JP3932155B2 - 球状シリコーン樹脂微粒子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は合成樹脂の滑り性、耐摩耗性、合成樹脂への光拡散性付与剤、プラスチックフィルムへのブロッキング防止性付与剤、コーティング剤の表面滑り性付与剤、化粧品、ワックスの伸展性、表面滑り性、撥水性付与剤、洗浄剤の研磨性付与剤等として好適な球状シリコーン樹脂微粒子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より各種のポリオルガノシルセスキオキサン微粉末の製造方法が提案されている。例えば、メチルトリクロロシランを水中で加水分解、縮合反応させる方法（ベルギー特許第572412号）、メチルトリアルコキシシランをアルカリ金属水酸化物、アンモニアまたは有機アミンの水溶液中で加水分解、縮合反応させる方法（特公昭40-16917号公報）、メチルトリアルコキシシランをアルカリ土類金属水酸化物またはアルカリ金属炭酸塩の水溶液中で加水分解、縮合反応させる方法（特公昭56-39808号公報）、メチルトリアルコキシシランをアンモニアまたは有機アミンの水溶液中で加水分解、縮合反応させ、70〜80℃の温度で加熱することにより縮合を促進させ、その生成物を洗浄した後粉末化する方法（特公平2-22767 号公報）、また、炭素数６以下のオルガノトリアルコキシシランを有機酸の存在下に加水分解させた後、アルカリ水溶液中で縮合反応させる方法（特開平1-217039号公報）、メチル基の他長鎖アルキル、フェニル基、官能基含有のアルキル基等を含むポリオルガノシルセスキオキサン微粉末（特開平4-202325号公報）等が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの方法で得られたポリオルガノシルセスキオキサン微粉末は、合成樹脂の滑り性、耐摩耗性、光拡散性付与、プラスチックフィルムのブロッキング防止性付与、コーティング剤への表面滑り性付与、化粧品、ワックスへの伸展性、表面滑り性、撥水性付与、洗浄剤の研磨性付与等のためにそれら材料に添加されている。しかし、各種基材の透明性を損なうこと、光の反射のため白く発色してしまうこと、また用途によっては逆に光の反射効率が悪くなるという欠点があった。一方、ポリメチルシルセスキオキサン微粒子の表面のポリメチルシルセスキオキサン分子にアルケニル基、フェニル基、エポキシ基、アクリロキシ基及びアミノ基から選ばれる官能基を含む有機基が結合してなる表面変性ポリメチルシルセスキオキサン球状微粒子（特開平2-163127号公報）、ポリメチルシルセスキオキサン単位からなる核部とパーフロロアルキルシルセスキオキサン単位からなる表層部を有するポリオルガノシルセスキオキサン微粒子（特開平4-122731号公報）等が提案されているが、粒子表面部分のみの組成を変えているだけであるため、前述の光についての諸特性の問題点はまだ十分に改善されていない。
【０００４】
本発明者らは、上記問題点を踏まえ、各種基材の透明性を損なうこと、光の反射のため白く発色してしまうこと、また用途によっては逆に光の反射効率が悪くなるという欠点を改良する球状シリコーン樹脂微粒子について鋭意研究の結果本発明を完成した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明はメチルシルセスキオキサン単位およびフェニルシルセスキオキサン単位からなり、平均粒径が 0.1〜50μｍの二層球状構造の微粒子であり、該微粒子の核部と外層部における両単位の組成比が異なり、且つ、核部と外層部の平均屈折率の差が0.02〜0.20であり、核部の半径が二層球状構造の微粒子半径の35％〜90％の範囲であることを特徴とする球状シリコーン樹脂微粒子であり、アルカリ性水溶液にメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランを撹拌下に滴下し、加水分解縮合反応させ、シリコーン微粒子を製造する工程において、アルカリ性水溶液のpHを10.0〜12.5、温度を０〜40℃として、滴下前期と後期でメチルトリメトキシシラン単位とフェニルトリメトキシシラン単位の組成比を変えて行うことからなる製造方法により得られる上記の球状シリコーン樹脂微粒子である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について詳しく説明する。
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子はメチルシルセスキオキサン単位とフェニルシルセスキオキサン単位からなり、これらはそれぞれ式 CH３SiO３／２、C６H５SiO３／２で示される単位であり、この他に(CH３)３SiO１／２、(CH３)２(C６H５)SiO１／２、(CH３)(C６H５)２SiO１／２、(C６H５)３SiO１／２ 、(CH３)２SiO２／２、(CH３)(C６H５)SiO２／２ 、(C６H５)２SiO２／２ およびSiO４／２などの各単位を20モル％を限度として含有してもよい。
【０００７】
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子は粒子の核部と外層部のメチルシルセスキオキサン単位とフェニルシルセスキオキサン単位の組成比が各々異なるものである。本発明の球状シリコーン樹脂微粒子は二層球状構造の微粒子核部の平均屈折率と二層球状構造の微粒子外層部の平均屈折率の差が0.02より小さいと、組成が均一なシルセスキオキサン粒子と反射、屈折、拡散等の光特性は変わらないし、平均屈折率の差を0.20より大きくすることはメチルシルセスキオキサンとフェニルシルセスキオキサンの組み合わせでは不可能なため、平均屈折率の差は0.02〜0.20が好ましく、より好ましくは0.04〜0.20である。
