JP2022187264A - Hydrophobic silica aerogel, and production method of aqueous paste composition - Google Patents

Hydrophobic silica aerogel, and production method of aqueous paste composition Download PDF

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光喜 三道
Mitsuyoshi Sando
忠弘 福寿
Tadahiro Fukuju
貴史 谷口
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Abstract

To solve the problem in which porous silica added to a cosmetic etc., when having an ionic impurity, may cause such a problem as decrease in an oil absorption amount and so carrying out water washing, etc. is required to reduce an amount of the ionic impurity but a large amount of washing water is required, increasing waste liquid associated therewith.SOLUTION: An acid and a base used in production of porous silica are selected so that a salt to be produced is sodium sulfate. Specifically, sulfuric acid and a sodium-based base such as sodium hydroxide are employed as the acid and the base, respectively, and sodium silicate is used as a silicon source. The sodium sulfate comes to be deposited as decahydrate at a temperature about 32°C as a boundary from which its solubility to water sharply decreases, and thus separation of the deposited sodium sulfate with filtration etc. enables a subsequent step of reducing an ionic impurity to be highly efficient.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、疎水性シリカエアロゲル、及び疎水性シリカと水とを含むペース状組成物の新規な製造方法に関する。より詳しくは、イオン性不純物の含有量を少なくするための洗浄に用いる水の使用量を従来よりも削減できる製造方法に係わる。 The present invention relates to a novel method for producing a hydrophobic silica airgel and a paste-like composition containing hydrophobic silica and water. More specifically, the present invention relates to a manufacturing method capable of reducing the amount of water used for washing to reduce the content of ionic impurities.

エアロゲルは、高い空隙率を有する材料であり、吸油性に優れる。ここで言うエアロゲルとは、多孔質な構造を有し分散媒体として気体を伴う固体材料を意味し、特に空隙率60%以上の固体材料を意味する。なお、空隙率とは、見掛けの体積中に含まれている気体の量を体積百分率で表した値である。エアロゲルは、上記空隙率が高いことに起因して、優れた吸油性を有している。 Airgel is a material with high porosity and excellent oil absorption. The term "aerogel" as used herein means a solid material having a porous structure and gas as a dispersion medium, particularly a solid material having a porosity of 60% or more. The porosity is a value expressed by volume percentage of the amount of gas contained in the apparent volume. Airgel has excellent oil absorption due to the high porosity.

シリカエアロゲルの用途は様々であるが、中でも化粧品材料として有用であり、ファンデーションを例に挙げると、皮膚に塗布した際の、その外観持続性を向上させるための添加剤として用いられている。詳述すれば、シリカエアロゲルの多孔質な構造は、皮脂を良く吸収するため、皮膚が皮脂で濡れて光の正反射率を高まりテカリが生じることが防止できる。しかも、シリカエアロゲルは、疎水化して製造されたものであると、ファンデーション等の化粧品材料の有機成分と親和性が良くなり均一に分散するため、上記テカリ防止の外観持続性効果を一層に高める。 Silica airgel has various uses, among which it is useful as a cosmetic material. Taking foundation as an example, it is used as an additive to improve the durability of its appearance when applied to the skin. Specifically, since the porous structure of silica airgel absorbs sebum well, it is possible to prevent the skin from getting wet with sebum, thereby increasing the specular reflectance of light and causing shine. Moreover, when the silica airgel is produced by making it hydrophobic, it has a better affinity with the organic components of cosmetic materials such as foundation, and is evenly dispersed.

例えば、ファンデーションの材料として、粉体の状態で使用される場合、高い吸油量を有するシリカエアロゲルは、テカリの原因となる皮脂を大量に吸収できるため、化粧仕上がり時の外観を長時間にわたって持続させることができる(特許文献3参照)。 For example, when used in powder form as a foundation material, silica airgel, which has a high oil absorption capacity, can absorb a large amount of sebum that causes oily shine, so the finished appearance of makeup lasts for a long time. (See Patent Document 3).

また、これらシリカエアロゲルは、化粧品に配合した際に、滑らかな触感を得るために、粒径は1~数10μmであり、且つ肌へのローリング性を向上させるために、その形状が球状であることが望ましい。 In addition, these silica aerogels have a particle size of 1 to several tens of μm in order to obtain a smooth feel when blended in cosmetics, and a spherical shape in order to improve rolling properties on the skin. is desirable.

こうした適度な粒径を有する球状シリカエアロゲルの製造方法として、例えば次の方法が提案されている。 For example, the following method has been proposed as a method for producing spherical silica airgel having such an appropriate particle size.

特許文献1には、水性シリカゾルを調製する工程、該水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させてW/Oエマルションを形成させる工程、シリカゾルをゲル化させて、W/O型エマルションをゲル化体の分散液へと変換する工程、ゲル化体中の水分を、20℃における表面張力が30mN/m以下である溶媒に置換する工程、ゲル化体を疎水化剤(シリル化剤)により疎水化処理(シリル化処理)する工程、上記置換した溶媒を除去する工程を上記順に有する球状シリカエアロゲルを製造する方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a process of preparing an aqueous silica sol, a process of dispersing the aqueous silica sol in a hydrophobic solvent to form a W/O emulsion, and a process of gelling the silica sol to turn the W/O emulsion into a gel. a step of converting the gel into a dispersion liquid, a step of replacing water in the gel with a solvent having a surface tension of 30 mN/m or less at 20 ° C., and hydrophobizing the gel with a hydrophobizing agent (silylating agent). A method for producing a spherical silica airgel is disclosed which comprises a step of treating (silylation treatment) and a step of removing the substituted solvent in the above order.

特許文献2には、前記W/O型エマルションをゲル化体の分散液へと変換する工程で得られたゲル化体の分散液を、O相とW相の2層に分離させる工程、W相に塩基性物質を加えて、該W相に分散するゲル化体を熟成する工程、W相に分散するゲル化体をシリル化処理する工程、疎水性有機溶媒でゲル化体を抽出する工程、ゲル化体を回収し、疎水性の球状シリカエアロゲルからなる粉体を得る工程を順に有する球状シリカエアロゲルを製造する方法が開示されている。 Patent Document 2 describes a step of separating the gelled dispersion obtained in the step of converting the W/O emulsion into a gelled dispersion into two layers of an O phase and a W phase. A step of adding a basic substance to the phase to ripen the gelled product dispersed in the W phase, a step of silylating the gelled product dispersed in the W phase, and a step of extracting the gelled product with a hydrophobic organic solvent. , a method for producing a spherical silica aerogel is disclosed, which sequentially comprises steps of recovering a gelled body and obtaining a powder composed of a hydrophobic spherical silica aerogel.

国際公開2012/057086号公報International publication 2012/057086 特開2018-177620号公報JP 2018-177620 A 特開2014-88307号公報JP 2014-88307 A

しかしながら、特許文献1や2の方法では、水性シリカゾルの調製や疎水化に際して用いる原料等に由来して生じる塩類が、得られた球状シリカエアロゲル粉末中に残りやすい。シリカエアロゲルは含有する塩類が多いと、高い吸油量を維持できなくなり、皮脂を大量に吸収できなくなるため、例えば特許文献3では、前記ゲル化体抽出工程において、ゲル化体を疎水性有機溶媒中に抽出した後に、当該有機溶媒相をアルコール水溶液で洗浄しており、経済的ではないという問題があった。さらに洗浄する際に45~70℃に昇温しているため、製造時間が長くなるという問題もあった。 However, in the methods of Patent Literatures 1 and 2, salts derived from raw materials used in preparation of the aqueous silica sol and hydrophobization tend to remain in the obtained spherical silica airgel powder. If the silica airgel contains a large amount of salts, it will not be able to maintain a high oil absorption and will not be able to absorb a large amount of sebum. After extracting the organic solvent, the organic solvent phase is washed with an aqueous alcohol solution, which is not economical. Furthermore, since the temperature is raised to 45 to 70° C. during washing, there is also the problem that the manufacturing time is lengthened.

また別に、化粧品には水性のものも多いが、上記特許文献に記載のようにして得られた疎水性シリカエアロゲル粉末では、疎水性であるが故に分散させにくいという問題もある。この問題を解決するために、特許文献2などに記載の製造方法において中間体として製造される疎水化されたゲル化体が分散した水性分散液から、そのまま水量を調製して疎水性シリカと水とを含むペースト状組成物を製造し、これを用いることを本発明者等は既に提案している(特願2021-014785)。即ち、疎水化されたゲル化体が分散したW相における水含有量を、ゲル化体が乾燥してしまわない程度に減少させることによりペースト状とすることができる。ペースト状組成物とすることで、疎水性シリカエアロゲル粉末では困難であった、水あるいは水を主成分とする媒体に分散させることを可能としている。 In addition, many cosmetics are water-based, but the hydrophobic silica airgel powder obtained as described in the above patent document has a problem that it is difficult to disperse due to its hydrophobicity. In order to solve this problem, the amount of water is prepared as it is from the aqueous dispersion in which the hydrophobized gelled product produced as an intermediate in the production method described in Patent Document 2 is dispersed, and the hydrophobic silica and water are mixed. The present inventors have already proposed to manufacture and use a paste-like composition containing and (Japanese Patent Application No. 2021-014785). That is, the water content in the W phase in which the hydrophobized gel is dispersed can be reduced to such an extent that the gel does not dry out, thereby forming a paste. The pasty composition makes it possible to disperse in water or a medium containing water as a main component, which has been difficult with hydrophobic silica airgel powder.

しかしながら、この製造方法では疎水化されたゲル化体を疎水性有機溶媒に抽出して分散液とする工程を経ないため、前記したようなアルコール水溶液(あるいは水)による洗浄を実施することはできない。そのため、ゲル化体が乾燥しないように注意しながら、水の添加と除去を連続的(あるいは断続的)に行うという特許文献2とは異なる洗浄工程を実施することで塩類を除去している。 However, since this production method does not involve the step of extracting the hydrophobized gelled product into a hydrophobic organic solvent to form a dispersion, washing with an aqueous alcohol solution (or water) as described above cannot be carried out. . Therefore, while taking care not to dry the gelled body, salts are removed by performing a washing step different from that in Patent Document 2, in which water is added and removed continuously (or intermittently).

しかしながら、塩分や硫酸塩等を十分に取り除くには、この洗浄工程においてイオン交換水を大量に使用しなければならないという問題があった。また、この洗浄に伴い、大量の廃液を排出してしまい、経済的ではないという問題があった。 However, in order to sufficiently remove salts, sulfates, etc., there is a problem that a large amount of ion-exchanged water must be used in this washing process. In addition, there is a problem that a large amount of waste liquid is discharged along with this cleaning, which is not economical.

そこで本発明は、塩類の含有量の十分に少ない疎水性球状シリカエアロゲルの、経済的に優れた製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an economically excellent method for producing a hydrophobic spherical silica aerogel having a sufficiently low salt content.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、これら文献に開示される、水性シリカゾルの調製に始まる製造方法において、使用する酸と塩基性物質の組み合わせを特定のものとすることで、生成する塩を溶解度の低いものとでき、よって、その塩を析出させて除去することが可能となるため、水洗に必要な水の量が削減でき、より経済的に製造できることを見いだし、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found a specific combination of an acid and a basic substance to be used in the production method starting from the preparation of the aqueous silica sol disclosed in these documents. By doing so, the generated salt can be made to have a low solubility, so that the salt can be precipitated and removed, so the amount of water required for washing can be reduced, and it can be produced more economically. and completed the present invention.

即ち、本発明は、
(1)硫酸とケイ酸ナトリウムとから水性シリカゾルを調製する工程、
(2)該水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させてW/O型エマルションを形成させる工程、
(3)加熱することにより前記シリカゾルをゲル化させて、前記W/O型エマルションをシリカゲルの分散液へと変換する工程、
(4)有機相と、前記シリカゲルが分散した水相とに分相させた後、該有機相を除去する工程、
(5)シリカゲルが分散した水相に、疎水化剤と硫酸を添加して該シリカゲルを疎水化する工程、
(6)ナトリウムを含む塩基性物質を添加する工程、
(7)温度を30℃以下に冷却し、硫酸ナトリウム10水和物を析出させる工程、
(8)析出した硫酸ナトリウム10水和物を除去する工程、及び、
(9)液中の疎水化シリカゲルを回収して乾燥させる工程
を含んでなる、疎水性シリカエアロゲル粉末の製造方法である。
That is, the present invention
(1) preparing an aqueous silica sol from sulfuric acid and sodium silicate;
(2) dispersing the aqueous silica sol in a hydrophobic solvent to form a W/O emulsion;
(3) a step of gelling the silica sol by heating to convert the W/O emulsion into a dispersion of silica gel;
(4) removing the organic phase after phase separation into an organic phase and an aqueous phase in which the silica gel is dispersed;
(5) adding a hydrophobizing agent and sulfuric acid to the aqueous phase in which silica gel is dispersed to hydrophobize the silica gel;
(6) adding a basic substance containing sodium;
(7) cooling the temperature to 30° C. or less to precipitate sodium sulfate decahydrate;
(8) removing the precipitated sodium sulfate decahydrate, and
(9) A method for producing a hydrophobic silica airgel powder, comprising a step of collecting and drying the hydrophobized silica gel in the liquid.

