JPH02288B2 - - Google Patents

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JPH02288B2
JPH02288B2 JP63138321A JP13832188A JPH02288B2 JP H02288 B2 JPH02288 B2 JP H02288B2 JP 63138321 A JP63138321 A JP 63138321A JP 13832188 A JP13832188 A JP 13832188A JP H02288 B2 JPH02288 B2 JP H02288B2
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JP
Japan
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particle size
silica particles
reaction solution
reaction
ammonia
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JP63138321A
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JPS63310714A (ja
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Hiroyuki Kono
Genji Taga
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Tokuyama Corp
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Tokuyama Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/16Preparation of silica xerogels
    • C01B33/163Preparation of silica xerogels by hydrolysis of organosilicon compounds, e.g. ethyl orthosilicate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/28Compounds of silicon
    • C09C1/30Silicic acid
    • C09C1/3009Physical treatment, e.g. grinding; treatment with ultrasonic vibrations
    • C09C1/3036Agglomeration, granulation, pelleting

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は粒径が非常に揃つた、いわゆる単分散
性の良好なシリカ粒子に関する。 〔従来技術およびその問題点〕 従来、アルコキシシランなど加水分解可能な有
機珪素化合物を水、アンモニアおよびアルコール
の反応液中において加水分解することにより、シ
リカ粒子を得る方法が知られている。 しかしながら、従来法において得られる単分散
性の良好なシリカ粒子は、粒径が一般に0.05〜
1μmと小さく、1μm以上の大きなシリカ粒子を得
ようとする場合には粒径が不揃いとなる問題があ
つた。即ち、反応液に有機珪素化合物またはその
溶液を添加する従来法では、反応の後半において
微細なシリカ粒子の発生、あるいは複数個のシリ
カ粒子が凝集して大きなシリカ粒子を生成する現
象を伴うため、均一粒径のシリカ粒子が得られな
い。したがつて、単分散性の良好なシリカ粒子を
得るためには、反応を已む無く止ざるを得ず、粒
径が1μm以下のシリカ粒子しか得られなかつた。 一方、有機珪素化合物として例えばテトラペン
チルシリケートなど長鎖アルコールの珪酸エステ
ル、および反応液として例えばプロパノール/メ
タノール(=3/1)などの混合溶媒を用いるこ
とにより、粒径が2μmまでのシリカ粒子を得る方
法も提案されているが、前記と同様に単分散性は
比較的良好であるにしても、粒径の再現性が悪い
ため、常に所望する粒径が得られ難い欠点があ
る。 このように、平均粒径が2μm以上と比較的大き
く、且つ粒径のバラツキの極めて小さいシリカ粒
子は、未だ得られていない。 〔問題を解決するための手段〕 本発明らは、平均粒径が比較的大きく、且つ粒
径のバラツキが小さいシリカ粒子を得るために鋭
意研究を重ねてきた。その結果、加水分解可能な
有機珪素化合物を反応液中において加水分解して
シリカ粒子を生成するに際し、該反応液の水およ
びアンモニアの濃度を実質的に変化させることな
