JP4491200B2 - Method for producing polyorganosiloxane particles and method for producing silica particles - Google Patents

Method for producing polyorganosiloxane particles and method for producing silica particles Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリオルガノシロキサン粒子の製造方法およびシリカ粒子の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス素子、タッチパネル等のスペーサや標準粒子などとして用いられる、粒径が例えば10μmより大きく、かつ粒径分布が単分散のポリオルガノシロキサン粒子を効率よく製造する方法、およびこの方法で得られたポリオルガノシロキサン粒子を焼成処理し、前記用途に用いられるシリカ粒子を製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、粒径分布が単分散状のシリカ粒子(以下、単に単分散シリカ粒子ということがある)は、各種充填材やセラミックス原料などとして有用であることが知られているが、特に近年、液晶表示装置のスペーサとしての用途が注目され、使用され始めている。
液晶表示装置のスペーサには、従来ガラスファイバーチップあるいは合成樹脂の微粒子が用いられてきた。しかしながらガラスファイバーチップはファイバー径精度には優れているものの、その長さにばらつきが大きく、余りに長いものは目視され画質を低下するおそれがあり、またその端部が鋭利であるため、基板上に成形された配向膜や保護膜、カラーフィルターあるいは電気素子などを傷つけてしまうおそれがある。また、合成樹脂の微粒子は粒径精度に劣り、かつ軟らかいため、液晶表示装置用スペーサとして要求される性能を満たし得ないことがある。したがって、より高度のギャップ精度を要求される場合には、粒径精度が良く、かつ球形で、基板上に形成された配向膜や保護膜、カラーフィルターあるいはITO導電膜等の電気素子を傷つけるおそれのないものが要求される。
【0003】
これらの要求を満たすものとして、シリコンアルコキシドを加水分解・重縮合することによって得られたシリカ粒子が提案されている。このシリカ粒子は、
(1)純度が高く、溶出成分による液晶への影響が少ない
(2)粒径精度が良く、下式
CV(%)=[微粒子径の標準偏差(μm)]/[平均粒子径(μm)]×100
で得られるCV値(変動係数)を10%以下とすることができる
(3)ほとんど完全な真球にすることができるため、基板上に形成された配向膜や保護膜、カラーフィルターあるいはITO導電膜等の電気素子などを傷つけるおそれがない
などの利点を有している。
【0004】
シリコンアルコキシドの加水分解・重縮合により得られたシリカ粒子は上記のような利点を有するため、これまで数多くの製造方法が提案されている。
例えば、球状ポリメチルシルセスキオキサンの製造方法として、メチルトリアルコキシシランやその部分加水分解縮合物と、アンモニアやアミンを含む水溶液または水と有機溶剤との混合溶剤溶液とを、実質上混合することなく、2層状態を保持しながら反応させる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
しかしながら、この方法においては、生成するポリメチルシルセスキオキサン粒子の粒径は、仕込み時の下層中のアンモニアやアミンの濃度によって制御されるが、核粒子の生成が不確定なため、発生粒子核数にバラツキが生じやすく、同一反応条件で反応を行っても、最終的に得られる粒子の径が目的とする粒径にならないという問題がある。例えば、平均粒径が5μmの粒子を得る目的で、同一条件で10回製造を行った場合、目的の粒径に対して40%程度(約±2.0μm)のバラツキが生じる。
【0006】
このように、所望の粒径が得られないと、厳密にその粒径精度が要求される液晶表示装置用スペーサなどには使用しにくいという問題が生じる。
そこで、本発明者らは、粒径4〜10μm程度で、かつ粒径分布が単分散のポリオルガノシロキサン粒子を、所望の粒径のものが得られるように、効率よく製造する方法について研究を重ね、先に、非加水分解性基と加水分解性のアルコキシル基がケイ素原子に結合したケイ素化合物を、均一な水性溶液とし、加水分解、縮合させてシード粒子液を調製したのち、特定の関係式に従って求められた希釈倍率に基づき、上記ケイ素化合物の水性溶液で希釈操作を行い、該粒子を成長させる方法を見出し、特許出願した(特許文献2参照)。
【0007】
ところで、最近、液晶表示装置の仕様変更により、これまでスペーサとして好適と考えられていた粒径の範囲(4〜10μm)を超える粒径を有するスペーサを必要とする場合が多くなってきた。また、有機エレクトロルミネッセンス素子やタッチパネル用では、粒径が数十μm程度の大きさのスペーサが必要とされている。
【0008】
有機ケイ素化合物を水性媒体中で、加水分解・縮合反応させることによってポリオルガノシロキサン粒子を製造する際に、10μmより大きな粒径の粒子を得る場合は、従来、(1)塩基性触媒を用いる場合、濃度を低くするか、(2)シード形成工程を経て、原料などを添加する多段階の粒子成長工程を設ける方法がとられている。しかしながら、これらの方法においては、以下に示すような問題がある。
(1)塩基性触媒の濃度を低く設定する場合
加水分解、縮合粒子を形成させるために、最低限の必要な濃度の下限があり、その下限を下回ると粒子の析出や成長が行われないことや凝集が発生するなどの問題があった。そのため、該手法には、限界がある。
(2)成長工程を多段階行う場合
まず、前提として、単分散粒子を形成する際には、溶液中における粒子濃度に限界がある。これは、粒子濃度が高いと凝集発生するためである。さらに、大粒径化を試みる場合には、粒子濃度が高いと、例えば、シード粒子の粒径から2倍成長させようとすると、シード粒子形成に要した原料と比較して8倍の原料が必要となるように、添加する原料量に対する粒子成長量が小さくなるため、不利である。したがって、シード粒子形成後、粒子濃度が低い状態で粒子成長工程を行うことが一般的である。
【0009】
ここで、
(a)成長工程で触媒を添加しない場合
上記の理由から、シード形成後の溶液を希釈する操作を行うが、大粒径化のためにシード粒子数を減らす場合は、その分、触媒濃度も比例して低くなり、触媒量の観点から成長量に限界がある。一方、触媒量を多くしようとする場合、まず、シード液の希釈率を下げて、触媒量を多くすることは、結局、上記シード粒子数が増える観点から、不利である。さらに、別の視点から、高触媒濃度中でシード粒子を形成させようと試みるとシード粒子の粒子径が小さくなり、先の理由により、成長には多くの原料が必要になり、その結果、粒子濃度に限界があることから、結局希釈を余儀なくされ、触媒濃度は低くなる。
(b)一方、触媒を添加する場合は、明確な理由はわからないが、触媒添加時毎に、新たな粒子核が発生してしまう。そのため、工程数を増やし、触媒添加を行うのに比例して、目的とする粒子以外のそれぞれ独立した粒径ピークを有する粒子がいくつも発生し、かなり大幅な歩留り低下を招く。さらに、成長工程のみで飛躍的な大粒径化を行うには、限界があった。
【0010】
一方、ポリメチルシルセスキオキサン粉末を、その分子内に有する有機基(メチル基)が分解する温度(500〜1300℃)にて焼成することにより、真球状シリカ粒子を製造する方法が開示されている(例えば、特許文献3参照)。しかしながら、この方法においては、ポリメチルシロキサン粒子を焼成してシリカ化する際、粒径の収縮が著しく、目的とするシリカ粒子の最終粒径を精度よく得るのが困難であるなどの問題があった。したがって、この方法で得られるシリカ粒子は、特に高い粒径精度[低CV値、低い粒径のブレ(目的粒子の粒径−得られた粒子の粒径)]が要求される液晶表示装置のスペーサなどの用途には不適であった。また、焼成時に有機基の分解、脱離が急激に起こり、粒子の破壊強度が低下したり、粒子が割れる場合があるなどの問題があった。
そこで、本発明者らは,このような問題を解決するために、先に,ポリオルガノシロキサン粒子を、その中に含まれる有機基の分解温度より100℃低い温度ないし有機基の分解温度未満の温度において予備焼成処理したのち、当該有機基の分解温度以上の温度で焼成処理するシリカ粒子の製造方法を見出し、特許を出願した(例えば特許文献4参照)。
【0011】
【特許文献1】
特公平4−70335号公報
【特許文献2】
特開2002−80598号公報
【特許文献3】
特公平5−13089号公報
【特許文献4】
特開2001−302227号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情のもとで、本発明の第1の目的は、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス素子、タッチパネル等のスペーサや標準粒子などとして用いられる、粒径が例えば10μmより大きく、かつ粒径分布が単分散のポリオルガノシロキサン粒子を効率よく製造する方法を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、ポリオルガノシロキサン粒子を焼成してシリカ粒子を製造する方法において、高い粒径精度[低CV値、低い粒径のブレ(目的粒子の粒径−得られた粒子の粒径)]のシリカ粒子を、破壊強度の低下や割れなどが生じることなく、簡便な操作で短時間に製造する工業的に有利な製造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記第1の目的を達成するために鋭意研究を重ね、成長工程のみでの大粒径化には限界があることから、シード粒子形成工程で得られるシード粒子を大粒径化すれば、成長工程が少なくて済むことで歩留りが向上し、また従来の成長工程で、より大きな粒子を得ることができる可能性があることに着目し、さらに研究を進めた。その結果シード粒子形成工程において、水性媒体に有機ケイ素化合物を溶解してシード粒子形成用液を調製する際に、極少量の塩基性触媒を添加し、いったん粒子を析出させた後、従来どおりの量(濃度)の塩基性触媒を添加することで、塩基性触媒を極少量添加しない場合よりも大きなシード粒子が得られ、従来、実現できなかった大粒径シード粒子を製造することができ、したがって大粒径のシード粒子を形成させた後、従来の成長工程を行うことで、最終的に、収率よく所望の粒径の粒子を得ることができ、また、成長工程を行わなくとも所望の粒径の粒子が得られる場合があり、第1の目的を達成し得ることを見出した。
【0014】
また、ポリオルガノシロキサン粒子を加熱処理して、その中に含まれる有機基を分解する際、該有機基の分解温度以上の温度に直ちに昇温すると、該有機基の分解、脱離が急激に起こり、粒径が著しく収縮したり、粒子の破壊強度が低下したり、粒子が割れる場合がある。本発明者らは、このような問題を解決するために、さらに研究を重ね、特定の温度で予備焼成したのち、該有機基の分解温度以上の温度で本焼成することにより、上記問題を解決することができ、第2の目的を達成し得ることを見出した。
【0015】
本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、
(1)一般式(I)
nSi(OR4 −n …(I)
(式中、Rは非加水分解性基であって、炭素数1〜20のアルキル基、(メタ)アクリロイルオキシ基若しくはエポキシ基を有する炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基または炭素数7〜20のアラルキル基、Rは炭素数1〜6のアルキル基、nは1〜3の整数を示し、Rが複数ある場合、各Rはたがいに同一であっても異なっていてもよく、ORが複数ある場合、各ORはたがいに同一であっても異なっていてもよい。)
で表されるケイ素化合物を水性溶液とし、塩基性触媒存在下で加水分解、縮合させて、ポリオルガノシロキサン粒子を製造する方法において、前記ケイ素化合物を水性媒体に溶解するに際し、前記水性媒体に対し、0.7〜6.5質量ppmの塩基性触媒を添加して、予備的に加水分解、縮合させたのち、これに、塩基性触媒を添加し、ポリオルガノシロキサン粒子を形成させることを特徴とするポリオルガノシロキサン粒子の製造方法、
(2)ポリオルガノシロキサン粒子からなるシード粒子を形成させる工程と、該シード粒子を成長させる工程を有する上記(1)項に記載の方法。
(3)塩基性触媒がアンモニアである上記(1)または(2)項に記載の方法、
(4)一般式(I)で表されるケイ素化合物がメチルトリメトキシシランまたはビニルトリメトキシシランである上記(1)、(2)または(3)項に記載の方法、
(5)製造されたポリオルガノシロキサン粒子の平均粒子径が10μmを超え、かつ粒度分布の変動係数(CV値)が5%以下である上記(1)ないし(4)項のいずれか1項に記載の方法、および
(6)上記(1)ないし(5)項のいずれか1項に記載の方法でポリオルガノシロキサン粒子を製造し、得られたポリオルガノシロキサン粒子を、その中に含まれる有機基の分解温度より150℃低い温度ないし有機基の分解温度未満の温度において予備焼成処理したのち、当該有機基の分解温度以上の温度で焼成処理することを特徴とするシリカ粒子の製造方
提供するものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
まず、本発明のポリオルガノシロキサン粒子の製造方法について説明する。
本発明の方法においては、原料として、一般式(I)
1 Si(OR24-n …(I)
で表されるケイ素化合物が用いられる。
