JP808H - Powdery silica that can be homogeneously dispersed in organic solvent and its production method - Google Patents

Powdery silica that can be homogeneously dispersed in organic solvent and its production method

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【発明の詳細な説明】 本発明は有機溶剤に均質に分散可能な粉末状シリカとそ
の製造方法に関する。 本明細書に於て、「有機溶剤」とは親水性有機溶剤並び
に疎水性有機溶剤の両者を包含し、「有機溶剤に均質に
分散可能」とは、トルエン100ccに10gの粉末状シ
リカを添加混合した際に、透明乃至半透明の分散液が形
成され、しかもその分散液を遠心分離機にて3000r.
p.m.で5分間処理した場合に、シリカの沈澱量が1g以
下であることを言う。 エステルシルと呼ばれる粉末状の疎水性シリカは、エラ
ストマー、プラスチックス、ワックスなどの増強剤とし
て、あるいはまた液状樹脂、塗料などの濃化剤乃至は粘
度調整剤として従来から知られている。この疎水性シリ
カ粉末はシリカ粒子表面のシラノール基を一価のアルコ
ールにてエステル化したものであって、このエステル化
には従来次のような手段が採用されて来た。その一つは
四塩化珪素を水素炎中で熱分解してシリカ(ポリ珪酸)
を生成させ、引続きこのシリカにアルコール蒸気を接触
させることにより、シリカ表面のシラノール基をエステ
ル化する方法である。他の一つは水に分散したコロイド
次元のシリカ粒子を凝集させ、この凝集粒子をアルコー
ルと共に加熱するなどの処理によりシリカ表面のシラノ
ール基をエステル化する方法である。 しかしながら、従来の疎水性シリカ粉末は何れも有機溶
剤に均質に分散させることが不可能であって、例えばト
ルエンに添加混合した場合には、比較的短時間でシリカ
の沈澱が生起する。つまり、従来の疎水性シリカ粉末は
その分散媒が比較的粘度の高い液体である場合はともか
く、そうでない場合は疎水性シリカ粉末の分散状態を安
定に保持することができない。 一方、オルガノシリカゾルの製造方法としては、米国特
許第2285446〜第2285449号に教示されて
いる如く、水と共沸混合物を形成する極性有機溶剤とシ
リカヒドロゾルを混合し、これを蒸留して共沸により水
を極性有機溶剤に置換させる方法が知られているほか、
特公昭53−799号に教示される如く、水ガラスの中
和水溶液からシロキシシラノールを極性有機溶剤で抽出
分離した後、残液中にオルガノシリル化剤を添加して反
応させる方法が知られている。しかし、前者の方法で得
られるオルガノシリカゾルはその分散媒が極性有機溶剤
であるため、非極性有機溶剤との相溶性が不充分であ
り、用途が限られてしまう欠点がある。また、後者の方
法で得られるオルガノゾルは水分の残存量が比較的多
く、しかも低分子量シリカであるため安定性に欠ける憾
みがある。加えて後者の方法ではシロキシシラノールを
抽出分離してしまうため、原料水ガラスからみたシリカ
の利用率が低いという欠点もある。 本発明は有機溶剤に均質に分散可能な粉末状シリカとそ
の製造法を提案するものであって、本発明の粉末状シリ
カは炭素数1〜36のシリル基で被われたコロイド次元
のシリカ粒子からなり、シリカ表面10平方ミリミクロ
ン当り1〜100個のシリル基がシリカに化学的に結合
していることで特徴付けられる。そして本発明の粉末状
シリカは次のような物理的特性を備えている。 嵩密度 0.6〜1.0g/ml 吸油量 50g/100ml以下 粉末粒子径(90%) 0.01〜3.0mm トルエン分散液(濃度10wt%) 粘度 10cps以下 透明度 80%以上(500mμフィルター使用) 本発明による粉末シリカは、シリカ粒子がコロイド次元
のままシリル化されているために、粉末自体が凝集して
いても、有機溶剤に添加すれば簡単にコロイド次元のシ
リカ粒子として均一に分散する。 一般にコロイド次元の粒子とは直径1〜100ミリミク
ロン程度の大きさの粒子を指すが、本発明に於てシリル
基が化学的に結合するシリカ粒子はその粒径が4〜10
0ミリミクロンの範囲であることを可とし、好ましくは
5〜30ミリミクロンの範囲にある。このシリカ粒子は
本発明によればその表面に化学的に結合した炭素数1〜
36のシリル基で被われるが、そのシリル基の数はシリ
カ表面10平方ミリミクロン当り1〜100個であるこ
とを可とする。ここで、「シリル基がシリカ表面に化学
的に結合している」とは、シリカ表面のシラノール基
(−SiOH)の珪素原子にシリル基が酸素原子を介し
て結合していることを意味する。 コロイド次元のシリカ粒子にシリル基が化学的に結合し
た粉末状シリカに於て、その粉末状シリカを有機溶剤に
均質に分散可能ならしめるのに必要なシリル基の数は、
厳密には当該シリル基の鎖長に依存する。一般的に言え
