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JP2006001783A - 単分散した乾燥シリカ粒子粉末及びその製造方法 - Google Patents

単分散した乾燥シリカ粒子粉末及びその製造方法 Download PDF

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JP2006001783A
JP2006001783A JP2004179351A JP2004179351A JP2006001783A JP 2006001783 A JP2006001783 A JP 2006001783A JP 2004179351 A JP2004179351 A JP 2004179351A JP 2004179351 A JP2004179351 A JP 2004179351A JP 2006001783 A JP2006001783 A JP 2006001783A
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Takayoshi Sasaki
隆好 佐々木
Atsushige Fujii
淳成 藤井
Noriyuki Yoshihara
紀幸 吉原
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Dokai Chemical Industries Co Ltd
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Abstract

【課題】 葉状シリカ2次粒子のスラリーを簡便な手法によりその水スラリー中での状態を保持したたまま、乾燥し、シリカ薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子からなる高度に単分散したシリカ粒子粉末を提供する。
【解決手段】 (i)シリカヒドロゲル等を、アルカリ金属塩の存在下に水熱処理し、その鱗片状シリカ3次凝集体粒子を形成し、(ii)シリカ3次凝集体粒子を、水系スラリー状態で、解砕・分散化して、シリカ薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリーを形成し、(iii)その水系スラリーに、シリコン系化合物水系エマルションを添加・混合してスラリー状態で処理し、(iv)これを乾燥させ、(v)乾式解砕することにより高度に単分散した乾燥シリカ粒子粉末を提供する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、通常、水系スラリーから得ることが困難である、シリカの薄片1次粒子及び/又はこれが複数枚重なって形成される葉状シリカ2次粒子が高度に単分散した乾燥シリカ粒子粉末、並びに、当該乾燥シリカ粒子粉末をその水系スラリーから直接製造する方法に関する。
本発明者らは、先に、鱗片状シリカの薄片1次粒子が互いに面間が平行的に配向し複数枚重なって形成される自己造膜性のある葉状シリカ2次粒子の新規な水系スラリーを提案した(例えば、特許文献1参照。)。
当該積層構造の粒子形態を有する葉状シリカ2次粒子の水系スラリーは、当該スラリーのまま、これをアクリル樹脂系、エポキシ樹脂系、ウレタン樹脂系、フッ素樹脂系等の有機高分子物質からなる水性有機塗料に配合すると、当該2次粒子の特異な粒子形態及びその物性に起因して、形成される塗膜に、耐水性、耐酸性、耐アルカリ性、耐候性等の優れた特性を付与することができる。
すなわち、基本的に、当該葉状シリカ2次粒子は、それ自身で自己造膜性に優れるため、塗膜中で配向し、互いに積み重なった状態で存在するので、当該塗膜に高い硬度や基体との強い密着性を付与する。例えば、通常の水性有機塗料の塗膜の鉛筆硬度がB〜4B程度であるところ、当該シリカ2次粒子を配合すると、例えばその硬度は、H〜4H程度へと向上するのである。
本発明者により創出された葉状シリカ2次粒子は、塗料以外にも、同様にしてコーティング剤、フロアポリッシュ組成物、接着剤等各種のコーティング形成用組成物に配合し、その膜質等を顕著に向上せしめるフィラーとしてもきわめて有用なものである。しかしながら、惜しむらくは、当該葉状シリカ2次粒子は、基本的に、シリカ3次凝集体粒子の水系スラリーを、媒体ビーズミル等により、特定の条件下で解砕することにより得られるものであるため、必然的にその形態は、水系スラリーの状態に限られてしまうのである。
かかる水系スラリー状態の葉状シリカ2次粒子は、従って、有機溶剤型(非水性)の塗料組成物、コーティング剤、インキ組成物、ワックス組成物にそのまま配合することはできないし、また、有機溶剤含有樹脂コンパウンドや化粧料に配合することも困難である。
本来、フィラーとして使用する場合の当該葉状2次粒子の最も好ましい形態は、当然のことながら、その乾燥粉体とすることであるから、本発明者らは、当該葉状シリカ2次粒子の水系スラリーを乾燥することにより、シリカ2次粒子の乾燥粉体を得る方法についても鋭意検討した。しかしながら、当該葉状シリカ2次粒子は、その強い自己造膜性に起因してか、乾燥時に極端な凝集性を示すものであり、その水系スラリーを乾燥して乾燥粉体とすることは、予想以上に困難であることを見出した。
すなわち、上記したスラリーをそのまま乾燥機で乾燥した場合は、乾燥過程で粒子が容易に凝集・固着してしまう。この固着して塊となった乾燥粒子は、もはや容易には粉砕も出来ない状態であり、あえて粉砕した場合は、その各粒子の葉状2次粒子の形状が破壊されてしまう。また、当該水系スラリーを噴霧乾燥すれば、一応、葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末が得られることがわかったが、これは、乾燥前のスラリー中の固形分濃度を、1質量%以下と、経済的に全く成り立たない極端に希薄なスラリーにした場合に限られるのであり、到底実用的、経済的に成立する方法ではない。
さらに本発明者らは、上記葉状2次粒子の水系スラリーに有機溶媒を加え、共沸蒸留して水を当該有機溶媒で置換することにより、当該粒子の有機溶媒系スラリーとし、当該スラリーから有機溶媒を蒸発、除去して乾燥すれば、乾燥中に粒子が凝集、固化すること無く、乾燥粒子粉末とすることができることも提案した(特許文献2参照。)。
しかしながら、乾燥粉末を得るために、一旦水系スラリーをわざわざ有機溶媒系スラリーに変換し、さらに当該有機溶媒を除去する操作を行うことは、プロセス的に余分な工程が加わるため、熱エネルギー経済的にも無駄であるばかりでなく、極めて煩雑であり、さらに、有機溶媒の使用は、危険物である有機溶媒の取扱い上、作業環境上、またその凝縮、回収等、水のみを扱う場合に比較して、設備的にもきわめて負荷の大きいものとなり、実際上、経済的に実施できる方法とは言い難い。
特開2001−163613(特許請求の範囲(請求項1〜3、請求項26〜31)、〔0069〕〜〔0071〕) 特開2003−267721(特許請求の範囲(請求項5〜8))
本発明の目的は、上記の葉状シリカ2次粒子のスラリーを簡便な手法によりその水スラリー中での状態を保持したたまま、乾燥し、シリカ薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子からなる高度に単分散した乾燥シリカ粒子粉末を提供することである。
本発明に従えば、以下の高分散した乾燥シリカ粒子粉末及びその製造方法が提供される。
〔1〕
シリカの薄片1次粒子及び/又は当該1次粒子が互いに面間が平行的に配向し複数枚重なって形成される葉状シリカ2次粒子からなることを特徴とする高度に単分散した乾燥シリカ粒子粉末。
〔2〕
その表面がシリコン系化合物で処理されている〔1〕に記載の乾燥シリカ粒子粉末。
〔3〕
前記シリカの薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子が、層状ポリケイ酸である〔1〕又は〔2〕に記載の乾燥シリカ粒子粉末。
〔4〕
前記シリカの薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子のX線回折分析での主ピークが、シリカ−X及び/又はシリカ−Yに該当するシリカである〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の乾燥シリカ粒子粉末。
〔5〕
シリカの薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子が高度に単分散した乾燥シリカ粒子粉末の製造方法であって、(i)シリカヒドロゲル、活性ケイ酸又は含水ケイ酸のいずれかを、アルカリ金属塩の存在下に水熱処理し、鱗片状シリカの薄片1次粒子が互いに面間が平行的に配向し複数枚重なった葉状シリカ2次粒子と、更に、当該葉状シリカ2次粒子が3次元的に不規則に重なり合って形成される間隙を有する鱗片状シリカ3次凝集体粒子を形成する工程、(ii)上記シリカ3次凝集体粒子を、水系スラリー状態で、解砕・分散化して、シリカ薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリーを形成する工程、(iii)前記シリカ薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリーに、シリコン系化合物水系エマルションを添加・混合してスラリー状態で処理する工程、(iv)これを乾燥させる乾燥工程、及び、(v)この乾燥粉末を乾式解砕することからなることを特徴とする高度に単分散した乾燥シリカ粒子粉末の製造方法。
〔6〕
前記シリコン系化合物水系エマルションを前記シリカに対して固体基準で2質%以上添加・混合する〔5〕に記載の乾燥シリカ粒子粉末の製造方法。
〔7〕
前記シリカの薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子が、層状ポリケイ酸である〔5〕又は〔6〕に記載の乾燥シリカ粒子粉末の製造方法。
〔8〕
前記シリカの薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子のX線回折分析での主ピークが、シリカ−X及び/又はシリカ−Yに該当するシリカである〔5〕〜〔7〕のいずれかに記載の乾燥シリカ粒子粉末の製造方法。
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明の単分散乾燥シリカ粒子粉末の製造方法を説明するフローシートであって、大略、シリカ3次凝集体粒子水系スラリー30を解砕・分散化処理40して得られた葉状シリカ2次粒子の水系スラリー50に、シリコン系化合物水系エマルション60を添加・混合し、スラリー状態で処理工程70、乾燥工程80を実施して得られた葉状シリカ粉末凝集体100を、乾式で解砕110し、乾燥シリカ粒子粉末120とするものである。
(シリカ3次凝集体粒子生成工程)
本発明のシリカ粒子の有機媒体系スラリーの製造方法においては、まずシリカ3次凝集体粒子の水系スラリー30を形成する工程を行う。
