JP5484331B2

JP5484331B2 - 表面改質された、熱分解法で製造されたシリカ

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Publication number: JP5484331B2
Application number: JP2010518587A
Authority: JP
Inventors: マイヤーユルゲン; ショルツマリオ; シューマッハーカイ
Original assignee: Evonik Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: WO2009015971A1; CN101755015A; EP2171002A1; DE102007035951A1; UA100697C2; EP2171002B1; US20100196243A1; JP2010534619A

Description

本発明は表面改質された熱分解法で製造されたシリカ、それらの製造方法及びそれらの使用に関する。

表面改質により熱分解法で製造されたシリカからの表面改質された熱分解法（フュームド）シリカの製造が公知である。この方法で製造されたシリカは多くの適用分野での使用：例えば、樹脂での液体系のレオロジー制御、及び添加剤での使用が見出される。これらの用途において、増粘作用だけでなく液体系中への混加の容易さも大変重要視されている。

公知の表面改質された、熱分解法シリカは、それらの液体系中への混加の容易さが不十分であるという欠点をもつ。

従ってその目的は、増粘作用などの他の重要な特性を損なうことなく液体系中への改善された混加の容易さを有する、表面改質された熱分解法シリカを製造することであった。

本発明は、増粘作用を損なうことなくそれらの液体系中への混加の容易さを改善することを特徴とする表面改質された、熱分解法で製造されたシリカを提供する。

本発明は更に、一次粒子のアグリゲートの形で存在し且つ２００±２５ｍ^２／ｇのＢＥＴ表面積を有し、該アグリゲートは７０００〜１２０００ｎｍ^２の平均面積、８０〜１００ｎｍの平均円相当直径（ＥＣＤ）及び８５０〜１０５０ｎｍの平均円周を有する、熱分解法で製造されたシリカを、公知の方法で表面改質することを特徴とする、表面改質された、熱分解法で製造されたシリカの製造方法を提供する。

出発材料として使用された熱分解法で製造されたシリカはＥＰ１６９３３４３号から公知である。

この表面改質は、適切であれば水を、その後表面改質剤をシリカに噴霧することによって達成できる。噴霧は逆の手順で実施してもよい。使用される水を、酸、例えば、塩酸を用いて、ｐＨ７〜１に酸性化してよい。２つ以上の表面改質剤を使用する場合、それらを一緒に、又は別々に、連続して又は混合物として適用してよい。

１種又は複数種の表面改質剤を適した溶剤中に溶解してよい。噴霧の完了後、混合を更に５〜３０分間行ってよい。

その後、混合物を２０〜４００℃の温度で０．１〜６時間にわたって熱処理する。この熱処理は、例えば窒素などの不活性ガス下で行ってよい。

シリカの表面改質の別法は、シリカを蒸気形態の表面改質剤で処理し、その後混合物を５０〜８００℃の温度で０．１〜６時間にわたって熱処理することによって達成できる。この熱処理は、例えば窒素などの不活性ガス下で行ってよい。

温度処理は、種々の温度で複数の段階にわたって実施してもよい。

一種以上の表面改質剤は、一流体ノズル、二流体ノズル又は超音波ノズルを用いて適用することができる。

表面改質は、連続的に又はバッチ式に、噴霧装置を備えた加熱可能なミキサー及び乾燥器中で実施することができる。適した装置は、例えば以下の：プローシェアーミキサー、プレート乾燥器、流動床乾燥器又は流動層乾燥器であってよい。

