JP6055362B2 - Method for producing porous spherical metal oxide - Google Patents

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Description

本発明は、多孔質球状金属酸化物の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a porous spherical metal oxide.

多孔質球状金属酸化物は、吸油量が高く、滑り性が良いという理由から、ファンデーション等の化粧品用の添加剤として有用に用いられる。また、樹脂へ添加する用途としては、アンチブロッキング剤や艶消し剤等として、有用に用いられる。   Porous spherical metal oxides are useful as additives for cosmetics such as foundations because they have a high oil absorption and good slipperiness. Moreover, as an application added to resin, it is useful as an antiblocking agent, a matting agent, or the like.

多孔質球状金属酸化物の製造方法としては、界面活性剤を使用し、金属酸化物ゾルからなるW相を有機溶媒相に分散させ、W/Oエマルションを形成後、球状のW相をゲル化させる方法が知られている。この方法により得られた球状金属酸化物は、円形度が高いものが得られ、また各種製造条件を制御することで、細孔径や比表面積、細孔容量を変化させることが可能である。(特許文献1、2)   As a method for producing a porous spherical metal oxide, a surfactant is used, a W phase composed of a metal oxide sol is dispersed in an organic solvent phase, a W / O emulsion is formed, and then the spherical W phase is gelled. The method of making it known is known. The spherical metal oxide obtained by this method has a high degree of circularity, and the pore diameter, specific surface area, and pore volume can be changed by controlling various production conditions. (Patent Documents 1 and 2)

特開2000−143228号公報JP 2000-143228 A 特許第4960534号公報Japanese Patent No. 4960534

化粧品等の肌に触れる用途に多孔質球状金属酸化物を用いる場合には、含まれる不純物により、肌への刺激性や生体への毒性が問題となる。また、樹脂等への添加する用途においては、多孔質金属酸化物に含まれる不純物が溶出してくることで、樹脂の透明性を悪化させるといった問題が生じる。   When a porous spherical metal oxide is used for applications such as cosmetics that come into contact with the skin, irritation to the skin and toxicity to the living body pose problems due to impurities contained therein. Moreover, in the use added to resin etc., the problem of deteriorating the transparency of resin arises because the impurity contained in a porous metal oxide elutes.

多孔質球状金属酸化物の製造において、W/Oエマルションを形成させるためには、上記の通り界面活性剤を添加する必要がある。界面活性剤の中には、皮膚に対して悪影響を与える可能性の指摘されるものや、樹脂の透明性を悪化させる物があり、これらが多孔質金属酸化物に不純物として残存することが問題となる場合がある。   In the production of the porous spherical metal oxide, in order to form a W / O emulsion, it is necessary to add a surfactant as described above. Some surfactants may have adverse effects on the skin, and others may deteriorate the transparency of the resin, and these may remain as impurities in the porous metal oxide. It may become.

そこで、本発明は、W/Oエマルジョンを経由して製造される球状金属酸化物において、W/Oエマルションを形成させるために使用した界面活性剤を吸着していないため、化粧品や樹脂等への添加剤として有用な球状金属酸化物を提供することにある。   Therefore, the present invention does not adsorb the surfactant used to form the W / O emulsion in the spherical metal oxide produced via the W / O emulsion, so that it can be applied to cosmetics and resins. The object is to provide a spherical metal oxide useful as an additive.

またO相を形成させるためには、有機溶媒や界面活性剤が必要であり、その調達コストや破棄コストも相当なものに及ぶ。本発明の副次的目的は、該コストを削減することにもある。   Further, in order to form the O phase, an organic solvent and a surfactant are required, and the procurement cost and disposal cost are considerable. A secondary object of the present invention is to reduce the cost.

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、W/Oエマルションを形成した後に、W相をゲル化させ、その後親水性溶媒と水を添加することで解乳し、O相とW相が2相に分離した状態において加熱、混合することにより、ゲル中に吸着している界面活性剤をO相に抽出させることができ、これによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have formed a W / O emulsion, gelled the W phase, and then added a hydrophilic solvent and water to demilke the milk. In addition, by heating and mixing in a state where the O phase and the W phase are separated into two phases, the surfactant adsorbed in the gel can be extracted into the O phase, whereby the above-described problems can be solved. As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、HLBが20以下の界面活性剤の存在下、金属酸化物水性ゾル及び/又は金属オキソ酸アルカリ金属塩水溶液からなるW相と、疎水性有機溶媒を主成分とするO相からなるW/Oエマルションを形成し、W相のゲル化後、水溶性有機溶媒と水を添加してW相とO相とに分離させ、係るW相とO相とが2相に分かれた状態において、少なくともW相を50℃以上に加温した後、O相を分離除去してW相を回収する工程を含む、球状金属酸化物の製造方法である。 That is, the present invention provides a W phase comprising a metal oxide aqueous sol and / or a metal oxoacid alkali metal salt aqueous solution in the presence of a surfactant having an HLB of 20 or less, and an O phase mainly comprising a hydrophobic organic solvent. consisting W / O emulsion is formed, after gelation of the W-phase, the phases separated into a W phase and O phase by adding a water-soluble organic solvent and water, divided into W phase and O phase and two-phase according In this state, at least the W phase is heated to 50 ° C. or higher, and then the O phase is separated and removed to recover the W phase.

また第二の発明は、分離したO相を、球状金属酸化物の製造におけるW/Oエマルション用の疎水性有溶媒及び界面活性剤として再利用する請求項1の製造方法である。 The second invention, the separated O phase, is a manufacturing method of claim 1 to be reused as a hydrophobic organic solvent and a surfactant for W / O emulsion in the manufacture of the spherical metal oxide.

本発明の製造方法によれば、界面活性剤を吸着していない球状多孔質金属酸化物を容易に製造することができる。このような球状多孔質金属酸化物は、化粧品等への添加剤として用いた場合には、肌への刺激性や毒性が問題となることがなく、また樹脂等への添加剤として使用した場合には、透明性等に影響を与えることがないため、極めて有用に用いることができる。   According to the production method of the present invention, a spherical porous metal oxide not adsorbing a surfactant can be easily produced. When such a spherical porous metal oxide is used as an additive to cosmetics etc., there is no problem of irritation and toxicity to the skin, and when used as an additive to resins, etc. Can be used very effectively because it does not affect the transparency and the like.

さらに回収されたO相を再利用することにより、疎水性有溶媒及び界面活性剤の使用量の削減も計ることが可能である。 By reusing the further recovered O phase, it is possible to measure also reduces the amount of the hydrophobic organic solvent and a surfactant.

以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明がこれらの形態に限定されるものではない。また、特に断らない限り、数値範囲について「A〜B」という表記は「A以上B以下」を意味するものとする。かかる表記において数値Bのみに単位を付した場合には、当該単位が数値Aにも適用されるものとする。以下本発明の製造方法について、工程毎に説明を行う。   The following forms are examples of the present invention, and the present invention is not limited to these forms. Unless otherwise specified, the notation “A to B” in the numerical range means “A to B”. In this notation, when a unit is attached to only the numerical value B, the unit is also applied to the numerical value A. Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described for each step.

(金属酸化物水性ゾル生成工程)
まずW相を金属酸化物の水性ゾルとする場合を述べる。当該金属酸化物ゾルの製造方法は、特に限定されず、公知の方法により行うことができる。該金属酸化物ゾル作成の原料としては、金属アルコキシド;ケイ酸アルカリ金属塩等の金属オキソ酸アルカリ金属塩;無機酸又は有機酸の水溶性塩等の各種水溶性金属塩;等を水に溶解させて使用することができる。
(Metal oxide aqueous sol production process)
First, the case where the W phase is an aqueous metal oxide sol will be described. The manufacturing method of the said metal oxide sol is not specifically limited, It can carry out by a well-known method. As raw materials for producing the metal oxide sol, metal alkoxides; metal oxo acid alkali metal salts such as alkali metal silicates; various water-soluble metal salts such as water-soluble salts of inorganic acids or organic acids; Can be used.

本発明の球状金属酸化物の製造において好ましく使用可能な金属アルコキシドを具体的に例示すると、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリエトキシアルミニウム、トリイソプロポキシアルミニウム、テトライソプロポキシチタン、テトラブトキシチタン、テトラプロポキシジルコニウム、テトラブトキシジルコニウム等が挙げられる。   Specific examples of metal alkoxides that can be preferably used in the production of the spherical metal oxide of the present invention include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, triethoxyaluminum, triisopropoxyaluminum, tetraisopropoxytitanium, tetrabutoxytitanium, tetra Examples include propoxyzirconium and tetrabutoxyzirconium.

本発明の球状金属酸化物の製造において好ましく使用可能な金属オキソ酸アルカリ金属塩の一例としては、ケイ酸カリウム、ケイ酸ナトリウム等のケイ酸アルカリ金属塩が挙げられ、化学式は、下記の式(2)で示される。   Examples of the metal oxoacid alkali metal salts that can be preferably used in the production of the spherical metal oxide of the present invention include alkali metal silicates such as potassium silicate and sodium silicate, and the chemical formula is represented by the following formula ( 2).

m(MO)・n(SiO) (2)
[式(2)中、m及びnはそれぞれ独立に正の整数を表し、Mはアルカリ金属原子を示す。]
本発明の球状金属酸化物の製造において使用可能な他の金属オキソ酸アルカリ金属塩としては、アルミン酸、バナジン酸、チタン酸、タングステン酸等の金属オキソ酸のアルカリ金属塩、好ましくはナトリウム塩、及びカリウム塩が挙げられる。
m (M 2 O) · n (SiO 2 ) (2)
[In Formula (2), m and n each independently represent a positive integer, and M represents an alkali metal atom. ]
As other metal oxo acid alkali metal salts that can be used in the production of the spherical metal oxide of the present invention, alkali metal salts of metal oxo acids such as aluminate, vanadic acid, titanic acid, tungstic acid, preferably sodium salts, And potassium salts.

本発明の球状金属酸化物の製造において好ましく使用可能な、無機酸又は有機酸の水溶性金属塩としては、塩化鉄(III)、塩化亜鉛、塩化錫(II又はIV)、塩化マグネシウム、塩化銅(II)、硝酸マグネシウム、硝酸亜鉛、硝酸カルシウム、硝酸バリウム、硝酸ストロンチウム、硝酸鉄(III)、硝酸銅(II)、酢酸マグネシウム、酢酸カルシウム、塩化バナジウム(IV)等が挙げられる。   Examples of water-soluble metal salts of inorganic or organic acids that can be preferably used in the production of the spherical metal oxide of the present invention include iron (III) chloride, zinc chloride, tin chloride (II or IV), magnesium chloride, and copper chloride. (II), magnesium nitrate, zinc nitrate, calcium nitrate, barium nitrate, strontium nitrate, iron (III) nitrate, copper (II) nitrate, magnesium acetate, calcium acetate, vanadium chloride (IV) and the like.

