JP5574111B2 - シリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、安定な、シリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法及びその精製方法に関する。
従来、有機溶媒分散シリカゾルは、重合性有機化合物と配合することにより、硬化性樹脂組成物として調製され、被膜材料、成型材料等の表面硬度、耐摩耗性、機械強度、耐熱性、防食性等の改善に用いられている。硬化性樹脂組成物の調製には、重合性有機化合物として樹脂モノマーやオリゴマー等を用い、更に他の樹脂、各種硬化剤、硬化触媒等が添加される。硬化性樹脂組成物は、活性エネルギー線照射や加熱による硬化反応を行うことにより、樹脂硬化体を得ることができる。コロイダルシリカ粒子を含有する樹脂硬化体は、コロイダルシリカ粒子の粒子径が50nm以下程度と小さく、かつ分散性が高い場合には、透明性を低下させずに樹脂硬化体が得られる場合がある。現在、コロイダルシリカ粒子を含有する樹脂硬化体は、発光ダイオード(LED)等の光半導体素子封止材、半導体素子封止材やハードコーティング材料等へ適用するための検討が行われている。
特開2005−225964号公報 特表2006−507210号公報 特開2008−156625号公報 特開2008−163258号公報 特再表06/035709号公報
シリカゾルを樹脂モノマーやオリゴマー等の重合性有機化合物に分散することを目的として市販の有機溶媒分散シリカゾルを用いた場合、シリカが有する固体酸性の触媒作用によって、重合性有機化合物が重合し、又は分解して、シリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物として安定なものが得られない場合がある。特に水ガラスを原料として製造されたコロイダルシリカ粒子を含有する有機溶媒分散シリカゾルをエポキシ樹脂のようなカチオン重合性樹脂に分散した場合、シリカが有する強い固体酸性の触媒作用のため、重合性有機化合物の重合反応が顕著に起こることから、安定性の良好な、シリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物を得ることは困難であった。
本発明は、重合性有機化合物の重合や分解が起こらず、長期保存安定性の良好な、シリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法を提供することを目的とする。
すなわち本発明は、上記目的を達成するもので、以下の要旨を有するものである。
(1)(a)有機溶媒分散シリカゾルとメタノールと純水とをそれぞれ同質量ずつ混合する方法で得られる希釈液の20℃におけるpHが2.5乃至4.0である、窒素吸着法による平均一次粒子径が5乃至100nmのコロイダルシリカ粒子を含有する有機溶媒分散シリカゾルに、前記混合方法で得られる希釈液のpHが、20℃において4.5乃至11.0となるようアミン化合物を添加する、アミン添加有機溶媒分散シリカゾルを調製する工程、
(b)(a)工程で得られたアミン添加有機溶媒分散シリカゾルと重合性有機化合物とを混合する工程、を含むことを特徴とするシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法。
(2)前記(a)工程において、アミン添加有機溶媒分散シリカゾルの前記混合方法で得た希釈液の20℃におけるpHが5.0乃至8.5である、請求項1に記載のシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法。
(3)前記(a)工程のコロイダルシリカ粒子が、有機シラン化合物で親有機化処理されていることを特徴とする、(1)又は(2)に記載のシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法。
(4)前記重合性有機化合物がカチオン重合性樹脂である、(1)乃至(3)いずれか一項に記載のシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法。
(5)前記重合性有機化合物が液状エポキシ樹脂である、(1)乃至(3)いずれか一項に記載のシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法。
(6)前記重合性有機化合物が分子内に1個以上のエポキシシクロヘキシル基を有するエポキシ樹脂である、(1)乃至(3)のいずれか一項に記載のシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法。
(7)前記重合性有機化合物がアクリルモノマー及び/又はアクリルオリゴマーである(1)乃至(3)のいずれか一項に記載のシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法。
(8)シリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物に含まれる有機溶媒の一部又は全部を除去することを特徴とする、(1)乃至(3)のいずれか一項に記載のシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法に関する。
本発明により、コロイダルシリカ粒子の分散性が高く、保存安定性の良好なシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物を効率良く製造することができる。特に重合性有機化合物にエポキシ樹脂のようなカチオン重合性樹脂を用いた場合に本発明は効果的である。
本発明は以下の2つの工程を含む。
(a)有機溶媒分散シリカゾルとメタノールと純水とをそれぞれ同質量ずつ混合する方法で得られる希釈液の20℃におけるpHが2.5乃至4.0である、窒素吸着法による平均一次粒子径が5乃至100nmのコロイダルシリカ粒子を含有する有機溶媒分散シリカゾルに、前記混合方法と同様の方法で得られる希釈液のpHが、20℃において4.5乃至11.0となるようアミン化合物を添加する、アミン添加有機溶媒分散シリカゾルを調製する工程、
(b)(a)工程で得られたアミン添加有機溶媒分散シリカゾルと重合性有機化合物とを混合する工程。
本発明で用いる有機溶媒分散シリカゾルは、水ガラスを原料として公知の方法により製造される水性シリカゾルを有機溶媒置換して得ることができる。前記水性シリカゾルに遊離のアルカリ成分が存在すると有機溶媒置換する際にコロイダルシリカ粒子が凝集することがあるため、一般的に、陽イオン交換等によって脱アルカリ処理した酸性水性シリカゾルを有機溶媒置換に供する手法が取られている。この手法によって得られる有機溶媒分散シリカゾルの液性は酸性であり、有機溶媒分散シリカゾルとメタノールと純水の3成分をそれぞれ同質量ずつ混合する方法で得た希釈液のpHは2.5乃至4.0を示す。