表面改質剤として、以下の化合物の群から少なくとも１種の化合物を使用することが可能である：
ａ）（ＲＯ）_３Ｓｉ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１）及び（ＲＯ）_３Ｓｉ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ−１）の型のオルガノシラン
Ｒ＝アルキル、例えば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ブチル
ｎ＝１−２０
ｂ）Ｒ’_ｘ（ＲＯ）_ｙＳｉ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１）及びＲ’_ｘ（ＲＯ）_ｙＳｉ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ−１）の型のオルガノシラン
Ｒ＝アルキル、例えば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ブチル
Ｒ’＝アルキル、例えば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ブチル
Ｒ’＝シクロアルキル
ｎ＝１−２０
ｘ＋ｙ＝３
ｘ＝１，２
ｙ＝１，２
ｃ）Ｘ_３Ｓｉ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１）及びＸ_３Ｓｉ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ−１）の型のハロオルガノシラン
Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ
ｎ＝１〜２０
ｄ）Ｘ_２（Ｒ’）Ｓｉ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１）及びＸ_２（Ｒ’）Ｓｉ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ−１）の型のハロオルガノシラン
Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ
Ｒ’＝アルキル、例えば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ブチル
Ｒ’＝シクロアルキル
ｎ＝１−２０
ｅ）Ｘ（Ｒ’）_２Ｓｉ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１）及びＸ（Ｒ’）_２Ｓｉ（Ｃ_ｎＨ_２ｎ−１）の型のハロオルガノシラン
Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ
Ｒ’＝アルキル、例えば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ブチル
Ｒ’＝シクロアルキル
ｎ＝１〜２０
ｆ）（ＲＯ）_３Ｓｉ（ＣＨ_２）_ｍ−Ｒ’の型のオルガノシラン
Ｒ＝アルキル、例えば、メチル、エチル、プロピル
ｍ＝０．１〜２０
Ｒ’＝メチル、アリール（例えば−Ｃ_６Ｈ_５、置換されたフェニル基）
−Ｃ_４Ｆ_９、ＯＣＦ_２−ＣＨＦ−ＣＦ_３、−Ｃ_６Ｆ_１３、−Ｏ−ＣＦ_２−ＣＨＦ_２
−ＮＨ_２、−Ｎ_３、−ＳＣＮ、−ＣＨ＝ＣＨ_２、−ＮＨ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＮＨ_２、
−Ｎ−（ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＮＨ_２）_２
−ＯＯＣ（ＣＨ_３）Ｃ＝ＣＨ_２
−ＯＣＨ_２−ＣＨ（Ｏ）ＣＨ_２
−ＮＨ−ＣＯ−Ｎ−ＣＯ−（ＣＨ_２）_５
−ＮＨ−ＣＯＯ−ＣＨ_３、−ＮＨ−ＣＯＯ−ＣＨ_２−ＣＨ_３、−ＮＨ−（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＲ）_３
−Ｓ_ｘ−（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＲ）_３
−ＳＨ
−ＮＲ’Ｒ’’Ｒ’’’（Ｒ’＝アルキル、アリール；Ｒ’’＝Ｈ、アルキル、アリール；Ｒ’’’＝Ｈ、アルキル、アリール、ベンジル、Ｃ_２Ｈ_４ＮＲ’’’’Ｒ’’’’’、ここでＲ’’’’＝Ｈ、アルキル及びＲ’’’’’＝Ｈ、アルキル）
ｇ）（Ｒ’’）_ｘ（ＲＯ）_ｙＳｉ（ＣＨ_２）_ｍ−Ｒ’の型のオルガノシラン
Ｒ’’＝アルキルｘ＋ｙ＝３
＝シクロアルキルｘ＝１、２
ｙ＝１、２
ｍ＝０．１〜２０
Ｒ’＝メチル、アリール（例えば−Ｃ_６Ｈ_５、置換したフェニル残基）
−Ｃ_４Ｆ_９、−ＯＣＦ_２−ＣＨＦ−ＣＦ_３、−Ｃ_６Ｆ_１３、−Ｏ−ＣＦ_２−ＣＨＦ_２
−ＮＨ_２、−Ｎ_３、−ＳＣＮ、−ＣＨ＝ＣＨ_２、−ＮＨ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＮＨ_２、