上記一般式(I)において、R1は炭素数1〜20のアルキル基、(メタ)アクリロイルオキシ基若しくはエポキシ基を有する炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基又は炭素数7〜20のアラルキル基を示す。ここで、炭素数1〜20のアルキル基としては、炭素数1〜10のものが好ましく、またこのアルキル基は直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。このアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。(メタ)アクリロイルオキシ基若しくはエポキシ基を有する炭素数1〜20のアルキル基としては、上記置換基を有する炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、またこのアルキル基は直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。この置換基を有するアルキル基の例としては、γ−アクリロイルオキシプロピル基、γ−メタクリロイルオキシプロピル基、γ−グリシドキシプロピル基、3,4−エポキシシクロヘキシル基などが挙げられる。炭素数2〜20のアルケニル基としては、炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、また、このアルケニル基は直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。このアルケニル基の例としては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ヘキセニル基、オクテニル基などが挙げられる。炭素数6〜20のアリール基としては、炭素数6〜10のものが好ましく、例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基などが挙げられる。炭素数7〜20のアラルキル基としては、炭素数7〜10のものが好ましく、例えばベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、ナフチルメチル基などが挙げられる。
【0017】
一方、R2は炭素数1〜6のアルキル基であって、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、その例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。nは1〜3の整数であり、R1が複数ある場合、各R1はたがいに同一であってもよいし、異なっていてもよく、またOR2が複数ある場合、各OR2はたがいに同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【0018】
前記一般式(I)で表されるケイ素化合物の例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシランなどが挙げられる。これらの中で、ポリオルガノシロキサン粒子として得られた後、加熱処理によってシリカ化する工程において、その粒径収縮が少ないことや有機分除去によるシリカ化の際の効率などから、有機成分の少ないものが好ましい。したがって、メチルトリメトキシシランおよびビニルトリメトキシシランが好ましく、特にメチルトリメトキシシランが好適である。
【0019】
本発明においては、原料として、前記一般式(I)で表されるケイ素化合物を1種用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の方法は、前記ケイ素化合物を実質上均一な水性溶液とし、これにppmオーダーの微量の塩基性触媒を添加して、予備的に加水分解、縮合させたのち、ポリオルガノシロキサン粒子の形成に必要な量の塩基性触媒を添加し、該粒子を形成させる。
この方法においては、ポリオルガノシロキサン粒子からなるシード粒子を形成させる工程(シード粒子形成工程)、および該シード粒子を成長させる工程(粒子成長工程)を施すことができ、そして前記シード粒子形成工程において、前記ケイ素化合物を水性媒体に溶解してシード粒子形成用液を調製するに際し、ppmオーダーの微量の塩基性触媒を添加して、前記ケイ素化合物の加水分解、縮合粒子を形成させたのち、これに所定量の塩基性触媒を添加し、シード粒子を形成させることができる。
【0020】
次に、各工程について説明する。
シード粒子形成工程
この工程においては、(1)シード粒子形成用液の調製および(2)シード粒子の形成の操作が行われる。
本発明の方法においては、シード粒子の形成および粒子径の成長を、それぞれ水性媒体を用いた実質的な均一系で実施するために、シード粒子形成用液の調製に用いられるケイ素化合物としては、前記一般式(I)で表される化合物の中から、比重に関係なく、適宜選択して使用することができる。シード粒子の形成および粒子径の成長を、それぞれ2層法で実施する場合には、ケイ素化合物として、水性媒体よりも比重の軽いものを用いることが必要であるので、原料の種類が制限されるのを免れないが、本発明においては、このような比重の制約がないので、原料の選択自由度が大きい。
【0021】
該ケイ素化合物としては、水性媒体に対して混和性を有するものであればよく、特に制限はないが、なかでも水性媒体に溶解しやすいもの、例えばメトキシ基を有するケイ素化合物が好適である。また、焼成によってシリカ粒子を得る場合には、前述のようにケイ素含有率の高いメチルトリメトキシシランが最も好ましい。
〈シード粒子形成用液の調製〉
シード粒子形成用液の調製には、溶媒として水性媒体が用いられる。この水性媒体としては、水または水と水混和性有機溶剤との混合物を用いることができる。ここで、水混和性有機溶剤の例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどの低級アルコール類、アセトンなどのケトン類などが挙げられる。これらは単独で水と混合してもよいし、2種以上を組み合わせて水と混合してもよい。本発明においては、この水性媒体として、通常水が用いられる。水を用いる場合、水道水であってもよいし、イオン交換水であってもよいが、ppmオーダーの微量の塩基性触媒の添加が重要な役割を果たすことから、特に電気伝導度0.5×10−4S/cm以下のイオン交換水が好ましい。
【0022】
シード粒子形成用液の調製は、上記水性媒体中に、微量の所定量の塩基性触媒と所定ケイ素化合物を添加し、通常0〜50℃程度の温度で撹拌して実質上均一な水性液とすることにより、行われる。この際、ケイ素化合物の濃度は、20質量%以下が好ましく、特に5〜15質量%の範囲が、生成するシード粒子の粒径および容積効率などの点から好適である。
上記塩基性触媒としては、アンモニアやアミン類を挙げることができる。
【0023】
ここで、アミン類としては、例えばモノメチルアミン、ジメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、エチレンジアミンなどを好ましく挙げることができる。このアンモニアやアミン類は単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよいが、毒性が少なく、除去が容易で、かつ安価なことから、アンモニアが好適である。
【0024】
この塩基性触媒の添加量は、使用水性媒体に対し、0.7〜6.5質量ppmの範囲で選定される。この添加量が上記範囲を逸脱すると本発明の効果が発揮されない。好ましい添加量は塩基性触媒の種類、水性媒体の種類、ケイ素化合物の種類や濃度、シード粒子形成用液の調製温度などによって左右されるが、通常1.0〜5.0質量ppmの範囲で選定される。
また、シード粒子形成用液調製時の攪拌速度については、該シード粒子形成用液の調製容器の大きさおよび羽根の大きさなどにより攪拌効果が異なるため、一概に決めることはできない。
さらに、ケイ素化合物を溶解させるに要する時間は、溶解時の温度などに左右されるため、特に限定されないが、溶解時間が長すぎると本発明の効果が十分に発揮されない。
〈シード粒子の形成〉
上記で調製したシード粒子形成用液を攪拌しながら、シード粒子の形成および次工程のシード粒子の成長に必要な量の上記塩基性触媒を加え、ケイ素化合物を加水分解、縮合させてシード粒子を形成させる。
【0025】
この際、塩基性触媒の添加量は、シード粒子形成後のシード粒子液のpHが、好ましくは8.2〜11.0の範囲になるように選定するのが有利である。反応温度は、原料のケイ素化合物の種類などにより左右されるが、一般的には0〜50℃の範囲で選ばれる。
シード粒子の形成時間は、通常1時間以内で十分である。シード粒子を2層法で形成する場合には、4〜10時間程度を要するが、本発明のように実質的な均一系による方法を採用すると、はるかに短時間でシード粒子を形成させることができる。
このようにしてシード粒子形成後、シード粒子液の一部を採取し、保護コロイド形成剤と接触させて、シード粒子に保護コロイドを形成させたのち、例えばコールターカウンターにて、該シード粒子の粒子径を測定することにより、シード粒子の平均粒子径を求めることができる。
【0026】
ここで、保護コロイド形成剤としては、例えばアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアルキルアリールスルホン酸塩、ドデシルスルホン酸ナトリウムなどのアルキルスルホン酸塩、ラウリン酸ナトリウムなどの脂肪酸石鹸などのアニオン性界面活性剤、ポリメタクリル酸、アルギン酸、ポリマレイン酸、ポリビニルアルコールなどの高分子界面活性剤などを挙げることができる。これらの中で、特にポリビニルアルコールが好適である。これらの保護コロイド形成剤は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
このシード粒子形成工程においては、平均粒子径が4〜15μm程度のシード粒子を形成することができる。
なお、この工程において、平均粒子径が10μmよりも大きな所望の大粒径粒子が得られた場合には、次工程の粒子成長工程を施さなくてもよい。
粒子成長工程
この工程においては、粒子成長用液の調製および粒子径の成長の操作が行われる。
【0027】
該工程における粒子径の成長操作は、一段階で行ってもよいし、必要に応じ、さらに粒径制御操作を施してもよい。
〈粒子成長用液の調製〉
この粒子成長用液の調製は、前記水性媒体中に所定のケイ素化合物を添加し、通常0〜50℃程度の温度で撹拌して実質上均一な水性溶液とすることにより、行われる。この際、ケイ素化合物の濃度は、20質量%以下が好ましく、特に5〜15質量%の範囲が、成長粒子の粒径および容積効率などの点から好適である。また、この粒子成長用液においては、ケイ素化合物の種類、その濃度及び水性媒体の種類などは、前記シード粒子形成用液のそれらと同一であってもよいし、異なっていてもよいが、作業性や得られる粒子の性状などの点から、同一であるものが好ましい。
【0028】
さらに、上記粒子成長用液には、成長粒子の凝集などを防止する目的で、必要に応じ、アニオン性界面活性剤を添加することができる。このアニオン性界面活性剤としては、HLB値(親水性と親油性のバランスを表す指標)が15〜42の範囲にあるものが好ましく、さらに高級アルコール硫酸エステル塩(長鎖アルキル硫酸塩)が好ましく、特にドデシル硫酸ナトリウムが好適である。
【0029】
なお、粒子径の成長操作に次いで、粒径制御操作を行う場合には、粒子成長用液と粒径制御用液は同一のものを用いてもよいし、別のものを用いてもよい。
〈粒子径の成長〉
上記の粒子成長用液を攪拌しながら、これに、前述のシード粒子液を加え、粒子径を成長させる。この際の反応温度は、原料のケイ素化合物の種類などに左右されるが、一般的には0〜50℃の範囲で選ばれる。
【0030】
本発明においては、上記粒子径の成長は、一般に3時間以内で十分である。2層法を採用して粒子径を成長させる場合、通常6〜10時間程度を要するが、本発明のように実質的な均一系で行うことにより、はるかに短時間で粒子径を成長させることができる。2層法の場合、上層のケイ素化合物が、空気中の水分などによって自己縮合を起こして変質し、例えば飴状になって撹拌翼に巻き付いたりして、粒子径の成長に使用されるケイ素化合物量が低下し、所望の粒子径を有する粒子が得られない場合がある。これに対し、本発明の方法では、実質的な均一系で粒子径を成長させるので、このような問題は生じない。
【0031】
本発明においては、このようにして粒子を成長させたのち、必要に応じ、さらに粒径制御操作を施すことができる。この場合、上記粒子成長液を攪拌しながら、これに粒径制御用液(所定のケイ素化合物を含む水性溶液)を添加し、さらに粒径を成長させ、目的の粒子径を有するポリオルガノシロキサン粒子を得る。
本発明においては、粒子径の成長の終了は、例えば光学顕微鏡ビデオミクロメーターで、連続的あるいは一定時間おきに粒子径を測定し、該粒子径の変化が実質上なくなった時点で、粒子径の成長が終了したと判断することができる。
このようにして、粒子成長工程終了後、粒子成長液に、塩基性触媒を添加して熟成を行う。この熟成は、原料のケイ素化合物の種類にもよるが、通常の0〜50℃の範囲の温度において、6〜24時間程度行われる。
【0032】
この熟成操作終了後、常法に従い生成した粒子を十分に洗浄したのち、必要に応じ、その中に含まれる比率の高い粒径の粒子を分級して取り出し、乾燥処理を行う。分級処理方法としては特に制限はないが、粒径により沈降速度が異なるのを利用して分級を行う湿式分級法が好ましい。なお、ポリオルガノシロキサン粒子を最終的にシリカ粒子化する場合、上記の湿式分級は水を用いることが可能となるシリカ粒子化後に行うことが、コストや環境の面から好ましい。乾燥処理は、通常100〜200℃の範囲の温度で行われる。本発明においては、この乾燥処理において、粒子の凝集が実質上生じることはない。
