use template particles having a 50% particle diameter (D 50 ) of the particles in the range of 200 nm to 3 μm, more preferably 300 nm to 2 μm, and even more preferably 400 nm to 1 μm.

ケイ酸ナトリウム水溶液も第1の製造方法と同様のものを使用でき、ケイ酸成分が、SiOに換算したSiO濃度で3~35質量%の範囲であることが好ましい。
ケイ酸ナトリウム水溶液中のケイ酸成分の濃度が前記範囲であると、高い生産効率でシリカ粒子を製造できる。
ケイ酸ナトリウム水溶液中のケイ酸成分の濃度は、生産性が高い、かつ、球形度が高い粒子が得られるという観点から、5質量%以上であることがより好ましく、7質量%以上がさらに好ましく、10質量%以上が特に好ましい。また、小粒径の粒子を得やすいという観点から、30質量%以下であることがより好ましく、25質量%以下がさらに好ましく、20質量%以下が特に好ましい。
As the sodium silicate aqueous solution, the same one as in the first production method can be used, and it is preferable that the silicic acid component is in the range of 3 to 35% by mass in the SiO 2 concentration converted to SiO 2 .
When the concentration of the silicic acid component in the sodium silicate aqueous solution is within the above range, silica particles can be produced with high production efficiency.
The concentration of the silicic acid component in the sodium silicate aqueous solution is more preferably 5% by mass or more, still more preferably 7% by mass or more, from the viewpoint of obtaining particles having high productivity and high sphericalness. 10% by mass or more is particularly preferable. Further, from the viewpoint that particles having a small particle size can be easily obtained, it is more preferably 30% by mass or less, further preferably 25% by mass or less, and particularly preferably 20% by mass or less.

また、ケイ酸ナトリウム水溶液中のケイ酸とナトリウムの割合は、SiO/NaO(モル比)で2~4であることが好ましい。SiO/NaO(モル比)が前記範囲のものとして、前記した市販のものが容易に入手できる。 The ratio of silicic acid to sodium in the sodium silicate aqueous solution is preferably 2 to 4 in SiO 2 / Na 2 O (molar ratio). As the SiO 2 / Na 2 O (molar ratio) is in the above range, the above-mentioned commercially available product can be easily obtained.

テンプレート粒子は、ケイ酸ナトリウム水溶液中に1~35質量%の範囲で混合することが好ましい。テンプレート粒子の使用量が少なすぎると1つの粒子あたりに長軸の長さが200nm以上3μm以下の空隙を複数個内包できない場合があり、また多すぎるとシリカ粒子内部の空隙が多くなり過ぎて粒子強度が低くなることがある。
テンプレート粒子の使用量は、ケイ酸ナトリウム水溶液中、5~33質量%であることがより好ましく、10~31質量%がさらに好ましく、15~30質量%が特に好ましい。
The template particles are preferably mixed in an aqueous sodium silicate solution in the range of 1 to 35% by mass. If the amount of template particles used is too small, it may not be possible to enclose a plurality of voids with a major axis length of 200 nm or more and 3 μm or less per particle, and if it is too large, the voids inside the silica particles become too large and the particles. The strength may be low.
The amount of the template particles used is more preferably 5 to 33% by mass, further preferably 10 to 31% by mass, and particularly preferably 15 to 30% by mass in the sodium silicate aqueous solution.

ケイ酸ナトリウム水溶液には、任意にその他の成分を含ませてもよい。その他の成分としては、例えば、細孔径分布の調整を目的として、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化カリウム、硫酸カリウム等を用いることができる。 The sodium silicate aqueous solution may optionally contain other components. As other components, for example, sodium chloride, sodium sulfate, potassium chloride, potassium sulfate and the like can be used for the purpose of adjusting the pore size distribution.

酸は、無機酸、有機酸のいずれを使用してもよい。中でも、硫酸、塩酸、炭酸等の無機酸がより好ましい。 As the acid, either an inorganic acid or an organic acid may be used. Of these, inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, and carbonic acid are more preferable.

