JP5465884B2 - Method for producing mixed powder containing silicon fine particles - Google Patents

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Description

本発明は、紫外線の吸収特性を有する、ケイ素微粒子を含む混合粉体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a mixed powder containing silicon fine particles having ultraviolet absorption characteristics.

ナノメートル単位の粒径に微細化された物質(ナノ粒子という)は、電子状態の変化に伴って特異な電磁的効果を発現する。また、物質がナノ粒子にされると、物質の表面積が増大することにより、塊状で存在するときとは異なる特性を発現することが知られている。   A substance (referred to as a nanoparticle) miniaturized to a particle size of nanometer unit develops a unique electromagnetic effect as the electronic state changes. In addition, it is known that when a substance is made into nanoparticles, the surface area of the substance increases, thereby expressing different characteristics from those in the case where the substance is present in a lump.

例えば、ケイ素微粒子と酸化ケイ素微粒子の複合体(ケイ素微粒子を含む混合粉体という)は、紫外線の吸収特性を有する。ケイ素微粒子を含む混合粉体の均一分散液は、例えば、紫外線(UV)カット用化粧品として使用される。   For example, a composite of silicon fine particles and silicon oxide fine particles (referred to as a mixed powder containing silicon fine particles) has ultraviolet absorption characteristics. A uniform dispersion of mixed powder containing silicon fine particles is used, for example, as an ultraviolet (UV) cut cosmetic.

特開平6―279015号JP-A-6-279015

従来の方法では、混合粉体は塊状になっているため、粉砕、分級などの処理を行わないと、混合粉体の均一分散液を作成することが困難であった。   In the conventional method, since the mixed powder is agglomerated, it has been difficult to prepare a uniform dispersion of the mixed powder unless processing such as pulverization and classification is performed.

本発明は、溶媒中で分散されやすく、分散安定性に優れたケイ素微粒子の混合粉体を大量且つ簡便に製造することが可能なケイ素微粒子の混合粉体の製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for producing a mixed powder of silicon fine particles that can be easily and easily produced in a large amount in a mixed powder of silicon fine particles that is easily dispersed in a solvent and has excellent dispersion stability. To do.

上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有する。まず、本発明の第1の特徴は、不活性雰囲気下においてケイ素源と炭素源を含む混合物を焼成する工程(S1)と、前記焼成する工程で生成されたガスを不活性雰囲気から抜き出し、急冷してケイ素微粒子を含む混合粉体を得る工程(S2)と、前記混合粉体を所定の溶媒とともに粉砕する工程(S3)とを有することを要旨とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention has the following features. First, the first feature of the present invention is that a step (S1) of firing a mixture containing a silicon source and a carbon source in an inert atmosphere, and a gas generated in the firing step are extracted from the inert atmosphere and rapidly cooled. And a step (S2) of obtaining a mixed powder containing silicon fine particles and a step (S3) of pulverizing the mixed powder together with a predetermined solvent.

本発明の特徴によれば、不活性雰囲気下においてケイ素源と炭素源を含む混合物を焼成するときに生成されるガスを不活性雰囲気から抜き出して急冷することにより、ケイ素微粒子を含む混合粉体が得られる。従って、プラズマによりケイ素電極を蒸発させてケイ素微粒子を生成する従来方法に比べて、製造工程がより簡便になるとともにケイ素微粒子を大量に製造することが可能である。   According to a feature of the present invention, a mixed powder containing silicon fine particles is obtained by extracting a gas generated when a mixture containing a silicon source and a carbon source is fired in an inert atmosphere from the inert atmosphere and quenching. can get. Therefore, the manufacturing process becomes simpler and a large amount of silicon fine particles can be produced as compared with the conventional method of producing silicon fine particles by evaporating the silicon electrode with plasma.

また、本発明の特徴によれば、混合粉体を所定の溶媒とともに粉砕することにより、所定の溶媒中で分散されやすく、分散安定性に優れたケイ素微粒子の混合粉体を製造することができる。   Further, according to the feature of the present invention, by mixing the mixed powder together with a predetermined solvent, it is possible to produce a mixed powder of silicon fine particles that is easily dispersed in the predetermined solvent and has excellent dispersion stability. .

本発明の第2の特徴は、本発明の第1の特徴に係り、粉砕された前記混合粉体を含む前記所定の溶媒から所定のサイズ以下のケイ素微粒子を分離する工程(S4)を更に有することを要旨とする。   The second feature of the present invention relates to the first feature of the present invention, and further includes a step (S4) of separating silicon fine particles having a predetermined size or less from the predetermined solvent containing the pulverized mixed powder. This is the gist.

本発明の第3の特徴は、本発明の第2の特徴に係り、前記分離する工程では、遠心分離法が用いられることを要旨とする。   The third feature of the present invention relates to the second feature of the present invention, and is summarized in that a centrifugal separation method is used in the separating step.

本発明の第4の特徴は、本発明の第1の特徴に係り、前記粉砕する工程では、ボールミルによる粉砕法が用いられることを要旨とする。   A fourth feature of the present invention relates to the first feature of the present invention, and is summarized in that a pulverizing method using a ball mill is used in the pulverizing step.

