JPH07277725A - 緻密で、単一な大きさの二酸化珪素微小球体、その製造方法、及びその使用法 - Google Patents
緻密で、単一な大きさの二酸化珪素微小球体、その製造方法、及びその使用法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 様々な用途に対応しうる単一な大きさの二酸
化珪素微小球体の粉体及び懸濁液を提供する。 【構成】 微細孔性で球状のポリ珪酸粒子を懸濁液から
分離して、僅かに凝集してはいるが再分散可能な粉末を
生成する。この粉末のか焼を行うと、僅かに凝集が見ら
れるが再分散可能な、緻密で、球状の二酸化珪素粒子の
粉末が得られる。
化珪素微小球体の粉体及び懸濁液を提供する。 【構成】 微細孔性で球状のポリ珪酸粒子を懸濁液から
分離して、僅かに凝集してはいるが再分散可能な粉末を
生成する。この粉末のか焼を行うと、僅かに凝集が見ら
れるが再分散可能な、緻密で、球状の二酸化珪素粒子の
粉末が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば、コロイド科
学のモデル研究用或いはクロマトグラフィにおける吸着
剤等種々の分野で使用できる、緻密で、単一サイズの二
酸化珪素微小球体、その製造方法、及びその使用方法に
関するものである。
学のモデル研究用或いはクロマトグラフィにおける吸着
剤等種々の分野で使用できる、緻密で、単一サイズの二
酸化珪素微小球体、その製造方法、及びその使用方法に
関するものである。
【０００２】
【発明の背景】緻密で単一サイズの球状二酸化珪素微小
球体からなる粉末は、例えば、コロイド科学のモデル研
究用、標準化目的、クロマトグラフィにおける表面改質
した吸着剤の出発原料用、ファインセラミックス用、及
び物質科学のモデル研究用、触媒担体用等の様々な分野
において重要である。
球体からなる粉末は、例えば、コロイド科学のモデル研
究用、標準化目的、クロマトグラフィにおける表面改質
した吸着剤の出発原料用、ファインセラミックス用、及
び物質科学のモデル研究用、触媒担体用等の様々な分野
において重要である。
【０００３】球状の単分散ポリ珪酸即ちＰＳＡ粒子は、
ステーバー（Ｓｔｏｅｂｅｒ）氏の方法（後記の参考文
献１参照）により懸濁液として調製出来る。触媒として
アンモニアを含むアルコール溶液中でテトラアルコキシ
シランを水を用いて慎重に加水分解すると、ほぼ単一サ
イズのＰＳＡ粒子の乳白色の懸濁液が得られる。エタノ
ール中でテトラエトキシシランを使用すると最良の結果
が得られる。最終粒子径は、使用するアルコ−ル、温
度、及び試薬濃度によって決まる。ステーバー氏他の研
究により、ＰＳＡの核が反応のまさに第１段階でモノオ
ルト珪酸から形成され、この自然核形成の後、モノマの
重縮合が粒子表面でのみ起こることが推定された。従っ
て、ＰＳＡ粒子の重合度及び微細孔性は、その成長速度
即ち表面におけるモノマのフラックス（単位時間当たり
単位表面積当たりの到達モノマ）に左右される。要約す
ると、ステーバー氏の方法によって、ほぼ単一サイズ
（粒子径５０〜９００ｎｍ）の微細孔性ＰＳＡの懸濁液
を調製することが出来る。
ステーバー（Ｓｔｏｅｂｅｒ）氏の方法（後記の参考文
献１参照）により懸濁液として調製出来る。触媒として
アンモニアを含むアルコール溶液中でテトラアルコキシ
シランを水を用いて慎重に加水分解すると、ほぼ単一サ
イズのＰＳＡ粒子の乳白色の懸濁液が得られる。エタノ
ール中でテトラエトキシシランを使用すると最良の結果
が得られる。最終粒子径は、使用するアルコ−ル、温
度、及び試薬濃度によって決まる。ステーバー氏他の研
究により、ＰＳＡの核が反応のまさに第１段階でモノオ
ルト珪酸から形成され、この自然核形成の後、モノマの
重縮合が粒子表面でのみ起こることが推定された。従っ
て、ＰＳＡ粒子の重合度及び微細孔性は、その成長速度
即ち表面におけるモノマのフラックス（単位時間当たり
単位表面積当たりの到達モノマ）に左右される。要約す
ると、ステーバー氏の方法によって、ほぼ単一サイズ
（粒子径５０〜９００ｎｍ）の微細孔性ＰＳＡの懸濁液
を調製することが出来る。
【０００４】ステーバー氏の方法による重合に関するそ
の後の報告（参考文献２、３、４、５、６、７参照）に
よって、ＰＳＡ懸濁液は２段階で生成されることが確認
された。第１の段階は、オルト珪酸モノマの核形成で、
これに続いて粒子の成長が起きる。実際には、この第２
の段階に関しては、ｉ）粒子表面のモノマの付加による
成長、及び、ii）臨界未満の小粒子の連続生成及びより
大きな粒子表面の小粒子の付着、の２つの機構が提案さ
れていた。結局、後者の機構は除外された結果となった
ようである。現在、ステーバー氏の反応によれば、粒子
の大きさの限度は約１０００ｎｍであり、粒子は微細孔
性であることが上記文献の全著者により認められてい
る。
の後の報告（参考文献２、３、４、５、６、７参照）に
よって、ＰＳＡ懸濁液は２段階で生成されることが確認
された。第１の段階は、オルト珪酸モノマの核形成で、
これに続いて粒子の成長が起きる。実際には、この第２
の段階に関しては、ｉ）粒子表面のモノマの付加による
成長、及び、ii）臨界未満の小粒子の連続生成及びより
大きな粒子表面の小粒子の付着、の２つの機構が提案さ
れていた。結局、後者の機構は除外された結果となった
ようである。現在、ステーバー氏の反応によれば、粒子
の大きさの限度は約１０００ｎｍであり、粒子は微細孔
性であることが上記文献の全著者により認められてい
る。
【０００５】１０００ｎｍより大きな粒子に関しては、
２つの方法が提案された。第１の方法は「段階成長」と
呼ぶことが出来、第２の方法は「連続成長」と呼ぶこと
が出来る。「段階成長」（参考文献２、８、９、１０、
１１参照）では、先ず、ＰＳＡ懸濁液がステーバー氏の
方法により粒子径をｄp ＝５０〜６００ｎｍとして調製
される。次いで、この懸濁液に更にテトラエトキシシラ
ンを加える。この加水分解と重合の化学量論を、
２つの方法が提案された。第１の方法は「段階成長」と
呼ぶことが出来、第２の方法は「連続成長」と呼ぶこと
が出来る。「段階成長」（参考文献２、８、９、１０、
１１参照）では、先ず、ＰＳＡ懸濁液がステーバー氏の
方法により粒子径をｄp ＝５０〜６００ｎｍとして調製
される。次いで、この懸濁液に更にテトラエトキシシラ
ンを加える。この加水分解と重合の化学量論を、
【化１】 で示す。ここで、ｘは重合の進行の度合、α(OH)は生成
物中の水酸基の化学量論比、βはエトキシル基の化学量
論比であり、最後にα(W) は微細孔中の水の化学量論比
である。通常、生成物は以下の組成を有している。
物中の水酸基の化学量論比、βはエトキシル基の化学量
論比であり、最後にα(W) は微細孔中の水の化学量論比
である。通常、生成物は以下の組成を有している。
【化２】 化学量論比βは無視できる（参考文献７参照）。化１よ
り、この反応において水が消費されてエタノールが生成
されることがわかる。そのため、第２回目及びそれ以後
のテトラエトキシシランの添加と共に水を加える必要が
ある。「連続成長」方法では、先ずＰＳＡ粒子の懸濁液
を前述したように調製してから、テトラエトキシシラン
をある与えられた期間連続的に導入する。両方の「再成
長」方法（参考文献１０参照）によって、最終粒子径を
３０００ｎｍとする事ができた。一般則として、粒子の
相対的な標準偏差は以下の通りである。 σrel ＝σp ／ｄp （３） 相対的な標準偏差は再成長中は小さくなり、粒子の存在
下では２次的な核形成がないことを示す。実際、核形成
段階後の粒子数は一定である（参考文献７、８、１０参
照）。
り、この反応において水が消費されてエタノールが生成
されることがわかる。そのため、第２回目及びそれ以後
のテトラエトキシシランの添加と共に水を加える必要が
ある。「連続成長」方法では、先ずＰＳＡ粒子の懸濁液
を前述したように調製してから、テトラエトキシシラン
をある与えられた期間連続的に導入する。両方の「再成
長」方法（参考文献１０参照）によって、最終粒子径を
３０００ｎｍとする事ができた。一般則として、粒子の
相対的な標準偏差は以下の通りである。 σrel ＝σp ／ｄp （３） 相対的な標準偏差は再成長中は小さくなり、粒子の存在
下では２次的な核形成がないことを示す。実際、核形成
段階後の粒子数は一定である（参考文献７、８、１０参
照）。
【０００６】例えば米国デラウェア州ウィルミントンの