また他の発明は、
(1)硫酸とケイ酸ナトリウムとから水性シリカゾルを調製する工程、
(2)該水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させてW/O型エマルションを形成させる工程、
(3)加熱することにより前記シリカゾルをゲル化させて、前記W/O型エマルションをシリカゲルの分散液へと変換する工程、
(4)有機相と、前記シリカゲルが分散した水相とに分相させた後、該有機相を除去する工程、
(5)シリカゲルが分散した水相に、疎水化剤と硫酸を添加してシリカゲルを疎水化する工程、
(6)ナトリウムを含む塩基性物質を添加する工程、
(7)温度を30℃以下に冷却し、硫酸ナトリウム10水和物を析出させる工程、
(8)析出した硫酸ナトリウム10水和物を除去する工程、及び、
(10)水の一部を除去してペースト状とする工程
を含んでなる、疎水性シリカと水とを含むペースト状組成物の製造方法である。
Another invention is
(1) preparing an aqueous silica sol from sulfuric acid and sodium silicate;
(2) dispersing the aqueous silica sol in a hydrophobic solvent to form a W/O emulsion;
(3) a step of gelling the silica sol by heating to convert the W/O emulsion into a dispersion of silica gel;
(4) removing the organic phase after phase separation into an organic phase and an aqueous phase in which the silica gel is dispersed;
(5) adding a hydrophobizing agent and sulfuric acid to the aqueous phase in which the silica gel is dispersed to hydrophobize the silica gel;
(6) adding a basic substance containing sodium;
(7) cooling the temperature to 30° C. or less to precipitate sodium sulfate decahydrate;
(8) removing the precipitated sodium sulfate decahydrate, and
(10) A method for producing a paste-like composition containing hydrophobic silica and water, comprising a step of removing part of the water to form a paste.

本発明の製造方法では溶解度の低い硫酸ナトリウム10水和物を生じさせ、かつこれを除去する工程を挟むことにより、水の使用量を抑えることで、従来よりも経済的に優れた方法で疎水性シリカエアロゲルを製造できることを可能とした。また逆に、水の使用量が同等であれば、相対的にイオン性不純物の含有量を少なくすることができる。 In the production method of the present invention, sodium sulfate decahydrate with low solubility is generated and a step of removing it is interposed to reduce the amount of water used, resulting in a more economically superior hydrophobic method than conventional methods. It has made it possible to produce a flexible silica airgel. Conversely, if the amount of water used is the same, the content of ionic impurities can be relatively reduced.

本発明の疎水性シリカエアロゲル粉末の製造方法は以下の工程を含む。即ち、
(1)硫酸とケイ酸ナトリウムとから水性シリカゾルを調製する工程、
(2)該水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させてW/O型エマルションを形成させる工程、
(3)加熱することにより前記シリカゾルをゲル化させて、前記W/O型エマルションをシリカゲルの分散液へと変換する工程、
(4)有機相と、前記シリカゲルが分散した水相とに分相させた後、該有機相を除去する工程、
(5)シリカゲルが分散した水相に、疎水化剤と硫酸を添加して該シリカゲルを疎水化する工程、
(6)ナトリウムを含む塩基性物質を添加する工程、
(7)温度を30℃以下に冷却し、硫酸ナトリウム10水和物を析出させる工程、
(8)析出した硫酸ナトリウム10水和物を除去する工程、及び、
(9)液中の疎水化シリカゲルを回収して乾燥させる工程
を順に行うことである。
The manufacturing method of the hydrophobic silica airgel powder of the present invention includes the following steps. Namely
(1) preparing an aqueous silica sol from sulfuric acid and sodium silicate;
(2) dispersing the aqueous silica sol in a hydrophobic solvent to form a W/O emulsion;
(3) a step of gelling the silica sol by heating to convert the W/O emulsion into a dispersion of silica gel;
(4) removing the organic phase after phase separation into an organic phase and an aqueous phase in which the silica gel is dispersed;
(5) adding a hydrophobizing agent and sulfuric acid to the aqueous phase in which silica gel is dispersed to hydrophobize the silica gel;
(6) adding a basic substance containing sodium;
(7) cooling the temperature to 30° C. or less to precipitate sodium sulfate decahydrate;
(8) removing the precipitated sodium sulfate decahydrate, and
(9) A step of recovering and drying the hydrophobized silica gel in the liquid is carried out in order.

上記の製造方法を、順序立てて以下に詳述する。 The above manufacturing methods will be described in detail below in order.

(1)硫酸とケイ酸ナトリウムとから水性シリカゾルを調製する工程 (1) Step of preparing an aqueous silica sol from sulfuric acid and sodium silicate

本発明の製造方法では、まず、水性シリカゾルを調製する。水性シリカゾルの調整方法は硫酸とケイ酸ナトリウムとを原料とし、他は公知の方法を適宜採用すればよいが、好適には以下の方法で行う。なお、水性シリカゾルの調製に際して他の酸ではなく硫酸を採用するのは、生成する塩類を硫酸ナトリウムに限定するためである。 In the production method of the present invention, first, an aqueous silica sol is prepared. The aqueous silica sol can be prepared by using sulfuric acid and sodium silicate as raw materials, and other known methods may be appropriately adopted, but the following method is preferable. The reason why sulfuric acid is used instead of other acids in the preparation of the aqueous silica sol is to limit the salt to be produced to sodium sulfate.

具体的には、硫酸を撹拌しながら、ケイ酸ナトリウムを加えていく。硫酸の量は、ケイ酸ナトリウムのナトリウム分に対する水素イオンのモル比として、1.05~1.2とすることが望ましい。硫酸の量をこの範囲にした場合には調製したシリカゾルのpHは1~5程度となる。より好ましくは、調製したシリカゾルのpHが2.5~3.5となるよう、硫酸の量を調整する。 Specifically, sodium silicate is added while stirring sulfuric acid. The amount of sulfuric acid is desirably 1.05 to 1.2 in terms of molar ratio of hydrogen ions to sodium content of sodium silicate. When the amount of sulfuric acid is within this range, the pH of the prepared silica sol is about 1-5. More preferably, the amount of sulfuric acid is adjusted so that the prepared silica sol has a pH of 2.5 to 3.5.

上記の方法により作成したシリカゾルの濃度としては、ゲル化が比較的短時間で完了し、またシリカ粒子の骨格構造の形成を十分なものとして乾燥時の収縮を抑制でき、大きな細孔容量を得られやすい点で、シリカ分の濃度(SiO換算濃度)として50g/L以上とすることが好ましい。その一方で、シリカ粒子の密度を相対的に小さくして、良好な細孔容積を得、また吸油量を多くできやすい点で、160g/L以下とすることが好ましく、100g/L以下とすることがより好ましい。更に好ましくは90~100g/Lである。 As for the concentration of the silica sol prepared by the above method, the gelation is completed in a relatively short time, and the formation of the skeleton structure of the silica particles is sufficient to suppress shrinkage during drying, and a large pore volume can be obtained. It is preferable that the concentration of silica (concentration in terms of SiO 2 ) is 50 g/L or more, because it is easy to be eroded. On the other hand, it is preferably 160 g / L or less, and 100 g / L or less, because the density of the silica particles is relatively small, a good pore volume is obtained, and the oil absorption can be easily increased. is more preferable. More preferably 90 to 100 g/L.

硫酸は、濃度が3~12%の水溶液を使用できる。好ましくは、6~10%である。ケイ酸ナトリウムは、1号~3号ケイ酸ソーダとして販売される水性溶液などが使用できる。操作性を向上させ、或いは混合後のpHやシリカ分の濃度を所望の範囲とするために、予め水で希釈するなどしてもよい。 Sulfuric acid can be used as an aqueous solution with a concentration of 3 to 12%. Preferably, it is 6-10%. As sodium silicate, an aqueous solution sold as No. 1 to No. 3 sodium silicate can be used. In order to improve the operability, or to adjust the pH and silica concentration after mixing to the desired ranges, the mixture may be diluted with water in advance.

水性シリカゾルの濃度を上記下限値以上とすることにより、最終的に得られる疎水性シリカエアロゲル(以下、単に「エアロゲル」と記す場合がある)のBJH法による細孔容積を8mL/g以下とすることが容易になるほか、エアロゲルのBJH法による細孔半径のピークを50nm以下とすることが容易になる。また、水性シリカゲルの濃度を上記上限値以下とすることにより、エアロゲルのBJH法による細孔容積を2mL/g以上とすることが容易になるほか、エアロゲルのBJH法による細孔半径のピークを10nm以上とすることが容易になる。 By setting the concentration of the aqueous silica sol to the above lower limit or higher, the finally obtained hydrophobic silica airgel (hereinafter sometimes simply referred to as "aerogel") has a pore volume of 8 mL/g or less by the BJH method. In addition, it becomes easy to make the peak of the pore radius of the airgel by the BJH method 50 nm or less. In addition, by setting the concentration of the aqueous silica gel to the above upper limit or less, it becomes easy to make the pore volume of the airgel by the BJH method 2 mL / g or more, and the pore radius peak of the airgel by the BJH method is 10 nm. It becomes easier to do the above.

(2)水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させてW/O型エマルションを形成させる工程 (2) a step of dispersing the aqueous silica sol in a hydrophobic solvent to form a W/O emulsion;

本発明の製造方法では、上記のような方法で得られた水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させて、W/Oエマルションを形成させる。このようなW/Oエマルションを形成することにより、シリカゾルは表面張力等により球状になるので、該球状形状で疎水性溶媒中に分散しているシリカゾルをゲル化させることにより、球状のゲル化体を得ることができる。このように、W/Oエマルションを形成するエマルション形成工程を経ることにより、通常は0.8以上の高い円形度を有するエアロゲルを製造することが可能になる。 In the production method of the present invention, the aqueous silica sol obtained by the above method is dispersed in a hydrophobic solvent to form a W/O emulsion. By forming such a W/O emulsion, the silica sol becomes spherical due to surface tension and the like. Therefore, by gelling the spherical silica sol dispersed in a hydrophobic solvent, a spherical gelled product can be obtained. can be obtained. Thus, by passing through the emulsion forming step of forming a W/O emulsion, it is possible to produce an airgel having a high degree of circularity, usually 0.8 or more.

当該疎水性溶媒としては、水性シリカゾルとW/Oエマルションを形成できる程度の疎水性を有した溶媒であればよい。そのような溶媒としては、例えば、炭化水素類やハロゲン化炭化水素類等の有機溶媒を使用することが可能である。より具体的にはヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロプロパン等が挙げられる。これらの中でも、適度な粘度を有するヘプタンを特に好適に用いることができる。なお必要に応じて、複数の溶媒を混合して用いてもよい。また水性シリカゾルとW/Oエマルションを形成できる範囲であれば、低級アルコール類などの親水性溶媒を併用する(混合溶媒として使用する)ことも可能である。 As the hydrophobic solvent, any solvent having a degree of hydrophobicity capable of forming a W/O emulsion with the aqueous silica sol may be used. As such a solvent, for example, organic solvents such as hydrocarbons and halogenated hydrocarbons can be used. More specific examples include hexane, heptane, octane, nonane, decane, dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, and dichloropropane. Among these, heptane, which has an appropriate viscosity, can be used particularly preferably. In addition, you may mix and use several solvent as needed. A hydrophilic solvent such as a lower alcohol can also be used in combination (used as a mixed solvent) as long as a W/O emulsion can be formed with the aqueous silica sol.

使用する疎水性溶媒の量は、エマルションがW/O型となる程度の量であれば特に限定されることはない。ただし、一般的には、水性シリカゾル1体積部に対して疎水性溶媒が1~10体積部程度となる量を使用する。 The amount of the hydrophobic solvent to be used is not particularly limited as long as the amount is such that the emulsion becomes a W/O type. However, in general, the amount of the hydrophobic solvent used is about 1 to 10 parts by volume with respect to 1 part by volume of the aqueous silica sol.

上記のW/Oエマルションを形成する際には、界面活性剤を添加することが好ましい。使用する界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤のいずれも使用することが可能である。これらの中でも、W/Oエマルションを形成しやすい点で、ノニオン系界面活性剤が好ましい。本発明においては、シリカゾルが水性であるため、界面活性剤の親水性及び疎水性の程度を示す値であるHLB値が3以上6以下の界面活性剤を好適に用いることができる。なお本発明において「HLB値」とは、グリフィン法によるHLB値を意味する。 A surfactant is preferably added when forming the W/O emulsion. Any of anionic surfactants, cationic surfactants, and nonionic surfactants can be used as surfactants. Among these, nonionic surfactants are preferable because they easily form a W/O emulsion. In the present invention, since the silica sol is aqueous, a surfactant having an HLB value of 3 or more and 6 or less, which is a value indicating the degree of hydrophilicity and hydrophobicity of the surfactant, can be preferably used. In the present invention, "HLB value" means HLB value according to the Griffin method.

上述したように、本発明においては、W/Oエマルションの液滴の形状によってエアロゲル粒子の形状がほぼ定められる。液滴の形状は用いる界面活性剤によって左右される。前記の通り、エアロゲル粒子の形状は球状であることが好ましく、この観点から好適に用いることのできる界面活性剤の具体的としては、ソルビタンモノオレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノセスキオレート等が挙げられる。 As described above, in the present invention, the shape of the airgel particles is substantially determined by the shape of the droplets of the W/O emulsion. The droplet shape depends on the surfactant used. As described above, the shape of the airgel particles is preferably spherical. Specific examples of surfactants that can be preferably used from this point of view include sorbitan monooleate, sorbitan monostearate, sorbitan monosesquiolate, and the like. be done.

界面活性剤の使用量は、W/Oエマルションを形成させる際の一般的な量と変わるところがない。具体的には、水性シリカゾル100mlに対して0.05g以上10g以下の範囲を好適に採用することができる。界面活性剤の使用量が多いと、W/Oエマルションの液滴がより微細になり易く、逆に界面活性剤の使用量が少ないと、W/Oエマルションの液滴がより大きくなり易い。したがって界面活性剤の使用量を増減することにより、エアロゲルの平均粒径を調整することが可能である。 The amount of surfactant used is no different from the general amount used to form W/O emulsions. Specifically, the range of 0.05 g or more and 10 g or less per 100 ml of aqueous silica sol can be suitably adopted. When the amount of surfactant used is large, the droplets of the W/O emulsion tend to become finer, and conversely, when the amount of surfactant used is small, the droplets of the W/O emulsion tend to become larger. Therefore, it is possible to adjust the average particle size of the airgel by increasing or decreasing the amount of surfactant used.

