JP7430700B2

JP7430700B2 - シリカ粉末、樹脂組成物および分散体

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Publication number: JP7430700B2
Application number: JP2021501921A
Authority: JP
Inventors: 慶二佐伯; 昌之沼田; 哲平上野; 博男青木
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2020-02-13
Publication date: 2024-02-13
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Description

本発明は、新規なシリカ粉末、樹脂組成物および分散体に関する。詳しくは、粒子径と粒度分布とが制御され、充填性に優れたシリカ粉末に関する。本発明は、特に、半導体封止剤等に使用する樹脂組成物に添加する充填剤として好適に使用できる新規なシリカ粉末を提供する。

近年、高集積、高密度化を目的とした半導体デバイスの小型化、薄型化に伴い、エポキシ樹脂組成物に代表される半導体封止剤や半導体実装接着剤に添加される充填剤の粒子径が小さくなっていく傾向がある。従来、当該充填剤として、ＢＥＴ比表面積が５ｍ^２／ｇ以上かつ２０ｍ^２／ｇ以下、１次粒子径換算で、粒子径が１００ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下程度の非晶質シリカ粉末が用いられてきた。

しかしながら、前記ＢＥＴ比表面積を有する既存の非晶質シリカ粉末は、一般に凝集性が強いため、分散性が悪く、その結果、分散粒子径が大きく、さらに分散時の粒度分布が広い。斯様な非晶質シリカ粉末を用いた樹脂組成物は、充填剤由来の粗粒が存在し、成型時に隙間へ樹脂が十分に浸透しないという浸透不良を生じることがわかってきた。

前記隙間への浸透不良を解決するために、ＢＥＴ比表面積が従来と同じ５ｍ^２／ｇ以上かつ２０ｍ^２／ｇ以下の範囲にありながら、凝集性が著しく弱く、分散性に優れており、分散粒子径が小さくて、なおかつ分散時の粒度分布が狭い親水性乾式シリカ粉末が提案されている（特許文献１）。また、特許文献２に記載のシリカ粉末も提案されている。

日本国公開特許公報「特開２０１４－１５２０４８号公報」日本国公開特許公報「特開２０１７－１１９６２１号公報」

しかしながら、特許文献１に記載のシリカ粉末では、隙間部への樹脂の浸透性は向上するものの、分散粒子径が小さいため、樹脂組成物への増粘効果を誘起し、これを充填した樹脂組成物の粘度が高くなる課題が残されていた。

一方、特許文献２では、ＢＥＴ比表面積が前記５ｍ^２／ｇ以上かつ２０ｍ^２／ｇ以下であるにもかかわらず、分散時に粘度を低く維持する粒子径を持ち、隙間浸透を阻害する粗大粒子を含まない特異な分散性を有するシリカ粉末が提案されている。この特異な分散性により、これを充填剤として添加した樹脂組成物は、粘度特性と隙間浸透性の両者で優れた性能を発揮することが示されたが、低ギャップ化へ対応するために粘度特性と隙間浸透性の更なる性能向上が望まれている。

したがって、本発明の目的は、粒子径と粒度分布とが制御され、充填性に優れたシリカ粉末を提供することにある。さらに詳しくは、樹脂充填剤として用いた場合に、隙間浸透性に優れ、かつ粘度の低い樹脂組成物を得ることができるシリカ粉末を提供することにある。

本発明者等は、前記課題を解決すべく、火炎中で珪素化合物を燃焼させて得られるシリカにおいてバーナ、バーナを設置する反応器、さらに火炎条件等を変え、火炎中、および火炎近傍におけるシリカ粒子の成長や粒子の凝集等について、鋭意検討を行った。その結果、火炎条件を調整することにより、前記目的を達成した充填性に優れるシリカ粉末が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、以下の条件（１）～（３）を全て満足することを特徴とするシリカ粉末である。

（１）遠心沈降法により得られる質量基準粒度分布の累積５０％質量径Ｄ_５０が３００ｎｍ以上かつ５００ｎｍ以下である。

（２）ゆるめ嵩密度が２５０ｋｇ／ｍ^３以上かつ４００ｋｇ／ｍ^３以下である。

（３）{（Ｄ_９０－Ｄ_５０）／Ｄ_５０}×１００が３０％以上かつ４５％以下である。ここでＤ_９０は、遠心沈降法により得られる質量基準粒度分布の累積９０質量％径である。