テンプレート粒子を含むケイ酸ナトリウム水溶液と混合させる酸は、テンプレート粒子を含むケイ酸ナトリウム水溶液に対し、水溶液のpHが中性付近、好ましくは7~10になるように加える。 The acid to be mixed with the sodium silicate aqueous solution containing the template particles is added to the sodium silicate aqueous solution containing the template particles so that the pH of the aqueous solution is near neutral, preferably 7 to 10.

なお、第2の製造方法では、テンプレート粒子を含むケイ酸ナトリウム水溶液と酸とを混合した混合液は、シリカが析出する前に短時間で噴霧処理する。混合液を短時間で噴霧して液滴化する方法としては、例えば、スプレー法、超音波霧化、大きな液滴を高速流体と衝突させて微粒化させる方法等による方法等が挙げられる。 In the second production method, the mixed solution of the sodium silicate aqueous solution containing the template particles and the acid is sprayed in a short time before the silica precipitates. Examples of the method of spraying the mixed liquid in a short time to form droplets include a spraying method, ultrasonic atomization, and a method of colliding a large droplet with a high-speed fluid to atomize the mixed liquid.

液滴化させた後にシリカを析出させる方法としては、空気中での滞留時間を長くする、温度を上げて乾燥させる、酸性ガス中に噴霧する、等が挙げられる。 Examples of the method for precipitating silica after forming droplets include lengthening the residence time in air, raising the temperature to dry the silica, and spraying the silica into an acid gas.

これにより、テンプレート粒子を内包した球状シリカが得られる。 As a result, spherical silica containing template particles can be obtained.

次に、テンプレート粒子を内包した球状シリカ粒子に酸を加えて、テンプレート粒子を除去する(工程2-2)。 Next, an acid is added to the spherical silica particles encapsulating the template particles to remove the template particles (step 2-2).

使用できる酸としては、第1の製造方法と同様であり、例えば、硫酸、塩酸、硝酸等の無機酸、酢酸、過塩素酸、臭化水素酸、トリクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸等の有機酸等が挙げられる。中でも、安全性と設備保護の観点から、硫酸を使用するのが好ましい。 The acids that can be used are the same as in the first production method, and are, for example, inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitrate, acetic acid, perchloric acid, hydrobromic acid, trichloroacetic acid, dichloroacetic acid, methanesulfonic acid, and benzene. Examples thereof include organic acids such as sulfonic acid. Above all, it is preferable to use sulfuric acid from the viewpoint of safety and equipment protection.

酸は、シリカスラリーのpHが3以下になるまで添加することが好ましい。これによりテンプレート粒子が溶解し、シリカから除去され、シリカ粒子内部にテンプレート粒子由来の空隙が出来る。
pHは、1.5~2.5であることが好ましく、1.5~2.0がより好ましい。
The acid is preferably added until the pH of the silica slurry is 3 or less. As a result, the template particles are dissolved and removed from the silica, and voids derived from the template particles are formed inside the silica particles.
The pH is preferably 1.5 to 2.5, more preferably 1.5 to 2.0.

次工程では、テンプレート粒子が除去されたシリカを洗浄し、乾燥する(工程2-3)。 In the next step, the silica from which the template particles have been removed is washed and dried (step 2-3).

シリカを洗浄する洗浄液としては、水;エタノール、アセトン、ジエチルエーテル等の有機溶媒等が挙げられる。 Examples of the cleaning liquid for cleaning silica include water; an organic solvent such as ethanol, acetone, and diethyl ether.

洗浄液の温度は、10~100℃であることが好ましく、20~90℃がより好ましく、30~80℃がさらに好ましい。 The temperature of the cleaning liquid is preferably 10 to 100 ° C, more preferably 20 to 90 ° C, still more preferably 30 to 80 ° C.

シリカを十分に洗浄した後は乾燥させる。乾燥は、第1の製造方法と同様であり、従来公知の方法で行えばよい。乾燥方法としては、真空乾燥、自然乾燥、温風乾燥等が挙げられ、例えば、噴霧乾燥機、気流乾燥機、棚段乾燥機、真空乾燥機、キルン等を用いることができる。 After the silica is thoroughly washed, it is dried. The drying is the same as the first production method, and may be performed by a conventionally known method. Examples of the drying method include vacuum drying, natural drying, warm air drying and the like, and for example, a spray dryer, an air flow dryer, a shelf dryer, a vacuum dryer, a kiln and the like can be used.