W/Oエマルションを形成する際に、水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させる方法としては、W/Oエマルションの公知の形成方法を採用することができる。工業的な製造の容易性などの観点からは、機械乳化によるエマルション形成が好ましく、具体的には、ミキサー、ホモジナイザー等を使用する方法を例示できる。好適には、ホモジナイザーを用いることができる。 As a method for dispersing the aqueous silica sol in the hydrophobic solvent when forming the W/O emulsion, a known W/O emulsion forming method can be employed. From the viewpoint of ease of industrial production, emulsion formation by mechanical emulsification is preferred, and specific examples include methods using a mixer, homogenizer, or the like. Preferably, a homogenizer can be used.

W/Oエマルション中のシリカゾル液滴の平均粒径とエアロゲルの平均粒径とは概ね対応関係にあるから、ここでの液滴径を制御することにより、エアロゲルの平均粒径が制御できる。 Since the average particle size of the silica sol droplets in the W/O emulsion and the average particle size of the airgel generally correspond, the average particle size of the airgel can be controlled by controlling the droplet size here.

なお、エマルション中のシリカゾル液滴の粒径を十分小さくすることにより、シリカゾル液滴の形状が乱されにくくなるので、より高い円形度を有する球状のエアロゲルを得ることが一層容易になる(ただし、エアロゲルの平均粒径も小さくなる)。 By sufficiently reducing the particle size of the silica sol droplets in the emulsion, the shape of the silica sol droplets is less likely to be disturbed, making it easier to obtain a spherical airgel with a higher degree of circularity (however, The average particle size of the airgel is also reduced).

(3)加熱することにより前記シリカゾルをゲル化させて、W/O型エマルションをシリカゲルの分散液へと変換する工程 (3) A step of gelling the silica sol by heating to convert the W/O emulsion into a silica gel dispersion.

本発明の製造方法では、上述した方法で形成させたW/Oエマルション中のシリカゾルをゲル化させる。酸性領域にあるシリカゾルは加熱により容易にゲル化する。従って、該ゲル化は、上記W/Oエマルションを加熱すればよい。 In the production method of the present invention, the silica sol in the W/O emulsion formed by the method described above is gelled. Silica sol in the acidic region is easily gelled by heating. Therefore, the gelation can be achieved by heating the W/O emulsion.

ゲル化温度は、50℃~80℃にすることが好ましく、60℃~70℃にすることがより好ましい。温度が高い方がより早くゲル化が進行しやすいが、高すぎるとゲル化が進行しすぎて、比表面積が低くなる傾向にある。 The gelling temperature is preferably 50°C to 80°C, more preferably 60°C to 70°C. The higher the temperature, the more quickly the gelation proceeds.

また、ゲル化時間は温度にもよるが、上記温度範囲とした場合には30分~24時間とすることが好ましく、5~12時間とすることがより好ましい。 Although the gelation time depends on the temperature, it is preferably 30 minutes to 24 hours, more preferably 5 to 12 hours, when the above temperature range is used.

ゲル化することで、W/O型エマルションをゲル化体の分散液へと変換する。 Gelation converts the W/O emulsion into a gel dispersion.

(4)有機相と、前記シリカゲルが分散した水相とに分相させた後、該有機相を除去する工程 (4) a step of separating the organic phase and the aqueous phase in which the silica gel is dispersed, and then removing the organic phase;

本発明の製造方法では、上述のようにして調製したゲル化体の分散液をO相とW相とに分離する。分離後、前記工程により得られたゲル化体は、W相側に分散して存在する。 In the production method of the present invention, the dispersion liquid of the gelled body prepared as described above is separated into an O phase and a W phase. After the separation, the gelled body obtained by the above step exists dispersedly on the W phase side.

当該分離方法としては、エマルションの解乳方法として公知の方法を援用することが可能であるが、具体的には、水溶性有機溶媒の添加、塩の添加、遠心力の付与、酸の添加、容積比の変化(水又は疎水性溶媒の添加)等から選ばれる一つ、あるいは複数を組み合わせて実施することができる。好適には、一定量の水溶性有機溶媒を、必要に応じて水と共にエマルション中に加えてO相とW相に分離することができる。分離工程を経ると、一般に、上層がO相(有機層)、下層がW相(水層)となる。なお、この工程でW相を形成させるには、必ずしも水の添加は必須ではなく、原料として用いた水のうち、該ゲル化体が分散可能な程度の量の水がゲル化体のなかから排出される方法を採用すればよい。この方法としては、具体的には添加する水溶性有機溶媒として、ゲル化体の細孔に侵入し、水を追い出す機能を有する水溶性有機溶媒を選択すれば実施できる。 As the separation method, it is possible to use a method known as a demulsification method of emulsion. Specifically, addition of water-soluble organic solvent, addition of salt, application of centrifugal force, addition of acid, One selected from volume ratio change (addition of water or hydrophobic solvent) or the like, or a combination of a plurality of them, can be implemented. Suitably, a certain amount of water-soluble organic solvent can be added into the emulsion together with water as needed to separate the O and W phases. After the separation process, the upper layer generally becomes the O phase (organic layer) and the lower layer becomes the W phase (aqueous layer). In order to form the W phase in this step, the addition of water is not necessarily essential. A method of discharging may be adopted. Specifically, this method can be carried out by selecting a water-soluble organic solvent having a function of penetrating into the pores of the gelled body and expelling water as the water-soluble organic solvent to be added.

上記の水溶性有機溶媒としては、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等が挙げられる。このうち、イソプロピルアルコールは、後述の疎水化処理の際にも、処理の効率を高める上で効果があるため、好適に用いることができる。 Acetone, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, etc. are mentioned as said water-soluble organic solvent. Of these, isopropyl alcohol can be preferably used because it is effective in increasing the efficiency of the treatment even in the hydrophobizing treatment described below.

上記の水溶性有機溶媒の添加量は、エマルション形成時に用いた界面活性剤の種類および量によって調整することが好ましい。例えば、W/O型エマルションの界面活性剤としてソルビタンモノオレエートを用いた場合には、O相の量に対して質量で0.1~0.4倍程度の水溶性有機溶媒を加え、必要に応じて撹拌後、静置することにより、O相とW相に分離することができる。ただしこの際には、上記水溶性有機溶媒と供に水も、O相の量に対して質量で0.6~0.9倍程度の添加量で加えるのが好ましい。また、該分離操作を行う際の温度は特に限定されないが、通常は、20~70℃程度で行うことができる。 The amount of the water-soluble organic solvent to be added is preferably adjusted according to the type and amount of the surfactant used during emulsion formation. For example, when sorbitan monooleate is used as a surfactant for a W/O emulsion, a water-soluble organic solvent is added in an amount of about 0.1 to 0.4 times the weight of the O phase, and After stirring, it can be separated into an O phase and a W phase by standing still. However, at this time, it is preferable to add water together with the water-soluble organic solvent in an amount of about 0.6 to 0.9 times the amount of the O phase. Also, the temperature at which the separation operation is carried out is not particularly limited, but it can usually be carried out at about 20 to 70°C.

本発明の製造方法を実施するにあたっては、引き続いて熟成を行うことが好ましい。該熟成は、O相と相分離されたW相(ゲル化体が分散)に塩基性物質を加えてW相のpHを弱酸性ないし塩基性に調整して実施する。 In carrying out the production method of the present invention, it is preferable to carry out aging subsequently. The aging is carried out by adding a basic substance to the W phase (the gelled body is dispersed) separated from the O phase to adjust the pH of the W phase to weakly acidic or basic.

塩基性物質を加えることで、酸性域下にあるW相のpHは上昇して、弱酸性ないし塩基性が呈される状態になるが、具体的には、W相のpHは4.5~10とすることが好ましく、5.5~8.5とすることがより好ましく、6.0~8.0とすることが特に好ましい。 By adding a basic substance, the pH of the W phase, which is in the acidic range, rises, and becomes weakly acidic or basic. Specifically, the pH of the W phase is from 4.5 to 10 is preferable, 5.5 to 8.5 is more preferable, and 6.0 to 8.0 is particularly preferable.

本発明において上記塩基性物質としては、ナトリウムを含む塩基性物質を用いる。当該塩基性物質としては、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム等の無機塩基、酢酸ナトリウム等の有機酸のナトリウム塩などを用いることができるが、有機酸が好ましくない不純物となりうる可能性があるため、無機塩基が好ましい。中でも水酸化ナトリウムを用いることがpH調整を容易に行うことができるため、好ましい。 In the present invention, a basic substance containing sodium is used as the basic substance. As the basic substance, inorganic bases such as sodium hydroxide, sodium hydrogen carbonate and sodium carbonate, sodium salts of organic acids such as sodium acetate, and the like can be used. Therefore, inorganic bases are preferred. Among them, it is preferable to use sodium hydroxide because the pH can be easily adjusted.

また、上記ゲル化体の熟成は、熟成温度を室温~80℃程度で保持することによって行うことができる。熟成時間は、W相のpHと熟成温度によって適宜設定すればよいが、0.5~12時間程度である。 Moreover, the aging of the gelled body can be carried out by maintaining the aging temperature at about room temperature to 80.degree. The aging time may be appropriately set depending on the pH of the W phase and the aging temperature, and is about 0.5 to 12 hours.

本発明の製造方法では、次いでゲル化体の分散した水相から有機相を分離する。これは、さらにこの後に行うゲル化体を疎水化処理する工程に際して、その処理効率を向上させるためである。分離方法は特に限定されないが、2相に分かれているO相とW相とを、例えばデカンテーション等でO相を除去し、W相を回収することで容易に達成できる。 In the production method of the present invention, the organic phase is then separated from the aqueous phase in which the gelled body is dispersed. This is for the purpose of improving the processing efficiency in the subsequent step of hydrophobizing the gelled body. Although the method of separation is not particularly limited, separation into two phases, the O phase and the W phase, can be easily achieved by removing the O phase by decantation or the like and recovering the W phase.

ここで、完全にO相を分離除去する必要はないが、当該W相に含まれるゲル化体を疎水化処理する工程において、効率的に疎水化処理を行うためには除去されずに残るO相の割合はなるべく少ない方が良く、W相の量(ゲル化体質量含む)に対して20質量%以下となるようにすることが好ましく、さらに好ましくは10質量%以下である。 Here, it is not necessary to completely separate and remove the O phase. The proportion of the phase is preferably as small as possible, preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, relative to the amount of the W phase (including the mass of the gelled body).

(5)シリカゲルが分散した水相に、疎水化剤と硫酸を添加して該シリカゲルを疎水化する工程 (5) adding a hydrophobizing agent and sulfuric acid to the aqueous phase in which silica gel is dispersed to hydrophobize the silica gel;

本発明の製造方法においては、上記のようにして得たゲル化体を疎水化剤によって疎水化する。この疎水化に際しては、通常は反応の効率を高めるために酸を添加して液性を再度強酸性とすることが行われるが、本発明の製造方法においては当該酸として硫酸を用いることを必須とする。水性シリカゾル調製時と同じく、ここでも硫酸を使用することで生成する塩類を硫酸ナトリウムに限定することができる。 In the production method of the present invention, the gelled body obtained as described above is hydrophobized with a hydrophobizing agent. In this hydrophobization, an acid is usually added to increase the efficiency of the reaction to make the liquid strongly acidic again, but in the production method of the present invention, it is essential to use sulfuric acid as the acid. and As in the preparation of the aqueous silica sol, the salts formed by using sulfuric acid can be limited to sodium sulfate.

換言すれば、酸として硫酸を用いることを除けば公知の疎水化方法と同様に処理を行えばよいが、より具体的には以下の通りである。 In other words, except that sulfuric acid is used as an acid, the treatment may be carried out in the same manner as known hydrophobizing methods. More specifically, the process is as follows.

用いる硫酸の濃度は5~95%の範囲で使用できる。好ましくは、10~80%で、より好ましくは25%~65%である。添加する硫酸の量(純HSOとしての量)としては、後述する疎水化剤の種類にもよるが、例えばヘキサメチルジシロキサンを疎水化剤として用いる場合には、シリカ(使用したシリカゾル量から計算されるSiO量)100質量部に対して300~1000質量部が好適である。より好ましくは350~900質量部であり、更に好ましくは400~800質量部である。また、疎水化剤としてオクタメチルシクロテトラシロキサン等の環状シロキサン類を用いる場合には、硫酸の添加量は、W相のpHが0.3~1.0となるようにすることが、反応の効率を高める上で好ましい。 The concentration of sulfuric acid used can be in the range of 5-95%. Preferably, it is 10-80%, more preferably 25-65%. The amount of sulfuric acid to be added (the amount as pure H 2 SO 4 ) depends on the type of hydrophobizing agent described later. 300 to 1000 parts by weight per 100 parts by weight of SiO 2 (calculated from the amount) is suitable. More preferably 350 to 900 parts by mass, still more preferably 400 to 800 parts by mass. When cyclic siloxanes such as octamethylcyclotetrasiloxane are used as hydrophobizing agents, the amount of sulfuric acid added is such that the pH of the W phase is 0.3 to 1.0. This is preferable for improving efficiency.

疎水化剤としては、Si-OHと反応して、Si-O-Si結合を生じさせる化合物を用いればよく、当該疎水化剤としては、疎水性シリカエアロゲルの製造において使用される公知の疎水化剤を採用することができる。 As the hydrophobizing agent, a compound that reacts with Si—OH to form a Si—O—Si bond may be used. agents can be employed.

より具体的に、本発明において使用可能な疎水化剤としては、シラノール基:
M-OH (2)
[式中、Mはゲル化体を形成しているSi原子を表す。式(2)においてはMの残りの原子価は省略されている。以下の式において、すべて同じ。]
More specifically, hydrophobizing agents that can be used in the present invention include silanol groups:
M-OH (2)
[In the formula, M represents a Si atom forming a gelled body. The remaining valences of M are omitted in formula (2). Same for all of the following expressions. ]

と反応し、これを
(M-O-)(4-n)SiR (3)
[式(3)中、nは1~3の整数であり、Rは炭化水素基であり、nが2以上である場合には、複数のRは同一でも相互に異なっていてもよい。]へと変換することが可能なシリル化剤を一例として挙げることができる。
and converted to (MO-) (4-n) SiR n (3)
[In the formula (3), n is an integer of 1 to 3, R is a hydrocarbon group, and when n is 2 or more, a plurality of R may be the same or different. ] can be mentioned as an example.

