JP6084448B2 - Method for producing black filler - Google Patents
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Description
本発明は、黒色フィラーの製造方法に関する。 The present invention relates to a process for the production of black filler over.
例えば、液晶表示装置のスペーサとして黒色粒子が用いられる(特許文献1,2参照)。特許文献1には、金属アルコキシド分解生成物により粒子成長して得られた粒子を熱処理することにより得られる黒色系粒子が開示されている。特許文献2には、シリカ粒子にフッ素化剤及び有機溶媒を接触した後に加熱して得られる黒色シリカ粒子が開示されている。 For example, black particles are used as spacers for liquid crystal display devices (see Patent Documents 1 and 2). Patent Document 1 discloses black-based particles obtained by heat-treating particles obtained by particle growth using a metal alkoxide decomposition product. Patent Document 2 discloses black silica particles obtained by heating after contacting a fluorinating agent and an organic solvent with silica particles.
ところで、例えば、液晶表示装置等の表示装置が狭額縁化されることで、バックライトから照射される光が額縁内のシール部分を通じて前面側に漏れ易くなる。表示装置の狭額縁化は、更に進展することが予測されるため、シール部分を構成するマトリックスに配合されるフィラーに対しても、光の漏れを抑制すべく、黒色度の優れるものが求められることになる。 By the way, for example, when a display device such as a liquid crystal display device is narrowed, light emitted from the backlight easily leaks to the front side through a seal portion in the frame. As the narrowing of the display device is expected to progress further, the filler blended in the matrix constituting the seal portion is also required to have excellent blackness in order to suppress light leakage. It will be.
本発明の目的は、黒色度を発揮させることの容易な黒色フィラーの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for producing easily black filler over that to exert blackness.
上記課題を解決する黒色フィラーの製造方法は、オルガノポリシロキサンとビニル系重合体とを複合した複合粒子の粉体から得られる黒色フィラーの製造方法であって、前記オルガノポリシロキサンは、下記一般式(1):
R1Si(OR2)3 ・・・(1)
(一般式(1)中、R1は非加水分解性基であって、炭素数1〜20のアルキル基、(メタ)アクリロイルオキシ基若しくはエポキシ基を有する炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、又は、炭素数7〜20のアラルキル基を示し、R2は炭素数1〜6のアルキル基を示し、各OR2は互いに同一であっても異なっていてもよい。)で示されるトリアルコキシシランから得られる縮合物を含み、前記ビニル系重合体は、ニトリル基を有するビニル系重合体を含み、前記黒色フィラーを構成する黒色粒子は、前記複合粒子中の有機成分を炭化させることで生成した炭素を着色物質として含んでなり、XYZ表色系におけるY値が6%以下であり、前記製造方法は、前記トリアルコキシシランから得られる縮合物を含む粒子にニトリル基を有するビニル系単量体を吸収させた後に前記単量体を重合することにより前記複合粒子を形成する複合工程と、前記複合粒子中の有機成分を炭化させる炭化工程とを有する。
Method for producing a black-filler for solving the above problems is a method for producing a black-filler obtained by organopolysiloxane and a vinyl polymer from the powder of the composite composite particles, wherein the organopolysiloxane is represented by the following general formula (1):
R 1 Si (OR 2 ) 3 (1)
(In the general formula (1), R 1 is a non-hydrolyzable group and has an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a (meth) acryloyloxy group, or an epoxy group having 1 to 20 carbon atoms, An alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms; R 2 represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms; and each OR 2 is identical to each other. Or a different condensate obtained from a trialkoxysilane, and the vinyl polymer contains a vinyl polymer having a nitrile group and constitutes the black filler. particles, wherein comprises a carbon of organic components in the composite particles produced by carbonizing a coloring material state, and are Y value of 6% or less in the XYZ color system, said manufacturing method, the tri alkoxysilane A composite step of forming the composite particle by polymerizing the monomer after the vinyl monomer having a nitrile group is absorbed in the particle containing the condensate obtained from orchid, and an organic component in the composite particle A carbonization step for carbonizing .
上記黒色フィラーの製造方法において、前記ニトリル基を有するビニル系重合体は、アクリロニトリルを構成単位として含むビニル系重合体を含み、前記黒色粒子は、前記トリアルコキシシランに対するアクリロニトリルの質量比が0.2〜3の範囲とされた複合粒子から得られることが好ましい。ここで、前記質量比は、黒色フィラーの原料として用いるトリアルコキシシラン及びアクリロニトリルの各質量から求められる値である。 In the black filler manufacturing method , the vinyl polymer having a nitrile group includes a vinyl polymer containing acrylonitrile as a constituent unit, and the black particles have a mass ratio of acrylonitrile to the trialkoxysilane of 0.2. It is preferably obtained from the composite particles in the range of ˜3. Here, the said mass ratio is a value calculated | required from each mass of trialkoxysilane used as a raw material of a black filler, and acrylonitrile.
本発明によれば、黒色度を発揮させることが容易となる。 According to the present invention, it is easy to exhibit blackness.
以下、黒色フィラー及びその製造方法の実施形態について説明する。
<黒色フィラー>
黒色フィラーは、オルガノポリシロキサンとビニル系重合体とを複合した複合粒子の粉体から得られる。オルガノポリシロキサンは、下記一般式(1)で示されるトリアルコキシシランから得られる縮合物を含む。
Hereinafter, embodiments of the black filler and the manufacturing method thereof will be described.