本発明で用いる有機溶媒分散シリカゾルに含まれるコロイダルシリカ粒子の平均一次粒子径は5乃至100nmである。コロイダルシリカ粒子の平均一次粒子径は、窒素吸着法(BET法)により測定される比表面積から以下の換算式により算出される。
平均一次粒子径D(nm)=2720/比表面積S(m/g)
本発明で使用する有機溶媒分散シリカゾルに含まれるコロイダルシリカ粒子の比表面積は、27.2乃至550m/gである。
前記有機溶媒分散シリカゾルに含まれるコロイダルシリカ粒子の粒子形状については当該技術分野で知られている形状のいずれでもよく、例えば、球状、細長い形状、楕円球状、金平糖状及びいびつ形状等が挙げられる。
本発明で用いる有機溶媒分散シリカゾルのシリカ濃度は特に限定されないが、通常10乃至50質量%が好ましい。
本発明で用いる有機溶媒分散シリカゾルは、有機溶媒として、アルコール、ケトン、エステル、炭化水素等すべての有機溶媒を使用することができる。特に使用する重合性有機化合物との相溶性が良好であるものが好ましい。
アルコールとしては、具体的には、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、イソブタノール、2−ブタノール、エチレングリコール、グリセリン、プリピレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ベンジルアルコール、1,5−ペンタンジオール、ジアセトンアルコール等が挙げられる。
エーテルとしては、具体的には、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。
エステルとしては、具体的には、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセタート等が挙げられる。
ケトンとしては、具体的には、アセトン、メチルエチルケトン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン等が挙げられる。
炭化水素としては、具体的には、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ソルベントナフサ、スチレンが挙げられる。
ハロゲン化炭化水素としてはジクロロメタン、トリクロロエチレン等が挙げられる。
本発明では、有機溶媒分散シリカゾルとして、市販のものを使用することができる。既に有機シラン化合物によって親有機化処理されたコロイダルシリカ粒子を含有するものとしては、例えばMEK−ST(メチルエチルケトン分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、MEK−ST−MS(メチルエチルケトン分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、MEK−ST−UP(メチルエチルケトン分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)MIBK−ST(メチルイソブチルケトン分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、EAC−ST(酢酸エチル分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、TOL−ST(トルエン分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、PMA−ST(プロピレンングリコールモノメチルエーテルアセテート分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)等が挙げられる。
上記の他に、MA−ST−S(メタノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、MT−ST(メタノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、MA−ST−UP(メタノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、MA−ST−MS(メタノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、IPA−ST(イソプロパノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、IPA−ST−UP(イソプロパノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、IPA−ST−MS(イソプロパノール分散シリカゾル、日産化学工業(株))、NPC−ST−30(n−プロピルセロソルブ分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)、PGM−ST(1−メトキシ−2−プロパノール分散シリカゾル、日産化学工業(株)製)等を使用することができる。
本発明で用いるアミン化合物としては、例えばトリエチルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、n−プロピルアミン、ジ−n−プロピルアミン、イソブチルアミン、ジイソブチルアミン、n−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、N−エチルジイソプロピルアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン等のアルキルアミン、ベンジルアミン等のアラルキルアミン、ピペリジン、N−メチルピペリジン、キヌクリジン等の脂環式アミン、モノエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、N,N−ジブチルエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン等のアルカノールアミン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等の第4級アンモニウム、イミダゾール、イミダゾール誘導体、1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデカ−7−エン、1,5−ジアザ−ビシクロ(4,3,0)ノナ−5−エン、1,4−ジアザ−ビシクロ(2,2,2)オクタン等の環状アミン、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノシランが挙げられる。
