JPH08183610A - Production of colored spherical silica - Google Patents

Production of colored spherical silica

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JPH08183610A
JPH08183610A JP33777794A JP33777794A JPH08183610A JP H08183610 A JPH08183610 A JP H08183610A JP 33777794 A JP33777794 A JP 33777794A JP 33777794 A JP33777794 A JP 33777794A JP H08183610 A JPH08183610 A JP H08183610A
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JP
Japan
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spherical silica
particles
silica
silica gel
alkali metal
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Application number
JP33777794A
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Japanese (ja)
Inventor
Minoru Tamura
稔 田村
Kazuhiro Shirohashi
和弘 白橋
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To easily obtain fine colored spherical silica having a narrow particle size distribution and a very low alkali metal content by forming spherical silica gel under specified conditions and firing it under prescribed conditions. CONSTITUTION: A silicon alkoxide (e.g. methyltrimethoxysilane) contg. >=30mol% silicon alkoxide having a nonhydrolyzable org. substituent is hydrolyzed in a state practically free from an alkali metal, e.g. in an aq. ammonia soln. and the resultant spherical silica gel is fired at the thermal decomposition temp. of org. matter in the silica gel or above in a state in which oxygen is rare. An org. compd. and free carbon formed by the thermal decomposition of org. matter in the silica gel are confined in the resultant silica and color the silica. The hue of coloration can be selected in accordance with the degree of thermal decomposition and a higher degree of thermal decomposition generally gives higher blackness.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非常に微細な炭素粒子
が均一に分散した黒色球状シリカの製造に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the production of black spherical silica in which very fine carbon particles are uniformly dispersed.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、アルキルシリケートをアルコール
にアンモニア水及び加水分解用の水を加えた反応系で加
水分解してサブミクロンないしは1ミクロンレベルの粒
径分布の狭い球状シリカを製造する方法が知られてい
る。ここで、より大粒径で粒径分布の狭い球状シリカを
得るため、例えば特公平2−2805号公報では上記加
水分解系にアルカリ金属を存在させることにより、1ミ
クロン以上で粒径の揃ったシリカ粒子を作ることを提案
している。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a method of hydrolyzing an alkyl silicate in a reaction system in which aqueous ammonia and water for hydrolysis are added to alcohol to produce spherical silica having a narrow particle size distribution of submicron or 1 micron level. Has been. Here, in order to obtain a spherical silica having a larger particle size and a narrow particle size distribution, for example, in Japanese Patent Publication No. 2805/1990, an alkali metal is present in the above hydrolysis system so that the particle size becomes uniform at 1 micron or more. It is proposed to make silica particles.

【0003】特に、液晶表示素子用スペーサー等の用途
に有用な、黒色球状シリカとする方法として、特開平3
−279209号公報ではエチルシリケートに代表され
る全て加水分解性置換基からなるアルキルシリケートを
アルコール、水、アンモニア及びカ性ソーダの存在する
系でゾルゲル法により球状ゲル粒子を作り、この乾燥ゲ
ル粒子を焼成して乾燥ゲル内に残った未反応のアルキル
基及びアルコールを炭化させ黒色の球状シリカを造るこ
とが提案されている。
As a method for producing black spherical silica, which is particularly useful for spacers for liquid crystal display elements, etc.
In Japanese Patent Publication No. 279209-, a spherical gel particle is prepared by a sol-gel method from an alkyl silicate consisting of all hydrolyzable substituents represented by ethyl silicate by a sol-gel method in the presence of alcohol, water, ammonia and caustic soda. It has been proposed to carbonize unreacted alkyl groups and alcohol remaining in the dried gel by firing to produce black spherical silica.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらアルカリ
金属が存在する系から作ったシリカ粒子は多量のアルカ
リ金属をシリカ内部に吸着しているために、アルカリ金
属を避けなければならない電子材料用途には使用できな
い。このためシリカ粒子製造に上記技術を応用している
特公平3−279209号公報ではシリカ粒子内部に吸
着されたアルカリ金属を除去するために多大な工程処理
を要している。すなわち特公平2−2805号公報とほ
ぼ同様の条件でシリカゲル粒子をゾルゲル法で製造、ま
たは製造した粒子を成長させた後、乾燥ゲル粒子として
いるが、乾燥ゲル粒子中には多量のアルカリ金属を吸着
しているために脱アルカリ金属処理を要し、1)白色粒
子をメタノール中に懸濁させた後、硝酸水溶液を添加
し、長時間攪拌した後、静置沈降し、デカンテーション
する。更にメタノールに懸濁、静置、デカンテーション
の操作を3回繰り返した後、乾燥する。
However, since silica particles made from a system in which an alkali metal is present adsorb a large amount of alkali metal inside silica, they are used for electronic material applications where alkali metal must be avoided. Can not. Therefore, Japanese Patent Publication No. 3-279209, which applies the above technique to the production of silica particles, requires a great deal of process treatment to remove the alkali metal adsorbed inside the silica particles. That is, silica gel particles are produced by a sol-gel method under the same conditions as in Japanese Examined Patent Publication No. 2-2805, or the produced particles are grown and then made into dry gel particles. However, a large amount of alkali metal is contained in the dry gel particles. Since it has been adsorbed, it needs a dealkalizing metal treatment. 1) After suspending the white particles in methanol, an aqueous nitric acid solution is added, and after stirring for a long time, the mixture is left to stand and sediment, and decanted. Further, the procedure of suspending in methanol, leaving still and decanting is repeated 3 times, and then dried.