<Black filler>
The black filler is obtained from a powder of composite particles in which an organopolysiloxane and a vinyl polymer are combined. The organopolysiloxane contains a condensate obtained from trialkoxysilane represented by the following general formula (1).
R1Si(OR2)3 ・・・(1)
一般式(1)中、R1は非加水分解性基であって、炭素数1〜20のアルキル基、(メタ)アクリロイルオキシ基若しくはエポキシ基を有する炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、又は、炭素数7〜20のアラルキル基を示し、R2は炭素数1〜6のアルキル基を示し、各OR2は互いに同一であっても異なっていてもよい。
R 1 Si (OR 2 ) 3 (1)
In the general formula (1), R 1 is a non-hydrolyzable group, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, (meth) acrylic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms having acryloyloxy group or epoxy group, the carbon number R 2 represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 2 represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and each OR 2 is the same as each other. It may or may not be.
一般式(1)で示されるトリアルコキシシランとしては、例えばメチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、及びγ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランが挙げられる。 Examples of trialkoxysilanes represented by the general formula (1) include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltripropoxysilane, methyltriisopropoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, and propyltriethoxysilane. , Butyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-acryloyloxypropyltrimethoxysilane, and γ-methacryloyloxy And propyltrimethoxysilane.
一般式(1)で示されるトリアルコキシシランは、一種又は二種以上を用いることができる。
オルガノポリシロキサンは、ジアルコキシシラン及びモノアルコキシシランから選ばれる少なくとも一種のオルガノアルコキシシランから得られる縮合物を含んでいてもよい。
The trialkoxysilane represented by the general formula (1) can be used alone or in combination of two or more.
The organopolysiloxane may contain a condensate obtained from at least one organoalkoxysilane selected from dialkoxysilane and monoalkoxysilane.
ビニル系重合体は、ニトリル基を有するビニル系重合体を含む。ニトリル基を有するビニル系重合体は、構成単位としてアクリロニトリル及びメタクリロニトリルの少なくとも一方を含むものが挙げられる。ニトリル基を有するビニル系重合体の構成単位は、例えば、アクリル酸メチル、酢酸ビニル、及びメタクリル酸メチル等を含んでもよい。 The vinyl polymer includes a vinyl polymer having a nitrile group. Examples of the vinyl polymer having a nitrile group include those containing at least one of acrylonitrile and methacrylonitrile as a structural unit. The structural unit of the vinyl polymer having a nitrile group may include, for example, methyl acrylate, vinyl acetate, methyl methacrylate, and the like.
ニトリル基を有するビニル系重合体は、アクリロニトリルを構成単位として含むビニル系重合体を含むことが好ましく、アクリロニトリルが50モル%以上含まれることがより好ましい。 The vinyl polymer having a nitrile group preferably contains a vinyl polymer containing acrylonitrile as a constituent unit, and more preferably contains 50 mol% or more of acrylonitrile.
黒色フィラーを構成する黒色粒子は、トリアルコキシシランに対するアクリロニトリルの質量比が0.2〜3の範囲とされた複合粒子から得られることが好ましい。トリアルコキシシランに対するアクリロニトリルの質量比が0.2以上の場合、黒色度がより高まり易くなる。トリアルコキシシランに対するアクリロニトリルの質量比が3以下の場合、黒色粒子の凝集が抑制され易くなるとともに黒色粒子の真球度が高まり易くなる。前記質量比が3以下の場合、黒色粒子の絶縁性が高まり易くなる。 The black particles constituting the black filler are preferably obtained from composite particles in which the mass ratio of acrylonitrile to trialkoxysilane is in the range of 0.2 to 3. When the mass ratio of acrylonitrile to trialkoxysilane is 0.2 or more, the blackness is more likely to increase. When the mass ratio of acrylonitrile to trialkoxysilane is 3 or less, aggregation of black particles is easily suppressed and sphericity of the black particles is easily increased. When the mass ratio is 3 or less, the insulating properties of the black particles are likely to increase.
黒色粒子は、複合粒子中の有機成分を炭化させることで生成した炭素を着色物質として含む。有機成分は、上記一般式(1)のR1と、上記のビニル系重合体とを含む。有機成分の炭化は、複合粒子の粉体を加熱することで行われる。 The black particles contain carbon generated by carbonizing the organic component in the composite particles as a colored substance. The organic component comprises the general formula R 1 (1), and a vinyl polymer described above. Carbonization of the organic component is performed by heating the powder of the composite particles.
黒色フィラーのXYZ表色系におけるY値は6%以下である。XYZ表色系におけるY値は、JIS Z8701:1999に準拠して測定される値である。Y値は、黒色度をより発揮させるという観点から5%以下であることが好ましい。 The Y value of the black filler in the XYZ color system is 6% or less. The Y value in the XYZ color system is a value measured in accordance with JIS Z8701: 1999. The Y value is preferably 5% or less from the viewpoint of exhibiting more blackness.
黒色フィラーの平均粒子径は、好ましくは0.1〜2である。黒色フィラーの粒径分布は、下記CV値(変動係数)により示される。
CV値(%)={粒子径の標準偏差[μm]/平均粒子径[μm]}×100
黒色フィラーのCV値は、好ましくは20%以下である。なお、用途によっては粒径分布が広い黒色フィラーが望まれる場合がある。この場合、例えば、触媒の添加条件等の製造条件を変更することで、粒径分布を調整することができる。粒径分布の調整は、平均粒子径又は粒径分布の異なる二種以上の黒色フィラーを混合することによって行ってもよい。
The average particle size of the black filler is preferably 0.1-2. The particle size distribution of the black filler is indicated by the following CV value (coefficient of variation).
