JP5350847B2 - Method for producing plate-like silica particles - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a plate-like silica particle having low relative permittivity and/or low dielectric loss tangent and having high anisotropy, and the plate-like silica particle. <P>SOLUTION: (1) The method for producing the plate-like silica particle having the relative permittivity of &le;3.5 and/or the dielectric loss tangent of &le;0.01 includes a step of pulverizing a hollow silica particle in which nanopores are substantially not present and (2) the plate-like silica particle having the relative permittivity of &le;3.5 and/or the dielectric loss tangent of &le;0.01 is obtained by using the production method. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、比誘電率及び/又は誘電正接が低く、異方性が高い板状シリカ粒子の製造方法、及び該板状シリカ粒子に関する。   The present invention relates to a method for producing plate-like silica particles having a low relative dielectric constant and / or dielectric loss tangent and high anisotropy, and the plate-like silica particles.

近年、半導体デバイス等の微細化、高速動作、及び低消費電力動作を実現するために、低誘電率絶縁膜を有する多層配線構造が必要となってきている。従来、多層配線構造の絶縁膜としては、比誘電率が3.8のシリカ、化学蒸着法によりシリカに炭素をドープしたSiOC、有機ポリマー系の低誘電率材料を塗布したシリカ膜等が知られている。
例えば、特許文献1には、主成分が非晶質ケイ素酸化物であり、ナノ細孔を有する実質的に中空なシリカゾルを乾燥してなる中空シリカ微粒子が開示されており、低誘電率成分として有用であるとされている。しかしながら、ナノ細孔を有する中空シリカ微粒子は、細孔に空気を多く含ませて誘電率を低減している材料であり、シリカ骨格そのものの誘電率は特別低いわけではない。
特許文献2には、フルオロポリマーと球状非晶質シリカ、中空シリカ微粒子等から選ばれる無機充填材とを含む絶縁性組成物が開示されている。また、特許文献3には、メソポーラスシリカを機械的に粉砕して得られた微粒子、樹脂、溶媒を含む溶液を基板上に塗布し、加熱する低誘電率絶縁膜の形成方法が開示されている。しかしながら、これらは低誘電率材料として十分に満足できるものではなく、更なる改善が望まれている。
In recent years, in order to realize miniaturization of semiconductor devices and the like, high-speed operation, and low power consumption operation, a multilayer wiring structure having a low dielectric constant insulating film has become necessary. Conventionally, as a dielectric film having a multilayer wiring structure, silica having a relative dielectric constant of 3.8, SiOC in which silica is doped with carbon by a chemical vapor deposition method, a silica film in which an organic polymer-based low dielectric constant material is applied, etc. are known. ing.
For example, Patent Document 1 discloses hollow silica fine particles obtained by drying a substantially hollow silica sol having an amorphous silicon oxide as a main component and having nanopores, as a low dielectric constant component. It is considered useful. However, hollow silica fine particles having nanopores are materials in which the pores contain a large amount of air to reduce the dielectric constant, and the dielectric constant of the silica skeleton itself is not particularly low.
Patent Document 2 discloses an insulating composition containing a fluoropolymer and an inorganic filler selected from spherical amorphous silica, hollow silica fine particles and the like. Patent Document 3 discloses a method for forming a low dielectric constant insulating film in which a solution containing fine particles, resin, and solvent obtained by mechanically pulverizing mesoporous silica is applied onto a substrate and heated. . However, these are not fully satisfactory as low dielectric constant materials, and further improvements are desired.

一方、溶融シリカは、一般的なシリカに比べると比誘電率が3程度であり、低誘電率材料として知られている。しかしながら、溶融シリカは、2000℃程度の高温でシリカを完全溶融して調製しているため、塊状や球状の形態となり、板状や棒状等の異方性の高い形態のものを得ることが難しい。塊状や球状の溶融シリカは、樹脂と混練してコンポジット化しても強度向上効果が不十分であるという欠点がある。
また、強度向上効果に優れるタルクや粘土鉱物等のシリカ系材料は、その材料中にイオンやシラノール等の極性物質や極性基を多く含んでいるため、誘電率、誘電正接が高いという欠点がある。
On the other hand, fused silica has a relative dielectric constant of about 3 compared to general silica, and is known as a low dielectric constant material. However, since fused silica is prepared by completely melting silica at a high temperature of about 2000 ° C., it has a lump shape or a spherical shape, and it is difficult to obtain a highly anisotropic form such as a plate shape or a rod shape. . Lumped or spherical fused silica has the disadvantage that the effect of improving strength is insufficient even when kneaded with a resin to form a composite.
In addition, silica-based materials such as talc and clay minerals, which are excellent in strength improving effect, have a drawback that the dielectric constant and dielectric loss tangent are high because the material contains many polar substances and polar groups such as ions and silanols. .

特開2006−342023号公報JP 2006-342023 A 特開2007−266606号公報JP 2007-266606 A 特開2005−167266号公報JP 2005-167266 A

本発明は、比誘電率及び/又は誘電正接が低く、異方性が高い板状シリカ粒子の製造方法、及び該板状シリカ粒子を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a method for producing plate-like silica particles having a low relative dielectric constant and / or dielectric loss tangent and high anisotropy, and the plate-like silica particles.

本発明者らは、高温焼成でナノサイズの細孔を実質的に消失させ比誘電率及び/又は誘電正接を低減させた中空状シリカ粒子を破砕することにより、比誘電率及び/又は誘電正接が低く、異方性が高い板状シリカ粒子を効率的に得ることができることを見出した。
すなわち、本発明は、次の(1)及び(2)を提供する。
(1)ナノ細孔が実質的に存在しない中空状シリカ粒子を粉砕する工程を含む、比誘電率が3.5以下及び/又は誘電正接が0.01以下である板状シリカ粒子の製造方法。
(2)上記(1)の製造方法により得られた、比誘電率が3.5以下及び/又は誘電正接が0.01以下である板状シリカ粒子。
The inventors have made the dielectric constant and / or the dielectric loss tangent by crushing the hollow silica particles that have substantially lost the nano-sized pores and reduced the relative dielectric constant and / or the dielectric loss tangent by high-temperature firing. It has been found that plate-like silica particles having a low and high anisotropy can be obtained efficiently.
That is, the present invention provides the following (1) and (2).
(1) A method for producing plate-like silica particles having a relative dielectric constant of 3.5 or less and / or a dielectric loss tangent of 0.01 or less, comprising a step of pulverizing hollow silica particles substantially free of nanopores .
(2) Plate-like silica particles having a relative dielectric constant of 3.5 or less and / or a dielectric loss tangent of 0.01 or less obtained by the production method of (1) above.

本発明によれば、比誘電率及び/又は誘電正接が低く、異方性が高い板状シリカ粒子の効率的な製造方法を提供することができる。
得られた板状シリカ粒子は、比誘電率及び/又は誘電正接が低いという誘電特性を有し、異方性が高いため、樹脂とコンポジット化した場合の強度向上効果が優れており、低誘電率材料として有用である。
According to the present invention, an efficient method for producing plate-like silica particles having a low relative dielectric constant and / or dielectric loss tangent and high anisotropy can be provided.
The obtained plate-like silica particles have dielectric properties such as low relative dielectric constant and / or low dielectric loss tangent and high anisotropy. Therefore, they have excellent strength improvement effect when composited with resin, and have low dielectric constant. It is useful as a rate material.

実施例1で得られた焼成後の中空状シリカ粒子のSEM像である。3 is a SEM image of the hollow silica particles after firing obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた中空状シリカ粒子を粉砕して得られた板状粒子のSEM像である。2 is an SEM image of plate-like particles obtained by pulverizing the hollow silica particles obtained in Example 1.

本発明の比誘電率が3.5以下及び/又は誘電正接が0.01以下である板状シリカ粒子の製造方法は、ナノ細孔が実質的に存在しない中空状シリカ粒子を粉砕する工程を含むことを特徴とする。
ここで、比誘電率とは、物質の誘電率εと真空の誘電率ε0との比〔ε/ε0〕をいい、誘電体内の分極の程度を示すパラメーターである。
誘電正接とは、誘電体に正弦波電圧を加えた場合、誘電体内を流れる電流のうち、印加電圧と同一周波数を有する電流成分との位相差角の余角δ(誘電損角)の正接(tanδ)をいい、誘電体内の電気エネルギー損失量を示すパラメーターである。
本発明の板状シリカ粒子は、比誘電率が3.5以下又は誘電正接が0.01以下と小さいので絶縁体として優れており、消費エネルギーが減少するため、多層配線構造物等の長時間の連続使用が可能となる。
誘電率及び誘電正接は、実施例記載の方法により測定することができる。
以下、原料である中空状シリカ粒子、及びその粉砕工程等について説明する。
The method for producing plate-like silica particles having a relative dielectric constant of 3.5 or less and / or a dielectric loss tangent of 0.01 or less according to the present invention includes a step of pulverizing hollow silica particles substantially free of nanopores. It is characterized by including.
Here, the relative dielectric constant refers to a ratio [ε / ε 0 ] between the dielectric constant ε of a substance and the dielectric constant ε 0 of a vacuum, and is a parameter indicating the degree of polarization in the dielectric.
Dielectric loss tangent is the tangent of the residual angle δ (dielectric loss angle) of the phase difference angle between the current flowing in the dielectric and the current component having the same frequency as the current flowing through the dielectric when a sinusoidal voltage is applied to the dielectric ( tan δ), a parameter indicating the amount of electrical energy loss in the dielectric.
The plate-like silica particles of the present invention are excellent as an insulator because the relative dielectric constant is 3.5 or less or the dielectric loss tangent is 0.01 or less, and the consumed energy is reduced. Can be used continuously.
The dielectric constant and dielectric loss tangent can be measured by the methods described in the examples.
Hereinafter, the hollow silica particles as a raw material, and the pulverization process thereof will be described.

[中空状シリカ粒子]
本発明において、原料として用いられる中空状シリカ粒子は、ナノ細孔が実質的に存在しないものである。「ナノ細孔が実質的に存在しない」とは、該中空状シリカ粒子の細孔径分布において、実質的に1nm以上に細孔分布を示さないことを意味する。
また、該中空状シリカ粒子は、粉末X線回折(XRD)測定において、結晶格子面間隔(d)が1nm未満の範囲に相当する回折角(2θ)に実質的にピークを示さないものであることが好ましい。
また、該中空状シリカ粒子は、そのシリカの骨格が実質的に多孔質ではなく、BET比表面積が100m2/g未満であるものが好ましい。そのBET比表面積は、実質的に多孔質ではないことから、より好ましくは90m2/g以下、より好ましくは80m2/g以下、より好ましくは70m2/g以下、更に好ましくは60m2/g以下である。
[Hollow silica particles]
In the present invention, the hollow silica particles used as a raw material are substantially free of nanopores. The phrase “nanopores are substantially absent” means that the pore size distribution of the hollow silica particles does not substantially exhibit a pore distribution of 1 nm or more.
Further, the hollow silica particles do not substantially show a peak at a diffraction angle (2θ) corresponding to a range where the crystal lattice spacing (d) is less than 1 nm in powder X-ray diffraction (XRD) measurement. It is preferable.
The hollow silica particles preferably have a silica skeleton that is not substantially porous and has a BET specific surface area of less than 100 m 2 / g. Since the BET specific surface area is not substantially porous, it is more preferably 90 m 2 / g or less, more preferably 80 m 2 / g or less, more preferably 70 m 2 / g or less, and further preferably 60 m 2 / g. It is as follows.