本発明の第5の特徴は、本発明の第4の特徴に係り、前記粉砕する工程は、湿式粉砕であることを要旨とする。   A fifth feature of the present invention relates to the fourth feature of the present invention, and is summarized in that the pulverizing step is wet pulverization.

本発明の第6の特徴は、本発明の第1乃至第5の何れか一つの特徴に係り、前記ケイ素源がエチルシリケートであることを要旨とする。   A sixth feature of the present invention relates to any one of the first to fifth features of the present invention, and is summarized in that the silicon source is ethyl silicate.

本発明の第7の特徴は、本発明の第1乃至第6の何れか一つの特徴に係り、前記炭素源がフェノール樹脂であることを要旨とする。   A seventh feature of the present invention relates to any one of the first to sixth features of the present invention, and is summarized in that the carbon source is a phenol resin.

本発明は、溶媒中で分散されやすく、分散安定性に優れたケイ素微粒子の混合粉体を大量且つ簡便に製造することが可能なケイ素微粒子を含む混合粉体の製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for producing a mixed powder containing silicon fine particles, which can easily produce a mixed powder of silicon fine particles which is easily dispersed in a solvent and has excellent dispersion stability in a large amount. And

本発明の実施形態に係るケイ素微粒子を含む混合粉体を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the mixed powder containing the silicon fine particle which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るケイ素微粒子の製造装置を説明する構成図である。It is a lineblock diagram explaining the manufacture device of the silicon particulates concerning the embodiment of the present invention. ケイ素微粒子を含む混合粉体の透過型電子顕微鏡写真を示す。The transmission electron micrograph of the mixed powder containing silicon fine particles is shown. ケイ素微粒子を含む混合粉体の透過型電子顕微鏡写真を示す。The transmission electron micrograph of the mixed powder containing silicon fine particles is shown.

本発明に係るケイ素微粒子を含む混合粉体の実施形態について、図面を参照しながら説明する。具体的には、(1)ケイ素微粒子を含む混合粉体、(2)ケイ素源及び炭素源、(3)ケイ素微粒子の製造装置、(4)実施例、(5)ケイ素微粒子の分散性の評価、(6)作用・効果、及び(7)その他の実施形態について説明する。   An embodiment of a mixed powder containing silicon fine particles according to the present invention will be described with reference to the drawings. Specifically, (1) mixed powder containing silicon fine particles, (2) silicon source and carbon source, (3) production apparatus for silicon fine particles, (4) examples, (5) evaluation of dispersibility of silicon fine particles , (6) Actions and effects, and (7) Other embodiments will be described.

(1)ケイ素微粒子を含む混合粉体
炭化ケイ素焼結体を製造する過程で、炭化ケイ素粉末を製造する方法の一例として、高純度の炭化ケイ素前駆体(高純度プリカーサという)を焼成する方法がある。高純度のプリカーサとは、ケイ素源と炭素源と、重合又は架橋触媒とを均質に混合して得られる混合物である。
(1) Mixed powder containing silicon fine particles In the process of producing a silicon carbide sintered body, as an example of a method for producing silicon carbide powder, there is a method of firing a high-purity silicon carbide precursor (referred to as a high-purity precursor). is there. The high purity precursor is a mixture obtained by homogeneously mixing a silicon source, a carbon source, and a polymerization or crosslinking catalyst.

この高純度プリカーサから炭化ケイ素粉末を製造する工程では、ケイ素源と炭素源とを混合した後、混合物を非酸化雰囲気下において、1600℃以上の温度で加熱すると、炭化ケイ素(SiC)粉体が得られる。   In the process of producing silicon carbide powder from this high-purity precursor, the silicon source and the carbon source are mixed, and then the mixture is heated at a temperature of 1600 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere, whereby silicon carbide (SiC) powder is obtained. can get.

すなわち、高純度プリカーサから炭化ケイ素粉末を製造する工程では、不活性雰囲気下(非酸化雰囲気下)において、(1),(2)式に示す化学反応により、一酸化ケイ素(SiO)ガスを経由して炭化ケイ素が生成される。この方法によると、炭化ケイ素は、粉体として取り出される。   That is, in the process of producing silicon carbide powder from a high-purity precursor, it passes through silicon monoxide (SiO) gas by a chemical reaction represented by the formulas (1) and (2) in an inert atmosphere (non-oxidizing atmosphere). As a result, silicon carbide is produced. According to this method, silicon carbide is extracted as a powder.

SiO+C→SiO+CO …(1)
SiO+2C→SiC+CO …(2)
SiO 2 + C → SiO + CO (1)
SiO + 2C → SiC + CO (2)

本発明者らは、炭化ケイ素が生成された後の不活性雰囲気から抜き出したガスを1600℃未満の温度まで速やかに冷却すると、(3)式に示す化学反応が起こることにより、ケイ素(Si)と二酸化ケイ素(SiO)とを含む混合粉体が得られることを見出した。 When the present inventors rapidly cool the gas extracted from the inert atmosphere after the silicon carbide is generated to a temperature of less than 1600 ° C., the chemical reaction represented by the formula (3) occurs, so that silicon (Si) It has been found that mixed powders containing silicon dioxide (SiO 2 ) can be obtained.