本発明のシリカ粉末は、粒子径と粒度分布とを制御し、充填性を高めているため、当該シリカ粉末を添加した樹脂組成物は優れた粘度特性と優れた隙間浸透性とを両立できる。したがって、半導体封止剤や半導体実装接着剤の充填剤として好適である。特に、高密度実装用樹脂の充填剤として好適に用いることができる。

シリカを製造する際に使用する反応装置要部の模式図。

本発明のシリカ粉末は、珪素化合物を燃焼させることで生成し、火炎中および火炎近傍において成長、凝集させるシリカ粉末の製造方法、所謂、「乾式法（燃焼法などともいう）」により得られるシリカ粉末であり、
（１）遠心沈降法により得られる質量基準粒度分布の累積５０％質量径Ｄ_５０が３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。

（３）{（Ｄ_９０－Ｄ_５０）／Ｄ_５０}×１００が３０％以上かつ４５％以下である。ここでＤ_９０は、遠心沈降法により得られる質量基準粒度分布の累積９０質量％径である。
という特性を有する。

遠心沈降法により得られる質量基準粒度分布の累積５０％質量径Ｄ_５０（以下、「メジアン径Ｄ_５０」ともいう。）が５００ｎｍを超える場合、樹脂組成物の粘度は低いものの、隙間に対してシリカ粒子径が大きすぎる結果、隙間浸透時にボイドが発生し、成型不良の原因となる。つまり、十分な狭ギャップ浸透性が得られない。一方粒子径が３００ｎｍ未満の場合、樹脂組成物の粘度が高くなるため好ましくない。より好ましくは３３０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下である。

シリカ粉末の充填特性はゆるめ嵩密度が２５０ｋｇ／ｍ^３以上、４００ｋｇ／ｍ^３以下であることで特定される。ここでゆるめ嵩密度は、定められた容量のカップへシリカ粉末を自然落下させたときの充填密度である。ゆるめ嵩密度が２５０ｋｇ／ｍ^３未満の場合充填特性が低く、樹脂組成物の粘度が高くなるため好ましくない。

ゆるめ嵩密度が４００ｋｇ／ｍ^３を超える場合には樹脂組成物の粘度は低いものの、隙間に対してシリカ粒子径が大きすぎる結果、隙間浸透時にボイドが発生し、成型不良の原因となる。つまり、十分な狭ギャップ浸透性が得られない。好ましくは、ゆるめ嵩密度が２７０ｋｇ／ｍ^３以上、３５０ｋｇ／ｍ^３以下である。

粒度分布が適度に調節されている特性は、累積５０％質量径Ｄ_５０と累積９０％質量径Ｄ_９０との関係で、{（Ｄ_９０－Ｄ_５０）／Ｄ_５０}×１００が３０％以上かつ４５％以下であることで特定される。前記式で示される粒度分布が４５％を超える場合、粗粒が多くなりボイドの原因となる。一方粒度分布が３０％未満の場合、粒度分布が狭くゆるめ嵩密度の値が小さくなり低粘度化しないため好ましくない。より好ましくは、{（Ｄ_９０－Ｄ_５０）／Ｄ_５０}×１００が３３％以上かつ４２％以下である。

さらに、本発明のシリカ粉末は、遠心沈降法により得られる質量基準粒度分布の幾何標準偏差σ_ｇが１．２５以上、１．４０以下の範囲であることが好ましい。前記幾何標準偏差σ_ｇが小さいということは、粒度分布が狭いといえ、よって粗粒の量が低減されているといえる。しかしながら、ある程度の範囲の粒度分布が存在した方が、樹脂に添加した際の粘度を低減しやすい。

なお、幾何標準偏差σ_ｇは遠心沈降法により得られる質量基準粒度分布を累積頻度１０ｗｔ％以上かつ９０ｗｔ％以下の範囲で対数正規分布フィッティング（最小２乗法）し、そのフィッティングから算出される幾何標準偏差である。

