JP4540432B2 - Cationic resin-modified silica dispersion - Google Patents

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JP4540432B2 JP2004258136A JP2004258136A JP4540432B2 JP 4540432 B2 JP4540432 B2 JP 4540432B2 JP 2004258136 A JP2004258136 A JP 2004258136A JP 2004258136 A JP2004258136 A JP 2004258136A JP 4540432 B2 JP4540432 B2 JP 4540432B2
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Description

本発明は、インクジェット用記録紙をはじめ、フィルム・樹脂・ガラス・金属等にガスバリヤ性、耐食性、親水性、光沢性、吸液性、絶縁性等を付与するための各種コーティング剤や半導体ウェハーやIC研磨剤、エマルジョンの安定化剤等の調製に有用な新規の湿式シリカ分散液に関する。   The present invention includes various coating agents, semiconductor wafers, and the like for imparting gas barrier properties, corrosion resistance, hydrophilicity, glossiness, liquid absorption, insulation, etc., to recording paper for ink jet, film, resin, glass, metal, etc. The present invention relates to a novel wet silica dispersion useful for the preparation of IC abrasives, emulsion stabilizers and the like.

インクジェット用記録紙は、紙などの支持体の片面又は両面に、インク吸収を目的としたインク吸収層である塗工層が形成されており、その塗工層を形成するための材料(以下、塗工層形成材料ともいう。)として湿式シリカ及び乾式シリカなどが使用されている(例えば、特許文献1、2、3参照)。   An ink jet recording paper has a coating layer that is an ink absorbing layer for ink absorption formed on one or both sides of a support such as paper, and a material for forming the coating layer (hereinafter, referred to as an ink absorbing layer). Wet silica, dry silica, and the like are also used as the coating layer forming material (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3).

一般に、インクジェット用のインクとしては、アニオン性の化合物が使われることが多く、上記の塗工層はカチオン性を呈している方が、インクジェット用記録紙に該インクを印刷した場合の画像濃度及び耐水性向上のために有利である。ところが、塗工層形成材料として用いるシリカは、粒子がアニオン性を呈するため、上記印刷時の画像濃度や耐水性の低下を招くことが懸念される。そのための改善策として、シリカと第4級アンモニウム塩基等のカチオン性基を含むカチオン性樹脂を含む塗工液を塗布する塗工層が提案されている(例えば、特許文献4、5参照)。   In general, an anionic compound is often used as an ink for ink jet, and the above coating layer is more cationic, and the image density and the ink density when the ink is printed on the ink jet recording paper are better. It is advantageous for improving the water resistance. However, silica used as a coating layer forming material has an anionic property, and there is a concern that image density and water resistance during printing may be reduced. As an improvement measure therefor, a coating layer for applying a coating solution containing a cationic resin containing a cationic group such as silica and a quaternary ammonium base has been proposed (see, for example, Patent Documents 4 and 5).

しかし、近年、パソコンとデジタルカメラの一般家庭への普及に伴い、写真並みの画質が得られるインクジェット用記録紙が求められるようになり、前述の耐水性、インク吸収性に加え、光沢性にも優れた塗工層を得ることができる塗工液の要求が高まりつつある。   However, in recent years, with the spread of personal computers and digital cameras to general households, there has been a demand for ink jet recording paper that can obtain image quality equivalent to photographs. In addition to the water resistance and ink absorbency described above, glossiness is also improved. There is an increasing demand for coating liquids that can provide excellent coating layers.

一方、塗工層形成材料として使用されているシリカの中で、珪酸ソーダと鉱酸の反応で析出させて得られる湿式シリカは、一次粒子内に内部細孔を有しており、一次粒子内に内部細孔を有していない乾式シリカと比較して、吸液性が高いという塗工層形成材料としての利点を有している。   On the other hand, among silica used as a coating layer forming material, wet silica obtained by precipitation by reaction of sodium silicate and mineral acid has internal pores in primary particles, Compared to dry silica that does not have internal pores, it has an advantage as a coating layer forming material having high liquid absorbency.

しかしながら、湿式シリカ粒子は、一次粒子同士の凝集性が強いため、塗工液中において、大きな凝集粒子を形成し易く、平均粒子径が大きくなる傾向にある。そのため、湿式シリカを含んだ塗工液を塗布した塗工層は、光沢性が低いという問題を有している。   However, since wet silica particles have strong cohesiveness between primary particles, they tend to form large agglomerated particles in the coating liquid and tend to increase the average particle size. Therefore, the coating layer which applied the coating liquid containing wet silica has the problem that glossiness is low.

上記問題の改善策として、湿式シリカを極性溶媒中に分散したシリカスラリーとカチオン性樹脂を混合し、シリカ表面をカチオン化した後、分散液中のシリカ粒子の凝集粒子を高圧ホモジナイザーや湿式メディア式粉砕機を用いて機械的にサブミクロンオーダーまで微粒化し、平均粒子径の小さなカチオン性樹脂変性シリカ分散液を製造する方法が提案されている(例えば、特許文献6、7、8参照)。   As a measure to solve the above problem, after mixing a silica slurry in which wet silica is dispersed in a polar solvent and a cationic resin, and cationizing the silica surface, the aggregated particles of silica particles in the dispersion are mixed with a high-pressure homogenizer or wet media type There has been proposed a method of producing a cationic resin-modified silica dispersion having a small average particle diameter by mechanically atomizing to a submicron order using a pulverizer (see, for example, Patent Documents 6, 7, and 8).

一方、近年、輸送コストの低減や、塗工液濃度の高濃度化などにより高濃度の分散液の供給が望まれているが、前記の従来技術により得られたカチオン性樹脂変性シリカ分散液は、シリカ濃度が高濃度、特に、22重量%以上となったとき、保存安定性が著しく低下するという問題があった。   On the other hand, in recent years, it has been desired to supply a high-concentration dispersion liquid by reducing transportation costs, increasing the concentration of the coating liquid, and the like. Further, when the silica concentration is high, particularly 22% by weight or more, there is a problem that the storage stability is remarkably lowered.

また、上記高濃度のシリカ分散液は、透明性に関しても十分ではなく、上記濃度に近づくにつれて透明性が低下する。その結果、かかるシリカ分散液を使用して形成される塗工層の透明性も低くなる。この塗工層の透明性が低くなると、シートに印刷されたインク濃度の濃淡の鮮明度が低下し、得られた画像に色の深みを出すことができなくなり、写真並みの画質を実現することが困難となる。   In addition, the high-concentration silica dispersion is not sufficient in terms of transparency, and the transparency decreases as the concentration approaches. As a result, the transparency of the coating layer formed using such a silica dispersion is also lowered. If the transparency of this coating layer is lowered, the clarity of the ink density printed on the sheet will be reduced, and it will not be possible to produce color depth in the resulting image, realizing image quality equivalent to that of photographs. It becomes difficult.

特開昭55−51583号公報JP-A-55-51583 特開昭56−148583号公報JP 56-144853 A 特開昭60−204390号公報JP 60-204390 A 特開昭61−43593号公報JP-A 61-43593 特開昭62−268682号公報Japanese Patent Laid-Open No. 62-268682 特開平10−181190号公報JP-A-10-181190 特開2004−50811号公報JP 2004-50811 A 特開2004−174810号公報JP 2004-174810 A

従って、本発明の目的は、極性溶媒に22重量%以上の高濃度で湿式シリカを分散させたカチオン性樹脂変性シリカ分散液であって、透明性が高く、且つ、保存安定性にも優れたカチオン性樹脂変性シリカ分散液を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is a cationic resin-modified silica dispersion in which wet silica is dispersed at a high concentration of 22% by weight or more in a polar solvent, which has high transparency and excellent storage stability. The object is to provide a cationic resin-modified silica dispersion.

