JP4997408B2 - Hollow composite and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、中空状複合体、中空状粒子、及びその製造方法に関するものであり、更に詳しくは、粒子状生体材料をテンプレートとして使用し、その表面に金属化合物を析出又は被覆して形成した、該金属化合物の多孔質膜構造を有し、該生体材料の外郭形状を保持している多孔質中空粒子、その製造方法及びその機能性部材としての用途に関するものである。本発明は、酵母粒子の粒子状生体材料をテンプレートとして使用することにより、形状及び粒径が略均一で、粒子状生体材料の外殻形状を保持した多孔質膜構造からなる多孔質中空粒子を、簡便に、環境に優しい手法で製造し、提供するものであり、更に、本発明は、上記多孔質中空粒子の中空構造に基づいて、軽量化、内部含有物質の除放化、断熱等の特性を発揮する新しい高機能性の多孔質無機中空粒子及び機能性部材を提供するものである。 The present invention relates to a hollow composite, hollow particles, and a method for producing the same, and more specifically, using a particulate biomaterial as a template, and forming or coating a metal compound on the surface thereof, The present invention relates to a porous hollow particle having a porous membrane structure of the metal compound and retaining the outer shape of the biomaterial, a method for producing the same, and a use as a functional member thereof. The present invention, by using a particulate biomaterial yeast particle child as a template, the shape and particle size is substantially uniform, porous hollow particles comprising a porous membrane structure holding the shell shape of the particulate biomaterials Are produced in a simple and environmentally friendly manner, and the present invention is based on the hollow structure of the porous hollow particles, so that the weight is reduced, the internal substances are released, heat insulation, etc. The present invention provides a new highly functional porous inorganic hollow particle and a functional member that exhibit the above characteristics.

中空状粒子は、同じ粒径の粒子に対して大きな比表面積を持つ特徴を有し、例えば、粒子材料の軽量化、内部包含物質の徐放化、内部空間の光学的利用、気体の低熱伝導を利用した断熱等の分野で活用されている。これらの中空状粒子として使用される多孔質無機粉末の製造方法として、先行技術文献には、例えば、発泡ポリスチレンビーズ等の樹脂粒子をテンプレートとして用い、その樹脂粒子の表面に、シリカ、アルミナ、マグネシア、ドロマイト等の無機粉末を、バインダーにより付着させて無機粉末からなる殻を形成した後、これを焼成して樹脂粒子を除去する方法(特許文献1参照)、が提案されている。   Hollow particles are characterized by having a large specific surface area for particles of the same particle size, such as lighter particle material, slow release of internal inclusion materials, optical use of internal space, low thermal conductivity of gas It is used in the field of heat insulation etc. As a method for producing the porous inorganic powder used as these hollow particles, the prior art document uses, for example, resin particles such as expanded polystyrene beads as a template, and silica, alumina, magnesia is used on the surface of the resin particles. A method has been proposed in which an inorganic powder such as dolomite is attached with a binder to form a shell made of an inorganic powder and then fired to remove resin particles (see Patent Document 1).

また、他の先行技術文献には、平均粒径0.8〜100μm程度のテンプレートとなる樹脂粒子と、その粒子の1/5以下の平均粒径を有する無機粉末とを、気流中で高速攪拌して、テンプレートとなる樹脂粒子表面を無機粉末で被覆した後、樹脂粒子を焼失する方法(特許文献2参照)、高速攪拌によって、テンプレートとなる樹脂粒子表面を銅系無機粉末で被覆し、これを不活性ガス雰囲気下で焼成する方法(特許文献3参照)、樹脂エマルジョンに、金属化合物を添加し、その樹脂エマルジョンを構成する樹脂粒子の表面に金属化合物を析出もしくは沈降させた後、その樹脂粒子を分離して焼成することを特徴とする多孔質無機粉末の製造方法(特許文献4参照)、等が提案されている。   In other prior art documents, resin particles serving as a template having an average particle size of about 0.8 to 100 μm and inorganic powder having an average particle size of 1/5 or less of the particles are stirred at high speed in an air stream. Then, after coating the surface of the resin particles to be a template with an inorganic powder, the resin particles are burned off (see Patent Document 2), and the surface of the resin particles to be a template is coated with a copper-based inorganic powder by high-speed stirring. (See Patent Document 3), a metal compound is added to a resin emulsion, and the metal compound is precipitated or settled on the surface of resin particles constituting the resin emulsion, and then the resin A method for producing a porous inorganic powder characterized by separating and firing the particles (see Patent Document 4) has been proposed.

しかしながら、上記従来の方法によれば、樹脂粒子等は水への分散性が悪く、コーティングする物質を粒子表面へ被覆する足がかりとして、予め、樹脂粒子にシラノール基を導入する等の表面改質が必要であることが指摘されている(非特許文献1参照)。また、上述の方法では、テンプレートになり得る樹脂粒子が、石油系の樹脂により構成されていることから、その焼成に関して、環境への配慮が必要となる。   However, according to the above conventional method, the resin particles and the like are poorly dispersible in water, and surface modification such as introducing silanol groups into the resin particles in advance as a foothold for coating the coating material on the particle surface. It is pointed out that it is necessary (see Non-Patent Document 1). Further, in the above-described method, since the resin particles that can serve as a template are composed of a petroleum-based resin, consideration for the environment is required for firing.

更に、粒子の形状に関して、球形、針状、紡錘状等の様々な形状の粒子が製造されている。先行技術文献には、これらのうち、例えば、皺状又は襞状の粒子の例として、インクジェット受容体媒体であるポリマー粒子及びその形成方法(特許文献5参照)、表面に皺状構造を有する球状ポリマー微粒子及びその製造方法(特許文献6参照)、フェライト粒子の表面に樹脂被膜層を形成することにより、粒子表面の結晶粒子の表面に微小な凹凸を形成した電子写真現像用フェライトキャリア(特許文献7参照)、リン酸カルシウムを含有するスチレン系重合体等の高分子粒子(特許文献8参照)、及び機械的衝撃によりシリカ粒子が澱粉皺表面に食い込むことによる澱粉の流動性改良法(特許文献9参照)、等が提案されている。しかし、これらの皺状となる材質は、いずれも樹脂や高分子に限られている。   Furthermore, regarding the shape of the particles, particles having various shapes such as a spherical shape, a needle shape, and a spindle shape are manufactured. In the prior art documents, among these, for example, as an example of bowl-like or bowl-like particles, polymer particles that are ink jet receptor media and a method for forming the same (see Patent Document 5), a spherical shape having a bowl-like structure on the surface Ferrite carrier for electrophotographic development in which fine irregularities are formed on the surface of the crystal particles by forming a resin coating layer on the surface of the ferrite particles (see Patent Document 6) 7), polymer particles such as styrene-based polymers containing calcium phosphate (see Patent Document 8), and a method for improving the flowability of starch by the silica particles biting into the surface of the starch cake by mechanical impact (see Patent Document 9) ), Etc. have been proposed. However, any of these bowl-like materials is limited to resins and polymers.

一方、最近では、先行技術として、バイオテンプレートとして、DNAの構造をシリカゲルに写し取り、DNAの遺伝情報を半永久的に保存する技術(非特許文献2参照)や、バクテリア(非特許文献3参照)や、染色体(非特許文献4参照)等をテンプレートとして用いてナノ構造体を作製した事例が報告されている。   On the other hand, recently, as a prior art, as a biotemplate, a technique for copying DNA structure onto silica gel and semi-permanently storing DNA genetic information (see Non-Patent Document 2) and bacteria (see Non-Patent Document 3) In addition, there have been reported cases in which nanostructures are produced using chromosomes (see Non-Patent Document 4) or the like as templates.

他方、本発明者らは、酵母をバイオテンプレートとして利用することに着目した。酵母は、主として、β-グルカンやα-マンナン等の糖類から構成された細胞壁を持ち(非特許文献5参照)、他の微生物、例えば、大腸菌等と比べて堅牢であり、テンプレートとして扱いやすいと考えられる。先行技術としては、例えば、酵母粒子の細胞壁成分及びその構造を利用した例として、フイルムの生分解性シート(特許文献10参照)、錠剤等のフィルムコーティング剤(特許文献11参照)が作製されており、他の事例として、例えば、環境浄化を目的とした水銀の吸着による除去(特許文献12参照)、及び塩基性染料の吸着による除去(特許文献13参照)、等が試みられている。しかし、これらは酵母に何かを組み合わせて効果を発揮させるものではないし、酵母をテンプレートして材料を作製した例でもない。   On the other hand, the present inventors have focused on using yeast as a biotemplate. Yeast has a cell wall mainly composed of saccharides such as β-glucan and α-mannan (see Non-Patent Document 5), is robust compared to other microorganisms such as E. coli, and is easy to handle as a template. Conceivable. As a prior art, for example, a film biodegradable sheet (see Patent Document 10), a film coating agent such as a tablet (see Patent Document 11) is prepared as an example using cell wall components of yeast particles and the structure thereof. In other cases, for example, removal by mercury adsorption for the purpose of environmental purification (see Patent Document 12), removal by adsorption of basic dye (see Patent Document 13), and the like have been attempted. However, these do not combine yeast with any effect, and are not examples of producing materials using yeast as a template.