乾燥の条件としては、洗浄液を除去して乾燥できればよく、採用する乾燥方法に応じて適宜調整すればよい。 As the drying conditions, it is sufficient that the cleaning liquid can be removed and dried, and the drying may be appropriately adjusted according to the drying method to be adopted.

本発明の製造方法では、第1の製造方法の工程(1-4)及び第2の製造方法の工程(2-3)で得られたシリカ粒子を焼成する工程をさらに含んでもよい。シリカ粒子を焼成することで、シリカ粒子の強度を高めることができる。なお、焼成後のシリカ粒子はすべて非晶質となる。 The production method of the present invention may further include a step of calcining the silica particles obtained in the steps of the first production method (1-4) and the second production method (2-3). By firing the silica particles, the strength of the silica particles can be increased. The silica particles after firing are all amorphous.

シリカ粒子を焼成する温度は、粒子強度を高めるという観点から、800℃以上であることが好ましく、850℃以上がより好ましく、900℃以上がさらに好ましい。また、200nm以上の空隙を粒子内に残す、結晶質シリカの生成を防ぐ、粒子同士の融着を防ぐという観点から、1100℃以下であることが好ましい。 The temperature at which the silica particles are fired is preferably 800 ° C. or higher, more preferably 850 ° C. or higher, and even more preferably 900 ° C. or higher, from the viewpoint of increasing the particle strength. Further, from the viewpoint of leaving voids of 200 nm or more in the particles, preventing the formation of crystalline silica, and preventing the fusion of the particles, the temperature is preferably 1100 ° C. or lower.

また、焼成時間は、粒子強度を高めるという観点から、1時間以上であることが好ましく、2時間以上がより好ましく、3時間以上がさらに好ましい。また、200nm以上の空隙を粒子内に残す、結晶質シリカの生成を防ぐ、粒子同士の融着を防ぐという観点から、6時間以下が好ましく、5時間以下がより好ましく、4時間以下がさらに好ましい。 Further, the firing time is preferably 1 hour or longer, more preferably 2 hours or longer, still more preferably 3 hours or longer, from the viewpoint of increasing the particle strength. Further, from the viewpoints of leaving voids of 200 nm or more in the particles, preventing the formation of crystalline silica, and preventing fusion of the particles, 6 hours or less is preferable, 5 hours or less is more preferable, and 4 hours or less is further preferable. ..

<シリカ粒子の用途>
本発明のシリカ粒子は、各種分野の材料として使用できる。例えば、化粧品用途、触媒担持用途、断熱材用途等が挙げられる。
<Use of silica particles>
The silica particles of the present invention can be used as materials in various fields. For example, cosmetic applications, catalyst-supporting applications, heat insulating materials, and the like can be mentioned.

化粧品用途では、乾粉での隠蔽性が高いことを特徴とするため、フィニッシングパウダーやルースファンデーション、プレストファンデーション等、乾粉の状態で利用できる化粧品材料としての性能向上が期待できる。本発明のシリカ粒子の周りに比較的小さな空隙を有するため、汗や皮脂がある状態での隠蔽性にも優れる。また、本発明のシリカ粒子は空隙率が高く軽い粒子となることから、軽さが求められるマスカラへの利用や、軽量感が加わることによる新感触も期待できる。また、可視光を散乱させるため白色顔料としても利用できる。 In cosmetic applications, it is characterized by its high concealing property with dry powder, so it can be expected to improve its performance as a cosmetic material that can be used in the dry powder state, such as finishing powder, loose foundation, and pressed foundation. Since it has relatively small voids around the silica particles of the present invention, it is also excellent in concealing property in the presence of sweat and sebum. Further, since the silica particles of the present invention have a high porosity and become light particles, they can be expected to be used for mascara, which requires lightness, and to have a new feel due to the added lightness. It can also be used as a white pigment because it scatters visible light.