このような本発明の方法で得られたポリオルガノシロキサン粒子は、平均粒子径が、通常10μmより大きく、好ましくは12.5〜25μmである。また、粒度分布の変動係数(CV値)が、通常5%以下、好ましくは2.5%以下であって、真球状の単分散粒子である。
【0033】
なお、変動係数(CV値)は下式により求められる。
CV値(%)=(粒径の標準偏差/平均粒径)×100
次に、本発明のシリカ粒子の製造方法について説明する。
この方法は、ポリオルガノシロキサン粒子を焼成処理して、その中に含まれる有機基を分解し、シリカ粒子を製造する方法であって、上記ポリオルガノシロキサン粒子として、前述の製造方法で得られたポリオルガノシロキサン粒子を用いる。
この方法においては、前述の方法で得られたポリオルガノシロキサン粒子を、その中に含まれる有機基の分解温度より150℃低い温度ないし有機基の分解温度未満の温度において予備焼成処理したのち、当該有機基の分解温度以上の温度で焼成処理してシリカ粒子を製造する。
【0034】
該ポリオルガノシロキサン粒子に含まれる有機基の分解温度以上の温度に直ちに昇温して焼成すると、当該有機基の分解、脱離が急激に起こり、粒子の破壊強度が低下したり、場合によっては急激な収縮に耐えきれず、粒子が割れるなど、好ましくない事態を招来することがある。しかし、本発明のように、当該有機基の分解温度より150℃低い温度ないし有機基の分解温度未満の温度で予備焼成処理を行ってから、当該有機基の分解温度以上の温度で焼成処理することにより、上記の好ましくない事態を回避することができる。焼成温度の選定は、ポリオルガノシロキサン粒子を構成する有機基の種類に依存しており、熱分解しやすい有機基を有する場合、比較的低い温度で処理するのが望ましく、反対に熱分解しにくい有機基を有する場合には高温で処理するのが好ましい。いずれにしても、必要となる破壊強度や弾性率に応じて最適な条件を選定すればよい。具体的には、ポリメチルシルセスキオキサン(PMSO)粒子の場合、250〜350℃の範囲の温度において3〜50時間程度保持して予備焼成処理を行ったのち、500〜1000℃の範囲の温度において3〜50時間程度保持して焼成処理し、有機基を完全に分解する。
【0035】
上記焼成処理における雰囲気としては、有機基を酸化分解してシリカ化するために、酸素濃度が一定以上、例えば10容量%以上であることが好ましい。また、焼成装置については特に制限はなく、電気炉やロータリーキルンなど公知の焼成装置を用いることができる。
【0036】
【実施例】
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例1
(1)シード粒子形成用液の調製
イオン交換水5,000gに、1モル/リットルアンモニア水0.8ミリリットル(NH:2.7ppm)、メチルトリメトキシシラン(以下、MTMSと略記する。)500gを添加して25℃にて100rpmで攪拌した。約3時間後にMTMSは完全に溶解して均一溶液となり、薄く白濁していた。これをシード粒子形成用液とした。このシード粒子形成用液における微小粒子の粒径分布をコールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)にて測定した。この粒径分布チャートを図1に示す。
(2)粒子成長用液の調製
イオン交換水33,000gに、MTMS 4,950gを添加して、30℃にて100rpmで攪拌した。約3時間後にMTMSは完全に溶解して均一溶液となり、これを粒子成長用液とした。
(3)シード粒子の形成
上記(1)で調製したシード粒子形成用液において、攪拌速度を30rpmに下げて、これに1モル/リットルアンモニア水50ミリリットルを一気に添加した。添加20分後のシード粒子液0.2ミリリットルを0.1質量%ポリビニルアルコール水溶液2ミリリットルに添加して、該シード粒子液におけるシード粒子の粒径分布をコールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)にて測定した。この粒径分布チャートを図2に示す。該シード粒子は、平均粒子径が5.477μmであり、CV値が2.57%であった。
(4)粒子成長
上記(2)の粒子成長用液全量を20rpmで攪拌しながら、これに上記(3)で得られたシード粒子液5,528gを添加した。
(5)反応停止
上記(4)におけるシード粒子液の添加から、10分毎に光学顕微鏡ビデオミクロメーター(オリンパス社製ビデオミクロメーター「VM−50」)で粒子径を測定した。添加から30分後と35分後は、いずれも平均粒子径が約14.8μmであり、粒径成長が終了したと判断して、2.5質量%アンモニア水1,000gを定量ポンプにて滴下して熟成を行った。
【0037】
このようにして得られたポリメチルシルセスキオキサン(PMSO)粒子の粒径分布をコールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)にて測定した。この粒径分布チャートを図3に示す。該PMSO粒子の平均粒子径は14.73μmであり、CV値が1.63%であった。
(6)微小粒子の分級および乾燥
得られた粒子は遠心分離機により固液分離し、その後メタノール中で超音波を照射後、デカンテーションを行う操作を数回繰り返すことによって、微小粒子を除去した。残った粒子は風乾したのち、残留メタノールを除去するために150℃にて乾燥させた。このようにして得られたPMSO粒子の収率は70%であった。
実施例2
実施例1で得られたPMSO粒子を、空気流量1リットル/分の条件で、室温から300℃まで昇温し、その温度で24時間保持して予備焼成した後、550℃まで昇温し、その温度で9時間保持して本焼成した。本焼成後、室温まで冷却し、焼成粒子を取り出した。この焼成粒子について水中に分散させた後に一定時間放置すると、最も多く含まれている粒子群を含む層と、それよりも大きい粒子のみおよびそれより小さい粒子のみをそれぞれ含む層の三層に分かれる状態になる。その状態で、まず小さい粒子の層を抽出、除去する操作を、その層が透明になるまで繰り返し行い、目的粒子より小さい粒子を除去した。残された層については、粒子のない透明な上澄み液との界面近傍は、体積による沈降速度の違いにより目的粒子のみ含まれているので、この部分を抽出する操作を繰り返し、目的粒子のみを分離した。分級後に得られた粒子について、コールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)にて粒径測定を行ったところ、平均粒子径が11.93μmであり、CV値が1.75%であった。
実施例3
(1)シード粒子形成用液の調製
イオン交換水5,000gに、1モル/リットルアンモニア水0.8ミリリットル(NH:2.7ppm)、MTMS 500gを添加して25℃にて100rpmで攪拌した。約3時間後にMTMSは完全に溶解して均一溶液となり、薄く白濁していた。これをシード粒子形成用液とした。
(2)粒子成長用液の調製
イオン交換水26,400gに、MTMS 3,960gを添加して、30℃にて100rpmで攪拌した。約3時間後にMTMSは完全に溶解して均一溶液となり、ここにドデシル硫酸ナトリウム13.2gを添加した。これを粒子成長用液とした。
(3)粒径制御用液の調製
イオン交換水8,000gに、MTMS 1,200gを添加して、室温にて100rpmで攪拌した。約3時間後にMTMSは完全に溶解して均一溶液となった。これを粒径制御用液とした。
(4)シード粒子の形成
上記(1)で調製したシード粒子形成用液において、攪拌速度を30rpmに下げて、これに1モル/リットルアンモニア水50ミリリットルを一気に添加した。添加20分後のシード粒子液0.2ミリリットルを0.1質量%ポリビニルアルコール水溶液2ミリリットルに添加して、該シード粒子液におけるシード粒子の粒子径をコールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)にて測定した。その結果、シード粒子は、平均粒子径が7.184μmであり、CV値は2.37%であった。
(5)粒子成長
上記(2)の粒子成長用液全量を20rpmで攪拌しながら、これに上記(4)で得られたシード粒子液5,525gを添加した。シード粒子液の添加から30分後に、粒子成長液0.2ミリリットルを0.1質量%ポリビニルアルコール水溶液2ミリリットルに添加して、コールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)で粒子径を測定した。その結果、平均粒子径が13.37μm、CV値が1.14%であり、目的径よりも粒径が少し小さかった。
(6)粒径制御と反応停止
上記(5)の粒子成長液に、上記(3)の粒径制御用液を定量ポンプで約40分間かけて滴下し、上記(5)と同様にしてコールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)で粒径成長を観察した。滴下開始から120分間後に目的とする平均粒子径14.83μm(CV値0.97%)が得られた。粒径成長を停止させるために、2.5質量%アンモニア水1000gを定量ポンプにて滴下して熟成を行った。
【0038】
このようにして得られた粒子の粒子径をコールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)にて測定したところ、平均粒子径が14.80μmであり、CV値が1.93%であった。
(7)微小粒子の分級および乾燥
得られた粒子は遠心分離機により固液分離し、その後メタノール中で超音波を照射後、デカンテーションを行う操作を数回繰り返すことによって、微小粒子を除去した。残った粒子は風乾したのち、残留メタノールを除去するために150℃にて乾燥させた。このようにして得られたPMSO粒子の収率は75%であった。
実施例4
実施例3で得られたPMSO粒子に対して、実施例2と同様な焼成、分級操作を施すことにより、平均粒子径が11.99μmであり、CV値が1.85%の焼成粒子が得られた。
実施例5
(1)シード粒子形成用液の調製
イオン交換水5,000gに、1モル/リットルアンモニア水0.8ミリリットル(NH:2.7ppm)、MTMS 750gを添加して25℃にて100rpmで攪拌した。約3時間後にMTMSは完全に溶解して均一溶液となり、薄く白濁していた。これをシード粒子形成用液とした。
(2)粒子成長用液の調製
イオン交換水33,000gに、MTMS 4,950gを添加して、30℃にて100rpmで攪拌した。約3時間後にMTMSは完全に溶解して均一溶液となり、ここにドデシル硫酸ナトリウム16.5gを添加した。これを粒子成長用液とした。
(3)シード粒子の形成
上記(1)で調製したシード粒子形成用液において、攪拌速度を50rpmに下げて、これに1モル/リットルアンモニア水50ミリリットルを一気に添加した。添加20分後のシード粒子液0.2ミリリットルを0.1質量%ポリビニルアルコール水溶液2ミリリットルに添加して、該シード粒子液におけるシード粒子の粒子径をコールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)にて測定した。その結果、シード粒子は、平均粒子径が11.11μmであり、CV値は2.19%であった。
(4)粒子成長
上記(2)の粒子成長用液全量を20rpmで攪拌しながら、これに上記(3)で得られたシード粒子液5,778gを添加した。
(5)反応停止
上記(4)におけるシード粒子液の添加から、10分毎に光学顕微鏡ビデオミクロメーター(オリンパス社製ビデオミクロメーター「VM−50」)で粒子径を測定した。添加から60分後と65分後は、いずれも平均粒子径が約23.6μmであり、粒径成長が終了したと判断して、2.5質量%アンモニア水1,000gを定量ポンプにて滴下して熟成を行った。
【0039】
このようにして得られたポリメチルシルセスキオキサン(PMSO)粒子の粒径分布をコールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)にて測定した。この粒径分布チャートを図3に示す。該PMSO粒子の平均粒子径は23.30μmであり、CV値が1.81%であった。
(6)微小粒子の分級および乾燥
得られた粒子は遠心分離機により固液分離し、その後メタノール中で超音波を照射後、デカンテーションを行う操作を数回繰り返すことによって、微小粒子を除去した。残った粒子は風乾したのち、残留メタノールを除去するために150℃にて乾燥させた。このようにして得られたPMSO粒子の収率は65%であった。
比較例1
(1)シード粒子形成用液の調製
イオン交換水5,000gに、1モル/リットルアンモニア水0.2ミリリットル(NH:0.68ppm)、MTMS 500gを添加して25℃にて100rpmで攪拌した。約3時間後にMTMSは完全に溶解して均一溶液となり、透明になった。これをシード粒子形成用液とした。
(2)シード粒子の形成
上記(1)で調製したシード粒子形成用液において、攪拌速度を30rpmに下げて、これに1モル/リットルアンモニア水50ミリリットルを一気に添加した。添加20分後のシード粒子液0.2ミリリットルを0.1質量%ポリビニルアルコール水溶液2ミリリットルに添加して、該シード粒子液におけるシード粒子の粒子径をコールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)にて測定した。その結果、シード粒子は、平均粒子径が2.165μmであり、CV値は3.95%であった。
比較例2
(1)シード粒子形成用液の調製