CV value (%) = {standard deviation of particle diameter [μm] / average particle diameter [μm]} × 100
The CV value of the black filler is preferably 20% or less. Depending on the application, a black filler having a wide particle size distribution may be desired. In this case, for example, the particle size distribution can be adjusted by changing manufacturing conditions such as catalyst addition conditions. The particle size distribution may be adjusted by mixing two or more black fillers having different average particle sizes or particle size distributions.
黒色フィラーを構成する黒色粒子の真球度は、0.8以上であることが好ましい。真球度は、黒色粒子50個の平均値を示す。各黒色粒子の真球度は、下記式により求められる。 The sphericity of the black particles constituting the black filler is preferably 0.8 or more. The sphericity indicates an average value of 50 black particles. The sphericity of each black particle is determined by the following formula.
真球度=黒色粒子の短径/黒色粒子の長径
黒色フィラーは、例えば、表示装置のシール部分を構成するマトリックスに配合されることで、シール部分の遮蔽性を高める用途に用いることができる。マトリックスとしては、例えば、エポキシ樹脂、及びエポキシアクリル系樹脂が挙げられる。なお、黒色フィラーは、例えば、導電性粒子のコア材、コーティング膜用の添加剤、光拡散フィルム用の添加剤、凹凸付与剤、化粧品用の添加剤、塗料又はインク用の添加剤、接着剤用の添加剤、及び各種充填剤として用いることもできる。
Sphericality = short diameter of black particles / long diameter of black particles The black filler can be used, for example, in an application for enhancing the shielding property of the seal portion by being blended in a matrix constituting the seal portion of the display device. Examples of the matrix include an epoxy resin and an epoxy acrylic resin. The black filler is, for example, a core material for conductive particles, an additive for a coating film, an additive for a light diffusion film, an unevenness imparting agent, an additive for cosmetics, an additive for paint or ink, an adhesive. It can also be used as an additive and various fillers.
<黒色フィラーの製造方法>
次に、黒色フィラーの製造方法について説明する。黒色フィラーの製造方法は、複合工程と炭化工程とを含む。複合工程では、トリアルコキシシランの縮合物を含む粒子にニトリル基を有するビニル系単量体を吸収させる。更に複合工程では、ニトリル基を有するビニル系単量体を重合させることで、複合粒子を形成する。
<Black filler production method>
Next, the manufacturing method of a black filler is demonstrated. The manufacturing method of a black filler includes a composite process and a carbonization process. In the composite step, the vinyl monomer having a nitrile group is absorbed into particles containing a trialkoxysilane condensate. Further, in the composite process, composite particles are formed by polymerizing a vinyl monomer having a nitrile group.
トリアルコキシシランの縮合物を含む粒子は、シード粒子形成工程及び成長粒子形成工程を通じて得られる。
(シード粒子形成工程)
シード粒子形成工程では、少なくともトリアルコキシシランを含むオルガノアルコキシシランを水性溶媒に溶解した溶液に、触媒を添加することでオルガノアルコキシシランを加水分解及び縮合させる。これにより、トリアルコキシシランの縮合物を含むシード粒子が形成される。なお、シード粒子形成工程では、シード粒子が液滴として水性分散媒に分散したシード粒子水性分散媒が得られる。
Particles containing a trialkoxysilane condensate are obtained through a seed particle formation step and a growth particle formation step.
(Seed particle formation process)
In the seed particle forming step, the organoalkoxysilane is hydrolyzed and condensed by adding a catalyst to a solution in which an organoalkoxysilane containing at least trialkoxysilane is dissolved in an aqueous solvent. Thereby, seed particles containing a condensate of trialkoxysilane are formed. In the seed particle forming step, an aqueous seed particle dispersion medium in which the seed particles are dispersed in the aqueous dispersion medium as droplets is obtained.
水性溶媒としては、水と水混和性有機溶剤との混合溶媒、又は水が挙げられる。水混和性有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の低級アルコール類、アセトン、ジメチルケトン、メチルエチルケトン等のケトン類、及び、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル等のエーテル類が挙げられる。水混和性有機溶剤は、一種又は二種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of the aqueous solvent include a mixed solvent of water and a water-miscible organic solvent, or water. Examples of the water-miscible organic solvent include lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol, ketones such as acetone, dimethyl ketone and methyl ethyl ketone, and ethers such as diethyl ether and dipropyl ether. One or a combination of two or more water-miscible organic solvents can be used.
水性溶媒には、オルガノアルコキシシランの溶解性を高めるとともに、生成したシード粒子を安定化させるという観点から、安定化剤を含有させることもできる。安定化剤としては、例えば界面活性剤及び高分子分散剤が挙げられる。なお、黒色粒子中に残留するイオン系物質を低減させることが望まれる場合は、ノニオン系の安定化剤を用いることが好ましい。 The aqueous solvent can contain a stabilizer from the viewpoint of enhancing the solubility of the organoalkoxysilane and stabilizing the generated seed particles. Examples of the stabilizer include a surfactant and a polymer dispersant. When it is desired to reduce the ionic substance remaining in the black particles, it is preferable to use a nonionic stabilizer.
