JP6238440B2 - Silica-coated metal nitride particles and method for producing the same - Google Patents

Silica-coated metal nitride particles and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、シリカ被覆金属窒化物粒子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to silica-coated metal nitride particles and a method for producing the same.

半導体デバイスなどの電子部品を封止する封止材や電子部品を配設する基板には物理的特性を向上するためにセラミック粒子が採用されることがある。セラミック粒子の中で熱伝導性に優れたものとしては金属窒化物が知られている。   Ceramic particles may be employed in order to improve physical properties of a sealing material for sealing electronic components such as semiconductor devices and a substrate on which the electronic components are disposed. Among the ceramic particles, metal nitrides are known as those having excellent thermal conductivity.

近年、携帯電話やスマートホンなどの携帯無線通信機器は高機能化と小型化とが共に求められている。機能を高めて小型化すると発生する熱の処理が問題になり、熱伝導性に優れた金属窒化物粒子の使用が検討されている。   In recent years, portable wireless communication devices such as mobile phones and smart phones are required to have both high functionality and small size. When the function is increased and the size is reduced, the treatment of the generated heat becomes a problem, and the use of metal nitride particles having excellent thermal conductivity is being studied.

しかしながら、金属窒化物は耐水性が充分で無く用途が限定されたり、取り扱い性が充分で無かったりする。耐水性が高くなると、金属窒化物粒子の応用として塗料などへの採用も期待できるほか、その取り扱い性も向上できることが期待できる。   However, the metal nitride has insufficient water resistance and its application is limited, and the handleability is not sufficient. If the water resistance is increased, it can be expected that the metal nitride particles can be applied to paints and the like, and that the handleability can be improved.

そこで従来技術ではアルミナ粉末に対して窒素雰囲気中でカーボン粉末の存在下にて加熱して窒化アルミニウム粉末を得た後、得られた窒化アルミニウム粉末を残存カーボン粉末の存在下で表面処理すると共に、残存カーボン粉末を除去する工程をもつ窒化アルミニウム粉末の製造方法が開示されている(特許文献1参照)。   Therefore, in the prior art, after heating the alumina powder in a nitrogen atmosphere in the presence of carbon powder to obtain an aluminum nitride powder, the obtained aluminum nitride powder is surface-treated in the presence of the residual carbon powder, A method for producing aluminum nitride powder having a step of removing residual carbon powder is disclosed (see Patent Document 1).

特開2012−140260号公報JP2012-140260A

しかしながら、従来技術の製造方法では充分な耐水性をもつ窒化アルミニウム粉末を得られているとは言い難かった。   However, it was difficult to say that an aluminum nitride powder having sufficient water resistance was obtained by the conventional manufacturing method.

本発明は上記実情に鑑み完成したものであり、金属窒化物の耐水性の更なる向上を目的として金属窒化物粒子の表面にシリカ粒子を直接結合させたシリカ被覆金属窒化物粒子、並びに金属窒化物粒子の表面にシリカ粒子を効果的に結合させることができる製造方法を提供することを解決すべき課題とする。   The present invention has been completed in view of the above circumstances, and silica-coated metal nitride particles in which silica particles are directly bonded to the surface of metal nitride particles for the purpose of further improving the water resistance of metal nitride, and metal nitriding It is an object to be solved to provide a production method capable of effectively bonding silica particles to the surface of product particles.

(a)上記課題を解決する本発明のシリカ被覆金属窒化物粒子は、金属窒化物粒子と体積平均粒径が前記金属窒化物粒子よりも小さく且つ5nm以上200nm以下であり前記金属窒化物粒子の表面に焼結して概ね隙間無く被覆しているシリカ粒子とを有する。 (A) The silica-coated metal nitride particles of the present invention that solve the above-mentioned problems are metal nitride particles and the volume average particle size is smaller than that of the metal nitride particles and not less than 5 nm and not more than 200 nm. Silica particles that are sintered on the surface and coated with almost no gaps.

金属窒化物粒子とシリカ粒子との間を焼結により結合することによりカーボン粒子が残存するおそれもなく安定して高い熱伝導性を発現させることができる。従来、体積平均粒径が5nm以上200nm以下程度の大きさのシリカ粒子は乾燥状態にすると一次粒子として存在することは困難になり互いに凝集した二次粒子としてしか存在し得なかった。本発明者らは乾燥状態で一次粒子として存在しうるシリカ粒子を得ることに成功しそのシリカ粒子を用いて金属窒化物粒子の表面を概ね隙間無く被覆できることを発見した。このように被覆された金属窒化物粒子についてシリカ粒子や金属窒化物粒子が溶融しない条件下にて行うことを意味する焼結操作を行うことによりシリカ粒子の表面付着状態を保ったまま強固な結合を実現できることが分かった(なお本明細書中において「焼結」と「焼成」は区別せずに使用している)。更に金属窒化物粒子の表面に付着したシリカ粒子は隣接するシリカ粒子(同じように金属窒化物粒子の表面に付着しているもの)との間でも焼結により強固に接合されているものと考えられる。   By bonding between the metal nitride particles and the silica particles by sintering, it is possible to stably develop high thermal conductivity without fear of remaining carbon particles. Conventionally, silica particles having a volume average particle diameter of about 5 nm or more and 200 nm or less are difficult to exist as primary particles when dried, and can only exist as secondary particles aggregated with each other. The present inventors have succeeded in obtaining silica particles that can exist as primary particles in a dry state, and have found that the surface of metal nitride particles can be coated almost without gaps using the silica particles. The metal nitride particles thus coated are firmly bonded while maintaining the surface adhesion state of the silica particles by performing a sintering operation, which means that the silica particles and the metal nitride particles do not melt. (In the present specification, “sintering” and “firing” are used without distinction). Furthermore, it is considered that the silica particles adhering to the surface of the metal nitride particles are firmly bonded by sintering to the adjacent silica particles (the same adhering to the surface of the metal nitride particles). It is done.

このように被覆した金属窒化物は詳細な理由は定かでないが耐水性が向上することが分かった。   The metal nitride coated in this way has been found to improve water resistance, although the detailed reason is not clear.

上述の(a)に開示のシリカ被覆金属窒化物粒子は以下に記載する(b)〜(d)のうちの何れか1つ以上の構成要素を付加することが可能である。
(b)前記シリカ粒子は、
一次粒子の体積平均粒径が200nm以下、嵩密度が450g/L以下であり、
式(1):−OSiXで表される官能基と、式(2):−OSiYで表される官能基とを表面にもつものが焼結されたものであることを特徴とする。
The silica-coated metal nitride particles disclosed in (a) above can be added with any one or more of the components (b) to (d) described below.
(B) The silica particles are
The volume average particle size of the primary particles is 200 nm or less, the bulk density is 450 g / L or less,
Sintered one having a functional group represented by the formula (1): -OSiX 1 X 2 X 3 and a functional group represented by the formula (2): -OSiY 1 Y 2 Y 3 on the surface It is characterized by being.

このような官能基を表面にもつシリカ粒子は特に凝集性が小さく、概ね一次粒子の状態にまで分散した状態を保つことが出来るため、金属窒化物粒子の表面を概ね隙間無く被覆することができる。
(上記式(1)、(2)中;Xはフェニル基、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、又はアクリル基であり;X、Xは−OSiR及び−OSiYよりそれぞれ独立して選択され;YはRであり;Y、YはR及び−OSiYよりそれぞれ独立して選択される。YはRであり;Y及びYは、R及び−OSiRからそれぞれ独立して選択され;Rは炭素数1〜3のアルキル基から独立して選択される。なお、X、X、Y、Y、Y、及びYの何れかは、隣接する官能基のX、X、Y、Y、Y、及びYの何れかと−O−にて結合しても良い。)
(c)前記金属窒化物粒子は200μm以下0.5μm以上の体積平均粒径をもつ。
(d)前記金属窒化物粒子は主成分が窒化アルミニウムである。
(e)上記課題を解決するシリカ被覆金属窒化物粒子の製造方法は、一次粒子の体積平均粒径が200nm以下の原料シリカ粒子に対し、嵩密度が450g/L以下になるように解砕する解砕工程と、
前記解砕工程にて得られたシリカ粒子と前記シリカ粒子の一次粒子よりも体積平均粒径が大きい金属窒化物粒子とを混合して前記金属窒化物粒子の表面に前記シリカ粒子を付着させる混合工程と、
800℃以上1100℃以下で前記混合物を加熱し、前記金属窒化物粒子と前記シリカ粒子とを焼結させる加熱焼結工程と、
を有し、
前記原料シリカ粒子は、
水を含む液状媒体中で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と、
前記液状媒体を除去する工程と、
をもつ前処理工程にて処理されており、
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であることを特徴とする。
Silica particles having such a functional group on the surface have particularly low agglomeration properties and can maintain a state of being dispersed to the state of primary particles, so that the surface of metal nitride particles can be coated with almost no gaps. .
(In the above formulas (1) and (2); X 1 is a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group; X 2 , X 3 Are independently selected from —OSiR 3 and —OSiY 4 Y 5 Y 6 ; Y 1 is R; Y 2 and Y 3 are each independently selected from R and —OSiY 4 Y 5 Y 6 .Y 4 is an R; Y 5 and Y 6 is selected from R and -OSiR 3 independently;. R is independently selected from alkyl groups of 1 to 3 carbon atoms Incidentally, X 2 , X 3 , Y 2 , Y 3 , Y 5 , and Y 6 are any of the adjacent functional groups X 2 , X 3 , Y 2 , Y 3 , Y 5 , and Y 6 , and —O—. May be combined with each other.)
(C) The metal nitride particles have a volume average particle size of 200 μm or less and 0.5 μm or more.
(D) The metal nitride particles are mainly composed of aluminum nitride.
(E) The method for producing silica-coated metal nitride particles that solves the above-described problem is pulverized so that the bulk density is 450 g / L or less with respect to the raw material silica particles whose primary particles have a volume average particle diameter of 200 nm or less. Crushing process;
Mixing the silica particles obtained in the crushing step and the metal nitride particles having a volume average particle size larger than the primary particles of the silica particles to adhere the silica particles to the surface of the metal nitride particles Process,
A heating and sintering step of heating the mixture at 800 ° C. to 1100 ° C. to sinter the metal nitride particles and the silica particles;
Have
The raw silica particles are
A surface treatment step of surface treatment with a silane coupling agent and an organosilazane in a liquid medium containing water;
Removing the liquid medium;
It is processed in the pretreatment process with
The silane coupling agent has three alkoxy groups, a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group,
The molar ratio of the silane coupling agent to the organosilazane is characterized in that the silane coupling agent: the organosilazane = 1: 2 to 1:10.