上記の金属酸化物ゾル作成の原料のなかでも、安価な点でケイ酸アルカリ金属塩を好適に用いることができ、更には入手が容易であるケイ酸ナトリウムが好適である。以下、金属酸化物ゾル作成の原料としてケイ酸ナトリウムを用い、金属酸化物としてシリカを製造する形態を代表例として説明するが、他の金属源を用いた場合でも、公知の方法で水性ゾルの作成及びゲル化を行うことができる。   Among the raw materials for producing the metal oxide sol, an alkali metal silicate can be preferably used from the viewpoint of inexpensiveness, and sodium silicate which is easily available is preferable. In the following, sodium silicate is used as a raw material for preparing a metal oxide sol, and a mode of producing silica as a metal oxide will be described as a representative example, but even when other metal sources are used, the aqueous sol is prepared by a known method. Creation and gelation can be performed.

ケイ酸ナトリウム等のケイ酸アルカリ金属塩を用いて金属酸化物水性ゾルを得る場合には、ケイ酸アルカリ金属塩の水溶液(注:市販もされている)を塩酸、硫酸等の鉱酸で中和する方法や、あるいは対イオンが水素イオン(H)とされている陽イオン交換樹脂(以下、「酸型陽イオン交換樹脂」ということがある。)を用いる方法によって、ケイ酸アルカリ金属塩水溶液中のアルカリ金属原子を水素原子で置換することで、シリカゾルを調製することができる。 When obtaining an aqueous metal oxide sol using an alkali metal silicate such as sodium silicate, an aqueous solution of the alkali metal silicate (note: also commercially available) is used with a mineral acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid. Alkali metal silicate by a method using a cation exchange resin in which the counter ion is a hydrogen ion (H + ) (hereinafter sometimes referred to as “acid type cation exchange resin”) A silica sol can be prepared by replacing an alkali metal atom in an aqueous solution with a hydrogen atom.

上記の酸により中和することによってシリカゾルを調製する方法としては、酸の水溶液に対して、該水溶液を撹拌しながらケイ酸アルカリ金属塩の水溶液を添加する方法や、酸の水溶液とケイ酸アルカリ金属塩の水溶液とを配管内で衝突混合させる方法が挙げられる(例えば特公平4−54619号公報参照)。用いる酸の量は、ケイ酸アルカリ金属塩のアルカリ金属分に対する水素イオンのモル比として、1.05〜1.2とすることが望ましい。酸の量をこの範囲にした場合には調製したシリカゾルのpHは、1〜3程度となる。   As a method for preparing silica sol by neutralizing with the above acid, an aqueous solution of an alkali metal silicate salt is added to an aqueous acid solution while stirring the aqueous solution, or an aqueous acid solution and an alkali silicate solution. There is a method in which a metal salt aqueous solution is collided and mixed in a pipe (for example, see Japanese Patent Publication No. 4-54619). The amount of acid used is preferably 1.05 to 1.2 as the molar ratio of hydrogen ions to the alkali metal content of the alkali metal silicate. When the amount of the acid is within this range, the pH of the prepared silica sol is about 1 to 3.

上記の酸型陽イオン交換樹脂を用いてシリカゾルを調製する方法は、公知の方法により行うことができる。例えば、酸型陽イオン交換樹脂を充填した充填層に適切な濃度のケイ酸アルカリ金属塩の水溶液を通過させる手法、あるいは、ケイ酸アルカリ金属塩の水溶液に、酸型陽イオン交換樹脂を添加及び混合し、アルカリ金属イオンを陽イオン交換樹脂に化学吸着させて溶液中から除去した後に濾別するなどして酸型陽イオン交換樹脂を分離する手法等が挙げられる。その際に、用いる酸型陽イオン交換樹脂の量は、溶液に含まれるアルカリ金属を交換可能な量以上とする必要がある。   The method for preparing the silica sol using the acid type cation exchange resin can be performed by a known method. For example, a method in which an aqueous solution of an alkali metal silicate having an appropriate concentration is passed through a packed bed filled with an acid type cation exchange resin, or an acid type cation exchange resin is added to an aqueous solution of an alkali metal silicate salt and A method of separating the acid-type cation exchange resin by mixing, chemically adsorbing alkali metal ions to the cation exchange resin and removing the alkali metal ions from the solution and then filtering off, etc. can be mentioned. At that time, the amount of the acid type cation exchange resin to be used needs to be equal to or more than the amount capable of exchanging the alkali metal contained in the solution.

上記の酸型陽イオン交換樹脂としては、公知のものを特に制限なく使用することができる。例えば、スチレン系、アクリル系、メタクリル系等のイオン交換樹脂であって、イオン交換性基としてスルフォン酸基やカルボキシル基を有するものを用いることができる。このうち、スルフォン酸基を有する、いわゆる強酸型の陽イオン交換樹脂を好適に用いることができる。   As said acid type cation exchange resin, a well-known thing can be especially used without a restriction | limiting. For example, an ion exchange resin such as a styrene type, an acrylic type, or a methacryl type that has a sulfonic acid group or a carboxyl group as an ion exchange group can be used. Among these, a so-called strong acid type cation exchange resin having a sulfonic acid group can be suitably used.

なお、上記の酸型陽イオン交換樹脂は、アルカリ金属の交換に使用した後に、公知の方法、例えば硫酸や塩酸を接触させることで再生処理を行うことができる。再生に用いる酸の量は、通常は、イオン交換樹脂の交換容量に対して2〜10倍の量が用いられる。   In addition, after using said acid type cation exchange resin for replacement | exchange of an alkali metal, it can regenerate | regenerate by making it contact with a well-known method, for example, a sulfuric acid or hydrochloric acid. The amount of acid used for regeneration is usually 2 to 10 times the exchange capacity of the ion exchange resin.

上記の方法により作成したシリカゾルの濃度としては、ゲル化が比較的短時間で完了し、またシリカ粒子の骨格構造の形成を十分なものとして乾燥時の収縮を抑制するためには、シリカ分の濃度(SiO換算濃度)として50g/L以上とすることが好ましい。その一方で、シリカ粒子の密度を相対的に小さくして、単位重量当たりの細孔容量を大きくするためには、160g/L以下とすることが好ましく、100g/L以下とすることがより好ましい。 The concentration of the silica sol prepared by the above method is such that the gelation is completed in a relatively short time, and in order to sufficiently form the skeleton structure of the silica particles and suppress shrinkage during drying, The concentration (SiO 2 equivalent concentration) is preferably 50 g / L or more. On the other hand, in order to relatively reduce the density of silica particles and increase the pore volume per unit weight, it is preferably 160 g / L or less, and more preferably 100 g / L or less. .

(金属オキソ酸アルカリ金属塩水溶液)
W相を金属オキソ酸アルカリ金属塩とする場合には、上述したのと同様の金属オキソ酸アルカリ金属塩を水に溶解し水溶液とすればよい。濃度についても同様である。またケイ酸ナトリウムのように市販品がある場合にはそれをそのまま、或いは希釈して使用すればよい。
(Alkali metal salt metal oxo acid solution)
When the W phase is a metal oxoacid alkali metal salt, the same metal oxoacid alkali metal salt as described above may be dissolved in water to form an aqueous solution. The same applies to the concentration. If there is a commercial product such as sodium silicate, it may be used as it is or after dilution.

なおこの方法では、以下に述べるW/Oエマルション形成工程後に、W相のゾル化とゲル化が連続的に行なわれるものである。   In this method, W phase solification and gelation are continuously performed after the W / O emulsion formation step described below.

(W/Oエマルション形成工程)
本発明の製造方法においては、W/Oエマルションを形成する工程を含む。すなわち、上述した金属酸化物ゾル、若しくは金属オキソ酸アルカリ金属塩を分散質、疎水性溶媒を分散媒としてエマルション形成させる。このようなW/Oエマルションを形成することにより、分散質は表面張力等により球状になるので、該球状形状でゲル化させることにより、球状のゲル化体を得ることができる。このように、W/Oエマルションを形成するエマルション形成工程を経ることにより、高い円形度を有する多孔質球状金属酸化物を製造することが可能になる。
(W / O emulsion formation process)
The production method of the present invention includes a step of forming a W / O emulsion. That is, an emulsion is formed using the above-described metal oxide sol or alkali metal metal oxoacid as a dispersoid and a hydrophobic solvent as a dispersion medium. By forming such a W / O emulsion, the dispersoid becomes spherical due to surface tension or the like, and thus a spherical gelled body can be obtained by gelling in the spherical shape. Thus, it becomes possible to manufacture a porous spherical metal oxide having a high degree of circularity through the emulsion forming step of forming a W / O emulsion.

本発明の製造方法においては、W/OエマルションのW相としては、前述した金属酸化物水性ゾル及び/又は金属オキソ酸アルカリ金属塩の水溶液を用いる。   In the production method of the present invention, as the W phase of the W / O emulsion, the aqueous metal oxide sol and / or the metal oxoacid alkali metal salt described above are used.

本発明の球状金属酸化物の製造において、W/OエマルションのO相に用いる疎水性溶媒としては、金属酸化物水性ゾル及び/又は金属オキソ酸アルカリ金属塩水溶液とエマルションを形成できる程度の疎水性を有した溶媒であれば良い。そのような溶媒としては、例えば、炭化水素類やハロゲン化炭化水素類等の有機溶媒を使用することが可能である。より具体的にはヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロプロパン等が挙げられる。これらの中でも、適度な粘度を有するヘキサン、ヘプタンを特に好適に用いることができる。なお必要に応じて、複数の溶媒を混合して用いてもよい。また水性シリカゾルとW/Oエマルションを形成できる範囲であれば、低級アルコール類などの親水性溶媒を併用する(混合溶媒として使用する)ことも可能である。   In the production of the spherical metal oxide of the present invention, the hydrophobic solvent used for the O phase of the W / O emulsion is hydrophobic enough to form an emulsion with an aqueous metal oxide sol and / or an alkali metal oxo acid alkali metal salt solution. Any solvent may be used. As such a solvent, for example, organic solvents such as hydrocarbons and halogenated hydrocarbons can be used. More specifically, hexane, heptane, octane, nonane, decane, dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, dichloropropane and the like can be mentioned. Among these, hexane and heptane having an appropriate viscosity can be particularly preferably used. If necessary, a plurality of solvents may be mixed and used. In addition, a hydrophilic solvent such as lower alcohols can be used together (used as a mixed solvent) as long as it can form an aqueous silica sol and a W / O emulsion.

使用する疎水性溶媒の量は、エマルションがW/O型となる程度の量であれば特に限定されることはない。ただし、一般的には、W相の1体積部に対して疎水性溶媒が1〜10体積部程度となる量を使用する。   The amount of the hydrophobic solvent to be used is not particularly limited as long as the emulsion is an amount that is W / O type. However, generally, the amount of the hydrophobic solvent is about 1 to 10 parts by volume with respect to 1 part by volume of the W phase.

