JP6203625B2 - シリカ粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
前記ケイ素含有物をアンモニアを溶解したアルカリ溶液に溶解させてアルカリ性ケイ酸塩溶液を製造するアルカリ性ケイ酸塩溶液製造工程と、
得られたアルカリ性ケイ酸塩溶液から水性シリカゾルを形成する水性シリカゾル形成工程と、
を有し、
前記水性シリカゾル形成工程において最終的に生成する水性シリカゾルの質量に対して90%以上が生成している間は前記アルカリ性ケイ酸塩溶液の温度を30℃以上60℃以下に保つ。
(2)前記水性シリカゾル形成工程における前記アルカリ性ケイ酸塩溶液の温度が30℃以上60℃以下である。
(3)前記アルカリ性ケイ酸塩溶液製造工程は、前記ケイ素含有物を5質量%以上残してアルカリ溶液に溶解させる。
(4)前記ケイ素含有物は金属ケイ素である。金属ケイ素は高純度のものが入手しやすく純度が高いシリカ粒子を得ることが容易である。
(5)前記金属ケイ素は、Fe及びAlの含有量が2000ppm以下、金属不純物の含有量が500ppm以下である。
(6)前記水性シリカゾルに対して、シランカップリング剤およびオルガノシラザンによって表面処理する表面処理工程を持ち、
該シランカップリング剤は、3つのアルコキシ基と、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基と、を持ち、
該シランカップリング剤と該オルガノシラザンとのモル比は、該シランカップリング剤:該オルガノシラザン=1:2〜1:10である。
(7)前記表面処理工程は、
前記シリカ粒子を前記シランカップリング剤で処理する第1の処理工程と、
前記シリカ粒子を前記オルガノシラザンで処理する第2の処理工程と、を持ち、
該第2の処理工程は、該第1の処理工程後に行う。
得られたシリカ粒子は真密度が2.1g/cm3以上であることが望ましく、更に望ましくは2.2g/cm3以上である。本明細書における真密度の測定は、40℃、相対湿度80%の雰囲気下に72時間静置した後、真比重計(真密度計)を用いて算出した。また、吸湿性はカールフィッシャー水分量測定、熱重量測定から求めた。測定前には単位表面積当たり4μmolになるようにヘキサメチルジシラザンを用いて表面処理を行う。
(参考:フィラー含有組成物)
本実施形態のシリカ粒子の製造方法にて製造されたシリカ粒子はフィラー含有樹脂組成物に応用できる。
全不純物量が約600ppm(トリウムが70ppb、ウランが30ppb、アルミニウムが500ppm、鉄が100ppm)である金属ケイ素100質量部、イオン交換水2000質量部、5質量%水酸化ナトリウム水溶液20質量部の混合溶液を40℃で10時間攪拌した(第1工程)。
一方溶解した金属ケイ素は水性シリカゾルとなった。得られた水性シリカゾルはトリウムが0.1ppb、ウランが0.1ppb、ナトリウムが10ppm、アルミニウムが20ppm、鉄が1ppm未満(検出限界以下)、体積平均粒径が10nmであった。反応収率は85質量%だった。得られた水性シリカゾルのSEM写真を図1に示す。図から明らかなように均一な粒径をもつシリカ粒子が生成していることが分かった。
(試験例1−2)
第1工程において、5質量%水酸化ナトリウムに代えて5質量%アンモニア水を用いた以外試験例1−1と同様の試験を行った(本試験例における第1工程がアルカリ性ケイ酸塩溶液製造工程及び水性シリカゾル形成工程に相当)。
(試験例1−3)
第1工程において、5質量%水酸化ナトリウム水溶液に代えて5質量%水酸化カリウム水溶液を用いた以外は試験例1−1と同様の試験を行った。
(試験例1−4)
第1工程において、全不純物量が約60ppm(トリウム、ウランが1ppb未満、アルミニウムが60ppm、鉄が1ppm)である金属ケイ素を用いる以外は試験例1−1と同様に行った。
(試験例1−5)
第1工程において、反応温度を60℃に代えた以外は試験例1−1と同様の試験を行った。
(試験例1−6)
第1工程において、反応温度を60℃に代えた以外は試験例1−2と同様の試験を行った(本試験例における第1工程がアルカリ性ケイ酸塩溶液製造工程及び水性シリカゾル形成工程に相当)。
(試験例1−7)
第1工程において、反応温度を60℃に代えた以外は試験例1−3と同様の試験を行った。
(試験例1−8)
第1工程において、反応温度を60℃に代えた以外は試験例1−4と同様の試験を行った。
