JP6552159B2 - シリカ被覆有機物粒子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
前記解砕工程にて得られたシリカ粒子と前記シリカ粒子の一次粒子よりも体積平均粒径が大きい有機物粒子とを混合して前記有機物粒子の表面に前記シリカ粒子を付着させる混合工程とを有し、
前記原料シリカ粒子は、
水を含む液状媒体中でシランカップリング剤およびオルガノシラザンによって表面処理する表面処理工程と、
前記液状媒体を除去する工程と、
をもつ前処理工程にて処理されており、
該シランカップリング剤は、3つのアルコキシ基と、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基と、を持ち、
該シランカップリング剤と該オルガノシラザンとのモル比は、該シランカップリング剤:該オルガノシラザン=1:2〜1:10である。
(2)前記表面処理工程は、
前記シランカップリング剤で処理する第1の処理工程と、
前記オルガノシラザンで処理する第2の処理工程と、を持ち、
該第2の処理工程は、該第1の処理工程後に行う。
(3)上記課題を解決する本発明のシリカ被覆有機物粒子は、一次粒子の体積平均粒径が200nm以下、嵩密度が450g/L以下であるシリカ粒子と、
前記シリカ粒子の一次粒子よりも体積平均粒径が大きく前記シリカ粒子が表面に付着する有機物粒子とを有し、
前記シリカ粒子は、式(1):−OSiX1X2X3で表される官能基と、式(2):−OSiY1Y2Y3で表される官能基とを表面にもつ。(上記式(1)、(2)中;X1はフェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基であり;X2、X3は−OSiR3及び−OSiY4Y5Y6よりそれぞれ独立して選択され;Y1はRであり;Y2、Y3はR及び−OSiY4Y5Y6よりそれぞれ独立して選択される。Y4はRであり;Y5及びY6は、R及び−OSiR3からそれぞれ独立して選択され;Rは炭素数1〜3のアルキル基から独立して選択される。なお、X2、X3、Y2、Y3、Y5、及びY6の何れかは、隣接する官能基のX2、X3、Y2、Y3、Y5、及びY6の何れかと−O−にて結合しても良い。)
難燃剤は樹脂材料などに混合することで得られる樹脂組成物における難燃性を向上したり、難燃性を付与したい対象物(織物、編み物、不織布、繊維圧縮品などの繊維製品)の表面に付着させることで難燃性を向上したりできる。本発明を難燃剤に応用することによりその流動性を向上することができるため、樹脂組成物中において、より均一に分散できたり、表面への付着がより均一にできたりすることが期待され、結果、少ない量にて同等の難燃性を付与することができる。
発泡剤は成形品の原料になる樹脂材料などに混合することで得られる樹脂組成物を所定の条件下で加熱などを行うことにより発泡させる。本発明を発泡剤に応用することによりその流動性を向上することができるため、樹脂組成物中において、より均一に分散できることが期待され、結果、少ない量にて同等の発泡性を付与することができる。
本実施形態のシリカ被覆有機物粒子は有機物粒子とその有機物粒子の表面に付着したシリカ粒子とを有する。有機物粒子の表面にシリカ粒子を付着させる方法としては特に限定されず、単純に混合したり、混合した後に振動を与えたりすることで実施できる。有機物粒子表面へのシリカ粒子の付着は乾燥状態にて行うことができる。有機物粒子とシリカ粒子との混合割合は特に限定しない。僅かな量であってもシリカ粒子が有機物粒子の表面に存在すればシリカ粒子による流動特性改善効果が発現できるものと考えられる。例えばシリカ粒子の含有量は有機物粒子の質量を基準として、上限が10%、5%、2%程度を好ましい範囲として採用でき、下限が0.001%、0.005%、0.01%程度を好ましい範囲として採用できる。
本実施形態のシリカ被覆有機物粒子の製造方法は、原料シリカ粒子に対して解砕工程を行い製造したシリカ粒子を有機物粒子の表面に付着させる方法である。前述の本実施形態のシリカ被覆有機物粒子の製造に好適に利用できる方法である。原料シリカ粒子は一次粒子同士が結合している割合が多いが、その結合を解砕工程にて分離することが出来る。
(シリカ粒子の製造)
・原料シリカ粒子の製造
シリカ粒子を水系媒質としての水に分散させた水系スラリーとしてのコロイドシリカスノーテックスOS(シリカ分20%:日産化学製:一次粒子の粒径が10nm)100質量部に対して前処理工程(表面処理工程及び乾燥工程)を行った。