【０００８】
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子は、その二層球状構造の微粒子核部の半径が二層球状構造の微粒子半径の35％より小さいかまたは90％より大きいと、組成が均一なシルセスキオキサン粒子と反射、屈折、拡散等の光特性は変わらないので、二層球状構造の微粒子核部の半径は二層球状構造の微粒子の35〜90％の範囲である（この関係は微粒子核部体積が微粒子体積の４〜73％にあたる範囲に相当する）ことが好ましく、より好ましくは45〜80％（微粒子核部体積が微粒子体積の９〜51％に相当する）の範囲である。
【０００９】
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子は平均粒径が 0.5μｍより小さいと、滑り性、光拡散性、ブロッキング防止性、伸展性、研磨性向上の効果が低下するし、50μｍより大きいと滑り性、光拡散性、ブロッキング防止性、伸展性、研磨性向上の効果が低下するし、基材の特性を損なう恐れがあるので、これは 0.1〜50μｍであることが必要で、好ましくは 0.5〜20μｍである。
【００１０】
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子は、アルカリ性水溶液に、撹拌下、メチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシラン混合溶液を滴下し加水分解縮合反応を行い、さらに、水および副生成物のメタノールを除去することにより製造される。
【００１１】
本発明で使用されるメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランは球状シリコーン樹脂微粒子の原料であり、それぞれ式CH３Si(OCH３)３、C６H５Si(OCH３)３ で示される化合物である。これらに加えて、球状シリコーン樹脂微粒子の原料としてトリメチルメトキシシラン、フェニルジメチルメトキシシラン、ジフェニルメチルメトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、ジフェニルメトキシシラン、テトラメトキシシランおよびその加水分解物を少量使用してもよい。
【００１２】
本発明で使用されるアルカリ性水溶液に含有されるアルカリ性物質はメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランの加水分解縮合触媒であり、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化バリウムなどのアルカリ土類金属水酸化物、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムなどのアルカリ金属炭酸塩、アンモニア、テトラアンモニウムオキサイドまたはモノメチルアミン、モノエチルアミン、モノプロピルアミン、モノブチルアミン、モノペンタアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミンなどのアミン類などが例示されるが、これらのうちでは水への溶解性、触媒活性および揮発により粉末から容易に除去できるという利点から、アンモニアが好ましく、これには一般的に市販されているアンモニア水溶液（濃度25〜30％）を使用すればよい。
【００１３】
本発明におけるアルカリ性水溶液のpHは10.0より低いとメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランの加水分解縮合速度が遅くなりすぎるし、12.5より高くすると加水分解速度が速くなりすぎて、球状微粒子が得られなくなるので、pHは10.0〜12.5とする必要があり、より好ましくは10.5〜12.0である。
【００１４】
本発明におけるアルカリ性水溶液中でメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランを加水分解縮合させるときの温度は０℃より低いと水溶液が凝固してしまうし、40℃より高くすると粒子が凝集、融着を起こし、球状微粒子を得ることができなくなるので、０〜40℃であることが必要で、より好ましくは０〜25℃である。
【００１５】
本発明におけるアルカリ性水溶液中でメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランを加水分解縮合させるときの撹拌は強く撹拌すると、粒子同士の凝集が起こり球状微粒子を得ることができないので、プロペラ翼、平板翼等を用いる緩い撹拌とすればよいが、トリメトキシシランがアルカリ性水溶液中に分散される程度の撹拌強度が必要である。
【００１６】
本発明におけるアルカリ性水溶液に対するメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランの滴下量は、アルカリ性水溶液100 重量部に対して５重量部未満では生成するシリコーン微粒子の水溶液に対する濃度が低くなりすぎて効率が悪くなるし、40重量部より多くすると粒子同士の凝集が起こり球状微粒子とならないので、５〜40重量部が好ましいが、より好ましくは10〜30重量部である。
