JP7278110B2 - Method for producing spherical silica airgel powder - Google Patents

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Description

本発明は、シリカエアロゲル粉体、詳しくは強度に優れた球状シリカエアロゲルからなる粉体の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing silica airgel powder, and more particularly to a method for producing powder made of spherical silica airgel having excellent strength.

エアロゲルは、高い空隙率を有する材料であり、吸油性に優れる。ここで言うエアロゲルとは、多孔質な構造を有し分散媒体として気体を伴う固体材料を意味し、特に空隙率60%以上の固体材料を意味する。なお、空隙率とは、見掛けの体積中に含まれている気体の量を体積百分率で表した値である。エアロゲルは、上記空隙率が高いことに起因して、優れた吸油性を有し、その製造方法も複数提案されている(例えば、特許文献1~4参照)。 Airgel is a material with high porosity and excellent oil absorption. The term "aerogel" as used herein means a solid material having a porous structure and gas as a dispersion medium, particularly a solid material having a porosity of 60% or more. The porosity is a value expressed by volume percentage of the amount of gas contained in the apparent volume. Due to the high porosity, airgel has excellent oil absorption, and several methods for producing the same have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 4).

斯様なシリカエアロゲルの用途は様々であるが、中でも、化粧品材料として有用である。即ち、ファンデーションを例に挙げると、皮膚に塗布した際の、その外観持続性を向上させるための添加剤として、該シリカエアロゲルが用いられる。詳述すれば、シリカエアロゲルの多孔質な構造は、皮脂を良く吸収するため、皮膚が皮脂で濡れて光の正反射率を高まりテカリが生じることが防止できる。しかも、シリカエアロゲルは、前記疎水化して製造されたものであると、ファンデーション等の化粧品材料の有機成分と親和性が良くなり均一に分散するため、上記テカリ防止の外観持続性効果を一層に高める。 Such silica airgel has various uses, among which it is useful as a cosmetic material. That is, taking the foundation as an example, the silica airgel is used as an additive for improving the durability of the appearance when applied to the skin. More specifically, the porous structure of silica airgel absorbs sebum well, so it is possible to prevent the skin from getting wet with sebum, increasing the specular reflectance of light, and causing shine. In addition, when the silica airgel is manufactured by being hydrophobized, it has a good affinity with the organic component of cosmetic materials such as foundation and is uniformly dispersed, so that the effect of maintaining the appearance of preventing shine is further enhanced. .

また、これらシリカエアロゲルは、化粧品に配合した際に、滑らかな触感を得るために、粒径は1~数10μmで、且つ肌へのローリング性を向上させるために、その形状が球状であることが望ましい。こうした球状で適度な粒径を有するシリカエアロゲルの製造方法として、例えば次の方法が提案されている(特許文献5)。即ち、水性シリカゾルからなるW相を有機溶媒相に分散させ、W/Oエマルションを形成後、球状のW相をゲル化させ、次いで、解乳操作を施して該W相とO相とを分離させ、ゲル化体を抽出した後、これを疎水化して回収する方法である。ここで、上記W相のゲル化は、弱酸性ないし塩基性に調整した状態で行い、さらに、W相O相分離の解乳操作は、塩の添加、遠心力の付与、酸の添加、濾過、容積比の変化等を行うと説明されている。 In addition, these silica aerogels should have a particle size of 1 to several tens of μm in order to obtain a smooth feel when blended in cosmetics, and a spherical shape in order to improve rolling properties on the skin. is desirable. As a method for producing such spherical silica airgel having an appropriate particle size, for example, the following method has been proposed (Patent Document 5). That is, after dispersing a W phase composed of an aqueous silica sol in an organic solvent phase to form a W/O emulsion, the spherical W phase is gelled and then demulsified to separate the W phase and the O phase. After extracting the gelled product, it is hydrophobized and recovered. Here, the gelation of the W phase is performed in a state adjusted to be weakly acidic or basic, and the demulsification operation for separating the W phase and O phase includes addition of salt, application of centrifugal force, addition of acid, and filtration. , change the volume ratio, etc.

また、同様の球状シリカエアロゲルの製造方法において、前記解乳操作を、エマルション中に水と水溶性有機溶媒を加えることで実施し、分離後のW相を加温してゲル化体を熟成させる方法も知られている(特許文献6)この場合、上記解乳操作前のW相のゲル化は実施例では全て塩基を加えてpHを調整することで行われている。 Further, in a similar method for producing spherical silica airgel, the demulsification operation is carried out by adding water and a water-soluble organic solvent to the emulsion, and the separated W phase is heated to ripen the gelled body. A method is also known (Patent Document 6). In this case, the gelation of the W phase before the demulsification operation is carried out by adding a base to adjust the pH in all the examples.

さらに、同様の球状シリカエアロゲルの製造方法において、上記解乳操作後にO相とW相に分離し、W相に塩基性物質を加えて、該W相に分散するゲル化体を熟成する方法も知られている(特許文献7)。 Furthermore, in a similar method for producing spherical silica airgel, a method of separating the O phase and the W phase after the demulsification operation, adding a basic substance to the W phase, and aging the gelled body dispersed in the W phase. known (Patent Document 7).

米国特許第4402927号公報U.S. Pat. No. 4,402,927 特開平10-236817号公報JP-A-10-236817 特開平06-040714号公報JP-A-06-040714 特開平07-257918号公報JP-A-07-257918 特許第4960534号公報Japanese Patent No. 4960534 特開2014-210671号公報JP 2014-210671 A 特開2018-177620号公報JP 2018-177620 A

ところが、前記方法で得られる球状シリカエアロゲルは、高多孔質な構造から化粧品用途において極めて有用ではあるものの、その粒子の圧縮強度の小ささから、更に改善の余地があった。即ち、球状シリカエアロゲルは化粧品用途に使用した場合、これが肌の皮孔やシワなど肌の凹部分に入り込み、化粧品を落とした際に、これが肌表面に部分的に残ると、化粧品を落とした後にかえって肌の粗を目立たせる問題がある。ただし、この肌の凹部分への入り込みは、球状シリカエアロゲルが前記適度な大きさであれば、それほど顕著に生じるものではないが、該粒径が小さくなると問題が顕在化し始める。 However, although the spherical silica airgel obtained by the above method is extremely useful for cosmetic applications due to its highly porous structure, there is still room for improvement due to the low compressive strength of the particles. That is, when spherical silica airgel is used for cosmetics, if it enters into the recessed parts of the skin such as skin pores and wrinkles and partially remains on the skin surface when the cosmetics are removed, On the contrary, there is a problem that the roughness of the skin is conspicuous. However, if the spherical silica airgel has the appropriate size, the penetration into the recessed portions of the skin does not occur so remarkably.

而して上記従来法で得られた球状シリカエアロゲルは、前記粒子の圧縮強度が十分でないため、脆く壊れ易く、化粧品の製造工程や塗布時に一部粒子の破壊が生じ、その破砕片が肌の凹部分に入り込み、化粧崩れの際もこれが残存し、肌の粗を目立たせる問題を引き起こしていた。加えて、斯様に粒子が破壊され、化粧品に破砕片が多く含まれるようになると、その肌に対するローリング性も低下し触感の滑らかさも、大きく損なわれていた。 However, the spherical silica airgel obtained by the above-mentioned conventional method is brittle and easily broken because the compressive strength of the particles is not sufficient, and some of the particles are broken during the manufacturing process and application of cosmetics, and the broken pieces are on the skin. It gets into the recessed portions and remains even when the makeup is ruined, causing a problem that the roughness of the skin is conspicuous. In addition, when the particles are broken in such a way that the cosmetics contain a large amount of broken pieces, the rolling property on the skin is lowered and the smoothness of the touch is greatly impaired.

また、化粧品用途とは別に、シリカエアロゲルに対して様々な機能性をもたせようという試みもある。 In addition to cosmetic applications, attempts have been made to impart various functionalities to silica airgel.

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、水性シリカゾルをゲル化させる工程を含む球状シリカエアロゲルの製造方法において、水性シリカゾルにナノファイバーを分散させた状態でゲル化させると、得られる球状シリカエアロゲルが該ナノファイバーと複合化したものとなり、よって、該ナノファイバーに由来する様々な物性を発現させることが可能なことを見いだし、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have made intensive studies to solve the above problems, and as a result, in a method for producing a spherical silica airgel including a step of gelling an aqueous silica sol, a gel in which nanofibers are dispersed in the aqueous silica sol The inventors have found that when the particles are combined, the obtained spherical silica airgel is composited with the nanofibers, and thus various physical properties derived from the nanofibers can be expressed, leading to the completion of the present invention. .

即ち、本発明は、
(1)ナノファイバーを分散させた水性シリカゾルを調整する工程
(2)前記水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させて、W/O型エマルションを形成させる工程
(3)前記シリカゾルを加熱によりゲル化させて、前記W/O型エマルションをゲル化体の分散液へと変換する工程
(4)前記ゲル化体を分離、回収する工程
を上記順に含んでなることを特徴とする球状シリカエアロゲル粉体の製造方法である。
That is, the present invention
(1) Step of preparing an aqueous silica sol in which nanofibers are dispersed (2) Step of dispersing the aqueous silica sol in a hydrophobic solvent to form a W/O emulsion (3) Gelating the silica sol by heating A spherical silica airgel powder characterized by comprising a step of converting the W/O type emulsion into a dispersion liquid of a gelled body by allowing the W/O emulsion to separate and recover the gelled body in the above order. is a manufacturing method.

本発明の製造方法によって製造されるシリカエアロゲルは、球状の独立粒子を主成分とし、かつ複合化されたナノファイバーにより、それに応じた各種物性を発揮する。例えば、有機ナノファイバーと複合化すれば、各粒子の圧縮強度が大きい球状シリカエアロゲル粉末を得ることができる。このような粒子は負荷がかかっても形状を維持できるため、粒子が壊れた破片や粒子表面の一部が欠けて脱落した脱落片等が含有され難い。このため、充填性や分散性に優れ、化粧品用途に用いた場合、負荷がかかっても形状を維持できるため、使用時の肌へのローリング性に優れ、滑らかな触感が得られる。また、空隙率が高く優れた吸油性を有するためテカリ防止に優れる。 The silica airgel produced by the production method of the present invention has spherical independent particles as a main component and exhibits various physical properties due to the composite nanofibers. For example, by combining with organic nanofibers, it is possible to obtain a spherical silica airgel powder in which each particle has a high compressive strength. Since such particles can maintain their shape even when a load is applied, they are less likely to contain fragments of broken particles or pieces that fall off due to chipping of a part of the particle surface. For this reason, it has excellent filling properties and dispersibility, and when used in cosmetics, it can maintain its shape even when a load is applied. In addition, since it has a high porosity and excellent oil absorption, it is excellent in preventing shine.