更に、先行技術としては、例えば、酵母を主体とする生体物質と金属酸化物等の無機材料を組み合わせた事例として、たばこの葉に、金属酸化物又は金属を酵母菌体表面に担持した金属触媒を混合した喫煙用組成物(特許文献14参照)、熱可塑性合成樹脂の不織布の表面に金属酸化物、金属水酸化物、及び金属塩類を配合した親水性合成樹脂層を設けた微生物繁殖調節用資材(特許文献15参照)、等が提案されている。しかし、前者においては、パン酵母直径5μmに対して、金属担持量12.5%で、その厚みが31μmであることから、パン酵母が金属酸化物の凝集体に取り込まれた状態であり、均一性に劣ると考えられる。また、後者においては、ポリビニルアルコール等の親水性合成樹脂に金属化合物を配合していることから、酵母粒子に金属化合物を積極的に接触させるというものではないと考えられる。   Furthermore, as a prior art, for example, as a case where a biological substance mainly composed of yeast and an inorganic material such as a metal oxide are combined, a metal catalyst having a metal oxide or a metal supported on the surface of a yeast cell in tobacco leaves. Composition for smoking (see Patent Document 14), for controlling the growth of microorganisms provided with a hydrophilic synthetic resin layer containing a metal oxide, a metal hydroxide, and a metal salt on the surface of a thermoplastic synthetic nonwoven fabric Materials (see Patent Document 15) have been proposed. However, the former has a metal loading of 12.5% with respect to a bread yeast diameter of 5 μm and a thickness of 31 μm. It is considered to be inferior. In the latter case, since the metal compound is blended with a hydrophilic synthetic resin such as polyvinyl alcohol, it is considered that the metal compound is not actively brought into contact with the yeast particles.

特開平2−277544号公報JP-A-2-277544 特開平5−138009号公報JP-A-5-138209 特開平6−39273号公報JP-A-6-39273 特開2003−54916号公報JP 2003-54916 A 特開2004−106517号公報JP 2004-106517 A 特開平11−140139号公報JP-A-11-140139 特開平10−104884号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-104884 特公平6−37525号公報Japanese Examined Patent Publication No. 6-37525 特開平4−168101号公報JP-A-4-168101 特開2002−97301号公報JP 2002-97301 A 特開2002−249714号公報JP 2002-249714 A 特開昭50−051988号公報JP-A-50-051988 特開昭49−021950号公報JP 49-021950 A 特開昭51−54996号公報Japanese Patent Laid-Open No. 51-54996 特開2000−45166号公報JP 2000-45166 A

Ding, X., K. Yu, Y. Jiang, H. Bala, H. Zhang and Z. Wang : “A Novel Approach to the Synthesis of Hollow Silica Nanoparticles”, Materials Letters , 58, 3618-3621 (2004)Ding, X., K. Yu, Y. Jiang, H. Bala, H. Zhang and Z. Wang: “A Novel Approach to the Synthesis of Hollow Silica Nanoparticles”, Materials Letters, 58, 3618-3621 (2004) Numata, M., K. Sugiyasu, T. Hasegawa and S. Shinkai : “Sol-Gel Reaction Using DNA as a Template: An Attempt Toward Transcription of DNA into Inorganic Materials”, Angew. Chem. Int. Ed., 43, 3279-3283 (2004)Numata, M., K. Sugiyasu, T. Hasegawa and S. Shinkai: “Sol-Gel Reaction Using DNA as a Template: An Attempt Toward Transcription of DNA into Inorganic Materials”, Angew. Chem. Int. Ed., 43, 3279-3283 (2004) Davis, S. A., S. L. Burkett, N. H. Mendelson and S. Mann: “Bacterial Templating of Ordered Macrostructures in Silica and Silica-Surfactant Mesophases”, Nature, 385, 420-423 (1997)Davis, S. A., S. L. Burkett, N. H. Mendelson and S. Mann: “Bacterial Templating of Ordered Macrostructures in Silica and Silica-Surfactant Mesophases”, Nature, 385, 420-423 (1997) Sugiyasu, K., S. Tamaru, M. Takeuchi, D. Berthier, I. Huc, R. Oda and S. Shinkai : “Double Helical Silica Fibrils by Sol-Gel Transcription of Chiral Aggregates of Gemini Surfactants”, Chem. Commun , 1212 - 1213 (2002)Sugiyasu, K., S. Tamaru, M. Takeuchi, D. Berthier, I. Huc, R. Oda and S. Shinkai: “Double Helical Silica Fibrils by Sol-Gel Transcription of Chiral Aggregates of Gemini Surfactants”, Chem. Commun , 1212-1213 (2002) 相田浩ら著: “新版応用微生物学I”, p.85, 朝倉書店 (1981)Hiroshi Aida et al .: “New edition of applied microbiology I”, p.85, Asakura Shoten (1981)

このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、バイオテンプレートを利用した新しい中空状粒子を開発することを目標にして鋭意研究を進める中で、このようなバイオテンプレート技術の一つとして、酵母による中空粒子の作製に着目した。酵母は古くからパン製造における発酵過程で利用されるなど、工業的に大規模に利用されており、入手が容易で、しかも安価であり、大きさとしても数ミクロン程度と中空粒子としての利用に適当なものである。酵母は、生きている状態で水分70%を含み、アルコキシド等の加水分解に必要な水分を内包したマイクロカプセルと考えることも可能であり、また、他の微生物、例えば、大腸菌等と比べて堅牢であり、テンプレートとして扱いやすい。更に、その表面は親水性であり、ポリスチレンラテックスのような付加的な親水化処理を必要としない。   In such a situation, in view of the above-described conventional technology, the present inventors proceeded with earnest research with the goal of developing new hollow particles using a biotemplate. As one of the technologies, we focused on the production of hollow particles using yeast. Yeast has been used industrially on a large scale, such as being used in the fermentation process of bread production for a long time, is easily available, and is inexpensive, and can be used as a hollow particle with a size of several microns. Appropriate. Yeast can be considered as a microcapsule that contains 70% of water in a living state and contains water necessary for hydrolysis such as alkoxide, and is more robust than other microorganisms such as Escherichia coli. It is easy to handle as a template. Furthermore, the surface is hydrophilic and does not require additional hydrophilic treatment like polystyrene latex.

本発明者らは、酵母粒子の粒子状生体材料の表面を金属化合物により被覆した構造の複合粒子を作製し、その粒子を焼成することにより、粒子状生体材料の形状の模倣性の高い中空粒子及び多くの皺を有する中空壁を持った中空粒子又はその一部等からなる新規な形状を有する多孔質中空粒子の作製に成功し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は、酵母粒子に金属化合物を添加し、酵母粒子の表面に金属化合物を析出又は被覆して作製した、金属化合物を析出又は被覆した酵母粒子複合体、その処理粒子を焼成、除去した中空粒子、皺を多く有する中空粒子、及びその製造方法を提供することを目的とするものである。 The present inventors have found that the surface of the particulate biomaterial yeast particle element to produce a composite particle structure coated with a metal compound, by firing the particles, high imitation of the shape of the particulate biomaterial hollow The present invention has been completed by successfully producing porous hollow particles having a novel shape consisting of particles and hollow particles having a hollow wall having many wrinkles or a part thereof. That is, the present invention, the metal compound is added to the yeast particles child, baking was prepared by precipitation or coated with a metal compound on the surface of yeast particles child, yeast particle complexes precipitated or coated with a metal compound, the treated particles It is an object of the present invention to provide a removed hollow particle, a hollow particle having a large amount of soot, and a method for producing the same.

また、本発明は、粒子形状、及び粒子径が比較的揃ったミクロンサイズの多孔質中空粒子を提供することを目的とするものである。また、本発明は、加熱処理する雰囲気を、不活性又は還元性とすることにより、テンプレートの形状との模倣性が高い中空粒子を作製し、あるいは雰囲気を酸化性とすることにより、多くの襞又は皺を有する中空粒子を作製することを可能とする中空粒子の製造方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、中空粒子の中空壁に関して、その合成条件、種類、乾燥・焼成条件等によって、その表面の化学的特性や細孔構造、更に、結晶構造を制御した中空粒子及びその製造方法を提供することを目的とするものである。   Another object of the present invention is to provide micron-sized porous hollow particles having a relatively uniform particle shape and particle diameter. In addition, the present invention makes it possible to produce hollow particles that are highly imitative with the template shape by making the atmosphere to be heat-treated inactive or reducing, or by making the atmosphere oxidizable. Alternatively, it is an object of the present invention to provide a method for producing hollow particles that makes it possible to produce hollow particles having wrinkles. Further, the present invention relates to hollow particles of hollow particles whose surface chemical properties, pore structure, and crystal structure are controlled by the synthesis conditions, types, drying / firing conditions, and the like, and a method for producing the same Is intended to provide.

