JP5148971B2 - Spherical silica particles and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は多数の中空シリカ微粒子の集合体からなる球状シリカ粒子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to spherical silica particles comprising an aggregate of a large number of hollow silica fine particles and a method for producing the same.

多数の微粒子が集合してなる粒子は、断熱性、低屈折率、軽量化等の有用な性質を材料に付与することができるので、このような粒子およびその製造方法に関する研究が多数なされている。   Particles formed by aggregating a large number of fine particles can impart useful properties such as heat insulation, low refractive index, weight reduction, etc. to materials, and many studies on such particles and their production methods have been made. .

酸化物微粒子を噴霧乾燥することにより微粒子の集合体を調製する技術は公知であり、例えば、特許文献1(特開昭61−270201号公報)には、平均粒子径250nm以下の一次粒子を含むコロイド液を噴霧乾燥することにより平均粒子径1〜20μmの無機酸化物粒子を調製する技術が開示されている。   A technique for preparing an aggregate of fine particles by spray-drying oxide fine particles is known. For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 61-270201) includes primary particles having an average particle diameter of 250 nm or less. A technique for preparing inorganic oxide particles having an average particle diameter of 1 to 20 μm by spray drying a colloidal solution is disclosed.

また、特許文献2(特開2002−160907号公報)には、コロイド液を噴霧乾燥して得られた微粒子集合体に更に酸化物層を被覆することにより、平均粒子径が2〜250nmである無機酸化物微粒子が集まった平均粒子径が1〜100μmである無機酸化物微粒子集合体と、これを被覆する酸化物系層とからなる球状多孔質粒子が開示されている。   In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-160907), an average particle diameter is 2 to 250 nm by further coating an oxide layer on a fine particle aggregate obtained by spray drying a colloidal solution. Spherical porous particles comprising an aggregate of inorganic oxide fine particles having an average particle diameter of 1 to 100 μm in which inorganic oxide fine particles are collected and an oxide-based layer covering the aggregate are disclosed.

半導体封止材用の熱硬化性樹脂などに充填材として酸化物微粒子を配合することは公知である。例えば、特許文献3(特開2002−37620号公報)には、合着率が0.1%以下の非合着・非凝集性真球状酸化物粒子の集合体であって、平均粒径が0.6〜6μm、粒径の分布幅が0.3〜10μmおよび粒度分布の分散度(CV値)が10%以上であることを特徴とする真球状酸化物粒子集合体に関する発明が記載されており、半導体封止材料として、樹脂に添加されて使用される旨の記載がある。   It is known to mix oxide fine particles as a filler in a thermosetting resin for a semiconductor encapsulant. For example, Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-37620) discloses an aggregate of non-fusing and non-aggregating true spherical oxide particles having a fusing rate of 0.1% or less, and having an average particle size. An invention relating to a true spherical oxide particle aggregate characterized by 0.6 to 6 μm, a particle size distribution width of 0.3 to 10 μm and a particle size distribution dispersity (CV value) of 10% or more is described. As a semiconductor sealing material, there is a description that it is added to a resin and used.

また、特許文献4(特開2001−220496号公報)には、エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤を含有するエポキシ樹脂組成物において、無機質充填剤として、比表面積が6〜200m2/g、真比重が2.0〜2.2であり、平均粒径が2〜50μmである多孔質酸化物を含むことを特徴とするエポキシ樹脂組成物に関する発明が開示されている。 Moreover, in patent document 4 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-220296), in the epoxy resin composition containing an epoxy resin, a hardening | curing agent, and an inorganic filler, a specific surface area is 6-200 m < 2 > / g as an inorganic filler, An invention relating to an epoxy resin composition comprising a porous oxide having a true specific gravity of 2.0 to 2.2 and an average particle diameter of 2 to 50 μm is disclosed.

特許文献5(特開2006−335881号公報)には、中空状シリカの1次微粒子の凝集体からなる凝集体粒子が、分散媒体中に分散した中空状シリカを含有する分散液であって、当該凝集体粒子の平均凝集粒子径が60〜400nmの範囲にあり、かつ、当該平均凝集粒子径は、当該シリカの平均1次粒子径の1.5倍以上の範囲にあることを特徴とする中空状シリカを含有する分散液に関する発明が記載されている。   Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-335881) discloses a dispersion liquid in which aggregate particles composed of aggregates of primary fine particles of hollow silica contain hollow silica dispersed in a dispersion medium, The average aggregate particle diameter of the aggregate particles is in the range of 60 to 400 nm, and the average aggregate particle diameter is in the range of 1.5 times or more the average primary particle diameter of the silica. An invention relating to a dispersion containing hollow silica is described.

このような中空状シリカの1次微粒子の凝集体からなる凝集体粒子は、特に大きな断熱性、軽量化等の効果が期待される。
しかし、特許文献5に記載された中空状シリカを含有する分散液においては、凝集体粒子が分散媒に分散されたものであり、乾燥などの手段にて、凝集体粒子のみを分離した場合、凝集体粒子は凝集し、不定形になる傾向が強く、そのため粒子径も不均一なものとなることが知られていた。
Aggregate particles composed of aggregates of such primary particles of hollow silica are expected to have particularly large heat insulation and light weight effects.
However, in the dispersion containing hollow silica described in Patent Document 5, the aggregate particles are dispersed in a dispersion medium, and when only the aggregate particles are separated by means such as drying, It has been known that aggregate particles have a strong tendency to agglomerate and become indefinite, and therefore have a non-uniform particle size.

このため、軽量骨材、インク受容層の成分等として利用することができ、球状の中空シ
リカ微粒子からなる粒子であって、粒子径分布についても単分散状態にある球状シリカ粒子が求められていた。
特開昭61−270201号公報 特開2002−160907号公報 特開2002−37620号公報 特開2001−220496号公報 特開2006−335881号公報
For this reason, there has been a demand for spherical silica particles that can be used as components of light aggregates, ink-receiving layers, and the like, and are composed of spherical hollow silica fine particles and in a monodispersed state with respect to particle size distribution. .
JP-A 61-270201 JP 2002-160907 A JP 2002-37620 A Japanese Patent Laid-Open No. 2001-220696 JP 2006-335881 A

本発明は、軽量骨材、インク受容層の成分等として有用であって、球状で、粒子径分布の単分散性が高く、空隙の割合の高い球状シリカ粒子およ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 invention provides a spherical silica particle that is useful as a light aggregate, a component of an ink receiving layer, and the like, is spherical, has a high monodispersity in particle size distribution, and has a high void ratio, and a method for producing the same. It is the purpose.

前記目的を達成するための本発明は、以下の通りである。
[1]平均粒子径が5〜300nmの範囲にあり、比表面積が50〜1500m2/gの範囲にあり、中空構造を有する中空シリカ微粒子が集合し、結着してなる中空シリカ微粒子集合体からなる平均粒子径1μm〜50μmの球状シリカ粒子。
[2]嵩比重(CBD)が0.7〜1.0g/mlの範囲にあることを特徴とする[1]記載の球状シリカ粒子。
[3]平均粒子径が5〜300nmの範囲にあり、比表面積が50〜1500m2/gの範囲にあり、中空構造を有する中空シリカ微粒子が集合し、結着してなる中空シリカ微粒子集合体からなる平均粒子径1μm〜50μmの球状シリカ粒子であって、嵩比重(CBD)が0.7〜1.0g/mlの範囲にあり、粒子破壊強度が0.5〜100Kgf/mm2の範囲にあることを特徴とする球状シリカ粒子。
[4]前記中空シリカ微粒子の粒子径分布が単分散状態にあるものであることを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の球状シリカ粒子。
[5]中空シリカ微粒子分散液を含む噴霧液を気流中に噴霧して中空シリカ微粒子集合体を調製することを特徴とする[1]〜[4]のいずれかに記載の球状シリカ粒子の製造方法。
[6]下記の各工程を含む[5]記載の球状シリカ粒子の製造方法。
(A):中空シリカ微粒子分散液を含む噴霧液を気流中に噴霧して、中空シリカ微粒子集合体を調製する工程
(B): 前記(A)工程で得られた中空シリカ微粒子集合体を温度150〜600℃の範囲で加熱処理する工程
(C1): 前記(B)工程に続いて、該中空シリカ微粒子集合体を水および/または有機溶媒に分散させ、中空シリカ微粒子集合体分散液を調製する工程
(D): 前記(C)工程に続いて、前記中空シリカ微粒子集合体分散液から、球状シリカ粒子を分離し、乾燥した後、大気圧下または減圧下、400〜1200℃で加熱処理する工程
To achieve the above object, the present invention is as follows.
[1] A hollow silica fine particle aggregate having an average particle diameter in the range of 5 to 300 nm, a specific surface area in the range of 50 to 1500 m 2 / g, and hollow silica fine particles having a hollow structure assembled and bound. Spherical silica particles having an average particle diameter of 1 μm to 50 μm.
[2] The spherical silica particles according to [1], wherein the bulk specific gravity (CBD) is in the range of 0.7 to 1.0 g / ml.
[3] A hollow silica fine particle aggregate having an average particle diameter in the range of 5 to 300 nm, a specific surface area in the range of 50 to 1500 m 2 / g, and hollow silica fine particles having a hollow structure assembled and bound. Spherical silica particles having an average particle diameter of 1 μm to 50 μm and having a bulk specific gravity (CBD) in the range of 0.7 to 1.0 g / ml and a particle breaking strength in the range of 0.5 to 100 Kgf / mm 2 . Spherical silica particles characterized by the above.
[4] The spherical silica particles according to any one of [1] to [3], wherein the hollow silica fine particles have a monodispersed particle size distribution.
[5] The production of spherical silica particles according to any one of [1] to [4], wherein a hollow silica fine particle aggregate is prepared by spraying a spray liquid containing a hollow silica fine particle dispersion in an air stream Method.
[6] The method for producing spherical silica particles according to [5], comprising the following steps.
(A): A step of spraying a spray liquid containing a hollow silica fine particle dispersion in an air stream to prepare a hollow silica fine particle aggregate (B): The temperature of the hollow silica fine particle aggregate obtained in the step (A) Step (C1) of heat treatment in the range of 150 to 600 ° C .: Following the step (B), the hollow silica fine particle aggregate is dispersed in water and / or an organic solvent to prepare a hollow silica fine particle aggregate dispersion. Step (D): Following the step (C 1 ), spherical silica particles are separated from the hollow silica fine particle aggregate dispersion, dried, and then heated at 400 to 1200 ° C. under atmospheric pressure or reduced pressure. Process to process

[7]前記(C1)工程に続いて、次の(C2)工程もしくは(C3)工程を経てから、または(C2)工程を行った後(C3)工程を経てから、前記(D)工程を行うことを特徴とする[6]記載の球状シリカ粒子の製造方法。
(C2): (C1)工程で調製した中空シリカ微粒子集合体の分散液に、次のi)、ii)またはiii)を添加することにより該中空シリカ微粒子集合体を表面処理する工程
i)酸またはアルカリ
ii)酸またはアルカリと、下記一般式で表される有機ケイ素化合物および/またはその部分加水分解物
一般式: RnSi(OR′)4-n
〔但し、RおよびR′は、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数〜18のアリール基、ビニル基またはアクリル基から選ばれる基であり、nは0、1、2または3の整数である。〕
iii)珪酸液およびアルカリ
(C3): 中空シリカ微粒子集合体分散液を50〜350℃で水熱処理する工程
[8]前記(A)工程における前記噴霧液が、さらに珪酸液を含むものであることを特徴とする[6]または[7]記載の球状シリカ粒子の製造方法。
[9]前記(A)工程における前記中空シリカ微粒子分散液の粒子径分布が単分散状態であることを特徴とする[6]〜[8]のいずれかに記載の球状シリカ粒子の製造方法。
[7] Subsequent to the step (C1), the following step (C2) or (C3), or after the step (C2) and after the step (C3), the step (D) is performed. production process [6], wherein the spherical boss silica particles, which comprises carrying out.
(C2): A step of surface-treating the hollow silica fine particle aggregate by adding the following i), ii) or iii) to the dispersion of the hollow silica fine particle aggregate prepared in the step (C1)
i) Acid or alkali
ii) Acid or alkali and an organosilicon compound represented by the following general formula and / or a partial hydrolyzate thereof General formula: R n Si (OR ′) 4-n
[However, R and R 'is an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, the number 6-18 aryl group carbon atoms or a group Ru is selected from vinyl or acrylic group, n represents 0, 1, 2 or 3 It is an integer. ]
iii) Silicic acid solution and alkali (C3): Hydrothermal treatment of the hollow silica fine particle aggregate dispersion at 50 to 350 ° C.
[8] The method for producing spherical silica particles according to [6] or [7], wherein the spray liquid in the step (A) further contains a silicic acid liquid.
[9] The method for producing spherical silica particles according to any one of [6] to [8], wherein the hollow silica fine particle dispersion in the step (A) is in a monodispersed state.

本発明に係る球状シリカ粒子は、平均粒子径1〜50μmの中空シリカ粒子でありながら、嵩比重を0.7〜1.0g/mlの範囲にすることができるので、空隙に富み、その形状も球状であり、単分散性が高い。本発明に係る製造方法により、この様な球状シリカ粒子を製造することができる。本発明に係る球状シリカ粒子は、軽量骨材、インク受容層の成分などに好適に使用することができる。   Since the spherical silica particles according to the present invention are hollow silica particles having an average particle diameter of 1 to 50 μm, the bulk specific gravity can be in the range of 0.7 to 1.0 g / ml. Is also spherical and has high monodispersity. Such spherical silica particles can be produced by the production method according to the present invention. The spherical silica particles according to the present invention can be suitably used for a lightweight aggregate, a component of an ink receiving layer, and the like.

