KR100279766B1 - Method for preparing silica slurry for particle growth of pyrolytic silica nucleus and silica particles produced by this method - Google Patents

Method for preparing silica slurry for particle growth of pyrolytic silica nucleus and silica particles produced by this method Download PDF

Info

Publication number
KR100279766B1
KR100279766B1 KR1019980026544A KR19980026544A KR100279766B1 KR 100279766 B1 KR100279766 B1 KR 100279766B1 KR 1019980026544 A KR1019980026544 A KR 1019980026544A KR 19980026544 A KR19980026544 A KR 19980026544A KR 100279766 B1 KR100279766 B1 KR 100279766B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silica
particles
silica particles
teos
pyrolytic
Prior art date
Application number
KR1019980026544A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR19980071914A (en
Inventor
이병구
노현수
양승만
김도현
소재현
이재동
오민호
배선혁
박종식
민병훈
이광진
Original Assignee
이병구
크린크리에티브주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이병구, 크린크리에티브주식회사 filed Critical 이병구
Priority to KR1019980026544A priority Critical patent/KR100279766B1/en
Publication of KR19980071914A publication Critical patent/KR19980071914A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100279766B1 publication Critical patent/KR100279766B1/en

Links

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 tetraethylorthosilicate(이하, 'TEOS'라 칭함)와 물의 가수분해, 축중합반응을 이용하여 모양의 불규칙성과 크기의 제한성을 개선한 것으로서 열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 실리카 슬러리의 제조방법에 관한 것이다. 본 제조방법은 열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 것으로써, 상기 실리카 입자를 증류수에 소정의 시간동안 분산시키는 단계와, 상기 실리카 입자들 중 분산된 것만을 여과시키는 단계와, 상기 분산수용액을 진공증발기로 농축시키기 위해 암모니아수로 염기성분위기를 유지하는 단계와, 상기 염기성분위기에 있는 실리카 입자의 성장핵을 알코올에 녹이는 단계와, 상기 혼합액의 상기 실리카 입자를 개별적으로 분리시키기 위해 소니케이션을 수행하는 단계와, 상기 소니케이션공정 이후 TEOS의 량을 복수등분으로 나누어 상기 분산수용액과 복수회 반복 반응시키는 단계를 포함한다. 이에 따라, 비교적 가격이 저렴하고 널리 상용화되어 있는 열분해 실리카를 핵으로 사용하여 TEOS를 물과 가수분해, 축중합 반응을 시켜 성장시킴으로서, 무게분율(5~10wt%)을 상승시킬 수 있으며, 입자제조에 사용되는 TEOS의 양을 줄일 수 있어 매우 균일하고, 순도가 높은 구형 실리카 입자를 경제적으로 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for preparing silica slurry for particle growth of pyrolytic silica nuclei by improving the irregularity of shape and size limitation by using tetraethylorthosilicate (hereinafter referred to as 'TEOS'), hydrolysis and condensation polymerization of water. will be. The manufacturing method is for growing the particles of pyrolysis silica nuclei, dispersing the silica particles in distilled water for a predetermined time, filtering only the dispersed of the silica particles, and the dispersion solution in a vacuum evaporator Maintaining a base component with ammonia water for concentrating, dissolving the growth nuclei of silica particles in the base component in alcohol, and performing sonication to separately separate the silica particles of the mixed solution; And dividing the amount of TEOS into a plurality of portions after the sonication process and repeating the reaction with the dispersion aqueous solution a plurality of times. Accordingly, by using pyrolytic silica, which is relatively inexpensive and widely commercialized, as a nucleus, TEOS is grown by hydrolysis and condensation polymerization with water, thereby increasing the weight fraction (5-10 wt%) and producing particles. It is possible to reduce the amount of TEOS used in the production of highly uniform, high purity spherical silica particles can be economically produced.

Description

열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 실리카 슬러리의 제조방법Method for preparing silica slurry for grain growth of pyrolytic silica nuclei

본 발명이 실리카 슬러리의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모양의 불규칙성과 크기의 제한성을 tetrae - thylorthosilicate(이하, 'TEOS'라 칭함)와 물의 가수분해, 축중합반응을 이용하여 개선한 것으로서 열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 실리카 슬러리의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a silica slurry, and more particularly, to improve irregularity of shape and size limitation by using tetrae-thylorthosilicate (hereinafter referred to as 'TEOS'), water hydrolysis, and polycondensation reaction. The present invention relates to a method for producing a silica slurry for particle growth of pyrolytic silica nuclei.

일반적으로 구형의 단분산 실리카 입자는 염기성분위기하에서 알콜용매에 TEOS를 물과 가수분해(Hydrolysis) 및 축중합(Condesation polymerization) 반응을 시켜 형성한 것으로, 초기에 스토버(Stober)에 의해 연구 제조되었다. 이와 같은 단분산계의 실리카 입자는 균일한 크기와 모양을 갖는 입자로서 화인 세라믹스, 도료, 의약품, 사진 감광제 등 매우 광범위한 분야에서 활용되고 있으며, 그 산업적인 부가가치는 매우 높다.In general, spherical monodisperse silica particles were formed by hydrolysis and condensation polymerization of TEOS with water in an alcohol solvent under a basic atmosphere, which was initially studied by Stober. . Such monodisperse silica particles are particles having a uniform size and shape, and are used in a wide range of fields such as fine ceramics, paints, pharmaceuticals, and photographic photosensitizers, and their industrial added value is very high.