−Ｎ−（ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＮＨ_２）_２
−ＯＯＣ（ＣＨ_３）Ｃ＝ＣＨ_２
−ＯＣＨ_２−ＣＨ（Ｏ）ＣＨ_２
−ＮＨ−ＣＯ−Ｎ−ＣＯ−（ＣＨ_２）_５
−ＮＨ−ＣＯＯ−ＣＨ_３、−ＮＨ−ＣＯＯ−ＣＨ_２−ＣＨ_３、−ＮＨ−（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＲ）_３
−Ｓ_ｘ−（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＲ）_３
−ＳＨ
−ＮＲ’Ｒ’’Ｒ’’’（Ｒ’＝アルキル、アリール；Ｒ’’＝Ｈ、アルキル、アリール；Ｒ’’’＝Ｈ、アルキル、アリール、ベンジル、Ｃ_２Ｈ_４ＮＲ’’’’Ｒ’’’’’ここでＲ’’’’＝Ｈ、アルキル且つＲ’’’’’＝Ｈ、アルキル）
ｈ）Ｘ_３Ｓｉ（ＣＨ_２）_ｍ−Ｒ’型のハロオルガノシラン
Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ
ｍ＝０．１〜２０
Ｒ’＝メチル、アリール（例えば−Ｃ_６Ｈ_５、置換されたフェニル基）
−Ｃ_４Ｆ_９、−ＯＣＦ_２−ＣＨＦ−ＣＦ_３、−Ｃ_６Ｆ_１３、−Ｏ−ＣＦ_２−ＣＨＦ_２
−ＮＨ_２、−Ｎ_３、−ＳＣＮ、−ＣＨ＝ＣＨ_２、
−ＮＨ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＮＨ_２
−Ｎ−（ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＮＨ_２）_２
−ＯＯＣ（ＣＨ_３）Ｃ＝ＣＨ_２
−ＯＣＨ_２−ＣＨ（Ｏ）ＣＨ_２
−ＮＨ−ＣＯ−Ｎ−ＣＯ−（ＣＨ_２）_５
−ＮＨ−ＣＯＯ−ＣＨ_３、−ＮＨ−ＣＯＯ−ＣＨ_２−ＣＨ_３、−ＮＨ−（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＲ）_３
−Ｓ_ｘ−（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＲ）_３
−ＳＨ
ｉ）（Ｒ）Ｘ_２Ｓｉ（ＣＨ_２）_ｍ−Ｒ’の型のハロオルガノシラン
Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ
Ｒ＝アルキル、例えば、メチル、エチル、プロピル
ｍ＝０．１〜２０
Ｒ＝メチル、アリール（例えば−Ｃ_６Ｈ_５、置換されたフェニル基）
−Ｃ_４Ｆ_９、−ＯＣＦ_２−ＣＨＦ−ＣＦ_３、−Ｃ_６Ｆ_１３、−Ｏ−ＣＦ_２−ＣＨＦ_２
−ＮＨ_２、−Ｎ_３、−ＳＣＮ、−ＣＨ＝ＣＨ_２、−ＮＨ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＮＨ_２、
−Ｎ−（ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＮＨ_２）_２
−ＯＯＣ（ＣＨ_３）Ｃ＝ＣＨ_２
−ＯＣＨ_２−ＣＨ（Ｏ）ＣＨ_２
−ＮＨ−ＣＯ−Ｎ−ＣＯ−（ＣＨ_２）_５
−ＮＨ−ＣＯＯ−ＣＨ_３、−ＮＨ−ＣＯＯ−ＣＨ_２−ＣＨ_３、−ＮＨ−（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＲ）_３、Ｒはメチル、エチル、プロピル、ブチルであることが可能である
−Ｓ_ｘ−（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＲ）_３、Ｒはメチル、エチル、プロピル、ブチルであることが可能である
−ＳＨ
ｊ）（Ｒ）_２ＸＳｉ（ＣＨ_２）_ｍ−Ｒ’型のハロオルガノシラン
Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ
Ｒ＝アルキル
ｍ＝０．１〜２０
Ｒ’＝メチル、アリール（例えば−Ｃ_６Ｈ_５、置換されたフェニル基）
−Ｃ_４Ｆ_９、−ＯＣＦ_２−ＣＨＦ−ＣＦ_３、−Ｃ_６Ｆ_１３、−Ｏ−ＣＦ_２−ＣＨＦ_２
−ＮＨ_２、−Ｎ_３、−ＳＣＮ、−ＣＨ＝ＣＨ_２、−ＮＨ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＮＨ_２、
−Ｎ−（ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＮＨ_２）_２
−ＯＯＣ（ＣＨ_３）Ｃ＝ＣＨ_２
−ＯＣＨ_２−ＣＨ（Ｏ）ＣＨ_２
−ＮＨ−ＣＯ−Ｎ−ＣＯ−（ＣＨ_２）_５
−ＮＨ−ＣＯＯ−ＣＨ_３、−ＮＨ−ＣＯＯ−ＣＨ_２−ＣＨ_３、−ＮＨ−（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＲ）_３
−Ｓ_ｘ−（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＲ）_３
−ＳＨ
ｋ）以下の型

