JP5730279B2 - 修飾シリカ粒子およびそれらを含む防塵ポリマー組成物 - Google Patents
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Description
本発明の粒子は、オキシシラン基を含有する少なくとも1つのアルデヒド、多くの場合、オキシシラン基を含有する複数のアルデヒドによって修飾される表面を有し、
シリカ粒子は、通常、主にSiO2であるが、シリカは、シリカ亜酸化物、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、または他の無機材料と混合またはそれで被覆されてもよく、
Zは、1〜30、通常、1〜6の数字であり、
Rは、ヒドロキシ、アルコキシ、またはアシル基によって置換され得る、1〜12個の炭素原子のアルキル基を含有するアルデヒド、またはヒドロキシ、アルコキシ、またはアシル基によって置換され得る、1〜3個の酸素原子によって中断される、4〜12個の炭素原子のアルキル基を含有するアルデヒドであり、
およびXは、ヒドロキシ、アルコキシ、R基、または以下の基であり、
1)酸性条件下、および通常、水中で、
i)20重量%以上のSiO2含有量を有する、水性シリカ分散形態のナノシリカ、またはシリカとアルミナまたは他の無機物との混合物と、
ii)アルデヒド官能基または容易にアルデヒドに変換される酸素官能基を含有するアルキル基によって、ケイ素上で少なくとも1回置換されるオキシシランと、
を反応させること、および
2)オキシシランがアルデヒドで置換されない場合は、酸素官能基をアルデヒドに置換することによって調製される。いかなる中間体の単離も必要としない。
nは、1、2、または3であり、通常、nは、2または3であり、非常に多くの場合、nは3であり、pは、ほぼ任意の数であり得るが、一般に1〜約30であり、通常、1〜約5であり、
R’は、HまたはC1-12アルキル、例えば、C1-4アルキルであり、
Rは、C1-6アルデヒド、ヒドロキシル、アルコキシ、アルキルカルボキシ、オキシランで置換されるC1-6アルキル、すなわち、エポキシ、またはOR″基(式中R″は、C2-6アルデヒド、またはオキシランで置換される)で置換されるC1-6アルキルであり、
Xは、上記で定義されるとおりである。
(R’O)4-nSiRn
式中、R、R’、およびnは、上述されるとおりである。反応物質の取り扱いをさらに容易にするために、本発明の一実施形態において、同一の最終結果は、オキシシランを使用して達成され、R’は、C1-4アルキルである。複数のオキシシランを使用してもよい。
1)20重量%より多い水分散ナノシリカ粒子のSiO2含有量を有する水性シリカゾルを、以下の式のオキシシランであって、
(R’O)3SiRまたは(R’O)2SiR2
式中、
R’は、C1-12アルキル、例えば、C1-4アルキルであり、
Rは、
少なくとも1つのオキシシランと、酸性の水性環境、例えば、溶媒が本質的または全体的にpH7未満の水から成る、環境において混合し、続いて、
2)例えば、水酸化ナトリウムの添加、および過ヨード酸塩、例えば、過ヨード酸ナトリウムの添加によって酸を中和することにより、優れた結果とともに得られる。水酸化物および過ヨード酸塩は、固形物として、または溶液、特に水中の溶液に添加することができる。水酸化物および過ヨード酸塩の他の対イオンを使用することもでき、例えば、リチウムまたは水酸化カリウムが一般的である。
実施例1 シリカ粒子
1リットルの丸底フラスコに、150mLの0.1M酢酸ナトリウム緩衝液、pH5.5、50gの市販の水中34%のシリカナノ粒子懸濁液(平均粒径約30〜35nmおよびpH3〜6で得られる)、および15gの3−グリシドキシプロピル−トリメトキシシランを入れる。フラスコを90℃水浴中で5時間回転させた後、ろ過によって修飾粒子を懸濁液から単離し、500mLの水性エタノール溶液(1:1)および水(1L)で洗浄して、約17〜30%固形物のプレスケーキとして生成物を得る。
実施例1の手順に従って、1リットルの丸底フラスコに、150mLの0.1M酢酸ナトリウム緩衝液、pH5.5、50gの同一の市販のシリカナノ粒子懸濁液、および15gの3−グリシドキシプロピル−トリメトキシシランを入れる。回転蒸発装置を使用して、真空なしで、フラスコを90℃水浴中で5時間回転させた後、真空を印加し、反応混合液を元の容量の最大約50%に濃縮して、透析にかけ、乳白色の保管安定懸濁液として生成物を得る。
1リットルの丸底フラスコに、150mLの0.1M酢酸ナトリウム緩衝液、水中pH5.5、50gの市販のアルミナコーティングシリカの約30%ナノ粒子懸濁液(Al:Si比9.1:1、平均粒径約12〜14nm)、および15gの3−グリシドキシプロピル−トリメトキシシランを入れる。次に、フラスコを90℃の水浴中で5時間回転させて、修飾粒子を実施例1の懸濁液から単離し、約17〜30%固形物のプレスケーキを得る。