また、本発明は、粒子状生体材料と金属化合物からなる複合体において、その生体材料を残留させることにより、内部に生体親和性のある生体材料を有する複合体を作製し、提供することを目的とするものである。更に、本発明は、例えば、フィルター、環境浄化材料、断熱材、触媒、化粧料、塗料等に使用される粒子材料として好適なミクロンサイズの多孔質中空粒子を提供することを目的とするものである。   Another object of the present invention is to produce and provide a composite having a biomaterial with biocompatibility inside by leaving the biomaterial in a composite comprising a particulate biomaterial and a metal compound. It is what. A further object of the present invention is to provide micron-sized porous hollow particles suitable as a particulate material used in, for example, filters, environmental purification materials, heat insulating materials, catalysts, cosmetics, paints and the like. is there.

上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
(1)粒子状生体材料をテンプレートとして、該生体材料の表面に金属化合物を析出又は被覆して、該生体材料と該金属化合物の多孔質構造を有し、該生体材料の外殻形状を保持している粒子状生体材料と多孔質中空粒子との複合体を作製し、次いで、これを加熱処理することにより、上記生体材料を含まない中空粒子を作製する多孔質中空粒子の製造方法であって、
上記粒子状生体材料として、酵母を使用し、上記複合体を酸化雰囲気中で加熱処理することにより、皺状又は襞状の中空壁を有する中空粒子を作製する、又は、上記複合体を還元雰囲気又は不活性雰囲気中で加熱処理することにより、生体材料との模倣性が高い外殻形状を有する中空粒子を作製すること、その際に、上記加熱処理を500〜1200℃で行うこと、を特徴とする多孔質中空粒子の製造方法。
)金属化合物が、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、又はそれらの複合物である(1)に記載の多孔質中空粒子の製造方法。
)金属化合物の金属成分が、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、亜鉛、イットリウム、ハフニウム、スズ、アンチモン、又はケイ素である()に記載の多孔質中空粒子の製造方法。
)(1)から()のいずれかに記載の方法により形された多孔質中空粒子であって、
中空粒子が、皺状又は襞状の中空壁を有している、又は、該中空粒子が、粒状生体材料との模倣性が高い外殻形状を有してい、上記粒子状生体材料がほぼ完全に熱分解されていることを特徴とする多孔質中空粒子。
)金属化合物が、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、又はそれらの複合物である()に記載の多孔質中空粒子。
)金属化合物の金属成分が、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、亜鉛、イットリウム、ハフニウム、スズ、アンチモン、又はケイ素である()に記載の多孔質中空粒子。
)()から()のいずれかに記載の多孔質中空粒子を構成要素とすることを特徴とする高吸着性能を有する機能性部材。
)部材が、フィルター、環境浄化材料、断熱材、触媒、化粧料、又は塗料である()に記載の機能性部材。
The present invention for solving the above-described problems comprises the following technical means.
(1) Using a particulate biomaterial as a template, depositing or coating a metal compound on the surface of the biomaterial, having a porous structure of the biomaterial and the metal compound, and maintaining the outer shell shape of the biomaterial This is a method for producing porous hollow particles, in which a composite of a particulate biomaterial and a porous hollow particle is produced, and then this is heated to produce a hollow particle that does not contain the biomaterial. And
As the particulate biomaterials, using a yeast, by heating the complex in an oxidizing atmosphere, or to produce hollow particles having a wrinkled or pleated hollow wall, or, reducing the complex By performing heat treatment in an atmosphere or an inert atmosphere, producing hollow particles having an outer shell shape that is highly mimicable with a biomaterial , and in that case , performing the heat treatment at 500 to 1200 ° C. A method for producing porous hollow particles, which is characterized.
( 2 ) The method for producing porous hollow particles according to (1), wherein the metal compound is a metal, a metal oxide, a metal hydroxide, a metal nitride, or a composite thereof.
( 3 ) The method for producing porous hollow particles according to ( 2 ), wherein the metal component of the metal compound is titanium, zirconium, aluminum, zinc, yttrium, hafnium, tin, antimony, or silicon.
(4) a multi porosifying hollow particles Rikatachi formed by the method according to any one of (1) to (3),
Or the hollow particles have a wrinkled or pleated hollow wall or hollow particles, have a shell shape is high imitation of the particulate biomaterial, the particulate biomaterial porous hollow particles but characterized that you are almost completely thermally decomposed.
( 5 ) The porous hollow particle according to ( 4 ), wherein the metal compound is a metal, a metal oxide, a metal hydroxide, a metal nitride, or a composite thereof.
( 6 ) The porous hollow particle according to ( 5 ), wherein the metal component of the metal compound is titanium, zirconium, aluminum, zinc, yttrium, hafnium, tin, antimony, or silicon.
( 7 ) A functional member having high adsorption performance, characterized in that the porous hollow particles according to any one of ( 4 ) to ( 6 ) are used as constituent elements.
(8) members, filters, environmental purification materials, insulation, catalyst, cosmetic or functional member according to a coating composition (7).

次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、粒子状生体材料の表面に金属化合物を析出又は被覆して形成した中空粒子であって、該金属化合物の多孔質膜構造を有し、該生体材料の外殻形状を保持している多孔質中空粒子の点、粒子状生体材料をテンプレートとして、該生体材料の表面に金属化合物を析出又は被覆して、該生体材料と該金属化合物の多孔質構造を有し、該生体材料の外殻形状を保持している粒子状生体材料と多孔質中空粒子との複合体を作製し、次いで、任意に、これを加熱処理することにより、上記生体材料を含まない中空粒子を作製する点、に特徴を有するものである。
Next, the present invention will be described in more detail.
The present invention is a hollow particle formed by depositing or coating a metal compound on the surface of a particulate biomaterial, having a porous membrane structure of the metal compound, and maintaining the outer shell shape of the biomaterial Using the point of porous hollow particles and particulate biomaterial as a template, depositing or coating a metal compound on the surface of the biomaterial, and having a porous structure of the biomaterial and the metal compound, Producing a composite of a particulate biomaterial that retains the outer shell shape and porous hollow particles, and then optionally subjecting this to heat treatment to produce hollow particles that do not contain the biomaterial , Has characteristics.

本発明において、テンプレートとして使用される粒子状生体材料としては、0.2〜40μmの平均粒径を有する生体材料である、酵母が挙げられる。酵母としては、分類学上酵母に属するものであればどのような酵母を用いてもよく、例えば、ビール酵母、ワイン酵母、パン酵母、トルラ酵母等の酵母類を挙げることができ、より具体的には、サッカロマイセス属のサッカロマイセス・セレビッシェ(Saccharomyces cerevisiae)、サッカロマイセス・ルーキシ(Saccharomyces
rouxii)、サッカロマイセス・カールスバーゲンシス(Saccharomyces
carlsbergensis)、キャンディダ・ウティリス(Candida utilis)、キャンディダ・トロピカリス(Candida tropicalis)、キャンディダ・リポリティカ(Candida
lipolytica)、キャンディダ・フレーベリ(Candida flaveri)等を例示することができる。酵母としては、生酵母を用いることが好ましいが、乾燥酵母等の生酵母以外の形態の酵母を用いる場合であっても、例えば、水中等に懸濁して生酵母同様に処理することもできる。
In the present invention, particulate biomaterials used as templates include 0 . Ru biomaterial der having an average particle size of 2~40Myuemu, which we yeasts. As yeast, may be used any yeast so long as it belongs to the taxonomic yeast, for example, can be cited brewer's yeast, wine yeast, baker's yeast, yeast such as torula yeast, more specifically These include Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces saccharomyces.
rouxii), Saccharomyces Saccharomyces
carlsbergensis), Candida utilis, Candida tropicalis, Candida lipolytica
lipolytica), Candida flaveri and the like. As yeast, it is preferable to use live yeast, but even when a yeast of a form other than live yeast, such as dry yeast, is used, for example, it can be suspended in water and treated in the same manner as live yeast.

また、本発明では、粒子状生体材料は、酵母類の1種を単独で使用することができ、あるいは必要に応じて2種以上を併用して使用することができる。使用する生体材料の形状や大きさに特に制限はないが、形状としては、なるべく球形に近い形状のものが好ましく、また、その大きさは、例えば、0.2〜40μmが好ましく、1〜5μmの範囲のものが更に好ましい。 In the present invention, the particle child-like biological materials can be used one of yeasts alone or can be used in combination and use of two or more as necessary. Although there is no restriction | limiting in particular in the shape and magnitude | size of the biomaterial to be used, As a shape, the thing of the shape close | similar to a spherical shape is preferable as possible, and the magnitude | size is preferable, for example, 0.2-40 micrometers, 1-5 micrometers The thing of the range of is more preferable.