このような疎水化剤を用いて疎水化処理を行うことにより、エアロゲル粉体表面のヒドロキシ基が疎水性のシリル基でエンドキャッピングされて不活性化されるので、表面ヒドロキシ基相互間での脱水縮合反応を抑制できる。よって、臨界点未満の条件で乾燥を行っても乾燥収縮を抑制できるので、2mL/g以上のBJH細孔容積を有する疎水性シリカエアロゲル粉末を得ることが可能になる。 By performing hydrophobization treatment using such a hydrophobizing agent, the hydroxy groups on the surface of the airgel powder are end-capped with hydrophobic silyl groups and are inactivated, so dehydration between the surface hydroxy groups Condensation reaction can be suppressed. Therefore, since drying shrinkage can be suppressed even if drying is performed under conditions below the critical point, it is possible to obtain a hydrophobic silica airgel powder having a BJH pore volume of 2 mL/g or more.

上記の疎水化剤としては、以下の一般式(4)または(6)で示される化合物が知られている。 A compound represented by the following general formula (4) or (6) is known as the hydrophobizing agent.

SiX(4-n) (4)
[式(4)中、nは1~3の整数を表し;Rは炭化水素基等の疎水基を表し;Xはヒドロキシ基を有する化合物との反応においてSi原子との結合が開裂して分子から脱離可能な基(脱離基)を表す。nが2以上のとき複数のRは同一でも異なっていてもよい。また、nが2以下のとき複数のXは同一でも異なっていてもよい。]
RnSiX (4-n) ( 4)
[In the formula (4), n represents an integer of 1 to 3; R represents a hydrophobic group such as a hydrocarbon group; represents a group (leaving group) that can be eliminated from When n is 2 or more, multiple R's may be the same or different. Also, when n is 2 or less, a plurality of Xs may be the same or different. ]

Figure 2022187264000001
Figure 2022187264000001

[式(6)中、R及びRは各々独立に炭化水素基を表し、mは3~6の整数を表す。複数のRは同一でも異なっていてもよい。また、複数のRは同一でも異なっていてもよい。]
前記式(4)において、Rは炭化水素基であり、好ましくは炭素数1~10の炭化水素基であり、より好ましくは炭素数1~4の炭化水素基であり、特に好ましくはメチル基である。
[In formula (6), R 6 and R 7 each independently represent a hydrocarbon group, and m represents an integer of 3 to 6. Plural R 6s may be the same or different. Moreover, a plurality of R 7 may be the same or different. ]
In the formula (4), R is a hydrocarbon group, preferably a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, particularly preferably a methyl group. be.

Xで示される脱離基としては、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基等を例示できる。-O-SiRで示される基(式中、Rは前記式(4)におけるRと同義である)等を例示できる。 Examples of the leaving group represented by X include alkoxy groups such as a methoxy group and an ethoxy group. A group represented by —O—SiR 3 (wherein R has the same meaning as R in the above formula (4)) can be exemplified.

上記式(4)で示される疎水化剤を具体的に例示すると、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン等が挙げられる。反応性が良好である点で、ヘキサメチルジシロキサンが特に好ましい。 Specific examples of the hydrophobizing agent represented by formula (4) include monomethyltrimethoxysilane, monomethyltriethoxysilane, hexamethyldisiloxane, and the like. Hexamethyldisiloxane is particularly preferred because of its good reactivity.

脱離基Xの数(4-n)に応じて、エアロゲル粉体骨格上のヒドロキシ基と結合する数は変化する。例えば、nが2であれば:
(M-O-)SiR (7)
という結合が生じることになる。
Depending on the number of leaving groups X (4-n), the number of bonding with hydroxy groups on the airgel powder skeleton changes. For example, if n is 2:
(MO-) 2 SiR 2 (7)
A connection will occur.

また、nが3であれば:
M-O-SiR (8)
という結合が生じることになる。このようにヒドロキシ基がシリル化されることにより、疎水化処理がなされる。
And if n is 3:
MO-SiR 3 (8)
A connection will occur. By silylating the hydroxy groups in this manner, a hydrophobizing treatment is performed.

前記式(6)において、R及びRは各々独立に炭化水素基であり、好ましい基としては、前記式(4)におけるRと同様の基を挙げることができる。mは3~6の整数を示す。この式(6)で示される化合物(環状シロキサン)でゲル化体を処理した場合、ゲル化体中のエアロゲル粉体骨格表面上には、
(M-O-)SiR (10)
という結合が生じることになる。このように上記式(6)の環状シロキサン類によっても、ヒドロキシ基がシリル化され、疎水化処理がなされる。
In formula (6), R 6 and R 7 are each independently a hydrocarbon group, and preferred groups include the same groups as R in formula (4). m represents an integer of 3-6. When the gelled body is treated with the compound (cyclic siloxane) represented by this formula (6), on the surface of the airgel powder skeleton in the gelled body,
(MO-) 2 SiR 6 R 7 (10)
A connection will occur. Thus, the cyclic siloxanes of the above formula (6) also silylate the hydroxy groups and perform hydrophobic treatment.

上記式(6)で示される環状シロキサン類を具体的に例示すると、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等が挙げられる。 Specific examples of the cyclic siloxanes represented by formula (6) include hexamethylcyclotrisiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, and the like.

上記の疎水化処理の際に使用する疎水化剤の量としては、処理剤の種類にもよるが、ヘキサメチルジシロキサンを疎水化剤として用いる場合には、シリカ(使用したシリカゾル量から計算されるSiO量)100質量部に対して10~150質量部が好適である。より好ましくは20~130質量部であり、更に好ましくは30~120質量部である。 The amount of hydrophobizing agent used in the above hydrophobizing treatment varies depending on the type of treatment agent. SiO 2 amount) is preferably 10 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass. More preferably 20 to 130 parts by mass, still more preferably 30 to 120 parts by mass.

上記の疎水化処理の条件は、W相に対して硫酸及び疎水化剤を加え、一定時間反応させることにより行うことができる。例えば、疎水化剤としてヘキサメチルジシロキサンを用い、処理温度を50℃とした場合には、6~12時間程度以上保持することで行うことでき、処理温度を70℃とした場合には3~12時間程度以上保持することで行うことができる。また硫酸と疎水化剤との添加順は特に限定されず、同時に添加しても良いし、どちらか一方を先に全て添加した後に他方を添加してもよい。 The hydrophobizing treatment conditions described above can be carried out by adding sulfuric acid and a hydrophobizing agent to the W phase and allowing them to react for a certain period of time. For example, when hexamethyldisiloxane is used as a hydrophobizing agent and the treatment temperature is 50° C., it can be held for about 6 to 12 hours or more. It can be carried out by holding for about 12 hours or longer. The order of addition of the sulfuric acid and the hydrophobizing agent is not particularly limited, and they may be added at the same time, or one of them may be added first and then the other.

当該疎水化処理工程においては、W相中への疎水化剤の溶解度を高めて、反応の効率を高める目的で、水溶性有機溶媒を加えることが好ましい。この水溶性有機溶媒としては、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等が挙げられる。このうち、イソプロピルアルコールを好適に用いることができる。添加量は、ゲル化体を含むW相中の濃度で15~80wt%程度にすればよい。 In the hydrophobizing treatment step, it is preferable to add a water-soluble organic solvent for the purpose of increasing the solubility of the hydrophobizing agent in the W phase and enhancing the efficiency of the reaction. Examples of the water-soluble organic solvent include acetone, methanol, ethanol and isopropyl alcohol. Among these, isopropyl alcohol can be preferably used. The amount to be added should be about 15 to 80 wt % in terms of concentration in the W phase containing the gelled body.

(6)ナトリウムを含む塩基性物質を添加する工程、 (6) adding a basic substance containing sodium;

本発明の疎水性シリカエアロゲル粉末を製造するには、ナトリウムを含む塩基性物質を加えて硫酸を中和する。中和を行わずに強酸性のまま乾燥すると、得られる疎水性シリカエアロゲル粉末の物性に悪影響を与えるためである。 To produce the hydrophobic silica airgel powder of the present invention, a basic substance containing sodium is added to neutralize the sulfuric acid. This is because drying in a strongly acidic state without neutralization adversely affects the physical properties of the obtained hydrophobic silica airgel powder.

前記W相に塩基性物質を加えることで、W相のpHが中性から弱酸性に呈される状態になるが、具体的には、W相のpHは1.0~7.5とすることが好ましく、1.5~7.0とすることがより好ましい。 By adding a basic substance to the W phase, the pH of the W phase becomes neutral to weakly acidic. Specifically, the pH of the W phase is 1.0 to 7.5. is preferred, and 1.5 to 7.0 is more preferred.

本発明の製造方法では、上記塩基性物質としてナトリウムを含む塩基性物質を用いる。本発明の製造方法においては上述の通り酸として硫酸を用いるため、ナトリウムを含む塩基性物質を用いることで、中和により生じる酸が硫酸ナトリウムとなる。これは、後述するように溶解度の低い硫酸ナトリウム10水和物として析出しやすいため、析出物を除去することで系内のイオン性物質の量を容易に低減できる。 In the production method of the present invention, a basic substance containing sodium is used as the basic substance. Since sulfuric acid is used as an acid in the production method of the present invention as described above, the acid produced by neutralization is sodium sulfate by using a basic substance containing sodium. As will be described later, this is likely to precipitate as sodium sulfate decahydrate, which has low solubility, so that the amount of ionic substances in the system can be easily reduced by removing the precipitate.

当該塩基性物質としては、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム等の無機塩基、酢酸ナトリウム等の有機酸のナトリウム塩などを用いることができるが、有機酸が好ましくない不純物となりうる可能性があるため、無機塩基が好ましい。中でも水酸化ナトリウムを用いることがpH調製を容易に行うことができるため、特に好ましい。 As the basic substance, inorganic bases such as sodium hydroxide, sodium hydrogen carbonate and sodium carbonate, sodium salts of organic acids such as sodium acetate, and the like can be used. Therefore, inorganic bases are preferred. Among them, sodium hydroxide is particularly preferred because it facilitates pH adjustment.

また、この工程は、35℃~80℃程度で保持することによって行うことができる。この工程では発熱反応である酸塩基中和反応が生じているため、特に加熱しなくてもこの温度範囲とすることができる。塩基性物質を加えるのに要する時間は、W相の温度によって適宜設定すればよいが、0.5時間~1時間程度である。 Also, this step can be carried out by holding at about 35.degree. C. to 80.degree. Since an acid-base neutralization reaction, which is an exothermic reaction, occurs in this step, this temperature range can be achieved without particular heating. The time required to add the basic substance may be appropriately set depending on the temperature of the W phase, but it is about 0.5 to 1 hour.

(7)温度を30℃以下に冷却し、硫酸ナトリウム10水和物を析出させる工程 (7) A step of cooling the temperature to 30° C. or less to precipitate sodium sulfate decahydrate.

上述した方法では酸として硫酸、塩基としてナトリウムを含む物質を用いているため、上記工程を経て得られているW相中には、液中に硫酸イオンとナトリウムイオンのかたちで硫酸ナトリウムが存在している。硫酸ナトリウムは転移温度である32.4℃を境に急激に水への溶解度を減じ、硫酸ナトリウム10水和物として析出してくる。 Since the above method uses a substance containing sulfuric acid as the acid and sodium as the base, the W phase obtained through the above steps contains sodium sulfate in the form of sulfate ions and sodium ions. ing. Sodium sulfate sharply decreases its solubility in water at the transition temperature of 32.4° C., and precipitates as sodium sulfate decahydrate.

本発明の製造方法では、この硫酸ナトリウム10水和物の低温での溶解度の低さを利用し、液温を下げることで析出させる。他の硫酸塩やナトリウム塩では低温でも溶解度がかなり高く、析出させることが困難である。 In the production method of the present invention, the low solubility of sodium sulfate decahydrate at low temperatures is utilized to cause precipitation by lowering the liquid temperature. Other sulfates and sodium salts have fairly high solubility even at low temperatures and are difficult to precipitate.

本発明の製造方法においては、上記原理に基づき、硫酸ナトリウム10水和物を析出させるために、W相の温度を30℃以下にする。32.4℃以下の温度域では液温の低下に伴い、急激に溶解度も低下するためW相の温度はより低い方が好ましいが、一方で、室温よりも温度を下げるためには強制的な冷却が必要になりコストが高くなっていく傾向にある。これらを考慮すると、W相の温度は25℃以下まで下げることがより好ましく、23℃以下が特に好ましく、下限は5℃以上でよく、10℃以上でもよい。 In the production method of the present invention, the temperature of the W phase is set to 30° C. or less in order to precipitate sodium sulfate decahydrate based on the above principle. In the temperature range of 32.4°C or less, as the temperature of the liquid drops, so does the solubility. Cooling is required and the cost tends to increase. Considering these, the temperature of the W phase is more preferably lowered to 25° C. or lower, particularly preferably 23° C. or lower, and the lower limit may be 5° C. or higher, or 10° C. or higher.

30℃以下に保持している時間は、W相の温度によって適宜設定すればよいが、24時間~48時間程度である。なお30℃以下としていれば常に一定の温度としておく必要はなく、例えば、室温あるいは外気温に合わせて上下するような環境であってもよい。また冷却の方法も強制冷却とする必要はなく、自然放冷で構わない。 The time for which the temperature is maintained at 30° C. or less may be appropriately set depending on the temperature of the W phase, and is about 24 to 48 hours. As long as the temperature is 30° C. or less, it is not necessary to keep the temperature constant all the time. Also, the cooling method does not need to be forced cooling, and natural cooling may be used.