デュポン社より市販のルドックス（Ｌｕｄｏｘ）シリカ
懸濁液をシード源として使用すれば、核形成段階を完全
に省くことができる（参考文献７、１１参照）。この高
濃度の懸濁液は、水中の少量のＮａ+ イオン或いはアン
モニアで安定化された粒子径ｄp ＝２０〜３０ｎｍを有
するかなり緻密なＰＳＡ球体から構成されている。再成
長の実験に使用する際に、規定された粒子濃度のシード
源をこの市販の懸濁液を希釈することにより調製するこ
とが出来る。この場合、出発材料としてアンモニアで安
定化されたルドックスが好ましいことは明らかである。
このシード源を使用し、規定量のテトラエトキシシラン
をＨ2 Ｏ／ＮＨ3 ／ＥｔＯＨからなる出発混合物に加え
ると、化１を用い、最終的な粒子の密度をρP ≒１．９
ｇｃｍ-3とすることにより物質収支から粒子の最終粒子
径を簡単に計算することが出来る（参考文献７参照）。
再成長中に、加水分解に必要な水の濃度を維持するため
に、２次供給として水を導入することが必要である。ま
た、この２次供給では付加的なアンモニアが導入される
こともある。実際、反応混合物の体積は再成長中に連続
的に増加する。そのため、２次供給が純水の場合、アン
モニア濃度が減少する。
デュポン社より市販のルドックス（Ｌｕｄｏｘ）シリカ
懸濁液をシード源として使用すれば、核形成段階を完全
に省くことができる（参考文献７、１１参照）。この高
濃度の懸濁液は、水中の少量のＮａ+ イオン或いはアン
モニアで安定化された粒子径ｄp ＝２０〜３０ｎｍを有
するかなり緻密なＰＳＡ球体から構成されている。再成
長の実験に使用する際に、規定された粒子濃度のシード
源をこの市販の懸濁液を希釈することにより調製するこ
とが出来る。この場合、出発材料としてアンモニアで安
定化されたルドックスが好ましいことは明らかである。
このシード源を使用し、規定量のテトラエトキシシラン
をＨ2 Ｏ／ＮＨ3 ／ＥｔＯＨからなる出発混合物に加え
ると、化１を用い、最終的な粒子の密度をρP ≒１．９
ｇｃｍ-3とすることにより物質収支から粒子の最終粒子
径を簡単に計算することが出来る（参考文献７参照）。
再成長中に、加水分解に必要な水の濃度を維持するため
に、２次供給として水を導入することが必要である。ま
た、この２次供給では付加的なアンモニアが導入される
こともある。実際、反応混合物の体積は再成長中に連続
的に増加する。そのため、２次供給が純水の場合、アン
モニア濃度が減少する。
【０００７】ＰＳＡ微小球体の組成及び構造に関する文
献報告には矛盾しているものがある。分離された生成物
が緻密な二酸化珪素であるとの記述（参考文献６、１０
参照）がある。一方、多くの著者は、大きく異なる組成
を有する微細孔性ＰＳＡであると記述している（参考文
献９、１４、１５参照）。この矛盾は、この出願の発明
者の研究に基づいてある程度説明できる。実際、微小球
体の骨格は、基本的にＳｉＯ1.8 （ＯＨ）0.4 に近い化
学式を有する組成の変化するＰＳＡ（ポリ珪酸）であ
る。この骨格は微細孔性であり、微細孔内に含まれる水
は真空中でのポンピングにより部分的或いは完全に取り
去ることが出来る。１２０℃／１０-3Ｔｏｒｒで処理す
ると、微細孔が完全に空になる。また、骨格の重合は熱
処理と共に進行する。微細孔性は調製中の球体の成長速
度に左右される。成長速度が低いと微細孔性が小さくな
り、微細孔の径が減少するが、骨格の組成は一定に保た
れることがわかった。そのため、真空で乾燥した生成物
の７７Ｋにおける窒素吸着等温線は大きなばらつきがあ
る。実際、高い成長速度で調整された生成物の等温線の
ＢＥＴ評価によれば、比表面積が粒子径から計算したも
のの５０倍以上の値となる。しかし、非常に低い成長速
度で調製された生成物の比表面積は幾何的な表面積に近
いものとなる。また、「乾燥」生成物の元素分析データ
は、再成長の実験における調製方法に左右されるが、懸
濁液からの生成物の分離方法にも左右されることは明ら
かである。この物質の密度はρp ＝１．８〜２．１ｇｃ
ｍ-3という広い範囲で変化することが認められ（参考文
献６、７、１４、１５参照）、また、５〜２０％の加熱
減量が認められた（参考文献６、７、１５参照）。生成
物には、０．１５〜２．５％の炭素が含まれることがあ
る（参考文献６、７、９、１４参照）が、高い炭素含有
量がみられたのは、生成物が反応混合物を蒸発させるこ
とにより分離された場合のみであった。微細孔からの水
の損失は常に可逆である。即ち、排水された微細孔を有
する生成物は湿気のある雰囲気中に何時間か放置すると
損失分の水を吸収する（参考文献７参照）。
献報告には矛盾しているものがある。分離された生成物
が緻密な二酸化珪素であるとの記述（参考文献６、１０
参照）がある。一方、多くの著者は、大きく異なる組成
を有する微細孔性ＰＳＡであると記述している（参考文
献９、１４、１５参照）。この矛盾は、この出願の発明
者の研究に基づいてある程度説明できる。実際、微小球
体の骨格は、基本的にＳｉＯ1.8 （ＯＨ）0.4 に近い化
学式を有する組成の変化するＰＳＡ（ポリ珪酸）であ
る。この骨格は微細孔性であり、微細孔内に含まれる水
は真空中でのポンピングにより部分的或いは完全に取り
去ることが出来る。１２０℃／１０-3Ｔｏｒｒで処理す
ると、微細孔が完全に空になる。また、骨格の重合は熱
処理と共に進行する。微細孔性は調製中の球体の成長速
度に左右される。成長速度が低いと微細孔性が小さくな
り、微細孔の径が減少するが、骨格の組成は一定に保た
れることがわかった。そのため、真空で乾燥した生成物
の７７Ｋにおける窒素吸着等温線は大きなばらつきがあ
る。実際、高い成長速度で調整された生成物の等温線の
ＢＥＴ評価によれば、比表面積が粒子径から計算したも
のの５０倍以上の値となる。しかし、非常に低い成長速
度で調製された生成物の比表面積は幾何的な表面積に近
いものとなる。また、「乾燥」生成物の元素分析データ
は、再成長の実験における調製方法に左右されるが、懸
濁液からの生成物の分離方法にも左右されることは明ら
かである。この物質の密度はρp ＝１．８〜２．１ｇｃ
ｍ-3という広い範囲で変化することが認められ（参考文
献６、７、１４、１５参照）、また、５〜２０％の加熱
減量が認められた（参考文献６、７、１５参照）。生成
物には、０．１５〜２．５％の炭素が含まれることがあ
る（参考文献６、７、９、１４参照）が、高い炭素含有
量がみられたのは、生成物が反応混合物を蒸発させるこ
とにより分離された場合のみであった。微細孔からの水
の損失は常に可逆である。即ち、排水された微細孔を有
する生成物は湿気のある雰囲気中に何時間か放置すると
損失分の水を吸収する（参考文献７参照）。
【０００８】幾つかの報告には、ＰＳＡ懸濁液に試薬を
加えることによりＰＳＡ微小球体の表面改質を行うこと
が述べられている。ウンガー（Ｕｎｇｅｒ）氏他の提案
（参考文献１０参照）に従って、加水分解可能なアルキ
ルシラン誘導体をＰＳＡ懸濁液に加えることが出来る。
ここで、シランが加水分解して生成物表面にシラノール
を増加させる。ファン・ヘルデン（ｖａｎ Ｈｅｌｄｅ
ｎ）氏の提案（参考文献１５参照）によれば、懸濁液に
ステアリルアルコールを加え、反応混合物の液体部分を
蒸留して除く。蒸留中に、表面のシラノールが不揮発性
のステアリルアルコールでエステル化する。スミッツ
（Ｓｍｉｔｓ）氏他（参考文献１２参照）により、オク
タデシルアルコール、ポリイソブテン、或いはγ−メタ
クリロキシ−プロピルトリメトキシシランで表面改質を
行うことが提案された。
加えることによりＰＳＡ微小球体の表面改質を行うこと
が述べられている。ウンガー（Ｕｎｇｅｒ）氏他の提案
（参考文献１０参照）に従って、加水分解可能なアルキ
ルシラン誘導体をＰＳＡ懸濁液に加えることが出来る。
ここで、シランが加水分解して生成物表面にシラノール
を増加させる。ファン・ヘルデン（ｖａｎ Ｈｅｌｄｅ
ｎ）氏の提案（参考文献１５参照）によれば、懸濁液に
ステアリルアルコールを加え、反応混合物の液体部分を
蒸留して除く。蒸留中に、表面のシラノールが不揮発性
のステアリルアルコールでエステル化する。スミッツ
（Ｓｍｉｔｓ）氏他（参考文献１２参照）により、オク
タデシルアルコール、ポリイソブテン、或いはγ−メタ
クリロキシ−プロピルトリメトキシシランで表面改質を
行うことが提案された。
【０００９】どの報告にも、最終的な懸濁液からの生成
物の分離の詳細が記述されていない。様々な分析（元素
分析、熱重量測定法、吸着等温線等）からすれば、この