本発明におけるメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランの滴下時間は、水溶液のpH、温度、撹拌強度および滴下量によって異なるため一概には言えないが、滴下時間が短いと粒子核部と外層部の屈折率の差が0.02以上にならない可能性があるし、滴下時間が長すぎると粒子同士の凝集が起こり球状微粒子とならないため、30分〜 100時間が好ましい。
【００１７】
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子の製造方法において、メチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランの加水分解縮合反応を行う際、先に滴下したメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランの加水分解縮合の粒子に、後で滴下したメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランの加水分解物が縮合して粒子が生成するため、粒子の核部と外層部のメチルシルセスキオキサン単位とフェニルシルセスキオキサン単位の組成比が異なる球状微粒子とするためには、滴下を前期と後期に分けてそれぞれメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの組成比を変えて行うことが必要である。即ち、前期でメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの混合溶液を滴下し、後期では引き続きその組成比を変えたメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの混合溶液を滴下すればよい。ここで、メチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランは混合溶解させず、別々に滴下してもよい。
【００１８】
この際、球状シリコーン樹脂微粒子の核部と外層部の平均屈折率の差が0.02〜0.20であり、その二層球状構造核部の半径が二層球状構造の微粒子半径の35％〜90％の範囲（核部体積が二層球状構造の微粒子体積の４〜73％にあたる範囲）になるよう、滴下前期のメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの組成比、滴下後期のメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの組成比および滴下前期のメトキシシランと滴下後期のメトキシシランの組成比を設定する必要があり、これは組成が均一なポリフェニルメチルシルセスキオキサンの真比重および屈折率を使って計算することができる。
【００１９】
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子の核部と外層部の平均屈折率の差が0.02〜0.20であり、その核部の半径が二層球状構造の微粒子半径の35％〜90％の範囲（核部体積が粒子体積の４〜73％に相当する範囲）になるのであれば、滴下前期および滴下後期のトリメトキシシラン単位の組成は、メチルトリメトキシシランのみまたはフェニルトリメトキシシランのみとしてもよいし、また、メチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの組成比の変更を２回以上行ってもよく、さらに、連続的に組成比を変更しながら滴下してもかまわない。
【００２０】
本発明においては、トリメトキシシランの滴下終了後、加水分解縮合反応が完全に終了するまでしばらく撹拌を続けておくことが好ましく、加水分解縮合反応を完結させるために加熱してもよいし、その後、必要であれば酸性物質を投入して中和してもよい。トリメトキシシランをアルカリ性水溶液に滴下し加水分解縮合反応させて得られる球状シリコーン微粒子は水性分散液であるから、本発明の球状シリコーン微粒子とするには、これから水および副生成物であるメタノールを除去する必要がある。これには加熱または減圧下に加熱すればよいが、分散液を静置して行う方法、分散液を撹拌流動させながら行う方法、スプレードライヤーのように気流中に分散液を噴霧、乾燥させる方法、流動熱媒体を利用する方法などで行えばよい。この際、前処理として加熱脱水、濾過分離、遠心分離、デカンテーションなどの方法で分散液を濃縮してもよいし、必要ならば水洗浄を行ってもよい。
また、取り出した微粒子が凝集している場合には、ジェットミル、ボールミル、ハンマーミルなどの粉砕器で解砕することも必要である。
さらに、球状シリコーン樹脂微粒子の撥水性、滑り性を向上させるために、シリル化剤、シリコーンオイル、ワックス類、パラフィン類、有機フッ素化合物等で表面処理を施してもよい。
【００２１】
【実施例】
次に実施例を示して、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００２２】
（実施例１）
５リットルのガラスフラスコに水 3,672ｇおよびアンモニア水（濃度28％）86ｇを仕込み、水温20℃としたところ、pHは11.6であった。回転数150rpmでプロペラ翼により撹拌し、液温を15〜25℃に保ちながら、メチルトリメトキシシラン 403ｇを100 分かけて滴下し、引き続きフェニルトリメトキシシラン 339ｇを80分かけて滴下した。さらに15〜25℃で１時間撹拌した後、55〜60℃まで加熱し、引き続き１時間撹拌し、得られた液を加圧濾過器で含水量約30％のケーキ状物とした。次いで、このケーキ状物を熱風循環乾燥機中で 105℃の温度で乾燥し、乾燥物をジェットミルで解砕し、シリコーン樹脂微粒子 360ｇを得た。