触媒担持用途では、担体を崩壊させながらポリマー重合を行うような場合には、易崩壊性にもつながり、反応速度を向上できる。 In catalyst-supporting applications, when polymer polymerization is carried out while disintegrating the carrier, it also leads to easy disintegration and the reaction rate can be improved.

そして、断熱材用途では、本発明のシリカ粒子は空隙率が高いため、高い断熱性能が期待できる。 Further, in the use of a heat insulating material, since the silica particles of the present invention have a high porosity, high heat insulating performance can be expected.

以下、本発明を実施例により詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下の説明において、共通する成分は同じものを用いている。
また、例1~5は実施例であり、例6~8は比較例、例9は試験に使用した酸化鉄(III)である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. In the following description, the same components are used.
Further, Examples 1 to 5 are Examples, Examples 6 to 8 are Comparative Examples, and Example 9 is iron oxide (III) used in the test.

(例1)
分散相として、3号ケイ酸ソーダ(AGCエスアイテック株式会社製、ケイ酸ナトリウム水溶液、SiO/NaO(モル比)=3)を、蒸留水で薄めてSiO濃度を24質量%としたものに、テンプレート粒子である水酸化マグネシウム(神島化学工業株式会社製、マグシーズX-6F、50%粒子径0.8μm)を撹拌混合して得たスラリーを用いた。
連続相として、n-デカン(東ソー株式会社製、HC-250、C1022)に予め界面活性剤としてモノオレイン酸ソルビタン(三洋化成株式会社製、イオネットS80)を0.7質量%溶解させたものを用いた。
連続相の界面活性剤入りn-デカンをホモジナイザー(株式会社マイクロテック・ニチオン製、ヒスコトロン、ジェネレーターシャフトNS-30UG/20P)で撹拌しながら、分散相の水酸化マグネシウム入りケイ酸ソーダスラリーを加えて8,000rpmで5分間撹拌乳化した。
得られた乳化液をスリーワンモーターで撹拌しながら炭酸ガスを1.0L/minの速度で20分間吹き込むことでシリカを析出させた。その後、油相を除去して得たシリカゲルを含有する水相を室温で撹拌しながら、硫酸をpH2になるまで添加してテンプレートの除去を行なった。テンプレート除去後のスラリーは温水でろ過洗浄を行ない、スプレードライヤー(日本ビュッヒ株式会社製、ミニスプレードライヤーB290)で乾燥し、例1のシリカ粒子を得た。
(Example 1)
As a dispersed phase, No. 3 sodium silicate (made by AGC Si-Tech Co., Ltd., aqueous sodium silicate solution, SiO 2 / Na 2 O (molar ratio) = 3) is diluted with distilled water to adjust the SiO 2 concentration to 24% by mass. A slurry obtained by stirring and mixing magnesium hydroxide as template particles (Magnes X-6F, 50% particle diameter 0.8 μm, manufactured by Kamishima Chemical Industry Co., Ltd.) was used.
As a continuous phase, 0.7% by mass of sorbitan monooleate (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., Ionet S80) was previously dissolved in n-decane (manufactured by Tosoh Corporation, HC - 250, C 10H 22 ) as a surfactant. Was used.
While stirring the continuous phase surfactant-containing n-decane with a homogenizer (Microtech Nithion Co., Ltd., Hiscotron, generator shaft NS-30UG / 20P), add the dispersed phase magnesium hydroxide-containing sodium silicate slurry. The mixture was stirred and emulsified at 8,000 rpm for 5 minutes.
Silica was precipitated by blowing carbon dioxide gas at a rate of 1.0 L / min for 20 minutes while stirring the obtained emulsion with a three-one motor. Then, while stirring the aqueous phase containing silica gel obtained by removing the oil phase at room temperature, sulfuric acid was added until the pH reached 2, and the template was removed. The slurry after removing the template was filtered and washed with warm water and dried with a spray dryer (Mini Spray Dryer B290, manufactured by Nippon Buch Co., Ltd.) to obtain silica particles of Example 1.