生成物は確実に分離されているはずであるが、分離され
た生成物の凝集特性については記述されていない。ゴベ
（Ｇｏｂｅｔ）氏他（参考文献１６参照）の方法に従う
と、凍結乾燥によりエアロジル（Ａｅｒｏｓｉｌ）の軽
い粉末を水から分離することができた。ウォルター（Ｗ
ｏｌｔｅｒ）氏（参考文献１７参照）によって、蒸発に
より水を除去する前に水酸化テトラメチルアンモニウム
を懸濁液に加えて再分散可能なシリカを分離することが
提案された。
物の分離の詳細が記述されていない。様々な分析（元素
分析、熱重量測定法、吸着等温線等）からすれば、この
生成物は確実に分離されているはずであるが、分離され
た生成物の凝集特性については記述されていない。ゴベ
（Ｇｏｂｅｔ）氏他（参考文献１６参照）の方法に従う
と、凍結乾燥によりエアロジル（Ａｅｒｏｓｉｌ）の軽
い粉末を水から分離することができた。ウォルター（Ｗ
ｏｌｔｅｒ）氏（参考文献１７参照）によって、蒸発に
より水を除去する前に水酸化テトラメチルアンモニウム
を懸濁液に加えて再分散可能なシリカを分離することが
提案された。
【００１０】本願発明者らは、水或いは極性有機溶媒中
に再分散できる緻密な二酸化珪素微小球体の製造方法を
開発した。
に再分散できる緻密な二酸化珪素微小球体の製造方法を
開発した。
【００１１】
【発明の概要】この発明の１つの目的は、ほぼ単一なサ
イズの緻密なアモルファス二酸化珪素微小球体からなる
粉末或いは懸濁液を生成することである。この発明の別
の目的は、ある程度凝集し、また、従来の方法により適
切な溶媒中に再分散させて凝集しない微小球体の懸濁液
を生成することができるような上記粒子を生成する方法
を提供することである。
イズの緻密なアモルファス二酸化珪素微小球体からなる
粉末或いは懸濁液を生成することである。この発明の別
の目的は、ある程度凝集し、また、従来の方法により適
切な溶媒中に再分散させて凝集しない微小球体の懸濁液
を生成することができるような上記粒子を生成する方法
を提供することである。
【００１２】この発明の更に別の目的は、出発材料とし
てほぼ単一なサイズのアモルファスポリ珪酸（ＰＳＡ）
微小球体の懸濁液を使用することによって上記粒子を生
成することである。この発明の更に別の目的は、僅かに
凝集状態にある、適切な溶媒中に再分散させて凝集しな
い微小球体からなる懸濁液を生成することができるＰＳ
Ａ粒子を、乾燥空気雰囲気中で分離、乾燥、及びか焼
（ｃａｌｃｉｎｅ）する方法を提供することである。
てほぼ単一なサイズのアモルファスポリ珪酸（ＰＳＡ）
微小球体の懸濁液を使用することによって上記粒子を生
成することである。この発明の更に別の目的は、僅かに
凝集状態にある、適切な溶媒中に再分散させて凝集しな
い微小球体からなる懸濁液を生成することができるＰＳ
Ａ粒子を、乾燥空気雰囲気中で分離、乾燥、及びか焼
（ｃａｌｃｉｎｅ）する方法を提供することである。
【００１３】この発明の更に別の目的は、か焼した二酸
化珪素粒子を表面水和させ、再分散させて凝集していな
い球体の懸濁液を作ることが可能な表面水和した二酸化
珪素微小球体が僅かに凝集したものからなる粉末を調製
する方法を提供することである。この発明の更に別の目
的は、適切な試薬によって、表面水和した単一サイズの
球体を化学的に表面改質して、簡単に再分散できる改質
した緻密なアモルファス二酸化珪素微小球体からなる粒
子を生成することである。
化珪素粒子を表面水和させ、再分散させて凝集していな
い球体の懸濁液を作ることが可能な表面水和した二酸化
珪素微小球体が僅かに凝集したものからなる粉末を調製
する方法を提供することである。この発明の更に別の目
的は、適切な試薬によって、表面水和した単一サイズの
球体を化学的に表面改質して、簡単に再分散できる改質
した緻密なアモルファス二酸化珪素微小球体からなる粒
子を生成することである。
【００１４】
【詳細な説明】この発明の方法によれば、最終的に得ら
れる二酸化珪素粒子は、緻密で非孔質の球状形状及びほ
ぼ均一な大きさを有する粒子である。この粒子は、か焼
し、再水和して乾燥させた状態のものであり、適当な媒
体中に完全に再分散させることが出来る。それに加え
て、上記粒子を表面改質することによって、同じく適当
な媒体中に再分散させることの出来る、有機的に改質さ
れた緻密な非孔性の二酸化珪素粒子が得られる。そのた
め、この発明の主題は、か焼し、再水和して乾燥させた
状態の、緻密で非孔質の球状二酸化珪素粒子であって、
完全に再分散可能な二酸化珪素粒子を調製するための複
数のステップからなる方法である。
れる二酸化珪素粒子は、緻密で非孔質の球状形状及びほ
ぼ均一な大きさを有する粒子である。この粒子は、か焼
し、再水和して乾燥させた状態のものであり、適当な媒
体中に完全に再分散させることが出来る。それに加え
て、上記粒子を表面改質することによって、同じく適当
な媒体中に再分散させることの出来る、有機的に改質さ
れた緻密な非孔性の二酸化珪素粒子が得られる。そのた
め、この発明の主題は、か焼し、再水和して乾燥させた
状態の、緻密で非孔質の球状二酸化珪素粒子であって、
完全に再分散可能な二酸化珪素粒子を調製するための複
数のステップからなる方法である。
【００１５】第１の段階において、ほぼ単一な大きさの
微細孔性のポリ珪酸の球状粒子の懸濁液を様々な方法を
組み合わせて調製する。このプロセスは、シード源とし
て例えば市販のルドックスシリカ粒子を必要な個数含ん
でいる水−アンモニア−アルコール混合物を攪拌し、こ
れにテトラアルコキシシランを連続的或いは分割して導
入することから始まる。このシード粒子は、水−アンモ
ニア−アルコール媒体中のテトラアルコキシシランの水
和により形成された珪酸モノマの重縮合によって、所要
の計画した最終粒子径まで成長する。このステップで得
られる粒子は、ほぼ単分散で、微細孔性の、平均粒子径
ｄp ＝１００〜５０００ｎｍである球状粒子であり、こ
の粒子は図１に示す相対的な標準偏差よりも小さな標準
偏差を示している。尚、図１において、実験による値は
点で示し、これらの点は点線の範囲内である。また、加
水分解及び重縮合に望ましい条件を維持するために、テ
トラアルコキシシランと同時に、水−アンモニア、或い
は水−アンモニア−アルコール混合物を連続的に又は分
割して反応混合物に導入してもよい。このステップで使
用する適切なアルコールは、炭素数１〜５の脂肪族アル
コールであり、好ましくは、メタノール或いはエタノー
ルである。このステップで使用されるテトラアルコキシ
シランには、脂肪族アルコールのオルト珪酸エステルの
全てが含まれるが、テトラエトキシシランが好ましい。
シード源としての市販のルドックス或いは同様の粒子を
用いる代わりに、テトラアルコキシシランを水−アンモ
ニア−アルコール混合物に導入することによってその場
で生成したＰＳＡ粒子を用いることが出来る。
微細孔性のポリ珪酸の球状粒子の懸濁液を様々な方法を
組み合わせて調製する。このプロセスは、シード源とし
て例えば市販のルドックスシリカ粒子を必要な個数含ん
でいる水−アンモニア−アルコール混合物を攪拌し、こ
れにテトラアルコキシシランを連続的或いは分割して導
入することから始まる。このシード粒子は、水−アンモ
ニア−アルコール媒体中のテトラアルコキシシランの水
和により形成された珪酸モノマの重縮合によって、所要
の計画した最終粒子径まで成長する。このステップで得
られる粒子は、ほぼ単分散で、微細孔性の、平均粒子径
ｄp ＝１００〜５０００ｎｍである球状粒子であり、こ
の粒子は図１に示す相対的な標準偏差よりも小さな標準
偏差を示している。尚、図１において、実験による値は
点で示し、これらの点は点線の範囲内である。また、加
水分解及び重縮合に望ましい条件を維持するために、テ
トラアルコキシシランと同時に、水−アンモニア、或い
は水−アンモニア−アルコール混合物を連続的に又は分
割して反応混合物に導入してもよい。このステップで使
用する適切なアルコールは、炭素数１〜５の脂肪族アル
コールであり、好ましくは、メタノール或いはエタノー
ルである。このステップで使用されるテトラアルコキシ
シランには、脂肪族アルコールのオルト珪酸エステルの
全てが含まれるが、テトラエトキシシランが好ましい。
シード源としての市販のルドックス或いは同様の粒子を
用いる代わりに、テトラアルコキシシランを水−アンモ
ニア−アルコール混合物に導入することによってその場
で生成したＰＳＡ粒子を用いることが出来る。