(8)析出した硫酸ナトリウム10水和物を除去する工程 (8) Step of removing precipitated sodium sulfate decahydrate

本発明の製造方法では、次いで上記のようにして析出させた硫酸ナトリウム10水和物を除去する。 In the production method of the present invention, the sodium sulfate decahydrate precipitated as described above is then removed.

硫酸ナトリウム10水和物を除去する方法としては、例えば、篩を通すことで行うことができる。篩の目開きは生成しているゲル化体が通過し、析出した硫酸ナトリウム10水和物を取り除ける大きさに適宜設定すればよいが、0.5mm~3mm程度が好ましい。 As a method of removing sodium sulfate decahydrate, for example, it can be carried out by passing through a sieve. The opening of the sieve may be appropriately set to a size that allows the generated gelled product to pass through and removes the precipitated sodium sulfate decahydrate, but is preferably about 0.5 mm to 3 mm.

(9)液中の疎水化シリカゲルを回収して乾燥させる工程 (9) A step of collecting and drying the hydrophobized silica gel in the liquid

上記のようにして析出した硫酸ナトリウム10水和物を除去したW相は、その除去した分だけイオン性物質の濃度が低下しているため、次いでゲル化体を液中から回収、乾燥させて疎水性シリカエアロゲル粉末を得れば、該粉末は、硫酸ナトリウム10水和物の除去を行わなかった場合に比較して(他の工程が全て同じであれば)イオン性不純物の含有量が少ないものとなっている。 In the W phase from which the sodium sulfate decahydrate precipitated as described above has been removed, the concentration of ionic substances has decreased by the amount removed, so the gelled body is then recovered from the liquid and dried. If a hydrophobic silica airgel powder is obtained, the powder will contain less ionic impurities (all other steps being the same) as compared to not removing the sodium sulfate decahydrate. It is a thing.

当該回収、乾燥の方法は公知の方法を適宜選択して実施すればよいが、乾燥時の収縮を抑制しやすい点で、以下の方法で行うことが好ましい。即ち、疎水化されているゲル化体を疎水性有機溶媒でいったん抽出し、ろ過等により用いた疎水性有機溶媒と分離後、加熱して残存する有機溶媒を揮発させて除去する方法である。以下、この方法についてより詳しく説明する。 The method of recovery and drying may be carried out by appropriately selecting a known method, but the following method is preferable in terms of easily suppressing shrinkage during drying. That is, it is a method in which the hydrophobized gelled product is once extracted with a hydrophobic organic solvent, separated from the used hydrophobic organic solvent by filtration or the like, and then heated to volatilize and remove the remaining organic solvent. This method will be described in more detail below.

まず、析出した硫酸ナトリウム10水和物を除去したW相に疎水性有機溶媒を加える。前記疎水化剤により疎水化されているゲル化体は疎水性有機溶媒への親和性が高くなっているため、疎水性有機溶媒を加えて撹拌等を行うことにより、該疎水性有機溶媒側へ移動する。ゲル化体抽出に用いる疎水性有機溶媒の選定基準としては、後の乾燥の際、乾燥収縮を起こさないために表面張力が小さいことが挙げられる。具体的にはヘキサン、ヘプタン、ノナン、デカン、ジクロロメタン、メチルエチルケトン、トルエン等を用いることができ、好適にはヘキサン、ヘプタン、デカン、トルエンを用いることが出来る。使用する疎水性有機溶媒の量は、W相の体積に対して0.5倍~10倍を目処に適宜設定すればよい。 First, a hydrophobic organic solvent is added to the W phase from which the precipitated sodium sulfate decahydrate has been removed. Since the gelled body hydrophobized by the hydrophobizing agent has a high affinity for the hydrophobic organic solvent, by adding the hydrophobic organic solvent and stirring, etc., the hydrophobic organic solvent side Moving. Criteria for selecting a hydrophobic organic solvent to be used for extracting the gelated body include low surface tension so as not to cause drying shrinkage during subsequent drying. Specifically, hexane, heptane, nonane, decane, dichloromethane, methyl ethyl ketone, toluene and the like can be used, and hexane, heptane, decane and toluene can be preferably used. The amount of the hydrophobic organic solvent to be used may be appropriately set with a target of 0.5 to 10 times the volume of the W phase.

本発明の製造方法においては、前述の通り析出した硫酸ナトリウム10水和物を除去する工程を実施しているため、上記のようにして得たゲル化体の分散液をそのまま乾燥させてもイオン性不純物の含有量が少ない疎水化シリカエアロゲル粉末を得ることができるが、イオン性不純物の含有量をより低減するために、この分散液を特許文献2などに記載の方法に従いアルコール水溶液あるいは水で洗浄(水洗)を行っても良い。 In the production method of the present invention, the step of removing the precipitated sodium sulfate decahydrate is carried out as described above. However, in order to further reduce the content of ionic impurities, this dispersion is treated with an alcohol aqueous solution or water according to the method described in Patent Document 2. Washing (rinsing with water) may be performed.

硫酸ナトリウム10水和物除去工程を実施することにより、水洗に用いる洗浄液の量が同じであれば、イオン性不純物の量をいっそう少なくできるし、或いはイオン性不純物の量を同等にするのであれば洗浄液の量(即ち、廃液量)を少なくできる。 By performing the sodium sulfate decahydrate removal step, the amount of ionic impurities can be further reduced if the amount of washing liquid used for washing is the same, or if the amount of ionic impurities is made equal The amount of cleaning liquid (that is, the amount of waste liquid) can be reduced.

上記のようにして、抽出したゲル化体が疎水性有機溶媒に分散した分散液が得られるから、これからゲル化体を回収し乾燥すれば、疎水化シリカエアロゲル粉末を得ることができる。回収は、いわゆる固液分離の方法として公知の方法を適宜選択して実施すればよい。簡便かつ低コストな方法としては、疎水性有機溶媒に分散しているゲル化体が通過しない目開き(開口径)のフィルターなどを用いて濾別、回収すればよい。 As described above, a dispersion is obtained in which the extracted gel is dispersed in a hydrophobic organic solvent. By recovering and drying the gel, a hydrophobized silica airgel powder can be obtained. Recovery may be carried out by appropriately selecting a known method as a so-called solid-liquid separation method. As a simple and low-cost method, a filter having a mesh size (opening diameter) that does not allow the gelled material dispersed in the hydrophobic organic solvent to pass through may be used to separate and collect the gel.

ついで、濾別して得られたゲル化体から疎水性有機溶媒を除去(すなわち乾燥)する。乾燥は用いた疎水性有機溶媒に応じた公知の方法で行えば良く、例えば乾燥する際の温度は、溶媒の沸点以上で、用いた疎水化剤により導入されている有機基の分解温度以下であることが好ましく、圧力は常圧ないし減圧下で行うことが好ましい。 Then, the hydrophobic organic solvent is removed (that is, dried) from the gelled body obtained by filtration. Drying may be carried out by a known method depending on the hydrophobic organic solvent used. For example, the temperature during drying should be above the boiling point of the solvent and below the decomposition temperature of the organic group introduced by the hydrophobizing agent used. It is preferable that the pressure is normal pressure to reduced pressure.

上記説明から明らかなように、本発明における最大の特徴は、硫酸ナトリウム10水和物を析出させて除去する点にある。このため、酸としては硫酸を用い、塩基としてはナトリウムを含む塩基性物質を用いる。従って、硫酸ナトリウム10水和物を析出させることが可能な範囲で、他の酸や塩基を併用することも可能である。但しこの場合、特に酸として硫酸以外の酸を用いた場合には、用途によっては当該酸や酸根が不純物として問題になる可能性があることは留意すべきである。 As is clear from the above description, the most important feature of the present invention is that sodium sulfate decahydrate is precipitated and removed. Therefore, sulfuric acid is used as the acid, and a basic substance containing sodium is used as the base. Therefore, it is possible to use other acids and bases in combination as long as the sodium sulfate decahydrate can be precipitated. However, in this case, especially when an acid other than sulfuric acid is used, it should be noted that the acid or acid root may pose a problem as an impurity depending on the application.

このような本発明の製造方法により、疎水性シリカエアロゲル粉末を製造することができる。得られた疎水性シリカエアロゲルは、通常、以下の様な物性を有する。 A hydrophobic silica airgel powder can be produced by such a production method of the present invention. The obtained hydrophobic silica airgel usually has the following physical properties.

シリカエアロゲル粉末であるとは、質量基準で50%以上がシリカから構成されていることをいう。好ましくは同60%以上、より好ましくは同75%以上である。シリカ以外の成分としては、疎水化処理剤に由来する成分が含まれる。 Silica airgel powder means that 50% or more of the powder is composed of silica on a mass basis. It is preferably 60% or more, more preferably 75% or more. Components other than silica include components derived from the hydrophobizing agent.

本発明の製造方法で製造されるシリカエアロゲルは疎水性である。疎水性であることにより、経時劣化の原因となる水分の吸着が少なく、疎水性の樹脂との馴染みが向上するため疎水性の樹脂に分散させる場合に極めて有用である。また、エアロゲルが疎水性であることは、このものを超臨界乾燥および溶媒置換を伴わずに製造できるという観点からも、意義を有する。ここで、シリカエアロゲルが疎水性であるか否かは、当該粉末を純水と一緒に容器に入れ攪拌等を行うことにより極めて容易に確認できる。疎水性であれば、その粉末は水に分散することなく、かつ、静置すれば水を下層、粉末を上層とする2層に分かれた状態を取り戻す。 Silica airgel produced by the production method of the present invention is hydrophobic. Being hydrophobic makes it less likely to adsorb water, which causes deterioration over time, and improves compatibility with hydrophobic resins, making it extremely useful when dispersed in hydrophobic resins. In addition, the fact that the airgel is hydrophobic is also significant from the viewpoint that it can be produced without supercritical drying and solvent replacement. Here, whether or not the silica airgel is hydrophobic can be very easily confirmed by putting the powder together with pure water in a container and stirring the mixture. If it is hydrophobic, the powder will not disperse in water, and if it is allowed to stand still, it will return to a state of being divided into two layers, a lower layer of water and an upper layer of powder.

また、疎水性、及びその程度についてはM値で評価することも可能である。なお、M値は、実施例に記載した測定方法にしたがって測定した値である。 Hydrophobicity and its degree can also be evaluated by M value. In addition, M value is the value measured according to the measuring method described in the Example.

本発明で製造される疎水性シリカエアロゲル粉末のM値は30~55であることが好ましく、35~55であることがより好ましく、40~55であることが特に好ましい。 The M value of the hydrophobic silica airgel powder produced in the present invention is preferably 30-55, more preferably 35-55, and particularly preferably 40-55.

また、疎水性シリカエアロゲル粉末が疎水性であることを示す指標の一つとして、炭素含有量を挙げることができる。ペースト状組成物に含まれる球状シリカ中の炭素含有量は、表面処理剤に由来するものであって、1000~1500℃程度の温度において、空気中、若しくは酸素中で酸化処理した際に発生する二酸化炭素の量を定量することにより、測定することができる。 In addition, one of the indexes indicating that the hydrophobic silica airgel powder is hydrophobic is the carbon content. The carbon content in the spherical silica contained in the paste composition is derived from the surface treatment agent, and is generated when oxidation treatment is performed in air or oxygen at a temperature of about 1000 to 1500 ° C. It can be measured by quantifying the amount of carbon dioxide.

本発明の製造方法で製造される疎水性シリカエアロゲル粉末は、上記炭素含有量が5~12質量%であることが好ましく、6~10質量%であることがより好ましい。炭素含有量が多いほど、ペースト状組成物をファンデーション用の添加剤として用いた場合に、汗による化粧崩れを防止することができるため好ましい。 The hydrophobic silica airgel powder produced by the production method of the present invention preferably has a carbon content of 5 to 12% by mass, more preferably 6 to 10% by mass. The higher the carbon content, the better, because when the paste composition is used as an additive for foundation, it is possible to prevent the makeup from coming off due to perspiration.

本発明の製造方法で製造される疎水性シリカエアロゲル粉末はW/Oエマルション形成時の液滴形状に由来して球状であるため、これを化粧品に用いた場合、肌へのローリング性に優れる。当該用途を考慮すると、シリカ粒子の平均円形度は0.8以上であればよく、0.85以上であることが好ましい。 Since the hydrophobic silica airgel powder produced by the production method of the present invention is spherical due to the shape of the droplets when forming the W/O emulsion, it has excellent rolling properties on the skin when used in cosmetics. Considering the application, the average circularity of the silica particles should be 0.8 or more, preferably 0.85 or more.

なお上記「平均円形度」とは、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、観察したSEM像を得、画像解析により個々の粒子について下記式(1)によって定義される値C(円形度)を求め、この円形度Cを2000個以上の粒子について相加平均値として出した値である。なお、この際、一個の凝集粒子を形成している粒子群は1粒子として計数する。 The above-mentioned "average circularity" is a value C (circularity) defined by the following formula (1) for each particle by image analysis using a scanning electron microscope (SEM) to obtain an observed SEM image. , and this circularity C is obtained as an arithmetic mean value for 2000 or more particles. In this case, a particle group forming one aggregated particle is counted as one particle.

C=4πS/L (1)
[式(1)において、Sは当該粒子が画像中に占める面積(投影面積)を表す。Lは画像中における当該粒子の外周部の長さ(周囲長)を表す。]
該平均円形度が1に近くなるほど、粒子は真球に近い形状となる。
C=4πS/L 2 (1)
[In formula (1), S represents the area (projected area) of the particle in the image. L represents the length (perimeter) of the outer periphery of the particle in the image. ]
The closer the average circularity is to 1, the closer the particles are to a true sphere.

本発明の製造方法で製造される疎水性シリカエアロゲル粉末は、コールターカウンター法により測定される体積累積50%径(D50)が1~30μmの範囲にあることが好ましく、当該体積累積50%径(D50)は、1~20μmの範囲にあることがより好ましく、1~10μmの範囲にあることが更に好ましい。 The hydrophobic silica airgel powder produced by the production method of the present invention preferably has a volume cumulative 50% diameter (D50) measured by the Coulter counter method in the range of 1 to 30 μm, and the volume cumulative 50% diameter ( D50) is more preferably in the range of 1 to 20 μm, even more preferably in the range of 1 to 10 μm.

