JP5633774B2 - Method for producing hollow particles - Google Patents

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本発明は、中空粒子の製造方法に関するものであり、特に、アルコキシドに塩基性化合物を作用させて縮重合反応を進行させ、殻化合物を生成させて芯粒子の表面を覆い、その後に芯粒子を溶解除去することによる中空粒子の製造方法に関する。  The present invention relates to a method for producing hollow particles, and in particular, a basic compound is allowed to act on an alkoxide to advance a condensation polymerization reaction to form a shell compound to cover the surface of the core particles, and then the core particles are formed. The present invention relates to a method for producing hollow particles by dissolution and removal.

近年、ナノテクノロジー研究の一環として、数百ナノメートル以下の粒子径を有する微粒子についての応用研究が盛んに行われている。その一例として、特許文献1に記載の高分散シリカナノ中空粒子及びそれを製造する方法の発明がある。このシリカナノ中空粒子は、緻密なシリカ殻からなるナノ中空粒子であって、細孔分布において2nm〜20nmの細孔が検出されないものであり、炭酸カルシウム微粒子を調製して溶媒に分散させる第1工程、分散した炭酸カルシウム微粒子にシリコンアルコキシドのゾル−ゲル反応(ゾル−ゲル法)によってシリカをコーティングする第2工程、炭酸カルシウムを溶解させてシリカナノ中空粒子とする第3工程によって製造される。   In recent years, as part of nanotechnology research, applied research on fine particles having a particle size of several hundred nanometers or less has been actively conducted. As an example, there is an invention of highly dispersed silica nano hollow particles described in Patent Document 1 and a method for producing the same. This silica nano hollow particle is a nano hollow particle composed of a dense silica shell, in which pores of 2 nm to 20 nm are not detected in the pore distribution. First step of preparing calcium carbonate fine particles and dispersing them in a solvent In addition, it is produced by a second step of coating silica on the dispersed calcium carbonate fine particles by a sol-gel reaction (sol-gel method) of silicon alkoxide, and a third step of dissolving calcium carbonate to form silica nano hollow particles.

ここで、「ゾル−ゲル法」とは、一般に『溶液からゾル及びゲルの状態を経た後、加熱してガラスを作る方法。アルコキシドを出発原料に用いることが多い。』(長倉三郎他・編「岩波理化学辞典(第5版)」777頁,1998年2月20日株式会社岩波書店発行)であり、ここでは、テトラエトキシシラン(TEOS)を始めとするシリコンアルコキシドを塩基性条件下で水と反応させて、SiO2 分子が縮重合したゲル状のシリカ殻を形成する方法をいう。なお、このゲル状のシリカ殻は、炭酸カルシウムを溶解させた後に、200℃〜1000℃の温度範囲で加熱されることによって、ガラス状のシリカ殻となる。 Here, the “sol-gel method” is generally “a method of producing glass by heating after passing through a sol and gel state from a solution. Alkoxides are often used as starting materials. (Saburo Nagakura et al., Edited by “Iwanami Rikagaku Dictionary (5th edition)”, page 777, published by Iwanami Shoten Co., Ltd. on February 20, 1998). Here, silicon alkoxides including tetraethoxysilane (TEOS) Is reacted with water under basic conditions to form a gel-like silica shell in which SiO 2 molecules are polycondensed. The gel-like silica shell is converted into a glass-like silica shell by heating calcium carbonate in a temperature range of 200 ° C. to 1000 ° C.

この特許文献1に係る高分散シリカナノ中空粒子は、中空で、かつ、シリカ殻が薄いため、断熱性及び透明性に優れ、中実の粒子と比較して低密度、低熱伝導率、高比表面積であることから、特許文献2に示されるように、塗料・フィルム・合成繊維中に均一に分散させることによって、断熱塗料・断熱フィルム・断熱繊維を得ることができて幅広い技術分野に応用することができる。その他にも、中空粒子は、軽量充填材としての利用や、医療分野におけるドラッグデリバリー用の担体としての利用を始めとして、多方面に亘る応用が期待されている。   The high-dispersion silica nano hollow particles according to Patent Document 1 are hollow and have a thin silica shell, so that they have excellent heat insulation and transparency, and have a lower density, lower thermal conductivity, and higher specific surface area than solid particles. Therefore, as shown in Patent Document 2, it is possible to obtain heat insulating paint, heat insulating film and heat insulating fiber by uniformly dispersing in paint, film and synthetic fiber, and to apply to a wide range of technical fields. Can do. In addition, the hollow particles are expected to be applied in various fields including use as a lightweight filler and use as a carrier for drug delivery in the medical field.

一般に、シリカに代表される無機酸化物の殻から構成される中空粒子は、噴霧熱分解法のような発泡によって中空構造を得る方法や、特許文献1に示されるように、芯(コア)となる物質の表面を目的の無機酸化物の膜で被覆した後に、芯物質を除去する方法である「テンプレート法」によって製造される。  In general, hollow particles composed of an inorganic oxide shell typified by silica include a method of obtaining a hollow structure by foaming such as spray pyrolysis, and a core (core) as shown in Patent Document 1. After the surface of the material is coated with a target inorganic oxide film, it is manufactured by a “template method” which is a method of removing the core material.

テンプレート法では、芯物質の形状を反映した形状の中空粒子を得ることができる。代表的な芯(コア)粒子としては、エマルジョン、ラテックス等の有機物微粒子、無機物微粒子が挙げられる。エマルジョン、ラテックスを芯粒子として用いた場合には、通常、中空粒子形状は球形に限定されるが、特許文献1に記載されているように、炭酸カルシウムに代表される無機物微粒子を芯粒子とした場合には、その結晶形状を反映した様々な形状の中空粒子を得ることができる。  In the template method, hollow particles having a shape reflecting the shape of the core substance can be obtained. Representative core (core) particles include organic fine particles such as emulsion and latex, and inorganic fine particles. When an emulsion or latex is used as the core particle, the hollow particle shape is usually limited to a spherical shape. However, as described in Patent Document 1, inorganic fine particles typified by calcium carbonate are used as the core particle. In some cases, hollow particles having various shapes reflecting the crystal shape can be obtained.

ここで、特許文献1に記載の中空シリカ粒子の製造法においては、上記第1工程、第2工程、第3工程をそれぞれ回分式(バッチ式)操作によって行っているが、かかる中空シリカ粒子の製造法を始めとするテンプレート法による中空粒子の製造方法を量産化に適したものとするためには、上記第1工程、第2工程、第3工程を連続式操作によって実施する必要がある。そのための一つの手段として、上記第1工程乃至第3工程を湿式ジェットミル等の湿式粒子分散装置の循環式流路内で行うことが、炭酸カルシウム微粒子、シリカ被覆炭酸カルシウム微粒子及び炭酸カルシウム除去後に形成されるシリカ殻からなる中空粒子の凝集を防ぐ意味においても、極めて好ましい。  Here, in the method for producing hollow silica particles described in Patent Document 1, the first step, the second step, and the third step are each performed by a batch (batch type) operation. In order to make the hollow particle manufacturing method by the template method including the manufacturing method suitable for mass production, it is necessary to carry out the first step, the second step, and the third step by continuous operation. As one means for that purpose, the first to third steps are performed in a circulation flow path of a wet particle dispersing device such as a wet jet mill, after the calcium carbonate fine particles, silica-coated calcium carbonate fine particles and calcium carbonate are removed. This is also extremely preferable in terms of preventing aggregation of hollow particles formed of silica shells to be formed.

特開2005−263550号公報JP 2005-263550 A 特開2007−070458号公報JP 2007-070458 A

しかしながら、上記特許文献1に記載の技術においては、アンモニア水をシリコンアルコキシドの加水分解・縮重合反応の触媒として用いていることから、アンモニア水を前記湿式粒子分散装置の循環式流路のリザーバ部から添加する際に、局所的なアンモニア濃度の増加及びそれに伴う反応溶液の水素イオン濃度(pH)の上昇によるシリコンアルコキシドの加水分解・縮重合反応の急速な進行によって、粗大なシリカ粒子の生成、その凝集及びシリカ被覆炭酸カルシウム微粒子同士の凝集体の形成が起こる。したがって、所望の大きさのシリカ殻からなる中空粒子を得ることができなくなる。
また、これらの粗大なシリカ粒子及び凝集体により、湿式粒子分散装置内の粒子分散を促すための極細径(通常内径0.1mm以下)の流路を閉塞してしまい、連続的な操作が不可能となるという問題点があった。すなわち、上記特許文献1に記載の技術においては、上記第1工程及び第2工程のみを連続的に実施することすら困難であった。
However, in the technique described in Patent Document 1, since ammonia water is used as a catalyst for hydrolysis / condensation polymerization reaction of silicon alkoxide, ammonia water is used as a reservoir part of the circulation channel of the wet particle dispersion device. From the rapid increase of the hydrolysis and polycondensation reaction of the silicon alkoxide due to the local increase in ammonia concentration and the accompanying increase in the hydrogen ion concentration (pH) of the reaction solution, the formation of coarse silica particles, The aggregation and the formation of aggregates between the silica-coated calcium carbonate fine particles occur. Therefore, it becomes impossible to obtain hollow particles made of silica shells of a desired size.
In addition, these coarse silica particles and aggregates block the ultrafine diameter (usually 0.1 mm or less inner diameter) flow path for promoting particle dispersion in the wet particle disperser, so that continuous operation is not possible. There was a problem that it became possible. That is, in the technique described in Patent Document 1, it is difficult even to continuously perform only the first step and the second step.

そこで、本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであって、芯粒子表面へのアルコキシドの加水分解・縮重合反応による被覆段階において、芯粒子の凝集、粗大な殻化合物粒子の生成とその凝集、及び芯粒子が殻化合物で被覆された粒子(以下、単に「殻化合物被覆芯粒子」ともいう。)の粗大化並びに凝集体の形成を防止するとともに、これらの粗大な粒子及び凝集体による湿式粒子分散装置等の反応装置の細孔流路の閉塞を防止することによって、上記第1工程及び第2工程を連続的に、更には上記第1工程乃至第3工程までを連続的に実施することができ、所望の大きさの殻化合物被覆芯粒子または中空粒子を連続的に得ることができて、中空粒子を量産することができる中空粒子の製造方法を提供することを目的とするものである。   Therefore, the present invention has been made to solve such problems, and in the coating step by hydrolysis / condensation polymerization of alkoxide on the surface of the core particles, the core particles are aggregated and coarse shell compound particles are generated. And the aggregation thereof, and the coarsening of the particles in which the core particles are coated with the shell compound (hereinafter also simply referred to as “shell compound-coated core particles”) and the formation of aggregates are prevented. By preventing clogging of the pore flow channel of a reaction apparatus such as a wet particle dispersion apparatus by collecting, the first step and the second step are continuously performed, and further, the first to third steps are continuously performed. It is an object of the present invention to provide a method for producing hollow particles, which can be carried out in a continuous manner, can continuously obtain shell compound-coated core particles or hollow particles of a desired size, and can mass-produce hollow particles. Do Than is.

請求項1の発明に係る中空粒子の製造方法は、アルコキシドに塩基性化合物を作用させることによって前記アルコキシドの加水分解・縮重合反応を進行させ、殻となる化合物(殻化合物)を生成させて芯となる粒子(芯粒子)の表面を覆い、その後前記芯粒子を溶解除去することによって前記殻化合物からなる中空粒子を製造する方法であって、前記塩基性化合物は、塩基性化合物前駆体物質に触媒を作用させて徐々に発生させるものである。   The method for producing hollow particles according to the invention of claim 1 is characterized in that a basic compound is allowed to act on an alkoxide to cause hydrolysis and polycondensation reaction of the alkoxide to produce a shell compound (shell compound). Covering the surface of the particles (core particles), and then dissolving and removing the core particles to produce hollow particles made of the shell compound, wherein the basic compound is converted into a basic compound precursor substance. It is generated gradually by the action of a catalyst.

ここで、「アルコキシド」とは、『アルコラート(alcoholate)ともいう。アルコールのヒドロキシ基の水素を金属Mで置換した化合物の総称。アルコキシ基に金属の結合した化合物ともみられるので金属アルコキシド(metal alkoxide)ともいう。…………金属アルコキシドM(OR)nは蒸留や再結晶によって高純度化ができるので、縮重合反応により生成するゾルをゲル化し、これからバルク、膜、ファイバー等を製造するゾル−ゲル法の原料として優れている。』(長倉三郎他・編「岩波理化学辞典(第5版)」46頁,1998年2月20日株式会社岩波書店発行)である。  Here, the “alkoxide” is also referred to as “alcoholate”. A generic term for compounds in which the hydrogen of the hydroxy group of an alcohol is replaced by a metal M. Since it is also seen as a compound in which a metal is bonded to an alkoxy group, it is also called a metal alkoxide. ............ Metal alkoxide M (OR) n can be highly purified by distillation or recrystallization, so the sol produced by the condensation polymerization reaction is gelled, and the sol-gel method for producing bulk, membrane, fiber, etc. Excellent as a raw material. (Saburo Nagakura et al., Edited by Iwanami Dictionary of Physical and Chemical Dictionary (5th edition), p. 46, published by Iwanami Shoten Co., Ltd. on February 20, 1998).

