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JP2013103860A - Method for producing hollow nanoparticle comprising mesoporous silica shell - Google Patents

Method for producing hollow nanoparticle comprising mesoporous silica shell Download PDF

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JP2013103860A
JP2013103860A JP2011249211A JP2011249211A JP2013103860A JP 2013103860 A JP2013103860 A JP 2013103860A JP 2011249211 A JP2011249211 A JP 2011249211A JP 2011249211 A JP2011249211 A JP 2011249211A JP 2013103860 A JP2013103860 A JP 2013103860A
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Japan
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silica
particles
nano
surfactant
hollow particles
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Application number
JP2011249211A
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Japanese (ja)
Inventor
Masatada Fuji
正督 藤
Takashi Shirai
孝 白井
V Rivera Virtudazo Raymond
ヴィ.リベラ ヴェルトウダゾ レイモンド
Chika Takai
千加 高井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nagoya Institute of Technology NUC
Original Assignee
Nagoya Institute of Technology NUC
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Abstract

【課題】1〜10nmの平均細孔径なるメソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子の簡便でかつ高い生産効率の製造方法を提供する。
【解決手段】界面活性剤水溶液と、ナノサイズに形状制御した炭酸カルシウムを混合することにより、界面活性剤ミセル構造を当該炭酸カルシウム表面に形成し、シリコンアルコキシドの反応により前記ミセル構造に対応したメソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子を製造する。
【選択図】図6
The present invention provides a simple and highly efficient production method of nano hollow particles composed of silica shells having a mesopore structure with an average pore diameter of 1 to 10 nm.
A surfactant micelle structure is formed on the surface of calcium carbonate by mixing a surfactant aqueous solution with calcium carbonate whose shape is controlled to a nano size, and a mesocorresponding to the micelle structure is formed by reaction of silicon alkoxide. Nano hollow particles made of a silica shell having a pore structure are produced.
[Selection] Figure 6

Description

本発明は、メソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing nano hollow particles comprising a silica shell having a mesoporous structure.

多孔性無機粒子は、医薬、農薬、化粧品などへの用途を目的として、キャリヤーとして利用することが知られている。特に、数nmの均一なメソ細孔を持つシリカ殻と、当該シリカ殻の内部に中空構造を有する中空粒子は、前記用途における薬物、農薬、化粧品などの有効成分を、中空構造内に多量に保持することができ、また前記メソ細孔構造を利用して前記有効成分を徐放するという機能を持つ。ナノテクノロジーの発展により、当該中空粒子をナノサイズの中空粒子とすることによって、また当該中空粒子の形状を様々に変化させることによって、前記徐放性能をより精密に制御できるなど、当該中空粒子の応用範囲が広がることが期待できる。前記多孔性無機粒子に関する発明として、特許文献1および2がある。 It is known that porous inorganic particles are used as a carrier for the purpose of use in medicine, agricultural chemicals, cosmetics and the like. In particular, silica shells having uniform mesopores of several nanometers and hollow particles having a hollow structure inside the silica shell, a large amount of active ingredients such as drugs, agricultural chemicals, and cosmetics in the above applications are contained in the hollow structure. The active ingredient can be sustainedly released using the mesopore structure. With the development of nanotechnology, by making the hollow particles into nano-sized hollow particles and by changing the shape of the hollow particles in various ways, the sustained release performance can be controlled more precisely. The application range can be expected to expand. Patent documents 1 and 2 are inventions related to the porous inorganic particles.

特許文献1に記載の技術は、ポリメタクリル酸メチルからなる粒子をコアとし、当該コア粒子表面で、カチオン性界面活性剤をミセル化した層を形成し、当該ミセル表面で加水分解、縮合反応させたシリコンアルコキシドを付加させ、加熱処理することによって界面活性剤とコア粒子を除去し、前記界面活性剤のアルキル鎖長に応じたメソ細孔を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子を製造する方法である。 The technique described in Patent Document 1 uses a particle made of polymethyl methacrylate as a core, forms a layer of a cationic surfactant in the form of micelles on the surface of the core particle, and performs hydrolysis and condensation reaction on the surface of the micelle. A method of producing nano hollow particles comprising silica shells having mesopores corresponding to the alkyl chain length of the surfactant by removing the surfactant and the core particles by adding the silicon alkoxide and heat-treating is there.