イオン交換水5,000gに、1モル/リットルアンモニア水2.0ミリリットル(NH:6.8ppm)、MTMS 500gを添加して25℃にて100rpmで攪拌した。約3時間後にMTMSは完全に溶解して均一溶液となり、濃い白濁となった。これをシード粒子形成用液とした。
(2)シード粒子の形成
上記(1)で調製したシード粒子形成用液において、攪拌速度を30rpmに下げて、これに1モル/リットルアンモニア水50ミリリットルを一気に添加した。添加20分後のシード粒子液0.2ミリリットルを0.1質量%ポリビニルアルコール水溶液2ミリリットルに添加して、該シード粒子液におけるシード粒子の粒子径をコールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)にて測定した。その結果、シード粒子は、平均粒子径が2.176μmであり、CV値は4.21%であった。
比較例3
(1)シード粒子形成用液の調製
イオン交換水5,000gに、MTMS 500gを添加して、25℃にて100rpmで攪拌した。約3時間後、MTMSは完全に溶解して均一溶液となり、透明になった。これをシード粒子形成用液とした。
(2)粒子成長用液の調製
イオン交換水33,000gに、MTMS 4,950gを添加して、30℃にて100rpmで攪拌した。約3時間後、MTMSは完全に溶解して均一溶液となり、これを粒子成長用液とした。
(3)シード粒子の形成
上記(1)で調製したシード粒子形成用液において、攪拌速度を30rpmに下げて、これに1モル/リットルアンモニア水50ミリリットルを一気に添加した。添加30分後のシード粒子液0.2ミリリットルを0.1質量%ポリビニルアルコール水溶液2ミリリットルに添加して、該シード粒子液におけるシード粒子の粒子径をコールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)にて測定した。その結果、シード粒子は、平均粒子径が2.365μmであり、CV値は1.56%であった。
(4)粒子成長
上記(2)の粒子成長用液全量を20rpmで攪拌しながら、これに上記(3)で得られたシード粒子液3,200gを添加した。
(5)反応停止
上記(4)におけるシード粒子液の添加から、10分毎に光学顕微鏡ビデオミクロメーター(オリンパス社製ビデオミクロメーター「VM−50」)で粒子径を測定した。添加から30分後と35分後は、いずれも平均粒子径が約7.2μmであり、粒径成長が終了したと判断して、2.5質量%アンモニア水500gを定量ポンプにて滴下して、熟成を行った。
【0040】
このようにして得られたPMSO粒子の粒子径をコールターカウンターにて測定したところ、平均粒子径が7.052μmであり、CV値が1.65%であった。
(6)微小粒子の分級および乾燥
得られた粒子は遠心分離機により固液分離し、その後メタノール中で超音波を照射後、デカンテーションを行う操作を数回繰り返すことによって、微小粒子を除去した。残った粒子は風乾したのち、残留メタノールを除去するために150℃にて乾燥させた。このようにして得られたPMSO粒子の収率は70%であった。
比較例4
(1)添加用粒子含有液の調製
イオン交換水450gに、MTMS 45gを加え、室温にて100rpmで攪拌した。MTMS添加当初は、水溶液中に油滴の状態で分散していたが、約2時間後、MTMSは完全に溶解して均一溶液となった。攪拌速度を40rpmに下げ、1モル/リットルアンモニア水0.72ミリリットルを一気に添加した。アンモニア水を添加してから15分後には、粒子が成長し、溶液が白濁した。30分後、光学顕微鏡ビデオミクロメーター(オリンパス社製ビデオミクロメーター「VM−50」)にて粒径を測定したところ、平均粒子径4.1μmであった。
(2)シード粒子形成用液の調製
イオン交換水5000gに、MTMS500gを加え、30℃にて100rpmで攪拌した。約3時間後、MTMSは完全に溶解して均一溶液となり、これをシード粒子形成用液とした。
(3)粒子成長用液の調製
イオン交換水33000gに、MTMS4950gを加え、20℃にて100rpmで攪拌した。約3時間後、MTMSは完全に溶解して均一な溶液となり、これを粒子成長用液とした。
(4)シード粒子の形成
上記(2)で調製したシード粒子形成用液において、攪拌速度を30rpmに下げ、1モル/リットルのアンモニア水50ミリリットルと上記(1)で得られた添加用粒子含有液を493g添加した。添加30分後のシード粒子液0.2ミリリットルを、0.1質量%ポリビニルアルコール水溶液2ミリリットルに加え、直ちにコールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)で粒子径を測定した。その結果、新たに発生したシード粒子は、平均粒子径4.456μm(CV値1.16%)であった。
(5)粒子径の成長
上記(3)で得られた粒子成長用液の全量37950gを20rpmで攪拌しながらこれに、上記(4)で得られたシード粒子液の内3410gを添加し、粒子径の成長を行った。
(6)反応停止
上記(5)におけるシード粒子形成液の添加後から10分毎に、光学顕微鏡ビデオミクロメーター(オリンパス社製ビデオミクロメーター「VM−50」)で粒子径を測定した。添加から1時間後と1時間10分後は、いずれも平均粒子径が約13.8μmであり、また凝集物の発生が確認されたため、粒径成長が終了したと判断し、2.5質量%アンモニア水500gを定量ポンプにて滴下して熟成を行った。
【0041】
このようにして得られた粒子の粒子径をコールターカウンター(ベックマン・コールター社製「マルチサイザーIII」)により測定したところ、平均粒子径が13.88μmであり、CV値が1.56%であった。
(7)微小粒子の分級および乾燥
得られた粒子は遠心分離機により固液分離し、その後メタノール中で超音波を照射した後、デカンテーションを行う操作を数回繰り返すことによって、微小粒子を除去した。残った粒子は風乾したのち、残留メタノールを除去するために150℃にて乾燥させた。このようにして得られたPMSO粒子の収率は30%であった。
比較例5
比較例4で得られたPMSO粒子に対して、実施例2と同様な焼成、分級操作を施すことにより、平均粒子径が11.31μmであり、CV値が1.47%の焼成粒子が得られた。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、シード粒子形成用液の調製時にppmオーダーの微量の塩基性触媒を添加することにより、従来の方法に比べて粒径の大きなシード粒子を形成することができ、その結果、このシード粒子を成長させることにより、あるいは場合により成長操作を行わなくとも、平均粒径が例えば10μmより大きく、かつ粒径分布が単分散のポリオルガノシロキサン粒子を効率よく製造することができる。このポリオルガノシロキサン粒子は、例えば液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス素子、タッチパネル等のスペーサや標準粒子などとして用いられる。
また、本発明の方法によれば、上記方法で得られたポリオルガノシロキサン粒子を、特定の条件で焼成処理することにより、前記用途に好適な粒径を有し、かつ粒径分布が高度に単分散なシリカ粒子を、簡便な操作で短時間に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1におけるシード粒子形成用液中の微小粒子の粒径を、コールターカウンターにより測定して得られた粒径分布チャートである。
【図2】実施例1におけるシード粒子液中のシード粒子の粒径を、コールターカウンターにより測定して得られた粒径分布チャートである。
【図3】実施例1における粒子成長液中のポリメチルシルセスキオキサン粒子の粒径を、コールターカウンターにより測定して得られた粒径分布チャートである。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing polyorganosiloxane particles and a method for producing silica particles. More specifically, the present invention relates to polyorganosiloxane particles having a particle size larger than, for example, 10 μm and monodisperse in particle size distribution, which are used as spacers and standard particles for liquid crystal display devices, organic electroluminescence elements, touch panels, and the like. The present invention relates to a method for producing efficiently, and a method for producing a silica particle for use in the above-mentioned application by firing the polyorganosiloxane particles obtained by this method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, silica particles having a monodispersed particle size distribution (hereinafter sometimes simply referred to as monodispersed silica particles) are known to be useful as various fillers and ceramic raw materials. The use as a spacer of a display device has attracted attention and has started to be used.
Conventionally, glass fiber chips or fine particles of synthetic resin have been used for spacers of liquid crystal display devices. However, the glass fiber chip has excellent fiber diameter accuracy, but its length varies widely, and if it is too long, there is a risk that the image quality will be deteriorated by visual inspection, and the end of the glass fiber chip is sharp. There is a risk of damaging the formed alignment film, protective film, color filter, or electric element. In addition, since the fine particles of the synthetic resin are inferior in particle size accuracy and soft, the performance required as a spacer for a liquid crystal display device may not be satisfied. Therefore, when a higher degree of gap accuracy is required, the particle size accuracy is good and spherical, and there is a risk of damaging an electrical element such as an alignment film, a protective film, a color filter or an ITO conductive film formed on the substrate. Those without are required.
[0003]
In order to satisfy these requirements, silica particles obtained by hydrolyzing and polycondensing silicon alkoxide have been proposed. These silica particles are
(1) High purity and little influence on liquid crystal by elution components
(2) Good particle size accuracy,
CV (%) = [standard deviation of fine particle diameter (μm)] / [average particle diameter (μm)] × 100
The CV value (coefficient of variation) obtained by
(3) Since almost perfect spheres can be obtained, there is no risk of damaging an alignment film, a protective film, a color filter, or an electric element such as an ITO conductive film formed on the substrate.