【0005】2)上記処理をした粉末を再度メタノール
に懸濁し、このスラリー中に、フッ化水素水溶液とメタ
ノールの混合液を加え長時間攪拌した後、静置沈降、デ
カンテーション、更にメタノールを加え懸濁、静置、デ
カンテーションを繰り返す。再び乾燥し、粉末にする、
といった煩雑な工程による脱アルカリ金属処理をした
後、粒子を焼成し、ゲル粒子内に残った有機物を熱分解
し、炭化黒色化をしている。すなわちこの様に多量の溶
媒を使用し、煩雑な処理をしてようやくアルカリ金属を
100ppm以下にしている。かかる複雑な処理工程
は、大粒径かつ粒度分布の狭い粒子とするため粒子製造
時にカ性ソーダ、カ性カリ等のアルカリ金属を使用する
ことにより必須となっている。
2) The powder treated as described above is suspended again in methanol, a mixed solution of an aqueous solution of hydrogen fluoride and methanol is added to this slurry, and the mixture is stirred for a long time. Then, it is allowed to stand still, decant, and further add methanol. Repeat suspension, standing and decantation. Dry again and powder
After the dealkalizing metal treatment by such a complicated process, the particles are fired to thermally decompose the organic matter remaining in the gel particles to blacken the carbonization. That is, such a large amount of solvent is used and complicated treatment is carried out until the alkali metal is reduced to 100 ppm or less. Such a complicated treatment step is essential by using an alkali metal such as caustic soda and caustic potash during the production of the particles in order to obtain particles having a large particle size and a narrow particle size distribution.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】そこで本発明者等は、こ
のように煩雑な処理工程を要することなく、簡便な方法
で、アルカリ金属含有量の少ない、大粒径かつ粒度分布
の狭い、着色球状シリカを製造しうる方法について鋭意
研究した。その結果、粒子製造時に触媒にカ性ソーダ、
カ性カリ等のアルカリ金属を全く使用せず、揮発性であ
るアルカリ性触媒を使用し、原料として非加水分解性の
アルキル基またはフェニル基を有するシリコンアルコキ
シドを用い、上記のアルカリ性触媒を含有した水の不均
一系で界面反応を行えば、1ミクロンを超える大きな粒
子径を有し、なおかつアルカリ金属を含まない粒径の揃
った球状シリカを製造できること、更にこのようにして
得られた球状シリカの粒子内には、アルキル基又はフェ
ニル基を多量に含有しており、この有機基を熱分解する
ことにより、シリカ粒子内に遊離炭素が析出して着色シ
リカを得られることを見出し本発明に到達した。すなわ
ち、本発明の要旨は、非加水分解性の有機置換基を有す
るシリコンアルコキシドを少なくとも30モル%以上含
むシリコンアルコキシドをアルカリ金属が実質的に存在
しない状態で加水分解して得られた球状シリカゲルを、
シリカゲル内の有機物の熱分解温度以上では酸素の希薄
な状態で焼成することにより得られる着色球状シリカに
ある。
Therefore, the present inventors have developed a simple method without such complicated processing steps, which has a small alkali metal content, a large particle size and a narrow particle size distribution, and is colored. An intensive study was conducted on a method capable of producing spherical silica. As a result, caustic soda was added to the catalyst during particle production.
Alkali metal such as potassium hydroxide is not used at all, a volatile alkaline catalyst is used, and a silicon alkoxide having a non-hydrolyzable alkyl group or phenyl group is used as a raw material, and water containing the above alkaline catalyst is used. If the interfacial reaction is carried out in a heterogeneous system, spherical silica having a large particle size of more than 1 micron and having a uniform particle size containing no alkali metal can be produced. The present invention has been found to contain a large amount of alkyl groups or phenyl groups in the particles, and by thermally decomposing this organic group, free carbon is precipitated in the silica particles to obtain colored silica. did. That is, the gist of the present invention is a spherical silica gel obtained by hydrolyzing a silicon alkoxide containing at least 30 mol% or more of a silicon alkoxide having a non-hydrolyzable organic substituent in a state in which an alkali metal is substantially absent. ,
It is a colored spherical silica obtained by firing in a state where oxygen is diluted at a temperature higher than the thermal decomposition temperature of organic substances in silica gel.

【0007】〔原料〕本発明において用いることができ
るシリコンアルコキシドは、シリコン原子に直結したア
ルコキシ基を2以上有するシリコンアルコキシドであれ
ばよい。具体的には、例えば一般式
[Raw Material] The silicon alkoxide usable in the present invention may be any silicon alkoxide having two or more alkoxy groups directly bonded to a silicon atom. Specifically, for example, the general formula

【0008】[0008]