本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定のBET比表面積範囲の湿式シリカを極性溶媒中で特定の粉砕機を使用して特定の微粒化処理した後に、特定のカチオン性樹脂と混合して分散処理することにより、前記目的を達成したカチオン性樹脂変性シリカ分散液が得られることを見出し、本発明を完成することに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have conducted a specific atomization treatment of wet silica having a specific BET specific surface area range in a polar solvent using a specific pulverizer, The inventors have found that a cationic resin-modified silica dispersion that achieves the above-mentioned object can be obtained by mixing with a specific cationic resin and dispersing, and the present invention has been completed.

即ち、本発明は、極性溶媒に22重量%以上の濃度で、BET比表面積170〜230m/gの湿式シリカを添加したシリカスラリーを、平均粒子径0.2mmφ未満のセラミック製ビーズをメディアとして使用した湿式メディア型粉砕機により該湿式シリカ粒子の平均粒子径が1μm以下となるように微粒化した後、平均分子量が5万未満であり、且つ、コロイド当量値が4.0meq/g以上である環状アンモニウム塩型のカチオン性樹脂の存在下に分散処理することによって得られた、シリカ粒子の平均粒子径が300nm以下のカチオン性樹脂変性シリカ分散液である。 That is, in the present invention, silica slurry obtained by adding wet silica having a BET specific surface area of 170 to 230 m 2 / g to a polar solvent at a concentration of 22% by weight or more is used as a medium with ceramic beads having an average particle diameter of less than 0.2 mmφ. After atomization so that the average particle diameter of the wet silica particles is 1 μm or less by the used wet media type pulverizer, the average molecular weight is less than 50,000, and the colloid equivalent value is 4.0 meq / g or more. This is a cationic resin-modified silica dispersion having an average particle size of silica particles of 300 nm or less obtained by dispersing in the presence of a certain cyclic ammonium salt type cationic resin.

本発明のカチオン性樹脂変性シリカ分散液は、高シリカ濃度でも、透明性が高く、且つ、保存安定性に優れているため、インクジェット用記録紙の塗工層形成材料をはじめ、各種のコーティング剤の原料として好適に使用することができる。   Since the cationic resin-modified silica dispersion of the present invention is highly transparent and excellent in storage stability even at high silica concentrations, various coating agents including coating layer forming materials for inkjet recording paper are used. It can be suitably used as a raw material.

(湿式シリカ)
本発明に用いられる湿式シリカは、珪酸ソーダを鉱酸で中和することによって溶液中で析出させて得られる、「ホワイトカーボン」とも称されるものである。また、上記中和反応により析出した湿式シリカは、ろ過や洗浄後に乾燥を施さないで、湿式シリカケークの状態で使用することが、乾燥粉を使用する場合と比較してシリカ粒子の凝集力が小さいため、分散性が良く、好ましく使用される。
(Wet silica)
The wet silica used in the present invention is also referred to as “white carbon” obtained by precipitating sodium silicate in a solution by neutralizing with a mineral acid. In addition, the wet silica precipitated by the neutralization reaction is not dried after filtration or washing, and it is used in a wet silica cake state, and the cohesive force of silica particles is smaller than when dry powder is used. Therefore, it has good dispersibility and is preferably used.

また、湿式シリカをケークで使用する場合、湿式シリカケークはシリカの比表面積が高くなると水分含有率が高くなり濃度が低下するので、シリカ分散液中のシリカ濃度を高め、且つ、分散性も良くするためには、湿式シリカケークと湿式シリカ粉(乾燥物)とを混合し、シリカ濃度を高めて使用することが好ましい。   In addition, when wet silica is used in a cake, the wet silica cake increases the water content and decreases the concentration when the specific surface area of the silica is increased, so the silica concentration in the silica dispersion is increased and the dispersibility is also improved. For this purpose, it is preferable to use wet silica cake and wet silica powder (dried product) by mixing them and increasing the silica concentration.

勿論、本発明において、湿式シリカは乾燥粉のみで使用することも可能である。   Of course, in the present invention, wet silica can be used only as a dry powder.

本発明に用いられる湿式シリカは、BET比表面積が170〜230m/g、好ましくは180〜220m/gの範囲であることが、透明性が高く、且つ、保存安定性に優れたカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得るために必要である。 The wet silica used in the present invention has a BET specific surface area of 170 to 230 m 2 / g, preferably 180 to 220 m 2 / g, and has high transparency and excellent storage stability. Necessary for obtaining a resin-modified silica dispersion.

即ち、上記BET比表面積が230m/gを超える湿式シリカは、一次粒子が小さいため、極性溶媒中において凝集し易い。特に、この現象はシリカ濃度が高くなるほど顕著になる傾向がある。従って、BET比表面積230m/g以上の湿式シリカを用いて、本発明の目的とする高濃度カチオン性樹脂変性シリカ分散液を製造した場合、保存安定性が悪くなり、経時的に該分散液粘度が上昇し、場合によっては、該分散液全体がゲル化し易くなる傾向がある。 That is, the wet silica having a BET specific surface area of more than 230 m 2 / g is easy to aggregate in a polar solvent because the primary particles are small. In particular, this phenomenon tends to become more prominent as the silica concentration increases. Accordingly, when the high concentration cationic resin-modified silica dispersion liquid of the present invention is produced using wet silica having a BET specific surface area of 230 m 2 / g or more, the storage stability is deteriorated, and the dispersion liquid is gradually deteriorated over time. The viscosity increases, and in some cases, the whole dispersion tends to be easily gelled.

また、上記BET比表面積が170m/g未満である湿式シリカは、一次粒子径が大きいため、これを用いたカチオン性樹脂変性シリカ分散液の透明性が低下する傾向にある。 In addition, wet silica having a BET specific surface area of less than 170 m 2 / g has a large primary particle size, and thus the transparency of the cationic resin-modified silica dispersion using the wet silica tends to decrease.

尚、上記BET比表面積とは、多分子層吸着理論を応用して測定される比表面積であり、シリカの平均一次粒径に相当すると考えられている(J.Am.Chem.Soc. 60,P309(1938)参照)。また、粉体物性図説(粉体工学研究会、日本粉体工業協会編,P85(1975))に記載されているように、一次粒子を球形であると仮定すれば、比表面積と一次粒子の平均径には下記数式(1)の関係があり、比表面積が大きいほど平均一次粒径は微小となる。   The BET specific surface area is a specific surface area measured by applying multi-layer adsorption theory and is considered to correspond to the average primary particle diameter of silica (J. Am. Chem. Soc. 60, P309 (1938)). Further, as described in the powder physical property diagram (powder engineering workshop, edited by Japan Powder Industry Association, P85 (1975)), assuming that the primary particles are spherical, the specific surface area and the primary particles The average diameter has the relationship of the following formula (1). The larger the specific surface area, the smaller the average primary particle diameter.

D=6/(S・ρ) (1)
(ここで、Dは平均一次粒子径、Sは比表面積、ρは粒子の密度を示す。)。
D = 6 / (S · ρ) (1)
(Where D is the average primary particle size, S is the specific surface area, and ρ is the density of the particles).

(極性溶媒)
本発明において用いられる極性溶媒は、湿式シリカ及びカチオン性樹脂が分散し易い極性溶媒であれば特に制限はない。かかる極性溶媒としては、水が最も好ましい。勿論、水以外にもメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、エーテル類、ケトン類などの極性溶媒が使用でき、また、水と上記極性溶媒との混合溶媒も好適に使用できる。
(Polar solvent)
The polar solvent used in the present invention is not particularly limited as long as it is a polar solvent in which wet silica and a cationic resin are easily dispersed. As such a polar solvent, water is most preferable. Of course, in addition to water, polar solvents such as alcohols such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol, ethers and ketones can be used, and a mixed solvent of water and the above-mentioned polar solvent can also be suitably used.

尚、シリカ粒子の保存安定性や分散性を向上させるために、本発明の効果を損なわない範囲で、シランカップリング剤等の界面活性剤や防黴剤等を少量添加しても良い。   In order to improve the storage stability and dispersibility of the silica particles, a small amount of a surfactant such as a silane coupling agent, an antifungal agent or the like may be added within a range not impairing the effects of the present invention.