外殻部の平均厚みは、粉砕処理を容易にし、シリカ粒子を板状にする観点から、好ましくは200nm以下、より好ましくは100nm以下、更に好ましくは50nm以下である。
該中空状シリカ粒子の数平均粒子径は、好ましくは0.1〜1μm、より好ましくは0.15〜0.9μm、更に好ましくは0.2〜0.8μmである。
また、中空状シリカ粒子の〔外殻部の平均厚み/平均粒子径〕の比は、通常0.01〜0.5、好ましくは0.01〜0.3、より好ましくは0.01〜0.2である。
中空状シリカ粒子の平均粒子径、外郭部の平均厚みは、後述するように、その原料となる中空シリカ粒子(A)又はコアシェル型シリカ粒子(B)の製造条件、中空部位形成材料の粒子径、焼成条件等により適宜調製することができる。
中空状シリカ粒子、中空シリカ粒子(A)等の平均粒子径、外郭部の平均厚み、BET比表面積、平均細孔径、及び粉末X線回折(XRD)パターンの測定は、実施例記載の方法により行うことができる。
The average thickness of the outer shell is preferably 200 nm or less, more preferably 100 nm or less, and even more preferably 50 nm or less, from the viewpoint of facilitating pulverization and making the silica particles plate-like.
The number average particle diameter of the hollow silica particles is preferably 0.1 to 1 μm, more preferably 0.15 to 0.9 μm, and still more preferably 0.2 to 0.8 μm.
The ratio of [average thickness of outer shell / average particle diameter] of the hollow silica particles is usually 0.01 to 0.5, preferably 0.01 to 0.3, more preferably 0.01 to 0. .2.
As will be described later, the average particle diameter of the hollow silica particles and the average thickness of the outer portion are the production conditions of the hollow silica particles (A) or the core-shell type silica particles (B) used as the raw material, and the particle diameter of the hollow part forming material. It can be appropriately prepared depending on the firing conditions and the like.
The average particle diameter of hollow silica particles and hollow silica particles (A), the average thickness of the outer shell, the BET specific surface area, the average pore diameter, and the powder X-ray diffraction (XRD) pattern are measured by the methods described in the examples. It can be carried out.

[中空状シリカ粒子の製造]
本発明において、原料として用いられる中空状シリカ粒子の製造方法に特に制限はないが、下記の工程(I)及び(II)を含む方法によれば、効率的に製造することができる。
工程(I):粒子内部に空気を含有する中空シリカ粒子(A)(以下、単に「中空シリカ粒子(A)」ともいう)、又は焼成により消失して中空部位を形成する材料を内包するコアシェル型シリカ粒子(B)(以下、単に「コアシェル型シリカ粒子(B)」ともいう)を調製する工程。
工程(II):工程(I)で得られた中空シリカ粒子(A)又はコアシェル型シリカ粒子(B)を900℃以上で熱処理する工程。
以下、工程(I)、(II)の詳細とそこで用いられる各成分等について説明する。
[Production of hollow silica particles]
In the present invention, the method for producing hollow silica particles used as a raw material is not particularly limited, but according to the method including the following steps (I) and (II), it can be produced efficiently.
Step (I): a hollow silica particle (A) containing air inside the particle (hereinafter also simply referred to as “hollow silica particle (A)”), or a core shell containing a material that disappears by firing to form a hollow part Step of preparing silica particles (B) (hereinafter also simply referred to as “core-shell silica particles (B)”).
Step (II): A step of heat-treating the hollow silica particles (A) or the core-shell type silica particles (B) obtained in the step (I) at 900 ° C. or higher.
The details of the steps (I) and (II) and the components used therein will be described below.

工程(I)
工程(I)は、中空シリカ粒子(A)又はコアシェル型シリカ粒子(B)を調製する工程である。中空シリカ粒子(A)又はコアシェル型シリカ粒子(B)を製造しうる方法であれば特に制限はないが、下記工程A〜Dを含む方法がより好ましい。
工程A:ポリマー粒子(a−1)を0.1〜50グラム/L、又は疎水性有機化合物(a−2)を0.1〜100ミリモル/Lと、下記一般式(1)及び(2)で表される第四級アンモニウム塩から選ばれる1種以上(b)を0.1〜100ミリモル/L、及び加水分解によりシラノール化合物を生成するシリカ源(c)を0.1〜100ミリモル/L含有する水溶液を調製する工程。
[R1(R33N]+- (1)
[R12(R32N]+- (2)
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立に炭素数4〜22の直鎖状又は分岐状アルキル基を示し、R3は炭素数1〜3のアルキル基を示し、Xは1価陰イオンを示す。)
工程B:工程Aで得られた水溶液を10〜100℃の温度で撹拌して、シリカから構成される外殻を有し、かつ核にポリマー粒子(a−1)又は疎水性有機化合物(a−2)を有するコアシェル型シリカ粒子の水分散液を調製する工程
工程C:工程Bで得られた水分散液からコアシェル型シリカ粒子(B)を分離する工程
工程D:工程Cで得られたコアシェル型シリカ粒子(B)を焼成して、中空シリカ粒子(A)を得る工程
Process (I)
Step (I) is a step of preparing hollow silica particles (A) or core-shell type silica particles (B). The method is not particularly limited as long as it is a method capable of producing the hollow silica particles (A) or the core-shell type silica particles (B), but a method including the following steps A to D is more preferable.
Step A: 0.1 to 50 g / L of the polymer particles (a-1) or 0.1 to 100 mmol / L of the hydrophobic organic compound (a-2), and the following general formulas (1) and (2) And 0.1 to 100 mmol / L of one or more (b) selected from quaternary ammonium salts represented by the formula (1)) and 0.1 to 100 mmol of silica source (c) that produces a silanol compound by hydrolysis. Step of preparing an aqueous solution containing / L.
[R 1 (R 3 ) 3 N] + X (1)
[R 1 R 2 (R 3 ) 2 N] + X (2)
(In the formula, R 1 and R 2 each independently represent a linear or branched alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, R 3 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and X represents a monovalent negative group. Indicates ions.)
Step B: The aqueous solution obtained in Step A is stirred at a temperature of 10 to 100 ° C., has an outer shell composed of silica, and has polymer particles (a-1) or a hydrophobic organic compound (a -2) Step of preparing an aqueous dispersion of core-shell type silica particles Step C: Step of separating the core-shell type silica particles (B) from the aqueous dispersion obtained in Step B Step D: obtained in Step C A step of firing the core-shell type silica particles (B) to obtain hollow silica particles (A)

以下工程A〜Dについて説明する。
[工程A]
[ポリマー粒子(a−1)]
工程Aで用いられるポリマー粒子(a−1)としては、カチオン性ポリマー、ノニオン性ポリマー及び両性ポリマーから選ばれる1種以上のポリマーの粒子が好ましく、実質的に水不溶性のポリマーが好ましい。
工程A〜Dで用いられるポリマー粒子の平均粒子径は、本発明の中空状シリカ粒子の特徴である、微小粒子径であってかつ粒子径分布が揃った化合物を得る目的の上で、好ましくは0.02μm〜1μm、より好ましくは0.05μm〜0.9μm、さらに好ましくは0.1μm〜0.8μm、特に好ましくは0.12μm〜0.7μmであることが望ましい。またポリマー粒子は、好ましくは粒子全体の80%以上、より好ましくは85%以上、更に好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上が平均粒子径±30%以内の粒子径を有しており、非常に揃った粒子径の粒子群から構成されていることが望ましい。
Hereinafter, steps A to D will be described.
[Step A]
[Polymer particles (a-1)]
As the polymer particles (a-1) used in the step A, particles of one or more polymers selected from a cationic polymer, a nonionic polymer and an amphoteric polymer are preferable, and a substantially water-insoluble polymer is preferable.
The average particle size of the polymer particles used in Steps A to D is preferably a fine particle size and a uniform particle size distribution characteristic of the hollow silica particles of the present invention. It is desirable that the thickness is 0.02 μm to 1 μm, more preferably 0.05 μm to 0.9 μm, still more preferably 0.1 μm to 0.8 μm, and particularly preferably 0.12 μm to 0.7 μm. Further, the polymer particles preferably have a particle size of 80% or more, more preferably 85% or more, further preferably 90% or more, particularly preferably 95% or more of the whole particles within an average particle size of ± 30%. It is desirable that the particles are composed of a group of particles having a very uniform particle diameter.

[カチオン性ポリマー]
カチオン性ポリマーとしては、連続相を水系とする媒体中に、陽イオン界面活性剤の存在下で、ポリマーエマルジョンとなって分散可能であるポリマーが好ましく、陽イオン界面活性剤の存在下でカチオン性モノマー、特にはカチオン性基を有するエチレン性不飽和モノマーを含むモノマー混合物を、公知の方法で乳化重合して得られるものが好ましい。
カチオン性モノマーとしては、アミノ基を有する単量体の酸中和物、又は該単量体を四級化剤で四級化した第四級アンモニウム塩等が挙げられる。
カチオン性モノマーの具体例としては、ジアルキルアミノ基又はトリアルキルアンモニウム基を有する(メタ)アクリレートがより好ましく、ジアルキルアミノ基又はトリアルキルアンモニウム基を有する(メタ)アクリレートが最も好ましい。
なお、本明細書において、(メタ)アクリレートとは、アクリレート、メタクリレート又はそれらの両方を意味する。
[Cationic polymer]
The cationic polymer is preferably a polymer that can be dispersed as a polymer emulsion in a medium containing a continuous phase in an aqueous system in the presence of a cationic surfactant, and is cationic in the presence of a cationic surfactant. Those obtained by emulsion polymerization of a monomer mixture, particularly a monomer mixture containing an ethylenically unsaturated monomer having a cationic group, by a known method are preferred.
Examples of the cationic monomer include an acid neutralized product of a monomer having an amino group, or a quaternary ammonium salt obtained by quaternizing the monomer with a quaternizing agent.
As a specific example of the cationic monomer, a (meth) acrylate having a dialkylamino group or a trialkylammonium group is more preferable, and a (meth) acrylate having a dialkylamino group or a trialkylammonium group is most preferable.
In the present specification, (meth) acrylate means acrylate, methacrylate, or both.