アルコキシドの具体例としては、シリコンアルコキシド、リチウムアルコキシド、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシド、マグネシウムアルコキシド、アルミニウムアルコキシド等が挙げられる。
特に、シリコンアルコキシドについては、シランSiH4 の水素原子をアルコキシ基で置換した化合物とみることもできるので、「○○アルコキシシラン(ここで、○○の部分にはアルコキシ基の数を表すモノ、ジ、トリ、テトラのいずれかの接頭辞が入る)」とも呼ばれる。
Specific examples of the alkoxide include silicon alkoxide, lithium alkoxide, sodium alkoxide, potassium alkoxide, magnesium alkoxide, aluminum alkoxide and the like.
In particular, silicon alkoxide can be regarded as a compound in which a hydrogen atom of silane SiH 4 is substituted with an alkoxy group, so that “XX alkoxysilane (where XX indicates the number of alkoxy groups, It is also called “di, tri, or tetra prefix”.

また、「粒子」とは、一般に『物質を構成する微細な粒。』(新村出・編「広辞苑(第4版)」2693頁,1991年11月15日株式会社岩波書店発行)であるが、本明細書及び特許請求の範囲においては、物質を構成するか単独で存在するかを問わず、広く「微細な粒」を意味するものとし、「中空粒子」とは、内部に空間を有する粒子をいう。  In addition, “particles” are generally “fine particles constituting a substance. (Shinmura, edited by “Kojien (4th edition)”, page 2693, published by Iwanami Shoten Co., Ltd. on November 15, 1991). The term “hollow particle” means a particle having a space inside, regardless of whether or not it exists.

更に「塩基性化合物」としては、アンモニア(NH3 )、アミン、アミド、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)等があり、「塩基性化合物前駆体物質」としては、触媒の作用によってアンモニアを発生する尿素((NH22 CO)等がある。 Furthermore, examples of the “basic compound” include ammonia (NH 3 ), amine, amide, sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), etc. Examples of the “compound precursor substance” include urea ((NH 2 ) 2 CO) that generates ammonia by the action of a catalyst.

この発明の構成において、前記アルコキシドはシリコンアルコキシドであり、前記殻化合物はシリカ(SiO2 )であるものである。
ここで、上述したように、シリコンアルコキシドは、シランSiH4 の水素原子をアルコキシ基で置換した化合物とみることもできるので、「○○アルコキシシラン(○○の部分にはアルコキシ基の数を表すモノ、ジ、トリ、テトラのいずれかの接頭辞が入る)」とも呼ばれる。具体的には、テトラメトキシシラン、トリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等の化合物がある。
In the constitution of the present invention, the alkoxide is silicon alkoxide, and the shell compound is silica (SiO 2 ).
Here, as described above, the silicon alkoxide can be regarded as a compound in which the hydrogen atom of silane SiH 4 is substituted with an alkoxy group, and therefore, “XX alkoxysilane (XX represents the number of alkoxy groups. This is also called "mono, di, tri, or tetra prefix". Specifically, there are compounds such as tetramethoxysilane, trimethoxysilane, tetraethoxysilane, triethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetrabutoxysilane.

また、芯粒子の表面に、ゾル−ゲル法でシリカ殻を被覆させるためのシリコンアルコキシドとしては、テトラエトキシシラン(TEOS)を始めとする上記のような種々のシリコンアルコキシドを用いることができ、より具体的には、例えば多摩化学工業株式会社のエチルシリケート(製品名「高純度正珪酸エチル」:テトラエトキシシラン(TEOS))、信越化学工業株式会社の機能性シランの中のアルコキシシラン(製品名「KBE−04」:テトラエトキシシラン(TEOS))等を使用することができる。  Further, as the silicon alkoxide for coating the surface of the core particles with the silica shell by the sol-gel method, various silicon alkoxides such as tetraethoxysilane (TEOS) as described above can be used. Specifically, for example, ethyl silicate (product name “high purity ethyl silicate”: tetraethoxysilane (TEOS)) from Tama Chemical Industries, Ltd., alkoxysilane (product name) among functional silanes from Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. “KBE-04”: tetraethoxysilane (TEOS)) or the like can be used.

更に、この発明の構成において、前記芯粒子は、酸により溶解する無機物微粒子であるものである。
ここで、「酸」としては、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸・安息香酸等のカルボン酸、クエン酸、酪酸等を用いることができ、その濃度も溶解させる無機物微粒子の種類に応じて任意に設定することができる。また、「無機物微粒子」を構成する無機物としては、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸リチウム等を用いることができる。
Furthermore, in the structure of this invention, the said core particle is an inorganic fine particle melt | dissolved with an acid.
Here, as the “acid”, carboxylic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid / benzoic acid, citric acid, butyric acid, etc. can be used, and the concentration thereof is arbitrarily set according to the kind of inorganic fine particles to be dissolved can do. In addition, calcium carbonate, calcium sulfate, barium sulfate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, lithium carbonate, or the like can be used as the inorganic substance constituting the “inorganic fine particles”.

更にまた、この発明の構成において、前記無機物微粒子は、炭酸カルシウム微粒子であるものである。
ここで、かかる炭酸カルシウム微粒子を製造する方法としては、例えば、水系で結晶を成長させる方法がある。この方法で生成する炭酸カルシウムの結晶はカルサイトであり六方晶系であるが、合成条件を制御することにより、あたかも立方晶系であるかのような形状、即ち「立方体状形態」に成長させることができる。ここで、「立方体状形態」とは、立方体に限らず面で囲まれた立方体に似た形状をいう。
Furthermore, in the configuration of the present invention, the inorganic fine particles are calcium carbonate fine particles.
Here, as a method for producing such calcium carbonate fine particles, for example, there is a method of growing crystals in an aqueous system. The calcium carbonate crystals produced by this method are calcite and hexagonal, but by controlling the synthesis conditions, they grow into a cubic shape, that is, a “cubic shape”. be able to. Here, the “cubic form” refers to a shape similar to a cube surrounded by a face, not limited to a cube.

水系で炭酸カルシウム微粒子の結晶を成長させる方法としては、特段に限定されるものではなく、水酸化カルシウムのスラリーに炭酸ガスを導入して炭酸カルシウムを沈殿させる方法や、塩化カルシウム等の可溶性カルシウム塩の水溶液に炭酸ナトリウム等の可溶性炭酸塩を添加して炭酸カルシウムを沈殿させる方法等が適用できる。  The method of growing calcium carbonate fine particles in an aqueous system is not particularly limited. A method of introducing carbon dioxide into a calcium hydroxide slurry to precipitate calcium carbonate, or a soluble calcium salt such as calcium chloride. A method of precipitating calcium carbonate by adding a soluble carbonate such as sodium carbonate to the aqueous solution can be applied.

また、炭酸カルシウム微粒子を入手する方法としては、市販の炭酸カルシウム微粒子を購入して使用することができる。例えば、林化成株式会社の微粒子炭酸カルシウムや、白石工業株式会社の合成炭酸カルシウム等を使用することができる。   As a method for obtaining the calcium carbonate fine particles, commercially available calcium carbonate fine particles can be purchased and used. For example, fine particle calcium carbonate of Hayashi Kasei Co., Ltd., synthetic calcium carbonate of Shiraishi Kogyo Co., Ltd., etc. can be used.

加えて、この発明の構成において、前記殻化合物からなる中空粒子は、顕微鏡法により測定した外径が30nm〜200nmの範囲内であるシリカ殻からなるナノ中空粒子であるものである。
ここで、「顕微鏡法」とは、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて粒子を実際に観察して、粒子の各部分の大きさを求める方法をいう。
In addition, in the configuration of the present invention, the hollow particles made of the shell compound are nano hollow particles made of a silica shell whose outer diameter measured by a microscope is in the range of 30 nm to 200 nm.
Here, “microscopy” refers to a method of actually observing particles using a scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM) to determine the size of each part of the particles.

かかる外径を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子を製造するためには、外径が8nm〜160nmの範囲内である芯粒子を用いることが好ましい。例えば、芯粒子として炭酸カルシウム微粒子を用いる場合には、かかる炭酸カルシウム微粒子を製造する方法としては、一例として水系で結晶を成長させる方法がある。この方法で生成する炭酸カルシウムの結晶はカルサイトであり六方晶系であるが、合成条件を制御することにより、あたかも立方晶系であるかのような形状、即ち「立方体状形態」に成長させることができる。ここで、「立方体状形態」とは、立方体に限らず面で囲まれた立方体に似た形状をいう。  In order to produce nano hollow particles composed of a silica shell having such an outer diameter, it is preferable to use core particles having an outer diameter in the range of 8 nm to 160 nm. For example, when calcium carbonate fine particles are used as the core particles, an example of a method for producing such calcium carbonate fine particles is a method of growing crystals in an aqueous system. The calcium carbonate crystals produced by this method are calcite and hexagonal, but by controlling the synthesis conditions, they grow into a cubic shape, that is, a “cubic shape”. be able to. Here, the “cubic form” refers to a shape similar to a cube surrounded by a face, not limited to a cube.

水系で炭酸カルシウム微粒子の結晶を成長させる方法としては、特段に限定されるものではなく、水酸化カルシウムのスラリーに炭酸ガスを導入して炭酸カルシウムを沈殿させる方法や、塩化カルシウム等の可溶性カルシウム塩の水溶液に炭酸ナトリウム等の可溶性炭酸塩を添加して炭酸カルシウムを沈殿させる方法等が適用できる。  The method of growing calcium carbonate fine particles in an aqueous system is not particularly limited. A method of introducing carbon dioxide into a calcium hydroxide slurry to precipitate calcium carbonate, or a soluble calcium salt such as calcium chloride. A method of precipitating calcium carbonate by adding a soluble carbonate such as sodium carbonate to the aqueous solution can be applied.

この際、目的とする外径が8nm〜160nmの範囲内である炭酸カルシウム微粒子を得るためには、比較的低温でかつ炭酸カルシウムの沈殿反応の速度を速めることが望ましい。例えば、水酸化カルシウムスラリーに炭酸ガスを導入する方法においては、炭酸ガスを導入する際の液温を30℃以下とし、また炭酸ガスを導入する速度を、水酸化カルシウム100g当り、1.0L/min以上とすることが好適である。  At this time, in order to obtain calcium carbonate fine particles having a target outer diameter in the range of 8 nm to 160 nm, it is desirable that the precipitation rate of calcium carbonate is increased at a relatively low temperature. For example, in the method of introducing carbon dioxide gas into the calcium hydroxide slurry, the liquid temperature when introducing the carbon dioxide gas is 30 ° C. or less, and the rate at which the carbon dioxide gas is introduced is 1.0 L / 100 g of calcium hydroxide. It is preferable to set it to min or more.

また、外径が8nm〜160nmの範囲内である炭酸カルシウム微粒子を入手する方法としては、市販の炭酸カルシウム微粒子を購入して使用することもできる。例えば、林化成株式会社の微粒子炭酸カルシウムや、白石工業株式会社の合成炭酸カルシウム等を使用することができる。   Moreover, as a method for obtaining calcium carbonate fine particles having an outer diameter in the range of 8 nm to 160 nm, commercially available calcium carbonate fine particles can be purchased and used. For example, fine particle calcium carbonate of Hayashi Kasei Co., Ltd., synthetic calcium carbonate of Shiraishi Kogyo Co., Ltd., etc. can be used.

請求項2の発明に係る中空粒子の製造方法は、アルコキシドに塩基性化合物を作用させることによって前記アルコキシドの加水分解・縮重合反応を進行させ、殻となる化合物(殻化合物)を生成させて芯となる粒子(芯粒子)の表面を覆い、その後前記芯粒子を溶解除去することによって前記殻化合物からなる中空粒子を製造する方法であって、溶媒に前記芯粒子を分散させて芯粒子分散溶液とする分散工程と、前記芯粒子分散溶液に前記アルコキシドと、前記塩基性化合物を発生させる塩基性化合物前駆体物質と、該塩基性化合物前駆体物質に作用して前記塩基性化合物を徐々に発生させる触媒とを添加して攪拌する添加攪拌工程とを具備し、前記分散工程及び前記添加攪拌工程を反応装置内で連続的に実施するものである。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for producing a hollow particle, wherein a basic compound is allowed to act on an alkoxide to cause hydrolysis and polycondensation reaction of the alkoxide to produce a shell compound (shell compound). Covering the surface of the particles (core particles), and then dissolving and removing the core particles to produce hollow particles made of the shell compound, wherein the core particles are dispersed in a solvent to disperse the core particles A step of dispersing, the alkoxide in the core particle dispersion solution, a basic compound precursor material for generating the basic compound, and acting on the basic compound precursor material to gradually generate the basic compound. An addition stirring step of adding and stirring the catalyst to be carried out, and the dispersion step and the addition stirring step are carried out continuously in the reaction apparatus.

ここで、「溶媒」としては、水、特に蒸留水や純水、メタノール、エタノールを始めとする有機溶媒等の各種溶媒を用いることができる。また、「反応装置」としては、攪拌装置を備えた一個の容器等の一体の反応容器でも良いし、複数の構成要素を連続的に組み合わせた一連の反応装置でも良い。更に、「反応装置内で連続的に実施する」とは、途中で反応装置から中間物質等を取り出したりすることなく、各工程を連続して行うことを意味する。  Here, as the “solvent”, various solvents such as water, particularly distilled water, pure water, organic solvents such as methanol and ethanol can be used. In addition, the “reaction apparatus” may be an integrated reaction container such as a single container equipped with a stirring device, or a series of reaction apparatuses in which a plurality of components are continuously combined. Furthermore, “continuously performed in the reaction apparatus” means that each step is performed continuously without taking out an intermediate substance or the like from the reaction apparatus on the way.