本発明の製造方法においては、上記のW/Oエマルションを形成する際に、界面活性剤が添加される。使用する界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤のいずれも使用することが可能である。これらの中でも、W/Oエマルションを形成しやすい点で、ノニオン系界面活性剤が好ましい。   In the production method of the present invention, a surfactant is added when the above W / O emulsion is formed. As the surfactant to be used, any of an anionic surfactant, a cationic surfactant, and a nonionic surfactant can be used. Among these, nonionic surfactants are preferable because they can easily form a W / O emulsion.

本発明の製造方法においては、金属酸化物ゾルや金属オキソ酸アルカリ金属塩溶液が水性であるため、上記界面活性剤の親水性及び疎水性の程度を示す値であるHLB値が20以下のものが用いられる。HLB値がこの範囲を超えて大きくなると、界面活性剤が親水性となるため、後述する界面活性剤の疎水性溶媒への加熱による抽出除去の際に、抽出を行うことが困難となり、本発明の界面活性剤を吸着していない球状金属酸化物が得られなくなる。W/Oエマルションを好適に作成するためには、3以上5以下のHLB値の界面活性剤を用いることができる。   In the production method of the present invention, since the metal oxide sol and the metal oxoacid alkali metal salt solution are aqueous, those having an HLB value of 20 or less indicating the degree of hydrophilicity and hydrophobicity of the surfactant. Is used. When the HLB value exceeds this range, the surfactant becomes hydrophilic, so that it becomes difficult to perform extraction when the surfactant is extracted and removed by heating to a hydrophobic solvent, which will be described later. It becomes impossible to obtain a spherical metal oxide not adsorbing the surfactant. In order to suitably prepare the W / O emulsion, a surfactant having an HLB value of 3 or more and 5 or less can be used.

なお本発明において「HLB値」とは、グリフィン法によるHLB値を意味する。上述したように、本発明においては、W/Oエマルションの液滴の形状によって金属酸化物粒子の形状がほぼ定められる。上記の好適な範囲内のHLB値を有する界面活性剤を使用することにより、W/Oエマルションを安定して存在させることが容易になる。好適に用いることのできる界面活性剤の具体的としては、ソルビタンモノオレート(HLB:4.3)、ソルビタンモノステアレート(HLB:4.7)、ソルビタンモノセスキオレート(HLB:3.7)等のソルビタン脂肪酸エステルが挙げられる。   In the present invention, the “HLB value” means an HLB value according to the Griffin method. As described above, in the present invention, the shape of the metal oxide particles is substantially determined by the shape of the droplets of the W / O emulsion. By using a surfactant having an HLB value within the above preferred range, it becomes easy to make the W / O emulsion stably present. Specific examples of the surfactant that can be suitably used include sorbitan monooleate (HLB: 4.3), sorbitan monostearate (HLB: 4.7), sorbitan monosesquiolate (HLB: 3.7), and the like. Of sorbitan fatty acid esters.

HLBが20以下の界面活性剤の使用量は、W/Oエマルションを形成させる際の一般的な量と変わるところがない。具体的には、水性シリカゾル100mlに対して0.05g以上10g以下の範囲を好適に採用することができる。当該界面活性剤の使用量が多いと、W/Oエマルションの液滴がより微細になり易く、逆に界面活性剤の使用量が少ないと、W/Oエマルションの液滴がより大きくなり易い。したがって界面活性剤の使用量を増減することにより、球状金属酸化物の平均粒径を調整することが可能である。   The amount of the surfactant having an HLB of 20 or less is not different from the general amount when forming a W / O emulsion. Specifically, a range of 0.05 g or more and 10 g or less can be suitably employed with respect to 100 ml of the aqueous silica sol. If the amount of the surfactant used is large, the droplets of the W / O emulsion are likely to become finer. Conversely, if the amount of the surfactant used is small, the droplets of the W / O emulsion are likely to be larger. Therefore, it is possible to adjust the average particle diameter of the spherical metal oxide by increasing or decreasing the amount of the surfactant used.

W/Oエマルションを形成する際に、金属酸化物ゾル、若しくは金属オキソ酸アルカリ金属塩等を疎水性溶媒中に分散させる方法としては、W/Oエマルションの公知の形成方法を採用することができる。工業的な製造の容易性などの観点からは、機械乳化によるエマルション形成が好ましく、具体的には、ミキサー、ホモジナイザー等を使用する方法を例示できる。好適には、ホモジナイザーを用いることができる。分散している金属酸化物ゾル液滴の粒径が、球状金属酸化物の粒径と関係するため、目的の粒径になるように、ゾルの液的の粒径を調整することが好ましい。   As a method of dispersing the metal oxide sol or the metal oxoacid alkali metal salt or the like in the hydrophobic solvent when forming the W / O emulsion, a known method for forming the W / O emulsion can be employed. . From the viewpoint of ease of industrial production and the like, emulsion formation by mechanical emulsification is preferred, and specific examples include a method using a mixer, a homogenizer, and the like. Preferably, a homogenizer can be used. Since the particle size of the dispersed metal oxide sol droplet is related to the particle size of the spherical metal oxide, it is preferable to adjust the liquid particle size of the sol so as to be the target particle size.

(ゲル化工程)
本発明の製造方法においては、W/Oエマルションの形成後、W相のゲル化を行われる。該ゲル化は公知の方法で行うことができる。
(Gelification process)
In the production method of the present invention, the W phase is gelled after the formation of the W / O emulsion. The gelation can be performed by a known method.

W/OエマルションのW相として、金属酸化物の水性ゾルを用いる場合には、例えば高温に加熱する手法や、或いは金属酸化物ゾルpHをpHが2〜9、好ましくは4〜8、更には5〜6になるように、塩基を加える手法が挙げられる。迅速かつ低エネルギーコストでゲル化できる点で、pH調整によりゲル化を起こさせることが好ましい。   When an aqueous sol of metal oxide is used as the W phase of the W / O emulsion, for example, a method of heating to a high temperature, or the pH of the metal oxide sol is 2 to 9, preferably 4 to 8, more preferably The method of adding a base is mentioned so that it may become 5-6. It is preferable to cause gelation by pH adjustment in that gelation can be performed quickly and at low energy costs.

上記塩基の具体例としては、アンモニア;水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)等の水酸化テトラアルキルアンモニウム類;トリメチルアミン等のアミン類;水酸化ナトリウム等の水酸化アルカリ類;炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ金属炭酸塩類;及びアルカリ金属ケイ酸塩、等が挙げられる。なお、アルカリ金属ケイ酸塩によりpH調整を行う場合、前記シリカ分の濃度は、水性シリカゾルの調製に使用したシリカ源と、pH調整に用いたアルカリ金属ケイ酸塩由来のシリカ分との合計濃度を意味する。   Specific examples of the base include ammonia; tetraalkylammonium hydroxides such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH); amines such as trimethylamine; alkali hydroxides such as sodium hydroxide; sodium carbonate, sodium hydrogencarbonate, etc. Alkali metal carbonates; and alkali metal silicates. When adjusting the pH with an alkali metal silicate, the concentration of the silica component is the total concentration of the silica source used for the preparation of the aqueous silica sol and the silica component derived from the alkali metal silicate used for the pH adjustment. Means.

これらの塩基のなかでも、金属元素の混入がなく、水洗操作が不要である点で、アンモニア、水酸化テトラアルキルアンモニウム類、又はアミン類を用いることが好ましく、特にアンモニアが好ましい。アンモニアを用いる場合にはW/Oエマルション中にガスとして吹き込んでも良いし、アンモニア水として添加してもよい。ただし、pHの微調製が容易な点で、アンモニア水として添加することがより好ましい。   Among these bases, ammonia, tetraalkylammonium hydroxides, or amines are preferably used, and ammonia is particularly preferable in that no metal element is mixed in and no water washing operation is required. When ammonia is used, it may be blown into the W / O emulsion as a gas, or may be added as aqueous ammonia. However, it is more preferable to add as ammonia water in terms of easy pH fine adjustment.

また、金属オキソ酸アルカリ金属塩を用いてpH調整する方法は、上記金属酸化物ゾルを調製する際に、同じ金属オキソ酸アルカリ金属塩を用いていた場合に、別途、アルカリ用の設備を要しないという利点を有する。   Further, the method of adjusting pH using a metal oxoacid alkali metal salt requires a separate facility for alkali when the same metal oxoacid alkali metal salt is used when preparing the metal oxide sol. Has the advantage of not.

W/OエマルションのW相として、金属オキソ酸アルカリ金属塩水溶液を用いる場合には、金属オキソ酸アルカリ金属塩を含む水溶液のpHが2〜9、好ましくは4〜8、更には5〜6になるように、酸を加えることで行うことができる。   When an aqueous metal oxo acid alkali metal salt solution is used as the W phase of the W / O emulsion, the pH of the aqueous solution containing the metal oxo acid alkali metal salt is 2 to 9, preferably 4 to 8, more preferably 5 to 6. It can be performed by adding an acid.

上記ゲル化の際のpH調整に用いる酸を用いる具体例としては、塩酸、硫酸等の鉱酸;ギ酸、酢酸、クエン酸、シュウ酸等の有機酸;炭酸ガス等が挙げられる。   Specific examples of using the acid used for pH adjustment during the gelation include mineral acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid; organic acids such as formic acid, acetic acid, citric acid and oxalic acid; carbon dioxide gas and the like.

このようなpH調整は、ミキサー等による攪拌を行いW/Oエマルション形成状態を維持しながら、塩基や酸を該エマルション中へ添加することにより容易に行うことができる。上記撹拌の強度は、W/Oエマルションと塩基や酸との混合が起きる程度に強ければよい。   Such pH adjustment can be easily performed by adding a base or an acid to the emulsion while stirring with a mixer or the like to maintain the W / O emulsion formation state. The strength of the stirring may be as strong as mixing of the W / O emulsion and the base or acid occurs.

なお、予め目的のpHになる塩基、又は酸の量を測定しておき、その量の塩基、又は酸をW/Oエマルションに加えることにより行うことが好ましい。目的のpHとなる塩基、又は酸の量の測定は、W/Oエマルションに用いる金属酸化物ゾル、又は金属オキソ酸アルカリ金属塩の水溶液を一定量分取し、pHメーターによりpHを測定しながらゲル化に用いる塩基、又は酸を加え、目的のpHになる塩基、又は酸の量を測定することにより、行うことができる。   In addition, it is preferable to measure the amount of the base or acid that reaches the target pH in advance and add the amount of the base or acid to the W / O emulsion. Measurement of the amount of base or acid that achieves the target pH is obtained by taking a certain amount of a metal oxide sol or metal oxo acid alkali metal salt aqueous solution used in the W / O emulsion and measuring the pH with a pH meter. It can be carried out by adding a base or an acid used for gelation and measuring the amount of the base or acid that achieves the target pH.

上記のゲル化にかかる時間は、W相の種類や温度等にもよるが、W相にシリカゾルを用い、pH5、シリカゾル中のシリカ濃度(SiO換算)が80g/L、温度50℃の場合には、数分後にはゲル化が起こる。 The time required for the above gelation depends on the type and temperature of the W phase, but when silica sol is used for the W phase, the pH is 5, the silica concentration in the silica sol (in terms of SiO 2 ) is 80 g / L, and the temperature is 50 ° C. In some cases, gelation occurs after a few minutes.