のシラザン
Ｒ＝アルキル、ビニル、アリール、
Ｒ’＝アルキル、ビニル、アリール
ｌ）Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５型の環状ポリシロキサン、ここでＤ３、Ｄ４及びＤ５は−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ_３）_２−型の単位３、４又は５個を有する環状ポリシロキサンを意味する。
例えば、オクタメチルシクロテトラシロキサン＝Ｄ４

ｍ）次の型のポリシロキサン又はシリコーンオイル

Ｒ＝アルキル、例えばＣ_ｎＨ_２ｎ＋１（ｎは１〜２０である）、アリール、例えばフェニル基及び置換されたフェニル基、（ＣＨ_２）_ｎ−ＮＨ_２、Ｈ
Ｒ’＝アルキル、例えばＣ_ｎＨ_２ｎ＋１（ｎは１〜２０である）、アリール、例えばフェニル基及び置換されたフェニル基、（ＣＨ_２）_ｎ−ＮＨ_２、Ｈ
Ｒ’’＝アルキル、例えばＣ_ｎＨ_２ｎ＋１（ｎは１〜２０である）、アリール、例えばフェニル基及び置換されたフェニル基、（ＣＨ_２）_ｎ−ＮＨ_２、Ｈ
Ｒ’’’＝アルキル、例えばＣ_ｎＨ_２ｎ＋１（ｎは１〜２０である）、アリール、例えばフェニル基及び置換されたフェニル基、（ＣＨ_２）_ｎ−ＮＨ_２、Ｈ

表面改質剤として以下のシランの使用が有利である：
オクチルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、３−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、ヘキサデシルトリエトキシシラン、ジメチルポリシロキサン、グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリエトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン。

特に有利には、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、ジメチルポリシロキサン、オクチルトリメトキシシラン及びオクチルトリエトキシシランを使用することが可能である。

更に特にヘキサメチルジシラザン、オクチルトリメトキシシラン及びヘキサデシルトリメトキシシランを使用することが可能である。

本発明の表面改質された、熱分解法で製造されたシリカは、樹脂用の充填剤として使用できる。

本発明の表面改質された、熱分解法で製造されたシリカは、ペイント及びインク用の充填剤として使用できる。

本発明は更に、本発明の表面改質された熱分解法で製造されたシリカを含む樹脂を提供する。

本発明は更に、本発明の表面改質された熱分解法で製造されたシリカを含むペイント及びインクを提供する。

本発明は、以下の利点を特徴とする：増粘作用を損なうことなく液体系中への混加の更なる容易さ。

実施例
比較のシリカの製造−実施例１
２ｋｇのＡＥＲＯＳＩＬ（登録商標）２００をミキサーに充填し、混合しながら、これに、まず０．０２１ｋｇの水性塩化水素酸（ｐＨ＝１）を、次に０．３２ｋｇのＤｙｎａｓｙｌａｎ（登録商標）ＯＣＴＭＯ（オクチルトリメトキシシラン）を、二流体ノズルによって噴霧した。噴霧の完了後、混合を１５分間継続した。その後、この反応混合物を窒素雰囲気下で加熱した。

比較のシリカの製造−実施例２
２ｋｇのＡＥＲＯＳＩＬ（登録商標）２００をミキサーに充填し、混合しながら、これに、０．０４ｋｇのＤｙｎａｓｙｌａｎ（登録商標）９１１６（ヘキサデシルトリメトキシシラン）を、噴霧した。噴霧の完了後、混合を１５分間継続した。その後、この反応混合物を窒素雰囲気下で加熱した。

本発明のシリカの製造−実施例１
２ｋｇのシリカ２（ＥＰ１６９３３４３号からの表４）をミキサーに充填し、混合しながら、これに、まず０．０２１ｋｇの水性塩化水素酸（ｐＨ＝１）を、次に０．３２ｋｇのＤｙｎａｓｙｌａｎ（登録商標）ＯＣＴＭＯ（オクチルトリメトキシシラン）を、二流体ノズルによって噴霧した。噴霧の完了後、混合を１５分間継続した。その後、この反応混合物を窒素雰囲気下で加熱した。

本発明のシリカの製造−実施例２
２ｋｇのシリカ２（ＥＰ１６９３３４３号からの表４）をミキサーに充填し、混合しながら、これに、０．０４ｋｇのＤｙｎａｓｙｌａｎ（登録商標）９１１６（ヘキサデシルトリメトキシシラン）を、噴霧した。噴霧の完了後、混合を１５分間継続した。その後、この反応混合物を窒素雰囲気下で加熱した。

