JP5602996B2 - 粉末状のシリカコンポジット粒子及びその製造方法、シリカコンポジット粒子分散液、並びに樹脂組成物 - Google Patents
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Description
で表されるホスホニウム塩系イオン性液体、及び反応溶媒を含む反応原料液に、酸又はアルカリを加えて、該アルコキシシランを加水分解することにより、該コアシリカ粒子の表面処理を行う表面処理工程を行い得られるシリカコンポジット粒子であって、
前記シリカコンポジット粒子は、前記アルコキシシランを、加水分解を行った前記反応液から前記反応溶媒を蒸発除去することにより得られたものであり、かつ、前記一般式(1)で表されるホスホニウム塩系イオン性液体を、P原子として1重量%以上含有することを特徴とする粉末状のシリカコンポジット粒子を提供するものである。
で表されるホスホニウム塩系イオン性液体、及び反応溶媒を含む反応原料液に、酸又はアルカリを加えて、該アルコキシシランを加水分解することにより、該コアシリカ粒子の表面処理を行う表面処理工程を有し、該表面処理工程で得られた反応液からのシリカコンポジット粒子の回収は、該反応液から、前記反応溶媒を蒸発させることにより除去し、シリカコンポジット粒子を得る溶媒蒸発除去工程により行うことを特徴とする粉末状のシリカコンポジット粒子の製造方法を提供するものである。
本発明の粉末状のシリカコンポジット粒子は、平均粒径が5〜200nmのコアシリカ粒子、アルコキシシラン、下記一般式(1):
で表されるホスホニウム塩系イオン性液体、及び反応溶媒を含む反応原料液に、酸又はアルカリを加えて、該アルコキシシランを加水分解することにより、該コアシリカ粒子の表面処理を行う表面処理工程を行い得られるシリカコンポジット粒子である。
で表されるフルオロアルキル基含有オリゴマーを含有することができる。反応原料液が、前記一般式(2)又は(3)で表わされるフルオロアルキル基含有オリゴマーを含有することにより、本発明の粉末状のシリカコンポジット粒子は、粒子表面に、前記一般式(2)又は(3)で表わされるフルオロアルキル基含有オリゴマーを含有するシリカコンポジット粒子となる。本発明の粉末状のシリカコンポジット粒子が、粒子表面に、前記一般式(2)又は(3)で表わされるフルオロアルキル基含有オリゴマーを含有することにより、種々の分散溶媒又は樹脂材料等への分散性が更に高くなり、更には撥油性等の特性も有することができる。前記一般式(2)又は(3)で表されるフルオロアルキル基含有オリゴマーの式中のR5及びR6は、−(CF2)p−Y基、又は−CF(CF3)−[OCF2CF(CF3)]q−OC3F7基を示し、R5及びR6は、同一の基であっても異なる基であってもよく、R5及びR6中のYは水素原子、フッ素原子又は塩素原子を示し、p及びqは0〜10の整数である。また、式中のZは、水酸基、モルホリノ基、3級アミノ基又は2級アミノ基を示す。3級アミノ基としては、トリメチルアミノ基、トリエチルアミノ基が挙げられ、2級アミノ基としては、−NHC(CH3)2CH2COCH3基、−NHCH(CH3)2基が挙げられる。R7、R8及びR9は同一の基であっても異なる基であってもよく、R7、R8及びR9は炭素数1〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示す。式中のmは5〜1000の整数を示す。
で表されるビニル基を有する化合物とを原料とし、下記反応式(6)に従って、前記一般式(4)で表される過酸化フルオロアルカノイル化合物と前記一般式(5)で表されるビニル基を有する化合物とを反応させ、前記一般式(2)で表されるフルオロアルキル基含有オリゴマーを得る。
で表されるホスホニウム塩系イオン性液体、及び溶媒を含む原料液に、酸又はアルカリを加えることにより、該コアシリカ粒子の表面処理を行う表面処理工程を行い得られるシリカコンポジット粒子であることを特徴とするものである。
すなわち、前記平均粒径が5〜200nmのコアシリカ粒子、アルコキシシラン、イオン性液体及び反応溶媒を含む反応原料液に、酸又はアルカリを加えて、該アルコキシシランを加水分解することにより得られた反応液、又はこの反応液を分散溶媒で希釈した希釈液も、本発明のシリカコンポジット粒子分散液である。