1.球状シリカ粒子
本発明は、平均粒子径が5〜300nmの範囲にあり、比表面積が50〜1500m2
/gの範囲にあり、中空構造を有する中空シリカ微粒子が集合してなる中空シリカ微粒子集合体からなる平均粒子径1μm〜50μmの球状シリカ粒子に関する。
1. Spherical silica particles The present invention has an average particle diameter in the range of 5 to 300 nm and a specific surface area of 50 to 1500 m 2.
The present invention relates to spherical silica particles having an average particle diameter of 1 μm to 50 μm formed of a hollow silica fine particle aggregate in which hollow silica fine particles having a hollow structure are aggregated.

中空シリカ微粒子
[構造、粒子径および比表面積]
本発明における中空シリカ微粒子としては、公知の中空シリカ微粒子を使用することができる。
Hollow silica fine particles [structure, particle size and specific surface area]
As the hollow silica fine particles in the present invention, known hollow silica fine particles can be used.

公知の中空シリカ微粒子の例として、例えば、特開平6ー330606号公報または特開平7ー013137号公報に記載されているような、粒子径が0.1〜380μm程度の中空シリカ粒子、特開平11ー029318号公報に記載されているような、外周部が殻、中心部が中空で、殻は外側が緻密で内側ほど粗な濃度傾斜構造をもったコア・シェル構造であるミクロンサイズの球状シリカ粒子、特開平7ー133105号公報に記載されているような、多孔性の無機酸化物微粒子の表面をシリカ等で完全に被覆することにより得られる中空シリカ微粒子、さらに特開2001−233611号公に記載されているようなシリカとシリカ以外の無機酸化物からなる複合酸化物の核粒子にシリカ被覆層を形成し、ついでシリカ以外の無機酸化物を除去し、必要に応じてシリカを被覆することによって得られたナノメーターサイズの中空シリカ系微粒子などを挙げることができるがこれらに限定されるものではない。   Examples of known hollow silica fine particles include hollow silica particles having a particle size of about 0.1 to 380 μm, as described in, for example, JP-A-6-330606 or JP-A-7-013137, As described in Japanese Patent Application Publication No. 11-029318, a micron-sized spherical structure having a core-shell structure in which the outer peripheral portion is a shell, the central portion is hollow, the outer shell is dense, and the inner portion is denser and has a coarser concentration gradient structure. Silica particles, hollow silica fine particles obtained by completely covering the surface of porous inorganic oxide fine particles with silica or the like as described in JP-A-7-133105, and JP-A-2001-233611 A silica coating layer is formed on core particles of a composite oxide composed of silica and an inorganic oxide other than silica as described in the public, and then an inorganic acid other than silica is formed. Objects are removed, there may be mentioned a hollow silica-based particles of the resulting nanometer-sized but is not limited thereto by coating the silica needed.

前記中空シリカ微粒子については、粒子内部に空孔構造を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、外殻層を有し、内部が多孔質または空洞となっている微粒子を挙げることができる。本発明においては、中空シリカ微粒子は、それぞれが集合し、結着して球状の集合体を構成するものである。この中空シリカ微粒子としては、平均粒子径が5〜300nmの範囲にあり、比表面積が50〜1500m2/gの範囲にあるものが好適に適用される。平均粒子径が5nm未満の場合は、中空シリカ微粒子の調製が容易ではない。平均粒子径が300nmを越えると、中空シリカ微粒子同士の結合力が弱く、中空シリカ微粒子の集合体が得られ難い。また、そのような集合体は得られたとしても球状シリカ粒子の強度が不充分となる。中空シリカ微粒子の更に好ましい平均粒子径は5〜120nmの範囲である。なお、本願において、中空シリカ微粒子の平均粒子径については、動的光散乱法により測定された平均粒子径または画像解析法により測定された平均粒子径を意味する。動的光散乱法による平均粒子径の測定方法については、実施例の[1A]「動的光散乱法による平均粒子径の測定方法」に記した。また、画像解析法による平均粒子径測定方法については、実施例の[5]「粒度分布の測定」にて記載した平均粒子径の測定方法により測定した。 The hollow silica fine particle is not particularly limited as long as it has a pore structure inside the particle, and examples thereof include a fine particle having an outer shell layer and being porous or hollow inside. be able to. In the present invention, the hollow silica fine particles are aggregated and bound to form a spherical aggregate. As the hollow silica fine particles, those having an average particle diameter in the range of 5 to 300 nm and a specific surface area in the range of 50 to 1500 m 2 / g are suitably used. When the average particle diameter is less than 5 nm, it is not easy to prepare hollow silica fine particles. When the average particle diameter exceeds 300 nm, the bonding force between the hollow silica fine particles is weak, and it is difficult to obtain an aggregate of hollow silica fine particles. Moreover, even if such an aggregate is obtained, the strength of the spherical silica particles is insufficient. The more preferable average particle diameter of the hollow silica fine particles is in the range of 5 to 120 nm. In the present application, the average particle diameter of the hollow silica fine particles means an average particle diameter measured by a dynamic light scattering method or an average particle diameter measured by an image analysis method. About the measuring method of the average particle diameter by the dynamic light scattering method, it described in [1A] "The measuring method of the average particle diameter by the dynamic light scattering method" of an Example. Further, the average particle size measurement method by the image analysis method was measured by the average particle size measurement method described in [5] “Measurement of particle size distribution” in Examples.

中空構造を有し、かつ、前記平均粒子径範囲にある前記中空シリカ微粒子については、その比表面積が、50〜1500m2/gの範囲となる。前記平均粒子径範囲においては
、比表面積が1500m2/gを超える中空シリカ微粒子を調製することは容易ではない
。他方、比表面積が50m2/g未満の場合、前記平均粒子径範囲の中空シリカ微粒子は
、中空構造を有する場合がない。
About the said hollow silica fine particle which has a hollow structure and exists in the said average particle diameter range, the specific surface area becomes the range of 50-1500 m < 2 > / g. In the average particle size range, it is not easy to prepare hollow silica fine particles having a specific surface area exceeding 1500 m 2 / g. On the other hand, when the specific surface area is less than 50 m 2 / g, the hollow silica fine particles in the average particle diameter range may not have a hollow structure.

[粒子径分布]
前記中空シリカ微粒子については、その粒子径分布が単分散状態にあるものが好ましい。具体的には、粒子径変動係数(CV値)が50%以下にあるものが好ましい。本発明に係る球状シリカ粒子は、このような粒子径分布の均一性の高い中空シリカ微粒子が集合し、決着してなる中空シリカ微粒子集合体、または中空シリカ微粒子集合体とその表面に形成された外層とからなるものであり、特に粒子径分布が単分散状態にあるため〔半導体用途〕に適用した場合に〔絶縁性または耐熱性〕の効果が優れるものとなる。粒子径変動係数(CV値)が50%を超える場合は、粒子径の均一性が低いためこのような効果は生じ難くなる。なお、中空シリカ微粒子の粒子径変動係数(CV値)については、10%以上50%以下であれば、〔絶縁性または耐熱性〕の効果が充分に得られるため、10%未満であることは必ずしも求められない。
[Particle size distribution]
The hollow silica fine particles preferably have a particle size distribution in a monodispersed state. Specifically, those having a particle diameter variation coefficient (CV value) of 50% or less are preferable. The spherical silica particles according to the present invention are formed on the surface of a hollow silica fine particle aggregate, or a hollow silica fine particle aggregate, in which hollow silica fine particles having a highly uniform particle size distribution are assembled and settled. In particular, since the particle size distribution is in a monodisperse state, the effect of [insulating or heat resistance] is excellent when applied to [semiconductor applications]. When the particle diameter variation coefficient (CV value) exceeds 50%, such an effect is hardly generated because the uniformity of the particle diameter is low. The particle diameter variation coefficient (CV value) of the hollow silica fine particles is 10% or more and 50% or less, so that the effect of [insulation or heat resistance] can be sufficiently obtained. Not necessarily required.

中空シリカ微粒子の粒子径分布の単分散性を高める手段としては、均一なSEED[粒子を
用いて、粒子成長を行なう方法が挙げられる。また、中空シリカ微粒子が分散媒に分散してなる中空シリカゾルについて、精密濾過や遠心分離処理を行うことによって、粗大粒子を除去する方法を挙げることができる。
As a means for enhancing the monodispersity of the particle size distribution of the hollow silica fine particles, there is a method of performing particle growth using uniform SEED [particles. Moreover, about the hollow silica sol which a hollow silica fine particle disperse | distributes to a dispersion medium, the method of removing a coarse particle can be mentioned by performing a microfiltration or a centrifugation process.

[形状]
前記中空シリカ微粒子の形状については、球状が好ましい。ここで球状については、目視により、棒状、勾玉状、細長い形状、数珠状、卵状などの異形粒子であると認められない程度であれば構わないが、より好適には、真球度が0.90〜1.00の範囲にあるものが推奨される。ここで真球度とは、透過型電子顕微鏡により写真撮影して得られる写真投影図における任意の50個の粒子について、それぞれその最大径(DL)と、これと直交する短径(DS)との比(DS/DL)の平均値を意味する。真球度が0.90未満の場合は、微粒子が球状であるとは云えず、前記の異形粒子に該当するものを含む場合が生じる。 本発明に係る球状シリカ粒子は、前記の粒子径の均一性に加えて、真球度が0.90〜1.00の範囲にあることにより、構造的に安定するため球状シリカ粒子の強度の点で好ましいものとなる。なお、真球度が0.90に満たない中空シリカ微粒子については、いわゆる水熱処理を行って、真球度を0.90〜1.00の範囲に調整してから、本発明における中空シリカ微粒子として適用することができる。水熱処理の条件としては、温度100〜200℃にて、1〜24時間の処理を行う方法を挙げることができる。また、水熱処理には、オートクレーブを使用することも推奨される。
[shape]
The shape of the hollow silica fine particles is preferably spherical. Here, the spherical shape may be any degree as long as it is not visually recognized as an irregularly shaped particle such as a rod shape, a slug shape, an elongated shape, a bead shape, or an egg shape, but more preferably, the sphericity is 0. Those in the range of .90 to 1.00 are recommended. Here, the sphericity is the maximum diameter (DL) and the short diameter (DS) orthogonal to each of any 50 particles in a photographic projection obtained by photographing with a transmission electron microscope. Mean ratio (DS / DL). When the sphericity is less than 0.90, it cannot be said that the fine particles are spherical, and may include those corresponding to the irregular shaped particles. The spherical silica particles according to the present invention are structurally stable when the sphericity is in the range of 0.90 to 1.00 in addition to the uniformity of the particle diameter described above. This is preferable in terms. For hollow silica fine particles having a sphericity of less than 0.90, so-called hydrothermal treatment is performed to adjust the sphericity to a range of 0.90 to 1.00, and then the hollow silica fine particles in the present invention are used. Can be applied as Examples of the hydrothermal treatment conditions include a method of performing treatment at a temperature of 100 to 200 ° C. for 1 to 24 hours. It is also recommended to use an autoclave for the hydrothermal treatment.

[組成]
前記中空シリカ微粒子の組成については、シリカを含有するものであれば格別に制限されるものではなく、中空シリカ微粒子の製造原料に起因してシリカ以外の元素または化合物が残存していても構わない。このような残存する元素および化合物の例としては、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化スズ、酸化セリウム、ナトリウム、カリウムなどを挙
げることができる。
[composition]
The composition of the hollow silica fine particles is not particularly limited as long as it contains silica, and elements or compounds other than silica may remain due to the raw material for producing the hollow silica fine particles. . Examples of such remaining elements and compounds include alumina, titania, zirconia, tin oxide, cerium oxide, sodium, potassium, and the like.

[製造方法]
本発明における中空シリカ微粒子については、従来公知の製造方法により調製されたもので構わない。公知の製造方法の例としては、特表2000−500113号公報に記載されたような珪酸アルカリ金属水溶液から活性シリカをシリカ以外の材料からなるコア上に沈殿させ、該材料をシリカシェルを破壊させることなく除去することによって、稠密なシリカシェルからなる中空粒子を製造する方法、特開2001−233611号公報に記載されているようなシリカとシリカ以外の無機酸化物からなる複合酸化物の核粒子にシリカ被覆層を形成し、ついでシリカ以外の無機酸化物を除去し、必要に応じてシリカを被覆してなるナノメーターサイズの中空シリカ系微粒子の製造方法などを挙げることができるがこれらに限定されるものではない。
[Production method]
The hollow silica fine particles in the present invention may be prepared by a conventionally known production method. As an example of a known production method, active silica is precipitated from an alkali metal silicate aqueous solution as described in JP-T-2000-500113 on a core made of a material other than silica, and the silica shell is broken by the material. A method for producing hollow particles comprising a dense silica shell by removing without removal, and a core particle of a composite oxide comprising silica and an inorganic oxide other than silica as described in JP-A-2001-233611 A method for producing nanometer-sized hollow silica fine particles obtained by forming a silica coating layer on the substrate, then removing inorganic oxides other than silica, and coating silica as necessary is limited to these. Is not to be done.