前記遠心沈降法による質量基準粒度分布は、当該親水性乾式シリカ粉末を１．５ｗｔ％濃度で出力２０Ｗ、処理時間１５分で水中分散させて得られる分散粒子の質量基準粒度分布である。

本発明のシリカ粉末は、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、各々の元素含有量が１ｐｐｍ未満であることが、半導体デバイス内の金属配線間の短絡を低減できるために好ましい。

また、本発明のシリカ粉末は、熱水抽出法によって測定されるナトリウムイオン、カリウムイオン、塩化物イオン、各々のイオン含有量が１ｐｐｍ未満であることが、半導体デバイスの動作不良、半導体デバイス内の金属配線の腐食を低減できるために好ましい。

また本発明のシリカ粉末を構成する粒子は球状であることが好ましい。当該形状は例えば、電子顕微鏡観察により把握できる。

本発明のシリカ粉末は、その０．０７５ｗｔ％水縣濁液の波長７００ｎｍの光に対する吸光度τ_７００が０．６０以下であることが好ましい。吸光度τ_７００の値が小さいということは、分散性が良好であることを示し、したがって分散粒子径が小さく、更に分散時の粒度分布が狭く粗粒の少ないことを示す。そのため、いっそう浸透性が良好となる。

本発明のシリカ粉末は、前記のようなメジアン径Ｄ_５０等をもつため、通常はＢＥＴ（Brunauer-Emmett-Teller）１点法により測定される比表面積が６ｍ^２／ｇ以上かつ１４ｍ^２／ｇ以下程度である。

前記のような本発明のシリカ粉末の用途は特に限定されない。本発明のシリカ粉末は、例えば、半導体封止材もしくは半導体実装接着剤の充填材、ダイアタッチフィルムもしくはダイアタッチペーストの充填材、または半導体パッケージ基板の絶縁膜等の樹脂組成物の充填材として使用できる。特に、本発明のシリカ粉末は、高密度実装用樹脂組成物の充填材として好適に用いることができる。当該樹脂組成物に使用される樹脂としては、半導体封止材や接着剤用の樹脂として公知の樹脂が挙げられるが、具体的にはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。

本発明のシリカ粉末は、これを溶媒中に分散させて分散体とすることができる。分散体は、液体状の分散液であってもよく、このような分散液が固化等した固体状のものであってもよい。シリカ粉末を分散させるために使用される溶媒は、シリカ粉末が分散し易い溶媒であれば特に制限はない。かかる溶媒としては、例えば、水ならびにアルコール類、エーテル類およびケトン類等の有機溶媒が利用できる。前記アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノールおよびイソプロパノール等が挙げられる。溶媒として、水と、前記有機溶媒のいずれか１つ以上との混合溶媒を使用してもよい。なお、シリカ粒子の安定性および分散性を向上させるために、界面活性剤等の分散剤、増粘剤、湿潤剤、消泡剤または酸性もしくはアルカリ性のｐＨ調製剤等の各種添加剤を加えてもよい。また分散体のｐＨは制限されない。

このような分散体を樹脂に混合する場合には、乾燥した状態のシリカ粉末を樹脂に混合する場合よりも、シリカ粉末の分散状態が良好な樹脂組成物を得ることができる。粒子の分散状態が良好であるということは、樹脂組成物中に凝集粒子が少なくなることを意味する。そのため、本発明のシリカ粉末を充填剤として含む樹脂組成物の粘度特性と隙間浸透性との、両者の性能をさらに向上させることができる。

さらに本発明のシリカ粉末は、石英製品の原料、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）研磨剤の砥粒、トナー外添剤、液晶シール材の添加剤、歯科充填材またはインクジェットコート剤等として使用することも可能である。

さらにまた、本発明のシリカ粉末は、上記したような用途に応じて、シリル化剤、シリコーンオイル、シロキサン類、脂肪酸等からなる群から少なくとも１種類選ばれる処理剤によって処理されてなる、シリカ粉末を含む基材または原体として使用されてもよい。