1Lの3つ口フラスコに、ジアセトンアクリルアミド69.3g(0.41mol)及びAK−225を500ml仕込み、更に、室温で、ペルフルオロ−2−メチル−3−オキサヘキサノイルペルオキシド([C3F7−O−CF(CF3)−CO−O−]2)の10%AK−225溶液を334g(ペルフルオロ−2−メチル−3−オキサヘキサノイルペルオキシド0.05mol)仕込んだ。その後、撹拌しながら45℃まで昇温し、5時間熟成後、撹拌を止めて、一晩静置した。静置後、濃縮し、AK−225を用いて洗浄し、ろ過を行い、50℃で真空乾燥して、一般式(2)に包含されるフルオロアルキル基含有オリゴマー(略称;RF−DOBAA)を得た。その結果を表1に示す。なお、AK−225は、旭硝子社製の不燃性フッ素系溶剤であり、その構造式はCF3CF2CHCl2/CClF2CF2CHClFで表される。
表3に、用いたホスホニウム塩系イオン性液体を示す。
コアシリカ源として、シリカゾル(30重量%メタノール溶液、日産化学工業社製、平均粒径11nm)を用いた。
50mlのサンプル瓶に、メタノール20mlを入れ、次いで表4に示す添加量でホスホニウム塩試料A、前記シリカゾル3.33g(SiO2の含有量が1.0g)、及びテトラエトキシシラン(東京化成工業社製)0.5mlを入れ攪拌混合した。次いで、十分に攪拌混合しながら室温下(25℃)に表4に示す添加量で25重量%アンモニア水を添加した。次に室温(25℃)で5時間攪拌し反応を行って透明な反応液を得た。反応終了後、反応液を減圧下に50℃で蒸留し溶媒を除去し、残渣として固形分を得た。
該固形物をIRで分析した結果、1465cm-1及び1412cm-1付近、更には2900cm-1付近にホスホニウム塩に起因するピークが観察された。
なお、反応液を遠心加速度800Gで30分間遠心分離処理しても、目視にて沈殿物は観察されなかった。反応液の状態及び反応収率を表5に示す。
50mlのサンプル瓶に、メタノール20mlを入れ、次いで表4に示す添加量でホスホニウム塩試料A、合成例1で調製したRF−DOBAAオリゴマー、前記シリカゾル3.33g(SiO2の含有量が1.0g)、及びテトラエトキシシラン(東京化成工業社製)0.5mlを入れ攪拌混合した。次いで、十分に攪拌混合しながら室温下(25℃)に表3に示す添加量で25重量%アンモニア水を添加した。次に室温(25℃)で5時間攪拌し反応を行って透明な反応液を得た。反応終了後、反応液を減圧下に50℃で蒸留し溶媒を除去し、残渣として固形分を得た。
該固形物をIRで分析した結果、1465cm-1及び1412cm-1付近、更には2900cm-1付近にホスホニウム塩に起因するピークが観察された。また、1715cm-1及び1654cm-1付近にRF−DOBAAオリゴマー中のアミド基に起因するピークが観察された。
なお、反応液を遠心加速度800Gで30分間遠心分離処理しても、目視にて沈殿物は観察されなかった。反応液の状態及び反応収率を表5に示す。
50mlのサンプル瓶に、メタノール20mlを入れ、次いで表4に示す添加量でホスホニウム塩試料A、合成例2で調製したRF−VMオリゴマー、前記シリカゾル3.33g(SiO2の含有量が1.0g)、及びテトラエトキシシラン(東京化成工業社製)0.5mlを入れ攪拌混合した。次いで、十分に攪拌混合しながら室温下(25℃)で25重量%アンモニア水を5.0ml添加した。次に室温(25℃)で5時間攪拌し反応を行って透明な反応液を得た。反応終了後、反応液を減圧下に50℃で蒸留し溶媒を除去し、残渣として固形分を得た。
該固形物をIRで分析した結果、1465cm-1及び1412cm-1付近、更には2900cm-1付近にホスホニウム塩に起因するピークが観察された。
なお、反応液を遠心加速度800Gで30分間遠心分離処理しても、目視にて沈殿物は観察されなかった。反応液の状態及び反応収率を表5に示す。
50mlのサンプル瓶に、メタノール20mlを入れ、次いで、ホスホニウム塩試料B0.5ml、前記RF−DOBAAオリゴマー0.5g、前記シリカゾル3.33g、及びテトラエトキシシラン2.3mlを入れ、撹拌混合した。次いで、十分に撹拌しながら、25%アンモニア水0.5mlを加え、一晩撹拌して懸濁した反応液を得た。
反応終了後、反応液を減圧下に50℃で蒸留し溶媒を除去し、残渣として固形分を得た。次いで、得られた固形分にメタノールを入れ、一晩撹拌して、固形分を分散させた後、遠心分離を行った。得られた固形分を、メタノールに加え、一晩分散させた後、遠心分離を行うという操作を2回繰り返し、精製を行った。精製後の固形分を、減圧デシケーター内で真空乾燥させ、粉末状のシリカコンポジット粒子を得た。