스토버는 무기재료 공정에서 많은 연구가 진행되어지고 있는 솔젤법(Sol-gel-method)을 이용하여 다성분계에서 화학적 균일성이 뛰어나고, 상대적으로 낮은 소결온도에서도 높은 비표면적을 갖도록 한 염기성분위기에서 단분산 실리카(silica, SiO2) 입자를 얻어내는 획기적인 발견을 하였다.The Stover uses the Sol-gel-method, which has been studied a lot for inorganic materials, and has excellent chemical uniformity in multicomponent systems, and has a high specific surface area even at a relatively low sintering temperature. A breakthrough was made in obtaining dispersed silica (SiO 2 ) particles.

이와 같은 솔젤법에 의한 TEOS(Si(OC2H5)4)의 중합반응은 사용되는 산 혹은 염기의 촉매에 따라서 변화하는데, 통상적으로 산촉매를 사용할 경우, 입자로의 성장보다는 3차원적인 망상구조의 젤이 형성되며, 염기촉매(일반적으로 암모니아 또는 암모니아수)를 사용할 경우에는 구형의 입자가 형성되도록 한다. 이 때, 통상적으로 마이크로미터 이하의 구형 실리카 생성을 목적으로 할 경우 높은 pH에서 반응한다. 두 과정 모두 TEOS의 가수분해와 축중합 반응의 단계를 거치는데, 통상의 알려진 반응식은 다음과 같다.The polymerization reaction of TEOS (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) by the sol-gel method is changed depending on the catalyst of the acid or base used. Generally, when an acid catalyst is used, three-dimensional network structure rather than growth into particles is used. Gels are formed, and when using a base catalyst (generally ammonia or ammonia water), spherical particles are formed. At this time, the reaction is typically performed at high pH for the purpose of producing spherical silica of micrometer or less. Both processes go through the steps of hydrolysis and polycondensation of TEOS. The conventional reaction scheme is as follows.

Si(OC2H5)4+ 4H2O → Si(OH)4+ 4C2H5OHSi (OC 2 H 5 ) 4 + 4H 2 O → Si (OH) 4 + 4C 2 H 5 OH

Si(OH)4→ SiO2+ 2H2OSi (OH) 4 → SiO 2 + 2H 2 O

이와 같은 솔젤법을 통해서 단분산 구형 입자의 제조는 암모니아 촉매 하에서 TEOS를 가수분해반응과 축합 반응을 통해 구형 입자가 성장되는데, TEOS농도와 물의 농도, 암모니아의 농도, 반응온도 등의 매우 다양한 변수에 의해 영향을 받기 때문에 정확한 반응기구는 여전히 연구되고 있다.In the production of monodisperse spherical particles through the sol-gel method, the spherical particles are grown by hydrolysis and condensation reaction of TEOS under an ammonia catalyst, and the various variables such as TEOS concentration, water concentration, ammonia concentration and reaction temperature The exact reactor mechanism is still being studied since it is influenced by it.

최근에 비교적 가격이 저렴하고, 널리 상용화되어 있는 열분해 실리카를 핵으로 사용하여 TEOS를 물과 가수분해, 축중합 반응을 일으켜 성장시킴으로서 스토버방법의 단점을 극복할 수 있는 제안들이 연구되는 추세에 있다.In recent years, proposals have been made to overcome the shortcomings of the Stower method by growing TEOS by hydrolysis and condensation polymerization with water using relatively inexpensive and widely commercialized pyrolytic silica as a nucleus. .

즉, 보그쉬(G. H. Bogush, M. ATracy, C. F .Zukoski IV, J. Non - Cryst. Solid. 104, 95, 1998) 등은 기존의 스토버 등이 제조한 실리카 입자를 결정핵(Seed)으로 사용하여 TEOS를 가수분해, 중합반응을 통해 실리카 입자를 성장시키고 무게분율을 높이는데, 다양한 농도의 TEOS, 암모니아, 물을 사용한 입자성장 반응을 통해서 각 반응물 농도와 입자크기의 상관관계식을 제시하고 또한, 코에넨(S. Coenen) 등은 콜로이드 실리카(Ludox AS-40)를 핵으로 사용하여 보다 고농도의 균일한 크기의 실리카 입자분산계를 제조하였다.That is, Bogush (GH Bogush, M. ATracy, C. F. Zukoski IV, J. Non-Cryst. Solid. 104, 95, 1998) and the like are used to determine the silica particles prepared by the conventional stover and the like. ) To grow silica particles and increase the weight fraction through the hydrolysis and polymerization reaction of TEOS. The correlation between the concentration of each reactant and the particle size is presented through particle growth reaction using TEOS, ammonia and water of various concentrations. In addition, S. Coenen et al prepared colloidal silica (Ludox AS-40) as a nucleus to produce a silica particle dispersion system of higher concentration and uniform size.