この発明の構成において、更に、前記添加攪拌工程において形成された前記芯粒子が前記殻化合物で被覆された粒子に、前記芯粒子を溶解させる化合物を添加して前記芯粒子を溶解除去する溶解除去工程を具備し、前記分散工程、前記添加攪拌工程及び前記溶解除去工程を反応装置内で連続的に実施するものである。  In the configuration of the present invention, further, dissolution removal in which the core particles are dissolved and removed by adding a compound that dissolves the core particles to the particles in which the core particles formed in the addition stirring step are coated with the shell compound. And the dispersion step, the addition stirring step and the dissolution removal step are continuously performed in a reaction apparatus.

そして、この発明の構成において、前記アルコキシドはシリコンアルコキシドであり、前記殻化合物はシリカ(SiO2 )であるものである。
ここで、上述したように、シリコンアルコキシドは、シランSiH4 の水素原子をアルコキシ基で置換した化合物とみることもできるので、「○○アルコキシシラン(○○の部分にはアルコキシ基の数を表すモノ、ジ、トリ、テトラのいずれかの接頭辞が入る)」とも呼ばれる。具体的には、テトラメトキシシラン、トリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等の化合物がある。
In the structure of the present invention, the alkoxide is silicon alkoxide, and the shell compound is silica (SiO 2 ).
Here, as described above, the silicon alkoxide can be regarded as a compound in which the hydrogen atom of silane SiH 4 is substituted with an alkoxy group, and therefore, “XX alkoxysilane (XX represents the number of alkoxy groups. This is also called "mono, di, tri, or tetra prefix". Specifically, there are compounds such as tetramethoxysilane, trimethoxysilane, tetraethoxysilane, triethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetrabutoxysilane.

また、芯粒子の表面に、ゾル−ゲル法でシリカ殻を被覆させるためのシリコンアルコキシドとしては、テトラエトキシシラン(TEOS)を始めとする上記のような種々のシリコンアルコキシドを用いることができ、より具体的には、例えば多摩化学工業株式会社のエチルシリケート(製品名「高純度正珪酸エチル」:テトラエトキシシラン(TEOS))、信越化学工業株式会社の機能性シランの中のアルコキシシラン(製品名「KBE−04」:テトラエトキシシラン(TEOS))等を使用することができる。  Further, as the silicon alkoxide for coating the surface of the core particles with the silica shell by the sol-gel method, various silicon alkoxides such as tetraethoxysilane (TEOS) as described above can be used. Specifically, for example, ethyl silicate (product name “high purity ethyl silicate”: tetraethoxysilane (TEOS)) from Tama Chemical Industries, Ltd., alkoxysilane (product name) among functional silanes from Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. “KBE-04”: tetraethoxysilane (TEOS)) or the like can be used.

更に、この発明の構成において、前記芯粒子は、酸により溶解する無機物微粒子であるものである。
ここで、「酸」としては、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸・安息香酸等のカルボン酸、クエン酸、酪酸等を用いることができ、その濃度も溶解させる無機物微粒子の種類に応じて任意に設定することができる。また、「無機物微粒子」を構成する無機物としては、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸リチウム等を用いることができる。
Furthermore, in the structure of this invention, the said core particle is an inorganic fine particle melt | dissolved with an acid.
Here, as the “acid”, carboxylic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid / benzoic acid, citric acid, butyric acid, etc. can be used, and the concentration thereof is arbitrarily set according to the kind of inorganic fine particles to be dissolved can do. In addition, calcium carbonate, calcium sulfate, barium sulfate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, lithium carbonate, or the like can be used as the inorganic substance constituting the “inorganic fine particles”.

更にまた、この発明の構成において、前記無機物微粒子は、炭酸カルシウム微粒子であるものである。
ここで、かかる炭酸カルシウム微粒子を製造する方法としては、例えば、水系で結晶を成長させる方法がある。この方法で生成する炭酸カルシウムの結晶はカルサイトであり六方晶系であるが、合成条件を制御することにより、あたかも立方晶系であるかのような形状、即ち「立方体状形態」に成長させることができる。ここで、「立方体状形態」とは、立方体に限らず面で囲まれた立方体に似た形状をいう。
Furthermore, in the configuration of the present invention, the inorganic fine particles are calcium carbonate fine particles.
Here, as a method for producing such calcium carbonate fine particles, for example, there is a method of growing crystals in an aqueous system. The calcium carbonate crystals produced by this method are calcite and hexagonal, but by controlling the synthesis conditions, they grow into a cubic shape, that is, a “cubic shape”. be able to. Here, the “cubic form” refers to a shape similar to a cube surrounded by a face, not limited to a cube.

水系で炭酸カルシウム微粒子の結晶を成長させる方法としては、特段に限定されるものではなく、水酸化カルシウムのスラリーに炭酸ガスを導入して炭酸カルシウムを沈殿させる方法や、塩化カルシウム等の可溶性カルシウム塩の水溶液に炭酸ナトリウム等の可溶性炭酸塩を添加して炭酸カルシウムを沈殿させる方法等が適用できる。  The method of growing calcium carbonate fine particles in an aqueous system is not particularly limited. A method of introducing carbon dioxide into a calcium hydroxide slurry to precipitate calcium carbonate, or a soluble calcium salt such as calcium chloride. A method of precipitating calcium carbonate by adding a soluble carbonate such as sodium carbonate to the aqueous solution can be applied.

また、炭酸カルシウム微粒子を入手する方法としては、市販の炭酸カルシウム微粒子を購入して使用することができる。例えば、林化成株式会社の微粒子炭酸カルシウムや、白石工業株式会社の合成炭酸カルシウム等を使用することができる。   As a method for obtaining the calcium carbonate fine particles, commercially available calcium carbonate fine particles can be purchased and used. For example, fine particle calcium carbonate of Hayashi Kasei Co., Ltd., synthetic calcium carbonate of Shiraishi Kogyo Co., Ltd., etc. can be used.

加えて、この発明の構成において、前記殻化合物からなる中空粒子は、顕微鏡法により測定した外径が30nm〜200nmの範囲内であるシリカ殻からなるナノ中空粒子であるものである。
ここで、「顕微鏡法」とは、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて粒子を実際に観察して、粒子の各部分の大きさを求める方法をいう。
In addition, in the configuration of the present invention, the hollow particles made of the shell compound are nano hollow particles made of a silica shell whose outer diameter measured by a microscope is in the range of 30 nm to 200 nm.
Here, “microscopy” refers to a method of actually observing particles using a scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM) to determine the size of each part of the particles.

かかる外径を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子を製造するためには、外径が8nm〜160nmの範囲内である芯粒子を用いることが好ましい。例えば、芯粒子として炭酸カルシウム微粒子を用いる場合には、かかる炭酸カルシウム微粒子を製造する方法としては、一例として水系で結晶を成長させる方法がある。この方法で生成する炭酸カルシウムの結晶はカルサイトであり六方晶系であるが、合成条件を制御することにより、あたかも立方晶系であるかのような形状、即ち「立方体状形態」に成長させることができる。ここで、「立方体状形態」とは、立方体に限らず面で囲まれた立方体に似た形状をいう。  In order to produce nano hollow particles composed of a silica shell having such an outer diameter, it is preferable to use core particles having an outer diameter in the range of 8 nm to 160 nm. For example, when calcium carbonate fine particles are used as the core particles, an example of a method for producing such calcium carbonate fine particles is a method of growing crystals in an aqueous system. The calcium carbonate crystals produced by this method are calcite and hexagonal, but by controlling the synthesis conditions, they grow into a cubic shape, that is, a “cubic shape”. be able to. Here, the “cubic form” refers to a shape similar to a cube surrounded by a face, not limited to a cube.

水系で炭酸カルシウム微粒子の結晶を成長させる方法としては、特段に限定されるものではなく、水酸化カルシウムのスラリーに炭酸ガスを導入して炭酸カルシウムを沈殿させる方法や、塩化カルシウム等の可溶性カルシウム塩の水溶液に炭酸ナトリウム等の可溶性炭酸塩を添加して炭酸カルシウムを沈殿させる方法等が適用できる。  The method of growing calcium carbonate fine particles in an aqueous system is not particularly limited. A method of introducing carbon dioxide into a calcium hydroxide slurry to precipitate calcium carbonate, or a soluble calcium salt such as calcium chloride. A method of precipitating calcium carbonate by adding a soluble carbonate such as sodium carbonate to the aqueous solution can be applied.

この際、目的とする外径が8nm〜160nmの範囲内である炭酸カルシウム微粒子を得るためには、比較的低温でかつ炭酸カルシウムの沈殿反応の速度を速めることが望ましい。例えば、水酸化カルシウムスラリーに炭酸ガスを導入する方法においては、炭酸ガスを導入する際の液温を30℃以下とし、また炭酸ガスを導入する速度を、水酸化カルシウム100g当り、1.0L/min以上とすることが好適である。  At this time, in order to obtain calcium carbonate fine particles having a target outer diameter in the range of 8 nm to 160 nm, it is desirable that the precipitation rate of calcium carbonate is increased at a relatively low temperature. For example, in the method of introducing carbon dioxide gas into the calcium hydroxide slurry, the liquid temperature when introducing the carbon dioxide gas is 30 ° C. or less, and the rate at which the carbon dioxide gas is introduced is 1.0 L / 100 g of calcium hydroxide. It is preferable to set it to min or more.

また、外径が8nm〜160nmの範囲内である炭酸カルシウム微粒子を入手する方法としては、市販の炭酸カルシウム微粒子を購入して使用することもできる。例えば、林化成株式会社の微粒子炭酸カルシウムや、白石工業株式会社の合成炭酸カルシウム等を使用することができる。   Moreover, as a method for obtaining calcium carbonate fine particles having an outer diameter in the range of 8 nm to 160 nm, commercially available calcium carbonate fine particles can be purchased and used. For example, fine particle calcium carbonate of Hayashi Kasei Co., Ltd., synthetic calcium carbonate of Shiraishi Kogyo Co., Ltd., etc. can be used.

請求項3の発明に係る中空粒子の製造方法は、請求項1または請求項2の構成において、前記塩基性化合物前駆体物質は、分子内にアミド基もしくはアミノ基を1つ以上有し、前記触媒の作用によってアンモニアを発生するものである。   The method for producing hollow particles according to the invention of claim 3 is the structure of claim 1 or claim 2, wherein the basic compound precursor substance has one or more amide groups or amino groups in the molecule, Ammonia is generated by the action of the catalyst.

なお、前記塩基性化合物前駆体物質は尿素であり、前記触媒はウレアーゼ(尿素分解酵素)であるものである。The basic compound precursor substance is urea, and the catalyst is urease (urea decomposing enzyme).
ここで、「尿素」は、化学式 (NHHere, “urea” has the chemical formula (NH 22  ) 22 CO で表される有機化合物であり、「ウレアーゼ」とは、『尿素を加水分解してアンモニアと二酸化炭素とにする反応を触媒する酵素。』(長倉三郎他・編「岩波理化学辞典(第5版)」119頁,1998年2月20日株式会社岩波書店発行)である。 An organic compound represented by CO 2, “urease” means “an enzyme that catalyzes the reaction of hydrolyzing urea into ammonia and carbon dioxide. (Saburo Nagakura et al., Edited by “Iwanami Physical and Chemical Dictionary (5th edition)”, page 119, published on February 20, 1998 by Iwanami Shoten).

請求項1の発明に係る中空粒子の製造方法は、アルコキシドに塩基性化合物を作用させることによってアルコキシドの加水分解・縮重合反応を進行させ、殻となる化合物(殻化合物)を生成させて芯となる粒子(芯粒子)の表面を覆い、その後芯粒子を溶解除去することによって殻化合物からなる中空粒子を製造する方法であって、塩基性化合物は、塩基性化合物前駆体物質に触媒を作用させて徐々に発生させる。   In the method for producing hollow particles according to the first aspect of the present invention, a basic compound is allowed to act on an alkoxide to cause hydrolysis / condensation polymerization of the alkoxide to proceed to produce a shell compound (shell compound). A hollow particle composed of a shell compound by covering the surface of the resulting particle (core particle) and then dissolving and removing the core particle, wherein the basic compound acts as a catalyst on the basic compound precursor substance. And gradually generate.

このように、本発明に係る中空粒子の製造方法においては、塩基性化合物が塩基性化合物前駆体物質に対する触媒の作用によって徐々に発生することから、塩基性化合物が偏在して一度にアルコキシドを縮重合させることなく、芯粒子が分散した溶液の全体に亘って均一に塩基性化合物が徐々に発生して、アルコキシドの加水分解・縮重合反応による殻化合物の生成が反応媒質中に偏在なく均一に進行することから、芯粒子の凝集、粗大な殻化合物粒子の生成とその凝集、生成した殻化合物によって表面を被覆された芯粒子(殻化合物被覆芯粒子)の粗大化及び凝集体の形成等を確実に防止することができる。  Thus, in the method for producing hollow particles according to the present invention, since the basic compound is gradually generated by the action of the catalyst on the basic compound precursor substance, the basic compound is unevenly distributed and the alkoxide is reduced at once. Without polymerization, the basic compound is gradually generated uniformly throughout the solution in which the core particles are dispersed, and the formation of the shell compound by the hydrolysis / condensation reaction of the alkoxide is evenly distributed in the reaction medium. As it progresses, core particles agglomerate, coarse shell compound particles are produced and agglomerated, and the core particles (shell compound-coated core particles) whose surface is coated with the produced shell compound are coarsened and aggregates are formed. It can be surely prevented.