混加特性の決定
混加特性は、シリカが樹脂中で均質化されるために必要な時間を測定することによって決定された。

これは３５０ｍｌのビーカー中に１００ｇのＰａｌａｔａｌＡ４１０を量り分け、これを水浴中で２５℃で加熱することによって成される。

ビーカーをディソルバー（Getzmann Dispermat）の実装デバイスのアルミニウムインサート中に導入する。

撹拌機（ディスク直径３０ｍｍ）をビーカーの底より上方のｔ＝１０ｍｍのその目標深さに浸漬させて、５００ｍｉｎ^−１の速度ｎでスイッチをオンにする。

３ｇのシリカを樹脂の表面上に均一に置いて、ストップウォッチをスタートさせる。

シリカを均一にするために必要な時間を測定する。

経過時間を学校のグレード分類（グレード１〜グレード５）に変換する。グレード１は非常に良好な（迅速な）混加に相当する。グレード５は非常に不良な（緩徐な）混加に相当する。

エポキシ樹脂中の増粘作用の測定
２０１．９２ｇ（９２．１５％）のＲｅｎｌａｍＭ１及び８．０８ｇ（３．８５％）のシリカを３５０ｍｌのＰＥビーカーに量り分ける。

ディソルバーディスク（ディスク直径：ｄ＝５０ｍｍ）をビーカーの中点に浸漬させ、この試料を１０００ｒｐｍで均一にする。

この場合、シリカが微粉として逃散することを防ぐためにビーカーを穿孔蓋で密封する。

シリカを完全に混加するとすぐに、ディスクをビーカーの底より１０ｍｍ上方の深さまで浸漬させる。分散を３０００ｒｐｍの速度で３分間実施する。この時間の間に、空気を真空下で除去する。

分散した試料を２５０ｍｌのガラス瓶に移す。

試料を、２５℃で９０分間水浴中に貯蔵する。

９０分後に、試料をへらで１分間撹拌する。その後、試料の粘度をBrookfield DV IIIを使用して測定する。

この目的のためにBrookfieldレオメーターのスピンドルを規定の標線まで浸漬させる。測定を次のように実施する：
５ｒｐｍ−６０秒後の読取値
５０ｒｐｍ−３０秒後の読取値

読取値は、それぞれのｒｐｍでの粘度［Ｐａ＊ｓ］である。

本発明のシリカは更に良好な混加特性を示すことが明確にわかる。これは、増粘作用だけでなく他の物理化学的データも同等であるという事実にもかかわらず、本発明のシリカは比較のシリカよりも速く混加されることを意味する。

Claims

表面改質された、熱分解法で製造されたシリカであって、
当該シリカは、
熱分解法で製造されたシリカであって一次粒子のアグリゲートの形で存在しており、且つ、２００±２５ｍ ^２／ｇのＢＥＴ表面積を有しており、ここで、該アグリゲートは、７０００〜１２０００ｎｍ ^２の平均面積を有しており、且つ、８０〜１００ｎｍの平均円相当直径（ＥＣＤ）を有しており、且つ、８５０〜１０５０ｎｍの平均円周を有している、熱分解法で製造されたシリカを、表面改質剤としてのオクチルトリメトキシシラン又はヘキサデシルトリメトキシシランで処理することにより得ることが可能な、液体系中への混加の向上した容易さを有する、
表面改質された、熱分解法で製造されたシリカ。
請求項１に記載の表面改質された、熱分解法で製造されたシリカを製造するための方法であって、
熱分解法で製造されたシリカであって一次粒子のアグリゲートの形で存在しており、且つ、２００±２５ｍ^２／ｇのＢＥＴ表面積を有しており、ここで、該アグリゲートは、７０００〜１２０００ｎｍ^２の平均面積を有しており、且つ、８０〜１００ｎｍの平均円相当直径（ＥＣＤ）を有しており、且つ、８５０〜１０５０ｎｍの平均円周を有している、熱分解法で製造されたシリカを、表面改質剤としてのオクチルトリメトキシシラン又はヘキサデシルトリメトキシシランで処理することを特徴とする、
方法。
前記の熱分解法で製造されたシリカに、水をその後前記表面改質剤を噴霧することを特徴とする、請求項２記載の方法。
前記の熱分解法で製造されたシリカを、蒸気形態にある前記表面改質剤で処理し、その後混合物を５０〜８００℃の温度で０．１〜６時間にわたって熱処理することを特徴とする、請求項２記載の方法。
請求項１に記載の表面改質された、熱分解法で製造されたシリカの使用であって、増粘液体系のための使用。
請求項１に記載の表面改質された、熱分解法で製造されたシリカの使用であって、増粘樹脂のための使用。
請求項１に記載の表面改質された、熱分解法で製造されたシリカの使用であって、ペイント又はインクのレオロジーを制御するための使用。