【００１６】このステップで使用する出発反応混合物に
は、約１〜５ｍｏｌ／ｌのアンモニアと、２〜１２ｍｏ
ｌ／ｌの水が含まれている。シードをその場で調製する
場合は、同じ組成を使用することが出来る。このステッ
プで使用する反応温度は１０〜６０℃の間であり、好ま
しくは約２５℃である。この温度条件はシードをその場
で調製する際にもまた使用される。
は、約１〜５ｍｏｌ／ｌのアンモニアと、２〜１２ｍｏ
ｌ／ｌの水が含まれている。シードをその場で調製する
場合は、同じ組成を使用することが出来る。このステッ
プで使用する反応温度は１０〜６０℃の間であり、好ま
しくは約２５℃である。この温度条件はシードをその場
で調製する際にもまた使用される。
【００１７】この方法の第２の段階において、ＰＳＡ粒
子を反応混合物の液体部分から分離した後、分離した固
体を乾燥させると、僅かに凝集しているが再分散可能な
粉末が得られる。この固体生成物の分離には、濾過や遠
心機による沈降及び液体の蒸発の様な様々な技術を使用
することが出来る。第１の推奨できる方法は、ペレット
状にするのに必要な低い遠心力で遠心分離し、超音波照
射下で蒸留水中に再分散させ、丸底フラスコ中に層とし
て懸濁液を凍結させ、１０-1Ｔｏｒｒ／−２０℃で凍結
乾燥することにより水を除去することにより固体を分離
する方法である。生成物は、フラスコの壁面に僅かに凝
集した（しかし簡単に再分散できる）クラスト（ｃｒｕ
ｓｔ）として得られる。第２の推奨できる方法は、数パ
ーセントの高沸点の極性有機化合物（１−ブタノール、
１−オクタデカノール、ジブチルエーテル等）を懸濁液
に加え、ロータリーエバポレータで液体を蒸発させて取
り除くという構成である。特に、大きな粒子（＞２５０
ｎｍ）の懸濁液に関しては、この様な添加剤なしで蒸発
させることが出来る。生成物は、前述と同様、僅かに凝
集したクラストとして得られる。次に、丸底フラスコを
真空用の管につないで、１０-3Ｔｏｒｒまで排気する。
この時ポンプを保護するトラップ内に若干の水が得ら
れ、その量は生成物の重量の約５〜１５％に対応する。
ポンピングを続け、フラスコの温度を段階的または連続
的に上昇させる。但し、フラスコ内の水蒸気圧を２Ｔｏ
ｒｒより小さくして維持しなければならない。最終温度
は８０〜３５０℃の範囲内、好ましくは１２０℃に選択
され、この最終温度において、生成物は最終圧力である
１０-3Ｔｏｒｒになるまでポンピングされる。この生成
物の微細孔からはほぼ完全に水が除去され、この生成物
をか焼する準備が整う。
子を反応混合物の液体部分から分離した後、分離した固
体を乾燥させると、僅かに凝集しているが再分散可能な
粉末が得られる。この固体生成物の分離には、濾過や遠
心機による沈降及び液体の蒸発の様な様々な技術を使用
することが出来る。第１の推奨できる方法は、ペレット
状にするのに必要な低い遠心力で遠心分離し、超音波照
射下で蒸留水中に再分散させ、丸底フラスコ中に層とし
て懸濁液を凍結させ、１０-1Ｔｏｒｒ／−２０℃で凍結
乾燥することにより水を除去することにより固体を分離
する方法である。生成物は、フラスコの壁面に僅かに凝
集した（しかし簡単に再分散できる）クラスト（ｃｒｕ
ｓｔ）として得られる。第２の推奨できる方法は、数パ
ーセントの高沸点の極性有機化合物（１−ブタノール、
１−オクタデカノール、ジブチルエーテル等）を懸濁液
に加え、ロータリーエバポレータで液体を蒸発させて取
り除くという構成である。特に、大きな粒子（＞２５０
ｎｍ）の懸濁液に関しては、この様な添加剤なしで蒸発
させることが出来る。生成物は、前述と同様、僅かに凝
集したクラストとして得られる。次に、丸底フラスコを
真空用の管につないで、１０-3Ｔｏｒｒまで排気する。
この時ポンプを保護するトラップ内に若干の水が得ら
れ、その量は生成物の重量の約５〜１５％に対応する。
ポンピングを続け、フラスコの温度を段階的または連続
的に上昇させる。但し、フラスコ内の水蒸気圧を２Ｔｏ
ｒｒより小さくして維持しなければならない。最終温度
は８０〜３５０℃の範囲内、好ましくは１２０℃に選択
され、この最終温度において、生成物は最終圧力である
１０-3Ｔｏｒｒになるまでポンピングされる。この生成
物の微細孔からはほぼ完全に水が除去され、この生成物
をか焼する準備が整う。
【００１８】生成物を、移す際に湿り空気に接触させな
いようにして、気密性の回転反応器に移しかえる。回転
反応器には乾燥空気を絶えず流しておき、その流速を粒
子が反応器から吹き飛ばされることのない最大の値に慎
重に調節する。反応炉の温度を予備乾燥の最終温度に維
持した後、段階的または連続的に炉の温度を８００〜１
１００℃の最終温度まで上昇させる。反応器内の水蒸気
圧をできるだけ低く維持するように注意しなければなら
ない。即ち、ＰＳＡの骨格の重合中に遊離した水が常に
乾燥空気流により除去されるようにしなければならな
い。微細孔を完全に焼結するために、好ましくは９００
〜９８０℃の最終温度において粉末を更に２〜２０時間
加熱する。か焼を酸素を含まない雰囲気中で行う場合
は、最終生成物は炭素を含有していることによって灰色
を呈する。
いようにして、気密性の回転反応器に移しかえる。回転
反応器には乾燥空気を絶えず流しておき、その流速を粒
子が反応器から吹き飛ばされることのない最大の値に慎
重に調節する。反応炉の温度を予備乾燥の最終温度に維
持した後、段階的または連続的に炉の温度を８００〜１
１００℃の最終温度まで上昇させる。反応器内の水蒸気
圧をできるだけ低く維持するように注意しなければなら
ない。即ち、ＰＳＡの骨格の重合中に遊離した水が常に
乾燥空気流により除去されるようにしなければならな
い。微細孔を完全に焼結するために、好ましくは９００
〜９８０℃の最終温度において粉末を更に２〜２０時間
加熱する。か焼を酸素を含まない雰囲気中で行う場合
は、最終生成物は炭素を含有していることによって灰色
を呈する。
【００１９】乾燥空気中でのか焼後の生成物は、ＢＥＴ
による比表面積が粒子径から計算されるものの１．１〜
１．５倍の大きさである、緻密な二酸化珪素球体からな
る。粒子表面はかなりの程度まで脱水されており、使用
するには粒子を再水和させるとよい。そのため、か焼し
た生成物を蒸留水中に再分散させて、１〜２０重量％、
好ましくは５％の懸濁液を生成する。緩やかに攪拌した
懸濁液を、７５〜９５℃にて還流下で２４〜７２時間加
熱するか、或いは、オートクレーブを用いてもっと短い
時間、１１０〜１６０℃の温度で加熱する。次に、懸濁
液を冷却して、添加剤は使用しないが前述のようにして
生成物を分離する。再分散した最終生成物の沈降分析に
よれば、単一の球体（ｍｏｎｏｓｐｈｅｒｅ）が９７
％、２つの球体の凝集体（ｄｉｓｐｈｅｒｅ）２％、３
つの球体の凝集体（ｔｒｉｓｐｈｅｒｅ）１％であっ
た。
による比表面積が粒子径から計算されるものの１．１〜
１．５倍の大きさである、緻密な二酸化珪素球体からな
る。粒子表面はかなりの程度まで脱水されており、使用
するには粒子を再水和させるとよい。そのため、か焼し
た生成物を蒸留水中に再分散させて、１〜２０重量％、
好ましくは５％の懸濁液を生成する。緩やかに攪拌した
懸濁液を、７５〜９５℃にて還流下で２４〜７２時間加
熱するか、或いは、オートクレーブを用いてもっと短い
時間、１１０〜１６０℃の温度で加熱する。次に、懸濁
液を冷却して、添加剤は使用しないが前述のようにして
生成物を分離する。再分散した最終生成物の沈降分析に
よれば、単一の球体（ｍｏｎｏｓｐｈｅｒｅ）が９７
％、２つの球体の凝集体（ｄｉｓｐｈｅｒｅ）２％、３
つの球体の凝集体（ｔｒｉｓｐｈｅｒｅ）１％であっ
た。
【００２０】シリル化（ｓｉｌｙｌａｔｉｏｎ）による
表面改質には、再水和した生成物をアセトニトリルのよ
うな非プロトン性極性有機溶媒中に分散させ、シリル化
剤を加える。この時、使用する溶媒と反応しないものな
らどの公知のシリル化剤でも使用できる。懸濁液を還流
下で必要な時間加熱した後、冷却して生成物を分離す
る。これらの条件下ではシリル化が完全ではないため、
部分的にシリル化された生成物をエンドキャップ（ｅｎ
ｄ−ｃａｐ）することが好ましい。第１の処理で使用し
たシリル化剤のジメチルアミノ誘導体で処理すると、完
全に緻密な表面層が得られる。
表面改質には、再水和した生成物をアセトニトリルのよ
うな非プロトン性極性有機溶媒中に分散させ、シリル化
剤を加える。この時、使用する溶媒と反応しないものな
らどの公知のシリル化剤でも使用できる。懸濁液を還流