このような工程を採用することによりシリカ粒子は凝集すること無く金属窒化物粒子の表面に強固に結合させることができる。   By adopting such a process, the silica particles can be firmly bonded to the surface of the metal nitride particles without agglomeration.

上述の(e)の製造方法は下記(f)の構成要素を付加することが可能である。
(f)前記表面処理工程は、
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。
In the manufacturing method (e) described above, the following component (f) can be added.
(F) The surface treatment step includes
A first treatment step of treating with the silane coupling agent;
A second treatment step of treating with the organosilazane,
The second processing step is performed after the first processing step.

本発明のシリカ被覆金属窒化物粒子は金属窒化物粒子の表面をシリカ粒子にて適正に被覆することで耐水性に優れた高性能な金属窒化物粒子を提供することが可能になった。   The silica-coated metal nitride particles of the present invention can provide high-performance metal nitride particles having excellent water resistance by appropriately coating the surface of the metal nitride particles with silica particles.

実施例における試験試料A−2のSEM写真である。It is a SEM photograph of test sample A-2 in an example. 実施例における試験試料A−3のSEM写真である。It is a SEM photograph of test sample A-3 in an example. 実施例における試験試料A−4のSEM写真である。It is a SEM photograph of test sample A-4 in an example.

以下に本発明のシリカ被覆金属窒化物粒子及びその製造方法について実施形態に基づき以下詳細に説明する。本発明のシリカ被覆金属窒化物粒子は半導体デバイスなどを封止する封止材におけるフィラーとして用いることができる。半導体デバイスなどに用いるときにはそのまま圧縮して固化させたり、樹脂材料と混合して樹脂組成物として用いたりすることができる。更には電子部品を配設する基板中に分散させることも考えられる。また、何らかのビヒクルなどに分散させることにより塗料として用いることも出来る。また、本シリカ被覆金属窒化物粒子を圧縮などして固化成形することで成形物にすることも可能である。本発明のシリカ被覆金属窒化物粒子を含有させることにより熱伝導性が向上できる。   The silica-coated metal nitride particles and the production method thereof according to the present invention will be described in detail below based on the embodiments. The silica-coated metal nitride particles of the present invention can be used as a filler in a sealing material for sealing a semiconductor device or the like. When used in a semiconductor device or the like, it can be compressed and solidified as it is, or mixed with a resin material and used as a resin composition. Furthermore, it can be considered that the electronic component is dispersed in a substrate on which electronic components are arranged. It can also be used as a paint by being dispersed in some vehicle. Further, the silica-coated metal nitride particles can be formed into a molded product by solidification molding such as compression. Thermal conductivity can be improved by incorporating the silica-coated metal nitride particles of the present invention.

(シリカ被覆金属窒化物粒子)
本実施形態のシリカ被覆金属窒化物粒子は金属窒化物粒子とその金属窒化物粒子の表面に焼結して結合したシリカ粒子とを有する。シリカ粒子は金属窒化物粒子の表面に概ね隙間無く被覆するように付着した後に焼結している。
(Silica-coated metal nitride particles)
The silica-coated metal nitride particles of this embodiment have metal nitride particles and silica particles that are sintered and bonded to the surface of the metal nitride particles. The silica particles are sintered after adhering to the surface of the metal nitride particles so as to cover them almost without any gaps.

金属窒化物粒子の表面にシリカ粒子を焼結を行う前に付着させる方法としては特に限定されず、単純に混合したり、混合した後に振動を与えたりすることで実施できる。金属窒化物粒子表面へのシリカ粒子の付着は乾燥状態にて行うことができる。金属窒化物粒子とシリカ粒子との混合割合は特に限定しないが金属窒化物粒子の表面を概ね隙間無く被覆できる程度には混合する。ここで、シリカ粒子は金属窒化物粒子の表面を最低1層は覆うように付着することが望ましく、2層、3層、4層など付着量が大きいほど確実に耐水性を向上させることができる。また付着の量(層の数)を少なくすると相対的に金属窒化物粒子の割合が大きくなり熱伝導性が向上する。例えばシリカ粒子の含有量は金属窒化物粒子の質量を基準として、上限が10%、7.5%、5%、3%、1%程度を好ましい範囲として採用でき、下限が0.001%、0.005%、0.0001%程度を好ましい範囲として採用できる。   The method for attaching the silica particles to the surface of the metal nitride particles before sintering is not particularly limited, and can be carried out by simply mixing or applying vibration after mixing. The silica particles can be adhered to the surface of the metal nitride particles in a dry state. The mixing ratio of the metal nitride particles and the silica particles is not particularly limited, but is mixed to such an extent that the surface of the metal nitride particles can be covered with almost no gap. Here, it is desirable that the silica particles adhere so that at least one layer covers the surface of the metal nitride particles. The larger the amount of adhesion, such as two layers, three layers, and four layers, the more reliably the water resistance can be improved. . Further, when the amount of adhesion (number of layers) is reduced, the proportion of metal nitride particles is relatively increased, and the thermal conductivity is improved. For example, the content of silica particles can adopt a preferred range with an upper limit of about 10%, 7.5%, 5%, 3%, 1% based on the mass of the metal nitride particles, and a lower limit of 0.001%, About 0.005% and 0.0001% can be adopted as a preferable range.

シリカ粒子と金属窒化物粒子との混合比は以下のように望ましい値が算出可能である。まず、金属窒化物粒子の比表面積c(m/g)とシリカ粒子1gが被覆できる面積Am/gとから金属窒化物粒子1g当たり概ね隙間無く表面を被覆するために必要最小限のシリカ粒子の量(理論被覆必要量)W(g)はc/A(g)として算出可能である。 A desirable value can be calculated as follows for the mixing ratio of the silica particles and the metal nitride particles. First, based on the specific surface area c (m 2 / g) of the metal nitride particles and the area Am 2 / g that can be coated with 1 g of silica particles, the minimum silica necessary for coating the surface with almost no gap per 1 g of metal nitride particles. The amount of particles (required theoretical coating amount) W (g) can be calculated as c / A (g).

ここでAの値はシリカ粒子の粒径(シリカ粒子としてすべて同じ粒径をもつものを仮定する)から算出できる。シリカ粒子として粒径のばらつきが小さいものを採用することによりシリカ粒子が平面上(金属窒化物粒子の表面上)で1層だけ密に充填されるとすると(最密充填)、それぞれのシリカ粒子の中心は隣接するシリカ粒子との間で正三角形を形成するものと仮定できる。そのため、この正三角形の面積(シリカ粒子の粒径から算出できる)とシリカの比重(実測値を用いることもできる)とからAが算出できる。   Here, the value of A can be calculated from the particle size of the silica particles (assuming all the silica particles have the same particle size). When silica particles having a small variation in particle size are employed as the silica particles, if only one layer is densely packed on the plane (on the surface of the metal nitride particles) (closest packed), each silica particle Can be assumed to form an equilateral triangle between adjacent silica particles. Therefore, A can be calculated from the area of this equilateral triangle (which can be calculated from the particle diameter of the silica particles) and the specific gravity of silica (measured values can also be used).

ここで求めたWと実際に混合するシリカ粒子の量(金属窒化物粒子が1g当たり混合する量)w(g)とから求めたr=w/Wの値が1であればシリカ粒子により金属窒化物粒子の表面を理論的に過不足無く(1層で)隙間無く被覆することができることになる。ここでrの値は0.1以上10以下であることが望ましい。0.1以上にすることにより金属窒化物粒子の表面に充分な絶縁性をもつシリカ粒子の層を形成することが出来、10以下にすることにより生成したシリカ被覆金属窒化物粒子の流動性が高い状態に保つことができる(シリカ粒子が多いとシリカ粒子だけで凝集して金属窒化物粒子から離れた独立した粒子を形成したり、金属窒化物粒子の表面から突出してシリカ被覆金属窒化物粒子の流動性に影響を与えたりするおそれがある)。   If the value of r = w / W obtained from the amount of W and the amount of silica particles actually mixed (amount of metal nitride particles mixed per gram) w (g) is 1 The surface of the nitride particles can theoretically be covered without excess or deficiency (in one layer) without gaps. Here, the value of r is preferably 0.1 or more and 10 or less. By making it 0.1 or more, a layer of silica particles having sufficient insulating properties can be formed on the surface of the metal nitride particles, and by making it 10 or less, the fluidity of the silica-coated metal nitride particles produced is reduced. It can be kept in a high state (if there are many silica particles, the silica particles alone aggregate to form independent particles separated from the metal nitride particles, or protrude from the surface of the metal nitride particles to form silica-coated metal nitride particles. May affect the liquidity of the product).

金属窒化物粒子はシリカ粒子の一次粒子よりも体積平均粒径が大きくシリカ粒子が表面に付着する。シリカ粒子は前記金属窒化物粒子の表面において概ね隙間無く存在する。ここで「概ね隙間無く存在する」とは、前述のrの値が0.1以上10以下であることを意味する。rの値の下限としては0.2、0.3、0.5、0.75が好ましい値として例示できる。rの値の上限としては8、6、5、43、2、1.5が好ましい値として例示できる。   The metal nitride particles have a volume average particle size larger than the primary particles of the silica particles, and the silica particles adhere to the surface. Silica particles are generally present on the surface of the metal nitride particles without any gaps. Here, “there is almost no gap” means that the value of r described above is 0.1 or more and 10 or less. As a lower limit of the value of r, 0.2, 0.3, 0.5, and 0.75 can be illustrated as preferable values. As the upper limit of the value of r, 8, 6, 5, 43, 2, 1.5 can be exemplified as preferable values.

金属窒化物粒子の表面にシリカ粒子は焼結により結合されている。焼結により結合されているため、シリカ粒子は溶融されておらずほぼ一次粒子の状態を保ったまま金属窒化物粒子の表面に存在する。   Silica particles are bonded to the surface of the metal nitride particles by sintering. Since they are bonded by sintering, the silica particles are not melted and are present on the surface of the metal nitride particles while maintaining the state of primary particles.

ここで、シリカ粒子は金属窒化物粒子の表面にて一次粒子としてほぼ存在することが望ましい。ここで一次粒子で存在するとはSEM写真において、粒子同士が接触している状態から互いに離散している状態の間である粒子を意味する。   Here, it is desirable that the silica particles substantially exist as primary particles on the surface of the metal nitride particles. Here, the presence of primary particles means particles in a state where the particles are in contact with each other in a SEM photograph.

金属窒化物粒子は窒化された金属であれば充分であるが特に窒化アルミニウム、窒化ケイ素であることが望ましい。金属窒化物は複数種類の金属窒化物からなるものの混合物であっても良いし、金属窒化物を主成分(50質量%以上)とし金属窒化物以外の材料を含有するものであってもよい。   The metal nitride particles may be any nitrided metal, but are preferably aluminum nitride and silicon nitride. The metal nitride may be a mixture of a plurality of types of metal nitrides, or may contain a material other than the metal nitride, the main component (50% by mass or more) of the metal nitride.