またゲル化後は分散質が液体状から固体状へと変化するため、系はW/Oエマルションではなく、固体(ゲル化体)が疎水性溶媒中に分散した分散液(サスペンション)となる。   Further, since the dispersoid changes from a liquid state to a solid state after gelation, the system is not a W / O emulsion but a dispersion (suspension) in which a solid (gelled body) is dispersed in a hydrophobic solvent.

(WO相分離工程)
本発明の製造方法において、ゲル化に引き続き、WO相分離が行われる。WO相分離とは、前記分散溶媒をO相とW相に分離するものであり、一般的には解乳とも呼ばれている操作である。ここで前記ゲル化工程により得られたゲル化体は分離したW相側に存在している。本発明において当該WO相分離は、一定量の水と水溶性有機溶媒をエマルション中に加えることにより行われる。
(WO phase separation process)
In the production method of the present invention, WO phase separation is performed following gelation. The WO phase separation is an operation that separates the dispersion solvent into an O phase and a W phase, and is generally referred to as milking. Here, the gelled body obtained by the gelation step is present on the separated W phase side. In the present invention, the WO phase separation is performed by adding a certain amount of water and a water-soluble organic solvent to the emulsion.

上記の水溶性有機溶媒としては、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等が挙げられる。このうち、イソプロピルアルコールは、後述のシリル化処理の際にも、処理の効率を高める上で効果があるため、好適に用いることができる。   Examples of the water-soluble organic solvent include acetone, methanol, ethanol, isopropyl alcohol and the like. Of these, isopropyl alcohol can be suitably used because it is effective in increasing the efficiency of the treatment even in the silylation treatment described later.

上記の水溶性有機溶媒の添加量としては、エマルション形成時に用いたHLBが20以下の界面活性剤の種類および量によって調整することが好ましい。例えば、界面活性剤としてソルビタンモノオレートを用いた場合には、O相の合計量に対して質量で1/6〜1/2倍程度の水溶性有機溶媒を加えることにより、好適に解乳を行うことができる。また、W相の分離に引き続き、後述の界面活性剤の抽出を行う際には、当該水溶性有機溶媒の添加量は、界面活性剤の抽出を行う際の効率に影響を与えるため、効率良く界面活性剤の抽出できるような適切な添加量に調整することが好ましい。当該抽出を効率良く行うためには、O相の合計量に対して1/6〜1/4倍程度の水溶性有機溶媒を加えることが好ましい。   The amount of the water-soluble organic solvent added is preferably adjusted according to the type and amount of the surfactant having an HLB of 20 or less used during the formation of the emulsion. For example, when sorbitan monooleate is used as the surfactant, the addition of a water-soluble organic solvent having a mass of about 1/6 to 1/2 times the total amount of the O phase makes it easy to demilk. It can be carried out. In addition, when the surfactant described later is extracted following the separation of the W phase, the amount of the water-soluble organic solvent affects the efficiency when the surfactant is extracted. It is preferable to adjust the addition amount so that the surfactant can be extracted. In order to perform the extraction efficiently, it is preferable to add a water-soluble organic solvent about 1/6 to 1/4 times the total amount of the O phase.

また、水溶性有機溶媒と同時に添加される水の添加量は、W相側に含まれるゲルの流動性が保持される程度に加える必要があり、ゲルの容量に対して1/4〜2倍程度加えることが好ましい。   Further, the amount of water added simultaneously with the water-soluble organic solvent needs to be added to such an extent that the fluidity of the gel contained on the W phase side is maintained, and is 1/4 to 2 times the volume of the gel. It is preferable to add a degree.

(加温(界面活性剤の抽出除去)工程)
本発明の球状金属酸化物の製造方法においては、W相の分離に引き続き、加温によって界面活性剤の相への抽出除去を行う。本発明に用いられる界面活性剤は、HLBが20以下であり、W相よりもO相を形成している疎水性溶媒の方に溶解し易いが、上記W相分離工程の直後はゲル化体の表面に吸着している。

(Warming (surfactant extraction and removal) process)
In the method for producing a spherical metal oxide of the present invention, subsequent to the separation of the W phase, the surfactant is extracted and removed to the O phase by heating. The surfactant used in the present invention has an HLB of 20 or less and is more easily dissolved in a hydrophobic solvent forming the O phase than the W phase. It is adsorbed on the surface.

そのためこの抽出除去工程を行わないと、得られた球状金属酸化物が用いた界面活性剤を含んだ状態のものとなってしまう。そこで当該界面活性剤の抽出除去操作を行うことにより、界面活性剤を吸着していない球状金属酸化物を得ることができる。界面活性剤の抽出除去は、上記解乳によりW相とO相が2相に分かれた状態において、少なくともW相を50℃以上に加温する。効率を高めるためにミキサー等により、攪拌することも好ましい。   Therefore, if this extraction and removal step is not performed, the resulting spherical metal oxide will contain the surfactant used. Therefore, a spherical metal oxide not adsorbing the surfactant can be obtained by performing an extraction and removal operation of the surfactant. In the extraction and removal of the surfactant, at least the W phase is heated to 50 ° C. or higher in the state where the W phase and the O phase are separated into two phases by the above-mentioned milking. In order to increase the efficiency, stirring with a mixer or the like is also preferable.

加温の温度範囲としては少なくともW相が50℃以上である必要があり、好ましくは50〜80℃程度、より好ましくは60〜70℃程度である。むろんO相も一緒に加熱してもよい。本発明の特徴は、このような高い温度をかける点にある。室温程度では、例えば溶媒を複数回取り替えるなどしても、界面活性剤は容易に除去することができない。   As a temperature range for heating, at least the W phase needs to be 50 ° C. or more, preferably about 50 to 80 ° C., more preferably about 60 to 70 ° C. Of course, the O phase may be heated together. A feature of the present invention is that such a high temperature is applied. At about room temperature, for example, even if the solvent is changed a plurality of times, the surfactant cannot be easily removed.

またミキサー等による攪拌を行う場合、攪拌動力としては0.1〜3.0kW/m、好ましくは0.5〜1.5kW/m、攪拌時間としては0.5〜24時間、好ましくは1〜5時間程度である。 When stirring with a mixer or the like, the stirring power is 0.1 to 3.0 kW / m 3 , preferably 0.5 to 1.5 kW / m 3 , and the stirring time is 0.5 to 24 hours, preferably It is about 1 to 5 hours.

また、上記加温操作は、本発明の球状金属酸化物を構成する粒子を高強度にする目的で行われる、熟成(エージング(aging))を同時に進行させる。この熟成により、ゲル化反応(脱水縮合反応)をさらに進行させることは、細孔量の大きな球状金属酸化物を得る上で、好ましい。なお攪拌を行わない状態で加熱することにより、抽出とは別操作として熟成を行ってもよい。該別操作としての熟成は、界面活性剤の抽出の前及び/又は後に行うことができる。   In addition, the above-described heating operation simultaneously proceeds with aging (aging) performed for the purpose of increasing the strength of the particles constituting the spherical metal oxide of the present invention. Further aging of the gelation reaction (dehydration condensation reaction) by this aging is preferable in obtaining a spherical metal oxide having a large amount of pores. In addition, you may age | cure | ripen as a separate operation from extraction by heating in the state which does not stir. The ripening as the separate operation can be performed before and / or after the extraction of the surfactant.

界面活性剤の抽出が十分に行われたかどうかを確認する手段としては、O相側に含まれる界面活性剤の量を、NMR、ガスクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー等により測定する方法が挙げられる。   As a means for confirming whether or not the extraction of the surfactant has been sufficiently performed, a method of measuring the amount of the surfactant contained in the O phase side by NMR, gas chromatography, liquid chromatography or the like can be mentioned.

(W相回収工程)
本発明の球状金属酸化物の製造方法において、上記界面活性剤の抽出除去工程の後に、ゲル化体を含んだ前記W相の回収を行う。具体的にはデカンテーション等により、O相を分離除去することができる。
(W phase recovery process)
In the method for producing a spherical metal oxide according to the present invention, the W phase containing the gelled body is recovered after the surfactant extraction and removal step. Specifically, the O phase can be separated and removed by decantation or the like.

また、分離除去したO相には界面活性剤が回収されており、W/Oエマルジョン作成のための疎水性有機溶媒及び界面活性剤として再利用することが可能である。疎水性有機溶媒には、WO相分離のために加えた親水性有機溶媒も数%含まれるが、W/Oエマルションの形成のためには、通常は問題とならない。なおWO相分離の際に加える親水性有機溶媒の量を、WO相分離が起こる程度に少なくしておけば、再利用してもW/Oエマルションの形成がしやすい。また、する、蒸留等の操作により、親水性有機溶媒と疎水性有機溶媒を分離するといった操作を行えばよい。水洗除去も可能である。   Further, the surfactant is recovered in the separated O phase, and can be reused as a hydrophobic organic solvent and a surfactant for preparing a W / O emulsion. Hydrophobic organic solvents include several percent of hydrophilic organic solvents added for WO phase separation, but this is usually not a problem for the formation of W / O emulsions. If the amount of the hydrophilic organic solvent added during the WO phase separation is reduced to such an extent that the WO phase separation occurs, a W / O emulsion can be easily formed even when reused. Moreover, what is necessary is just to perform operation of isolate | separating a hydrophilic organic solvent and a hydrophobic organic solvent by operation, such as distillation. Rinsing with water is also possible.

また、疎水性有機溶媒は、揮発する場合があるが、その際には適時追加することにより量を調整することが好ましい。   Moreover, although the hydrophobic organic solvent may volatilize, it is preferable to adjust the amount by adding it in a timely manner.

(ゲル化体回収工程−1)
当該W相に含まれるゲルを、ろ過回収し、必要な場合には水洗により硫酸塩、炭酸塩等の塩類の除去を行った後に、乾燥をすることで、球状金属酸化物を得ることができる。
(Gelified body recovery step-1)
The gel contained in the W phase is recovered by filtration, and if necessary, by removing salts such as sulfates and carbonates by washing with water and drying, a spherical metal oxide can be obtained. .

(疎水化処理工程)
また、前記の界面活性剤の抽出除去、熟成操作(加温工程)を行った後に、ゲル化体回収工程の前に疎水化剤による処理を行うことができる。当該疎水化剤による処理を行った場合には、乾燥時に生じる収縮を抑制することが可能となるため、細孔容量のより大きな球状金属酸化物を得ることができる。また、製造された球状金属酸化物は、疎水性となるため、経時劣化の原因となる水分の吸着が少なく、疎水性の樹脂等への馴染みが良いものとなる。
(Hydrophobicization process)
In addition, after performing the extraction and removal of the surfactant and the aging operation (heating step), a treatment with a hydrophobizing agent can be performed before the gelled body recovery step. When the treatment with the hydrophobizing agent is performed, it is possible to suppress shrinkage that occurs during drying, so that a spherical metal oxide having a larger pore volume can be obtained. Further, since the produced spherical metal oxide becomes hydrophobic, it has little moisture adsorption that causes deterioration over time, and is well-familiar with hydrophobic resins and the like.