It has the advantages such as.
[0004]
Since silica particles obtained by hydrolysis and polycondensation of silicon alkoxide have the advantages as described above, many production methods have been proposed so far.
For example, as a method for producing spherical polymethylsilsesquioxane, methyltrialkoxysilane or a partially hydrolyzed condensate thereof and an aqueous solution containing ammonia or amine or a mixed solvent solution of water and an organic solvent are substantially mixed. There has been proposed a method of reacting while maintaining a two-layer state (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
However, in this method, the particle size of the polymethylsilsesquioxane particles to be generated is controlled by the concentration of ammonia and amine in the lower layer at the time of charging, but the generation of core particles is uncertain, so the generated particles There is a problem that the number of nuclei is likely to vary, and even if the reaction is carried out under the same reaction conditions, the diameter of the particles finally obtained does not become the target particle diameter. For example, when manufacturing 10 times under the same conditions for the purpose of obtaining particles having an average particle diameter of 5 μm, a variation of about 40% (about ± 2.0 μm) occurs with respect to the target particle diameter.
[0006]
Thus, if a desired particle diameter cannot be obtained, there arises a problem that it is difficult to use for a spacer for a liquid crystal display device or the like that strictly requires the particle diameter accuracy.
Therefore, the present inventors have studied a method for efficiently producing polyorganosiloxane particles having a particle size of about 4 to 10 μm and a monodispersed particle size distribution so that particles having a desired particle size can be obtained. Once again, after preparing a seed particle solution by hydrolyzing and condensing a silicon compound in which a non-hydrolyzable group and a hydrolyzable alkoxyl group are bonded to a silicon atom into a uniform aqueous solution, a specific relationship is established. Based on the dilution ratio determined according to the formula, a method for growing the particles by performing a dilution operation with the aqueous solution of the silicon compound was found and a patent application was filed (see Patent Document 2).
[0007]
By the way, recently, due to a change in specifications of the liquid crystal display device, a spacer having a particle size exceeding the range of particle size (4 to 10 μm) which has been considered to be suitable as a spacer has been often increased. Further, for organic electroluminescence elements and touch panels, a spacer having a particle size of about several tens of μm is required.
[0008]
When producing polyorganosiloxane particles by hydrolyzing and condensing an organosilicon compound in an aqueous medium, when obtaining particles having a particle size larger than 10 μm, conventionally (1) When using a basic catalyst (2) A method of providing a multi-stage particle growth process in which a raw material or the like is added through a seed formation process is used. However, these methods have the following problems.
(1) When setting the concentration of the basic catalyst low
In order to form hydrolyzed / condensed particles, there is a minimum required lower limit of concentration, and when the lower limit is not reached, there is a problem that precipitation and growth of particles are not performed and aggregation occurs. Therefore, this method has its limitations.
(2) When performing the growth process in multiple stages
First, as a premise, when forming monodisperse particles, there is a limit to the particle concentration in the solution. This is because aggregation occurs when the particle concentration is high. In addition, when attempting to increase the particle size, if the particle concentration is high, for example, if an attempt is made to grow twice the particle size of the seed particles, the raw material that is 8 times the raw material required for the seed particle formation is obtained. As required, the amount of particle growth relative to the amount of raw material to be added is small, which is disadvantageous. Therefore, it is common to perform the particle growth step with the particle concentration being low after seed particle formation.
[0009]
here,
(A) When no catalyst is added in the growth process
For the above reasons, an operation of diluting the solution after the seed formation is performed. However, when the number of seed particles is reduced to increase the particle size, the catalyst concentration is reduced proportionally, and from the viewpoint of the amount of catalyst. There is a limit to the amount of growth. On the other hand, when trying to increase the amount of catalyst, it is disadvantageous from the viewpoint of increasing the number of seed particles, after all, decreasing the dilution rate of the seed solution to increase the amount of catalyst. Furthermore, from another point of view, when trying to form seed particles in a high catalyst concentration, the particle size of the seed particles becomes small, and for the above reason, a large amount of raw material is required for growth, and as a result, the particles Since there is a limit to the concentration, it will eventually be forced to dilute and the catalyst concentration will be low.
(B) On the other hand, when a catalyst is added, a clear reason is not known, but a new particle nucleus is generated every time the catalyst is added. Therefore, in proportion to the increase in the number of steps and the addition of the catalyst, a number of particles having independent particle size peaks other than the target particles are generated, resulting in a considerable yield reduction. Furthermore, there has been a limit to dramatically increasing the particle size only by the growth process.
[0010]
On the other hand, a method for producing spherical silica particles by firing polymethylsilsesquioxane powder at a temperature (500 to 1300 ° C.) at which an organic group (methyl group) in the molecule decomposes is disclosed. (For example, refer to Patent Document 3). However, in this method, when polymethylsiloxane particles are calcined by calcination, the shrinkage of the particle size is remarkable, and it is difficult to obtain the final particle size of the target silica particles with high accuracy. It was. Accordingly, the silica particles obtained by this method are used in liquid crystal display devices that require particularly high particle size accuracy [low CV value, low particle size blur (target particle size-particle size of obtained particles)]. It was unsuitable for applications such as spacers. Moreover, decomposition and desorption of organic groups occur suddenly at the time of firing, resulting in a problem that the breaking strength of the particles is reduced and the particles may be broken.
Therefore, in order to solve such problems, the present inventors first set the polyorganosiloxane particles at a temperature 100 ° C. lower than the decomposition temperature of the organic group contained therein or below the decomposition temperature of the organic group. After pre-calcining at a temperature, a method for producing silica particles that was calcined at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the organic group was found, and a patent was filed (see, for example, Patent Document 4).
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 4-70335
[Patent Document 2]
JP 2002-80598 A
[Patent Document 3]
Japanese Patent Publication No. 5-13089
[Patent Document 4]
JP 2001-302227 A
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Under such circumstances, the first object of the present invention is to be used as spacers or standard particles for liquid crystal display devices, organic electroluminescence elements, touch panels, etc., and the particle size is larger than 10 μm, for example. It is an object of the present invention to provide a method for efficiently producing monodisperse polyorganosiloxane particles having a distribution.
The second object of the present invention is to produce silica particles by calcining polyorganosiloxane particles, in a method of producing high particle size accuracy [low CV value, low particle size blur (particle size of target particles-obtained). It is an object of the present invention to provide an industrially advantageous production method for producing silica particles of the particle size)]] in a short time by a simple operation without causing a decrease in fracture strength or cracking.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have made extensive studies to achieve the first object, and there is a limit to increasing the particle size only by the growth process. Focusing on the fact that if the diameter is increased, the yield can be improved by reducing the number of growth steps, and further research has been conducted focusing on the possibility of obtaining larger particles in the conventional growth step. As a result, in the seed particle formation step, when preparing the seed particle formation liquid by dissolving the organosilicon compound in the aqueous medium, a very small amount of basic catalyst is added, and once the particles are precipitated, By adding an amount (concentration) of a basic catalyst, seed particles larger than when a very small amount of basic catalyst is not added can be obtained, and conventionally large-sized seed particles that could not be realized can be produced. Therefore, by forming seed particles with a large particle size and then performing a conventional growth process, it is possible to finally obtain particles with a desired particle size with a high yield, and without the growth process, the desired particle size can be obtained. It has been found that particles having a particle size of 1 can be obtained, and the first object can be achieved.
[0014]
In addition, when polyorganosiloxane particles are subjected to heat treatment to decompose the organic groups contained therein, if the temperature is immediately raised to a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the organic groups, the decomposition and elimination of the organic groups will rapidly occur. It may occur that the particle size is remarkably contracted, the breaking strength of the particle is lowered, or the particle is broken. In order to solve such problems, the present inventors have further researched, pre-calcined at a specific temperature, and then finally calcined at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the organic group to solve the above problem. And found that the second object can be achieved.
[0015]
  The present invention has been completed based on such findings.
  That is, the present invention
(1) General formula (I)
    R1nSi (OR2)Four -N                            ... (I)
(Wherein R1Is a non-hydrolyzable group having 1 to 20 carbon atoms, a (meth) acryloyloxy group or an epoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, An aryl group having 6 to 20 carbon atoms or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, R2Represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, n represents an integer of 1 to 3, and R1Each R1May be the same or different, OR2If there is more than one, each OR2They may be the same or different. )
In the method of producing polyorganosiloxane particles by making a silicon compound represented by the following formula: aqueous solution, hydrolyzing and condensing in the presence of a basic catalyst, when the silicon compound is dissolved in the aqueous medium, After adding 0.7 to 6.5 mass ppm of basic catalyst, preliminarily hydrolyzing and condensing,,saltAdd basic catalyst,PolyorganosiloxaneA method for producing polyorganosiloxane particles, characterized by forming particles,
(2) The method according to (1) above, comprising a step of forming seed particles composed of polyorganosiloxane particles and a step of growing the seed particles.
(3) The method according to (1) or (2) above, wherein the basic catalyst is ammonia,
(4) The method according to (1), (2) or (3) above, wherein the silicon compound represented by the general formula (I) is methyltrimethoxysilane or vinyltrimethoxysilane.
(5) The average particle diameter of the produced polyorganosiloxane particles exceeds 10 μm, and the coefficient of variation (CV value) of the particle size distribution is 5% or less. Described method,and
(6) The method according to any one of (1) to (5) aboveInReorganosiloxane particlesThe polyorganosiloxane particles produced and obtainedThe pre-baking treatment is performed at a temperature 150 ° C. lower than the decomposition temperature of the organic group contained therein or below the decomposition temperature of the organic group, and then the baking treatment is performed at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the organic group. How to make silica particlesLaw
TheIt is to provide.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the manufacturing method of the polyorganosiloxane particle | grains of this invention is demonstrated.
In the method of the present invention, the general formula (I) is used as a raw material.
R1 nSi (OR2)4-n                                  ... (I)
The silicon compound represented by these is used.
In the above general formula (I), R1Is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms having a (meth) acryloyloxy group or an epoxy group, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a carbon number 7 to 20 aralkyl groups are shown. Here, as a C1-C20 alkyl group, a C1-C10 thing is preferable, and this alkyl group may be linear, branched, or cyclic. Examples of this alkyl group include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, octyl, and cyclopentyl. Group, cyclohexyl group and the like. As a C1-C20 alkyl group which has a (meth) acryloyloxy group or an epoxy group, the C1-C10 alkyl group which has the said substituent is preferable, and this alkyl group is linear, branched, Any of cyclic | annular form may be sufficient. Examples of the alkyl group having this substituent include γ-acryloyloxypropyl group, γ-methacryloyloxypropyl group, γ-glycidoxypropyl group, 3,4-epoxycyclohexyl group, and the like. The alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms is preferably an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and the alkenyl group may be linear, branched or cyclic. Examples of the alkenyl group include vinyl group, allyl group, butenyl group, hexenyl group, octenyl group and the like. As a C6-C20 aryl group, a C6-C10 thing is preferable, for example, a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a naphthyl group etc. are mentioned. As a C7-20 aralkyl group, a C7-10 thing is preferable, for example, a benzyl group, a phenethyl group, a phenylpropyl group, a naphthylmethyl group etc. are mentioned.