金属窒化物粒子は粒径は特に限定しない。例えば体積平均粒径の望ましい上限としては、200μm、150μm、100μm、80μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、15μmが採用できる。金属窒化物粒子の粒径の下限としては0.5μm、1.0μm、2.0μm、3.0μm、5.0μmが例示できる。   The particle size of the metal nitride particles is not particularly limited. For example, as a desirable upper limit of the volume average particle diameter, 200 μm, 150 μm, 100 μm, 80 μm, 60 μm, 50 μm, 40 μm, 30 μm, 20 μm, and 15 μm can be adopted. Examples of the lower limit of the particle size of the metal nitride particles include 0.5 μm, 1.0 μm, 2.0 μm, 3.0 μm, and 5.0 μm.

シリカ粒子は一次粒子の体積平均粒径が5nm以上200nm以下である。特に嵩密度が450g/L以下であることが望ましい。体積平均粒径としては、好ましい上限として、100nm、70nm、50nm、30nm、20nmが挙げられる。また、好ましい下限として、10nmが挙げられる。シリカ粒子としてはすべて300nm以下の粒径であることが望ましい。   Silica particles have a volume average particle size of primary particles of 5 nm to 200 nm. In particular, the bulk density is desirably 450 g / L or less. As a volume average particle diameter, 100 nm, 70 nm, 50 nm, 30 nm, and 20 nm are mentioned as a preferable upper limit. Moreover, 10 nm is mentioned as a preferable minimum. The silica particles preferably have a particle size of 300 nm or less.

本明細書における嵩密度の測定は筒井理化学器械(株)製:電磁振動式カサ密度測定器(MVD−86型)を使用して行う。具体的には試料槽としての上部500μm篩に測定対象のサンプルを投入し、加速度4Gの条件で電磁振動により上部・下部の2つの500μm篩を通してサンプルを分散させ100mLの試料容器に落下投入した後、質量を測定し、その質量と体積とからかさ密度を算出した。自重による嵩密度の低下を防止するため測定は落下投入後1時間以内に実施する。   The measurement of the bulk density in this specification is performed using the Tsutsui-Rikagakuki Co., Ltd. product: electromagnetic vibration type | mold beak density measuring device (MVD-86 type | mold). Specifically, after the sample to be measured is put into the upper 500 μm sieve as the sample tank, the sample is dispersed through the two upper and lower 500 μm sieves under electromagnetic acceleration conditions, and dropped into a 100 mL sample container. The mass was measured, and the bulk density was calculated from the mass and volume. In order to prevent a decrease in bulk density due to its own weight, measurement should be performed within 1 hour after dropping.

嵩密度の好ましい上限としては400g/L、370g/L、350g/L、300g/L、280g/L、250g/Lが挙げられる。好ましい下限としては100g/Lが挙げられる。嵩密度をこれら上限よりも下の値にすることにより一次粒子の分離がより確実に行われる。また、嵩密度をこれら下限よりも上の値にすることで嵩が小さく取り扱いやすくなる。   Preferred upper limits for the bulk density include 400 g / L, 370 g / L, 350 g / L, 300 g / L, 280 g / L, and 250 g / L. A preferred lower limit is 100 g / L. By setting the bulk density to a value below these upper limits, primary particles can be separated more reliably. Moreover, when the bulk density is set to a value higher than these lower limits, the bulk is small and the handling becomes easy.

本実施形態のシリカ粒子は表面に炭素を含む官能基が表面に導入されている。炭素を含む官能基の具体的な構成及びシリカ粒子表面への導入方法などについては後述する製造方法にて詳述するため、ここでの説明は省略する。   In the silica particles of this embodiment, functional groups containing carbon are introduced on the surface. Since the specific structure of the functional group containing carbon and the method of introducing it onto the surface of the silica particles will be described in detail in the production method described later, description thereof is omitted here.

(シリカ被覆金属窒化物粒子の製造方法)
本実施形態のシリカ被覆金属窒化物粒子の製造方法は、原料シリカ粒子に対して解砕工程を行い製造したシリカ粒子を金属窒化物粒子に混合してその表面に付着させた後(混合工程)、焼成することにより焼結させる(加熱焼結工程)方法である。前述の本実施形態のシリカ被覆金属窒化物粒子の製造に好適に利用できる方法である。原料シリカ粒子は一次粒子同士が結合している割合が多いが、その結合を解砕工程にて分離することが出来る。
(Method for producing silica-coated metal nitride particles)
In the method for producing silica-coated metal nitride particles according to the present embodiment, the silica particles produced by performing a crushing step on the raw silica particles are mixed with the metal nitride particles and adhered to the surface (mixing step). This is a method of sintering by baking (heat sintering process). This is a method that can be suitably used for producing the silica-coated metal nitride particles of the present embodiment described above. The raw material silica particles have a large proportion of primary particles bonded together, but the bonds can be separated in the crushing step.

混合工程はシリカ粒子と金属窒化物粒子とを混合する工程で有り特に限定しないが前述したように乾燥状態で一次粒子にまで解砕したシリカ粒子をそのまま金属窒化物粒子と混合することで被覆を行うことができる。   The mixing step is a step of mixing the silica particles and the metal nitride particles, and is not particularly limited. However, as described above, the silica particles crushed to primary particles in a dry state are mixed with the metal nitride particles as they are to cover the particles. It can be carried out.

加熱焼結工程は混合工程で得られた混合物を800℃以上1100℃以下で加熱し、金属窒化物粒子とシリカ粒子とを焼結させる工程である。加熱を行う雰囲気は特に限定しない。大気中、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス中、窒素ガス中などが挙げられる。焼結させる工程であるため、シリカ粒子及び金属窒化物粒子が溶融しない条件(概ね元の粒子の形態を保つことができる条件。溶融が進行すると粒子間が一体化して元の形態が保たれない。本明細書中における「焼結」とは一体化まではすること無く粒子間が結合している状態である)で加熱を行う。具体的には加熱温度及び加熱時間の組み合わせを適正に制御することにより溶融させずに焼結を進行させる。加熱温度の下限としては850℃、900℃が望ましい。また、加熱温度の上限としては1050℃、1000℃が望ましい。加熱時間としては適正に焼結されることができる時間であれば特に限定しない。例えば、加熱時間の下限としては1時間、2時間、3時間が例示でき、上限としては24時間、18時間、12時間、8時間、6時間、5時間、4時間が例示できる。   The heating and sintering step is a step of heating the mixture obtained in the mixing step at 800 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower to sinter the metal nitride particles and the silica particles. The atmosphere for heating is not particularly limited. Examples include the atmosphere, an inert gas such as argon and helium, and nitrogen gas. Since this is a sintering process, the silica particles and metal nitride particles are not melted (substantially maintaining the original particle morphology. When melting proceeds, the particles are integrated and the original shape is not maintained. In the present specification, “sintering” refers to a state in which particles are bonded without being integrated). Specifically, sintering is advanced without melting by appropriately controlling the combination of the heating temperature and the heating time. As a minimum of heating temperature, 850 ° C and 900 ° C are desirable. Moreover, as an upper limit of heating temperature, 1050 degreeC and 1000 degreeC are desirable. The heating time is not particularly limited as long as it can be appropriately sintered. For example, the lower limit of the heating time can be exemplified by 1 hour, 2 hours, 3 hours, and the upper limit can be exemplified by 24 hours, 18 hours, 12 hours, 8 hours, 6 hours, 5 hours, 4 hours.

解砕工程は特に方法は問わない。好ましくは凝集体の凝集を分離する程度の作用が加えられる方法が良く、凝集体を構成する一次粒子を破壊するような方法でない方が良い。例えば乾燥状態で行う粉砕に類する方法にて行うことができ、ジェットミル、ピンミル、ハンマーミルが例示できる。特に望ましくはジェットミルにて行う。工程の終期は原料シリカ粒子の嵩密度の値から判断する。適正な嵩密度後としては先述した範囲内から選択できる。ジェットミルは原料シリカ粒子を気流に乗せて粉砕を行う装置である。ジェットミルの種類は問わない。ジェットミルによる解砕は乾式にて行うことが望ましい。   The method for the crushing step is not particularly limited. Preferably, a method of adding an effect of separating the aggregates of the aggregates is preferable, and a method that does not destroy the primary particles constituting the aggregates is preferable. For example, it can be performed by a method similar to pulverization performed in a dry state, and examples thereof include a jet mill, a pin mill, and a hammer mill. It is particularly desirable to use a jet mill. The final stage of the process is judged from the value of the bulk density of the raw silica particles. After the proper bulk density, it can be selected from the range described above. The jet mill is a device that performs pulverization by placing raw material silica particles in an air stream. Any type of jet mill is acceptable. Crushing by a jet mill is desirably performed by a dry method.

原料シリカ粒子は一次粒径の体積平均粒径が200nm以下である。その他、上限としては100nm、70nm、50nmが挙げられる。原料シリカ粒子の製造方法は特に限定しない。例えば水ガラス法、アルコキシド法、VMC法が例示でき、水ガラス法を採用することが望ましい。水ガラス法は水ガラスに対して、イオン交換、化学反応による置換基の導入・脱離、pHや温度などの制御などを行うことにより原料シリカ粒子を析出させる方法である。例えば、水ガラスをイオン交換樹脂でイオン交換することによって、ナノメートルオーダーのシリカ粒子が分散された水性スラリーを調製することができる。原料シリカ粒子を構成する二次粒子の粒径は特に限定しないが、体積平均粒径が10μm以上、100μm以上などの値を示すこともある。更に、金属ケイ素をアルカリ溶液などに溶解させた後に析出させることで(水ガラス法類似の方法)、原料シリカ粒子を製造することが出来る。   The raw material silica particles have a primary particle size volume average particle size of 200 nm or less. In addition, examples of the upper limit include 100 nm, 70 nm, and 50 nm. The method for producing the raw material silica particles is not particularly limited. For example, a water glass method, an alkoxide method, and a VMC method can be exemplified, and it is desirable to employ the water glass method. The water glass method is a method of precipitating raw material silica particles by performing ion exchange, introduction / desorption of substituents by chemical reaction, control of pH, temperature, and the like on water glass. For example, an aqueous slurry in which nanometer order silica particles are dispersed can be prepared by ion exchange of water glass with an ion exchange resin. The particle diameter of the secondary particles constituting the raw silica particles is not particularly limited, but the volume average particle diameter may be 10 μm or more, 100 μm or more. Furthermore, the raw material silica particles can be produced by dissolving metal silicon in an alkali solution or the like and then depositing it (a method similar to the water glass method).