また、これらの粗大な粒子の生成及び凝集体の形成が防止されることによって、湿式ジェットミルのような湿式粒子分散機等の反応装置内の循環経路中で反応を行わせる際に、粒子分散部の微細径の流路の閉塞を防止することができ、これによって反応を反応装置内で連続的に実施して、殻化合物被覆芯粒子を連続的に製造することが可能になる。その後、製造された殻化合物被覆芯粒子から芯粒子を溶解除去することによって、殻化合物からなる中空粒子を量産することができる。  In addition, by preventing the formation of these coarse particles and the formation of aggregates, the particles are dispersed when the reaction is performed in a circulation path in a reaction apparatus such as a wet particle disperser such as a wet jet mill. It is possible to prevent clogging of the fine-diameter channel of the part, and thereby it is possible to continuously produce the shell compound-coated core particles by continuously carrying out the reaction in the reaction apparatus. Thereafter, the hollow particles made of the shell compound can be mass-produced by dissolving and removing the core particles from the produced shell compound-coated core particles.

なお、この殻化合物からなる中空粒子を焼成することによって、芯粒子を溶解除去する際に溶解した芯粒子構成物質が殻化合物内から流出して生じた殻化合物の微細な貫通孔が塞がれて、強度を有する中空粒子となり圧力を加えても破壊されなくなるため、塗料・フィルム・合成繊維を始めとする様々な物質中に均一に混合・分散させることができ、断熱塗料・断熱フィルム・断熱繊維を始めとする様々な材料を得ることができて、幅広い技術分野に応用することができる。  By firing the hollow particles made of the shell compound, the fine through-holes of the shell compound generated when the core particle constituent material dissolved when the core particle is dissolved and removed flow out of the shell compound are blocked. Because it becomes hollow particles with strength and is not destroyed even when pressure is applied, it can be uniformly mixed and dispersed in various substances including paints, films, and synthetic fibers. Various materials including fiber can be obtained and applied to a wide range of technical fields.

このようにして、芯粒子表面へのアルコキシドの加水分解・縮重合反応による被覆段階において、芯粒子の凝集、粗大な殻化合物粒子の生成とその凝集、及び殻化合物被覆芯粒子の粗大化並びに凝集体の形成を防止するとともに、これらの粗大な粒子及び凝集体による湿式粒子分散装置等の反応装置内の細孔流路の閉塞を防止することによって、目的とする大きさの殻化合物被覆芯粒子を連続的に得ることができる中空粒子の製造方法となる。
したがって、上述の如く中空粒子を量産することが可能となり、従来よりも低コストで目的とする大きさの中空粒子を製造することができる。
In this way, in the coating step by hydrolysis / condensation polymerization of the alkoxide on the surface of the core particles, the core particles are aggregated, coarse shell compound particles are formed and aggregated, and the shell compound-coated core particles are coarsened and aggregated. While preventing the formation of aggregates and preventing clogging of pore channels in a reaction device such as a wet particle dispersion device due to these coarse particles and aggregates, shell compound-coated core particles of a desired size It becomes the manufacturing method of the hollow particle which can obtain continuously.
Therefore, the hollow particles can be mass-produced as described above, and hollow particles having a desired size can be produced at a lower cost than in the past.

この発明の構成においては、アルコキシドがシリコンアルコキシドであり、殻化合物がシリカ(SiO2 )であることから、得られる中空粒子はシリカ殻からなる中空粒子となり、シリカ殻からなる中空粒子の低密度、低熱伝導率、高比表面積、軽量性等を活用して幅広い技術分野に応用することができる中空粒子の製造方法となる。 In the configuration of the present invention, since the alkoxide is silicon alkoxide and the shell compound is silica (SiO 2 ), the resulting hollow particles are hollow particles made of silica shells, and the low density of the hollow particles made of silica shells, It becomes a method for producing hollow particles that can be applied to a wide range of technical fields by utilizing low thermal conductivity, high specific surface area, light weight and the like.

なお、このシリカ殻からなる中空粒子を200℃〜1000℃の温度範囲内で焼成することによって、芯粒子を溶解除去する際に溶解した芯粒子構成物質が流出して生じたシリカ殻の微細な貫通孔が塞がれて、強度を有するシリカ殻からなる中空粒子となり圧力を加えても破壊されなくなるため、塗料・フィルム・合成繊維を始めとする様々な物質中に均一に混合・分散させることができ、断熱塗料・断熱フィルム・断熱繊維を始めとする様々な材料を得ることができて、幅広い技術分野に応用することができる。  In addition, by firing the hollow particles made of the silica shell within a temperature range of 200 ° C. to 1000 ° C., the fine particles of the silica shell produced by the outflow of the dissolved core particle constituent material when the core particles are dissolved and removed. Since the through-holes are blocked and become hollow particles made of strong silica shells that are not destroyed even when pressure is applied, they should be uniformly mixed and dispersed in various materials including paints, films, and synthetic fibers. It is possible to obtain various materials including heat-insulating paints, heat-insulating films, and heat-insulating fibers, and can be applied to a wide range of technical fields.

この発明の構成の芯粒子は、酸により溶解する無機物微粒子であることから、比較的低コストで芯粒子を入手または製造することができ、より一層低コストで目的とする大きさの中空粒子を製造できる中空粒子の製造方法となる。 Since the core particles having the constitution of the present invention are inorganic fine particles that are dissolved by an acid, the core particles can be obtained or produced at a relatively low cost , and hollow particles having a desired size can be obtained at a lower cost. It becomes the manufacturing method of the hollow particle which can be manufactured.

この発明の構成の無機物微粒子が炭酸カルシウム微粒子であることから、立方晶系や六方晶系等の種々の結晶形状を有する炭酸カルシウム微粒子を芯粒子とすることによって、種々の外形形状を有する中空粒子を製造することができる。
また、炭酸カルシウム微粒子は製造や入手が比較的簡単であることから、より低コストで中空粒子を製造することができる中空粒子の製造方法となる。
Since the inorganic fine particles having the constitution of the present invention are calcium carbonate fine particles, hollow particles having various outer shapes can be obtained by using calcium carbonate fine particles having various crystal shapes such as cubic and hexagonal as core particles. Can be manufactured.
In addition, since the calcium carbonate fine particles are relatively easy to manufacture and obtain, the hollow particles can be produced at a lower cost.

この発明の構成の殻化合物からなる中空粒子が、顕微鏡法により測定した外径が30nm〜200nmの範囲内であるシリカ殻からなるナノ中空粒子であることから、外径が30nm〜200nmであるシリカナノ中空粒子が量産できるため、例えば上記特許文献2に記載されているように、塗料・フィルム・合成繊維中に均一に分散させることによって、断熱塗料・断熱フィルム・断熱繊維を低コストで得ることができて、それ以外にも幅広い技術分野に応用できる中空粒子の製造方法となる。   Since the hollow particles made of the shell compound having the constitution of the present invention are nano hollow particles made of a silica shell having an outer diameter measured by microscopy of 30 nm to 200 nm, silica nano particles having an outer diameter of 30 nm to 200 nm are used. Since hollow particles can be mass-produced, for example, as described in Patent Document 2, it is possible to obtain heat insulating paint, heat insulating film, and heat insulating fiber at low cost by uniformly dispersing them in the paint, film, and synthetic fiber. In addition, it is a method for producing hollow particles that can be applied to a wide variety of technical fields.

加えて、塩基性化合物前駆物質は尿素であり、触媒はウレアーゼであることから、アンモニア水の代わりに尿素のウレアーゼ酵素反応により生成するアンモニアを利用することにより、反応媒質中で偏在なく均一なアンモニア濃度を実現することによって、芯粒子の凝集、粗大な殻化合物粒子の生成とその凝集、生成した殻化合物被覆芯粒子の粗大化及び凝集体の形成等を確実に防止することができ、粒子分散部の微細径の流路の閉塞をも防止することができる。In addition, since the basic compound precursor is urea and the catalyst is urease, by using ammonia generated by the urease enzyme reaction of urea instead of ammonia water, uniform ammonia is not unevenly distributed in the reaction medium. By realizing the concentration, core particles can be aggregated, coarse shell compound particles can be generated and aggregated, and the resulting shell compound-coated core particles can be prevented from becoming coarse and forming aggregates. It is also possible to prevent clogging of the fine-diameter channel of the part.
これによって、目的とする大きさの殻化合物被覆芯粒子を連続的に製造することが可能になり、目的とする大きさの中空粒子を量産できる。This makes it possible to continuously produce shell compound-coated core particles having a target size, and mass-produce hollow particles having a target size.

請求項2の発明に係る中空粒子の製造方法は、アルコキシドに塩基性化合物を作用させることによってアルコキシドの加水分解・縮重合反応を進行させ、殻化合物を生成させて芯粒子の表面を覆い、その後芯粒子を溶解除去することによって殻化合物からなる中空粒子を製造する方法であって、溶媒に芯粒子を分散させて芯粒子分散溶液とする分散工程と、芯粒子分散溶液にアルコキシドと、塩基性化合物を発生させる塩基性化合物前駆体物質と、塩基性化合物前駆体物質に作用して塩基性化合物を徐々に発生させる触媒とを添加して攪拌する添加攪拌工程とを具備し、分散工程及び添加攪拌工程を反応装置内で連続的に実施する。  In the method for producing hollow particles according to the invention of claim 2, a basic compound is allowed to act on the alkoxide to cause hydrolysis / condensation polymerization of the alkoxide to proceed to form a shell compound to cover the surface of the core particle, A method for producing hollow particles made of a shell compound by dissolving and removing core particles, wherein a dispersion step in which core particles are dispersed in a solvent to form a core particle dispersion solution, an alkoxide in the core particle dispersion solution, and a basic A dispersion step and an addition step comprising adding and stirring a basic compound precursor material that generates a compound and a catalyst that acts on the basic compound precursor material and gradually generates a basic compound. The stirring step is carried out continuously in the reactor.

このように、本発明に係る中空粒子の製造方法においては、分散工程において作製された芯粒子分散溶液に、添加攪拌工程においてアルコキシドと塩基性化合物前駆体物質と塩基性化合物前駆体物質に作用して塩基性化合物を徐々に発生させる触媒とが添加されて攪拌される。したがって、塩基性化合物が偏在して一度にアルコキシドを縮重合させることなく、芯粒子分散溶液の全体に亘って均一に塩基性化合物が徐々に発生して、アルコキシドの加水分解・縮重合反応による殻化合物の生成が反応媒質中に偏在なく均一に進行することから、芯粒子の凝集、粗大な殻化合物粒子の生成とその凝集、生成した殻化合物によって表面を被覆された芯粒子(殻化合物被覆芯粒子)の粗大化及び凝集体の形成等を確実に防止することができる。  Thus, in the method for producing hollow particles according to the present invention, the core particle dispersion solution produced in the dispersion step acts on the alkoxide, the basic compound precursor material, and the basic compound precursor material in the addition stirring step. Then, a catalyst for gradually generating a basic compound is added and stirred. Therefore, the basic compound is unevenly distributed and the alkoxide is not condensed at once, and the basic compound is gradually generated uniformly throughout the core particle dispersion solution, so that the alkoxide is hydrolyzed and condensed by the condensation polymerization reaction. Since compound formation proceeds uniformly in the reaction medium, core particles are agglomerated, coarse shell compound particles are generated and agglomerated, and core particles whose surface is coated with the generated shell compound (shell compound-coated core) Particles) and formation of aggregates can be reliably prevented.

また、これらの粗大な粒子の生成及び凝集体の形成が防止されることによって、湿式ジェットミルのような湿式粒子分散機等の反応装置内の循環経路中で反応を行わせる際に、粒子分散部の微細径の流路の閉塞を防止することができ、これによって分散工程及び添加攪拌工程を反応装置内で連続的に実施して、殻化合物被覆芯粒子を連続的に製造することが可能になる。その後、製造された殻化合物被覆芯粒子から芯粒子を溶解除去することによって、殻化合物からなる中空粒子を量産することができる。  In addition, by preventing the formation of these coarse particles and the formation of aggregates, the particles are dispersed when the reaction is performed in a circulation path in a reaction apparatus such as a wet particle disperser such as a wet jet mill. Can prevent clogging of the fine-diameter flow path of the part, and thus the dispersion step and the addition stirring step can be continuously performed in the reaction apparatus to continuously produce the shell compound-coated core particles. become. Thereafter, the hollow particles made of the shell compound can be mass-produced by dissolving and removing the core particles from the produced shell compound-coated core particles.

このようにして、芯粒子表面へのアルコキシドの加水分解・縮重合反応による被覆段階において、芯粒子の凝集、粗大な殻化合物粒子の生成とその凝集、及び殻化合物被覆芯粒子の粗大化並びに凝集体の形成を防止するとともに、これらの粗大な粒子及び凝集体による湿式粒子分散装置等の反応装置内の細孔流路の閉塞を防止することによって、目的とする大きさの殻化合物被覆芯粒子を連続的に得ることができる中空粒子の製造方法となる。
したがって、上述の如く中空粒子を量産することが可能となり、従来よりも低コストで目的とする大きさの中空粒子を製造することができる。
In this way, in the coating step by hydrolysis / condensation polymerization of the alkoxide on the surface of the core particles, the core particles are aggregated, coarse shell compound particles are formed and aggregated, and the shell compound-coated core particles are coarsened and aggregated. While preventing the formation of aggregates and preventing clogging of pore channels in a reaction device such as a wet particle dispersion device due to these coarse particles and aggregates, shell compound-coated core particles of a desired size It becomes the manufacturing method of the hollow particle which can obtain continuously.
Therefore, the hollow particles can be mass-produced as described above, and hollow particles having a desired size can be produced at a lower cost than in the past.

