JP2915224B2 - 無機酸化物粒子の製造方法 - Google Patents

無機酸化物粒子の製造方法

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    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/14Methods for preparing oxides or hydroxides in general
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、無機酸化物粒子の製造
法に関し、詳しくは無機酸化物粒子の製造における粒子
径の制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より無機酸化物粒子、例えばシリカ
粒子径の制御方法として以下の方法が知られている。
【0003】例えば、シリカ種粒子を予め合成しそのシ
リカ種粒子を成長させることにより粒子径を制御する方
法(特開昭63ー112411)、あるいは水及びアン
モニア濃度を一定に維持し粒子径を制御する方法(特開
昭63ー310714)などが知られている。しかしな
がらこれらの方法では、製造工程が複雑と同時に再現性
が悪いという問題点があった。
【0004】一方、加水分解反応で使用する塩酸濃度及
び反応温度を変えて粒子径を制御する方法(特開平3ー
159911)も知られている。しかしながらこの方法
では反応時間が長くかかり、反応を短時間に終えようと
するとシリカ粒子が凝集して塊状となり、単分散性の均
一なシリカ粒子を得ることはできない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、任意
の粒子径の無機酸化物粒子を制御よく安定的に製造する
製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記従来
の技術が持つ問題を解決し、任意の粒子径の無機酸化物
粒子を制御よく安定的に製造できる方法について鋭意研
究を行って来た。その結果、加水分解反応液の反応開始
時の電気伝導度を制御することによって粒子径を制御で
きることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【0007】即ち、本発明は、加水分解触媒、水、電解
質物質、及び溶媒よりなる反応液中で加水分解可能な有
機金属化合物を加水分解して無機酸化物粒子を製造する
際に、反応液の反応開始時の電気伝導度を制御すること
によって粒子径を制御することを特徴とする無機酸化物
粒子の製造方法であり、又、他の発明は、アンモニア、
水、電解質物質、及びアルコールよりなる反応液中でア
ルコキシシランを加水分解してシリカ粒子を製造する際
に、反応液の反応開始時の電気伝導度(以下、開始時伝
導度という)を制御することによって粒子径を制御する
ことを特徴とするシリカ粒子の製造方法である。
【0008】以下、本発明の無機酸化物粒子径を制御で
きる無機酸化物粒子の製造方法について具体的に説明す
る。
【0009】本発明の無機酸化物粒子の製造は、溶媒、
加水分解触媒、水、電解質物質よりなる反応液中で加水
分解可能な有機金属化合物(以下、有機金属化合物とも
いう)を加水分解することによって行われる。
【0010】通常、無機酸化物粒子の粒子径は、反応に
用いる有機金属化合物量を変える方法で制御するが、本
発明の方法では反応液の開始時伝導度によって粒子径を
制御可能である。つまり反応に係る時間を変えることな
く容易に粒子径の制御が可能である。
【0011】本発明において、粒子径とは無機酸化物粒
子を走査型電子顕微鏡で観察し、粒子の長手方向の直径
を測定し、その平均の直径を算出したものを言う。
【0012】本発明の電気伝導度は、反応液の電気抵抗
の逆数で定義され、単位 S/cm(=1/ohm)で
表される。溶液の電気抵抗は、溶存する化学種によって
電気抵抗の変化割合が違うため一概に言えないが、溶存
するイオンの量によって変化する。また電気伝導度は、
反応液中のイオン濃度、反応液の組成、反応液温度にも
依存して変化する。
【0013】尚、電気伝導度の測定はいかなる方法を用
いても良いが、白金電極、ホーイストンブリッジ等より
構成される市販の電気伝導度計(例えば東亜電波工業製
CM−11P)によって測定すればよい。
【0014】本発明における開始時伝導度とは、溶媒、
加水分解触媒、水、電解質物質よりなる反応液を調製
し、かつ適宜選択された反応温度に達した時の反応液の
電気伝導度のことを言う。
【0015】この開始時伝導度の制御は反応液中のどの
成分を用いて行っても良いが、少量で電気伝導度を大き
く変化し得る電解質物質が反応液の組成を大きく崩すこ
とがないので好ましく使用される。即ち、溶媒、加水分
解触媒、及び水の混合液を予め反応温度に保ち、電気伝
導度を測定しながら電解質物質を目的電気伝導度に達す
るまで加える方法が好適で簡便である。