すなわち、当該工程は、シリカヒドロゲル、活性ケイ酸、又は含水ケイ酸のいずれか(以下「シリカヒドロゲル等」10という。)を出発物質として、オートクレーブ等の加圧圧力容器で加熱してアルカリ金属塩の存在下に水熱処理工程20を行い、葉状シリカ2次粒子が3次元的に不規則に重なり合って形成される間隙を有する3次粒子からなる鱗片状シリカ3次凝集体粒子の水系スラリー30を形成するものである。
ここでシリカヒドロゲルは、シリカ3次凝集体粒子であるシリカ−X、シリカ−Y等を、より低温度・短時間反応で、クオーツ等の結晶を生成させること無く、収率高く製造することができるため、最も好ましいので、以下出発原料としてシリカヒドロゲルを使用する場合を例として述べる。
シリカヒドロゲルは、粒子状シリカヒドロゲルであり、その粒子形状は、真球状(球状)でも不定型粒状でもよく、また、その造粒方法は適宜選択できる。球状のシリカヒドロゲルは、ケイ酸アルカリ水溶液と鉱酸水溶液を混合して、シリカゾルを短時間で生成させると同時に、気体媒体中に放出し、気体中でゲル化させる方法により製造される。
具体的には、ケイ酸アルカリ水溶液と鉱酸水溶液とを、放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合し、SiO2濃度換算で130g/L以上、pH7〜9であるシリカゾルを生成せしめ、当該ゾルを、上記放出口から放出させ、空中でゲル化させるのである。これを水を張った熟成槽に落下せしめて数分〜数十分熟成させ、酸を添加・水洗して球状のシリカヒドロゲルとする。
このようなシリカヒドロゲルを出発原料とし、オートクレーブ等の加熱圧力容器中で加熱して水熱処理を行い、シリカ3次凝集体粒子水系スラリー30を生成させる。なお、球状シリカヒドロゲルをそのまま使用してもよいが、好ましくは、粉砕または粗粉砕して、粒径0.1〜6mm程度とする。
オートクレーブ内の処理液中の総シリカ濃度(アルカリ金属塩としてケイ酸ナトリウム等により系に持ち込まれるシリカをも加えた値)は、全仕込み原料基準でSiO2として1〜30質量%、好ましくは10〜20質量%とする。水熱処理においては、シリカヒドロゲルにアルカリ金属塩(水酸化アルカリ、ケイ酸アルカリまたは炭酸アルカリ等)を共存させることが好ましい。
系のpHとしては、好ましくはpH7以上、より好ましくはpH8〜13、さらに好ましくはpH9〜12.5であり、アルカリの量を、シリカ/アルカリモル比( SiO2/Na2O等 )で表示すれば、4〜15mol/mol、好ましくは、7〜13mol/molの範囲である。
水熱処理は、150〜220℃、好ましくは160〜200℃の温度範囲で、3〜50時間、好ましくは、5〜40時間程度行われる。また、種晶としては、シリカ−Xやシリカ−Y等を用いてもよい。
なお、上記のように出発原料として、シリカヒドロゲルを用いる方法以外に、活性ケイ酸や含水ケイ酸(いわゆるホワイトカーボン等)を用いても、同様な方法で本発明におけるシリカ3次凝集体粒子の水系スラリー30を合成することができる。
(シリカ3次凝集体粒子スラリー中での解砕・分散化工程)
本発明においては、かくして水系スラリー状で得られたシリカ3次凝集体粒子(これは、水熱反応により生成した葉状2次粒子が、さらに3次元的に不規則に重なりあって、3次粒子であるシリカ凝集体粒子を形成したものである。)30を、スラリー状態で解砕・分散化する工程40を行うことにより、葉状シリカ2次粒子の水系スラリー50を得る。
スラリー状態での解砕は、ベルトフィルター等の固液分離・水洗装置を用いて、シリカ3次凝集体粒子スラリーを水洗・固液分離し、必要に応じてさらに水でリパルプし、SiO2 濃度1〜30質量%の水スラリーとし、当該スラリー30を湿式ビーズミル、湿式ボールミル、薄膜旋回型高速ミキサー等の湿式粉砕装置(解砕装置)に供給して、当該スラリー中のシリカ3次凝集体粒子を解砕・分散化処理40して葉状シリカ2次粒子の水系スラリー50を得るのである。
なお、この解砕処理により、鱗片状シリカの3次凝集体粒子は、大部分は、葉状のシリカ2次粒子となるが、当該2次粒子(すなわち、シリカの薄片1次粒子が面間が平行的に配向し複数枚重なって2次粒子を形成されたもの)の一部は、さらに剥離して、その構成単位であるシリカの薄片1次粒子にまで解砕される。従って、ここにいう葉状シリカ2次粒子は、その一部、又はかなりの薄片1次粒子が混入しているものであってもよく、正確には「薄片シリカ1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子」と表示すべきものであるが、説明の都合上、この状態を単に「葉状シリカ2次粒子等」または単に「葉状シリカ2次粒子」と称する。
湿式解砕に用いる装置としては、上記したように、粉砕媒体を用いて機械的に高速撹拌する方式の湿式ビーズミル、湿式ボールミルなどの湿式解砕装置が好ましいが、その際に、シリカ3次凝集体粒子を、葉状シリカ2次粒子に解砕するとともに、生成した当該葉状シリカ2次粒子(及び薄片1次粒子)を、その基本的な積層構造を極力粉砕・破壊せずに、解砕・分散化するために、直径0.2〜1.0mmのアルミナ又はジルコニア等の媒体ビーズを用いる湿式ビーズミルが特に望ましい。
(シリカ2次粒子水系スラリーのシリコン系化合物水系エマルションによる処理)
本発明においては、以上のごとくして調製された葉状シリカ2次粒子水系スラリー50に、水系エマルション状態のシリコン系化合物60を添加・混合してスラリー状態で処理する工程70を行う。
(シリコン系化合物)
ここで使用するシリコン系化合物とは、葉状シリカ2次粒子の表面に接触、付着、吸着またはその表面を被覆する等の表面処理作用により、当該シリカ粒子の水系スラリーからの乾燥過程における凝集・固着作用を防止若しくは緩和しうるものであれば特に限定するものではないが、例えば式(1)で表されるいわゆるシリコーンオイルが好ましい。以下、シリコン系化合物としてシリコーンオイルを使用する場合を例として述べる。
Figure 2006001783
(ここで、R1、R2、R3、R4は、それぞれ独立して、水素、炭素数1〜30のアルキル基、エポキシ基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシル基、フェニル基、ポリオキシアルキレン基、メルカプト基及びアリール基から選択され、また、mは1以上の整数、nは0または1以上の整数を表す。)
式(1)で表示されるシリコーンオイルを例示すれば、R1、R2、R3、R4が、水素、アルキル基、またはフェニル基であるもの(いわゆるストレートシリコーンオイル)としては、メチルハイドロジェンシリコーンオイル(R1=H、R2、R3、R4=CH3)、ジメチルシリコーンオイル(R1、R2、R3、R4=CH3)、ジエチルシリコーンオイル(R1、R2=C25、R3、R4=CH3)、ジイソプロピルシリコーンオイル(R1、R2=C37、R3、R4=CH3)、ジブチルシリコーンオイル(R1、R2=C49、R3、R4=CH3)、ジアミルシリコーンオイル(R1、R2=C511、R3、R4=CH3)、ジヘキシルシリコーンオイル(R1、R2=C613、R3、R4=CH3)、ジラウリルシリコーンオイル(R1、R2=C1123、R3、R4=CH3)、ジステアリルシリコーンオイル(R1、R2=C1735、R3、R4=CH3)、メチルフェニルシリコーンオイル(R1=φ(φはフェニル基を示す。以下同じ。)R2、R3、R4=CH3)、ジフェニルシリコーンオイル(R1、R2=φ、R3、R4=CH3)、エチルフェニルシリコーンオイル(R1=φ、R2=C25、R3、R4=CH3)、イソプロピルフェニルシリコーンオイル(R1=φ、R2=C37、R3、R4=CH3)、ブチルフェニルシリコーンオイル(R1=φ、R2=C49、R3、R4=CH3)、アミルフェニルシリコーンオイル(R1=φ、R2=C511、R3、R4=CH3)、ヘキシルフェニルシリコーンオイル(R1=φ、R2=C613、R3、R4=CH3)、ラウリルフェニルシリコーンオイル(R1=φ、R2=C1123、R3、R4=CH3)、ステアリルフェニルシリコーンオイル(R1=φ、R2=C1735、R3、R4=CH3)等が挙げられる。
また、いわゆる変性(反応性)シリコーンオイルとしては、R1、R2、R3、R4の少なくとも一つとして、グリシジル基、グリシドキシエチルグリシドキシプロピル等のエポキシ基;アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、イソプロピルアミノ基、アニリノ基、トルイジノ基、キシリジノ基等のアミノ基;カルボキシル基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、アセトキシ基、ベンゾキシロキシ基等のカルボキシル基;メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、フェノキシ基等のアルコキシル基;ポリオキシアルキレン基、メルカプト基及びアリール基(ただしフェニル基を除く。)、ビニル基、イソプロペニル基、アリル基等のアルケニル基;アクリロイル基、メタクリロイル基、メタクリロキシプロピル等のアシール基が導入されたものである。
本発明においては、これらのシリコーンオイルは、水系エマルションの形態で、葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリーに添加される。
これらシリコーンオイルの水系エマルションとしては、例えば市販されている以下のものを適宜選択使用することができる。
いわゆるストレートシリコーンオイルの水系エマルションとしては、PolonMR、PolonMWS、PolonMK−206(以上メチルハイドロジェンシリコーンオイルエマルション)、PolonMF−7、PolonMF−17、PolonMF−32、KM722A、KM740、KM742、KM782、KM785、KM786、KM787、KM788、KM797、KM860A、KM862、KM905,KM9705(以上ジメチルシリコーンオイルエマルション)、KM871P(メチルフェニルシリコーンオイルエマルション)、(以上信越化学工業社製)、LE−45、LE−46,LE−48、LE−460、LE−463、LE−3430、FZ−4110、FZ−4116、FZ−4112、FZ−4129、FZ−4138、FZ−4157、FZ−4158、FZ−4170、FZ−4174、FZ−4185、FZ−4188(以上ジメチルシリコーンオイルエマルション)(以上日本ユニカー社製)、BY22−007、BY22−080、BY22−029、BY22−050A、BY22−019、BY22−020、BY22−034、BY22−055、BY22−067(以上ジメチルシリコーンオイルエマルション、東レ・ダウコーンニング・シリコーン社製)、TSM630、TSM631、TSM6341、TSM6343、YMR7212(以上ジメチルシリコーンオイルエマルション、GE東芝シリコーン社製)が挙げられる。