該固形物をIRで分析した結果、1465cm-1及び1412cm-1付近、更には2900cm-1付近にホスホニウム塩に起因するピークが観察された。また、1715cm-1及び1654cm-1付近にRF−DOBAAオリゴマー中のアミド基に起因するピークが観察された。
なお、反応液を遠心加速度800Gで30分間遠心分離処理した結果、目視にて沈殿物が観察された。反応液の状態及び反応収率を表5に示す。
実施例1〜11で得られた粉末状のシリカコンポジット粒子についてTGA測定を行い、TGAカーブから、リン原子含有量、フッ素原子含有量を求めた。その結果を表6に示す。また、TGA曲線を図1〜6に示す。また、図1〜6には、無処理のシリカゾルを比較例2として測定対象とした、TGA測定の結果も併記した。更に、図1〜4には、RF−DOBAA単独を対象としたTGA測定の結果も併記した。ただし、実施例9〜11については、TGAに基づくリン原子含有量及びフッ素原子含有量は算出しなかった。これらのTGA測定とは別に、粉末状のシリカコンポジット粒子のリン含有量を、ICP発光分析計を用いて測定し、またフッ素原子の含有量を、元素分析計で測定した。この結果も併せて表6に示す。
なお、本発明の各実施例で得られた粉末状のシリカコンポジット粒子は反応液から溶媒を蒸発除去し、残った残渣を回収したものであるので、理論量のリン原子量とフッ素原子量が、そのまま実施例で得られたシリカコンポジット粒子中に含まれる全リン原子量とフッ素原子量となる。
また、粉末状のシリカコンポジット粒子の平均粒径を、メタノールに再分散させて光散乱光度計(大塚電子製のDLS−6000HL)を用いて測定した。その結果を表6に示す。
(1)実施例1〜8及び比較例1で得られた粉末状のシリカコンポジット粒子の各種分散溶媒に対する分散性を試験した。その結果を表7に示す。なお、評価は分散溶媒5mlに粉末状のシリカコンポジット粒子0.01gを添加し、分散状態を目視で観測して評価した。また、比較例2(無処理のシリカゾル)についても同様に分散性試験を行い、その結果を併記した。
表中の記号は、以下のことを示す。
◎:分散性が良好で、目視にて固形物が観察されなかった。
○:分散性が良好で、白懸した液が得られた。
△:分散した。
×:分散しなかった。
(実施例12〜14)
水8mlにポリビニルアルコールを溶かし、これに実施例2、6及び8で得られた粉末状のシリカコンポジット粒子をメタノールに分散させた分散液を添加し、ポリビニルアルコール0.7重量部に対してシリカコンポジット粒子を0.3重量部含有する樹脂溶液を調製した。次いで、シャーレにこれら樹脂溶液を加え、2日間室温下(25℃)で自然乾燥、更には1晩真空乾燥し、キャストフィルムを作製した。調製した樹脂溶液の樹脂組成を表8に示す。また、得られたポリビニルアルコールフィルムの表面及び裏面のドデカンの接触角及び導電率を室温下(25℃)で測定した。その結果を表9に示す。接触角は、協和界面科学製のDrop Master 300を使用して測定した。導電率は、Agilent Technology製の4339Bを使用して測定した。
水8mlにポリビニルアルコール(PVA)0.4gを溶かし、これに実施例2、4、6及び8で得られた粉末状のシリカコンポジット粒子をメタノールに分散させた分散液を添加し、更にこの樹脂溶液にホスホニウム塩試料Aを0.3g添加し、ポリビニルアルコール0.4重量部に対してシリカコンポジット粒子とホスホニウム塩試料Aの総量で0.6重量部含有し、シリカコンポジット粒子0.3重量部とホスホニウム塩試料Aを0.3重量部含有する樹脂溶液を調製した。次いで、シャーレにこれら樹脂溶液を加え、2日間室温下(25℃)で自然乾燥、更には1晩真空乾燥し、キャストフィルムを作製した。調製した樹脂溶液の樹脂組成を表8に示す。また、得られたポリビニルアルコールフィルムの表面及び裏面のドデカンの接触角及び導電率を室温下(25℃)で測定した。その結果を表9に示す。
テトラエトキシシランを使用しなかった以外は、実施例10と同様にして、固形分(粉末状のシリカコンポジット粒子)を得た。
該固形分をIRで分析した結果、1465cm-1及び1412cm-1付近、更には2900cm-1付近にホスホニウム塩に起因するピークが観察された。
なお、反応液を遠心加速度800Gで30分間遠心分離処理しても、目視にて沈殿物は観察されなかった。
