JP3189979B2 - 球状または繊維状の有機酸化珪素粉体の製造法 - Google Patents

球状または繊維状の有機酸化珪素粉体の製造法

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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、新規な球状または繊維
状の有機酸化珪素粉体の製造法に関し、詳しくはカラム
充填剤、塗料のアンチブロック剤などの種々の充填剤、
化粧品等の感触改良剤、または吸着剤、ガスや溶液に対
するフィルターなどの素材として有用な球状または繊維
状の有機酸化珪素粉体を確実かつ容易に製造する方法を
提供せんとするものである。
【0002】
【従来の技術】従来、有機基を含有する有機酸化珪素ポ
リマーは、Si−O−Siで示される骨格を有するため
耐溶剤性、耐酸性などの耐化学性や耐熱性などに優れ、
また、導入される有機基の種類により種々の物質に対す
る親和性や表面活性などをコントロールすることができ
ることが知られている。
【0003】このように、酸化珪素(無機骨格)に有機
成分を導入することにより破壊脆性に欠けるという無機
物の欠点を改良したり、有機成分の持つ機能を無機骨格
に付与したりしようとする試みはH.Schmidt らによっ
てなされてきた。例えば、彼らは有機基で修飾されたア
ルコキシシランとテトラアルコキシシランとから有機基
が導入された酸化珪素を得ている。〔J.Non.Cryst. S
olids. vol. 100,P51(1988)、同 vol. 1
00,P378(1988)ほか〕一方、特開昭61−
243828号公報には、有機珪素化合物と必要に応じ
て珪素化合物とを有機溶媒中で加水分解し粒径が1μm
以下の有機酸化珪素粉体を得る方法が示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、H.Schmid
t らの方法は、主にバルク体やコーティング膜のような
連続構造を有する構造体を得るもので、反応過程を制御
して特定の形状を有する粉体を得ようとするものではな
い。
【0005】また、特開昭61−243828号公報で
示された方法は、原料化合物を大量の水と均一な状態で
接触させて有機酸化珪素粉体を得るものであるが、かか
る方法では粒子サイズの制御はできるものの、その形状
までは制御することはできない。
【0006】本発明は斯かる実情に鑑みてなされたもの
であって、各種液体やガスに対する流動抵抗が少なく、
かつ接触面積が大きいという利点を有する繊維状の有機
酸化珪素粉体やすべり抵抗が少なく、ローリング性が大
きいという利点を有する球状の有機酸化珪素粉体を確実
かつ容易に得る方法を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するため鋭意研究を重ねた結果、アルコキシシラン
等から有機酸化珪素に至る反応過程を特定の条件下で制
御することにより確実かつ容易に球状や繊維状の形状に
コントロールし得ることを見出し、これに基づき本発明
を完成した。
【0008】すなわち、本発明は、RSiX3(但し、
Rは炭素−珪素結合で珪素原子に結合した有機基、Xは
加水分解で水酸基を生ずる基を表す)で示される有機珪
素化合物3〜100モル%(但し、100モル%を除
く)とSiY4(但し、Yは加水分解で水酸基を生ずる
基を表す)で示される珪素化合物0〜97モル%(但
し、0%モル%を除く)とをアルコール類または多価ア
ルコール類から選択される有機溶媒中に溶解し、次いで
酸水溶液と混合して有機珪素化合物及び珪素化合物を加
水分解した後、剪断力を有する攪拌状態下で、更に塩基
を加えてpHを7以上に調製することにより縮合反応を
行うことを特徴とする球状または繊維状の有機酸化珪素
粉体の製造法に関するものである。
【0009】以下、本発明を詳細に説明する。
【0010】本発明で適用される有機珪素化合物又は珪
素化合物は、上述の如くRSiX3又はSiY4 の一般
式で示されるものであり、夫々、Si−O−Si骨格の
形成(RSiX3 )や場合により架橋による耐溶剤性の
付与又は粘弾性の調整(SiY4 )などを目的として用
いられる。
【0011】ここで、一般式中Rで表わされる有機基と
しては、例えば、アルキル基、アリール基、アルケニル
基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アリルア
ルキル基、複素環基等があり、これらの基の中には、エ
ーテル、エステル、アミノ、アミド、スルフィド、スル
フォン、ウレタン、水酸基、ビニル、アクリル、エポキ
シ、カルボキシル、カルボニル、シアノ等の置換基を含
んでいても良い。一方、XまたはYで表わされる基とし
ては、加水分解により水酸基を生ずる基であれば良く、
例えばハロゲン、アルコキシ基、アルコキシアルコキシ
基などが挙げられ、XとYは同一でもまた異なっていて
も良い。
【0012】具体的にRSiX3で示される有機珪素化