(シリカ分散液)
本発明において、前記湿式シリカを極性溶媒に22重量%以上、特に、24〜35重量%の濃度となるように添加してシリカスラリーが調製される、その結果、得られるカチオン性樹脂変性シリカ分散液中のシリカ濃度は、22重量%以上となる。
(Silica dispersion)
In the present invention, a silica slurry is prepared by adding the wet silica to a polar solvent so as to have a concentration of 22% by weight or more, particularly, 24 to 35% by weight. As a result, the resulting cationic resin-modified silica dispersion The silica concentration in the liquid is 22% by weight or more.

このように、最終的に得られるカチオン性樹脂変性シリカ分散液のシリカ濃度を22重量%以上とすることによって、塗工層形成材料として使用する際の塗工液中のシリカ濃度を高めることができるので下記の効果がある。
(1)塗工液に添加する他の添加剤の濃度が低くても、ある程度の塗工液濃度を維持することができるので、使用可能な添加剤の選択肢が広がる。
(2)塗工液調製後の塗工において一回の塗工で十分な厚みの塗工層を形成することが可能となる。
(3)塗工後乾燥する際のエネルギー効率が高い。
(4)カチオン性樹脂変性シリカ分散液中のシリカ濃度が高いと物流コストの面から有利である。
Thus, the silica concentration in the coating liquid when used as a coating layer forming material can be increased by setting the silica concentration of the finally obtained cationic resin-modified silica dispersion to 22% by weight or more. Since it can, it has the following effects.
(1) Even if the concentration of other additives added to the coating liquid is low, a certain level of coating liquid concentration can be maintained, so that options for usable additives are widened.
(2) A coating layer having a sufficient thickness can be formed by a single coating in the coating after the coating solution is prepared.
(3) High energy efficiency when drying after coating.
(4) A high silica concentration in the cationic resin-modified silica dispersion is advantageous from the viewpoint of physical distribution costs.

但し、従来提案されているシリカ分散液においては、上記高濃度に湿式シリカを分散させた状態で、安定性を示すカチオン性樹脂変性シリカ分散液は存在しなかった。これに対して、本発明は、上記特定のBET比表面積を有する湿式シリカを用いたシリカスラリーを、平均粒子径0.2mmφ未満のセラミック製ビーズをメディアとした湿式メディア型粉砕機を使用して、シリカ粒子を1μm以下となるように微粒子化すること、及びその後特定のカチオン性樹脂と混合することによって得られるカチオン性樹脂変性シリカ分散液の安定化を達成したのである。   However, in the conventionally proposed silica dispersions, there was no cationic resin-modified silica dispersion exhibiting stability in a state where wet silica was dispersed at the high concentration. On the other hand, the present invention uses a silica slurry using wet silica having the above specific BET specific surface area, using a wet media type pulverizer using ceramic beads having an average particle diameter of less than 0.2 mmφ as a medium. The stabilization of the cationic resin-modified silica dispersion obtained by making the silica particles finer to 1 μm or less and then mixing with a specific cationic resin was achieved.

極性溶媒中の湿式シリカ粒子の平均粒子径を1μm以下に微粒化するのに使用できる微粒化装置としては、粉砕メディア相互と被粉砕物との衝撃作用で微粒化粉砕する原理を採用している湿式メディア型粉砕機を使用する。   The atomization apparatus that can be used to atomize the average particle diameter of wet silica particles in a polar solvent to 1 μm or less employs the principle of atomization and pulverization by the impact action between the pulverization media and the object to be pulverized. Wet media type pulverizer is used.

一般に湿式メディア型粉砕機とは、平均粒子径0.01〜3mmφ程度のビーズをメディアとして用いる粉砕機であるが、本発明者らの知見によれば、使用するビーズは、平均粒子径が大きいほど、ビーズの磨耗による不純物の混入が多くなる傾向にある。そして、ビーズ由来による不純物の混入は、微粒化処理後のシリカ分散液の透明性を低下する原因となることが判明した。
したがって、本発明で使用される湿式メディア型粉砕機のメディアは、0.2mmφ未満のビーズであることが必要である。また、上記湿式メディア型粉砕機に使用するビーズは、硬度の観点から、セラミック製であることが必要である。中でも、ジルコニア製であることが好ましい。
湿式メディア型粉砕機の代表例を具体的に例示すると、井上製作所製の商品名;マイティーミル、アイメックス製の商品名;ビスコミル、アシザワ製の商品名;アジテータミル、コトブキ技研工業製の商品名;スーパーアペックスミル、ウルトラアペックスミル及びウィリー・エ・バッコーフェン製の商品名;ダイノーミルなどを挙げることができる。
In general, a wet media type pulverizer is a pulverizer that uses beads having an average particle diameter of about 0.01 to 3 mmφ as a medium, but according to the knowledge of the present inventors, the beads used have a large average particle diameter. As a result, the contamination of the impurities due to the wear of the beads tends to increase. And it became clear that mixing of the impurity by bead origin becomes the cause which reduces the transparency of the silica dispersion liquid after atomization processing.
Therefore, the media of the wet media type pulverizer used in the present invention must be beads having a diameter of less than 0.2 mmφ. Further, the beads used in the wet media type pulverizer need to be made of ceramic from the viewpoint of hardness. Especially, it is preferable that it is a product made from a zirconia.
Specific examples of wet media type pulverizers include: Inoue Seisakusho brand name; Mighty Mill, Imex brand name; Visco Mill, Ashizawa brand name; Agitator mill, Kotobuki Giken brand name; Trade names manufactured by Super Apex Mill, Ultra Apex Mill, and Willy et Bakkofen;

また、湿式メディア型粉砕機の接液部には、ジルコニア又はアルミナを主成分とするセラミック、或いはポリウレタン系又はポリエチレン系の樹脂などシリカに対して磨耗性の高い素材が好ましい。   In addition, the wetted part of the wet media type pulverizer is preferably made of a material having high wear resistance with respect to silica, such as ceramic mainly composed of zirconia or alumina, or polyurethane or polyethylene resin.

尚、湿式シリカを微粒化する装置としては、湿式メディア型粉砕機の他にも、超音波分散機や高圧ホモジナイザーなどがあるが、実用的ではなく、本発明のシリカ分散液の調製において使用することができない。   In addition to wet media type pulverizers, there are ultrasonic dispersers and high-pressure homogenizers as an apparatus for atomizing wet silica, which are not practical and are used in the preparation of the silica dispersion of the present invention. I can't.

また、上記シリカ分散液の調製において、シリカ濃度22重量%以上のカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得る途中での増粘・ゲル化を効果的に防止するためには、湿式メディア型粉砕機による微粒化に先立って、シリカスラリーのpHを5未満になるように調整することが好ましい。   In the preparation of the silica dispersion, in order to effectively prevent thickening and gelation in the middle of obtaining a cationic resin-modified silica dispersion having a silica concentration of 22% by weight or more, a wet media type pulverizer is used. Prior to atomization, it is preferable to adjust the pH of the silica slurry to be less than 5.

シリカスラリーのpHを5未満に調整する方法としては、極性溶媒に予め硫酸等の鉱酸を添加してpH調整を行った後、該極性溶媒に湿式シリカを分散する方法、又は湿式シリカと硫酸等の鉱酸を同時に添加して、pH調整を行いながら、極性溶媒に湿式シリカを分散してシリカスラリーを調製する方法が好ましい。   As a method for adjusting the pH of the silica slurry to less than 5, after adjusting the pH by previously adding a mineral acid such as sulfuric acid to a polar solvent, wet silica is dispersed in the polar solvent, or wet silica and sulfuric acid. A method of preparing a silica slurry by dispersing wet silica in a polar solvent while simultaneously adjusting pH by adding a mineral acid such as the above.