(例2)
例1で得られたシリカ粒子を、5℃/minの昇温速度で1050℃まで昇温し、4時間焼成した。その後、室温まで冷却することで例2のシリカ粒子を得た。
(Example 2)
The silica particles obtained in Example 1 were heated to 1050 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min and calcined for 4 hours. Then, the silica particles of Example 2 were obtained by cooling to room temperature.

(例3)
例1で得られたシリカ粒子を、5℃/minの昇温速度で1100℃まで昇温し、4時間焼成した。その後、室温まで冷却することで例3のシリカ粒子を得た。
(Example 3)
The silica particles obtained in Example 1 were heated to 1100 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min and calcined for 4 hours. Then, the silica particles of Example 3 were obtained by cooling to room temperature.

(例4)
テンプレート粒子として炭酸マグネシウム(神島化学工業株式会社製、マグサーモMS-S、50%粒子径1.5μm)を用いた以外は、例1と同様の方法で例4のシリカ粒子を得た。
(Example 4)
Silica particles of Example 4 were obtained in the same manner as in Example 1 except that magnesium carbonate (Magthermo MS-S, manufactured by Konoshima Chemical Co., Ltd., 50% particle diameter 1.5 μm) was used as the template particles.

(例5)
例4で得られたシリカ粒子を、5℃/minの昇温速度で1000℃まで昇温し、4時間焼成した。その後、室温まで冷却することで例5のシリカ粒子を得た。
(Example 5)
The silica particles obtained in Example 4 were heated to 1000 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min and calcined for 4 hours. Then, the silica particles of Example 5 were obtained by cooling to room temperature.

(例6)
市販の多孔質シリカであるAGCエスアイテック株式会社製「サンスフェアH-121」を用いた。
(Example 6)
"Sunsphere H-121" manufactured by AGC Si-Tech Co., Ltd., which is a commercially available porous silica, was used.

(例7)
市販の多孔質シリカであるAGCエスアイテック株式会社製「サンスフェアH-122」を用いた。
(Example 7)
"Sunsphere H-122" manufactured by AGC Si-Tech Co., Ltd., which is a commercially available porous silica, was used.

市販の無孔質シリカであるAGCエスアイテック株式会社製「サンスフェアNP-100」を用いた。 A commercially available non-porous silica "Sunsphere NP-100" manufactured by AGC Si-Tech Co., Ltd. was used.

(例9)
市販の酸化鉄(III)粉末(関東化学株式会社製、鹿特級、赤褐色粉末)を用いた。
(Example 9)
Commercially available iron (III) oxide powder (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc., deer special grade, reddish brown powder) was used.

例1~8のシリカ粒子について、下記に従い、シリカ粒子の物性を測定した。結果を表1に示す。なお、例9は色度評価に用いた材料である。 For the silica particles of Examples 1 to 8, the physical properties of the silica particles were measured according to the following. The results are shown in Table 1. Example 9 is a material used for chromaticity evaluation.

<粒子内部の空隙の大きさと個数>
シリカ粒子の粉末を2枚のスライドガラスで挟んで擦りつぶすことで意図的に粒子を割った後、卓上走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、JCM-7000)を用いて粒子の割断面を観察した。空隙の開口部における長軸の長さを測定し、200nm以上3μm以下の空隙が複数個あるか否かを確認した。200nm以上3μm以下の空隙が複数個ある場合を空隙「有」と評価し、200nm以上3μm以下の空隙がないか1個の場合を空隙「無」と評価した。
なお、例4のシリカ粒子については、割断面のSEM写真を図1に、外観のSEM写真を図2に示す。
<Size and number of voids inside particles>
After intentionally breaking the particles by sandwiching the powder of silica particles between two slide glasses and grinding them, the split cross section of the particles is divided using a desktop scanning electron microscope (JCM-7000, manufactured by JEOL Ltd.). Observed. The length of the long axis at the opening of the void was measured, and it was confirmed whether or not there were a plurality of voids of 200 nm or more and 3 μm or less. The case where there were a plurality of voids of 200 nm or more and 3 μm or less was evaluated as “presence”, and the case where there were no voids of 200 nm or more and 3 μm or less or one was evaluated as “absence”.
For the silica particles of Example 4, an SEM photograph of a fractured surface is shown in FIG. 1, and an SEM photograph of the appearance is shown in FIG.