(試験例2−1)
第1工程において、全不純物量が約6000pm(トリウムが500ppb、ウランが500ppb、アルミニウムが2000ppm、鉄が4000ppm)含有する金属ケイ素を用いる以外は試験例1−1と同様の試験を行った。
(試験例2−2)
第1工程において、全不純物量が約6000pm(トリウムが500ppb、ウランが500ppb、アルミニウムが2000ppm、鉄が4000ppm)含有する金属ケイ素を用いる以外は試験例1−2と同様の試験を行った。
(試験例2−3)
第1工程において、全不純物量が約6000pm(トリウムが500ppb、ウランが500ppb、アルミニウムが2000ppm、鉄が4000ppm)含有する金属ケイ素を用いる以外は試験例1−3と同様の試験を行った。
(試験例2−4)
第1工程において、全不純物量が約6000pm(トリウムが500ppb、ウランが500ppb、アルミニウムが2000ppm、鉄が4000ppm)含有する金属ケイ素を用いる以外は試験例1−5と同様の試験を行った。
(試験例2−5)
第1工程において、全不純物量が約6000pm(トリウムが500ppb、ウランが500ppb、アルミニウムが2000ppm、鉄が4000ppm)含有する金属ケイ素を用いる以外は試験例1−6と同様の試験を行った。
(試験例2−6)
第1工程において、全不純物量が約6000pm(トリウムが500ppb、ウランが500ppb、アルミニウムが2000ppm、鉄が4000ppm)含有する金属ケイ素を用いる以外は試験例1−7と同様の試験を行った。
(試験例2−7)
第1工程において、反応温度80℃に代えた以外は試験例1−1と同様の試験を行った。
(試験例2−8)
第1工程において、反応温度80℃に代えた以外は試験例1−3と同様の試験を行った。
(試験例2−9)
第1工程において、反応温度80℃に代えた以外は試験例2−1と同様の試験を行った。
(試験例2−10)
第1工程において、反応温度80℃に代えた以外は試験例2−3と同様の試験を行った。
Claims (7)
- 金属ケイ素及びケイ素化合物の何れかであり、トリウム・ウラン・アルミニウム、鉄からなる原料不純物濃度が全体の質量を基準として0.60%未満であるケイ素含有物から、体積平均粒径が2nm〜200nmであるシリカ粒子を製造する方法であって、
前記ケイ素含有物をアンモニアを溶解したアルカリ溶液に溶解させてアルカリ性ケイ酸塩溶液を製造するアルカリ性ケイ酸塩溶液製造工程と、
得られたアルカリ性ケイ酸塩溶液から水性シリカゾルを形成する水性シリカゾル形成工程と、
を有し、
前記水性シリカゾル形成工程において最終的に生成する水性シリカゾルの質量に対して90%以上が生成している間は前記アルカリ性ケイ酸塩溶液の温度を30℃以上60℃以下に保つシリカ粒子の製造方法。 - 前記水性シリカゾル形成工程における前記アルカリ性ケイ酸塩溶液の温度が30℃以上60℃以下である請求項1に記載のシリカ粒子の製造方法。
- 前記アルカリ性ケイ酸塩溶液製造工程は、前記ケイ素含有物を5質量%以上残してアルカリ溶液に溶解させる請求項1又は2に記載のシリカ粒子の製造方法。
- 前記ケイ素含有物は金属ケイ素である請求項1〜3のうちの何れか1項に記載のシリカ粒子の製造方法。
- 前記金属ケイ素は、Fe及びAlの含有量が2000ppm以下、金属不純物の含有量が500ppm以下である請求項1〜4のうちの何れか1項に記載のシリカ粒子の製造方法。
- 前記水性シリカゾルに対して、シランカップリング剤およびオルガノシラザンによって表面処理する表面処理工程を持ち、
該シランカップリング剤は、3つのアルコキシ基と、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基と、を持ち、
該シランカップリング剤と該オルガノシラザンとのモル比は、該シランカップリング剤:該オルガノシラザン=1:2〜1:10である請求項1〜5のうちの何れか1項に記載のシリカ粒子の製造方法。 - 前記表面処理工程は、
前記シリカ粒子を前記シランカップリング剤で処理する第1の処理工程と、
前記シリカ粒子を前記オルガノシラザンで処理する第2の処理工程と、を持ち、
該第2の処理工程は、該第1の処理工程後に行う請求項6に記載の表面改質シリカ粒子の製造方法。
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