上記の疎水化剤による処理を行う場合には、当該処理に先立ち前記W相の回収(O相の除去)を行うことにより、効率的に疎水化剤による処理を行うことができる。なおここで、W相とO相は100%分離される必要はないが、除去後に残存するO相の量としては、30wt%以下が好ましく、さらに好ましくは20wt%以下である。   When the treatment with the hydrophobizing agent is performed, the treatment with the hydrophobizing agent can be efficiently performed by collecting the W phase (removing the O phase) prior to the treatment. Here, the W phase and the O phase do not need to be separated by 100%, but the amount of the O phase remaining after the removal is preferably 30 wt% or less, more preferably 20 wt% or less.

本発明の製造方法において、疎水化処理する場合に用いる疎水化剤としては、一般的にはシリル化剤と呼ばれるものを好適に用いることができる。当該シリル化剤としては金属酸化物表面に存在するヒドロキシ基:
M−OH (1)
[式(1)中、Mは金属原子を表す。式(1)においてはMの残りの原子価は省略されている。]
と反応し、これを
(M−O−)(4−n)SiR (2)
[式(2)中、nは1〜3の整数であり、Rは炭化水素基であり、nが2以上である場合には、複数のRは同一でも相互に異なっていてもよい。]
へと変換することが可能なシリル化剤を一例として挙げることができる。このようなシリル化剤を用いてシリル化処理を行うことにより、金属酸化物表面のヒドロキシ基が疎水性のシリル基でエンドキャッピングされて不活性化されるので、表面ヒドロキシ基相互間での脱水縮合反応を抑制できる。よって、乾燥収縮を抑制できるので、大きなBJH細孔容積を有する球状金属酸化を得ることが可能になる。
In the production method of the present invention, as the hydrophobizing agent used for the hydrophobizing treatment, what is generally called a silylating agent can be suitably used. The silylating agent is a hydroxy group present on the surface of the metal oxide:
M-OH (1)
[In formula (1), M represents a metal atom. In formula (1), the remaining valence of M is omitted. ]
React with, this (M-O-) (4- n) SiR n (2)
[In Formula (2), n is an integer of 1-3, R is a hydrocarbon group, and when n is 2 or more, a plurality of R may be the same or different from each other. ]
An example is a silylating agent that can be converted to. By performing silylation treatment using such a silylating agent, the hydroxy group on the surface of the metal oxide is endcapped with a hydrophobic silyl group and inactivated, so dehydration between the surface hydroxy groups The condensation reaction can be suppressed. Therefore, since drying shrinkage can be suppressed, it becomes possible to obtain spherical metal oxidation having a large BJH pore volume.

上記のシリル化剤としては、以下の一般式(3)〜(5)で示される化合物が知られている。   As the silylating agent, compounds represented by the following general formulas (3) to (5) are known.

SiX(4−n) (3)
[式(3)中、nは1〜3の整数を表し;Rは炭化水素基等の疎水基を表し;Xはヒドロキシ基を有する化合物との反応においてSi原子との結合が開裂して分子から脱離可能な基(脱離基)を表す。nが2以上のとき複数のRは同一でも異なっていてもよい。また、nが2以下のとき複数のXは同一でも異なっていてもよい。]
R n SiX (4-n) (3)
[In formula (3), n represents an integer of 1 to 3; R represents a hydrophobic group such as a hydrocarbon group; X represents a molecule in which a bond with a Si atom is cleaved in a reaction with a compound having a hydroxy group. Represents a group (leaving group) that can be removed from the group. When n is 2 or more, a plurality of R may be the same or different. When n is 2 or less, the plurality of Xs may be the same or different. ]

Figure 0006055362
Figure 0006055362

[式(4)中、Rはアルキレン基を表し;R及びRは各々独立に炭化水素基を表し;R及びRは各々独立に水素原子又は炭化水素基を表す。] [In Formula (4), R 1 represents an alkylene group; R 2 and R 3 each independently represent a hydrocarbon group; R 4 and R 5 each independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group. ]

Figure 0006055362
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[式(5)中、R及びRは各々独立に炭化水素基を表し、mは3〜6の整数を表す。複数のRは同一でも異なっていてもよい。また、複数のRは同一でも異なっていてもよい。]
上記式(3)において、Rは炭化水素基であり、好ましくは炭素数1〜10の炭化水素基であり、より好ましくは炭素数1〜4の炭化水素基であり、特に好ましくはメチル基である。
[In Formula (5), R 6 and R 7 each independently represent a hydrocarbon group, and m represents an integer of 3 to 6. A plurality of R 6 may be the same or different. A plurality of R 7 may be the same or different. ]
In the above formula (3), R is a hydrocarbon group, preferably a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and particularly preferably a methyl group. is there.

Xで示される脱離基としては、塩素、臭素等のハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;−NH−SiRで示される基(式中、Rは式(2)におけるRと同義である)等を例示できる。 The leaving group represented by X includes a halogen atom such as chlorine or bromine; an alkoxy group such as methoxy group or ethoxy group; a group represented by —NH—SiR 3 (wherein R represents R in formula (2)) And the like).

上記式(3)で示されるシリル化剤を具体的に例示すると、クロロトリメチルシラン、ジクロロジメチルシラン、トリクロロメチルシラン、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン等が挙げられる。反応性が良好である点で、クロロトリメチルシラン、ジクロロジメチルシラン、トリクロロメチルシラン及び/又はヘキサメチルジシラザンが特に好ましい。   Specific examples of the silylating agent represented by the above formula (3) include chlorotrimethylsilane, dichlorodimethylsilane, trichloromethylsilane, monomethyltrimethoxysilane, monomethyltriethoxysilane, hexamethyldisilazane and the like. From the viewpoint of good reactivity, chlorotrimethylsilane, dichlorodimethylsilane, trichloromethylsilane and / or hexamethyldisilazane are particularly preferable.

脱離基Xの数(4−n)に応じて、金属酸化物骨格上のヒドロキシ基と結合する数は変化する。例えば、例えば、nが2であれば:
(M−O−)SiR (6)
という結合が生じることになる。また、nが3であれば:
M−O−SiR (7)
という結合が生じることになる。このようにヒドロキシ基がシリル化されることにより、シリル化処理がなされる。
Depending on the number of leaving groups X (4-n), the number of bonds with hydroxy groups on the metal oxide skeleton varies. For example, if n is 2, then:
(MO) 2 SiR 2 (6)
This results in a bond. If n is 3, then:
M-O-SiR 3 (7)
This results in a bond. Thus, a silylation process is made | formed by a hydroxyl group being silylated.

上記式(4)において、Rはアルキレン基であり、好ましくは炭素数2〜8のアルキレン基であり、特に好ましくは炭素数2〜3のアルキレン基である。 In the above formula (4), R 1 is an alkylene group, preferably an alkylene group having 2 to 8 carbon atoms, and particularly preferably an alkylene group having 2 to 3 carbon atoms.

上記式(4)において、R及びRは各々独立に炭化水素基であり、好ましい基としては、式(2)におけるRと同様の基を挙げることができる。Rは水素原子又は炭化水素基を示し、炭化水素基である場合には、好ましい基としては、式(2)におけるRと同様の基を挙げることができる。この式(4)で示される化合物(環状シラザン)でゲル化体を処理した場合には、ヒドロキシ基との反応によりSi−N結合が開裂するので、ゲル化体中の金属酸化物(ここではシリカである。)骨格表面上には
(M−O−)SiR (8)
という結合が生じることになる。このように上記式(4)の環状シラザン類によっても、ヒドロキシ基がシリル化され、シリル化処理がなされる。
In the formula (4), R 2 and R 3 are each independently a hydrocarbon group, and preferred groups include the same groups as R in the formula (2). R 4 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group, and when it is a hydrocarbon group, preferred groups include the same groups as R in formula (2). When the gelated product is treated with the compound represented by the formula (4) (cyclic silazane), the Si—N bond is cleaved by reaction with the hydroxy group, so that the metal oxide (here, the gelled product) It is silica.) On the surface of the skeleton, (MO) 2 SiR 2 R 3 (8)
This results in a bond. Thus, also by the cyclic silazanes of the above formula (4), the hydroxy group is silylated and subjected to silylation treatment.

上記式(4)で示される環状シラザン類を具体的に例示すると、ヘキサメチルシクロトリシラザン、オクタメチルシクロテトラシラザン等が挙げられる。   Specific examples of the cyclic silazanes represented by the above formula (4) include hexamethylcyclotrisilazane and octamethylcyclotetrasilazane.

上記式(5)において、R及びRは各々独立に炭化水素基であり、好ましい基としては、式(2)におけるRと同様の基を挙げることができる。mは3〜6の整数を示す。この式(5)で示される化合物(環状シロキサン)でゲル化体を処理した場合、ゲル化体中の金属酸化物骨格表面上には、
(M−O−)SiR (9)
という結合が生じることになる。このように上記式(5)の環状シロキサン類によっても、ヒドロキシ基がシリル化され、シリル化処理がなされる。
In the formula (5), R 6 and R 7 are each independently a hydrocarbon group, and preferred groups include the same groups as R in the formula (2). m shows the integer of 3-6. When the gelled body is treated with the compound represented by the formula (5) (cyclic siloxane), on the surface of the metal oxide skeleton in the gelled body,
(MO) 2 SiR 6 R 7 (9)
This results in a bond. Thus, also by the cyclic siloxanes of the above formula (5), the hydroxy group is silylated and subjected to silylation treatment.

上記式(5)で示される環状シロキサン類を具体的に例示すると、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等が挙げられる。   Specific examples of the cyclic siloxanes represented by the above formula (5) include hexamethylcyclotrisiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane and the like.

上記のシリル化処理の際に使用する処理剤の量としては、処理剤の種類にもよるが、例えば金属酸化物がシリカであり、ジメチルジクロロシランを処理剤として用いる場合には、金属酸化物(シリカ)100重量部に対して30〜150重量部が好適である。   The amount of the treating agent used in the above silylation treatment depends on the kind of the treating agent. For example, when the metal oxide is silica and dimethyldichlorosilane is used as the treating agent, the metal oxide (Silica) 30 to 150 parts by weight is suitable for 100 parts by weight.