原料シリカ粒子の調製には前処理工程を適用する。前処理工程は表面処理工程と液状媒体を除去する工程(固形化工程)とをもつ。表面処理工程は水を含む液状媒体(水、水の他にアルコールなどを含むもの)中で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工程である。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もつ。シランカップリング剤とオルガノシラザンとのモル比は、(シランカップリング剤):(オルガノシラザン)=1:2〜1:10である。   A pretreatment process is applied to the preparation of the raw silica particles. The pretreatment process includes a surface treatment process and a process for removing the liquid medium (solidification process). The surface treatment step is a step of performing a surface treatment with a silane coupling agent and an organosilazane in a liquid medium containing water (water, one containing alcohol in addition to water). The silane coupling agent has three alkoxy groups and a phenyl group, vinyl group, epoxy group, methacryl group, amino group, ureido group, mercapto group, isocyanate group, or acrylic group. The molar ratio of the silane coupling agent to the organosilazane is (silane coupling agent) :( organosilazane) = 1: 2 to 1:10.

表面処理工程は、前述のシランカップリング剤で処理する第1の処理工程と、その後、オルガノシラザンで処理する第2の処理工程と、をもつ。   The surface treatment step includes a first treatment step for treating with the above-described silane coupling agent and a second treatment step for treating with organosilazane thereafter.

表面処理工程は、上述の方法にて得られたシリカ粒子に対して、式(1):−OSiXで表される官能基と、式(2):−OSiYで表される官能基とが表面に結合した原料シリカ粒子を得る工程である。以下、式(1)で表される官能基を第1の官能基と呼び、式(2)で表される官能基を第2の官能基と呼ぶ。 In the surface treatment step, the functional group represented by the formula (1): -OSiX 1 X 2 X 3 and the formula (2): -OSiY 1 Y 2 Y are applied to the silica particles obtained by the above-described method. 3 is a step of obtaining raw material silica particles in which the functional group represented by 3 is bonded to the surface. Hereinafter, the functional group represented by the formula (1) is referred to as a first functional group, and the functional group represented by the formula (2) is referred to as a second functional group.

第1の官能基におけるXは、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、又はアクリル基である。X、Xは、それぞれ、−OSiR又は−OSiYである。YはRである。Y、Yは、それぞれ、R又は−OSiRである。 X 1 in the first functional group is a phenyl group, vinyl group, epoxy group, methacryl group, amino group, ureido group, mercapto group, isocyanate group, or acrylic group. X 2 and X 3 are —OSiR 3 or —OSiY 4 Y 5 Y 6 , respectively. Y 4 is R. Y 5 and Y 6 are each R or —OSiR 3 .

第2の官能基におけるYはRである。Y、Yは、それぞれ、−OSiR又は−OSiYである。 Y 1 in the second functional group is R. Y 2 and Y 3 are each —OSiR 3 or —OSiY 4 Y 5 Y 6 .

第1の官能基および第2の官能基に含まれる−OSiRが多い程、原料シリカ粒子の表面にRを多く持つ。第1の官能基および第2の官能基に含まれるR(炭素数1〜3のアルキル基)が多い程、原料シリカ粒子は凝集し難い。 The more —OSiR 3 contained in the first functional group and the second functional group, the more R on the surface of the raw silica particles. As the R (the alkyl group having 1 to 3 carbon atoms) contained in the first functional group and the second functional group increases, the raw silica particles are less likely to aggregate.

第1の官能基に関していえば、X、Xがそれぞれ−OSiRである場合に、Rの数が最小となる。また、XおよびXがそれぞれ−OSiYであり、かつ、Y、Yがそれぞれ−OSiRである場合に、Rの数が最大となる。 Regarding the first functional group, when X 2 and X 3 are each —OSiR 3 , the number of R is minimized. Further, X 2 and X 3 is -OSiY 4 Y 5 Y 6, respectively, and, if Y 5, Y 6 is -OSiR 3 respectively, the number of R is maximized.

第2の官能基に関していえば、Y、Yがそれぞれ−OSiRである場合に、Rの数が最小となる。また、YおよびYがそれぞれ−OSiYであり、かつ、Y、Yがそれぞれ−OSiRである場合に、Rの数が最大となる。 Regarding the second functional group, when Y 2 and Y 3 are each —OSiR 3 , the number of R is minimized. Further, Y 2 and Y 3 are -OSiY 4 Y 5 Y 6, respectively, and, if Y 5, Y 6 is -OSiR 3 respectively, the number of R is maximized.

第1の官能基に含まれるXの数、第1の官能基に含まれるRの数、第2の官能基に含まれるRの数は、RとXとの存在数比や、原料シリカ粒子の粒径や用途に応じて適宜設定すれば良い。 The number of X 1 contained in the first functional group, the number of R contained in the first functional group, and the number of R contained in the second functional group are the abundance ratio of R and X 1 What is necessary is just to set suitably according to the particle size and use of a silica particle.

なお、X、X、Y、Y、Y、及びYの何れかは、隣接する官能基のX、X、Y、Y、Y、及びYの何れかと−O−にて結合しても良い。例えば、第1の官能基のX、X、Y、及びYの何れかが、この第1の官能基に隣接する第1の官能基のX、X、Y、及びYの何れかと−O−にて結合していても良い。同様に、第2の官能基のY、Y、Y、及びYの何れかが、この第2の官能基に隣接する第2の官能基のY、Y、Y、及びYの何れかと−O−にて結合していても良い。さらには、第1の官能基のX、X、Y、及びYの何れかが、この第1の官能基に隣接する第2の官能基のY、Y、Y、及びYの何れかと−O−にて結合していても良い。 Incidentally, X 2, X 3, Y 2, Y 3, Y 5, and any of Y 6, X 2 of the adjacent functionality, X 3, Y 2, Y 3, Y 5, and any Y 6 You may combine with heel -O-. For example, any one of the first functional group X 2 , X 3 , Y 5 , and Y 6 is the first functional group adjacent to the first functional group X 2 , X 3 , Y 5 , and It may be bonded to any of Y 6 by —O—. Similarly, any of Y 2 , Y 3 , Y 5 , and Y 6 of the second functional group is replaced with Y 2 , Y 3 , Y 5 , Y 2 of the second functional group adjacent to the second functional group. And Y 6 may be bonded to each other by —O—. Furthermore, any one of the first functional groups X 2 , X 3 , Y 5 , and Y 6 is the second functional group adjacent to the first functional group, Y 2 , Y 3 , Y 5 , And Y 6 may be bonded to each other by —O—.

原料シリカ粒子において、第1の官能基と第2の官能基との存在数比が1:12〜1:60であれば、原料シリカ粒子の表面にXとRとがバランス良く存在する。このため、第1の官能基と第2の官能基との存在数比が1:12〜1:60である原料シリカ粒子は、樹脂に対する親和性および凝集抑制効果に特に優れる。また、Xが原料シリカ粒子の単位表面積(nm)あたり0.5〜2.5個であれば、原料シリカ粒子の表面に充分な数の第1の官能基が結合し、第1の官能基および第2の官能基に由来するRもまた充分な数存在する。したがってこの場合にも、樹脂に対する親和性および原料シリカ粒子の凝集抑制効果が充分に発揮される。 In the raw material silica particles, the presence ratio of the first functional groups and second functional groups is 1: 12-1: if 60, the surface of the raw material silica particles and X 1 and R are present good balance. For this reason, the raw material silica particle whose abundance ratio of the first functional group and the second functional group is 1:12 to 1:60 is particularly excellent in the affinity for the resin and the aggregation suppressing effect. Further, if X 1 is 0.5 to 2.5 per unit surface area (nm 2 ) of the raw silica particles, a sufficient number of first functional groups are bonded to the surface of the raw silica particles, and the first There are also a sufficient number of Rs derived from the functional group and the second functional group. Therefore, also in this case, the affinity for the resin and the aggregation suppressing effect of the raw silica particles are sufficiently exhibited.

何れの場合にも、原料シリカ粒子の単位表面積(nm)あたりのRは、1個〜10個であるのが好ましい。この場合には、原料シリカ粒子の表面に存在するXの数とRの数とのバランスが良くなり、樹脂に対する親和性および原料シリカ粒子の凝集抑制効果との両方がバランス良く発揮される。 In any case, R per unit surface area (nm 2 ) of the raw silica particles is preferably 1 to 10. In this case, the balance between the number of X 1 present on the surface of the raw silica particles and the number of R is improved, and both the affinity for the resin and the aggregation suppressing effect of the raw silica particles are exhibited in a well-balanced manner.

原料シリカ粒子においては、シリカ粒子の表面に存在していた水酸基の全部が第1の官能基または第2の官能基で置換されているのが好ましい。第1の官能基と第2の官能基との和が、原料シリカ粒子の単位表面積(nm)あたり2.0個以上であれば、原料シリカ粒子において、シリカ粒子の表面に存在していた水酸基のほぼ全部が第1の官能基または第2の官能基で置換されているといえる。 In the raw material silica particles, it is preferable that all of the hydroxyl groups present on the surface of the silica particles are substituted with the first functional group or the second functional group. If the sum of the first functional group and the second functional group is 2.0 or more per unit surface area (nm 2 ) of the raw silica particles, the raw silica particles were present on the surface of the silica particles. It can be said that almost all of the hydroxyl groups are substituted with the first functional group or the second functional group.

原料シリカ粒子は、表面にRを持つ。これは、赤外線吸収スペクトルによって確認できる。詳しくは、原料シリカ粒子の赤外線吸収スペクトルを固体拡散反射法で測定すると、2962±2cm−1にC−H伸縮振動の極大吸収がある。 The raw silica particles have R on the surface. This can be confirmed by an infrared absorption spectrum. Specifically, when the infrared absorption spectrum of the raw silica particles is measured by the solid diffuse reflection method, there is a maximum absorption of C—H stretching vibration at 2962 ± 2 cm −1 .

また、上述したように原料シリカ粒子は凝集し難い。   Further, as described above, the raw material silica particles hardly aggregate.

なお、原料シリカ粒子は、例え僅かに凝集した場合にも、超音波処理することによって再度分散可能である。詳しくは、原料シリカ粒子をメチルエチルケトンに分散させたものに、発振周波数39kHz、出力500Wの超音波を照射することで、原料シリカ粒子を実質的に一次粒子にまで分散できる。このときの超音波照射時間は10分間以下で良い。原料シリカ粒子が一次粒子にまで分散したか否かは、粒度分布を測定することで確認できる。詳しくは、この原料シリカ粒子のメチルエチルケトン分散材料をマイクロトラック装置等の粒度分布測定装置で測定し、原料シリカ粒子の粒度分布があれば、原料シリカ粒子が一次粒子にまで分散したといえる。   Note that the raw silica particles can be dispersed again by ultrasonic treatment even if they are slightly agglomerated. Specifically, the raw silica particles can be substantially dispersed to primary particles by irradiating the raw silica particles dispersed in methyl ethyl ketone with ultrasonic waves having an oscillation frequency of 39 kHz and an output of 500 W. The ultrasonic irradiation time at this time may be 10 minutes or less. Whether or not the raw material silica particles are dispersed to the primary particles can be confirmed by measuring the particle size distribution. Specifically, when the methyl ethyl ketone dispersion material of the raw material silica particles is measured with a particle size distribution measuring device such as a microtrack device, and there is a particle size distribution of the raw material silica particles, it can be said that the raw material silica particles are dispersed to primary particles.

