JP6757729B2 - シリカゾルの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施形態に係るシリカゾルの製造方法においては、アルカリ触媒、水および第1の有機溶媒を含む液(A)に、アルコキシシランまたはその縮合物および第2の有機溶媒を含む液(B)と、水を含むpH5.0以上8.0未満の液(C1)とを混合して反応液を作製する工程を含む。また、第2の実施形態では、アルカリ触媒、水および第1の有機溶媒を含む液(A)に、アルコキシシランまたはその縮合物および第2の有機溶媒を含む液(B)と、水を含み、かつアルカリ触媒を含まない、液(C2)とを混合して反応液を作製する工程を含む。第1または第2の実施形態で作製された反応液中でアルコキシシランまたはその縮合物が加水分解および重縮合することでシリカゾルが生成される。以下、本発明の第1の実施形態および第2の実施形態に係るシリカゾルの製造方法の構成要件を説明する。
本発明の第1および第2の実施形態の(A)液は、共通しており、以下の説明も共通である。
本発明の第1および第2の実施形態の(B)液は、共通しており、以下の説明も共通である。
本発明の第1の実施形態における水を含むpH5.0以上8.0未満の液(C1)は、水を含む。(C1)液は、水に加え、本発明の効果を損なわない範囲およびpH5.0以上8.0未満の範囲で、他の成分を含むことができる。
本発明の第2の実施形態における(C2)液は、水を含み、かつアルカリ触媒を含まない。(C2)液がアルカリ触媒を含まないことで、反応液中のアルカリ触媒の濃度が局所的に高くなることを抑制できるため、粒子径の揃ったシリカ粒子を得ることができる。
本発明の製造方法では、(A)液に、(B)液と、(C)液(本明細書中、(C)液とは、(C1)液および(C2)液の少なくとも一方を含む、包括的な概念とする)と、を混合して反応液を作製する工程を含む。作製された反応液中でアルコキシシランまたはその縮合物が加水分解および重縮合することでシリカゾルが生成される。よって、前記シリカゾルは、用途に応じてそのままの状態で用いてもよいし、後述する水置換工程や濃縮工程を行った後に得られた液、または有機溶媒に分散させたオルガノゾルとして用いてもよい。
本発明のシリカゾルの製造方法では、上述した反応液を作製する工程に加えて、以下に説明する後工程を施してもよい。
本発明のシリカゾルの製造方法は、本発明の一実施形態として、前記シリカゾルに含まれる有機溶媒を水で置換する工程を有してもよい(本明細書中、単に「水置換工程」とも称する)。この形態のシリカゾルには、濃縮工程を経たシリカゾル(濃縮したシリカゾル)である形態も含まれる。
本発明のシリカゾルの製造方法は、本発明の一実施形態として、前記シリカゾルをさらに濃縮する工程を有してもよい(本明細書中、単に「濃縮工程」とも称する)。なお、本形態のシリカゾルには、水置換工程を経たシリカゾル(水置換したシリカゾル)である形態も含まれる。
(実施例1−1;シリカゾルの調製)
メタノール1223.0gに純水208.9gおよびアンモニア23.4gを混合した(A)液に、メタノール76.4gにテトラメトキシシラン(TMOS)1014.8gを溶解した(B)液および純水211.7gの(C)液を、各液の温度を35℃に保ち、150分かけ滴下し、反応液を作製して、シリカゾルを得た。
実施例1−1と同様に操作して、実施例1−1とは別ロットのシリカゾル(実施例1−2〜1−5)を得た。
(実施例2−1;シリカゾルの調製)
各液の温度を22℃に変更した以外は実施例1−1と同様に操作して、シリカゾルを得た。
実施例2−1と同様に操作して、実施例2−1とは別ロットのシリカゾル(実施例2−2〜2−5)を得た。
(実施例3−1;シリカゾルの調製)
各液の温度を47℃に変更した以外は実施例1−1と同様に操作して、シリカゾルを得た。
実施例3−1と同様に操作して、実施例3−1とは別ロットのシリカゾル(実施例3−2〜3−5)を得た。
(実施例4−1;シリカゾルの調製)
メタノール1223.0gに純水237.5gおよびアンモニア35.1gを混合した(A)液に、メタノール76.4gにテトラメトキシシラン(TMOS)1014.8gを溶解した(B)液および純水211.7gの(C)液を、各液の温度を22℃に保ち、150分かけ滴下し、反応液を作製して、シリカゾルを得た。
実施例4−1と同様に操作して、実施例4−1とは別ロットのシリカゾル(実施例4−2〜4−5)を得た。
(比較例1−1;シリカゾルの調製)
メタノール1223.0gに純水180.2gおよびアンモニア11.7gを混合した(A)液に、メタノール76.4gにテトラメトキシシラン(TMOS)1014.8gを溶解した(B)液および純水240.3gにアンモニア11.7gを混合した(C’)液を、各液の温度を35℃に保ち、150分かけ滴下し、反応液を作製して、シリカゾルを得た。
比較例1−1と同様に操作して、比較例1−1とは別ロットのシリカゾル(比較例1−2〜1−5)を得た。
(比較例2−1;シリカゾルの調製)
各液の温度を25℃に変更した以外は比較例1−1と同様に操作して、シリカゾルを得た。
比較例2−1と同様に操作して、比較例2−1とは別ロットのシリカゾル(比較例2−2〜2−5)を得た。
(比較例3−1;シリカゾルの調製)