ば、鎖長の長いシリル基を有する粉末状シリカは、鎖長
の短いシリル基を有する粉末状シリカよりも、化学的に
結合したシリル基が少なくても有機溶剤に均質に分散可
能となる。ちなみに、コロイド次元のシリカ粒子にシリ
ル基が化学的に結合した粉末状シリカに於て、その粉末
状シリカを有機溶剤に均質に分散可能ならしめるのに必
要なシリル基の数と化学的に結合可能なシリル基の最大
個数を、シリル基の炭素数との関係で示せば次の通りで
ある。進んで本発明に係る粉末状シリカの製造法について説明
する。本発明の粉末状シリカはその核となるシリカ粒子
がコロイド次元でなければならないため、シリカヒドロ
ゾルが出発原料として使用されるが、そのシリカヒドロ
ゾルはSiO濃度20wt%での粘度が100センチポ
イズ以下のものでなければならない。この種のシリカヒ
ドロゾルは水ガラスを陽イオン交換樹脂で脱アルカリ
し、得られたケイ酸液をアルカリ性雰囲気で重合させる
方法(イオン交換法と通称される)、水ガラスを酸で中
和してゲル化させた後、塩を水で洗い流して得られるゲ
ルをオートクレーブで解膠させる方法(解膠法と通称さ
れる)、さらにはエチルシリケートを酸で加水分解して
得られるケイ酸液を加熱熟成する方法などで一般に製造
することができる。 ちなみに、アエロジル、ホワイトカーボンなどの粉状シ
リカを20wt%濃度で水に分散させた場合の粘度は数万
センチポイズと極端に高い点で本発明のシリカヒドロゾ
ルと区別される。また水ガラスを酸で中和したり、陽イ
オン交換樹脂で脱アルカリしただけの低重合のケイ酸液
や有機ケイ素化合物を加水分解しただけのケイ酸液もシ
リカヒドロゾルと通称されているが、これらもSiO
濃度20wt%での粘度が数万センチポイズと高く、経時
ゲル化してしまうことで、本発明のシリカヒドロゾルと
明確に区別される。 出発原料たるシリカヒドロゾルのSiO濃度は任意に
選ぶことができるが、一般にはSiO濃度を50wt%
以下とすることが好ましい。 本発明によれば、シリカヒドロゾルはまず溶媒置換によ
ってオルガノシリカゾルに変換せしめられる。この溶媒
置換はシリカヒドロゾルに任意の割合で相互溶解する親
水性有機溶剤を混合し、徐々にシリカヒドロゾルの分散
媒たる水を有機溶剤と置換することを内容とする。この
場合前記の親水性有機溶剤には、これと相互溶解する疎
水性有機溶剤を併用することができる。溶媒の置換方法
としては、例えば蒸留によって水を留去させる方法、限
外濾過膜を用い、徐々に溶媒を水から有機溶媒へ置換す
る方法、モレキュラーシーブ等の脱水剤を用い、水のみ
を除去する方法などを採用することができる。ちなみ
に、アセトンなどの水より低沸点溶媒については、限外
濾過やモレキュラーシーブを用いるのが有利である。n-
ブチルアルコールやn-オクチルアルコールのような分子
量のより大きいアルコール類、メチルエチルケトン等の
ケトン類、酢酸イソブチル等のエステル類で溶媒置換し
たい場合には、原料のシリカヒドロゾルとの相溶性に劣
るため、予めメチルアルコール等で水を溶媒置換した後
に、再び溶媒置換を行うのがよい。エチルグリコール等
のエーテル類、エチレングリコール等の多価アルコール
類、N,N-ジメチルホルムアマイド(DMF)等のアルキ
ルアマイド類は直接蒸留法で水と置換することが可能で
ある。但し、炭素数3以下のアルコールは後工程で用い
るシリル化剤と直接反応し易いため望ましくない。 このようにして、溶媒置換されたオルガノシリカゾル
は、その溶媒置換の方法による差はあっても多少の水を
含有する。しかし、本発明にあってはオルガノシリカゾ
ル中に残存する水の量は10wt%以下、好ましくは5wt
%以下でなければならない。10wt%を超える水が存在
すると次工程でのシリル化剤の加水分解速度が早く、シ
リル化剤同士の反応が促進され、コロイド表面への選択
的な反応がほとんど期待できない。もっとも、シリカゾ
ルを非常に低濃度とし、シリル化剤を低濃度で長時間か
けて添加する等の特別な工夫を凝らせばある程度コロイ
ド表面への反応を期待できるが、実用的ではない。水分
が5wt%以下では高濃度シリカでシリル化剤を一挙に混
合してもコロイド粒子表面への選択的な反応が起り、目
的としたものが得られる。 溶媒置換によって得られたオルガノシリカゾルは、次
に、シリル化処理に供され、表面シラノールとシリル化
剤との化学反応によりシリカ表面はコロイド状態を保っ
たままで親油性に改質される。 本発明に用いられるシリル化剤としては、メチルトリク
ロルシラン、ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロ
ルシラン、エチルトリクロルシラン、ジエチルジクロル
シラン、トリエチルクロルシラン、ビニールトリクロル
シラン、ステアリルトリクロルシラン、ジヘキシルジク
ロルシラン、ジフェニルジクロルシラン、トリフェニル
クロルシラン、n-アミルトリクロルシラン等のクロルシ
ラン類、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキ
シシラン、ビニールトリメトキシシラン、n-アミルトリ