本発明で用いる重合性有機化合物は、分子内に1個以上の重合性基を有する有機化合物であり、30℃で液状のものである。本発明に用いられる重合性有機化合物としてはモノマー、オリゴマー、プレポリマーのいずれでもよい。例えばアクリルモノマー、アクリルオリゴマー、液状エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、ビニルエーテル樹脂等が挙げられる。
本発明は、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、ビニルエーテル樹脂等のカチオン重合性樹脂を用いる場合に特に効果を発揮する。また、エポキシ樹脂の中でも分子内に1個以上のエポキシシクロヘキシル基を持つエポキシ樹脂に対して特に効果を発揮する。
アクリルモノマーとしては特に限定されるものではないが、具体例としては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ノナエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ノナプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、2,2−ビス〔4−((メタ)アクリロキシジエトキシ)フェニル〕プロパン、3−フェノキシ−2−プロパノイルアクリレート、1,6−ビス(3−アクリロキシ−2−ヒドロキシプロピル)−ヘキシルエーテル、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、グリセロールトリ(メタ)アクリレート、トリス−(2−ヒドロキシルエチル)−イソシアヌル酸エステル(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、2−ノルボルニルメチルメタクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2,2−ジメチルブチルアクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−メトキシメトキシエチルアクリレート、3−ペンチル(メタ)アクリレート、3−メチル−2−ノルボルニルメチルメタクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−メチル−2−プロピルペンチルアクリレート、5−ノルボルネン−2−イルメチルメタクリレート、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−オクタデシル(メタ)アクリレート、n−ノニル(メタ)アクリレート、sec−ブチル(メタ)クリレート、t−ペンチル(メタ)アクリレート、α−ヒドロキシメチルアクリル酸エチル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸ブチル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸、アクリル酸n−ステアリル、イソオクチルアクリレート、イソノニルアクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、エチルカルビトールアクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、シクロペンチルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、セチルアクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フタル酸水素(メタ)アクリロイルオキシエチル、ベンジル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、アリル化シクロヘキシルジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールアジペートジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、グリセリンプロポキシトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンポリエトキシトリ(メタ)アクリレート、プロピオン酸変性ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、プロピオン酸変性ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、プロポキシ化ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、プロピオン酸変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、グリシジルメタクリレート等が挙げられる。なお、ここで例えばエチレングリコールジ(メタ)アクリレートとはエチレングリコールジアクリレートとエチレングリコールジメタクリレートとを意味する。
アクリルオリゴマーとしては特に限定されるものではないが、代表的なものとして、エポキシアクリレートオリゴマー、ウレタンアクリレートオリゴマー、ポリエステルアクリレートオリゴマー等が挙げられる。