따라서, 수nm~수십nm크기의 균일한 분포크기를 갖는 입자제조에 많은 연구가 진행되어지고 있는 안정성이 매우 높은 단분산계의 입자는 광학적, 자기적, 동전기적 콜로이드 물성(electrodynamice colloidal physical property)이 균일하다는 장점을 가진다.Thus, highly stable monodisperse particles, which have been widely studied for the production of particles with uniform distribution sizes ranging from several nm to several tens of nm, have optical, magnetic, and electrodynamic colloidal physical properties. It has the advantage of being uniform.

그런데, 상술한 바와 같이 현재 상용화되어 널리 사용되는 침전법으로 제조된 루독스(Ludox)의 경우, 20nm 내외의 매우 작은 실리카 입자로 구성되어 있고, 솔젤법으로 제조된 입자들에 비해 상대적으로 입자들의 크기분포가 넓다. 그리고, 기상법으로 제조된 열분해 실리카의 경우도 역시 대부분 40nm 이하의 크기와 넓은 크기분포를 가지며, 입자의 형태가 불규칙하다는 단점을 가진다. 또한, 상기와 같은 방법으로 제조된 구형의 실리카 입자들의 경우 크기가 균일하고 순도가 높은 반면에, 무게분율(weight fraction)이 너무 낮으며, 반응물인 TEOS의 가격이 매우 고가인 단점을 가지므로 실제적인 산업응용이 거의 불가능하고, 모델입자로서 연구 혹은 실험용의 극히 제한적인 용도로만 사용되고 있는 문제점이 있다.However, as described above, in the case of the currently commercialized and widely used precipitation method (Ludox) is composed of very small silica particles of about 20nm, compared to the particles produced by the sol-gel method Wide size distribution In addition, in the case of pyrolytic silica prepared by the gas phase method, most of them also have a size of 40 nm or less and a wide size distribution, and have disadvantages of irregular particle shapes. In addition, the spherical silica particles prepared by the above method has the disadvantage that the size of the uniformity and high purity, while the weight fraction is too low, the price of the reactant TEOS is very expensive. There is a problem that the industrial application is almost impossible, and it is used only as an extremely limited use for research or experiment as a model particle.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 일본에서는 특개평6-48720호와 같은 즉 실리카입자의 제조방법을 발명한 바, 이는 실리카시드를 원하는 일정한 크기의 입자로 형성하도록 하기 위하여 알콜과 암모니아수와의 혼합용매로 분산시키고, 초음파를 사용하여 입자를 개별적으로 분리시키는 소니케이션을 소정의 시간동안 수행한다. 이 때, 상기 암모니아수를 사용하여 분산수용액을 pH 10정도로 유지시킨다. 이와 같은 수용액에 TEOS반응물질을 통상적인 입자체적과 반응물질의 비로써 알맞게 산정하여 일정한 크기로 성장하도록 주입한다. 여기서, 상기 TEOS의 반응시간은 충분하게 상기 입자가 성장할 수 있도록 한 시간으로 한다.In order to solve the above problems, Japan has invented a method for preparing silica particles, such as Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-48720, which is a mixed solvent of alcohol and ammonia water in order to form silica seeds into particles of a desired size. The sonication is performed for a predetermined time by dispersing the particles into pieces and separating the particles individually using ultrasonic waves. At this time, the aqueous dispersion solution is maintained at a pH of about 10 using the ammonia water. Into such an aqueous solution, the TEOS reactant is injected to grow to a constant size by properly calculating the ratio of the conventional particle volume and the reactant. Here, the reaction time of the TEOS is one hour to allow the particles to grow sufficiently.

그런데, 상기와 같은 실리카 입자의 제조방법은 실리카 입자가 충분하게 성장되지만, 그 입자의 크기가 일정하지 못하고, 불균일성을 이루기 때문에 2차적으로 일정한 크기의 입자만으로 거르기 위해 특수한 필터링공정을 거쳐 사용하는 불편한 문제점이 있으며, 이와 같은 공정을 수행하므로 공정이 증가하여 생산성이 떨어지고, 이의 장비를 구축하는 비용이 증가하여 생산단가가 인상되는 문제점이 있다.By the way, in the method of producing the silica particles as described above, the silica particles are sufficiently grown, but the size of the particles is not constant, and because of the non-uniformity, it is inconvenient to use a special filtering process to filter only the particles having a second constant size. There is a problem, and because the process is performed, the process is increased, the productivity is reduced, the cost of building the equipment is increased, there is a problem that the production cost is increased.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로써, 솔젤법의 단점인 경제성을 높이고, 원하는 크기의 단분산 실리카 입자를 제조하기 위하여 기존의 상용화된 열분해 실리카인 수십nm 크기의 실리카 입자들을 핵으로 사용한 솔젤법을 통해 입자성장 반응시키고, 조작변수조건(핵의 농도와 TEOS의 양)의 변화와 시간차를 갖는 TEOS의 주입에 의한 최종 생성입자의 크기와 모양을 가변 조절하는 열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 실리카 슬러리의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, to improve the economics of the disadvantages of the Sol-gel method, and to produce silica particles of several tens of nm size, which is conventionally commercialized pyrolytic silica, in order to produce monodisperse silica particles of a desired size. The pyrolysis silica nucleus is used for the particle growth reaction through the sol-gel method used as the nucleus, and variably controls the size and shape of the final particles produced by the injection of TEOS having a time difference and a change in operating parameter conditions (nucleus concentration and amount of TEOS). It is an object of the present invention to provide a method for producing a silica slurry for grain growth.