以下、本発明のシリカ粉末の製造方法について説明する。

本発明のシリカ粉末は、珪素化合物を燃焼させることで生成し、火炎中および火炎近傍において成長、凝集せしめてシリカ粉末を得る乾式シリカの製造方法において、３重管以上の同心円多重管構造を有するバーナを、その周囲に冷却用のジャケット部を設けた反応器に設置し、火炎の燃焼条件と冷却条件を調整することで得られる。即ち、火炎の燃焼条件としては火炎全体の酸素量が多くなるように制御することであり、冷却条件としては、火炎の冷却速度が遅くなるように制御することにより、効率的に本発明のシリカ粉末を製造することができる。

以下、火炎の燃焼条件や冷却条件の制御方法を含め、具体例を挙げて説明する。

本発明のシリカ粉末を製造する装置の模式図を図１に示す。図１記載の装置では、同心円３重管構造のバーナ１の周囲をさらに円筒型外筒２で覆っており、円筒型外筒２をバーナ１の４番目の管とみなせば、バーナ１は全体として４重管構造を有するともみなせる。なお以下では、同心円３重管を構成する管を、中心部から外縁に向かって順に、「中心管」、「第１環状管」および「第２環状管」と称す。

バーナ１は、内部で火炎が燃焼し、よってその内部で珪素化合物からシリカが生じることになる反応器３に設置されている。反応器３は強制冷却が可能なように、その外側にジャケット部（図示しない）を設け、そこへ冷媒を流すことが可能な構造とされている。

前記装置においては、前記３重管の中心管に気体状態にある珪素化合物と酸素を予め混合して導入する。この際、窒素等の不活性ガスも合わせて混合してもよい。なお、珪素化合物が常温で液体あるいは固体の場合、当該珪素化合物を加熱することで気化して使用する。また、珪素化合物の加水分解反応でシリカを生成させる場合は、酸素と反応すると水蒸気を生成する燃料、例えば水素や炭化水素等を合わせて混合する。

また、前記３重管の中心管に隣接する第１環状管には、補助火炎形成のための燃料、例えば水素や炭化水素を導入する。この際、窒素等の不活性ガスを合わせて混合して導入してよい。さらに、酸素も合わせて混合してもよい。

さらに、前記３重管の第１環状管の外に隣接する第２環状管には、酸素を導入する。この酸素は珪素化合物との反応によるシリカ生成ならびに補助火炎形成との２つの役割がある。この際、窒素等の不活性ガスを合わせて混合してもよい。

さらに、前記３重管外壁と円筒型外筒２の内壁が構成する空間には、酸素と窒素等の不活性ガスの混合ガスを導入する。当該混合ガスとして空気を用いるのは、容易であるため、好適な様態である。

前記の通り、反応器３の外側はジャケット部を設け、燃焼熱を系外に除去するための冷媒を流通させる。燃焼ガスは水蒸気を含有する場合が大半であるため、水蒸気の結露、それに続く燃焼ガス中の腐食成分が結露した水に吸収されることで引き起こされる反応器３の腐食を防止するために、燃焼熱吸収前の冷媒温度（具体的には、ジャケットへの冷媒導入温度）を５０℃以上かつ２００℃以下にするのが、好適な様態である。実施の容易性を考えると、冷媒として５０℃以上かつ９０℃以下の温水を利用することが、さらに好適な様態である。なお、ジャケット部に冷媒を導入する際の温度（入口温度）とジャケット部から排出された冷媒の温度（出口温度）との差をとり、さらに当該温度差、冷媒の比熱および流した冷媒の量から、当該冷媒が吸収した熱量、即ち、反応器３から冷媒が除去した熱量が把握できる。

本発明のシリカ粉末を得るには、以下に説明するように、火炎の燃焼条件と冷却条件を調整することが特に重要であり、以下の条件を満足することが好ましい。

（Ａ）Ｒ_{ｃｍｂｔｓ}≧０．５
Ｒ_{ｃｍｂｔｓ}：第２環状管に導入した酸素量（ｍｏｌ／ｈ）／｛１６×中心管に導入した原料ガス量（ｍｏｌ／ｈ）｝
（Ｂ）Ｎ_Ｇ３／Ｍ_Ｓｉ≦１．０
Ｎ_Ｇ３：第３環状管導入ガス量（Ｎｍ^３／ｈ）
Ｍ_Ｓｉ：生成するシリカ質量（ｋｇ／ｈ）
さらに、Ｒｃｍｂｔｓが０．５未満の場合は火炎全体の酸素量が少ないため反応が完全に進行しないため粒子の成長時間が短くなる。結果として粒子径が数１０ｎｍの微小粒子が発生し、メジアン径Ｄ_５０が低下する、およびゆるめ嵩密度の値が小さくなる。