上記シリカスラリーのpHを5未満に調整するために使用する分散機は、特に制限されないが、プロペラ羽根、タービン羽根、パドル翼等を有する一般攪拌機、ディスパーミキサー等の高速回転遠心放射型攪拌機、ホモジナイザー、ホモミキサー、ウルトラミキサー等の高速回転せん断型攪拌機、コロイドミル、プラネタリーミキサー、吸引式分散機などの分散機、更に、上記の高速回転せん断型撹拌機とプロペラ羽根及びパドル翼を組み合わせた複合型分散機、プラネタリーミキサーと高速回転遠心放射型撹拌機又は高速せん断型撹拌機を組み合わせた複合分散機等が挙げられる。   The disperser used to adjust the pH of the silica slurry to less than 5 is not particularly limited, but is a general stirrer having propeller blades, turbine blades, paddle blades, etc., a high-speed rotating centrifugal radiation stirrer such as a disper mixer, a homogenizer Dispersers such as high speed rotary shear type stirrers such as homomixers and ultra mixers, colloid mills, planetary mixers and suction type dispersers, and a combination of the above high speed rotary shear type stirrers and propeller blades and paddle blades Examples thereof include a composite disperser in which a type disperser, a planetary mixer and a high-speed rotary centrifugal radiation type stirrer or a high-speed shear type stirrer are combined.

上記シリカ粒子の平均粒子径とは、シリカスラリーを湿式メディア型粉砕機で微粒化処理を行い、シリカ分散液を調製直後(調製後10分以内)に測定した平均粒子径のことである。   The average particle diameter of the silica particles refers to an average particle diameter measured immediately after preparation of a silica dispersion (within 10 minutes after preparation) by subjecting the silica slurry to a atomization treatment with a wet media type pulverizer.

また、微粒化処理後10分以上の時間が経過すると、シリカ分散液中のシリカ粒子が再凝集し、シリカ粒子の平均粒子径は、見かけ上1μm以上となることもあるが、このような再凝集した場合でも、本発明において使用可能である。   Further, when a time of 10 minutes or more has elapsed after the atomization treatment, the silica particles in the silica dispersion liquid reaggregate, and the average particle diameter of the silica particles may be apparently 1 μm or more. Even when agglomerated, it can be used in the present invention.

尚、本発明において、平均粒子径とは、シリカ分散液中のシリカ凝集粒子の平均粒子径を指しており、光散乱回折式の粒度分布計で測定した時の体積基準算術平均径D50のことである。 In the present invention, the average particle diameter refers to the average particle diameter of the silica agglomerated particles in the silica dispersion, and is the volume-based arithmetic average diameter D 50 as measured with a light scattering diffraction type particle size distribution meter. That is.

(カチオン性樹脂)
本発明において、用いられるカチオン性樹脂は、平均分子量が5万未満であり、且つ、コロイド当量値が4.0meq/g以上である環状アンモニウム塩型のカチオン性樹脂であることが保存安定性に優れたカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得るために必要である。
(Cationic resin)
In the present invention, the cationic resin used is a cyclic ammonium salt type cationic resin having an average molecular weight of less than 50,000 and a colloid equivalent value of 4.0 meq / g or more. Necessary for obtaining an excellent cationic resin-modified silica dispersion.

上記環状アンモニウム塩型のカチオン性樹脂は、ジアリルアンモニウム塩及びその誘導体を重合して得られる環状アンモニウム塩型のカチオン性樹脂であり、具体例としては、下記の構造式(1)又は構造式(2)で示される繰り返し単位を有するジアリルアンモニウム塩及びその重合体、構造式(1)又は構造式(2)で示される繰り返し単位10〜90モル%とジアリルアンモニウム塩及びその誘導体と共重合可能なモノマーに基づく繰り返し単位90〜10モル%とを有する共重合体を挙げることができる。   The cyclic ammonium salt-type cationic resin is a cyclic ammonium salt-type cationic resin obtained by polymerizing a diallylammonium salt and a derivative thereof. Specific examples include the following structural formula (1) or structural formula ( 2) The diallylammonium salt having a repeating unit represented by 2) and a polymer thereof, 10 to 90 mol% of a repeating unit represented by structural formula (1) or structural formula (2), and a diallylammonium salt and a derivative thereof can be copolymerized. Mention may be made of copolymers having 90 to 10 mol% of repeating units based on monomers.

Figure 0004540432
構造式(1)、構造式(2)において、R及びRは、水素原子又はメチル基、エチル基を表す。ジアリルアンモニウム塩及びその誘導体と共重合可能なモノマーに基づく繰り返し単位としては、好ましくは、アクリルアミド、モノアリルアミン塩酸塩に基づく繰り返し単位が挙げられる。
Figure 0004540432
In Structural Formula (1) and Structural Formula (2), R 1 and R 2 represent a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group. As the repeating unit based on a monomer copolymerizable with a diallylammonium salt and a derivative thereof, a repeating unit based on acrylamide or monoallylamine hydrochloride is preferable.

本発明において、環状アンモニウム塩型カチオン性樹脂の平均分子量は、5万未満であることが必要である。カチオン性樹脂の平均分子量が5万以上である場合、前述同様、分散液中のシリカ濃度が22重量%以上のカチオン性樹脂変性シリカ分散液を製造すると保存安定性が悪くなる傾向にある。環状アンモニウム塩型カチオン性樹脂の平均分子量は、好ましくは1,000〜45,000、更に好ましくは1,000〜25,000である。   In the present invention, the average molecular weight of the cyclic ammonium salt type cationic resin needs to be less than 50,000. When the average molecular weight of the cationic resin is 50,000 or more, as described above, when a cationic resin-modified silica dispersion having a silica concentration of 22% by weight or more is produced, the storage stability tends to deteriorate. The average molecular weight of the cyclic ammonium salt type cationic resin is preferably 1,000 to 45,000, more preferably 1,000 to 25,000.

尚、本発明において、平均分子量とは、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィーから求めたポリエチレン換算値である。   In addition, in this invention, an average molecular weight is the polyethylene conversion value calculated | required from the gel permeation chromatography.

本発明において、環状アンモニウム塩型カチオン性樹脂のコロイド当量値は、4.0meq/g以上である。カチオン性樹脂のコロイド当量値が4.0meq/g未満であると、前述同様、分散液中のシリカ濃度が22重量%以上のカチオン性樹脂変性シリカ分散液を製造すると保存安定性が悪くなる。環状アンモニウム塩型カチオン性樹脂のコロイド当量値は、好ましくは4.5meq/g以上、更に好ましくは5.0meq/g以上である。   In the present invention, the colloidal equivalent value of the cyclic ammonium salt type cationic resin is 4.0 meq / g or more. When the colloid equivalent value of the cationic resin is less than 4.0 meq / g, as described above, when a cationic resin-modified silica dispersion having a silica concentration of 22% by weight or more is produced, the storage stability is deteriorated. The colloidal equivalent value of the cyclic ammonium salt type cationic resin is preferably 4.5 meq / g or more, more preferably 5.0 meq / g or more.

尚、本発明において、コロイド当量値とは、コロイド滴定法により求めたカチオン性のコロイド当量値である。   In the present invention, the colloid equivalent value is a cationic colloid equivalent value determined by a colloid titration method.

本発明において、特に好適なカチオン性樹脂は、平均分子量1,000〜25,000であり、且つ、コロイド当量値が5.0meq/g以上である、上記の構造式(1)又は構造式(2)で示される繰り返し単位を有するジアリルアンモニウム塩及びその誘導体の重合体、構造式(1)又は構造式(2)で示される繰り返し単位10〜90モル%とジアリルアンモニウム塩及びその誘導体と共重合可能なモノマーに基づく繰り返し単位90〜10モル%とを有する共重合体から選定した1種類のカチオン性樹脂、或いは2種類以上を混合したカチオン性樹脂である。   In the present invention, a particularly preferable cationic resin has an average molecular weight of 1,000 to 25,000 and a colloidal equivalent value of 5.0 meq / g or more. 2) a polymer of a diallylammonium salt having a repeating unit represented by formula (2) and a derivative thereof, copolymerized with 10 to 90 mol% of a repeating unit represented by structural formula (1) or structural formula (2), and a diallylammonium salt or derivative thereof. One type of cationic resin selected from a copolymer having 90 to 10 mol% of repeating units based on possible monomers, or a cationic resin obtained by mixing two or more types.