原料シリカ粒子は、凝集し難いため、水やアルコール等の液状媒体に分散されていない原料シリカ粒子として提供できる。この場合、液状媒体の持ち込みがないために、樹脂材料用のフィラーとして好ましく用いられる。   Since the raw silica particles hardly aggregate, they can be provided as raw silica particles that are not dispersed in a liquid medium such as water or alcohol. In this case, since no liquid medium is brought in, it is preferably used as a filler for a resin material.

また、原料シリカ粒子は凝集し難いために、水で容易に洗浄できる。   Further, since the raw silica particles are difficult to aggregate, they can be easily washed with water.

原料シリカ粒子は、水を含む液状媒体中で、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シリカ粒子を表面処理する工程(表面処理工程)にて処理される。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(すなわち上記のX)とを持つ。 The raw material silica particles are treated in a step of treating the silica particles with a silane coupling agent and an organosilazane (surface treatment step) in a liquid medium containing water. The silane coupling agent has three alkoxy groups and a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group (that is, X 1 described above).

シランカップリング剤で表面処理することで、シリカ粒子の表面に存在する水酸基がシランカップリング剤に由来する官能基で置換される。シランカップリング剤に由来する官能基は式(3):−OSiXで表される。式(3)で表される官能基を第3の官能基と呼ぶ。第3の官能基におけるXは式(1)で表される官能基におけるXと同じである。X、Xは、それぞれ、アルキコキシ基である。オルガノシラザンで表面処理することで、第3の官能基のX、Xがオルガノシラザンに由来する−OSiY(式(2)で表される官能基、第2の官能基)で置換される。シリカ粒子の表面に存在する水酸基の全てが第3の官能基で置換されていない場合には、シリカ粒子の表面に残存する水酸基が第2の官能基で置換される。このため、表面処理された原料シリカ粒子の表面には、式(1):−OSiXで表される官能基(すなわち第1の官能基)と、式(2):−OSiYで表される官能基と(すなわち第2の官能基)が結合する。なお、シランカップリング剤とオルガノシラザンとのモル比は、シランカップリング剤:オルガノシラザン=1:2〜1:10であるため、得られた原料シリカ粒子における第1の官能基と第2の官能基との存在数比は理論上1:12〜1:60となる。 By performing the surface treatment with the silane coupling agent, the hydroxyl group present on the surface of the silica particles is substituted with a functional group derived from the silane coupling agent. The functional group derived from the silane coupling agent is represented by the formula (3): —OSiX 1 X 4 X 5 . The functional group represented by the formula (3) is referred to as a third functional group. X 1 in the third functional group is the same as X 1 in the functional group represented by the formula (1). X 4 and X 5 are each an alkoxy group. By surface-treating with organosilazane, the third functional group X 4 and X 5 are derived from organosilazane —OSiY 1 Y 2 Y 3 (the functional group represented by the formula (2), the second functional group ). When all of the hydroxyl groups present on the surface of the silica particles are not substituted with the third functional group, the hydroxyl groups remaining on the surface of the silica particles are substituted with the second functional group. For this reason, on the surface of the surface-treated raw material silica particles, a functional group represented by the formula (1): -OSiX 1 X 2 X 3 (that is, the first functional group) and a formula (2): -OSiY The functional group represented by 1 Y 2 Y 3 is bonded to the functional group (that is, the second functional group). In addition, since the molar ratio of the silane coupling agent and the organosilazane is silane coupling agent: organosilazane = 1: 2 to 1:10, the first functional group and the second functional group in the obtained raw material silica particles are used. The abundance ratio with the functional group is theoretically from 1:12 to 1:60.

表面処理工程においては、シリカ粒子をシランカップリング剤及びオルガノシラザンで同時に表面処理しても良い。または、先ずシリカ粒子をシランカップリング剤で表面処理し、次いでオルガノシラザンで表面処理しても良い。または、先ずシリカ粒子をオルガノシラザンで表面処理し、次いでシランカップリング剤で表面処理し、さらにその後にオルガノシラザンで表面処理しても良い。何れの場合にも、シリカ粒子の表面に存在する水酸基全てが第2の官能基で置換されないように、オルガノシラザンの量を調整すれば良い。なお、シリカ粒子の表面に存在する水酸基は、全てが第3の官能基で置換されても良いし、一部のみが第3の官能基で置換され、他の部分が第2の官能基で置換されても良い。第3の官能基に含まれるX、Xは、全て第2の官能基で置換されるのが良い。 In the surface treatment step, the silica particles may be simultaneously surface treated with a silane coupling agent and an organosilazane. Alternatively, the silica particles may first be surface treated with a silane coupling agent and then surface treated with organosilazane. Alternatively, the silica particles may be first surface treated with organosilazane, then surface treated with a silane coupling agent, and then surface treated with organosilazane. In any case, the amount of organosilazane may be adjusted so that all the hydroxyl groups present on the surface of the silica particles are not substituted with the second functional group. The hydroxyl groups present on the surface of the silica particles may all be substituted with the third functional group, or only a part may be substituted with the third functional group, and the other part may be substituted with the second functional group. It may be replaced. All of X 4 and X 5 contained in the third functional group may be substituted with the second functional group.

なお、オルガノシラザンの一部を、第2のシランカップリング剤で置き換えても良い。第2のシランカップリング剤としては、3つのアルコキシ基と、1つのアルキル基とを持つものを用いることができる。この場合には、第3の官能基に含まれるX、Xが、第2のシランカップリング剤に由来する第4の官能基で置換される。第4の官能基は式(4):−OSiYで表される。Yは第2の官能基におけるYと同じRであり、X、Xはそれぞれアルコキシ基または水酸基である。第4の官能基に含まれるX、Xは、オルガノシラザンに由来する第2の官能基で置換されるか、または、別の第4の官能基で置換される。この場合には、原料シリカ粒子の表面に存在するRの量をさらに多くする事ができる。なお、オルガノシラザンの一部を、第2のシランカップリング剤に置き換える場合、第2のシランカップリング剤で表面処理した後に、再度オルガノシラザンで表面処理する必要がある。第4の官能基に含まれるX、Xを、最終的にはオルガノシラザンに由来する第2の官能基で置換するためである。 A part of organosilazane may be replaced with the second silane coupling agent. As the second silane coupling agent, one having three alkoxy groups and one alkyl group can be used. In this case, X 4 and X 5 contained in the third functional group are substituted with the fourth functional group derived from the second silane coupling agent. The fourth functional group is represented by formula (4): —OSiY 1 X 6 X 7 . Y 1 is the same R as Y 1 in the second functional group, X 6, X 7 is an alkoxy group or a hydroxyl group, respectively. X 6 and X 7 contained in the fourth functional group are substituted with the second functional group derived from organosilazane, or are substituted with another fourth functional group. In this case, the amount of R present on the surface of the raw silica particles can be further increased. When a part of the organosilazane is replaced with the second silane coupling agent, it is necessary to surface-treat with the organosilazane again after the surface treatment with the second silane coupling agent. This is because X 6 and X 7 contained in the fourth functional group are finally substituted with the second functional group derived from organosilazane.

オルガノシラザンの一部を第2のシランカップリング剤で置き換える場合、上述した第1の官能基に含まれるX、Xは、オルガノシラザンに由来する第2の官能基で置換されるか、第2のシランカップリング剤に由来する第4の官能基で置換される。X、Xが第4の官能基で置換された場合、第4の官能基に含まれるX、Xは、第2の官能基で置換されるか、別の第4の官能基によって置換される。第4の官能基に含まれるX、Xが別の第4の官能基によって置換された場合、第4の官能基に含まれるX、Xは、第2の官能基で置換される。このため第2のシランカップリング剤は、第1のカップリング剤及びオルガノシラザンのみで表面処理する場合(オルガノシラザンを第2のシランカップリング剤で置き換えなかった場合)に設定されるオルガノシラザンの量(a)molに対して、最大限5a/3mol置き換えることができる。この場合に必要になるオルガノシラザンの量は、8a/3molである。 When a part of the organosilazane is replaced with the second silane coupling agent, X 4 and X 5 contained in the first functional group described above are substituted with the second functional group derived from the organosilazane, Substitution with a fourth functional group derived from the second silane coupling agent. When X 4 and X 5 are substituted with the fourth functional group, X 6 and X 7 contained in the fourth functional group are substituted with the second functional group or another fourth functional group. Is replaced by If X 6, X 7 contained in the fourth functional group has been replaced by another fourth functional group, X 6, X 7 contained in the fourth functional groups is substituted with the second functional group The For this reason, the second silane coupling agent is an organosilazane set when the surface treatment is performed only with the first coupling agent and the organosilazane (when the organosilazane is not replaced with the second silane coupling agent). A maximum of 5a / 3 mol can be substituted for the amount (a) mol. The amount of organosilazane required in this case is 8a / 3 mol.

シランカップリング剤および第2のシランカップリング剤のアルコキシ基は特に限定しないが、比較的炭素数の小さなものが好ましく、炭素数1〜12であることが好ましい。アルコキシ基の加水分解性を考慮すると、アルコキシ基はメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基の何れかであることがより好ましい。   The alkoxy groups of the silane coupling agent and the second silane coupling agent are not particularly limited, but those having a relatively small carbon number are preferred, and those having 1 to 12 carbon atoms are preferred. Considering the hydrolyzability of the alkoxy group, the alkoxy group is more preferably any one of a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group.

シランカップリング剤として、具体的には、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシランが挙げられる。   Specific examples of silane coupling agents include phenyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane. 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, N-phenyl-3 -Aminopropyltrimethoxysilane.

オルガノシラザンとしては、シリカ粒子の表面に存在する水酸基およびシランカップリング剤に由来するアルコキシ基を、上述した第2の官能基で置換できるものであれば良いが、分子量の小さなものを用いるのが好ましい。具体的には、テトラメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン、ペンタメチルジシラザン等が挙げられる。   Any organosilazane may be used as long as it can replace the hydroxyl group present on the surface of the silica particles and the alkoxy group derived from the silane coupling agent with the second functional group described above. preferable. Specific examples include tetramethyldisilazane, hexamethyldisilazane, pentamethyldisilazane, and the like.