【0016】反応液の開始時伝導度で無機酸化物粒子径
は決定されるが、使用する反応容器、反応容量、有機金
属化合物類の添加速度等の合成条件によって異なる場合
もあるため、使用する所定の合成条件で予め開始時伝導
度と無機酸化物粒子径との検量線を求めておくことが好
ましい。この検量線を用いれば反応液の開始時伝導度で
無機酸化物粒子径を更に精度よく且つ再現性高く任意の
粒径に制御できる。
【0017】本発明で使用する溶媒としては、反応原料
である有機金属化合物を溶解することができ、水と一定
の割合で均一に混合できるものであれば、特に制限され
ないが、一般に容易に入手可能な例えばメタノール、エ
タノール、isoープロパノール、エチレングリコール
等のアルコールがが好適に用いられる。また2種以上の
溶媒を混合して用いてもよい。
【0018】本発明において、加水分解触媒および水を
使用する。これらはそれぞれ単一で用いても良く、また
両者を予め混合した溶液を用いても良い。反応液中の水
の含有量は、用いる有機金属化合物や溶媒の種類等によ
って異なり一概に限定することができないが、一般に
0.1〜30重量%の範囲から選べば好適である。加水
分解触媒の含有量も、用いる有機金属化合物や溶媒の種
類等によって異なり一概に限定することができないが、
1〜10重量%の範囲にすることが好ましい。反応液に
おける水および加水分解触媒の濃度が上記した各範囲よ
り低い場合には、粒子径の成長が遅くなり、均一粒子径
の無機酸化物粒子が得られない。また、上記した範囲よ
り高い場合には、粒子径の成長が早くなるが均一粒子径
の無機酸化物粒子が得られない。
【0019】上記加水分解触媒としては、公知の塩基ま
たは酸加水分解触媒を使用することができるが、目的と
する無機酸化物粒子の種類に応じて決定すれば良い。
【0020】無機酸化物粒子がシリカ、ジルコニア、チ
タニア、或はこれらの複合酸化物である場合は、アンモ
ニア;プロピルアミン、アニリン等のアミン類;ジメチ
ルホルムアミド、アセトアミド等のアミド類などの塩基
加水分解触媒が用いられる。無機酸化物粒子がアルミ
ナ、或はアルミナを含む複合酸化物粒子であり、塩基加
水分解触媒を用いると粒子が生成せずゲル体が生成して
しまうような場合は、硫酸、塩酸等の鉱酸や、酢酸、ク
エン酸等の有機酸などの酸加水分解触媒を使用する。
【0021】次に本発明で用いる電解質物質としては、
上記した溶媒、水を含む反応液に可溶であり、かつ溶
媒、加水分解触媒、水と相互に反応しない物質であり、
さらに本反応液中でイオン解離する物質であれば特に制
限されない。代表的な物質としては、水酸化ナトリウ
ム、水酸化カルシウム、塩化ナトリウム、塩化アンモニ
ウム、硝酸ナトリウム等の無機塩類、グルタミン酸ナト
リウム、アスパラギン酸ナトリウム等の有機塩類等を挙
げることができる。該電解質物質は2種以上混合して使
用しても良い。なお、本発明の加水分解触媒および電解
質物質としては、いずれも例えばアンモニアを同一でも
よく、その場合には先に加水分解触媒として所定量のア
ンモニアを添加した後、次いで電解質物質としてアンモ
ニアを添加して所定の電気伝導度に制御した反応液を調
製すればよい。
【0022】電解質物質の含有量は、設定すべき電気伝
導度の値、並びに有機金属化合物や溶媒の種類等により
決定される。一般に、反応液の反応開始時の電気伝導度
が0〜10mS/cmのとなるように使用する。反応液
の反応開始時の電気伝導度が上記した範囲より高い場合
には、粒子の凝集が起こり易くなるため均一粒子径の無
機酸化物粒子が得にくい傾向にある。
【0023】本発明に使用する加水分解可能な有機金属
化合物としては、代表的には、一般式 M(OR)m [m=1〜4] MRn(OR)k−n [k=1〜4、n=kより小さ
い整数] で表される金属アルコキシド、或はこれら金属アルコキ
シドを部分的に加水分解して得られる低縮合物が挙げら
れる。上記一般式において、 Mは、Na、K、Ca、
Al、Si、Ti、Zr等の金属元素を示し、Rはエチ
ル基、ブチル基などのアルキル基を示す。
【0024】加水分解可能な有機金属化合物を具体的に
例示すると、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシ
ラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラ
ン、テトラフェノキシシラン、フェニルトリエトキシシ
ラン等のアルコキシシラン類;ナトリウムメトキサイ
ド、ナトリウムエトキサイド等のナトリウムアルコキシ
ド;トリノルマルブトキシアルミニウム、トリイソプロ
ポキシアルミニウム等のアルミニウムアルコキシド;テ
トライソプロポキシチタニウム、テトラノルマルブトキ
シチタニウム等のチタンニウムアルコキシド;テトライ
ソプロポキシジルコニウム、テトラノルマルブトキシジ
ルコニウム等のジルコニウムアルコキシドなどが挙げら
れる。
【0025】これら有機金属化合物は、単独もしくは2
種以上混合して用いてもよく、後者の場合は複合無機酸