斯様な圧縮強度の大きい性状は、上記化粧品材料の添加剤用途だけでなく、他の用途でも加工時の負荷に対しても形状を維持できる効果が良好に発揮されるため、本発明のシリカエアロゲル粉末は、断熱性付与剤、艶消し剤等の各種用途材料としても有用に用いることができる。 Such a property of high compressive strength can be used not only as an additive for cosmetic materials, but also for other uses, because the silica of the present invention can maintain its shape even under load during processing. Airgel powder can also be usefully used as various application materials such as a heat insulating agent and a matting agent.

また例えば、導電性のナノファイバーを複合化すれば、導電性を発現する球状シリカエアロゲル粉末を得ることが可能となる。 Further, for example, by combining conductive nanofibers, it is possible to obtain a spherical silica airgel powder exhibiting conductivity.

本発明の球状シリカエアロゲル粉末の製造方法は以下の工程を含む。即ち、
(1)ナノファイバーを分散させた水性シリカゾルを調整する工程
(2)前記水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させて、W/O型エマルションを形成させる工程
(3)前記シリカゾルを加熱によりゲル化させて、前記W/O型エマルションをゲル化体の分散液へと変換する工程
(4)前記ゲル化体を分離、回収する工程
を順に行うことである。
The method for producing spherical silica airgel powder of the present invention includes the following steps. Namely
(1) Step of preparing an aqueous silica sol in which nanofibers are dispersed (2) Step of dispersing the aqueous silica sol in a hydrophobic solvent to form a W/O emulsion (3) Gelating the silica sol by heating and (4) a step of converting the W/O emulsion into a dispersion liquid of the gelled body and a step of separating and recovering the gelled body.

上記の製造方法を、順序立てて以下に詳述する。 The above manufacturing methods will be described in detail below in order.

本発明の製造方法では、まず、ナノファイバーを分散させた水性シリカゾルを調整する。この工程では、水性シリカゾルを調整して、これにナノファイバーを分散させてもよいし、水性シリカゾルの調整とナノファイバーの分散を同時に行ってもよく、その手順は特に限定されるものではないが、前者の方が好ましい。 In the production method of the present invention, first, an aqueous silica sol in which nanofibers are dispersed is prepared. In this step, the aqueous silica sol may be prepared and the nanofibers dispersed therein, or the preparation of the aqueous silica sol and the dispersion of the nanofibers may be performed at the same time, and the procedure is not particularly limited. , the former is preferred.

水性シリカゾルとナノファイバーの割合は、水性シリカゾル中のシリカ分(SiO換算分)とナノファイバーとが全て球状シリカエアロゲルの構成成分になるとして、製造を目的とする球状シリカエアロゲルに応じて適宜設定して調整すればよいが、一般的には、シリカ分とナノファイバーとの合計を100質量%として、ナノファイバー成分が0.05~30質量%が好ましく、0.1~20質量%がより好ましい。シリカ分が少なすぎると、シリカエアロゲルとしての物性が発現しにくくなる。 The ratio of the aqueous silica sol and the nanofibers is appropriately set according to the spherical silica aerogel to be produced, assuming that the silica content (in terms of SiO 2 ) and the nanofibers in the aqueous silica sol are all constituent components of the spherical silica aerogel. Generally, the total amount of silica content and nanofibers is 100% by mass, and the nanofiber component is preferably 0.05 to 30% by mass, more preferably 0.1 to 20% by mass. preferable. If the silica content is too low, it becomes difficult to develop physical properties as silica airgel.

ナノファイバーとしては、有機ナノファイバーでも無機ナノファイバーでもよく、公知のナノファイバーを目的に応じて適宜選択して使用すればよい。なお、ナノファイバーとは、一般には、繊維径が1~100nm程度で、アスペクト比が10以上、好ましくは100以上の繊維が相当する。有機ナノファイバーとしては、具体的には、セルロースナノファイバー、キチンナノファイバー、キトサンナノファイバー等の天然物系の有機ナノファイバーや、アラミドナノファイバーやポリエステルナノファイバー、ポリウレタンナノファイバー等の合成樹脂系の有機ナノファイバーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また無機ナノファイバーとしては、具体的には、アルミナナノファイバー、ガラスナノファイバー、シリカナノファイバー、カーボンナノファイバーなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 The nanofibers may be organic nanofibers or inorganic nanofibers, and known nanofibers may be appropriately selected and used according to the purpose. The nanofiber generally corresponds to a fiber having a fiber diameter of about 1 to 100 nm and an aspect ratio of 10 or more, preferably 100 or more. Specific examples of organic nanofibers include natural organic nanofibers such as cellulose nanofibers, chitin nanofibers, and chitosan nanofibers, and synthetic resin-based nanofibers such as aramid nanofibers, polyester nanofibers, and polyurethane nanofibers. Organic nanofibers include, but are not limited to. Examples of inorganic nanofibers include, but are not limited to, alumina nanofibers, glass nanofibers, silica nanofibers, and carbon nanofibers.

用いるナノファイバーは水性シリカゾルに分散可能で、かつ後述する工程においてW/O型エマルションを形成させた際に、W相(油相)側に分配されてしまわない程度に親水性のものを採用する。この場合、必要に応じて表面処理を行って親水化してもよい。 The nanofibers to be used should be able to be dispersed in the aqueous silica sol and should be hydrophilic to the extent that they are not distributed to the W phase (oil phase) side when the W/O emulsion is formed in the process described later. . In this case, if necessary, surface treatment may be performed to make it hydrophilic.

水性シリカゾルの調整方法は公知の方法を適宜採用すればよいが、一例として、ケイ酸アルカリ金属塩を用いる方法をあげると以下の通りである。 As a method for preparing the aqueous silica sol, a known method may be appropriately adopted, and as an example, a method using an alkali metal silicate is as follows.

ケイ酸アルカリ金属塩を用いる場合には、塩酸、硫酸等の鉱酸で中和することによってシリカゾルを調製することが好ましく、具体的には、酸の水溶液に対して、該水溶液を撹拌しながらケイ酸アルカリ金属塩の水溶液を添加する方法や、酸の水溶液とケイ酸アルカリ金属塩の水溶液とを配管内で衝突混合させる方法が挙げられる(例えば特公平4-54619号公報参照)。より具体的には、水性シリカゾルを調製する際に用いる酸の量は、ケイ酸アルカリ金属塩のアルカリ金属分に対する水素イオンのモル比として、1.05~1.2とすることが望ましい。酸の量をこの範囲にした場合には調製したシリカゾルのpHは1~5程度となる。より好ましくは、調製したシリカゾルのpHが2.5~3.5となるよう、酸の量を調整する。 When an alkali metal silicate is used, it is preferable to prepare a silica sol by neutralizing with a mineral acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid. Examples include a method of adding an aqueous solution of an alkali metal silicate, and a method of impinging and mixing an aqueous acid solution and an aqueous solution of an alkali metal silicate in a pipe (see, for example, Japanese Patent Publication No. 4-54619). More specifically, the amount of acid used in preparing the aqueous silica sol is desirably 1.05 to 1.2 in terms of the molar ratio of hydrogen ions to the alkali metal content of the alkali metal silicate. When the amount of acid is within this range, the pH of the prepared silica sol is about 1-5. More preferably, the amount of acid is adjusted so that the prepared silica sol has a pH of 2.5 to 3.5.

上記の方法により作成したシリカゾルの濃度としては、ゲル化が比較的短時間で完了し、またシリカ粒子の骨格構造の形成を十分なものとして乾燥時の収縮を抑制でき、大きな細孔容量を得られやすい点で、シリカ分の濃度(SiO換算濃度)として50g/L以上とすることが好ましい。その一方で、シリカ粒子の密度を相対的に小さくして、良好な細孔容積を得、また吸油量を多くできやすい点で、160g/L以下とすることが好ましく、100g/L以下とすることがより好ましい。更に好ましくは90~100g/Lである。 As for the concentration of the silica sol prepared by the above method, the gelation is completed in a relatively short time, and the formation of the skeleton structure of the silica particles is sufficient to suppress shrinkage during drying, and a large pore volume can be obtained. It is preferable that the concentration of silica (concentration in terms of SiO 2 ) is 50 g/L or more, because it is easy to be eroded. On the other hand, it is preferably 160 g / L or less, and 100 g / L or less, because the density of the silica particles is relatively small, a good pore volume is obtained, and the oil absorption can be easily increased. is more preferable. More preferably 90 to 100 g/L.

水性シリカゾルの濃度を上記下限値以上とすることにより、得られるエアロゲルのBJH法による細孔容積を8mL/g以下とすることが容易になるほか、エアロゲルのBJH法による細孔半径のピークを50nm以下とすることが容易になる。また、水性シリカゲルの濃度を上記上限値以下とすることにより、エアロゲルのBJH法による細孔容積を2mL/g以上とすることが容易になるほか、エアロゲルのBJH法による細孔半径のピークを10nm以上とすることが容易になる。 By setting the concentration of the aqueous silica sol to the above lower limit or more, it becomes easy to make the pore volume of the obtained airgel by the BJH method 8 mL / g or less, and the pore radius peak of the airgel by the BJH method is 50 nm. It becomes easier to: In addition, by setting the concentration of the aqueous silica gel to the above upper limit or less, it becomes easy to make the pore volume of the airgel by the BJH method 2 mL / g or more, and the pore radius peak of the airgel by the BJH method is 10 nm. It becomes easier to do the above.

本発明の球状エアロゲル粉末を製造するには、上記のような方法で得られた水性シリカゾルに前述したようなナノファイバーを分散させる。即ち、水性シリカゾルを分散媒、ナノファイバーを分散質として混合する。ナノファイバーを水性シリカゾルに分散する方法としては、機械による分散が好ましく、具体的には、ミキサー、ホモジナイザー等を使用する方法を例示できる。好適には、ホモジナイザーを用いることができる。ナノファイバーが水性シリカゾルへ均一に分散したかは目視によって確認することができる。分散が不十分な場合、ナノファイバーが凝集した状態で水性シリカゾル中を浮遊、もしくは沈降していることが確認できる。 In order to produce the spherical airgel powder of the present invention, nanofibers as described above are dispersed in the aqueous silica sol obtained by the above method. That is, an aqueous silica sol is mixed as a dispersion medium, and nanofibers are mixed as a dispersoid. As a method for dispersing the nanofibers in the aqueous silica sol, mechanical dispersion is preferable, and specific examples thereof include a method using a mixer, a homogenizer, or the like. Preferably, a homogenizer can be used. Whether the nanofibers are uniformly dispersed in the aqueous silica sol can be visually confirmed. If the dispersion is insufficient, it can be confirmed that the nanofibers are aggregated and suspended or sedimented in the aqueous silica sol.