【００２３】
得られたシリコーン樹脂微粒子を光学顕微鏡で観察したところ、これは単分散の球状粒子であることが確認され、また、界面活性剤を用いて水に分散させて、その平均粒径をマルチサイザーII（コールター社製）を用いて測定したところ 2.1μｍであった。さらに、ノニオン界面活性剤を 0.1重量％含んだ数種類の屈折率が既知の水溶液に、得られたシリコーン樹脂微粒子を浸し光学顕微鏡で観察し、粒子が確認できるか否かで粒子の屈折率を判別したところ（水溶液の屈折率と粒子の屈折率が同じであると粒子が観察されない）、微粒子核部の屈折率と微粒子外層部の屈折率が異なり、それぞれ1.42、1.58であった。ここで使用したメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの量およびこれらの加水分解縮合物の真比重（それぞれ1.32、1.31）から粒子核部の半径が粒子半径の79.4％であり、核部体積が粒子体積の50.1％である粒子であった（計算値）。
【００２４】
（実施例２）
５リットルのガラスフラスコに水 3,672ｇおよびアンモニア水（濃度28％）86ｇを仕込み、水温20℃としたところ、pHは11.6であった。回転数150rpmでプロペラ翼により撹拌し、液温を15〜25℃に保ちながらフェニルトリメトキシシラン 339ｇを80分かけて滴下し、引き続きメチルトリメトキシシラン 403ｇを 100分かけて滴下した。後は実施例１と同様にして、シリコーン樹脂微粒子 370ｇを得た。得られたシリコーン樹脂微粒子の分布、形状、平均粒径、屈折率、粒子半径に対する粒子核部の半径の割合、粒子体積に対する核部体積の割合について実施例１と同様にして測定または計算した結果を（表１）に示した
【００２５】
（実施例３）
５リットルのガラスフラスコに水 3,672ｇおよびアンモニア水（濃度28％）86ｇを仕込み、水温20℃としたところ、pHは11.6であった。回転数150rpmでプロペラ翼により撹拌し、液温を15〜25℃に保ちながら、メチルトリメトキシシラン87ｇを20分かけて滴下し、引き続きフェニルトリメトキシシラン 655ｇを 160分かけて滴下した。後は実施例１と同様にして、シリコーン樹脂微粒子 380ｇを得た。得られたシリコーン樹脂微粒子の分布、形状、平均粒径、屈折率、粒子半径に対する粒子核部の半径の割合、粒子体積に対する核部体積の割合について実施例１と同様にして測定または計算した結果を（表１）に示した。
【００２６】
（実施例４）
５リットルのガラスフラスコに水 3,672ｇおよびアンモニア水（濃度28％）86ｇを仕込み、水温20℃としたところ、pHは11.6であった。回転数150rpmでプロペラ翼により撹拌し、液温を15〜25℃に保ちながら、メチルトリメトキシシラン 385ｇを 100分かけて滴下し、引き続きメチルトリメトキシシラン 262ｇフェニルトリメトキシシラン95ｇの混合溶解物を80分かけて滴下した。後は実施例１と同様にして、シリコーン樹脂微粒子 320ｇを得た。
得られたシリコーン樹脂微粒子の分布、形状、平均粒径、屈折率、粒子半径に対する粒子核部半径の割合、粒子体積に対する核部体積の割合について実施例１と同様にして測定または計算した結果を（表１）に示した。
【００２７】
（比較例１）
５リットルのガラスフラスコに水 3,672ｇおよびアンモニア水（濃度28％）86ｇを仕込み、水温20℃としたところ、pHは11.6であった。回転数150rpmでプロペラ翼により撹拌し、液温を15〜25℃に保ちながら、メチルトリメトキシシラン 403ｇ、フェニルトリメトキシシラン 339ｇの混合溶解物を 180分かけて滴下した。後は実施例１と同様にして、シリコーン樹脂微粒子 340ｇを得た。得られたシリコーン樹脂微粒子を光学顕微鏡で観察したところ、これは単分散の球状粒子であることが確認され、また、界面活性剤を用いて水に分散させて、その平均粒径をマルチサイザーII（コールター社製）を用いて測定したところ 1.4μｍであった。さらに、ノニオン界面活性剤を 0.1重量％含んだ数種類の屈折率が既知の水溶液に得られたシリコーン樹脂微粒子を浸し光学顕微鏡で観察し、粒子が確認できるか否かで粒子の屈折率を判別したところ、粒子の屈折率は全体に渡り均一で1.50であった。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【発明の効果】
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子を各種基材に配合したとき、従来のポリオルガノシルセスキオキサン微粉末を各種基材に配合したとき発生する現象、即ち、その基材の透明性を損なったり、光反射のため白く発色したり、また、用途によっては、逆に光の反射効率が悪くなることなどの改善が期待される。
【発明の属する技術分野】