エトキシシラン、ベンジルトリメトキシシラン等のアル
コキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン等のシラザン
類やこれらを加水分解して得られるヒドロキシシラン類
のいずれもが使用可能である。 クロルシラン類を用いる場合は、反応により塩化水素
(塩酸)が、アルコキシシラン類を用いる場合はアルコ
ールがそれぞれ副生するが、いずれの場合も、反応後の
脱溶媒操作時に溶媒と共に除去されるので問題はない。
ヒドロキシシランの場合は、不安定で重合し易いため、
実際的にはクロルシランを使用直前に冷却しながら加水
分解し、油層のヒドロキシシランをすばやく本発明に用
いるのが効果的である。 本発明に於て、シリカ表面に反応するシリル基の最大個
数はシリル基の炭素数に依存し、前掲の第1表に示すと
おり、シリル基の炭素数が増大するにつれて減少する。
従って、シリル化処理に当っては、シリカの比表面積と
前掲の第1表とからシリル基の炭素数に応じて必要なシ
リル化剤量と最大シリル化剤量を算出し、その必要量と
最大量の範囲内に収まる量のシリル化剤を用いなければ
ならない。この範囲以下では次工程の粉末化に当って、
未反応の表面シラノール基による隣接コロイド粒子間の
反応が起り、再分散性に劣る粉末しか得られない。また
上記の範囲以上では余剰シリル化剤同士の反応で不揮発
成分が生成し、粉末化が困難となる。 シリル化に当っては、シリル化剤とオルガノシリカゾル
を混合するだけでも充分であるが、反応を完全ならしめ
るために、混合液を加熱処理するのが好ましい。特にシ
リル化剤の炭素数が大きい場合は加熱による反応完結が
重要となる。シリル化反応終了後の反応混合物は、シリ
ル化されたコロイド次元のシリカ粒子がシリル化に際し
て副生する塩酸、アルコール、水を含んだ有機媒体に分
散した状態にある。従ってこの反応混合物から液相成分
を留出させることにより本発明の粉末状シリカを得るこ
とが出来る。 粉末化工程はシリル化工程に引続いて行われるのが好ま
しい。粉末化に際しては200℃以下での液相留去が好
ましく、200℃以上ではシリル基の有機成分が燃焼
し、分散のよい粉末が得られないおそれがある。150
℃以下で必要ならば減圧下での粉末化が最も好ましい。
このようにして得られた粉末状シリカは通常白色を呈
し、アルコール、ケトン、エーテル、芳香族炭化水素、
脂肪族炭化水素などほとんどの有機溶剤に均質に分散す
る。 比較例1 滴下口及び留出口を具えた1の三ツ口フラスコに、平
均粒子径12mμ(比表面積230m2/SiOg)、
SiO濃度20%のシリカヒドロゾル150mlを入
れ、さらに同量のi-プロピルアルコールを加える。次い
で減圧蒸留させながら滴下口よりi-プロピルアルコール
を徐々に加えると共に、留出口より水とアルコールを留
出させた。この操作をSiO濃度20%、水分2.0
%のi-プロピルアルコールゾルが得られるまで続行し
た。 次に、上記i-プロピルアルコールゾルにn-ブチルアルコ
ール200mlを加え、減圧下でi-プロピルアルコール、
水、n-ブチルアルコールを留出させて、150mlのn-ブ
チルアルコールを分散媒とするオルガノシリカゾルを得
た。このゾルのSiO濃度は21.4%、水分1.5
%、粘度は7センチポイズであった。 このn-ブチルアルコールを分散媒とするオルガノシリカ
ゾル100gにトリメチルクロルシラン0.05g
(0.02×10-3モル/SiOg)を添加し、加熱
により50℃で10分間撹拌した後、減圧下で溶媒と副
生物を蒸発させ、粉末状のシリカを得た。 比較例2 比較例1と同様な方法でn-ブチルアルコールを分散媒と
するオルガノシリカゾルを得た。ただし、溶媒置換時の
n-ブチルアルコール量を70mlに制限した。 得られたn-ブチルアルコールを分散媒とするゾルはSi
濃度20.3%、水分20.3%、粘度5センチポ
イズであった。 このn-ブチルアルコールを分散媒とするゾル100gに
トリメチルクロルシラン2.8g(1.3×10-3モル
/SiOg)を添加し、加熱により50℃で10分間
撹拌した後、減圧下で溶媒と副生物を蒸発させ、粉末状
シリカを得た。 実施例1 滴下口及び留出口を具えた1の三ツ口フラスコに、平
均粒子径12mμ(比表面積230m2/SiOg)、
SiO濃度20%のシリカヒドロゾル150mlを入
れ、さらにこれと同量のi-プロピルアルコールを加え
る。次いで減圧蒸留させながら滴下口よりi-プロピルア
ルコールを徐々に加えると共に、留出口より水とアルコ
ールを留出させた。この操作をSiO濃度20.5
%、水分3.0%のi-プロピルアルコールゾルが得られ
るまで続けた。 次に、上記i-プロピルアルコールゾルにn-ブチルアルコ
ール200mlを加え、減圧下でi-プロピルアルコール、
水、n-ブチルアルコールを留出させて150mlのn-ブチ
ルアルコールを分散媒とするオルガノシリカゾルを得
た。このゾルのSiO濃度は20.1%、水分2.0
%、粘度6センチポイズであった。 このn-ブチルアルコールを分散媒とするオルガノシリカ
ゾル100gにトリメチルクロルシラン2.8g(1.