エポキシ樹脂としては、特に限定されるものではないが、具体例としては、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,2−エポキシ−4−(エポキシエチル)シクロヘキサン、グリセロールトリグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、2,6−ジグリシジルフェニルグリシジルエーテル、1,1,3−トリス[p−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル]プロパン、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸ジグリシジルエステル、4,4’−メチレンビス(N,N−ジグリシジルアニリン)、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、トリメチロールエタントリグリシジルエーテル、トリグリシジル−p−アミノフェノール、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、テトラグリシジル−1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビスフェノール−A−ジグリシジルエーテル、ビスフェノール−S−ジグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエステル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、テトラブロモビスフェノール−A−ジグリシジルエーテル、ビスフェノールヘキサフルオロアセトンジグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールジグリシジルエーテル、水素化ビスフェノール−A−ジグリシジルエーテル、トリス−(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート、1−{2,3−ジ(プロピオニルオキシ)}−3,5−ビス(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6・(1H,3H,5H)−トリオン、1,3−ビス{2,3−ジ(プロピオニルオキシ)}−5−(2,3−エポキシプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6・(1H,3H,5H)−トリオン、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート、ジグリセロールポリジグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、1,4−ビス(2,3−エポキシプロポキシパーフルオロイソプロピル)シクロヘキサン、ソルビトールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、レゾルシンジグリシジルエーテル、1,6−へキサンジオールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、p−ターシャリーブチルフェニルグリシジルエーテル、アジピン酸ジグリシジルエーテル、o−フタル酸ジグリシジルエーテル、ジブロモフェニルグリシジルエーテル、1,2,7,8−ジエポキシオクタン、1,6−ジメチロールパーフルオロヘキサンジグリシジルエーテル、4,4’−ビス(2,3−エポキシプロポキシパーフルオロイソプロピル)ジフェニルエーテル、2,2−ビス(4−グリシジルオキシフェニル)プロパン、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4−エポキシシクロヘキシルオキシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)−3’,4’−エポキシ−1,3−ジオキサン−5−スピロシクロヘキサン、1,2−エチレンジオキシ−ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメタン)、4’,5’−エポキシ−2’−メチルシクロヘキシルメチル−4,5−エポキシ−2−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、エチレングリコール−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、ビス−(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、及びビス(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテルが挙げられる。
上記のうち分子内に1個以上のエポキシシクロヘキシル基を含むエポキシ樹脂としては3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4−エポキシシクロヘキシルオキシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)−3’,4’−エポキシ−1,3−ジオキサン−5−スピロシクロヘキサン、1,2−エチレンジオキシ−ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメタン)、4’,5’−エポキシ−2’−メチルシクロヘキシルメチル−4,5−エポキシ−2−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、エチレングリコール−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、ビス−(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、及びビス(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテルが挙げられる。
オキセタン樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、3−エチル−3−(フェノキシメチル)オキセタン、3,3−ジエチルオキセタン、及び3−エチル−3−(2−エチルヘキシロキシメチル)オキセタン、1,4−ビス(((3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ)メチル)ベンゼン、ジ((3−エチル−3−オキセタニル)メチル)エーテル、及びペンタエリスリトールテトラキス((3−エチル−3−オキセタニル)メチル)エーテル等が挙げられる。