上記の疎水化処理の条件は、分離したW相に対して、疎水化処理剤を加え、一定時間反応させることにより行うことができる。例えば金属酸化物がシリカであり、シリル化処理剤としてジメチルジクロロシランを用い、処理温度を50℃とした場合には、4〜12時間程度以上保持することで行うことでき、オクタメチルシクロテトラシロキサンを用い、処理温度を70℃とした場合には6〜12時間程度以上保持することで行うことができる。   The conditions for the above-described hydrophobizing treatment can be performed by adding a hydrophobizing agent to the separated W phase and reacting for a predetermined time. For example, when the metal oxide is silica, dimethyldichlorosilane is used as the silylation treatment agent, and the treatment temperature is 50 ° C., it can be carried out by holding for about 4 to 12 hours or more. Octamethylcyclotetrasiloxane When the processing temperature is 70 ° C., it can be carried out by holding for about 6 to 12 hours or more.

また、シリル化処理剤としてオクタメチルシロクテトラシロキサン等の環状シロキサン類を用いる場合には、塩酸を添加することで溶液のpHを0.3〜1.0とすることが、反応の効率を高める上で好ましい。   Moreover, when using cyclic siloxanes, such as octamethyl siloxane tetrasiloxane, as a silylation processing agent, pH of a solution shall be 0.3-1.0 by adding hydrochloric acid, and the efficiency of reaction improves. Preferred above.

当該シリル化処理工程においては、W相中への処理剤の溶解度を高めて、反応の効率を高める目的で、水溶性有機溶媒を加えることが好ましい。この水溶性有機溶媒としては、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等が挙げられる。このうち、イソプロピルアルコールを好適に用いることができる。   In the silylation treatment step, it is preferable to add a water-soluble organic solvent for the purpose of increasing the solubility of the treatment agent in the W phase and increasing the reaction efficiency. Examples of the water-soluble organic solvent include acetone, methanol, ethanol, isopropyl alcohol and the like. Of these, isopropyl alcohol can be preferably used.

上記水溶性有機溶媒は、W相中の濃度が、20〜80wt%程度になるように加えることが好ましい。前期のW相分離工程を行う際に、水溶性有機溶媒を加えた場合には、疎水化処理の際にもそのまま使用することができ、好適な濃度になるように更に水溶性有機溶媒を追加することもできる。   The water-soluble organic solvent is preferably added so that the concentration in the W phase is about 20 to 80 wt%. If a water-soluble organic solvent is added during the previous W phase separation step, it can be used as it is in the hydrophobization process, and further added with a water-soluble organic solvent to a suitable concentration. You can also

(ゲル化体抽出工程)
本発明の製造方法において、上記方法で疎水化処理を行った場合には、球状金属酸化物は水性溶媒に分散した状態になっている。この分散液から球状金属酸化物を回収するには、そのまま濾過してもよいが、好ましくはゲル化体を一旦疎水性有機溶媒に抽出し、その後に濾過することが好ましい。このように一旦疎水性有機溶媒に抽出することで、細孔容積がさらに大きい球状金属酸化物を得ることが可能となる。
(Gelified body extraction process)
In the production method of the present invention, when the hydrophobization treatment is performed by the above method, the spherical metal oxide is in a state dispersed in an aqueous solvent. In order to recover the spherical metal oxide from this dispersion, it may be filtered as it is, but preferably the gelled product is once extracted into a hydrophobic organic solvent and then filtered. Thus, once extracted into a hydrophobic organic solvent, it becomes possible to obtain a spherical metal oxide having a larger pore volume.

ゲル化体抽出に用いる疎水性有機溶媒のとしては、後の乾燥工程の際、乾燥収縮を起こさないために表面張力が小さなものが好ましい。具体的にはヘキサン、ヘプタン、ジクロロメタン、メチルエチルケトン、トルエン等を用いることができ、好適にはヘキサン、ヘプタン、トルエンを用いることが出来る。   As the hydrophobic organic solvent used for the gelled body extraction, those having a small surface tension are preferable in order to prevent drying shrinkage during the subsequent drying step. Specifically, hexane, heptane, dichloromethane, methyl ethyl ketone, toluene and the like can be used, and preferably hexane, heptane and toluene can be used.

具体的には、疎水化処理を行ったゲル化体の水性分散液に上記疎水性有機溶媒を加え、攪拌を行うことにより疎水化されたゲル化体が疎水性有機溶媒側に抽出されてくる。用いる疎水性有機溶媒の量は、再度、O相とW相の2層に分離する程度であれば良いが、一般的に、水性分散液100体積部に対して100〜200体積部程度である。   Specifically, the hydrophobic organic solvent is added to the aqueous dispersion of the gelated hydrogel and the gelled hydrogel is extracted on the hydrophobic organic solvent side by stirring. . The amount of the hydrophobic organic solvent to be used is only required to be separated again into two layers of the O phase and the W phase, but is generally about 100 to 200 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the aqueous dispersion. .

上記の疎水性有機溶媒への抽出を行った後に、ゲル化体に含まれる塩分や、疎水性有機溶媒中に含まれる硫酸塩等を除去するために、当該有機溶媒を水或いはアルコールの水溶液で洗浄を行うことが好ましい。この洗浄操作は、公知の方法で行うことができる。洗浄効率を上げる上では、数十wt%程度のイソプロピルアルコールの水溶液を用いることが好ましい。また、疎水性有機溶媒の沸点を超えない範囲で、高温にすることが洗浄効率を高める上では好ましい。通常は、50〜70℃の範囲で行うことができる。   After the extraction into the hydrophobic organic solvent, the organic solvent is removed with water or an aqueous solution of alcohol in order to remove the salt contained in the gelated product, the sulfate contained in the hydrophobic organic solvent, or the like. It is preferable to perform washing. This washing operation can be performed by a known method. In order to increase the cleaning efficiency, it is preferable to use an aqueous solution of about several tens wt% of isopropyl alcohol. Further, it is preferable to increase the temperature within a range not exceeding the boiling point of the hydrophobic organic solvent in order to increase the cleaning efficiency. Usually, it can carry out in the range of 50-70 degreeC.

(ゲル化体回収工程−2)
本発明の製造方法において、上記のゲル化体抽出工程を行った場合には、引き続きゲル化体回収工程を行うことができる。すなわち、疎水性有機溶媒に分散しているゲルを濾別し、疎水性有機溶媒を除去(乾燥)する。乾燥する際の温度は、溶媒の沸点以上で、表面処理剤の分解温度以下であることが好ましく、圧力は常圧ないし減圧下で行うことが好ましい。
(Gelified body recovery step-2)
In the production method of the present invention, when the gelled body extraction step is performed, the gelled body recovery step can be subsequently performed. That is, the gel dispersed in the hydrophobic organic solvent is filtered off, and the hydrophobic organic solvent is removed (dried). The drying temperature is preferably not less than the boiling point of the solvent and not more than the decomposition temperature of the surface treatment agent, and the pressure is preferably carried out under normal pressure or reduced pressure.

本発明に関する上記説明では、金属酸化物が主にシリカである形態の球状金属酸化物の製造方法を主に例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。   In the above description of the present invention, the method for producing a spherical metal oxide in which the metal oxide is mainly silica is mainly exemplified, but the present invention is not limited to this form.

例えば、前述した金属アルコキサイドを原料として用いる方法でシリカ−チタニア複合酸化物を得ようとする場合には、テトラエトキシシラン等のアルコキシシランとテトラブトキシチタン等のアルコキシチタンとを所望のモル比で混合、酸性条件下で加水分解して水性ゾルを得、これをW相として上記と同様の手順により製造することが出来る。   For example, when a silica-titania composite oxide is to be obtained by the method using the metal alkoxide described above as a raw material, an alkoxysilane such as tetraethoxysilane and an alkoxytitanium such as tetrabutoxytitanium are mixed at a desired molar ratio. It can be hydrolyzed under acidic conditions to obtain an aqueous sol, which can be produced as a W phase by the same procedure as described above.

また上述の金属酸化物ゾル調整工程において、例えば、ケイ酸ナトリウムとアルミン酸ナトリウムとを混合したものに酸を作用させて混合ゾルを調製する、あるいは、ケイ酸ナトリウムに酸を作用させることにより得たシリカゾルと、アルミニウムトリエトキシドの加水分解により得たアルミナゾルとを混合することによって混合ゾルを調製する手順の後、該混合ゾルを上記エマルション形成工程以降の工程に供することにより、金属酸化物がシリカ−アルミナ複合酸化物である形態の球状金属酸化物を製造する形態とすることも可能である。   In the above-described metal oxide sol preparation step, for example, a mixed sol is prepared by allowing an acid to act on a mixture of sodium silicate and sodium aluminate, or by allowing an acid to act on sodium silicate. After the procedure of preparing the mixed sol by mixing the silica sol and the alumina sol obtained by hydrolysis of aluminum triethoxide, the mixed sol is subjected to the steps after the emulsion formation step, whereby the metal oxide is obtained. It is also possible to produce a spherical metal oxide in the form of a silica-alumina composite oxide.

また、金属酸化物がシリカ−アルミナ複合酸化物以外の複合金属酸化物である形態も、例えば、上記公知の手法によって個別に調製した複数の金属水酸化物ゾルを適当な混合比で混合することによって所望の金属組成比を有する混合ゾルを調製し、該混合ゾルを上記エマルション形成工程以降の工程に供することにより、製造することが可能である。   Further, in the form in which the metal oxide is a composite metal oxide other than the silica-alumina composite oxide, for example, a plurality of metal hydroxide sols individually prepared by the above-described known methods are mixed at an appropriate mixing ratio. Can be produced by preparing a mixed sol having a desired metal composition ratio and subjecting the mixed sol to the steps after the emulsion forming step.

上述の本発明の製造方法によれば、得られる金属酸化物は界面活性剤を含有していない。界面活性剤が吸着しているか否かについては、固体NMRにより、測定対象となる球状金属酸化物を測定し、得られるスペクトルに界面活性剤のピークが存在するか否かにより、確認することができる。   According to the production method of the present invention described above, the obtained metal oxide does not contain a surfactant. Whether or not the surfactant is adsorbed can be confirmed by measuring the spherical metal oxide to be measured by solid-state NMR and checking whether or not the peak of the surfactant exists in the obtained spectrum. it can.

当該固体NMRの条件を詳しく述べると、内標準として界面活性剤とケミカルシフトが重ならない物質を測定対象となるシリカに対して添加し、内標準と界面活性剤とのピーク比により、界面活性剤の量を測定する。この際、界面活性剤の吸着量が既知のサンプルを用いて、検量線をあらかじめ作成しておく。測定対象となる核は、C13であり、CP/MAS(Cross Polarization/Magic Angll Spinnig)の手法を用いる。当該内標準としては、アダマンタン、グリシン、ヘキサメチルベンゼン等を好適に用いることができる。   The solid-state NMR conditions are described in detail. A substance whose chemical shift does not overlap with the surfactant as an internal standard is added to the silica to be measured, and the surfactant is determined according to the peak ratio between the internal standard and the surfactant. Measure the amount of At this time, a calibration curve is prepared in advance using a sample whose adsorption amount of the surfactant is known. The nucleus to be measured is C13, and a CP / MAS (Cross Polarization / Magic Angling Spinning) method is used. As the internal standard, adamantane, glycine, hexamethylbenzene or the like can be suitably used.