[0017]
On the other hand, R2Is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, which may be linear, branched or cyclic, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, n- Examples thereof include a butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group. n is an integer of 1 to 3, and R1Each R1May be the same or different, and OR2If there is more than one, each OR2They may be the same or different.
[0018]
Examples of the silicon compound represented by the general formula (I) include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltripropoxysilane, methyltriisopropoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, propyltrimethyl. Ethoxysilane, butyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-acryloyloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloyl Examples thereof include oxypropyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, and methylphenyldimethoxysilane. Among these, those obtained as polyorganosiloxane particles and then having a small amount of organic components in the process of silicification by heat treatment due to their small particle size shrinkage and efficiency during silicification by removing organic components Is preferred. Accordingly, methyltrimethoxysilane and vinyltrimethoxysilane are preferred, and methyltrimethoxysilane is particularly preferred.
[0019]
In the present invention, one kind of silicon compound represented by the general formula (I) may be used as a raw material, or two or more kinds may be used in combination.
In the method of the present invention, the silicon compound is made into a substantially uniform aqueous solution, and a small amount of a basic catalyst in the order of ppm is added thereto, followed by preliminary hydrolysis and condensation, and then formation of polyorganosiloxane particles. The basic catalyst is added in an amount necessary to form the particles.
In this method, a step of forming seed particles composed of polyorganosiloxane particles (seed particle forming step) and a step of growing the seed particles (particle growing step) can be performed. In the seed particle forming step, In preparing a seed particle-forming solution by dissolving the silicon compound in an aqueous medium, a small amount of a basic catalyst in the order of ppm is added to form hydrolyzed and condensed particles of the silicon compound. A predetermined amount of a basic catalyst can be added to form seed particles.
[0020]
Next, each step will be described.
Seed particle formation process
In this step, operations of (1) preparation of seed particle formation liquid and (2) formation of seed particles are performed.
In the method of the present invention, in order to carry out seed particle formation and particle size growth in a substantially homogeneous system using an aqueous medium, as a silicon compound used for preparing a seed particle forming liquid, From the compounds represented by the general formula (I), they can be appropriately selected and used regardless of the specific gravity. When the formation of seed particles and the growth of the particle diameter are each carried out by the two-layer method, it is necessary to use a silicon compound having a specific gravity lighter than that of an aqueous medium, so that the types of raw materials are limited. However, in the present invention, since there is no such restriction on specific gravity, the degree of freedom in selecting raw materials is great.
[0021]
The silicon compound is not particularly limited as long as it is miscible with an aqueous medium, and among them, a compound that is easily soluble in an aqueous medium, for example, a silicon compound having a methoxy group is preferable. When silica particles are obtained by firing, methyltrimethoxysilane having a high silicon content is most preferable as described above.
<Preparation of seed particle formation solution>
In preparing the seed particle forming liquid, an aqueous medium is used as a solvent. As this aqueous medium, water or a mixture of water and a water-miscible organic solvent can be used. Here, examples of the water-miscible organic solvent include lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol, and ketones such as acetone. These may be mixed with water alone or in combination of two or more with water. In the present invention, water is usually used as the aqueous medium. When water is used, it may be tap water or ion-exchanged water. However, since the addition of a trace amount of a basic catalyst on the order of ppm plays an important role, the electrical conductivity is particularly 0.5. × 10-4S / cm or less of ion exchange water is preferred.
[0022]
Preparation of the seed particle forming liquid is carried out by adding a small amount of a predetermined amount of a basic catalyst and a predetermined silicon compound to the aqueous medium, and stirring at a temperature of about 0 to 50 ° C. Is done. Under the present circumstances, the density | concentration of a silicon compound has preferable 20 mass% or less, and especially the range of 5-15 mass% is suitable from points, such as the particle size of the seed particle to produce | generate, and volumetric efficiency.
Examples of the basic catalyst include ammonia and amines.
[0023]
Here, preferred examples of amines include monomethylamine, dimethylamine, monoethylamine, diethylamine, and ethylenediamine. These ammonia and amines may be used alone or in combination of two or more. However, ammonia is preferred because it has low toxicity, is easy to remove, and is inexpensive.
[0024]
The addition amount of this basic catalyst is selected in the range of 0.7 to 6.5 mass ppm with respect to the aqueous medium used. When this addition amount deviates from the above range, the effect of the present invention is not exhibited. The preferred addition amount depends on the type of basic catalyst, the type of aqueous medium, the type and concentration of the silicon compound, the preparation temperature of the seed particle forming liquid, etc., but is usually in the range of 1.0 to 5.0 ppm by mass. Selected.
Further, the stirring speed at the time of preparing the seed particle forming liquid cannot be generally determined because the stirring effect varies depending on the size of the seed particle forming liquid preparation container and the size of the blades.
Furthermore, the time required to dissolve the silicon compound is not particularly limited because it depends on the temperature at the time of dissolution. However, if the dissolution time is too long, the effect of the present invention is not sufficiently exhibited.
<Formation of seed particles>
While stirring the seed particle-forming liquid prepared above, the basic catalyst is added in an amount necessary for seed particle formation and seed particle growth in the next step, and the silicon compound is hydrolyzed and condensed to form seed particles. Let it form.
[0025]
At this time, the addition amount of the basic catalyst is advantageously selected so that the pH of the seed particle liquid after formation of the seed particles is preferably in the range of 8.2 to 11.0. The reaction temperature depends on the kind of silicon compound as a raw material, but is generally selected in the range of 0 to 50 ° C.
The formation time of seed particles is usually within 1 hour. When the seed particles are formed by the two-layer method, it takes about 4 to 10 hours. However, if a method using a substantially homogeneous system as in the present invention is adopted, the seed particles can be formed in a much shorter time. it can.
After forming the seed particles in this way, a part of the seed particle liquid is collected and brought into contact with a protective colloid-forming agent to form the protective particles on the seed particles. By measuring the diameter, the average particle diameter of the seed particles can be determined.
[0026]
Here, examples of the protective colloid-forming agent include an alkylaryl sulfonate such as sodium alkylbenzene sulfonate, an alkyl sulfonate such as sodium dodecyl sulfonate, an anionic surfactant such as fatty acid soap such as sodium laurate, Examples thereof include polymer surfactants such as methacrylic acid, alginic acid, polymaleic acid, and polyvinyl alcohol. Of these, polyvinyl alcohol is particularly preferred. One of these protective colloid forming agents may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
In this seed particle forming step, seed particles having an average particle diameter of about 4 to 15 μm can be formed.
In this step, when a desired large particle size particle having an average particle size larger than 10 μm is obtained, the next particle growth step may not be performed.
Particle growth process
In this step, preparation of a particle growth liquid and particle diameter growth are performed.
[0027]
The particle diameter growth operation in this step may be performed in one step, or if necessary, a particle diameter control operation may be performed.
<Preparation of particle growth solution>
The particle growth liquid is prepared by adding a predetermined silicon compound to the aqueous medium and stirring it at a temperature of usually about 0 to 50 ° C. to obtain a substantially uniform aqueous solution. Under the present circumstances, the density | concentration of a silicon compound has preferable 20 mass% or less, and the range of 5-15 mass% is especially suitable from points, such as the particle size of a growth particle, and volumetric efficiency. In this particle growth liquid, the type of silicon compound, the concentration thereof, the type of aqueous medium, and the like may be the same as or different from those of the seed particle formation liquid. From the viewpoint of properties and properties of the obtained particles, the same ones are preferable.
[0028]
Furthermore, an anionic surfactant can be added to the particle growth liquid as necessary for the purpose of preventing aggregation of the grown particles. As this anionic surfactant, those having an HLB value (an index representing the balance between hydrophilicity and lipophilicity) in the range of 15 to 42 are preferable, and higher alcohol sulfates (long-chain alkyl sulfates) are more preferable. In particular, sodium dodecyl sulfate is preferred.
[0029]
When the particle diameter control operation is performed after the particle diameter growth operation, the particle growth liquid and the particle diameter control liquid may be the same or different.
<Growth of particle size>
While stirring the above-described particle growth liquid, the above-described seed particle liquid is added thereto to grow the particle diameter. The reaction temperature at this time depends on the type of silicon compound as a raw material, but is generally selected in the range of 0 to 50 ° C.
[0030]
In the present invention, the growth of the particle diameter is generally sufficient within 3 hours. When the particle size is grown by adopting the two-layer method, it usually takes about 6 to 10 hours, but the particle size can be grown in a much shorter time by carrying out in a substantially uniform system as in the present invention. Can do. In the case of the two-layer method, the silicon compound in the upper layer undergoes self-condensation due to moisture in the air and changes in quality, for example, becomes a cocoon and wraps around a stirring blade, and is used for particle size growth. The amount may be reduced, and particles having a desired particle size may not be obtained. On the other hand, in the method of the present invention, since the particle diameter is grown in a substantially uniform system, such a problem does not occur.
[0031]
In the present invention, after the particles are grown in this manner, a particle size control operation can be further performed as necessary. In this case, while stirring the particle growth liquid, a particle diameter control liquid (an aqueous solution containing a predetermined silicon compound) is added to the particle growth liquid, and the particle diameter is further increased to produce polyorganosiloxane particles having a desired particle diameter. Get.
In the present invention, the end of the growth of the particle diameter is measured, for example, with an optical microscope video micrometer continuously or at regular intervals, and when the change in the particle diameter substantially disappears, It can be determined that the growth has ended.
Thus, after completion of the particle growth step, aging is performed by adding a basic catalyst to the particle growth solution. This aging is performed for about 6 to 24 hours at a normal temperature in the range of 0 to 50 ° C., although it depends on the type of silicon compound as a raw material.
[0032]
After completion of this ripening operation, the particles produced according to a conventional method are sufficiently washed, and if necessary, particles having a high particle size contained in the particles are classified and taken out and dried. Although there is no restriction | limiting in particular as a classification processing method, The wet classification method which classifies using the sedimentation speed changes with particle sizes is preferable. In addition, when polyorganosiloxane particles are finally made into silica particles, it is preferable from the viewpoint of cost and environment that the above-mentioned wet classification is performed after the formation of silica particles that can use water. A drying process is normally performed at the temperature of the range of 100-200 degreeC. In the present invention, the agglomeration of particles does not substantially occur in this drying treatment.
The polyorganosiloxane particles obtained by the method of the present invention have an average particle size of usually larger than 10 μm, preferably 12.5 to 25 μm. Further, the coefficient of variation (CV value) of the particle size distribution is usually 5% or less, preferably 2.5% or less, and is a true spherical monodisperse particle.
[0033]
The coefficient of variation (CV value) is obtained by the following equation.
CV value (%) = (standard deviation of particle size / average particle size) × 100
Next, the manufacturing method of the silica particle of this invention is demonstrated.
This method is a method in which polyorganosiloxane particles are fired to decompose organic groups contained therein to produce silica particles, which are obtained as the polyorganosiloxane particles by the above-described production method. Polyorganosiloxane particles are used.
In this method, the polyorganosiloxane particles obtained by the above-described method are pre-fired at a temperature lower by 150 ° C. than the decomposition temperature of the organic group contained therein or below the decomposition temperature of the organic group, A silica particle is manufactured by baking at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the organic group.