제1도 및 제2도는 본 발명에 따른 열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 실리카 슬러리의 제조방법에 의해 제조된 실리카 입자의 투과 현미경사진이고,1 and 2 are transmission micrographs of silica particles prepared by a method for preparing silica slurry for particle growth of pyrolytic silica nuclei according to the present invention.

제3도는 성장핵없이 TEOS만으로 성장시킨 실리카 슬러리의 제조방법에 의해 제조된 실리카 입자의 투과 현미경사진이다.3 is a transmission micrograph of silica particles prepared by the method for preparing silica slurry grown only with TEOS without growth nuclei.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 것으로써, 상기 실리카 입자를 증류수에 소정의 시간동안 분산시키는 단계와, 상기 실리카 입자들 중 분산된 것만을 여과시키는 단계와, 상기 분산수용액을 진공증발기로 농축시키기 위해 암모니아수로 염기성분위기를 유지하는 단계와, 상기 염기성분위기에 있는 실리카 입자의 성장핵을 알코올에 녹이는 단계와, 상기 혼합액의 상기 실리카 입자를 개별적으로 분리시키기 위해 소니케이션을 수행하는 단계와, 상기 소니케이션공정 이후 TEOS의 량을 복수등분으로 나누어 상기 분산수용액과 복수회 반복 반응시키는 단계를 포함하는 열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 실리카 슬러리의 제조방법에 의해 달성된다.The object is, according to the present invention, for the particle growth of the pyrolytic silica nucleus, dispersing the silica particles in distilled water for a predetermined time, and filtering only the dispersed of the silica particles, and Maintaining a base atmosphere with ammonia water to concentrate the dispersion solution with a vacuum evaporator, dissolving the growth nuclei of the silica particles in the base atmosphere in alcohol, and separately separating the silica particles in the mixture solution. It is achieved by a method of producing a silica slurry for particle growth of the pyrolytic silica nucleus, comprising the step of performing, and the step of dividing the amount of TEOS after the sonication step into a plurality of portions and repeating the reaction with the dispersion solution a plurality of times.

또한, 상기 분산된 실리카 입자만을 복수회 여과시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further include the step of filtering the dispersed silica particles only a plurality of times.

여기서, 상기 성장핵으로 사용하는 열분해 실리카 입자의 농도를 적어도 0.002g/ml로 하는 것이 바람직하다.Here, the concentration of the pyrolytic silica particles used as the growth nucleus is preferably at least 0.002 g / ml.

그리고, 상기 TEOS에 대한 열분해 실리카와의 몰비가 적어도 0.5몰 정도로 되게 조정하고, pH는 적어도 9~11.5정도가 되게 조절하는 것이 바람직하다.Then, the molar ratio with the pyrolytic silica to the TEOS is adjusted to be at least about 0.5 mol, and the pH is preferably adjusted to be at least about 9 ~ 11.5.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 실리카 슬러리의 제조방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1 및 도 2은 본 발명에 따른 열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 실리카 슬러리의 제조방법에 의해 제조된 실리카 입자의 투과 현미경사진이고, 도 3은 성장핵없이 TEOS만으로 성장시킨 실리카 슬러리의 제조방법에 의해 제조된 실리카 입자의 투과 현미경사진이다.Hereinafter, a method for preparing a silica slurry for particle growth of pyrolytic silica cores according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 and 2 are transmission micrographs of silica particles prepared by a method for preparing silica slurry for particle growth of pyrolytic silica nuclei according to the present invention, and FIG. 3 is a method for preparing silica slurry grown only with TEOS without growth nuclei. Transmission micrograph of the silica particles produced by the.

먼저, 기상법으로 제조된 열분해 실리카 입자를 성장핵으로 사용하고 TEOS를 전구체로 사용하는 솔젤법을 통해서 구형의 균일한 크기의 실리카 입자를 제조하는 방법을 제안한다.First, a method of producing spherical uniform size silica particles is proposed through a sol-gel method using pyrolytic silica particles prepared by gas phase as a growth nucleus and TEOS as a precursor.