【化1】SiRn (OR′)4-n Embedded image SiR n (OR ′) 4-n

【0009】ただし、RはCH3 ,C2 5 ,C
3 7 ,C4 9 ,CH2 =CH,C6 5 等のアルキ
ル基、フェニル基 R′はC1 〜C4 のアルキル基 nは0、1又は2 で表されるシリコンアルコキシドが挙げられ、これらの
うち1種又は2種以上を用いることができる。ここで、
本発明においては、上記シリコンアルコキシドのうち少
なくとも50モル%以上を、非加水分解性の有機置換基
を有するもの、すなわち上記一般式においてn=1又は
2のもの1種又は2種以上とする。上記一般式でn=0
であるアルコキシド例えばSi(OCH3 4 、Si
(OC2 54 等4官能型分解性のアルコキシドを7
0モル%以下の範囲で加えてもよいが十分な着色を得る
には50モル%以下が好ましい。70モル%を超えて4
官能型分離性のアルコキシドを加えると得られるシリカ
中に残留する有機成分が減少し、その結果焼成後にシリ
カ粒子中に残る有機成分及び/又は残留炭素量が減少
し、その結果、十分な黒色度が得られない。その他、要
求される色調、黒度に応じ上記の範囲で適宜選択すれば
よい。
However, R is CH 3 , C 2 H 5 , C
Alkyl groups such as 3 H 7 , C 4 H 9 , CH 2 ═CH, C 6 H 5 and the like, phenyl group R ′ is a C 1 -C 4 alkyl group, n is a silicon alkoxide represented by 0, 1 or 2. Among these, 1 type (s) or 2 or more types can be used. here,
In the present invention, at least 50 mol% or more of the above-mentioned silicon alkoxides are those having a non-hydrolyzable organic substituent, that is, one or two or more having n = 1 or 2 in the above general formula. N = 0 in the above general formula
An alkoxide such as Si (OCH 3 ) 4 , Si
(OC 2 H 5 ) 4 etc. 4 functional type decomposable alkoxide 7
It may be added in the range of 0 mol% or less, but 50 mol% or less is preferable in order to obtain sufficient coloring. Over 70 mol% 4
When the functional type-separating alkoxide is added, the organic component remaining in the obtained silica is reduced, and as a result, the organic component remaining in the silica particles after firing and / or the residual carbon amount is reduced, resulting in a sufficient blackness. Can't get Besides, it may be appropriately selected within the above range according to the required color tone and blackness.

【0010】〔球状にする方法〕上述の一般式[Method of forming a sphere] The above general formula

【0011】[0011]

【化2】SiRn (OR′)4-n Embedded image SiR n (OR ′) 4-n

【0012】で示されるシリコンアルコキシドのうち1
種類を使用する場合は、そのまま公知の方法に従って加
水分解を行い球状のシリカゲルを得ることができる。ま
た、上記一般式のシリコンアルコキシドのうち2種類以
上を混合したものを用いる場合、加水分解速度が近いも
のを組み合わせる必要がある。加水分解速度が大きく異
なる場合は、均一な組成の粒子が出来ない。つまり先ず
加水分解速度の速いアルコキシドが粒子を形成し、続い
て遅いアルコキシドが粒子を形成するためである。この
様な場合は個別に作った粒子を混合したことと同じ結果
になり、均一な粒子を得るには望ましくない。
1 of the silicon alkoxides represented by
In the case of using various types, spherical silica gel can be obtained by directly performing hydrolysis according to a known method. Further, in the case of using a mixture of two or more kinds of silicon alkoxides of the above general formula, it is necessary to combine those having a similar hydrolysis rate. If the hydrolysis rates are significantly different, particles having a uniform composition cannot be obtained. That is, the alkoxide having a high hydrolysis rate forms particles first, and then the slow alkoxide forms particles. In such a case, the same result as mixing individual particles is obtained, which is not desirable for obtaining uniform particles.

【0013】本発明においては、これらシリコンアルコ
キシドを、水酸化アルカリが実質的に存在しない状態で
加水分解する。加水分解の具体的な方法としては、例え
ば攪拌機付きの反応容器に、アンモニア水溶液等のアル
カリ性触媒存在下に非加水分解性有機置換基を含有する
シリコンアルコキシドを加え水相と油相とに分離する状
態で仕込む。この際用いることのできる触媒としては、
アンモニアの他、モノメチルアミン、モノエチルアミ
ン、エタノールアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミ
ン、ジエタノールアミン、プロピルアミン、ジプロピル
アミン、ジプロパノールアミン、プロパノールアミン
等、アンモニア又はアミン系触媒が、得られるシリン粒
子の形状が均一で粒度分布が狭く、また不純物の残存を
防ぐことができ望ましい。ついでこの2層の溶液を適当
な速度で攪拌しながら、界面でアルコキシドとアルカリ
水溶液との加水分解、縮合反応を徐々に行う。
In the present invention, these silicon alkoxides are hydrolyzed in the substantially absence of alkali hydroxide. As a specific method of hydrolysis, for example, a reaction vessel equipped with a stirrer is added with a silicon alkoxide containing a non-hydrolyzable organic substituent in the presence of an alkaline catalyst such as an aqueous ammonia solution to separate into an aqueous phase and an oil phase. Charge in the state. As the catalyst that can be used in this case,
In addition to ammonia, monomethylamine, monoethylamine, ethanolamine, dimethylamine, diethylamine, diethanolamine, propylamine, dipropylamine, dipropanolamine, propanolamine, etc., ammonia or amine-based catalysts, the resulting sillin particles have a uniform shape. Therefore, the particle size distribution is narrow and impurities can be prevented from remaining, which is desirable. Then, while stirring the two-layer solution at an appropriate speed, the hydrolysis and condensation reaction between the alkoxide and the alkaline aqueous solution is gradually performed at the interface.