(カチオン性樹脂変性シリカ分散液)
前記の方法で得られたシリカ分散液は、次いで、カチオン性樹脂の存在下に分散処理してカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得る。
(Cationic resin-modified silica dispersion)
The silica dispersion obtained by the above method is then subjected to a dispersion treatment in the presence of a cationic resin to obtain a cationic resin-modified silica dispersion.

上記シリカ分散液とカチオン性樹脂との混合方法は、特に限定されないが、カチオン性樹脂の水溶液にシリカ分散液を添加して混合する方法が好ましい。また、シリカ分散液とカチオン性樹脂とを混合・分散する手段も特に制限されず、公知の分散機、例えば、高速回転遠心放射型撹拌機、高速回転せん断型撹拌機、コロイドミル、プラネタリーミキサー、吸引式分散機などの一般分散機、高圧ホモジナイザー等の特殊分散機などや、更にこれらの分散機を組み合わせた複合型分散機を使用することができるが、得られるカチオン性樹脂変性シリカ分散液において、シリカ粒子表面にカチオン性樹脂を均一に付着せしめ、より安定性の優れた分散液とするためには、カチオン性樹脂をシリカ表面にメカノケミカル的に均一に付着させることが可能な高圧ホモジナイザーを用いることが推奨される。   The method of mixing the silica dispersion and the cationic resin is not particularly limited, but a method of adding and mixing the silica dispersion to the aqueous solution of the cationic resin is preferable. Further, the means for mixing and dispersing the silica dispersion and the cationic resin is not particularly limited, and a known disperser, for example, a high-speed rotating centrifugal radiation stirrer, a high-speed rotating shear stirrer, a colloid mill, or a planetary mixer. General dispersion machines such as suction type dispersion machines, special dispersion machines such as high-pressure homogenizers, and composite dispersion machines that combine these dispersion machines can also be used. The resulting cationic resin-modified silica dispersion In order to make the cationic resin uniformly adhere to the surface of the silica particles and to make a more stable dispersion, the high-pressure homogenizer that can uniformly attach the cationic resin to the silica surface mechanochemically It is recommended to use

かかる高圧ホモジナイザーの代表例を具体的に例示すると、ナノマイザー製の商品名;ナノマイザー、マイクロフルイディクス製の商品名;マイクロフルイダイザー、及びスギノマシン製のアルティマイザーなどを挙げることができる。   Specific examples of such high-pressure homogenizers include nanomizer product names; nanomizer, microfluidics product names; microfluidizers, and Sugino Machine optimizers.

好ましい分散方法を具体的に示せば、シリカスラリーとカチオン性樹脂との混合を前記の一般分散機にて行い、次いで、高圧ホモジナイザーで高分散を行う方法である。この場合、高圧ホモジナイザーの処理圧力は30MPa以上、特に、50〜250MPaで対向衝突させるか、或いはオリフィスの入口側と出口側の差圧が30MPa以上特に、50〜250MPaとなる条件でオリフィスを通過させることが好ましい。   Specifically, a preferable dispersion method is a method in which the silica slurry and the cationic resin are mixed with the above-mentioned general disperser and then highly dispersed with a high-pressure homogenizer. In this case, the processing pressure of the high-pressure homogenizer is 30 MPa or higher, particularly 50 to 250 MPa, and the opposite collision is performed, or the differential pressure between the inlet side and the outlet side of the orifice is 30 MPa or higher, particularly 50 to 250 MPa. It is preferable.

一般に、シリカ粒子の平均粒子径が1μm以下のシリカ分散液とカチオン性樹脂との混合液中では、シリカ粒子の再凝集が起こるケースがあり、これを更に強分散しようとすると急激に粘度が上昇した後に、粘度が下降する傾向がある。このように急激に粘性が変化する液に対して、高圧ホモジナイザーは非常に適している。   In general, there is a case where silica particles reaggregate in a mixture of a silica dispersion having an average particle size of 1 μm or less and a cationic resin, and the viscosity suddenly increases when the dispersion is further strongly dispersed. After that, the viscosity tends to decrease. A high-pressure homogenizer is very suitable for such a liquid whose viscosity changes abruptly.

本発明において、カチオン性樹脂変性シリカ分散液におけるカチオン性樹脂の使用量は、カチオン性樹脂変性シリカ分散液が製造途中で増粘・ゲル化することなく安定に製造でき、且つ、得られたカチオン性樹脂変性シリカ分散液の粘度を低くし、且つ、該分散液の保存安定性を良くするために、シリカ100重量部に対して、2〜20重量部、特に2〜15重量部とすることが好ましい。   In the present invention, the amount of the cationic resin used in the cationic resin-modified silica dispersion is such that the cationic resin-modified silica dispersion can be stably produced without thickening or gelling during the production, and the obtained cation 2-20 parts by weight, particularly 2-15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silica in order to lower the viscosity of the functional resin-modified silica dispersion and improve the storage stability of the dispersion. Is preferred.

カチオン性樹脂の添加量に対するカチオン性樹脂変性シリカ分散液の粘度及び保存安定性は、添加するカチオン性樹脂の種類により異なるため、予め実験により、該分散液の粘度が低くなり、且つ、保存安定性が一番良くなる最適な添加量を前記添加量の範囲より選択することが好ましい。   Since the viscosity and storage stability of the cationic resin-modified silica dispersion with respect to the addition amount of the cationic resin differ depending on the type of the cationic resin to be added, the viscosity of the dispersion becomes low by experiments and the storage stability is determined in advance. It is preferable to select an optimum addition amount that provides the best performance from the range of the addition amount.

(その他の条件)
本発明において、カチオン性樹脂変性シリカ分散液の製造途中で増粘・ゲル化などを起こすことなくより安定的に製造するために、いずれの場合も45℃以下、特に20〜40℃の温度範囲に制御することが好ましい。
(Other conditions)
In the present invention, in order to produce more stably without causing thickening and gelation during the production of the cationic resin-modified silica dispersion, in each case, a temperature range of 45 ° C. or lower, particularly 20 to 40 ° C. It is preferable to control.

上記温度範囲に制御する方式は特に限定されず、液の組成に影響を与えない公知の冷却手段が特に制限なく採用される。例えば、各分散槽外部へのジャケット式冷却器の設置、各分散槽内部への冷却配管設置、各機器入口又は出口配管部への熱交換器の設置、等の冷却手段を、適宜選択して適用すればよい。   The method for controlling the temperature range is not particularly limited, and a known cooling means that does not affect the composition of the liquid is employed without any particular limitation. For example, by appropriately selecting cooling means such as installation of a jacket type cooler outside each dispersion tank, installation of cooling piping inside each dispersion tank, installation of a heat exchanger at each equipment inlet or outlet piping section, etc. Apply.