また、変性シリコーンオイルの水系エマルションとしては、PolonMF−18、PolonMF−24、ソフナーシル−10(以上エポキシ変性シリコーンオイルエマルション)、PolonMF−14、PolonMF−14D、PolonMF−14EC、PolonMF−29、PolonMF−39、PolonMF−44、PolonMF−52、KM907(以上アミノ変性シリコーンオイルエマルション)(以上信越化学工業社製)、LE−9300、FZ−315、FZ−4602(以上エポキシ変性シリコーンオイルエマルション)、FZ−4632、FZ−4635、FZ−4640、FZ−4645、FZ−4658、FZ−4671、FZ−4678、(以上アミノ変性シリコーンオイルエマルション)、FZ−4633、FZ−4638(カルボキシル変性シリコーンオイルエマルション)、FZ−2105(ポリエーテル変性シリコーンオイル)(以上日本ユニカー社製)、SM8704C/SM8904(アミノ変性シリコーンオイルエマルション)、HMW2220(ジビニル変性シリコーンオイルエマルション)(以上東レ・ダウコーンニング・シリコーン社製)、TEX153(アミノ変性シリコーンオイルエマルション)、XS65−B8865(エポキシ変性シリコーンオイルエマルション)、XA69−B5476(アミノポリエーテル変性シリコーンオイルエマルション)(以上GE東芝シリコーン社製)等が挙げられる。
葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリーをシリコーンオイルの水系エマルションで処理する装置としては、葉状シリカ2次粒子を充分浮遊せしめた状態で、添加したシリコーンオイル水系エマルションと効果的に接触させうるものであれば、とくに限定するものではないが、少なくとも撹拌手段と、及び、好ましくは加熱手段と温度制御手段を備えた槽型の容器で実施することが望ましい。撹拌手段としては、かい型撹拌機、タービン型撹拌機、プロペラ型撹拌機、ジェット撹拌機等が好ましいものとして挙げられる。処理時間は、使用するシリコーンオイルの種類、シリコーンオイルのスラリー中の濃度、処理温度、葉状シリカ2次粒子の平均粒径、そのスラリー濃度、シリコーンオイルのシリカ粒子に対する固体基準の比等によって変わりうるが、通常10秒〜60分、好ましくは30秒〜30分、最も好ましくは1〜20分程度である。なお、処理温度は、10〜80℃、好ましくは15〜60℃、さらに好ましくは20〜40℃程度である。また、当該処理中にシリコーンオイルに由来するガスが発生する場合があるので、反応容器としては上部が開放型のものや、または、常時不活性ガスを容器内に流通せしめ、発生したガスを同伴除去するものが好ましい。
シリコン系化合物であるシリコーンオイルの水性エマルションの添加量は、葉状シリカ2次粒子に対し、固体基準で、例えば噴霧乾燥機によりスラリーの壁面への固着等を伴うことなく実施しうる観点からは、好ましくは2質量%以上、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上、最も好ましくは10質量%以上である。また、その上限については臨界的に規定するものではないが、あまり過剰に添加した場合(例えば45質量%程度)は、それ以上の効果が奏されるわけでないため、経済的に無駄であり、また、過剰のシリコーンオイルは、以下に述べる解砕工程において、粒子同士の円滑な分散を阻害し、解砕の効果を阻害するように作用するので好ましくない。したがって、シリコーンオイルのシリカに対する添加量は、通常40質量%以下、好ましくは35質量%以下、さらに好ましくは30質量%以下である。
(シリコーンオイル処理スラリーの乾燥)
このようにして、シリコン化合物エマルションを加えてスラリー状態で処理した葉状シリカ2次粒子のスラリーは、乾燥処理工程80に付され、水90が除去されて、葉状シリカ粉末凝集体100が得られる。
乾燥装置としては、シリコーンオイルのごときシリコン化合物で処理された葉状シリカ2次粒子のスラリーは、シリコーンオイルで処理しない単なる水系スラリーの場合と異なり、一般的に加熱乾燥時に凝固、固結することがないので、一般的な乾燥器をいずれも好適に使用することができる。
好ましい乾燥装置としては、例えば、箱型乾燥機、通気バンド乾燥機、トンネル乾燥機、噴霧乾燥機、流動層乾燥機、媒体流動層乾燥機、通気回転乾燥等の各種の乾燥機を使用することができる。このうち、噴霧乾燥機や流動乾燥機は、得られる葉状シリカ粒子の凝集体として、より容易に解砕しうる状態のものが得られるので特に好ましい。なお、噴霧乾燥する場合は、従来の水系スラリーの場合と異なり、スラリー濃度は、10〜50質量%程度であっても、乾燥シリカ粒子は装置壁面に凝集・固着することはない。乾燥条件は、使用する乾燥装置によっても変わりうるが、例えば噴霧乾燥の場合は、熱風温度140〜220℃で、スラリー供給速度5〜30L/h、噴霧圧力は10〜20Kg/cm2程度で実施される。なお、噴霧ノズルは、回転円盤型、加圧型、2流体型のいずれであってもよい。
(乾式解砕処理)
本発明においては、かくして乾燥された葉状シリカ2次粒子は、緩い粉末凝集体100として得られる。この凝集体は、低負荷の乾式解砕工程110を実施することにより、きわめて容易に単分散した葉状シリカ2次粒子粉末120とすることができる。
当該低負荷の解砕装置としては、各種の乾式解砕機が使用でき、例えば、ボールミル、振動ボールミル、コニカルミル、チューブミル、ロッドミル、アトリションミル、ピン型ミル、ジェットミル、ミクロンミル、コロイドミル、マイクロアトマイザー、マジャックミル、マイクロナイザー、ジェットマイザー等が任意に選択可能である。
解砕時間は、解砕装置の種類、処理量、目的とする解砕粒径等により変わりうるが、通常、0.5〜25時間、好ましくは1〜20時間、さらに好ましくは2〜10時間程度である。
以上のごとくして、解砕処理された乾燥粒子粉末は、例えば後記実施例における走査顕微鏡写真(SEM)(図2〜3参照。)に示すように、高度に単分散した乾燥シリカ粉末であることが確認される。
また、当該乾燥シリカ粉末は、例えばレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径が、例えば0.1〜4.0μm、好ましくは0.2〜2.0μm程度のものであり、これはほぼ元の水系スラリー状態におけるものと同等の粒子径であり、かつ、スラリー状態における粒子の形状を保持したまま単分散された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末である。本発明において、「高度に単分散」とは、乾燥粉末シリカがこのような状態のものであることをいう。なお、当該乾燥シリカ粉末は、好ましくは層状ポリケイ酸からなるシリカであり、また、X線回折分析での主ピークが、シリカ−X及び/又はシリカ−Yに該当するシリカである。
本発明の乾燥シリカ粉末において、その表面がシリコーンオイル等のシリコン系化合物で処理されていることは、シリカ粒子を溶媒で洗浄することにより、シリカ表面のシリコーンオイルを抽出し、当該抽出液を液体クロマトグラフィ等で分離・同定することにより容易に確認できる。
〔実施例1〕
(葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリーの調製)
水熱処理の出発原料であるシリカヒドロゲルは、公知の方法に従い、ケイ酸ナトリウムをアルカリ源として次のようにして調整した。すなわち、SiO2 /Na2 O=3.0(モル比)、SiO2 濃度21.0質量%であるケイ酸ナトリウム水溶液2000mL/minと、硫酸濃度20.0質量%の硫酸水溶液とを、放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合し、放出口から空中に放出される液のpHが7.5〜8.0になるように調整し、生成したシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させ空中でゲル化させた。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させ、十分水洗して、平均粒径6mmのシリカヒドロゲルを得た。
上記シリカヒドロゲル粒子を、ダブルロールクラッシャーを用いて平均粒子径2.5mmに粗粉砕し、容量50000mLのオートクレーブ(電気加熱式、アンカ−型撹拌羽根付き)に、系内の総SiO2 /Na2 Oモル比が12.0になるように、23.7kg及びケイ酸ナトリウム水溶液(SiO2 28.75質量%、Na2 O9.3質量%、SiO2 /Na2 O=3.17(モル比))5.5kgを仕込み、これにイオン交換水を10.7kgを加え、50rpmで撹拌しながら185℃で8時間水熱処理を行った。系内の総シリカ濃度は、SiO2 として15質量%であった。
水熱処理後のスラリーは、濾布式竪型遠心分離機(東興機械社製、TU−18型)を用いて濾過水洗を行い、有姿含水率69.7質量%(固形分濃度30.3質量%)のシリカ3次凝集体粒子の湿ケーキを得た。
当該湿ケーキ1000g(固形分濃度:30.3質量%) にイオン交換水1020gを加えてリパルプし、シリカ3次凝集体粒子の水系スラリー(固形分15質量%、pH 7.2)202gを調製した。このスラリーの状態では、コールターカウンターによる平均粒径は7.2μmであり、B型粘度計による粘度は、0.010Pa・sであった。
当該水系スラリーを媒体撹拌ビーズミル(シンマルエンタープライゼズ社製、ダイノーミルKDL−PILOT A型 (ベッセル容量1.4L、直径0.5mmジルコニアビーズ70%充填) )でシャフト回転数3400rpm、流量10L/hで3回通過させて、解砕・分散化を行い、葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリー(以下「水系スラリー1」という。)を得た。
(水系スラリーのシリコン系化合物による処理)
前記葉状シリカ2次粒子の水系スラリー1の2000g(固形分濃度15質量%、平均粒子径0.55μm) に、シリカ粒子表面処理用のシリコン系化合物(メチルハイドロジェンシリコーンオイルエマルション、信越化学工業社製 商品名:Polon MR、固形分濃度60.0質量%)を、配合量20%(固形分/総固形分(質量基準、以下同じ。))になるように125gを加え、さらに水1625g添加して、スラリー濃度(総固形分濃度)10.0質量%に希釈後、撹拌機を用いてよく混合し、水/シリコン系化合物混合スラリー状態にて室温にてシリカの処理を5分間行った。
(乾燥、解砕工程)
以上のごとくしてシリコン系化合物によりスラリー状態で処理した当該混合スラリーを、スプレードライヤー(坂本技研社製GA32型)を用いて、スラリー供給量10L/h、噴霧圧力15Kg/cm2、熱風温度180℃で噴霧乾燥を行い、シリコン系化合物により表面処理された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末のほぼ球状の凝集体を得た。この凝集体のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、11.6μmであった。
この葉状シリカ2次粒子等の乾燥粉末の凝集体(以下「葉状シリカ粉末凝集体」と称することがある。)250gを、小型の振動ボールミル(中央化工機社製、機械名:MB-1型 ポット内容量:1L 粉砕媒体:φ5mmアルミナボール80%充填)を用い、5時間解砕処理を行い、葉状シリカ粉末凝集体の解砕処理を行った。