【0014】反応が進行するにつれ、球状粒子が生成さ
れ、アルカリ水溶液側に移行する。この時の攪拌速度
が、生成する粒子の大きさを決める。攪拌速度が著しく
速いと、界面の接触面積が著しく増大し、その結果反応
が急激に起こり、粒子が凝集した状態になり易く、球状
粒子が得られない場合もあるので適宜選択する。
As the reaction proceeds, spherical particles are produced and migrate to the alkaline aqueous solution side. The stirring speed at this time determines the size of the generated particles. If the stirring speed is remarkably high, the contact area of the interface remarkably increases, and as a result, the reaction abruptly occurs, the particles are likely to be in an agglomerated state, and spherical particles may not be obtained in some cases.

【0015】攪拌速度と粒子径の関係は、攪拌機の形状
との関係もあり、一概には言えないがある範囲内では攪
拌速度の速いほうが粒子が大きくなる傾向がある。尚、
加水分解時に、水と溶解するアルコール等の溶媒を実質
的に存在させず、二相混合状態で行うことにより、大粒
径かつ、粒度分布の狭いシリカゲル粒子、ひいては着色
球状シリカを得ることができる。
The relationship between the stirring speed and the particle size is also related to the shape of the stirrer, which cannot be said to be unequivocal, but within a certain range, the particles tend to be larger when the stirring speed is higher. still,
At the time of hydrolysis, a solvent such as alcohol that dissolves in water is not substantially present, and by carrying out in a two-phase mixed state, it is possible to obtain silica gel particles having a large particle size and a narrow particle size distribution, and thus colored spherical silica. .

【0016】〔粒子の取り出し〕反応が終了した液から
粒子を取り出す方法は、遠心分離、濾過等一般に使用さ
れる方法で行う。取り出した湿潤ゲルは予め乾燥機等で
100〜200℃で乾燥することにより、焼成過程での
強固な凝集、焼結等を防ぐことができ望ましい。乾燥し
たゲル(乾燥ゲル)が凝集している場合は、ジェットミ
ル等の解砕機で粒子の凝集をほぐし、白色粉末にすると
よい。こうして得られるゲルは、内部に原料アルコキシ
ドのアルコキシ基、アルキル基、フェニル基等由来の有
機物を包含したものとなる。
[Removal of Particles] The particles are removed from the liquid after the reaction by a commonly used method such as centrifugation or filtration. The wet gel taken out is preferably dried in advance at 100 to 200 ° C. in a dryer or the like to prevent strong aggregation and sintering in the firing process, which is desirable. When the dried gel (dry gel) is agglomerated, it is advisable to loosen the agglomerates of the particles with a disintegrator such as a jet mill to give a white powder. The gel thus obtained is one in which organic substances derived from the alkoxy group, the alkyl group, the phenyl group, etc. of the raw material alkoxide are contained inside.

【0017】〔焼成〕焼成はこれらシリカゲル内の有機
物、すなわち原料シリコンアルコキシド由来の非加水分
解性の有機置換基であるアルキル基、フェニル基、未加
水分解のアルキル基、及び加水分解により副生したアル
コール類等の有機物を熱分解し、炭素の状態で粒子内に
残すために、これら有機物が燃焼する温度以上では酸素
の希薄な状態とし行う。
[Firing] Firing was produced as an organic substance in these silica gels, that is, an alkyl group which is a non-hydrolyzable organic substituent derived from the raw material silicon alkoxide, a phenyl group, an unhydrolyzed alkyl group, and a by-product of hydrolysis. In order to thermally decompose organic substances such as alcohols and leave them in the state of carbon in the particles, oxygen is diluted at a temperature higher than the temperature at which these organic substances burn.

【0018】ここで言う酸素が希薄な状態とは、空気中
で有機物分解開始温度以上で、シリカゲル内部の有機物
また有機物が分解して生成した物質等が、気相中の酸素
により酸化されない程度の酸素濃度をいう。使用する原
料により、また熱分解生成物等の酸化され易さにより異
なるが、上限の酸素濃度は具体的には一般的に5vol
%、好ましくは1vol%程度である。
The term "diluted oxygen" as used herein means that an organic substance in silica gel or a substance produced by decomposing the organic substance in the silica is not oxidized by oxygen in the gas phase at a temperature above the decomposition temperature of the organic substance. Refers to the oxygen concentration. The upper limit of the oxygen concentration is generally 5 vol, although it depends on the raw materials used and the susceptibility to oxidation of thermal decomposition products.
%, Preferably about 1 vol%.