本発明は合成樹脂の滑り性、耐摩耗性、合成樹脂への光拡散性付与剤、プラスチックフィルムへのブロッキング防止性付与剤、コーティング剤の表面滑り性付与剤、化粧品、ワックスの伸展性、表面滑り性、撥水性付与剤、洗浄剤の研磨性付与剤等として好適な球状シリコーン樹脂微粒子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より各種のポリオルガノシルセスキオキサン微粉末の製造方法が提案されている。例えば、メチルトリクロロシランを水中で加水分解、縮合反応させる方法（ベルギー特許第572412号）、メチルトリアルコキシシランをアルカリ金属水酸化物、アンモニアまたは有機アミンの水溶液中で加水分解、縮合反応させる方法（特公昭40-16917号公報）、メチルトリアルコキシシランをアルカリ土類金属水酸化物またはアルカリ金属炭酸塩の水溶液中で加水分解、縮合反応させる方法（特公昭56-39808号公報）、メチルトリアルコキシシランをアンモニアまたは有機アミンの水溶液中で加水分解、縮合反応させ、70〜80℃の温度で加熱することにより縮合を促進させ、その生成物を洗浄した後粉末化する方法（特公平2-22767 号公報）、また、炭素数６以下のオルガノトリアルコキシシランを有機酸の存在下に加水分解させた後、アルカリ水溶液中で縮合反応させる方法（特開平1-217039号公報）、メチル基の他長鎖アルキル、フェニル基、官能基含有のアルキル基等を含むポリオルガノシルセスキオキサン微粉末（特開平4-202325号公報）等が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの方法で得られたポリオルガノシルセスキオキサン微粉末は、合成樹脂の滑り性、耐摩耗性、光拡散性付与、プラスチックフィルムのブロッキング防止性付与、コーティング剤への表面滑り性付与、化粧品、ワックスへの伸展性、表面滑り性、撥水性付与、洗浄剤の研磨性付与等のためにそれら材料に添加されている。しかし、各種基材の透明性を損なうこと、光の反射のため白く発色してしまうこと、また用途によっては逆に光の反射効率が悪くなるという欠点があった。一方、ポリメチルシルセスキオキサン微粒子の表面のポリメチルシルセスキオキサン分子にアルケニル基、フェニル基、エポキシ基、アクリロキシ基及びアミノ基から選ばれる官能基を含む有機基が結合してなる表面変性ポリメチルシルセスキオキサン球状微粒子（特開平2-163127号公報）、ポリメチルシルセスキオキサン単位からなる核部とパーフロロアルキルシルセスキオキサン単位からなる表層部を有するポリオルガノシルセスキオキサン微粒子（特開平4-122731号公報）等が提案されているが、粒子表面部分のみの組成を変えているだけであるため、前述の光についての諸特性の問題点はまだ十分に改善されていない。
【０００４】
本発明者らは、上記問題点を踏まえ、各種基材の透明性を損なうこと、光の反射のため白く発色してしまうこと、また用途によっては逆に光の反射効率が悪くなるという欠点を改良する球状シリコーン樹脂微粒子について鋭意研究の結果本発明を完成した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明はメチルシルセスキオキサン単位およびフェニルシルセスキオキサン単位からなり、平均粒径が 0.1〜50μｍの二層球状構造の微粒子であり、該微粒子の核部と外層部における両単位の組成比が異なり、且つ、核部と外層部の平均屈折率の差が0.02〜0.20であり、核部の半径が二層球状構造の微粒子半径の35％〜90％の範囲であることを特徴とする球状シリコーン樹脂微粒子であり、アルカリ性水溶液にメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランを撹拌下に滴下し、加水分解縮合反応させ、シリコーン微粒子を製造する工程において、アルカリ性水溶液のpHを10.0〜12.5、温度を０〜40℃として、滴下前期と後期でメチルトリメトキシシラン単位とフェニルトリメトキシシラン単位の組成比を変えて行うことからなる製造方法により得られる上記の球状シリコーン樹脂微粒子である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について詳しく説明する。
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子はメチルシルセスキオキサン単位とフェニルシルセスキオキサン単位からなり、これらはそれぞれ式 CH３SiO３／２、C６H５SiO３／２で示される単位であり、この他に(CH３)３SiO１／２、(CH３)２(C６H５)SiO１／２、(CH３)(C６H５)２SiO１／２、(C６H５)３SiO１／２ 、(CH３)２SiO２／２、(CH３)(C６H５)SiO２／２ 、(C６H５)２SiO２／２ およびSiO４／２などの各単位を20モル％を限度として含有してもよい。
【０００７】
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子は粒子の核部と外層部のメチルシルセスキオキサン単位とフェニルシルセスキオキサン単位の組成比が各々異なるものである。本発明の球状シリコーン樹脂微粒子は二層球状構造の微粒子核部の平均屈折率と二層球状構造の微粒子外層部の平均屈折率の差が0.02より小さいと、組成が均一なシルセスキオキサン粒子と反射、屈折、拡散等の光特性は変わらないし、平均屈折率の差を0.20より大きくすることはメチルシルセスキオキサンとフェニルシルセスキオキサンの組み合わせでは不可能なため、平均屈折率の差は0.02〜0.20が好ましく、より好ましくは0.04〜0.20である。
【０００８】