前記Ｎ_Ｇ３／Ｍ_Ｓｉが１．０を超える場合には火炎が急速に冷却される結果、粒子径が数１０ｎｍの微小粒子が発生し、また溶融状態のシリカ融液の粘度が高い領域が増え形状転換が困難になる（生じた微小粒子同士が成長し難く小粒径のままである傾向が強くなる）。そのため、メジアン径Ｄ_５０が３００ｎｍを下回ってしまう。

シリカ粉末の原料である珪素化合物としては、常温で気体、液体、固体であるものが特に制限なく使用される。例えば、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、ヘキサメチルジシロキサン等の鎖状シロキサン、テトラメトキシシラン等のアルコキシシラン、テトラクロロシラン等のクロロシラン類を珪素化合物して使用することができる。

前記シロキサンおよびアルコキシシランの如く分子式中に塩素を含まない珪素化合物を使用することにより、得られるシリカ粉末に含有される塩化物イオンを著しく低減できるため好ましい。

また、前記珪素化合物は各種金属不純物の含有量の少ないものが容易に入手できる。そのため、このような金属不純物の含有量の少ない珪素化合物を原料として使用することにより、生成されるシリカ粉末に含有される金属不純物の量を低減できる。また、珪素化合物を蒸留等によって更に精製し、原料として使用することにより、生成されるシリカ粉末に含有される金属不純物の量を更に低減することもできる。

本発明のシリカ粉末の回収は特に限定されないが、焼結金属フィルター、セラミックフィルター、バックフィルター等によるフィルター分離やサイクロン等による遠心分離で燃焼ガスと分離させて回収することでなされる。

なお前記説明では、用いる同心円３重管は１本単独の場合であるが、後述する実施例に示すように複数の同心円３重管を配置した多本式で実施してもよい。多本式の場合、各同心円３重管を同一構造、同一寸法とし、同心円３重管の最近接中心間距離を同一とすることが、本発明のシリカ粉末を得るにあたって均一性の点で好ましい。また、円筒型外筒２は、複数の同心円３重管バーナをまとめて被うように設置すればよい。

なお周知の如く珪素化合物を燃焼させてシリカ粉末を製造する方法では、炎中で溶融している液体状のシリカが表面張力により球状化するため、製造される固体のシリカ粉末の粒子も真球に近い球状となる。また前記方法で製造されるシリカ粉末の粒子は、内部気泡を実質的に含まないので、真密度がシリカの理論密度２．２ｇ／ｃｍ^３と略一致する。したがって、上述した、本発明のシリカ粉末の製造方法で製造されるシリカ粉末も、形状が球状となり、真密度が略２．２ｇ／ｃｍ^３となる。

〔まとめ〕
本発明は、以下の条件（１）～（３）を全て満足することを特徴とするシリカ粉末である。

（１）遠心沈降法により得られる質量基準粒度分布の累積５０％質量径Ｄ_５０が３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。

（２）ゆるめ嵩密度が２５０ｋｇ／ｍ^３以上、４００ｋｇ／ｍ^３以下である。

前記本発明のシリカ粉末において、遠心沈降法により得られる質量基準粒度分布の幾何標準偏差σ_ｇが１．２５以上、１．４０以下の範囲であることが好ましい。

前記本発明のシリカ粉末において、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、各々の元素含有量が１ｐｐｍ未満であることが好ましい。

前記本発明のシリカ粉末において、熱水抽出法によって測定されるナトリウムイオン、カリウムイオン、塩化物イオン、各々のイオン含有量が１ｐｐｍ未満であることが好ましい。