第2のシランカップリング剤としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン等が挙げられる。   Examples of the second silane coupling agent include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, and hexyltriethoxysilane.

なお、表面処理工程において、シランカップリング剤の重合や第2のシランカップリング剤の重合を抑制するため、重合禁止剤を加えても良い。重合禁止剤としては、3,5−ジブチル−4−ヒドロキシトルエン(BHT)、p−メトキシフェノール(メトキノン)等の一般的なものを用いることができる。   In the surface treatment step, a polymerization inhibitor may be added in order to suppress polymerization of the silane coupling agent or polymerization of the second silane coupling agent. As the polymerization inhibitor, common ones such as 3,5-dibutyl-4-hydroxytoluene (BHT) and p-methoxyphenol (methoquinone) can be used.

原料シリカ粒子は、表面処理工程後に固形化工程を備えても良い。固形化工程は、表面処理後の原料シリカ粒子を鉱酸で沈殿させ、沈殿物を水で洗浄・乾燥して、原料シリカ粒子の固形物を得る工程である。上述したように、一般的なシリカ粒子は非常に凝集し易いため、一旦固形化したシリカ粒子を再度分散するのは非常に困難である。しかし、原料シリカ粒子は凝集し難いため、固形化しても凝集し難く、また、例え凝集しても再分散し易い。なお、洗浄工程においては、原料シリカ粒子の抽出水(詳しくは、シリカ粒子を121℃で24時間浸漬した水)の電気伝導度が50μS/cm以下となるまで、洗浄を繰り返すのが好ましい。   The raw silica particles may be provided with a solidification step after the surface treatment step. The solidification step is a step in which the raw material silica particles after the surface treatment are precipitated with a mineral acid, and the precipitate is washed with water and dried to obtain a solid material of the raw material silica particles. As described above, since general silica particles are very likely to aggregate, it is very difficult to disperse once solidified silica particles. However, since the raw silica particles are difficult to agglomerate, they are difficult to agglomerate even if solidified, and are easily redispersed even if agglomerated. In the washing step, washing is preferably repeated until the electrical conductivity of the extraction water of the raw silica particles (specifically, the water in which the silica particles are immersed at 121 ° C. for 24 hours) is 50 μS / cm or less.

固形化工程で用いる鉱酸としては塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などが例示でき、特に塩酸が望ましい。鉱酸はそのまま用いても良いが、鉱酸水溶液として用いるのが好ましい。鉱酸水溶液における鉱酸の濃度は0.1質量%以上が望ましく、0.5質量%以上が更に望ましい。鉱酸水溶液の量は、洗浄対象である原料シリカ粒子の質量を基準として6〜12倍程度にすることができる。   Examples of the mineral acid used in the solidification step include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid, and hydrochloric acid is particularly desirable. The mineral acid may be used as it is, but is preferably used as a mineral acid aqueous solution. The concentration of the mineral acid in the aqueous mineral acid solution is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more. The amount of the mineral acid aqueous solution can be about 6 to 12 times based on the mass of the raw silica particles to be cleaned.

鉱酸水溶液による洗浄は複数回数行うことも可能である。鉱酸水溶液による洗浄は原料シリカ粒子を鉱酸水溶液に浸漬後、撹拌することが望ましい。また、浸漬した状態で1時間から24時間、更には72時間程度放置することができる。放置する際には撹拌を継続することもできるし、撹拌しないこともできる。鉱酸含有液中にて洗浄する際には常温以上に加熱することもできる。   The cleaning with the mineral acid aqueous solution can be performed a plurality of times. The washing with the mineral acid aqueous solution is preferably performed after the raw silica particles are immersed in the mineral acid aqueous solution and then stirred. Further, it can be left in the immersed state for 1 to 24 hours, and further for about 72 hours. When it is allowed to stand, stirring can be continued or not stirred. When washing in the mineral acid-containing liquid, it can be heated to room temperature or higher.

その後、洗浄して懸濁させた原料シリカ粒子をろ取した後、水にて洗浄する。使用する水はアルカリ金属などのイオンを含まない(例えば質量基準で1ppm以下)ことが望ましい。例えば、イオン交換水、蒸留水、純水などである。水による洗浄は鉱酸水溶液による洗浄と同じく、原料シリカ粒子を分散、懸濁させた後、ろ過することもできるし、ろ取した原料シリカ粒子に対して水を継続的に通過させることによっても可能である。水による洗浄の終了時期は、上述した抽出水の電気伝導度で判断しても良いし、原料シリカ粒子を洗浄した後の排水中のアルカリ金属濃度が1ppm以下になった時点としても良いし、抽出水のアルカリ金属濃度が5ppm以下になった時点としても良い。なお、水で洗浄する際には常温以上に加熱することもできる。   Thereafter, the raw silica particles washed and suspended are collected by filtration and then washed with water. It is desirable that the water used does not contain ions such as alkali metals (for example, 1 ppm or less on a mass basis). For example, ion exchange water, distilled water, pure water and the like. Washing with water is the same as washing with an aqueous mineral acid solution, after the raw silica particles are dispersed and suspended, they can be filtered, or by continuously passing water through the filtered raw silica particles. Is possible. The end of washing with water may be determined by the electrical conductivity of the extracted water described above, or may be the time when the alkali metal concentration in the waste water after washing the raw silica particles becomes 1 ppm or less, It is good also as the time of the alkali metal concentration of extraction water becoming 5 ppm or less. When washing with water, it can be heated to a room temperature or higher.

原料シリカ粒子の乾燥は、常法により行うことができる。例えば、加熱や、減圧(真空)下に放置する等である。   Drying of the raw silica particles can be performed by a conventional method. For example, heating or leaving under reduced pressure (vacuum).

本発明のシリカ被覆金属窒化物粒子及びその製造方法について実施例に基づき説明を行う。なお、本実施例では粒径について言及するときには特に一次粒子の粒径であるとの記載が無い場合には二次粒子の粒径について記載する。   The silica-coated metal nitride particles of the present invention and the production method thereof will be described based on examples. In this example, when mentioning the particle size, the particle size of the secondary particles is described unless there is a description that the particle size of the primary particles.

・試験試料の調製
・試験例A1〜A6:金属窒化物として窒化アルミニウムを採用
(試験例A−1)
金属窒化物粒子としての窒化アルミニウム粉(体積平均粒径(D50)1.9μm、(D90)3.2μm、比表面積2.6m/g、比表面積は窒素を用いたBET法にて測定した。)1kgと、シリカ粒子(アドマテックス製;ナノシリカ;体積平均粒径10nm)を50g(金属窒化物粒子の表面積1mあたり16mg(1層分))とを回転式混合器を用いて混合した(混合工程)。本試験においてrは1.2であった。この混合物を大気中にて室温から毎分20℃で昇温し、900℃に到達した後1時間900℃で加熱して焼結させた(加熱焼結工程)。得られた粉体を本試験例のシリカ被覆金属窒化物粒子とした。
焼結後、一部が凝集しているため、粉砕操作(ジェットミルなど)にて解砕した結果、単独の粒子(シリカ被覆金属窒化物粒子)にまで容易に分離できた。
-Preparation of test sample-Test examples A1 to A6: Adopting aluminum nitride as metal nitride (Test example A-1)
Aluminum nitride powder as metal nitride particles (volume average particle diameter (D50) 1.9 μm, (D90) 3.2 μm, specific surface area 2.6 m 2 / g, specific surface area was measured by BET method using nitrogen) .) 1 kg and 50 g of silica particles (manufactured by Admatechs; nanosilica; volume average particle size 10 nm) (16 mg per 1 m 2 of surface area of metal nitride particles (for one layer)) were mixed using a rotary mixer. (Mixing process). In this test, r was 1.2. This mixture was heated from room temperature at 20 ° C. per minute in the atmosphere, and after reaching 900 ° C., it was heated and sintered at 900 ° C. for 1 hour (heating and sintering step). The obtained powder was used as silica-coated metal nitride particles of this test example.
Since some of the particles are aggregated after sintering, the particles were easily pulverized by a pulverization operation (jet mill, etc.), and could be easily separated into single particles (silica-coated metal nitride particles).

(試験例A−2)
混合物に対する焼結温度(加熱焼結工程における焼結温度)を1000℃にした以外は試験例A−1と同様の工程にて本試験例のシリカ被覆金属窒化物粒子を製造した。得られた試験試料についてSEMにて観察した(図1)。
(Test Example A-2)
The silica-coated metal nitride particles of this test example were produced in the same process as in Test Example A-1, except that the sintering temperature for the mixture (sintering temperature in the heating and sintering process) was 1000 ° C. The obtained test sample was observed by SEM (FIG. 1).

(試験例A−3)
混合物に対する焼結温度(加熱焼結工程における焼結温度)を1200℃にした以外は試験例A−1と同様の工程にて本試験例のシリカ被覆金属窒化物粒子を製造した。得られた試験試料についてSEMにて観察した(図2)。
(Test Example A-3)
The silica-coated metal nitride particles of this test example were produced in the same process as in Test Example A-1, except that the sintering temperature for the mixture (sintering temperature in the heat sintering process) was 1200 ° C. The obtained test sample was observed by SEM (FIG. 2).

(試験例A−4)
シリカ粒子を添加しない以外は試験例A−2と同様の工程にて本試験例の金属窒化物粒子を製造した。得られた試験試料についてSEMにて観察した(図3)。
(Test Example A-4)
The metal nitride particles of this test example were produced in the same process as test example A-2 except that the silica particles were not added. The obtained test sample was observed by SEM (FIG. 3).

(試験例A−5)
試験例A−1で用いた金属窒化物粉そのものを本試験例の金属窒化物粒子とした。
(Test Example A-5)
The metal nitride powder itself used in Test Example A-1 was used as the metal nitride particles of this test example.

(試験例A−6)
試験例A−1における加熱焼結工程に供した混合物をそのまま本試験例のシリカ被覆金属窒化物粒子とした。
(Test Example A-6)
The mixture subjected to the heating and sintering step in Test Example A-1 was directly used as silica-coated metal nitride particles in this Test Example.

・試験例A7〜A9:金属窒化物として窒化ケイ素を採用
(試験例A−7)
金属窒化物粒子としての窒化アルミニウム粉に代えて、窒化ケイ素粉(体積平均粒径(D50)3.2μm、(D90)6.8μm、比表面積2.0m/g)を用いた以外は試験例A−2と同様の工程にて本試験例のシリカ被覆金属窒化物粒子を製造した。シリカ粒子の添加量はrの値が同じになるように比表面積に応じて変化させた。
Test Examples A7 to A9: Silicon nitride is used as the metal nitride (Test Example A-7)
Test except that silicon nitride powder (volume average particle diameter (D50) 3.2 μm, (D90) 6.8 μm, specific surface area 2.0 m 2 / g) was used in place of aluminum nitride powder as metal nitride particles. Silica-coated metal nitride particles of this test example were produced in the same process as in Example A-2. The amount of silica particles added was varied according to the specific surface area so that the value of r would be the same.