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子は、その二層球状構造の微粒子核部の半径が二層球状構造の微粒子半径の35％より小さいかまたは90％より大きいと、組成が均一なシルセスキオキサン粒子と反射、屈折、拡散等の光特性は変わらないので、二層球状構造の微粒子核部の半径は二層球状構造の微粒子の35〜90％の範囲である（この関係は微粒子核部体積が微粒子体積の４〜73％にあたる範囲に相当する）ことが好ましく、より好ましくは45〜80％（微粒子核部体積が微粒子体積の９〜51％に相当する）の範囲である。
【０００９】
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子は平均粒径が 0.5μｍより小さいと、滑り性、光拡散性、ブロッキング防止性、伸展性、研磨性向上の効果が低下するし、50μｍより大きいと滑り性、光拡散性、ブロッキング防止性、伸展性、研磨性向上の効果が低下するし、基材の特性を損なう恐れがあるので、これは 0.1〜50μｍであることが必要で、好ましくは 0.5〜20μｍである。
【００１０】
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子は、アルカリ性水溶液に、撹拌下、メチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシラン混合溶液を滴下し加水分解縮合反応を行い、さらに、水および副生成物のメタノールを除去することにより製造される。
【００１１】
本発明で使用されるメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランは球状シリコーン樹脂微粒子の原料であり、それぞれ式CH３Si(OCH３)３、C６H５Si(OCH３)３ で示される化合物である。これらに加えて、球状シリコーン樹脂微粒子の原料としてトリメチルメトキシシラン、フェニルジメチルメトキシシラン、ジフェニルメチルメトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、ジフェニルメトキシシラン、テトラメトキシシランおよびその加水分解物を少量使用してもよい。
【００１２】
本発明で使用されるアルカリ性水溶液に含有されるアルカリ性物質はメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランの加水分解縮合触媒であり、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化バリウムなどのアルカリ土類金属水酸化物、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムなどのアルカリ金属炭酸塩、アンモニア、テトラアンモニウムオキサイドまたはモノメチルアミン、モノエチルアミン、モノプロピルアミン、モノブチルアミン、モノペンタアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミンなどのアミン類などが例示されるが、これらのうちでは水への溶解性、触媒活性および揮発により粉末から容易に除去できるという利点から、アンモニアが好ましく、これには一般的に市販されているアンモニア水溶液（濃度25〜30％）を使用すればよい。
【００１３】
本発明におけるアルカリ性水溶液のpHは10.0より低いとメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランの加水分解縮合速度が遅くなりすぎるし、12.5より高くすると加水分解速度が速くなりすぎて、球状微粒子が得られなくなるので、pHは10.0〜12.5とする必要があり、より好ましくは10.5〜12.0である。
【００１４】
本発明におけるアルカリ性水溶液中でメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランを加水分解縮合させるときの温度は０℃より低いと水溶液が凝固してしまうし、40℃より高くすると粒子が凝集、融着を起こし、球状微粒子を得ることができなくなるので、０〜40℃であることが必要で、より好ましくは０〜25℃である。
【００１５】
本発明におけるアルカリ性水溶液中でメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランを加水分解縮合させるときの撹拌は強く撹拌すると、粒子同士の凝集が起こり球状微粒子を得ることができないので、プロペラ翼、平板翼等を用いる緩い撹拌とすればよいが、トリメトキシシランがアルカリ性水溶液中に分散される程度の撹拌強度が必要である。
【００１６】
本発明におけるアルカリ性水溶液に対するメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランの滴下量は、アルカリ性水溶液100 重量部に対して５重量部未満では生成するシリコーン微粒子の水溶液に対する濃度が低くなりすぎて効率が悪くなるし、40重量部より多くすると粒子同士の凝集が起こり球状微粒子とならないので、５〜40重量部が好ましいが、より好ましくは10〜30重量部である。
本発明におけるメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランの滴下時間は、水溶液のpH、温度、撹拌強度および滴下量によって異なるため一概には言えないが、滴下時間が短いと粒子核部と外層部の屈折率の差が0.02以上にならない可能性があるし、滴下時間が長すぎると粒子同士の凝集が起こり球状微粒子とならないため、30分〜 100時間が好ましい。