2SiO→Si+SiO …(3)
上述のように、本発明の実施形態として示すケイ素微粒子を含む混合粉体は、高純度プリカーサを焼成する工程で副生成物として生成されたガスからケイ素微粒子を分離するというものである。
2SiO → Si + SiO 2 (3)
As described above, the mixed powder containing silicon fine particles shown as an embodiment of the present invention is to separate silicon fine particles from the gas generated as a by-product in the step of firing a high purity precursor.

図1は、ケイ素微粒子を含む混合粉体を説明するフローチャートである。図1に示すように、ケイ素微粒子を含む混合粉体は、焼成工程S1と、急冷工程S2と、粉砕工程S3とを有する。   FIG. 1 is a flowchart illustrating a mixed powder containing silicon fine particles. As shown in FIG. 1, the mixed powder containing silicon fine particles has a firing step S1, a rapid cooling step S2, and a pulverizing step S3.

焼成工程S1は、少なくとも1種以上のケイ素化合物を含むケイ素源と、加熱により炭素を生成する有機化合物を少なくとも1種以上含む炭素源と、重合又は架橋触媒とを混合した混合物(高純度プリカーサという)を不活性雰囲気下において焼成する工程である。ケイ素源は、例えば、エチルシリケートである。また、炭素源は、例えば、フェノール樹脂である。ケイ素源及び炭素源の詳細は、後述する。   The firing step S1 is a mixture (referred to as a high-purity precursor) in which a silicon source containing at least one silicon compound, a carbon source containing at least one organic compound that generates carbon by heating, and a polymerization or crosslinking catalyst are mixed. ) In an inert atmosphere. The silicon source is, for example, ethyl silicate. The carbon source is, for example, a phenol resin. Details of the silicon source and the carbon source will be described later.

急冷工程S2は、焼成工程で高純度プリカーサを焼成した際に生成されたガスを不活性雰囲気から抜き出し、急冷する工程である。すなわち、高純度プリカーサを焼成することによって炭化ケイ素を生成する反応の副生成物であるガスを取り出し、冷却する。   The rapid cooling step S2 is a step in which the gas generated when the high-purity precursor is fired in the firing step is extracted from the inert atmosphere and rapidly cooled. That is, a gas which is a by-product of the reaction for generating silicon carbide by firing a high-purity precursor is taken out and cooled.

副生成物としてのガスを上記条件で冷却すると、ケイ素微粒子を含む混合粉体が得られる。   When the gas as a by-product is cooled under the above conditions, a mixed powder containing silicon fine particles is obtained.

粉砕工程S3は、急冷工程S2で得られた混合粉体を所定の溶媒とともに粉砕する。溶媒は、水、または有機溶媒を含む。粉砕工程S3は、遊星ボールミルを用いた湿式粉砕である。粉砕工程S3では、遊星ボールミル、及び粉砕中の混合粉体が含有された懸濁液の温度上昇を避けるため、粉砕と停止とを交互に行う。   In the pulverization step S3, the mixed powder obtained in the rapid cooling step S2 is pulverized together with a predetermined solvent. The solvent includes water or an organic solvent. The pulverization step S3 is wet pulverization using a planetary ball mill. In the pulverization step S3, the planetary ball mill and the suspension containing the mixed powder being pulverized are alternately pulverized and stopped in order to avoid a temperature rise.

ケイ素微粒子を含む混合粉体は、更に、分離工程S4を有する。分離工程S4では、粉砕工程S3において粉砕された混合粉体を含むスラリーから所定のサイズ以下のケイ素微粒子を含んだ分散媒を分離する。分離工程S4では、遠心分離法を用いる。   The mixed powder containing silicon fine particles further has a separation step S4. In the separation step S4, a dispersion medium containing silicon fine particles having a predetermined size or less is separated from the slurry containing the mixed powder pulverized in the pulverization step S3. In the separation step S4, a centrifugal separation method is used.

(2)ケイ素源及び炭素源
(2−1)ケイ素源
上記ケイ素化合物を含むケイ素源は、液状のケイ素化合物、加水分解性ケイ素化合物より合成されたケイ素質固体とを含む群より選ばれる少なくとも1種のケイ素含有原料である。液状のケイ素源と固体のケイ素源とを併用することができる。複数種類のケイ素源を用いる場合、少なくとも1種は液状である。
(2) Silicon source and carbon source (2-1) Silicon source The silicon source containing the silicon compound is at least one selected from the group comprising a liquid silicon compound and a silicon solid synthesized from a hydrolyzable silicon compound. A seed containing silicon. A liquid silicon source and a solid silicon source can be used in combination. When a plurality of types of silicon sources are used, at least one type is liquid.

