JPH07277724A - シリカ粒子の製造方法 - Google Patents

シリカ粒子の製造方法

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JPH07277724A
JPH07277724A JP6071903A JP7190394A JPH07277724A JP H07277724 A JPH07277724 A JP H07277724A JP 6071903 A JP6071903 A JP 6071903A JP 7190394 A JP7190394 A JP 7190394A JP H07277724 A JPH07277724 A JP H07277724A
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JP
Japan
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alkoxysilane
silica particles
particle size
purity
weight
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Pending
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JP6071903A
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English (en)
Inventor
Toichi Yamada
都一 山田
Kazuhiko Kamiyoshi
和彦 神吉
Kazuo Sainai
和夫 齊内
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Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 粒子の合着がなく、粒径が約1μm 以上で且
つ粒度分布の狭い(例えば、粒径の変動係数が3%以
下)粒度の揃ったシリカ粒子を得る。 【構成】 アルコキシシランを水及びアルコールを含有
するアルカリ性溶液中で加水分解してシリカ粒子を製造
する方法において、蒸留によって精製した純度が92重
量%以上のアルコキシシランを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、シリカ粒子の製造方
法に関し、特に、液晶表示素子用スペーサーなどに用い
る粒度の揃ったシリカ粒子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アルコキシシランを水及びアルコールを
含有するアルカリ性溶液中で加水分解してシリカ粒子を
製造する方法は、ゾル−ゲル法と呼ばれ広く知られてい
る。
【0003】この種のシリカ粒子の製造方法にあって
は、一般に、反応の後半で微細なシリカ粒子が生成した
り、或いはシリカ粒子が凝集し合着して大きなシリカ粒
子が混在するため、特に、粒径を約1μm 以上に成長さ
せ且つ粒度の揃ったシリカ粒子を製造することは困難で
ある。
【0004】特公平1−59974号公報には、アルコ
キシシランを反応液中において水及びアンモニア(アル
カリ)の濃度を実質的に変化させることなく加水分解す
ることにより、粒径を約1μm 以上に成長させ且つ粒度
の揃ったシリカ粒子を製造する方法が提案されている。
【0005】特公平3−52047号公報には、先ず、
アルコキシシランの加水分解によりシリカのシード粒子
を生成分散させ、次いでこの分散液をアルカリ性に保ち
ながらアルコキシシランを添加し、加水分解によりシー
ド粒子の表面にシリカを生成付着させ、シード粒子を成
長させることにより、粒径を約1μm 以上に成長させ且
つ粒度の揃ったシリカ粒子を製造する方法が提案されて
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、発明者の実
験によれば、上記提案の従来方法では、粒径の変動係数
がせいぜい10%程度のものしか得られず、粒度分布の
狭い(例えば、粒径の変動係数が3%以下)粒度の揃っ
たシリカ粒子を得ることは困難であった。
【0007】この発明は、上記の問題を解決するもの
で、その目的とするところは、粒子の合着がなく、粒径
が約1μm 以上で且つ粒度分布の狭い(例えば、粒径の
変動係数が3%以下)粒度の揃ったシリカ粒子を得るこ
とのできるシリカ粒子の製造方法を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、アルコキ
シシランを水及びアルコールを含有するアルカリ性溶液
中で加水分解してシリカ粒子を製造する方法において、
純度が92重量%以上のアルコキシシラン、特に蒸留に
より純度が92重量%以上となるまで精製されたアルコ
キシシランを用いることによって達成することができ
る。
【0009】この発明で用いるアルコキシシランとして