球状シリカ粒子
本発明に係る球状シリカ粒子は、平均粒子径が5〜300nmの範囲にあり、比表面積が50〜1500m2/gの範囲にあり、中空構造を有するシリカ微粒子が集合し、結着
してなる中空シリカ微粒子集合体からなる平均粒子径1μm〜50μmの球状シリカ粒子である。この球状シリカ粒子は、中空シリカ微粒子の集合体であり、その内部に空隙を有するから、球状多孔質シリカ粒子である。この球状シリカ粒子については、その嵩比重(CBD)が0.7〜1.0g/mlの範囲にあることが好ましい。また、前記中空シリカ微粒子の粒子径分布については、単分散状態にあるものが好ましく、更に具体的には、粒子径変動係数(CV値)が10〜50%の範囲にあることが好ましい。
Spherical silica particles The spherical silica particles according to the present invention have an average particle diameter in the range of 5 to 300 nm, a specific surface area in the range of 50 to 1500 m 2 / g, and silica fine particles having a hollow structure are aggregated and bound. Spherical silica particles having an average particle diameter of 1 μm to 50 μm composed of a hollow silica fine particle aggregate. The spherical silica particles are aggregates of hollow silica fine particles and have voids inside thereof, and thus are spherical porous silica particles. About this spherical silica particle, it is preferable that the bulk specific gravity (CBD) exists in the range of 0.7-1.0 g / ml. Further, the particle size distribution of the hollow silica fine particles is preferably in a monodispersed state, and more specifically, the particle size variation coefficient (CV value) is preferably in the range of 10 to 50%.

[粒子径]
本発明における球状シリカ粒子の平均粒子径については、0.5〜50μmの範囲が好ましい。後で述べる本発明の製造方法によれば、この範囲であれば、球状で均一な球状シリカ粒子を得ることが可能である。平均粒子径が0.5μm未満の球状シリカ粒子については、本発明の製造方法によれば、調製することが容易ではない。平均粒子径が50μmを超える場合は、本発明の製造方法によれば、異形粒子が発生し易くなるため望ましくない。なお、球状シリカ粒子の平均粒子径については、好適には5〜30μmの範囲が推奨される。
[Particle size]
About the average particle diameter of the spherical silica particle in this invention, the range of 0.5-50 micrometers is preferable. According to the production method of the present invention described later, spherical and uniform spherical silica particles can be obtained within this range. According to the production method of the present invention, it is not easy to prepare spherical silica particles having an average particle diameter of less than 0.5 μm. When the average particle diameter exceeds 50 μm, irregular shapes are easily generated according to the production method of the present invention, which is not desirable. In addition, about the average particle diameter of a spherical silica particle, the range of 5-30 micrometers is recommended suitably.

本発明に係る球状シリカ粒子の平均粒子径については、遠心沈降法により測定されるものであり、具体的な測定方法については、実施例の[1B]「遠心沈降法による平均粒子径の測定方法」に記した。   The average particle size of the spherical silica particles according to the present invention is measured by the centrifugal sedimentation method. For the specific measurement method, see [1B] “Measurement method of average particle size by centrifugal sedimentation method” in Examples. "

[嵩比重]
前記球状シリカ粒子の嵩比重(CBD)については0.7〜1.0g/mlの範囲が好ましい。ここで嵩比重は、球状シリカ粒子に占める空隙の割合が大きい程、小さい値をとるものであり、0.7〜1.0g/mlの範囲であれば、例えば、軽量骨材としての適用が可能となる。
[Bulk specific gravity]
The bulk specific gravity (CBD) of the spherical silica particles is preferably in the range of 0.7 to 1.0 g / ml. Here, the bulk specific gravity has a smaller value as the proportion of the voids in the spherical silica particles is larger. For example, if it is in the range of 0.7 to 1.0 g / ml, application as a lightweight aggregate is possible. It becomes possible.

[表面処理]
本発明に係る球状シリカ粒子は、所望により表面処理されていることが望ましい。表面処理により、1)中空シリカ微粒子の外表面に存在する孔部分の封鎖、2)表面の平坦化、3)表面被覆層の生成などが生じるため、球状シリカ粒子を各種媒体に添加した際に、その固有の特性(屈折率、断熱性など)が損なわれ難いなどの利点がある。
[surface treatment]
The spherical silica particles according to the present invention are desirably surface-treated as desired. The surface treatment causes 1) blocking of the pores present on the outer surface of the hollow silica fine particles, 2) flattening of the surface, 3) generation of a surface coating layer, etc., so when adding spherical silica particles to various media , There is an advantage that its inherent characteristics (refractive index, heat insulation, etc.) are not easily damaged.

前記球状集合体に酸またはアルカリを添加して水熱処理することにより表面処理した場合は、球状集合体の成分(シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニアまたはタングステン
から選ばれる1種以上)が酸またはアルカリと反応することにより、球状集合体の表面の孔が封鎖され、表面処理の進行度合によっては、被覆層が形成される。この場合、該被覆層の成分については、球状集合体の成分と概ね同じものとなる。
When surface treatment is performed by adding an acid or alkali to the spherical aggregate and subjecting it to a hydrothermal treatment, the components of the spherical aggregate (one or more selected from silica, alumina, zirconia, titania or tungsten) are an acid or an alkali. By reacting, the pores on the surface of the spherical aggregate are blocked, and a coating layer is formed depending on the progress of the surface treatment. In this case, the components of the coating layer are substantially the same as the components of the spherical aggregate.

中空シリカ微粒子に酸またはアルカリと下記一般式で表される有機ケイ素化合物および/またはその部分加水分解物を添加して、水熱処理することにより表面処理した場合は、シリカ系被覆層が形成される。   When surface treatment is carried out by adding an acid or alkali and an organosilicon compound represented by the following general formula and / or a partial hydrolyzate thereof to the hollow silica fine particles and hydrotreating, a silica-based coating layer is formed. .

一般式: RnSi(OR′)4-n
〔但し、RおよびR′は、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数1〜18のアリール基、ビニル基またはアクリル基から選ばれる炭化水素基であり、nは0、1、2または3の整数である。〕
また、中空シリカ微粒子に珪酸液およびアルカリを添加して、水熱処理することにより表面処理した場合は、シリカからなる被覆層が形成される。
General formula: R n Si (OR ′) 4-n
[However, R and R ′ are hydrocarbon groups selected from an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group having 1 to 18 carbon atoms, a vinyl group or an acrylic group, and n is 0, 1, 2 or 3 Is an integer. ]
In addition, when a surface treatment is performed by adding a silicic acid solution and an alkali to the hollow silica fine particles and performing a hydrothermal treatment, a coating layer made of silica is formed.

[球状シリカ粒子の組成]
本発明の球状シリカ粒子の組成については、中空シリカ微粒子の組成により定まるものであり、前記の通り、シリカを含有するものでありその他に、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化スズ、酸化セリウム、ナトリウム、カリウムなどを含有しても構わない。
[Composition of spherical silica particles]
The composition of the spherical silica particles of the present invention is determined by the composition of the hollow silica fine particles, and as described above, contains silica, in addition to alumina, titania, zirconia, tin oxide, cerium oxide, sodium, You may contain potassium etc.

球状シリカ粒子の製造方法
本発明の球状シリカ粒子の製造方法は、次の各工程を含むことを特徴とする。
(A)中空シリカ微粒子集合体の調製
中空シリカ微粒子分散液を含む噴霧液を気流中に噴霧して中空シリカ微粒子集合体を調製する。該中空シリカ微粒子分散液の溶媒については、水または有機溶媒が使用される。有機溶媒としては、エタノール、プロパノール、ブタノールなどの1価アルコール、エチレングリコール等の多価アルコール等を用いることができる。
Method for Producing Spherical Silica Particles The method for producing spherical silica particles of the present invention includes the following steps.
(A) Preparation of hollow silica fine particle aggregate A spray solution containing a hollow silica fine particle dispersion is sprayed into an air stream to prepare a hollow silica fine particle aggregate. As the solvent of the hollow silica fine particle dispersion, water or an organic solvent is used. As the organic solvent, monohydric alcohols such as ethanol, propanol and butanol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, and the like can be used.

前記噴霧液については、前記中空シリカ微粒子分散液の他に、所望により珪酸液を含んでいても良い。噴霧液として、前記中空シリカ微粒子分散液に珪酸液を添加することにより、粒子の強度が増加する効果がある。珪酸液の添加量については、[中空シリカ微粒子の質量]/珪酸液(シリカ換算)で、1.3以上が望ましい。1.3未満では、珪酸液に由来するシリカの割合が過剰になる。   The spray solution may contain a silicate solution, if desired, in addition to the hollow silica fine particle dispersion. By adding a silicic acid solution to the hollow silica fine particle dispersion as a spray solution, there is an effect of increasing the strength of the particles. The addition amount of the silicic acid solution is preferably 1.3 or more in [mass of hollow silica fine particles] / silicic acid solution (silica conversion). If it is less than 1.3, the proportion of silica derived from the silicic acid solution becomes excessive.

前記噴霧液の濃度については、固形分換算で5〜60重量%、特に、10〜50重量%の範囲にあることが好ましい。噴霧液の固形分濃度が5重量%未満の場合は、集合体が得られ難い。噴霧液の濃度が60重量%を越えると、噴霧液が不安定になり球状の集合体が得難くなる。また、後述する噴霧乾燥を連続的に行えず、集合体の収率が低下する。   About the density | concentration of the said spraying liquid, it is preferable to exist in the range of 5-60 weight% in conversion of solid content, especially 10-50 weight%. When the solid content concentration of the spray liquid is less than 5% by weight, it is difficult to obtain an aggregate. When the concentration of the spray solution exceeds 60% by weight, the spray solution becomes unstable and it becomes difficult to obtain a spherical aggregate. Moreover, the spray-drying mentioned later cannot be performed continuously, and the yield of an assembly falls.

前記噴霧液の噴霧乾燥方法としては、前記した集合体が得られれば特に制限はなく、回転ディスク法、加圧ノズル法、2流体ノズル法など従来公知の方法を採用することができる。特に、特公平2−61406号公報に開示された2流体ノズル方法は、粒子径分布の均一な中空シリカ微粒子集合体を得ることができ、また平均粒子径をコントロールすることが容易であるので好ましい。   The spray drying method of the spray liquid is not particularly limited as long as the above-described aggregate can be obtained, and conventionally known methods such as a rotating disk method, a pressure nozzle method, and a two-fluid nozzle method can be employed. In particular, the two-fluid nozzle method disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 2-61406 is preferable because it can obtain a hollow silica fine particle aggregate having a uniform particle size distribution and can easily control the average particle size. .

このときの乾燥温度は、中空シリカ微粒子分散液の濃度、処理速度等によっても異なるが、スプレードライヤーを使用する場合、例えば、スプレードライヤーの入口温度としては100〜300℃、噴霧速度0.5〜3L/分、出口温度40〜100℃などの条件が好ましい。   The drying temperature at this time varies depending on the concentration of the hollow silica fine particle dispersion, the processing speed, and the like, but when a spray dryer is used, for example, the inlet temperature of the spray dryer is 100 to 300 ° C., the spray rate is 0.5 to Conditions such as 3 L / min and an outlet temperature of 40 to 100 ° C. are preferable.

(A)工程で原料として使用する中空シリカ微粒子については、望ましくは、粒子径分布が単分散相にある中空シリカ微粒子が使用される。この場合、中空シリカ微粒子の粒子径分布が単分散状態にある場合は、そのまま(A)工程に適用される。他方、単分散状態にない場合は、遠心分離処理を行って、粗大粒子の除去および粒子径の均一化を図る。遠心分離処理条件については、粒子径分布が単分散相を示すまで行う。粒子変動係数(CV値)が2〜10%の範囲となるように処理を行うことが望ましい。   The hollow silica fine particles used as the raw material in the step (A) are desirably hollow silica fine particles having a particle size distribution in a monodisperse phase. In this case, when the particle size distribution of the hollow silica fine particles is in a monodispersed state, it is applied to the step (A) as it is. On the other hand, when not in a monodispersed state, centrifugal separation is performed to remove coarse particles and make the particle diameter uniform. About the centrifugation process conditions, it carries out until particle diameter distribution shows a monodisperse phase. It is desirable to perform the treatment so that the particle variation coefficient (CV value) is in the range of 2 to 10%.

遠心分離処理条件については、前記いずれの場合においても粗大粒子が除去され、粒子径分布における粒子変動係数が2〜10%となるような処理が行われる限り、格別に限定されるものではない。通常は、中空シリカ微粒子分散液の固形分濃度が1〜50質量%で、遠心力が500〜20000Gの範囲が推奨される。   Centrifugation processing conditions are not particularly limited as long as processing is performed in such a case that coarse particles are removed and the particle variation coefficient in the particle size distribution is 2 to 10%. Usually, it is recommended that the hollow silica fine particle dispersion has a solid content concentration of 1 to 50% by mass and a centrifugal force of 500 to 20000 G.

(B)中空シリカ微粒子集合体の加熱処理
(A)工程で得られた中空シリカ微粒子集合体を本発明の球状シリカ粒子とすることもできるが、中空シリカ微粒子同士またはゲル成分との結合力を高めるために、150〜600℃の温度範囲で加熱処理することが好ましい。加熱処理温度が150℃未満では結合力の向上効果が認められず、600℃を越えると中空シリカ微粒子集合体が収縮するおそれがあり、最終的に得られる球状シリカ粒子の空隙が小さくなり、好ましくない。
(B) Heat treatment of hollow silica fine particle aggregate The hollow silica fine particle aggregate obtained in the step (A) can be used as the spherical silica particle of the present invention. In order to raise, it is preferable to heat-process in the temperature range of 150-600 degreeC. When the heat treatment temperature is less than 150 ° C., the effect of improving the bonding strength is not observed, and when it exceeds 600 ° C., there is a possibility that the hollow silica fine particle aggregate may shrink, and the voids of the finally obtained spherical silica particles become smaller, which is preferable. Absent.