また、得られた粉末状のシリカコンポジット粒子の平均粒径を、メタノールに再分散させて光散乱光度計(大塚電子製のDLS−6000HL)を用いて測定した。
反応液の状態、反応収率及び平均粒径の測定結果を表10に示す。
また、図8に、得られた粉末状のシリカコンポジット粒子のTGA測定結果を示す。TGA測定値とは別に、粉末状のシリカコンポジット粒子のリン含有量を、ICP発光分析計を用いて測定し、またフッ素原子の含有量を、元素分析計で測定した。これらの結果を表10に示す。
Claims (13)
- 平均粒径が5〜200nmのコアシリカ粒子、アルコキシシラン、下記一般式(1):
R4は炭素数1〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示す。nは1〜8の整数を示
す。Xはアニオン基を示す。)
で表されるホスホニウム塩系イオン性液体、及び反応溶媒を含む反応原料液に、酸又はアルカリを加えて、該アルコキシシランを加水分解することにより、該コアシリカ粒子の表面処理を行う表面処理工程を行い得られるシリカコンポジット粒子であって、
前記シリカコンポジット粒子は、前記アルコキシシランを、加水分解を行った前記反応液から前記反応溶媒を蒸発除去することにより得られたものであり、かつ、前記一般式(1)で表されるホスホニウム塩系イオン性液体を、P原子として1重量%以上含有することを特徴とする粉末状のシリカコンポジット粒子。 - 前記反応液が、該反応液を遠心加速度800Gで30分間遠心分離処理したときに、沈殿物が観察されないものであることを特徴とする請求項1記載の粉末状のシリカコンポジット粒子。
- 前記反応溶媒がメタノールであることを特徴とする請求項1記載の粉末状のシリカコンポジット粒子。
- 前記一般式(1)で表されるホスホニウム塩系イオン性液体のR1、R2及びR3がn−ブチル基、R4がメチル基であり、nが3であることを特徴とする請求項1記載の粉末状
のシリカコンポジット粒子。 - 前記反応原料液が、更に、下記一般式(2)又は(3):
- 請求項1に記載の粉末状のシリカコンポジット粒子の製造方法であって、
平均粒径が5〜200nmのコアシリカ粒子、アルコキシシラン、下記一般式(1):
R4は炭素数1〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示す。nは1〜8の整数を示
す。Xはアニオン基を示す。)
で表されるホスホニウム塩系イオン性液体、及び反応溶媒を含む反応原料液に、酸又はアルカリを加えて、該アルコキシシランを加水分解することにより、該コアシリカ粒子の表面処理を行う表面処理工程を有し、該表面処理工程で得られた反応液からのシリカコンポジット粒子の回収は、該反応液から、前記反応溶媒を蒸発させることにより除去し、シリカコンポジット粒子を得る溶媒蒸発除去工程により行うことを特徴とする粉末状のシリカコンポジット粒子の製造方法。 - 前記一般式(1)で表されるホスホニウム塩系イオン性液体の添加量が、前記コアシリカ粒子1gに対して0.03ml以上であることを特徴とする請求項6記載の粉末状のシリカコンポジット粒子の製造方法。
- 前記反応原料液が、更に、下記一般式(2)又は(3):
- 請求項1ないし5のいずれか一項記載の粉末状のシリカコンポジット粒子が、分散溶媒に分散されていることを特徴とするシリカコンポジット粒子分散液。
- 前記シリカコンポジット粒子分散液が、平均粒径が5〜200nmのコアシリカ粒子、アルコキシシラン、下記一般式(1):
R4は炭素数1〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示す。nは1〜8の整数を示
す。Xはアニオン基を示す。)
で表されるホスホニウム塩系イオン性液体、及び反応溶媒を含む反応原料液に、酸又はアルカリを加えて、該アルコキシシランを加水分解することにより得られた遠心加速度800Gで30分間遠心分離処理したときに、沈殿物が観察されない反応液、又は該反応液の希釈液であることを特徴とする請求項9記載のシリカコンポジット粒子分散液。 - 前記反応原料液が、更に、下記一般式(2)又は(3):
- 更に、イオン性液体が添加されていることを特徴とする請求項11記載のシリカコンポジット粒子分散液。
- 請求項1ないし5のいずれか一項記載の粉末状のシリカコンポジット粒子を含有することを特徴とする樹脂組成物。
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