本発明の製造方法によって得られる球状金属酸化物は、前記乾燥後には粉末状を呈している。該粉末を構成する個々の独立粒子(二次粒子)は、その平均円形度が0.8以上であることが通常である。更に好ましくは0.85以上である。なお「平均円形度」とは、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、二次電子検出、低加速電圧(1kV〜3kV)、倍率1000倍で観察したSEM像を得、個々の粒子について下記式(10)によって定義される値C(円形度)を求め(画像解析)、この円形度Cを2000個以上の粒子について相加平均値として出した値である(画像解析法)。なおこの際、一個の凝集粒子を形成している粒子群は1粒子として計数する。   The spherical metal oxide obtained by the production method of the present invention is powdery after the drying. The individual individual particles (secondary particles) constituting the powder usually have an average circularity of 0.8 or more. More preferably, it is 0.85 or more. The “average circularity” refers to an SEM image observed with secondary electron detection, low acceleration voltage (1 kV to 3 kV), and magnification 1000 times using a scanning electron microscope (SEM). A value C (circularity) defined by Equation (10) is obtained (image analysis), and this circularity C is a value obtained as an arithmetic average value for 2000 or more particles (image analysis method). At this time, the particle group forming one aggregated particle is counted as one particle.

C=4πS/L (10)
[式(10)において、Sは当該粒子が画像中に占める面積(投影面積)を表す。Lは画像中における当該粒子の外周部の長さ(周囲長)を表す。]
平均円形度が0.8より大きくなって1に近くなるほど、当該球状金属酸化物を構成する個々の粒子は真球に近い形状となり、凝集粒子も少なくなる。よって平均円形度が高ければ、例えば化粧品添加剤として利用したときにローリング性が良くなり、優れた触感が得られる。
C = 4πS / L 2 (10)
[In Formula (10), S represents the area (projection area) which the said particle occupies in an image. L represents the length (peripheral length) of the outer periphery of the particle in the image. ]
As the average circularity is larger than 0.8 and approaches 1, the individual particles constituting the spherical metal oxide have a shape close to a true sphere, and the aggregated particles also decrease. Therefore, if the average circularity is high, for example, when used as a cosmetic additive, the rolling property is improved and an excellent tactile sensation is obtained.

BET法による比表面積(BET比表面積)は通常400〜1000m/gであり、多くの場合400〜850m/gである。比表面積が大きいほど、球状金属酸化物の独立粒子(二次粒子)の多孔質構造(網目構造)を構成する一次粒子の粒子径が小さいことを示す。よってBET比表面積が大きいほど、化粧品の添加剤に用いた際に増粘効果が高まる。これによって皮膚または頭髪等に化粧品を塗布した際、液垂れを防止することが可能である。しかしながら本発明の方法によっても1000m/gを超えて大きいものを得ることは困難である。 The ratio surface area by the BET method (BET specific surface area) is usually 400 to 1000 m 2 / g, which is often 400~850m 2 / g. It shows that the particle diameter of the primary particle which comprises the porous structure (network structure) of the independent particle | grains (secondary particle) of spherical metal oxide is so small that a specific surface area is large. Therefore, the larger the BET specific surface area, the higher the thickening effect when used as a cosmetic additive. This makes it possible to prevent dripping when cosmetics are applied to the skin or hair. However, it is difficult to obtain a large product exceeding 1000 m 2 / g even by the method of the present invention.

また通常は、BJH法による細孔容積が2〜8mL/gであり、レーザー回折式測定による粒度分布におけるメジアン径が1〜50μmの範囲にある。   Usually, the pore volume by the BJH method is 2 to 8 mL / g, and the median diameter in the particle size distribution by laser diffraction measurement is in the range of 1 to 50 μm.

以下、本発明を具体的に説明するため、実施例を示す。ただし本発明はこれらの実施例のみに制限されるものではない。   Hereinafter, examples will be shown to specifically describe the present invention. However, the present invention is not limited only to these examples.

<評価方法>
実施例1〜4及び比較例1、2で製造した球状金属酸化物に対して、以下の項目について試験を行った。
<Evaluation method>
The spherical metal oxide manufactured in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 was tested for the following items.

(界面活性剤吸着量の測定)
界面活性剤の吸着量は、固体NMR(Bruker Biospin製AVANCEII 500)により測定した。4mmのセルを用い、MAS回転数は7000Hz、内標準物質としてグリシンを5%添加した。積算回数は、8192回とした。
(Measurement of surfactant adsorption)
The adsorption amount of the surfactant was measured by solid-state NMR (AVANCE II 500 manufactured by Bruker Biospin). A 4 mm cell was used, the MAS rotation speed was 7000 Hz, and 5% glycine was added as an internal standard substance. The number of integrations was 8192 times.

(平均円形度、および画像解析によるメジアン径の測定)
2000個以上の球状金属酸化物についてSEM(日立ハイテクノロジーズ製S−5500、加速電圧3.0kV、二次電子検出)を用いて倍率1000倍で観察したSEM像を画像解析し、平均円形度、及びメジアン径を算出した。なお、平均円形度の算出は、以下の式に従った。
(Average circularity and median diameter measurement by image analysis)
SEM images of 2000 or more spherical metal oxides observed at a magnification of 1000 using SEM (S-5500, Hitachi High-Technologies S-5500, acceleration voltage 3.0 kV, secondary electron detection) are analyzed, and the average circularity, And the median diameter was calculated. The average circularity was calculated according to the following formula.

C=4πS/L
[上記式において、Sは当該粒子が画像中に占める面積(投影面積)を表す。Lは画像中における当該粒子の外周部の長さ(周囲長)を表す。]
(レーザー回折による粒度分布、メジアン径の測定)
40mlのイソプロピルアルコールに対して当該球状金属酸化物を0.1g添加し、シャープマニュファクチュアリング株式会社製のUT−105Sを用いて、出力100wで6分間分散させた。その分散液の粒度分布を日揮装置株式会社社製 Microtrac MT3000を用いて測定を行った。溶媒の屈折率は1.38とし、粒子の屈折率は1.46とした。得られた粒度分布から、体積分布に対するメジアン径を評価した。
C = 4πS / L 2
[In the above formula, S represents the area (projected area) occupied by the particles in the image. L represents the length (peripheral length) of the outer periphery of the particle in the image. ]
(Measurement of particle size distribution and median diameter by laser diffraction)
0.1 g of the spherical metal oxide was added to 40 ml of isopropyl alcohol and dispersed for 6 minutes at an output of 100 w using UT-105S manufactured by Sharp Manufacturing Co., Ltd. The particle size distribution of the dispersion was measured using Microtrac MT3000 manufactured by JGC apparatus Co., Ltd. The refractive index of the solvent was 1.38, and the refractive index of the particles was 1.46. The median diameter with respect to the volume distribution was evaluated from the obtained particle size distribution.

(その他の物性値の測定)
BET比表面積、BJH細孔容積、及び細孔半径のピークの測定は、日本ベル株式会社製BELSORP−miniにより行った。測定の前処理として、測定対象となるサンプルを、1kPa以下の真空下において、200℃の温度で3時間以上乾燥させた。その後、液体窒素温度における窒素の吸着側のみの吸着等温線を取得した。その後、BET法、BJH法により解析を行った。細孔半径のピークは、細孔半径の対数による累積細孔容積(体積分布曲線)が最大のピーク値をとる細孔半径の値である。
(Measurement of other physical properties)
The BET specific surface area, the BJH pore volume, and the pore radius peak were measured by BELSORP-mini manufactured by Nippon Bell Co., Ltd. As a pretreatment for measurement, a sample to be measured was dried at 200 ° C. for 3 hours or more under a vacuum of 1 kPa or less. Thereafter, an adsorption isotherm only on the nitrogen adsorption side at the liquid nitrogen temperature was obtained. Then, it analyzed by BET method and BJH method. The peak of the pore radius is a value of the pore radius at which the cumulative pore volume (volume distribution curve) based on the logarithm of the pore radius takes the maximum peak value.

<実施例1>
(金属酸化物ゾル生成工程)
3号ケイ酸ソーダの溶液を希釈し、SiO:150g/L、NaO:51g/Lの濃度に調整した。また、103g/Lに濃度調整した硫酸を準備した。硫酸100mlに対して、撹拌しながらpHが3になるまでケイ酸ソーダを加え、シリカゾルを作成した。
<Example 1>
(Metal oxide sol production process)
A solution of No. 3 sodium silicate was diluted and adjusted to a concentration of SiO 2 : 150 g / L and Na 2 O: 51 g / L. In addition, sulfuric acid having a concentration adjusted to 103 g / L was prepared. A silica sol was prepared by adding sodium silicate to 100 ml of sulfuric acid while stirring until the pH reached 3.

(W/Oエマルション形成工程)
シリカゾル100mLを分取し、ソルビタンモノオレート2.4gを溶解した241mlのヘプタンを添加して、ホモジナイザー(IKA製、T25BS1)を用いて、11000回転/分の条件で5分間攪拌することにより、W/Oエマルションを得た。
(W / O emulsion formation process)
By separating 100 mL of silica sol, adding 241 ml of heptane in which 2.4 g of sorbitan monooleate was dissolved, and using a homogenizer (manufactured by IKA, T25BS1), the mixture was stirred for 5 minutes under the condition of 11000 rotations / minute. A / O emulsion was obtained.

(ゲル化工程)
得られたW/OエマルションにSiO:150g/L、NaO:51g/Lケイ酸ソーダを加えてpH5になるように調整した。
(Gelification process)
To the obtained W / O emulsion, SiO 2 : 150 g / L, Na 2 O: 51 g / L sodium silicate was added to adjust the pH to 5.

(WO相分離工程)
イソプロピルアルコール38mLと水50mlを加えて攪拌羽で攪拌しながらO相とW相を分離した。
(WO phase separation process)
Isopropyl alcohol (38 mL) and water (50 mL) were added, and the O phase and W phase were separated while stirring with a stirring blade.

(界面活性剤の抽出工程)
翼径60mm、翼幅20mm、傾斜角45度の4枚パドル翼を用い、300rpmの条件で撹拌しながら、60℃のウォーターバスで3時間保持することにより、界面活性剤の抽出とゲルの熟成を行った。ヘプタン相に含まれるポリオキシエチレンソルビタンモノオレートの量を分析し、加えた全量がヘプタン相に抽出されていることを確認した。
(Surfactant extraction process)
Surfactant extraction and gel ripening by using a 4-paddle blade with a blade diameter of 60 mm, a blade width of 20 mm, and an inclination angle of 45 degrees and stirring in a water bath at 60 ° C. for 3 hours while stirring at 300 rpm. Went. The amount of polyoxyethylene sorbitan monooleate contained in the heptane phase was analyzed, and it was confirmed that the total amount added was extracted into the heptane phase.

(W相回収工程)
デカンテーションにより、O相とW相を分離し、W相のみを回収した。
(W phase recovery process)
The O phase and the W phase were separated by decantation, and only the W phase was recovered.