合物としては、例えばメチルトリメトキシシラン、メチ
ルトリエトキシシラン、メチルトリクロルシラン、イソ
ブチルトリメトキシシラン、アミルトリクロルシラン、
オクチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシ
ラン、フェニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシ
シラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス(2−
メトキシエトキシシラン)、γ−メタクリロキシプロピ
トリメトキシシラン、β−(3,4エポキシシクロヘ
キシル)エチルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピ
ルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロ
ピルトリメトキシシラン、3−4,5−ジヒドロイミダ
ゾールプロピルトリエトキシシラン等が挙げられ、一
方、SiY4で示される珪素化合物としては、例えばテ
トラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプ
ロピオキシシラン、テトラフェノキシシラン等が挙げら
れる。
【0013】本発明では、先ず上述した有機珪素化合物
を、97モル%までの珪素化合物の併用下で、有機溶媒
に溶解する。
【0014】ここで用いられる有機溶媒としては、例
ばメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアル
コール類、エチレングリコール、ポリエチレングリコー
ル、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコー
ル、グリセリン等の多価アルコール類、およびこれらの
混合溶媒等が挙げられる。
【0015】次に、有機溶媒に溶解された有機珪素化合
物及び珪素化合物は、酸水溶液と混合され加水分解され
て有機珪素水酸化物及び珪素水酸化物となる。
【0016】かかる加水分解工程で用いられる酸として
は、塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸や酢酸、クエン酸等
の有機酸などが挙げられ、好ましくは濃度10-3〜10
-2モル/lの範囲の水溶液として用いられる。
【0017】有機珪素化合物及び珪素化合物と酸水溶液
との混合順序は特に限定されないが、有機珪素化合物及
び珪素化合物に酸水溶液を添加することが好ましい。ま
た、酸水溶液の使用量は、加水分解において反応に関与
する水の化学量論量以上となる量であることが好まし
い。
【0018】更に、上記工程で生成した有機珪素水酸化
物及び珪素水酸化物に対し、剪断力を有する撹拌状態下
で、塩基を加えて系のpHを7以上、すなわち中性乃至
はアルカリ性とすることにより、縮合反応によるポリマ
ー化と球状化または繊維状化とが同時に進行して目的と
する球状または繊維状の有機酸化珪素粉体が得られる。
【0019】ここで、本発明にいう剪断力を有する撹拌
状態とは、例えば撹拌羽根を取付けたモータータイプの
ケミカルスターラーやディスパー、ホモミキサーなどの
装置を用い、好ましくは凡そ50〜400rpmの中低
速の回転数で撹拌を行なうことによって、縮合体に対す
る延伸作用と切断作用とが共存する状態をいう。また、
塩基としては水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム等
の無機塩基やモノエチルアミン、トリエタノールアミ
ン、モルフォリン等の有機塩基が挙げられ、無機塩基の
場合は水溶液の形で、また有機塩基の場合は有機溶媒に
溶解して用いるのが好ましい。
【0020】一方、加水分解工程及び縮合反応工程を通
じての反応温度については、特に限定はされないが、使
用溶媒との関係から0〜100℃、特には15〜80℃
の範囲が好ましい。
【0021】以上の如くして得られる本発明に係る繊維
状粉体は、通常は形状が疑似円柱状をしており、また長
径/短径の比が4以上、好ましくは10以上となってい
る。また、球状粉体については長径/短径の比が1.5
以下、好ましくは1.2以下となっている。尚、粒径に
ついては特に制約はないが実用的な面からは短径が5μ
m〜1mmの範囲のものが好ましい。
【0022】ここで本発明の製造法の特徴について述べ
ると、既述の如く、特定の有機珪素化合物及び珪素化合
物を原料として用い、段階的に且つコントロールされた
条件下で、加水分解更には縮合を行なうことにより、目
的とする球状または繊維状の有機酸化珪素粉体を得るこ
とを可能にした点にある。
【0023】具体的には、例えば先ず反応に使用する溶
媒の種類により繊維状か球状かの形状をコントロールし
得る。すなわち、メタノール、エタノール等のアルコー
ル類を用いた場合は繊維状粉体が生成し易く、エチレン
グリコール、プロピレングリコール等の多価アルコール
類を用いた場合は球状粉体が生成し易い。混合溶媒を用