カチオン性ポリマーは、前記カチオン性モノマー由来の構成単位を含有するが、カチオン性モノマー構成単位以外に、疎水性モノマー、特にはアルキル(メタ)アクリレート、芳香環含有モノマー等の疎水性モノマーに由来する構成単位を含有することがより好ましい。その好適例としては、炭素数1〜30、好ましくは炭素数3〜22、より好ましくは炭素数3〜18のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート、スチレンもしくは2−メチルスチレン等のスチレン系モノマー、ベンジル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸のアリールエステル、炭素数6〜22の芳香族基含有ビニルモノマー、又は酢酸ビニル等が挙げられる。これらの中ではアルキル(メタ)アクリレート、スチレンが最も好ましい。   The cationic polymer contains a structural unit derived from the cationic monomer, but in addition to the cationic monomer structural unit, it is derived from a hydrophobic monomer such as an alkyl (meth) acrylate or an aromatic ring-containing monomer. It is more preferable to contain a structural unit. Preferable examples thereof include styrenic monomers such as alkyl (meth) acrylate, styrene or 2-methylstyrene having an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, preferably 3 to 22 carbon atoms, more preferably 3 to 18 carbon atoms. , Aryl esters of (meth) acrylic acid such as benzyl (meth) acrylate, aromatic group-containing vinyl monomers having 6 to 22 carbon atoms, or vinyl acetate. Of these, alkyl (meth) acrylate and styrene are most preferred.

なお、疎水性モノマーとは、水に対する溶解性が低く、水と分相を形成する重合性の有機化合物を意味する。疎水性モノマーは、LogP値が0以上、好ましくは0.5以上、また25以下の化合物が挙げられる。ここで、LogPとは、化学物質の1−オクタノール/水の分配係数の対数値を意味し、SRC's LOGKOW / KOWWIN Programにより、フラグメントアプローチで計算された数値をいう。具体的には、化学物質の化学構造を、その構成要素に分解し、各フラグメントの有する疎水性フラグメント定数を積算して求められる(Meylan, W.M. and P.H. Howard. 1995. Atom/fragment contribution method for estimating octanol-water partition coefficients. J. Pharm. Sci. 84: 83-92参照)。
カチオン性ポリマーを構成するカチオン性モノマー構成単位は少量でよく、カチオン性ポリマーを構成する殆どが疎水性モノマー由来の構成単位によって構成されていてもよい。カチオン性ポリマーに占めるカチオン性モノマー構成単位と疎水性モノマー由来の構成単位の合計量は、70〜100質量%、より好ましくは80〜100質量%、特に好ましくは95〜100質量%である。特に〔(カチオン性モノマー由来の構成単位)/(疎水性モノマー由来の構成単位)〕の重量比は、粒子形成性の観点から、好ましくは0.001〜0.5、より好ましくは0.002〜0.3、特に好ましくは0.003〜0.1である。
The hydrophobic monomer means a polymerizable organic compound that has low solubility in water and forms a phase separation with water. Examples of the hydrophobic monomer include compounds having a LogP value of 0 or more, preferably 0.5 or more, and 25 or less. Here, LogP means a logarithmic value of a 1-octanol / water partition coefficient of a chemical substance, and is a numerical value calculated by a fragment approach by SRC's LOGKOW / KOWWIN Program. Specifically, it is obtained by decomposing the chemical structure of a chemical substance into its components and integrating the hydrophobic fragment constants of each fragment (Meylan, WM and PH Howard. 1995. Atom / fragment contribution method for octanol-water partition coefficients. See J. Pharm. Sci. 84: 83-92).
The cationic monomer constituting unit constituting the cationic polymer may be a small amount, and most constituting the cationic polymer may be constituted by a constituent unit derived from the hydrophobic monomer. The total amount of the cationic monomer constituent unit and the constituent unit derived from the hydrophobic monomer in the cationic polymer is 70 to 100% by mass, more preferably 80 to 100% by mass, and particularly preferably 95 to 100% by mass. In particular, the weight ratio of [(constituent unit derived from cationic monomer) / (constituent unit derived from hydrophobic monomer)] is preferably 0.001 to 0.5, more preferably 0.002 from the viewpoint of particle formation. It is -0.3, Most preferably, it is 0.003-0.1.

[ノニオン性ポリマー]
ノニオン性ポリマーは、水溶液中で荷電を有しないポリマーを意味する。ノニオン性ポリマーは、荷電を有しないモノマーすなわちノニオン性モノマーを由来とするポリマーであり、公知の乳化重合法、無乳化剤重合法等によりノニオン性モノマーを重合して得ることができる。
ノニオン性モノマーとしては、カチオン性ポリマーの説明で挙げた疎水性モノマー(段落〔0017〕)を挙げることができる。その好適例としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数3〜22、更に好ましくは炭素数3〜18のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート、酢酸ビニル、及びスチレンから選ばれる一種以上が挙げられる。
ノニオン性ポリマーの具体例としては、ポリスチレン、エチルアクリレート・エチルメタクリレート共重合体、エチルアクリレート・メチルメタクリレート共重合体、オクチルアクリレート・スチレン共重合体、ブチルアクリレート・酢酸ビニル共重合体、メチルメタクリレート・ブチルアクリレート・オクチルアクリレート共重合体、酢酸ビニル・スチレン共重合体、ビニルピロリドン・スチレン共重合体、ブチルアクリレート、ポリスチレンアクリル酸樹脂等が挙げられる。
[Nonionic polymer]
Nonionic polymer means a polymer that has no charge in aqueous solution. The nonionic polymer is a polymer derived from a monomer having no charge, that is, a nonionic monomer, and can be obtained by polymerizing a nonionic monomer by a known emulsion polymerization method, non-emulsifier polymerization method or the like.
Nonionic monomers include the hydrophobic monomers (paragraph [0017]) mentioned in the description of the cationic polymer. Preferred examples thereof are preferably selected from alkyl (meth) acrylates, vinyl acetate, and styrene having an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 3 to 22 carbon atoms, and still more preferably 3 to 18 carbon atoms. One or more.
Specific examples of nonionic polymers include polystyrene, ethyl acrylate / ethyl methacrylate copolymer, ethyl acrylate / methyl methacrylate copolymer, octyl acrylate / styrene copolymer, butyl acrylate / vinyl acetate copolymer, methyl methacrylate / butyl. Examples thereof include acrylate / octyl acrylate copolymers, vinyl acetate / styrene copolymers, vinyl pyrrolidone / styrene copolymers, butyl acrylate, and polystyrene acrylate resins.

カチオン性ポリマー、ノニオン性ポリマー及び両性ポリマーの中では、カチオン性ポリマー及びノニオン性ポリマーが好ましく、中空シリカ粒子(A)の形成し易さの観点から、カチオン性ポリマーがより好ましい。
ポリマーは中空シリカ粒子(A)の製造上、実質的に水に溶解しないものが用いられ、そのために疎水性モノマーの重合比率を高める方法、架橋する方法等を採用できる。
かかるポリマーの好適例として、アルキル(メタ)アクリレート及びスチレンから選ばれる疎水性モノマーとカチオン性基を有する(メタ)アクリレートとのコポリマー、並びにアルキル(メタ)アクリレート及びスチレンから選ばれる一種以上の疎水性モノマーからなるノニオン性ポリマーを挙げることができる。
上記のポリマーは、単独で又は2種類以上を混合して用いることができる。
ポリマー粒子の形態に特に制限はなく、真球状、卵状等に形成したり、ポリマー粒子の大きさや粒径分布を変えることで、中空シリカ粒子(A)の粒径や中空部分の大きさを適宜調製することができる。
Among the cationic polymer, the nonionic polymer and the amphoteric polymer, the cationic polymer and the nonionic polymer are preferable, and the cationic polymer is more preferable from the viewpoint of easy formation of the hollow silica particles (A).
For the production of the hollow silica particles (A), a polymer that does not substantially dissolve in water is used. For this purpose, a method for increasing the polymerization ratio of a hydrophobic monomer, a method for crosslinking, and the like can be employed.
Preferred examples of such a polymer include a copolymer of a hydrophobic monomer selected from alkyl (meth) acrylate and styrene and a (meth) acrylate having a cationic group, and one or more hydrophobic properties selected from alkyl (meth) acrylate and styrene. Mention may be made of nonionic polymers composed of monomers.
Said polymer can be used individually or in mixture of 2 or more types.
The shape of the polymer particles is not particularly limited, and the particle size of the hollow silica particles (A) and the size of the hollow part can be changed by changing the size and the particle size distribution of the polymer particles by forming them into a true sphere or egg shape. It can be prepared appropriately.

[疎水性有機化合物(a−2)]
本発明において、疎水性有機化合物(a−2)とは、水に対する溶解性が低く、水と分相を形成する化合物を意味する。好ましくは、前記の第四級アンモニウム塩の存在下で分散可能な化合物である。このような疎水性有機化合物としては、LogP値が1以上、好ましくは2〜25の化合物が挙げられる。
(c)疎水性有機化合物としては、例えば、炭化水素化合物、エステル化合物、炭素数6〜22の脂肪酸、炭素数6〜22のアルコール及びシリコーンオイル等の油剤や、香料、農薬、医薬等の各種基材等を挙げることができる。
疎水性有機化合物を用いる場合、中空シリカ粒子(A)の粒径や中空部分の大きさは、疎水性有機化合物の液滴の大きさに影響されるので、疎水性有機化合物の融点、反応温度、攪拌速度、使用する界面活性剤等により適宜調整することができる。
[Hydrophobic organic compound (a-2)]
In the present invention, the hydrophobic organic compound (a-2) means a compound that has low solubility in water and forms a phase separation with water. Preferably, the compound is dispersible in the presence of the quaternary ammonium salt. Examples of such hydrophobic organic compounds include compounds having a LogP value of 1 or more, preferably 2 to 25.
(C) Examples of the hydrophobic organic compound include oils such as hydrocarbon compounds, ester compounds, fatty acids having 6 to 22 carbon atoms, alcohols having 6 to 22 carbon atoms, and silicone oils, and various kinds such as fragrances, agricultural chemicals, and pharmaceuticals. A base material etc. can be mentioned.
When a hydrophobic organic compound is used, the particle size of the hollow silica particles (A) and the size of the hollow part are affected by the size of the droplets of the hydrophobic organic compound, so the melting point and reaction temperature of the hydrophobic organic compound , And can be appropriately adjusted depending on the stirring speed, the surfactant used, and the like.