特許文献1に記載のメソ細孔を有するシリカ殻からなる中空粒子は、所望の径を有するコア粒子を製造することによって、また界面活性剤の種類や濃度を制御することによって、平均粒子径0.04〜2μm、平均細孔径が1〜5nmのメソ細孔を有する。ところが、コア粒子であるポリメタクリル酸メチル粒子は、その性質により球状形態のみ製造され、また100nm以下の粒子径を安定して製造することが困難である。さらに、当該コア粒子表面と前記界面活性剤との相互作用力が小さいため、前処理としてコア粒子表面を改質する必要であるという問題があった。 The hollow particles composed of silica shells having mesopores described in Patent Document 1 have an average particle size of 0 by producing core particles having a desired diameter and controlling the type and concentration of the surfactant. 0.04 to 2 μm and mesopores having an average pore diameter of 1 to 5 nm. However, the polymethyl methacrylate particles that are core particles are produced only in a spherical form due to their properties, and it is difficult to stably produce a particle diameter of 100 nm or less. Furthermore, since the interaction force between the core particle surface and the surfactant is small, there is a problem that the core particle surface needs to be modified as a pretreatment.

特許文献2に記載の技術は、シリカを含むメソ細孔構造を有する外殻部と、前記外殻部よりも内側に存在する中空部とを含む中空粒子の製造方法に関するものであり、疎水性有機化合物と界面活性剤と水系溶媒とを含む混合液を高圧乳化法により加圧して、前記疎水性有機化合物を含む乳化滴を含んだ乳濁液を形成する工程と、前記乳濁液にシリカ源を添加し、前記乳化滴表面に、シリカを含むメソ細孔構造を有する外殻部を形成し、前記外殻部と前記外殻部よりも内側に前記乳化滴が含まれた複合シリカ粒子を析出させる工程と、前記複合シリカ粒子から前記乳化滴を除去する工程とを含む、メソ細孔を有するシリカ殻からなる中空粒子の製造方法である。 The technique described in Patent Document 2 relates to a method for producing a hollow particle including an outer shell portion having a mesoporous structure containing silica and a hollow portion present inside the outer shell portion, and is hydrophobic. Pressurizing a mixed solution containing an organic compound, a surfactant, and an aqueous solvent by a high-pressure emulsification method to form an emulsion containing emulsion droplets containing the hydrophobic organic compound; and adding silica to the emulsion. A composite silica particle in which a source is added, an outer shell portion having a mesoporous structure containing silica is formed on the surface of the emulsified droplet, and the emulsified droplet is included inside the outer shell portion and the outer shell portion Is a method for producing hollow particles made of silica shells having mesopores, the method comprising the step of precipitating and the step of removing the emulsified droplets from the composite silica particles.

特許文献2に記載の発明の中空メソポーラスシリカ粒子は、1〜3nmの範囲内の平均細孔径を有し、平均粒子径が0.005〜0.2μmであるナノ中空粒子であり、500〜1500m/gという大きな比表面積を有することから、当該ナノ中空粒子を触媒や薬物キャリヤーとして用いるためには有効である。ところが、当該構造を形成するためには、界面活性剤と水系溶媒の混合液内で界面活性剤のミセル化を行いながら、当該ミセルと疎水性有機化合物溶液を混合し、水系溶媒中に疎水性有機化合物溶液の球状液滴を形成し、当該疎水性有機化合物溶液の液滴表面に前記ミセルを積層し、さらにシリカ源を添加し前記ミセル表面にシリカ層を形成するという多くの工程が必要である。さらに、前記液滴径を小さくするために、前記ミセル水系溶媒と疎水性有機化合物溶液の混合液を複数回高圧乳化処理させる必要があり、複数回の処理により前記液滴表面に形成した複層ミセル構造が破壊されるという問題があった。 The hollow mesoporous silica particles of the invention described in Patent Document 2 are nano hollow particles having an average pore diameter in the range of 1 to 3 nm and an average particle diameter of 0.005 to 0.2 μm, and 500 to 1500 m. Since it has a large specific surface area of 2 / g, it is effective to use the nano hollow particles as a catalyst or a drug carrier. However, in order to form the structure, the micelle and the hydrophobic organic compound solution are mixed while the micelle of the surfactant is mixed in a mixture of the surfactant and the aqueous solvent, and the hydrophobic solution is mixed in the aqueous solvent. Many steps are required to form spherical droplets of the organic compound solution, stack the micelles on the surface of the hydrophobic organic compound solution droplets, add a silica source, and form a silica layer on the micelle surface. is there. Furthermore, in order to reduce the droplet diameter, it is necessary to subject the mixed solution of the micelle aqueous solvent and the hydrophobic organic compound solution to high-pressure emulsification multiple times, and a multilayer formed on the surface of the droplets by multiple treatments There was a problem that the micelle structure was destroyed.

特開2010−037150JP2010-037150 特開2011−132044JP2011-132044

本発明の課題は、かかる従来技術の不具合を解決すべくなされたものであって、複雑な工程や装置を必要とせず、形態制御が容易で、ナノサイズ化したメソ細孔構造を有するシリカ殻からなる中空粒子を安定して提供することである。 An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, and does not require a complicated process or apparatus, is easy to control the form, and has a nano-sized mesoporous structure. It is providing the hollow particle which consists of stably.