【0019】有機物の種類によって有機物の熱分解する
温度は変わるが、空気中では約300℃から熱分解が開
始し、約600℃で終了するものがほとんどである。と
ころが酸素が希薄な状態での熱分解は約500℃から開
始し出し約900℃で終了する。このため酸素が希薄な
状態に維持しなければならない温度範囲は空気中で熱分
解を開始する温度、限定される訳ではないが一般的には
300℃以上でシリカに存在している細孔がつぶれシリ
カゲル内の有機物の熱分解により生成した有機化合物お
よび遊離炭素がシリカ内に閉じ込められた状態になるま
でである。シリカに存在する細孔の閉孔の温度は細孔の
孔径及び保持時間によって変わってくる。かかる焼成工
程により、シリカゲル内の有機物の熱分解により生成し
た有機化合物や遊離炭素がシリカ内に閉込められ、シリ
カを着色させる。熱分解の程度により、着色の色相を選
択することもできる。すなわち熱分解程度が高い程、一
般に黒度が高くなる。
The temperature at which the organic substance thermally decomposes varies depending on the type of the organic substance, but in most cases, the thermal decomposition starts in air at about 300 ° C and ends at about 600 ° C. However, the thermal decomposition in the state where oxygen is lean starts at about 500 ° C and ends at about 900 ° C. For this reason, the temperature range in which oxygen must be maintained in a lean state is the temperature at which thermal decomposition starts in air, but is not limited, but in general, pores existing in silica above 300 ° C. It is until the organic compound and free carbon generated by thermal decomposition of the organic substance in the collapsed silica gel are confined in the silica. The temperature at which the pores existing in silica are closed depends on the pore diameter and the holding time. By such a firing step, the organic compound and free carbon produced by the thermal decomposition of the organic matter in the silica gel are confined in the silica, and the silica is colored. It is also possible to select the hue of coloring depending on the degree of thermal decomposition. That is, the higher the degree of thermal decomposition, the higher the blackness in general.

【0020】酸素が希薄な状態に維持する方法として、
焼成前に容器内部を窒素ガス等のイナートガスで置換し
たのち、蓋をする。または焼成中容器内または焼成炉内
に窒素ガス等のイナートガスを流通させる。簡便な方法
としては容器内に乾燥ゲルを多く充填したり、ふたをし
た容器内の空間率を小さくすることも効果がある。特に
粒子径が2ミクロン以上の粒子を充填率50%以上にし
蓋をするだけで、本目的を達成する。
As a method for keeping oxygen in a lean state,
Before firing, the inside of the container is replaced with an inert gas such as nitrogen gas, and then the container is covered. Alternatively, an inert gas such as nitrogen gas is circulated in the container during firing or in the firing furnace. As a simple method, it is also effective to fill the container with a large amount of dry gel or to reduce the void ratio in the container with the lid. In particular, this object is achieved only by setting the packing rate of particles having a particle size of 2 microns or more to 50% or more and closing the lid.

【0021】これは焼成の温度が上昇するにつれ、内部
の空気が膨張し容器から出ていき、結果として酸素含有
量が減少する。容器内に残った酸素は300℃以上で乾
燥ゲル表面の有機物と反応し酸素が消費され、容器内の
酸素濃度が低下し、更に表面の有機物を酸化して生成し
たガスで更に容器内の酸素が押し出していく。この結果
容器内の気相部は酸素が希薄な状態になる。
[0021] This means that as the firing temperature rises, the air inside expands out of the vessel, resulting in a decrease in the oxygen content. The oxygen remaining in the container reacts with the organic matter on the surface of the dry gel at 300 ° C. or higher and oxygen is consumed, the oxygen concentration in the container is reduced, and the gas generated by oxidizing the organic matter on the surface is further oxygen in the container. Pushes out. As a result, the gas phase portion in the container becomes lean in oxygen.

【0022】示差熱分析によると、酸素が希薄な状態で
の熱分解は約500℃から始まり、発生するガスの量は
700℃〜800℃で最高になる。急激なガスの発生は
容器から粉末を吹き出す等の問題が起こる。このため、
酸素が希薄な状態で熱分解が起こる600℃付近に温度
を保持し、有機物を十分に分解させ、発生するガスを除
いたのち昇温し、安定した焼成を行うのが望ましい。
According to the differential thermal analysis, the thermal decomposition in a lean oxygen state starts at about 500 ° C., and the amount of generated gas reaches a maximum at 700 ° C. to 800 ° C. Rapid gas generation causes problems such as blowing out powder from the container. For this reason,
It is desirable to maintain the temperature near 600 ° C. at which thermal decomposition occurs in a state where oxygen is diluted, to sufficiently decompose organic substances, remove generated gas, and then raise the temperature to perform stable firing.

【0023】昇温速度は特に限定されるものではない
が、例えば100℃/h〜300℃/hが実用的であ
る。あまり遅いと長時間を要し、あまり速いと装置に負
担がかかるためである。また酸素が希薄な状態での温度
保持時間は焼成する量との関係があるが、炭素が閉じ込
められた状態になるまで、すなわち具体的には通常1時
間程度以上である。
The heating rate is not particularly limited, but for example, 100 ° C./h to 300 ° C./h is practical. This is because if it is too slow, it will take a long time, and if it is too fast, it will burden the device. Further, the temperature holding time in a state where oxygen is diluted has a relationship with the amount of firing, but it is usually about 1 hour or more until the carbon is confined, that is, specifically.

【0024】乾燥ゲルは一般的に600℃以上で収縮を
開始し出し、乾燥ゲル中に存在する細孔は徐々につぶれ
はじめる。細孔のつぶれる速さは細孔の口径と温度に依
存する。温度が高くなるに従い、細孔は速くつぶれる。
800℃以上ではその速さが一段と速くなる。また細孔
の孔の大きさは粒子を作る条件により異なるが、一般的
には数十オングストロームである。
The dried gel generally starts to shrink at 600 ° C. or higher, and the pores present in the dried gel gradually begin to collapse. The speed at which the pores collapse is dependent on the pore size and temperature. The pores collapse faster as the temperature increases.
At 800 ° C or higher, the speed becomes much faster. The size of the pores depends on the conditions for producing the particles, but is generally several tens of angstroms.