3×10-3モル/SiOg)を添加し、加熱により5
0℃で10分間撹拌した後、減圧下で溶媒と副生物を蒸
発させ、粉末状のシリカを得た。 実施例2〜7 シリル化剤としてのトリメチルクロルシランを第2表に
示すものに代え、さらにシリル化剤の添加量とシリル化
処理時の加熱温度を第2表に示す通りに変更した以外は
実施例1と全く同様にして各種の粉末状シリカを得た。 実施例8 i-プロピルアルコールとn-ブチルアルコールの溶媒置換
時にn-ブチルアルコール添加量を143mlに減らした以
外は、全く実施例1と同一条件下で粉末状シリカを得
た。 シリル化剤を添加する前のn-ブチルアルコールゾルはS
iO濃度20.2%、水分4.3%、粘度5センチポ
イズであった。 実施例9 トリメチルクロルシラン7gに15℃に冷却した水50
gを混ぜ、よく撹拌した後、静置して層を分離した。下
層の水層を除去した後改めて冷水50gを混じてよく撹
拌した後、静置して層を分離した。この操作を計5回く
り返した後5.7gのトリメチルクロルシランの加水分
解物(トリメチルヒドロキシシラン)を得た。 実施例1と同様にして得られたn-ブチルアルコールゾル
(SiO濃度30.1%、水分0.47%)100g
に、上記のトリメチルクロルシランの加水分解物を混
じ、撹拌下80℃で10分間加熱した後、減圧下で溶媒
と副生物を蒸発させ、粉末状のシリカを得た。 実施例10 実施例1と同一の手法でn-ブチルアルコールを分散媒と
するオルガノシリカゾル100gを得た。このゾルのS
iO濃度は20.2%、水分は2.0%、粘度は6.
1センチポイズであった。このゾルにn-プロピルトリエ
トキシシラン4.0g(1.0×10-3モル/SiO
g)を混合し、撹拌しながら80℃で30分間加熱した
後、減圧下で溶媒と副生物を蒸発させ、粉末状のシリカ
を得た。 実施例11 滴下口及び留出口を具えた1の三ツ口フラスコに、平
均粒子径12mμ(比表面積230m2/SiOg)、
SiO濃度20%のシリカヒドロゾル150mlを入
れ、これに150mlのエチレングリコールモノエチルエ
ーテル(セロソルブ)を加え、減圧蒸留下で水とエチレ
ングリコールモノエチルエーテルの一部とを留出させ、
エチレングリコールモノエチルエーテルを分散媒とする
オルガノシリカゾル160mlを得た。このゾルのSiO
濃度は20.1%、水分2.1%、粘度24センチポ
イズであった。このオルガノシリカゾル100gにトリ
メチルクロルシラン2.8g(1.3×10-3モル/S
iOg)を添加し撹拌下50℃で10分間加熱処理し
た後、減圧下で溶媒と副生物を蒸発させて粉末状のシリ
カを得た。 比較例1、2及び実施例1〜11で得られた各粉末の性
状と種々の有機溶媒に対する分散性をまとめて第3表に
示す。なお、第3表中「沈澱量」は粉末10gをトルエ
ン100ccに分散させた分散液を3000r.p.m.で遠心
分離した場合の沈澱量を意味する。「分散性」は粉末1
0gを各種有機溶剤100ccに混合した場合の分散性を
次の基準で評価した。 ○ 良好なもの (沈澱量1.0g未満) (沈澱量1.0g以上) × 沈澱、分離
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a powdery silica that can be homogeneously dispersed in an organic solvent, and a method for producing the same. In the present specification, "organic solvent" includes both a hydrophilic organic solvent and a hydrophobic organic solvent, and "is homogeneously dispersible in an organic solvent" means that 10 g of powdered silica is added to 100 cc of toluene. When mixed, a transparent to translucent dispersion is formed and the dispersion is centrifuged at 3000 r.
When treated with pm for 5 minutes, the amount of precipitated silica is 1 g or less. BACKGROUND ART Powdered hydrophobic silica called ester sils has been conventionally known as an enhancer for elastomers, plastics, waxes, etc., or as a thickening agent or viscosity modifier for liquid resins, paints, etc. This hydrophobic silica powder is obtained by esterifying silanol groups on the surface of silica particles with a monohydric alcohol, and the following means have been conventionally adopted for this esterification. One of them is silica (polysilicic acid) which is obtained by thermally decomposing silicon tetrachloride in a hydrogen flame.