(1)準備工程
水系スラリー100質量部にイソプロパノール40質量部を加え、室温(約25℃)で混合することで、シリカ粒子が液状媒体に分散されてなる分散液を得た。
(2)第1工程
この分散液にフェニルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、KBM103)1.82質量部を加え40℃で72時間混合した。この工程により、シリカ粒子の表面に存在する水酸基をシランカップリング剤で表面処理した。なお、このときフェニルトリメトキシシランは必要な量の水酸基(一部)が表面処理されず残存するように計算して加えた。
(3)第2工程
次いで、この混合物にヘキサメチルジシラザン3.71質量部を加え、40℃で72時間放置した。この工程によって、シリカ粒子が表面処理され、シリカ粒子材料が得られた。表面処理の進行に伴い、疎水性になったシリカ粒子が水及びイソプロパノールの中に安定に存在できなくなり、凝集・沈殿した。なお、フェニルトリメトキシシランとメキサメチルジシラザンとのモル比は2:5であった。
表面処理工程で得られた混合物に35%塩酸水溶液を4.8質量部加え、シリカ粒子材料を沈殿させた。沈殿物をろ紙(アドバンテック社製 5A)で濾過した。濾過残渣(固形分)を純水で洗浄した後に100℃で真空乾燥して、シリカ粒子材料の固形物(原料シリカ粒子)を得た。
得られた原料シリカ粒子に対して解砕工程を行い、本試験例のシリカ粒子を得た。解砕工程はジェットミル((株)セイシン企業製、型番STJ−200)を用い、解砕圧0.3MPa、供給量10kg/hの条件で実施した。得られたシリカ粒子は嵩密度が251.7g/L、D10が0.8μm、D50が1.8μm、D90が4.0μm、一次粒子の体積平均粒径が10nmであった。
試験例1における解砕工程に代えてスプレードライ法にて噴霧乾燥を行ったものを本試験例の試験試料とした。具体的には固形化工程にて得られた原料シリカ粒子100質量部をIPA200質量部に分散させ、それを180℃、5L/hの流量で噴霧して乾燥した。得られたシリカ粒子は嵩密度が341.3g/Lであった。
試験例1における解砕工程を実施せずに固形化工程で得られたものを本試験例の試験試料とした。得られたシリカ粒子は嵩密度が0.769kg/L、D10が8.8μm、D50が124.5μm、D90が451.9μmであり、一次粒子の体積平均粒径が10nmであった。
市販のシリカ粒子(日本アエロジル(株)製、AEROSIL R972)を本試験例の試験試料とした。本試験例のシリカ粒子は嵩密度が41.0g/Lであった。
試験例1における解砕工程において解砕圧及び供給量を調節することにより嵩密度を調節した。嵩密度は試験例5の試験試料が271.3g/L、試験例6の試験試料が364.6g/L、試験例7の試験試料が249.8g/Lであった。解砕圧を大きくすることにより嵩密度が大きくなる傾向があった。以下の表には詳しい結果は示さないが、以下の評価試験と同様の試験を行うことにより試験例1の試験試料と同様の効果を発揮することが明らかになった。
得られた各試験例のシリカ粒子を0.5質量部、体積平均粒径5μmの球状ポリスチレン(以下「球状ポリスチレン」と称する。綜研化学株式会社製、ケミスノーSX−500H)を100質量部との混合物を震とう機(ヤマト科学株式会社製:SA300)を用い、250rpmで1分間震とうを行った。得られた混合物のFE−SEM写真を図1に示す。球状ポリスチレン単独についてもFE−SEM写真を図2に示す。
得られた各試験例のシリカ粒子を0.5質量部、体積平均粒径3μmのPTFE粒子(株式会社セイシン企業製、TFW−3000FK)を100質量部との混合物を震とう機(ヤマト科学株式会社製:SA300)を用い、250rpmで5分間震とうを行った。得られた混合物のFE−SEM写真を図5に示す。PTFE粒子単独についてもFE−SEM写真を図6に示す。