[0034]
Immediately raising the temperature to a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the organic group contained in the polyorganosiloxane particles and firing, the decomposition and desorption of the organic group occurs abruptly, and the breaking strength of the particle is reduced. It may not be able to withstand rapid contraction and may lead to undesirable situations such as particle breakage. However, as in the present invention, the pre-baking process is performed at a temperature 150 ° C. lower than the decomposition temperature of the organic group or lower than the decomposition temperature of the organic group, and then the baking process is performed at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the organic group. Thus, the above-mentioned undesirable situation can be avoided. The selection of the calcination temperature depends on the type of organic group constituting the polyorganosiloxane particle, and when it has an organic group that is easily thermally decomposed, it is desirable to treat it at a relatively low temperature, and conversely, it is difficult to thermally decompose. When it has an organic group, it is preferably treated at a high temperature. In any case, an optimum condition may be selected according to the required breaking strength and elastic modulus. Specifically, in the case of polymethylsilsesquioxane (PMSO) particles, pre-baking treatment is performed at a temperature in the range of 250 to 350 ° C. for about 3 to 50 hours, and then in a range of 500 to 1000 ° C. The organic group is completely decomposed by baking at a temperature for about 3 to 50 hours.
[0035]
The atmosphere in the baking treatment is preferably such that the oxygen concentration is a certain level or higher, for example, 10% by volume or higher, in order to oxidize and decompose the organic group. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about a baking apparatus, Well-known baking apparatuses, such as an electric furnace and a rotary kiln, can be used.
[0036]
【Example】
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples.
Example 1
(1) Preparation of seed particle formation solution
To 5,000 g of ion-exchanged water, 0.8 ml of 1 mol / liter ammonia water (NH3: 2.7 ppm) and 500 g of methyltrimethoxysilane (hereinafter abbreviated as MTMS) were added and stirred at 25 ° C. at 100 rpm. After about 3 hours, MTMS was completely dissolved to become a homogeneous solution, and it became pale and cloudy. This was used as a seed particle forming solution. The particle size distribution of the fine particles in the seed particle forming liquid was measured with a Coulter counter (“Multisizer III” manufactured by Beckman Coulter, Inc.). This particle size distribution chart is shown in FIG.
(2) Preparation of liquid for particle growth
MTMS 4,950g was added to ion exchange water 33,000g, and it stirred at 100 rpm at 30 degreeC. After about 3 hours, MTMS was completely dissolved to form a uniform solution, which was used as a particle growth solution.
(3) Formation of seed particles
In the seed particle forming solution prepared in the above (1), the stirring speed was lowered to 30 rpm, and 50 ml of 1 mol / liter ammonia water was added all at once. 0.2 ml of the seed particle solution 20 minutes after the addition is added to 2 ml of 0.1% by weight polyvinyl alcohol aqueous solution, and the particle size distribution of the seed particles in the seed particle solution is measured by a Coulter counter (“Multi” manufactured by Beckman Coulter, Inc. Measured with sizer III "). This particle size distribution chart is shown in FIG. The seed particles had an average particle size of 5.477 μm and a CV value of 2.57%.
(4) Particle growth
While stirring the whole liquid for particle growth of (2) at 20 rpm, 5,528 g of the seed particle liquid obtained in (3) above was added thereto.
(5) Stop reaction
From the addition of the seed particle solution in (4) above, the particle diameter was measured every 10 minutes with an optical microscope video micrometer (Olympus Video Micrometer “VM-50”). After 30 minutes and 35 minutes from the addition, the average particle diameter was about 14.8 μm, and it was judged that the growth of the particle diameter was completed. It was dripped and aged.
[0037]
The particle size distribution of the polymethylsilsesquioxane (PMSO) particles thus obtained was measured with a Coulter counter (“Multisizer III” manufactured by Beckman Coulter, Inc.). This particle size distribution chart is shown in FIG. The average particle diameter of the PMSO particles was 14.73 μm, and the CV value was 1.63%.
(6) Classification and drying of fine particles
The obtained particles were subjected to solid-liquid separation with a centrifugal separator, and then, after irradiating ultrasonic waves in methanol, the operation of decantation was repeated several times to remove fine particles. The remaining particles were air-dried and then dried at 150 ° C. to remove residual methanol. The yield of PMSO particles thus obtained was 70%.
Example 2
The PMSO particles obtained in Example 1 were heated from room temperature to 300 ° C. under the condition of an air flow rate of 1 liter / min, kept at that temperature for 24 hours and pre-baked, then heated to 550 ° C., The main calcination was carried out at that temperature for 9 hours. After the main firing, the product was cooled to room temperature, and the fired particles were taken out. When this fired particle is dispersed in water and left for a certain period of time, it is divided into three layers: a layer containing the most abundant particles, and a layer containing only larger particles and only smaller particles. become. In this state, the operation of first extracting and removing a layer of small particles was repeated until the layer became transparent, and particles smaller than the target particle were removed. For the remaining layer, only the target particles are included in the vicinity of the interface with the transparent supernatant without particles due to the difference in the sedimentation rate depending on the volume, so the operation of extracting this part is repeated to separate only the target particles. did. The particles obtained after classification were measured with a Coulter counter (“Multisizer III” manufactured by Beckman Coulter, Inc.). As a result, the average particle size was 11.93 μm, and the CV value was 1.75%. there were.
Example 3
(1) Preparation of seed particle formation solution
To 5,000 g of ion-exchanged water, 0.8 ml of 1 mol / liter ammonia water (NH3: 2.7 ppm), and 500 g of MTMS was added and stirred at 25 ° C. at 100 rpm. After about 3 hours, MTMS was completely dissolved to become a homogeneous solution, and it became pale and cloudy. This was used as a seed particle forming solution.
(2) Preparation of liquid for particle growth
To 26,400 g of ion-exchanged water, 3,960 g of MTMS was added and stirred at 30 ° C. at 100 rpm. After about 3 hours, MTMS was completely dissolved to form a homogeneous solution, to which 13.2 g of sodium dodecyl sulfate was added. This was used as a particle growth solution.
(3) Preparation of particle size control liquid
To 8,000 g of ion-exchanged water, 1,200 g of MTMS was added and stirred at 100 rpm at room temperature. After about 3 hours, MTMS completely dissolved and became a homogeneous solution. This was used as a particle size controlling liquid.
(4) Formation of seed particles
In the seed particle forming solution prepared in the above (1), the stirring speed was lowered to 30 rpm, and 50 ml of 1 mol / liter ammonia water was added all at once. 0.2 ml of the seed particle solution 20 minutes after the addition was added to 2 ml of 0.1% by weight polyvinyl alcohol aqueous solution, and the particle size of the seed particles in the seed particle solution was measured by a Coulter counter (“Multisizer, manufactured by Beckman Coulter, Inc.). III "). As a result, the seed particles had an average particle size of 7.184 μm and a CV value of 2.37%.
(5) Particle growth
While stirring the whole liquid for particle growth (2) at 20 rpm, 5,525 g of the seed particle liquid obtained in (4) was added thereto. 30 minutes after the addition of the seed particle solution, 0.2 ml of the particle growth solution is added to 2 ml of 0.1% by weight polyvinyl alcohol aqueous solution, and the particle size is measured with a Coulter counter ("Multisizer III" manufactured by Beckman Coulter, Inc.). Was measured. As a result, the average particle size was 13.37 μm, the CV value was 1.14%, and the particle size was slightly smaller than the target size.
(6) Particle size control and reaction stop
The particle size control solution of (3) above is dropped into the particle growth solution of (5) with a metering pump over about 40 minutes, and a Coulter counter (“Multi” manufactured by Beckman Coulter, Inc. is used in the same manner as (5) above. Particle size growth was observed with sizer III "). The target average particle size of 14.83 μm (CV value 0.97%) was obtained 120 minutes after the start of dropping. In order to stop the growth of the particle diameter, 1000 g of 2.5% by mass ammonia water was dropped with a metering pump and aging was performed.
[0038]
When the particle diameter of the particles thus obtained was measured with a Coulter counter (“Multisizer III” manufactured by Beckman Coulter, Inc.), the average particle diameter was 14.80 μm, and the CV value was 1.93%. there were.
(7) Classification and drying of fine particles
The obtained particles were subjected to solid-liquid separation with a centrifugal separator, and then, after irradiating ultrasonic waves in methanol, the operation of decantation was repeated several times to remove fine particles. The remaining particles were air-dried and then dried at 150 ° C. to remove residual methanol. The yield of PMSO particles thus obtained was 75%.
Example 4
By subjecting the PMSO particles obtained in Example 3 to the same firing and classification operations as in Example 2, fired particles having an average particle diameter of 11.99 μm and a CV value of 1.85% are obtained. It was.
Example 5
(1) Preparation of seed particle formation solution
To 5,000 g of ion-exchanged water, 0.8 ml of 1 mol / liter ammonia water (NH3: 2.7 ppm) and 750 g of MTMS were added and stirred at 25 ° C. at 100 rpm. After about 3 hours, MTMS was completely dissolved to become a homogeneous solution, and it became pale and cloudy. This was used as a seed particle forming solution.
(2) Preparation of liquid for particle growth
MTMS 4,950g was added to ion exchange water 33,000g, and it stirred at 100 rpm at 30 degreeC. After about 3 hours, MTMS was completely dissolved to form a homogeneous solution, to which 16.5 g of sodium dodecyl sulfate was added. This was used as a particle growth solution.
(3) Formation of seed particles
In the seed particle forming solution prepared in the above (1), the stirring speed was lowered to 50 rpm, and 50 ml of 1 mol / liter ammonia water was added all at once. 0.2 ml of the seed particle solution 20 minutes after the addition was added to 2 ml of 0.1% by weight polyvinyl alcohol aqueous solution, and the particle size of the seed particles in the seed particle solution was measured by a Coulter counter (“Multisizer, manufactured by Beckman Coulter, Inc.). III "). As a result, the seed particles had an average particle diameter of 11.11 μm and a CV value of 2.19%.
(4) Particle growth
While stirring the total amount of the particle growth liquid (2) at 20 rpm, 5,778 g of the seed particle liquid obtained in (3) above was added thereto.
(5) Stop reaction
From the addition of the seed particle solution in (4) above, the particle diameter was measured every 10 minutes with an optical microscope video micrometer (Olympus Video Micrometer “VM-50”). After 60 minutes and 65 minutes from the addition, the average particle diameter was both about 23.6 μm, and it was judged that the growth of the particle diameter was completed, and 1,000 g of 2.5 mass% aqueous ammonia was added using a metering pump. It was dripped and aged.
[0039]
The particle size distribution of the polymethylsilsesquioxane (PMSO) particles thus obtained was measured with a Coulter counter (“Multisizer III” manufactured by Beckman Coulter, Inc.). This particle size distribution chart is shown in FIG. The average particle diameter of the PMSO particles was 23.30 μm, and the CV value was 1.81%.
(6) Classification and drying of fine particles
The obtained particles were subjected to solid-liquid separation with a centrifugal separator, and then, after irradiating ultrasonic waves in methanol, the operation of decantation was repeated several times to remove fine particles. The remaining particles were air-dried and then dried at 150 ° C. to remove residual methanol. The yield of PMSO particles thus obtained was 65%.
Comparative Example 1
(1) Preparation of seed particle formation solution
To 5,000 g of ion-exchanged water, 0.2 ml of 1 mol / liter ammonia water (NH3: 0.68 ppm), and 500 g of MTMS was added and stirred at 25 ° C. at 100 rpm. After about 3 hours, MTMS was completely dissolved to become a homogeneous solution and became transparent. This was used as a seed particle forming solution.