ナノファイバーとしては、予め水性媒体に分散させたものを採用し、該分散液と水性シリカゾルとを混合させることも、良好な分散性を得ることができ好ましい。このようなナノファイバーの分散液は市販されており、それを用いることもできる。このようなナノファイバーの分散液を使用する場合には、水性シリカゾルとの混合後に、該混合液中のシリカ分の濃度(SiO換算濃度)が前記範囲に入るように調整することが好ましい。 As the nanofibers, it is also preferable to employ those that have been dispersed in an aqueous medium in advance, and to mix the dispersion with the aqueous silica sol, since good dispersibility can be obtained. Such nanofiber dispersions are commercially available and can be used. When such a nanofiber dispersion is used, after mixing with the aqueous silica sol, it is preferable to adjust the concentration of silica (in terms of SiO 2 ) in the mixture so that it falls within the above range.

本発明の球状エアロゲル粉末を製造するには、上記のようにして調整したナノファイバーが分散した水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させて、W/Oエマルションを形成させる。このようなW/Oエマルションを形成することにより、シリカゾルは表面張力等により球状になるので、該球状形状で疎水性溶媒中に分散しているシリカゾルをゲル化させることにより、球状のゲル化体を得ることができる。このように、W/Oエマルションを形成するエマルション形成工程を経ることにより、0.8以上の高い円形度を有するエアロゲルを製造することが可能になる。 To produce the spherical airgel powder of the present invention, the nanofiber-dispersed aqueous silica sol prepared as described above is dispersed in a hydrophobic solvent to form a W/O emulsion. By forming such a W/O emulsion, the silica sol becomes spherical due to surface tension and the like. Therefore, by gelling the spherical silica sol dispersed in a hydrophobic solvent, a spherical gelled product can be obtained. can be obtained. Thus, by passing through the emulsion forming step of forming a W/O emulsion, it becomes possible to produce an airgel having a high degree of circularity of 0.8 or more.

当該疎水性溶媒としては、水性シリカゾルとW/Oエマルションを形成できる程度の疎水性を有した溶媒であればよい。そのような溶媒としては、例えば、炭化水素類やハロゲン化炭化水素類等の有機溶媒を使用することが可能である。より具体的にはヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロプロパン等が挙げられる。これらの中でも、適度な粘度を有するヘプタンを特に好適に用いることができる。なお必要に応じて、複数の溶媒を混合して用いてもよい。また水性シリカゾルとW/Oエマルションを形成できる範囲であれば、低級アルコール類などの親水性溶媒を併用する(混合溶媒として使用する)ことも可能である。 As the hydrophobic solvent, any solvent having a degree of hydrophobicity capable of forming a W/O emulsion with the aqueous silica sol may be used. As such a solvent, for example, organic solvents such as hydrocarbons and halogenated hydrocarbons can be used. More specific examples include hexane, heptane, octane, nonane, decane, dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, and dichloropropane. Among these, heptane, which has an appropriate viscosity, can be used particularly preferably. In addition, you may mix and use several solvent as needed. A hydrophilic solvent such as a lower alcohol can also be used in combination (used as a mixed solvent) as long as a W/O emulsion can be formed with the aqueous silica sol.

使用する疎水性溶媒の量は、エマルションがW/O型となる程度の量であれば特に限定されることはない。ただし、一般的には、水性シリカゾル1体積部に対して疎水性溶媒が1~10体積部程度となる量を使用する。 The amount of the hydrophobic solvent to be used is not particularly limited as long as the amount is such that the emulsion becomes a W/O type. However, in general, the amount of the hydrophobic solvent used is about 1 to 10 parts by volume with respect to 1 part by volume of the aqueous silica sol.

上記のW/Oエマルションを形成する際には、界面活性剤を添加することが好ましい。使用する界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤のいずれも使用することが可能である。これらの中でも、W/Oエマルションを形成しやすい点で、ノニオン系界面活性剤が好ましい。本発明においては、シリカゾルが水性であるため、界面活性剤の親水性及び疎水性の程度を示す値であるHLB値が3以上6以下の界面活性剤を好適に用いることができる。なお本発明において「HLB値」とは、グリフィン法によるHLB値を意味する。 A surfactant is preferably added when forming the W/O emulsion. Any of anionic surfactants, cationic surfactants, and nonionic surfactants can be used as surfactants. Among these, nonionic surfactants are preferable because they easily form a W/O emulsion. In the present invention, since the silica sol is aqueous, a surfactant having an HLB value of 3 or more and 6 or less, which is a value indicating the degree of hydrophilicity and hydrophobicity of the surfactant, can be preferably used. In the present invention, "HLB value" means HLB value according to the Griffin method.

上述したように、本発明においては、W/Oエマルションの液滴の形状によってエアロゲル粒子の形状がほぼ定められる。好適に用いることのできる界面活性剤の具体的としては、ソルビタンモノオレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノセスキオレート等が挙げられる。 As described above, in the present invention, the shape of the airgel particles is substantially determined by the shape of the droplets of the W/O emulsion. Specific examples of surfactants that can be preferably used include sorbitan monooleate, sorbitan monostearate, sorbitan monosesquiolate, and the like.

界面活性剤の使用量は、W/Oエマルションを形成させる際の一般的な量と変わるところがない。具体的には、水性シリカゾル100mlに対して0.05g以上10g以下の範囲を好適に採用することができる。界面活性剤の使用量が多いと、W/Oエマルションの液滴がより微細になり易く、逆に界面活性剤の使用量が少ないと、W/Oエマルションの液滴がより大きくなり易い。したがって界面活性剤の使用量を増減することにより、エアロゲルの平均粒径を調整することが可能である。 The amount of surfactant used is no different from the general amount used to form W/O emulsions. Specifically, the range of 0.05 g or more and 10 g or less per 100 ml of aqueous silica sol can be suitably adopted. When the amount of surfactant used is large, the droplets of the W/O emulsion tend to become finer, and conversely, when the amount of surfactant used is small, the droplets of the W/O emulsion tend to become larger. Therefore, it is possible to adjust the average particle size of the airgel by increasing or decreasing the amount of surfactant used.

W/Oエマルションを形成する際に、水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させる方法としては、W/Oエマルションの公知の形成方法を採用することができる。工業的な製造の容易性などの観点からは、機械乳化によるエマルション形成が好ましく、具体的には、ミキサー、ホモジナイザー等を使用する方法を例示できる。好適には、ホモジナイザーを用いることができる。W/Oエマルション中のシリカゾル液滴の平均粒径とエアロゲルの平均粒径とは概ね対応関係にある。同時に、このようにエマルション中のシリカゾル液滴の粒径を十分小さくすることにより、シリカゾル液滴の形状が乱されにくくなるので、より高い円形度を有する球状のエアロゲルを得ることが一層容易になる。 As a method for dispersing the aqueous silica sol in the hydrophobic solvent when forming the W/O emulsion, a known W/O emulsion forming method can be employed. From the viewpoint of ease of industrial production, emulsion formation by mechanical emulsification is preferred, and specific examples include methods using a mixer, homogenizer, or the like. Preferably, a homogenizer can be used. The average particle size of the silica sol droplets in the W/O emulsion and the average particle size of the airgel generally correspond to each other. At the same time, by sufficiently reducing the particle size of the silica sol droplets in the emulsion, the shape of the silica sol droplets is less likely to be disturbed, making it easier to obtain spherical airgel with a higher degree of circularity. .

本発明の球状エアロゲル粉末を製造するには、このようなW/Oエマルション中のシリカゾルをゲル化させる。酸性領域にあるシリカゾルは加熱により容易にゲル化する。従って、該ゲル化は、上記W/Oエマルションを加熱すればよい。 To produce the spherical airgel powder of the present invention, the silica sol in such W/O emulsion is gelled. Silica sol in the acidic region is easily gelled by heating. Therefore, the gelation can be achieved by heating the W/O emulsion.

ゲル化温度は、50℃~80℃にすることが好ましく、60℃~70℃にすることがより好ましい。ゲル化温度が上記範囲を超えて高いと比表面積が低くなり、低いとゲル化が十分に進行しない。 The gelling temperature is preferably 50°C to 80°C, more preferably 60°C to 70°C. If the gelation temperature is higher than the above range, the specific surface area will be low, and if it is lower, the gelation will not proceed sufficiently.

また、ゲル化時間は、30分~24時間とすることが好ましく、5~12時間とすることがより好ましい。 The gelling time is preferably 30 minutes to 24 hours, more preferably 5 to 12 hours.

ゲル化することで、W/O型エマルションをゲル化体の分散液へと変換するのである。前記有機ナノファイバーはシリカゾル中に分散しているため、このゲル化に際して、形成されるシリカ中に取り込まれた状態(分散した状態)となる。 Gelation converts the W/O emulsion into a gel dispersion. Since the organic nanofibers are dispersed in the silica sol, they are incorporated (dispersed) into the formed silica during the gelation.

本発明の球状エアロゲル粉末を製造するには、このようにして得たゲル化体を分離し、回収する。回収方法は、公知の方法を適宜採用すればよいが、好ましくは以下の方法、即ち、以下の(5)から(7)の工程を実施することが好ましい。 In order to produce the spherical airgel powder of the present invention, the gelled body thus obtained is separated and recovered. As the recovery method, a known method may be appropriately adopted, but it is preferable to carry out the following method, that is, the following steps (5) to (7).

(5)O相と、ゲル化体を含むW相とに分離させる工程。
(6)W相に分散しているゲル化体を疎水化する工程。
(7)疎水化されたゲル化体を回収する工程。
(5) A step of separating into an O phase and a W phase containing a gelled body.
(6) A step of hydrophobizing the gelled body dispersed in the W phase.
(7) A step of recovering the hydrophobized gelled body.

上記方法において、始めにO相とW相を分離する操作は、一般的には解乳とも呼ばれている操作である。解乳後、前記工程により得られたゲル化体は、W相側に分散して存在する。 In the above method, the operation of first separating the O phase and W phase is generally called demulsification. After demulsification, the gelled body obtained by the above step exists dispersedly on the W phase side.