(ゲル化体回収工程−1)
W相をデカンテーションし、上澄みを捨てた後に、水を加えかき混ぜる操作を、上澄みの水の伝導率が100μS/cm以下になるまで繰り返し、ゲル中に含まれる塩分を除去した。W相を吸引濾過することでゲル化体を回収し、150℃の条件で12時間、真空乾燥器により乾燥した。このようにして得られた球状金属酸化物の物性を表1に示す。
(Gelified body recovery step-1)
After decanting the W phase and discarding the supernatant, the operation of adding water and stirring was repeated until the water conductivity of the supernatant was 100 μS / cm or less to remove the salt contained in the gel. The gelled body was recovered by suction filtration of the W phase, and dried by a vacuum dryer at 150 ° C. for 12 hours. The physical properties of the spherical metal oxide thus obtained are shown in Table 1.

<実施例2>
実施例1のW相回収工程に引き続き、以下に示す疎水化処理工程、ゲル化体抽出工程、ゲル化体回収、乾燥工程を行った。
<Example 2>
Subsequent to the W phase recovery step of Example 1, the following hydrophobization treatment step, gelled body extraction step, gelled body recovery, and drying step were performed.

(疎水化処理工程)
イソプロピルアルコール108ml、35%塩酸を10g、オクタメチルシクロテトラシロキサンを4g添加し、攪拌しながら70℃のウォーターバスで24時間保持することにより、疎水化処理を行った。
(Hydrophobicization process)
Hydrophobic treatment was performed by adding 108 ml of isopropyl alcohol, 10 g of 35% hydrochloric acid, and 4 g of octamethylcyclotetrasiloxane, and maintaining in a water bath at 70 ° C. for 24 hours while stirring.

(ゲル化体抽出工程)
処理後、攪拌羽で攪拌しながらトルエン100mLを加え、ゲル化体を抽出し、該トルエン相をイオン交換水100mLで3回洗浄を行った。
(Gelified body extraction process)
After the treatment, 100 mL of toluene was added while stirring with a stirring blade to extract the gelled product, and the toluene phase was washed with 100 mL of ion-exchanged water three times.

(ゲル化体回収工程−2)
得られた疎水化処理化後のゲル化体を吸引濾過機により濾別した。ゲル化体150℃の条件で12時間、真空乾燥器により乾燥した。このようにして得られた球状金属酸化物の物性を表1に示す。
(Gelified body recovery step-2)
The obtained gelled product after the hydrophobization treatment was separated by a suction filter. The gelled body was dried with a vacuum dryer at 150 ° C. for 12 hours. The physical properties of the spherical metal oxide thus obtained are shown in Table 1.

<実施例3>
ゲル化工程において、調整するpHを5から6に変化させた以外は、実施例2と同様に操作を行った。得られた球状金属酸化物の物性を表1に示す。
<Example 3>
In the gelation step, the same operation as in Example 2 was performed except that the pH to be adjusted was changed from 5 to 6. Table 1 shows the physical properties of the obtained spherical metal oxide.

<実施例4>
W/Oエマルション形成工程において、ソルビタンモノオレートの添加量を1.2g、ホモジナイザーによる撹拌速度を3400回転とした以外は、実施例3と同様に操作を行った。得られた球状金属酸化物の物性を表1に示す。
<Example 4>
In the W / O emulsion formation step, the same operation as in Example 3 was performed except that the amount of sorbitan monooleate added was 1.2 g and the stirring speed with a homogenizer was 3400 revolutions. Table 1 shows the physical properties of the obtained spherical metal oxide.

<実施例5>
W/Oエマルション形成におけるO相と界面活性剤として、実施例2のWO相分離工程の際に回収した物を用いた。回収したO相の組成は、ヘプタンが155g(227ml)、イソプロピルアルコールが6g(8ml)、ソルビタンモノオレートが2.4gであった。この回収したO相にヘプタンを10g(15ml)追加して、本実施例のW/Oエマルション形成におけるO相として使用した。それ以外については、実施例2と同様に操作を行った。得られた球状金属酸化物の物性を表1に示す。
<Example 5>
As the O phase and the surfactant in forming the W / O emulsion, those recovered during the WO phase separation step of Example 2 were used. The composition of the recovered O phase was 155 g (227 ml) of heptane, 6 g (8 ml) of isopropyl alcohol, and 2.4 g of sorbitan monooleate. 10 g (15 ml) of heptane was added to the recovered O phase and used as the O phase in the W / O emulsion formation of this example. About other than that, it operated similarly to Example 2. FIG. Table 1 shows the physical properties of the obtained spherical metal oxide.

<比較例1>
界面活性剤の抽出工程を行わない以外は、実施例1と同様に操作を行った。得られた球状金属酸化物の物性を表1に示す。
<Comparative Example 1>
The operation was performed in the same manner as in Example 1 except that the surfactant extraction step was not performed. Table 1 shows the physical properties of the obtained spherical metal oxide.

<比較例2>
ゲルの熟成工程を行う前に、W相回収工程を行い、その後撹拌しながら60℃のウォーターバスに3時間保持することで、ゲルの熟成工程を行った、すなわち界面活性剤の抽出を行わなかった以外は、実施例3と同様に操作を行った。得られた球状金属酸化物の物性を表1に示す。
<Comparative example 2>
Before carrying out the gel ripening step, the W phase recovery step is carried out, and then the gel ripening step is carried out by holding in a water bath at 60 ° C. for 3 hours while stirring, that is, the surfactant is not extracted. The operation was performed in the same manner as in Example 3 except that. Table 1 shows the physical properties of the obtained spherical metal oxide.

Figure 0006055362
Figure 0006055362

<比較例3>
特許第4960534号に記載された方法に準じて球状金属酸化物を製造した。
<Comparative Example 3>
A spherical metal oxide was produced according to the method described in Japanese Patent No. 4960534.

即ち、3号ケイ酸ソーダの溶液を希釈し、SiO:150g/L、NaO:51g/Lの濃度に調整した。また、103g/Lに濃度調整した硫酸を準備した。ケイ酸ソーダの溶液を1.08L/分、硫酸を0.99L/分の条件で、配管内で衝突混合することにより、シリカゾルを作成した。取得したシリカゾルのpHは、2.9であった。 That is, the solution of No. 3 sodium silicate was diluted and adjusted to a concentration of SiO 2 : 150 g / L and Na 2 O: 51 g / L. In addition, sulfuric acid having a concentration adjusted to 103 g / L was prepared. Silica sol was prepared by impact-mixing in a pipe under the conditions of a sodium silicate solution of 1.08 L / min and sulfuric acid of 0.99 L / min. The obtained silica sol had a pH of 2.9.

このシリカゾルに600mLのヘキサンを加え、ソルビタンモノオレートを1.6g添加し、ホモジナイザー(IKA製、T25BS1)を用いて、11000回転の条件で4分攪拌し、W/Oエマルジョンを形成した。そのエマルジョンに対して、ミキサーで攪拌しながら、5%のアンモニア水を加え、ゾル中のpHが6になるように調整した。そのまま5分間攪拌を続けた後に、水を400ml添加し、水層を分離し、ゲルを取得した。   To this silica sol, 600 mL of hexane was added, 1.6 g of sorbitan monooleate was added, and the mixture was stirred for 4 minutes under the condition of 11000 rotation using a homogenizer (manufactured by IKA, T25BS1) to form a W / O emulsion. While stirring with a mixer, 5% aqueous ammonia was added to the emulsion to adjust the pH in the sol to 6. After stirring for 5 minutes, 400 ml of water was added, the aqueous layer was separated, and a gel was obtained.

ゲルをカラムに入れ、2Lのイオン交換水で洗浄した。最後にカラムから排出された洗浄水の電気伝導度は42μS/cmであった。その後、2Lのエタノールで溶媒置換した後に、1.2Lのヘキサンにより溶媒置換を行った。ゲルにヘキサンを追加することで、全体の容量を800mlとし、トリメチルクロロシラン40gを添加した。その後、50℃において、24時間保持した。   The gel was placed in a column and washed with 2 L of ion exchange water. Finally, the electrical conductivity of the wash water discharged from the column was 42 μS / cm. Thereafter, the solvent was replaced with 2 L of ethanol, and then the solvent was replaced with 1.2 L of hexane. By adding hexane to the gel, the total volume was made 800 ml, and 40 g of trimethylchlorosilane was added. Then, it hold | maintained at 50 degreeC for 24 hours.

疎水化処理後のゲルを、吸引濾過により濾別し、ヘキサン800mlで洗浄した。ゲルの乾燥を常圧下、窒素を流通させながら行った。乾燥の温度、時間は、40℃で3時間、50℃で2時間、150℃で12時間とした。   The hydrophobized gel was separated by suction filtration and washed with 800 ml of hexane. The gel was dried under normal pressure while flowing nitrogen. The drying temperature and time were 40 ° C. for 3 hours, 50 ° C. for 2 hours, and 150 ° C. for 12 hours.

このようにして得られた球状金属酸化物には、1wt%の界面活性剤が含まれていた。また他の物性は、比表面積が710m/g、細孔容積が5.6ml/g、細孔半径のピークが22nmにあり、レーザー回折による粒度分布のメジアン径は15μm、画像解析によるメジアン径は8μmであった。平均円形度は0.90を示した。 The spherical metal oxide thus obtained contained 1 wt% of a surfactant. Other physical properties include a specific surface area of 710 m 2 / g, a pore volume of 5.6 ml / g, a pore radius peak of 22 nm, a median diameter of particle size distribution by laser diffraction of 15 μm, and a median diameter by image analysis. Was 8 μm. The average circularity was 0.90.

Claims (2)

HLBが20以下の界面活性剤の存在下、金属酸化物水性ゾル及び/又は金属オキソ酸アルカリ金属塩水溶液からなるW相と、疎水性有機溶媒を主成分とするO相からなるW/Oエマルションを形成し、W相のゲル化後、水溶性有機溶媒と水を添加してW相とO相とに分離させ、係るW相とO相とが2相に分かれた状態において、少なくともW相を50℃以上に加温した後、O相を分離除去してW相を回収する工程を含む、球状金属酸化物の製造方法。 W / O emulsion comprising a W phase comprising a metal oxide aqueous sol and / or a metal oxoacid alkali metal salt aqueous solution and an O phase mainly comprising a hydrophobic organic solvent in the presence of a surfactant having an HLB of 20 or less. After the W phase is gelled, a water-soluble organic solvent and water are added to cause phase separation into the W phase and the O phase, and at least the W phase and the O phase are separated into two phases. A method for producing a spherical metal oxide, comprising a step of heating the phase to 50 ° C. or higher and then separating and removing the O phase to recover the W phase. 分離したO相を、球状金属酸化物の製造におけるW/Oエマルション用の疎水性有溶媒及び界面活性剤として再利用する請求項1の製造方法。 The separated O phase method according to claim 1 to be reused as a hydrophobic organic solvent and a surfactant for W / O emulsion in the manufacture of the spherical metal oxide.
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