【0025】600℃付近で焼成を停止させれば、粒子
内に微細な炭素を含有し、細孔の残った比表面積の大き
な球状シリカが得られる。焼成温度を約800℃まで上
げると、細孔はほとんどなくなり、比表面積はほぼ理論
値と一致する。焼成する時の温度により、シリカの色が
変わる。例えば600℃〜800℃では褐色で800℃
〜1000℃では褐色〜黒褐色に変わり、1000℃以
上では黒色になる。
If the calcination is stopped at around 600 ° C., spherical silica containing fine carbon in the particles and having a large specific surface area with pores remaining can be obtained. When the calcination temperature is raised to about 800 ° C., the pores are almost eliminated and the specific surface area almost agrees with the theoretical value. The color of silica changes depending on the temperature when firing. For example, at 600 ° C to 800 ° C, it is brown and 800 ° C
At ~ 1000 ° C, it changes to brown to blackish brown, and at 1000 ° C or higher, it becomes black.

【0026】これは乾燥ゲル中に含まれる有機物の分解
状態、つまり炭化の程度により色が変わるものと考えら
れる。このように、目的とする着色により、焼成条件を
選択すればよい。温度を1400℃以上に加熱すると、
粒子表面の一部が焼結し凝集状態になるため、一般には
1400℃以下の温度で焼成を行うとよい。
It is considered that the color changes depending on the decomposition state of the organic matter contained in the dry gel, that is, the degree of carbonization. Thus, the firing conditions may be selected according to the desired coloring. When the temperature is heated above 1400 ° C,
Since a part of the particle surface is sintered and becomes an agglomerated state, it is generally preferable to perform firing at a temperature of 1400 ° C. or lower.

【0027】このようにして得られた着色球状シリカ
は、シリカゲル粒子製造時の攪拌条件等により、所望の
粒径とすることができ、1μ以下のものや、1μを超え
るものも目的に応じて得ることができる。また、アルカ
リ金属を実質的に含まず、合計100ppm以下、50
ppm以下、1ppm以下のものを容易に得ることがで
きる。
The colored spherical silica thus obtained can have a desired particle size depending on the stirring conditions during the production of silica gel particles, and those having a particle size of 1 μm or less and particles having a particle size of more than 1 μm can be used depending on the purpose. Obtainable. In addition, it does not substantially contain an alkali metal, and the total is 100 ppm or less, 50
It is possible to easily obtain one having a content of ppm or less and 1 ppm or less.

【0028】〔用途〕この様にして得られた本発明の着
色球状シリカは、アルカリ金属を実質的に含まず電子材
料用、例えば液晶表示装置の基板ガラスの隙間を一定に
保つために使用するスペーサ等に好適に使用される。そ
の他、隠蔽性を必要とする液状封止材では一般的にカー
ボンブラックが使用されているが、カーボンブラックを
添加するとその比表面積の多大さの影響を受け、液状封
止材のチキソトロピー性がでるために満足な物性が得ら
れないものがある。
[Use] The colored spherical silica of the present invention thus obtained is used for electronic materials containing substantially no alkali metal, for example, for keeping a constant gap between substrate glasses of a liquid crystal display device. It is preferably used for spacers and the like. In addition, carbon black is generally used in liquid encapsulating materials that require hiding properties, but when carbon black is added, the thixotropy of the liquid encapsulating material is affected by the large specific surface area. Therefore, there are some which do not have satisfactory physical properties.

【0029】この様な場合、本発明の着色球状シリカを
使用すると着色成分はシリカ中にあるため、その比表面
積の影響を全く受けず、着色成分による隠蔽性とシリカ
の比表面積とフィラーの性能を同時に発現させられる。
また電子材料分野で、処理工程中に高温処理を必要と
し、また隠蔽性を要求する用途にはカーボンブラックで
は高温処理中に酸化消失してしまうが、本発明の着色球
状シリカを使用すれば、酸素雰囲気中でも粒子中のカー
ボンは酸化消失してしまうことなく、好適である。
In such a case, when the colored spherical silica of the present invention is used, since the coloring component is in the silica, it is not affected by the specific surface area at all, and the hiding property by the coloring component, the specific surface area of silica and the performance of the filler are Can be expressed simultaneously.
Further, in the field of electronic materials, high temperature treatment is required during the treatment step, and in applications requiring concealability, carbon black will be lost by oxidation during high temperature treatment, but if the colored spherical silica of the present invention is used, Even in an oxygen atmosphere, carbon in the particles does not disappear by oxidation, which is preferable.

【0030】[0030]

【実施例】以下本発明を実施例により説明する。尚、部
及び%は特にことわりのない限り重量部及び重量%を示
す。 〔実施例1〕温度計、還流器及び攪拌機の付いた4つ口
フラスコにアンモニア水溶液(28%アンモニア水3部
と水3997部よりなる)4000部を入れ、100r.
p.m.で10分間攪拌し、均一なアンモニア水にした。メ
チルトリメトキシシラン700部を5r.p.m.で攪拌しな
がら、水相に混ざらないように速やかに加えた。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples. Parts and% are parts by weight and% by weight, unless otherwise specified. [Example 1] 4000 parts of an aqueous ammonia solution (consisting of 3 parts of 28% ammonia water and 3997 parts of water) was placed in a four-necked flask equipped with a thermometer, a reflux condenser and a stirrer, and 100 r.
Stirred at pm for 10 minutes to make uniform aqueous ammonia. 700 parts of methyltrimethoxysilane was added rapidly with stirring at 5 rpm so that it would not mix with the aqueous phase.

