JP6483205B2 - 表面改質シリカ粒子の製造方法及びフィラー含有組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
吸水性が乾燥時の質量を基準として1.0%以下、
アルカリ金属、アルカリ土類金属の総量が100ppm以下、
であり、
表面に炭素を含む官能基が表面に導入されている。
(上記式(1)、(2)中;X1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;X2、X3は−OSiR3及び−OSiY4Y5Y6よりそれぞれ独立して選択され;Y1はRであり;Y2、Y3はR及び−OSiY4Y5Y6よりそれぞれ独立して選択される。Y4はRであり;Y5及びY6は、R及び−OSiR3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、X2、X3、Y2、Y3、Y5、及びY6の何れかは、隣接する官能基のX2、X3、Y2、Y3、Y5、及びY6の何れかと−O−にて結合しても良い。)
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。
前記フィラーと、前記フィラーを分散する樹脂材料及び/又は樹脂材料前駆体からなるマトリックスとを混合してフィラー含有組成物を製造する混合工程とを有する。
本実施形態の表面改質シリカ粒子は粒径が小さい方から体積を積算したときにD90/D10が2以上(望ましくは2.3以上、2.5以上)、D50が250nm以下である。更に、D90/D50が1.5以上であることが望ましい(更に望ましくは1.6以上)。D50/D10が1.5以上であることが望ましい(更に望ましくは1.6以上)。粒径が大きな表面改質シリカ粒子の間隙に粒径が小さな表面改質シリカ粒子が入ることが可能になるため、充填性に優れ、且つ、流動性を高くすることが出来る。特に粒度分布としてはガウス曲線と比較して粒径が小さい側の頻度が大きいことが望ましい。粒径の測定は粒径はレーザ回折散乱方式粒度分布測定装置により測定可能である。また、所定以上の粒径をもつ粗粒をフィルタなどで除去することが望ましい。粗粒の大きさとしては1μm、5μm、10μmなどが採用できる。
本実施形態の表面改質シリカ粒子の製造方法は、金属酸化物粒子粗材製造工程と、その後に行う表面処理工程と、その他必要な工程とを有する。粗粒を除去する場合にはいつ行っても構わないが、表面処理工程中又は表面処理工程後に行うことが望ましい。
金属粒子は表面処理を行うことができる。表面処理は疎水性基(アルキル基など)を採用可能である。
等の一般的なものを用いることができる。
本実施形態のフィラー含有組成物は上述の表面改質シリカ粒子と樹脂材料(及び/又は樹脂材料前駆体、以下「樹脂材料等」と記載する)とを混合したものである。表面改質シリカ粒子と樹脂材料等との混合比は特に限定しないが、表面改質シリカ粒子の量が多い方が熱的安定性に優れたものになる。
(表面改質シリカ粒子の製造)
・シリカ粒子の製造
試験例1:VMC法によりシリカ粒子を製造した。以下、具体的に説明する。図4に本工程で使用した製造装置の概要を示す。この製造装置は、反応室10をもつ反応容器1と、反応容器1の上部に設けられ反応室10に開口する燃焼器2と、反応容器1の下部側壁に設けられ反応室10と連通する捕集装置3と、ホッパー4と、ホッパー4内の原料粉末を燃焼器2へ供給する粉末供給装置5とから構成されている。
燃焼器2は、図5に拡大して示すように、軸中心に設けられ反応室10に開口する粉末供給路20と、粉末供給路20と同軸的に設けられ反応室10にリング状に開口する可燃ガス供給路21と、可燃ガス供給路21の外側に同軸的に設けられ反応室10にリング状に開口する酸素供給路22とから構成されている。捕集装置3は、反応室10に開口する排気管30と、排気管30の他端に接続されたバグフィルタ31と、ブロア32とからなり、ブロア32の駆動により反応室10内の燃焼排ガスを吸引して排気するとともに、生成した球状シリカを捕集する。なお、ブロア32の吸引により、反応室10内は負圧に保たれる。
(1)準備工程
シリカ粒子が20質量部の濃度で水に分散したスラリー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。
この分散液に3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、KBM503)0.26質量部とを加え、さらにこのシランカップリング剤に加えて重合禁止剤(3.5−ジブチル−4−ヒドロキシトルエン (BHT)、関東化学工業製)を0.02質量部加え、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3−メタクリロキシプロピ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。
次いで、この混合物にヘキサメチルジシラザン0.42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、3−メタクリロキシプロピ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。
表面処理工程で得られた混合物に35%塩酸水溶液を2.3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を得た。
・比較
以上のように、試験例1の試験試料はウラン、トリウム、アルカリ金属、アルカリ土類金属の量がすべて少なく、且つ、吸水性も低いものであった。
・流動性の評価
試験例1の試験試料と比表面積が同じ程度になるように2種類のシリカ粒子を混合した。同じような粒度分布をもつ場合には比表面積が流動性に与える影響が大きいからである。具体的には試験例2の試験試料(D50が100nm程度)と試験例4の試験試料(D50が10nm程度)とを質量比で99:1に混合した。
Claims (5)
- 粒径が小さい方から体積を積算したときにD90/D10が2以上、D50が250nm以下であって、
吸水性が全体の質量を基準として1.0%以下、
アルカリ金属、アルカリ土類金属の総量が100ppm以下、
であるシリカ粒子に対して、
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、
粒径が1μm以上の粗粒を除去する粗粒除去工程とを持ち、
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であり、
前記シリカ粒子は、金属シリコン粒子を酸素含有雰囲気中に0.1kg/Nm3以下の速度で投入して燃焼させて製造され、
製造された表面改質シリカ粒子は、前記粗粒の含有量が50個以下である、
表面改質シリカ粒子の製造方法。 - 表面処理後の表面改質シリカ粒子の表面には、式(1):−OSiX1X2X3で表される官能基と、式(2):−OSiY1Y2Y3で表される官能基とを有する請求項1に記載の表面改質シリカ粒子の製造方法。(上記式(1)、(2)中;X1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;X2、X3は−OSiR3及び−OSiY4Y5Y6よりそれぞれ独立して選択され;Y1はRであり;Y2、Y3はR及び−OSiY4Y5Y6よりそれぞれ独立して選択される。Y4はRであり;Y5及びY6は、R及び−OSiR3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、X2、X3、Y2、Y3、Y5、及びY6の何れかは、隣接する官能基のX2、X3、Y2、Y3、Y5、及びY6の何れかと−O−にて結合しても良い。)
- ウランの含有量が2ppb以下、トリウムの含有量が3ppb以下である請求項1又は2に記載の表面改質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1〜3のうちの何れか1項に記載の表面改質シリカ粒子の製造方法。 - 請求項1〜4のうちの何れか1項に記載の表面改質シリカ粒子の製造方法にて表面改質シリカ粒子を製造してフィラーとするフィラー製造工程と、
前記フィラーと、前記フィラーを分散する樹脂材料及び/又は樹脂材料前駆体からなるマトリックスとを混合してフィラー含有組成物を製造する混合工程と、
を有するフィラー含有組成物の製造方法。
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