触媒としては、アンモニア及びアミンの少なくとも一方が挙げられる。アミンとしては、例えばモノメチルアミン、ジメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン及びエチレンジアミンが挙げられる。触媒は、一種又は二種以上を組み合わせて用いることができる。触媒の中でも、毒性が少なく、粒子から除去することが容易であり、かつ安価であるという観点から、アンモニアが好適である。 Examples of the catalyst include at least one of ammonia and amine. Examples of the amine include monomethylamine, dimethylamine, monoethylamine, diethylamine and ethylenediamine. A catalyst can be used 1 type or in combination of 2 or more types. Among the catalysts, ammonia is preferable from the viewpoint of low toxicity, easy removal from the particles, and low cost.
加水分解及び縮合の反応は、オルガノアルコキシシラン及び触媒を水性溶媒中で撹拌しながら行われる。反応開始時の触媒量は、常法に従って設定することができる。反応開始時の触媒量は、例えば、オルガノアルコキシシランの種類や濃度、得られる粒子の粒径に応じて設定することができる。反応温度は、オルガノアルコキシシランの種類に応じて適宜設定されるが、例えば0〜50℃の範囲が好適である。 The hydrolysis and condensation reaction is carried out while stirring the organoalkoxysilane and the catalyst in an aqueous solvent. The catalyst amount at the start of the reaction can be set according to a conventional method. The amount of catalyst at the start of the reaction can be set according to, for example, the type and concentration of the organoalkoxysilane and the particle size of the resulting particles. Although reaction temperature is suitably set according to the kind of organoalkoxysilane, the range of 0-50 degreeC is suitable, for example.
シード粒子水性分散液中のシード粒子の平均粒子径は、製造する対象となる黒色フィラーの平均粒子径に応じて適宜設定されるが、好ましくは0.05〜1.9μmである。
(複合工程)
複合工程では、まず、ニトリル基を有する単量体を含むエマルションが調製される。ニトリル基を有するビニル系単量体は、常法に従って、乳化剤とともに水性分散媒に分散することで、前記単量体が油滴として分散したエマルションが得られる。水性分散媒としては、シード粒子形成工程で用いる水性分散媒として例示したものを用いることができる。
The average particle size of the seed particles in the aqueous seed particle dispersion is appropriately set according to the average particle size of the black filler to be produced, but is preferably 0.05 to 1.9 μm.
(Composite process)
In the composite step, first, an emulsion containing a monomer having a nitrile group is prepared. A vinyl monomer having a nitrile group is dispersed in an aqueous dispersion medium together with an emulsifier according to a conventional method, whereby an emulsion in which the monomer is dispersed as oil droplets is obtained. As the aqueous dispersion medium, those exemplified as the aqueous dispersion medium used in the seed particle forming step can be used.
エマルション中のニトリル基を有するビニル系単量体の含有量は、例えば、10〜70質量%とされる。
乳化剤は、例えば、HLB値(親水性親油性バランス値)を指標として適宜選択して用いることができる。乳化剤としては、例えば炭素数6〜30のアルキル基を有するアルキル硫酸塩が好適に使用される。アルキル硫酸塩の塩としては、カリウム塩、ナトリウム塩、アンモニウム塩等が挙げられる。乳化剤として、ポリオキシエチレン系のノニオン系界面活性剤を使用することも可能である。
The content of the vinyl monomer having a nitrile group in the emulsion is, for example, 10 to 70% by mass.
The emulsifier can be appropriately selected and used, for example, using the HLB value (hydrophilic / lipophilic balance value) as an index. As the emulsifier, for example, an alkyl sulfate having an alkyl group having 6 to 30 carbon atoms is preferably used. Examples of the alkyl sulfate salt include potassium salt, sodium salt, ammonium salt and the like. As an emulsifier, it is also possible to use a polyoxyethylene nonionic surfactant.
エマルションには、更にラジカル重合開始剤が含有される。ラジカル重合開始剤の種類は、特に限定されず、例えばアゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系重合開始剤、過酸化ベンゾイル等の過酸化物が挙げられる。エマルション中のラジカル重合開始剤の含有量は、単量体1モルに対して、好ましくは0.001〜20モル、より好ましくは0.01〜10モルの範囲である。 The emulsion further contains a radical polymerization initiator. The type of radical polymerization initiator is not particularly limited, and examples thereof include azo polymerization initiators such as azobisisobutyronitrile and peroxides such as benzoyl peroxide. The content of the radical polymerization initiator in the emulsion is preferably in the range of 0.001 to 20 mol, more preferably 0.01 to 10 mol, with respect to 1 mol of the monomer.
エマルションには、ニトリル基を有する単量体以外のビニル系単量体を含有させてもよい。
調製されたエマルションは、シード粒子水性分散液と混合される。得られた混合液中でビニル系単量体がシード粒子に吸収される。その後、混合液が加熱されることで、ビニル系単量体がラジカル重合される。これにより、固体状の複合粒子が形成される。エマルションとシード粒子水性分散液との混合は、シード粒子の縮合反応が完了する前に行われることが好ましい。エマルションとシード粒子水性分散液との混合は、シード粒子形成工程における触媒添加から1分以上、10分以内の範囲で行うことが好ましい。触媒添加から10分以内で混合を行うことで、シード粒子へビニル系単量体がより吸収され易くなる。なお、複合工程では、複合粒子の洗浄及び分離が行われることで、複合粒子の粉体が得られる。
The emulsion may contain a vinyl monomer other than the monomer having a nitrile group.