ビニルエーテル樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、ビニル−2−クロロエチルエーテル、ビニル−ノルマルブチルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ビニルグリシジルエーテル、ビス(4−(ビニロキシメチル)シクロヘキシルメチル)グルタレート、トリ(エチレングリコール)ジビニルエーテル、アジピン酸ジビニルエステル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリス(4−ビニロキシ)ブチルトリメリレート、ビス(4−(ビニロキシ)ブチル)テレフタレート、ビス(4−(ビニロキシ)ブチルイソフタレート、エチレングリコールジビニルエーテル、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、テトラメチレングリコールジビニルエーテル、テトラエチレングリコールジビニルエーテル、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、トリメチロールエタントリビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、テトラエチレングリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル及びシクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル等が挙げられる。
本発明に用いられる有機溶媒分散シリカゾルに含まれるコロイダルシリカ粒子の表面は、該コロイダルシリカ粒子の表面シラノール基が有機シラン化合物と反応して共有結合を形成して親有機化処理されていることが好ましい。コロイダルシリカ粒子の表面を親有機化していない場合、次に添加するアミン化合物の種類よってはコロイダルシリカ粒子が凝集することがあり、また、得られるシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の分散安定性が悪くなる場合がある。
コロイダルシリカ粒子の表面シラノール基と反応して共有結合を形成することができる有機シラン化合物としては、シラザン化合物、シロキサン化合物又はアルコキシシラン若しくはその部分加水分解物、若しくはその部分加水分解物の2乃至5量体のオリゴマーが挙げられる。
シラザン化合物としては、例えばヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザンが挙げられる。
シロキサン化合物としては、例えばヘキサメチルジシロキサン、1,3−ジブチルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジフェニルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン、ヘキサエチルジシロキサン及び3−グリシドキシプロピルペンタメチルジシロキサンが挙げられる。
アルコキシシランとしては、例えばトリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチルプロポキシシラン、フェニルジメチルメトキシシラン、クロロプロピルジメチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、n−ヘキシルトリメトキシシラン、n−オクチルトリエトキシシラン、n−オクチルメチルジエトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェネチルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリエトキシシラン、フェニルジメチルエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(βメトキシエトキシ)シラン、γ−メタアクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−(メタアクリルオキシプロピル)メチルジメトキシシラン、γ−メタアクリルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタアクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−(アミノプロピル)メチルジメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−(アミノプロピル)トリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−(アミノプロピル)トリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ヘプタデカトリフルオロプロピルトリメトキシシラン、n−デシルトリメトキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン、ビス(トリエトキシシリル)エタン及びヘキサエトキシジシロキサンが挙げられる。
前記有機シラン化合物は、単独で又は2種類以上を混合して用いることができる。
本発明では先ず、(a)工程において、有機溶媒分散シリカゾルとメタノールと純水とをそれぞれ同質量ずつ混合して得られる希釈液の20℃におけるpHが2.5乃至4.0である、窒素吸着法による平均一次粒子径が5乃至100nmのコロイダルシリカ粒子を含有する有機溶媒分散シリカゾルを適切な反応容器に入れた後、室温下又は加熱下において攪拌しながらアミン化合物を添加する。アミン化合物を添加する際に有機溶媒分散シリカゾルを加熱する場合は、前記有機溶媒分散シリカゾルの沸点未満で行うことが好ましい。
アミンの添加量は、前記有機溶媒分散シリカゾルにアミン化合物を添加した後、前記混合方法で得た液の20℃におけるpHが4.5乃至11.0、好ましくは5.0乃至8.5になるように調整する。該希釈液の20℃におけるpHが4.5未満の場合、コロイダルシリカ粒子の固体酸性を十分に抑制できずに、後に混合される重合性有機化合物が重合する場合がある。また該希釈液の20℃におけるpHが11.0を超える場合は、コロイダルシリカ粒子の分散性が低下し、得られるシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の分散安定性が悪くなる場合がある。
本発明で用いるアミン化合物は、水又は有機溶媒に溶解して添加することが好ましい。有機溶媒分散シリカゾルにアミン化合物を添加した後、攪拌を1乃至300分間、好ましくは10乃至60分間行い、アミン化合物を有機溶媒分散シリカゾル中に十分に均一に溶解させる。
(a)工程において、有機溶媒分散シリカゾルに含まれるコロイダルシリカ粒子の表面は、有機シラン化合物と反応して共有結合を形成して親有機化されていることが好ましい。
有機溶媒分散シリカゾルのコロイダルシリカ粒子の分散性は、動的光散乱法による粒子径を指標とすることができる。有機溶媒分散シリカゾルに含まれるコロイダルシリカ粒子が凝集を起こして分散性が低下した場合、該有機溶媒分散シリカゾルの動的光散乱法による粒子径が増大する。