下で必要な時間加熱した後、冷却して生成物を分離す
る。これらの条件下ではシリル化が完全ではないため、
部分的にシリル化された生成物をエンドキャップ（ｅｎ
ｄ−ｃａｐ）することが好ましい。第１の処理で使用し
たシリル化剤のジメチルアミノ誘導体で処理すると、完
全に緻密な表面層が得られる。
【００２１】
【実施例１】 公称粒子径がｄp ＝６５０ｎｍである、微細孔性の単一
な大きさのポリ珪酸微小球体の調製：２本の導入用の毛
管（ステンレス製、内径０．１２ｍｍ）とポリプロピレ
ン製のスターラを備えたポリプロピレン製の反応器（５
００ｍｌ）内に、１３２．７５ｇ（２．８８ｍｏｌ）の
無水エタノールに５．７７ｇ（０．３４ｍｏｌ）のアン
モニアと２５．２２ｇ（１．４ｍｏｌ）の水を加えたも
のからなる溶液を入れた。この初期反応混合物の組成
は、［ＮＨ3 ］＝１．７ｍｏｌ／ｌ、［Ｈ2 Ｏ］＝７．
０ｍｏｌ／ｌであった。以下の試薬を準備した。 Ａ：デラウェア州、ウィルミントンのデュポン社（Ｄｕ
Ｐｏｎｔ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥ）製ルドックス
（Ｌｕｄｏｘ）ＡＳ−４０を濾過した蒸留水で希釈して
生成した、ｃ(n) ＝６．８×１０17個ｋｇ-1の濃度を有
するルドックス粒子の懸濁液。 Ｂ：１次供給用の汚染のない蒸留したテトラエトキシシ
ラン（ＴＥＳ）。 Ｃ：２次供給用に使用される［ＮＨ3 ］＝５．１８ｍｏ
ｌ／ｌのアンモニア水溶液。
な大きさのポリ珪酸微小球体の調製：２本の導入用の毛
管（ステンレス製、内径０．１２ｍｍ）とポリプロピレ
ン製のスターラを備えたポリプロピレン製の反応器（５
００ｍｌ）内に、１３２．７５ｇ（２．８８ｍｏｌ）の
無水エタノールに５．７７ｇ（０．３４ｍｏｌ）のアン
モニアと２５．２２ｇ（１．４ｍｏｌ）の水を加えたも
のからなる溶液を入れた。この初期反応混合物の組成
は、［ＮＨ3 ］＝１．７ｍｏｌ／ｌ、［Ｈ2 Ｏ］＝７．
０ｍｏｌ／ｌであった。以下の試薬を準備した。 Ａ：デラウェア州、ウィルミントンのデュポン社（Ｄｕ
Ｐｏｎｔ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥ）製ルドックス
（Ｌｕｄｏｘ）ＡＳ−４０を濾過した蒸留水で希釈して
生成した、ｃ(n) ＝６．８×１０17個ｋｇ-1の濃度を有
するルドックス粒子の懸濁液。 Ｂ：１次供給用の汚染のない蒸留したテトラエトキシシ
ラン（ＴＥＳ）。 Ｃ：２次供給用に使用される［ＮＨ3 ］＝５．１８ｍｏ
ｌ／ｌのアンモニア水溶液。
【００２２】緩やかに攪拌した（〜１００ＲＰＭ）出発
反応混合物を２５．０±０．１℃の一定温度に保った。
１６２ｇの希釈したルドックス（粒子径２７ｎｍの１．
１×１０14個の粒子を含む）を加えて、反応混合物の液
面下へのテトラエトキシシランの導入を流速０．３７ｍ
ｌ／分で開始した。６分後、粒子成長中の反応混合物の
液体部分の組成をほぼ一定に保つために、溶液Ｃ（アン
モニア水溶液）を反応混合物液面よりも上の位置で第２
の毛管により流速０．１５ｍｌ／分で導入した。４時間
１６分後１次供給を停止し、２次供給はその６分後に停
止した。懸濁液を更に３時間反応させた後、丸底フラス
コに移し、溶媒をロータリーエバポレータで４０℃／２
０Ｔｏｒｒにて除去した。フラスコ内の生成物は僅かに
凝集したクラストであり、３０．３ｇであった。
反応混合物を２５．０±０．１℃の一定温度に保った。
１６２ｇの希釈したルドックス（粒子径２７ｎｍの１．
１×１０14個の粒子を含む）を加えて、反応混合物の液
面下へのテトラエトキシシランの導入を流速０．３７ｍ
ｌ／分で開始した。６分後、粒子成長中の反応混合物の
液体部分の組成をほぼ一定に保つために、溶液Ｃ（アン
モニア水溶液）を反応混合物液面よりも上の位置で第２
の毛管により流速０．１５ｍｌ／分で導入した。４時間
１６分後１次供給を停止し、２次供給はその６分後に停
止した。懸濁液を更に３時間反応させた後、丸底フラス
コに移し、溶媒をロータリーエバポレータで４０℃／２
０Ｔｏｒｒにて除去した。フラスコ内の生成物は僅かに
凝集したクラストであり、３０．３ｇであった。
【００２３】導入したＴＥＳの総量は８９ｇであった。
平均の組成をＳｉＯ1.53（ＯＨ）0.34（Ｈ2 Ｏ）0.3 と
すると、生成物の密度の値としてρprod＝１．９ｇ・ｃ
ｍ-3を用いて物質収支から計算した生成粒子の最終粒子
径は、粒子の数が再成長中に変化しないとしてｄp ＝６
５０ｎｍであった。生成物のサンプルを２２℃にて、５
０％の相対湿度雰囲気で平衡状態にした。この生成物
は、１２０℃／１０-3Ｔｏｒｒで乾燥させたとき、６．
９％の乾燥減量を示し、また、元素分析によれば、水
素：１．５３％、炭素：０．９２％であった。乾燥で微
細孔から水が除去されると仮定すると、生成物の組成は
ＳｉＯ1.527 （ＯＨ）0.389 （ＯＥｔ）0.027 （Ｈ
2 Ｏ）0.265 と計算される。透過型電子顕微鏡法で測定
した粒子径はｄp＝６３４ｎｍで、相対的な標準偏差は
２．０％であった。６分間の超音波照射下でこの生成物
を水中に再分散させて、分離した単一の球体を含む懸濁
液を得ることができた。沈降分析によれば、単一の球体
が９８％、２つの球体の凝集体が２％であった。尚、再
分散は強い振動を２０〜３０時間与えて行うこともでき
る。
平均の組成をＳｉＯ1.53（ＯＨ）0.34（Ｈ2 Ｏ）0.3 と
すると、生成物の密度の値としてρprod＝１．９ｇ・ｃ
ｍ-3を用いて物質収支から計算した生成粒子の最終粒子
径は、粒子の数が再成長中に変化しないとしてｄp ＝６
５０ｎｍであった。生成物のサンプルを２２℃にて、５
０％の相対湿度雰囲気で平衡状態にした。この生成物
は、１２０℃／１０-3Ｔｏｒｒで乾燥させたとき、６．
９％の乾燥減量を示し、また、元素分析によれば、水
素：１．５３％、炭素：０．９２％であった。乾燥で微
細孔から水が除去されると仮定すると、生成物の組成は
ＳｉＯ1.527 （ＯＨ）0.389 （ＯＥｔ）0.027 （Ｈ
2 Ｏ）0.265 と計算される。透過型電子顕微鏡法で測定
した粒子径はｄp＝６３４ｎｍで、相対的な標準偏差は
２．０％であった。６分間の超音波照射下でこの生成物
を水中に再分散させて、分離した単一の球体を含む懸濁
液を得ることができた。沈降分析によれば、単一の球体
が９８％、２つの球体の凝集体が２％であった。尚、再
分散は強い振動を２０〜３０時間与えて行うこともでき
る。
【００２４】か焼による二酸化珪素微小球体の調製：次
の手順でか焼用の微細孔性の生成物を調製した。フラス
コを真空用の管に接続して、２０℃で１０-2Ｔｏｒｒま
で排気した後（〜８時間）、温度を４０℃まで上昇させ
て圧力が１０-2Ｔｏｒｒに達するまでポンピングを行っ
た。この手順を６０℃、８０℃、１００℃、１２０℃に
ついて（全体で２４時間）繰り返し行った。最終的に得
られた乾燥した生成物は、５０％の相対湿度の空気中で
２２℃にて水蒸気で平衡状態とすることにより、元の組
成になるまで水を含浸させることができた。これを６分
間の超音波を作用させた状態で水中に再分散させ、主に
単一の球体を含む懸濁液とすることができた。沈降分析
によれば、単一の球体が９７％、２つの球体の凝集体が
３％であった。１２０℃／１０-3Ｔｏｒｒで乾燥させた
粉末の７７ＫにおけるＮ2 等温線のＢＥＴ評価によっ
て、比表面積ｓBET＝６．８ｍ2 ｇ-1が得られた。
の手順でか焼用の微細孔性の生成物を調製した。フラス
コを真空用の管に接続して、２０℃で１０-2Ｔｏｒｒま
で排気した後（〜８時間）、温度を４０℃まで上昇させ
て圧力が１０-2Ｔｏｒｒに達するまでポンピングを行っ
た。この手順を６０℃、８０℃、１００℃、１２０℃に
ついて（全体で２４時間）繰り返し行った。最終的に得
られた乾燥した生成物は、５０％の相対湿度の空気中で
２２℃にて水蒸気で平衡状態とすることにより、元の組
成になるまで水を含浸させることができた。これを６分
間の超音波を作用させた状態で水中に再分散させ、主に
単一の球体を含む懸濁液とすることができた。沈降分析
によれば、単一の球体が９７％、２つの球体の凝集体が
３％であった。１２０℃／１０-3Ｔｏｒｒで乾燥させた
粉末の７７ＫにおけるＮ2 等温線のＢＥＴ評価によっ
て、比表面積ｓBET＝６．８ｍ2 ｇ-1が得られた。
【００２５】１２０℃／１０-3Ｔｏｒｒで乾燥させた生
成物を気密性の回転する石英ガラス製の管型反応器（内
径：８ｃｍ、長さ：３０ｃｍ、５ＲＰＭ）に移した。２