Is produced, and the silica is then brought into contact with alcohol vapor to esterify silanol groups on the silica surface. The other is a method in which colloidal silica particles dispersed in water are aggregated, and the silanol groups on the silica surface are esterified by a treatment such as heating the aggregated particles with alcohol. However, none of the conventional hydrophobic silica powders can be homogeneously dispersed in an organic solvent, and when added to and mixed with toluene, silica precipitation occurs in a relatively short time. That is, the conventional hydrophobic silica powder is not always stable when the dispersion medium is a liquid having a relatively high viscosity, and otherwise the stable dispersion state of the hydrophobic silica powder cannot be maintained. On the other hand, as a method for producing an organosilica sol, as taught in US Pat. Nos. 2,285,446 to 2,285,449, silica hydrosol is mixed with a polar organic solvent which forms an azeotropic mixture with water, and the mixture is distilled to obtain In addition to the known method of replacing water with a polar organic solvent by boiling,
As taught in Japanese Examined Patent Publication No. 53-799, there is known a method in which siloxysilanol is extracted and separated from a neutralized aqueous solution of water glass with a polar organic solvent, and then an organosilylating agent is added to the residual liquid for reaction. There is. However, since the dispersion medium of the organosilica sol obtained by the former method is a polar organic solvent, its compatibility with a nonpolar organic solvent is insufficient and its use is limited. Further, the organosol obtained by the latter method has a relatively large amount of residual water content and is low-molecular-weight silica, so that it lacks stability. In addition, in the latter method, since siloxysilanol is extracted and separated, there is a drawback that the utilization rate of silica as viewed from the raw water glass is low. The present invention proposes a powdery silica that can be uniformly dispersed in an organic solvent and a method for producing the same, and the powdery silica of the present invention is a colloidal silica particle covered with a silyl group having 1 to 36 carbon atoms. And is characterized by having 1 to 100 silyl groups chemically bonded to silica per 10 square millimeters of silica surface. The powdery silica of the present invention has the following physical characteristics. Bulk density 0.6 to 1.0 g / ml Oil absorption 50 g / 100 ml or less Powder particle size (90%) 0.01 to 3.0 mm Toluene dispersion (concentration 10 wt%) Viscosity 10 cps or less Transparency 80% or more (use 500 mμ filter) ) In the powder silica according to the present invention, since the silica particles are silylated in the colloidal dimension as they are, even if the powder itself is agglomerated, it can be easily dispersed uniformly as colloidal silica particles by adding it to the organic solvent. . Generally, particles of colloidal dimension refer to particles having a diameter of about 1 to 100 millimicrons. In the present invention, silica particles to which a silyl group is chemically bound have a particle size of 4 to 10.
It may be in the range of 0 millimicron, and preferably in the range of 5 to 30 millimicron. According to the present invention, the silica particles have 1 to 1 carbon atoms chemically bonded to their surface.
It is covered with 36 silyl groups, and the number of silyl groups can be 1 to 100 per 10 square millimeters of silica surface. Here, “the silyl group is chemically bonded to the surface of silica” means that the silyl group is bonded to the silicon atom of the silanol group (—SiOH) on the surface of the silica via the oxygen atom. . In the powdery silica in which a silyl group is chemically bonded to colloidal silica particles, the number of silyl groups required to uniformly disperse the powdery silica in an organic solvent is
Strictly speaking, it depends on the chain length of the silyl group. Generally speaking, powdered silica having a long chain silyl group is more homogeneously dispersed in an organic solvent than powdered silica having a short chain silyl group, even if it has less chemically bonded silyl groups. It will be possible. By the way, in the case of powdered silica in which a silyl group is chemically bonded to colloidal silica particles, the number of silyl groups and the chemical bond required to make the powdered silica homogeneously dispersible in an organic solvent. The maximum number of possible silyl groups is shown below in relation to the carbon number of the silyl group. Next, the method for producing powdered silica according to the present invention will be described. In the powdery silica of the present invention, the silica particles as the core must be in the colloidal dimension, and thus silica hydrosol is used as a starting material. The silica hydrosol has a viscosity of 100 centipoise at a SiO 2 concentration of 20 wt%. Must be: This type of silica hydrosol is a method in which water glass is dealkalized with a cation exchange resin and the resulting silicic acid solution is polymerized in an alkaline atmosphere (commonly called an ion exchange method). After gelling by gelling, wash the salt with water to deflocculate the gel obtained by autoclave (commonly called deflocculation method), and further remove silicic acid solution obtained by hydrolyzing ethyl silicate with acid. It can be generally produced by a method such as heat aging. By the way, it is distinguished from the silica hydrosol of the present invention in that when powdered silica such as Aerosil and white carbon is dispersed in water at a concentration of 20 wt%, the viscosity is extremely high at tens of thousands centipoise. In addition, a low-polymerization silicic acid solution obtained by neutralizing water glass with an acid or dealkalization with a cation exchange resin or a silicic acid solution obtained by simply hydrolyzing an organosilicon compound is commonly called a silica hydrosol. , These are also SiO 2
The viscosity at a concentration of 20 wt% is as high as tens of thousands of centipoise, and gels over time, so that it is clearly distinguished from the silica hydrosol of the present invention. Although SiO 2 concentration of the starting material serving silica hydrosol can be arbitrarily selected, typically 50 wt% of SiO 2 concentration