液状のケイ素源とは、アルコキシシラン(モノ−、ジ−、トリ−、テトラ−)及びテトラアルコキシシランの重合体である。アルコキシシランの中では、テトラアルコキシシランが好適に用いられる。具体的には、メトキシシラン、エトキシシラン、プロポキシシラン、ブトキシシラン等が挙げられる。原料物質の扱い易さから、エトキシシランを用いることが好ましい。   The liquid silicon source is a polymer of alkoxysilane (mono-, di-, tri-, tetra-) and tetraalkoxysilane. Among the alkoxysilanes, tetraalkoxysilane is preferably used. Specific examples include methoxysilane, ethoxysilane, propoxysilane, butoxysilane and the like. In view of easy handling of the raw material, ethoxysilane is preferably used.

テトラアルコキシシランの重合体としては、重合度が2〜15程度の低分子量重合体(オリゴマー)、及び重合度が高く液状を呈するケイ酸ポリマーが挙げられる。これらと併用可能な固体状のケイ素源としては、酸化ケイ素が挙げられる。   Examples of the tetraalkoxysilane polymer include a low molecular weight polymer (oligomer) having a polymerization degree of about 2 to 15 and a silicate polymer having a high polymerization degree and exhibiting a liquid state. Examples of the solid silicon source that can be used in combination with these include silicon oxide.

酸化ケイ素は、SiO、シリカゲル(コロイド状超微細シリカ含有液、内部に水酸基、アルコキシル基など)、二酸化ケイ素(微細シリカ、石英粉末など)等を含む。   Silicon oxide includes SiO, silica gel (colloidal ultrafine silica-containing liquid, hydroxyl group, alkoxyl group, etc. inside), silicon dioxide (fine silica, quartz powder, etc.) and the like.

また、ケイ素含有原料として、加水分解性ケイ酸化合物をトリメチル化して得られる1群のポリマー、加水分解性ケイ素化合物と1価もしくは多価アルコール(例えば、ジオール、トリオール)とのエステル(例えば、四塩化ケイ素とエタノールとの反応で合成されるエチルシリケート)、加水分解性ケイ素化合物と有機化合物との反応で得られたエステル以外の反応生成物(例えば、テトラメチルシラン、ジメチルジフェニルシラン、ポリジメチルシラン)等のケイ素化合物が挙げられる。   In addition, as a silicon-containing raw material, a group of polymers obtained by trimethylation of a hydrolyzable silicic acid compound, an ester of a hydrolyzable silicon compound and a monovalent or polyhydric alcohol (for example, diol, triol) (for example, four Ethyl silicate synthesized by the reaction of silicon chloride and ethanol), reaction products other than esters obtained by the reaction of hydrolyzable silicon compounds and organic compounds (for example, tetramethylsilane, dimethyldiphenylsilane, polydimethylsilane) ) And the like.

加水分解性ケイ素化合物より合成されたケイ素質固体は、高温の非酸化性雰囲気中(不活性雰囲気中)で炭素と反応して炭化ケイ素を生成するものであればよい。ケイ素質固体の好ましい例は、四塩化ケイ素の加水分解により得られる無定型シリカ微粉末である。   The silicon solid synthesized from the hydrolyzable silicon compound may be any substance that reacts with carbon to form silicon carbide in a high-temperature non-oxidizing atmosphere (in an inert atmosphere). A preferred example of the siliceous solid is amorphous silica fine powder obtained by hydrolysis of silicon tetrachloride.

ケイ素源は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。これらケイ素源の中でも、均質性やハンドリング性が良好な観点から、テトラエトキシシランのオリゴマー、又はテトラエトキシシランのオリゴマーと微粉末シリカとの混合物を用いることが好ましい。   A silicon source may be used independently and may be used together 2 or more types. Among these silicon sources, from the viewpoint of good homogeneity and handling properties, it is preferable to use a tetraethoxysilane oligomer or a mixture of tetraethoxysilane oligomer and fine powder silica.

ケイ素源は、ケイ素を高純度に含む物質であることが好ましい。ここで、高純度とは、混合物形成前のケイ素化合物の不純物含有量が20ppm以下であることを示す。より好ましくは、不純物含有量が5ppm以下である。   The silicon source is preferably a substance containing silicon with high purity. Here, high purity indicates that the impurity content of the silicon compound before the formation of the mixture is 20 ppm or less. More preferably, the impurity content is 5 ppm or less.

ケイ素源としては、加熱により一酸化ケイ素を生成するものであることが好ましい。具体的には、ケイ素源としてエチルシリケートを用いることが好ましい。   The silicon source is preferably one that generates silicon monoxide by heating. Specifically, it is preferable to use ethyl silicate as the silicon source.