The prepared emulsion is mixed with an aqueous seed particle dispersion. In the obtained mixed liquid, the vinyl monomer is absorbed by the seed particles. Then, the vinyl monomer is radically polymerized by heating the mixed solution. Thereby, solid composite particles are formed. Mixing of the emulsion and the seed particle aqueous dispersion is preferably performed before the condensation reaction of the seed particles is completed. The mixing of the emulsion and the seed particle aqueous dispersion is preferably performed within a range of 1 minute or more and 10 minutes or less from the addition of the catalyst in the seed particle formation step. By mixing within 10 minutes from the addition of the catalyst, the vinyl monomer is more easily absorbed into the seed particles. In the composite process, composite particles are obtained by washing and separating the composite particles.
(炭化工程)
炭化工程では、複合粒子の粉体を加熱することで複合粒子中の有機成分を炭化させる。炭化工程は、空気よりも酸素濃度の低いガス中で行われることが好ましい。空気よりも酸素濃度の低いガスとしては、例えば不活性ガス及び還元性ガスが挙げられる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、及びアルゴンガスが挙げられる。還元性ガスとしては、例えば、アンモニアガスが挙げられる。炭化工程では、不活性ガス及び還元性ガスから選ばれる少なくとも一種と空気と混合した混合ガスを用いてもよいし、不活性ガス及び還元性ガスから選ばれる少なくとも一種のみを用いてもよい。
(Carbonization process)
In the carbonization step, the organic component in the composite particles is carbonized by heating the powder of the composite particles. The carbonization step is preferably performed in a gas having a lower oxygen concentration than air. Examples of the gas having a lower oxygen concentration than air include an inert gas and a reducing gas. Examples of the inert gas include nitrogen gas, helium gas, neon gas, and argon gas. As reducing gas, ammonia gas is mentioned, for example. In the carbonization step, a mixed gas mixed with at least one selected from an inert gas and a reducing gas and air may be used, or only at least one selected from an inert gas and a reducing gas may be used.
炭化工程における加熱温度は、例えば350〜1000℃とされる。炭化工程における加熱時間は、例えば2〜48時間とされる。炭化工程において、加熱条件を変更することで、黒色フィラーの黒色度を制御することもできる。例えば、加熱温度を高めることで、黒色フィラーの黒色度が高まるとともに硬度が高まる傾向となる。 The heating temperature in the carbonization step is, for example, 350 to 1000 ° C. The heating time in the carbonization step is, for example, 2 to 48 hours. In the carbonization step, the blackness of the black filler can also be controlled by changing the heating conditions. For example, by increasing the heating temperature, the blackness of the black filler increases and the hardness tends to increase.
<黒色フィラー及びその製造方法の作用>
複合粒子中のビニル系重合体は、ニトリル基を有するビニル系重合体を含む。ニトリル基を有するビニル系重合体に由来する炭素が着色物質として黒色粒子に含まれることで、高い黒色度の黒色フィラーが得られ易くなる。
<Operation of black filler and method for producing the same>
The vinyl polymer in the composite particle includes a vinyl polymer having a nitrile group. When carbon derived from a vinyl polymer having a nitrile group is included in the black particles as a coloring substance, a black filler with high blackness is easily obtained.
以上詳述した本実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
(1)複合粒子は、一般式(1)で示されるトリアルコキシシランから得られる縮合物と、ニトリル基を有するビニル系重合体とを含む。黒色フィラーを構成する黒色粒子は、複合粒子中の有機成分を炭化させることで生成した炭素を着色物質として含む。黒色フィラーのXYZ表色系におけるY値は6%以下である。このように構成された黒色フィラーによれば、黒色度を発揮させることが容易となる。
According to the embodiment described in detail above, the following effects are exhibited.
(1) The composite particles include a condensate obtained from trialkoxysilane represented by the general formula (1) and a vinyl polymer having a nitrile group. The black particles constituting the black filler contain carbon generated by carbonizing the organic component in the composite particles as a coloring substance. The Y value of the black filler in the XYZ color system is 6% or less. According to the black filler comprised in this way, it becomes easy to exhibit blackness.
(2)黒色フィラーを構成する黒色粒子は、トリアルコキシシランに対するアクリロニトリルの質量比が0.2〜3の範囲とされた複合粒子から得られることが好ましい。この場合、黒色フィラーの黒色度及び硬度を確保することが容易となる。 (2) The black particles constituting the black filler are preferably obtained from composite particles in which the mass ratio of acrylonitrile to trialkoxysilane is in the range of 0.2 to 3. In this case, it becomes easy to ensure the blackness and hardness of the black filler.
(3)黒色フィラーの製造方法は、複合工程と炭化工程とを有する。複合工程では、トリアルコキシシランの縮合物を含む粒子にニトリル基を有するビニル系単量体を吸収させた後、そのビニル系単量体を重合することにより複合粒子を形成する。炭化工程では、複合粒子中の有機成分を炭化させる。この製造方法によれば、黒色度を発揮させることが容易となる。 (3) The manufacturing method of a black filler has a composite process and a carbonization process. In the composite step, particles containing a trialkoxysilane condensate are absorbed with a vinyl monomer having a nitrile group, and then the vinyl monomer is polymerized to form composite particles. In the carbonization step, the organic component in the composite particles is carbonized. According to this manufacturing method, it becomes easy to exhibit blackness.
(4)本実施形態の黒色フィラーは、高純度のフィラーが求められる電子分野や半導体分野で好適に用いることができる。
(5)小型化又は薄型化が進行する電子部品のシール材料では、フィラーを高充填しても、流動性や成形性が維持されることが要求されることになる。このようにシール材料の流動性や成形性を維持するためには、フィラーは球状で適度な粒径分布を有し、かつ分散性が良好であることが好ましい。本実施形態の黒色フィラーの製造方法では、高い真球度を得るとともに粒径分布の調整が容易であり、分散性の良好な黒色フィラーを容易に得ることができる。
(4) The black filler of this embodiment can be suitably used in the electronic field and the semiconductor field where a high-purity filler is required.