更に、添加攪拌工程において形成された芯粒子が殻化合物で被覆された粒子に、芯粒子を溶解させる化合物を添加して芯粒子を溶解除去する溶解除去工程を具備し、分散工程、添加攪拌工程及び溶解除去工程を反応装置内で連続的に実施する。  In addition, a dispersion removing step for adding and dissolving the core particles by adding a compound for dissolving the core particles to the particles in which the core particles formed in the adding and stirring step are coated with the shell compound is provided. And the dissolution and removal step is carried out continuously in the reactor.

したがって、塩基性化合物が偏在して一度にアルコキシドを縮重合させることなく、芯粒子分散溶液の全体に亘って均一に塩基性化合物が徐々に発生して、アルコキシドの加水分解・縮重合反応による殻化合物の生成が反応媒質中に偏在なく均一に進行することから、芯粒子の凝集、粗大な殻化合物粒子の生成とその凝集、生成した殻化合物によって表面を被覆された芯粒子(殻化合物被覆芯粒子)の粗大化及び凝集体の形成等を確実に防止することができる。  Therefore, the basic compound is unevenly distributed and the alkoxide is not condensed at once, and the basic compound is gradually generated uniformly throughout the core particle dispersion solution. Since compound formation proceeds uniformly in the reaction medium, core particles are agglomerated, coarse shell compound particles are generated and agglomerated, and core particles whose surface is coated with the generated shell compound (shell compound-coated core) Particles) and formation of aggregates can be reliably prevented.

また、これらの粗大な粒子の生成及び凝集体の形成が防止されることによって、湿式ジェットミルのような湿式粒子分散機等の反応装置内の循環経路中で反応を行わせる際に、粒子分散部の微細径の流路の閉塞を防止することができ、これによって分散工程、添加攪拌工程及び溶解除去工程を反応装置内で連続的に実施して、中空粒子を連続的に製造することが可能になる。すなわち、請求項2に係る発明の効果に加えて、溶解除去工程までをも反応装置内で連続的に実施することから、より量産性に優れた中空粒子の製造方法となる。  In addition, by preventing the formation of these coarse particles and the formation of aggregates, the particles are dispersed when the reaction is performed in a circulation path in a reaction apparatus such as a wet particle disperser such as a wet jet mill. Blockage of the fine-diameter channel of the part can be prevented, whereby the dispersion step, the addition stirring step and the dissolution removal step can be continuously carried out in the reaction apparatus to continuously produce hollow particles. It becomes possible. That is, in addition to the effect of the invention according to claim 2, the process up to the dissolution and removal step is continuously carried out in the reaction apparatus, so that the hollow particle manufacturing method is more excellent in mass productivity.

この発明の構成のアルコキシドがシリコンアルコキシドであり、殻化合物がシリカ(SiO2 )であることから、得られる中空粒子はシリカ殻からなる中空粒子となり、シリカ殻からなる中空粒子の低密度、低熱伝導率、高比表面積、軽量性等を活用して幅広い技術分野に応用することができる中空粒子の製造方法となる。 Since the alkoxide having the constitution of the present invention is silicon alkoxide and the shell compound is silica (SiO 2 ), the hollow particles obtained are hollow particles made of silica shells, and the low density and low thermal conductivity of the hollow particles made of silica shells. It becomes a method for producing hollow particles that can be applied to a wide range of technical fields by utilizing the rate, the high specific surface area, the light weight and the like.

なお、このシリカ殻からなる中空粒子を200℃〜1000℃の温度範囲内で焼成することによって、芯粒子を溶解除去する際に溶解した芯粒子構成物質が流出して生じたシリカ殻の微細な貫通孔が塞がれて、強度を有するシリカ殻からなる中空粒子となり圧力を加えても破壊されなくなるため、塗料・フィルム・合成繊維を始めとする様々な物質中に均一に混合・分散させることができ、断熱塗料・断熱フィルム・断熱繊維を始めとする様々な材料を得ることができて、幅広い技術分野に応用することができる。  In addition, by firing the hollow particles made of the silica shell within a temperature range of 200 ° C. to 1000 ° C., the fine particles of the silica shell produced by the outflow of the dissolved core particle constituent material when the core particles are dissolved and removed. Since the through-holes are blocked and become hollow particles made of strong silica shells that are not destroyed even when pressure is applied, they should be uniformly mixed and dispersed in various materials including paints, films, and synthetic fibers. It is possible to obtain various materials including heat-insulating paints, heat-insulating films, and heat-insulating fibers, and can be applied to a wide range of technical fields.

この発明の構成の芯粒子が酸により溶解する無機物微粒子であることから、比較的低コストで芯粒子を入手または製造することができ、より一層低コストで目的とする大きさの中空粒子を製造できる中空粒子の製造方法となる。   Since the core particle having the constitution of the present invention is an inorganic fine particle dissolved by an acid, the core particle can be obtained or manufactured at a relatively low cost, and a hollow particle having a desired size can be manufactured at a much lower cost. It becomes the manufacturing method of the hollow particle which can be performed.

この発明の構成の無機物微粒子が炭酸カルシウム微粒子であることから、立方晶系や六方晶系等の種々の結晶形状を有する炭酸カルシウム微粒子を芯粒子とすることによって、種々の外形形状を有する中空粒子を製造することができる。
また、炭酸カルシウム微粒子は製造や入手が比較的簡単であることから、より低コストで中空粒子を製造することができる中空粒子の製造方法となる。
Since the inorganic fine particles having the constitution of the present invention are calcium carbonate fine particles, hollow particles having various outer shapes can be obtained by using calcium carbonate fine particles having various crystal shapes such as cubic and hexagonal as core particles. Can be manufactured.
In addition, since the calcium carbonate fine particles are relatively easy to manufacture and obtain, the hollow particles can be produced at a lower cost.

この発明の構成においては、殻化合物からなる中空粒子が、顕微鏡法により測定した外径が30nm〜200nmの範囲内であるシリカ殻からなるナノ中空粒子であることから、外径が30nm〜200nmであるシリカナノ中空粒子が量産できるため、例えば上記特許文献2に記載されているように、塗料・フィルム・合成繊維中に均一に分散させることによって、断熱塗料・断熱フィルム・断熱繊維を低コストで得ることができて、それ以外にも幅広い技術分野に応用できる中空粒子の製造方法となる。   In the configuration of the present invention, the hollow particles made of the shell compound are nano hollow particles made of a silica shell having an outer diameter measured by microscopy of 30 nm to 200 nm, so that the outer diameter is 30 nm to 200 nm. Since some silica nano hollow particles can be mass-produced, for example, as described in Patent Document 2 above, by uniformly dispersing in paint, film, and synthetic fiber, heat insulating paint, heat insulating film, and heat insulating fiber can be obtained at low cost. Therefore, the hollow particle production method can be applied to a wide variety of technical fields.

加えて、塩基性化合物前駆物質は尿素であり、触媒はウレアーゼであることから、アンモニア水の代わりに尿素のウレアーゼ酵素反応により生成するアンモニアを利用することにより、反応媒質中で偏在なく均一なアンモニア濃度を実現することによって、芯粒子の凝集、粗大な殻化合物粒子の生成とその凝集、生成した殻化合物被覆芯粒子の粗大化及び凝集体の形成等を確実に防止することができ、粒子分散部の微細径の流路の閉塞をも防止することができる。In addition, since the basic compound precursor is urea and the catalyst is urease, by using ammonia generated by the urease enzyme reaction of urea instead of ammonia water, uniform ammonia is not unevenly distributed in the reaction medium. By realizing the concentration, core particles can be aggregated, coarse shell compound particles can be generated and aggregated, and the resulting shell compound-coated core particles can be prevented from becoming coarse and forming aggregates. It is also possible to prevent clogging of the fine-diameter channel of the part.
これによって、目的とする大きさの殻化合物被覆芯粒子を連続的に製造することが可能になり、目的とする大きさの中空粒子を量産できる中空粒子の製造方法となる。This makes it possible to continuously produce shell compound-coated core particles having a target size, and a hollow particle manufacturing method capable of mass-producing hollow particles having a target size.

請求項3の発明に係る中空粒子の製造方法においては、塩基性化合物前駆体物質は、分子内にアミド基もしくはアミノ基を1つ以上有し、触媒の作用によってアンモニアを発生することから、請求項1または請求項2に係る発明の効果に加えて、アンモニア水の代わりに触媒の作用によって発生するアンモニアを利用することにより、反応媒質中で偏在なく均一なアンモニア濃度を実現することによって、芯粒子の凝集、粗大な殻化合物粒子の生成とその凝集、生成した殻化合物被覆芯粒子の粗大化及び凝集体の形成等を確実に防止することができ、粒子分散部の微細径の流路の閉塞をも防止することができる。
これによって、目的とする大きさの殻化合物被覆芯粒子を連続的に製造することが可能になり、目的とする大きさの中空粒子を量産できる中空粒子の製造方法となる。
In the method for producing hollow particles according to the invention of claim 3, the basic compound precursor substance has at least one amide group or amino group in the molecule and generates ammonia by the action of the catalyst. In addition to the effect of the invention according to claim 1 or claim 2, by using ammonia generated by the action of a catalyst instead of ammonia water, a uniform ammonia concentration can be realized without uneven distribution in the reaction medium. Aggregation of particles, formation of coarse shell compound particles and their aggregation, coarsening of the formed shell compound-coated core particles, formation of aggregates, etc. can be reliably prevented. Occlusion can also be prevented.
This makes it possible to continuously produce shell compound-coated core particles having a target size, and a hollow particle manufacturing method capable of mass-producing hollow particles having a target size.

本発明の実施の形態1に係る中空粒子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the hollow particle which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る中空粒子の製造方法によって製造されたシリカ殻からなる中空粒子を拡大して示す透過型電子顕微鏡(TEM)写真である。It is a transmission electron microscope (TEM) photograph which expands and shows the hollow particle which consists of a silica shell manufactured by the manufacturing method of the hollow particle which concerns on Embodiment 1 of this invention. 窒素を用いたBET法による比表面積測定における窒素分子の吸着の様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode of adsorption | suction of the nitrogen molecule in the specific surface area measurement by BET method using nitrogen. 同程度の粒径を有するシリカの中実粒子と本発明の実施の形態1に係る中空粒子の製造方法によって製造されたシリカ殻からなる中空粒子について、BET法による比表面積測定を実施した際の吸着量を示すグラフである。When the specific surface area measurement by the BET method is performed on the solid particles of silica having the same particle size and the hollow particles composed of the silica shells produced by the method for producing hollow particles according to Embodiment 1 of the present invention. It is a graph which shows adsorption amount. (a)は本発明の実施の形態1に係る中空粒子の製造方法によって製造されたシリカ殻からなる中空粒子の比表面積の求め方を説明するための模式図、(b)は比表面積の値を用いて本発明の実施の形態1に係る中空粒子の製造方法によって製造されたシリカ殻からなる中空粒子のシリカ殻の密度を求めるためのグラフである。(A) is a schematic diagram for demonstrating how to obtain the specific surface area of the hollow particle which consists of a silica shell manufactured by the manufacturing method of the hollow particle which concerns on Embodiment 1 of this invention, (b) is a value of a specific surface area. 2 is a graph for determining the density of silica shells of hollow particles made of silica shells manufactured by the method for manufacturing hollow particles according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2に係る中空粒子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the hollow particle which concerns on Embodiment 2 of this invention.

本発明に係る中空粒子の製造方法を実施するためには、反応装置が必要であり、攪拌装置(攪拌翼)付きの反応容器を用いて製造を行うこともできるが、循環式流路を有する湿式粒子分散装置を用いて製造を行うことが、より好ましい。湿式粒子分散装置としては、湿式ジェットミル、圧力式ホモジナイザー、湿式微粒化装置等を用いることができる。
より具体的には、例えば、吉田機械興業(株)製の湿式微粒化装置「ナノマイザー(登録商標)」、(株)常光製の湿式ジェットミル「ナノジェットパル(登録商標)」、(株)エスエムテー製の圧力式ホモジナイザー「LAB1000」、「LAB2000」、「15MR」、(株)スギノマシン製の「スターバースト(登録商標)・ミニラボ機」、「スターバースト(登録商標)・ラボ」、「スターバースト(登録商標)40」等の湿式粒子分散装置がある。
In order to carry out the method for producing hollow particles according to the present invention, a reaction apparatus is required, and the production can be carried out using a reaction vessel equipped with a stirrer (stirring blade), but has a circulation channel. It is more preferable to carry out the production using a wet particle dispersing apparatus. As the wet particle disperser, a wet jet mill, a pressure homogenizer, a wet atomizer, or the like can be used.
More specifically, for example, a wet atomization device “Nanomizer (registered trademark)” manufactured by Yoshida Kikai Kogyo Co., Ltd., a wet jet mill “NanoJet Pal (registered trademark)” manufactured by Joko Co., Ltd. SMT pressure homogenizers “LAB1000”, “LAB2000”, “15MR”, “Starburst (registered trademark) minilab machine”, “Starburst (registered trademark) Lab”, “Star” manufactured by Sugino Machine Co., Ltd. There are wet particle dispersers such as Burst® 40 ”.

本発明に係る中空粒子の製造方法において、アルコキシドは加水分解・縮重合して殻化合物を生成するものであり、目的とする中空粒子の用途等に応じて任意の種類のアルコキシドを使用することができる。アルコキシドの具体例としては、シリコンアルコキシド、リチウムアルコキシド、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシド、マグネシウムアルコキシド、アルミニウムアルコキシド等が挙げられる。  In the method for producing hollow particles according to the present invention, the alkoxide is hydrolyzed / condensed to produce a shell compound, and any type of alkoxide can be used depending on the intended use of the hollow particles. it can. Specific examples of the alkoxide include silicon alkoxide, lithium alkoxide, sodium alkoxide, potassium alkoxide, magnesium alkoxide, aluminum alkoxide and the like.