く一定に維持することにより、該有機珪素化合物
の添加量に応じて、生成したシリカ粒子は良好な
単分散の状態を保持したまま粒径が成長すること
を見出した。そして、その結果、平均粒径が比較
的大きく、且つ粒径のバラツキが小さいシリカ粒
子が得られることを見い出し、本発明を完成させ
るに至つた。 即ち、本発明は、平均粒径が2〜50μmであり、
且つ粒径の変動係数が10%以下であることを特徴
とする球状のシリカ粒子である。 上記のように平均粒径が比較的大きく、且つ粒
径のバラツキが極めて小さい球状のシリカ粒子
は、本発明者らによつて初めて製造されたもので
ある。尚、粒径のバラツキを示す変動係数は、粒
径の標準偏差を平均粒径で除して100を掛けた値
である。 本発明のシリカ粒子はどのような方法によつて
製造されたものであつてもよい。しかし、本発明
のシリカ粒子を容易に製造するためには次のよう
な方法が好適に採用される。即ち、加水分解可能
な有機珪素化合物を反応液中において、該反応液
中の水およびアンモニアの濃度を変化させること
なく加水分解する方法である。 上記の方法は、基本的には反応液中の水および
アンモニアの濃度を反応が続行される間、常に反
応の初期値から大きく変化させない様に、一定の
範囲にコントロールすることに留意すればよく、
他の条件は特に制限されない。即ち、反応液にお
ける水の濃度=水/溶媒(合計)およびアンモニ
アの濃度=アンモニア/溶媒(合計)を、それぞ
れ初期値の一定範囲内にコントロールすることに
より、有機珪素化合物の添加量にかかわらず、常
に均一粒径を維持したシリカ粒子を得ることが出
来る。なお、上記の反応液における溶媒(合計)
とは、後記するような水を除く有機溶媒であり、
初期混合液の溶媒+有機珪素化合物の溶液の溶媒
+該有機珪素化合物の加水分解反応において生じ
る溶媒の合計量を示す。 上記の反応液において、維持する水の濃度は一
般に0.5〜50mol/、特に1〜30mol/、また
アンモニアの濃度は一般に1.0〜10mol/、特
に2〜8mol/、の範囲にすることが好ましい。
即ち、反応液における水および/またはアンモニ
アの濃度が上記した範囲より低い場合には、本発
明の効果が充分に発揮されず、粒径の成長速度が
遅いばかりでなく、均一粒径のシリカ粒子が得ら
れない。また、反応液における水およびアンモニ
アの濃度が高いほど、粒径の成長速度が速いが、
上記した範囲より高い場合には均一粒径のシリカ
粒子が得られない。 本発明において、反応液の水およびアンモニア
の濃度を変化させることなく均一に維持する方法
は、一般に予め所定の濃度に調整した水、アンモ
ニアおよび溶媒の反応液に、原料である加水分解
可能な有機珪素化合物と水およびアンモニアと
を、所定濃度を維持する割合で逐次に同時添加す
ることにより、簡便に達成される。このような方
法においては、反応の終点というものがないた
め、生成、成長するシリカ粒子が所望する粒径に
達した時点で、原料の有機珪素化合物の添加を停
止すればよい。したがつて、上記の方法によれ
ば、反応の途中において微細なシリカ粒子の発生
および凝集粒子の生成がなく、生成したシリカ粒
子は単分散状態のまま粒径が成長するため、任意
の大きさの均一粒径球状シリカ粒子を得ることが
出来る。 原料である加水分解可能な有機珪素化合物は特
に限定されないが、代表的には一般式Si(OR)4
たはSiR′n(OR)4−nで示されるアルコキシシ
ラン、またはアルコキシシランを部分的に加水分
解して得られる低縮合物が工業的に入手し易く、
その1種または2種以上の混合物が好ましく使用
される。なお、上記の一般式において、Rおよび
Rはアルキル基で、例えばメチル基、エチル基、
イソプロピル基、ブチル基などの低級アルキル基
が好適である。 本発明において、上記した加水分解可能な有機
珪素化合物は溶媒を用いることなく、そのまま反
応液に添加することも可能であるが、反応の制御
を容易にするために、該有機珪素化合物の濃度を
一般に50重量%以下、特に5〜50重量%の範囲に
稀釈して使用することが好ましい。この稀釈用の
溶媒としては、加水分解可能な有機珪素化合物を
溶解することが出来、しかも水と一定の割合で均
一に混合できるものであれば特に制限されない
が、一般に容易に入手可能な例えばメタノール、
エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノー
ル、エチレングリコールプロピレングリコールな
どのアルコール類が好適に用いられる。 次に、本発明に用いる反応液として水、アンモ
ニアおよび溶媒よりなる均一混合溶液を調整す
る。反応液に用いる溶媒としては、水およびアン
モニアと均一な溶液を調製できるものであれば特
に制限されず、一般に前記したアルコール類が好
適であり、また一般に炭素原子数の多いアルコー
ル類を用いるほど、得られるシリカ粒子の粒径を