(C1)中空シリカ微粒子集合体分散液の調製
(B)工程で得られた中空シリカ微粒子集合体を、室温〜40℃まで放冷または冷却し、水および/または有機溶媒に分散させてその分散液を調製する。有機溶媒としては、エタノール、プロパノール、ブタノールなどの1価アルコール、エチレングリコール等の多価アルコール等を用いることができる。分散液の濃度は、中空シリカ微粒子集合体を酸化物に換算した濃度で0.1〜40重量%、特に0.5〜20重量%の範囲にあることが好ましい。濃度が0.1重量%未満の場合は、工程(D)において中空シリカ微粒子集合体の内部にも酸化物系成分が析出し、外表面に選択的に析出させることが困難となり、細孔容積の大きな球状シリカ粒子が得られ難くなる。他方、濃度が40重量%を越えると(D)工程において集合体同士が凝集し易くなるので好ましくない。
(C1) Preparation of Hollow Silica Fine Particle Aggregate Dispersion The hollow silica fine particle aggregate obtained in the step (B) is allowed to cool or cool to room temperature to 40 ° C. and dispersed in water and / or an organic solvent for dispersion. Prepare the solution. As the organic solvent, monohydric alcohols such as ethanol, propanol and butanol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, and the like can be used. The concentration of the dispersion is preferably in the range of 0.1 to 40% by weight, particularly 0.5 to 20% by weight in terms of the concentration of the hollow silica fine particle aggregate converted to an oxide. When the concentration is less than 0.1% by weight, an oxide-based component is deposited inside the hollow silica fine particle aggregate in the step (D), and it becomes difficult to selectively deposit on the outer surface. Large spherical silica particles are difficult to obtain. On the other hand, when the concentration exceeds 40% by weight, the aggregates easily aggregate in the step (D), which is not preferable.

(C2)表面処理
所望により(C1)工程で得られた集合体分散液に次のi)、ii)またはiii)を添加して中空シリカ微粒子集合体の外表面の表面処理を行う。
i) 酸またはアルカリ
ii) 酸またはアルカリと次の一般式で表される有機ケイ素化合物および/またはその部分加水分解物
一般式: RnSi(OR′)4-n
〔但し、RおよびR′は、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数〜18のアリール基、ビニル基またはアクリル基から選ばれる基であり、nは0、1、2または3の整数である。〕
iii) 珪酸液およびアルカリ
前記i)の場合の酸またはアルカリについては、通常は酸またはアルカリの水溶液が使用される。酸またはアルカリの種類については格別制限されるものではないが、塩酸水溶液、ホウ酸水溶液、アンモニウム水溶液などを挙げることができる。処理方法としては、粒子集合体を水とアルコ-ル混合溶媒に分散させ、ii)の有機ケイ素化合物を酸またはアンモニアを逐次添加して加水分解させることで行なわれる。
(C2) Surface treatment If desired, the following i), ii) or iii) is added to the aggregate dispersion obtained in the step (C1) to treat the outer surface of the hollow silica fine particle aggregate.
i) Acid or alkali ii) Acid or alkali and an organosilicon compound represented by the following general formula and / or a partial hydrolyzate thereof General formula: R n Si (OR ′) 4-n
[However, R and R 'is an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, the number 6-18 aryl group carbon atoms or a group Ru is selected from vinyl or acrylic group, n represents 0, 1, 2 or 3 It is an integer. ]
iii) Silicic acid solution and alkali In the case of i), an acid or alkali aqueous solution is usually used. The type of acid or alkali is not particularly limited, and examples include an aqueous hydrochloric acid solution, an aqueous boric acid solution, and an aqueous ammonium solution. As a treatment method, the particle aggregate is dispersed in a mixed solvent of water and alcohol, and the organosilicon compound of ii) is hydrolyzed by sequentially adding acid or ammonia.

前記ii)の場合の酸またはアルカリについては、i)の場合と同様に定義される。前記一般式で表される有機ケイ素化合物としては、具体的に、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチル
ジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(βメトキシエトキシ)シラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、メチル−3,3,3−トリフルオロプロピルジメトキシシラン、β−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシトリプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、トリメチルシラノール、メチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、ビニルトリクロルシラン、トリメチルブロモシラン、ジエチルシラン等が挙げられる。
The acid or alkali in the case of ii) is defined as in the case of i). Specific examples of the organosilicon compound represented by the general formula include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, methyltrimethylsilane. Ethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, phenyltriethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltris (βmethoxyethoxy) silane, 3,3,3-trifluoropropyl Trimethoxysilane, methyl-3,3,3-trifluoropropyldimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, γ-glycidoxytripropyl Limethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldi Ethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ -Aminopropyltriethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, trimethylsilanol Methyltrichlorosilane, methyldichlorosilane, dimethyldichlorosilane, trimethylchlorosilane, phenyltrichlorosilane, diphenyldichlorosilane, vinyltrichlorosilane, trimethylbromosilane, diethylsilane and the like.

なお、有機ケイ素化合物および/またはその部分加水分解物と共に添加される酸またはアルカリは、加水分解のための触媒としても機能するが、所望により加水分解用の触媒を添加しても良い。加水分解触媒として、アルカリ金属の水酸化物や、アンモニア水、アミン等の塩基性のものを用いた場合、加水分解後これらの塩基性触媒を除去して、酸性溶液にして用いることもできる。また、有機酸や無機酸などの酸性触媒を用いて加水分解物を調製した場合、加水分解後、イオン交換等によって酸性触媒を除去することが好ましい。なお、得られた有機ケイ素化合物の加水分解物は、水溶液の形態で使用することが望ましい。ここで水溶液とは加水分解物がゲルとして白濁した状態になく透明性を有している状態を意味する。   In addition, although the acid or alkali added with an organosilicon compound and / or its partial hydrolyzate also functions as a catalyst for hydrolysis, a catalyst for hydrolysis may be added if desired. When a basic catalyst such as an alkali metal hydroxide, aqueous ammonia, or an amine is used as the hydrolysis catalyst, these basic catalysts can be removed after hydrolysis and used as an acidic solution. Moreover, when preparing a hydrolyzate using acidic catalysts, such as an organic acid and an inorganic acid, it is preferable to remove an acidic catalyst by ion exchange etc. after a hydrolysis. In addition, it is desirable to use the obtained hydrolyzate of the organosilicon compound in the form of an aqueous solution. Here, the aqueous solution means a state in which the hydrolyzate has transparency without being clouded as a gel.

球状シリカ粒子を有機樹脂に配合して用いる場合には、上記有機珪素化合物でnが1〜3の化合物あるいはフッ素置換アルキル基含有有機珪素化合物を用いることにより、有機溶媒への分散性がよく、有機樹脂との親和性の高い球状シリカ粒子が得られる。   When spherical silica particles are used by blending with an organic resin, dispersibility in an organic solvent is good by using the above-mentioned organosilicon compound having n of 1 to 3 or a fluorine-substituted alkyl group-containing organosilicon compound, Spherical silica particles having high affinity with the organic resin can be obtained.

なお、有機ケイ素化合物でnが0の化合物はそのまま用いることができるが、nが1〜3の化合物は親水性に乏しいので、予め加水分解しておくことにより、反応系に均一に混合できるようにすることが好ましい。加水分解には、これら有機ケイ素化合物の加水分解法として周知の方法を採用することができる。   In addition, although the compound whose n is 0 with an organosilicon compound can be used as it is, since the compound whose n is 1-3 is poor in hydrophilicity, it can mix uniformly with a reaction system by hydrolyzing beforehand. It is preferable to make it. For the hydrolysis, a well-known method can be adopted as a hydrolysis method of these organosilicon compounds.

前記iii)の場合については、珪酸液を用いる場合には、分散液中に珪酸液を所定量添加し、同時にアルカリ(前記i)の場合と同様に定義される。)を加えて珪酸液を集合体粒子の外表面に沈着させる。珪酸液としては、珪酸アルカリ水溶液を陽イオン交換樹脂で処理すること等によって、アルカリを除去して得られる珪酸液を用いることができ、特に、pH2〜pH4、SiO2濃度が約7重量%以下の酸性珪酸液が好ましい。 In the case of iii), when a silicic acid solution is used, a predetermined amount of the silicic acid solution is added to the dispersion, and at the same time, the definition is the same as in the case of alkali (said i). ) To deposit the silicic acid solution on the outer surface of the aggregate particles. As the silicic acid solution, a silicic acid solution obtained by removing an alkali by treating an alkali silicate aqueous solution with a cation exchange resin or the like can be used. In particular, pH 2 to pH 4 and SiO 2 concentration is about 7% by weight or less. The acidic silicic acid solution is preferred.

なお、上記機ケイ素化合物および/またはその部分加水分解物あるいは珪酸液と共に、前述した酸化物以外の無機酸化物の前駆体金属塩を添加して酸化物と酸化物以外の無機酸化物とからなる酸化物系層を形成することもできる。酸化物以外の無機酸化物の原料としては、アルカリ可溶の無機化合物を用いることが好ましく、前記した金属または非金属のオキソ酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、第4級アンモニウム塩を挙げることができる。   Along with the above silicon compound and / or its partial hydrolyzate or silicic acid solution, a precursor metal salt of an inorganic oxide other than the oxide described above is added to form an oxide and an inorganic oxide other than the oxide. An oxide-based layer can also be formed. As the raw material of the inorganic oxide other than the oxide, an alkali-soluble inorganic compound is preferably used. The above-described alkali metal salt or alkaline earth metal salt of an oxo acid of a metal or nonmetal, an ammonium salt, a quaternary salt. Mention may be made of ammonium salts.

酸化物系層で被覆した中空シリカ微粒子集合体の分散液は、限外濾過等の公知の洗浄方法により洗浄することができる。この場合、予め分散液中のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンおよびアンモニウムイオン等の一部をイオン交換樹脂などで除去した後に限外濾過してもよい。   The dispersion of the hollow silica fine particle aggregate coated with the oxide-based layer can be washed by a known washing method such as ultrafiltration. In this case, ultrafiltration may be performed after a part of alkali metal ions, alkaline earth metal ions, ammonium ions and the like in the dispersion is previously removed with an ion exchange resin or the like.

次いで、上記分散液から粒子を濾過分離し、乾燥して第1の球状シリカ粒子を得ることができる。この球状シリカ粒子の外表面には酸化物系層が形成されているので、水分子等の微小粒子以外は細孔内部に入り込まず、低屈折率となる。即ち、第1の球状シリカ粒子を有機樹脂のような高分子化合物に分散させて用いる場合、高分子化合物が酸化物系層の細孔を通して粒子内部の空隙に入ることがなく、このため空隙が維持されるために低屈折率や断熱効果を有する。   Next, the particles can be separated from the dispersion by filtration and dried to obtain first spherical silica particles. Since an oxide-based layer is formed on the outer surface of the spherical silica particles, other than fine particles such as water molecules do not enter the inside of the pores and have a low refractive index. That is, when the first spherical silica particles are used by being dispersed in a polymer compound such as an organic resin, the polymer compound does not enter the voids inside the particles through the pores of the oxide-based layer. In order to be maintained, it has a low refractive index and a heat insulating effect.

(C3)水熱処理
所望により(C1)工程または(C2)工程で得られた中空シリカ微粒子集合体分散液を、50〜350℃の温度範囲で水熱処理することにより、中空シリカ微粒子集合体を被覆している酸化物系層を緻密化することができる。即ち、酸化物系層の細孔を減少あるいは消失させることにより、球状シリカ粒子の内部空隙には、溶媒および/または気体が残留することになる。
(C3) Hydrothermal treatment The hollow silica fine particle aggregate is coated by hydrothermally treating the hollow silica fine particle aggregate dispersion obtained in the (C1) or (C2) step at a temperature range of 50 to 350 ° C. The oxide-based layer can be densified. That is, by reducing or eliminating the pores of the oxide-based layer, the solvent and / or gas remains in the internal voids of the spherical silica particles.

水熱処理は、該分散液に必要に応じてアルカリ水溶液を添加して好ましくはpH8〜13の範囲に調整し、加熱処理することにより行われる。このときの加熱処理温度は、特に100〜300℃の範囲が好ましい。加熱処理に際しては、分散液の濃度を予め希釈して、あるいは濃縮して処理することもできる。また、この後、前記工程(C2)と同様にして、水熱処理した分散液の洗浄を行ってもよく、最後に、上記水熱処理した分散液から粒子を濾過分離し、乾燥して第2の球状シリカ粒子を得ることができる。この球状シリカ粒子は、酸化物系被覆層が緻密化されているので、低屈折率化や断熱効果が促進される。   Hydrothermal treatment is performed by adding an alkaline aqueous solution to the dispersion as necessary, preferably adjusting the pH in the range of 8 to 13, and heat treatment. The heat treatment temperature at this time is particularly preferably in the range of 100 to 300 ° C. In the heat treatment, the dispersion can be diluted in advance or concentrated. Thereafter, the hydrothermally treated dispersion liquid may be washed in the same manner as in the step (C2). Finally, the particles are filtered and separated from the hydrothermally treated dispersion liquid and dried to obtain a second product. Spherical silica particles can be obtained. Since these spherical silica particles have a dense oxide-based coating layer, a low refractive index and a heat insulating effect are promoted.