(5) Sealing materials for electronic parts that are becoming smaller or thinner are required to maintain fluidity and moldability even when they are highly filled. Thus, in order to maintain the fluidity and moldability of the sealing material, it is preferable that the filler is spherical, has an appropriate particle size distribution, and has good dispersibility. In the method for producing a black filler of the present embodiment, high sphericity is obtained and the particle size distribution is easily adjusted, and a black filler with good dispersibility can be easily obtained.
(6)本実施形態の黒色フィラーは、外形のばらつきが小さい。このため、黒色フィラーを樹脂材料に充填した複合材料では、例えば、金属粉体やカーボンブラックといった不定形のフィラーを充填した場合よりも、複合材料の粘度上昇が抑制される。また、本実施形態の黒色フィラーは、シリカを含むため、複合材料の線膨張係数の低下が抑制される効果や絶縁性を維持する効果が期待される。 (6) The black filler of this embodiment has a small variation in outer shape. For this reason, in the composite material in which the black filler is filled in the resin material, the increase in the viscosity of the composite material is suppressed more than in the case where the amorphous filler such as metal powder or carbon black is filled. Moreover, since the black filler of this embodiment contains a silica, the effect which the fall of the linear expansion coefficient of a composite material is suppressed and the effect which maintains insulation are anticipated.
なお、前記実施形態を次のように変更して構成してもよい。
・シード粒子形成工程を複数回繰り返すことで、より大きく成長させたシード粒子を得ることもできる。
The embodiment may be modified as follows.
-Seed particles grown larger can be obtained by repeating the seed particle formation step a plurality of times.
・シード粒子形成工程後に、オルガノアルコキシシランを用いてシード粒子を成長させる成長粒子形成工程を行ってもよい。
・黒色粒子には表面処理が施されてもよい。例えば、黒色粒子の表面を絶縁性物質で被覆して用いることで、黒色粒子の絶縁性を高めることができる。例えば、黒色粒子を樹脂材料と混合して用いる場合、樹脂材料と親和性の高い材料を用いて黒色粒子に表面処理を施すことにより、樹脂中における黒色粒子の分散性を高めることができる。
-After the seed particle formation step, a growth particle formation step of growing seed particles using organoalkoxysilane may be performed.
-Surface treatment may be given to black particles. For example, the insulating properties of the black particles can be improved by coating the surface of the black particles with an insulating material. For example, when black particles are mixed with a resin material, the dispersibility of the black particles in the resin can be improved by subjecting the black particles to a surface treatment using a material having a high affinity with the resin material.
上記実施形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
(イ)前記黒色フィラーにおいて、平均粒子径が0.1〜2μmであるとともにCV値が5%以下であり、かつ、黒色フィラーを構成する黒色粒子の真球度は0.8以上である黒色フィラー。
The technical idea that can be grasped from the above embodiment will be described below.
(A) In the black filler, the average particle diameter is 0.1 to 2 μm, the CV value is 5% or less, and the black particles constituting the black filler have a sphericity of 0.8 or more. Filler.
(ロ)前記黒色フィラーの製造方法において、前記複合工程における前記吸収は、前記ニトリル基を有するビニル系単量体を含むエマルションと、前記トリアルコキシシランから得られる縮合物を含む粒子の水性分散液とを混合することにより行われる黒色フィラーの製造方法。 (B) In the method for producing a black filler, the absorption in the composite step is an aqueous dispersion of particles containing an emulsion containing a vinyl monomer having the nitrile group and a condensate obtained from the trialkoxysilane. The manufacturing method of the black filler performed by mixing.
次に、実施例及び比較例を説明する。
(実施例1)
<シード粒子の調製>
ビニルトリメトキシシラン(VTMS)360gと水3600gとを25℃で1時間撹拌した後、1%ドデシル硫酸ナトリウム水溶液36gと1N−アンモニア水溶液73gとを添加し、さらに5分間撹拌することにより、VTMSシード粒子のポリシロキサン分散液を得た。
Next, examples and comparative examples will be described.
Example 1
<Preparation of seed particles>
After stirring 360 g of vinyltrimethoxysilane (VTMS) and 3600 g of water for 1 hour at 25 ° C., 36 g of 1% sodium dodecyl sulfate aqueous solution and 73 g of 1N-ammonia aqueous solution were added, and the mixture was further stirred for 5 minutes. A polysiloxane dispersion of particles was obtained.
<単量体エマルションの調製>
アクリロニトリル180gに、重合開始剤としてのアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)10gを溶解することで混合液を調製した。この混合液と、乳化剤としての硫酸エステル塩(商品名:ニューコール707SF、日本乳化剤株式会社)17gをイオン交換水500gで溶解させた溶液とをホモジナイザーにより20000rpmで1分間撹拌することで、単量体エマルションを調製した。
<Preparation of monomer emulsion>
A mixed liquid was prepared by dissolving 10 g of azobisisobutyronitrile (AIBN) as a polymerization initiator in 180 g of acrylonitrile. By stirring this mixed solution and a solution prepared by dissolving 17 g of a sulfate ester salt (trade name: New Coal 707SF, Nippon Emulsifier Co., Ltd.) with 500 g of ion-exchanged water as an emulsifier at 20000 rpm for 1 minute using a homogenizer, A body emulsion was prepared.