解砕処理され単分散化された乾燥粒子粉末のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、0.60μmとほぼ元のスラリー状態におけるものと同等の粒子径であり、大略スラリー状態における粒子の形状を保持したまま単分散された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末であった。
当該葉状シリカ2次粒子の走査顕微鏡写真(SEM)を図2に示すが、これより明らかなように、高度に単分散した乾燥シリカ粉末であることが確認された。
(シリカ乾燥粒子粉末配合塗料)
かくして得られた葉状シリカ2次粒子の単分散乾燥粒子粉末5gを、300mLビーカー中で、有機溶剤型のウレタン樹脂クリヤー塗料(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーA液、樹脂固形分53%)14.9gに配合し、撹拌して均一にした。ついで同上塗料専用の硬化剤(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーB液、樹脂固形分51%)7.5gと、シンナー(カシュー社製、ストロン#2510)3.7gを添加して、撹拌均一化し、塗料用組成物とした。当該組成物におけるシリカと樹脂の固形分質量比率は、30:70である。
ガラス板(ソーダライムガラス、70mm×150mm×2mm厚み)を用意し、当該塗料用組成物を、バーコーター塗り法(JIS K5400)で、#80バーコーター(江藤機械社製)を用いて、塗布し、室温で24時間乾燥して試験片とした。塗布量は、固形分換算で約20g/m2であった。
得られた塗膜の外観は、半透明で艶の抑えられた平滑膜であった。
この塗膜の断面形状をTEMで観察すると、樹脂中で葉状シリカ2次粒子(なお、一部1次粒子が含まれている。)が、一旦凝集しやすい乾燥工程を経ているにかかわらず、実質的に凝集せず、塗膜中で良好に分散し、平行に配向、積層していることが確認された。これは、シリカ3次凝集体粒子を水系スラリーで解砕して葉状シリカ2次粒子の水系スラリーを得、これを乾燥することなく、分散性のよい水系スラリーのままで、水性有機塗料に配合した場合と殆ど遜色のない、きわめて分散性のよい状態の乾燥シリカ粒子が得られていることを示している。以上の結果を表1及び表2にまとめて示した。なお、表1において「EM」は、エマルションであることを示す。
〔実施例2〕
(葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリーの調製)
実施例1と同様にして得た平均粒子径が6mmのシリカヒドロゲル粒子を、ダブルロールクラッシャーを用いて平均粒子径2.5mmに粗粉砕し、容量5000mLのオートクレーブ(電気加熱式、アンカー型撹拌羽根付き)に、系内の総SiO2 /Na2 Oモル比が11.0になるように、2688g及び水酸化ナトリウム水溶液(NaOH48.5質量%)126gを仕込み、これにイオン交換水を1186gを加え、種晶0.5gを添加して、20rpmで撹拌しながら180℃で12時間水熱処理を行った。系内の総シリカ濃度は、SiO2 として12.5質量%であった。
水熱処理後のスラリーは、濾布式竪型遠心分離機(東興機械社製、TU−18型)を用いて濾過水洗を行い、有姿含水率66.7質量%(固形分濃度33.3質量%)のシリカ3次凝集体粒子の湿ケーキを得た。
当該湿ケーキ1000g(固形分濃度33.3質量%) にイオン交換水1220gを加えてリパルプし、シリカ3次凝集体粒子の水系スラリー(固形分15質量%、pH 7.1)の2220gを調製した。このスラリーの状態では、コールターカウンターによる平均粒径は7.2μmであり、B型粘度計による粘度は、0.010Pa・sであった。
当該水系スラリーを媒体撹拌ビーズミル(シンマルエンタープライゼズ社製、ダイノーミルKDL−PILOT A型(ベッセル容量1.4L、直径0.5mmジルコニアビーズ70%充填))でシャフト回転数3400rpm、流量10L/hで3回通過させ、解砕・分散化を行い、葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリー(以下「水系スラリー2」という。)を得た。
(水系スラリーのシリコン系化合物による処理)
前記葉状シリカ2次粒子の水系スラリー2の2000g(固形分濃度15質量%、平均粒子径0.56μm) に、シリカ粒子表面処理用のシリコン系化合物(メチルハイドロジェンシリコーンオイルエマルション、信越化学工業社製 商品名:Polon MR、固形分濃度60.0質量%)を、配合量20%(固形分/総固形分)になるように125gを加え、さらに水1625g添加して、総固形分濃度10.0質量%に希釈後、撹拌機を用いてよく混合し、水/シリコン系化合物混合スラリーの状態にてシリカの処理を室温にて10分間行った。
(乾燥、解砕処理)
以上のごとくしてシリコン系化合物によりスラリー状態で処理した当該混合スラリーを、スプレードライヤー(坂本技研社製GA32型)を用いて、スラリー供給量10L/h、噴霧圧力15Kg/cm2、熱風温度180℃で噴霧乾燥を行い、シリコン系化合物により表面処理された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末のほぼ球状の凝集体を得た。この凝集体のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、12.9μmであった。
この葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末の凝集体(葉状シリカ粉末凝集体)250gを、小型の振動ボールミル(中央化工機社製、機械名:MB-1型 ポット内容量:1L 粉砕媒体:φ5mmアルミナボール80%充填)を用い、5時間運転し解砕処理を行い、葉状シリカ粉末凝集体の解砕処理を行った。
解砕処理され単分散化された乾燥粒子粉末のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、0.66μmとほぼ元のスラリー状態におけるものと同等の粒子径であり、ほぼスラリー状態における粒子の形状を保持したまま単分散された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末であった。
当該葉状シリカ2次粒子の走査顕微鏡写真(SEM)を図3に示すが、これより明らかなように、高度に単分散した乾燥シリカ粉末であることが確認された。
(シリカ乾燥粒子粉末配合塗料)
かくして得られた葉状シリカ2次粒子の単分散乾燥粒子粉末5gを、300mLビーカー中で、有機溶剤型のウレタン樹脂クリヤー塗料(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーA液、樹脂固形分53%)14.9gに配合し撹拌して均一にした。ついで同上塗料専用の硬化剤(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーB液、樹脂固形分51%)7.5gとシンナー(カシュー社製、ストロン#2510)3.7gを添加して撹拌均一化して塗料用組成物とした。当該組成物におけるシリカと樹脂の固形分質量比率は、30:70である。
ガラス板(ソーダライムガラス、70mm×150mm×2mm厚み)を用意し、当該塗料用組成物を、バーコーター塗り法(JIS K5400)で、#80バーコーター(江藤機械社製)を用いて、塗布し、室温で24時間乾燥して試験片とした。塗布量は、固形分換算で約20g/m2であった。
得られた塗膜の外観は、半透明で艶の抑えられた平滑膜であった。
この塗膜の断面形状をTEMで観察すると、樹脂中で葉状シリカ2次粒子(なお、一部1次粒子が含まれている。)が凝集せず平行に配向、積層しており、元の鱗片状シリカスラリーを水性有機塗料に配合した場合と同様の様子が観察された。
すなわち、シリカ3次凝集体粒子を水系スラリーで解砕して葉状シリカ2次粒子の水系スラリーを得、これを乾燥することなく、分散性のよい水系スラリーのままで、水性有機塗料に配合した場合のごとく、きわめて良好な分散性の乾燥シリカ粒子粉末が得られていることを示している。以上の結果を表1及び表2にまとめて示した。
〔実施例3〕
(葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリーの調製)
実施例1と同様にして得た平均粒子径が6mmのシリカヒドロゲル粒子を、ダブルロールクラッシャーを用いて平均粒子径2.5mmに粗粉砕し、容量50000mLのオートクレーブ(電気加熱式、アンカ−型撹拌羽根付き)に、系内の総SiO2 /Na2 Oモル比が12.0になるように、23.7kg及びケイ酸ナトリウム水溶液5.5kgを仕込み、これにイオン交換水を10.7kgを加え、50rpmで撹拌しながら185℃で8時間水熱処理を行った。系内の総シリカ濃度は、SiO2 として15質量%であった。
水熱処理後のスラリーは、濾布式竪型遠心分離機(東興機械社製、TU−18型)を用いて濾過水洗を行い、有姿含水率69.7質量%(固形分濃度30.3質量%)のシリカ3次凝集体粒子の湿ケーキを得た。
当該湿ケーキ1000g(固形分濃度30.3質量%) にイオン交換水1020gを加えてリパルプし、シリカ3次凝集体粒子の水系スラリー(固形分15質量%、pH 7.2)202gを調製した。このスラリーの状態では、コールターカウンターによる平均粒径は7.2μmであり、B型粘度計による粘度は、0.010Pa・sであった。
当該水系スラリーを媒体撹拌ビーズミル(シンマルエンタープライゼズ社製、ダイノーミルKDL−PILOT A型 (ベッセル容量1.4L、直径0.5mmジルコニアビーズ70%充填))でシャフト回転数3400rpm、流量10L/hで3回通過させて、解砕・分散化を行い、葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリー(以下「水系スラリー3」という。)を得た。
(水系スラリーのシリコン系化合物による処理)
前記葉状シリカ2次粒子の水系スラリー3の2000g(固形分濃度16質量%、平均粒子径1.41μm) に、表面処理用シリコン系化合物(メチルハイドロジェンシリコーンオイルエマルション(信越化学工業社製 商品名:Polon MR、固形分濃度60.0質量%)を、配合量20%(固形分/総固形分)になるように133gを加え、さらに水1865gを添加して、総固形分濃度10.0質量%に希釈後、撹拌機を用いてよく混合し、水/シリコン系化合物混合スラリー状態にてシリカの処理を室温にて5分間行った。
(乾燥、解砕工程)
以上のごとくしてシリコン系化合物によりスラリー状態で処理した当該混合スラリーを、スプレードライヤー(坂本技研社製GA32型)を用いて、スラリー供給量10L/h、噴霧圧力15Kg/cm2、熱風温度180℃で噴霧乾燥を行い、シリコン系化合物により表面処理された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末のほぼ球状の凝集体を得た。この凝集体のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、14.6μmであった。
この葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末の凝集体250gを小型の振動ボールミル(中央化工機社製、機械名:MB-1型 ポット内容量:1L 粉砕媒体:φ5mmアルミナボール80%充填)を用い、1時間解砕処理を行い、葉状シリカ粉末凝集体の解砕処理を行った。