は、一般式Si(OR1)4 で表されるテトラアルコキシ
シラン、Si(OR1)3 2 で表されるトリアルコキシ
シラン及びこれ等のアルコキシシランを部分的に加水分
解して得られる低縮合物等が挙げられる。
【0010】ここで、R1 及びR2 はメチル基、エチル
基、イソプロピル基、ブチル基等が好ましい。例えば、
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリメ
トキシメチルシラン、トリエトキシメチルシラン等が挙
げられる。これ等のアルコキシシランは単独で使用して
も、二種以上を混合して使用してもよい。
【0011】しかも、上記アルコキシシランの純度は、
92重量%以上でなければならず、好ましくは95重量
%以上である。アルコキシシランの純度が92重量%未
満では、得られるシリカ粒子の粒度分布が広くなり、こ
の発明の目的を達成することができない。
【0012】上記のような純度のアルコキシシランは、
市販のアルコキシシラン原液(純度はおよそ88重量%
前後である)を蒸留、好ましくは減圧蒸留によって得る
ことができる。なお、アルコキシシランの純度はガスク
ロマトグラフィーによって測定される。
【0013】アルコールとしては、メタノール、エタノ
ール、イソプロパノール、ブタノール、エチレングリコ
ール、プロピレングリコール等が挙げられ、特に、エタ
ノールが好ましい。これ等のアルコールは単独で使用し
ても、二種以上を混合して使用してもよい。
【0014】水及びアルコールを含有するアルカリ性溶
液は、水とアルコールとの混合溶液に、アンモニア水、
アンモニアガス、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、
第四級アンモニウム塩、アミン類等のアルカリを溶解さ
せることにより得ることができ、特に、アンモニア水が
好ましい。これ等のアルカリは単独で使用しても、二種
以上を混合して使用してもよい。
【0015】この発明方法は、具体的には、例えば、次
のような方法で行われる。先ず、市販のアルコキシシラ
ンを減圧蒸留等の蒸留によって純度が92重量%以上に
なるまで精製する。また、水、アルコール及びアルカリ
を適量混合してアルカリ性溶液を調製する。そして、こ
のアルカリ性溶液を攪拌しながら上記純度のアルコキシ
シランを添加し、20〜30℃程度の温度で1〜5時間
程度反応させる。この反応により、アルコキシシランが
加水分解され縮合してシリカ粒子が反応液中に分散状態
で生成する。
【0016】水とアルコールとの割合は、一般に、水5
〜75重量%、アルコール95〜25重量%である。ア
ルカリの濃度は、一般に、溶液のpHが8〜13になる
量が用いられる。水やアルコールやアルカリの濃度は、
反応が続行されている間、常に反応の初期から大きく変
化しないように、水やアルコールやアルカリを逐次添加
して調節するのが好ましい。
【0017】アルコキシシランは、一般に、上記アルカ
リ性溶液100重量部に対して、10〜80重量部使用
されるのが好ましい。アルコキシシランの量が少なすぎ
ると反応が充分に行われないことがあり、逆に多すぎる
と溶解性が悪くなることがあるからである。
【0018】アルコキシシランは蒸留液をそのまま用い
てもよく、水又はアルコールに溶解させて用いてもよ
い。また、アルコキシシランの蒸留液又は溶液は、反応
に際して水及びアルコールを含有するアルカリ性溶液に
一括して添加してもよいが、反応の進行にしたがい滴下
しながら徐々に添加するのが好ましい。
【0019】こうして、所望の粒径を有するシリカ粒子
の分散液が得られる。シリカ粒子の平均粒径は、1〜5
0μm 、特に1〜5μm に設定するのが好ましい。この
シリカ粒子の平均粒径は、アルコキシシランの量、その
他の反応条件を適当に選定することにより調節すること
ができる。
【0020】そして、上記シリカ粒子の分散液からシリ
カ粒子を分離して種々の用途に使用される。また、シリ
カ粒子の分散液のまま或いは分散液中のシリカ粒子の量
を調節して分散液の状態で種々の用途に使用される。
【0021】
【作用】アルコキシシランを水及びアルコールを含有す
るアルカリ性溶液中で加水分解してシリカ粒子を製造す
る従来方法において、その反応は、シード粒子の生成反
応とその後のシード粒子の成長反応との二つの反応に区
別でき、シード粒子の生成反応はその後のシード粒子の
成長反応に比べて速い。
【0022】ここで、蒸留等の方法によって純度が92
重量%以上になるまで精製されたアルコキシシランを用
いると、シード粒子の生成が遅くなり、逆にシード粒子
の成長反応が促進されて、粒子の合着がなく、粒径が約
1μm 以上で且つ粒度分布の狭い(例えば、粒径の変動
係数が3%以下)粒度の揃ったシリカ粒子が得られる。
【0023】その理由は次のように推察される。先ず、
シード粒子の生成段階では、アルコキシシランが加水分
解されて水酸基を有するシラノールに変化する反応が起
こる。ここで、アルコキシシランとして市販品を用いた
場合、この市販品のアルコキシシランには、不純物とし