本発明において、金属化合物とは、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、又はそれらの複合物を意味するものであり、その結晶性については特に制限はなく、アモルファス状ないし結晶状の何れのものでもよい。また、被覆する金属化合物に特に制限はないが、例えば、亜鉛、イットリウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、スズ、アンチモン、ケイ素から選ばれる1種又は2種以上の金属化合物が好ましい。具体的には、例えば、水酸化物、酸化物としては、酸化亜鉛、酸化イットリウム、水酸化アルミニウム、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化アンチモン、シリカ等を挙げることができる。これらの中でも、特に酸化物が好ましい。酸化物からなる多孔質構造は、例えば、無機金属塩、有機金属塩、金属アルコキシド等の加水分解反応、熱分解反応等により形成することができる。また、これらの金属化合物は、1種を単独で、又は必要に応じて2種以上を併用して使用することができる。   In the present invention, the metal compound means a metal, a metal oxide, a metal hydroxide, a metal nitride, or a composite thereof, and there is no particular limitation on the crystallinity thereof. Any of these may be used. The metal compound to be coated is not particularly limited, but for example, one or more metal compounds selected from zinc, yttrium, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, tin, antimony, and silicon are preferable. Specific examples of the hydroxide and oxide include zinc oxide, yttrium oxide, aluminum hydroxide, alumina, titania, zirconia, hafnium oxide, tin oxide, antimony oxide, and silica. Among these, an oxide is particularly preferable. A porous structure made of an oxide can be formed by, for example, a hydrolysis reaction, a thermal decomposition reaction, or the like of an inorganic metal salt, an organic metal salt, or a metal alkoxide. Moreover, these metal compounds can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types as needed.

金属化合物の使用量は特に制限されず、酵母粒子の生体材料の種類や粒径、金属化合物自体の種類、得ようとする中空粒子の用途等の各種条件に応じて適宜選択できるが、通常、酵母粒子100重量部に対して、1〜100重量部、好ましくは5〜50重量部とすればよい。生体材料の被覆表面積としては、材料表面の1〜100%、好ましくは、80〜100%を金属化合物で被覆するのがよい。金属化合物又はその溶液若しくは分散液を生体材料に添加するに際しては、その酵母粒子の生体材料を15〜95℃程度に加温してもよく、又は加温しなくてもよい。 The amount of the metal compound is not particularly limited, the kind and particle diameter of the biomaterial of the yeast particles child, the kind of the metal compound itself may be appropriately selected depending on various conditions of application of the hollow particles to be obtained, usually 1 to 100 parts by weight, preferably 5 to 50 parts by weight per 100 parts by weight of the yeast particles. As a covering surface area of the biomaterial, 1 to 100%, preferably 80 to 100%, of the material surface is covered with a metal compound. In the metal compound or a solution or dispersion is added to the biological material may be a biomaterial of the yeast particle element heated to about 15 to 95 ° C., or may not be heated.

次に、酵母粒子をテンプレートとして使用し、金属化合物としてアルコキシドを使用した事例に基づいて本発明を説明するが、他の金属化合物を使用しても以下に記載の事例と同様にして、本発明の多孔質中空粒子を作製することができることは言うまでもなく、本発明は、下記の方法に限定されるものではない。 Next, using the yeast particles as a template, the present invention will be described based on the case of using alkoxides as metal compound, in the same manner as Examples described below also using other metals compounds, the It goes without saying that the porous hollow particles of the invention can be produced, and the present invention is not limited to the following method.

本発明の中空粒子の製造方法の一例を説明すると、まず、金属アルコキシドのアルコール溶液に、安定化剤であるトリエタノールアミンを混合し、室温で撹拌する。この溶液を、酵母粒子を水に分散させた分散液と混合し、長時間撹拌することにより、酵母粒子表面にアルコキシドの加水分解物を析出させて、被覆処理した酵母粒子を得る。被覆処理した酵母粒子を洗浄し、乾燥した後、500〜1200℃で熱処理することにより、析出した加水分解物の結晶化を進めるとともに、有機物を分解して中空粒子とする。これらの一連の工程により本発明の中空粒子が製造される。   An example of the method for producing hollow particles of the present invention will be described. First, a triethanolamine as a stabilizer is mixed with an alcohol solution of a metal alkoxide and stirred at room temperature. This solution is mixed with a dispersion in which yeast particles are dispersed in water and stirred for a long time, whereby an alkoxide hydrolyzate is precipitated on the surface of the yeast particles to obtain coated yeast particles. The coated yeast particles are washed and dried, and then subjected to heat treatment at 500 to 1200 ° C. to promote crystallization of the precipitated hydrolyzate and decompose the organic matter into hollow particles. The hollow particles of the present invention are produced by a series of these steps.

本発明においては、上述のように、酵母粒子を分散させた溶液中に、原料の反応性を制御して、金属化合物の原料を加えることにより金属化合物を前記酵母粒子表面に析出させる。例えば、テトラエトキシシランのように反応速度が遅い原料に関しては、溶液にアンモニア等の触媒を添加し、逆に、反応速度が速いチタンイソプロポキシド等の原料の場合には、トリエタノールアミン(TEA)のような安定化剤を予めチタンイソプロポキシドと化合させ、混合して析出させる。   In the present invention, as described above, the reactivity of the raw material is controlled in the solution in which the yeast particles are dispersed, and the metal compound is added to the surface of the yeast particles by adding the raw material of the metal compound. For example, for a raw material having a slow reaction rate such as tetraethoxysilane, a catalyst such as ammonia is added to the solution. Conversely, for a raw material such as titanium isopropoxide having a fast reaction rate, triethanolamine (TEA ) Is previously combined with titanium isopropoxide, mixed and precipitated.

このように、本発明では、安定化剤を用いて反応液の反応性を制御することができる。ジルコニウムブトキシド(ZNA)の反応性について、TEA/ZNB比(モル比)の関係を検討したところ、TEA/ZNB比が、0.4の場合は、混合溶液に水を加えると、すぐに沈殿が生成するため、コーティングには不適当である。また、TEA/ZNB比を0.6とすると、薄く白濁した状態となって沈殿はあまり見られず、0.8以上の場合には透明で安定な溶液を得ることが可能である。過度に安定な溶液は、加水分解反応には不適当であるので、TEA/ZNB比は、0.6〜1の範囲が適当である。   Thus, in this invention, the reactivity of a reaction liquid can be controlled using a stabilizer. Regarding the reactivity of zirconium butoxide (ZNA), the relationship of the TEA / ZNB ratio (molar ratio) was examined. When the TEA / ZNB ratio was 0.4, when water was added to the mixed solution, precipitation immediately occurred. Because it forms, it is unsuitable for coating. Further, when the TEA / ZNB ratio is 0.6, a thin and cloudy state is obtained and precipitation is not so much observed. When the TEA / ZNB ratio is 0.8 or more, a transparent and stable solution can be obtained. Since an excessively stable solution is not suitable for the hydrolysis reaction, the TEA / ZNB ratio is suitably in the range of 0.6 to 1.

また、金属化合物の反応速度の調整は、溶液の種類を変えることによっても行うことができる。溶液としては、例えば、水、アルコール類、エーテル類、及びこれらの混合物等が用いられる。アルコキシドを原料として使用する場合に、溶液にエタノールのようなアルコール交換反応が生じる場合には、反応が遅くなることが知られている。そのため、溶液にエタノールとヘキサンのような疎水性有機溶液を用いることにより酵母粒子表面に均一に金属化合物を析出することが可能となる(特開平4―45835号公報参照)。   The reaction rate of the metal compound can also be adjusted by changing the type of solution. As the solution, for example, water, alcohols, ethers, and mixtures thereof are used. It is known that when an alkoxide is used as a raw material, the reaction becomes slow when an alcohol exchange reaction such as ethanol occurs in the solution. Therefore, by using a hydrophobic organic solution such as ethanol and hexane as the solution, it is possible to deposit the metal compound uniformly on the surface of the yeast particles (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-45835).

本発明においては、金属化合物で表面を被覆された酵母粒子を、濾過、遠心分離等の一般的な方法で反応混合物中から分離し、必要に応じて乾燥させた後、焼成し、酵母粒子を燃焼又は熱分解することにより、無機中空粒子を製造することができる。   In the present invention, the yeast particles whose surface is coated with the metal compound are separated from the reaction mixture by a general method such as filtration and centrifugation, dried as necessary, and then baked to obtain the yeast particles. Inorganic hollow particles can be produced by combustion or thermal decomposition.

焼成温度は、金属化合物を被覆した酵母粒子の内部にある酵母粒子を焼失させる場合には、図1の熱分析結果に示すように、酵母粒子が熱分解及び燃焼し得る温度であれば特に制限されないが、酵母粒子をほぼ完全に熱分解するとともに、無機物質の結晶構造の選択と粒成長を抑制するために、焼成温度を、通常、500〜1200℃、特に好ましくは600〜800℃とするのがよい。焼成時間は、通常、0.5〜10時間とするのがよい。また、酵母粒子を残し、金属化合物の結晶構造の選択のみの場合には、通常、焼成温度200〜800℃、特に300〜500℃が好ましく、焼成時間は、通常、0.5〜10時間とするのがよい。   In the case where the yeast particles inside the yeast particles coated with the metal compound are burned off, the baking temperature is not particularly limited as long as the yeast particles can be thermally decomposed and burned, as shown in the thermal analysis results of FIG. However, in order to thermally decompose the yeast particles almost completely and to suppress the selection of the crystal structure of the inorganic substance and the grain growth, the firing temperature is usually 500 to 1200 ° C., particularly preferably 600 to 800 ° C. It is good. The firing time is usually 0.5 to 10 hours. In addition, in the case where the yeast particles are left and only the crystal structure of the metal compound is selected, the firing temperature is usually 200 to 800 ° C., particularly preferably 300 to 500 ° C., and the firing time is usually 0.5 to 10 hours. It is good to do.