(D)加熱処理
さらに(C3)工程で得られた中空シリカ微粒子集合体分散液から中空シリカ微粒子集合体を濾過等により分離し、乾燥した後、大気圧下または減圧下、400〜1200℃で加熱処理して、酸化物系層により内部空隙が密封された第3の球状シリカ粒子を得ることができる。加熱処理温度が400℃未満では、酸化物系層の細孔を完全に閉塞して緻密化することができない。一方、加熱処理温度が1200℃を越えると球状シリカ粒子が互いに融着し易く、球状を保持し難い。この第3の球状シリカ粒子は、空隙に溶媒が存在しないために粒子の屈折率は極めて低い。従って、この粒子を用いて得られる被膜は低屈折率であり、被膜付基材は反射防止性能に優れる。また、この粒子を積層した膜は優れた断熱効果を有する。
(D) Heat treatment Further, the hollow silica fine particle aggregate is separated from the hollow silica fine particle aggregate dispersion obtained in step (C3) by filtration or the like, dried, and then at 400 to 1200 ° C. under atmospheric pressure or reduced pressure. Heat treatment can be performed to obtain third spherical silica particles whose internal voids are sealed with the oxide-based layer. When the heat treatment temperature is less than 400 ° C., the pores of the oxide-based layer cannot be completely closed and densified. On the other hand, when the heat treatment temperature exceeds 1200 ° C., the spherical silica particles are easily fused to each other, and it is difficult to maintain the spherical shape. The third spherical silica particles have a very low refractive index because no solvent is present in the voids. Therefore, the film obtained using these particles has a low refractive index, and the coated substrate is excellent in antireflection performance. Moreover, the film | membrane which laminated | stacked this particle | grain has the outstanding heat insulation effect.

(実施例)
続いて実施例および比較例を述べるが、その前に実施例および比較例における特性についての測定方法について説明する。
(Example)
Subsequently, examples and comparative examples will be described. Before that, measurement methods for characteristics in the examples and comparative examples will be described.

[1A] 動的光散乱法による平均粒子径の測定方法
合成例1−1、合成例1−2および合成例1−3で調製した中空シリカ微粒子の平均粒子径については、試料酸化物ゾルを0.58%アンモニア水にて希釈して、酸化物濃度1質量%に調整し、下記粒径測定装置を用いて平均粒子径を測定した。
[1A] Method for Measuring Average Particle Diameter by Dynamic Light Scattering Method For the average particle diameter of the hollow silica fine particles prepared in Synthesis Example 1-1, Synthesis Example 1-2, and Synthesis Example 1-3, the sample oxide sol is used. The mixture was diluted with 0.58% aqueous ammonia to adjust the oxide concentration to 1% by mass, and the average particle size was measured using the following particle size measuring apparatus.

〔粒径測定装置〕
レーザーパーティクルアナライザー(大塚電子社製、レーザー粒径解析システム:LP
−510モデルPAR−III、測定原理: 動的光散乱法、測定角度90°、受光素子 光電子倍増管2インチ、測定範囲3nm〜5μm、光源 He-Neレーザー 5mW 632.8nm、温度
調整範囲5〜90℃、温度調整方式ペルチェ素子(冷却)、セラミックヒーター(加熱)、セル
10mm角 プラスチックセル、測定対象:コロイド粒子)
なお、合成例2−1、合成例2−2および合成例2−3で調製した中空シリカ微粒子の平均粒子径については、後記[5]に記載した平均粒子径の測定方法により測定した。
[Particle size measuring device]
Laser particle analyzer (manufactured by Otsuka Electronics, Laser particle size analysis system: LP
-510 model PAR-III, measurement principle: dynamic light scattering method, measurement angle 90 °, light receiving element photomultiplier tube 2 inches, measurement range 3 nm to 5 μm, light source He-Ne laser 5 mW 632.8 nm, temperature adjustment range 5 to 90 ℃, temperature adjustment Peltier element (cooling), ceramic heater (heating), cell
10mm square plastic cell, measurement object: colloidal particles)
In addition, about the average particle diameter of the hollow silica fine particle prepared by the synthesis example 2-1, the synthesis example 2-2, and the synthesis example 2-3, it measured with the measuring method of the average particle diameter described in the postscript [5].

[1B] 遠心沈降法による平均粒子径の測定方法
球状シリカ粒子の平均粒子径については、まず、球状シリカ粒子の分散液(水または40質量%グリセリン溶媒、固形分濃度0.1〜5質量%)を超音波発生機(iuch社製、US-2型)にて5分間分散する。更に、水またはグリセリンを加えて適度に濃度を調節した分散液より、ガラスセル(長さ10mm、幅10mm、高さ45cmのサイズ)に当該分散液の一部を取り、遠心沈降式粒度分布測定装置(堀場製作所製:CAPA−700)を用いて平均粒子径を測定した。
また、中空シリカ微粒子の球状集合体の平均粒子径についても同様に測定した。
[1B] Method for Measuring Average Particle Diameter by Centrifugal Sedimentation Method Regarding the average particle diameter of the spherical silica particles, first, a dispersion of spherical silica particles (water or 40 mass% glycerin solvent, solid content concentration 0.1 to 5 mass%). ) For 5 minutes using an ultrasonic generator (US-2, manufactured by Iuch). Furthermore, a part of the dispersion is taken into a glass cell (size of 10 mm in length, 10 mm in width and 45 cm in height) from a dispersion whose concentration is appropriately adjusted by adding water or glycerin, and centrifugal sedimentation type particle size distribution measurement The average particle diameter was measured using an apparatus (manufactured by Horiba: CAPA-700).
The average particle size of the spherical aggregate of hollow silica fine particles was also measured in the same manner.

[2] 比重の測定方法
球状シリカ粒子の比重については、まず、試料10gをルツボに採取し、110℃で2時間乾燥させる。次いで、デシケーターにて冷却後、25mlピクノメーターに3〜4g入れ、蒸留水を加えて懸濁し、60mmHgにて1時間真空脱気を行った後に、25℃恒温槽にて温度調整する。ピクノメーターの標線まで蒸留水を加えて容量を調整し、ピクノメーターの容量(25ml)と蒸留水の容量(ml)の差から試料の容量(ml)を算出する。加えた試料の重量(g)と算出された容量(ml)から密度を求めた。
[2] Specific gravity measurement method For the specific gravity of the spherical silica particles, first, a 10 g sample is taken in a crucible and dried at 110 ° C. for 2 hours. Next, after cooling with a desiccator, 3 to 4 g is put into a 25 ml pycnometer, distilled water is added and suspended, vacuum deaeration is performed at 60 mmHg for 1 hour, and the temperature is adjusted in a 25 ° C. constant temperature bath. Distilled water is added to the mark of the pycnometer to adjust the volume, and the sample volume (ml) is calculated from the difference between the pycnometer volume (25 ml) and the distilled water volume (ml). The density was determined from the weight (g) of the added sample and the calculated volume (ml).

[3] 真球度の測定方法
透過型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、H−800)により、試料酸化物ゾルを倍率25万倍で写真撮影して得られる写真投影図における、任意の50個の粒子について、それぞれの最大径(DL)と、これと直交する短径(DS)との比(DS/DL)を測定し、それらの平均値を真球度とした。
[3] Measuring method of sphericity Arbitrary 50 in the photographic projection figure obtained by photographing a sample oxide sol at a magnification of 250,000 times with a transmission electron microscope (H-800, manufactured by Hitachi, Ltd.) About each particle | grain, ratio (DS / DL) of each largest diameter (DL) and the short diameter (DS) orthogonal to this was measured, and those average values were made into sphericity.

[4] 粒度分布の測定
走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、JSM−5300型)を用いて粒子を撮影(倍率250,000倍)し、この画像の250個の粒子について、画像解析装置(旭化成株式会社製、IP−1000)を用いて、平均粒子径を測定し、粒子径分布に関する変動係数(CV値)を算定した。具体的には、粒子250個について、それぞれの粒子径を測定し、その値から平均粒子径および粒子径の標準偏差を求め、下記式から算定した。
変動係数(CV値)=(粒子径標準偏差(σ)/平均粒子径(Dn))×100
[4] Measurement of particle size distribution Particles were photographed (magnification: 250,000 times) using a scanning electron microscope (manufactured by JEOL Ltd., JSM-5300 type), and an image analyzer was used for 250 particles of this image. (Asahi Kasei Co., Ltd., IP-1000) was used to measure the average particle size and calculate the coefficient of variation (CV value) regarding the particle size distribution. Specifically, the particle diameter of each of 250 particles was measured, and the average particle diameter and the standard deviation of the particle diameter were determined from the measured values, and calculated from the following formula.
Coefficient of variation (CV value) = (particle diameter standard deviation (σ) / average particle diameter (D n )) × 100

[5] pH測定
測定用サンプル約50gをポリエチレン製のサンプル瓶に採取し、これを25℃の恒温槽に30分以上浸漬した後、pH4、7および9の標準液で更正が完了した株式会社堀場製作所製のpHメータF22のガラス電極を挿入して実施した。
[5] pH measurement Approximately 50 g of a sample for measurement was collected in a polyethylene sample bottle, immersed in a thermostatic bath at 25 ° C. for 30 minutes or more, and then corrected with standard solutions of pH 4, 7 and 9 A glass electrode of a pH meter F22 manufactured by HORIBA, Ltd. was inserted to carry out.

[6] 粒子の破壊強度測定
粒子の破壊強度については、球状シリカ粒子(粒子径10±1μm)1個の粒子を試料とし、微小圧縮試験機(島津製作所製、MCTM−200)を用いて、試料に一定の負荷速度で荷重を負荷し、粒子が破壊した時点の加重値を圧縮強度(kgf/mm2)とする
。 さらに、この操作を4回繰り返し、5個の試料について圧縮強度を測定し、その平均値を粒子圧縮強度とした。
[6] Measurement of particle breaking strength For particle breaking strength, a single spherical silica particle (particle diameter 10 ± 1 μm) was used as a sample, and a micro compression tester (manufactured by Shimadzu Corporation, MCTM-200) was used. A load is applied to the sample at a constant load speed, and the weight at the time when the particles are broken is defined as the compressive strength (kgf / mm 2 ). Further, this operation was repeated four times, and the compressive strength was measured for five samples, and the average value was taken as the particle compressive strength.

[7]嵩比重の測定方法
JIS K3362記載の「見掛け密度測定器」を水平に置き、漏斗から秤量済みのカッ
プに約120mLの球状シリカ粒子を自然落下させる。カップから盛り上がった試料をすり落とし、カップの重さを計る。嵩比重は〔カップ中の試料の重量(g)〕/〔カップの容量(mL)〕である。
[合成例1]
[7] Method for Measuring Bulk Specific Gravity An “apparent density measuring device” described in JIS K3362 is placed horizontally, and about 120 mL of spherical silica particles are naturally dropped from a funnel into a weighed cup. Remove the sample from the cup and weigh the cup. The bulk specific gravity is [weight of the sample in the cup (g)] / [capacity of the cup (mL)].
[Synthesis Example 1]

特開2001−233611号実施例2に準じて、以下の方法にて中空シリカ微粒子を調製した。
平均粒径5nm、SiO2 濃度20重量%のシリカゾル100gと純水1900gの混合物を80℃に加温した。この反応母液のpHは10.5であり、同母液にSiO2 として1.17重量%の珪酸ナトリウム水溶液9000gとAl23 として0.83重量%
のアルミン酸ナトリウム水溶液9000gとを同時に添加した。その間、反応液の温度を80℃に保持した。反応液のpHは添加直後、12.5に上昇し、その後、殆ど変化しなかった。添加終了後、反応液を室温まで冷却し、限外濾過膜で洗浄して固形分濃度20重量%のSiO2 ・Al2 3 核粒子分散液を調製した。(工程(a) )
According to Example 2 of JP-A-2001-233611, hollow silica fine particles were prepared by the following method.
A mixture of 100 g of silica sol having an average particle diameter of 5 nm and a SiO 2 concentration of 20% by weight and 1900 g of pure water was heated to 80 ° C. The pH of this reaction mother liquor was 10.5. In the mother liquor, 9000 g of a 1.17 wt% sodium silicate aqueous solution as SiO 2 and 0.83 wt% as Al 2 O 3 were added.
9000 g of sodium aluminate aqueous solution was added simultaneously. Meanwhile, the temperature of the reaction solution was kept at 80 ° C. The pH of the reaction solution rose to 12.5 immediately after the addition, and hardly changed thereafter. After completion of the addition, the reaction solution was cooled to room temperature and washed with an ultrafiltration membrane to prepare a SiO 2 .Al 2 O 3 core particle dispersion with a solid concentration of 20 wt%. (Process (a))

この核粒子分散液500gに純水1,700gを加えて98℃に加温し、この温度を保持しながら、珪酸ナトリウム水溶液を陽イオン交換樹脂で脱アルカリして得られた珪酸液(SiO2 濃度3.5重量%)3,000gを添加して第1シリカ被覆層を形成した核粒子の分散液を得た。(工程(b) ) 1,700 g of pure water is added to 500 g of this core particle dispersion and heated to 98 ° C., and while maintaining this temperature, a silicic acid solution (SiO 2) obtained by dealkalizing a sodium silicate aqueous solution with a cation exchange resin. A dispersion of core particles in which a first silica coating layer was formed by adding 3,000 g (concentration 3.5 wt%) was obtained. (Process (b))