さらに、当該疎水性シリカエアロゲル粉末は、同法により測定される粒子径が1~30μmの粒子を、個数基準で50%以上、さらには60%以上含むことが好ましい。該1~30μmの粒径範囲の粒子は、疎水性シリカエアロゲル粉末を化粧品に配合した際に、滑らかな触感を得るために適切な粒径になる。 Further, the hydrophobic silica airgel powder preferably contains 50% or more, more preferably 60% or more, of particles having a particle diameter of 1 to 30 μm as measured by the same method. Particles with a particle size range of 1 to 30 μm have an appropriate particle size for obtaining a smooth feel when blending the hydrophobic silica airgel powder into cosmetics.

窒素吸着法によるBET法による比表面積は、400~1000m/gであることが好ましい。疎水性シリカエアロゲル粉末の比表面積が大きいほど、独立粒子の多孔質構造(網目構造)を構成する一次粒子の粒径が小さいことを示し、化粧品の添加剤として用いた際に増粘効果が高まる。増粘効果が高いと皮膚または頭髪等に塗布した際、液垂れを防止することが可能である。したがって、上記比表面積は500m/g以上であることが好ましく、550m/g以上であることがより好ましい。 The specific surface area determined by the BET method based on the nitrogen adsorption method is preferably 400 to 1000 m 2 /g. The larger the specific surface area of the hydrophobic silica airgel powder, the smaller the particle size of the primary particles that make up the porous structure (network structure) of the independent particles, and the thickening effect increases when used as an additive in cosmetics. . If the thickening effect is high, dripping can be prevented when applied to the skin or hair. Therefore, the specific surface area is preferably 500 m 2 /g or more, more preferably 550 m 2 /g or more.

一方、比表面積は、大きくなりすぎると細孔容積が小さくなり、吸油量が小さくなることから、比表面積は850m/g以下であることが好ましく、700m/g以下であることがより好ましい。なお通常、比表面積が1000m/gを超えて大きいシリカを得ることは困難である。 On the other hand, if the specific surface area is too large, the pore volume becomes small and the oil absorption becomes small, so the specific surface area is preferably 850 m 2 /g or less, more preferably 700 m 2 /g or less . Generally, it is difficult to obtain silica with a specific surface area exceeding 1000 m 2 /g.

当該BET法による比表面積は、測定対象のサンプル粉末を、1kPa以下の真空下において、150℃の温度で2時間以上乾燥させ、その後、液体窒素温度における窒素の吸着側のみの吸着等温線を取得し、BET法により解析して求めた値であり、解析時の分圧(P/P)の範囲は0.1~0.25である。 The specific surface area by the BET method is obtained by drying the sample powder to be measured under a vacuum of 1 kPa or less at a temperature of 150 ° C. for 2 hours or more, and then obtaining an adsorption isotherm only on the nitrogen adsorption side at liquid nitrogen temperature. However, the value is obtained by analysis by the BET method, and the range of the partial pressure (P/P 0 ) at the time of analysis is 0.1 to 0.25.

BJH法による細孔容積は通常は2~8ml/gである。細孔容量が大きい程、優れた吸油性能が得られるため好ましい。下限値は、より好ましくは2.5ml/g以上、特に好ましくは4ml/g以上である。また上限は6ml/g以下であることがより好ましい。細孔容積が2ml/g以下である場合には、優れた吸油性能を得ることはできない。また、8ml/gを超えて大きなものを得ることは、通常、困難である。 The pore volume according to the BJH method is usually 2-8 ml/g. The larger the pore volume, the better the oil absorbing performance, which is preferable. The lower limit is more preferably 2.5 ml/g or more, particularly preferably 4 ml/g or more. Further, the upper limit is more preferably 6 ml/g or less. If the pore volume is 2 ml/g or less, excellent oil absorption performance cannot be obtained. Also, it is usually difficult to obtain anything greater than 8 ml/g.

本発明において、BJH法による、疎水性シリカエアロゲル粉末の細孔容積は、前記BET比表面積測定の際と同様に吸着等温線を取得し、BJH法(Barrett, E. P.; Joyner, L. G.; Halenda, P. P., J. Am. Chem. Soc. 73, 373 (1951)により、解析して得られたものである(以下において、「BJH細孔容積」ということがある)。本方法により測定される細孔は、半径1~100nmの細孔であり、この範囲の細孔の容積の積算値が本発明における細孔容積となる。 In the present invention, the pore volume of the hydrophobic silica airgel powder by the BJH method is obtained by obtaining an adsorption isotherm in the same manner as in the BET specific surface area measurement, and by the BJH method (Barrett, E.P.; Joyner, L.G.; Halenda, P.P. , J. Am. Chem. Soc. 73, 373 (1951). is a pore with a radius of 1 to 100 nm, and the integrated value of the pore volume in this range is the pore volume in the present invention.

本発明の製造方法で製造される疎水性シリカエアロゲル粉末のBJH法による細孔半径のピークは、通常は通常10~50nmの範囲にある。なお、該細孔半径のピークも、前記BET比表面積測定の際と同様に吸着等温線を取得し、BJH法により解析して得られたものである。該細孔半径のピークは、細孔半径の対数による累積細孔容積(体積分布曲線)が最大のピーク値をとる細孔半径の値である。 The peak pore radius of the hydrophobic silica airgel powder produced by the production method of the present invention by the BJH method is usually in the range of 10 to 50 nm. The peak of the pore radius was also obtained by obtaining an adsorption isotherm and analyzing it by the BJH method in the same manner as in the measurement of the BET specific surface area. The pore radius peak is the pore radius value at which the cumulative pore volume (volume distribution curve) of the logarithm of the pore radius takes the maximum peak value.

シリカエアロゲルは、通常は高い吸油量を有することが特徴であり、本発明の製造方法で製造される疎水性シリカエアロゲル粉末も、吸油量が400ml/100g以上であることが好ましく、550ml/100g以上であることがより好ましく、650ml/100g以上であることが特に好ましい。吸油量は大きいほど、化粧品用途に用いた際のテカリ防止効果が得られるため、好ましい。吸油量の上限は特に限定されるものではないが、最大で750mL/100g程度である。 Silica airgel is usually characterized by having a high oil absorption, and the hydrophobic silica airgel powder produced by the production method of the present invention also preferably has an oil absorption of 400 ml/100 g or more, and 550 ml/100 g or more. is more preferable, and 650 ml/100 g or more is particularly preferable. The higher the oil absorption, the better the anti-shiny effect when used in cosmetics, so it is preferable. Although the upper limit of the oil absorption is not particularly limited, it is about 750 mL/100 g at maximum.

なお、当該吸油量の測定は、JIS K6217-4「オイル吸収量の求め方」記載の方法により行うものとする。 The oil absorption shall be measured according to the method described in JIS K6217-4 “Determination of Oil Absorption”.

疎水性シリカエアロゲル粉末に含まれる塩化物イオンの含有量は、イオンクロマトグラフィーによって、定量できる。塩化物イオンの含有量は、1ppm以下であることが好ましく、0.5ppm以下であることがより好ましい。 The content of chloride ions contained in the hydrophobic silica airgel powder can be quantified by ion chromatography. The chloride ion content is preferably 1 ppm or less, more preferably 0.5 ppm or less.

上述のように、硫酸ナトリウム10水和物を析出させ除去する工程を有する本発明の製造方法によれば種々の物性に優れた疎水性シリカアエロゲル粉末を得ることができるが、前述したように、この製造方法における中間体であるゲル化体が分散したW相からは、疎水性シリカと水とを含むペースト状組成物を製造することもできる。即ち、疎水化されたゲル化体が分散したW相(水性分散液)における水含有量を、ゲル化体が乾燥してしまわない程度に減少させることによりペースト状とすることができる。そしてW相として硫酸ナトリウム10水和物を析出させ除去する前記工程を経たものを採用すれば、得られるペースト状組成物に含まれるイオン性不純物を少なくすることが容易となる。以下、このペースト状組成物の製造方法について詳述する。 As described above, according to the production method of the present invention having a step of precipitating and removing sodium sulfate decahydrate, it is possible to obtain a hydrophobic silica airgel powder excellent in various physical properties. A paste-like composition containing hydrophobic silica and water can also be produced from the W phase in which the gelled product, which is an intermediate in this production method, is dispersed. That is, the water content in the W phase (aqueous dispersion) in which the hydrophobized gel is dispersed can be reduced to such an extent that the gel does not dry out, thereby forming a paste. By employing the W phase that has undergone the step of precipitating and removing sodium sulfate decahydrate as the W phase, it becomes easy to reduce the ionic impurities contained in the resulting paste-like composition. The method for producing this paste-like composition will be described in detail below.

(10)水の一部を除去してペースト状とする工程 (10) Step of removing part of the water to form a paste

前述した(8)析出した硫酸ナトリウム10水和物を除去する工程を経たW相は、ゲル化体が水に分散したスラリー状(自己流動性あり)のものであるから、当該スラリーに含まれる水の一部を除去することで、ペースト状組成物(自己流動性が実質なし)とすることができる。 The W phase that has undergone the above-mentioned (8) step of removing the precipitated sodium sulfate decahydrate is a slurry (with self-fluidity) in which the gelled body is dispersed in water, so it is included in the slurry. By removing part of the water, a paste-like composition (substantially free of self-fluidity) can be obtained.

水の一部を除去する方法は、疎水性有機溶媒に分散しているゲル化体を回収したのと同様に、ゲル化体が通過しない目開き(開口径)のフィルターにかけることで実施できる。前記方法で製造したゲル化体の分散液(W相)はろ過性が悪く、フィルターにかけたとしてもキレイに固液分離され、ゲル化体が湿った粉末のような状態で回収されることはなく、フィルター上に粘着したペースト(ゲル化体+水)として回収される。ペースト状を呈した後も、フィルター上でろ過し続ければ徐々にではあるが水分量は減っていくから、所望の水分量となった時点で回収すればよいし、水分量が不足する場合は、新たに水を加えて調整することもできる。 The method of removing part of the water can be carried out by applying a filter with mesh openings (opening diameter) that does not allow the gelled body to pass through, in the same manner as when the gelled body dispersed in the hydrophobic organic solvent is collected. . The gelled product dispersion (W phase) produced by the above method has poor filterability, and even if it is filtered, the solid-liquid separation will be clean, and the gelled product will not be collected in a wet powder-like state. It is recovered as a sticky paste (gelled product + water) on the filter. Even after it becomes a paste, if it continues to be filtered on the filter, the water content will gradually decrease, so it can be collected when the desired water content is reached, and if the water content is insufficient. can be adjusted by adding fresh water.

疎水性シリカエアロゲル粉末の製造において述べたのと同様、本発明の製造方法においては硫酸ナトリウム10水和物の除去工程を実施しているため、上記ペースト状組成物においても相対的にイオン性不純物の含有量は少なくなっているが、その量をより低減させて吸油量等の物性をさらに良好なものとするために、この段階で水洗を行うことが好ましい。 As described in the production of the hydrophobic silica airgel powder, in the production method of the present invention, the step of removing sodium sulfate decahydrate is carried out, so that the paste composition also has relatively ionic impurities. Although the content of is small, it is preferable to wash with water at this stage in order to further reduce the content and improve physical properties such as oil absorption.

即ち、前述した硫酸ナトリウム10水和物を除去する工程を経て篩を通過させたW相には、通常は、篩で除去しきれなかった硫酸ナトリウム10水和物の微結晶及び溶解している硫酸ナトリウム(以下では、結晶化しているか、解離してイオンとして存在しているかによらず「硫酸ナトリウム」とする)が含まれる。 That is, the W phase passed through the sieve through the step of removing sodium sulfate decahydrate described above usually contains fine crystals and dissolved sodium sulfate decahydrate that could not be completely removed by the sieve. Sodium sulfate (hereinafter referred to as "sodium sulfate" regardless of whether it is crystallized or dissociated into ions) is included.

そこで、この硫酸ナトリウムを除去するために、水で洗浄を行うことが好ましい。水での洗浄方法としては、例えば、濾過機にゲル化体を含むW相を投入し、そこに水を流す、即ち、水の添加と除去を同時に行うことで洗浄を行うことができる。この際、加圧または吸引することで、投入する水と排出する水のバランスを調整することが可能となる。また、ゲル化体に残存している水溶性有機溶媒の沸点を超えない範囲で、高温にすることが洗浄効率を高める上では好ましい。通常は、20~60℃の範囲で行うことができる。なおこの洗浄で、各工程で用いた有機溶媒やシリル化剤の反応残渣等も除去される。また水の添加と除去は交互に行っても良い。 Therefore, it is preferable to wash with water in order to remove this sodium sulfate. As a method of washing with water, for example, the W phase containing the gelled body is put into a filter and water is allowed to flow therein, that is, washing can be performed by adding and removing water at the same time. At this time, by applying pressure or suction, it is possible to adjust the balance between the water to be introduced and the water to be discharged. In order to increase the cleaning efficiency, it is preferable to use a high temperature within a range not exceeding the boiling point of the water-soluble organic solvent remaining in the gelled body. Usually, it can be carried out in the range of 20 to 60°C. In this cleaning, the reaction residue of the organic solvent and the silylating agent used in each step is also removed. Moreover, addition and removal of water may be performed alternately.

用いる水は、イオン交換水、純水などのイオン性不純物の含有量の少ないものを用いることが好ましい。 It is preferable to use water having a low content of ionic impurities, such as ion-exchanged water and pure water.