これらの中でも、生成される殻化合物がシリカ(SiO2 )またはアルミナ(Al23)であって、化学的に安定で、硬度も強度も耐熱性も大きく、有用な中空粒子を製造できることから、シリコンアルコキシドまたはアルミニウムアルコキシドを用いることが、特に好ましい。シリコンアルコキシドとしては、所謂シランカップリング剤等ケイ素のアルコキシドであれば何でも用いることができる。特に、ケイ酸テトラエチル(テトラエトキシシラン,TEOS)が、好適に用いられることとなる。 Among these, the generated shell compound is silica (SiO 2 ) or alumina (Al 2 O 3 ), which is chemically stable and has high hardness, strength and heat resistance, and can produce useful hollow particles. It is particularly preferable to use silicon alkoxide or aluminum alkoxide. As the silicon alkoxide, any silicon alkoxide such as a so-called silane coupling agent can be used. In particular, tetraethyl silicate (tetraethoxysilane, TEOS) is preferably used.

また、本発明に係る中空粒子の製造方法においては、まず、芯粒子のコロイド分散液または乾燥粉体を水やアルコール等の溶媒と混合し、超音波照射等により分散させた分散液に対して、殻化合物源であるアルコキシドを所定の濃度で良く混合した反応液を準備する。ここで、芯粒子としては、酸により溶解する各種の無機物微粒子を用いることが好ましく、特に、製造や入手が比較的簡単であるとともに、種々の外形形状を有する中空粒子を製造できることから、炭酸カルシウム微粒子を用いることが、より好ましい。  In the method for producing hollow particles according to the present invention, first, a colloidal dispersion of core particles or a dry powder is mixed with a solvent such as water or alcohol and dispersed by ultrasonic irradiation or the like. Then, a reaction liquid in which the alkoxide as the shell compound source is well mixed at a predetermined concentration is prepared. Here, as the core particle, it is preferable to use various inorganic fine particles that are dissolved by an acid. In particular, since the manufacture and acquisition are relatively easy and hollow particles having various outer shapes can be manufactured, calcium carbonate It is more preferable to use fine particles.

そして、上記のように調製された反応液を、「反応装置」としての、攪拌装置(攪拌翼)を備えた反応容器や湿式ジェットミル等の循環流路を備えた湿式粒子分散装置等に投入し、攪拌または循環させ、塩基性化合物前駆体物質を添加して攪拌または循環させて均一な濃度にした後、塩基性化合物前駆体物質の分解反応を起こさせる触媒を添加することで、塩基性化合物前駆体物質を分解し塩基性化合物を順次発生させ、アルコキシドの加水分解・縮重合反応による芯粒子表面への殻化合物の被覆を行う。   Then, the reaction liquid prepared as described above is put into a reaction vessel equipped with a stirring device (stirring blade) or a wet particle dispersion device equipped with a circulation channel such as a wet jet mill as a “reaction device”. The basic compound precursor substance is added and stirred or circulated to obtain a uniform concentration, and then added with a catalyst that causes a decomposition reaction of the basic compound precursor substance. The compound precursor material is decomposed to sequentially generate a basic compound, and the surface of the core particle is coated on the surface of the core particle by hydrolysis / condensation polymerization reaction of alkoxide.

このようにして生成した殻化合物被覆芯粒子を、反応容器や湿式粒子分散装置等から固液分離回収し、乾燥させた後に、溶媒に再分散させて、塩酸等の酸を添加することで内部の芯粒子を溶解除去させることによって中空粒子が得られる。
また、「反応装置」としての、攪拌装置(攪拌翼)を備えた反応容器や湿式ジェットミル等の循環流路を備えた湿式粒子分散装置等の中に生成した殻化合物被覆芯粒子を含む反応液に、塩酸等の酸を添加することで内部の芯粒子を溶解除去させることによっても、中空粒子を得ることができる。
The shell compound-coated core particles thus produced are separated and recovered by solid-liquid separation from a reaction vessel, a wet particle dispersion device, etc., dried, then redispersed in a solvent, and an acid such as hydrochloric acid is added to the interior. Hollow particles can be obtained by dissolving and removing the core particles.
In addition, a reaction containing shell compound-coated core particles generated in a reaction vessel equipped with a stirring device (stirring blade) or a wet particle dispersing device equipped with a circulation channel such as a wet jet mill as a “reaction device” Hollow particles can also be obtained by dissolving and removing the inner core particles by adding an acid such as hydrochloric acid to the liquid.

以下に、本発明の実施の形態に係る具体的な中空粒子の製造方法について、図面を参照しつつ説明する。   Below, the specific manufacturing method of the hollow particle which concerns on embodiment of this invention is demonstrated, referring drawings.

[実施の形態1]
最初に、本発明の実施の形態1に係る中空粒子の製造方法について、図1のフローチャートを参照して説明する。図1に示されるように、まず、芯粒子としての炭酸カルシウム微粒子2を、溶媒としてのエタノール3及び蒸留水4に混合し、超音波による分散処理を行う(ステップS10)。この工程が、本発明における「分散工程」に相当する。続いて、テトラエトキシシラン(TEOS)5、尿素6及びウレアーゼ7を添加して、25℃において振盪(しんとう)攪拌する(ステップS11)。この工程が、本発明における「添加攪拌工程」に相当する。
[Embodiment 1]
Initially, the manufacturing method of the hollow particle which concerns on Embodiment 1 of this invention is demonstrated with reference to the flowchart of FIG. As shown in FIG. 1, first, calcium carbonate fine particles 2 as core particles are mixed with ethanol 3 and distilled water 4 as a solvent, and a dispersion treatment is performed by ultrasonic waves (step S10). This step corresponds to the “dispersing step” in the present invention. Subsequently, tetraethoxysilane (TEOS) 5, urea 6 and urease 7 are added and stirred at 25 ° C. (step S11). This step corresponds to the “addition stirring step” in the present invention.

なお、ステップS11における振盪攪拌処理は、本実施の形態1の実施例1に係る中空粒子の製造方法においては2時間行い、実施例2に係る中空粒子の製造方法においては4時間行い、実施例3に係る中空粒子の製造方法においては6時間行った。   In addition, the shaking stirring process in step S11 is performed for 2 hours in the method for producing hollow particles according to Example 1 of the first embodiment, and is performed for 4 hours in the method for producing hollow particles according to Example 2. In the manufacturing method of the hollow particle which concerns on 3, it performed for 6 hours.

このステップS11においては、テトラエトキシシラン5が加水分解してテトラヒドロキシシラン5Aとなり、このテトラヒドロキシシラン5Aが脱水・縮重合してシリカ1Aとなる[化1]に示される反応が起こる。  In step S11, the reaction shown in [Chemical Formula 1] occurs in which tetraethoxysilane 5 is hydrolyzed to tetrahydroxysilane 5A, and this tetrahydroxysilane 5A is dehydrated and polycondensed to become silica 1A.

この[化1]に示される反応を触媒するのが、[化2]に示される加水分解反応、すなわち尿素6がウレアーゼ7の作用でアンモニア(NH3 )6Aと二酸化炭素(CO2 )6Bを発生する反応によって、徐々に発生するアンモニア6Aである。 The reaction shown in [Chemical Formula 1] is catalyzed by the hydrolysis reaction shown in [Chemical Formula 2], that is, urea 6 converts ammonia (NH 3 ) 6A and carbon dioxide (CO 2 ) 6B by the action of urease 7. It is ammonia 6A which is gradually generated by the generated reaction.

その後、振盪攪拌処理した液を両親媒性フィルター(孔径0.1μm)によって加圧濾過して(ステップS12)、固液分離するとともに不純物として生成したシリカの中実粒子等を取り除き、エタノールで洗浄して(ステップS13)、余分なテトラエトキシシラン5、尿素6及びウレアーゼ7を洗い流した。そして、25℃で24時間乾燥することによって(ステップS14)、シリカ殻で被覆された炭酸カルシウム微粒子(シリカ殻被覆炭酸カルシウム微粒子)8が得られた。  Thereafter, the shake-stirred solution is filtered under pressure through an amphiphilic filter (pore size: 0.1 μm) (step S12) to separate the solid particles from the solid, remove solid particles generated as impurities, and wash with ethanol. (Step S13), excess tetraethoxysilane 5, urea 6 and urease 7 were washed away. And it dried at 25 degreeC for 24 hours (step S14), and the calcium carbonate fine particle (silica shell covering calcium carbonate fine particle) 8 coat | covered with the silica shell was obtained.

得られたシリカ殻被覆炭酸カルシウム微粒子8を、蒸留水4に再分散させて(ステップS15)、希塩酸(3mol/L)を添加する酸処理を行うことによって、芯粒子としての炭酸カルシウム微粒子2が溶解し、シリカ殻に微細な貫通孔を開けながらシリカ殻の外部に流出して、炭酸カルシウムが除去される(ステップS16)。これを蒸留水で洗浄して(ステップS17)、再び濾過し(ステップS18)、90℃で16時間乾燥することによって(ステップS19)、シリカ殻からなる中空粒子1が得られた。  The obtained silica shell-coated calcium carbonate fine particles 8 are redispersed in distilled water 4 (step S15), and by performing an acid treatment in which dilute hydrochloric acid (3 mol / L) is added, calcium carbonate fine particles 2 as core particles are obtained. It dissolves and flows out of the silica shell while making fine through holes in the silica shell, thereby removing calcium carbonate (step S16). This was washed with distilled water (step S17), filtered again (step S18), and dried at 90 ° C. for 16 hours (step S19), whereby hollow particles 1 composed of silica shells were obtained.

ここで、本実施の形態1に係る中空粒子の製造方法において使用した各成分の配合量について説明する。まず上記ステップS10においては、エタノール3を12mlと蒸留水4の3mlとを混合し、これに顕微鏡法によって測定した平均粒子径が60nmの略立方体状の炭酸カルシウム微粒子2を1.63g加えた。また、上記ステップS11においては、テトラエトキシシラン(TEOS)5を1mL、尿素6を0.450g、ウレアーゼ7を0.050g加えた。
これらの配合量について、表1にまとめて示す。
Here, the amount of each component used in the method for producing hollow particles according to Embodiment 1 will be described. First, in step S10, 12 ml of ethanol 3 and 3 ml of distilled water 4 were mixed, and 1.63 g of substantially cubic calcium carbonate fine particles 2 having an average particle diameter of 60 nm measured by a microscopic method was added thereto. In Step S11, 1 mL of tetraethoxysilane (TEOS) 5, 0.450 g of urea 6 and 0.050 g of urease 7 were added.
About these compounding quantities, it shows in Table 1 collectively.

なお、これらの配合量は、本実施の形態1の実施例1に係る中空粒子の製造方法、実施例2に係る中空粒子の製造方法及び実施例3に係る中空粒子の製造方法について、全て共通である。   These blending amounts are common to the hollow particle production method according to Example 1 of the first embodiment, the hollow particle production method according to Example 2, and the hollow particle production method according to Example 3. It is.

得られたシリカ殻からなる中空粒子1のうち、実施例3に係る中空粒子の製造方法によるものについて、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて粒子を実際に観察した。実施例3に係る中空粒子のTEM写真を、図2に示す。図2のTEM画像から分かるように、得られたシリカ殻からなる中空粒子1は、内径が芯粒子として用いた炭酸カルシウム微粒子2の外径(平均粒子径)と同じ60nm程度であり、10nm程度の厚さのシリカ殻を備えた外径80nm程度のシリカ殻からなる中空粒子であった。   Among the obtained hollow particles 1 made of silica shells, the particles were actually observed using a transmission electron microscope (TEM) for the hollow particle production method according to Example 3. A TEM photograph of the hollow particles according to Example 3 is shown in FIG. As can be seen from the TEM image in FIG. 2, the hollow particles 1 made of the obtained silica shell have an inner diameter of about 60 nm, which is the same as the outer diameter (average particle diameter) of the calcium carbonate fine particles 2 used as the core particles. It was a hollow particle made of a silica shell having an outer diameter of about 80 nm provided with a silica shell having a thickness of.

すなわち、本実施の形態1の実施例3に係る中空粒子の製造方法によって製造されたシリカ殻からなる中空粒子1は、製造工程において粗大粒子の生成や凝集体の形成等が起こっていないため、目的とする大きさである外径及びシリカ殻厚さを有する中空粒子である。そして、本実施の形態1に係る中空粒子の製造方法においては、図1のフローチャートにおけるステップS10及びステップS11を、反応装置としての攪拌機(攪拌翼)付き反応容器の中で連続的に行っている。   That is, since the hollow particles 1 made of the silica shell produced by the method for producing hollow particles according to Example 3 of Embodiment 1 have not produced coarse particles or formed aggregates in the production process, It is a hollow particle having an outer diameter and a silica shell thickness which are the target size. And in the manufacturing method of the hollow particle which concerns on this Embodiment 1, step S10 and step S11 in the flowchart of FIG. 1 are performed continuously in the reaction container with a stirrer (stirring blade) as a reaction apparatus. .