(2) Formation of seed particles
In the seed particle forming solution prepared in the above (1), the stirring speed was lowered to 30 rpm, and 50 ml of 1 mol / liter ammonia water was added all at once. 0.2 ml of the seed particle solution 20 minutes after the addition was added to 2 ml of a 0.1% by weight polyvinyl alcohol aqueous solution, and the particle size of the seed particles in the seed particle solution was measured using a Coulter counter (“Multisizer, manufactured by Beckman Coulter, Inc.). III "). As a result, the seed particles had an average particle size of 2.165 μm and a CV value of 3.95%.
Comparative Example 2
(1) Preparation of seed particle formation solution
To 5,000 g of ion-exchanged water, 2.0 ml of 1 mol / liter ammonia water (NH3: 6.8 ppm), and MTMS (500 g) was added and stirred at 25 ° C. and 100 rpm. After about 3 hours, MTMS was completely dissolved and became a homogeneous solution, and became deep cloudy. This was used as a seed particle forming solution.
(2) Formation of seed particles
In the seed particle forming solution prepared in the above (1), the stirring speed was lowered to 30 rpm, and 50 ml of 1 mol / liter ammonia water was added all at once. 0.2 ml of the seed particle solution 20 minutes after the addition was added to 2 ml of 0.1% by weight polyvinyl alcohol aqueous solution, and the particle size of the seed particles in the seed particle solution was measured by a Coulter counter (“Multisizer, manufactured by Beckman Coulter, Inc.). III "). As a result, the seed particles had an average particle diameter of 2.176 μm and a CV value of 4.21%.
Comparative Example 3
(1) Preparation of seed particle formation solution
MTMS 500g was added to ion exchange water 5,000g, and it stirred at 100 rpm at 25 degreeC. After about 3 hours, MTMS was completely dissolved into a homogeneous solution and became clear. This was used as a seed particle forming solution.
(2) Preparation of liquid for particle growth
MTMS 4,950g was added to ion exchange water 33,000g, and it stirred at 100 rpm at 30 degreeC. After about 3 hours, MTMS was completely dissolved to form a uniform solution, which was used as a particle growth solution.
(3) Formation of seed particles
In the seed particle forming solution prepared in the above (1), the stirring speed was lowered to 30 rpm, and 50 ml of 1 mol / liter ammonia water was added all at once. After 30 minutes of addition, 0.2 ml of the seed particle solution was added to 2 ml of a 0.1% by weight polyvinyl alcohol aqueous solution, and the particle size of the seed particles in the seed particle solution was measured using a Coulter counter (“Multisizer, manufactured by Beckman Coulter, Inc.). III "). As a result, the seed particles had an average particle size of 2.365 μm and a CV value of 1.56%.
(4) Particle growth
While stirring the whole liquid for particle growth (2) at 20 rpm, 3,200 g of the seed particle liquid obtained in (3) above was added thereto.
(5) Stop reaction
From the addition of the seed particle solution in (4) above, the particle diameter was measured every 10 minutes with an optical microscope video micrometer (Olympus Video Micrometer “VM-50”). 30 minutes and 35 minutes after the addition, the average particle size was about 7.2 μm, and it was judged that the particle size growth had ended, and 500 g of 2.5% by mass ammonia water was added dropwise with a metering pump. And matured.
[0040]
When the particle diameter of the PMSO particles thus obtained was measured with a Coulter counter, the average particle diameter was 7.052 μm and the CV value was 1.65%.
(6) Classification and drying of fine particles
The obtained particles were subjected to solid-liquid separation with a centrifugal separator, and then, after irradiating ultrasonic waves in methanol, the operation of decantation was repeated several times to remove fine particles. The remaining particles were air-dried and then dried at 150 ° C. to remove residual methanol. The yield of PMSO particles thus obtained was 70%.
Comparative Example 4
(1) Preparation of additive-containing liquid
To 450 g of ion-exchanged water, 45 g of MTMS was added and stirred at 100 rpm at room temperature. At the beginning of MTMS addition, it was dispersed in the form of oil droplets in the aqueous solution, but after about 2 hours, MTMS was completely dissolved and became a homogeneous solution. The stirring speed was reduced to 40 rpm, and 0.72 ml of 1 mol / liter ammonia water was added all at once. 15 minutes after adding the aqueous ammonia, the particles grew and the solution became cloudy. After 30 minutes, the particle size was measured with an optical microscope video micrometer (Olympus Video Micrometer “VM-50”), and the average particle size was 4.1 μm.
(2) Preparation of seed particle formation solution
MTMS500g was added to ion exchange water 5000g, and it stirred at 100 rpm at 30 degreeC. After about 3 hours, MTMS was completely dissolved into a uniform solution, which was used as a seed particle forming solution.
(3) Preparation of liquid for particle growth
MTMS 4950g was added to ion exchange water 33000g, and it stirred at 100 rpm at 20 degreeC. After about 3 hours, MTMS was completely dissolved to form a uniform solution, which was used as a particle growth solution.
(4) Formation of seed particles
In the seed particle forming liquid prepared in (2) above, the stirring speed was lowered to 30 rpm, and 50 ml of 1 mol / liter of ammonia water and 493 g of the additive particle-containing liquid obtained in (1) above were added. After 30 minutes of addition, 0.2 ml of the seed particle solution was added to 2 ml of a 0.1% by weight polyvinyl alcohol aqueous solution, and the particle size was immediately measured with a Coulter counter (“Multisizer III” manufactured by Beckman Coulter, Inc.). As a result, newly generated seed particles had an average particle size of 4.456 μm (CV value 1.16%).
(5) Growth of particle size
While stirring the total amount of 37950 g of the particle growth liquid obtained in (3) above at 20 rpm, 3410 g of the seed particle liquid obtained in (4) above was added to grow the particle size.
(6) Stop reaction
The particle diameter was measured with an optical microscope video micrometer (Olympus Video Micrometer “VM-50”) every 10 minutes after the addition of the seed particle forming solution in (5) above. After 1 hour and 1 hour and 10 minutes from the addition, both had an average particle size of about 13.8 μm, and the occurrence of aggregates was confirmed. Aging was performed by dropping 500 g of aqueous ammonia with a metering pump.
[0041]
The particle diameter of the particles thus obtained was measured with a Coulter counter (“Multisizer III” manufactured by Beckman Coulter, Inc.). The average particle diameter was 13.88 μm, and the CV value was 1.56%. It was.
(7) Classification and drying of fine particles
The obtained particles were subjected to solid-liquid separation with a centrifugal separator, and then, after irradiating ultrasonic waves in methanol, the operation of performing decantation was repeated several times to remove fine particles. The remaining particles were air-dried and then dried at 150 ° C. to remove residual methanol. The yield of PMSO particles thus obtained was 30%.
Comparative Example 5
By subjecting the PMSO particles obtained in Comparative Example 4 to the same firing and classification operations as in Example 2, fired particles having an average particle diameter of 11.31 μm and a CV value of 1.47% are obtained. It was.
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, seed particles having a particle size larger than that of the conventional method can be formed by adding a trace amount of a basic catalyst in the order of ppm when preparing the seed particle forming liquid. By growing the seed particles or, if necessary, no growth operation is performed, polyorganosiloxane particles having an average particle size larger than, for example, 10 μm and a monodisperse particle size distribution can be efficiently produced. The polyorganosiloxane particles are used as spacers and standard particles for liquid crystal display devices, organic electroluminescence elements, touch panels, and the like.
In addition, according to the method of the present invention, the polyorganosiloxane particles obtained by the above method are fired under specific conditions to have a particle size suitable for the above-mentioned use and a high particle size distribution. Monodispersed silica particles can be produced in a short time by a simple operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a particle size distribution chart obtained by measuring the particle size of fine particles in a seed particle forming liquid in Example 1 using a Coulter counter.
FIG. 2 is a particle size distribution chart obtained by measuring the particle size of seed particles in the seed particle liquid in Example 1 using a Coulter counter.
FIG. 3 is a particle size distribution chart obtained by measuring the particle size of polymethylsilsesquioxane particles in the particle growth liquid in Example 1 using a Coulter counter.

Claims (6)

一般式(I)
nSi(OR4 −n …(I)
(式中、Rは非加水分解性基であって、炭素数1〜20のアルキル基、(メタ)アクリロイルオキシ基若しくはエポキシ基を有する炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基または炭素数7〜20のアラルキル基、Rは炭素数1〜6のアルキル基、nは1〜3の整数を示し、Rが複数ある場合、各Rはたがいに同一であっても異なっていてもよく、ORが複数ある場合、各ORはたがいに同一であっても異なっていてもよい。)
で表されるケイ素化合物を水性溶液とし、塩基性触媒存在下で加水分解、縮合させて、ポリオルガノシロキサン粒子を製造する方法において、前記ケイ素化合物を水性媒体に溶解するに際し、前記水性媒体に対し、0.7〜6.5質量ppmの塩基性触媒を添加して、予備的に加水分解、縮合させたのち、これに、塩基性触媒を添加し、ポリオルガノシロキサン粒子を形成させることを特徴とするポリオルガノシロキサン粒子の製造方法。
Formula (I)
R 1 nSi (OR 2 ) 4 −n (I)
(In the formula, R 1 is a non-hydrolyzable group having 1 to 20 carbon atoms, a (meth) acryloyloxy group or an epoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 2 to 20 carbon atoms). An alkenyl group, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, R 2 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, n is an integer of 1 to 3, and there is a plurality of R 1 each R 1 may be different from one another identical, if OR 2 there are a plurality, each OR 2 may be different even identical to each other.)
In the method for producing polyorganosiloxane particles by hydrolyzing and condensing a silicon compound represented by the following formula in the presence of a basic catalyst, when the silicon compound is dissolved in the aqueous medium, with the addition of 0.7 to 6.5 mass ppm of a basic catalyst, preliminary hydrolysis, after condensation, to this is added salt group catalyst, that to form the polyorganosiloxane particles A method for producing polyorganosiloxane particles, which is characterized.
ポリオルガノシロキサン粒子からなるシード粒子を形成させる工程と、該シード粒子を成長させる工程を有する請求項1に記載の方法。  The method according to claim 1, comprising the steps of forming seed particles composed of polyorganosiloxane particles and growing the seed particles. 塩基性触媒がアンモニアである請求項1または2に記載の方法。  The process according to claim 1 or 2, wherein the basic catalyst is ammonia. 一般式(I)で表されるケイ素化合物がメチルトリメトキシシランまたはビニルトリメトキシシランである請求項1、2または3に記載の方法。  The method according to claim 1, 2 or 3, wherein the silicon compound represented by the general formula (I) is methyltrimethoxysilane or vinyltrimethoxysilane. 製造されたポリオルガノシロキサン粒子の平均粒子径が10μmを超え、かつ粒度分布の変動係数(CV値)が5%以下である請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方法。  The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the produced polyorganosiloxane particles have an average particle size of more than 10 µm and a coefficient of variation (CV value) of the particle size distribution of 5% or less. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の方法でポリオルガノシロキサン粒子を製造し、得られたポリオルガノシロキサン粒子を、その中に含まれる有機基の分解温度より150℃低い温度ないし有機基の分解温度未満の温度において予備焼成処理したのち、当該有機基の分解温度以上の温度で焼成処理することを特徴とするシリカ粒子の製造方法。Claims 1 to produce a method depot polyorganosiloxane particles according to any one of 5, obtained poly organosiloxane particles, 0.99 ° C. lower temperature to organic than the decomposition temperature of the organic groups contained therein A method for producing silica particles, comprising pre-calcining at a temperature lower than the decomposition temperature of the group and then baking at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the organic group.
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