즉, 열분해 실리카를 성장핵으로 사용할 경우, 열분해 실리카의 농도와 입자성장반응에 참여하는 TEOS의 양과 성장핵으로 사용되는 열분해 실리카의 분산성이 최종적으로 얻어지는 실리카 입자의 모양과 크기, 크기분포, 무게분율 등에 중요한 영향을 주게된다. 이 때, 기상법으로 제조된 열분해 실리카 입자로는 에어로실(aerosil ; Degussa Co) OX - 50을 사용한다.In other words, when pyrolytic silica is used as a growth nucleus, the shape, size, size distribution, and weight of the silica particles finally obtained by the concentration of pyrolysis silica, the amount of TEOS participating in the particle growth reaction, and the dispersibility of the pyrolysis silica used as the growth nucleus. It will have an important effect on the fraction. At this time, aerosil (Aerosil; Degussa Co) OX-50 is used as the pyrolytic silica particles produced by the gas phase method.

우선, 고체상의 열분해 실리카 입자를 증류수에 분산시킨다. 이 때, 열분해 실리카 입자들이 충분히 분산되지 않고 입자들 끼리 뭉쳐지기가 쉬우므로 충분한 전처리과정을 거친 후에 반응을 수행하는 것이 선행되어야 한다.First, the solid pyrolytic silica particles are dispersed in distilled water. At this time, since the pyrolytic silica particles are not sufficiently dispersed and the particles are easily aggregated, the reaction must be preceded by sufficient pretreatment.

전처리과정으로는 열분해 실리카 입자를 물에 분산시키고 일주일에서 열흘 정도 장시간 동안 침전시켜 아주 크게 응집된 입자들을 침전시킨 후에 단일입자로 분산되어 있는 것만을 취해 균일한 크기의 입자들만으로 구성된 상층액만을 거름종이를 사용하여 여과를 수 차례 수행한다. 처리된 에어로 실 OX-50 분산수용액은 무게분율이 매우 낮기 때문에, 진공증발기로 농축시키기 위해 암모니아수를 사용하여 pH 10정도로 유지시키고, 초음파를 사용하여 입자를 개별적으로 분리시키는 소니케이션(sonication)을 적어도 10분정도 수행한다. 이 때, 소니케이션은 25분에서 30분 정도로 수행하는 것이 바람직하다.In the pretreatment process, the pyrolytic silica particles are dispersed in water and settled for a long time from one week to ten days to precipitate very large aggregated particles, and then only those dispersed in single particles are taken into account. Perform filtration several times using. Since the treated Aerosil OX-50 dispersion is very low in weight, it is maintained at pH 10 using ammonia water for concentration in a vacuum evaporator and at least for sonication that separates the particles individually using ultrasonic waves. Run for about 10 minutes. At this time, it is preferable to perform the sonication for about 25 to 30 minutes.

이와 같은 성장핵의 전처리과정을 통해서 증류수에 고르게 분산된 열분해 실리카 입자의 농도를 0.002~0.2g/ml정도로 유지하고, 열분해 실리카의 수용액 부피에 비해 적어도 4배의 에틸알콜을 용매로 사용하는 것이 바람직하다. 용매인 에틸알콜을 미리 반응기에 넣고 항온조를 사용하여 온도를 25℃로 고정한 후 암모니아수를 첨가하여 pH 11~11.5의 범위가 되도록 한다. 다음에 미리 앞서 제조한 성장핵인 열분해 실리카를 포함한 수용액을 가하고, 최종적으로 TEOS에 대해 열분해 실리카와의 몰비가 1~2몰 정도 되도록 첨가하여 적어도 10시간에서 30시간 반응시켜 실리카 입자를 성장시킨다. 이 때, TEOS는 소정의 량을 적어도 한 번 주입하는데, 바람직하게는 소정의 시간 간격을 두고 두 번에서 세 번에 걸쳐 나누어 주입하는 것이 더욱 균일한 크기의 실리카 입자를 얻을 수 있고, 다수 번으로 나누어 주입하므로 반응 중에 실릴산(silicic acid)의 농도가 높아지지 않도록 하기에 겔화현상을 막을 수 있다. 특히, 상기 TEOS의 기준량을 10회 이상 나누어 투입하여 반응시킨 반복 횟수에 따라 상기 실리카 입자의 크기를 원하는 크기로 조절할 수 있다. 예를들어, 상기 기준량을 10회로 나누어 반응시킬 경우, 입자의 크기가 10스케일(scale)로 성장시킬 수 있으면, 그 10회중 2회나 3회정도 또는 6회나 7회정도로 반응시킬 그 입자의 크기를 2내지 3스케일 또는 6내지 7스케일로 성장되어 원하는 크기로 자유자재로 입자의 성장을 조절할 수 있다.It is preferable to maintain the concentration of pyrolytic silica particles evenly dispersed in distilled water to about 0.002 ~ 0.2g / ml through the pre-treatment of the growth nucleus, and to use at least 4 times the ethyl alcohol as a solvent compared to the volume of the aqueous solution of pyrolytic silica. Do. Ethyl alcohol as a solvent is put in the reactor in advance, and the temperature is fixed at 25 ° C. using a thermostat, and then ammonia water is added so that the pH is in the range of 11 to 11.5. Next, an aqueous solution containing pyrolytic silica, which is a growth nucleus prepared in advance, is added in advance, and finally, the molar ratio with pyrolytic silica to TEOS is added in an amount of about 1 to 2 mol, and the silica particles are grown by reacting at least 10 hours for 30 hours. At this time, TEOS injects a predetermined amount at least once, and preferably, two to three injections are divided at predetermined time intervals to obtain more uniform silica particles. Since the injection is divided, the gelation phenomenon can be prevented so as not to increase the concentration of silicic acid during the reaction. In particular, the size of the silica particles can be adjusted to a desired size according to the number of times of the reaction by dividing the reference amount of the TEOS 10 times or more. For example, in the case of reacting by dividing the reference amount by 10 times, if the size of the particles can be grown to 10 scale, the size of the particles to be reacted 2 or 3 times or 6 or 7 times of the 10 times is determined. It can grow to 2 to 3 scales or 6 to 7 scales to control the growth of particles freely to the desired size.