限外濾過膜で洗浄して固形分濃度13重量%になった第1シリカ被覆層を形成した核粒子分散液500gに純水1,125gを加え、さらに濃塩酸(35.5%)を滴下してpH1.0とし、脱アルミニウム処理を行った。次いで、pH3の塩酸水溶液10Lと純水5Lを加えながら限外濾過膜で溶解したアルミニウム塩を分離し、第1シリカ被覆層を形成した核粒子の構成成分の一部を除去したSiO2 ・Al2 3 多孔質粒子の分散液を調製した(工程(c))。上記多孔質粒子分散液1500gと、純水500g、エタノール1
,750gおよび28%アンモニア水626gとの混合液を35℃に加温した後、エチルシリケート(SiO2 28重量%)104gを添加し、第1シリカ被覆層を形成した多孔質粒子の表面をエチルシリケートの加水分解重縮合物で被覆して第2シリカ被覆層を形成した。 次いで、限外濾過膜を用いて溶媒をエタノールに置換した固形分濃度20重量%のシリカ系微粒子の分散液を調製した。得られたシリカ系微粒子を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、平均粒子径が46nmで、外層の厚さが10nmの中空シリカ微粒子であることが分かった。
[合成例2]
1,125 g of pure water was added to 500 g of the core particle dispersion formed with the first silica coating layer that had been washed with an ultrafiltration membrane to a solid content concentration of 13% by weight, and concentrated hydrochloric acid (35.5%) was added dropwise. The pH was adjusted to 1.0 and dealumination was performed. Next, the aluminum salt dissolved in the ultrafiltration membrane was separated while adding 10 L of hydrochloric acid aqueous solution of pH 3 and 5 L of pure water, and SiO 2 · Al from which some of the constituent components of the core particles forming the first silica coating layer were removed. A dispersion of 2 O 3 porous particles was prepared (step (c)). 1500 g of the above porous particle dispersion, 500 g of pure water, ethanol 1
, 750 g, and 626 g of 28% ammonia water were heated to 35 ° C., 104 g of ethyl silicate (SiO 2 28 wt%) was added, and the surface of the porous particles on which the first silica coating layer was formed was A second silica coating layer was formed by coating with a hydrolyzed polycondensate of silicate. Next, a dispersion of silica-based fine particles having a solid content concentration of 20% by weight was prepared by replacing the solvent with ethanol using an ultrafiltration membrane. When the obtained silica-based fine particles were observed with a scanning electron microscope (SEM), they were found to be hollow silica fine particles having an average particle diameter of 46 nm and an outer layer thickness of 10 nm.
[Synthesis Example 2]

特開2001−233611号比較例2に準じて、以下の方法にて中空シリカ微粒子をい調製した。
平均粒径5nm、SiO2 濃度20重量%のシリカゾル10gと純水190gとを混合して反応母液を調製し、95℃に加温した。この反応母液のpHは10.5であり、同母液にSiO2 として1.5重量%の珪酸ナトリウム水溶液24,900gと、Al2 3 として0.5重量%のアルミン酸ナトリウム水溶液36,800gとを同時に添加した。その間、反応液の温度を95℃に保持した。反応液のpHは、珪酸ナトリウムおよびアルミン酸ナトリウムの添加直後、12.5に上昇し、その後、殆ど変化しなかった。添加終了後、反応液を室温まで冷却し、限外濾過膜で洗浄して固形分濃度20重量%のSiO2 ・Al2 3 核粒子分散液を調製した。次いで、この核粒子分散液500gを採取し、純水1,700gを加えて98℃に加温し、この温度を保持しながら、珪酸ナトリウム水溶液を陽イオン交換樹脂で脱アルカリして得られた珪酸液(SiO2 濃度3.5重量%)3,000gを添加して核粒子表面に第1シリカ被覆層を形成した。得られた核粒子分散液を、限外濾過膜で洗浄して固形分濃度13重量%に調整したのち、核粒子分散液500gに純水1,125gを加え、さらに濃塩酸(35.5%)を滴下してpH1.0とし、脱アルミニウム処理を行ったのち、pH3の塩酸水溶液10Lと純水5Lを加えながら限外濾過膜で溶解したアルミニウム塩を分離し、第1シリカ被覆層を形成した多孔質粒子分散液を調製した。上記第1シリカ被覆層を形成した多孔質粒子分散液1500gと、純水500g、エタノール1,750gおよび28%アンモニア水626gとの混合液を35℃に加温した後、エチルシリケート(SiO2 28重量%)104gを添加し、第1シリカ被覆層を形成した多孔質粒子の表面にエチルシリケートの加水分解重縮合物で第2シリカ被覆層を形成した。次いで、エバポレーターで固形分濃度5重量%まで濃縮した後、濃度15重量%のアンモニア水を加えてpH10とし、オートクレーブで180℃、2時間加熱処理し、限外濾過膜を用いて溶媒をエタノールに置換した固形分濃度20重量%のシリカ系微粒子の分散液を調製した。得られたシリカ系微粒子は、平均粒子径が96nmで、外層の厚さが10nmの中空シリカ微粒子であることが分かった。
According to Comparative Example 2 of JP-A-2001-233611, hollow silica fine particles were prepared by the following method.
A reaction mother liquor was prepared by mixing 10 g of silica sol having an average particle diameter of 5 nm and a SiO 2 concentration of 20% by weight with 190 g of pure water, and heated to 95 ° C. The pH of this reaction mother liquor is 10.5. In the mother liquor, 24,900 g of 1.5 wt% sodium silicate aqueous solution as SiO 2 and 36,800 g of 0.5 wt% sodium aluminate aqueous solution as Al 2 O 3 are added. Were added simultaneously. Meanwhile, the temperature of the reaction solution was maintained at 95 ° C. The pH of the reaction solution rose to 12.5 immediately after the addition of sodium silicate and sodium aluminate, and hardly changed thereafter. After completion of the addition, the reaction solution was cooled to room temperature and washed with an ultrafiltration membrane to prepare a SiO 2 .Al 2 O 3 core particle dispersion with a solid concentration of 20 wt%. Next, 500 g of this nuclear particle dispersion was sampled, 1,700 g of pure water was added and heated to 98 ° C., and this sodium silicate aqueous solution was dealkalized with a cation exchange resin while maintaining this temperature. A first silica coating layer was formed on the surface of the core particles by adding 3,000 g of a silicic acid solution (SiO 2 concentration 3.5 wt%). The obtained core particle dispersion was washed with an ultrafiltration membrane to adjust the solid content concentration to 13% by weight, and then 1,125 g of pure water was added to 500 g of the core particle dispersion, and further concentrated hydrochloric acid (35.5% ) Was dropped to pH 1.0, and after dealumination treatment, the aluminum salt dissolved in the ultrafiltration membrane was separated while adding 10 L of hydrochloric acid aqueous solution of pH 3 and 5 L of pure water to form a first silica coating layer A porous particle dispersion was prepared. A mixture of 1500 g of the porous particle dispersion having the first silica coating layer and 500 g of pure water, 1,750 g of ethanol and 626 g of 28% ammonia water was heated to 35 ° C., and then ethyl silicate (SiO 2 28 (Weight%) 104g was added, and the 2nd silica coating layer was formed with the hydrolysis polycondensate of the ethyl silicate on the surface of the porous particle in which the 1st silica coating layer was formed. Next, after concentration with an evaporator to a solid content concentration of 5 wt%, ammonia water with a concentration of 15 wt% is added to adjust the pH to 10, heat treatment is performed at 180 ° C. for 2 hours in an autoclave, and the solvent is changed to ethanol using an ultrafiltration membrane. A dispersion of silica-based fine particles having a substituted solid content concentration of 20% by weight was prepared. The obtained silica-based fine particles were found to be hollow silica fine particles having an average particle diameter of 96 nm and an outer layer thickness of 10 nm.

合成例1と同様な製造方法で得られたシリカ濃度20質量%の中空シリカゾル5Lを遠心分離機(株式会社コクサン製、連続高速遠心機H−660)のローター(型式:QNS、容量:1L)に連続的に注入し、7000Gにて400g/分の速度で通液し、液を連続して回収することにより、粗大粒子の遠心分離処理を行った。粗大粒子はローター内に沈殿した。   A hollow silica sol 5L having a silica concentration of 20% by mass obtained by the same production method as in Synthesis Example 1 is used as a rotor (model: QNS, capacity: 1 L) of a centrifuge (manufactured by Kokusan Co., Ltd., continuous high-speed centrifuge H-660). The solution was continuously injected into the 7000 G and passed at 7000 G at a rate of 400 g / min, and the solution was continuously collected, whereby the coarse particles were centrifuged. Coarse particles precipitated in the rotor.

この中空シリカゾルは、平均粒子径46nm、比表面積121m2/g、真球度0.9
3のシリカ微粒子が水に分散してなる中空シリカゾルであった。なお、この中空シリカゾルの粒子変動係数(CV値)は、30%であり中空シリカ微粒子が単分散しているものであることが分かった。
This hollow silica sol has an average particle diameter of 46 nm, a specific surface area of 121 m 2 / g, and a sphericity of 0.9.
3 was a hollow silica sol in which silica fine particles 3 were dispersed in water. The particle variation coefficient (CV value) of the hollow silica sol was 30%, and it was found that the hollow silica fine particles were monodispersed.

この中空シリカゾルの水希釈品(シリカ濃度12.6%)2000gに陽イオン交換樹脂50g(三菱化学(株)製、ダイヤイオンSK−1BH)を加えて撹拌し、pHが3.5以下になったところで該陽イオン交換樹脂を分離した。   To 2000 g of this hollow silica sol diluted with water (silica concentration 12.6%), 50 g of cation exchange resin (Made by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., Diaion SK-1BH) was added and stirred, and the pH became 3.5 or less. Upon separation, the cation exchange resin was separated.

次いで、珪酸液2625g(シリカ濃度4.8質量%)を陽イオン交換樹脂(三菱化学(株)製、ダイヤイオンSK−1BH)0.2Lに空間速度3.1で通液させることで得
られた固形分4.8重量%の高純度珪酸液2600gを前記中空シリカゾル1980gに加え([シリカゾル中のシリカ質量]/[珪酸液中のシリカ質量]=2に相当)、攪拌してスラリー(固形分濃度8.2質量%)とした。
Next, 2625 g of silicic acid solution (silica concentration: 4.8% by mass) was obtained by passing 0.2 L of cation exchange resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, Diaion SK-1BH) at a space velocity of 3.1. 2600 g of a high-purity silicic acid solution having a solid content of 4.8% by weight was added to 1980 g of the hollow silica sol (corresponding to [silica mass in silica sol] / [silica mass in silicic acid solution] = 2) and stirred to obtain a slurry (solid The partial concentration was 8.2% by mass).

得られたスラリーをスプレードライヤー(NIRO社製、NIRO ATMIZER)に供し、入口温度240℃、出口温度55℃、噴霧速度2リットル/分の条件で噴霧乾燥を実施し、中空シリカ微粒子集合体を得た。   The obtained slurry was subjected to a spray dryer (NIRO ATMIZER, manufactured by NIRO), and spray drying was performed under the conditions of an inlet temperature of 240 ° C., an outlet temperature of 55 ° C., and a spraying speed of 2 liters / minute to obtain a hollow silica fine particle aggregate. It was.

得られた中空シリカ微粒子集合体を温度450℃にて、6時間加熱し、平均粒子径10μmの中空シリカ微粒子集合体260gを得た。
得られた中空シリカ微粒子集合体260gを純水1300gに懸濁させ、撹拌することにより中空シリカ微粒子集合体の分散液を調製した。該分散液のpHが10.5になるまで15%アンモニア水溶液を加えて、この分散液をオートクレーブに充填し、オートクレーブに入れて150℃の温度で16時間水熱処理した後、室温まで冷却して抜き出した。
The obtained hollow silica fine particle aggregate was heated at a temperature of 450 ° C. for 6 hours to obtain 260 g of a hollow silica fine particle aggregate having an average particle diameter of 10 μm.
A hollow silica fine particle aggregate dispersion was prepared by suspending 260 g of the obtained hollow silica fine particle aggregate in 1300 g of pure water and stirring. A 15% aqueous ammonia solution was added until the pH of the dispersion reached 10.5, and the dispersion was filled into an autoclave, placed in the autoclave, hydrothermally treated at a temperature of 150 ° C. for 16 hours, and then cooled to room temperature. Extracted.

得られたスラリーをヌッチェにて脱水し、得られたケーキに60℃の純水を1500g加えて洗浄し、脱水処理を行った。得られた該洗浄ケーキを110℃の温度で18時間乾燥したところ、球状の粉体を240g得た。更にこの粉体を温度800℃で6時間焼成す
ることにより球状シリカ粒子を得た。この球状シリカ粒子の分析結果を表4に記す。また、使用した中空シリカ微粒子の物性値、および球状シリカ粒子の製造条件を表1〜3に記す。
The obtained slurry was dehydrated with Nutsche, and 1500 g of pure water at 60 ° C. was added to the obtained cake for washing, followed by dehydration treatment. The obtained washed cake was dried at a temperature of 110 ° C. for 18 hours to obtain 240 g of a spherical powder. Furthermore, this powder was fired at a temperature of 800 ° C. for 6 hours to obtain spherical silica particles. The analysis results of the spherical silica particles are shown in Table 4. Moreover, the physical-property value of the used hollow silica fine particle and the manufacturing conditions of a spherical silica particle are described in Tables 1-3.