各液の温度を10℃に変更した以外は比較例1−1と同様に操作して、シリカゾルを得た。
比較例3−1と同様に操作して、比較例3−1とは別ロットのシリカゾル(比較例3−2〜3−5)を得た。
(比較例4−1;シリカゾルの調製)
メタノール1223.0gに純水180.2gおよびアンモニア11.7gを混合した(A)液に、メタノール76.4gにテトラメトキシシラン(TMOS)1014.8gを溶解した(B)液および純水268.9gにアンモニア23.4gを混合した(C’)液を、各液の温度を10℃に保ち、150分かけ滴下し、反応液を作製して、シリカゾルを得た。
比較例4−1と同様に操作して、比較例4−1とは別ロットのシリカゾル(比較例4−2)を得た。
(比較例5−1;シリカゾルの調製)
各液の温度を22℃に変更した以外は比較例4−1と同様に操作して、シリカゾルを得た。
比較例5−1と同様に操作して、比較例5−1とは別ロットのシリカゾル(比較例5−2)を得た。
上記調製した実施例および比較例のシリカゾル中のシリカ粒子について、以下の物性値を測定した。
平均二次粒子径は、粒子径分布測定装置(UPA−UT151、日機装株式会社製)を用いた動的光散乱法により、体積平均粒子径として測定した。
体積基準90%粒子径(D90値)は、生成したシリカゾル中のシリカ粒子の積算体積の90%に達するまで、動的光散乱法による粒子径の小さいシリカ粒子から順にシリカ粒子の体積を積算したとき、最後に積算されるシリカ粒子の粒子径とした。
体積基準50%粒子径(D50値)は、生成したシリカゾル中のシリカ粒子の積算体積の50%に達するまで、動的光散乱法による粒子径の小さいシリカ粒子から順にシリカ粒子の体積を積算したとき、最後に積算されるシリカ粒子の粒子径とした。
体積基準10%粒子径(D10値)は、生成したシリカゾル中のシリカ粒子の積算体積の10%に達するまで、動的光散乱法による粒子径の小さいシリカ粒子から順にシリカ粒子の体積を積算したとき、最後に積算されるシリカ粒子の粒子径とした。
実施例1〜4および比較例1〜5において、上記で測定した物性値から、平均値および標準偏差を算出し、下記式を用いて、変動係数を算出した。
実施例1〜4および比較例1〜5において、上記で測定したD90、D50およびD10を用いて、シリカゾル中のシリカ粒子の粒度分布幅に関する係数を下記式により算出した。
シリカ濃度は、濃縮や水置換等の後工程を行わず、(A)液に、(B)液と、(C)液または(C’)液と、を混合して反応液を作製し、得られたシリカゾル中のシリカ粒子の濃度を測定した。シリカ濃度は、具体的には、シリカゾルを蒸発乾固後、その残量より算出した値とした。
Claims (11)
- アルカリ触媒、水および第1の有機溶媒を含む液(A)に、
アルコキシシランまたはその縮合物および第2の有機溶媒を含む液(B)と、
水を含むpH5.0以上8.0未満の液(C1)と、
を同時に添加しながら混合して反応液を作製する工程を含む、シリカゾルの製造方法。 - 前記液(C1)が、アルカリ触媒を含まない、請求項1に記載のシリカゾルの製造方法。
- 前記液(A)、前記液(B)および前記液(C1)の温度が、それぞれ独立して0〜70℃である、請求項1または2に記載のシリカゾルの製造方法。
- アルカリ触媒、水および第1の有機溶媒を含む液(A)に、
アルコキシシランまたはその縮合物および第2の有機溶媒を含む液(B)と、
水を含み、かつアルカリ触媒を含まない、液(C2)と、
を同時に添加しながら混合して反応液を作製する工程を含む、シリカゾルの製造方法。 - 前記液(A)、前記液(B)および前記液(C2)の温度が、それぞれ独立して0〜70℃である、請求項4に記載のシリカゾルの製造方法。
- 前記反応液中のアルコキシシラン、水、アルカリ触媒ならびに第1および第2の有機溶媒のモル比が、(アルコキシシラン):(水):(アルカリ触媒):(第1および第2の有機溶媒)=(1.0):(2.0〜12.0):(0.1〜1.0):(2.0〜20.0)である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のシリカゾルの製造方法。
- 前記反応液中のアルコキシシランの縮合物、水、アルカリ触媒ならびに第1および第2の有機溶媒のモル比が、アルコキシシランの縮合物をN量体とする場合(Nは2以上の整数を表す)、(アルコキシシランの縮合物):(水):(アルカリ触媒):(第1および第2の有機溶媒)=(1.0):(2.0×N〜12.0×N):(0.1〜1.0):(2.0〜20.0)である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のシリカゾルの製造方法。
- 前記アルコキシシランが、テトラメトキシシランである、請求項1〜7のいずれか1項に記載のシリカゾルの製造方法。
- 前記アルカリ触媒が、アンモニアおよびアンモニウム塩の少なくとも一方である、請求項1〜8のいずれか1項に記載のシリカゾルの製造方法。
- 前記アルカリ触媒が、アンモニアである、請求項9に記載のシリカゾルの製造方法。
- 前記第1および第2の有機溶媒が、メタノールである、請求項1〜10のいずれか1項に記載のシリカゾルの製造方法。
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