【0031】上層部にメチルトリメトキシシラン層、下
層部にアンモア水層状態に成るようにした。次いで30
r.p.m.て攪拌機を回転させ、2層状態を保ちながらメチ
ルトリメトキシシランとアンモニア水との界面において
加水分解、縮合反応をさせた。反応が進行するに従い、
反応生成物は下層部の水相に浮遊し、白濁した。上層の
油相は消失した。反応を完結するために温度を室温から
60℃に昇温し、3時間攪拌後、室温まで冷却した。
The upper layer is a methyltrimethoxysilane layer, and the lower layer is an ammo water layer. Then 30
The stirrer was rotated with rpm to carry out hydrolysis and condensation reaction at the interface between methyltrimethoxysilane and aqueous ammonia while maintaining the two-layer state. As the reaction progresses,
The reaction product floated in the lower aqueous phase and became cloudy. The upper oil phase disappeared. In order to complete the reaction, the temperature was raised from room temperature to 60 ° C., stirred for 3 hours, and then cooled to room temperature.

【0032】反応生成物は真空濾過機で濾過した。ケー
キの乾燥は200℃の電気乾燥器に入れ乾燥させた。得
られた乾燥物は凝集していたので、ジェットミル粉砕機
を使用して解砕し、白色の粉末を得た。この粒子を走査
型電子顕微鏡で観察したところ、平均粒子径は4.5ミ
クロンで粒子径の揃ったものであった。
The reaction product was filtered with a vacuum filter. The cake was dried by placing it in an electric dryer at 200 ° C. Since the obtained dried product was agglomerated, it was crushed using a jet mill crusher to obtain a white powder. When the particles were observed with a scanning electron microscope, they were found to have an average particle diameter of 4.5 μm and had a uniform particle diameter.

【0033】乾燥ゲル粉末を石英製の容器に70%充填
し、石英の蓋を載せて、電気炉内に入れた。電気炉は1
00℃/時間の速度で600℃まで加熱し、この温度で
4時間保持した。その後、再び100℃/時間の速度で
1000℃まで加熱した。1000℃で1時間保持した
後、ヒーターの電源を切り自然冷却した。
70% of the dried gel powder was filled in a quartz container, a quartz lid was placed on the container, and the container was placed in an electric furnace. The electric furnace is 1
It was heated to 600 ° C. at a rate of 00 ° C./hour and kept at this temperature for 4 hours. Then, it was again heated to 1000 ° C. at a rate of 100 ° C./hour. After holding at 1000 ° C. for 1 hour, the heater was turned off and naturally cooled.

【0034】電気炉から取り出した石英容器の内部を観
察したところ、全体に黒色の粒子で焼成による凝集は見
受けられなかった。この粒子を走査型電子顕微鏡で観察
したところ、平均粒子径は3.5ミクロンで粒子径の揃
ったものであり、粒子が焼結した様子は見受けられなか
った。得られた粒子の電子顕微鏡写真を図1に示す。黒
色粒子をLECO(日本アナリスト社製)で炭素分析し
たところ、炭素含有量は10%であった。
When the inside of the quartz container taken out from the electric furnace was observed, black particles were entirely observed and no aggregation due to firing was found. When the particles were observed with a scanning electron microscope, they had an average particle diameter of 3.5 μm and had a uniform particle diameter, and no appearance of sintering of the particles was found. An electron micrograph of the obtained particles is shown in FIG. When carbon analysis was performed on the black particles by LECO (manufactured by Japan Analyst), the carbon content was 10%.

【0035】またX線回折分析を行ったところ、全体に
なだらかなパターンを描き非晶質であった。この球状シ
リカをふっ化水素水溶液でシリカを分解除去した後、原
子吸光法でアルカリ金属を分析したところ、表1に示す
ようにアルカリ金属の含有量が著しく低かった。また、
この分解液をICP法で分析したところ、表2で示すよ
うにその他の金属も同様に低いレベルであった。
When X-ray diffraction analysis was performed, a gentle pattern was drawn on the whole and it was amorphous. After decomposing and removing the silica from the spherical silica with an aqueous solution of hydrogen fluoride, the alkali metal was analyzed by an atomic absorption method. As a result, as shown in Table 1, the content of the alkali metal was extremely low. Also,
When this decomposed solution was analyzed by the ICP method, as shown in Table 2, the levels of other metals were similarly low.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】[0037]

【表2】 [Table 2]

【0038】〔実施例2〕基本的に実施例1と同じ操作
で、アンモニア水の濃度及び攪拌速度を変え、6.5ミ
クロンの乾燥ゲル粒子を作り、実施例1と同様に110
0℃で1時間焼成し、5.5ミクロンの黒色球状シリカ
を得た。含まれるアルカリ金属を実施例1と同様の方法
で測定したところ表3に示すようであった。
Example 2 Basically the same operation as in Example 1 was carried out, the concentration of ammonia water and the stirring speed were changed, and 6.5 μm dry gel particles were prepared.
Firing at 0 ° C. for 1 hour gave 5.5 micron black spherical silica. When the contained alkali metal was measured by the same method as in Example 1, it was as shown in Table 3.