水での洗浄を終える目安は、排出される水の電気伝導率を測定することで確認することができる。排出される水の電気伝導率は、100μS/cm以下にすることが好ましく、70μS/cmにすることがより好ましく、40μS/cmにすることがさらに好ましい。排出される水の電気伝導率を100μS/cmにすることで、最終的に得られる疎水性シリカエアロゲル粉末が高吸油量を有している状態となる。 A guideline for completing washing with water can be confirmed by measuring the electric conductivity of the discharged water. The electric conductivity of the discharged water is preferably 100 μS/cm or less, more preferably 70 μS/cm, and even more preferably 40 μS/cm. By setting the electrical conductivity of the discharged water to 100 μS/cm, the finally obtained hydrophobic silica airgel powder has a high oil absorption.

排出される水の電気伝導率が所定の値を下回った後、前記のようにして水分量を調整すればペースト状組成物を得ることができる。 After the electric conductivity of the discharged water falls below a predetermined value, a paste-like composition can be obtained by adjusting the water content as described above.

なお上記スラリー/ペーストでの水洗によるイオン性不純物の低減操作は、前記した疎水化シリカエアロゲル粉末の製造方法にも適用しうる(工程(8)と工程(9)の間で実施可能)。この場合には、ゲル化体を疎水性有機溶媒に抽出した後の洗浄に換えて行っても良いし、併用してもよい。 The operation of reducing ionic impurities by washing with the slurry/paste can also be applied to the above-described method for producing a hydrophobized silica airgel powder (can be performed between steps (8) and (9)). In this case, washing may be performed instead of washing after extracting the gelled product with a hydrophobic organic solvent, or may be used in combination.

上記方法で製造されるペースト状組成物における組成比は特に限定されないが、ペーストとしての扱いやすさを考慮すると、疎水性シリカ100質量部に対して、水を300~1900質量部の範囲で含んでいることが好ましい。 The composition ratio in the paste-like composition produced by the above method is not particularly limited, but considering the ease of handling as a paste, water is included in the range of 300 to 1900 parts by weight with respect to 100 parts by weight of hydrophobic silica. It is preferable to be

上記のようにして製造したペースト状組成物は、疎水性シリカと水により構成されている。ここでいうシリカとは二酸化ケイ素のことであって、二酸化ケイ素で構成されている物質の総称を指し、化学組成はSiOで表される。 The paste-like composition produced as described above is composed of hydrophobic silica and water. Silica as used herein means silicon dioxide, and is a general term for substances composed of silicon dioxide, and the chemical composition is represented by SiO 2 .

当該疎水性シリカは、製造方法に由来して多孔質であり、残存物中の水分量が1質量%以下となるまで温度が60℃以上150℃以下で、かつゲージ圧力が-100kPaG以上-20kPaG以下である雰囲気下におき、水分を揮発させれば、細孔容積と吸油量が少なく、細孔半径のピークが小さい以外な点は、前記方法で製造した疎水性シリカエアロゲル粉末と同等の物性を有するものとなる。 The hydrophobic silica is porous due to the manufacturing method, and the temperature is 60 ° C. or more and 150 ° C. or less and the gauge pressure is -100 kPaG or more -20 kPaG until the water content in the residue is 1% by mass or less. If the water is volatilized under the following atmosphere, the pore volume and oil absorption are small, and the physical properties are equivalent to those of the hydrophobic silica airgel powder produced by the above method, except that the peak of the pore radius is small. will have

細孔容積と吸油量及び細孔半径のピークが異なるのは、疎水性シリカエアロゲル粉末の製造においては、分散媒をいったん表面張力の低い疎水性有機溶媒に置換してから乾燥するのに対し、上記方法では水から直接乾燥をかけるため乾燥収縮を生じるためである。換言すれば、上記方法に換え、前記疎水性シリカエアロゲルの製造方法と同様の手順に従って疎水性有機溶媒に置き換えてから乾燥を行えば、前記疎水性シリカゲル粉末と同じ物性を示す。 The pore volume, oil absorption and pore radius peaks are different because in the production of hydrophobic silica airgel powder, the dispersion medium is once replaced with a hydrophobic organic solvent having a low surface tension and then dried. This is because drying shrinkage occurs in the above method because drying is applied directly from water. In other words, in place of the above method, the same physical properties as the hydrophobic silica gel powder can be obtained by replacing with a hydrophobic organic solvent and then drying according to the same procedure as in the method for producing the hydrophobic silica airgel.

(物性、及び用途)
本発明で製造される疎水性シリカエアロゲル粉末は、化粧品用添加剤として適度な粒度分布及び比表面積となるように製造条件を選択すれば、同用途、具体的にはファンデーションや液体化粧品の添加剤として利用した際に、外観保持性に優れ、滑らかな触感が得られる。加えて、疎水性シリカエアロゲル粉末として、吸油量が高く、皮膚及び頭皮表面の脂分を効率良く吸収し、また、疎水性を呈し汗をはじく効果もあることから、上記ファンデーションや液体化粧品以外の、ペースト、クリームタイプのメイクアップ・スキンケア化粧料、さらにはデオドラント用品、整髪料などの化粧品としても好適に用いることができる。
(Physical properties and applications)
The hydrophobic silica airgel powder produced in the present invention can be used as an additive for cosmetics, if the production conditions are selected so that it has an appropriate particle size distribution and specific surface area. When used as a material, it has excellent appearance retention and a smooth touch. In addition, as a hydrophobic silica airgel powder, it has a high oil absorption, efficiently absorbs oil on the surface of the skin and scalp, and is hydrophobic and has the effect of repelling sweat. , paste, and cream type make-up/skin care cosmetics, as well as cosmetics such as deodorants and hair styling products.

また本発明で製造されるペースト状組成物は、水と混合した場合、含まれるシリカが疎水性であるにも係わらず、容易に水に分散する。さらに、化粧品用添加剤として適度な粒度分布及び比表面積となるように製造条件を選択すれば、同用途、具体的には液体化粧品の添加剤として利用した際に、外観保持性に優れ、滑らかな触感が得られる。加えて、疎水性シリカが多孔質シリカである場合、吸油量が高く、皮膚及び頭皮表面の脂分を効率良く吸収し、また、疎水性を呈し汗をはじく効果もあることから、上記液体化粧品以外の、ペースト、クリームタイプのメイクアップ・スキンケア化粧料、さらにはデオドラント用品、整髪料などの化粧品としても好適に用いることができる。 Moreover, when the paste-like composition produced by the present invention is mixed with water, it easily disperses in water despite the fact that the silica contained therein is hydrophobic. Furthermore, if the production conditions are selected so that the particle size distribution and specific surface area are appropriate for a cosmetic additive, it can be used for the same purpose, specifically as an additive for liquid cosmetics, with excellent appearance retention and smoothness. You can get a nice tactile sensation. In addition, when the hydrophobic silica is porous silica, it has a high oil absorption capacity, efficiently absorbs oil from the surface of the skin and scalp, and is hydrophobic and has the effect of repelling sweat. In addition, it can be suitably used as cosmetics such as paste and cream type make-up/skin care cosmetics, deodorants, and hair styling products.

無論、疎水性シリカエアロゲル粉末及びペースト状組成物は前記適度な粒子性状を備えていることから、断熱性付与剤、艶消し剤等の各種用途材料にも好適に用いることができる。 Of course, since the hydrophobic silica airgel powder and the paste-like composition have the appropriate particle properties, they can be suitably used for various application materials such as heat insulating agents and matting agents.

以下、本発明を具体的に説明するため、実施例を示すが、本発明はこれらの実施例のみに制限されるものではない。なお、実施例及び比較例の評価は以下の方法で実施した。 EXAMPLES Hereinafter, examples will be shown in order to specifically describe the present invention, but the present invention is not limited only to these examples. In addition, the evaluation of Examples and Comparative Examples was carried out by the following methods.

<評価方法>
実施例1、2及び比較例1~6で製造した疎水性シリカエアロゲル粉末とペースト状組成物に対して、以下の項目について試験を行った。
<Evaluation method>
The hydrophobic silica airgel powders and paste compositions produced in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 6 were tested for the following items.

なお「ペースト状組成物に含まれていた疎水性シリカ」とは、ペースト状組成物の水分量が1質量%以下となるまで、真空乾燥機で150℃、-100kPaG(ゲージ圧)条件下で16時間乾燥し、水を除去した後に残るシリカについてのものである。 In addition, "hydrophobic silica contained in the paste composition" means that the water content of the paste composition is 150 ° C. under -100 kPaG (gauge pressure) conditions in a vacuum dryer until the water content of the paste composition is 1% by mass or less. It is for the silica remaining after drying for 16 hours and removing the water.

(電気伝導率)
株式会社堀場製作所製のCOND METER ES-51を用いて、電気伝導率を測定した。
(Electrical conductivity)
Electrical conductivity was measured using COND METER ES-51 manufactured by Horiba, Ltd.

硫酸ナトリウムを取り除くための洗浄で排出される水の電気伝導率は、直接測定した。 The electrical conductivity of water discharged from washing to remove sodium sulfate was measured directly.

乾燥して得られる疎水性シリカエアロゲル粉末あるいはペースト状組成物に含まれる疎水性シリカの電気伝導率は、50mlスクリュー管瓶に疎水性シリカエアロゲル粉末またはペースト状組成物に含まれる疎水性シリカを1g、イソプロピルアルコールを7g、イオン交換水を30g加えた後、超音波で30分分散させた混合液について測定した。 The electrical conductivity of the hydrophobic silica contained in the dried hydrophobic silica airgel powder or paste composition was measured by adding 1 g of the hydrophobic silica airgel powder or the hydrophobic silica contained in the paste composition to a 50 ml screw tube bottle. , 7 g of isopropyl alcohol, and 30 g of ion-exchanged water were added, followed by ultrasonic dispersion for 30 minutes.

(水分量)
水分量の測定は、オーハウス社製のハロゲン水分計(MB25)を使用し、以下の方法で測定した。
(amount of water)
A halogen moisture meter (MB25) manufactured by OHAUS Co., Ltd. was used to measure the moisture content by the following method.

専用のアルミ皿に疎水性シリカエアロゲル粉末、あるいはペースト状組成物3.0gを載せて、水分計にセットし、分析した。測定条件は、160℃、30分間とした。 3.0 g of the hydrophobic silica airgel powder or paste composition was put on a dedicated aluminum dish, set in a moisture meter, and analyzed. The measurement conditions were 160° C. and 30 minutes.

(塩化物イオン含有量)
200mlビーカーに疎水性シリカエアロゲル粉末1g、あるいは疎水性シリカを含むペースト状組成物6.7g、超純水100mlを加え、撹拌子で15分間撹拌する。この分散液を0.45μmシリンジフィルターでろ過後、Thermo Fisher SCIENTIFIC社製のイオンクロマトグラフィー(ICS-2100)で塩化物イオン含有量の測定を行った。結果は、シリカ質量に対する塩化物イオン含有量として記載した。
(Chloride ion content)
1 g of hydrophobic silica airgel powder or 6.7 g of a paste composition containing hydrophobic silica and 100 ml of ultrapure water are added to a 200 ml beaker and stirred for 15 minutes with a stirrer. After filtering this dispersion with a 0.45 μm syringe filter, the chloride ion content was measured by ion chromatography (ICS-2100) manufactured by Thermo Fisher Scientific. Results are reported as chloride ion content relative to silica mass.

(D50)
製造した疎水性シリカエアロゲル粉末、あるいは疎水性シリカを含むペースト状組成物をエタノールに添加し、30分超音波分散を行った。得られたエタノール分散液は、ベックマン・コールター株式会社製精密粒度分布測定装置Multisizer3を用い、100μmのアパチャーチューブを使用して、D50を測定した。
(D50)
The produced hydrophobic silica airgel powder or a paste composition containing hydrophobic silica was added to ethanol and subjected to ultrasonic dispersion for 30 minutes. D50 of the obtained ethanol dispersion was measured using a 100 μm aperture tube with a precision particle size distribution analyzer Multisizer 3 manufactured by Beckman Coulter, Inc.

(比表面積、細孔容積及び吸油量)
疎水性シリカエアロゲル粉末あるいはペースト状組成物に含まれていた疎水性シリカのBET比表面積、及びBJH細孔容積の測定は、前述の定義に従ってマイクロトラック・ベル株式会社製BELSORP-maxにより行った。吸油量の測定は、JIS K6217-4「オイル吸収量の求め方」により行った。
(Specific surface area, pore volume and oil absorption)
The BET specific surface area and BJH pore volume of the hydrophobic silica contained in the hydrophobic silica airgel powder or paste composition were measured using BELSORP-max manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd. according to the above definitions. The oil absorption was measured according to JIS K6217-4 "Determination of oil absorption".

(M値)
疎水性シリカ粉末は水には浮遊するが、メタノールには完全に懸濁する。このことを利用し、以下の方法によって測定した修飾疎水度をM値として、疎水化の程度の指標とした。
(M value)
Hydrophobic silica powder floats in water, but is completely suspended in methanol. Utilizing this fact, the modified hydrophobicity measured by the following method was used as the M value, which was used as an indicator of the degree of hydrophobization.

疎水性シリカエアロゲル粉末、あるいはペースト状組成物に含まれていた疎水性シリカ0.2gを容量200mLのビーカー中の50mlの水に加え、マグネティックスターラーで攪拌した。これに、ビュレットを使用してメタノールを加え、疎水性シリカエアロゲル粉末、あるいはペースト状組成物に含まれていた疎水性シリカの全量がビーカー内の溶媒に濡れて懸濁した時点を終点として、滴下した。この際、メタノールが直接試料に触れないように、チューブで溶液内に導いた。終点におけるメタノール-水混合溶媒中のメタノールの容量%を疎水度(M値)とした。 0.2 g of the hydrophobic silica airgel powder or the hydrophobic silica contained in the paste composition was added to 50 ml of water in a 200 mL beaker and stirred with a magnetic stirrer. Methanol is added to this using a burette, and the end point is when the entire amount of the hydrophobic silica airgel powder or the hydrophobic silica contained in the paste composition is wetted and suspended in the solvent in the beaker, dropwise. did. At this time, the methanol was led into the solution through a tube so as not to touch the sample directly. The volume % of methanol in the methanol-water mixed solvent at the end point was defined as the hydrophobicity (M value).