本発明において、上記のアミン化合物の添加によってコロイダルシリカ粒子が凝集していないことを動的光散乱法による粒子径の測定によって確認した後、次の工程に進むことが好ましい。コロイダルシリカ粒子が凝集した状態で次の工程に進むと、シリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の粘度が高くなり取り扱いが困難になる場合や、保存安定性が悪くなる場合がある。
次に(b)工程において、(a)工程で得られたアミン添加有機溶媒分散シリカゾルと重合性有機化合物との混合を行う。(b)工程における重合性有機化合物とアミン添加有機溶媒分散シリカゾルのシリカ成分との質量比は、重合性有機化合物100質量部に対してシリカ成分1乃至200質量部である。
この混合は、アミン添加有機溶媒分散シリカゾルに重合性有機化合物を添加しても、重合性有機化合物にアミン添加有機溶媒分散シリカゾルを添加してもよい。また、この混合は一方を攪拌しながら他方を添加しても、一方が無攪拌で添加してもよい。更に混合を行う間に、アミン添加有機溶媒分散シリカゾルに含まれる有機溶媒の一部又は全部を留去してもよい。この混合は室温下で行なわれても加熱下で行なわれてもよい。加熱する場合は、重合性有機化合物の熱重合又は熱分解が起こらない限り任意の温度でよいが、混合の間にアミン添加有機溶媒分散シリカゾルに含まれる有機溶媒の一部又は全部を留去する場合は、該有機溶媒の沸点以上である必要がある。
アミン添加有機溶媒分散シリカゾルと重合性有機化合物とを混合後、両者が十分に均一になるように攪拌又は振とうを行う。攪拌又は振とうは1分以上、好ましくは10分以上行う。
前記(b)工程により得られたシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物は、更に攪拌を行いながら、常圧の加熱下、又は減圧の加熱下若しくは室温下において有機溶媒の少なくとも一部を除去することができる。有機溶媒を除去する条件は、重合性有機化合物が重合又は分解を起こさずに有機溶媒を留去できる条件であればよく、置換する容器内の圧力と液温を適宜調整して行えばよい。有機溶媒の留去のために用いられる容器は、ロータリーエバポレーター等の容器内の圧力と温度を適宜調整できる蒸留装置が好ましい。
本発明により得られる、シリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物は、該組成物の経時的な粘度の変化を保存安定性の指標とすることができる。本発明により得られるシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物は粘度の変化が少なく、保存安定性が良好である。
本発明により得られる、シリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物は、適宜、他の重合性有機化合物、硬化剤、硬化促進剤、重合開始剤等と配合されて、コロイダルシリカ粒子が良好に分散した硬化性樹脂組成物とすることができる。該硬化性樹脂組成物は、コーティング又は鋳型注型された後、活性エネルギー線照射又は加熱によって硬化され、樹脂硬化体とすることができる。該硬化性樹脂組成物が有機溶媒を含有する場合は、適宜有機溶媒を除去した後、硬化を行うことが好ましい。
樹脂硬化体は、透明プラスチック板、プラスチックレンズ、プラスチック瓶、フィルム等に施されるハードコート膜のような薄膜、各種封止材、成型品等、用途に応じて様々な形態を取り得る。
シリカゾルの物性測定方法を以下に示す。
〔SiO濃度〕
シリカゾルを130℃で乾燥後、得られたゲルを坩堝中で800℃焼成し、焼成残分によって算出した。
〔平均一次粒子径(窒素吸着法粒子径)〕
シリカゾルを300℃で乾燥させた粉末の比表面積を比表面積測定装置モノソーブ(登録商標)MS−16(ユアサアイオニクス(株)製)を用いて測定した。
〔水分〕カールフィッシャー滴定法にて求めた。
〔有機溶媒含有量〕ガスクロマトグラフィーにて求めた。
ガスクロマトグラフィー条件:
カラム:3mm×1mガラスカラム、
充填剤:ポーラパックQ、
カラム温度:130乃至230℃(昇温8℃/min)、
キャリアー:N 40mL/min、
検出器:FID 注入量:1μL、
内部標準:メチルエチルケトン又はアセトニトリルを採用した。
〔粘度〕シリカゾルの粘度をB型回転粘度計(東機産業(株)製)を用いて測定した。
〔動的光散乱法粒子径〕シリカゾルをその分散溶媒で希釈し、溶媒のパラメーターを用いてコルターN5(商品名:米国コルター社製)で測定した。

下記の材料を準備した。
・有機溶媒ゾル(I) 市販のメチルエチルケトン分散シリカゾル(コロイダルシリカ粒子を有機シラン化合物で親有機化処理したもの)を準備した(商品名:MEK−ST、BET法粒子径12nm、SiO濃度30質量%、メタノール濃度0.9質量%、水分0.1質量%、動的光散乱法による粒子径16nm、同質量のメタノールと水とで希釈した液のpH3.7、日産化学工業(株)製)。
・有機溶媒ゾル(II) 市販の2−プロパノール分散シリカゾル(コロイダルシリカ粒子を有機シラン化合物で親有機化処理していないもの)を準備した(商品名:IPA−ST、BET法粒子径12nm、SiO濃度30質量%、メタノール濃度2.1質量%、水分0.3質量%、動的光散乱法による粒子径20nm、同質量のメタノールと水とで希釈した液のpH3.6、日産化学工業(株)製)。
・有機溶媒ゾル(III) 市販のメチルエチルケトン分散シリカゾル(コロイダルシリカ粒子を有機シラン化合物で親有機化処理したもの)を準備した(商品名:MEK−ST−L、BET法粒子径44nm、SiO濃度30.5質量%、メタノール濃度0.5質量%、水分0.1質量%、動的光散乱法による粒子径90nm、同質量のメタノールと水とで希釈した液のpH3.6、日産化学工業(株)製)。
・有機溶媒ゾル(IV) 以下の方法で有機溶媒ゾル(IV)を準備した。市販のメタノール分散シリカゾル(コロイダルシリカ粒子を有機シラン化合物で親有機化処理していないもの)(商品名:MT−ST、BET法粒子径12nm、SiO濃度30質量%、メタノール濃度68質量%、水分2質量%、同質量のメタノールと水とで希釈した液のpH3.6、日産化学工業(株)製)1000gを内容積2Lの撹拌機を備えたガラス製反応器に仕込み、該ゾルを攪拌しながら、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン[商品名:KBM−503、信越化学工業(株)製]38.0gを添加して、液温を50℃で4時間保持し、有機溶媒ゾル(IV)(SiO濃度30.5質量%、水分2質量%、同質量のメタノールと水とで希釈した液のpH3.6)を得た。