200mLの蒸留水および実施例1の90gの商業用シリカナノ粒子懸濁液を混合し、pHを酢酸で5.5に調整する。3−グリシドキシプロピル−トリメトキシシランを添加し、得られる混合液を15分間室温で攪拌した後、90℃で5時間加熱する。得られる白濁懸濁液を、反応混合液が元の最大約33%に濃縮されるまで、容量の回転蒸発器中、真空下48℃水浴で減容する。減容懸濁液をCELLUSTEP T1透析膜管に入れ、上述されるように透析にかける。透析後、回転蒸発によって混合液を約50%容量に濃縮し、乳白色の保管安定懸濁液として生成物を得る。
実施例3の90gの商業用アルミナコーティングシリカ懸濁液をナノ粒子として使用して、実施例4の手順を繰り返し、透析および減容後に、乳白色の保管安定懸濁液を得る。
実施例6 シリカ粒子
200mLの蒸留水および実施例1の90gの商業用シリカナノ粒子懸濁液を混合し、pHを酢酸で5.5に調整する。15gの3−グリシドキシプロピル−トリメトキシシランを添加し、得られる混合液を15分間、室温で攪拌した後、90℃で3時間加熱する。反応混合液の温度を30℃に低下させ、pHをH2SO4で3.5に調整した後、混合液をさらに1時間、90℃で加熱する。温度を再度30℃に低下させ、混合液をNaOHで中和し、ろ過によって修飾粒子を懸濁液から単離して、500mLの水性エタノール溶液(1:1)および水(1L)で洗浄し、約15〜30%固形物のプレスケーキとして最終生成物を得る。
生成物がろ過によってプレスケーキとして単離されないことを除いて、実施例6の手順を繰り返す。混合液をNaOHで中和した後、得られる白濁懸濁液を、回転蒸発器中、真空下、および48℃水浴中で、元の容量の約33%に減容する。減容懸濁液をCELLUSTEP T1透析膜管に入れ、上述されるように透析にかける。透析後、混合液を回転蒸発器によって、約50%容量に減容し、乳白色の保管安定懸濁液として生成物を得る。
実施例3の90gの商業用アルミナコーティングシリカ懸濁液を、ナノ粒子として使用して、実施例7の手順を繰り返し、透析および減容後に、乳白色の保管安定懸濁液を得る。
実施例9 シリカ粒子
250mLの蒸留水および実施例1の90gの商業用シリカナノ粒子懸濁液を混合し、pHを酢酸で5.5に調整する。15gの3−グリシドキシプロピル−トリメトキシシランを添加し、得られる混合液を15分間、室温で攪拌した後、90℃に3時間加熱する。反応混合液の温度を30℃に低下させ、pHをH2SO4で3.5に調整し、混合液をさらに1時間、90℃で加熱する。温度を再度30℃に低下させ、混合液をNaOHで中和させた後、4gのNaIO4を添加し、混合液を16時間攪拌する。反応混合液が元の容量の33%に減容されるまで、得られる白濁懸濁液を、回転蒸発器中で、真空下48℃の水浴で減容し、減容懸濁液をCELLUSTEP T1透析膜管に入れ、上述されるように透析にかける。透析後、回転蒸発器によって、混合液を約50%容量に減容し、透明な安定懸濁液として生成物を得る。
250mLの蒸留水および18gの3−グリシドキシプロピル−トリメトキシシランを混合し、pHをH2SO4で3.5に調整し、得られる混合液を2時間90℃で加熱した後、温度を30℃に低下させ、混合液をNaOHで中和する。中和反応混合液に、4gのNaIO4および混合液を添加し、16時間20℃で攪拌する。これに、実施例1の50gの商業用シリカナノ粒子懸濁液を、pH3〜6で添加し、混合液を3時間90℃で攪拌する。得られる白濁懸濁液を、元の容量の33%に減容し、透析にかけて、実施例9に記載されるように、約50%容量に減容し、透明な安定懸濁液として生成物を得る。
実施例3の90gの商業用アルミナコーティングシリカ懸濁液を、ナノ粒子として使用して、実施例9の手順を繰り返し、透析および減容後に、乳白色の保管安定懸濁液を得る。
実施例12
1リットルの丸底フラスコに、溶媒の蒸発によって、LUDOX TM−30のメタノール懸濁液から調製された10gの乾燥シリカを、160mLの乾燥トルエン中に入れる。15グラムの3−グリシドキシプロピル−トリメトキシシランを添加し、反応混合液を3時間ゆっくり還流させた後、修飾シリカをろ過し、500mLトルエン、250mLテトラヒドロフラン、500mLのメタノールで洗浄し、焼結ガラスフィルタ上で一晩乾燥させる。