２ｍｌNTP ／分の流速（常温常圧における値）で（Ｈ2
Ｏが２ｐｐｍよりも小さい）乾燥空気を流した中で１２
０℃に加熱した。その後、温度をゆっくり（２時間かけ
て）徐々に２５０℃まで上昇させた。この温度における
水の除去が終わった（更に２時間後）時、温度をゆっく
り（１２時間かけて）徐々に９００℃まで上昇させ、こ
の温度を２４時間保った。冷却後、乾燥した粉末は（６
分間の超音波照射下で）水中に再分散させることができ
た。沈降分析によれば、単一の球体が９６％、２つの球
体の凝集体が３％、より凝集度の高いものが１％であっ
た。電子顕微鏡によって求めた粒子径は、ｄp ＝６３０
ｎｍで、相対的な標準偏差は２．２％であった。７７Ｋ
におけるＮ2 等温線から求めた比表面積は、ｓBET ＝
４．８ｍ2 ｇ-1であった。（尚、粒子径から計算される
表面積は、ｓgeom＝４．３ｍ2 ｇ-1である。）
成物を気密性の回転する石英ガラス製の管型反応器（内
径：８ｃｍ、長さ：３０ｃｍ、５ＲＰＭ）に移した。２
２ｍｌNTP ／分の流速（常温常圧における値）で（Ｈ2
Ｏが２ｐｐｍよりも小さい）乾燥空気を流した中で１２
０℃に加熱した。その後、温度をゆっくり（２時間かけ
て）徐々に２５０℃まで上昇させた。この温度における
水の除去が終わった（更に２時間後）時、温度をゆっく
り（１２時間かけて）徐々に９００℃まで上昇させ、こ
の温度を２４時間保った。冷却後、乾燥した粉末は（６
分間の超音波照射下で）水中に再分散させることができ
た。沈降分析によれば、単一の球体が９６％、２つの球
体の凝集体が３％、より凝集度の高いものが１％であっ
た。電子顕微鏡によって求めた粒子径は、ｄp ＝６３０
ｎｍで、相対的な標準偏差は２．２％であった。７７Ｋ
におけるＮ2 等温線から求めた比表面積は、ｓBET ＝
４．８ｍ2 ｇ-1であった。（尚、粒子径から計算される
表面積は、ｓgeom＝４．３ｍ2 ｇ-1である。）
【００２６】表面水和した二酸化珪素微小球体：か焼し
た生成物を、（６分間の超音波照射下で）２０倍の量の
蒸留水中に再分散させた。緩やかに攪拌しながら懸濁液
を７２時間９０℃に加熱した。表面水和した生成物を４
０℃／２０Ｔｏｒｒにてロータリーエバポレータで水を
除去することによって分離した後、１２０℃／１０-3Ｔ
ｏｒｒで乾燥させた。生成物は、白色粉末であり、（６
分間の超音波照射下で）容易に水中に再分散させて主に
単一の球体からなるコロイド懸濁液を得ることができ
た。沈降分析によれば、単一の球体が９８％、２つの球
体の凝集体が１％、より凝集度の高いものが１％であっ
た。
た生成物を、（６分間の超音波照射下で）２０倍の量の
蒸留水中に再分散させた。緩やかに攪拌しながら懸濁液
を７２時間９０℃に加熱した。表面水和した生成物を４
０℃／２０Ｔｏｒｒにてロータリーエバポレータで水を
除去することによって分離した後、１２０℃／１０-3Ｔ
ｏｒｒで乾燥させた。生成物は、白色粉末であり、（６
分間の超音波照射下で）容易に水中に再分散させて主に
単一の球体からなるコロイド懸濁液を得ることができ
た。沈降分析によれば、単一の球体が９８％、２つの球
体の凝集体が１％、より凝集度の高いものが１％であっ
た。
【００２７】
【実施例２】 公称粒子径ｄp ＝１５９０ｎｍである微細孔性の単一な
大きさのポリ珪酸微小球体の調製：６００ｍｌの壁面が
二重のガラス反応器内に２．８９ｇ（０．１７ｍｏｌ）
のアンモニアと１２．６１ｇ（０．７０ｍｏｌ）の水と
６８．３ｇ（１．４８ｍｏｌ）のエタノールとの混合物
を入れた。この混合物を緩やかに攪拌しながら２５．０
±０．１℃の一定温度に保ち、１．７２×１０13個の粒
子に相当する１６６ｍｇの希釈したルドックスを加え
た。この出発反応混合物の組成は、［ＮＨ3 ］＝１．７
ｍｏｌ／ｌ、［Ｈ2 Ｏ］＝７．００ｍｏｌ／ｌであっ
た。テトラエトキシシランの導入を流速０．３７ｍｌ／
分で開始し、６分後に流速０．１５ｍｌ／分で２次供給
（［ＮＨ3 ］＝５．１８ｍｏｌ／ｌのアンモニア水の供
給）を開始した。５９１分間に、全体で２０６．８５ｇ
（０．９９ｍｏｌ）のテトラエトキシシランと８５．６
７ｇのアンモニア水が導入された。反応混合物を更に３
時間反応させておき、固体を遠心分離（３０００ＲＰ
Ｍ、４分）によって分離した。液体をデカントして、固
体を（６００ｍｌの）水に再分散させてから、遠心分離
を行った。１００ｍｌの水への再分散を繰り返した後、
乳白色の懸濁液を２ｌの丸底フラスコ中で凍結させ、−
２０℃／１０-1Ｔｏｒｒにて凍結乾燥して水を除去し
た。
大きさのポリ珪酸微小球体の調製：６００ｍｌの壁面が
二重のガラス反応器内に２．８９ｇ（０．１７ｍｏｌ）
のアンモニアと１２．６１ｇ（０．７０ｍｏｌ）の水と
６８．３ｇ（１．４８ｍｏｌ）のエタノールとの混合物
を入れた。この混合物を緩やかに攪拌しながら２５．０
±０．１℃の一定温度に保ち、１．７２×１０13個の粒
子に相当する１６６ｍｇの希釈したルドックスを加え
た。この出発反応混合物の組成は、［ＮＨ3 ］＝１．７
ｍｏｌ／ｌ、［Ｈ2 Ｏ］＝７．００ｍｏｌ／ｌであっ
た。テトラエトキシシランの導入を流速０．３７ｍｌ／
分で開始し、６分後に流速０．１５ｍｌ／分で２次供給
（［ＮＨ3 ］＝５．１８ｍｏｌ／ｌのアンモニア水の供
給）を開始した。５９１分間に、全体で２０６．８５ｇ
（０．９９ｍｏｌ）のテトラエトキシシランと８５．６
７ｇのアンモニア水が導入された。反応混合物を更に３
時間反応させておき、固体を遠心分離（３０００ＲＰ
Ｍ、４分）によって分離した。液体をデカントして、固
体を（６００ｍｌの）水に再分散させてから、遠心分離
を行った。１００ｍｌの水への再分散を繰り返した後、
乳白色の懸濁液を２ｌの丸底フラスコ中で凍結させ、−
２０℃／１０-1Ｔｏｒｒにて凍結乾燥して水を除去し
た。
【００２８】生成物の粒子径は透過型電子顕微鏡により
求められ、ｄp ＝１５７０ｎｍで、相対的な標準偏差が
１．８％であった。（６分間の超音波処理下で）水に再
分散させたサンプルの沈降分析の結果は、単一の球体が
９９％、２つの球体の凝集体が１％であった。
求められ、ｄp ＝１５７０ｎｍで、相対的な標準偏差が
１．８％であった。（６分間の超音波処理下で）水に再
分散させたサンプルの沈降分析の結果は、単一の球体が
９９％、２つの球体の凝集体が１％であった。
【００２９】か焼による二酸化珪素微小球体の調製：僅
かに凝集したＰＳＡ微小球体のクラストの入ったフラス
コを真空用の管に接続して、圧力が１０-2Ｔｏｒｒに下
がるまで（１０時間）ポンピングを行った。ポンピング
の間、温度を２０Ｋずつ段階的に上昇させたが、圧力は
１０-1Ｔｏｒｒより決して大きくならないようにした。
最後に、球体を１２０℃、１０-3Ｔｏｒｒで１２時間乾
燥させた。
かに凝集したＰＳＡ微小球体のクラストの入ったフラス
コを真空用の管に接続して、圧力が１０-2Ｔｏｒｒに下
がるまで（１０時間）ポンピングを行った。ポンピング
の間、温度を２０Ｋずつ段階的に上昇させたが、圧力は
１０-1Ｔｏｒｒより決して大きくならないようにした。
最後に、球体を１２０℃、１０-3Ｔｏｒｒで１２時間乾
燥させた。
【００３０】乾燥させた生成物を単一の球体として水或
いはエタノール中に完全に再分散させた。サンプルを湿
った空気（相対湿度：５０％）中で２２℃にて水蒸気で
平衡状態にした。水吸収量は平衡状態にしたサンプルの
７．１％に相当した。水で飽和させたサンプルの元素分
析によれば、炭素：０．１１％、水素：１．３８％であ
り、ＳｉＯ1.537 （ＯＨ）0.383 （ＯＥｔ）0.003 （Ｈ
2 Ｏ）0.270 の組成が得られた。非平衡状態のサンプル
のＢＥＴによって求めた比表面積はｓBET ＝３．９６ｍ
2 ｇ-1であった。
いはエタノール中に完全に再分散させた。サンプルを湿
った空気（相対湿度：５０％）中で２２℃にて水蒸気で
平衡状態にした。水吸収量は平衡状態にしたサンプルの
７．１％に相当した。水で飽和させたサンプルの元素分
析によれば、炭素：０．１１％、水素：１．３８％であ
り、ＳｉＯ1.537 （ＯＨ）0.383 （ＯＥｔ）0.003 （Ｈ
2 Ｏ）0.270 の組成が得られた。非平衡状態のサンプル
のＢＥＴによって求めた比表面積はｓBET ＝３．９６ｍ
2 ｇ-1であった。
【００３１】か焼のため、５２ｇの量の予備乾燥した粉
末を回転する石英ガラス製反応器に入れ、この処理の全
期間中の乾燥空気の流速を３２ｍｌNTP ／分に維持し