The following is preferable. According to the invention, the silica hydrosol is first converted into an organosilica sol by solvent substitution. This solvent replacement involves mixing a hydrophilic organic solvent that is mutually soluble in silica hydrosol at an arbitrary ratio, and gradually replacing water, which is a dispersion medium of silica hydrosol, with the organic solvent. In this case, the hydrophilic organic solvent may be used in combination with a hydrophobic organic solvent which is mutually soluble. As a method for replacing the solvent, for example, a method of distilling off water by distillation, a method of gradually replacing the solvent from water to an organic solvent using an ultrafiltration membrane, and a dehydrating agent such as molecular sieves to remove only water Can be adopted. By the way, for a solvent having a boiling point lower than that of water such as acetone, it is advantageous to use ultrafiltration or molecular sieve. n-
Alcohols having a higher molecular weight such as butyl alcohol and n-octyl alcohol, ketones such as methyl ethyl ketone, and solvent substitution with esters such as isobutyl acetate are inferior in compatibility with the raw material silica hydrosol, It is preferable to carry out the solvent replacement of water with methyl alcohol or the like in advance, and then carry out the solvent replacement again. Ethers such as ethyl glycol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, and alkyl amides such as N, N-dimethylformamide (DMF) can be replaced with water by a direct distillation method. However, alcohols having 3 or less carbon atoms are not desirable because they easily react directly with the silylating agent used in the subsequent step. In this way, the solvent-substituted organosilica sol contains some water although there is a difference depending on the method of solvent substitution. However, in the present invention, the amount of water remaining in the organosilica sol is 10 wt% or less, preferably 5 wt%.
Must be less than or equal to%. The presence of water in excess of 10 wt% accelerates the hydrolysis rate of the silylating agent in the next step, promotes the reaction between the silylating agents, and the selective reaction on the surface of the colloid can hardly be expected. However, if the silica sol is made to have a very low concentration and the silylating agent is added at a low concentration over a long period of time, it is possible to expect a reaction to the colloid surface to some extent, but this is not practical. When the water content is 5 wt% or less, even if the silylating agent is mixed with high-concentration silica all at once, a selective reaction occurs on the surface of the colloidal particles and the intended product can be obtained. The organosilica sol obtained by the solvent substitution is then subjected to a silylation treatment, and the silica surface is modified to be lipophilic while maintaining the colloidal state by the chemical reaction between the surface silanol and the silylating agent. As the silylating agent used in the present invention, methyltrichlorosilane, dimethyldichlorosilane, trimethylchlorosilane, ethyltrichlorosilane, diethyldichlorosilane, triethylchlorosilane, vinyltrichlorosilane, stearyltrichlorosilane, dihexyldichlorosilane, Chlorosilanes such as diphenyldichlorosilane, triphenylchlorosilane, n-amyltrichlorosilane, etc., alkoxysilanes such as methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, n-amyltriethoxysilane and benzyltrimethoxysilane. It is possible to use any of these, silazanes such as hexamethyldisilazane, and hydroxysilanes obtained by hydrolyzing these. When chlorosilanes are used, hydrogen chloride (hydrochloric acid) is by-produced by the reaction, and when alkoxysilanes are used, alcohol is by-produced, but in both cases, it is removed together with the solvent during the desolvation operation after the reaction. There is no.
In the case of hydroxysilane, it is unstable and easily polymerized,
Practically, it is effective that the chlorosilane is hydrolyzed while being cooled immediately before use and the hydroxysilane in the oil layer is quickly used in the present invention. In the present invention, the maximum number of silyl groups that react with the silica surface depends on the carbon number of the silyl group, and as shown in Table 1 above, it decreases as the carbon number of the silyl group increases.
Therefore, in the silylation treatment, the required amount of silylating agent and the maximum amount of silylating agent are calculated from the specific surface area of silica and Table 1 described above according to the number of carbon atoms of the silyl group, and the required amount is calculated. An amount of silylating agent that falls within the maximum amount must be used. Below this range, when powdering in the next step,
Reaction between adjacent colloidal particles occurs due to unreacted surface silanol groups, and only powder having poor redispersibility is obtained. On the other hand, if the amount exceeds the above range, a non-volatile component is produced by the reaction between the surplus silylating agents, which makes powdering difficult. For the silylation, it is sufficient to mix the silylating agent and the organosilica sol, but it is preferable to heat the mixed solution in order to complete the reaction. Especially when the number of carbon atoms in the silylating agent is large, it is important to complete the reaction by heating. The reaction mixture after completion of the silylation reaction is in a state where the silylated colloidal silica particles are dispersed in an organic medium containing hydrochloric acid, alcohol and water which are by-produced during the silylation. Therefore, the powdery silica of the present invention can be obtained by distilling the liquid phase component from this reaction mixture. The powdering step is preferably performed subsequent to the silylation step. At the time of pulverization, liquid phase distillation at 200 ° C. or lower is preferable, and at 200 ° C. or higher, the organic component of the silyl group may be burned, and a powder having good dispersion may not be obtained. 150
The most preferable is pulverization under reduced pressure at a temperature of not higher than 0 ° C.