(カチオン性樹脂変性シリカ分散液の特徴)
本発明のカチオン性樹脂変性シリカ分散液は、前術の方法でシリカ分散液を調製し、これを更にカチオン性樹脂の存在下に分散処理することにより、分散した湿式シリカの平均粒子径が300nm以下を達成することができる。これに対して、シリカの平均粒子径が300nmを超える場合、特に、インクジェット用記録紙の塗工層形成材料とした場合、塗工層表面の平滑性が得られず、光沢が不足するといった問題が生じる。即ち、シリカの平均粒子径が300nm以下のカチオン性樹脂変性シリカ分散液をインクジェット用記録紙の塗工層形成材料とした場合、塗工層表面に平滑性が得られ、光沢性が高くなる。
(Characteristics of cationic resin-modified silica dispersion)
The cationic resin-modified silica dispersion of the present invention was prepared by preparing a silica dispersion by the previous method, and further dispersing in the presence of the cationic resin, so that the average particle size of the dispersed wet silica was 300 nm. The following can be achieved: On the other hand, when the average particle diameter of silica exceeds 300 nm, particularly when it is used as a coating layer forming material for ink jet recording paper, the surface of the coating layer cannot be smooth and the gloss is insufficient. Occurs. That is, when a cationic resin-modified silica dispersion having an average particle diameter of silica of 300 nm or less is used as a coating layer forming material for ink jet recording paper, smoothness is obtained on the coating layer surface and gloss is increased.

カチオン性樹脂変性シリカ分散液のシリカの平均粒子径は、光沢性とインク吸収性を高いレベルで両立させるために、好ましくは60nm〜250nm、より好ましくは60nm〜200nmとなるように前記微粒子化、分散の条件を選択することが好ましい。   The average particle diameter of the silica of the cationic resin-modified silica dispersion is preferably 60 nm to 250 nm, more preferably 60 nm to 200 nm, in order to achieve both glossiness and ink absorbability at a high level. It is preferable to select the conditions for dispersion.

尚、本発明において、平均粒子径とは、カチオン性樹脂変性シリカ分散液中のシリカ凝集粒子の平均粒子径を指しており、光散乱回折式の粒度分布計で測定した時の体積基準算術平均径D50のことである。 In the present invention, the average particle diameter refers to the average particle diameter of the silica agglomerated particles in the cationic resin-modified silica dispersion, and is a volume-based arithmetic average when measured with a light scattering diffraction type particle size distribution meter. is that the diameter D 50.

このように、カチオン性樹脂変性シリカ分散液中の湿式シリカが、平均粒子径300nm以下に微分散した状態で安定に存在する系は、本発明によって開示された前記一連の方法によって初めて達成されるものである。   Thus, a system in which the wet silica in the cationic resin-modified silica dispersion is stably present in a finely dispersed state with an average particle diameter of 300 nm or less is achieved for the first time by the series of methods disclosed by the present invention. Is.

このように、本発明によって得られたカチオン性樹脂変性シリカ分散液は、湿式シリカを使用したシリカ分散液において、シリカ濃度が22重量%以上であるのにも関わらず、従来に無い、高い透明性と保存安定性を有している。   As described above, the cationic resin-modified silica dispersion obtained by the present invention is a highly transparent, unprecedented high transparency in a silica dispersion using wet silica, although the silica concentration is 22% by weight or more. And storage stability.

本発明のカチオン性樹脂変性シリカ分散液の透過率は、20%以上を達成することができ、該分散液を用いて製造した塗工液の透明性が高く、塗工層の透明性を向上することができる。そして、塗工層の透明性が高くなると、塗工層に打ち込まれたインクの濃淡が鮮明となり、得られた画像の色に深みが出て、写真並みの画質を実現することができる。   The transmittance of the cationic resin-modified silica dispersion of the present invention can achieve 20% or more, the transparency of the coating liquid produced using the dispersion is high, and the transparency of the coating layer is improved. can do. When the transparency of the coating layer is increased, the density of the ink applied to the coating layer becomes clear, and the color of the obtained image is deepened so that an image quality similar to that of a photograph can be realized.

尚、本発明において、透過率とは、カチオン性樹脂変性シリカ分散液と同種の極性溶媒を使用してシリカ濃度が1.5重量%となるように希釈した該液の測定波長700nmの吸光度(τ)を分光光度計により測定し、下記数式(2)により透過率(T)を求めた値である。   In the present invention, the transmittance is the absorbance at a measurement wavelength of 700 nm of the liquid diluted to a silica concentration of 1.5% by weight using the same polar solvent as that of the cationic resin-modified silica dispersion. τ) is a value obtained by measuring the transmittance (T) by a spectrophotometer and calculating the following formula (2).

T(%)=10(2−τ) (2)
また、本発明のカチオン性樹脂変性シリカ分散液は、高い保存安定性を示すが、保存安定指数は、1.5未満を達成することができる。この高い保存安定性により、本発明のカチオン性樹脂変性シリカ分散液は、下記のメリットを有する。
(1)カチオン性樹脂変性シリカ分散液を充填した容器、タンク等からの該分散液排出時のハンドリング性が向上する。
(2)カチオン性樹脂変性シリカ分散液の配管輸送等の条件設定が安定して行える。
(3)カチオン性樹脂変性シリカ分散液を用いた塗工液の高粘度化による塗工液の物性変化及び塗工条件の設定が容易となる。
T (%) = 10 (2-τ) (2)
Further, the cationic resin-modified silica dispersion of the present invention exhibits high storage stability, but the storage stability index can achieve less than 1.5. Due to this high storage stability, the cationic resin-modified silica dispersion of the present invention has the following merits.
(1) The handling property at the time of discharging the dispersion from a container, tank or the like filled with the cationic resin-modified silica dispersion is improved.
(2) It is possible to stably set conditions such as piping transportation of the cationic resin-modified silica dispersion.
(3) It becomes easy to change the physical properties of the coating liquid and to set the coating conditions by increasing the viscosity of the coating liquid using the cationic resin-modified silica dispersion.

本発明において、上記の保存安定性指数は、製造直後のカチオン性樹脂変性シリカ分散液製造の粘度(A(mPa・s)及び室内、25℃の環境下で10日間静置保存した該分散液の粘度(B(mPa・s)を測定し、下記数式(3)によって、保存安定性指数(Δμ)を求めた値である。   In the present invention, the above-mentioned storage stability index is determined by the viscosity (A (mPa · s) of the production of the cationic resin-modified silica dispersion immediately after production) and the dispersion which has been stored in an indoor environment at 25 ° C. for 10 days. The viscosity (B (mPa · s)) was measured, and the storage stability index (Δμ) was determined by the following mathematical formula (3).

Δμ=B/A (3)
数式(3)によって算出したΔμが1に近いほど、カチオン性樹脂変性シリカ分散液の粘度変化が少なく、保存安定性が高いといえる。
Δμ = B / A (3)
It can be said that as Δμ calculated by the mathematical formula (3) is closer to 1, the viscosity change of the cationic resin-modified silica dispersion is less and the storage stability is higher.

以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

なお、以下の方法によって、カチオン性樹脂変性シリカ分散液の物性測定を行った。
(1)粘度測定
カチオン性樹脂変性シリカ分散液300gを500ml容器に採取し、30℃の恒温槽に10分間つけた後、B型粘度計(トキメック製、BL)を用いて60rpmの条件でカチオン性樹脂変性シリカ分散液の粘度を測定した。
(2)pH測定
シリカスラリー又はカチオン性樹脂変性シリカ分散液300gを500ml容器に採取し、30℃の恒温槽に10分間つけた後、pHメーター(堀場製作所、F−22)を用いて、シリカスラリー及びカチオン性樹脂変性シリカ分散液のpHを測定した。
(3)平均粒子径の測定
シリカ分散液又はカチオン性樹脂変性シリカ分散液のシリカ濃度が10重量%となるように、該分散液をイオン交換水で希釈した後、光散乱回折式の粒度分布測定装置(コールター製、コールターLS−230)を用いて、体積基準算術平均径D50を測定し、この値を平均粒子径として採用した。
The physical properties of the cationic resin-modified silica dispersion were measured by the following method.
(1) Viscosity measurement After collecting 300 g of a cationic resin-modified silica dispersion in a 500 ml container and placing it in a thermostatic bath at 30 ° C. for 10 minutes, a cation was obtained at 60 rpm using a B-type viscometer (manufactured by Tokimec, BL). The viscosity of the functional resin-modified silica dispersion was measured.
(2) pH measurement After collecting 300 g of silica slurry or cationic resin-modified silica dispersion in a 500 ml container and placing it in a thermostatic bath at 30 ° C. for 10 minutes, using a pH meter (Horiba, F-22), silica The pH of the slurry and the cationic resin-modified silica dispersion was measured.
(3) Measurement of average particle size After the dispersion is diluted with ion-exchanged water so that the silica concentration of the silica dispersion or the cationic resin-modified silica dispersion is 10% by weight, the particle size distribution of light scattering diffraction type measuring device (Coulter, Coulter LS-230) was used to measure the volume-based arithmetic mean diameter D 50, employing this value as the average particle size.