따라서, 열분해 실리카를 성장핵으로 하는 입자 성장법을 통해서 최종 무게분율을 5~10%정도로 향상시킬 수 있다.Therefore, the final weight fraction can be improved to about 5 to 10% through the particle growth method using pyrolytic silica as a growth nucleus.

상술한 바와 같은 본 발명의 열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 실리카 슬러리의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 실리카 입자를 실시예를 들어 더 상세하게 설명하기로 한다.The silica slurry produced by the method for producing a silica slurry for particle growth of the pyrolytic silica nucleus of the present invention as described above will be described in more detail with reference to Examples.

[실시예 1]Example 1

열분해 실리카인 에어로실 OX - 50을 성장핵으로 사용하여 입자 성장의 조건과 반응절차는 다음의 표1과 같다.Pyrolytic silica, Aerosil OX-50, is used as a growth nucleus.

1)반응조건1) Reaction condition

2)반응절차2) Reaction Procedure

상기와 같은 표1과 표2에서 반응조건과 절차 즉 A의 경우는 용매로 사용되는 알콜을 메틸알콜(methylalcohol)과 에틸알콜(ethylalcohol)을 사용했을 경우를 비교한 것이며, B의 경우는 최종 pH조절을 암모니아수로 행한 경우와 tetramethylammoniumhydroxide (이하, 'TMAH'라 칭함)를 사용한 경우를 비교한 것이다.In Table 1 and Table 2, the reaction conditions and procedures, that is, in the case of A, is compared with the case of using the alcohol used as the solvent methyl alcohol (methylalcohol) and ethyl alcohol (ethylalcohol), in the case of B the final pH This is a comparison between the case where the control was performed with ammonia water and the case where tetramethylammoniumhydroxide (hereinafter referred to as 'TMAH') was used.

상기와 같은 반응조건과 반응절차에 의해서 성장된 실리카는 도 1에 도시된 바와 같이, 알콜올로서 에탄올을 사용할 경우 메탄올을 사용한 경우보다 상대적으로 큰 입자를 얻을 수 있으며, 좀 더 단분산계에 가까운 크기분포를 보임을 알 수 있으며, 암모니아수를 최종 pH조절에 사용한 경우 입자의 형태가 구형에 가깝고, 균일한 크기분포를 가짐을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 1, the silica grown by the reaction conditions and the reaction procedure as described above, when ethanol is used as the alcoholol, relatively large particles can be obtained, and the size is closer to the monodispersed system. It can be seen that the distribution, and when the ammonia water is used for the final pH control, the particle shape is close to the spherical shape, it can be seen that it has a uniform size distribution.

[실시예 2]Example 2

초기성장핵으로 사용되는 열분해 실리카 입자의 분산성을 향상시키기 위하여 에어로실 OX-50 입자를 물에 분산시키고 일주일에서 열흘정도 장시간 동안 침전시켜 아주 크게 응집된 입자들을 침전시킨 후 상층액 만을 거름종이를 사용하여 필터링을 수 차례 수행한다. 이렇게 전처리된 에어로실 OX-50 분산수용액은 무게농도가 매우 낮기 때문에, 암모니아수를 사용하여 pH를 10정도로 유지시킨 후에 진공증발기를 사용하여 농축시키고 성장 반응시킨다.In order to improve the dispersibility of pyrolytic silica particles used as early growth nuclei, aerosil OX-50 particles were dispersed in water and precipitated for a long time from one week to ten days to precipitate very large aggregated particles. Filter several times. Since the pre-treated Aerosil OX-50 dispersion solution is very low in weight, the pH is maintained at about 10 using ammonia water, followed by concentration and growth reaction using a vacuum evaporator.

여러 단계로의 전처리를 위해 제조된 열분해 실리카 분산액을 사용한 입자 성장 실험을 다음의 표3과 같은 반응조건으로 수행된다.Particle growth experiments using pyrolytic silica dispersions prepared for several steps of pretreatment were carried out under the reaction conditions shown in Table 3 below.