The powdery silica thus obtained usually has a white color, and includes alcohols, ketones, ethers, aromatic hydrocarbons,
Disperses homogeneously in most organic solvents such as aliphatic hydrocarbons. Comparative Example 1 An average particle diameter of 12 mμ (specific surface area 230 m 2 / SiO 2 g) was added to a three-necked flask equipped with a dropping port and a distillation port.
150 ml of silica hydrosol having a SiO 2 concentration of 20% is added, and the same amount of i-propyl alcohol is further added. Then, while distilling under reduced pressure, i-propyl alcohol was gradually added from the dropping port, and water and alcohol were distilled from the distillation outlet. This operation is performed with a SiO 2 concentration of 20% and a water content of 2.0.
Continued until a% i-propyl alcohol sol was obtained. Next, 200 ml of n-butyl alcohol was added to the above i-propyl alcohol sol, and i-propyl alcohol was added under reduced pressure.
Water and n-butyl alcohol were distilled off to obtain an organosilica sol having 150 ml of n-butyl alcohol as a dispersion medium. The sol had a SiO 2 concentration of 21.4% and a water content of 1.5.
%, The viscosity was 7 centipoise. 0.05 g of trimethylchlorosilane was added to 100 g of organosilica sol containing n-butyl alcohol as a dispersion medium.
(0.02 × 10 −3 mol / SiO 2 g) was added, the mixture was heated and stirred at 50 ° C. for 10 minutes, and then the solvent and byproducts were evaporated under reduced pressure to obtain powdery silica. Comparative Example 2 By the same method as in Comparative Example 1, an organosilica sol containing n-butyl alcohol as a dispersion medium was obtained. However, when replacing the solvent
The amount of n-butyl alcohol was limited to 70 ml. The obtained sol using n-butyl alcohol as a dispersion medium is Si
The O 2 concentration was 20.3%, the water content was 20.3%, and the viscosity was 5 centipoise. To 100 g of the sol having n-butyl alcohol as a dispersion medium, 2.8 g (1.3 × 10 −3 mol / SiO 2 g) of trimethylchlorosilane was added, and the mixture was stirred at 50 ° C. for 10 minutes by heating and then under reduced pressure. The solvent and by-products were evaporated with to obtain powdery silica. Example 1 An average particle diameter of 12 mμ (specific surface area 230 m 2 / SiO 2 g),
150 ml of silica hydrosol having a SiO 2 concentration of 20% is added, and the same amount of i-propyl alcohol is added. Then, while distilling under reduced pressure, i-propyl alcohol was gradually added from the dropping port, and water and alcohol were distilled from the distillation outlet. This operation is performed with a SiO 2 concentration of 20.5.
%, Water content 3.0% until i-propyl alcohol sol was obtained. Next, 200 ml of n-butyl alcohol was added to the above i-propyl alcohol sol, and i-propyl alcohol was added under reduced pressure.
Water and n-butyl alcohol were distilled off to obtain an organosilica sol having 150 ml of n-butyl alcohol as a dispersion medium. The sol had a SiO 2 concentration of 20.1% and a water content of 2.0.
%, The viscosity was 6 centipoise. To 100 g of this organo-silica sol having n-butyl alcohol as a dispersion medium, 2.8 g of trimethylchlorosilane (1.
3 × 10 −3 mol / SiO 2 g) was added and heated to 5
After stirring at 0 ° C. for 10 minutes, the solvent and by-products were evaporated under reduced pressure to give powdery silica. Examples 2 to 7 Except that trimethylchlorosilane as the silylating agent was replaced with that shown in Table 2 and the addition amount of the silylating agent and the heating temperature during the silylation treatment were changed as shown in Table 2. Various powdery silicas were obtained in exactly the same manner as in Example 1. Example 8 A powdery silica was obtained under the same conditions as in Example 1, except that the amount of n-butyl alcohol added was reduced to 143 ml when the solvent was replaced with i-propyl alcohol. The n-butyl alcohol sol before adding the silylating agent is S
The iO 2 concentration was 20.2%, the water content was 4.3%, and the viscosity was 5 centipoise. Example 9 50 g of water cooled to 15 ° C. in 7 g of trimethylchlorosilane
After mixing g and stirring well, it stood and the layers were separated. After removing the lower aqueous layer, 50 g of cold water was mixed again and well stirred, and then the mixture was allowed to stand and the layers were separated. After repeating this operation 5 times in total, 5.7 g of a hydrolyzate of trimethylchlorosilane (trimethylhydroxysilane) was obtained. 100 g of n-butyl alcohol sol (SiO 2 concentration 30.1%, water content 0.47%) obtained in the same manner as in Example 1.