(試験例A−8)
混合物に対する焼結温度(加熱焼結工程における焼結温度)を1200℃にした以外は試験例A−7と同様の工程にて本試験例のシリカ被覆金属窒化物粒子を製造した。
(Test Example A-8)
The silica-coated metal nitride particles of this test example were produced in the same process as test example A-7, except that the sintering temperature for the mixture (sintering temperature in the heat sintering process) was 1200 ° C.

(試験例A−9)
試験例A−7で用いた金属窒化物粉そのものを本試験例の金属窒化物粒子とした。
(Test Example A-9)
The metal nitride powder itself used in Test Example A-7 was used as the metal nitride particles of this test example.

・試験例A10〜A12:金属窒化物として試験例A−1〜A−6で採用したものよりも粒径が大きな窒化アルミニウムを採用
(試験例A−10)
金属窒化物粒子としての窒化アルミニウム粉(体積平均粒径(D50)11.7μm、(D90)24.3μm、比表面積4.8m/g)を用いた以外は試験例A−1と同様の工程にて本試験例のシリカ被覆金属窒化物粒子を製造した。シリカ粒子の添加量はrの値が同じになるように比表面積に応じて変化させた。
Test examples A10 to A12: As the metal nitride, aluminum nitride having a particle size larger than that used in Test Examples A-1 to A-6 is used (Test Example A-10).
Similar to Test Example A-1, except that aluminum nitride powder (volume average particle diameter (D50) 11.7 μm, (D90) 24.3 μm, specific surface area 4.8 m 2 / g) as metal nitride particles was used. The silica-coated metal nitride particles of this test example were produced in the process. The amount of silica particles added was varied according to the specific surface area so that the value of r would be the same.

(試験例A−11)
混合物に対する焼結温度(加熱焼結工程における焼結温度)を1000℃にした以外は試験例A−10と同様の工程にて本試験例のシリカ被覆金属窒化物粒子を製造した。
(Test Example A-11)
The silica-coated metal nitride particles of this test example were produced in the same process as in Test Example A-10 except that the sintering temperature for the mixture (sintering temperature in the heat sintering process) was 1000 ° C.

(試験例A−12)
試験例A−10で用いた金属窒化物粉そのものを本試験例の金属窒化物粒子とした。
(Test Example A-12)
The metal nitride powder itself used in Test Example A-10 was used as the metal nitride particles of this test example.

・耐水性試験
各試験例の試験試料についてプレッシャークッカー抽出水の電気伝導度(EC)とpHとを測定した。プレッシャークッカー抽出水は試験試料3.5gを純水35mL中に浸漬し加圧しながら(約2atm)、121℃で24時間加熱することで行った。結果を表1に示す。表1において「焼結条件」での温度及び時間は「焼結温度」及び「その温度に達してからの焼結時間」を示す。試験例A−4についてはプレッシャークッカー抽出水の評価は行っていないが、後述するような通常の抽出水の評価を行った。
-Water resistance test The electrical conductivity (EC) and pH of the pressure cooker extraction water were measured about the test sample of each test example. The pressure cooker extraction water was obtained by immersing 3.5 g of a test sample in 35 mL of pure water and heating it at 121 ° C. for 24 hours while applying pressure (about 2 atm). The results are shown in Table 1. In Table 1, the temperature and time under “sintering conditions” indicate “sintering temperature” and “sintering time after reaching that temperature”. Test Example A-4 was not evaluated for pressure cooker extracted water, but was evaluated for normal extracted water as described below.

表より明らかなように、試験例A−1〜A7を検討すると、900℃、1000℃で焼結を行った試験例A−1及びA−2においてはいずれも金属窒化物の粉のみである試験例A−5や、シリカ粒子を添加しただけで焼結を行っていない試験例A−6と比べて電気伝導度が小さくなり耐水性が向上したことが分かった。ここで、ECの値は金属窒化物が溶出する程度に応じて高くなる値である。焼結温度を1200℃にした試験例A−3ではECの値が大きくなることが分かった。シリカ粒子の付着状態を評価すると、シリカ粒子を添加していない試験例A−5の結果(図3)と比較して試験例A−2(図1)ではシリカ粒子の形状がそのまま観察できるが試験例A−3(図2)では一部溶解しているようにも見えた。つまり、溶解が進行するような高温では充分な耐水性が発現できないことが示唆された。   As is apparent from the table, when the test examples A-1 to A7 are examined, in the test examples A-1 and A-2 which are sintered at 900 ° C. and 1000 ° C., both are only metal nitride powders. It was found that the electrical conductivity was decreased and the water resistance was improved as compared with Test Example A-5 and Test Example A-6 in which the silica particles were added and sintering was not performed. Here, the value of EC is a value that increases according to the degree to which the metal nitride is eluted. In Test Example A-3 in which the sintering temperature was 1200 ° C., it was found that the EC value increased. When the adhesion state of the silica particles is evaluated, the shape of the silica particles can be observed as it is in Test Example A-2 (FIG. 1) as compared with the result of Test Example A-5 (FIG. 3) in which no silica particles are added. In Test Example A-3 (FIG. 2), it seemed to be partially dissolved. That is, it was suggested that sufficient water resistance cannot be exhibited at a high temperature at which dissolution proceeds.

次に、金属窒化物粉を単独で加熱(1000℃、1時間)した試験例A−4については抽出水(純水35mLに3.5g添加して、30分間振とう後、14000r.p.m.で30分間遠心分離する)のECが59.1μS/cmであり、金属窒化物粉そのままである試験例A−5におけるECの値である24.6μS/cmよりも高い値を示した。従って、シリカ粒子は添加しただけでは耐水性向上の効果は充分で無く、添加して表面を被覆した状態で焼結することで耐水性の向上が発揮できることが明らかになった。   Next, for Test Example A-4 in which the metal nitride powder was heated alone (1000 ° C., 1 hour), 3.5 g of extracted water (added to 35 mL of pure water, shaken for 30 minutes, and then 30 minutes at 14000 rpm) The EC of 5 minutes of centrifugal separation was 59.1 μS / cm, which was higher than the EC value of 24.6 μS / cm in Test Example A-5 where the metal nitride powder remained as it was. Accordingly, it has been clarified that the addition of silica particles does not provide an effect of improving the water resistance, and that the addition of the silica particles and sintering the coated surface can improve the water resistance.

窒化ケイ素を採用した試験例A−7〜A−9についても焼結温度が1000℃である試験例A−7では充分な耐水性が得られ、焼結温度が1200℃である試験例A−8では充分な耐水性が得られなかったことから焼結条件として1200℃を選択した場合の充分で無い耐水性向上効果の原因は金属窒化物の種類ではなくシリカ粒子に固有のものであることが示唆された。従って、金属窒化物として窒化アルミニウム、窒化ケイ素以外を採用した場合であっても表面を被覆するシリカ粒子を採用した場合には1200℃未満で加熱することにより耐水性が獲得できることが充分に示唆された。   For Test Examples A-7 to A-9 employing silicon nitride, Test Example A-7 in which the sintering temperature is 1000 ° C. provides sufficient water resistance, and Test Example A- in which the sintering temperature is 1200 ° C. Since sufficient water resistance was not obtained with No. 8, the cause of the insufficient water resistance improvement effect when 1200 ° C. was selected as the sintering condition was not specific to the type of metal nitride but specific to the silica particles. Was suggested. Therefore, even when aluminum nitride other than silicon nitride or silicon nitride is used as the metal nitride, it is sufficiently suggested that water resistance can be obtained by heating at less than 1200 ° C. when silica particles covering the surface are used. It was.

試験例A−1〜A−6と比べて体積平均粒径が大きい窒化アルミニウムを採用した試験例A−10〜A−12についても焼結温度が1000℃である試験例A−10では充分な耐水性が得られ、焼結温度が1200℃である試験例A−11では充分な耐水性が得られなかったことからも焼結条件として1200℃を選択した場合の充分で無い耐水性向上効果の原因は金属窒化物の粒径ではなくシリカ粒子に固有のものであることが示唆された。従って、金属窒化物の粒径を変化させた場合であっても表面を被覆するシリカ粒子を採用した場合には1200℃未満で加熱することにより耐水性が獲得できることが充分に示唆された。   Test examples A-10 to A-12 employing aluminum nitride having a larger volume average particle size than Test Examples A-1 to A-6 are sufficient for Test Example A-10 having a sintering temperature of 1000 ° C. Water resistance is obtained, and in Test Example A-11 where the sintering temperature is 1200 ° C., sufficient water resistance was not obtained, so that insufficient water resistance improvement effect when 1200 ° C. was selected as the sintering condition It was suggested that the cause of this is not the particle size of the metal nitride but unique to the silica particles. Therefore, even when the particle size of the metal nitride was changed, it was sufficiently suggested that when silica particles covering the surface were employed, water resistance could be obtained by heating at less than 1200 ° C.

<シリカ粒子(表面処理を行ったもの)の製造>
〔試験例1〕
(原料シリカ粒子の製造)
シリカ粒子を水系媒質としての水に分散させた水系スラリーとしてのコロイドシリカスノーテックスOS(シリカ分20%:日産化学製:一次粒子の粒径が10nm)100質量部に対して前処理工程(表面処理工程及び乾燥工程)を行った。
<Manufacture of silica particles (surface-treated)>
[Test Example 1]
(Manufacture of raw silica particles)
Colloidal silica snowtex OS as an aqueous slurry in which silica particles are dispersed in water as an aqueous medium (silica content 20%: manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd .: primary particle size is 10 nm) for 100 parts by mass (surface treatment) Treatment step and drying step).