M値 = メタノール滴下量 / (メタノール滴下量+50ml) M value = Methanol drop amount / (methanol drop amount + 50 ml)

(平均円形度)
疎水性シリカエアロゲル粉末あるいはペースト状組成物に含まれていた疎水性シリカについて日立ハイテクノロジーズ製SEM(S-5500)を用いて、加速電圧3.0kV、二次電子検出、倍率1000倍で観察した。得られたSEM画像を画像解析することにより、下記式により疎水性シリカエアロゲル粉末あるいはペースト状組成物に含まれていた疎水性シリカの円形度を算出した。なお、平均円形度は、2000個以上の疎水性シリカエアロゲル粉末あるいはペースト状組成物に含まれていた疎水性シリカについて円形度を算出し、平均したものである。
(average circularity)
The hydrophobic silica contained in the hydrophobic silica airgel powder or paste composition was observed using Hitachi High-Technologies SEM (S-5500) at an acceleration voltage of 3.0 kV, secondary electron detection, and magnification of 1000. . By image analysis of the obtained SEM image, the circularity of the hydrophobic silica contained in the hydrophobic silica airgel powder or paste composition was calculated according to the following formula. The average circularity is obtained by calculating the circularity of 2000 or more hydrophobic silica airgel powders or hydrophobic silica contained in the paste-like composition and averaging them.

C=4πS/L
[上記式において、Sは当該粒子が画像中に占める面積(投影面積)を表す。Lは画像中における当該粒子の外周部の長さ(周囲長)を表す。]
C=4πS/L 2
[In the above formula, S represents the area (projected area) that the particle occupies in the image. L represents the length (perimeter) of the outer periphery of the particle in the image. ]

(炭素含有量)
疎水性シリカエアロゲル粉末あるいはペースト状組成物に含まれていた疎水性シリカについて、エレメンター・ジャパン株式会社製の元素分析装置(vario MICRO cube)を用い、炭素含有量を測定した。
(carbon content)
The carbon content of the hydrophobic silica contained in the airgel powder or the paste composition was measured using an elemental analyzer (vario MICRO cube) manufactured by Elementor Japan Co., Ltd.

<実施例1>
9%硫酸0.8kgを撹拌羽で撹拌しながら、ケイ酸ナトリウム1kgを徐々に添加し、水性シリカゾルを調整した。このとき、pHは2.9であった。
<Example 1>
While stirring 0.8 kg of 9% sulfuric acid with a stirring blade, 1 kg of sodium silicate was gradually added to prepare an aqueous silica sol. At this time, the pH was 2.9.

上記調整した水性シリカゾル1.8kgに、1.7kgのヘプタンを加え、ソルビタンモノオレエートを0.02kg添加した。この溶液をホモジナイザーを用いて、4600回転/分の条件で2.5分撹拌することで、W/Oエマルションを形成させた。 To 1.8 kg of the aqueous silica sol prepared above, 1.7 kg of heptane was added, and 0.02 kg of sorbitan monooleate was added. This solution was stirred for 2.5 minutes at 4600 rpm using a homogenizer to form a W/O emulsion.

得られたW/Oエマルションを撹拌羽で撹拌しながら、70℃、1時間かけてゲル化した。続けて、イソプロピルアルコール1kgとイオン交換水0.7kgを加えて、攪拌羽で攪拌しながら上層(O相)と下層(W相)とに分離させた。続けて、0.5mol/L水酸化ナトリウム水溶液を0.09kg添加した。このとき、W相のpHは6.8であった。60℃、1時間かけて、ゲル化体の熟成を行った。デカンテーションにより、O相を除去することで、W相を回収した。 The resulting W/O emulsion was gelled at 70° C. for 1 hour while stirring with a stirring blade. Subsequently, 1 kg of isopropyl alcohol and 0.7 kg of ion-exchanged water were added and separated into an upper layer (O phase) and a lower layer (W phase) while stirring with a stirring blade. Subsequently, 0.09 kg of 0.5 mol/L sodium hydroxide aqueous solution was added. At this time, the pH of the W phase was 6.8. The gelled body was aged at 60° C. over 1 hour. The W phase was recovered by removing the O phase by decantation.

得られたW相に30%硫酸を1.1kg、ヘキサメチルジシロキサンを0.1kg添加し、撹拌しながら70℃のウォーターバスで8時間保持することにより、シリル化処理を行った。 Silylation treatment was performed by adding 1.1 kg of 30% sulfuric acid and 0.1 kg of hexamethyldisiloxane to the obtained W phase and keeping the mixture in a water bath at 70° C. for 8 hours while stirring.

シリル化処理後、攪拌羽で攪拌しながら24%水酸化ナトリウム水溶液を1kg添加し、中和処理を行った。このときのpHは2.3であった。 After the silylation treatment, 1 kg of a 24% sodium hydroxide aqueous solution was added while stirring with a stirring blade to carry out neutralization treatment. The pH at this time was 2.3.

中和処理後、23℃に冷却し、30時間静置した。 After the neutralization treatment, it was cooled to 23° C. and allowed to stand for 30 hours.

静置後、全液を1mmの篩に通して、析出した硫酸ナトリウム10水和物を取り除いた。 After standing, the entire liquid was passed through a 1 mm sieve to remove precipitated sodium sulfate decahydrate.

加圧濾過機に移液した後、イオン交換水を流し、フィルターを通過した液の電気伝導率が100μS/cm以下になるまで洗浄を行った。洗浄に使用したイオン交換水は、15kgであった。 After the liquid was transferred to a pressure filter, ion-exchanged water was flowed, and washing was performed until the electrical conductivity of the liquid that passed through the filter became 100 μS/cm or less. The amount of ion-exchanged water used for washing was 15 kg.

上記スラリーを容器に移し、ヘプタン1.2kgを加え、ゲル化体を抽出した。水層を除去後、吸引濾過機で濾別しゲル化体を回収した。さらにゲル化体を真空圧力下、150℃で12時間以上加熱すること乾燥し、疎水性シリカエアロゲル粉体を得た。評価した各物性を表1に示す。 The slurry was transferred to a container, and 1.2 kg of heptane was added to extract the gelled body. After removing the aqueous layer, the gel was collected by filtering with a suction filter. Further, the gelled body was dried by heating at 150° C. for 12 hours or more under vacuum pressure to obtain a hydrophobic silica airgel powder. Table 1 shows each physical property evaluated.

<比較例1>
中和処理後、冷却して硫酸ナトリウム10水和物を析出させて取り除く工程を行わなかった以外は、実施例1と同様の操作を行った。なお、洗浄工程において、使用したイオン交換水は、51kgであった。評価した各物性を表1に示す。
<Comparative Example 1>
After the neutralization treatment, the same operation as in Example 1 was performed except that the step of cooling to precipitate and remove sodium sulfate decahydrate was not performed. 51 kg of ion-exchanged water was used in the washing process. Table 1 shows each physical property evaluated.

Figure 2022187264000002
Figure 2022187264000002

<実施例2>
加圧濾過機に移液後、イオン交換水にて洗浄を行ったところまでは、実施例1と同様の操作を行った。なお、洗浄に使用したイオン交換水は14kgであった。
<Example 2>
After the solution was transferred to the pressurized filter, the same operation as in Example 1 was performed up to washing with ion-exchanged water. The amount of ion-exchanged water used for washing was 14 kg.

洗浄後、ダイヤフラムポンプで吸引し、水分の一部を除去することで、疎水性シリカと水とを含むペースト状組成物を得た。 After washing, a part of water was removed by suction with a diaphragm pump to obtain a pasty composition containing hydrophobic silica and water.

ペースト状組成物における水分含有量は84質量%であり、また水分量が1質量%以下となるまで、真空乾燥機で150℃、-100kPaG(ゲージ圧)条件下で16時間乾燥し、水を除去した後に残るシリカを分析した結果を表2に示す。 The water content in the paste-like composition is 84% by mass, and it is dried in a vacuum dryer at 150° C. under −100 kPaG (gauge pressure) conditions for 16 hours until the water content is 1% by mass or less, and water is removed. Table 2 shows the results of analyzing the silica remaining after removal.

<比較例2~6>
中和処理後、冷却して硫酸ナトリウム10水和物を析出させて取り除く工程を行わなかった以外は、実施例2と同様の操作を行った。洗浄のため加圧濾過機に通水したイオン交換水の量が表2に示す時点における洗浄水の電気伝導率を測定し、比較例2~5とした。洗浄水の電気伝導率が実施例2と同様となった時点の比較例6ではペースト状組成物を得、これを実施例2と同様に評価した。
<Comparative Examples 2 to 6>
After the neutralization treatment, the same operation as in Example 2 was performed except that the step of cooling to precipitate and remove sodium sulfate decahydrate was not performed. The electrical conductivity of the washing water was measured at the time points shown in Table 2 for the amount of ion-exchanged water passed through the pressurized filter for washing, and Comparative Examples 2-5 were obtained. In Comparative Example 6, when the electrical conductivity of the washing water became the same as in Example 2, a paste-like composition was obtained and evaluated in the same manner as in Example 2.

Figure 2022187264000003
Figure 2022187264000003

Claims (4)

(1)硫酸とケイ酸ナトリウムとから水性シリカゾルを調製する工程、
(2)該水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させてW/O型エマルションを形成させる工程、
(3)加熱することにより前記シリカゾルをゲル化させて、前記W/O型エマルションをシリカゲルの分散液へと変換する工程、
(4)有機相と、前記シリカゲルが分散した水相とに分相させた後、該有機相を除去する工程、
(5)シリカゲルが分散した水相に、疎水化剤と硫酸を添加して該シリカゲルを疎水化する工程、
(6)ナトリウムを含む塩基性物質を添加する工程、
(7)温度を30℃以下に冷却し、硫酸ナトリウム10水和物を析出させる工程、
(8)析出した硫酸ナトリウム10水和物を除去する工程、及び、
(9)液中の疎水化シリカゲルを回収して乾燥させる工程
を含んでなる、疎水性シリカエアロゲル粉末の製造方法。
(1) preparing an aqueous silica sol from sulfuric acid and sodium silicate;
(2) dispersing the aqueous silica sol in a hydrophobic solvent to form a W/O emulsion;
(3) a step of gelling the silica sol by heating to convert the W/O emulsion into a dispersion of silica gel;
(4) removing the organic phase after phase separation into an organic phase and an aqueous phase in which the silica gel is dispersed;
(5) adding a hydrophobizing agent and sulfuric acid to the aqueous phase in which silica gel is dispersed to hydrophobize the silica gel;
(6) adding a basic substance containing sodium;
(7) cooling the temperature to 30° C. or less to precipitate sodium sulfate decahydrate;
(8) removing the precipitated sodium sulfate decahydrate, and
(9) A method for producing a hydrophobic silica airgel powder, comprising a step of collecting and drying the hydrophobized silica gel in the liquid.
前記(9)液中の疎水化シリカゲルを回収して乾燥させる工程が、
(9a)疎水性有機溶媒により疎水化シリカゲルを抽出する工程、
(9b)疎水性有機溶媒から疎水化シリカゲルを回収する工程、及び、
(9c)回収した疎水化シリカゲルを乾燥させる工程、
の少なくとも3つの工程を含む、請求項1記載の疎水性シリカエアロゲル粉末の製造方法。
(9) The step of collecting and drying the hydrophobized silica gel in the liquid,
(9a) extracting the hydrophobized silica gel with a hydrophobic organic solvent;
(9b) recovering the hydrophobized silica gel from the hydrophobic organic solvent; and
(9c) drying the recovered hydrophobized silica gel;
The method for producing a hydrophobic silica airgel powder according to claim 1, comprising at least three steps of
(1)硫酸とケイ酸ナトリウムとから水性シリカゾルを調製する工程、
(2)該水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させてW/O型エマルションを形成させる工程、
(3)加熱することにより前記シリカゾルをゲル化させて、前記W/O型エマルションをシリカゲルの分散液へと変換する工程、
(4)有機相と、前記シリカゲルが分散した水相とに分相させた後、該有機相を除去する工程、
(5)シリカゲルが分散した水相に、疎水化剤と硫酸を添加してシリカゲルを疎水化する工程、
(6)ナトリウムを含む塩基性物質を添加する工程、
(7)温度を30℃以下に冷却し、硫酸ナトリウム10水和物を析出させる工程、
(8)析出した硫酸ナトリウム10水和物を除去する工程、及び、
(10)水の一部を除去してペースト状とする工程
を含んでなる、疎水性シリカと水とを含むペースト状組成物の製造方法。
(1) preparing an aqueous silica sol from sulfuric acid and sodium silicate;
(2) dispersing the aqueous silica sol in a hydrophobic solvent to form a W/O emulsion;
(3) a step of gelling the silica sol by heating to convert the W/O emulsion into a dispersion of silica gel;
(4) removing the organic phase after phase separation into an organic phase and an aqueous phase in which the silica gel is dispersed;
(5) adding a hydrophobizing agent and sulfuric acid to the aqueous phase in which the silica gel is dispersed to hydrophobize the silica gel;
(6) adding a basic substance containing sodium;
(7) cooling the temperature to 30° C. or less to precipitate sodium sulfate decahydrate;
(8) removing the precipitated sodium sulfate decahydrate, and
(10) A method for producing a paste-like composition containing hydrophobic silica and water, which comprises a step of removing part of the water to form a paste.
前記(10)水の一部を除去してペースト状とする工程の実施前あるいは実施と同時に、
(11)水の添加と除去によるイオン性物質の低減操作
を行う請求項3記載の疎水性シリカと水とを含むペースト状組成物の製造方法。
Before or at the same time as performing (10) the step of removing part of the water to form a paste,
(11) The method for producing a paste-like composition containing hydrophobic silica and water according to claim 3, wherein an operation for reducing ionic substances is performed by adding and removing water.
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