<平均円形度>
円形度は、粒子画像解析装置(例えば、マルバーン社製、Morphologi4)により得られた画像を、上記装置に付属の画像解析ソフトを用いて粒子の面積と周長を求め、下記式に当てはめて算出した。3万個のシリカ粒子の円形度の平均値を求めたものを平均円形度とした。
円形度=投影面積の等しい円の周長/粒子の周長
投影面積の等しい円の周長:ある粒子を真上から観察したとき、下の平面に映った粒子の影の面積を求め、この面積に等しい円を計算し、その円の輪郭の長さ
粒子の周長:粒子を真上から観察したとき、下の平面に映った粒子の影の輪郭の長さ
<Average circularity>
The circularity is calculated by calculating the area and perimeter of particles of an image obtained by a particle image analysis device (for example, Morphology 4 manufactured by Malvern) using the image analysis software attached to the above device and applying it to the following formula. did. The average circularity of 30,000 silica particles was calculated and used as the average circularity.
Circularity = Circumferential length of circles with equal projected area / Circumferential length of circles with equal projected area: Circumferential length of circles with equal projected area: When a certain particle is observed from directly above, the area of the shadow of the particle reflected on the lower plane is obtained. Calculate a circle equal to the area and length of the outline of the circle Particle circumference: Length of the outline of the shadow of the particle reflected on the plane below when the particle is observed from directly above

<50%粒子径(D50)(μm)>
50%粒子径(D50)は、粒子画像解析装置(マルバーン社製、Morphologi4)より、円形度0.90以上の粒子を3万個測定し、50%体積換算粒子径として算出した。
<50% particle size (D 50 ) (μm)>
The 50% particle diameter (D 50 ) was calculated as a 50% volume-equivalent particle diameter by measuring 30,000 particles having a circularity of 0.90 or more from a particle image analyzer (Morphilogi 4 manufactured by Malvern).

<比表面積(m/g)>
比表面積は、自動比表面積/細孔分布測定装置(株式会社島津製作所製、トライスターII 3020シリーズ)を用い、窒素吸着法による相対圧0~0.99で測定した結果を、BET法で解析して求めた。
<Specific surface area (m 2 / g)>
The specific surface area was measured by the BET method using an automatic specific surface area / pore distribution measuring device (Tristar II 3020 series manufactured by Shimadzu Corporation) at a relative pressure of 0 to 0.99 by the nitrogen adsorption method. I asked for it.

<細孔容積(cm/g)>
細孔容積は、比表面積と同様に自動比表面積/細孔分布測定装置(株式会社島津製作所製、トライスターII 3020シリーズ)を用い、窒素吸着法による相対圧0~0.99で測定した結果を、BJH法で解析して求めた。
<Pore volume (cm 3 / g)>
The pore volume was measured at a relative pressure of 0 to 0.99 by the nitrogen adsorption method using an automatic specific surface area / pore distribution measuring device (Tristar II 3020 series manufactured by Shimadzu Corporation) in the same manner as the specific surface area. Was analyzed and obtained by the BJH method.

<吸油量(cm/100g)>
吸油量は、JIS K 5101に準じて測定した。
試料であるシリカ粒子全体が一塊となるまで練りながら、試料に煮アマニ油を加えていき、試料全体が一塊になったときの、試料100gあたりの煮アマニ油の容積を求めた。
<Oil absorption (cm 3 / 100g)>
The oil absorption was measured according to JIS K 5101.
Boiled flax oil was added to the sample while kneading until the entire silica particles of the sample became a mass, and the volume of the boiled flax oil per 100 g of the sample when the entire sample became a mass was determined.

<粒子強度(MPa)>
粒子強度は、微小圧縮試験機(株式会社島津製作所製、MCT-510)を用いて、1試料あたり40個のシリカ粒子の圧縮強度を測定し、その平均値として求めた。
<Particle strength (MPa)>
The particle strength was determined by measuring the compressive strength of 40 silica particles per sample using a micro-compression tester (MCT-510, manufactured by Shimadzu Corporation) and calculating the average value.