【００１７】
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子の製造方法において、メチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランの加水分解縮合反応を行う際、先に滴下したメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランの加水分解縮合の粒子に、後で滴下したメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランの加水分解物が縮合して粒子が生成するため、粒子の核部と外層部のメチルシルセスキオキサン単位とフェニルシルセスキオキサン単位の組成比が異なる球状微粒子とするためには、滴下を前期と後期に分けてそれぞれメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの組成比を変えて行うことが必要である。即ち、前期でメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの混合溶液を滴下し、後期では引き続きその組成比を変えたメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの混合溶液を滴下すればよい。ここで、メチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランは混合溶解させず、別々に滴下してもよい。
【００１８】
この際、球状シリコーン樹脂微粒子の核部と外層部の平均屈折率の差が0.02〜0.20であり、その二層球状構造核部の半径が二層球状構造の微粒子半径の35％〜90％の範囲（核部体積が二層球状構造の微粒子体積の４〜73％にあたる範囲）になるよう、滴下前期のメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの組成比、滴下後期のメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの組成比および滴下前期のメトキシシランと滴下後期のメトキシシランの組成比を設定する必要があり、これは組成が均一なポリフェニルメチルシルセスキオキサンの真比重および屈折率を使って計算することができる。
【００１９】
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子の核部と外層部の平均屈折率の差が0.02〜0.20であり、その核部の半径が二層球状構造の微粒子半径の35％〜90％の範囲（核部体積が粒子体積の４〜73％に相当する範囲）になるのであれば、滴下前期および滴下後期のトリメトキシシラン単位の組成は、メチルトリメトキシシランのみまたはフェニルトリメトキシシランのみとしてもよいし、また、メチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの組成比の変更を２回以上行ってもよく、さらに、連続的に組成比を変更しながら滴下してもかまわない。
【００２０】
本発明においては、トリメトキシシランの滴下終了後、加水分解縮合反応が完全に終了するまでしばらく撹拌を続けておくことが好ましく、加水分解縮合反応を完結させるために加熱してもよいし、その後、必要であれば酸性物質を投入して中和してもよい。トリメトキシシランをアルカリ性水溶液に滴下し加水分解縮合反応させて得られる球状シリコーン微粒子は水性分散液であるから、本発明の球状シリコーン微粒子とするには、これから水および副生成物であるメタノールを除去する必要がある。これには加熱または減圧下に加熱すればよいが、分散液を静置して行う方法、分散液を撹拌流動させながら行う方法、スプレードライヤーのように気流中に分散液を噴霧、乾燥させる方法、流動熱媒体を利用する方法などで行えばよい。この際、前処理として加熱脱水、濾過分離、遠心分離、デカンテーションなどの方法で分散液を濃縮してもよいし、必要ならば水洗浄を行ってもよい。
また、取り出した微粒子が凝集している場合には、ジェットミル、ボールミル、ハンマーミルなどの粉砕器で解砕することも必要である。
さらに、球状シリコーン樹脂微粒子の撥水性、滑り性を向上させるために、シリル化剤、シリコーンオイル、ワックス類、パラフィン類、有機フッ素化合物等で表面処理を施してもよい。
【００２１】
【実施例】
次に実施例を示して、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００２２】
（実施例１）
５リットルのガラスフラスコに水 3,672ｇおよびアンモニア水（濃度28％）86ｇを仕込み、水温20℃としたところ、pHは11.6であった。回転数150rpmでプロペラ翼により撹拌し、液温を15〜25℃に保ちながら、メチルトリメトキシシラン 403ｇを100 分かけて滴下し、引き続きフェニルトリメトキシシラン 339ｇを80分かけて滴下した。さらに15〜25℃で１時間撹拌した後、55〜60℃まで加熱し、引き続き１時間撹拌し、得られた液を加圧濾過器で含水量約30％のケーキ状物とした。次いで、このケーキ状物を熱風循環乾燥機中で 105℃の温度で乾燥し、乾燥物をジェットミルで解砕し、シリコーン樹脂微粒子 360ｇを得た。
【００２３】