て、開始温度から９００℃まで１８時間で徐々に加熱し
た後、２４時間この温度で加熱した。
末を回転する石英ガラス製反応器に入れ、この処理の全
期間中の乾燥空気の流速を３２ｍｌNTP ／分に維持し
て、開始温度から９００℃まで１８時間で徐々に加熱し
た後、２４時間この温度で加熱した。
【００３２】か焼後の球体の透過型電子顕微鏡により求
めた粒子径は１５６０ｎｍであった。粒子径から求めた
比表面積がｓgeom＝１．７７ｍ2 ｇ-1であるのに比べ
て、ＢＥＴによって求めた表面積はｓBET ＝２．４４ｍ
2 ｇ-1であった。か焼した粉末を水中に再分散させたも
のの沈降分析の結果は、単一の球体が９６％、２つの球
体の凝集体が３％、３つの球体の凝集体が１％であっ
た。
めた粒子径は１５６０ｎｍであった。粒子径から求めた
比表面積がｓgeom＝１．７７ｍ2 ｇ-1であるのに比べ
て、ＢＥＴによって求めた表面積はｓBET ＝２．４４ｍ
2 ｇ-1であった。か焼した粉末を水中に再分散させたも
のの沈降分析の結果は、単一の球体が９６％、２つの球
体の凝集体が３％、３つの球体の凝集体が１％であっ
た。
【００３３】表面水和した二酸化珪素微小球体：４０ｇ
の量のか焼した生成物を、６分間の超音波照射下で６６
０ｍｌの蒸留水に再分散させた。この懸濁液を９０℃に
て７２時間加熱した後、混合物を冷却し、固体を遠心分
離及び凍結乾燥により分離した。最後に、生成物を１２
０℃／１０-3Ｔｏｒｒで乾燥させた。
の量のか焼した生成物を、６分間の超音波照射下で６６
０ｍｌの蒸留水に再分散させた。この懸濁液を９０℃に
て７２時間加熱した後、混合物を冷却し、固体を遠心分
離及び凍結乾燥により分離した。最後に、生成物を１２
０℃／１０-3Ｔｏｒｒで乾燥させた。
【００３４】表面水和させた球体のＢＥＴ表面積は、か
焼した生成物の表面積と同じであった。か焼し、再水和
して乾燥させた粉末は、水或いはエタノールに完全に再
分散させることができる。
焼した生成物の表面積と同じであった。か焼し、再水和
して乾燥させた粉末は、水或いはエタノールに完全に再
分散させることができる。
【００３５】
【その他の実施例】前述の手順に従って幾つかの粉末を
調製した。か焼及び表面再水和した最終生成物の一部
（アリコート）をテトラデシルジメチル（ジメチルアミ
ノ）シラン（炭素数１４）及び（５−シアノ−３，３−
ジメチルペンチル）ジメチル（ジメチルアミノ）シラン
（ＰＣＮ）で沸騰しているアセトニトリル中にて処理
し、また、密閉したアンプル中で１８０℃にて前述した
と同じシリル化剤でエンドキャップした。調製した生成
物の性質を、表１にまとめた。
調製した。か焼及び表面再水和した最終生成物の一部
（アリコート）をテトラデシルジメチル（ジメチルアミ
ノ）シラン（炭素数１４）及び（５−シアノ−３，３−
ジメチルペンチル）ジメチル（ジメチルアミノ）シラン
（ＰＣＮ）で沸騰しているアセトニトリル中にて処理
し、また、密閉したアンプル中で１８０℃にて前述した
と同じシリル化剤でエンドキャップした。調製した生成
物の性質を、表１にまとめた。
【表１】
【００３６】尚、引用した文献を以下に示す。参考文
献： 1) W.Stoeber, A.Fink, J. Colloid Interface Sci.
26, 62 (1968) 2) A.P.Philipse, Colloid Polym. Sci. 268 ,1174
(1988) 3) G.H.Bogush, G.L.Dickstein, P.Lee, K.C. and C.
F.Zukoski IV, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 79, 267
(1989) 4) K.D.Keefer, in "Science of Ceramic Chemical Pr
ocessing", Wiley-Intersci., New York, pg.131 (198
6) 5) K.D.Keefer, Mat. Res. Soc. Symp. Proc.32, 15
(1984) 6) R.D.Badley, W.T.Ford, F.J.McEnroe and R.A.Assi
nk, Langmuir 6 , 792(1990) 7) L.Jelinek, P.Dong, C.Rojas-Pazos, H.Taibi and
E.sz.Kovats, "Study of the Stoeber Reaction Part
I. Properties of Colloidal Silica Spheres Prepared
via Alkoxide Hydrolysis", admitted to Langmuir, 3
1. January 1992. 8) K.Nakanishi, Y.Takamiya and T.Shimohira, Proc.
61st Annual Meeting Cer. Soc. Japan, Tokyo, pg.24
5 (1986) 9) G.H.Bogush, M.A.Tracy and C.F.Zukoski IV, J.
Non.Clystalline Solids 104 , 95 (1988) 10) K.Unger, H.Giesche and J.Kinkel, ドイツ特許出
願公開 DE 3534 143 A1米国特許第 4,775,520号 11) S.Coenen and C.G.Kruff, J. Colloid Interface
Sci. 124 , 104 (1988) 12) C.Smits, W.J.Briels, J.K.G.Dhont and H.N.W.Lek
kerkerker, Progr. Colloid Polym. Sci. 79, 267 (1
989) 13) A.P.Philipse and A.Vrij, J. Colloid Interface
Sci. 128 , 121 (1989) 14) A.K.van Helden, J.W.Jansen and A.Vrij, J. Col
loid Interface Sci. 81, 354 (1981) 15) Y.Azuma, T.Tajima, N.Oshima and K.Suehiro, Y
ogyo-Kyokai-Shi 94, (6), 559 (1986) 16) J.Gobet and E.sz.Kovats, Ads. Sci. Techn. 1
, 77 (1984) 17) F.J.Wolter, 米国特許第 2,601,352号
献： 1) W.Stoeber, A.Fink, J. Colloid Interface Sci.
26, 62 (1968) 2) A.P.Philipse, Colloid Polym. Sci. 268 ,1174
(1988) 3) G.H.Bogush, G.L.Dickstein, P.Lee, K.C. and C.
F.Zukoski IV, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 79, 267
(1989) 4) K.D.Keefer, in "Science of Ceramic Chemical Pr
ocessing", Wiley-Intersci., New York, pg.131 (198
6) 5) K.D.Keefer, Mat. Res. Soc. Symp. Proc.32, 15
(1984) 6) R.D.Badley, W.T.Ford, F.J.McEnroe and R.A.Assi
nk, Langmuir 6 , 792(1990) 7) L.Jelinek, P.Dong, C.Rojas-Pazos, H.Taibi and
E.sz.Kovats, "Study of the Stoeber Reaction Part
I. Properties of Colloidal Silica Spheres Prepared
via Alkoxide Hydrolysis", admitted to Langmuir, 3
1. January 1992. 8) K.Nakanishi, Y.Takamiya and T.Shimohira, Proc.
61st Annual Meeting Cer. Soc. Japan, Tokyo, pg.24
5 (1986) 9) G.H.Bogush, M.A.Tracy and C.F.Zukoski IV, J.