解砕処理され単分散化された乾燥粉末のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、1.33μmとほぼ元のスラリー状態におけるものと同等の粒子径であり、大略スラリー状態における粒子の形状を保持したまま単分散された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末であった。
(シリカ乾燥粒子粉末配合塗料)
かくして得られた葉状シリカ2次粒子単分散乾燥粉末5gを300mLビーカー中で、有機溶剤型のウレタン樹脂クリヤー塗料(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーA液、樹脂固形分53%)14.9gに配合し、撹拌して均一にした。ついで同上塗料専用の硬化剤(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーB液、樹脂固形分51%)7.5gとシンナー(カシュー社製、ストロン#2510)3.7gを添加して撹拌均一化して塗料用組成物とした。当該組成物におけるシリカと樹脂の固形分質量比率は、30:70である。
ガラス板(ソーダライムガラス、70mm×150mm×2mm厚み)を用意し、当該塗料用組成物を、バーコーター塗り法(JIS K5400)で、#80バーコーター(江藤機械社製)を用いて、塗布し、室温で24時間乾燥して試験片とした。塗布量は、固形分換算で約20g/m2であった。
得られた塗膜の外観は、半透明で艶の抑えられた平滑膜であった。
この塗膜の断面形状をTEMで観察すると、樹脂中で葉状シリカ2次粒子(一部1次粒子)が、いったん凝集しやすい乾燥工程を経ているにかかわらず、実質的に凝集せず、塗膜中で良好に分散し、平行に配向、積層していることが確認された。
このように、本発明によれば、シリカ3次凝集体粒子を水系スラリーで解砕して葉状シリカ2次粒子の水系スラリーを得、これを乾燥することなく、分散性のよい水系スラリーのままで、水性有機塗料に配合した場合のごとく、きわめて良好な分散性の乾燥シリカ粒子粉末が得られていることを示している。以上の結果を表1及び表2にまとめて示した。
〔実施例4〕
(葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリーの調製)
実施例1と同様にして得た平均粒子径が6mmのシリカヒドロゲル粒子を、ダブルロールクラッシャーを用いて平均粒子径2.5mmに粗粉砕し、容量50000mLのオートクレーブ(電気加熱式、アンカ−型撹拌羽根付き)に、系内の総SiO2 /Na2 Oモル比が12.0になるように、23.7kg及びケイ酸ナトリウム水溶液5.5kgを仕込み、これにイオン交換水を10.7kgを加え、50rpmで撹拌しながら185℃で8時間水熱処理を行った。系内の総シリカ濃度は、SiO2 として15質量%であった。
水熱処理後のスラリーは、濾布式竪型遠心分離機(東興機械社製、TU−18型)を用いて濾過水洗を行い、有姿含水率69.7質量%(固形分濃度30.3質量%)のシリカ3次凝集体粒子の湿ケーキを得た。
当該湿ケーキ1000g(固形分濃度30.3質量%) にイオン交換水894gを加えてリパルプし、シリカ3次凝集体粒子の水系スラリー(固形分16質量%、pH 7.2)1894gを調製した。このスラリーの状態では、コールターカウンターによる平均粒径は7.2μmであり、B型粘度計による粘度は、0.012Pa・sであった。
当該水系スラリーを媒体撹拌ビーズミル(シンマルエンタープライゼズ社製、ダイノーミルKDL−PILOT A型 (ベッセル容量1.4L、直径0.5mmジルコニアビーズ70%充填))でシャフト回転数3400rpm、流量30L/hで1回通過させて、解砕・分散化を行い、葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリー(以下「水系スラリー4」という。)を得た。
(水系スラリーのシリコン系化合物による処理)
前記葉状シリカ2次粒子の水系スラリー4の2000g(固形分濃度16質量%、平均粒子径1.44μm) に、表面処理用シリコン化合物(メチルハイドロジェンシリコーンオイルエマルション、信越化学工業社製 商品名:Polon MR、固形分濃度60.0質量%)を、配合量20%(固形分/総固形分)になるように133gを加え、さらに水1865g添加し総固形分濃度10.0質量%に希釈後、撹拌機を用いてよく混合し、水/シリコン系化合物混合スラリー状態にて室温にてシリカの処理を10分間行った。
(乾燥、解砕工程)
以上のようにしてシリコン系化合物によりスラリー状態で処理した当該混合スラリーを、スプレードライヤー(坂本技研社製GA32型)を用いて、スラリー供給量10L/h、噴霧圧力15Kg/cm2、熱風温度180℃で噴霧乾燥を行い、シリコン系化合物により表面処理された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末のほぼ球状の凝集体を得た。この凝集体のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、14.0μmであった。
この葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末の凝集体250gを小型の振動ボールミル(中央化工機社製、機械名:MB-1型 ポット内容量:1L 粉砕媒体:φ5mmアルミナボール80%充填)を用い、1時間運転し解砕処理を行い、葉状シリカ粉末凝集体の解砕処理を行った。
解砕処理され単分散化された乾燥粉末のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、1.29μmとほぼ元のスラリー状態におけるものと同等の粒子径であり、大略スラリー状態における粒子の形状を保持したまま単分散された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末であった。
(シリカ乾燥粒子粉末配合塗料)
かくして得られた葉状シリカ2次粒子単分散乾燥粉末5gを300mLビーカー中で、有機溶剤型のウレタン樹脂クリヤー塗料(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーA液、樹脂固形分53%)14.9gに配合し撹拌して均一にした。ついで同上塗料専用の硬化剤(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーB液、樹脂固形分51%)7.5gとシンナー(カシュー社製、ストロン#2510)3.7gを添加して撹拌均一化して塗料用組成物とした。当該組成物におけるシリカと樹脂の固形分質量比率は、30:70である。
ガラス板(ソーダライムガラス、70mm×150mm×2mm厚み)を用意し、当該塗料用組成物を、バーコーター塗り法(JIS K5400)で、#80バーコーター(江藤機械社製)を用いて、塗布し、室温で24時間乾燥して試験片とした。塗布量は、固形分換算で約20g/m2であった。
得られた塗膜の外観は、半透明で艶の抑えられた平滑膜であった。
この塗膜の断面形状をTEMで観察すると、樹脂中で葉状シリカ2次粒子(一部1次粒子)が、いったん凝集しやすい乾燥工程を経ているにかかわらず、実質的に凝集せず、塗膜中で良好に分散し、平行に配向、積層していることが確認された。
すなわち本発明の葉状シリカ2次粒子単分散乾燥粉末によれば、シリカ3次凝集体粒子を水系スラリーで解砕して葉状シリカ2次粒子の水系スラリーを得、これを乾燥することなく、分散性のよい水系スラリーのままで、水性有機塗料に配合した場合と遜色ない程度の、きわめて良好な分散性を有する乾燥シリカ粒子粉末が得られていることを示している。
以上の結果をまとめて表1及び表2にまとめて示した。
〔実施例5〕
実施例1においてシリコン系化合物の配合量を10%に変更したほかは同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例6〕
実施例1においてシリコン系化合物の配合量を30%に変更したほかは同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例7〕
実施例3においてシリコン系化合物の配合量を10%に変更したほかは同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例8〕
実施例3においてシリコン系化合物の配合量を30%に変更したほかは同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例9〕
実施例1においてシリカ表面処理用のシリコン系化合物としてジメチルシリコーンオイルエマルション(商品名:KM905、信越化学工業社製)を使用したほかは同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例10〕
実施例1においてシリカ表面処理用のシリコン系化合物としてジメチルシリコーンオイルエマルション(商品名:FZ−4158、日本ユニカー社製)を使用したほかは実施例1と同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例11〕
実施例1においてシリカ表面処理用のシリコン系化合物としてアミノ変性ジメチルシリコーンオイルエマルション(商品名:KM907、信越化学工業社製)を使用したほかは実施例1と同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例12〕
実施例1においてシリカ表面処理用のシリコン系化合物としてエポキシ変性ジメチルシリコーンオイルエマルション(商品名:ソフナーシル−10、信越化学工業社製)を使用したほかは実施例1と同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例13〕
実施例1においてシリカ表面処理用のシリコン系化合物としてカルボキシル変性ジメチルシリコーンオイルエマルション(商品名:FZ−4633、日本ユニカー社製)を使用し、解砕時間を10時間としたほかは実施例1と同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例14〕
実施例1においてシリカ表面処理用のシリコン系化合物としてポリエーテル変性ジメチルシリコーンオイルエマルション(商品名:FZ−2105、日本ユニカー社製)を使用し、解砕時間を10時間としたほかは実施例1と同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。なお、FZ−2105は「Oil状」のものであるが、それ自身ポリエーテル基を有しているので、これを水系スラリーに添加した時点で水溶媒に良好に分散し、エマルションを形成する。
〔実施例15〕
実施例3においてシリカ表面処理用のシリコン系化合物としてジメチルシリコーンオイルエマルション(商品名:FZ−4158、日本ユニカー社製)を使用したほかは実施例3と同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例16〕