여기서는 TEOS를 24시간동안의 충분한 간격을 두고 순차적으로 첨가해서 반응을 진행한다. 이 때, 전처리 완료된 시료는 5-1, 6-1이고, TEOS 투입을 완료한 시료는 5-2, 6-3이다. 좀 더 균일한 입자 크기 분포를 얻기 위해서 반응에 참여하는 TEOS의 양을 약간 감소시켜 물과 알코올의 조성을 변화시킨다.In this case, the reaction is carried out by sequentially adding TEOS at sufficient intervals for 24 hours. At this time, the pre-processed samples are 5-1, 6-1, and the sample of TEOS input is 5-2, 6-3. To obtain a more uniform particle size distribution, the amount of TEOS involved in the reaction is slightly reduced to change the composition of water and alcohol.

이와 같이 반응이 진행될수록 pH는 낮아지는 경향을 보이는데, 이를 보완하기 위하여 암모니아수를 이용하여 낮아지는 pH를 11.0~11.5의 범위로 유지되도록 조절한다. 이렇게 제조된 실리타 입자들은 도 2에 도시된 봐 같이, 입자들의 분산성이 매우 향상된 결과를 두 가지 경우에서 모두 확인할 수 있으며, 거의 완전한 구형에 가까운 모양으로 성장되어 있다. 이 때, 실리카 입자의 크기는 수십nm정도로 작게 성장되어 있다.As the reaction proceeds as described above, the pH tends to be lowered. In order to compensate for this, the pH lowered by using ammonia water is adjusted to be maintained in the range of 11.0 to 11.5. As shown in FIG. 2, the thus-produced silita particles are found to have a very improved dispersibility of the particles in both cases, and are grown to have a shape almost close to a perfect sphere. At this time, the size of the silica particles is small, about tens of nm.

한편, 성장핵 즉, 결정핵(Seed)을 사용하지 않은 입자제조의 반응물 조성은 다음의 표4와 같다.On the other hand, the reaction composition of the production of the growth nucleus, that is, the particle without a seed (Seed) is shown in Table 4 below.

상기 표4에 의해 제조된 실리카 입자의 모양과 크기는 도 3에 도시된 바와 같이, 반응에 참여한 TEOS의 양에 비례하고 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 3, the shape and size of the silica particles prepared in Table 4 may be proportional to the amount of TEOS participating in the reaction.

즉, TEOS의 양이 증가하여 입자의 크기가 증가할수록 입자들의 크기분포가 커짐을 알 수 있으며, 결정핵을 사용하지 않은 솔벨법을 사용하여 제조한 입자의 크기는 40~50nm 와 90~100nm정도의 분포크기로서 상당히 균일한 구형입자를 가짐을 알 수 있다. 그러나, 이러한 순수한 솔 - 젤 반응을 통해 제조된 실리카 현탁액의 경우 그 무게분율이 2~3wt%정도로 매우 낮으며, 솔-젤 반응의 전구체인 TEOS의 가격이 너무 높아서 실제 상용화에 어려움이 있을 수 있다.In other words, the size distribution of the particles increases as the size of TEOS increases and the size of the particles increases.The size of particles prepared by using the Sobel method without using crystal nuclei is about 40-50 nm and about 90-100 nm. It can be seen that the distribution size of has a fairly uniform spherical particle. However, the silica suspension prepared through this pure sol-gel reaction has a very low weight fraction of 2 to 3 wt%, and the price of TEOS, a precursor of the sol-gel reaction, is too high, which may cause difficulties in actual commercialization. .

본 발명은 비교적 가격이 저렴하고 널리 상용화되어 있는 열분해 실리카를 핵으로 사용하여 TEOS를 물과 가수분해, 축중합 반응을 시켜 성장시킴으로서, 무게분율(5~10wt%)을 상승시킬 수 있으며, 입자제조에 사용되는 TEOS의 양을 줄일 수 있어 매우 균일하고, 순도가 높은 구형 실리카 입자를 경제적으로 제조할 수 있는 효과가 있다.The present invention is relatively inexpensive and widely commercialized using pyrolytic silica as a nucleus to grow TEOS by hydrolysis and condensation polymerization with water, thereby increasing the weight fraction (5 ~ 10wt%), producing particles It is possible to reduce the amount of TEOS used in the very uniform, high-purity spherical silica particles can be economically produced.