<粒子表面の性質>
水100gに対し、シリカ粒子の粉末5gを添加し、均一に撹拌した後、24時間静置した。24時間後にシリカ粒子の9割以上が水中に沈んでいるものをシリカ粒子が親水性であると判断し、親水性「有」と評価した。24時間後のシリカ粒子の沈降量が9割未満のものを親水性「無」と評価した。沈んだシリカ粒子の割合については、24時間静置後に沈降粒子を回収して乾燥し、得られたシリカ粒子の質量から算出した。
<Nature of particle surface>
To 100 g of water, 5 g of silica particle powder was added, and the mixture was uniformly stirred and then allowed to stand for 24 hours. After 24 hours, 90% or more of the silica particles were submerged in water, and the silica particles were judged to be hydrophilic and evaluated as "yes". Those in which the amount of silica particles settled after 24 hours was less than 90% were evaluated as hydrophilic "none". The ratio of the settled silica particles was calculated from the mass of the obtained silica particles obtained by collecting and drying the settled particles after allowing them to stand for 24 hours.

<a値、L値、WB値(-)>
シリカ粒子の粉末に、例9の酸化鉄(III)粉末(a値:14.9)を30重量%の割合で加えてよく混合し、混合粉末を得た。混合粉末を測定用の丸セル(直径35mm×高さ15mm)に半分以上の嵩になるように投入し、分光色差計(日本電色工業株式会社製、SE7700)を用いて測定した。
値は色味の強弱を示し、+側に大きいほど赤味が強く、-側に大きいほど緑味が強く、6.0以下であると酸化鉄(III)の色味(赤み)が抑えられていると判断できる。L値は色の明るさを示し、大きいほど明るく、小さいほど暗い。WB値は白度を示し、大きいほど白く、小さいほど黒い。
<a * value, L * value, WB value (-)>
The iron (III) oxide powder (a * value: 14.9) of Example 9 was added to the powder of silica particles at a ratio of 30% by weight and mixed well to obtain a mixed powder. The mixed powder was put into a round cell for measurement (diameter 35 mm × height 15 mm) so as to have a bulk of more than half, and measured using a spectrocolor difference meter (SE7700, manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.).
The * value indicates the strength of the tint, the larger the + side, the stronger the redness, the larger the-side, the stronger the greenishness, and when it is 6.0 or less, the tint (redness) of iron oxide (III) is strong. It can be judged that it is suppressed. The L * value indicates the brightness of the color. The larger the value, the brighter the color, and the smaller the value, the darker the color. The WB value indicates the degree of whiteness, and the larger it is, the whiter it is, and the smaller it is, the blacker it is.

Figure 2022102438000001
Figure 2022102438000001

例1~5のシリカ粒子は、粒子内部に200nm以上3μm以下の空隙を複数有しており、かつ(吸油量/100)/細孔容積の値が1.5以上であった。表1からわかるとおり、例1~5のシリカ粒子を用いた評価では、色度評価によるa値が6.0以下であり、酸化鉄(III)の赤みが抑えられており、このことから、例1~5のシリカ粒子は例6~8のシリカ粒子に比べて可視光の散乱性が高く、下地の遮蔽性に優れるものであることがわかった。 The silica particles of Examples 1 to 5 had a plurality of voids of 200 nm or more and 3 μm or less inside the particles, and the value of (oil absorption / 100) / pore volume was 1.5 or more. As can be seen from Table 1, in the evaluation using the silica particles of Examples 1 to 5, the a * value by the chromaticity evaluation was 6.0 or less, and the redness of iron (III) oxide was suppressed. It was found that the silica particles of Examples 1 to 5 have higher visible light scattering properties than the silica particles of Examples 6 to 8 and are excellent in shielding property of the substrate.