また、本発明は、前記本発明のシリカ粉末が樹脂に充填された樹脂組成物、および前記本発明のシリカ粉末が溶媒中に分散された分散体も提供する。

本発明を具体的に説明するために実施例および比較例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

なお、以下の実施例および比較例における各種の物性測定は以下の方法による。

（１）ＢＥＴ比表面積
柴田理化学社製比表面積測定装置ＳＡ－１０００を用い、窒素吸着ＢＥＴ１点法によりＢＥＴ比表面積Ｓ（ｍ^２／ｇ）を測定した。

（２）吸光度τ_７００
シリカ粉末０．３ｇと蒸留水２０ｍｌをガラス製のサンプル管瓶（アズワン社製、内容量３０ｍｌ、外径約２８ｍｍ）に入れ、超音波細胞破砕器（ＢＲＡＮＳＯＮ社製Ｓｏｎifier ＩＩＭｏｄｅｌ２５０Ｄ、プローブ：１．４インチ）のプローブチップ水面下１５ｍｍになるように試料入りサンプル管瓶を設置し、出力２０Ｗ、分散時間１５分の条件でシリカ粉末を蒸留水に分散させて、シリカ濃度１．５ｗｔ％水縣濁液を調製した。続いて、この水縣濁液をさらに蒸留水を加えて希釈し、濃度を２０分の１にすることで、シリカを０．０７５ｗｔ％濃度で含有する水縣濁液を得た。

得られたシリカ濃度０．０７５ｗｔ％の水懸濁液の波長７００ｎｍの光に対する吸光度τ_７００を日本分光社製分光光度計Ｖ－６３０を用いて測定した。なお、測定に際して、前記水縣濁液の波長４６０ｎｍの光に対する吸光度τ_４６０も合わせて測定し、ｌｎ（τ_７００／τ_４６０）／ｌｎ（４６０／７００）で定義した分散性指数ｎも求めた。

（３）遠心沈降法による質量基準粒度分布
前記方法で得た、シリカ濃度１．５ｗｔ％水縣濁液を、ＣＰＳＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＩｎｃ．製のディスク遠心式粒度分布測定装置ＤＣ２４０００を用いて、質量基準粒度分布を測定した。なお測定条件は、回転数９０００ｒｐｍ、シリカ真密度２．２ｇ／ｃｍ^３とした。

得られた質量基準粒度分布から累積５０％質量径Ｄ_５０と累積９０質量％径Ｄ_９０を算出した。また、得られた質量基準粒度分布に対し、累積頻度１０質量％以上かつ９０質量％以下の範囲で対数正規分布フィッティングし、そのフィッティングから幾何標準偏差σ_ｇを算出した。

（４）嵩密度
ゆるめ嵩密度およびかため嵩密度は、ホソカワミクロン株式会社製の粉体特性評価装置パウダーテスターＰＴ－Ｘ型を使用して測定した。本発明における「ゆるめ嵩密度」とは、疎充填の状態の嵩密度をいい、容積１００ｍＬの円筒容器（材質：ステンレス）へ試料を円筒容器の１８ｃｍ上方から均一に供給し、上面をすり切って秤量することによって測定される。

一方、「かため嵩密度」とは、これにタッピングを加えて密充填にした場合の嵩密度をいう。ここで、タッピングとは、試料を充填した容器を一定高さから繰り返し落下させて底部に軽い衝撃を与え、試料を密充填にする操作をいう。具体的には、ゆるめ嵩密度を測定するために上面をすり切って秤量した後、さらにこの容器の上にキャップ（下記ホソカワミクロン社製パウダーテスターの備品）をはめ、この上縁まで粉体を加えてタッピングを１８０回行う。終了後、キャップを外して容器の上面で粉体をすり切って秤量し、この状態の嵩密度をかため嵩密度とする。

（５）鉄、ニッケル、クロム、アルミニウムの元素含有量
乾燥後のシリカ粉末２ｇを精秤して白金皿に移し、濃硝酸１０ｍＬおよびフッ酸１０ｍＬをこの順で加えた。これを２００℃に設定したホットプレート上に乗せて加熱して内容物を乾固した。室温まで冷却後、さらに濃硝酸２ｍＬを加え、２００℃に設定したホットプレート上に乗せて加熱して溶解した。室温まで冷却後、白金皿の内容物である溶液を容量５０ｍＬのメスフラスコに移し、超純水で希釈して標線に合わせた。これを試料として、ＩＣＰ発光分析装置（(株)島津製作所製、型番ＩＣＰＳ－１０００ＩＶ）により、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウムの元素含有量を測定した。