当該解乳方法としては、公知の方法を採用することが可能であるが、具体的には、水溶性有機溶媒の添加、塩の添加、遠心力の付与、酸の添加、濾過、容積比の変化(水又は疎水性溶媒の添加)等から選ばれる一つ、あるいは複数を組み合わせて実施することができる。好適には、一定量の水溶性有機溶媒を、必要に応じて水と共にエマルション中に加えてO相とW相に分離することができる。解乳工程を経ると、一般に、上層がO相(有機層)、下層がW相(水層)となる。 As the demulsification method, a known method can be adopted. Specifically, addition of a water-soluble organic solvent, addition of salt, application of centrifugal force, addition of acid, filtration, volume ratio One selected from change (addition of water or hydrophobic solvent) or the like, or a combination of a plurality of them, can be implemented. Suitably, a certain amount of water-soluble organic solvent can be added into the emulsion together with water as needed to separate the O and W phases. After the demulsification process, the upper layer generally becomes the O phase (organic layer) and the lower layer becomes the W phase (aqueous layer).

上記の水溶性有機溶媒としては、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等が挙げられる。このうち、イソプロピルアルコールは、後述のシリル化処理の際にも、処理の効率を高める上で効果があるため、好適に用いることができる。 Acetone, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, etc. are mentioned as said water-soluble organic solvent. Among these, isopropyl alcohol can be preferably used because it is effective in increasing the efficiency of the silylation treatment, which will be described later.

上記の水溶性有機溶媒の添加量は、エマルション形成時に用いた界面活性剤の種類および量によって調整することが好ましい。例えば、W/O型エマルジョンの界面活性剤としてソルビタンモノオレエートを用いた場合には、O相の量に対して質量で0.1~0.4倍程度の水溶性有機溶媒を加え、必要に応じて撹拌後、静置することにより、好適にO相とW相に分離することができる。また、上記水溶性有機溶媒と供に、水も、O相の量に対して質量で0.6~0.9倍程度の添加量で加えるのが好ましい。また、該分離操作を行う際の温度は特に限定されないが、通常は、20~70℃程度で行うことができる。 The amount of the water-soluble organic solvent to be added is preferably adjusted according to the type and amount of the surfactant used during emulsion formation. For example, when sorbitan monooleate is used as the surfactant for the W/O type emulsion, a water-soluble organic solvent is added in an amount of about 0.1 to 0.4 times the amount of the O phase by mass. Depending on the conditions, the O phase and the W phase can be preferably separated by allowing the mixture to stand after stirring. In addition to the water-soluble organic solvent, it is preferable to add water in an amount of about 0.6 to 0.9 times the amount of the O phase. Also, the temperature at which the separation operation is carried out is not particularly limited, but it can usually be carried out at about 20 to 70°C.

本発明の製造方法においては、上記のようにしてW相中にゲル化体が分散されたものを得た後、ゲル化体の熟成を行うことが好ましい。該熟成は、O相と層分離されたW相(ゲル化体が分散)に塩基性物質を加えてW相のpHを弱酸性ないし塩基性に調整し、ゲルの熟成を行うことで実施する。 In the production method of the present invention, it is preferred that the gelled body is aged after obtaining the gelled body dispersed in the W phase as described above. The aging is carried out by adding a basic substance to the W phase separated from the O phase (the gelled body is dispersed) to adjust the pH of the W phase to weakly acidic or basic, and aging the gel. .

前記W相に対する塩基性物質を加えることで、酸性域下にあるW相のpHは上昇して、弱酸性ないし塩基性が呈される状態になるが、具体的には、W相のpHは4.5~10とすることが好ましく、4.5~8.0とすることがより好ましく、4.5~5.5とすることが特に好ましい。上記塩基性物質としては、アンモニア、苛性ソーダ、アルカリ金属ケイ酸塩等を用いることができる。中でも苛性ソーダを用いることがpH調整を容易に行うことができるため、好ましい。 By adding a basic substance to the W phase, the pH of the W phase, which is below the acidic range, rises and becomes weakly acidic or basic. Specifically, the pH of the W phase is It is preferably 4.5 to 10, more preferably 4.5 to 8.0, and particularly preferably 4.5 to 5.5. Ammonia, caustic soda, alkali metal silicate and the like can be used as the basic substance. Among them, it is preferable to use caustic soda because the pH can be easily adjusted.

また、上記ゲルの熟成は、熟成温度を室温~80℃程度で保持することによって行うことができる。熟成時間は、W相のpHと熟成温度によって適宜設定すればよいが、0.5~12時間程度である。 Also, the aging of the gel can be carried out by maintaining the aging temperature at about room temperature to 80°C. The aging time may be appropriately set depending on the pH of the W phase and the aging temperature, and is about 0.5 to 12 hours.

上記のようにして、親水性のゲル化体(多孔質シリカ)がW相に分散している液を得ることができるが、該ゲル化体を単純にろ別等により回収し、乾燥を行ったのでは、収縮により細孔がつぶれてしまい、エアロゲルとすることができない。該収縮を抑制する方法としては超臨界乾燥と、以下に述べるようなゲル化体を疎水化し、その後乾燥する方法が知られている。 As described above, a liquid in which the hydrophilic gel (porous silica) is dispersed in the W phase can be obtained, and the gel is simply collected by filtration or the like and dried. Otherwise, the pores will collapse due to shrinkage, and an airgel cannot be obtained. As a method for suppressing the shrinkage, supercritical drying and a method of hydrophobizing a gelled body as described below and then drying are known.

なおゲル化体をシリル化処理するに際しては、その処理効率を向上させるため、該W相をO相から分離しておくことが望ましい。分離方法は特に限定されないが、2相に分かれているO相とW相とを、例えばデカンテーション等でO相を除去し、W相を回収することができる。なおこの分離は、前記熟成前に行っても良い。 When silylating the gelled product, it is desirable to separate the W phase from the O phase in order to improve the efficiency of the treatment. The separation method is not particularly limited, but the O phase and W phase, which are separated into two phases, can be removed by, for example, decantation or the like, and the W phase can be recovered. This separation may be performed before the aging.

ここで、完全にO相を分離除去する必要はないが、当該W相に含まれるゲル化体をシリル化処理する工程において、効率的にシリル化処理を行うためにはO相の割合はなるべく少ない方が良く、W相の量に対して20wt%以下となるようにすることが好ましく、さらに好ましくは10wt%以下である。 Here, it is not necessary to completely separate and remove the O phase. The smaller the better, and it is preferably 20 wt % or less, more preferably 10 wt % or less, relative to the amount of W phase.

ゲル化体の疎水化は、シリル化剤を用いてゲル化体をシリル化処理すればよい。シリル化処理によって得られる球状シリカエアロゲルは疎水性を呈するものになり、該ゲル化体を乾燥する際に収縮が抑制されて、エアロゲルとしての多孔質な構造を保持した粉体を得ることを可能にさせる。 Hydrophobization of the gelled product can be achieved by subjecting the gelled product to silylation treatment using a silylating agent. Spherical silica airgel obtained by silylation treatment becomes hydrophobic, shrinkage is suppressed when the gelled body is dried, and it is possible to obtain a powder that retains the porous structure of an airgel. Let

本発明において使用可能なシリル化剤としてはシラノール基:
M-OH (2)
[式中、Mはゲル化体を形成しているSi原子を表す。式(2)においてはMの残りの原子価は省略されている。以下の式において、すべて同じ。]
と反応し、これを
(M-O-)(4-n)SiR (3)
[式(3)中、nは1~3の整数であり、Rは炭化水素基であり、nが2以上である場合には、複数のRは同一でも相互に異なっていてもよい。]へと変換することが可能なシリル化剤を一例として挙げることができる。
Silanol groups as silylating agents that can be used in the present invention:
M-OH (2)
[In the formula, M represents a Si atom forming a gelled body. The remaining valences of M are omitted in formula (2). In the following formulas, all the same. ]
and converted to (MO-) (4-n) SiR n (3)
[In the formula (3), n is an integer of 1 to 3, R is a hydrocarbon group, and when n is 2 or more, a plurality of R may be the same or different. ] can be mentioned as an example.

このようなシリル化剤を用いてシリル化処理を行うことにより、エアロゲル粉体表面のヒドロキシ基が疎水性のシリル基でエンドキャッピングされて不活性化されるので、表面ヒドロキシ基相互間での脱水縮合反応を抑制できる。よって、臨界点未満の条件で乾燥を行っても乾燥収縮を抑制できるので、2mL/g以上のBJH細孔容積を有する金属酸化粉末を得ることが可能になる。 By performing silylation treatment using such a silylating agent, the hydroxy groups on the surface of the airgel powder are end-capped with hydrophobic silyl groups and are inactivated, so dehydration between the surface hydroxy groups Condensation reaction can be suppressed. Therefore, drying shrinkage can be suppressed even if drying is performed under conditions below the critical point, so it is possible to obtain a metal oxide powder having a BJH pore volume of 2 mL/g or more.

上記のシリル化剤としては、以下の一般式(4)~(6)で示される化合物が知られている。 Compounds represented by the following general formulas (4) to (6) are known as the silylating agent.

SiX(4-n) (4)
[式(4)中、nは1~3の整数を表し;Rは炭化水素基等の疎水基を表し;Xはヒドロキシ基を有する化合物との反応においてSi原子との結合が開裂して分子から脱離可能な基(脱離基)を表す。nが2以上のとき複数のRは同一でも異なっていてもよい。また、nが2以下のとき複数のXは同一でも異なっていてもよい。]
RnSiX (4-n) (4)
[In the formula (4), n represents an integer of 1 to 3; R represents a hydrophobic group such as a hydrocarbon group; represents a group (leaving group) that can be eliminated from When n is 2 or more, multiple R's may be the same or different. Also, when n is 2 or less, a plurality of Xs may be the same or different. ]

Figure 0007278110000001
Figure 0007278110000001

[式(5)中、Rはアルキレン基を表し;R及びRは各々独立に炭化水素基を表し;R及びRは各々独立に水素原子又は炭化水素基を表す。] [In formula (5), R 1 represents an alkylene group; R 2 and R 3 each independently represent a hydrocarbon group; R 4 and R 5 each independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group. ]

Figure 0007278110000002
Figure 0007278110000002

[式(6)中、R及びRは各々独立に炭化水素基を表し、mは3~6の整数を表す。複数のRは同一でも異なっていてもよい。また、複数のRは同一でも異なっていてもよい。] [In formula (6), R 6 and R 7 each independently represent a hydrocarbon group, and m represents an integer of 3 to 6. Plural R 6s may be the same or different. Moreover, a plurality of R 7 may be the same or different. ]

上記式(4)において、Rは炭化水素基であり、好ましくは炭素数1~10の炭化水素基であり、より好ましくは炭素数1~4の炭化水素基であり、特に好ましくはメチル基である。 In the above formula (4), R is a hydrocarbon group, preferably a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, particularly preferably a methyl group. be.