実施例3においてシリカ表面処理用のシリコン系化合物としてアミノ変性ジメチルシリコーンオイルエマルション(商品名:KM907、信越化学工業社製)を使用したほかは実施例3と同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例17〕
実施例3においてシリカ表面処理用のシリコン系化合物としてエポキシ変性ジメチルシリコーンオイルエマルション(商品名:ソフナーシル−10、信越化学工業社製)を使用したほかは実施例3と同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例18〕
実施例3においてシリカ表面処理用のシリコン系化合物としてカルボキシル変性ジメチルシリコーンオイルエマルション(商品名:FZ−4633、日本ユニカー社製)を使用し解砕時間を3時間としたほかは実施例3と同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例19〕
実施例3においてシリカ表面処理用のシリコン系化合物としてポリエーテル変性ジメチルシリコーンオイルエマルション(商品名:FZ−2105、日本ユニカー社製)を使用し解砕時間を3時間としたほかは実施例3と同様の実験を行った。結果を表1及び表2に示した。なお、FZ−2105は「Oil状」のものであるが、それ自身ポリエーテル基を有しているので、これを水系スラリーに添加した時点で水溶媒に良好に分散し、エマルションを形成する。
〔比較例1〕
(水系スラリーのシリコン系化合物無添加での処理)
実施例1と同様にして調製した湿式解砕後の葉状シリカ2次粒子の水系スラリー1の2000g(固形分濃度15質量%、平均粒子径0.55μm) に、シリカ粒子表面処理用シリコン系化合物を配合しないで、さらに水を1000gを添加し総固形分濃度10.0質量%に希釈後、撹拌機を用いて5分間よく混合した。
(乾燥、解砕工程)
当該混合スラリーを、さらに水を加えて10倍に希釈し、スプレードライヤー(坂本技研社製 型番:2ND−140−10S)を用いて、当該希釈スラリー供給量10L/h、噴霧圧力15Kg/cm2、熱風温度180℃で噴霧乾燥を行い、葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末のほぼ球状の凝集体を得た。この凝集体のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、12.1μmであった。
当該葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末の凝集体250gを、小型の振動ボールミル(中央化工機社製、機械名:MB-1型 ポット内容量:1L 粉砕媒体:φ5mmアルミナボール80%充填)を用い、10時間運転し解砕処理を行い、葉状シリカ粉末凝集体の解砕処理を行った。
この解砕処理された乾燥粉末のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、8.10μmであって、元のスラリー状態における粒径(平均粒子径0.55μm)と比較すると大幅に大きな粒子径であった。また、目視にて、形状を察すると、乾燥粉末凝集体の状態が残っていることが認められた。当該乾燥粉末の走査顕微鏡写真(SEM)を図4に示すが、これより明らかなようにシリカ乾燥粉末は凝集体の状態にあることが確認された。
(シリカ乾燥粒子粉末配合塗料)
得られた葉状シリカ2次粒子乾燥粉末5gを300mLビーカー中で、有機溶剤型のウレタン樹脂クリヤー塗料(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーA液、樹脂固形分53%)14.9gに配合し、撹拌して均一にした。ついで同上塗料専用の硬化剤(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーB液、樹脂固形分51%)7.5gとシンナー(カシュー社製、ストロン#2510)3.7gを添加して撹拌均一化して塗料用組成物とした。当該組成物におけるシリカと樹脂の固形分質量比率は、30:70である。
ガラス板(ソーダライムガラス、70mm×150mm×2mm厚み)を用意し、当該塗料用組成物を、バーコーター塗り法(JIS K5400)で、#80バーコーター(江藤機械社製)を用いて、塗布し、室温で24時間乾燥して試験片とした。塗布量は、固形分換算で約20g/m2であった。得られた塗膜の外観は、透明感のない白濁した膜であった。結果を表1及び表2に示した。
〔比較例2〕
(水系スラリーのシリコン系化合物無添加での処理)
実施例3と同様にして調製した湿式解砕後の葉状シリカ2次粒子の水系スラリー3の2000g(固形分濃度15質量%、平均粒子径1.41μm) に、シリカ粒子表面処理用シリコン系化合物を配合せず、さらに水1000g添加し総固形分濃度10.0質量%に希釈後、撹拌機を用いてよく5分間撹拌処理を行った。
(乾燥、解砕工程)
当該混合スラリーを、さらに水を加えて10倍に希釈し、スプレードライヤー(坂本技研社製 型番:2ND−140−10S)を用いて、当該希釈スラリー供給量10L/h、噴霧圧力15Kg/cm2、熱風温度180℃で噴霧乾燥を行い、葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末のほぼ球状の凝集体を得た。この凝集体のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、12.1μmであった。
当該葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末の凝集体250gを、小型の振動ボールミル(中央化工機社製、機械名:MB-1型 ポット内容量:1L 粉砕媒体:φ5mmアルミナボール80%充填)を用い、10時間運転し解砕処理を行い、葉状シリカ粉末凝集体の解砕処理を行った。
この解砕処理された乾燥粉末のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、5.52μmであって、元のスラリー状態における粒径(平均粒子径1.41μm)と比較すると大幅に大きな粒子径であった。また、目視にて、形状を観察すると、乾燥粉末凝集体の状態が残っていることが認められた。当該乾燥粉末の走査顕微鏡写真(SEM)を図5に示すが、これより明らかなようにシリカ乾燥粉末は凝集体の状態にあることが確認された。
(シリカ乾燥粒子粉末配合塗料)
得られた葉状シリカ2次粒子乾燥粉末5gを300mLビーカー中で、有機溶剤型のウレタン樹脂クリヤー塗料(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーA液、樹脂固形分53%)14.9gに配合し、撹拌して均一にした。ついで同上塗料専用の硬化剤(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーB液、樹脂固形分51%)7.5gとシンナー(カシュー社製、ストロン#2510)3.7gを添加して撹拌均一化して塗料用組成物とした。当該組成物におけるシリカと樹脂の固形分質量比率は、30:70である。
ガラス板(ソーダライムガラス、70mm×150mm×2mm厚み)を用意し、当該塗料用組成物を、バーコーター塗り法(JIS K5400)で、#80バーコーター(江藤機械社製)を用いて、塗布し、室温で24時間乾燥して試験片とした。塗布量は、固形分換算で約20g/m2であった。得られた塗膜の外観は、透明感のない白濁した膜であった。結果を表1及び表2に示した。
〔比較例3〕
(水系スラリーの過剰なシリコン系化合物添加による処理)
実施例1と同様にして調製した湿式解砕後の葉状シリカ2次粒子の水系スラリー1の2000g(固形分濃度15質量%、平均粒子径0.55μm) に、シリカ粒子表面処理用シリコン系化合物(メチルハイドロジェンシリコーンオイルエマルション、信越化学工業社製 商品名:Polon MR、固形分濃度60.0質量%)を、配合量45%(固形分/総固形分)になるように加え、さらに水を添加し総固形分濃度10.0質量%に希釈後、撹拌機を用いてよく混合し、水/シリコン系化合物混合スラリー状態にてシリカの処理を室温にて10分間行った。
(乾燥、解砕工程)
このようにしてシリコン系化合物によりスラリー状態で処理した当該混合スラリーを、スプレードライヤー(坂本技研社製 型番:2ND−140−10S)を用いて、スラリー供給量10L/h、噴霧圧力15Kg/cm2、熱風温度180℃で噴霧乾燥を行い、シリコン系化合物により処理された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末のほぼ球状の凝集体を得た。この凝集体のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、12.4μmであった。
当該葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末の凝集体250gを、小型の振動ボールミル(中央化工機社製、機械名:MB-1型 ポット内容量:1L 粉砕媒体:φ5mmアルミナボール80%充填)を用い、10時間運転し解砕処理を行い、葉状シリカ粉末凝集体の解砕処理を行った。
しかしながら、解砕処理後の粉末凝集体のほとんどの部分は、振動ボールミルのポット下部の壁面全体に凝集・付着していることが認められた。この凝集体を、強引に掻き取ってレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)によって粒径を測定したところ平均粒子径は、9.05μmであって、元のスラリー状態における粒径(平均粒子径0.55μm)と比較すると大幅に大きな粒子径であった。また、目視にて、形状を観察すると、乾燥粉末凝集体の状態が大きく残留していることが認められ、十分に単分散されていなかった。
このことから、シリコン系化合物の配合量が45質量%程度と過剰である場合には、スプレードライヤーによる乾燥は行えるものの、過剰のオイル状のシリコン系化合物が粒子凝集体中に存在するため、振動ボールミル中で振動を印加しても、当該過剰のオイル状化合物が粒子同士をむしろ結合するために作用し、解砕の効果を阻害しているものと推定される。
(シリカ乾燥粒子粉末配合塗料)
掻き取って得られた葉状シリカ2次粒子乾燥粉末5gを300mLビーカー中で、有機溶剤型のウレタン樹脂クリヤー塗料(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーA液、樹脂固形分53%)14.9gに配合し、撹拌して均一にした。ついで同上塗料専用の硬化剤(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーB液、樹脂固形分51%)7.5gとシンナー(カシュー社製、ストロン#2510)3.7gを添加して撹拌均一化して塗料用組成物とした。当該組成物におけるシリカと樹脂の固形分質量比率は、30:70である。