(2−2)炭素源
炭素源として使用する炭素含有原料は、分子内に酸素を含有し、加熱により炭素が残留する高純度有機化合物であることが好ましい。炭素源は、熱、触媒、若しくは架橋剤により重合又は架橋して硬化しうる任意の1種もしくは2種以上の有機化合物から構成されるモノマー、オリゴマー及びポリマーである。
(2-2) Carbon source The carbon-containing raw material used as the carbon source is preferably a high-purity organic compound containing oxygen in the molecule and carbon remaining by heating. The carbon source is a monomer, oligomer, or polymer composed of any one or two or more organic compounds that can be polymerized or crosslinked by heat, a catalyst, or a crosslinking agent.

炭素源の好適な具体例としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂などの硬化性樹脂、フェノキシ樹脂、グルコース等の単糖類、ショ糖等の少糖類、セルロース、デンプン等の多糖類などの各種糖類が挙げられる。特に、残炭率が高く、作業性に優れているレゾール型またはノボラック型フェノール樹脂が好ましい。   Preferable specific examples of the carbon source include phenol resins, furan resins, urea resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins, curable resins such as polyimide resins and polyurethane resins, phenoxy resins, monosaccharides such as glucose, sucrose, etc. And various saccharides such as polysaccharides such as cellulose and starch. In particular, a resol type or novolac type phenol resin having a high residual carbon ratio and excellent workability is preferable.

本実施形態に有用なレゾール型フェノール樹脂は、触媒(具体的には、アンモニアまたは有機アミン)の存在下において、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、ビスフェノールAなどの1価または2価のフェノール類と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド等のアルデヒド類とを反応させて製造する。   The resol type phenolic resin useful in the present embodiment includes monovalent or divalent phenols such as phenol, cresol, xylenol, resorcin, and bisphenol A in the presence of a catalyst (specifically, ammonia or organic amine). It is produced by reacting aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde and benzaldehyde.

炭素源は、常温で液状である。炭素源は、溶媒に対する溶解性を有する。炭素源は、熱可塑性或いは熱融解性を有し、加熱により軟化或いは液状となる。このように、液状或いは軟化する炭素源は、ケイ素源と均質に混合することができる。レゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂等は、炭素源として好適に用いることができる。特に、レゾール型フェノール樹脂が好適に使用される。   The carbon source is liquid at room temperature. The carbon source has solubility in a solvent. The carbon source has thermoplasticity or heat melting property and becomes soft or liquid by heating. Thus, the liquid or softening carbon source can be homogeneously mixed with the silicon source. A resol type phenol resin, a novolac type phenol resin, or the like can be suitably used as a carbon source. In particular, a resol type phenol resin is preferably used.

(2−3)触媒
高純度の炭化ケイ素粉末の製造に用いられる重合及び架橋触媒は、炭素源に応じて適宜選択できる。例えば、炭素源がフェノール樹脂又はフラン樹脂の場合、マレイン酸、トルエンスルホン酸、トルエンカルボン酸、酢酸、シュウ酸、硫酸等の酸類が挙げられる。これらの中でも、トルエンスルホン酸が好適に用いられる。
(2-3) Catalyst The polymerization and crosslinking catalyst used for the production of high-purity silicon carbide powder can be appropriately selected according to the carbon source. For example, when the carbon source is a phenol resin or a furan resin, acids such as maleic acid, toluenesulfonic acid, toluenecarboxylic acid, acetic acid, oxalic acid, sulfuric acid and the like can be mentioned. Among these, toluenesulfonic acid is preferably used.

(3)ケイ素微粒子の製造装置
(3−1)製造装置の構成
図2にケイ素微粒子の製造に用いられる製造装置1の概略図を示す。製造装置1は、加熱容器2と、加熱容器2を保持するステージ8とを有する。加熱容器2は、ケイ素源と炭素源と、重合又は架橋触媒とを混合した混合物(高純度プリカーサ)Wを収容する。
(3) Silicon Fine Particle Manufacturing Device (3-1) Configuration of Manufacturing Device FIG. 2 shows a schematic diagram of a manufacturing device 1 used for manufacturing silicon fine particles. The manufacturing apparatus 1 includes a heating container 2 and a stage 8 that holds the heating container 2. The heating container 2 accommodates a mixture (high purity precursor) W in which a silicon source, a carbon source, and a polymerization or crosslinking catalyst are mixed.

製造装置1は、発熱体10a、10bを有する。発熱体10a,10bは、加熱容器2内部の混合物Wを加熱する。製造装置1は、加熱容器2と発熱体10a,10bとを覆う断熱材12を有する。   The manufacturing apparatus 1 includes heating elements 10a and 10b. The heating elements 10a and 10b heat the mixture W inside the heating container 2. The manufacturing apparatus 1 includes a heat insulating material 12 that covers the heating container 2 and the heating elements 10a and 10b.

製造装置1は、吸引管21と、集塵機22とを有する。吸引管21は、加熱容器2の内部に連結される。吸引管21は、混合物Wが焼成された際に生成されたガスを加熱容器2内部から吸引し、集塵機22に導く。集塵機22は、吸引したガスから得られる混合粉体を集める。   The manufacturing apparatus 1 includes a suction tube 21 and a dust collector 22. The suction tube 21 is connected to the inside of the heating container 2. The suction pipe 21 sucks the gas generated when the mixture W is baked from the inside of the heating container 2 and guides it to the dust collector 22. The dust collector 22 collects mixed powder obtained from the sucked gas.