Xで示される脱離基としては、塩素、臭素等のハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;-NH-SiRで示される基(式中、Rは式(4)におけるRと同義である)等を例示できる。 Examples of leaving groups represented by X include halogen atoms such as chlorine and bromine; alkoxy groups such as methoxy and ethoxy groups; are synonymous), etc. can be exemplified.

上記式(4)で示されるシリル化剤を具体的に例示すると、クロロトリメチルシラン、ジクロロジメチルシラン、トリクロロメチルシラン、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン等が挙げられる。反応性が良好である点で、クロロトリメチルシラン、ジクロロジメチルシラン、トリクロロメチルシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサン及び/又はヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロキサンが特に好ましい。 Specific examples of the silylating agent represented by formula (4) include chlorotrimethylsilane, dichlorodimethylsilane, trichloromethylsilane, monomethyltrimethoxysilane, monomethyltriethoxysilane, hexamethyldisilazane, and the like. Chlorotrimethylsilane, dichlorodimethylsilane, trichloromethylsilane, octamethylcyclotetrasiloxane and/or hexamethyldisilazane and hexamethyldisiloxane are particularly preferred in terms of good reactivity.

脱離基Xの数(4-n)に応じて、エアロゲル粉体骨格上のヒドロキシ基と結合する数は変化する。例えば、例えば、nが2であれば:
(M-O-)SiR (7)
という結合が生じることになる。また、nが3であれば:
M-O-SiR (8)
という結合が生じることになる。このようにヒドロキシ基がシリル化されることにより、シリル化処理がなされる。
Depending on the number of leaving groups X (4-n), the number of bonding with hydroxy groups on the airgel powder skeleton changes. For example, if n is 2:
(MO-) 2 SiR 2 (7)
A connection will occur. And if n is 3:
MO-SiR 3 (8)
A connection will occur. The silylation treatment is performed by silylating the hydroxy groups in this way.

上記式(5)において、Rはアルキレン基であり、好ましくは炭素数2~8のアルキレン基であり、特に好ましくは炭素数2~3のアルキレン基である。 In the above formula (5), R 1 is an alkylene group, preferably an alkylene group having 2 to 8 carbon atoms, particularly preferably an alkylene group having 2 to 3 carbon atoms.

上記式(5)において、R及びRは各々独立に炭化水素基であり、好ましい基としては、式(4)におけるRと同様の基を挙げることができる。Rは水素原子又は炭化水素基を示し、炭化水素基である場合には、好ましい基としては、式(4)におけるRと同様の基を挙げることができる。この式(5)で示される化合物(環状シラザン)でゲル化体を処理した場合には、ヒドロキシ基との反応によりSi-N結合が開裂するので、ゲル化体中のエアロゲル粉体骨格表面上には
(M-O-)SiR (9)
という結合が生じることになる。このように上記式(5)の環状シラザン類によっても、ヒドロキシ基がシリル化され、シリル化処理がなされる。
In the above formula (5), R 2 and R 3 are each independently a hydrocarbon group, and preferred groups include the same groups as R in formula (4). R 4 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group, and when it is a hydrocarbon group, preferred groups include the same groups as R in formula (4). When the gelled body is treated with the compound (cyclic silazane) represented by this formula (5), the Si—N bond is cleaved by the reaction with the hydroxyl group, so that the surface of the airgel powder skeleton in the gelled body (MO-) 2 SiR 2 R 3 (9)
A connection will occur. In this way, the cyclic silazanes of the above formula (5) also silylate the hydroxy group and carry out the silylation treatment.

上記式(5)で示される環状シラザン類を具体的に例示すると、ヘキサメチルシクロトリシラザン、オクタメチルシクロテトラシラザン等が挙げられる。 Specific examples of the cyclic silazanes represented by formula (5) include hexamethylcyclotrisilazane and octamethylcyclotetrasilazane.

上記式(6)において、R及びRは各々独立に炭化水素基であり、好ましい基としては、式(4)におけるRと同様の基を挙げることができる。mは3~6の整数を示す。この式(6)で示される化合物(環状シロキサン)でゲル化体を処理した場合、ゲル化体中のエアロゲル粉体骨格表面上には、
(M-O-)SiR (10)
という結合が生じることになる。このように上記式(6)の環状シロキサン類によっても、ヒドロキシ基がシリル化され、シリル化処理がなされる。
In the above formula (6), R 6 and R 7 are each independently a hydrocarbon group, and preferred groups include the same groups as R in formula (4). m represents an integer of 3-6. When the gelled body is treated with the compound (cyclic siloxane) represented by this formula (6), on the surface of the airgel powder skeleton in the gelled body,
(MO-) 2 SiR 6 R 7 (10)
A connection will occur. Thus, the cyclic siloxanes of the above formula (6) also silylate the hydroxy groups and perform the silylation treatment.

上記式(6)で示される環状シロキサン類を具体的に例示すると、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等が挙げられる。 Specific examples of the cyclic siloxanes represented by formula (6) include hexamethylcyclotrisiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, and the like.

上記のシリル化処理の際に使用するシリル化剤の量としては、処理剤の種類にもよるが、ヘキサメチルジシロキサンをシリル化剤として用いる場合には、シリカ(使用したシリカゾル量から計算されるSiO量)100質量部に対して10~150質量部が好適である。より好ましくは20~130質量部であり、更に好ましくは30~120質量部である。 The amount of silylating agent used in the above silylation treatment varies depending on the type of the treating agent. SiO 2 amount) is preferably 10 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass. More preferably 20 to 130 parts by mass, still more preferably 30 to 120 parts by mass.

上記のシリル化処理の条件は、W相に対して、シリル化剤を加え、一定時間反応させることにより行うことができる。例えば、シリル化剤としてヘキサメチルジシロキサンを用い、処理温度を50℃とした場合には、6~12時間程度以上保持することで行うことでき、処理温度を70℃とした場合には3~12時間程度以上保持することで行うことができる。 The conditions for the above silylation treatment can be carried out by adding a silylating agent to the W phase and allowing it to react for a certain period of time. For example, when hexamethyldisiloxane is used as the silylating agent and the treatment temperature is 50° C., it can be held for about 6 to 12 hours or more. It can be carried out by holding for about 12 hours or longer.

また、シリル化処理剤としてオクタメチルシクロテトラシロキサン等の環状シロキサン類を用いる場合には、塩酸を添加することで溶液のpHを0.3~1.0とすることが、反応の効率を高める上で好ましい。 Further, when cyclic siloxanes such as octamethylcyclotetrasiloxane are used as the silylating agent, adding hydrochloric acid to adjust the pH of the solution to 0.3 to 1.0 enhances the efficiency of the reaction. preferred above.

当該シリル化処理工程においては、W相中へのシリル化剤の溶解度を高めて、反応の効率を高める目的で、水溶性有機溶媒を加えることが好ましい。この水溶性有機溶媒としては、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等が挙げられる。このうち、イソプロピルアルコールを好適に用いることができる。 In the silylation treatment step, it is preferable to add a water-soluble organic solvent for the purpose of enhancing the solubility of the silylating agent in the W phase and enhancing the efficiency of the reaction. Examples of the water-soluble organic solvent include acetone, methanol, ethanol and isopropyl alcohol. Among these, isopropyl alcohol can be preferably used.

上記水溶性有機溶媒は、ゲル化体を含むW相中の濃度で20~80wt%程度になるように加えることが好ましい。 The above water-soluble organic solvent is preferably added so that the concentration in the W phase containing the gelled product is about 20 to 80 wt %.

乾燥時の収縮を抑制しやすい点で、上記疎水化処理の後に、ゲル化体をいったん疎水性有機溶媒中に抽出することが好ましい。即ち、疎水化されたゲル化体は疎水性有機溶媒への親和性が高くなっているため、疎水性有機溶媒を加えて撹拌等を行うことにより、該疎水性有機溶媒側へ移動する。ゲル化体抽出に用いる疎水性有機溶媒の選定基準としては、後の乾燥工程の際、乾燥収縮を起こさないために表面張力が小さいことが挙げられる。具体的にはヘキサン、ヘプタン、ノナン、デカン、ジクロロメタン、メチルエチルケトン、トルエン等を用いることができ、好適にはヘキサン、ヘプタン、デカン、トルエンを用いることが出来る。使用する疎水性有機溶媒の量は、W相の体積に対して0.5倍~10倍を目処に適宜設定すればよい。 From the point of view of easily suppressing shrinkage during drying, it is preferable to once extract the gelled body into a hydrophobic organic solvent after the hydrophobizing treatment. That is, since the hydrophobized gel has a high affinity for the hydrophobic organic solvent, it moves to the side of the hydrophobic organic solvent when the hydrophobic organic solvent is added and stirred. Criteria for selecting the hydrophobic organic solvent used for extracting the gelled product include low surface tension so as not to cause drying shrinkage in the subsequent drying step. Specifically, hexane, heptane, nonane, decane, dichloromethane, methyl ethyl ketone, toluene and the like can be used, and hexane, heptane, decane and toluene can be preferably used. The amount of the hydrophobic organic solvent to be used may be appropriately set with a target of 0.5 to 10 times the volume of the W phase.

上記の疎水性有機溶媒への抽出を行った後に、ゲル化体に含まれる塩分や、疎水性有機溶媒中に含まれる硫酸塩等を除去するために、当該有機溶媒を水或いはアルコールの水溶液で洗浄を行うことが好ましい。この洗浄操作は公知の方法で行うことができ、いわゆる液/液抽出の操作として周知の方法を採用できる。洗浄効率を上げる上では、数10wt%程度のイソプロピルアルコールの水溶液を用いることが好ましい。また、疎水性有機溶媒の沸点を超えない範囲で、高温にすることが洗浄効率を高める上では好ましい。通常は、45~70℃の範囲で行うことができる。 After the above extraction into the hydrophobic organic solvent, the organic solvent is washed with water or an alcohol aqueous solution in order to remove salts contained in the gelled body and sulfates contained in the hydrophobic organic solvent. Washing is preferred. This washing operation can be performed by a known method, and a method known as a so-called liquid/liquid extraction operation can be employed. In order to increase the cleaning efficiency, it is preferable to use an aqueous solution of isopropyl alcohol of about several tens of wt %. In order to increase the cleaning efficiency, it is preferable to use a high temperature within a range not exceeding the boiling point of the hydrophobic organic solvent. Usually, it can be carried out in the range of 45 to 70°C.