ガラス板(ソーダライムガラス、70mm×150mm×2mm厚み)を用意し、当該塗料用組成物を、バーコーター塗り法(JIS K5400)で、#80バーコーター(江藤機械社製)を用いて、塗布し、室温で24時間乾燥して試験片とした。塗布量は、固形分換算で約20g/m2であった。得られた塗膜の外観は、透明感のない白濁した膜であった。結果を表1及び表2に示した。
〔比較例4〕
(水系スラリーの過剰なシリコン系化合物添加による処理)
実施例3と同様にして調製した湿式解砕後の葉状シリカ2次粒子の水系スラリー3の2000g(固形分濃度15質量%、平均粒子径1.41μm) に、シリカ粒子表面処理用シリコン系化合物(メチルハイドロジェンシリコーンオイルエマルション、信越化学工業社製 商品名:Polon MR、固形分濃度60.0質量%)を、配合量45%(固形分/総固形分)になるように加え、さらに水を添加し総固形分濃度10.0質量%に希釈後、撹拌機を用いてよく混合し、水/シリコン系化合物混合スラリー状態にてシリカの処理を室温にて10分間行った。
(乾燥、解砕工程)
このようにしてシリコン系化合物によりスラリー状態で処理した当該混合スラリーを、スプレードライヤー(坂本技研社製 型番:2ND−140−10S)を用いて、スラリー供給量10L/h、噴霧圧力15Kg/cm2、熱風温度180℃で噴霧乾燥を行い、シリコン系化合物により処理された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末のほぼ球状の凝集体を得た。この凝集体のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、12.8μmであった。
この葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末の凝集体250gを、小型の振動ボールミル(中央化工機社製、機械名:MB-1型 ポット内容量:1L 粉砕媒体:φ5mmアルミナボール80%充填)を用い、10時間運転し解砕処理を行い、葉状シリカ粉末凝集体の解砕処理を行った。
しかしながら、解砕処理後の粉末凝集体のほとんどの部分は、振動ボールミルのポット下部の壁面全体に凝集・付着していることが認められた。この凝集体を、強引に掻き取ってレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)によって粒径を測定したところ平均粒子径は、5.19μmであって、元のスラリー状態における粒径(平均粒子径1.41μm)と比較すると大幅に大きな粒子径であった。また、目視にて、形状を観察すると、乾燥粉末凝集体の状態が大きく残留していることが認められ、十分に単分散されていなかった。
すなわち、シリコン系化合物の配合量が45質量%程度と過剰である場合には、スプレードライヤーによる乾燥は行えるものの、過剰のオイル状のシリコン系化合物が粒子凝集体中に存在するため、振動ボールミル中で振動を印加しても、当該過剰のオイル状化合物が粒子同士をむしろ結合するために作用し、解砕の効果を阻害しているものと推定される。
(シリカ乾燥粒子粉末配合塗料)
掻き取って得られた葉状シリカ2次粒子乾燥粉末5gを300mLビーカー中で、有機溶剤型のウレタン樹脂クリヤー塗料(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーA液、樹脂固形分53%)14.9gに配合し、撹拌して均一にした。ついで同上塗料専用の硬化剤(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーB液、樹脂固形分51%)7.5gとシンナー(カシュー社製、ストロン#2510)3.7gを添加して撹拌均一化して塗料用組成物とした。当該組成物におけるシリカと樹脂の固形分質量比率は、30:70である。
ガラス板(ソーダライムガラス、70mm×150mm×2mm厚み)を用意し、当該塗料用組成物を、バーコーター塗り法(JIS K5400)で、#80バーコーター(江藤機械社製)を用いて、塗布し、室温で24時間乾燥して試験片とした。塗布量は、固形分換算で約20g/m2であった。得られた塗膜の外観は、透明感のない白濁した膜であった。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例20〕
(水系スラリーのシリコン系化合物による処理)
実施例1と同様にして調製した湿式解砕後の葉状シリカ2次粒子の水系スラリー1の2000g(固形分濃度15質量%、平均粒子径0.55μm) に、シリカ粒子表面処理用シリコン系化合物(メチルハイドロジェンシリコーンオイルエマルション、信越化学工業社製 商品名:Polon MR、固形分濃度60.0質量%)を、配合量5%(固形分/総固形分)になるよう26gを加え、さらに水1130g添加し総固形分濃度10.0質量%に希釈後、撹拌機を用いてよく混合し、水/シリコン系化合物混合スラリー状態にてシリカの処理を室温にて5分間行った。
(乾燥、解砕工程)
このようにしてシリコン系化合物によりスラリー状態で処理した当該混合スラリーを、スプレードライヤー(坂本技研社製 型番:2ND−140−10S)を用いて、スラリー供給量10L/h、噴霧圧力15Kg/cm2、熱風温度180℃で噴霧乾燥を行い、シリコン系化合物により処理された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末のほぼ球状の凝集体を得た。この凝集体のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、13.3μmであった。
この葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末の凝集体250gを、小型の振動ボールミル(中央化工機社製、機械名:MB-1型 ポット内容量:1L 粉砕媒体:φ5mmアルミナボール80%充填)を用い、10時間運転し解砕処理を行い、葉状シリカ粉末凝集体の解砕処理を行った。
当該解砕処理された乾燥粉末のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、0.67μmであって、元のスラリー状態における粒径(平均粒子径0.55μm)とほぼ同等の粒子径であり、大略スラリー状態における粒子の形状を保持したまま単分散された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末であった。
(シリカ乾燥粒子粉末配合塗料)
かくして得られた葉状シリカ2次粒子単分散乾燥粉末5gを300mLビーカー中で、有機溶剤型のウレタン樹脂クリヤー塗料(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーA液、樹脂固形分53%)14.9gに配合し撹拌して均一にした。ついで同上塗料専用の硬化剤(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーB液、樹脂固形分51%)7.5gとシンナー(カシュー社製、ストロン#2510)3.7gを添加して撹拌均一化して塗料用組成物とした。当該組成物におけるシリカと樹脂の固形分質量比率は、30:70である。
ガラス板(ソーダライムガラス、70mm×150mm×2mm厚み)を用意し、当該塗料用組成物を、バーコーター塗り法(JIS K5400)で、#80バーコーター(江藤機械社製)を用いて、塗布し、室温で24時間乾燥して試験片とした。塗布量は、固形分換算で約20g/m2であった。
得られた塗膜の外観は、半透明で艶の抑えられた平滑膜であった。
この塗膜の断面形状をTEMで観察すると、樹脂中で葉状シリカ2次粒子(一部1次粒子)が、いったん凝集しやすい乾燥工程を経ているにかかわらず、実質的に凝集せず、塗膜中で良好に分散し、平行に配向、積層していることが確認された。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例21〕
(水系スラリーのシリコン系化合物による処理)
実施例3と同様にして調製した湿式解砕後の葉状シリカ2次粒子の水系スラリー3の2000g(固形分濃度15質量%、平均粒子径1.41μm) に、シリカ粒子表面処理用シリコン系化合物(メチルハイドロジェンシリコーンオイルエマルション、信越化学工業社製 商品名:Polon MR、固形分濃度60.0質量%)を、配合量5%(固形分/総固形分)になるよう28gを加え、さらに水1340g添加し総固形分濃度10.0質量%に希釈後、撹拌機を用いてよく混合し、水/シリコン系化合物混合スラリー状態にてシリカの処理を室温にて5分間行った。
(乾燥、解砕工程)
このようにしてシリコン系化合物によりスラリー状態で処理した当該混合スラリーを、スプレードライヤー(坂本技研社製 型番:2ND−140−10S)を用いて、スラリー供給量10L/h、噴霧圧力15Kg/cm2、熱風温度180℃で噴霧乾燥を行い、シリコン系化合物により処理された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末のほぼ球状の凝集体を得た。この凝集体のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、15.0μmであった。
この葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末の凝集体250gを、小型の振動ボールミル(中央化工機社製、機械名:MB-1型 ポット内容量:1L 粉砕媒体:φ5mmアルミナボール80%充填)を用い、3時間運転し解砕処理を行い、葉状シリカ粉末凝集体の解砕処理を行った。
当該解砕処理された乾燥粉末のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、1.34μmであって、スラリー状態における粒径(平均粒子径1.41μm)とほぼ同程度の粒子径のものであり、大略スラリー状態における粒子の形状を保持したまま単分散された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末であった。
(シリカ乾燥粒子粉末配合塗料)
かくして得られた葉状シリカ2次粒子単分散乾燥粉末5gを300mLビーカー中で、有機溶剤型のウレタン樹脂クリヤー塗料(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーA液、樹脂固形分53%)14.9gに配合し撹拌して均一にした。ついで同上塗料専用の硬化剤(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーB液、樹脂固形分51%)7.5gとシンナー(カシュー社製、ストロン#2510)3.7gを添加して撹拌均一化して塗料用組成物とした。当該組成物におけるシリカと樹脂の固形分質量比率は、30:70である。
ガラス板(ソーダライムガラス、70mm×150mm×2mm厚み)を用意し、当該塗料用組成物を、バーコーター塗り法(JIS K5400)で、#80バーコーター(江藤機械社製)を用いて、塗布し、室温で24時間乾燥して試験片とした。塗布量は、固形分換算で約20g/m2であった。
得られた塗膜の外観は、半透明で艶の抑えられた平滑膜であった。