大きく出来る傾向にある。なお、反応液における
水およびアンモニアの濃度は、前記したように、
それぞれ0.5〜50mol/、1.0〜10mol/の範
囲から選択して決定すればよい。 本発明において加水分解反応は、反応液に有機
珪素化合物、水およびアンモニアを同時に添加、
混合することによつて、該反応液における水およ
びアンモニアの濃度を実質的に変化させることな
く達成される。反応液に有機珪素化合物、水およ
びアンモニアを同時に添加、混合する方法は特に
制限されないが、それぞれ少量づつ長時間かけて
添加することが好ましく、一般に反応液が2倍量
に達成する時間が数分〜数時間の範囲で実施すれ
ばよい。なお、反応液に有機珪素化合物と同時に
添加、混合する水およびアンモニアは、それぞれ
単独で用いてもよく、また適当な溶媒にそれぞれ
溶解した溶液、さらに両者を混合した溶液として
用いてもよい。この場合、溶媒としては特に限定
されないが、前記した反応液において用いた溶媒
と同一のアルコール類が好適に用いられる。この
ような反応液に添加する水およびアンモニアの濃
度は、反応液の初期値より稀薄な場合には、反応
液における組成(濃度)のコントロールが不可能
になり、逆に高すぎる場合には操作が難しくなる
ため、一般に水の濃度を1〜50mol/またアン
モニアの濃度を1〜10mol/の範囲で調整する
ことが好ましい。 本発明の目的とする均一粒径のシリカ粒子を得
るためには、反応を続行する間、反応液における
水およびアンモニアの濃度をそれぞれ一般に0.5
〜50mol/、1〜10mol/の範囲で選択した
所定の初期値に対して±30%以内に維持すること
が好ましい。 本発明における反応温度は、種々の条件により
異なり一概に限定することが出来ないが、一般に
大気圧下で0〜40℃、好ましくは5〜30℃で実施
される。 〔効果〕 本発明によれば、一般に平均粒径が2〜50μm
の範囲で、粒径の変動係数が10%以下という揃つ
た粒度分布を有する球状のシリカ粒子を任意に得
ることが出来る。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例によつて何ら制限
されるものではない。 実施例 1 撹拌機つきの内容積5のガラス製反応器に、
メタノールおよびアンモニア水(25重量%)をそ
れぞれ1.6および320gを仕込み、良く混合して
反応液を調整した。 また、メタノール1に対して、テトラエチル
シリケート[Si(OC2H54、日本コルコート化学
社製、商品名エチルシリケート28]208gの割合
で溶解した原料溶液を準備した。同じくメタノー
ル1に対して、アンモニア水(25重量%)
500gの割合で溶解した溶液を準備した。 次に、反応液の温度を20℃に保ちながら、原料
液を10g/min、アンモニア性メタノール溶液を
13g/minの速度で同時に添加、混合した。なお、
反応液の量に応じて、反応容器を5から20、
50、100と順々に大きな反応容器に取り替え
た。添加開始後、数分間で反応液は乳白色となつ
た。テトラエチルシリケートの添加量が208gに
達した時点で反応を中断した。反応容器中の反応
液が充分に均一混合された状態で、反応液を1/
10量に減らした後、続いて前と同様にテトラエチ
ルシリケートの原料溶液およびアンモニア水のメ
タノール溶液の同時添加を行つた。さらに、テト
ラエチルシリケート量が4160g、10400gに到達し
た時点で、反応液を1/10量に減らして、再び反
応を続行した。表−1に示す所定量のテトラエチ
ルシリケートの溶液を添加した後、反応を停止
し、反応液からエバボーターで溶媒、水およびア
ンモニアを除き、生成したシリカ粒子を取り出し
た。 得られたシリカ粒子は走査型電子顕微鏡写真に
より観察の結果、テトラエチルシリケートの添加
量にかかわらず、いずれも球形であつた。また、
それぞれ得られたシリカ粒子の平均粒径および変
動係数を表−1に示した。
【表】 比較例 1 撹拌器つき反応容器にメタノール1.6および
アンモニア水(25重量%)320gを仕込み、良く
混合して20℃に保つた。次に、メタノール1に
テトラエチルシリケート208gを溶解した溶液を、
上記の反応液に10g/minの速度で添加混合した。 得られたシリカ粒子の平均粒径は2.51μmであ
り、粒径の変動係数は19%であつた。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 平均粒径が2〜50μmであり、且つ粒径の変
    動係数が10%以下であることを特徴とする球状の
    シリカ粒子。
JP13832188A 1988-06-07 1988-06-07 シリカ粒子 Granted JPS63310714A (ja)

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