（６）熱水抽出法によるイオン含有量
超純水５０ｇにシリカ粉末５ｇを添加し、フッ素樹脂製の分解容器を用いて１２０℃で２４時間加熱し、イオンの熱水抽出を行った。なお、超純水およびシリカ粉末は０．１ｍｇ単位まで秤量した。続いて、遠心分離器を用いて固形分を分離し、測定サンプルを得た。なお、超純水のみで同じ操作を行い、これを測定に際してのブランク試料とした。

当該測定サンプル、およびブランク試料に含まれるナトリウムイオン、カリウムイオン、塩化物イオンの濃度を、日本ダイオネクス社製イオンクロマトグラフィーシステムＩＣＳ－２１００を用いて定量し、下記式を用いて算出した。

Ｃ_{Ｓｉｌｉｃａ}＝（Ｃ_{Ｓａｍｐｌｅ}－Ｃ_{Ｂｌａｎｋ}）×Ｍ_ＰＷ／Ｍ_{Ｓｉｌｉｃａ}
Ｃ_{Ｓｉｌｉｃａ}：シリカ中のイオン濃度（ｐｐｍ）
Ｃ_{Ｓａｍｐｌｅ}：測定試料中のイオン濃度（ｐｐｍ）
Ｃ_{Ｂｌａｎｋ}：ブランク試料中のイオン濃度（ｐｐｍ）
Ｍ_ＰＷ：超純水水量（ｇ）
Ｍ_{Ｓｉｌｉｃａ}：シリカ重量（ｇ）
なお、各イオンのＣ_{Ｂｌａｎｋ}はすべて０ｐｐｍであった。

（７）電子顕微鏡観察
シリカ粉末を０．０３ｇ秤取し、３０ｍｌのエタノールに添加した後、超音波洗浄器を用いて、５分間分散させてエタノール縣濁液を得た。この縣濁液をシリコンウェハ上に滴下した後、乾燥させて、日立ハイテクノロジーズ製電界放射型走査電子顕微鏡Ｓ－５５００を用いて、シリカのＳＥＭ観察を行い粒子径形状の確認を行った。

（８）製造条件
基本構造は図１に示した通りの装置で行った。ただし、実験例によりバーナの数が３本の場合がある。冷媒としては温水を流通させた。なお前述の定義に加え、表に示した製造条件における定義は以下の通りである。

酸素濃度
（中心管に導入した酸素のモル数）／（中心管に導入した酸素のモル数＋中心管に導入した窒素のモル数）×１００
ＲＯ
（中心管に導入した酸素のモル数）／（１６×中心管に導入した原料のモル数）
Ｒ_ＳＦＬ
（第１環状管に導入した水素のモル数）／（３２×中心管に導入した原料のモル数）除熱量
（温水の比熱）×（温水導入量）×（温水出口温度―温水入口温度）
なお全ての実験例で温水を７５℃で導入したため、温水入口温度＝７５℃、である。また、温水の比熱として１ｋｃａｌ／ｋｇを用いた。なお、出口および入口は、ジャケット部（図示していない）における温水排出口および導入口である。

燃焼熱量
（導入した原料のモル数×原料の燃焼熱量）＋（導入した水素のモル数×水素の燃焼熱量）
なお、原料（オクタメチルシクロテトラシロキサン）の燃焼熱量として１７９８ｋｃａｌ／ｍｏｌを、水素の燃焼熱量として５８ｋｃａｌ／ｍｏｌを用いた。

表１について、同心円３重管の中心管、第１環状管および第２環状管をそれぞれ単に中心管、第１環状管および第２環状管と記して説明する。Δは中心管の中心と別の中心管の中心との間の距離（前記正三角形の辺の長さ）であり、ｄは中心管の内径であり、Ｄは中心管の中心と反応器内壁との間の最短距離である。Ｄ／ｄが大きいほど、火炎と反応器内壁との間の距離が離れていることを意味する。