て主にシラノール化合物が含まれており、その純度はお
よそ88重量%前後である。
【0024】例えば、アルコキシシランとして代表的な
テトラエトキシシランを用いる場合には、不純物として
モノヒドロキシトリエトキシシランが含まれており、こ
れ等の不純物はアルカリ性の条件下で速やかに加水分解
してテトラヒドロキシシランとなる。
【0025】こうして生成したテトラヒドロキシシラン
は非常に反応性に富み、シード粒子の生成速度が極めて
大となり、シード粒子の数は非常に多くなり、その結
果、シード粒子が成長して出来るシリカ粒子の粒径は必
然的に小さくなる。また、シード粒子の生成が終わって
シード粒子の成長の段階に入ってもテトラヒドロキシシ
ランが微量でも残っていると、新たなシード粒子が生成
しシード粒子の数が増していき、最終的に得られるシリ
カ粒子の粒径のばらつきが大きくなるものと推察され
る。
【0026】これに対して、蒸留等の方法によって純度
が92重量%以上になるまで精製されたアルコキシシラ
ンを用いると、不純物としてモノヒドロキシトリエトキ
シシランが取り除かれてその含有量が少なくなってお
り、アルコキシシランが加水分解されてモノヒドロキシ
トリエトキシシランに変化する速度は非常に小さいの
で、テトラヒドロキシシランが生成する速度も非常に小
さくなり、シード粒子の数も著しく少なくなる。その結
果、最終的に得られるシリカ粒子の粒径は大きくなり且
つ粒径のばらつきが小さくなるものと推察される。
【0027】
【実施例】以下、この発明の実施例及び比較例を示す。実施例1 市販のテトラエトキシシラン(日本コルコート化学社
製)を用い、これを減圧蒸留(62〜63℃/17〜1
8mmHgの留分)して、純度95重量%のテトラエトキ
シシランを用意した。なお、上記テトラエトキシシラン
の純度は、島津製作所製の島津ガスクロマトグラフィー
GC−14A(ヘリウムキャリアーガス及び石英キャピ
ラリーカラム使用)によって測定した。
【0028】28重量%のアンモニア水35mlとエタ
ノール160mlとの混合液を攪拌しながら、この混合
液中に、28重量%のアンモニア水50mlとエタノー
ル100mlとの混合液、及び上記純度95重量%のテ
トラエトキシシラン20.8gとエタノール100ml
の混合液を、それぞれ0.93ml/分の滴下速度で添
加し、20℃の温度で3時間反応させた。この反応によ
り、シリカ粒子が分散した反応液が得られた。
【0029】上記反応液からシリカ粒子を分離し、得ら
れたシリカ粒子の平均粒径及び標準偏差を測定した。そ
の結果、平均粒径は1.88μm 、標準偏差は0.03
4μm で、変動係数(標準偏差/平均粒径)は約1.8
1%と算出され、合着のない均一なシリカ粒子であっ
た。
【0030】比較例1 市販のテトラエトキシシラン(日本コルコート化学社
製)を減圧蒸留することなくそのまま用いた。このテト
ラエトキシシランの純度は88重量%であった。それ以
外は実施例1と同様に行った。
【0031】その結果、平均粒径は0.79μm 、標準
偏差は0.119μm で、変動係数(標準偏差/平均粒
径)は約15.1%と算出され、合着したシリカ粒子が
混在していた。
【0032】
【発明の効果】上述の通り、この発明のシリカ粒子の製
造方法は、アルコキシシランを水及びアルコールを含有
するアルカリ性溶液中で加水分解してシリカ粒子を製造
する方法において、純度が92重量%以上のアルコキシ
シラン、特に蒸留により純度が92重量%以上となるま
で精製されたアルコキシシランを用いるもので、それに
より粒子の合着がなく、粒径が約1μm 以上で且つ粒度
分布の狭い(例えば、粒径の変動係数が3%以下)粒度
の揃った球状のシリカ粒子を短時間で容易に得ることが
できる。
【0033】したがって、この発明により得られるシリ
カ粒子は、標識材料、診断試薬用担体、液晶表示素子用
スペーサーなど種々の用途に使用され、特に、液晶表示
素子用スペーサーとして好適である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルコキシシランを水及びアルコールを
    含有するアルカリ性溶液中で加水分解してシリカ粒子を
    製造する方法において、純度が92重量%以上のアルコ
    キシシランを用いることを特徴とするシリカ粒子の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 蒸留により純度が92重量%以上となる
    まで精製されたアルコキシシランを用いることを特徴と
    する請求項1記載のシリカ粒子の製造方法。
JP6071903A 1994-04-11 1994-04-11 シリカ粒子の製造方法 Pending JPH07277724A (ja)

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Cited By (4)

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040204