上記のようにして不純物となる塩等を除去したゲル化体を液中から回収する。回収においては、疎水性有機溶媒に分散しているゲル化体を濾別すればよい。ついで、濾別して得られたゲル化体から疎水性有機溶媒を除去(すなわち乾燥)する。乾燥する際の温度は、溶媒の沸点以上で、シリル化剤等の表面処理剤及び有機ナノファイバーの分解温度以下であることが好ましく、圧力は常圧ないし減圧下で行うことが好ましい。 The gelled body from which impurities such as salts have been removed as described above is recovered from the liquid. For recovery, the gelled product dispersed in the hydrophobic organic solvent may be separated by filtration. Then, the hydrophobic organic solvent is removed (that is, dried) from the gelled product obtained by filtration. The drying temperature is preferably higher than the boiling point of the solvent and lower than the decomposition temperature of the surface treatment agent such as the silylating agent and the organic nanofibers, and the pressure is preferably normal pressure or reduced pressure.

このようにして、シリカ中にナノファイバーが分散(複合化)した球状シリカエアロゲルを製造することができる。 In this way, a spherical silica airgel in which nanofibers are dispersed (complexed) in silica can be produced.

上記のようにして製造した粉体は、球状シリカエアロゲルにより構成されている。なおここでいうシリカとは二酸化ケイ素のことであって、二酸化ケイ素で構成されている物質の総称を指し、SiOと表す。シリカエアロゲル粉末であるとは、質量基準で50%以上がシリカから構成されていることをいう。好ましくは同60%以上、より好ましくは同75%以上である。シリカ以外の成分としては、用いたナノファイバーを構成する成分、および疎水化を行った場合には、疎水化処理剤に由来する成分が含まれる。 The powder produced as described above is composed of spherical silica aerogel. The term "silica" as used herein means silicon dioxide, and is a general term for substances composed of silicon dioxide, and is expressed as SiO 2 . Silica airgel powder means that 50% or more of the powder is composed of silica on a mass basis. It is preferably 60% or more, more preferably 75% or more. Components other than silica include a component that constitutes the nanofiber used, and a component derived from a hydrophobizing treatment agent when hydrophobization is performed.

また、上記製造方法によれば、シリカエアロゲルはシリカエアロゲル粒子の平均円形度が0.8以上の球状であることが通常である。該平均円形度は0.85以上であることが好ましい。 Further, according to the above production method, the silica airgel particles are generally spherical with an average circularity of 0.8 or more. The average circularity is preferably 0.85 or more.

なお上記「平均円形度」とは、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、観察したSEM像を得、画像解析により個々の粒子について下記式(1)によって定義される値C(円形度)を求め、この円形度Cを2000個以上の粒子について相加平均値として出した値である。なお、この際、一個の凝集粒子を形成している粒子群は1粒子として計数する。 The above-mentioned "average circularity" is a value C (circularity) defined by the following formula (1) for each particle by image analysis using a scanning electron microscope (SEM) to obtain an observed SEM image. , and this circularity C is obtained as an arithmetic mean value for 2000 or more particles. In this case, a particle group forming one aggregated particle is counted as one particle.

Figure 0007278110000003
Figure 0007278110000003

[式(1)において、Sは当該粒子が画像中に占める面積(投影面積)を表す。Lは画像中における当該粒子の外周部の長さ(周囲長)を表す。]
該平均円形度が1に近くなるほど、粒子は真球に近い形状となる。
[In formula (1), S represents the area (projected area) of the particle in the image. L represents the length (perimeter) of the outer periphery of the particle in the image. ]
The closer the average circularity is to 1, the closer the particles are to a true sphere.

また、上記した本発明の製造方法により製造した球状シリカエアロゲル粉末は、以下のような特性を有しているのが通常である。 Moreover, the spherical silica airgel powder produced by the production method of the present invention described above usually has the following properties.

粒径については、コールターカウンター法により測定される体積累積50%径(D50)が、通常は1~30μmの範囲にあり、1~20μmの範囲、さらには1~10μmの範囲にすることが可能である。該粒径はW/Oエマルション形成時の粒径に依存する。 Regarding the particle size, the volume cumulative 50% diameter (D50) measured by the Coulter counter method is usually in the range of 1 to 30 μm, and can be in the range of 1 to 20 μm, further in the range of 1 to 10 μm. is. The particle size depends on the particle size when forming the W/O emulsion.

窒素吸着法によるBET法による比表面積は、通常は400~1000m/gである。球状シリカエアロゲル粉末の比表面積が大きいほど、独立粒子の多孔質構造(網目構造)を構成する一次粒子の粒径が小さいことを示し、化粧品の添加剤として用いた際に増粘効果が高まる。増粘効果が高いと皮膚または頭髪等に塗布した際、液垂れを防止することが可能である。したがって、上記比表面積は500m/g以上であることが好ましく、550m/g以上であることがより好ましい。 The specific surface area determined by the BET method based on the nitrogen adsorption method is usually 400 to 1000 m 2 /g. The larger the specific surface area of the spherical silica airgel powder, the smaller the particle size of the primary particles that make up the porous structure (network structure) of the independent particles, which enhances the thickening effect when used as an additive in cosmetics. If the thickening effect is high, dripping can be prevented when applied to the skin or hair. Therefore, the specific surface area is preferably 500 m 2 /g or more, more preferably 550 m 2 /g or more.

一方、球状シリカエアロゲル粉末の比表面積は、大きくなりすぎると細孔容積が小さくなり、吸油量が小さくなることから、850m/g以下であることが好ましく、700m/g以下であることがより好ましい。通常、比表面積が1000m/gを超えて大きいエアロゲル粉末を得ることは困難である。 On the other hand, if the specific surface area of the spherical silica airgel powder becomes too large , the pore volume becomes small and the oil absorption becomes small. more preferred. Generally, it is difficult to obtain an airgel powder with a specific surface area greater than 1000 m 2 /g.

なお、本発明において、当該BET法による比表面積は、測定対象のサンプルを、1kPa以下の真空下において、150℃の温度で2時間以上乾燥させ、その後、液体窒素温度における窒素の吸着側のみの吸着等温線を取得し、BET法により解析して求めた値であり、解析時の分圧(P/P)の範囲は0.1~0.25である。 In the present invention, the specific surface area by the BET method is obtained by drying the sample to be measured under a vacuum of 1 kPa or less at a temperature of 150 ° C. for 2 hours or more, and then only on the nitrogen adsorption side at liquid nitrogen temperature. It is a value obtained by obtaining an adsorption isotherm and analyzing it by the BET method.

BJH法による細孔容積は通常は2~8ml/gである。細孔容量が大きい程、優れた吸油性能が得られるため好ましい。下限値は、より好ましくは2.5ml/g以上、特に好ましくは4ml/g以上である。また上限は6ml/g以下であることがより好ましい。細孔容積が2ml/g以下である場合には、優れた吸油性能を得ることはできない。また、8ml/gを超えて大きなものを得ることは、通常、困難である。 The pore volume according to the BJH method is usually 2-8 ml/g. The larger the pore volume, the better the oil absorbing performance, which is preferable. The lower limit is more preferably 2.5 ml/g or more, particularly preferably 4 ml/g or more. Further, the upper limit is more preferably 6 ml/g or less. If the pore volume is 2 ml/g or less, excellent oil absorption performance cannot be obtained. Also, it is usually difficult to obtain anything greater than 8 ml/g.

本発明において、BJH法による、球状シリカエアロゲル粉末の細孔容積は、前記BET比表面積測定の際と同様に吸着等温線を取得し、BJH法(Barrett, E. P.; Joyner, L. G.; Halenda, P. P., J. Am. Chem. Soc. 73, 373 (1951)により、解析して得られたものである(以下において、「BJH細孔容積」ということがある)。本方法により測定される細孔は、半径1~100nmの細孔であり、この範囲の細孔の容積の積算値が本発明における細孔容積となる。 In the present invention, the pore volume of the spherical silica airgel powder by the BJH method is obtained by obtaining an adsorption isotherm in the same manner as in the BET specific surface area measurement, and by the BJH method (Barrett, E. P.; Joyner, L. G.; Halenda, P. P., 73, 373 (1951) (hereinafter sometimes referred to as "BJH pore volume"). , are pores with a radius of 1 to 100 nm, and the cumulative value of the volume of pores in this range is the pore volume in the present invention.

本発明の球状シリカエアロゲル粉末のBJH法による細孔半径のピークは、通常は通常10~50nmの範囲にある。なお、該細孔半径のピークも、前記BET比表面積測定の際と同様に吸着等温線を取得し、BJH法により解析して得られたものである。該細孔半径のピークは、細孔半径の対数による累積細孔容積(体積分布曲線)が最大のピーク値をとる細孔半径の値である。 The peak pore radius of the spherical silica airgel powder of the present invention by the BJH method is usually in the range of 10 to 50 nm. The peak of the pore radius was also obtained by obtaining an adsorption isotherm and analyzing it by the BJH method in the same manner as in the measurement of the BET specific surface area. The pore radius peak is the pore radius value at which the cumulative pore volume (volume distribution curve) of the logarithm of the pore radius takes the maximum peak value.

シリカエアロゲル粉末は、通常は高い吸油量を有することが特徴であり、本発明の球状シリカエアロゲル粉末も、吸油量が400mL/100g以上であるのが一般的であり、550mL/100g以上であることがより好ましく、650mL/100g以上であることが特に好ましい。吸油量は大きいほど、化粧品用途に用いた際のテカリ防止効果が得られるため、好ましい。吸油量の上限は特に限定されるものではないが、最大で700mL/100g程度である。 Silica airgel powder is usually characterized by having a high oil absorption, and the spherical silica airgel powder of the present invention also generally has an oil absorption of 400 mL/100 g or more, and is 550 mL/100 g or more. is more preferable, and 650 mL/100 g or more is particularly preferable. The higher the oil absorption, the better the anti-shiny effect when used in cosmetics, so it is preferable. Although the upper limit of the oil absorption is not particularly limited, it is about 700 mL/100 g at maximum.

なお、本発明において、当該吸油量の測定は、JIS K6217-4「オイル吸収量の求め方」記載の方法により行うものとする。 In the present invention, the oil absorption is measured according to the method described in JIS K6217-4 "Determination of Oil Absorption".