製造装置1は、ブロア23と、加熱容器2に連結された供給管24とを有する。ブロア23は、アルゴンガスを供給管24に供給する。供給管24は、加熱容器2の内部にアルゴンガスを供給する。すなわち、アルゴンガスは、製造装置1の供給管24、加熱容器2、吸引管21の順に循環する。混合物Wから生成されたガスは、アルゴンガスの気流に乗って集塵機22で回収される。   The manufacturing apparatus 1 includes a blower 23 and a supply pipe 24 connected to the heating container 2. The blower 23 supplies argon gas to the supply pipe 24. The supply pipe 24 supplies argon gas into the heating container 2. That is, the argon gas circulates in the order of the supply pipe 24, the heating container 2, and the suction pipe 21 of the manufacturing apparatus 1. The gas generated from the mixture W is collected by the dust collector 22 on an argon gas stream.

製造装置1は、電磁弁25を有する。電磁弁25は、吸引管21に設けられており、電磁弁25は、加熱容器2の内圧を設定された圧力に応じて自動的に開閉される。   The manufacturing apparatus 1 has a solenoid valve 25. The electromagnetic valve 25 is provided in the suction pipe 21, and the electromagnetic valve 25 is automatically opened and closed according to the pressure set for the internal pressure of the heating container 2.

(3−2)製造装置の動作
製造装置1は、発熱体10a、10bを発熱させて、所定の温度条件で加熱容器2を加熱する。このとき、加熱容器2の内部は、窒素雰囲気、或いはアルゴン雰囲気に保持される。以上は、焼成工程S1に相当する。
(3-2) Operation of Manufacturing Device The manufacturing device 1 causes the heating elements 10a and 10b to generate heat and heats the heating container 2 under a predetermined temperature condition. At this time, the inside of the heating container 2 is maintained in a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere. The above corresponds to the firing step S1.

続いて、製造装置1は、ブロア23を作動させる。このとき、ブロア23が起動すると、混合物Wから発生したガスは、ブロア23から供給されたアルゴンガスの気流に乗って、吸引管21を介して加熱容器2の内部から集塵機22に抜き出される。断熱材12の外部は、室温であるため、アルゴンガスの気流に乗って加熱容器2の外部まで導かれたガスは、室温まで急激に冷却される。このとき、ガスからケイ素(Si)と二酸化ケイ素(SiO)の複合体が得られる。得られた複合体は、集塵機22で集められる。以上は、急冷工程S2に相当する。 Subsequently, the manufacturing apparatus 1 operates the blower 23. At this time, when the blower 23 is activated, the gas generated from the mixture W is extracted from the inside of the heating container 2 to the dust collector 22 via the suction pipe 21 along the air flow of the argon gas supplied from the blower 23. Since the outside of the heat insulating material 12 is at room temperature, the gas guided to the outside of the heating container 2 by riding on an argon gas stream is rapidly cooled to room temperature. At this time, a composite of silicon (Si) and silicon dioxide (SiO 2 ) is obtained from the gas. The obtained composite is collected by the dust collector 22. The above corresponds to the rapid cooling step S2.

集塵機22で収集された複合体の粉末(混合粉体という)は、遊星ボールミル(図2には不図示)によって、有機溶媒とともに湿式粉砕される。   The composite powder (referred to as mixed powder) collected by the dust collector 22 is wet-pulverized with an organic solvent by a planetary ball mill (not shown in FIG. 2).

(4)実施例
以下、ケイ素微粒子の製造例を示す。ケイ素源としてエチルシリケート620gと、炭素源としてのフェノール樹脂288gと、重合触媒としてのマレイン酸水溶液92g(35重量%)とからなる混合物を図2の加熱容器2内に配置した。続いて、混合物を150℃で加熱して固化させた。
(4) Examples Hereinafter, production examples of silicon fine particles will be shown. A mixture composed of 620 g of ethyl silicate as a silicon source, 288 g of phenol resin as a carbon source, and 92 g (35 wt%) of an aqueous maleic acid solution as a polymerization catalyst was placed in the heating container 2 of FIG. Subsequently, the mixture was heated at 150 ° C. to solidify.

次に、混合物を窒素雰囲気下において90℃で1時間炭化させた。炭化された混合物をアルゴン雰囲気下において1600℃で加熱した。この加熱時に、加熱容器2内の混合物から発生した副生成物としてのガスをブロア23から流し入れたアルゴンガスによって集塵機22へ送り出した。ガスは、搬送中に吸引管21内部で冷却され、粉体となって収集された。   The mixture was then carbonized for 1 hour at 90 ° C. under a nitrogen atmosphere. The carbonized mixture was heated at 1600 ° C. under an argon atmosphere. During this heating, a gas as a by-product generated from the mixture in the heating container 2 was sent out to the dust collector 22 by an argon gas poured from the blower 23. The gas was cooled in the suction tube 21 during the conveyance and collected as powder.