酵母粒子表面に被覆した金属化合物の熱処理条件を制御することにより、金属化合物の結晶性を制御することが可能である。例えば、酵母粒子表面に被覆したジルコニア加水分解物を熱処理すると、熱処理前のアモルファス状態から、500℃付近で結晶化が始まり、700℃ではほぼ正方晶への結晶化が完結し、更に、1000℃では単斜晶への転移が進行し、正方晶と単斜晶が共存する結晶状態となる。これらの温度を調整することにより、結晶性を制御することができる(図5参照)。   The crystallinity of the metal compound can be controlled by controlling the heat treatment conditions of the metal compound coated on the surface of the yeast particles. For example, when the zirconia hydrolyzate coated on the surface of the yeast particles is heat-treated, crystallization starts at around 500 ° C. from the amorphous state before the heat treatment, and crystallization into almost tetragonal crystals is completed at 700 ° C., and further 1000 ° C. Then, the transition to monoclinic crystal proceeds, and a crystal state in which tetragonal crystal and monoclinic crystal coexist is obtained. The crystallinity can be controlled by adjusting these temperatures (see FIG. 5).

また、酸化雰囲気中での熱処理において、熱処理温度が、500℃、更に1000℃へと高温になるに従って、中空粒子が次第に収縮して、熱処理前では2〜4μmであったものが、熱処理後には1〜2μmとなる。このとき、熱処理前には比較的滑らかな表面を持つ楕円ないし円形の粒子形態(図3参照)であったものが、熱処理後には、萎んだ形に変形する(図6参照)。このような粒子の形態の変化は、ジルコニウム中空粒子を機能性粒子として活用するのに好ましいものである。一方、コーティング処理粒子を、窒素中で、例えば、1000℃で熱処理しても、粒子としての収縮は少なく、元のままの形状を維持した中空粒子を得ることが可能である(図13参照)。   In addition, in the heat treatment in an oxidizing atmosphere, the hollow particles gradually contracted as the heat treatment temperature increased to 500 ° C. and further to 1000 ° C., and the particle size was 2 to 4 μm before the heat treatment. 1 to 2 μm. At this time, an elliptical or circular particle shape (see FIG. 3) having a relatively smooth surface before the heat treatment is transformed into a deflated shape after the heat treatment (see FIG. 6). Such a change in the shape of the particles is preferable for utilizing the zirconium hollow particles as functional particles. On the other hand, even when the coating-treated particles are heat-treated in nitrogen, for example, at 1000 ° C., it is possible to obtain hollow particles that retain the original shape with little shrinkage as particles (see FIG. 13). .

焼成の際の雰囲気は特に制限されず、例えば、空気等の酸化性雰囲気、水素ガス、一酸化炭素ガス、アンモニアガス等の還元性雰囲気、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性雰囲気等を挙げることができる。酸化性雰囲気中で焼成を行うと、酵母粒子が焼失し、無機中空粉末が得られる。還元性雰囲気又は不活性雰囲気中で焼成を行うと、酵母粒子と金属化合物との複合中空粒子が得られる。   The atmosphere at the time of firing is not particularly limited. For example, an oxidizing atmosphere such as air, a reducing atmosphere such as hydrogen gas, carbon monoxide gas and ammonia gas, an inert atmosphere such as nitrogen gas, helium gas and argon gas, etc. Can be mentioned. When calcination is performed in an oxidizing atmosphere, the yeast particles are burned out and an inorganic hollow powder is obtained. When firing in a reducing atmosphere or an inert atmosphere, composite hollow particles of yeast particles and a metal compound are obtained.

本発明では、中空粒子の膜厚を制御することができる。TEA/ZNB=1の条件でジルコニア膜の析出時間を変化させても、析出時間による膜厚制御は困難である。TEA/ZNB比を変化させて中空粒子を作製し、その破面を観察したところ、TEA/ZNB比が1のとき膜厚は0.1μm(図11参照)であるのに対し、同比を0.6とすることにより膜厚が0.3μm(図12参照)となり、TEA/ZNB比により膜厚制御が可能であることが明らかとなった。   In the present invention, the film thickness of the hollow particles can be controlled. Even if the deposition time of the zirconia film is changed under the condition of TEA / ZNB = 1, it is difficult to control the film thickness by the deposition time. Hollow particles were produced by changing the TEA / ZNB ratio, and the fracture surface was observed. When the TEA / ZNB ratio was 1, the film thickness was 0.1 μm (see FIG. 11), whereas the ratio was 0. The film thickness was 0.3 μm (see FIG. 12), and it became clear that the film thickness could be controlled by the TEA / ZNB ratio.

本発明は、中空粒子を作製する際に、原料化合物、安定剤、溶媒等の選定により反応性を調整することにより、従来、達成することができなかった、均一な外殻構造の形成、外殻膜厚の制御等が可能となり、また、焼成温度、及び焼成雰囲気を調整することにより、中空粒子の結晶性、及び外殻構造の表面形状等を制御することが可能となる。また、このように特性が任意に制御されたミクロンサイズの中空粒子は、様々な技術分野において有用な高機能性材料として使用することが可能である。   The present invention, when producing hollow particles, by adjusting the reactivity by selecting raw material compounds, stabilizers, solvents, etc., formation of a uniform outer shell structure that could not be achieved conventionally, The shell film thickness can be controlled, and the crystallinity of the hollow particles and the surface shape of the outer shell structure can be controlled by adjusting the firing temperature and firing atmosphere. In addition, the micron-sized hollow particles whose properties are arbitrarily controlled as described above can be used as a highly functional material useful in various technical fields.

本発明により、(1)二次凝集が少なく、非常に分散性に優れている多孔質無機中空粒子を簡便に作製し、提供することができる、(2)原料の添加、処理条件により中空粒子の外殻の厚さ、外殻の表面構造、細孔構造、及び結晶構造を制御することができる、(3)焼成に際して雰囲気を制御することにより、テンプレートの形状との模倣性が高い中空粒子や、多くの襞又は皺を有する中空粒子を作製することができる、(4)皺又は襞を持つ中空粒子は、単位体積当たりの面積が大きいことから吸着力が大きい材料として、また、粉末表面に凹凸があることから摩擦係数が大きい材料として、更に、凹凸により反射が球体よりも多いことから反射効率が良い材料としての利用が可能である、(5)酵母粒子を残留させることにより、内部に親和性のある酵母粒子を有する金属化合物との複合体を作製することができる、(6)中空粒子は、例えば、化粧料、触媒、塗料、断熱材、生体材料等を構成する機能性微粒子材料として利用することができる、(7)酵母粒子の生体材料を消失させない複合体は、生体材料の持つ特徴、例えば、イオン又は気体の吸着能を有する微粒子材料として好適に利用することができる、という効果が奏される。 According to the present invention, (1) porous inorganic hollow particles with little secondary aggregation and excellent dispersibility can be easily prepared and provided. (2) Hollow particles depending on addition of raw materials and processing conditions The outer shell thickness, outer shell surface structure, pore structure, and crystal structure can be controlled. (3) Hollow particles that are highly mimicable with the template shape by controlling the atmosphere during firing Or hollow particles having many wrinkles can be prepared. (4) The hollow particles having wrinkles or wrinkles have a large area per unit volume. to the material coefficient of friction is greater since there is uneven, further, it is possible to use as the reflecting efficient material since the reflection is larger than a sphere by irregularities, by residual (5) yeast particles child, internal Can be prepared a complex between the metal compound having a yeast particle child having an affinity, (6) the hollow particles, for example, the functional fine particles constituting the cosmetic, catalyst, paint, insulation, biological materials can be used as a material, (7) do not eliminate the biological material of the yeast particles child complex features possessed by biomaterials, for example, can be suitably used as a particulate material having adsorption ability of ions or gases , The effect of.

次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited at all by the following Examples.