したがって、本実施の形態1に係る中空粒子の製造方法においては、芯粒子表面へのアルコキシドの加水分解・縮重合反応による被覆段階において、芯粒子の凝集、粗大な殻化合物粒子の生成とその凝集、及び殻化合物被覆芯粒子の粗大化並びに凝集体の形成を防止するとともに、これらの粗大な粒子及び凝集体による湿式粒子分散装置等の反応装置内の細孔流路の閉塞を防止することによって、目的とする大きさの殻化合物被覆芯粒子を連続的に得ることができる。   Therefore, in the method for producing hollow particles according to the first embodiment, the core particles are agglomerated, coarse shell compound particles are formed and agglomerated in the coating step by hydrolysis / condensation polymerization of the alkoxide on the surface of the core particles. And preventing the coarsening of the shell compound-coated core particles and the formation of aggregates, and the blockage of the pore channels in the reaction apparatus such as a wet particle dispersing device by these coarse particles and aggregates. Thus, shell compound-coated core particles having a desired size can be continuously obtained.

更に、得られたシリカ殻からなる中空粒子1について、BET法によって比表面積を測定した。なお、比較のため、図1のステップS11において、尿素6及びウレアーゼ7の代わりに、従来のアンモニア水を使用した比較例1の中空粒子の製造方法によって得られたシリカ殻からなる中空粒子についても、BET法によって比表面積を測定した。
ここで、BET(Brunauer-Emmett-Teller)法とは、粒子表面に吸着占有面積の分かった分子を液体窒素の温度で吸着させ、その量から試料の比表面積を求める方法であって、窒素等の不活性気体の低温物理吸着によるものである。
Furthermore, the specific surface area of the hollow particles 1 made of the obtained silica shell was measured by the BET method. For comparison, in Step S11 of FIG. 1, instead of urea 6 and urease 7, hollow particles composed of silica shells obtained by the method for producing hollow particles of Comparative Example 1 using conventional ammonia water are also used. The specific surface area was measured by the BET method.
Here, the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method is a method of adsorbing a molecule whose adsorption occupation area is known on the particle surface at the temperature of liquid nitrogen, and obtaining the specific surface area of the sample from the amount, such as nitrogen This is due to the low temperature physical adsorption of the inert gas.

また、芯粒子として使用した炭酸カルシウム微粒子2の比表面積の値を、計算によって求めた。窒素吸着等温線からBET法によって算出した本実施の形態1の実施例1乃至実施例3に係る中空粒子の製造方法によって得られたシリカ殻からなる中空粒子1の比表面積、及び比較例1の中空粒子の製造方法によって得られたシリカ殻からなる中空粒子の比表面積と、炭酸カルシウム微粒子2の比表面積の計算値とを、表2に示す。   Moreover, the value of the specific surface area of the calcium carbonate fine particles 2 used as the core particles was obtained by calculation. The specific surface area of the hollow particles 1 made of silica shells obtained by the method for producing hollow particles according to Example 1 to Example 3 of Embodiment 1 calculated from the nitrogen adsorption isotherm by the BET method, and Comparative Example 1 Table 2 shows the specific surface area of the hollow particles made of the silica shell obtained by the method for producing hollow particles and the calculated value of the specific surface area of the calcium carbonate fine particles 2.

表2に示されるように、シリカ殻からなる中空粒子は、実施例1乃至実施例3に係る中空粒子の製造方法によるものも、比較例1の中空粒子の製造方法によるものも、炭酸カルシウム微粒子の2倍以上の比表面積を有していることから、製造されたシリカ殻からなる中空粒子が中空構造を有しており、また形成されたシリカ殻が多孔質であることが示唆される。また、実施例1乃至実施例3を比較して明らかなように、反応時間が短い方が比表面積は大きくなっている。   As shown in Table 2, the hollow particles composed of silica shells were produced by the hollow particle production method according to Examples 1 to 3, the hollow particle production method of Comparative Example 1, and the calcium carbonate fine particles. Therefore, it is suggested that the produced hollow particles composed of the silica shell have a hollow structure, and that the formed silica shell is porous. Further, as apparent from comparison between Examples 1 to 3, the specific surface area increases as the reaction time decreases.

この理由としては、反応時間が短い場合には、上記[化1]に示される反応によって生成した微小なシリカ粒子が、芯粒子としての炭酸カルシウム微粒子の表面に堆積したことによって微小な凹凸を有する表面となり、比表面積が大きくなったものと考えられる。
一方、反応時間が長い場合には、上記[化1]に示される反応によって生成したシリカ粒子が成長していき、シリカ粒子同士がより緻密に密着して滑らかな表面を構成したため、比表面積が小さくなったものと考えられる。
This is because, when the reaction time is short, the fine silica particles generated by the reaction shown in the above [Chemical Formula 1] have fine irregularities due to the deposition on the surface of the calcium carbonate fine particles as the core particles. It is considered that the specific surface area became large.
On the other hand, when the reaction time is long, the silica particles generated by the reaction shown in the above [Chemical Formula 1] grow, and the silica particles are closely adhered to each other to form a smooth surface. It is thought that it became small.

そして、表2に示されるように、従来のアンモニア水を用いる比較例1の中空粒子の製造方法によって得られたシリカ殻からなる中空粒子は、同じ4時間の反応時間で製造された本実施の形態1の実施例2に係る中空粒子の製造方法によって得られたシリカ殻からなる中空粒子1と比較して、比表面積が小さくなっている。したがって、比較例1の中空粒子の製造方法においては、アンモニアの局在化等に起因して、シリカ殻被覆炭酸カルシウム微粒子の粒子成長(粗大化)や凝集体の形成等が起こっているものと考えられる。  And as shown in Table 2, the hollow particles composed of silica shells obtained by the method for producing hollow particles of Comparative Example 1 using conventional ammonia water were produced in the same 4 hours reaction time. Compared with the hollow particles 1 made of silica shells obtained by the method for producing hollow particles according to Example 2 of Form 1, the specific surface area is small. Therefore, in the method for producing hollow particles of Comparative Example 1, due to the localization of ammonia and the like, particle growth (coarseness) of silica shell-coated calcium carbonate fine particles, formation of aggregates, and the like are occurring. Conceivable.

次に、本実施の形態1に係る中空粒子の製造方法によって製造されたシリカ殻からなる中空粒子1のシリカ殻の密度の算出方法について、図3乃至図5を参照して説明する。後述するように、本実施の形態1に係るシリカ殻からなる中空粒子1においては、400℃で焼成することによって溶解した炭酸カルシウムが流出した孔を塞いでいるため、2nmを超える大きさの細孔は存在していないが、2nm以下の大きさのミクロ細孔が存在している。  Next, a method for calculating the density of the silica shells of the hollow particles 1 made of the silica shells manufactured by the hollow particle manufacturing method according to Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. As will be described later, in the hollow particle 1 composed of the silica shell according to the first embodiment, the pores into which the calcium carbonate dissolved by baking at 400 ° C. has flowed out are blocked. There are no pores, but there are micropores having a size of 2 nm or less.

ここで、「ミクロ細孔」とは、孔径が2nm以下であって窒素分子が通過可能な大きさの微細孔を意味するものである。この事実は、図3及び図4に示されるように、シリカの中実粒子とシリカ殻からなる中空粒子1とについてのBET法による比表面積の測定において確認された。  Here, “micropore” means a micropore having a pore diameter of 2 nm or less and a size through which nitrogen molecules can pass. This fact was confirmed in the specific surface area measurement by the BET method for the solid particles of silica and the hollow particles 1 made of silica shell, as shown in FIGS.

すなわち、窒素分子を用いたBET法による比表面積の測定において、図3に示されるように、窒素分子は2nm以下の大きさのミクロ細孔1bを通過するため、シリカ殻からなる中空粒子1のシリカ殻1aの外表面にも内表面にも吸着して、結果的に、同程度の大きさのシリカの中実粒子に比較して、2倍以上の窒素分子が吸着することになる。  That is, in the measurement of the specific surface area by the BET method using nitrogen molecules, as shown in FIG. 3, since the nitrogen molecules pass through the micropores 1b having a size of 2 nm or less, the hollow particles 1 made of silica shells The silica shell 1a is adsorbed on both the outer surface and the inner surface, and as a result, more than twice as many nitrogen molecules are adsorbed as compared with solid particles of the same size.

したがって、図4に示されるように、シリカの中実粒子に対する窒素吸着量をX軸に、シリカ殻からなる中空粒子1に対する窒素吸着量をY軸にとり、相対圧力(P/P0)を変化させてプロットすると、Y=2.71X+3.63の直線となり、中実粒子に比較して2.71倍の窒素分子が吸着していることが分かった。そして、この直線のY軸との切片である「3.63」が、図3に示されるように、窒素分子が通過する2nm以下の大きさのミクロ細孔1bの存在を裏付けている。つまり、このミクロ細孔1bを埋める分の窒素分子の吸着量が、Y軸との切片となって表れるものである。  Therefore, as shown in FIG. 4, the amount of nitrogen adsorbed on solid particles of silica is taken on the X axis, the amount of nitrogen adsorbed on hollow particles 1 made of silica shell is taken on the Y axis, and the relative pressure (P / P0) is changed. When plotting, a straight line of Y = 2.71X + 3.63 was obtained, and it was found that 2.71 times as many nitrogen molecules were adsorbed as compared with solid particles. Then, “3.63”, which is an intercept of this straight line with the Y axis, confirms the existence of micropores 1b having a size of 2 nm or less through which nitrogen molecules pass, as shown in FIG. That is, the amount of adsorption of nitrogen molecules for filling the micropores 1b appears as an intercept with the Y axis.

そこで、この窒素分子が外表面にも内表面にも吸着するという現象を利用して、シリカ殻1aの密度ρを算出する。図5(a)に示されるように、立方体状形態のシリカ殻からなる中空粒子1を、内径L,シリカ殻厚さdの中空立方体で近似すると、この立方体の外表面積は6×(L+2d)2 で、内表面積は6×L2 であるから、全表面積は6×{(L+2d)2 +L2 }となる。 Therefore, the density ρ of the silica shell 1a is calculated using the phenomenon that the nitrogen molecules are adsorbed on the outer surface and the inner surface. As shown in FIG. 5 (a), when the hollow particles 1 made of a silica shell having a cubic shape are approximated by a hollow cube having an inner diameter L and a silica shell thickness d, the outer surface area of the cube is 6 × (L + 2d). 2 and the internal surface area is 6 × L 2 , the total surface area is 6 × {(L + 2d) 2 + L 2 }.

一方、シリカ殻1aの体積は中空立方体の体積から中空部分の体積を差し引いたものであるから、{(L+2d)3 −L3 }となる。よって、シリカ殻1aの密度ρを用いると、シリカ殻からなる中空粒子1の質量は、ρ×{(L+2d)3 −L3 }となる。したがって、比表面積は、表面積/粒子質量=6×{(L+2d)2 +L2 }/ρ{(L+2d)3 −L3 }で表される。 On the other hand, since the volume of the silica shell 1a is obtained by subtracting the volume of the hollow portion from the volume of the hollow cube, {(L + 2d) 3 −L 3 } is obtained. Therefore, when the density ρ of the silica shell 1a is used, the mass of the hollow particle 1 made of the silica shell is ρ × {(L + 2d) 3 −L 3 }. Therefore, the specific surface area is represented by surface area / particle mass = 6 × {(L + 2d) 2 + L 2 } / ρ {(L + 2d) 3 −L 3 }.

このように、比表面積は、シリカ殻厚さdの関数となるので、密度ρをパラメータとして、横軸にシリカ殻厚さdをとり、縦軸に比表面積をとって計算値をプロットすると、密度ρ=2.2g/cm3 ,ρ=1.1g/cm3 の場合には、それぞれ図5(b)に示されるような反比例曲線となる。 Thus, since the specific surface area is a function of the silica shell thickness d, plotting the calculated values with the density ρ as a parameter, the silica shell thickness d on the horizontal axis, and the specific surface area on the vertical axis. When the density ρ = 2.2 g / cm 3 and ρ = 1.1 g / cm 3 , the inverse proportional curves shown in FIG. 5B are obtained.

このグラフ上に、シリカ殻厚さdの異なるシリカ殻からなる中空粒子1の、窒素を用いたBET法による比表面積の実測値を当てはめると、図5(b)に示されるように、アモルファスシリカの密度であるρ=2.2g/cm3 の曲線と、その半分の密度のρ=1.1g/cm3 の曲線との間に当てはまることが明らかになった。また、シリカ殻厚さdが小さくなるにしたがって、密度ρが小さいほうへシフトしていくことが分かった。この方法によって、実施例3に係る中空粒子1のシリカ殻1aの密度を測定したところ、1.57g/cm3 であった。 When the measured values of the specific surface area of the hollow particles 1 made of silica shells having different silica shell thicknesses d by the BET method using nitrogen are applied to this graph, as shown in FIG. It was found that this is true between the curve of ρ = 2.2 g / cm 3 , which is the density of γ, and the curve of ρ = 1.1 g / cm 3 , which is half that density. Moreover, it turned out that the density (rho) shifts to the smaller one as the silica shell thickness d becomes small. The density of the silica shell 1a of the hollow particle 1 according to Example 3 was measured by this method and found to be 1.57 g / cm 3 .

[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2に係る中空粒子の製造方法について、図6のフローチャートを参照して説明する。図6に示されるように、まず、芯粒子としての炭酸カルシウム微粒子2を、溶媒としてのエタノール3及び蒸留水4に混合し、超音波による分散処理を行う(ステップS20)。この工程が、本発明における「分散工程」に相当する。続いて、テトラエトキシシラン(TEOS)5、尿素6及びウレアーゼ7を添加して、25℃において振盪(しんとう)攪拌する(ステップS21)。この工程が、本発明における「添加攪拌工程」に相当する。
[Embodiment 2]
Next, the manufacturing method of the hollow particle which concerns on Embodiment 2 of this invention is demonstrated with reference to the flowchart of FIG. As shown in FIG. 6, first, calcium carbonate fine particles 2 as core particles are mixed with ethanol 3 and distilled water 4 as a solvent, and a dispersion treatment is performed by ultrasonic waves (step S20). This step corresponds to the “dispersing step” in the present invention. Subsequently, tetraethoxysilane (TEOS) 5, urea 6 and urease 7 are added and stirred at 25 ° C. (step S21). This step corresponds to the “addition stirring step” in the present invention.