・液状エポキシ樹脂(I−b): 市販の液状エポキシ樹脂を準備した[商品名:セロキサイド(登録商標)2021P、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(物質名)、ダイセル化学工業(株)製]。
Figure 0005574111
・液状エポキシ樹脂(II−b): 市販の液状エポキシ樹脂を準備した[商品名:エピコート(登録商標)828、ビスフェノール−A−ジグリシジルエーテル(物質名)、ジャパンエポキシレジン(株)製]。
Figure 0005574111
・アクリルモノマー(I−c): 市販のアクリルモノマーを準備した(商品名:ビスコート#150、テトラヒドロフルフリルアクリレート(物質名)、大阪有機化学工業(株)製)。
実施例1
有機溶媒ゾル(I)150gを200mLビーカーに入れ、室温で攪拌しながら、シクロヘキシルアミン0.060gをメタノール3.0gに溶解した溶液を有機溶媒ゾル(I)に添加し、30分間攪拌を行って、アミン添加メチルエチルケトン分散シリカゾル(SiO濃度29.4質量%、メタノール濃度2.8質量%、水分0.1質量%、動的光散乱法による粒子径16nm、同質量のメタノールと水とで希釈した液のpH7.7)を得た。得られたゾルのうち5.0gを20mLネジ口ガラス瓶に取り、液状エポキシ樹脂(I−b)4.9gと混合して1分間良く振とうすることにより、無色透明の、シリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(I−a)を得た。この組成物を密閉して50℃で1ヶ月保管したところ、元の流動性を保っており、明らかな増粘はみられなかった。次いで、上記アミン添加メチルエチルケトン分散シリカゾル100gを内容積500mLのナス型セパラブルフラスコに移し、液状エポキシ樹脂(I)96.7gを添加した後、200乃至50Torrの減圧下、浴温60乃至100℃で加熱しながらロータリーエバポレーターにて有機溶媒を留去することにより、淡黄色透明の、シリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(I−a−1)(SiO濃度22.6質量%、エポキシ樹脂濃度76.8質量%、メチルエチルケトン濃度0.6質量%、30℃におけるB型粘度770mPa・s)126.5gを得た。得られたシリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(I−a−1)の一部をガラス製容器に密閉し、23℃の恒温槽内で1ヶ月保持した後、30℃におけるB型粘度を測定したところ1050mPa・sであり、使用するのに十分な流動性を保っていた。
実施例2〜4
アミン化合物の種類及び量を表1の通り行った以外は実施例1と同様に行い、シリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(II−a)乃至(IV−a)を得た。得られた組成物は50℃で1ヶ月保管しても元の流動性を保っていた。また、実施例1と同様に有機溶媒の留去を行い、シリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(II−a−1)乃至(IV−a−1)を得た。シリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(II−a−1)乃至(IV−a−1)はいずれも23℃の恒温槽内で1ヶ月保持しても粘度の変化は少なく、使用するのに十分な流動性を保っていた。
実施例5
有機溶媒ゾル(I)の代わりに有機溶媒ゾル(II)を使用し、また、シクロヘキシルアミン0.060gの代わりにトリn−ブチルアミン0.105gを添加した以外は実施例1と同様にして行い、シリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(V−a)を得た。得られた組成物は50℃で1ヶ月保管しても元の流動性を保っていた。また、実施例1と同様に有機溶媒の留去を行い、シリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(V−a−1)を得た。得られたシリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(V−a−1)は23℃の恒温槽内で1ヶ月保持すると製造直後に比べて粘度が6倍程度上昇した。
実施例6
シクロヘキシルアミン0.060gの代わりにトリn−ブチルアミン1.36gを添加した以外は実施例1と同様にして行い、シリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(VI−a)を得た。得られた組成物は50℃で1ヶ月保管しても元の流動性を保っていた。また、実施例1と同様に有機溶媒の留去を行い、シリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(VI−a−1)を得た。シリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(VI−a−1)は23℃の恒温槽内で1ヶ月保持しても粘度の変化は少なく、使用するのに十分な流動性を保っていた。
比較例1
アミン化合物を添加しなかった以外は実施例1と同様にして行ったところ、メチルエチルケトン分散シリカゾルとエポキシ樹脂を混合した段階で混合液が発熱し、重合による増粘とゲル化が起こった。
比較例2
シクロヘキシルアミン0.060gの代わりに1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデカ−7−エン0.014gを用いた以外は実施例1と同様にして行ったところ、アミン添加メチルエチルケトン分散シリカゾル(SiO濃度29質量%、メタノール濃度2.8質量%、水分0.1質量%、動的光散乱法による粒子径16nm、同質量のメタノールと水とで希釈した液のpH4.2)を得た。次いでこのゾルのうち5.0gを20mLネジ口ガラス瓶に取り、液状エポキシ樹脂(I−b)4.9gと混合して1分間良く振とうすることにより、無色透明の、シリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(C−IV−a)を得た。この組成物を密閉して50℃で保管したところ、3時間でエポキシ樹脂の重合によりゲル化した。
比較例3
トリn−ブチルアミンを添加しなかった以外は実施例5と同様にして行ったところ、イソプロパノール分散シリカゾルとエポキシ樹脂を混合した段階で発熱し、重合による増粘とゲル化が起こった。