化物が生成する。
【0026】尚、前述のごとく有機金属化合物の反応量
等のその他の反応条件によっても粒子径が変化するの
で、本発明を実施する場合は開始時伝導度以外の条件は
一定にしておく必要がある。
【0027】本発明の加水分解反応条件は特に限定され
ないが、一般に、大気圧下、0〜60℃で反応させる。
【0028】
【発明の効果】本発明の無機酸化物粒子を製造する際に
反応液の反応開始時の電気伝導度を制御することによっ
て、特に0.1〜10μmの範囲で任意の粒子径の無機
酸化物粒子を再現性よく安定的に製造することができ
る。
【0029】
【実施例】本発明を以下に示す実施例により具体的に説
明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定され
るものではない。
【0030】実施例1 攪拌機付きガラス製フラスコ中にメタノール1600m
l、アンモニア水(25重量%)356mlを加え、反
応液温を10℃に保ち水酸化ナトリウム(5mol/
l)少量ずつ加え反応液の電気伝導度を2.15S/c
mに合わせた。この反応液にテトラエトキシシラン(商
品名エチルシリケート28、コルコート化学社製)のメ
タノール溶液(22重量%)163mlを25ml/h
の速度で滴々添加しシリカ粒子を合成した。シリカ粒子
は遠心分離または自然沈降で反応液からの回収し、遠心
分離または大量の溶媒を用いたデカンテーションで洗浄
を行った。
【0031】得られたシリカ粒子の粒子径は、走査型電
子顕微鏡により観察の結果1.50μmであった。この
反応を3回繰り返し合成再現性をみた。結果を表1に示
した。
【0032】
【表1】
【0033】比較例1 実施例1において、反応液の反応開始時電気伝導度での
制御を行わなかった場合のシリカ粒子の合成結果を比較
例1に示した。電解質物質の添加量を67mmolにし
た以外はすべて実施例1と同様に行った。表2に結果を
示す。
【0034】
【表2】
【0035】実施例2〜4 実施例1において、水酸化ナトリウムの添加量を変えて
表3に示す開始時伝導度にした以外はすべて実施例1と
同様に行った。結果を併せて表3に示す。これから、開
始時伝導度と粒子径にはほぼ直線関係があることがわか
る。
【0036】
【表3】
【0037】実施例5〜9 実施例1において、水酸化ナトリウムに変えて表4に示
す電解質物質を使用した以外はすべて実施例1と同様に
行った。結果を併せて表4に示す。
【0038】
【表4】
【0039】実施例10〜13 実施例1において、テトラエトキシシランに変えてトリ
エトキシフェニルシランを用い且つ開始時伝導度を変化
させた以外はすべて実施例1と同様に行った。表5に結
果を示す。開始時伝導度と粒子径にほぼ直線関係が認め
られる。
【0040】
【表5】
【0041】実施例14〜16 攪拌機付きガラス製フラスコ中にメタノール1600m
l、アンモニア水(25重量%)356mlを加え、反
応液温を20℃に保ち水酸化ナトリウム(5mol/
l)少量ずつ加え反応液の電気伝導度を所定値に合わせ
た。この反応液に予め0.1%塩酸を加え、室温で2時
間予備加水分解したテトラエトキシシラン(商品名エチ
ルシリケート28、コルコート化学社製)のメタノール
溶液(18重量%)163ml、及びテトラ−n−ブト
キシチタン(日本曹達社製)のメタノール溶液(9重量
%)72mlをそれぞれ25ml/hの速度で同時に滴
々添加しシリカ−チタニア粒子を合成した。シリカ−チ
タニア粒子は遠心分離または自然沈降で反応液からの回
収し、遠心分離または大量の溶媒を用いたデカンテーシ
ョンで洗浄を行った。
【0042】表6に反応液の反応開始時電気伝導度を変
えた場合の結果を示す。これから、開始時伝導度と粒子
径にはほぼ直線関係があることがわかる。
【0043】
【表6】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C01B 13/00 - 13/36 C01B 33/12 - 33/193

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加水分解触媒、水、電解質物質、及び溶
    媒よりなる反応液中で加水分解可能な有機金属化合物を
    加水分解して無機酸化物粒子を製造する際に、反応液の
    反応開始時の電気伝導度を制御することによって、精度
    よく且つ再現性よく粒子径を制御することを特徴とする
    無機酸化物粒子の製造方法。
  2. 【請求項2】 アンモニア、水、電解質物質、及びアル
    コールよりなる反応液中でアルコキシシランを加水分解
    してシリカ粒子を製造する際に、反応液の反応開始時の
    電気伝導度を制御することによって、精度よく且つ再現
    性よく粒子径を制御することを特徴とするシリカ粒子の
    製造方法。
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