実施例１
バーナとして同一寸法である同心円３重管を３本用い、これらの中心が正三角形を構成するように配置し、これを取り囲むように円筒型の外筒を取り付けた。３本のバーナの中心部が反応器の中心に位置するように取り付けて実験を行った。

前記設定の下、下記のようにオクタメチルシクロテトラシロキサンを燃焼させ、シリカ粉末を製造した。なお、以下、前記オクタメチルシクロテトラシロキサンを単に原料と記す。

気化させた原料と酸素と窒素を混合した後、２００℃で同心円３重管の中心管に導入した。また、水素と窒素を混合し、同心円３重管の中心管の最隣接外周管にあたる第１環状管に導入した。さらに、酸素を同心円３重管の第１環状管の最隣接外周管にあたる第２環状管に導入した。くわえて、空気を同心円３重管の第２環状管外壁と同心円３重管を取り囲む外筒の内壁で構成される空間に導入した。

反応器のジャケット部に温水を７５℃で導入した。

得られたシリカ粉末のＢＥＴ比表面積Ｓ、吸光度τ_４６０、吸光度τ_７００、遠心沈降法による質量基準粒度分布、ゆるめ嵩密度、かため嵩密度、Ｆｅ含有量、Ｎｉ含有量、Ｃｒ含有量、Ａｌ含有量、Ｎａ^＋含有量、Ｋ^＋含有量、Ｃｌ^－含有量を測定した。また、電子顕微鏡観察により、当該シリカ粉末を構成する１次粒子の形状を確認した。なお、測定されたＢＥＴ比表面積ＳからＢＥＴ比表面積換算径Ｄ_Ｂを、吸光度τ_４６０と吸光度τ_７００とから分散性指数ｎを、遠心沈降法による質量基準粒度分布からメジアン径Ｄ_５０と累積９０質量％径Ｄ_９０、幾何標準偏差σ_ｇを算出した。

表１に製造条件と得られたシリカ粉末の特性を示す。また、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎａ^＋、Ｋ^＋およびＣｌ^－の含有量は、いずれも１ｐｐｍ未満であった。

実施例２～１１
製造条件を表１に示したように変更し、実施例１と同様にシリカ粉末を製造した。表１に得られたシリカ粉末の物性を示す。なお、いずれの実施例においても、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎａ^＋、Ｋ^＋およびＣｌ^－の含有量は、全て１ｐｐｍ未満であった。

比較例１～６
製造条件を表２に示したように変更し、実施例１と同様にシリカ粉末を製造した。ただし、比較例３～６では同心円３重管バーナを１本のみに変更し、かつ用いる同心円３重管の中心管の内径は実施例１の同心円３重管の中心管の内径の２倍、第１環状管、第２環状管のサイズもそれに合わせて拡大した。また、同心円３重管の中心管の中心が反応器の中心軸上に位置するように設置した。

表２に得られたシリカ粉末の物性を示す。

１．バーナ
２．円筒型外筒
３．反応器

Claims

以下の条件（１）～（３）を全て満足することを特徴とするシリカ粉末。
（１）遠心沈降法により得られる質量基準粒度分布の累積５０％質量径Ｄ_５０が３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
（２）ゆるめ嵩密度が２５０ｋｇ／ｍ^３以上、４００ｋｇ／ｍ^３以下である。
（３）{（Ｄ_９０－Ｄ_５０）／Ｄ_５０}×１００が３０％以上かつ４５％以下である。ここでＤ_９０は、遠心沈降法により得られる質量基準粒度分布の累積９０質量％径である。
遠心沈降法により得られる質量基準粒度分布の幾何標準偏差σ_ｇが１．２５以上、１．４０以下の範囲である請求項１に記載のシリカ粉末。
鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、各々の元素含有量が１ｐｐｍ未満である請求項１または請求項２に記載のシリカ粉末。
熱水抽出法によって測定されるナトリウムイオン、カリウムイオン、塩化物イオン、各々のイオン含有量が１ｐｐｍ未満である請求項１～３のいずれか１項に記載のシリカ粉末。
請求項１～４のいずれか１項に記載のシリカ粉末が樹脂に充填された樹脂組成物。
請求項１～４のいずれか１項に記載のシリカ粉末が溶媒中に分散された分散体。