実施例1における珪酸液の使用量を3465g([中空シリカゾル中のシリカ質量]/[珪酸液中のシリカ質量]=1.5に相当)に変更し、スラリーの固形分濃度を7.6質量%とした他は、実施例1と同様の条件にて中空シリカ微粒子集合体を調製した。得られた中空シリカ微粒子集合体の平均粒子径は48μmであった。得られた球状シリカ微粒子集合体について、実施例1と同様な処理を行って球状シリカ粒子を得た。この球状シリカ粒子の分析結果を表4に示す。また、使用した中空シリカ微粒子の物性値、および球状シリカ粒子の製造条件を表1〜3に記す。   The amount of the silicic acid solution used in Example 1 was changed to 3465 g (corresponding to [silica mass in hollow silica sol] / [silica mass in silicic acid solution] = 1.5), and the solid content concentration of the slurry was 7.6 mass. %, A hollow silica fine particle aggregate was prepared under the same conditions as in Example 1. The obtained hollow silica fine particle aggregate had an average particle size of 48 μm. The obtained spherical silica fine particle aggregate was treated in the same manner as in Example 1 to obtain spherical silica particles. Table 4 shows the analysis results of the spherical silica particles. Moreover, the physical-property value of the used hollow silica fine particle and the manufacturing conditions of a spherical silica particle are described in Tables 1-3.

実施例1における珪酸液の使用量を1299g([中空シリカゾル中のシリカ質量]/[珪酸液中のシリカ質量]=4に相当)に変更し、スラリーの固形分濃度を9.5質量%とした他は、実施例1と同様の条件にて中空シリカ微粒子集合体を調製した。得られた中空シリカ微粒子集合体について、実施例1と同様な処理を行って球状シリカ粒子を得た。この球状シリカ粒子の分析結果を表4に示す。また、使用した中空シリカ微粒子の物性値、および球状シリカ粒子の製造条件を表1〜3に記す。   The amount of the silicic acid liquid used in Example 1 was changed to 1299 g (corresponding to [silica mass in hollow silica sol] / [silica mass in silicic acid liquid] = 4), and the solid content concentration of the slurry was 9.5 mass%. A hollow silica fine particle aggregate was prepared under the same conditions as in Example 1. About the obtained hollow silica fine particle aggregate | assembly, the process similar to Example 1 was performed and the spherical silica particle was obtained. Table 4 shows the analysis results of the spherical silica particles. Moreover, the physical-property value of the used hollow silica fine particle and the manufacturing conditions of a spherical silica particle are described in Tables 1-3.

合成例1と同様な製造方法で得られたシリカ濃度20質量%の中空シリカゾル5Lを遠心分離機(株式会社コクサン製、連続高速遠心機H−660)のローター(型式:QNS、容量:1L)に連続的に注入し、7000Gにて400g/分の速度で通液し、液を連続して回収することにより、粗大粒子の遠心分離処理を行った。粗大粒子はローター内に沈殿した。   A hollow silica sol 5L having a silica concentration of 20% by mass obtained by the same production method as in Synthesis Example 1 is used as a rotor (model: QNS, capacity: 1 L) of a centrifuge (manufactured by Kokusan Co., Ltd., continuous high-speed centrifuge H-660). The solution was continuously injected into the 7000 G and passed at 7000 G at a rate of 400 g / min, and the solution was continuously collected, whereby the coarse particles were centrifuged. Coarse particles precipitated in the rotor.

このシリカゾルは、平均粒子径46nm、真球度0.93のシリカ微粒子が水に分散してなるシリカゾルであった。なお、このシリカゾルのCV値は、30%であり球状シリカ微粒子が単分散しているものであることが分かった。   This silica sol was a silica sol in which silica fine particles having an average particle diameter of 46 nm and a sphericity of 0.93 were dispersed in water. The CV value of this silica sol was 30%, and it was found that spherical silica fine particles were monodispersed.

このシリカゾルの水希釈品(固形分濃度10.0質量%)1600gをスプレードライヤー(NIRO社製、NIRO ATMIZER)に供し、入口温度240℃、出口温度55℃、噴霧速度2リットル/分の条件で噴霧乾燥を実施し、中空シリカ微粒子集合体180gを得た。 得られた中空シリカ微粒子集合体180gを純水720gに懸濁させ、撹拌することにより中空シリカ微粒子集合体の分散液を調製した。 該分散液のpHが10.5になるまで15%アンモニア水溶液を加え、この分散液をオートクレーブに充填し、オートクレーブに入れて150℃の温度で16時間熟成した後、室温まで冷却して抜き出した。得られたスラリーをヌッチェにて脱水し、得られたケーキに60℃の純水を1500g加えて洗浄し、脱水処理を行った。   1600 g of this silica sol diluted with water (solid content concentration: 10.0% by mass) is supplied to a spray dryer (NIRO, manufactured by NIRO ATMIZER) under the conditions of an inlet temperature of 240 ° C., an outlet temperature of 55 ° C., and a spray rate of 2 liters / minute. Spray drying was performed to obtain 180 g of a hollow silica fine particle aggregate. A hollow silica fine particle aggregate dispersion was prepared by suspending 180 g of the obtained hollow silica fine particle aggregate in 720 g of pure water and stirring. A 15% aqueous ammonia solution was added until the pH of the dispersion reached 10.5, and the dispersion was charged into an autoclave, aged at 150 ° C. for 16 hours and then cooled to room temperature and extracted. . The obtained slurry was dehydrated with Nutsche, and 1500 g of pure water at 60 ° C. was added to the obtained cake for washing, followed by dehydration treatment.

得られた該洗浄ケーキを110℃の温度で18時間乾燥したところ、球状の粉体を160g得た。更にこの粉体を温度800℃で6時間焼成することにより球状シリカ粒子を得た。この球状シリカ粒子の分析結果を表4に示す。また、使用した中空シリカ微粒子の物性値、および球状シリカ粒子の製造条件を表1〜3に記す。   The obtained washed cake was dried at a temperature of 110 ° C. for 18 hours to obtain 160 g of a spherical powder. Furthermore, this powder was fired at a temperature of 800 ° C. for 6 hours to obtain spherical silica particles. Table 4 shows the analysis results of the spherical silica particles. Moreover, the physical-property value of the used hollow silica fine particle and the manufacturing conditions of a spherical silica particle are described in Tables 1-3.

合成例2と同様な製造方法で得られたシリカ濃度20質量%の中空シリカゾル5Lを遠心分離機(株式会社コクサン製、連続高速遠心機H−660)のローター(型式:QNS、
容量:1L)に連続的に注入し、7000Gにて400g/分の速度で通液し、液を連続して回収することにより、粗大粒子の遠心分離処理を行った。粗大粒子はローター内に沈殿した。
A hollow silica sol 5L having a silica concentration of 20% by mass obtained by the same production method as in Synthesis Example 2 was used as a rotor (model: QNS, manufactured by Kokusan Co., Ltd., continuous high-speed centrifuge H-660).
The solution was continuously injected into a volume of 1 L), passed at 7000 G at a rate of 400 g / min, and the liquid was continuously collected, whereby coarse particles were centrifuged. Coarse particles precipitated in the rotor.

この中空シリカゾルは、平均粒子径96nm、比表面積58m2/g、真球度0.95
のシリカ微粒子が水に分散してなる中空シリカゾルであった。なお、この中空シリカゾルの粒子変動係数(CV値)は、30%であり中空シリカ微粒子が単分散しているものであることが分かった。
This hollow silica sol has an average particle size of 96 nm, a specific surface area of 58 m 2 / g, and a sphericity of 0.95.
It was a hollow silica sol obtained by dispersing silica fine particles in water. The particle variation coefficient (CV value) of the hollow silica sol was 30%, and it was found that the hollow silica fine particles were monodispersed.

この中空シリカゾルの水希釈品(シリカ濃度12.6%)2000gに陽イオン交換樹脂50g(三菱化学(株)製、ダイヤイオンSK−1BH)を加えて撹拌し、pHが3.5以下になったところで該陽イオン交換樹脂を分離した。   To 2000 g of this hollow silica sol diluted with water (silica concentration 12.6%), 50 g of cation exchange resin (Made by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., Diaion SK-1BH) was added and stirred, and the pH became 3.5 or less. Upon separation, the cation exchange resin was separated.

次いで、珪酸液2625g(シリカ濃度4.8質量%)を陽イオン交換樹脂(三菱化学(株)製、ダイヤイオンSK−1BH)0.2Lに空間速度3.1で通液させることで得
られた固形分4.8重量%の高純度珪酸液2600gを前記中空シリカゾル1980gに加え([シリカゾル中のシリカ質量]/[珪酸液中のシリカ質量]=2に相当)、攪拌してスラリー(固形分濃度8.2質量%)とした。
Next, 2625 g of silicic acid solution (silica concentration: 4.8% by mass) was obtained by passing 0.2 L of cation exchange resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, Diaion SK-1BH) at a space velocity of 3.1. 2600 g of a high-purity silicic acid solution having a solid content of 4.8% by weight was added to 1980 g of the hollow silica sol (corresponding to [silica mass in silica sol] / [silica mass in silicic acid solution] = 2) and stirred to obtain a slurry (solid The partial concentration was 8.2% by mass).

得られたスラリーをスプレードライヤー(NIRO社製、NIRO ATMIZER)に供し、入口温度240℃、出口温度55℃、噴霧速度2リットル/分の条件で噴霧乾燥を実施し、球状中空シリカ微粒子集合体260gを得た。   The obtained slurry was applied to a spray dryer (NIRO ATMIZER, manufactured by NIRO), spray drying was performed under the conditions of an inlet temperature of 240 ° C., an outlet temperature of 55 ° C., and a spray rate of 2 liters / minute, and 260 g of spherical hollow silica fine particle aggregates Got.

得られた中空シリカ微粒子集合体260gを純水1300gに懸濁させ、撹拌することにより中空シリカ微粒子集合体の分散液を調製した。該分散液のpHが10.5になるまで15%アンモニア水溶液を加えて、分散液の温度を35℃に維持しながら、これに有機ケイ素化合物としてテトラエトキシシラン(多摩化学工業(株)製:エチルシリケート−A、SiO2 濃度28重量%)20gを14分間で添加した。次いで、この分散液をオートクレーブに充填し、オートクレーブに入れて150℃の温度で16時間水熱処理した後、室温まで冷却して抜き出した。   A hollow silica fine particle aggregate dispersion was prepared by suspending 260 g of the obtained hollow silica fine particle aggregate in 1300 g of pure water and stirring. A 15% aqueous ammonia solution was added until the pH of the dispersion reached 10.5, and the temperature of the dispersion was maintained at 35 ° C., while tetraethoxysilane (manufactured by Tama Chemical Industries, Ltd .: 20 g of ethyl silicate-A, SiO2 concentration 28% by weight) was added over 14 minutes. The dispersion was then filled into an autoclave, placed in an autoclave, hydrothermally treated at a temperature of 150 ° C. for 16 hours, and then cooled to room temperature and extracted.

得られたスラリーをヌッチェにて脱水し、得られたケーキに60℃の純水を1500g加えて洗浄し、脱水処理を行った。得られた該洗浄ケーキを110℃の温度で18時間乾燥したところ、球状の粉体を240g得た。更にこの粉体を温度800℃で6時間焼成することにより球状シリカ粒子を得た。この球状シリカ粒子の分析結果を表4に示す。また、使用した中空シリカ微粒子の物性値、および球状シリカ粒子の製造条件を表1〜3に記す。
[比較例1]
The obtained slurry was dehydrated with Nutsche, and 1500 g of pure water at 60 ° C. was added to the obtained cake for washing, followed by dehydration treatment. The obtained washed cake was dried at a temperature of 110 ° C. for 18 hours to obtain 240 g of a spherical powder. Furthermore, this powder was fired at a temperature of 800 ° C. for 6 hours to obtain spherical silica particles. Table 4 shows the analysis results of the spherical silica particles. Moreover, the physical-property value of the used hollow silica fine particle and the manufacturing conditions of a spherical silica particle are described in Tables 1-3.
[Comparative Example 1]

平均粒子径3.4μm、比重1.1の多孔質シリカ微粒子(溶融シリカ)について、粒子の破壊強度を測定した結果等を表4に示す。
[比較例2]
Table 4 shows the results of measuring the breaking strength of the porous silica fine particles (fused silica) having an average particle diameter of 3.4 μm and a specific gravity of 1.1.
[Comparative Example 2]

平均粒子径8.1μm、比重2.2の非多孔質シリカ微粒子(溶融シリカ)について、粒子の破壊強度を測定した結果等を表4に示す。
[比較例3]
Table 4 shows the results of measuring the breaking strength of the non-porous silica fine particles (fused silica) having an average particle diameter of 8.1 μm and a specific gravity of 2.2.
[Comparative Example 3]

特開2002−160907号記載の実施例6に準じて、球状シリカ粒子を調製した。
具体的には、シリカゾル(触媒化成工業(株)製:Cataloid SI-50、平均粒子径25nm、濃度50重量%)800gに、水450gとを混合しシリカゾルを調製
し、温度105℃の乾燥気流中に、二流体ノズルの一方に5kg/hrの流量で、他方のノズルに気体圧力を2kg/hrの流量で供給して噴霧乾燥した。この粉末を500℃で5時間焼成してシリカ微粒子集合体を得た。このシリカ微粒子集合体の平均粒子径と細孔容積を測定し、結果を表1に示した。
Spherical silica particles were prepared according to Example 6 described in JP-A No. 2002-160907.
Specifically, a silica sol is prepared by mixing 800 g of silica sol (catalyst SI-50, Cataloid SI-50, average particle diameter 25 nm, concentration 50% by weight) with water 450 g, and a dry air flow at a temperature of 105 ° C. The two fluid nozzles were spray dried by supplying one of the two fluid nozzles at a flow rate of 5 kg / hr and the other nozzle at a flow rate of 2 kg / hr. This powder was fired at 500 ° C. for 5 hours to obtain a silica fine particle aggregate. The average particle diameter and pore volume of this silica fine particle aggregate were measured, and the results are shown in Table 1.