本実施例では、ジルコニアの中空粒子を作製した。酵母には、パン酵母(Saccharomyces cerevisiae)を生イーストとして入手し、数回、蒸留水で攪拌洗浄した後にテンプレートとして使用した。ジルコニアの原料としては、85%ジルコニウム(IV)ブトキシド1−ブタノール溶液を用いた。また、ジルコニウム溶液の安定化剤として、トリエタノールアミン(TEAと略称)を用いた。中空粒子の作製手順は次のように行った。まず、85%ジルコニウム(IV)ブトキシド1−ブタノール溶液[ジルコニウム(IV)ブトキシド(ZNBと略称)0.02mol]とTEAを所定の割合で混合し、12時間室温で攪拌した。その後、水50ml加えて攪拌を続けた。一方、酵母5gを水150mlに加えて分散させた。これらの二つの溶液を混合し、60時間攪拌して酵母表面にアルコキシド加水分解物を析出させることにより、コーティング処理酵母であるジルコニウム生成物を被覆した酵母粒子を得た。生成物のコーティング処理酵母は、エタノール及び水で洗浄して室温で乾燥した。   In this example, zirconia hollow particles were produced. As yeast, baker's yeast (Saccharomyces cerevisiae) was obtained as fresh yeast and used as a template after stirring and washing with distilled water several times. As a zirconia raw material, an 85% zirconium (IV) butoxide 1-butanol solution was used. Triethanolamine (abbreviated as TEA) was used as a stabilizer for the zirconium solution. The procedure for producing the hollow particles was as follows. First, 85% zirconium (IV) butoxide 1-butanol solution [zirconium (IV) butoxide (abbreviated as ZNB) 0.02 mol] and TEA were mixed at a predetermined ratio and stirred at room temperature for 12 hours. Thereafter, 50 ml of water was added and stirring was continued. On the other hand, 5 g of yeast was added to 150 ml of water and dispersed. These two solutions were mixed and stirred for 60 hours to precipitate an alkoxide hydrolyzate on the yeast surface, thereby obtaining yeast particles coated with a zirconium product, which was a coating-treated yeast. The product coated yeast was washed with ethanol and water and dried at room temperature.

酵母粒子(a)、ジルコニウム生成物を被覆した酵母粒子(b)、及びジルコニウム生成物のみ(c)の熱重量分析結果を図1に、及びそれらの示差熱分析結果を図2に示す。図1の結果は、200℃までの脱水過程と、それ以降の有機物の燃焼過程やジルコニアの結晶化過程に対応する高温域、との2つに分けられること、ジルコニア加水分解物に含まれる水分や表面水酸基が酵母内の水分より蒸散しにくいこと、を示している。また、図2の結果より、酵母で480℃付近であったピークが510℃に移動するなど、コーティング膜の存在により熱分解反応がおおよそ30℃程度高温域に移動していることが認められ、その結果、中空粒子として酵母由来の成分を消失させるためには、550〜600℃程度までの熱処理が必要であることが分かる。   The thermogravimetric analysis results of the yeast particles (a), the yeast particles (b) coated with the zirconium product, and the zirconium product alone (c) are shown in FIG. 1, and the differential thermal analysis results thereof are shown in FIG. The results in FIG. 1 are divided into two parts, a dehydration process up to 200 ° C. and a high temperature region corresponding to the subsequent combustion process of organic matter and the crystallization process of zirconia, and the water contained in the zirconia hydrolyzate. And surface hydroxyl groups are less likely to evaporate than moisture in the yeast. In addition, from the result of FIG. 2, it is recognized that the pyrolysis reaction has moved to a high temperature range of about 30 ° C. due to the presence of the coating film, such as the peak that was around 480 ° C. moved to 510 ° C. in yeast, As a result, it can be seen that heat treatment up to about 550 to 600 ° C. is necessary to eliminate the yeast-derived components as the hollow particles.

また、図3に、ジルコニウム生成物を被覆した酵母粒子の走査電子顕微鏡写真を示す。図3は、コーティングを行った酵母粒子の粒径は2から5μmであり、酵母粒子の外殻外形を維持した楕円形をしており、特徴的な出芽痕も確認でき、良好なコーティングがなされていることを示している。写真右下に認められる1ミクロン以下の粒子は、ジルコニア凝集物による粒子と考えられるが、その存在量は少なかった。図4に、700℃で熱処理したジルコニア中空粒子の走査電子顕微鏡写真を示す。更に、図5に、ジルコニウム生成物を被覆した酵母粒子の熱処理条件(500℃、700℃、1000℃)ごとのX線回折パターンを示す。熱処理前のアモルファス状態から、500℃付近で結晶化が始まり、700℃で正方晶への結晶化が完結し、更に、1000℃では単斜晶への転移が進行した。   FIG. 3 shows a scanning electron micrograph of yeast particles coated with the zirconium product. Fig. 3 shows that the coated yeast particles have a particle size of 2 to 5 μm, have an oval shape that maintains the outer shape of the outer shell of the yeast particles, a characteristic germination trace can be confirmed, and a good coating is achieved. It shows that. Although the particle | grains below 1 micron recognized by the photograph lower right are considered to be a particle | grain by zirconia aggregate, the abundance was small. In FIG. 4, the scanning electron micrograph of the zirconia hollow particle heat-processed at 700 degreeC is shown. Furthermore, the X-ray-diffraction pattern for every heat processing conditions (500 degreeC, 700 degreeC, 1000 degreeC) of the yeast particle | grains which coat | covered the zirconium product in FIG. 5 is shown. From the amorphous state before the heat treatment, crystallization started at around 500 ° C., crystallization into tetragonal crystal was completed at 700 ° C., and transition to monoclinic crystal proceeded at 1000 ° C.

本実施例では、チタニア中空粒子を作製した。酵母には、パン酵母(Saccharomyces cerevisiae)を生イーストとして入手し、数回、蒸留水で攪拌洗浄した後にテンプレートとして使用した。チタニアの原料としては、チタンイソプロポキシドを用いた。また、チタンイソプロポキシド溶液の安定化剤として、トリエタノールアミンを用いた。チタンイソプロポキシド0.02molとTEAを所定の割合で混合し、12時間室温で攪拌した。その後、水を50ml加えて攪拌を続けた。一方、酵母5gを水150mlに加えて分散させた。これらの二つの溶液を混合し、60時間攪拌して酵母表面にアルコキシド加水分解物を析出させることにより、コーティング処理酵母を得た。生成物のコーティング処理酵母は、エタノール及び水で洗浄して室温で乾燥した。更に、500℃から1000℃の所定温度で熱処理を行うことにより、チタニアの結晶化を進めるとともに、有機物を熱分解し、中空粒子化した。その中空粒子は、襞状の壁を有していた。図6に、チタニア中空粒子の走査電子顕微鏡写真を示し、図7に、チタニウム生成物を被覆した酵母粒子のX線回折パターンを示す。更に、図8に、チタニア中空粒子の中空壁の透過電子顕微鏡写真を示す。中空壁は、数ナノメートルのアナターゼ微粒子から構成され、その粒子が密に結合していた。   In this example, titania hollow particles were produced. As yeast, baker's yeast (Saccharomyces cerevisiae) was obtained as fresh yeast and used as a template after stirring and washing with distilled water several times. Titanium isopropoxide was used as a titania raw material. Triethanolamine was used as a stabilizer for the titanium isopropoxide solution. Titanium isopropoxide 0.02 mol and TEA were mixed at a predetermined ratio and stirred at room temperature for 12 hours. Thereafter, 50 ml of water was added and stirring was continued. On the other hand, 5 g of yeast was added to 150 ml of water and dispersed. These two solutions were mixed and stirred for 60 hours to precipitate an alkoxide hydrolyzate on the yeast surface, thereby obtaining a coated yeast. The product coated yeast was washed with ethanol and water and dried at room temperature. Furthermore, by performing heat treatment at a predetermined temperature of 500 ° C. to 1000 ° C., crystallization of titania was advanced, and the organic matter was thermally decomposed into hollow particles. The hollow particles had a bowl-like wall. FIG. 6 shows a scanning electron micrograph of hollow titania particles, and FIG. 7 shows an X-ray diffraction pattern of yeast particles coated with a titanium product. Furthermore, the transmission electron micrograph of the hollow wall of a titania hollow particle is shown in FIG. The hollow wall was composed of a few nanometer anatase microparticles, and the particles were tightly bound.

本実施例では、シリカ中空粒子を作製した。酵母には、パン酵母(Saccharomyces cerevisiae)を生イーストとして入手し、数回、蒸留水で攪拌洗浄した後にテンプレートとして使用した。シリカの原料としては、ケイ酸エチル5mlを用いた。一方、酵母3gを水4g及びエタノール1mlと混合した。これらの二つの溶液を混合し、更に、反応促進剤として、アンモニア0.5mlを加え、60時間攪拌して酵母表面にアルコキシド加水分解物を析出させることにより、コーティング処理酵母を得た。更に、500℃から1000℃の所定温度で熱処理を行うことにより、有機物を熱分解し、中空粒子化した。図9に、ケイ素生成物を被覆した酵母粒子の走査電子顕微鏡写真を示す。   In this example, silica hollow particles were produced. As yeast, baker's yeast (Saccharomyces cerevisiae) was obtained as fresh yeast and used as a template after stirring and washing with distilled water several times. As a silica raw material, 5 ml of ethyl silicate was used. Meanwhile, 3 g of yeast was mixed with 4 g of water and 1 ml of ethanol. These two solutions were mixed, and 0.5 ml of ammonia was added as a reaction accelerator and stirred for 60 hours to precipitate an alkoxide hydrolyzate on the yeast surface, thereby obtaining a coated yeast. Furthermore, the organic substance was thermally decomposed into hollow particles by performing a heat treatment at a predetermined temperature of 500 ° C. to 1000 ° C. FIG. 9 shows a scanning electron micrograph of yeast particles coated with a silicon product.