<ビニル系重合体の複合>
単量体エマルションをオルガノポリシロキサン分散液に添加し、1時間撹拌した後、単量体のラジカル重合を行うため、70℃で6時間保持することで複合粒子の分散液を調製した。
<Composite of vinyl polymer>
After adding the monomer emulsion to the organopolysiloxane dispersion and stirring for 1 hour, in order to perform radical polymerization of the monomer, a dispersion of composite particles was prepared by holding at 70 ° C. for 6 hours.
この分散液を冷却した後、洗浄液としてイソプロピルアルコールを用いたデカンテーションを3回繰り返して、複合粒子の洗浄を行った。上澄みのイソプロピルアルコールを除去した後、複合粒子をオーブンで80℃にて1時間乾燥することで、複合粒子の粉体を得た。得られた粉体は白色であった。 After cooling this dispersion, decantation using isopropyl alcohol as the cleaning liquid was repeated three times to wash the composite particles. After removing isopropyl alcohol from the supernatant, the composite particles were dried in an oven at 80 ° C. for 1 hour to obtain composite powder. The obtained powder was white.
<有機成分の炭化>
複合粒子の粉体を窒素雰囲気下、680℃で160分間加熱した。この加熱により、複合粒子に含まれる有機成分を炭化することで黒色フィラーを得た。
<Carbonization of organic components>
The composite particle powder was heated at 680 ° C. for 160 minutes in a nitrogen atmosphere. By this heating, a black filler was obtained by carbonizing the organic component contained in the composite particles.
(実施例2)
実施例2では、シード粒子の調製条件、及び単量体エマルションの調製方法を変更した以外は、実施例1と同様にして黒色フィラーを調製した。実施例2では、ビニルトリメトキシシラン(VTMS)102gと水375gとを25℃で1時間撹拌した後、水912g、10%ドデシル硫酸アンモニウム水溶液12g、25%−アンモニア水溶液3gとを混合した溶液に添加し、さらに5分間撹拌することにより、VTMSシード粒子の分散液を得た。
(Example 2)
In Example 2, a black filler was prepared in the same manner as in Example 1, except that the seed particle preparation conditions and the monomer emulsion preparation method were changed. In Example 2, 102 g of vinyltrimethoxysilane (VTMS) and 375 g of water were stirred at 25 ° C. for 1 hour, and then added to a mixed solution of 912 g of water, 12 g of 10% ammonium dodecyl ammonium sulfate solution and 3 g of 25% ammonia aqueous solution. The mixture was further stirred for 5 minutes to obtain a dispersion of VTMS seed particles.
単量体エマルションの調製では、まず、アクリロニトリル77gに、重合開始剤としてのアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)8gを溶解することで混合液を調製した。この混合液と、乳化剤としての硫酸エステル塩(商品名:ニューコール707SF、日本乳化剤株式会社)2.5gをイオン交換水77gで溶解させた溶液とをホモジナイザーにより20000rpmで1分間撹拌することで、単量体エマルションを調製した。 In the preparation of the monomer emulsion, first, a mixed solution was prepared by dissolving 8 g of azobisisobutyronitrile (AIBN) as a polymerization initiator in 77 g of acrylonitrile. By stirring this mixed solution and a solution obtained by dissolving 2.5 g of a sulfate ester salt (trade name: New Coal 707SF, Nippon Emulsifier Co., Ltd.) as an emulsifier with 77 g of ion-exchanged water at 20000 rpm for 1 minute, A monomer emulsion was prepared.
(実施例3)
実施例3では、有機成分の炭化において、加熱温度を1000℃に変更した以外は、実施例1と同様にして黒色フィラーを調製した。
(Example 3)
In Example 3, a black filler was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature was changed to 1000 ° C. in carbonization of the organic component.
(実施例4)
実施例4では、モノマーエマルションの調製においてアクリロニトリルの配合量を90gに変更した以外は、実施例1と同様にして黒色フィラーを調製した。
Example 4
In Example 4, a black filler was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of acrylonitrile was changed to 90 g in the preparation of the monomer emulsion.
(実施例5)
実施例5では、シード粒子の調製条件を変更した以外は、実施例1と同様にして黒色フィラーを調製した。実施例5では、メチルトリメトキシシラン(MTMS)500gと水5000gとを30℃で1時間撹拌した後、1%ドデシル硫酸ナトリウム水溶液15g、1N−アンモニア水溶液50gとを混合した溶液を添加し、さらに5分間撹拌することにより、MTMSシード粒子の分散液を得た。
(Example 5)
In Example 5, a black filler was prepared in the same manner as in Example 1 except that the seed particle preparation conditions were changed. In Example 5, 500 g of methyltrimethoxysilane (MTMS) and 5000 g of water were stirred at 30 ° C. for 1 hour, and then a mixed solution of 15 g of 1% sodium dodecyl sulfate aqueous solution and 50 g of 1N ammonia aqueous solution was added. By stirring for 5 minutes, a dispersion of MTMS seed particles was obtained.
(比較例1)
比較例1では、ビニル系重合体の複合を省略し、実施例1における複合粒子の分散液と同様にして、オルガノポリシロキサン分散液を洗浄及び乾燥することでオルガノポリシロキサン粒子の粉体を得た。得られたオルガノポリシロキサン粒子の粉体を窒素雰囲気下、650℃で160分間加熱した。この加熱により、オルガノポリシロキサン粒子に含まれる有機成分を炭化することで黒色フィラーを得た。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the vinyl polymer composite was omitted, and the organopolysiloxane dispersion was washed and dried in the same manner as the composite particle dispersion in Example 1 to obtain organopolysiloxane particle powder. It was. The obtained powder of organopolysiloxane particles was heated at 650 ° C. for 160 minutes in a nitrogen atmosphere. A black filler was obtained by carbonizing the organic component contained in the organopolysiloxane particles by this heating.