本発明で製造される球状シリカエアロゲル粉末は、前記した疎水化を経ている場合には、通常は疎水性である。そして疎水性であることにより、経時劣化の原因となる水分の吸着が少なく、疎水性の樹脂との馴染みが向上するため疎水性の樹脂に分散させる場合に極めて有用である。また、エアロゲルが疎水性であることは、このものを超臨界乾燥および溶媒置換を伴わずに製造できるという観点からも、意義を有する。球状シリカエアロゲルの疎水化は、具体的には、該球状シリカエアロゲルをシリル化剤により処理することにより、その表面に有機シリル基が導入すること等により達成できる。 The spherical silica airgel powder produced by the present invention is usually hydrophobic when subjected to hydrophobization as described above. Moreover, since it is hydrophobic, it absorbs less water, which causes deterioration over time, and improves compatibility with hydrophobic resins, so it is extremely useful when dispersed in hydrophobic resins. In addition, the fact that the airgel is hydrophobic is also significant from the viewpoint that it can be produced without supercritical drying and solvent replacement. Hydrophobization of the spherical silica airgel can be achieved, specifically, by treating the spherical silica airgel with a silylating agent to introduce organic silyl groups onto the surface thereof.

ここで、シリカエアロゲル粉末が疎水性であるか否かは、当該粉末を純水と一緒に容器に入れ攪拌等を行うことにより極めて容易に確認できる。疎水性であれば、その粉末は水に分散することなく、かつ、静置すれば水を下層、粉末を上層とする2層に分かれた状態を取り戻す。 Here, whether or not the silica airgel powder is hydrophobic can be very easily confirmed by putting the powder together with pure water in a container and stirring the mixture. If it is hydrophobic, the powder will not disperse in water, and if it is allowed to stand still, it will return to a state of being divided into two layers, a lower layer of water and an upper layer of powder.

また、疎水性、及びその程度についてはM値で評価することも可能である。なお、M値は、実施例に記載した測定方法にしたがって測定した値である。本発明の球状シリカエアロゲルからなる粉体のM値は30~55vol%であることが好ましく、35~55vol%であることがより好ましく、40~55vol%であることが特に好ましい。 Hydrophobicity and its degree can also be evaluated by M value. In addition, M value is the value measured according to the measuring method described in the Example. The powder composed of the spherical silica airgel of the present invention preferably has an M value of 30 to 55 vol%, more preferably 35 to 55 vol%, and particularly preferably 40 to 55 vol%.

また、球状シリカエアロゲル粉体が疎水性であることを示す指標の一つとして、炭素含有量を挙げることができる。疎水性の球状シリカエアロゲルからなる粉体に含まれる炭素含有量は、有機ナノファイバー及び表面処理剤に由来するものであって、1000~1500℃程度の温度において、空気中、若しくは酸素中で酸化処理した際に発生する二酸化炭素の量を定量することにより、測定することができる。 In addition, carbon content can be cited as one of the indexes indicating that the spherical silica airgel powder is hydrophobic. The carbon content contained in the powder made of hydrophobic spherical silica airgel is derived from organic nanofibers and surface treatment agents, and is oxidized in air or oxygen at a temperature of about 1000 to 1500 ° C. It can be measured by quantifying the amount of carbon dioxide generated during treatment.

本発明の製造方法で製造される球状シリカエアロゲル粉体は、上記炭素含有量が5~12質量%であることが好ましく、6~10質量%であることがより好ましい。炭素含有量が多いほど、球状シリカエアロゲルからなる粉体をファンデーション用の添加剤として用いた場合に、汗による化粧崩れを防止することができるため好ましいが、疎水性の球状シリカエアロゲルからなる粉体において、一般的な疎水化処理により12質量%を超えて大きなものを得ることは難しい。 The spherical silica airgel powder produced by the production method of the present invention preferably has a carbon content of 5 to 12% by mass, more preferably 6 to 10% by mass. The higher the carbon content, the more preferable it is because when the powder made of spherical silica airgel is used as an additive for foundation, it is possible to prevent the makeup from falling off due to sweat, but the powder made of hydrophobic spherical silica airgel is preferable. , it is difficult to obtain a large amount exceeding 12% by mass by general hydrophobizing treatment.

使用したナノファイバーに由来して、以下のよう物性を発現させることもできる。即ち、有機ナノファイバー、特にセルロースナノファイバーを0.2~2質量%程度使用して複合化すると、圧縮強度を高かめることができる。 The following physical properties can also be expressed due to the nanofibers used. That is, when 0.2 to 2% by mass of organic nanofibers, particularly cellulose nanofibers are used to form a composite, the compressive strength can be increased.

即ち、従来の球状シリカエアロゲルは、圧縮強度が高くても35MPa未満であったが、有機ナノファイバーとの複合化により35MPa以上、特に40MPa以上のものを得ることが可能になる。 That is, conventional spherical silica airgel has a compressive strength of less than 35 MPa at the highest, but it is possible to obtain a compressive strength of 35 MPa or more, particularly 40 MPa or more by combining with organic nanofibers.

なお上記圧縮強度とは、顕微鏡観察により把握される粒子直径が、D50±20%の範囲にある粒子の10%変形時の圧縮強度の相加平均値を言う。 The compressive strength is the arithmetic mean value of the compressive strength of particles with a particle diameter within the range of D50±20% as determined by microscopic observation when the particles are deformed by 10%.

(用途)
本発明の製造方法で製造される球状シリカエアロゲル粉末は、種々の用途に使用でき、例えば有機ナノファイバーが複合化されたものは圧縮強度が高く、化粧品用添加剤、具体的にはファンデーションの添加剤として利用した際に、外観保持性に優れ、滑らかな触感が得られる。加えて、シリカエアロゲルとして、吸油量が高く、皮膚及び頭皮表面の脂分を効率良く吸収し、また、疎水性を呈し汗をはじく効果もあることから、上記ファンデーション以外の、ペースト、クリームタイプのメイクアップ・スキンケア化粧料、さらにはデオドラント用品、整髪料などの化粧品としても好適に用いることができる。
(Application)
The spherical silica airgel powder produced by the production method of the present invention can be used for various purposes. For example, those compounded with organic nanofibers have high compressive strength and are used as additives for cosmetics, specifically foundations. When used as an agent, it has excellent appearance retention and provides a smooth touch. In addition, as a silica airgel, it has a high oil absorption capacity, efficiently absorbs oil from the surface of the skin and scalp, and is hydrophobic and has the effect of repelling sweat. It can be suitably used as cosmetics such as make-up/skin care cosmetics, deodorants, and hair styling products.

以下、本発明を具体的に説明するため、実施例を示す。ただし本発明はこれらの実施例のみに制限されるものではない。なお、実施例及び比較例の評価は以下の方法で実施した。 EXAMPLES Examples are given below to specifically describe the present invention. However, the present invention is not limited only to these examples. In addition, the evaluation of Examples and Comparative Examples was carried out by the following methods.

<評価方法>
実施例1~5及び比較例1、2で製造した疎水性の球状シリカエアロゲルからなる粉体に対して、以下の項目について試験を行った。
<Evaluation method>
The powder composed of hydrophobic spherical silica airgel produced in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 was tested for the following items.

(D50)
シリカエアロゲル粉末をエタノールに添加し、30分超音波分散を行った。得られたエタノール分散液をベックマン・コールター株式会社製精密粒度分布測定装置Multisizer3を用い、50μmのアパチャーチューブを使用して体積累積50%径(D50)を測定した。
(D50)
Silica airgel powder was added to ethanol and ultrasonically dispersed for 30 minutes. The volume cumulative 50% diameter (D50) of the resulting ethanol dispersion was measured using a precision particle size distribution analyzer Multisizer 3 manufactured by Beckman Coulter, Inc. using a 50 μm aperture tube.

(圧縮強度)
株式会社島津製作所製微小圧縮試験機(MZCT-W510-J)を用いた。該試験器に付属の「試料の大きさ測定機能(顕微鏡)」で、粒径がD50(μm)±20%の粒子を無作為に10個選択し、負荷速度4.5mN/秒、負荷保時時間5秒の測定条件で10%変形時の圧縮強度を個々の粒子について測定し、その相加平均を求めた。
(compressive strength)
A microcompression tester (MZCT-W510-J) manufactured by Shimadzu Corporation was used. Using the "specimen size measurement function (microscope)" attached to the tester, randomly select 10 particles with a particle size of D50 (μm) ± 20%, load rate 4.5 mN / sec, load maintenance The compressive strength at 10% deformation was measured for each particle under the measurement conditions of 5 seconds, and the arithmetic mean was obtained.

(比表面積、細孔容積及び吸油量)
BET比表面積、及びBJH細孔容積の測定は、上述の定義に従ってマイクロトラック・ベル株式会社製BELSORP-maxにより行った。吸油量の測定は、JIS K6217-4「オイル吸収量の求め方」により行った。
(Specific surface area, pore volume and oil absorption)
BET specific surface area and BJH pore volume were measured using BELSORP-max manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd. according to the above definitions. The oil absorption was measured according to JIS K6217-4 "Determination of oil absorption".

(M値)
疎水性シリカエアロゲルは水には浮遊するが、メタノールには完全に懸濁する。このことを利用し、以下の方法によって測定した修飾疎水度をM値として、シリカエアロゲル表面疎水基による疎水化処理の指標とした。
(M value)
Hydrophobic silica airgel floats in water, but is completely suspended in methanol. Utilizing this fact, the modified hydrophobicity measured by the following method was defined as the M value and used as an indicator of the hydrophobization treatment by the silica airgel surface hydrophobic group.

シリカエアロゲル0.2gを容量200mLのビーカー中の50mlの水に加え、マグネティックスターラーで攪拌した。これに、ビュレットを使用してメタノールを加え、シリカエアロゲルの全量がビーカー内の溶媒に濡れて懸濁した時点を終点として、滴下した。この際、メタノールが直接試料に触れないように、チューブで溶液内に導いた。終点におけるメタノール-水混合溶媒中のメタノールの容量%を疎水度(M値)とした。
M値 = メタノール滴下量 / (メタノール滴下量+50ml)
0.2 g of silica airgel was added to 50 ml of water in a 200 mL beaker and stirred with a magnetic stirrer. Methanol was added to this using a burette, and added dropwise at the end point when the entire amount of the silica airgel was wetted and suspended in the solvent in the beaker. At this time, the methanol was led into the solution through a tube so as not to touch the sample directly. The volume % of methanol in the methanol-water mixed solvent at the end point was defined as the hydrophobicity (M value).
M value = Methanol drop amount / (methanol drop amount + 50 ml)

(平均円形度)
シリカエアロゲル粉末について日立ハイテクノロジーズ製SEM(S-5500)を用いて、加速電圧3.0kV、二次電子検出、倍率1000倍で観察した。得られたSEM画像を画像解析することにより、下記式によりシリカエアロゲル粒子の円形度を算出した。なお、平均円形度は、2000個以上のシリカエアロゲル粒子について円形度を算出し、平均したものである。
(average circularity)
The silica airgel powder was observed using a Hitachi High-Technologies SEM (S-5500) at an acceleration voltage of 3.0 kV, secondary electron detection, and a magnification of 1000 times. By image analysis of the obtained SEM image, the circularity of the silica airgel particles was calculated according to the following formula. The average circularity is obtained by calculating the circularity of 2000 or more silica airgel particles and averaging them.