[第四級アンモニウム塩(b)]
第四級アンモニウム塩(b)は、下記一般式(1)及び(2)で表され、メソ細孔の形成とポリマー粒子(a−1)又は疎水性有機化合物(a−2)の分散のために用いられる。
[R1(R33N]+- (1)
[R12(R32N]+- (2)
一般式(1)及び(2)におけるR1及びR2は、炭素数4〜22、好ましくは炭素数6〜18、更に好ましくは炭素数8〜16の直鎖状又は分岐状のアルキル基である。炭素数4〜22のアルキル基としては、各種ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基、各種ノニル基、各種デシル基、各種ドデシル基、各種テトラデシル基、各種ヘキサデシル基、各種オクタデシル基、各種エイコシル基等が挙げられる。またR3は、炭素数1〜3のアルキル基であり、好ましくはメチル基である。
一般式(1)及び(2)におけるXとしては、ハロゲンイオン、水酸化物イオン、硝酸化物イオン、硫酸化物イオン等の1価陰イオンから選ばれる1種以上が挙げられるが、好ましくはハロゲンイオンであり、より好ましくは塩素イオン又は臭素イオンであり、更に好ましくは臭素イオンである。
[Quaternary ammonium salt (b)]
The quaternary ammonium salt (b) is represented by the following general formulas (1) and (2), and is the formation of mesopores and the dispersion of the polymer particles (a-1) or the hydrophobic organic compound (a-2). Used for.
[R 1 (R 3 ) 3 N] + X (1)
[R 1 R 2 (R 3 ) 2 N] + X (2)
R 1 and R 2 in the general formulas (1) and (2) are linear or branched alkyl groups having 4 to 22 carbon atoms, preferably 6 to 18 carbon atoms, and more preferably 8 to 16 carbon atoms. is there. Examples of the alkyl group having 4 to 22 carbon atoms include various butyl groups, various pentyl groups, various hexyl groups, various heptyl groups, various octyl groups, various nonyl groups, various decyl groups, various dodecyl groups, various tetradecyl groups, and various hexadecyl groups. , Various octadecyl groups, various eicosyl groups, and the like. R 3 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, preferably a methyl group.
X in the general formulas (1) and (2) includes at least one selected from monovalent anions such as halogen ions, hydroxide ions, nitrate ions, and sulfate ions, preferably halogen ions. More preferably a chlorine ion or a bromine ion, and still more preferably a bromine ion.

一般式(1)で表されるアルキルトリメチルアンモニウム塩としては、ブチルトリメチルアンモニウムクロリド、ヘキシルトリメチルアンモニウムクロリド、オクチルトリメチルアンモニウムクロリド、デシルトリメチルアンモニウムクロリド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド、テトラデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロリド、ブチルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキシルトリメチルアンモニウムブロミド、オクチルトリメチルアンモニウムブロミド、デシルトリメチルアンモニウムブロミド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、テトラデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ステアリルトリメチルアンモニウムブロミド等が挙げられる。
一般式(2)で表されるジアルキルジメチルアンモニウム塩としては、ジブチルジメチルアンモニウムクロリド、ジヘキシルジメチルアンモニウムクロリド、ジオクチルジメチルアンモニウムクロリド、ジヘキシルジメチルアンモニウムブロミド、ジオクチルジメチルアンモニウムブロミド、ジドデシルジメチルアンモニウムブロミド、ジテトラデシルジメチルアンモニウムブロミド等が挙げられる。
これらの第四級アンモニウム塩(b)の中では、規則的なメソ細孔を形成させる観点から、特に一般式(1)で表されるアルキルトリメチルアンモニウム塩が好ましく、アルキルトリメチルアンモニウムブロミド又はアルキルトリメチルアンモニウムクロリドがより好ましく、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド又はドデシルトリメチルアンモニウムクロリドが特に好ましい。
Examples of the alkyltrimethylammonium salt represented by the general formula (1) include butyltrimethylammonium chloride, hexyltrimethylammonium chloride, octyltrimethylammonium chloride, decyltrimethylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium chloride, tetradecyltrimethylammonium chloride, hexadecyltrimethyl Ammonium chloride, stearyltrimethylammonium chloride, butyltrimethylammonium bromide, hexyltrimethylammonium bromide, octyltrimethylammonium bromide, decyltrimethylammonium bromide, dodecyltrimethylammonium bromide, tetradecyltrimethylammonium bromide, hexadecyltrimethylammonium bromide Bromide, stearyl trimethyl ammonium bromide, and the like.
Examples of the dialkyldimethylammonium salt represented by the general formula (2) include dibutyldimethylammonium chloride, dihexyldimethylammonium chloride, dioctyldimethylammonium chloride, dihexyldimethylammonium bromide, dioctyldimethylammonium bromide, didodecyldimethylammonium bromide, ditetradecyl. Examples thereof include dimethylammonium bromide.
Among these quaternary ammonium salts (b), from the viewpoint of forming regular mesopores, alkyltrimethylammonium salts represented by the general formula (1) are particularly preferred, and alkyltrimethylammonium bromide or alkyltrimethyl Ammonium chloride is more preferred, and dodecyltrimethylammonium bromide or dodecyltrimethylammonium chloride is particularly preferred.

[シリカ源(c)]
シリカ源(c)は、アルコキシシラン等の加水分解によりシラノール化合物を生成するものであり、下記一般式(3)〜(7)で示される化合物を挙げることができる。
SiY4 (3)
4SiY3 (4)
4 2SiY2 (5)
4 3SiY (6)
3Si−R5−SiY3 (7)
(式中、R4はそれぞれ独立して、ケイ素原子に直接炭素原子が結合している有機基を示し、R5は炭素原子を1〜4個有する炭化水素基又はフェニレン基を示し、Yは加水分解によりヒドロキシ基になる1価の加水分解性基を示す。)
より好ましくは、一般式(3)〜(7)において、R4がそれぞれ独立して、水素原子の一部がフッ素原子に置換していてもよい炭素数1〜22の炭化水素基であり、具体的には炭素数1〜22、好ましくは炭素数4〜18、より好ましくは炭素数6〜18、特に好ましくは炭素数8〜16のアルキル基、フェニル基、又はベンジル基であり、R5が炭素数1〜4のアルカンジイル基(メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロパン−1,2−ジイル基、テトラメチレン基等)又はフェニレン基であり、Yが炭素数1〜22、より好ましくは炭素数1〜8、特に好ましくは炭素数1〜4のアルコキシ基、又はフッ素を除くハロゲン基である。
[Silica source (c)]
A silica source (c) produces | generates a silanol compound by hydrolysis of alkoxysilane etc., and can mention the compound shown by following General formula (3)-(7).
SiY 4 (3)
R 4 SiY 3 (4)
R 4 2 SiY 2 (5)
R 4 3 SiY (6)
Y 3 Si—R 5 —SiY 3 (7)
(In the formula, each R 4 independently represents an organic group in which a carbon atom is directly bonded to a silicon atom, R 5 represents a hydrocarbon group or a phenylene group having 1 to 4 carbon atoms, and Y represents A monovalent hydrolyzable group that becomes a hydroxy group by hydrolysis.)
More preferably, in the general formulas (3) to (7), each R 4 is independently a hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms in which a part of hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms, Specifically, it is an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, preferably 4 to 18 carbon atoms, more preferably 6 to 18 carbon atoms, and particularly preferably 8 to 16 carbon atoms, a phenyl group, or a benzyl group, and R 5 Is an alkanediyl group having 1 to 4 carbon atoms (methylene group, ethylene group, trimethylene group, propane-1,2-diyl group, tetramethylene group, etc.) or phenylene group, and Y is more preferably 1 to 22 carbon atoms. Is a C1-C8, particularly preferably C1-C4 alkoxy group or a halogen group excluding fluorine.

シリカ源(c)の好適例としては、次の化合物が挙げられる。
・一般式(3)において、Yが炭素数1〜3のアルコキシ基であるか、又はフッ素を除くハロゲン基であるシラン化合物。
・一般式(4)〜(6)において、R4がフェニル基、ベンジル基、又は水素原子の一部がフッ素原子に置換されている炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜5の炭化水素基であるトリアルコキシシラン、ジアルコキシシラン、又はモノアルコキシシラン。
・一般式(7)において、Yがメトキシ基であって、R5がメチレン基、エチレン基又はフェニレン基である化合物。
これらの中では、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、1,1,1−トリフルオロプロピルトリエトキシシランが特に好ましい。
シリカ源(c)は、単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
Preferable examples of the silica source (c) include the following compounds.
-The silane compound in which Y is a C1-C3 alkoxy group or a halogen group except a fluorine in General formula (3).
In general formulas (4) to (6), R 4 is a phenyl group, a benzyl group, or a hydrogen atom part of which is substituted with a fluorine atom, having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms. A trialkoxysilane, dialkoxysilane or monoalkoxysilane which is preferably a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.
A compound in which Y is a methoxy group and R 5 is a methylene group, an ethylene group or a phenylene group in the general formula (7).
Among these, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, phenyltriethoxysilane, and 1,1,1-trifluoropropyltriethoxysilane are particularly preferable.
A silica source (c) can be used individually or in mixture of 2 or more types.