この塗膜の断面形状をTEMで観察すると、樹脂中で葉状シリカ2次粒子(一部1次粒子)が、いったん凝集しやすい乾燥工程を経ているにかかわらず、実質的に凝集せず、塗膜中で良好に分散し、平行に配向、積層していることが確認された。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例22〕
(水系スラリーのシリコン系化合物による処理)
実施例1と同様にして調製した湿式解砕後の葉状シリカ2次粒子の水系スラリー1の2000g(固形分濃度15質量%、平均粒子径0.55μm) に、シリカ粒子表面処理用シリコン系化合物(メチルハイドロジェンシリコーンオイルエマルション、信越化学工業社製 商品名:Polon MR、固形分濃度60.0質量%)を、配合量40%(固形分/総固形分)になるよう356gを加え、さらに水2980g添加し総固形分濃度10.0質量%に希釈後、撹拌機を用いてよく混合し、水/シリコン系化合物混合スラリー状態にてシリカの処理を室温にて10分間行った。
(乾燥、解砕工程)
このようにしてシリコン系化合物によりスラリー状態で処理した当該混合スラリーを、スプレードライヤー(坂本技研社製 型番:2ND−140−10S)を用いて、スラリー供給量10L/h、噴霧圧力15Kg/cm2、熱風温度180℃で噴霧乾燥を行い、シリコン系化合物により処理された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末のほぼ球状の凝集体を得た。この凝集体のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、14.9μmであった。
当該葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末の凝集体250gを、小型の振動ボールミル(中央化工機社製、機械名:MB-1型 ポット内容量:1L 粉砕媒体:φ5mmアルミナボール80%充填)を用い、10時間運転し解砕処理を行い、葉状シリカ粉末凝集体の解砕処理を行った。
解砕処理後の粉末凝集体の一部は、振動ボールミルのポット下部の壁に付着しているものが認められたが、大部分は解砕処理され単分散化された乾燥粉末として得られた。そのレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、0.68μmとほぼ元のスラリー状態におけるものと同等の粒子径であり、大略スラリー状態における粒子の形状を保持したまま単分散された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末であった。
(シリカ乾燥粒子粉末配合塗料)
得られた葉状シリカ2次粒子単分散乾燥粉末5gを300mLビーカー中で、有機溶剤型のウレタン樹脂クリヤー塗料(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーA液、樹脂固形分53%)14.9gに配合し撹拌して均一にした。ついで同上塗料専用の硬化剤(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーB液、樹脂固形分51%)7.5gとシンナー(カシュー社製、ストロン#2510)3.7gを添加して撹拌均一化して塗料用組成物とした。当該組成物におけるシリカと樹脂の固形分質量比率は、30:70である。
ガラス板(ソーダライムガラス、70mm×150mm×2mm厚み)を用意し、当該塗料用組成物を、バーコーター塗り法(JIS K5400)で、#80バーコーター(江藤機械社製)を用いて、塗布し、室温で24時間乾燥して試験片とした。塗布量は、固形分換算で約20g/m2であった。得られた塗膜の外観は、半透明で艶の抑えられた平滑膜であった。結果を表1及び表2に示した。
〔実施例23〕
(水系スラリーのシリコン系化合物による処理)
実施例3と同様にして調製した湿式解砕後の葉状シリカ2次粒子の水系スラリー3の2000g(固形分濃度15質量%、平均粒子径1.41μm) に、シリカ粒子表面処理用シリコン系化合物(メチルハイドロジェンシリコーンオイルエマルション、信越化学工業社製 商品名:Polon MR、固形分濃度60.0質量%)を、配合量40%(固形分/総固形分)になるよう356gを加え、さらに水2980g添加し総固形分濃度10.0質量%に希釈後、撹拌機を用いてよく混合し、水/シリコン系化合物混合スラリー状態にてシリカの処理を室温で10分間行った。
(乾燥、解砕工程)
このようにしてシリコン系化合物によりスラリー状態で処理した当該混合スラリーを、スプレードライヤー(坂本技研社製 型番:2ND−140−10S)を用いて、スラリー供給量10L/h、噴霧圧力15Kg/cm2、熱風温度180℃で噴霧乾燥を行い、シリコン系化合物により処理された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末のほぼ球状の凝集体を得た。この凝集体のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、13.1μmであった。
当該葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末の凝集体250gを、小型の振動ボールミル(中央化工機社製、機械名:MB-1型 ポット内容量:1L 粉砕媒体:φ5mmアルミナボール80%充填)を用い、3時間運転し解砕処理を行い、葉状シリカ粉末凝集体の解砕処理を行った。
解砕処理後の粉末凝集体の一部は、振動ボールミルのポット下部の壁に付着しているものが認められたが、大部分は解砕処理され単分散化された乾燥粉末として得られた。そのレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920型)による平均粒子径は、1.49μmとほぼ元のスラリー状態におけるものと同等の粒子径であり、大略スラリー状態における粒子の形状を保持したまま単分散された葉状シリカ2次粒子の乾燥粉末であった。
(シリカ乾燥粒子粉末配合塗料)
得られた葉状シリカ2次粒子単分散乾燥粉末5gを300mLビーカー中で、有機溶剤型のウレタン樹脂クリヤー塗料(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーA液、樹脂固形分53%)14.9gに配合し撹拌して均一にした。ついで同上塗料専用の硬化剤(カシュー社製、ストロンAS#65クリヤーB液、樹脂固形分51%)7.5gとシンナー(カシュー社製、ストロン#2510)3.7gを添加して撹拌均一化して塗料用組成物とした。当該組成物におけるシリカと樹脂の固形分質量比率は、30:70である。
ガラス板(ソーダライムガラス、70mm×150mm×2mm厚み)を用意し、当該塗料用組成物を、バーコーター塗り法(JIS K5400)で、#80バーコーター(江藤機械社製)を用いて、塗布し、室温で24時間乾燥して試験片とした。塗布量は、固形分換算で約20g/m2であった。得られた塗膜の外観は、半透明で艶の抑えられた平滑膜であった。結果を表1及び表2に示した。
Figure 2006001783
Figure 2006001783
本発明によれば、シリカ薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子からなる高度に単分散したシリカ粒子粉末を、有機溶媒等を使用することなく、その水系スラリーから、簡便な手段により、水スラリー中での状態を保持したたまま、乾燥することにより、容易に得ることができる。当該葉状シリカ2次粒子の乾燥粒子粉末は、塗料、コーティング剤、フロアポリッシュ組成物、接着剤、化粧品等の各種のコーティング形成用組成物に配合し、その膜質等を顕著に向上せしめるフィラーとしてきわめて有用なものである。
本発明の単分散乾燥シリカ粒子粉末の製造方法のフローシートである。 乾燥シリカ粒子粉末のSEM写真である。 乾燥シリカ粒子粉末のSEM写真である。 乾燥シリカ粒子粉末のSEM写真である。 乾燥シリカ粒子粉末のSEM写真である。
符号の説明
10 シリカヒドロゲル等
20 水熱反応工程
30 シリカ3次凝集体粒子水スラリー
40 スラリー中での解砕・分散化処理工程
50 葉状シリカ2次粒子水系スラリー
60 シリコン系化合物水系エマルション
70 シリカの水系スラリーにおける処理工程
80 スラリー乾燥処理工程
90 水
100 葉状シリカ粉末凝集体
110 乾式解砕処理工程
120 単分散乾燥シリカ粒子粉末

Claims (8)

  1. シリカの薄片1次粒子及び/又は当該1次粒子が互いに面間が平行的に配向し複数枚重なって形成される葉状シリカ2次粒子からなることを特徴とする高度に単分散した乾燥シリカ粒子粉末。
  2. その表面がシリコン系化合物で処理されている請求項1に記載の乾燥シリカ粒子粉末。
  3. 前記シリカの薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子が、層状ポリケイ酸である請求項1又は2に記載の乾燥シリカ粒子粉末。
  4. 前記シリカの薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子のX線回折分析での主ピークが、シリカ−X及び/又はシリカ−Yに該当するシリカである請求項1〜3のいずれかに記載の乾燥シリカ粒子粉末。
  5. シリカの薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子が高度に単分散した乾燥シリカ粒子粉末の製造方法であって、(i)シリカヒドロゲル、活性ケイ酸又は含水ケイ酸のいずれかを、アルカリ金属塩の存在下に水熱処理し、鱗片状シリカの薄片1次粒子が互いに面間が平行的に配向し複数枚重なった葉状シリカ2次粒子と、更に、当該葉状シリカ2次粒子が3次元的に不規則に重なり合って形成される間隙を有する鱗片状シリカ3次凝集体粒子を形成する工程、(ii)上記シリカ3次凝集体粒子を、水系スラリー状態で、解砕・分散化して、シリカ薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリーを形成する工程、(iii)前記シリカ薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子からなる水系スラリーに、シリコン系化合物水系エマルションを添加・混合してスラリー状態で処理する工程、(iv)これを乾燥させる乾燥工程、及び、(v)この乾燥粉末を乾式解砕することからなることを特徴とする高度に単分散した乾燥シリカ粒子粉末の製造方法。
  6. 前記シリコン系化合物水系エマルションを前記シリカに対して固体基準で2質量%以上添加・混合する請求項5に記載の乾燥シリカ粒子粉末の製造方法。
  7. 前記シリカの薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子が、層状ポリケイ酸である請求項5又は6に記載の乾燥シリカ粒子粉末の製造方法。
  8. 前記シリカの薄片1次粒子及び/又は葉状シリカ2次粒子のX線回折分析での主ピークが、シリカ−X及び/又はシリカ−Yに該当するシリカである請求項5〜7のいずれかに記載の乾燥シリカ粒子粉末の製造方法。
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