但し、シリカ分散液の平均粒子径は、シリカ分散液調製直後(調製後10分以内)に測定した。   However, the average particle size of the silica dispersion was measured immediately after the preparation of the silica dispersion (within 10 minutes after the preparation).

尚、測定に際しては、水(分散媒)の屈折率1.332及びシリカの屈折率1.458をパラメーターとして入力した。
(4)透過率の測定
カチオン性樹脂変性シリカ分散液のシリカ濃度が1.5重量%となるように、該分散液をイオン交換水で希釈した後、この希釈液の吸光度(τ)を分光光度計(日本分光製、Ubest−35型)を用いて測定し、前述した式(2)により透過率(T)を算出した。本測定において、光路長は10mm、測定波長は700nmとした。
In the measurement, the refractive index of water (dispersion medium) 1.332 and the refractive index of silica 1.458 were input as parameters.
(4) Measurement of transmittance After the dispersion was diluted with ion-exchanged water so that the silica concentration of the cationic resin-modified silica dispersion was 1.5% by weight, the absorbance (τ) of this diluted solution was measured. It measured using the photometer (the JASCO make, Ubest-35 type | mold), and the transmittance | permeability (T) was computed by Formula (2) mentioned above. In this measurement, the optical path length was 10 mm, and the measurement wavelength was 700 nm.

実施例1
BET比表面積205m/gの湿式シリカ粉をpH調整剤として2N硫酸を添加したイオン交換水に分散し、シリカ濃度25重量%のシリカスラリーを得た。このシリカスラリーを湿式メディア型粉砕機(コトブキ技研工業製、スーパーアペックスミルSAM−1)を用いて、ビーズ径0.1mmφ、ビーズ充填率85%、ローター周速9.2m/sec、液温度30℃の条件で微粒化処理することにより、シリカ分散液を得た。このシリカ分散液とカチオン性樹脂として平均分子量10,000、コロイド当量値6.0meq/gのジアリルジメチルアンモニウムクロライド−アクリルアミド共重合物水溶液をシリカ100重量部に対してカチオン性樹脂が4重量部となるように混合・分散し、予備混合液を得た。この予備混合液を高圧ホモジナイザー(ナノマイザー製、ナノマイザーLA−31)を用いて処理圧力80MPa、液温度30℃の条件で強分散処理を行うことにより、カチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Example 1
Wet silica powder having a BET specific surface area of 205 m 2 / g was dispersed in ion-exchanged water added with 2N sulfuric acid as a pH adjuster to obtain a silica slurry having a silica concentration of 25% by weight. This silica slurry was subjected to a bead diameter of 0.1 mmφ, a bead filling rate of 85%, a rotor peripheral speed of 9.2 m / sec, and a liquid temperature of 30 using a wet media type pulverizer (manufactured by Kotobuki Giken, Super Apex Mill SAM-1) A silica dispersion was obtained by atomization under the condition of ° C. As the silica dispersion and the cationic resin, an aqueous diallyldimethylammonium chloride-acrylamide copolymer aqueous solution having an average molecular weight of 10,000 and a colloid equivalent value of 6.0 meq / g is 4 parts by weight of the cationic resin with respect to 100 parts by weight of silica. The mixture was dispersed and dispersed to obtain a premixed solution. A cationic resin-modified silica dispersion was obtained by subjecting this premixed solution to a strong dispersion treatment using a high-pressure homogenizer (manufactured by Nanomizer, Nanomizer LA-31) at a treatment pressure of 80 MPa and a liquid temperature of 30 ° C.

実施例2
湿式シリカ粉として、比表面積190m/gの湿式シリカ粉を用いる以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Example 2
A cationic resin-modified silica dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that wet silica powder having a specific surface area of 190 m 2 / g was used as wet silica powder.

実施例3
湿式シリカ粉として、比表面積215m/gの湿式シリカ粉を用いる以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Example 3
A cationic resin-modified silica dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that wet silica powder having a specific surface area of 215 m 2 / g was used as wet silica powder.

実施例4
カチオン性樹脂として、平均分子量9,000、コロイド当量値6.0meq/gのジアリルジメチルアンモニウムクロライド重合物水溶液を用いる以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Example 4
A cationic resin-modified silica dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous diallyldimethylammonium chloride polymer solution having an average molecular weight of 9,000 and a colloid equivalent value of 6.0 meq / g was used as the cationic resin.

実施例5
カチオン性樹脂として、平均分子量20,000、コロイド当量値7.1meq/gのジアリルメチルアミン塩酸塩重合物水溶液用いる以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Example 5
A cationic resin-modified silica dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous diallylmethylamine hydrochloride polymer solution having an average molecular weight of 20,000 and a colloid equivalent value of 7.1 meq / g was used as the cationic resin.

実施例6
カチオン性樹脂として、平均分子量20,000、コロイド当量値5.9meq/gのジアリルジメチルアンモニウムクロライド−アクリルアミド共重合物水溶液用いる以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Example 6
A cationic resin-modified silica dispersion is obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous diallyldimethylammonium chloride-acrylamide copolymer aqueous solution having an average molecular weight of 20,000 and a colloid equivalent value of 5.9 meq / g is used as the cationic resin. It was.

実施例7
カチオン性樹脂として、平均分子量20,000、コロイド当量値6.0meq/gのジアリルジメチルアンモニウムクロライド重合物水溶液用いる以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Example 7
A cationic resin-modified silica dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous diallyldimethylammonium chloride polymer solution having an average molecular weight of 20,000 and a colloid equivalent value of 6.0 meq / g was used as the cationic resin.

実施例8
カチオン性樹脂として、平均分子量40,000、コロイド当量値6.4meq/gのジアリルジメチルアンモニウムクロライド重合物水溶液用いる以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Example 8
A cationic resin-modified silica dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous diallyldimethylammonium chloride polymer solution having an average molecular weight of 40,000 and a colloid equivalent value of 6.4 meq / g was used as the cationic resin.

実施例9
BET比表面積205m/gの湿式シリカ粉と前記湿式シリカ粉の乾燥工程を施す前の水分84%を含む湿式シリカケークをpH調整剤として2N硫酸を添加したイオン交換水に分散し、シリカ濃度25重量%のシリカスラリーを得た。尚、湿式シリカ粉と湿式シリカケークの混合比は、シリカ換算重量比で1:1とした。このシリカスラリーを用いる以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Example 9
A wet silica cake containing a wet silica powder having a BET specific surface area of 205 m 2 / g and a moisture of 84% prior to the drying process of the wet silica powder was dispersed in ion-exchanged water to which 2N sulfuric acid was added as a pH adjuster, and a silica concentration of 25 A weight percent silica slurry was obtained. In addition, the mixing ratio of the wet silica powder and the wet silica cake was 1: 1 by weight ratio in terms of silica. A cationic resin-modified silica dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that this silica slurry was used.

比較例1
湿式シリカ粉として、BET比表面積280m/gの湿式シリカ粉を用いて、カチオン性樹脂の混合量をシリカ100重量部に対して10重量部とする以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Comparative Example 1
As wet silica powder, a wet silica powder having a BET specific surface area of 280 m 2 / g was used, and the cation was changed in the same manner as in Example 1 except that the mixing amount of the cationic resin was 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silica. Resin-modified silica dispersion was obtained.