工程Aにおける水溶液中のポリマー粒子(a−1)又は疎水性有機化合物(a−2)(以下、両者を総称して「(a)成分」ともいう)、第四級アンモニウム塩(b)、及びシリカ源(c)の含有量は次のとおりである。
(a−1)成分の含有量は、好ましくは0.1〜50グラム/L、より好ましくは0.3〜40グラム/L、特に好ましくは0.5〜30グラム/Lである。
(a−2)成分の含有量は、0.1〜100ミリモル/L、より好ましくは1〜100ミリモル/L、特に好ましくは5〜80ミリモル/Lである。
(b)成分の含有量は、好ましくは0.1〜100ミリモル/L、より好ましくは1〜100ミリモル/L、特に好ましくは5〜80ミリモル/Lであり、(c)成分の含有量は、好ましくは0.1〜100ミリモル/L、より好ましくは1〜100ミリモル/L、特に好ましくは5〜80ミリモル/Lである。
(a)〜(c)成分を含有させる順序は特に制限はない。例えば、水溶液を撹拌しながら(a)成分の懸濁液、(b)成分、(c)成分の順に投入する方法等が挙げられる。
(a)〜(c)成分を含有する水溶液には、コアシェル粒子の形成を阻害しない限り、その他の成分として、メタノール等の有機化合物や、無機化合物等の他の成分を添加してもよく、前記のように、シリカや有機基以外の他の元素を担持したい場合は、それらの金属を含有するアルコキシ塩やハロゲン化塩等の金属原料を製造時又は製造後に添加することもできる。
Polymer particles (a-1) or hydrophobic organic compound (a-2) in the aqueous solution in step A (hereinafter, both are also collectively referred to as “component (a)”), quaternary ammonium salt (b), And the content of the silica source (c) is as follows.
The content of the component (a-1) is preferably 0.1 to 50 g / L, more preferably 0.3 to 40 g / L, and particularly preferably 0.5 to 30 g / L.
The content of the component (a-2) is 0.1 to 100 mmol / L, more preferably 1 to 100 mmol / L, and particularly preferably 5 to 80 mmol / L.
The content of component (b) is preferably 0.1 to 100 mmol / L, more preferably 1 to 100 mmol / L, particularly preferably 5 to 80 mmol / L, and the content of component (c) is And preferably 0.1 to 100 mmol / L, more preferably 1 to 100 mmol / L, and particularly preferably 5 to 80 mmol / L.
There is no restriction | limiting in particular in the order which contains (a)-(c) component. For example, a method of adding the suspension of the component (a), the component (b), and the component (c) in this order while stirring the aqueous solution can be mentioned.
As long as the aqueous solution containing the components (a) to (c) does not inhibit the formation of the core-shell particles, other components such as an organic compound such as methanol and an inorganic compound may be added. As mentioned above, when it is desired to carry other elements other than silica and organic groups, metal raw materials such as alkoxy salts and halogenated salts containing these metals can be added during or after production.

[工程B]
工程Bはコアシェル型シリカ粒子の水分散液を調製する工程である。工程Aで得られる水溶液を10〜100℃、好ましくは10〜80℃の温度で所定時間撹拌した後、静置することで、ポリマー粒子(a−1)又は疎水性有機化合物(a−2)の表面に、第四級アンモニウム塩(b)とシリカ源(c)によりメソ細孔が形成され、内部にポリマー粒子(a−1)又は疎水性有機化合物(a−2)を包含したコアシェル型シリカ粒子を析出させることができる。撹拌処理時間は温度によって異なるが、通常10〜80℃で0.1〜24時間でコアシェル型シリカ粒子が形成される。なお、この時点で得られるコアシェル型シリカ粒子のメソ細孔には製造の際に用いた界面活性剤が詰った状態にある。
得られたコアシェル型シリカ粒子は、水中に懸濁した状態で得られる。
工程Bで得られたコアシェル型シリカ粒子に陽イオン界面活性剤等を含む場合は、酸性溶液と1回又は複数回接触させることにより陽イオン界面活性剤等を除去することができる。用いる酸性溶液としては、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸;酢酸、クエン酸等の有機酸;陽イオン交換樹脂等を水やエタノール等に加えた液が挙げられるが、塩酸が特に好ましい。pHは通常1.5〜5.0に調整される。
上記の方法により細孔から界面活性剤が除去された粒子は、メソ細孔構造を表面に有し、BET比表面積の高い、ポリマー粒子(a−1)又は疎水性有機化合物(a−2)を包含するコアシェル型シリカ粒子である。
[Step B]
Step B is a step of preparing an aqueous dispersion of core-shell type silica particles. The aqueous solution obtained in Step A is stirred for a predetermined time at a temperature of 10 to 100 ° C., preferably 10 to 80 ° C., and then allowed to stand to leave the polymer particles (a-1) or the hydrophobic organic compound (a-2). Core-shell type in which mesopores are formed on the surface of quaternary ammonium salt (b) and silica source (c), and polymer particles (a-1) or hydrophobic organic compound (a-2) are included inside Silica particles can be precipitated. Although the stirring treatment time varies depending on the temperature, the core-shell type silica particles are usually formed at 10 to 80 ° C. for 0.1 to 24 hours. The mesopores of the core-shell type silica particles obtained at this time are clogged with the surfactant used in the production.
The obtained core-shell type silica particles are obtained in a state suspended in water.
When the core-shell type silica particles obtained in Step B contain a cationic surfactant or the like, the cationic surfactant or the like can be removed by contacting the acidic solution once or a plurality of times. Examples of the acidic solution to be used include inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid and sulfuric acid; organic acids such as acetic acid and citric acid; liquids obtained by adding a cation exchange resin or the like to water or ethanol. Hydrochloric acid is particularly preferable. The pH is usually adjusted to 1.5 to 5.0.
The particles from which the surfactant has been removed from the pores by the above method have a mesopore structure on the surface, and have a high BET specific surface area. Polymer particles (a-1) or hydrophobic organic compounds (a-2) Are core-shell type silica particles.

[工程C、D]
工程Cは、工程Bで得られた水分散液からコアシェル型シリカ粒子(B)を分離する工程であり、工程Dは、工程Cで得られたコアシェル型シリカ粒子(B)を焼成して、中空シリカ粒子(A)を得る工程である。
工程Cでは、水分散液からコアシェル型シリカ粒子(B)を分離し、必要に応じて、酸性水溶液と接触、水洗、乾燥することができる。また、高温で処理した後、工程Dでは、電気炉等で好ましくは350〜800℃、より好ましくは450〜700℃で、1〜10時間焼成し、内部のポリマー(a−1)又は疎水性有機化合物(a−2)を除去する。得られる中空シリカ粒子(A)は、その外殻部の基本構成は変わらないが、内部のポリマー(a−1)又は疎水性有機化合物(a−2)は焼成により除去されている。
本発明においては、ポリマー(a−1)又は疎水性有機化合物(a−2)を包含するコアシェル型シリカ粒子を焼成するため、特に内包されるポリマー粒子(a−1)の形状、形態を所望の状態に予め制御しておくことにより、所望の形状、形態を有する中空シリカ粒子(A)を容易に製造することができる。例えば、内部に真球状のポリマーを有するコアシェル型シリカ粒子を焼成することにより、内部中空及び外形が真球状の中空シリカ粒子(A)を製造することができる。
[Steps C and D]
Step C is a step of separating the core-shell type silica particles (B) from the aqueous dispersion obtained in Step B. Step D is a step of firing the core-shell type silica particles (B) obtained in Step C. This is a step of obtaining hollow silica particles (A).
In step C, the core-shell type silica particles (B) can be separated from the aqueous dispersion, and contacted with an acidic aqueous solution, washed with water, and dried as necessary. Moreover, after processing at high temperature, in process D, it is preferably fired in an electric furnace or the like at 350 to 800 ° C., more preferably at 450 to 700 ° C. for 1 to 10 hours, and the inner polymer (a-1) or hydrophobic The organic compound (a-2) is removed. Although the basic structure of the outer shell part of the obtained hollow silica particles (A) is not changed, the inner polymer (a-1) or the hydrophobic organic compound (a-2) is removed by calcination.
In the present invention, since the core-shell type silica particles containing the polymer (a-1) or the hydrophobic organic compound (a-2) are fired, the shape and form of the polymer particles (a-1) to be included are particularly desired. By controlling in advance to the state, hollow silica particles (A) having a desired shape and form can be easily produced. For example, by firing core-shell type silica particles having a true spherical polymer inside, hollow silica particles (A) having an internal hollow shape and a true spherical shape can be produced.

上記のようにして得られた中空シリカ粒子(A)とコアシェル型シリカ粒子(B)のうち、粉末X線回折測定において、面間隔(d)が1nm〜12nmの範囲に相当する回折角(2θ)にピークを示すものが好ましい。
工程(I)で得られる中空シリカ粒子(A)のメソ細孔構造の平均細孔径は、好ましくは1〜8nm、より好ましくは1〜5nmであり、該メソ細孔径は、中空シリカ粒子(A)の70質量%以上、好ましくは75質量%以上、より好ましくは80質量%以上が平均細孔径の±30質量%以内に入ることが望ましい。
また、中空シリカ粒子(A)のBET比表面積は、好ましくは100〜1500m2/g、より好ましくは200〜1500m2/g、更に好ましくは300〜1500m2/gである。
中空シリカ粒子(A)の平均粒子径は、好ましくは0.05〜2μm、より好ましくは0.05〜1.5μm、更に好ましくは0.1〜1.2μmである。
外殻部(メソポーラスシリカ部)の平均厚みは、粉砕処理を容易にし、板状にする観点から、好ましくは200nm以下、より好ましくは100nm以下、更に好ましくは50nm以下である。
Of the hollow silica particles (A) and the core-shell type silica particles (B) obtained as described above, in the powder X-ray diffraction measurement, the diffraction angle (2θ corresponding to the range of the surface spacing (d) of 1 nm to 12 nm. ) Is preferred.
The average pore diameter of the mesopore structure of the hollow silica particles (A) obtained in the step (I) is preferably 1 to 8 nm, more preferably 1 to 5 nm, and the mesopore diameter is determined by the hollow silica particles (A 70 mass% or more, preferably 75 mass% or more, more preferably 80 mass% or more of the average pore diameter is within ± 30 mass%.
The BET specific surface area of the hollow silica particles (A) is preferably 100 to 1500 m 2 / g, more preferably 200 to 1500 m 2 / g, and still more preferably 300 to 1500 m 2 / g.
The average particle diameter of the hollow silica particles (A) is preferably 0.05 to 2 μm, more preferably 0.05 to 1.5 μm, still more preferably 0.1 to 1.2 μm.
The average thickness of the outer shell part (mesoporous silica part) is preferably 200 nm or less, more preferably 100 nm or less, and still more preferably 50 nm or less from the viewpoint of facilitating pulverization and making it into a plate shape.