上記修飾粒子の試料が、以下の表に示される組成物を有する、アクリル/スチレン分散に基づく、白色素性水性建築用コーティング試験配合物に組み込まれる(約53重量%の固形物含有量)。この配合物は、成分1〜6を列挙される順に攪拌しながら添加し、高速アジテータによって、5μm未満の繊度が達成されるまで(1500rpmで約30分)分散させ、続いて、成分の7〜10位を攪拌しながら(1900rpmで約45分)添加することによって調製され、その後、水中の修飾シリカ粒子を添加し(1700rpmで約20分)、最後に12を添加することによって粘度を調整する(1800rpmで30分)。修飾シリカの添加量は、コーティング固形物上の固形シリカによって計算される。
約1gの試料を、化学天秤上で測量し(精度1mg)、使い捨てのアルミニウム皿に入れる(d=約65mm、h=約17mm)。生成物を、短い旋回によって皿に均一に分散させる。皿は、乾燥キャビネット中、約125℃で1時間保管する。乾燥操作の終了後、皿をデシケータ中で20分間、室温に冷却し、化学天秤上で再度、精度1mgまで計量する。各試験において、少なくとも2つの定量は、報告される平均値で実行する。
Claims (12)
- 表面修飾シリカ粒子であって、
酸性条件下、
1)20重量%以上のSiO2含有量を有する、水性シリカ分散の形態のナノシリカ、またはシリカとアルミナまたは他の無機物との混合物と、
ii)アルデヒド官能基を含有するアルキル基または容易にアルデヒドに変換される酸素官能基を含有するアルキル基により、ケイ素上で少なくとも1回置換された少なくとも1つのオキシシランと、を反応させること、
および
前記オキシシランが、アルデヒドで置換されていない場合は、前記酸素官能基をアルデヒドに変換すること、
によって得られ、且つ
前記オキシシランが、以下の式
nは、1、2、または3であり、pは、1〜30であり、
R’は、HまたはC 1-12 アルキルであり、
Rは、C 1-6 アルデヒド、あるいはヒドロキシル、アルコキシ、アルキルカルボキシ又はオキシランで置換されるC 1-6 アルキル、あるいはOR″基(式中R″は、C 2-6 アルデヒドあるいはヒドロキシル、アルキルオキシ、アルキルカルボキシ、またはオキシランで置換されるC 1-6 アルキルである)で置換されるC 1-6 アルキルであり、
Xは、ヒドロキシ、アルコキシ、またはR基である)
で表される、前記粒子表面に結合されるアルデヒド含有基を含む、表面修飾シリカ粒子。 - 酸性水媒体中で、前記ナノシリカを式(R’O)4-nSiRnのオキシシラン種と混合すること、および前記オキシシランがアルデヒドによって置換されない場合は、前記酸素官能基をアルデヒドに変換することによって得られる、請求項1に記載の表面修飾シリカ粒子。
- 組成物であって、前記組成物の重量に基づいて0.1〜99重量%の請求項1に記載の修飾シリカ粒子の組成物、および天然または合成ポリマーを含む、組成物。
- 20重量%以上のSiO2含有量を有するナノシリカ粒子の前記シリカゾルまたは他の水分散液、あるいはアルミナもしくは他の無機物と混合またはそれで被覆されるシリカが、以下の式
(R’O)3SiRまたは(R’O)2SiR 2
の少なくとも1つのオキシシランと、pH4〜6、温度70〜100℃の水中で、1〜6時間混合され、その後、前記pHは、4未満に低下され、温度70〜100℃で0.25〜3時間加熱され、続いて、
前記酸を中和し、過ヨウ素酸塩または過ヨウ素酸を添加する、請求項5に記載の修飾シリカ粒子を製造する方法。 - 過ヨウ素酸塩または過ヨウ素酸の添加は、温度0〜20℃で起こり、得られる混合物は、温度0〜20℃で10〜16時間、暗所で保持される、請求項7に記載のプロセス。
- 1)以下の式
(R’O)3SiRまたは(R’O)2SiR2
のオキシシランであって
式中、
R’は、C1-12アルキルであり、
Rは、
少なくとも1つのオキシシランを、
pH4未満、温度70〜100℃の水中で、0.25〜3時間加熱すること、続いて、
2)過ヨウ素酸塩または過ヨウ素酸を、中和および添加し、反応混合物を形成すること、次に、
3)20重量%以上のSiO2含有量を有するナノシリカ粒子のシリカゾルまたは他の水分散液、あるいはアルミナもしくは他の無機物と混合またはそれで被覆されるシリカと、水中、pH4〜6、温度70〜100℃で、1〜6時間混合すること、
を含む、修飾シリカ粒子を製造する方法。 - 請求項1に記載の粒子を含む組成物を適用することによって、紙、板紙、木材、チップボード、樹脂、合成繊維、天然繊維、織物繊維、織物、皮、ガラス繊維、ロックウール、塗料被膜、石造、セラミック、金属、または金属合金の吸塵抵抗性または非接着特性を向上させるための方法。
- 当該コーティング固形物に基づいて0.1〜99重量%の請求項1に記載の粒子を含む、落書き防止コーティング、剥離剤コーティング、自浄ファサードコーティング、防氷コーティング、車輪コーティング、防塵機械/器具コーティング、防汚コーティング、および防塵家具コーティングまたは剥離紙コーティング。
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