得られたシリコーン樹脂微粒子を光学顕微鏡で観察したところ、これは単分散の球状粒子であることが確認され、また、界面活性剤を用いて水に分散させて、その平均粒径をマルチサイザーII（コールター社製）を用いて測定したところ 2.1μｍであった。さらに、ノニオン界面活性剤を 0.1重量％含んだ数種類の屈折率が既知の水溶液に、得られたシリコーン樹脂微粒子を浸し光学顕微鏡で観察し、粒子が確認できるか否かで粒子の屈折率を判別したところ（水溶液の屈折率と粒子の屈折率が同じであると粒子が観察されない）、微粒子核部の屈折率と微粒子外層部の屈折率が異なり、それぞれ1.42、1.58であった。ここで使用したメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの量およびこれらの加水分解縮合物の真比重（それぞれ1.32、1.31）から粒子核部の半径が粒子半径の79.4％であり、核部体積が粒子体積の50.1％である粒子であった（計算値）。
【００２４】
（実施例２）
５リットルのガラスフラスコに水 3,672ｇおよびアンモニア水（濃度28％）86ｇを仕込み、水温20℃としたところ、pHは11.6であった。回転数150rpmでプロペラ翼により撹拌し、液温を15〜25℃に保ちながらフェニルトリメトキシシラン 339ｇを80分かけて滴下し、引き続きメチルトリメトキシシラン 403ｇを 100分かけて滴下した。後は実施例１と同様にして、シリコーン樹脂微粒子 370ｇを得た。得られたシリコーン樹脂微粒子の分布、形状、平均粒径、屈折率、粒子半径に対する粒子核部の半径の割合、粒子体積に対する核部体積の割合について実施例１と同様にして測定または計算した結果を（表１）に示した
【００２５】
（実施例３）
５リットルのガラスフラスコに水 3,672ｇおよびアンモニア水（濃度28％）86ｇを仕込み、水温20℃としたところ、pHは11.6であった。回転数150rpmでプロペラ翼により撹拌し、液温を15〜25℃に保ちながら、メチルトリメトキシシラン87ｇを20分かけて滴下し、引き続きフェニルトリメトキシシラン 655ｇを 160分かけて滴下した。後は実施例１と同様にして、シリコーン樹脂微粒子 380ｇを得た。得られたシリコーン樹脂微粒子の分布、形状、平均粒径、屈折率、粒子半径に対する粒子核部の半径の割合、粒子体積に対する核部体積の割合について実施例１と同様にして測定または計算した結果を（表１）に示した。
【００２６】
（実施例４）
５リットルのガラスフラスコに水 3,672ｇおよびアンモニア水（濃度28％）86ｇを仕込み、水温20℃としたところ、pHは11.6であった。回転数150rpmでプロペラ翼により撹拌し、液温を15〜25℃に保ちながら、メチルトリメトキシシラン 385ｇを 100分かけて滴下し、引き続きメチルトリメトキシシラン 262ｇフェニルトリメトキシシラン95ｇの混合溶解物を80分かけて滴下した。後は実施例１と同様にして、シリコーン樹脂微粒子 320ｇを得た。
得られたシリコーン樹脂微粒子の分布、形状、平均粒径、屈折率、粒子半径に対する粒子核部半径の割合、粒子体積に対する核部体積の割合について実施例１と同様にして測定または計算した結果を（表１）に示した。
【００２７】
（比較例１）
５リットルのガラスフラスコに水 3,672ｇおよびアンモニア水（濃度28％）86ｇを仕込み、水温20℃としたところ、pHは11.6であった。回転数150rpmでプロペラ翼により撹拌し、液温を15〜25℃に保ちながら、メチルトリメトキシシラン 403ｇ、フェニルトリメトキシシラン 339ｇの混合溶解物を 180分かけて滴下した。後は実施例１と同様にして、シリコーン樹脂微粒子 340ｇを得た。得られたシリコーン樹脂微粒子を光学顕微鏡で観察したところ、これは単分散の球状粒子であることが確認され、また、界面活性剤を用いて水に分散させて、その平均粒径をマルチサイザーII（コールター社製）を用いて測定したところ 1.4μｍであった。さらに、ノニオン界面活性剤を 0.1重量％含んだ数種類の屈折率が既知の水溶液に得られたシリコーン樹脂微粒子を浸し光学顕微鏡で観察し、粒子が確認できるか否かで粒子の屈折率を判別したところ、粒子の屈折率は全体に渡り均一で1.50であった。
【００２８】
【表１】
【発明の効果】
本発明の球状シリコーン樹脂微粒子を各種基材に配合したとき、従来のポリオルガノシルセスキオキサン微粉末を各種基材に配合したとき発生する現象、即ち、その基材の透明性を損なったり、光反射のため白く発色したり、また、用途によっては、逆に光の反射効率が悪くなることなどの改善が期待される。
Claims (2)
- メチルシルセスキオキサン単位およびフェニルシルセスキオキサン単位からなり、平均粒径が 0.1〜50μｍの二層球状構造の微粒子であり、該微粒子の核部と外層部における両単位の組成比が異なり、且つ、核部と外層部の平均屈折率の差が0.02〜0.20であり、核部の半径が二層球状構造の微粒子半径の35％〜90％の範囲であることを特徴とする球状シリコーン樹脂微粒子。
- アルカリ性水溶液にメチルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランを撹拌下に滴下し、加水分解縮合反応させ、シリコーン微粒子を製造する工程において、アルカリ性水溶液のpHを10.0〜12.5、温度を０〜40℃として、滴下前期と後期でメチルトリメトキシシラン単位とフェニルトリメトキシシラン単位の組成比を変えて行うことからなる製造方法により得られる請求項１記載の球状シリコーン樹脂微粒子。
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