工程(II)
工程(II)は、工程(I)で得られた中空シリカ粒子(A)又はコアシェル型シリカ粒子(B)を900℃以上で熱処理する工程である。
熱処理温度は、シリカの骨格が実質的に多孔質ではなく、BET比表面積を50m2/g未満にする観点から、好ましくは900〜1500℃であり、より好ましくは950〜1300℃であり、更に好ましくは980〜1200℃である。
熱処理は電気炉等を用いて行うことができ、熱処理時間は、熱処理温度等により異なるが、通常0.5〜100時間、好ましくは1〜80時間である。
本発明においては、工程(I)で中空シリカ粒子(A)を一旦製造し、これを工程(II)で900℃以上で熱処理することにより、工程(I)で得られた中空シリカ粒子(A)の基本構成を変えないで、シリカ骨格を実質的に多孔質ではないものとし、BET比表面積を小さくした中空状シリカ粒子を得ることができる。さらに粒子が球形であるため、高温処理しても形状を保持しやすく、さらに凝集しにくく、もし凝集しても容易に解砕できる。また工程(I)で得られたコアシェル型シリカ粒子(B)を直接900℃以上で熱処理して中空状シリカ粒子を得てもよいが、一旦中空シリカ粒子(A)を製造した後、更に熱処理してBET比表面積の小さくした中空状シリカ粒子を得る方法がより好ましい。
Process (II)
Step (II) is a step of heat-treating the hollow silica particles (A) or core-shell type silica particles (B) obtained in step (I) at 900 ° C. or higher.
The heat treatment temperature is preferably 900 to 1500 ° C., more preferably 950 to 1300 ° C. from the viewpoint that the silica skeleton is not substantially porous and the BET specific surface area is less than 50 m 2 / g. Preferably it is 980-1200 degreeC.
The heat treatment can be performed using an electric furnace or the like, and the heat treatment time varies depending on the heat treatment temperature and the like, but is usually 0.5 to 100 hours, preferably 1 to 80 hours.
In the present invention, hollow silica particles (A) are produced once in step (I) and heat-treated at 900 ° C. or higher in step (II), whereby hollow silica particles (A) obtained in step (I) are obtained. ), The silica skeleton is not substantially porous, and hollow silica particles with a reduced BET specific surface area can be obtained. Furthermore, since the particles are spherical, they are easy to maintain their shape even after high-temperature treatment, are less likely to aggregate, and can be easily crushed even if aggregated. In addition, the core-shell type silica particles (B) obtained in the step (I) may be directly heat-treated at 900 ° C. or more to obtain hollow silica particles. Thus, a method of obtaining hollow silica particles having a small BET specific surface area is more preferable.

[中空状シリカ粒子の製造]
本発明の比誘電率が3.5以下及び/又は誘電正接が0.01以下である板状シリカ粒子は、上記の方法で得られた、ナノ細孔が実質的に存在しない中空状シリカ粒子を粉砕する工程を含む方法により製造される。
中空状シリカ粒子の粉砕処理法としては、強い圧縮せん断力を加えることのできる方法であれば特に制限はなく、中空状板状シリカ粒子を含むスラリーを湿式粉砕処理する方法、中空状シリカ粒子粉体を乾式粉砕処理する方法が挙げられる。
[Production of hollow silica particles]
The plate-like silica particles having a relative dielectric constant of 3.5 or less and / or a dielectric loss tangent of 0.01 or less according to the present invention are hollow silica particles substantially free from nanopores obtained by the above method. Is produced by a method including a step of pulverizing.
The method for pulverizing the hollow silica particles is not particularly limited as long as a strong compressive shearing force can be applied, and a method for wet pulverizing a slurry containing hollow plate-like silica particles, hollow silica particle powder A method of dry pulverizing the body is mentioned.

湿式及び/又は乾式粉砕処理に用いることのできる粉砕装置は特に限定されない。
例えば、化学工学便覧(改訂5版)(日本化学会編、丸善株式会社発行)826〜838頁に記載の粉砕機等が挙げられ、具体的には、(1)圧力や打撃力により粉砕する装置:例えばジョークラッシャー、ジャイレトリクラシャー、ロールクラッシャー、ロールミル等、(2)高速回転するローター周辺に打撃板が固定され、ローターと打撃板とによるせん断力等によって処理物を粉砕する装置:例えばハンマーミル、インパクトクラッシャー、ピンミル等、(3)リング上にロール又はボールが押しつけられつつ回転し、その間で処理物をすりつぶして粉砕する装置:例えばリングローラーミル、リングボールミル、遠心ローラーミル、ボールベアリングミル等、(4)円筒形の粉砕室を備え、その粉砕室の中に粉砕媒体としてボールやロッドを入れて回転もしくは振動させることにより処理物を粉砕する粉砕装置:例えばボールミル、振動ミル、遊星ボールミル等、(5)円筒形の粉砕室を備え、その粉砕室にボール又はビーズ等の粉砕媒体を入れ、この媒体に挿入したディスク型やアニュラー型の攪拌機構による、せん断、摩擦作用によって処理物を粉砕する装置:例えばタワーミル、アトライター、サンドミル等が挙げられる。
これらの中では、前記(3)〜(5)のローラーやボールを媒体にして粉体同士に圧縮せん断力を付与できる粉体装置が好ましく、特に前記(4)及び(5)のボール媒体ミルが好ましい。
The pulverization apparatus that can be used for wet and / or dry pulverization is not particularly limited.
For example, the pulverizer described in pages 826 to 838 of Chemical Engineering Handbook (5th revised edition) (edited by Chemical Society of Japan, published by Maruzen Co., Ltd.), specifically, (1) Crushing by pressure or impact force Apparatus: For example, jaw crusher, gyratory crusher, roll crusher, roll mill, etc. (2) A striking plate is fixed around the rotor that rotates at high speed, and the processing object is pulverized by shearing force between the rotor and the striking plate: Hammer mill, impact crusher, pin mill, etc. (3) A device that rotates while a roll or ball is pressed on a ring and grinds and grinds the processed material between them: for example, a ring roller mill, ring ball mill, centrifugal roller mill, ball bearing (4) A cylindrical crushing chamber is provided, and a ball or the like is used as a crushing medium in the crushing chamber. A crushing device for crushing a processed product by inserting or rotating or vibrating a pad: for example, a ball mill, a vibration mill, a planetary ball mill, or the like. An apparatus for putting a medium and pulverizing the processed material by a shearing or frictional action using a disk-type or annular-type stirring mechanism inserted into the medium: for example, a tower mill, an attritor, a sand mill, and the like.
Among these, a powder device capable of imparting a compressive shear force between powders using the rollers and balls of (3) to (5) as a medium is preferable, and the ball medium mill of (4) and (5) is particularly preferable. Is preferred.

ボール媒体ミルとしては、媒体撹拌ボールミル、遊星ボールミル、振動ボールミル(円形振動ミル、旋動振動ミル、遠心ミル等)、転動ボールミル(ポットミル、チューブミル、コニカルミル等)が挙げられるが、粉砕効率及び生産性の観点から、媒体撹拌ボールミル、遊星ボールミル(公転するミル本体と同方向及び逆方向に自転するミルポットで構成)が好ましい。   Examples of the ball medium mill include a medium stirring ball mill, a planetary ball mill, a vibration ball mill (circular vibration mill, rotational vibration mill, centrifugal mill, etc.), and a rolling ball mill (pot mill, tube mill, conical mill, etc.). From the viewpoint of productivity, a medium stirring ball mill and a planetary ball mill (consisting of a mill pot that rotates in the same direction as the revolving mill body and in the opposite direction) are preferable.

媒体として用いるボールの材質に特に制限はなく、例えば、鉄、ステンレス等の高硬度金属、アルミナ、ジルコニア、ジルコン、チタニア等の高硬度セラミックス等が挙げられる。これらの中では、比較的比重が大きく、耐摩耗性の高いアルミナ、ジルコニア、チタニア等の高硬度セラミックスがより好ましい。
ボールの外径も特に制限はないが、操作性の観点から、好ましくは0.1〜100mm、より好ましくは0.5〜50mm、更に好ましくは1〜30mmである。また媒体の形状としては、ボール以外にもロッド状のものやチューブ状のものを用いることもできる。
ボール等の媒体の充填率は、機種にもよるが、粉砕効率の観点から、通常10〜97%、好ましくは20〜90%、より好ましくは25〜80%である。ここで充填率とは、ボール媒体ミルの攪拌部の容積に対するボールの見かけの体積をいう。
粉砕処理の時間は、粉砕機、媒体等の種類、中空状シリカ粒子の処理量等により異なるが、好ましくは2分〜24時間、より好ましくは5分〜5時間である。また、粉砕処理の温度は、発熱による変性等を抑制する観点から、好ましくは250℃以下、より好ましくは5〜200℃である。また、必要に応じて、窒素等の不活性ガス雰囲気下で粉砕処理することができる。
The material of the ball used as the medium is not particularly limited, and examples thereof include high-hardness metals such as iron and stainless steel, and high-hardness ceramics such as alumina, zirconia, zircon, and titania. Among these, high-hardness ceramics such as alumina, zirconia, and titania having a relatively large specific gravity and high wear resistance are more preferable.
The outer diameter of the ball is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 100 mm, more preferably 0.5 to 50 mm, and still more preferably 1 to 30 mm from the viewpoint of operability. Further, as the shape of the medium, a rod shape or a tube shape can be used in addition to the ball.
The filling rate of a medium such as a ball is usually 10 to 97%, preferably 20 to 90%, more preferably 25 to 80% from the viewpoint of grinding efficiency, although it depends on the model. Here, the filling rate refers to the apparent volume of the ball relative to the volume of the stirring unit of the ball medium mill.
The pulverization time varies depending on the type of pulverizer, medium, etc., the processing amount of the hollow silica particles, etc., but is preferably 2 minutes to 24 hours, more preferably 5 minutes to 5 hours. Further, the temperature of the pulverization treatment is preferably 250 ° C. or less, more preferably 5 to 200 ° C. from the viewpoint of suppressing denaturation due to heat generation. Moreover, it can grind | pulverize in inert gas atmosphere, such as nitrogen, as needed.

[板状シリカ粒子]
本発明の上記方法によれば、比誘電率が3.5以下及び/又は誘電正接が0.01以下である板状シリカ粒子の効率的に製造することができる。本発明の板状シリカ粒子の比誘電率は3.5以下であり、好ましくは3.3以下、より好ましくは3.0以下であり、誘電正接は0.01以下であり、好ましくは0.009以下、より好ましくは0.008以下である。比誘電率の下限である1、又は誘電正接の下限である0に近ければ近いほどよい。この板状シリカ粒子は、シリカの骨格が実質的に多孔質ではなく、比表面積が好ましくは100m2/g以下、より好ましくは80m2/g以下、更に好ましくは70m2/g以下であるものが望ましい。
また、本発明の板状シリカ粒子は、ナノ細孔が実質的に存在しない中空状シリカ粒子を粉砕処理して得られているため異方性が高く、樹脂とコンポジット化した場合の強度向上効果が優れている。
ここで、「異方性が高い」とは、粒子の短軸が他の2軸に比べ小さいこと、換言すれば、粒子の板状比(最大径/厚さ)が2を超えること、好ましくは4〜100、より好ましくは6〜80、更に好ましくは8〜50であることを意味する。また、「板状」とは、平板状(曲率0)に限定されるものではなく、曲面を有するものであってもよい。
本発明の板状シリカ粒子の厚みは、好ましくは200nm以下、より好ましくは100nm以下、更に好ましくは50nm以下であるが、厚さは均一でも均一でなくてもよい。
[Plate-like silica particles]
According to the method of the present invention, plate-like silica particles having a relative dielectric constant of 3.5 or less and / or a dielectric loss tangent of 0.01 or less can be efficiently produced. The relative dielectric constant of the plate-like silica particles of the present invention is 3.5 or less, preferably 3.3 or less, more preferably 3.0 or less, and the dielectric loss tangent is 0.01 or less, preferably 0.8. 009 or less, more preferably 0.008 or less. The closer to 1 which is the lower limit of the relative dielectric constant or 0 which is the lower limit of the dielectric loss tangent, the better. The plate-like silica particles have a silica skeleton that is not substantially porous and a specific surface area of preferably 100 m 2 / g or less, more preferably 80 m 2 / g or less, and even more preferably 70 m 2 / g or less. Is desirable.
Further, since the plate-like silica particles of the present invention are obtained by pulverizing hollow silica particles substantially free of nanopores, the anisotropy is high, and the strength improvement effect when composited with a resin Is excellent.
Here, “high anisotropy” means that the minor axis of the particle is smaller than the other two axes, in other words, the plate-like ratio (maximum diameter / thickness) of the particle exceeds 2, Means 4 to 100, more preferably 6 to 80, still more preferably 8 to 50. Further, the “plate shape” is not limited to a flat plate shape (curvature 0), and may have a curved surface.
The thickness of the plate-like silica particles of the present invention is preferably 200 nm or less, more preferably 100 nm or less, and even more preferably 50 nm or less, but the thickness may be uniform or not uniform.