本実施例では、パン酵母(Saccharomyces cerevisiae)の生イーストに変えて、乾燥したビール酵母(S-23 Dried Lager Yeast ; DCL Yeast LTD製、英国)をテンプレートとして使用し、ジルコニアの中空粒子を作製した。ジルコニアの原料としては、85%ジルコニウム(IV)ブトキシド1−ブタノール溶液を用いた。また、ジルコニウム溶液の安定化剤として、TEAを用いた。85%ジルコニウム(IV)ブトキシド1−ブタノール溶液[ZNB0.02mol]とTEAを所定の割合で混合し、12時間室温で攪拌した。その後、水を50ml加えて攪拌を続けた。一方、酵母5gを水150mlに加えて分散させた。これらの二つの溶液を混合し、60時間攪拌して酵母表面にアルコキシド加水分解物を析出させることにより、コーティング処理酵母を得た。更に、コーティング処理酵母を600℃で熱処理することにより、ジルコニアの中空粒子を得た。図10に、ジルコニウム生成物を被覆した酵母粒子の走査電子顕微鏡写真を示す。   In this example, instead of fresh yeast of baker's yeast (Saccharomyces cerevisiae), dry beer yeast (S-23 Dried Lager Yeast; DCL Yeast LTD, UK) was used as a template to produce zirconia hollow particles. . As a zirconia raw material, an 85% zirconium (IV) butoxide 1-butanol solution was used. Further, TEA was used as a stabilizer for the zirconium solution. An 85% zirconium (IV) butoxide 1-butanol solution [ZNB 0.02 mol] and TEA were mixed at a predetermined ratio and stirred at room temperature for 12 hours. Thereafter, 50 ml of water was added and stirring was continued. On the other hand, 5 g of yeast was added to 150 ml of water and dispersed. These two solutions were mixed and stirred for 60 hours to precipitate an alkoxide hydrolyzate on the yeast surface, thereby obtaining a coated yeast. Furthermore, the coating-treated yeast was heat-treated at 600 ° C. to obtain zirconia hollow particles. FIG. 10 shows a scanning electron micrograph of yeast particles coated with the zirconium product.

本実施例では、中空粒子の膜厚の膜厚制御を目的として、TEA/ZNB比を変えて被覆を行った。酵母には、パン酵母(Saccharomyces cerevisiae)を生イーストとして入手し、数回、蒸留水で攪拌洗浄した後にテンプレートとして使用した。ジルコニアの原料としては、85%ジルコニウム(IV)ブトキシド1-ブタノール溶液を用いた。また、ジルコニウム溶液の安定化剤として、トリエタノールアミン(TEAと略称)を用いた。各種のTEA/ZNB比で中空粒子を作製し、その破面を観察した。図11及び図12に示すように、TEA/ZNB比が1の場合には膜厚は0.1μmであるのに対して、TEA/ZNB比を0.6とすることにより膜厚は0.3μmに増加していることから、本法により膜厚制御が可能であることが分かった。   In this example, for the purpose of controlling the film thickness of the hollow particles, coating was performed by changing the TEA / ZNB ratio. As yeast, baker's yeast (Saccharomyces cerevisiae) was obtained as fresh yeast and used as a template after stirring and washing with distilled water several times. As a zirconia raw material, an 85% zirconium (IV) butoxide 1-butanol solution was used. Triethanolamine (abbreviated as TEA) was used as a stabilizer for the zirconium solution. Hollow particles were prepared with various TEA / ZNB ratios, and their fracture surfaces were observed. As shown in FIG. 11 and FIG. 12, when the TEA / ZNB ratio is 1, the film thickness is 0.1 μm, whereas by setting the TEA / ZNB ratio to 0.6, the film thickness becomes 0. 0. Since it increased to 3 micrometers, it turned out that film thickness control is possible by this method.

本実施例では、焼成雰囲気を大気中に変えて、窒素雰囲気中で行った。実施例1と同じように作製したジルコニウム化合物を被覆した酵母粒子を1000℃、窒素中で熱処理すると、図13に示すように、粒子としての収縮も少なく、また、元のままの形状を維持した中空粒子を得ることが分かった。   In this example, the firing atmosphere was changed to the air and performed in a nitrogen atmosphere. When the yeast particles coated with the zirconium compound prepared in the same manner as in Example 1 were heat-treated at 1000 ° C. in nitrogen, as shown in FIG. 13, there was little shrinkage as particles and the original shape was maintained. It was found to obtain hollow particles.

本実施例では、溶液を水に変えて、エタノール中でジルコニウムの化合物を酵母粒子表面に被覆し、酵母粒子を焼失させることにより、ジルコニアの中空粒子を作製した。酵母には、パン酵母(Saccharomyces cerevisiae)を生イーストとして入手し、数回、蒸留水及びエタノールで攪拌洗浄した後にテンプレートとして使用した。ジルコニアの原料として、85%ジルコニウム(IV)ブトキシド1−ブタノール溶液を用いた。中空粒子の作製手順は次のように行った。まず、85%ジルコニウム(IV)ブトキシド1−ブタノール溶液[ジルコニウム(IV)ブトキシド(ZNBと略称)0.02mol]をエタノール50mlで希釈し、1時間室温で攪拌した。一方、酵母5gをエタノール150mlに加えて分散させた。これらの二つの溶液を混合し、60時間攪拌して酵母表面にアルコキシド加水分解物を析出させることにより、コーティング処理酵母を得た。図14に、そのコーティング処理粒子であるジルコニウム生成物を被覆した酵母粒子の走査電子顕微鏡写真を示す。このコーティング処理酵母は、各々の粒子が凝集しているが、酵母表面にはジルコニウム生成物が被覆されていた。また、その中空壁の構造は、粒子間に細孔ができ、比較的疎な状態であった。   In this example, zirconia hollow particles were prepared by changing the solution to water, coating the surface of the yeast particles with a zirconium compound in ethanol, and burning the yeast particles. As yeast, baker's yeast (Saccharomyces cerevisiae) was obtained as fresh yeast, and was used as a template after stirring and washing with distilled water and ethanol several times. As a zirconia raw material, an 85% zirconium (IV) butoxide 1-butanol solution was used. The procedure for producing the hollow particles was as follows. First, 85% zirconium (IV) butoxide 1-butanol solution [zirconium (IV) butoxide (abbreviated as ZNB) 0.02 mol] was diluted with 50 ml of ethanol and stirred at room temperature for 1 hour. Meanwhile, 5 g of yeast was added to 150 ml of ethanol and dispersed. These two solutions were mixed and stirred for 60 hours to precipitate an alkoxide hydrolyzate on the yeast surface, thereby obtaining a coated yeast. In FIG. 14, the scanning electron micrograph of the yeast particle | grains which coat | covered the zirconium product which is the coating process particle | grains is shown. In this coated yeast, each particle was agglomerated, but the surface of the yeast was coated with a zirconium product. The hollow wall structure was relatively sparse with pores between the particles.

以上詳述したように、本発明は、金属化合物からなる外殻構造を有する多孔質無機中空粒子、その製造方法及び機能性部材に係るものであり、本発明により、粒子状生体材料をテンプレートとして使用することにより、環境に優しい手法で、粒子形状、及び粒子径が比較的均一に揃った、多孔質で中空状の粒子を簡便に作製し、提供することができる。本発明において、新規な皺を持つ中空粉末は、通常の中空粉末よりも単位体積当りの面積が大きいことから、吸着などの効果が大きい。また、その形状的な面からも粉末表面に凹凸があることから、摩擦係数が大きい粉体として使用することができる。更に、光学的な面からもその皺により球体よりも反射効率の高い粉体として使用することができる。また、本発明において、酵母粒子の生体材料からなるテンプレートを消失していない複合体は、酵母粒子の生体材料の持つ、例えば、イオン又は気体の吸着能等の特徴と、多孔質の外殻構造の持つ特徴を組み合わせた高機能性を有する新しい複合材料として利用することが可能である。本発明の多孔質中空粒子は、例えば、吸着剤、イオン交換材、分離材、有害物質処理材、電極材料、誘電体材料、顔料や化粧料、触媒、塗料、断熱材、環境浄化部材等の分野において、高機能性を有する微粒子材料として好適に利用することが可能である。 As described above in detail, the present invention relates to porous inorganic hollow particles having an outer shell structure made of a metal compound, a method for producing the same, and a functional member. According to the present invention, a particulate biomaterial is used as a template. By using it, it is possible to easily produce and provide porous, hollow particles having a relatively uniform particle shape and particle diameter in an environmentally friendly manner. In the present invention, the hollow powder having a new soot has a larger area per unit volume than that of a normal hollow powder, and therefore has an effect such as adsorption. In addition, since the powder surface has irregularities also in terms of its shape, it can be used as a powder having a large friction coefficient. Furthermore, it can be used as a powder having higher reflection efficiency than a sphere due to its wrinkles from the optical aspect. Further, in the present invention, the complex not lost a template consisting of biomaterial yeast particles child has a biomaterial yeast particles child, for example, a feature such as the adsorption capacity of the ion or gas, out of the porous It can be used as a new composite material with high functionality combining the characteristics of the shell structure. The porous hollow particles of the present invention include, for example, adsorbents, ion exchange materials, separation materials, hazardous substance treatment materials, electrode materials, dielectric materials, pigments and cosmetics, catalysts, paints, heat insulating materials, environmental purification members, etc. In the field, it can be suitably used as a fine particle material having high functionality.