比較例2
湿式シリカ粉として、BET比表面積130m/gの湿式シリカ粉を用いる以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Comparative Example 2
A cationic resin-modified silica dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that wet silica powder having a BET specific surface area of 130 m 2 / g was used as wet silica powder.

比較例3
カチオン性樹脂として、平均分子量52,000、コロイド当量値5.8meq/gのジアリルジメチルアンモニウムクロライド−アクリルアミド共重合物水溶液を用いる以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Comparative Example 3
A cationic resin-modified silica dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that a diallyldimethylammonium chloride-acrylamide copolymer aqueous solution having an average molecular weight of 52,000 and a colloid equivalent value of 5.8 meq / g was used as the cationic resin. Obtained.

比較例4
カチオン性樹脂として、平均分子量10,000、コロイド当量値2.8meq/gのジアリルジメチルアンモニウムクロライド−マレイン酸共重合物水溶液を用いる以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Comparative Example 4
Cationic resin-modified silica dispersion as in Example 1 except that an aqueous diallyldimethylammonium chloride-maleic acid copolymer aqueous solution having an average molecular weight of 10,000 and a colloid equivalent value of 2.8 meq / g is used as the cationic resin. Got.

比較例5
カチオン性樹脂として、平均分子量13,000、コロイド当量値14.8meq/gのポリアリルアミン塩酸塩重合物水溶液を用いる以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Comparative Example 5
A cationic resin-modified silica dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous polyallylamine hydrochloride polymer solution having an average molecular weight of 13,000 and a colloid equivalent value of 14.8 meq / g was used as the cationic resin.

比較例6
カチオン性樹脂として、平均分子量16,000、コロイド当量値2.9meq/gのメタクリル酸メチル−メタクリル酸エチル−メタクリル酸エチルトリメチルアンモニウムクロライド共重合物水溶液を用いる以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Comparative Example 6
The same procedure as in Example 1 was conducted except that an aqueous solution of methyl methacrylate-ethyl methacrylate-ethyl trimethylammonium chloride copolymer having an average molecular weight of 16,000 and a colloid equivalent value of 2.9 meq / g was used as the cationic resin. A cationic resin-modified silica dispersion was obtained.

比較例7
湿式メディア型分散機を用いるシリカスラリーの微粒化条件において、ビーズ径0.3mmφ、ビーズ充填率65%とする以外は、実施例1と同様にしてカチオン性樹脂変性シリカ分散液を得た。
Comparative Example 7
A cationic resin-modified silica dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the bead diameter was 0.3 mmφ and the bead filling rate was 65% under the conditions for atomization of silica slurry using a wet media type disperser.

比較例8
シリカスラリーの微粒化処理によるシリカ分散液の調製を、処理圧力80MPa、液温度30℃の条件で高圧ホモジナイザーを用いて行う以外は、実施例1と同様にしてカチオン変性シリカ分散液を得た。
Comparative Example 8
A cation-modified silica dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the preparation of the silica dispersion by the atomization treatment of the silica slurry was performed using a high-pressure homogenizer under the conditions of a processing pressure of 80 MPa and a liquid temperature of 30 ° C.

以上の実施例及び比較例で使用した湿式シリカ、及び微粒化処理して得られたシリカ分散液の物性等を表1に、実施例及び比較例で使用したカチオン性樹脂を表2に、実施例及び比較例で得られたカチオン性樹脂変性シリカ分散液の物性を表3に示した。   Table 1 shows the properties of wet silica used in the above Examples and Comparative Examples, and silica dispersions obtained by atomization treatment, and Table 2 shows the cationic resins used in Examples and Comparative Examples. Table 3 shows the physical properties of the cationic resin-modified silica dispersions obtained in Examples and Comparative Examples.

Figure 0004540432
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実施例1〜9で得られたカチオン性樹脂変性シリカ分散液は、いずれも平均粒子径が300nm以下であり、シリカ濃度も22重量%以上でありながら、粘度的にも良好な保存安定性を有しており、透明性も高いことがわかる。
Figure 0004540432
The cationic resin-modified silica dispersions obtained in Examples 1 to 9 all have an average particle size of 300 nm or less, a silica concentration of 22% by weight or more, and a good storage stability in terms of viscosity. It has a high transparency.

これに対し、比較例1及び3〜6で得られたカチオン性樹脂変性シリカ分散液は保存安定性が悪く、中にはゲル化するものもあった。また、比較例2及び7、8で得られたカチオン性樹脂変性シリカ分散液は、透明性が低く、又は平均粒子径も大きなことから、カチオン性樹脂変性シリカ分散液として、性能が不十分であることがわかる。   On the other hand, the cationic resin-modified silica dispersions obtained in Comparative Examples 1 and 3 to 6 had poor storage stability and some gelled. Further, the cationic resin-modified silica dispersions obtained in Comparative Examples 2 and 7, and 8 have poor performance as cationic resin-modified silica dispersions because of low transparency or large average particle diameter. I know that there is.

本発明のカチオン性樹脂変性シリカ分散液は、インクジェット用記録紙をはじめ、フィルム・樹脂・ガラス・金属等にガスバリヤ性、耐食性、親水性、光沢性、吸液性、絶縁性等を付与するための各種コーティング剤や半導体ウェハーやIC研磨剤、エマルジョンの安定化剤等の材料として利用可能である。
The cationic resin-modified silica dispersion of the present invention imparts gas barrier properties, corrosion resistance, hydrophilicity, glossiness, liquid absorption, insulating properties, etc. to recording paper for inkjet, films, resins, glass, metals, etc. It can be used as a material such as various coating agents, semiconductor wafers, IC abrasives, and emulsion stabilizers.

Claims (4)

極性溶媒に22重量%以上の濃度で、BET比表面積170〜230m/gの湿式シリカを添加したシリカスラリーを、平均粒子径0.2mmφ未満のセラミック製ビーズをメディアとして使用した湿式メディア型粉砕機により該湿式シリカ粒子の平均粒子径が1μm以下となるように微粒化した後、平均分子量が5万未満であり、且つ、コロイド当量値が4.0meq/g以上である環状アンモニウム塩型のカチオン性樹脂の存在下に分散処理することによって得られた、シリカ粒子の平均粒子径が300nm以下のカチオン性樹脂変性シリカ分散液。 Wet media type pulverization using a ceramic slurry with an average particle diameter of less than 0.2 mmφ as a medium for a silica slurry with a BET specific surface area of 170-230 m 2 / g added to a polar solvent at a concentration of 22 wt% or more A cyclic ammonium salt type having an average molecular weight of less than 50,000 and a colloid equivalent value of 4.0 meq / g or more after atomization so that the wet silica particles have an average particle size of 1 μm or less. A cationic resin-modified silica dispersion having an average particle size of silica particles of 300 nm or less, obtained by performing a dispersion treatment in the presence of a cationic resin. 分散処理が、高圧ホモジナイザーを使用することによって行われる請求項1記載のカチオン性樹脂変性シリカ分散液。   The cationic resin-modified silica dispersion according to claim 1, wherein the dispersion treatment is performed by using a high-pressure homogenizer. シリカスラリーが、そのpHが5未満となるように、予め極性溶媒のpHを調整した後、該極性溶媒中に湿式シリカを分散して得られたものである請求項1又は2のいずれか一項に記載のカチオン性樹脂変性シリカ分散液。   The silica slurry is obtained by previously adjusting the pH of a polar solvent so that the pH is less than 5, and then dispersing wet silica in the polar solvent. The cationic resin-modified silica dispersion according to Item. 極性溶媒への湿式シリカの添加が、湿式シリカケークを添加した後に、湿式シリカ粉を添加することによって行われる請求項1〜3のいずれか一項に記載のカチオン性樹脂変性シリカ分散液。
The cationic resin-modified silica dispersion according to any one of claims 1 to 3, wherein the addition of wet silica to the polar solvent is performed by adding wet silica powder after adding wet silica cake.
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