製造例、及び実施例で得られた中空状シリカ粒子の各種測定は、以下の方法により行った。
(1)粉末X線回折(XRD)の測定
粉末X線回折装置(理学電機工業株式会社製、商品名:RINT2500VPC)を用いて、X線源:Cu-kα、管電圧:40mA、管電流:40kV、サンプリング幅:0.02°、発散スリット:1/2°、発散スリット縦:1.2mm、散乱スリット:1/2°、及び受光スリット:0.15mmの条件で粉末X線回折測定を行った。走査範囲を回折角(2θ)1〜70°、走査速度を4.0°/分とした連続スキャン法を用いた。なお、測定は、粉砕した試料をアルミニウム板に詰めて行った。
(2)粒子形状の観察
電解放射型高分解能走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所社製、商品名:FE−SEM S−4000)を用いて粒子形状の観察を行った。
(3)平均一次粒子径、平均中空部径、及び平均外殻部厚みの測定
透過型電子顕微鏡(TEM)(日本電子株式会社製、商品名:JEM−2100)を用いて加速電圧160kVで粒子の観察を行った。20〜30個の粒子が含まれる5視野中の全粒子の直径、中空部径、及び外殻部厚みを写真上で実測し、平均一次粒子径、平均中空部径、及び平均外殻部厚みを求めた。なお、観察は、高分解能用カーボン支持膜付きCuメッシュ(応研商事株式会社製、200−Aメッシュ)に付着させ、余分な試料をブローで除去したものを用いて行った。
(4)BET比表面積、及び平均細孔径の測定
比表面積・細孔分布測定装置(株式会社島津製作所製、商品名:ASAP2020)を用いて、液体窒素を用いた多点法でBET比表面積を測定し、パラメータCが正になる範囲で値を導出した。平均細孔径の導出にはBJH法を採用し、そのピーク値の細孔径を平均細孔径とした。試料には250℃で5時間の前処理を施した。
Various measurements of the hollow silica particles obtained in Production Examples and Examples were performed by the following methods.
(1) Measurement of powder X-ray diffraction (XRD) Using a powder X-ray diffraction apparatus (manufactured by Rigaku Denki Kogyo Co., Ltd., trade name: RINT2500VPC), X-ray source: Cu-kα, tube voltage: 40 mA, tube current: Powder X-ray diffraction measurement was performed under the conditions of 40 kV, sampling width: 0.02 °, divergence slit: 1/2 °, divergence slit length: 1.2 mm, scattering slit: 1/2 °, and light receiving slit: 0.15 mm. went. A continuous scanning method was used in which the scanning range was a diffraction angle (2θ) of 1 to 70 ° and the scanning speed was 4.0 ° / min. The measurement was performed by packing the pulverized sample in an aluminum plate.
(2) Observation of particle shape The particle shape was observed using an electrolytic emission type high resolution scanning electron microscope (manufactured by Hitachi, Ltd., trade name: FE-SEM S-4000).
(3) Measurement of average primary particle diameter, average hollow part diameter, and average outer shell part thickness Particles at an acceleration voltage of 160 kV using a transmission electron microscope (TEM) (trade name: JEM-2100, manufactured by JEOL Ltd.) Was observed. The diameter, hollow diameter, and outer shell thickness of all particles in five fields of view containing 20-30 particles were measured on a photograph, and the average primary particle diameter, average hollow diameter, and average outer shell thickness were measured. Asked. In addition, observation was performed using what attached to Cu mesh (200-A mesh by Oken Shoji Co., Ltd.) with the carbon support film for high resolution, and removed the excess sample by the blow.
(4) Measurement of BET specific surface area and average pore diameter Using a specific surface area / pore distribution measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name: ASAP2020), the BET specific surface area is determined by a multipoint method using liquid nitrogen. Measurements were made and values were derived in the range where parameter C was positive. The BJH method was adopted to derive the average pore diameter, and the pore diameter at the peak value was defined as the average pore diameter. The sample was pretreated at 250 ° C. for 5 hours.

(5)比誘電率、誘電正接の測定
アジレント社製のE8361A 10MHz -67GHz PNA Series Network Analyzerに関東電子応用開発製の誘電率測定装置(共振器、5.8GHz)を接続した装置を使用して、空洞共振器摂動法を用いて、5.8GHzにて誘電率及び誘電正接を測定した。
粉末サンプルをそのまま測定することは困難であるため、フロンケミカル製の熱収縮チューブ(PFA−1.5)を長さ10cmに切断し、片側にシールテープを3〜5mm詰め込み密栓したセルを作成し、この中にサンプルを充填し測定に用いた。サンプルの真密度、重量と体積より、サンプルの充填率を計算し、測定を行った。
空洞共振器摂動法は、特定周波数で共振している共振器内部が空の場合とサンプル(誘電体)が挿入されている場合の共振周波数のずれと、ピークの鋭さを表すQ値の変移から誘電率を算出するため、測定時のブランクには空のセルを用い、サンプルのみが測定されるようにした。
(5) Measurement of relative permittivity and dielectric loss tangent E8361A 10MHz-67GHz made by Agilent PNA Series Network Analyzer Using a device connected to a dielectric constant measuring device (resonator, 5.8GHz) made by Kanto Electronics Application Development The dielectric constant and dielectric loss tangent were measured at 5.8 GHz using the cavity resonator perturbation method.
Since it is difficult to measure a powder sample as it is, a heat-shrinkable tube (PFA-1.5) manufactured by Freon Chemical is cut into a length of 10 cm, and a cell with 3 to 5 mm of sealing tape packed on one side is prepared. A sample was filled in this and used for measurement. From the true density, weight and volume of the sample, the filling rate of the sample was calculated and measured.
The cavity resonator perturbation method is based on the deviation of the resonance frequency when the inside of the resonator that resonates at a specific frequency is empty and when a sample (dielectric material) is inserted, and the change in the Q value that represents the sharpness of the peak. In order to calculate the dielectric constant, an empty cell was used as a blank at the time of measurement, and only a sample was measured.

製造例1(中空シリカ粒子(A1)の製造)
20L反応槽に、水16kg、25%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド66g、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド68g、及び日本ペイント製ポリマー粒子「ファインスフィアFS−501」(カチオン性アクリル樹脂、平均粒子径500nm)192gを入れて撹拌し、その水溶液に、テトラメトキシシラン68gをゆっくりと加え、室温(25℃)で5時間撹拌した後、12時間熟成させた。
次いで、得られた白色沈殿物を、孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過した後、10Lの水で洗浄し、100℃の温度条件で5時間乾燥し、コアシェル型シリカ粒子であるシリカ粒子を得た。
得られた乾燥粉末を、焼成炉(株式会社モトヤマ製、商品名:SK−2535E)を用いて、エアーフロー(3L/min)しながら1℃/分の速度で600℃まで昇温し、600℃で2時間焼成することにより有機成分を除去し、中空シリカ粒子(A1)を得た。
この中空シリカ粒子(A1)の粉末について、粉末X線回折(XRD)測定を行った結果、中空シリカ粒子(A1)結晶格子面間隔(d)=2.9nmの非常に強いピーク、d=1.7nm及びd=1.5nmの弱いピークにより、この中空シリカ粒子(A1)のメソ細孔がヘキサゴナル配列を有することを確認した。d=1.0nm未満の領域にXRDピークは見られなかった。また、SEM観察により、この中空シリカ粒子(A1)の粒子形状が球状であることを確認した。
さらに、TEM観察より、この中空シリカ粒子(A1)が中空構造を有し、平均一次粒子径が560nm、平均中空部径が530nm、平均外殻部厚みが20nmであり、外殻部がヘキサゴナル配列を示す均一なメソ細孔を有し、そのメソ細孔が粒子中心から外殻部の外側に向かって放射状に貫通していることを確認した。全ての一次粒子が平均一次粒子径±30%以内の一次粒子径を有していた。
また、この中空シリカ粒子(A1)粉末は、BET比表面積が1300m2/g、平均細孔径が1.7nmであった。また中空シリカ粒子(A1)粉末の電気特性を測定した結果、誘電率は2.86、誘電正接は0.0017であった。
Production Example 1 (Production of hollow silica particles (A1))
In a 20 L reactor, 16 kg of water, 66 g of 25% tetramethylammonium hydroxide, 68 g of dodecyltrimethylammonium bromide, and 192 g of polymer particles “Fine Sphere FS-501” (cationic acrylic resin, average particle diameter 500 nm) made by Nippon Paint The aqueous solution was slowly added with 68 g of tetramethoxysilane, stirred at room temperature (25 ° C.) for 5 hours, and then aged for 12 hours.
Next, the obtained white precipitate is filtered through a membrane filter having a pore size of 0.2 μm, washed with 10 L of water, and dried at a temperature of 100 ° C. for 5 hours to obtain silica particles that are core-shell type silica particles. It was.
The obtained dry powder was heated to 600 ° C. at a rate of 1 ° C./min with an air flow (3 L / min) using a baking furnace (manufactured by Motoyama Co., Ltd., trade name: SK-2535E). The organic component was removed by baking at 2 ° C. for 2 hours to obtain hollow silica particles (A1).
As a result of powder X-ray diffraction (XRD) measurement of the powder of the hollow silica particles (A1), the hollow silica particles (A1) had a very strong peak with a crystal lattice spacing (d) = 2.9 nm, d = 1 It was confirmed by the weak peaks of 0.7 nm and d = 1.5 nm that the mesopores of the hollow silica particles (A1) had a hexagonal arrangement. No XRD peak was observed in the region of d = 1.0 nm or less. Further, it was confirmed by SEM observation that the hollow silica particles (A1) had a spherical particle shape.
Furthermore, from TEM observation, the hollow silica particles (A1) have a hollow structure, the average primary particle diameter is 560 nm, the average hollow part diameter is 530 nm, the average outer shell part thickness is 20 nm, and the outer shell part is a hexagonal array. It was confirmed that the mesopores showed a radial direction from the center of the particle toward the outside of the outer shell. All primary particles had a primary particle size within an average primary particle size of ± 30%.
The hollow silica particles (A1) powder had a BET specific surface area of 1300 m 2 / g and an average pore diameter of 1.7 nm. As a result of measuring the electrical characteristics of the hollow silica particles (A1), the dielectric constant was 2.86 and the dielectric loss tangent was 0.0017.