C=4πS/L
[上記式において、Sは当該粒子が画像中に占める面積(投影面積)を表す。Lは画像中における当該粒子の外周部の長さ(周囲長)を表す。]
C=4πS/L 2
[In the above formula, S represents the area (projected area) that the particle occupies in the image. L represents the length (perimeter) of the outer periphery of the particle in the image. ]

(炭素含有量)
エレメンター・ジャパン株式会社製の元素分析装置(vario MICRO cube)を用い、炭素含有量を測定した。
(carbon content)
The carbon content was measured using an elemental analyzer (vario MICRO cube) manufactured by Elementor Japan Co., Ltd.

<実施例1>
硫酸100gを撹拌羽で撹拌しながら、珪酸ナトリウム100gを徐々に添加し、水性シリカゾルを調整した。このとき、pHは3.0であった。
<Example 1>
While stirring 100 g of sulfuric acid with a stirring blade, 100 g of sodium silicate was gradually added to prepare an aqueous silica sol. At this time, the pH was 3.0.

上記方法で調整した水性シリカゾル200gにセルロースナノファイバー(品名:レオクリスタI-2SX、固形分2.1%、第一工業製薬株式会社)を水性シリカゾル中のシリカ分に対して、ナノファイバー量として0.2wt%加え、ホモジナイザー(IKA製、T25BS1)を用いて、8400回転/分の条件で、1分間撹拌して分散させた。 Cellulose nanofibers (product name: Rheocrysta I-2SX, solid content 2.1%, Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) are added to 200 g of the aqueous silica sol prepared by the above method, and the amount of nanofibers is 0 with respect to the silica content in the aqueous silica sol. .2 wt % was added and dispersed by stirring for 1 minute at 8400 rpm using a homogenizer (manufactured by IKA, T25BS1).

調整したナノファイバー分散水性シリカゾル108gを取り分け、これに160gのヘプタンを加え、ソルビタンモノオレエートを1.6g添加した。この溶液をホモジナイザーを用いて、9000回転/分の条件で2.5分撹拌することで、W/Oエマルションを形成させた。 108 g of the prepared nanofiber-dispersed aqueous silica sol was taken, 160 g of heptane was added, and 1.6 g of sorbitan monooleate was added. This solution was stirred for 2.5 minutes at 9000 rpm using a homogenizer to form a W/O emulsion.

得られたW/Oエマルションを撹拌羽で撹拌しながら、70℃、6時間かけてゲル化した。続けて、イソプロピルアルコール40gとイオン交換水60gを加えて、攪拌羽で攪拌しながらO相とW相を分離した。続けて、0.5mol/L水酸化ナトリウム水溶液を1.60g添加した。このとき、W相のpHは5.0であった。70℃、3時間かけて、ゲル化体の熟成を行った。デカンテーションにより、O相を除去することで、W相を回収した。 The resulting W/O emulsion was gelled at 70° C. for 6 hours while stirring with a stirring blade. Subsequently, 40 g of isopropyl alcohol and 60 g of ion-exchanged water were added, and the O phase and W phase were separated while stirring with a stirring blade. Subsequently, 1.60 g of 0.5 mol/L sodium hydroxide aqueous solution was added. At this time, the pH of the W phase was 5.0. The gelled body was aged at 70° C. over 3 hours. The W phase was recovered by removing the O phase by decantation.

得られたW相に35%塩酸を10g、ヘキサメチルジシロキサンを12g添加し、撹拌しながら70℃のウォーターバスで12時間保持することにより、シリル化処理を行った。 Silylation treatment was performed by adding 10 g of 35% hydrochloric acid and 12 g of hexamethyldisiloxane to the obtained W phase and keeping the mixture in a water bath at 70° C. for 12 hours while stirring.

シリル化処理後、攪拌羽で攪拌しながら48%水酸化ナトリウム水溶液を7.14g添加し、中和処理を行った。続いて、ヘプタン100gを加え、ゲル化体を抽出し、イオン交換水100gで2回洗浄を行った。 After the silylation treatment, 7.14 g of a 48% sodium hydroxide aqueous solution was added while stirring with a stirring blade to carry out neutralization treatment. Subsequently, 100 g of heptane was added to extract the gelled product, which was washed twice with 100 g of deionized water.

得られたシリル化後のゲル化体を吸引濾過機により濾別した。ゲル化体の乾燥を真空圧力下、100℃で16時間以上加熱することで疎水性の球状シリカエアロゲルからなる粉体を得た。物性の評価結果を表1に示す。 The obtained gelled product after silylation was filtered with a suction filter. The gelled body was dried and heated at 100° C. for 16 hours or more under vacuum pressure to obtain a powder composed of hydrophobic spherical silica aerogel. Table 1 shows the evaluation results of physical properties.

<実施例2>
セルロースナノファイバーの量を、水性シリカゾル中のシリカ分に対して2wt%となるように加えた以外は、実施例1と同様の操作を行った。物性の評価結果を表1に示す。
<Example 2>
The same operation as in Example 1 was performed, except that the amount of cellulose nanofiber was added so as to be 2 wt % with respect to the silica content in the aqueous silica sol. Table 1 shows the evaluation results of physical properties.

<実施例3>
セルロースナノファイバーの量を、水性シリカゾル中のシリカ分に対して10wt%となるように加えた以外は、実施例1と同様の操作を行った。物性の評価結果を表1に示す。
<Example 3>
The same operation as in Example 1 was performed, except that the amount of cellulose nanofiber was added so as to be 10 wt % with respect to the silica content in the aqueous silica sol. Table 1 shows the evaluation results of physical properties.

<実施例4>
セルロースナノファイバーの量を、水性シリカゾル中のシリカ分に対して2wt%となるように加えた以外は実施例1と同様の操作でナノファイバー分散水性シリカゾルを調整した。続いて、調整したナノファイバー分散水性シリカゾル108gを取り分け、これに160gのヘプタンを加え、ソルビタンモノオレエートを1.6g添加した。この溶液をホモジナイザーを用いて、5000回転/分の条件で3分撹拌することで、W/Oエマルションを形成させた。これ以降は、実施例1と同様の操作を行った。物性の評価結果を表1に示す。
<Example 4>
A nanofiber-dispersed aqueous silica sol was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of cellulose nanofibers added was 2 wt % relative to the silica content in the aqueous silica sol. Subsequently, 108 g of the prepared nanofiber-dispersed aqueous silica sol was taken, 160 g of heptane was added, and 1.6 g of sorbitan monooleate was added. This solution was stirred for 3 minutes at 5000 rpm using a homogenizer to form a W/O emulsion. After that, the same operations as in Example 1 were performed. Table 1 shows the evaluation results of physical properties.

<実施例5>
セルロースナノファイバーの量を、水性シリカゾル中のシリカ分に対して2wt%となるように加えた以外は実施例1と同様の操作でナノファイバー分散水性シリカゾルを調整した。続いて、調整したナノファイバー分散水性シリカゾル108gを取り分け、これに160gのヘプタンを加え、ソルビタンモノオレエートを1.6g添加した。この溶液をホモジナイザーを用いて、11000回転/分の条件で3分撹拌することで、W/Oエマルションを形成させた。これ以降は、実施例1と同様の操作を行った。物性の評価結果を表1に示す。
<Example 5>
A nanofiber-dispersed aqueous silica sol was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of cellulose nanofibers added was 2 wt % relative to the silica content in the aqueous silica sol. Subsequently, 108 g of the prepared nanofiber-dispersed aqueous silica sol was taken, 160 g of heptane was added, and 1.6 g of sorbitan monooleate was added. This solution was stirred for 3 minutes at 11000 rpm using a homogenizer to form a W/O emulsion. After that, the same operations as in Example 1 were performed. Table 1 shows the evaluation results of physical properties.

<比較例1>
実施例1において、セルロースナノファイバーを分散させる工程を経ずに球状シリカエアロゲルを作成した。物性の評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
In Example 1, a spherical silica airgel was produced without the step of dispersing cellulose nanofibers. Table 1 shows the evaluation results of physical properties.

<比較例2>
実施例4において、セルロースナノファイバーを分散させる工程を経ずに球状シリカエアロゲルを作成した。物性の評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 2>
In Example 4, a spherical silica airgel was produced without the step of dispersing cellulose nanofibers. Table 1 shows the evaluation results of physical properties.

Figure 0007278110000004
Figure 0007278110000004

Claims (3)

(1)ナノファイバーを分散させた水性シリカゾルを調整する工程
(2)前記水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させて、W/O型エマルションを形成させる工程
(3)前記シリカゾルを加熱によりゲル化させて、前記W/O型エマルションをゲル化体の分散液へと変換する工程
(4)前記ゲル化体を分離、回収する工程
を上記順に含んでなることを特徴とする球状シリカエアロゲル粉体の製造方法。
(1) Step of preparing an aqueous silica sol in which nanofibers are dispersed (2) Step of dispersing the aqueous silica sol in a hydrophobic solvent to form a W/O emulsion (3) Gelating the silica sol by heating A spherical silica airgel powder characterized by comprising a step of converting the W/O type emulsion into a dispersion liquid of a gelled body by allowing the W/O emulsion to separate and recover the gelled body in the above order. manufacturing method.
ゲル化体を分離、回収する前に、当該ゲル化体を疎水化する工程をさらに含んでなる請求項1記載の球状シリカエアロゲル粉体の製造方法。 2. The method for producing spherical silica airgel powder according to claim 1, further comprising a step of hydrophobizing the gelled body before separating and recovering the gelled body. ナノファイバーが、有機ナノファイバーである請求項1又は2記載の球状シリカエアロゲル粉体の製造方法。 3. The method for producing spherical silica airgel powder according to claim 1, wherein the nanofibers are organic nanofibers.
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