得られた各試験例のシリカ粒子を0.5質量部、体積平均粒径3μmのPTFE粒子(ダイキン工業株式会社製、FA-500H(平均粒径400−500μm、乳化重合により製造)を100質量部との混合物を震とう機(ヤマト科学株式会社製:SA300)を用い、250rpmで5分間震とうを行った。用いたPTFE粒子(ダイキン工業)は、ドリップ防止剤としても利用できる。ドリップ防止剤とは、プラスティックの難燃剤と関連するもので有り、樹脂に対して燃焼したときのドリップ防止性を付与するための添加剤である。また、剪断力を加えることにより繊維化する性質をもつ(図11参照:図11(a)から(c)へと剪断力を加えることにより繊維化する様子を表している。(a)、(b)、(c)へと進むにつれて左右方向の中央付近に存在する粒子が細長くなっていることが分かる)。
体積平均粒径0.5μmの粒子(シリカ)100質量部に対して試験試料1を0.33質量部混合した混合物を震とう機(ヤマト科学株式会社製:SA300)を用い、250rpmで1分間震とうを行った(混合物A)。
得られた試験例1のシリカ粒子と種々の難燃剤及び発泡剤とを表1に示す割合で混合したものについて流動性を評価した。表1に示す難燃剤・発泡剤の種類にて記載した数値は平均粒径を意味する。流動性の評価は、粉体の嵩密度や、粉体の形態などの性状から適正に選択される、基本流動性データ(BFE:パウダーレオメータにより測定)、又は、圧縮率にて評価した。BFE及び圧縮率の測定はパウダーレオメータ(スペクトリス株式会社製、パウダーレオメーターFT4)を用いて行った。結果を表1に示す。表1にはBFE及び圧縮率の一方のみを示しており、それぞれ試験例1のシリカ粒子を添加しないときの値を100としたときの相対値で示す。BFE及び圧縮率の双方共に値が小さい方が流動性が高い。
Claims (5)
- 一次粒子の体積平均粒径が200nm以下の原料シリカ粒子に対し、嵩密度が450g/L以下になるように解砕する解砕工程と、
前記解砕工程にて得られたシリカ粒子(表面にアミノ基をもつものを除く)と前記シリカ粒子の一次粒子よりも体積平均粒径が大きい有機物粒子とを混合して前記有機物粒子の表面に前記シリカ粒子を付着させる混合工程とを有し、
前記原料シリカ粒子は、
水を含む液状媒体中でシランカップリング剤およびオルガノシラザンによって表面処理する表面処理工程と、
鉱酸水溶液にて処理する固形化工程と、
前記液状媒体を除去する工程と、
をもつ前処理工程にて処理されており、
該シランカップリング剤は、3つのアルコキシ基と、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基と、を持ち、
該シランカップリング剤と該オルガノシラザンとのモル比は、該シランカップリング剤:該オルガノシラザン=1:2〜1:10であり、
前記オルガノシラザンの量は、前記シランカップリング剤由来の前記アルコキシ基が最終的に残存しない量である、
ことを特徴とするシリカ被覆有機物粒子の製造方法。 - 前記表面処理工程は、
前記シランカップリング剤で処理する第1の処理工程と、
前記オルガノシラザンで処理する第2の処理工程と、を持ち、
該第2の処理工程は、該第1の処理工程後に行う請求項1に記載のシリカ被覆有機物粒子の製造方法。 - 前記有機物粒子は樹脂であり、
前記シリカ被覆有機物粒子は粉末成形用である請求項1又は2に記載のシリカ被覆有機物粒子の製造方法。 - 一次粒子の体積平均粒径が200nm以下、嵩密度が450g/L以下であるシリカ粒子(表面にアミノ基を有するものを除く)と、
前記シリカ粒子の一次粒子よりも体積平均粒径が大きく前記シリカ粒子が表面に付着する有機物粒子とを有し、
前記シリカ粒子は、式(1):−OSiX1X2X3で表される官能基と、式(2):−OSiY1Y2Y3で表される官能基とを表面にもち、実質的にアルコキシ基を表面に持たないシリカ被覆有機物粒子。(上記式(1)、(2)中;X1はフェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基であり;X2、X3は−OSiR3及び−OSiY4Y5Y6よりそれぞれ独立して選択され;Y1はRであり;Y2、Y3はR及び−OSiY4Y5Y6よりそれぞれ独立して選択される。Y4はRであり;Y5及びY6は、R及び−OSiR3からそれぞれ独立して選択され;Rは炭素数1〜3のアルキル基から独立して選択される。なお、X2、X3、Y2、Y3、Y5、及びY6の何れかは、隣接する官能基のX2、X3、Y2、Y3、Y5、及びY6の何れかと−O−にて結合しても良い。) - 前記有機物粒子は樹脂であり、
前記シリカ被覆有機物粒子は粉末成形用である請求項4に記載のシリカ被覆有機物粒子。
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