いた場合には比率の多い方の溶媒に形状が支配され易
い。更には、剪断力の強弱によっても繊維状か球状かの
形状のコントロールが可能である。すなわち、剪断力を
強くする程、切断に至る過程での延伸が強く作用し繊維
状粉体が生成し易く、反対に剪断力が弱いと延伸は殆ど
作用せず、切断と表面張力作用により球状粉体が生成し
易い。
【0024】
【実施例】以下に、実施例により本発明の製造法を更に
詳細に説明する。
【0025】実施例1 スリーワンモーター攪拌機(新東科学社製)、温度計、
冷却管を取り付けた1lセパラブルフラスコ中に、イソ
ブチルトリメトキシシラン40.1g、テトラメトキシ
シラン34.2gとエチルアルコール36gを入れ、溶
解した。次いで、これを250rpmの回転速度で撹拌
しながら2.7×10-3モル/lの塩酸水溶液40.5
gを添加し、50℃で2時間反応させた。その後、攪拌
を続けながらトリエタノールアミン3.6gをエチルア
ルコール36gに溶解した溶液を添加してpHを7以上
とし、70℃で反応を続けた。約12時間で白色沈殿を
生じた後、沈殿をデカンテーションによってエチルアル
コールで洗浄し、ロ別後、110℃で一昼夜乾燥して、
平均短径90μm、長径/短径=20〜40の繊維状粉
体を得た。
【0026】実施例2 実施例1と同様の装置を取り付けた1lセパラブルフラ
スコ中に、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシ
ラン55.9g、テトラメトキシシラン34.2gとエ
チレングリコール36gを入れ、溶解した。次いで、こ
れを250rpmの回転速度で撹拌しながら2.7×1
-3モル/lの塩酸水溶液40.5gを添加し、50℃
で2時間反応させた。その後、撹拌を続けながらトリエ
タノールアミン1.8gをエチレングリコール36gに
溶解した溶液を添加してpHを7以上とし、50℃で反
応を続けた。約30分で白色沈殿を生じた後、沈殿をデ
カンテーションによってメチルアルコールで洗浄し、ロ
別後、110℃で一昼夜乾燥して、平均短径0.2m
m、長径/短径=1.1〜1.2の球状粉体を得た。
【0027】実施例3 実施例1と同様の装置を取り付けた1lセパラブルフラ
スコ中に、フェニルトリエトキシシラン47.6g、テ
トラエトキシシラン52.5gとメチルアルコール48
gを入れ、溶解した。次いでこれを300rpmの回転
速度で撹拌しながら5.4×10-3モル/lの塩酸水溶
液40.5gを添加し、50℃で2時間反応させた。そ
の後、撹拌を続けながら市販の濃水酸化アンモニウム溶
液3.4mlをメチルアルコール48gに溶解した溶液
を添加してpHを7以上とし、50℃で反応を続けた。
約1時間で白色沈殿を生じた後、沈殿をデカンテーショ
ンによってメチルアルコールで洗浄し、ロ別後、110
℃で一昼夜乾燥して平均短径40μm、長径/短径=1
0〜20の繊維状粉体を得た。
【0028】実施例4 実施例1と同様の装置を取り付けた1lセパラブルフラ
スコ中に、ビニルトリメトキシシラン64.8g、テト
ラメトキシシラン2.1gとメチルアルコール36gを
入れ、溶解した。次いでこれを50rpmの回転速度で
撹拌しながら1.8×10-3モル/lの塩酸水溶液6
0.8gを添加し、50℃で2時間反応させた。その
後、撹拌を続けながら市販の濃水酸化アンモニウム溶液
2.6mlをメチルアルコール36gに溶解した溶液を
添加してpHを7以上とし、50℃で反応を続けた。約
2時間で白色沈殿を生じた後、沈殿をデカンテーション
によってメチルアルコールで洗浄し、ロ別後、110℃
で一昼夜乾燥して平均短径60μm、長径/短径=1.
0〜1.1の球状粉体を得た。
【0029】
【0030】
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、加水分解、縮合工程を
経て得られる有機酸化珪素粉体の形状を確実かつ容易に
制御することができ、特には従来のような紡糸工程を経
ることなしに繊維状粉体を得ることができる。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 RSiX3(但し、Rは炭素−珪素結合
    で珪素原子に結合した有機基、Xは加水分解で水酸基を
    生ずる基を表す)で示される有機珪素化合物3〜100
    モル%(但し、100モル%を除く)とSiY4(但
    し、Yは加水分解で水酸基を生ずる基を表す)で示され
    る珪素化合物0〜97モル%(但し、0%モル%を除
    く)とをアルコール類または多価アルコール類から選択
    される有機溶媒中に溶解し、次いで酸水溶液と混合して
    有機珪素化合物及び珪素化合物を加水分解した後、剪断
    力を有する攪拌状態下で、更に塩基を加えてpHを7以
    上に調製することにより縮合反応を行うことを特徴とす
    る球状または繊維状の有機酸化珪素粉体の製造法。
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