(Y値の測定)
各実施例の黒色粉体のXYZ表色系におけるY値をJIS Z8701:1999に準拠して測定した。まず、分光光度計(V−670、日本分光株式会社製)に石英製の粉体用ホルダーをセットしてゼロ点補正を行った。次に、粉体用ホルダーに黒色粉体を入れ、Y値の測定を行った。比較例1の粉体についても、同様にY値の測定を行った。その結果を表1に示す。
(Measurement of Y value)
The Y value in the XYZ color system of the black powder of each example was measured according to JIS Z8701: 1999. First, a quartz powder holder was set in a spectrophotometer (V-670, manufactured by JASCO Corporation), and zero point correction was performed. Next, black powder was put in the powder holder, and the Y value was measured. The Y value of the powder of Comparative Example 1 was similarly measured. The results are shown in Table 1.
(平均粒子径及びCV値)
各実施例において、シード粒子の分散液、複合粒子の粉体、及び黒色フィラーのそれぞれをサンプリングし、レーザー回折式粒度分布測定器(スペクトリス株式会社製、商品名:マスターサイザー)にて平均粒子径を求めた。また、各実施例の黒色フィラーを走査型顕微鏡で観察した画像から黒色粒子50個について粒子径を測長した。その値を用いて、CV値を求めた。比較例1についても、同様に平均粒子径及びCV値を求めた。その結果を表1に示す。
(Average particle size and CV value)
In each example, each of the seed particle dispersion, the composite particle powder, and the black filler was sampled, and the average particle size was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (trade name: Mastersizer, manufactured by Spectris Co., Ltd.). Asked. Moreover, the particle diameter was measured about 50 black particles from the image which observed the black filler of each Example with the scanning microscope. The CV value was calculated | required using the value. For Comparative Example 1, the average particle size and the CV value were similarly determined. The results are shown in Table 1.
(真球度の測定)
各実施例の黒色フィラーを走査型電子顕微鏡にて観察した画像を用いて、黒色粒子50個の長径及び短径をそれぞれ測長した。その値を用いて真球度を求めた。比較例1についても、同様に真球度を求めた。その結果を表1に示す。
(Measurement of sphericity)
Using the image obtained by observing the black filler of each example with a scanning electron microscope, the major axis and minor axis of 50 black particles were measured. The sphericity was determined using the value. For Comparative Example 1, the sphericity was similarly determined. The results are shown in Table 1.
Claims (2)
前記オルガノポリシロキサンは、下記一般式(1):
R1Si(OR2)3 ・・・(1)
(一般式(1)中、R1は非加水分解性基であって、炭素数1〜20のアルキル基、(メタ)アクリロイルオキシ基若しくはエポキシ基を有する炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、又は、炭素数7〜20のアラルキル基を示し、R2は炭素数1〜6のアルキル基を示し、各OR2は互いに同一であっても異なっていてもよい。)
で示されるトリアルコキシシランから得られる縮合物を含み、
前記ビニル系重合体は、ニトリル基を有するビニル系重合体を含み、
前記黒色フィラーを構成する黒色粒子は、前記複合粒子中の有機成分を炭化させることで生成した炭素を着色物質として含んでなり、XYZ表色系におけるY値が6%以下であり、
前記製造方法は、前記トリアルコキシシランから得られる縮合物を含む粒子にニトリル基を有するビニル系単量体を吸収させた後に前記単量体を重合することにより前記複合粒子を形成する複合工程と、
前記複合粒子中の有機成分を炭化させる炭化工程とを有することを特徴とする黒色フィラーの製造方法。 A method for producing a black filler obtained from a powder of composite particles obtained by combining an organopolysiloxane and a vinyl polymer,
The organopolysiloxane has the following general formula (1):
R 1 Si (OR 2 ) 3 (1)
(In the general formula (1), R 1 is a non-hydrolyzable group and has an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a (meth) acryloyloxy group, or an epoxy group having 1 to 20 carbon atoms, carbon An alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms; R 2 represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms; and each OR 2 is identical to each other. Or different.)
A condensate obtained from a trialkoxysilane represented by
The vinyl polymer includes a vinyl polymer having a nitrile group,
The black particles constituting the black filler, the comprises a carbon of organic components in the composite particles produced by carbonizing a coloring material state, and are Y value of 6% or less in the XYZ color system,
The manufacturing method includes a composite step of forming the composite particles by polymerizing the monomer after the vinyl monomer having a nitrile group is absorbed into the particles containing the condensate obtained from the trialkoxysilane. ,
Method for producing a black filler; and a carbonization step of carbonizing the organic component in the composite particles.
前記黒色粒子は、前記トリアルコキシシランに対するアクリロニトリルの質量比が0.2〜3の範囲とされた複合粒子から得られる請求項1に記載の黒色フィラーの製造方法。 The vinyl polymer having a nitrile group includes a vinyl polymer containing acrylonitrile as a constituent unit,
The said black particle is a manufacturing method of the black filler of Claim 1 obtained from the composite particle by which the mass ratio of the acrylonitrile with respect to the said trialkoxysilane was made into the range of 0.2-3.
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