得られた粉体について透過型電子顕微鏡(TEM)写真分析を行った。図3,図4に写真を示す。この粉体は、微細な鎖状の構造を有している。ケイ素微粒子が鎖状の酸化ケイ素に包まれた混合粉体であることが確認された。   The obtained powder was subjected to transmission electron microscope (TEM) photo analysis. 3 and 4 show photographs. This powder has a fine chain structure. It was confirmed that the powder was a mixed powder in which silicon fine particles were wrapped in chain silicon oxide.

得られた混合粉体に粉砕工程を施した。すなわち、ケイ素微粒子を含む混合粉体の粉末2gをエタノール20mlと直径3mmの炭化タングステン球48gと共に炭化タングステン容器へ入れ、遊星ボールミルにより湿式粉砕を行った。   The obtained mixed powder was subjected to a pulverization step. That is, 2 g of mixed powder containing silicon fine particles was put into a tungsten carbide container together with 20 ml of ethanol and 48 g of tungsten carbide spheres having a diameter of 3 mm, and wet pulverized by a planetary ball mill.

粉砕条件は、公転直径141mm、公自回転比1:−2.0において公転回転数600rpmとした。粉砕に要した全時間は、21時間であったが、この間、粉砕中の試料の温度上昇を防ぐため、5分稼働する度に10分間停止することを繰り返した。従って、粉砕工程21時間のうち、遊星ボールミルによる実質的な粉砕時間は、7時間であった。   The grinding conditions were a revolution diameter of 141 mm, a revolution ratio of 1: -2.0, and a revolution speed of 600 rpm. The total time required for the pulverization was 21 hours. During this period, in order to prevent the temperature of the sample during the pulverization from being increased, the operation was stopped for 10 minutes every time it was operated for 5 minutes. Therefore, of the 21 hours of pulverization process, the substantial pulverization time by the planetary ball mill was 7 hours.

遊星ボールミルによる粉砕工程の後、粉砕された複合体の粉体から炭化タングステン球を取り出し、混合粉体を含むエタノールに遠心分離を行った。   After the pulverization step by the planetary ball mill, the tungsten carbide spheres were taken out from the pulverized composite powder and centrifuged into ethanol containing the mixed powder.

遠心分離試料の温度を10℃に設定した。また、相対遠心加速度を22000×gと設定した。遠心分離の処理時間を1時間半とした。その後、遠心分離によって生じた沈澱物を取り去り、エタノール内で分散状態を保っている微粒子をエタノールと共に回収した。   The temperature of the centrifuged sample was set at 10 ° C. The relative centrifugal acceleration was set at 22000 × g. Centrifugation processing time was 1 hour and a half. Thereafter, the precipitate produced by centrifugation was removed, and the fine particles maintained in a dispersed state in ethanol were collected together with ethanol.

回収された微粒子を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した。回収された微粒子は、直径約200nm以下の粒径を有する酸化ケイ素微粒子であり、内部に数nmの粒径を有するケイ素微粒子を含むことが確認できた。   The collected fine particles were observed with a transmission electron microscope (TEM). It was confirmed that the collected fine particles were silicon oxide fine particles having a diameter of about 200 nm or less, and contained silicon fine particles having a particle diameter of several nm inside.

(5)ケイ素微粒子の分散性の評価
回収されたケイ素微粒子の分散特性を評価した。エタノールとともに回収された微粒子、すなわち、ケイ素微粒子を含む混合粉体をエタノールに分散させた分散溶液は、濁りもなく、良好な分散性を示した。具体的に、一年以上経過しても沈澱は全く現れなかった。
(5) Evaluation of dispersibility of silicon fine particles The dispersion characteristics of the collected silicon fine particles were evaluated. Fine particles collected together with ethanol, that is, a dispersion solution in which a mixed powder containing silicon fine particles was dispersed in ethanol showed no turbidity and good dispersibility. Specifically, no precipitation appeared even after a year or more.

(6)作用・効果
上述したケイ素微粒子を含む混合粉体の製造方法によれば、不活性雰囲気下において、ケイ素源と炭素源とを含む混合物を焼成するときに生成されるガスを不活性雰囲気から抜き出して急冷することにより、ケイ素微粒子を含む混合粉体が得られる。
(6) Action / Effect According to the above-described method for producing a mixed powder containing silicon fine particles, the gas generated when the mixture containing the silicon source and the carbon source is baked in the inert atmosphere. A mixed powder containing silicon fine particles can be obtained by extracting from and quenching.

この混合粉体は、微細な鎖状の構造を有しており、粉砕工程によって、非常に細かく粉砕される。従って、溶媒中で分散されやすく、分散安定性に優れたケイ素微粒子の混合粉体を大量且つ簡便に製造することができる。   This mixed powder has a fine chain structure and is pulverized very finely by the pulverization step. Therefore, a mixed powder of silicon fine particles that is easily dispersed in a solvent and excellent in dispersion stability can be easily produced in large quantities.