実施例7
有機溶媒ゾル(III)150gを200mLビーカーにいれ、室温で攪拌しながら、トリn−ブチルアミン0.086gをメチルエチルケトン3.0gに溶解した溶液を有機溶媒ゾル(III)に添加し、30分間攪拌を行い、アミン添加メチルエチルケトン分散シリカゾル(SiO濃度30.1質量%、メタノール濃度0.4質量%、水分0.1質量%、動的光散乱法による粒子径90nm、同質量のメタノールと水とで希釈した液のpH6.9)を得た。次いで、このゾル100gを内容積500mLのナス型セパラブルフラスコに移し、液状エポキシ樹脂(II−b)96.7gを添加した後、200乃至50Torrの減圧下、浴温60乃至100℃で加熱しながらロータリーエバポレーターにて有機溶媒を留去することより、シリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(VII−a−1)(SiO濃度23.0質量%、エポキシ樹脂濃度74.5質量%、メチルエチルケトン濃度0.6質量%、60℃におけるB型粘度1110mPa・s)126.5gを得た。この樹脂組成物の一部をガラス製容器に密閉し、23℃の恒温槽内で1ヶ月保持した後、60℃におけるB型粘度を測定したところ1130mPa・sであり、安定であった。
比較例4
トリn−ブチルアミンを添加しなかった以外は実施例7と同様にして行ったところ、高粘度でシリカ粒子を含有する液状エポキシ樹脂の組成物(C−VII−a−1)(SiO濃度22.5質量%、エポキシ樹脂濃度76.4質量%、メチルエチルケトン濃度3.0質量%、60℃におけるB型粘度15000mPa・s)129.0gを得た。この樹脂組成物の一部をガラス製容器に密閉し、23℃の恒温槽内で1日保持したところ、固化しており、全く流動性を示さなかった。また、60℃においても固化したままであり、粘度を測定することができなかった。
実施例8
有機溶媒ゾル(IV)800gを内容積1Lの撹拌機を備えたガラス製反応器に仕込み、該ゾルを攪拌しながら、1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデカ−7−エン[ACROS社試薬]0.156gをメタノール11.2gに溶解させた溶液を添加し、30分攪拌を継続することにより、親有機化コロイダルシリカを含有するアミン添加メタノール分散シリカゾル(SiO濃度28.8質量%、水分2質量%、ゾルを同質量の水とメタノールとで希釈した液のpH5.2)を得た。次いで、このゾルを内容積2Lのナス型フラスコに移し、アクリルモノマー(I−c)560gを添加した後、200乃至20Torrの減圧下、浴温40乃至50℃で加熱しながらロータリーエバポレーターにてメタノール及び水を留去することにより、無色透明の、シリカ粒子を含有するアクリルモノマーの組成物(VIII−a−1)833gを得た(SiO濃度30質量%、テトラヒドロフルフリルアクリレート濃度69.7質量%、30℃におけるB型粘度9.1mPa・s、水分0.1質量%、メタノール濃度0.2質量%)。このアクリルモノマー組成物の一部をガラス製容器に密閉し、23℃の恒温槽内で1ヶ月保持した後、30℃におけるB型粘度を測定したところ9.1mPa・sであり、安定であった。また、外観も無色透明のままであった。
比較例5
1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデカ−7−エンを添加しない以外は実施例8と同様に行ったところ、アクリルモノマー(I−c)添加後のエバポレーターによるメタノール留去工程の途中で、ゾルの粘度が急激に増大し、アクリルモノマー(I−c)の重合が起こったため、安定な、シリカ粒子を含有するアクリルモノマーの組成物が得られなかった。
実施例1〜8、比較例1〜5について、組成の一覧を表1に、得られた組成物の保存安定性試験の結果を表2及び3に記載した。
Figure 0005574111
Figure 0005574111
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本発明により得られるシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物は、プラスチックレンズ、プラスチック瓶、フィルム又は透明プラスチック板のような合成樹脂成型体の表面に形成させるハードコート膜や薄膜として、また、LED、半導体等の各種封止材料等への使用に好適である。

Claims (5)

  1. (a)有機溶媒分散シリカゾルとメタノールと純水とをそれぞれ同質量ずつ混合する方法で得られる希釈液の20℃におけるpHが2.5乃至4.0である、窒素吸着法による平均一次粒子径が5乃至100nmのコロイダルシリカ粒子を含有する有機溶媒分散シリカゾルに、前記混合方法で得られる希釈液のpHが、20℃において4.5乃至11.0となるようアミン化合物を添加する、アミン添加有機溶媒分散シリカゾルを調製する工程、(b)(a)工程で得られたアミン添加有機溶媒分散シリカゾルと液状エポキシ樹脂、並びにアクリルモノマー及び/又はアクリルオリゴマーからなる群から選ばれる重合性有機化合物とを混合する工程、を含むことを特徴とする、シリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法。
  2. 前記液状エポキシ樹脂が分子内に1個以上のエポキシシクロヘキシル基を有するエポキシ樹脂である、請求項1に記載のシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法。
  3. 前記(a)工程において、アミン添加有機溶媒分散シリカゾルの前記混合方法で得た希釈液の20℃におけるpHが5.0乃至8.5である、請求項1又は請求項2に記載のシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法。
  4. 前記(a)工程のコロイダルシリカ粒子が、有機シラン化合物で親有機化処理されていることを特徴とする、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法。
  5. 前記(b)工程の後、さらに、シリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物に含まれる有機溶媒の一部又は全部を除去することを特徴とする、請求項1乃至請求項のいずれか一項に記載のシリカ粒子を含有する重合性有機化合物の組成物の製造方法。
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