【0039】[0039]

【表3】 [Table 3]

【0040】〔実施例3〕実施例1と同様に原料を仕込
み、攪拌速度を落として反応したところ、2ミクロンの
乾燥ゲルを得た。これを800℃で1時間の酸素の希薄
な状態で焼成した。焼成後の粉末は褐色であった。この
粉末を再度1200℃で1時間焼成すると平均粒子径
1.5μの黒色球状シリカになった。得られた黒色球状
シリカの電子顕微鏡写真を図2に示す。
Example 3 The same procedure as in Example 1 was repeated except that the starting materials were charged and the reaction was carried out at a reduced stirring speed to give a dry gel of 2 microns. This was fired at 800 ° C. for 1 hour in a lean oxygen state. The powder after firing was brown. When this powder was fired again at 1200 ° C. for 1 hour, black spherical silica having an average particle diameter of 1.5 μ was obtained. An electron micrograph of the obtained black spherical silica is shown in FIG.

【0041】〔実施例4〕温度計、コンデンサー及び攪
拌機を備えた反応機に水680部とフェニルトリメトキ
シシラン990部さらに酢酸0.2部を添加し加水分解
反応をし、透明な液を得た。これを更に4時間攪拌した
のち濾過をした加水分解液を得た。別の反応機に水20
00部と28%アンモニア水100部を入れ、温度を2
5℃にした。これに加水分解液を180分を掛けてした
ところ、粒子が生成し、液は白濁した。これを遠心分離
機にかけ粒子を取り出し、200℃で乾燥した。この粒
子を走査型電子顕微鏡で観察したところ球状で平均粒子
径が0.1ミクロンであった。実施例1と同様の方法で
酸素が希薄な状態で焼成したところ、黒色の球状シリカ
が得られた。
[Example 4] 680 parts of water, 990 parts of phenyltrimethoxysilane and 0.2 part of acetic acid were added to a reactor equipped with a thermometer, a condenser and a stirrer to cause a hydrolysis reaction to obtain a transparent liquid. It was This was further stirred for 4 hours and then filtered to obtain a hydrolyzed liquid. Water 20 in another reactor
Add 00 parts and 100 parts of 28% ammonia water, and set the temperature to 2
The temperature was 5 ° C. When the hydrolysis solution was added thereto for 180 minutes, particles were produced and the solution became cloudy. This was centrifuged and the particles were taken out and dried at 200 ° C. When the particles were observed with a scanning electron microscope, they were spherical and had an average particle diameter of 0.1 micron. When fired in a state where oxygen was diluted in the same manner as in Example 1, black spherical silica was obtained.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明により、アルカリ金属含有量が極
めて少ない黒色球状シリカを容易に得ることができるた
め、電子材料、液状封止材等の用途に好適である。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, black spherical silica having an extremely low content of alkali metal can be easily obtained, which is suitable for applications such as electronic materials and liquid sealing materials.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1で得られた着色球状シリカの粒子構造
を電子顕微鏡写真で表した図面。
FIG. 1 is an electron micrograph showing the particle structure of the colored spherical silica obtained in Example 1.

【図2】実施例3で得られた着色球状シリカの粒子構造
を電子顕微鏡写真で表した図面。
FIG. 2 is an electron micrograph showing the particle structure of the colored spherical silica obtained in Example 3.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非加水分解性の有機置換基を有するシリ
コンアルコキシドを少なくとも30モル%以上含むシリ
コンアルコキシドをアルカリ金属が実質的に存在しない
状態で加水分解して得られた球状シリカゲルを、シリカ
ゲル内の有機物の熱分解温度以上では酸素の希薄な状態
で焼成することにより得られる着色球状シリカ。
1. A spherical silica gel obtained by hydrolyzing a silicon alkoxide containing at least 30 mol% of a silicon alkoxide having a non-hydrolyzable organic substituent in the absence of an alkali metal, in a silica gel. The colored spherical silica obtained by firing in a state where oxygen is diluted above the thermal decomposition temperature of the organic substance.
【請求項2】 アルカリ金属含有量が100ppm未満
であることを特徴とする請求項1記載の着色球状シリ
カ。
2. The colored spherical silica according to claim 1, which has an alkali metal content of less than 100 ppm.
【請求項3】 非加水分解性の有機置換基を有するシリ
コンアルコキシドを少なくとも70モル%以上含むシリ
コンアルコキシドをアルカリ金属が実質的に存在しない
状態で加水分解して球状のシリカゲルを作り、これをシ
リカゲル内の有機物の分解する温度以上で酸素の希薄な
状態で焼成し黒色球状シリカを製造することを特徴とす
る着色球状シリカの製造法。
3. A spherical silica gel is prepared by hydrolyzing a silicon alkoxide containing at least 70 mol% of a silicon alkoxide having a non-hydrolyzable organic substituent in the absence of an alkali metal to form a spherical silica gel. A method for producing colored spherical silica, which comprises producing black spherical silica by firing in a state where oxygen is diluted at a temperature equal to or higher than the temperature at which the organic substances therein decompose.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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