Claims (12)

粒子内部に長軸の長さが200nm以上3μm以下の空隙を複数個内包し、{吸油量(cm/100g)/100}/細孔容積(cm/g)の値が1.5以上であるシリカ粒子。 Multiple voids with a major axis length of 200 nm or more and 3 μm or less are included inside the particles, and the value of {oil absorption (cm 3/100 g) / 100} / pore volume (cm 3 / g) is 1.5 or more. Silica particles that are. 平均円形度が0.80以上である、請求項1に記載のシリカ粒子。 The silica particles according to claim 1, wherein the silica particles have an average circularity of 0.80 or more. 表面が親水性である、請求項1又は2に記載のシリカ粒子。 The silica particles according to claim 1 or 2, wherein the surface is hydrophilic. シリカ粒子の体積基準による累積粒度分布における50%粒子径(D50)が3~500μmである、請求項1~3のいずれか1項に記載のシリカ粒子。 The silica particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the 50% particle size (D 50 ) in the cumulative particle size distribution based on the volume of the silica particles is 3 to 500 μm. 前記細孔容積が2.0cm/g未満である、請求項1~4のいずれか1項に記載のシリカ粒子。 The silica particle according to any one of claims 1 to 4, wherein the pore volume is less than 2.0 cm 3 / g. 粒子強度が1MPa以上である、請求項1~5のいずれか1項に記載のシリカ粒子。 The silica particle according to any one of claims 1 to 5, wherein the particle strength is 1 MPa or more. 前記シリカ粒子にL表色系におけるa値が14以上15以下の赤褐色の酸化鉄(III)粉末を30質量%の割合で混合して混合粉末を得たとき、前記混合粉末のa値が6.0以下である、請求項1~6のいずれか1項に記載のシリカ粒子。 When a reddish brown iron (III) oxide powder having an L * a * b * color system a * value of 14 or more and 15 or less was mixed with the silica particles at a ratio of 30% by mass to obtain a mixed powder, the mixture was obtained. The silica particle according to any one of claims 1 to 6, wherein the a * value of the powder is 6.0 or less. 請求項1~7のいずれか1項に記載のシリカ粒子を含む白色顔料。 A white pigment containing silica particles according to any one of claims 1 to 7. 請求項1~7のいずれか1項に記載のシリカ粒子を含む化粧品。 A cosmetic product containing the silica particles according to any one of claims 1 to 7. テンプレート粒子を含むケイ酸ナトリウム水溶液を液滴化した後にシリカを析出させ、前記テンプレート粒子を除去し、前記テンプレート粒子が除去されたシリカを洗浄し、乾燥する、シリカ粒子の製造方法。 A method for producing silica particles, wherein silica is precipitated after atomizing an aqueous sodium silicate solution containing template particles, the template particles are removed, and the silica from which the template particles have been removed is washed and dried. テンプレート粒子をケイ酸ナトリウム水溶液中に混合した混合液を分散相とし、界面活性剤を含む有機相を連続相として、前記分散相と前記連続相を混合して撹拌乳化し、前記分散相を液滴化した乳化液を得て、前記乳化液をゲル化して、前記テンプレート粒子を内包したシリカを含むシリカスラリーを得て、前記シリカスラリーに酸を加えて、前記テンプレート粒子を除去し、前記テンプレート粒子が除去されたシリカを洗浄し、乾燥する、シリカ粒子の製造方法。 A mixed solution of template particles mixed in an aqueous sodium silicate solution is used as a dispersed phase, an organic phase containing a surfactant is used as a continuous phase, and the dispersed phase and the continuous phase are mixed and emulsified by stirring, and the dispersed phase is liquid. A dropleted emulsion is obtained, the emulsion is gelled to obtain a silica slurry containing silica containing the template particles, an acid is added to the silica slurry to remove the template particles, and the template is removed. A method for producing silica particles, in which the silica from which the particles have been removed is washed and dried. 前記テンプレート粒子が、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム及び炭酸カルシウムからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項10又は11に記載のシリカ粒子の製造方法。 The method for producing silica particles according to claim 10 or 11, wherein the template particles are at least one selected from the group consisting of magnesium hydroxide, magnesium carbonate, calcium hydroxide and calcium carbonate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023243573A1 (en) * 2022-06-13 2023-12-21 Agc株式会社 Silica powder for cosmetic preparations, and cosmetic preparation

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