(表面処理工程)
(1)準備工程
水系スラリー100質量部にイソプロパノール40質量部を加え、室温(約25℃)で混合することで、シリカ粒子が液状媒体に分散されてなる分散液を得た。
(2)第1工程
この分散液にフェニルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、KBM103)1.82質量部を加え40℃で72時間混合した。この工程により、シリカ粒子の表面に存在する水酸基をシランカップリング剤で表面処理した。なお、このときフェニルトリメトキシシランは必要な量の水酸基(一部)が表面処理されず残存するように計算して加えた。
(3)第2工程
次いで、この混合物にヘキサメチルジシラザン3.71質量部を加え、40℃で72時間放置した。この工程によって、シリカ粒子が表面処理され、シリカ粒子材料が得られた。表面処理の進行に伴い、疎水性になったシリカ粒子が水及びイソプロパノールの中に安定に存在できなくなり、凝集・沈殿した。なお、フェニルトリメトキシシランとメキサメチルジシラザンとのモル比は2:5であった。
(Surface treatment process)
(1) Preparatory process 40 mass parts of isopropanol was added to 100 mass parts of aqueous slurry, and the dispersion liquid by which a silica particle was disperse | distributed to the liquid medium was obtained by mixing at room temperature (about 25 degreeC).
(2) First Step 1.82 parts by mass of phenyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KBM103) was added to this dispersion and mixed at 40 ° C. for 72 hours. By this step, the hydroxyl group present on the surface of the silica particles was surface treated with a silane coupling agent. At this time, phenyltrimethoxysilane was calculated and added so that a necessary amount of hydroxyl groups (partially) remained without being surface-treated.
(3) Second Step Next, 3.71 parts by mass of hexamethyldisilazane was added to this mixture and left at 40 ° C. for 72 hours. Through this step, the silica particles were surface-treated to obtain a silica particle material. As the surface treatment progressed, the silica particles that became hydrophobic could no longer exist stably in water and isopropanol, and agglomerated and precipitated. The molar ratio of phenyltrimethoxysilane to mexamethyldisilazane was 2: 5.

(固形化工程)
表面処理工程で得られた混合物に35%塩酸水溶液を4.8質量部加え、シリカ粒子材料を沈殿させた。沈殿物をろ紙(アドバンテック社製 5A)で濾過した。濾過残渣(固形分)を純水で洗浄した後に100℃で真空乾燥して、シリカ粒子材料の固形物(原料シリカ粒子)を得た。
得られたシリカ粒子はD10が8.8μm、D50が124.5μm、D90が451.9μmであった。
(Solidification process)
4.8 parts by mass of 35% aqueous hydrochloric acid solution was added to the mixture obtained in the surface treatment step to precipitate the silica particle material. The precipitate was filtered with a filter paper (5A manufactured by Advantech). The filtration residue (solid content) was washed with pure water and then vacuum-dried at 100 ° C. to obtain a silica particle material solid material (raw material silica particles).
The obtained silica particles had D10 of 8.8 μm, D50 of 124.5 μm, and D90 of 451.9 μm.

(解砕工程)
得られた原料シリカ粒子に対して解砕工程を行い、本試験例のシリカ粒子を得た。解砕工程はジェットミル((株)セイシン企業製、型番STJ−200)を用い、解砕圧0.3MPa、供給量10kg/hの条件で実施した。得られたシリカ粒子は嵩密度が251.7g/L、D10が0.8μm、D50が1.8μm、D90が4.0μm、一次粒子の体積平均粒径が10nmであった。
(Crushing process)
A crushing step was performed on the obtained raw material silica particles to obtain silica particles of this test example. The crushing step was carried out under the conditions of a crushing pressure of 0.3 MPa and a supply rate of 10 kg / h using a jet mill (manufactured by Seishin Enterprises, model number STJ-200). The obtained silica particles had a bulk density of 251.7 g / L, D10 of 0.8 μm, D50 of 1.8 μm, D90 of 4.0 μm, and primary particles having a volume average particle size of 10 nm.

〔試験例2〕
試験例1における解砕工程に代えてスプレードライ法にて噴霧乾燥を行ったものを本試験例の試験試料とした。具体的には固形化工程にて得られた原料シリカ粒子100質量部をIPA200質量部に分散させ、それを180℃、5L/hの流量で噴霧して乾燥した。得られたシリカ粒子は嵩密度が341.3g/Lであった。
[Test Example 2]
Instead of the crushing step in Test Example 1, what was spray dried by the spray drying method was used as a test sample of this Test Example. Specifically, 100 parts by mass of the raw material silica particles obtained in the solidification step were dispersed in 200 parts by mass of IPA, which was sprayed at a flow rate of 180 ° C. and 5 L / h and dried. The obtained silica particles had a bulk density of 341.3 g / L.

〔試験例3〕
試験例1における解砕工程を実施せずに固形化工程で得られたものを本試験例の試験試料とした。得られたシリカ粒子は嵩密度が769g/L、D10が8.8μm、D50が124.5μm、D90が451.9μmであり、一次粒子の体積平均粒径が10nmであった。
[Test Example 3]
What was obtained in the solidification step without carrying out the crushing step in Test Example 1 was used as the test sample of this Test Example. The obtained silica particles had a bulk density of 769 g / L, D10 of 8.8 μm, D50 of 124.5 μm, D90 of 451.9 μm, and the volume average particle size of the primary particles was 10 nm.

〔試験例4〕
市販のシリカ粒子(日本アエロジル(株)製、AEROSIL R972)を本試験例の試験試料とした。本試験例のシリカ粒子は嵩密度が41.0g/Lであった。
[Test Example 4]
Commercially available silica particles (AEROSIL R972, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) were used as test samples in this test example. The silica particles of this test example had a bulk density of 41.0 g / L.

〔試験例5〜7〕
試験例1における解砕工程において解砕圧及び供給量を調節することにより嵩密度を調節した。嵩密度は試験例5の試験試料が271.3g/L、試験例6の試験試料が364.6g/L、試験例7の試験試料が249.8g/Lであった。解砕圧を大きくすることにより嵩密度が大きくなる傾向があった。詳しい結果は示さないが、上述の試験と同様に金属窒化物粒子の表面を概ね隙間無く被覆できることが分かった。
[Test Examples 5 to 7]
In the crushing step in Test Example 1, the bulk density was adjusted by adjusting the crushing pressure and the supply amount. The bulk density of the test sample of Test Example 5 was 271.3 g / L, the test sample of Test Example 6 was 364.6 g / L, and the test sample of Test Example 7 was 249.8 g / L. There was a tendency for the bulk density to increase by increasing the crushing pressure. Although detailed results are not shown, it was found that the surface of the metal nitride particles can be coated almost without gaps as in the above test.

Claims (5)

金属窒化物粒子と体積平均粒径が前記金属窒化物粒子よりも小さく且つ5nm以上200nm以下であり前記金属窒化物粒子の表面に焼結して概ね隙間無く被覆しているシリカ粒子とを有し、
前記シリカ粒子は、
一次粒子の体積平均粒径が200nm以下、嵩密度が450g/L以下であり、
式(1):−OSiX で表される官能基と、式(2):−OSiY で表される官能基とを表面にもつものが焼結されたものであるシリカ被覆金属窒化物粒子。(上記式(1)、(2)中;X はフェニル基、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、又はアクリル基であり;X 、X は−OSiR 及び−OSiY よりそれぞれ独立して選択され;Y はRであり;Y 、Y はR及び−OSiY よりそれぞれ独立して選択される。Y はRであり;Y 及びY は、R及び−OSiR からそれぞれ独立して選択され;Rは炭素数1〜3のアルキル基から独立して選択される。なお、X 、X 、Y 、Y 、Y 、及びY の何れかは、隣接する官能基のX 、X 、Y 、Y 、Y 、及びY の何れかと−O−にて結合しても良い。)
Metal nitride particles and the volume average particle diameter are sintered to the surface of said metal nitride is 200nm or less and 5nm or less than the particle of the metal nitride particles generally have a silica particles which are no gaps coated ,
The silica particles are
The volume average particle size of the primary particles is 200 nm or less, the bulk density is 450 g / L or less,
Sintered one having a functional group represented by the formula (1): -OSiX 1 X 2 X 3 and a functional group represented by the formula (2): -OSiY 1 Y 2 Y 3 on the surface silica-coated metal nitride particles is. (In the above formulas (1) and (2); X 1 is a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group; X 2 , X 3 selected Y 2, Y 3 are each independently from R and -OSiY 4 Y 5 Y 6; is -OSiR 3 and -OSiY 4 Y 5 Y 6 are each independently selected from; Y 1 is R .Y 4 is an R; Y 5 and Y 6 is selected from R and -OSiR 3 independently;. R is independently selected from alkyl groups of 1 to 3 carbon atoms Incidentally, X 2 , X 3 , Y 2 , Y 3 , Y 5 , and Y 6 are any of the adjacent functional groups X 2 , X 3 , Y 2 , Y 3 , Y 5 , and Y 6 , and —O—. May be combined with each other.)
前記金属窒化物粒子は200μm以下0.5μm以上の体積平均粒径をもつ請求項1に記載のシリカ被覆金属窒化物粒子。 The silica-coated metal nitride particles according to claim 1, wherein the metal nitride particles have a volume average particle size of 200 μm or less and 0.5 μm or more. 前記金属窒化物粒子は主成分が窒化アルミニウムである請求項1又は2に記載のシリカ被覆金属窒化物粒子。 The silica-coated metal nitride particles according to claim 1 or 2 , wherein the metal nitride particles are mainly composed of aluminum nitride. 一次粒子の体積平均粒径が200nm以下の原料シリカ粒子に対し、嵩密度が450g/L以下になるように解砕する解砕工程と、
前記解砕工程にて得られたシリカ粒子と前記シリカ粒子の一次粒子よりも体積平均粒径が大きい金属窒化物粒子とを混合して前記金属窒化物粒子の表面に前記シリカ粒子を付着させる混合工程と、
800℃以上1100℃以下で前記混合物を加熱し、前記金属窒化物粒子と前記シリカ粒子とを焼結させる加熱焼結工程と、
を有し、
前記原料シリカ粒子は、
水を含む液状媒体中で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と、
前記液状媒体を除去する工程と、
をもつ前処理工程にて処理されており、
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、
ことを特徴とするシリカ被覆金属窒化物粒子の製造方法。
A crushing step of crushing so that the bulk density is 450 g / L or less with respect to the raw material silica particles having a volume average particle size of primary particles of 200 nm or less
Mixing the silica particles obtained in the crushing step and the metal nitride particles having a volume average particle size larger than the primary particles of the silica particles to adhere the silica particles to the surface of the metal nitride particles Process,
A heating and sintering step of heating the mixture at 800 ° C. to 1100 ° C. to sinter the metal nitride particles and the silica particles;
Have
The raw silica particles are
A surface treatment step of surface treatment with a silane coupling agent and an organosilazane in a liquid medium containing water;
Removing the liquid medium;
It is processed in the pretreatment process with
The silane coupling agent has three alkoxy groups, a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group,
The molar ratio of the silane coupling agent to the organosilazane is the silane coupling agent: the organosilazane = 1: 2 to 1:10.
A method for producing silica-coated metal nitride particles, wherein:
前記表面処理工程は、
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に記載のシリカ被覆金属窒化物粒子の製造方法。
The surface treatment step includes
A first treatment step of treating with the silane coupling agent;
A second treatment step of treating with the organosilazane,
The method for producing silica-coated metal nitride particles according to claim 4 , wherein the second treatment step is performed after the first treatment step.
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