上述したケイ素微粒子を含む混合粉体の製造方法によれば、ボールミルを用いて、混合粉体を所定の溶媒とともに湿式粉砕することにより、溶媒中で分散されやすく、分散安定性に優れたケイ素微粒子の混合粉体を大量且つ簡便に製造することができる。   According to the method for producing a mixed powder containing silicon fine particles as described above, the silicon fine particles are easily dispersed in a solvent by using a ball mill and wet pulverizing the mixed powder together with a predetermined solvent, and have excellent dispersion stability. The mixed powder can be easily produced in large quantities.

ケイ素微粒子を含む混合粉体の製造方法は、粉砕された混合粉体を含む所定の溶媒から所定のサイズ以下のケイ素微粒子を含む混合粉体を分離する工程(S4)を有する。これにより、ケイ素微粒子を含む混合粉体の粒径が均一化される。従って、混合粉体の分散性を向上させることができる。   The method for producing a mixed powder containing silicon fine particles includes a step (S4) of separating a mixed powder containing silicon fine particles having a predetermined size or less from a predetermined solvent containing a pulverized mixed powder. Thereby, the particle size of the mixed powder containing silicon fine particles is made uniform. Therefore, the dispersibility of the mixed powder can be improved.

また、ケイ素微粒子を含む混合粉体の製造方法では、粉砕する工程は、ボールミルによる粉砕法が用いられる。これにより、ケイ素微粒子を含む混合粉体の平均粒径を小さくすることができる。また、ケイ素微粒子を含む混合粉体の濃度を高めることができる。従って、ケイ素微粒子を含む混合粉体の分散性を更に向上させることができる。   Moreover, in the manufacturing method of the mixed powder containing silicon fine particles, a pulverizing method using a ball mill is used for the pulverizing step. Thereby, the average particle diameter of the mixed powder containing silicon fine particles can be reduced. In addition, the concentration of the mixed powder containing silicon fine particles can be increased. Therefore, the dispersibility of the mixed powder containing silicon fine particles can be further improved.

(7)その他の実施形態
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(7) Other Embodiments As described above, the present invention has been described according to the embodiment. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

実施形態では、ボールミルで湿式粉砕した後、酸化ケイ素微粒子を分離する際に、遠心分離法を用いると説明したが、例えば、液相クロマトグラフィーを用いてもよい。   In the embodiment, it has been described that the centrifugal separation method is used when the silicon oxide fine particles are separated after wet pulverization with a ball mill. However, for example, liquid phase chromatography may be used.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

1…加熱装置、2…加熱容器、W…混合物、8…ステージ、10a、10b…発熱体、12…断熱材、21…吸引管、22…集塵機、23…ブロア、24…供給管   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heating device, 2 ... Heating container, W ... Mixture, 8 ... Stage, 10a, 10b ... Heating element, 12 ... Heat insulating material, 21 ... Suction pipe, 22 ... Dust collector, 23 ... Blower, 24 ... Supply pipe

Claims (5)

不活性雰囲気下においてケイ素源と炭素源を含む混合物を焼成する工程と、
前記焼成する工程において生成されたガスを前記不活性雰囲気から抜き出し、急冷してケイ素微粒子を含む混合粉体を得る工程と、
前記混合粉体をエタノールとともに粉砕する工程と
粉砕された前記混合粉体を含む前記エタノールから所定のサイズ以下のケイ素微粒子を分離する工程と、
前記分離する工程では、遠心分離法が用いられるケイ素微粒子を含む混合粉体の製造方法。
Firing a mixture containing a silicon source and a carbon source under an inert atmosphere;
Extracting the gas generated in the firing step from the inert atmosphere and quenching to obtain a mixed powder containing silicon fine particles; and
Crushing the mixed powder with ethanol ;
Separating silicon fine particles of a predetermined size or less from the ethanol containing the pulverized mixed powder;
In the separating step, a method for producing a mixed powder containing silicon fine particles using a centrifugal separation method.
前記粉砕する工程では、ボールミルによる粉砕法が用いられる請求項1に記載のケイ素微粒子を含む混合粉体の製造方法。   The method for producing a mixed powder containing silicon fine particles according to claim 1, wherein a pulverizing method using a ball mill is used in the pulverizing step. 前記粉砕する工程は、湿式粉砕である請求項に記載のケイ素微粒子を含む混合粉体の製造方法。 The method for manufacturing a powder mixture containing silicon fine particles according to claim 1 which is a wet grinding to the grinding. 前記ケイ素源がエチルシリケートである請求項1乃至の何れか一項に記載のケイ素微粒子を含む混合粉体の製造方法。 The method for producing a mixed powder containing silicon fine particles according to any one of claims 1 to 3 , wherein the silicon source is ethyl silicate. 前記炭素源がフェノール樹脂である請求項1乃至の何れか一項に記載のケイ素微粒子を含む混合粉体の製造方法。 The method for producing a mixed powder containing silicon fine particles according to any one of claims 1 to 4 , wherein the carbon source is a phenol resin.
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