Claims (4)

열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 실리카 슬러리의 제조방법에 있어서 ; 상기 실리카 입자를 증류수에 소정의 시간동안 분산시키는 단계와 ; 상기 실리카 입자들 중 분산된 것만을 여과시키는 단계와 ; 상기 분산수용액을 진공증발기로 농축시키기 위해 암모니아수로 염기성분위기를 유지하는 단계와 ; 상기 염기성분위기에 있는 실리카 입자의 성장핵을 알코올에 녹이는 단계와 ; 상기 혼합액의 상기 실리카 입자를 개별적으로 분리시키기 위해 소니케이션을 수행하는 단계와 ; 상기 소니케이션공정 이후 TEOS의 량을 복수등분으로 나누어 상기 분산수용액과 복수회 반복 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 실리카 슬러리의 제조방법.A method for producing a silica slurry for grain growth of pyrolytic silica nuclei; Dispersing the silica particles in distilled water for a predetermined time; Filtering only the dispersed ones of the silica particles; Maintaining a base component with ammonia water to concentrate the dispersion solution with a vacuum evaporator; Dissolving the growth nuclei of the silica particles in the base component crisis in alcohol; Performing sonication to separately separate the silica particles of the mixed solution; And diluting the amount of TEOS into a plurality of portions after the sonication process, and repeatedly reacting the dispersion solution with the dispersion solution a plurality of times. 제1항에 있어서, 상기 성장핵으로 사용하는 열분해 실리카 입자의 농도를 적어도 0.002g/ml로 하는 것을 특징으로 하는 열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 실리카 슬러리의 제조방법.The method of claim 1, wherein the concentration of the pyrolytic silica particles used as the growth nucleus is at least 0.002 g / ml. 제1항에 있어서, 상기 TEOS에 대한 열분해 실리카와의 몰비가 적어도 0.5몰 정도로 되게 조정하고, pH는 적어도 9~11.5정도가 되게 조절하는 것을 특징으로 하는 열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 실리카 슬러리의 제조방법.According to claim 1, wherein the molar ratio of the pyrolytic silica to the TEOS is adjusted to at least about 0.5 mol, pH is adjusted to at least about 9 ~ 11.5 of the silica slurry for the growth of the particles of the pyrolytic silica nucleus Manufacturing method. 제1항에 있어서, 상기 분산된 실리카 입자만을 복수회 여과시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열분해 실리카 핵의 입자성장을 위한 실리카 슬러리의 제조방법.The method of claim 1, further comprising the step of filtering the dispersed silica particles only a plurality of times.
KR1019980026544A 1998-07-02 1998-07-02 Method for preparing silica slurry for particle growth of pyrolytic silica nucleus and silica particles produced by this method KR100279766B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980026544A KR100279766B1 (en) 1998-07-02 1998-07-02 Method for preparing silica slurry for particle growth of pyrolytic silica nucleus and silica particles produced by this method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980026544A KR100279766B1 (en) 1998-07-02 1998-07-02 Method for preparing silica slurry for particle growth of pyrolytic silica nucleus and silica particles produced by this method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19980071914A KR19980071914A (en) 1998-10-26
KR100279766B1 true KR100279766B1 (en) 2001-03-02

Family

ID=65899537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980026544A KR100279766B1 (en) 1998-07-02 1998-07-02 Method for preparing silica slurry for particle growth of pyrolytic silica nucleus and silica particles produced by this method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100279766B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0648720A (en) * 1992-07-30 1994-02-22 Ube Nitto Kasei Co Ltd Production of silica particle

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0648720A (en) * 1992-07-30 1994-02-22 Ube Nitto Kasei Co Ltd Production of silica particle

Also Published As

Publication number Publication date
KR19980071914A (en) 1998-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4842837A (en) Process for producing fine spherical silica
KR101417004B1 (en) Production and use of polysilicate particulate materials
CN1974385B (en) Preparation process of monodispersive silica sol
CN101492164A (en) Method of manufacturing monodisperse silicon dioxide microsphere
US20140356272A1 (en) Volume production method for uniformly sized silica nanoparticles
WO1995007858A1 (en) Process for forming large silica spheres by low temperature nucleation
JPS6252119A (en) Production of silica particle
Patwardhan et al. Formation of fiber-like amorphous silica structures by externally applied shear
CN111302347B (en) Preparation method of high-purity large-particle-size silica sol
CN103601201B (en) Monodisperse mesoporous monox nanometer particle and synthetic method thereof
KR100279766B1 (en) Method for preparing silica slurry for particle growth of pyrolytic silica nucleus and silica particles produced by this method
JP3746301B2 (en) Method for producing spherical silica particles
JPS63310714A (en) Silica particles
JP3313771B2 (en) Method for producing inorganic oxide particles
KR101595792B1 (en) Preparation of size-controlled silica-zirconia composite sol by sol-gel
KR100575845B1 (en) A process for preparing ultra-fine particles of titanium oxide and their colloidal solution
JP3354650B2 (en) Method for producing silica particles
KR20030017201A (en) Mesoporous transition metal oxide thin film and powder and preparation thereof
JP3123652B2 (en) Method for producing spherical silica
CN112978737A (en) Preparation method of nano silicon oxide particles with uniform particle size
KR20090027824A (en) Method of manufacturing silica particles with high purity and spherical shape
JP2002068727A (en) Method for manufacturing high purity silica
JPH0829933B2 (en) Method for producing spherical silica
JPH0258214B2 (en)
CN110422854B (en) Preparation method of pure silicon beta molecular sieve nanocrystal

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
G15R Request for early opening
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121106

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130906

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141229

Year of fee payment: 15

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151027

Year of fee payment: 16

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161101

Year of fee payment: 17

LAPS Lapse due to unpaid annual fee