Non.Clystalline Solids 104 , 95 (1988) 10) K.Unger, H.Giesche and J.Kinkel, ドイツ特許出
願公開 DE 3534 143 A1米国特許第 4,775,520号 11) S.Coenen and C.G.Kruff, J. Colloid Interface
Sci. 124 , 104 (1988) 12) C.Smits, W.J.Briels, J.K.G.Dhont and H.N.W.Lek
kerkerker, Progr. Colloid Polym. Sci. 79, 267 (1
989) 13) A.P.Philipse and A.Vrij, J. Colloid Interface
Sci. 128 , 121 (1989) 14) A.K.van Helden, J.W.Jansen and A.Vrij, J. Col
loid Interface Sci. 81, 354 (1981) 15) Y.Azuma, T.Tajima, N.Oshima and K.Suehiro, Y
ogyo-Kyokai-Shi 94, (6), 559 (1986) 16) J.Gobet and E.sz.Kovats, Ads. Sci. Techn. 1
, 77 (1984) 17) F.J.Wolter, 米国特許第 2,601,352号
【図１】平均粒子径の関数としての相対的な標準偏差を
対数表示で示した図である。
対数表示で示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラスズロ ジユリネク スイス国 セアシユ−1024 エクイブラン アン・アンジヤラン・エ ルート・ヌー ブ（番地なし) (72)発明者 クリストフ エルバシエ スイス国 セアシユ−1028 プレブランジ ユ ルート・ド・ジユネーブ 78
Claims (27)
- 【請求項１】 微細孔性の球状ポリ珪酸粒子を、１０15
〜１０20／ｌの数のシード粒子を含む２〜１２ｍｏｌ／
ｌの水と１〜５ｍｏｌ／ｌのアンモニアとのメタノール
溶液或いはエタノール溶液中に連続的または分割して導
入されたテトラアルコキシシランの加水分解により調整
された懸濁液から分離し、この分離が最終混合物の液体
部分の蒸発、或いは、低い遠心力場における沈降により
行われ、分離された生成物を乾燥して僅かに凝集してい
るが再分散可能な粉末を生成し、その粉末のか焼によっ
て僅かに凝集しているが再分散可能な緻密で球状の二酸
化珪素粒子を生成する方法。 - 【請求項２】 加水分解が１．５〜２．５ｍｏｌ／ｌの
アンモニア及び６．０〜７．５ｍｏｌ／ｌの水のメタノ
ール溶液或いはエタノール溶液中で行われる請求項１に
記載の方法。 - 【請求項３】 加水分解中に、水またはアンモニア水ま
たは水−アンモニア−アルコール混合物が反応混合物中
に連続的に或いは滴下により或いは分割して導入される
ものである請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 初期の反応混合物の組成が所要量のアン
モニア水の導入により一定或いはほぼ一定に維持される
請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 上記懸濁液からの上記微細孔性の生成物
の分離を、所要の圧力を使用することによって上記反応
混合物を室温にて蒸発させることにより行い、反応容器
内に僅かに凝集した薄い層のクラストを得る、請求項１
に記載の方法。 - 【請求項６】 蒸発の前に、好ましくは１〜５％のブタ
ノール−１かペンタノール−１である、数パーセントの
高沸点の極性有機化合物が上記反応混合物に供給される
ものである、請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 真空中における上記分離された生成物の
乾燥中に、遊離した水を連続的にポンピングで除去しな
がら温度を段階的または連続的に８０〜３５０℃まで、
好ましくは最終温度１１０〜１８０℃まで上昇させる、
請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 乾燥中、上記生成物に対する水蒸気圧が
１Ｔｏｒｒを越えないようにされる、請求項７に記載の
方法。 - 【請求項９】 乾燥が、好ましくは、０．１Ｔｏｒｒよ
りも小さい水蒸気圧で行われる、請求項８に記載の方
法。 - 【請求項１０】 上記水の部分圧が上記の値を決して越
えない乾燥したガスを流して行われるものである、請求
項８または９に記載の方法。 - 【請求項１１】 予備乾燥なしで、遊離した水をポンピ
ングで除去しながら段階的または連続的に温度を８００
〜１１００℃、好ましくは９００〜１０００℃まで上昇
させて真空中でか焼を行う、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１２】 か焼を乾燥空気流中で行う、請求項１
１に記載の方法。 - 【請求項１３】 乾燥した酸素を含まない雰囲気中でか
焼を行い、灰色粉末を得る請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１４】 超音波照射下で、上記僅かに凝集した
か焼した粉末を水中或いは極性有機溶媒中に再分散させ
るための請求項１１、１２、及び１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 再分散が２０〜３０時間の強い振動を
与えることにより行われる請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】 上記か焼した粒子の表面を、か焼され
た生成物を水に再分散させた１〜２０重量％、好ましく
は５重量％の懸濁液を少なくとも８時間、８５〜９５℃
の温度で加熱することによって再水和させる請求項１４
及び１５に記載の方法。 - 【請求項１７】 か焼した粒子の表面再水和が、１〜１
５時間、１１０〜１６０℃の温度にてオートクレーブ中
で行われる、請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１８】 上記表面再水和した粉末をロータリー
エバポレータで水を蒸発させることにより分離する、請
求項１６及び１７に記載の方法。 - 【請求項１９】 分離が、凍結された懸濁液或いは凍結
された濃縮懸濁液の凍結乾燥により行われる、請求項１
８に記載の方法。 - 【請求項２０】 上記表面再水和した、乾燥した粉末を
非プロトン溶媒中に再分散させて、懸濁液中で部分的な
シリル化を行う、請求項１８及び１９に記載の方法。 - 【請求項２１】 上記部分的にシリル化した粉末を、公
知の方法により生成物を完全にシリル化することによっ
てエンドキャップする、請求項２０に記載の方法。 - 【請求項２２】 上記乾燥した、表面水和した粉末をシ
リル化剤中に再分散させてシリル化及びエンドキャップ
を１段階で行う、請求項２０及び２１に記載の方法。 - 【請求項２３】 単官能トリアルキル−（ジメチルアミ
ノ）シラン或いは、アルキル基の１つを極性の官能基で
置換したシリル化剤を、１４０〜３００℃、好ましく
は、１５０〜１８０℃の温度でシリル化剤として使用す
る、請求項２２に記載の方法。 - 【請求項２４】 請求項１乃至２３のうち１つ以上の方
法によって製造された、緻密な単一サイズの二酸化珪素
微小球体。 - 【請求項２５】 コロイド科学のモデル研究用として使
用する請求項２４に記載の生成物の使用法。 - 【請求項２６】 クロマトグラフィにおける吸着剤とし
ての請求項２４に記載の生成物の使用法。 - 【請求項２７】 クロマトグラフィにおける表面改質し
た吸着剤の出発原料としての請求項２４に記載の生成物
の使用法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP92810471A EP0574642B1 (en) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | Procedure for the preparation of powders and suspensions of amorphous silicon dioxide microspheres |
| CH92810471.0 | 1992-06-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07277725A true JPH07277725A (ja) | 1995-10-24 |
Family
ID=8211942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5172511A Pending JPH07277725A (ja) | 1992-06-19 | 1993-06-17 | 緻密で、単一な大きさの二酸化珪素微小球体、その製造方法、及びその使用法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0574642B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07277725A (ja) |
| AT (1) | ATE172695T1 (ja) |
| DE (1) | DE69227448T2 (ja) |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001139814A (ja) * | 1999-11-11 | 2001-05-22 | Dow Corning Toray Silicone Co Ltd | シリコーンゴム組成物およびその製造方法 |
| JP2002526564A (ja) * | 1998-10-02 | 2002-08-20 | キャボット コーポレイション | シリカ分散体、コーティング組成物、及び記録媒体 |
| JP2012006796A (ja) * | 2010-06-25 | 2012-01-12 | Fuji Xerox Co Ltd | シリカ粒子及びその製造方法 |
| JP2012006781A (ja) * | 2010-06-23 | 2012-01-12 | Fuji Xerox Co Ltd | シリカ粒子の製造方法 |
| JP2012006789A (ja) * | 2010-06-24 | 2012-01-12 | Fuji Xerox Co Ltd | シリカ粒子及びその製造方法 |
| JP2013040081A (ja) * | 2011-08-18 | 2013-02-28 | Fuji Xerox Co Ltd | シリカ粒子及びその製造方法 |
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| US9243145B2 (en) | 2013-01-28 | 2016-01-26 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Silica composite particles and method of preparing the same |
| JP2016069275A (ja) * | 2014-09-29 | 2016-05-09 | ヘレーウス クヴァルツグラース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフトＨｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧ | ＳｉＯ２造粒体の合成石英ガラスの製造方法及び該製造方法に適したＳｉＯ２造粒体 |
| US9394413B2 (en) | 2011-01-19 | 2016-07-19 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Resin particle and method for producing the same |
| US9708191B2 (en) | 2011-12-01 | 2017-07-18 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Silica composite particles and method of preparing the same |
| US10618833B2 (en) | 2015-12-18 | 2020-04-14 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Preparation of a synthetic quartz glass grain |
| US10676388B2 (en) | 2015-12-18 | 2020-06-09 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Glass fibers and pre-forms made of homogeneous quartz glass |
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