The above hydrolyzate of trimethylchlorosilane was mixed with the above, heated at 80 ° C. for 10 minutes with stirring, and then the solvent and by-products were evaporated under reduced pressure to obtain powdery silica. Example 10 In the same manner as in Example 1, 100 g of organosilica sol having n-butyl alcohol as a dispersion medium was obtained. S of this sol
The iO 2 concentration is 20.2%, the water content is 2.0%, and the viscosity is 6.
It was 1 centipoise. 4.0 g (1.0 × 10 −3 mol / SiO 2) of n-propyltriethoxysilane was added to this sol.
g) was mixed and heated with stirring at 80 ° C. for 30 minutes, and then the solvent and by-products were evaporated under reduced pressure to obtain powdery silica. Example 11 An average particle diameter of 12 mμ (specific surface area 230 m 2 / SiO 2 g) was added to a one-necked three-necked flask equipped with a dropping port and a distillation port.
150 ml of silica hydrosol having a SiO 2 concentration of 20% was added, 150 ml of ethylene glycol monoethyl ether (cellosolve) was added thereto, and water and a part of ethylene glycol monoethyl ether were distilled off under reduced pressure distillation.
160 ml of organosilica sol having ethylene glycol monoethyl ether as a dispersion medium was obtained. SiO of this sol
The 2 concentration was 20.1%, the water content was 2.1%, and the viscosity was 24 centipoise. To 100 g of this organosilica sol, 2.8 g of trimethylchlorosilane (1.3 × 10 −3 mol / S
iO 2 g) was added, and the mixture was heated under stirring at 50 ° C. for 10 minutes, and then the solvent and by-products were evaporated under reduced pressure to obtain powdery silica. The properties of each powder obtained in Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 to 11 and the dispersibility in various organic solvents are summarized in Table 3. In Table 3, "precipitation amount" means the amount of precipitation when a dispersion obtained by dispersing 10 g of powder in 100 cc of toluene was centrifuged at 3000 rpm. "Dispersibility" is powder 1
The dispersibility when 0 g was mixed with 100 cc of various organic solvents was evaluated according to the following criteria. Good (precipitation amount less than 1.0g) (precipitation amount 1.0g or more) x precipitation, separation

Claims (1)

【訂正明細書】 【特許請求の範囲】 【請求項1】炭素数1〜36のシリル基で被われたコロ
イド次元のシリカ粒子からなる粉末状シリカ粒子であっ
て、 シリカの表面10平方ミリミクロン当り1〜100個の
シリル基がシリカに化学的に結合し、 上記粉末状シリカ粒子10gをトルエン100ccに添加
混合した際に、透明ないし半透明の分散液となり、この
分散液を遠心分離機にて3000r.p.m.で5分間処理し
た場合に、シリカ粒子の沈澱量が1g以下であって、有
機溶剤に均質に分散可能なシリカ粒子。 【請求項2】コロイド次元のシリカ粒子が粒径5〜30
ミリミクロンのシリカ粒子である特許請求の範囲第1項
記載の粉末状シリカ。 【請求項3】SiO濃度20重量%で測定した粘度が
100センチポイズ以下であるシリカヒドロゾルを溶媒
置換させて水分量10重量%以下のオルガノシリカゾル
を調製し、このオルガノシリカゾルを炭素数1〜36の
オルガノシリル化剤と反応させてシリカ表面をシリル化
処理した後、得られた反応混合物から液層成分を除去す
ることからなる有機溶剤に均質に分散可能な粉末状シリ
カの製造法。 【請求項4】オルガノシリカゾル中の水分量が5重量%
以下である特許請求の範囲第3項記載の方法。
1. A powdery silica particle comprising colloidal silica particles covered with a silyl group having 1 to 36 carbon atoms, wherein the surface of silica is 10 square millimeters. Each 1 to 100 silyl groups are chemically bonded to silica, and when 10 g of the above powdery silica particles are added to 100 cc of toluene and mixed, a transparent or translucent dispersion liquid is obtained, and this dispersion liquid is put into a centrifuge. When the silica particles are treated at 3000 rpm for 5 minutes, the precipitation amount of the silica particles is 1 g or less, and the silica particles can be uniformly dispersed in an organic solvent. 2. A colloidal silica particle having a particle size of 5 to 30.
The powdered silica of claim 1 which is a millimicron silica particle. 3. An organosilica sol having a water content of 10% by weight or less is prepared by solvent substitution of silica hydrosol having a viscosity of 100 centipoise or less measured at a SiO 2 concentration of 20% by weight. A method for producing powdery silica which can be homogeneously dispersed in an organic solvent, which comprises reacting with an organosilylating agent of No. 36 to silylate the surface of silica, and then removing liquid phase components from the obtained reaction mixture. 4. The amount of water in the organosilica sol is 5% by weight.
A method according to claim 3 wherein:

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