実施例1
製造例1で得られた中空シリカ粒子(A1)50gをアルミナ製るつぼに移し、株式会社モトヤマ製の高速昇温電気炉、商品名:SK−2535Eを用いて、空気下1000℃で72時間焼成し、中空状シリカ粒子を得た。
焼成後の中空状シリカ粒子の平均細孔径測定においては、1nm以上にピークがないことを確認した。また粉末X線回折測定において、結晶格子面間隔(d)が1nm未満の範囲に相当する回折角(2θ)にピークがないことを確認した。またTEM観察より、この中空状シリカ粒子が中空構造を有し、平均一次粒子径が420nm、平均中空部径が390nm、平均外殻部厚みが15nmであることを確認した。
続いて上記の方法で得られた中空状シリカ粒子の粉砕を行った。ポリプロピレン製プラスチックボトル(500ml)に中空状シリカ粒子20gを入れ、さらにジルコニアビーズ(アズワン製、10mm)をボトルに対し80%程度の充填率となるよう加えた。ボトルを密閉し、ミックスローターVMR−5(井内盛栄堂製)に設置し、80rpmの速度で12時間粉砕した。
得られたサンプルの形状をSEMで観察すると、中空状シリカ粒子は十分に粉砕され、板状粒子が生成していた。この板状粒子の平均部厚みは15nm、比表面積は47m2/gであった。また、板状粒子粉末の電気特性を測定した結果、誘電率は2.89、誘電正接は0.0065であった。
図1に、焼成後の中空状シリカ粒子のSEM像を示し、図2に、該中空状シリカ粒子を粉砕して得られた板状粒子のSEM像を示す。
Example 1
50 g of the hollow silica particles (A1) obtained in Production Example 1 were transferred to an alumina crucible and calcined at 1000 ° C. for 72 hours in air using a high-temperature heating electric furnace manufactured by Motoyama Co., Ltd., trade name: SK-2535E. As a result, hollow silica particles were obtained.
In the measurement of the average pore diameter of the hollow silica particles after firing, it was confirmed that there was no peak at 1 nm or more. Further, in the powder X-ray diffraction measurement, it was confirmed that there was no peak in the diffraction angle (2θ) corresponding to the range where the crystal lattice spacing (d) was less than 1 nm. From TEM observation, it was confirmed that the hollow silica particles had a hollow structure, the average primary particle diameter was 420 nm, the average hollow part diameter was 390 nm, and the average outer shell part thickness was 15 nm.
Subsequently, the hollow silica particles obtained by the above method were pulverized. 20 g of hollow silica particles were placed in a polypropylene plastic bottle (500 ml), and zirconia beads (manufactured by ASONE, 10 mm) were further added so that the filling rate was about 80% of the bottle. The bottle was sealed, placed in a mix rotor VMR-5 (manufactured by Inoue Seieido), and pulverized at a speed of 80 rpm for 12 hours.
When the shape of the obtained sample was observed with an SEM, the hollow silica particles were sufficiently pulverized to produce plate-like particles. The average thickness of the plate-like particles was 15 nm, and the specific surface area was 47 m 2 / g. As a result of measuring the electrical properties of the plate-like particle powder, the dielectric constant was 2.89 and the dielectric loss tangent was 0.0065.
FIG. 1 shows an SEM image of the hollow silica particles after firing, and FIG. 2 shows an SEM image of plate-like particles obtained by pulverizing the hollow silica particles.

本発明の製造方法は、比誘電率又は誘電正接が低く、異方性が高い板状シリカ粒子の効率的な製造方法として有用である。
得られた板状シリカ粒子は、異方性が高いため、樹脂とコンポジット化した場合の強度向上効果が優れており、低誘電率材料として広汎な用途に使用できる。
The production method of the present invention is useful as an efficient method for producing plate-like silica particles having a low relative dielectric constant or dielectric loss tangent and high anisotropy.
Since the obtained plate-like silica particles have high anisotropy, the effect of improving the strength when composited with a resin is excellent, and can be used for a wide range of applications as a low dielectric constant material.

Claims (9)

ナノ細孔が実質的に存在せず、BET比表面積が70m 2 /g以下である中空状シリカ粒子を粉砕する工程を含む、比誘電率が3.5以下及び/又は誘電正接が0.01以下であり、粒子の板状比(最大径/厚さ)が4〜100である、板状シリカ粒子の製造方法。 Including a step of pulverizing hollow silica particles substantially free of nanopores and having a BET specific surface area of 70 m 2 / g or less, and having a relative dielectric constant of 3.5 or less and / or a dielectric loss tangent of 0.01 A method for producing plate-like silica particles, wherein the plate-like ratio (maximum diameter / thickness) of the particles is 4 to 100 . 中空状シリカ粒子が、900〜1200℃で熱処理して得られた中空状シリカ粒子である、請求項1に記載の板状シリカ粒子の製造方法。 The method for producing plate-like silica particles according to claim 1, wherein the hollow silica particles are hollow silica particles obtained by heat treatment at 900 to 1200 ° C. 中空状シリカ粒子の外殻の平均厚みが200nm以下である、請求項1又は2に記載の板状シリカ粒子の製造方法。   The method for producing plate-like silica particles according to claim 1 or 2, wherein the average thickness of the outer shell of the hollow silica particles is 200 nm or less. 板状シリカ粒子の厚みが100nm以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の板状シリカ粒子の製造方法。The manufacturing method of the plate-like silica particle in any one of Claims 1-3 whose thickness of a plate-like silica particle is 100 nm or less. 中空状シリカ粒子が下記の工程(I)及び(II)を含む方法により製造されたものである、請求項1〜4のいずれかに記載の板状シリカ粒子の製造方法。The method for producing plate-like silica particles according to any one of claims 1 to 4, wherein the hollow silica particles are produced by a method comprising the following steps (I) and (II).
工程(I):粒子内部に空気を含有する中空シリカ粒子(A)、又は焼成により消失して中空部位を形成する材料を内包するコアシェル型シリカ粒子(B)を調製する工程。  Step (I): A step of preparing hollow silica particles (A) containing air inside the particles, or core-shell type silica particles (B) containing a material that disappears by firing to form a hollow part.
工程(II):工程(I)で得られた中空シリカ粒子(A)又はコアシェル型シリカ粒子(B)を900〜1200℃で熱処理する工程。  Step (II): a step of heat-treating the hollow silica particles (A) or the core-shell type silica particles (B) obtained in the step (I) at 900 to 1200 ° C.
中空シリカ粒子(A)又はコアシェル型シリカ粒子(B)が、下記工程A〜Dを含む方法により製造されたものである、請求項5に記載の板状シリカ粒子。The plate-like silica particles according to claim 5, wherein the hollow silica particles (A) or the core-shell type silica particles (B) are produced by a method comprising the following steps A to D.
工程A:ポリマー粒子(a−1)を0.1〜50グラム/L、又は疎水性有機化合物(a−2)を0.1〜100ミリモル/Lと、下記一般式(1)及び(2)で表される第四級アンモニウム塩から選ばれる1種以上(b)を0.1〜100ミリモル/L、及び加水分解によりシラノール化合物を生成するシリカ源(c)を0.1〜100ミリモル/L含有する水溶液を調製する工程。  Step A: 0.1 to 50 g / L of the polymer particles (a-1) or 0.1 to 100 mmol / L of the hydrophobic organic compound (a-2), and the following general formulas (1) and (2) And 0.1 to 100 mmol / L of one or more (b) selected from quaternary ammonium salts represented by the formula (1)) and 0.1 to 100 mmol of silica source (c) that produces a silanol compound by hydrolysis. Step of preparing an aqueous solution containing / L.
[R    [R 11 (R(R 3Three ) 3Three N]N] ++ X -- (1)             (1)
[R    [R 11 R 22 (R(R 3Three ) 22 N]N] ++ X -- (2)          (2)
(式中、R(Wherein R 11 及びRAnd R 22 は、それぞれ独立に炭素数4〜22の直鎖状又は分岐状アルキル基を示し、REach independently represents a linear or branched alkyl group having 4 to 22 carbon atoms; 3Three は炭素数1〜3のアルキル基を示し、Xは1価陰イオンを示す。)Represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and X represents a monovalent anion. )
工程B:工程Aで得られた水溶液を10〜100℃の温度で撹拌して、シリカから構成される外殻を有し、かつ核にポリマー粒子(a−1)又は疎水性有機化合物(a−2)を有するコアシェル型シリカ粒子の水分散液を調製する工程  Step B: The aqueous solution obtained in Step A is stirred at a temperature of 10 to 100 ° C., has an outer shell composed of silica, and has polymer particles (a-1) or a hydrophobic organic compound (a -2) to prepare an aqueous dispersion of core-shell type silica particles
工程C:工程Bで得られた水分散液からコアシェル型シリカ粒子(B)を分離する工程  Step C: Step of separating the core-shell type silica particles (B) from the aqueous dispersion obtained in Step B
工程D:工程Cで得られたコアシェル型シリカ粒子(B)を焼成して、中空シリカ粒子(A)を得る工程  Step D: A step of firing the core-shell type silica particles (B) obtained in Step C to obtain hollow silica particles (A).
請求項1〜のいずれかに記載の製造方法により得られた、比誘電率が3.5以下及び/又は誘電正接が0.01以下である板状シリカ粒子。 Claim 1 obtained by the production method according to any one of 6, a relative dielectric constant of 3.5 or less and / or a dielectric loss tangent is 0.01 or less plate-shaped silica particles. シリカの骨格が実質的に多孔質ではないものである、請求項に記載の板状シリカ粒子。 The plate-like silica particles according to claim 7 , wherein the silica skeleton is not substantially porous. 比表面積が702/g以下である、請求項7又は8に記載の板状シリカ粒子。 The plate-like silica particles according to claim 7 or 8 , wherein the specific surface area is 70 m 2 / g or less.
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