次いで、純水1300g、エタノール1100gに濃度29重量%のアンモニア水400gを加えた混合溶媒に、シリカ微粒子集合体20gを分散させ、分散液の温度を35℃に維持しながら、これに有機ケイ素化合物としてテトラエトキシシラン(多摩化学工業(株)製:エチルシリケート−A、SiO2 濃度28重量%)14gを14分間で添加した。次いで、この分散液をオートクレーブに充填し、180℃で10時間水熱処理し、冷却した後、濾過分離し、乾燥(180℃、16時間)し、更に800℃で6時間焼成することにより多孔質シリカ粒子を得た。この多孔質シリカ粒子の分析結果を表4に示す。また、使用したシリカ微粒子の物性値、および球状シリカ粒子の製造条件を表1〜3に記す。[比較例4] Next, 20 g of the silica fine particle aggregate is dispersed in a mixed solvent obtained by adding 400 g of ammonia water having a concentration of 29 wt% to 1300 g of pure water and 1100 g of ethanol, and while maintaining the temperature of the dispersion at 35 ° C., the organosilicon compound is added thereto. 14 g of tetraethoxysilane (manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd .: ethyl silicate-A, SiO 2 concentration 28 wt%) was added over 14 minutes. Next, this dispersion is filled in an autoclave, hydrothermally treated at 180 ° C. for 10 hours, cooled, filtered, dried (180 ° C., 16 hours), and further fired at 800 ° C. for 6 hours to make porous. Silica particles were obtained. Table 4 shows the analysis results of the porous silica particles. Moreover, the physical-property value of the used silica particle and the manufacturing conditions of a spherical silica particle are described in Tables 1-3. [Comparative Example 4]

特開2002−160907号記載の実施例7に準じて、球状シリカ粒子(G)を調製した。
具体的には、シリカゾル(触媒化成工業(株)製:Cataloid SI-50、平均粒子径25nm、濃度50重量%)400gに、水60gとアエロジル(日本アエロジル(株)製:平均粒子径0. 05μm)133gを添加し、これに水を加えて濃度が20重量%のシリカゾルを調製し、温度105℃の乾燥気流中に、二流体ノズルの一方に5kg/hrの流量で、他方のノズルに気体圧力を2kg/hrの流量で供給して噴霧乾燥した。この粉末を500℃で5時間焼成してシリカ微粒子集合体を得た。このシリカ微粒子集合体の平均粒子径と細孔容積を測定し、結果を表1に示した。
Spherical silica particles (G) were prepared according to Example 7 described in JP-A No. 2002-160907.
Specifically, silica sol (catalyst chemical industry Co., Ltd. product: Cataloid SI-50, average particle size 25 nm, concentration 50% by weight) 400 g, water 60 g and Aerosil (Nippon Aerosil Co., Ltd. product: average particle size 0. (05 μm) 133 g was added, and water was added thereto to prepare a silica sol having a concentration of 20% by weight. In a dry air flow at a temperature of 105 ° C., a flow rate of 5 kg / hr was applied to one of the two-fluid nozzles, and the other nozzle was supplied. The gas pressure was supplied at a flow rate of 2 kg / hr and spray-dried. This powder was fired at 500 ° C. for 5 hours to obtain a silica fine particle aggregate. The average particle diameter and pore volume of this silica fine particle aggregate were measured, and the results are shown in Table 1.

次いで、純水1300g、エタノール1100gに濃度29重量%のアンモニア水400gを加えた混合溶媒に、シリカ微粒子集合体20gを分散させ、分散液の温度を35℃に維持しながら、これに有機ケイ素化合物としてテトラエトキシシラン(多摩化学工業(株)製:エチルシリケート−A、SiO2 濃度28重量%)14gを14分間で添加した。次いで、この分散液をオートクレーブに充填し、180℃で10時間水熱処理し、冷却した後、濾過分離し、乾燥(180℃、16時間)し、更に800℃で6時間焼成することにより多孔質シリカ粒子を得た。この多孔質シリカ粒子の分析結果を表4に示す。また、使用したシリカ微粒子の物性値、および球状シリカ粒子の製造条件を表1〜3に記す。 Next, 20 g of the silica fine particle aggregate is dispersed in a mixed solvent obtained by adding 400 g of ammonia water having a concentration of 29 wt% to 1300 g of pure water and 1100 g of ethanol, and while maintaining the temperature of the dispersion at 35 ° C., the organosilicon compound is added thereto. 14 g of tetraethoxysilane (manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd .: ethyl silicate-A, SiO 2 concentration 28 wt%) was added over 14 minutes. Next, this dispersion is filled in an autoclave, hydrothermally treated at 180 ° C. for 10 hours, cooled, filtered, dried (180 ° C., 16 hours), and further fired at 800 ° C. for 6 hours to make porous. Silica particles were obtained. Table 4 shows the analysis results of the porous silica particles. Moreover, the physical-property value of the used silica particle and the manufacturing conditions of a spherical silica particle are described in Tables 1-3.

Figure 0005148971
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本発明の球状シリカ粒子は、低比重で良好な粒子破壊強度を示すものであり、この球状シリカ粒子は断熱特性を有することから、断熱材、消音材、防音材等、軽量骨材として、好適である。また、化粧料に用いれば、非常に軽く、ソフトで伸びのよいファンデーションが得られる。   The spherical silica particles of the present invention have a low specific gravity and a good particle breaking strength, and since these spherical silica particles have heat insulating properties, they are suitable as lightweight aggregates such as heat insulating materials, sound deadening materials, soundproofing materials, etc. It is. Moreover, if it is used for cosmetics, a foundation that is very light, soft, and stretched can be obtained.

このほか、インク用体質顔料、トナー、剥離性改良剤、潤滑剤、自動車用ワックス等の研磨材、樹脂・ゴム耐摩耗性改良用高硬度フィラー剤、流動性改良剤、艶消フィラー、無収縮フィラー、パテ用充填剤、吸着剤、クロマト用担体、香料包括ビーズ、殺菌剤・殺虫剤・防黴剤包括ビーズ、液晶包括ビーズ等の用途も例示することができる。   In addition, extenders for inks, toners, release improvers, lubricants, abrasives such as automotive wax, high-hardness fillers for improving resin and rubber wear resistance, fluidity improvers, matte fillers, no shrinkage Examples of fillers, putty fillers, adsorbents, chromatographic carriers, fragrance inclusion beads, bactericides / insecticides / antifungal inclusion beads, liquid crystal inclusion beads and the like can also be exemplified.

Claims (9)

平均粒子径が5〜300nmの範囲にあり、比表面積が50〜1500m2/gの範囲にあり、中空構造を有する中空シリカ微粒子が集合し、結着してなる中空シリカ微粒子集合体からなる平均粒子径1μm〜50μmの球状シリカ粒子。 The average particle diameter is in the range of 5 to 300 nm, the specific surface area is in the range of 50 to 1500 m 2 / g, and the average is composed of a hollow silica fine particle aggregate in which hollow silica fine particles having a hollow structure are assembled and bound. Spherical silica particles having a particle diameter of 1 μm to 50 μm. 嵩比重(CBD)が0.7〜1.0g/mlの範囲にあることを特徴とする請求項1記載の球状シリカ粒子。   2. The spherical silica particles according to claim 1, wherein the bulk specific gravity (CBD) is in the range of 0.7 to 1.0 g / ml. 平均粒子径が5〜300nmの範囲にあり、比表面積が50〜1500m2/gの範囲にあり、中空構造を有する中空シリカ微粒子が集合し、結着してなる中空シリカ微粒子集合体からなる平均粒子径1μm〜50μmの球状シリカ粒子であって、嵩比重(CBD)が0.7〜1.0g/mlの範囲にあり、粒子破壊強度が0.5〜100Kgf/mm2の範囲にあることを特徴とする球状シリカ粒子。 The average particle diameter is in the range of 5 to 300 nm, the specific surface area is in the range of 50 to 1500 m 2 / g, and the average is composed of a hollow silica fine particle aggregate in which hollow silica fine particles having a hollow structure are assembled and bound. Spherical silica particles having a particle diameter of 1 μm to 50 μm, a bulk specific gravity (CBD) in the range of 0.7 to 1.0 g / ml, and a particle breaking strength in the range of 0.5 to 100 Kgf / mm 2. Spherical silica particles characterized by 前記中空シリカ微粒子の粒子径分布が単分散状態にあるものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の球状シリカ粒子。   The spherical silica particles according to any one of claims 1 to 3, wherein a particle size distribution of the hollow silica fine particles is in a monodispersed state. 中空シリカ微粒子分散液を含む噴霧液を気流中に噴霧して中空シリカ微粒子集合体を調製することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の球状シリカ粒子の製造方法。   The method for producing spherical silica particles according to any one of claims 1 to 4, wherein a hollow silica fine particle aggregate is prepared by spraying a spray liquid containing a hollow silica fine particle dispersion in an air stream. 下記の各工程を含む請求項5記載の球状シリカ粒子の製造方法。
(A):中空シリカ微粒子分散液を含む噴霧液を気流中に噴霧して、中空シリカ微粒子集合体を調製する工程
(B): 前記(A)工程で得られた中空シリカ微粒子集合体を温度150〜600℃の範囲で加熱処理する工程
(C1): 前記(B)工程に続いて、該中空シリカ微粒子集合体を水および/または有機溶媒に分散させ、中空シリカ微粒子集合体分散液を調製する工程
(D): 前記(C)工程に続いて、前記中空シリカ微粒子集合体分散液から、球状シリカ粒子を分離し、乾燥した後、大気圧下または減圧下、400〜1200℃で加熱処理する工程
The manufacturing method of the spherical silica particle of Claim 5 including each following process.
(A): A step of spraying a spray liquid containing a hollow silica fine particle dispersion in an air stream to prepare a hollow silica fine particle aggregate (B): The temperature of the hollow silica fine particle aggregate obtained in the step (A) Step (C1) of heat treatment in the range of 150 to 600 ° C .: Following the step (B), the hollow silica fine particle aggregate is dispersed in water and / or an organic solvent to prepare a hollow silica fine particle aggregate dispersion. Step (D): Following the step (C 1 ), spherical silica particles are separated from the hollow silica fine particle aggregate dispersion, dried, and then heated at 400 to 1200 ° C. under atmospheric pressure or reduced pressure. Process to process
前記(C1)工程に続いて、次の(C2)工程もしくは(C3)工程を経てから、または(C2)工程を行った後(C3)工程を経てから、前記(D)工程を行うことを特徴とする請求項6記載の球状シリカ粒子の製造方法。
(C2): (C1)工程で調製した中空シリカ微粒子集合体の分散液に、次のi)、ii)またはiii)を添加することにより該中空シリカ微粒子集合体を表面処理する工程
i)酸またはアルカリ
ii)酸またはアルカリと、下記一般式で表される有機ケイ素化合物および/またはその部分加水分解物
一般式: RnSi(OR′)4-n
〔但し、RおよびR′は、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数〜18のアリール基、ビニル基またはアクリル基から選ばれる基であり、nは0、1、2または3の整数である。〕
iii)珪酸液およびアルカリ
(C3): 中空シリカ微粒子集合体分散液を50〜350℃で水熱処理する工程
After the step (C1), the step (D) is performed after the step (C2) or the step (C3) or after the step (C3) after the step (C3). method of manufacturing a spherical boss silica particles of claim 6, wherein.
(C2): A step of surface-treating the hollow silica fine particle aggregate by adding the following i), ii) or iii) to the dispersion of the hollow silica fine particle aggregate prepared in the step (C1)
i) Acid or alkali
ii) Acid or alkali and an organosilicon compound represented by the following general formula and / or a partial hydrolyzate thereof General formula: R n Si (OR ′) 4-n
[However, R and R 'is an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, the number 6-18 aryl group carbon atoms or a group Ru is selected from vinyl or acrylic group, n represents 0, 1, 2 or 3 It is an integer. ]
iii) Silicic acid solution and alkali (C3): Hydrothermal treatment of the hollow silica fine particle aggregate dispersion at 50 to 350 ° C.
前記(A)工程における前記噴霧液が、さらに珪酸液を含むものであることを特徴とする請求項6または7記載の球状シリカ粒子の製造方法。   The method for producing spherical silica particles according to claim 6 or 7, wherein the spray liquid in the step (A) further contains a silicic acid liquid. 前記(A)工程における前記中空シリカ微粒子分散液の粒子径分布が単分散状態であることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の球状シリカ粒子の製造方法。   The method for producing spherical silica particles according to any one of claims 6 to 8, wherein a particle size distribution of the hollow silica fine particle dispersion in the step (A) is in a monodispersed state.
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