酵母粒子(a)、実施例1で作製したジルコニウム生成物を被覆した酵母粒子(b)、及びジルコニウム生成物(c)の熱重量分析結果を示す。The results of thermogravimetric analysis of the yeast particles (a), the yeast particles (b) coated with the zirconium product produced in Example 1, and the zirconium products (c) are shown. 酵母粒子(a)、実施例1で作製したジルコニウム生成物を被覆した酵母粒子(b)、及びジルコニウム生成物(c)の示差熱分析結果を示す。The results of differential thermal analysis of yeast particles (a), yeast particles (b) coated with the zirconium product prepared in Example 1, and zirconium products (c) are shown. 実施例1で作製したジルコニウム生成物を被覆した酵母粒子の走査電子顕微鏡写真を示す。The scanning electron micrograph of the yeast particle | grains which coat | covered the zirconium product produced in Example 1 is shown. 実施例1で700℃で熱処理して作製したジルコニア中空粒子の走査電子顕微鏡写真を示す。The scanning electron micrograph of the zirconia hollow particle produced by heat-processing at 700 degreeC in Example 1 is shown. 実施例1で作製したジルコニウム生成物を被覆した酵母粒子の熱処理条件(熱処理前、500℃、700℃、1000℃)ごとのX線回折パターンを示す。The X-ray-diffraction pattern for every heat processing conditions (Before heat processing, 500 degreeC, 700 degreeC, 1000 degreeC) of the yeast particle | grains coat | covered with the zirconium product produced in Example 1 is shown. 実施例2で作製した皺状形状を有するチタニア中空粒子の走査電子顕微鏡写真を示す。The scanning electron micrograph of the titania hollow particle which has the hook shape produced in Example 2 is shown. 実施例2で作製したチタニウム生成物を被覆した酵母粒子の熱処理条件(熱処理前、500℃、700℃、1000℃)ごとのX線回折パターンを示す。The X-ray-diffraction pattern for every heat processing conditions (Before heat processing, 500 degreeC, 700 degreeC, 1000 degreeC) of the yeast particle | grains coat | covered with the titanium product produced in Example 2 is shown. 実施例2で作製したチタニア中空粒子の中空壁の透過電子顕微鏡写真を示す。The transmission electron micrograph of the hollow wall of the titania hollow particle produced in Example 2 is shown. 実施例3で作製したケイ素生成物を被覆した酵母粒子の走査電子顕微鏡写真を示す。The scanning electron micrograph of the yeast particle | grains which coat | covered the silicon product produced in Example 3 is shown. 実施例4で作製したジルコニウム生成物を被覆したジルコニア中空粒子の走査電子顕微鏡写真を示す。The scanning electron micrograph of the zirconia hollow particle which coat | covered the zirconium product produced in Example 4 is shown. 実施例5で作製した膜厚0.1μmのジルコニア中空粒子断面の走査電子顕微鏡写真を示す。(ジルコニウム(IV)ブトキシドとトリエタノールアミンの比が1対1)The scanning electron micrograph of a 0.1-micrometer-thick zirconia hollow particle cross section produced in Example 5 is shown. (The ratio of zirconium (IV) butoxide to triethanolamine is 1: 1) 実施例5で作製した、膜厚0.3μmのジルコニア中空粒子断面の走査電子顕微鏡写真を示す。(ジルコニウム(IV)ブトキシドとトリエタノールアミンの比が1対0.6)The scanning electron micrograph of the cross section of the zirconia hollow particle with a film thickness of 0.3 micrometer produced in Example 5 is shown. (The ratio of zirconium (IV) butoxide to triethanolamine is 1 to 0.6) 実施例6で、1000℃、窒素雰囲気中で熱処理して作製したジルコニア中空粒子の走査電子顕微鏡写真を示す。The scanning electron micrograph of the zirconia hollow particle produced in Example 6 by heat-processing in 1000 degreeC and nitrogen atmosphere is shown. 実施例7で、エタノール中で作製したジルコニウム生成物を被覆した酵母粒子の走査電子顕微鏡写真を示す。In Example 7, the scanning electron micrograph of the yeast particle which coat | covered the zirconium product produced in ethanol is shown.

Claims (8)

粒子状生体材料をテンプレートとして、該生体材料の表面に金属化合物を析出又は被覆して、該生体材料と該金属化合物の多孔質構造を有し、該生体材料の外殻形状を保持している粒子状生体材料と多孔質中空粒子との複合体を作製し、次いで、これを加熱処理することにより、上記生体材料を含まない中空粒子を作製する多孔質中空粒子の製造方法であって、
上記粒子状生体材料として、酵母を使用し、上記複合体を酸化雰囲気中で加熱処理することにより、皺状又は襞状の中空壁を有する中空粒子を作製する、又は、上記複合体を還元雰囲気又は不活性雰囲気中で加熱処理することにより、生体材料との模倣性が高い外殻形状を有する中空粒子を作製すること、その際に、上記加熱処理を500〜1200℃で行うこと、を特徴とする多孔質中空粒子の製造方法。
Using a particulate biomaterial as a template, depositing or coating a metal compound on the surface of the biomaterial, having a porous structure of the biomaterial and the metal compound, and maintaining the outer shell shape of the biomaterial A method for producing a porous hollow particle, in which a composite of a particulate biomaterial and a porous hollow particle is produced, and then this is heated to produce a hollow particle that does not contain the biomaterial,
As the particulate biomaterials, using a yeast, by heating the complex in an oxidizing atmosphere, or to produce hollow particles having a wrinkled or pleated hollow wall, or, reducing the complex By performing heat treatment in an atmosphere or an inert atmosphere, producing hollow particles having an outer shell shape that is highly mimicable with a biomaterial , and in that case , performing the heat treatment at 500 to 1200 ° C. A method for producing porous hollow particles, which is characterized.
金属化合物が、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、又はそれらの複合物である請求項1に記載の多孔質中空粒子の製造方法。   The method for producing porous hollow particles according to claim 1, wherein the metal compound is a metal, a metal oxide, a metal hydroxide, a metal nitride, or a composite thereof. 金属化合物の金属成分が、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、亜鉛、イットリウム、ハフニウム、スズ、アンチモン、又はケイ素である請求項に記載の多孔質中空粒子の製造方法。 The method for producing porous hollow particles according to claim 2 , wherein the metal component of the metal compound is titanium, zirconium, aluminum, zinc, yttrium, hafnium, tin, antimony, or silicon. 請求項1からのいずれかに記載の方法により形された多孔質中空粒子であって、
中空粒子が、皺状又は襞状の中空壁を有している、又は、該中空粒子が、粒状生体材料との模倣性が高い外殻形状を有してい、上記粒子状生体材料がほぼ完全に熱分解されていることを特徴とする多孔質中空粒子。
A multi porosifying hollow particles Rikatachi formed by the method according to any one of claims 1 to 3,
Or the hollow particles have a wrinkled or pleated hollow wall or hollow particles, have a shell shape is high imitation of the particulate biomaterial, the particulate biomaterial porous hollow particles but characterized that you are almost completely thermally decomposed.
金属化合物が、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、又はそれらの複合物である請求項に記載の多孔質中空粒子。 The porous hollow particle according to claim 4 , wherein the metal compound is a metal, a metal oxide, a metal hydroxide, a metal nitride, or a composite thereof. 金属化合物の金属成分が、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、亜鉛、イットリウム、ハフニウム、スズ、アンチモン、又はケイ素である請求項に記載の多孔質中空粒子。 The porous hollow particle according to claim 5 , wherein the metal component of the metal compound is titanium, zirconium, aluminum, zinc, yttrium, hafnium, tin, antimony, or silicon. 請求項からのいずれかに記載の多孔質中空粒子を構成要素とすることを特徴とする高吸着性能を有する機能性部材。 Functional member having a high adsorption performance, characterized in that a component porous hollow particles according to any of claims 4 to 6. 部材が、フィルター、環境浄化材料、断熱材、触媒、化粧料、又は塗料である請求項に記載の機能性部材。 The functional member according to claim 7 , wherein the member is a filter, an environmental purification material, a heat insulating material, a catalyst, a cosmetic, or a paint.
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