これによって、シリカ殻で被覆された炭酸カルシウム微粒子(シリカ殻被覆炭酸カルシウム微粒子)8が分散した混合液が得られた。この混合液に、希塩酸(3mol/L)を添加する酸処理を行うことによって、芯粒子としての炭酸カルシウム微粒子2が溶解し、シリカ殻に微細な貫通孔を開けながらシリカ殻の外部に流出して、炭酸カルシウムが除去される(ステップS22)。この工程が、本発明における「溶解除去工程」に相当する。   As a result, a mixed liquid in which calcium carbonate fine particles (silica shell-coated calcium carbonate fine particles) 8 coated with silica shells 8 were dispersed was obtained. By performing an acid treatment in which dilute hydrochloric acid (3 mol / L) is added to this mixed solution, the calcium carbonate fine particles 2 as the core particles are dissolved and flow out of the silica shell while opening fine through holes in the silica shell. Thus, the calcium carbonate is removed (step S22). This step corresponds to the “dissolution removal step” in the present invention.

その後、混合液を加圧濾過して(ステップS23)、固液分離するとともに不純物として生成したシリカの中実粒子等を取り除き、エタノールで洗浄して(ステップS24)、余分なテトラエトキシシラン5、尿素6及びウレアーゼ7を洗い流した。更に蒸留水で洗浄して(ステップS25)、90℃で16時間乾燥することによって(ステップS26)、シリカ殻からなる中空粒子1が得られた。   Thereafter, the mixed liquid is subjected to pressure filtration (step S23), solid-liquid separation is performed, solid particles generated as impurities are removed, and the silica is washed with ethanol (step S24). Urea 6 and urease 7 were washed away. Further, it was washed with distilled water (step S25) and dried at 90 ° C. for 16 hours (step S26), whereby hollow particles 1 made of silica shells were obtained.

ここで、本実施の形態2に係る中空粒子の製造方法において使用した各成分の配合量は、上記表1に示される実施の形態1の場合と同一である。   Here, the amount of each component used in the method for producing hollow particles according to the second embodiment is the same as that in the first embodiment shown in Table 1 above.

このように、本実施の形態2に係る中空粒子の製造方法によって製造されたシリカ殻からなる中空粒子1は、製造工程において粗大粒子の生成や凝集体の形成等が起こっていないため、目的とする大きさである外径及びシリカ殻厚さを有する中空粒子である。そして、本実施の形態2に係る中空粒子の製造方法においては、図6のフローチャートにおけるステップS20、ステップS21及びステップS22の各工程を、反応装置としての湿式ジェットミルの中で連続的に行っている。   As described above, the hollow particles 1 made of the silica shell produced by the method for producing hollow particles according to Embodiment 2 are free from the generation of coarse particles and the formation of aggregates in the production process. It is a hollow particle having an outer diameter and a silica shell thickness. And in the manufacturing method of the hollow particle which concerns on this Embodiment 2, each process of step S20, step S21, and step S22 in the flowchart of FIG. 6 is continuously performed in the wet jet mill as a reaction apparatus. Yes.

したがって、本実施の形態2に係る中空粒子の製造方法においては、芯粒子表面へのアルコキシドの加水分解・縮重合反応による被覆段階において、芯粒子の凝集、粗大な殻化合物粒子の生成とその凝集、及び殻化合物被覆芯粒子の粗大化並びに凝集体の形成を防止するとともに、これらの粗大な粒子及び凝集体による湿式粒子分散装置等の反応装置内の細孔流路の閉塞を防止することによって、目的とする大きさの殻化合物被覆芯粒子を連続的に得ることができるだけでなく、目的とする大きさの中空粒子をも連続的に得ることができる。   Therefore, in the method for producing hollow particles according to the second embodiment, the core particles are agglomerated, coarse shell compound particles are generated and agglomerated in the coating step by hydrolysis / condensation polymerization of the alkoxide on the surface of the core particles. And preventing the coarsening of the shell compound-coated core particles and the formation of aggregates, and the blockage of the pore channels in the reaction apparatus such as a wet particle dispersing device by these coarse particles and aggregates. In addition to continuously obtaining shell compound-coated core particles having a desired size, hollow particles having a desired size can also be continuously obtained.

上記各実施の形態においては、アルコキシドとしてシリコンアルコキシドであるテトラエトキシシラン(TEOS)5を使用した場合について説明したが、アルコキシドとしてはこれに限られるものではなく、その他にもリチウムアルコキシド、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシド、マグネシウムアルコキシド、アルミニウムアルコキシド等を用いることができる。
また、シリコンアルコキシドとしても、テトラエトキシシランに限られるものではなく、その他にもテトラメトキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等の化合物を用いることができる。
In each of the above embodiments, the case where tetraethoxysilane (TEOS) 5 which is silicon alkoxide is used as the alkoxide has been described. However, the alkoxide is not limited to this, and other than that, lithium alkoxide, sodium alkoxide, Potassium alkoxide, magnesium alkoxide, aluminum alkoxide, or the like can be used.
Further, the silicon alkoxide is not limited to tetraethoxysilane, and other compounds such as tetramethoxysilane, trimethoxysilane, triethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetrabutoxysilane can be used.

また、上記各実施の形態においては、芯粒子として顕微鏡法による平均粒子径が60nmの大きさの炭酸カルシウム微粒子を使用した例について説明したが、炭酸カルシウム微粒子の大きさはこれに限られるものではなく、顕微鏡法による平均粒子径が60nm未満の大きさの炭酸カルシウム微粒子を用いても良いし、顕微鏡法による平均粒子径が60nmを超える大きさの炭酸カルシウム微粒子を用いることもできる。  Further, in each of the above embodiments, examples in which calcium carbonate fine particles having an average particle diameter of 60 nm as a core particle are used have been described. However, the size of the calcium carbonate fine particles is not limited to this. Alternatively, fine calcium carbonate particles having an average particle diameter of less than 60 nm by microscopy may be used, and fine calcium carbonate particles having an average particle diameter of more than 60 nm by microscopy can also be used.

更に、上記各実施の形態においては、塩基性化合物としてアンモニア(NH3 )を応用した例について説明したが、塩基性化合物としてはアンモニアに限られるものではなく、その他にもアミン、アミド、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2 )を始めとして、種々の塩基性化合物を用いることができる。 Further, in each of the above-described embodiments, examples in which ammonia (NH 3 ) is applied as a basic compound have been described. However, the basic compound is not limited to ammonia, and other than that, amine, amide, hydroxide Various basic compounds such as sodium (NaOH), potassium hydroxide (KOH), and calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) can be used.

また、上記各実施の形態においては、塩基性化合物前駆体物質として、触媒としてのウレアーゼの作用によってアンモニアを発生する尿素((NH22 CO)を使用した場合について説明したが、これに限られるものではなく、触媒の作用によって塩基性化合物を発生する化合物であれば、種々の化合物を用いることができる。 In each of the above embodiments, urea ((NH 2 ) 2 CO), which generates ammonia by the action of urease as a catalyst, has been described as the basic compound precursor material. Various compounds can be used as long as they are compounds that generate a basic compound by the action of a catalyst.

更に、上記各実施の形態においては、芯粒子を溶解除去するために塩酸(希塩酸)を使用した例について説明したが、芯粒子を溶解除去するためには、芯粒子を構成する物質に応じて、酸以外にも無機化合物・有機化合物を問わず、適切な物質を使用することができる。
また、酸としても塩酸に限られるものではなく、硫酸、硝酸、酢酸・安息香酸等のカルボン酸、クエン酸、酪酸等を用いることができ、その濃度も溶解させる芯粒子の種類に応じて任意に設定することができる。
Further, in each of the above-described embodiments, an example in which hydrochloric acid (dilute hydrochloric acid) is used to dissolve and remove the core particles has been described. However, in order to dissolve and remove the core particles, depending on the substance constituting the core particles In addition to acids, any suitable substance can be used regardless of whether it is an inorganic compound or an organic compound.
Further, the acid is not limited to hydrochloric acid, and carboxylic acids such as sulfuric acid, nitric acid, acetic acid / benzoic acid, citric acid, butyric acid, etc. can be used, and the concentration thereof is arbitrary depending on the type of core particles to be dissolved. Can be set to

本発明を実施するに際しては、中空粒子の製造方法における各成分の配合量・配合比、反応時間、反応温度等についても、中空粒子の製造方法のその他の工程についても、上記各実施の形態及び各実施例に限定されるものではない。
なお、本発明の実施の形態で挙げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、ある数値は実施に適切な好適値を示すものであるから、上記数値を若干変更してもその実施を否定するものではない。
In carrying out the present invention, the amount of each component in the hollow particle production method, the compounding ratio, the reaction time, the reaction temperature, etc., as well as the other steps of the hollow particle production method, It is not limited to each example.
Note that the numerical values given in the embodiment of the present invention are not all critical values, and certain numerical values indicate suitable values suitable for implementation, so even if the numerical values are slightly changed. The implementation is not denied.

1 シリカ殻からなる中空粒子
2 炭酸カルシウム微粒子
3 エタノール
4 蒸留水
5 テトラエトキシシラン
6 尿素
7 ウレアーゼ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hollow particle which consists of silica shells 2 Calcium carbonate fine particle 3 Ethanol 4 Distilled water 5 Tetraethoxysilane 6 Urea 7 Urease

Claims (3)

シリコンアルコキシドに塩基性化合物を作用させることによって前記シリコンアルコキシドの加水分解・縮重合反応を進行させ、殻となる殻化合物のシリカ(SiO2)を生成させて芯となる炭酸カルシウム微粒子の表面を覆い、その後、前記炭酸カルシウム芯粒子を酸により溶解除去することによって顕微鏡法により測定した外径が30nm〜200nmの範囲内であるシリカ殻からなるナノ中空粒子を製造する方法であって、
前記塩基性化合物は、塩基性化合物前駆体物質としての尿素に触媒としてのウレアーゼを作用させたことを特徴とするナノ中空粒子の製造方法。
By causing a basic compound to act on the silicon alkoxide, the silicon alkoxide undergoes hydrolysis / condensation polymerization reaction to form a shell compound silica (SiO 2 ) to cover the surface of the core calcium carbonate fine particles. Then, by dissolving and removing the calcium carbonate core particles with an acid, a method for producing nano hollow particles composed of silica shells having an outer diameter measured by a microscopic method within a range of 30 nm to 200 nm,
The said basic compound is the manufacturing method of the nano hollow particle characterized by making urea as a catalyst act on urea as a basic compound precursor substance .
シリコンアルコキシドに塩基性化合物を作用させることによって前記シリコンアルコキシドの加水分解・縮重合反応を進行させ、殻となる殻化合物のシリカ(SiO2)を生成させて芯となる炭酸カルシウム微粒子の表面を覆い、その後、前記炭酸カルシウム芯粒子を酸により溶解除去することによって顕微鏡法により測定した外径が30nm〜200nmの範囲内であるシリカ殻からなるナノ中空粒子を製造する方法であって、
溶媒に前記芯粒子を分散させて芯粒子分散溶液とする分散工程と、
前記芯粒子分散溶液に前記シリコンアルコキシドと、前記塩基性化合物を発生させる塩基性化合物前駆体物質と、
前記塩基性化合物前駆体物質としての尿素に触媒としてのウレアーゼを作用させて攪拌する添加攪拌工程と、
前記添加攪拌工程において形成された前記芯粒子が前記殻化合物で被覆された粒子に、前記芯粒子を溶解させる化合物を添加して前記芯粒子を溶解除去する溶解除去工程を具備し、
前記分散工程、前記添加攪拌工程及び前記溶解除去工程を反応装置内で連続的に実施することを特徴とするナノ中空粒子の製造方法。
By causing a basic compound to act on the silicon alkoxide, the silicon alkoxide undergoes hydrolysis / condensation polymerization reaction to form a shell compound silica (SiO 2 ) to cover the surface of the core calcium carbonate fine particles. Then, by dissolving and removing the calcium carbonate core particles with an acid, a method for producing nano hollow particles composed of silica shells having an outer diameter measured by a microscopic method within a range of 30 nm to 200 nm,
A dispersion step of dispersing the core particles in a solvent to obtain a core particle dispersion solution;
The silicon alkoxide in the core particle dispersion solution, and a basic compound precursor material for generating the basic compound;
An addition stirring step in which urea as a catalyst is allowed to act on urea as the basic compound precursor substance and stirring;
A dissolution removal step of dissolving and removing the core particles by adding a compound that dissolves the core particles to the particles in which the core particles formed in the addition stirring step are coated with the shell compound;
The method for producing nano hollow particles, wherein the dispersion step, the addition stirring step, and the dissolution removal step are continuously performed in a reaction apparatus.
前記塩基性化合物前駆体物質は、分子内にアミド基もしくはアミノ基を1つ以上有し、前記触媒の作用によってアンモニアを発生することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のナノ中空粒子の製造方法。  The nano hollow according to claim 1 or 2, wherein the basic compound precursor substance has one or more amide groups or amino groups in a molecule, and generates ammonia by the action of the catalyst. Particle production method.
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