本発明者らはナノサイズで形状制御した炭酸カルシウムを利用することより、上記課題を解決しうることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下の方法が提供される。   The present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by using calcium carbonate whose shape is controlled in nano size. That is, according to the present invention, the following method is provided.

[1] 平均細孔径が1〜10nmのメソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子とその製造方法であって、界面活性剤と水系溶媒とを含む混合液と、炭酸カルシウム粒子を有機溶媒に分散させた分散液を混合し、さらにシリコンアルコキシド及び塩基触媒を混合して、前記炭酸カルシウム粒子表面にシリカコーティングを行い、その後、当該シリカコーティング粒子の内部における前記炭酸カルシウム粒子と前記界面活性剤を除去することを特徴とする、シリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法。 [1] Nano hollow particles composed of a silica shell having a mesopore structure with an average pore diameter of 1 to 10 nm and a method for producing the same, a mixed solution containing a surfactant and an aqueous solvent, and calcium carbonate particles The dispersion liquid dispersed in a solvent is mixed, and further, silicon alkoxide and a base catalyst are mixed, and silica coating is performed on the surface of the calcium carbonate particles, and then the calcium carbonate particles and the surface activity inside the silica coating particles. A method for producing nano hollow particles comprising silica shells, wherein the agent is removed.

[2] 前記シリカ殻からなるナノ中空粒子の形状が、球状、回転楕円体状、円筒状、あるいは立方体状である前記[1]に記載のナノ中空粒子の製造方法。 [2] The method for producing nano-hollow particles according to [1], wherein the shape of the nano-hollow particles made of the silica shell is spherical, spheroid, cylindrical, or cubic.

[3] 前記シリカ殻からなるナノ中空粒子が、30〜300nmの平均粒子径である前記[1]または[2]に記載のナノ中空粒子の製造方法。 [3] The method for producing nano hollow particles according to [1] or [2], wherein the nano hollow particles comprising the silica shell have an average particle diameter of 30 to 300 nm.

[4] 前記シリカ殻の殻厚が、3〜20nmである前記[1]〜[3]のいずれかに記載のナノ中空粒子の製造方法。 [4] The method for producing nano hollow particles according to any one of [1] to [3], wherein the silica shell has a shell thickness of 3 to 20 nm.

[5] 前記界面活性剤が、下記一般式(1)及び一般式(2)で表わされる第四級アンモニウム塩から選ばれる1種以上の界面活性剤である前記[1]〜[4]のいずれかに記載のナノ中空粒子の製造方法。
[R(CHN] ・・・(1)
[R(CHN] ・・・(2)
(式中、R及びRは、それぞれ独立に炭素数4〜22の直鎖状または分岐状アルキル基を示し、Xは1価陰イオンを示す。)
[5] The above-mentioned [1] to [4], wherein the surfactant is one or more surfactants selected from quaternary ammonium salts represented by the following general formula (1) and general formula (2). The manufacturing method of the nano hollow particle in any one.
[R 1 (CH 3 ) 3 N] + X (1)
[R 1 R 2 (CH 3 ) 2 N] + X (2)
(In the formula, R 1 and R 2 each independently represent a linear or branched alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, and X represents a monovalent anion.)

本発明によれば、メソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子を、界面活性剤と水系溶媒とを含む混合液と、炭酸カルシウム粒子を有機溶媒に分散させた分散液を混合し、さらにシリコンアルコキシド及び塩基触媒を混合し、前記炭酸カルシウム粒子と前記界面活性剤を加熱により除去させることによって、容易にメソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子を提供することができる。 According to the present invention, nano hollow particles composed of silica shells having a mesoporous structure are mixed with a mixed solution containing a surfactant and an aqueous solvent, and a dispersion in which calcium carbonate particles are dispersed in an organic solvent, Further, by mixing a silicon alkoxide and a base catalyst and removing the calcium carbonate particles and the surfactant by heating, nano hollow particles composed of a silica shell having a mesoporous structure can be easily provided.

当該炭酸カルシウム粒子は、球状、回転楕円体状、円筒状、あるいは立方体状のいずれかの形態で、しかも500nm以下のナノサイズ粒子を容易に安定して製造することが可能である。かかる様々な形状の炭酸カルシウム粒子をコア粒子として用いることにより、複雑な工程を必要とせず、コア粒子の形状を反映したナノ中空粒子の製造が可能となる。 The calcium carbonate particles can be produced in a spherical, spheroid, cylindrical, or cubic form, and nano-sized particles of 500 nm or less can be easily and stably produced. By using the calcium carbonate particles having various shapes as the core particles, it is possible to produce nano hollow particles reflecting the shape of the core particles without requiring a complicated process.

さらに、炭酸カルシウム粒子表面と前記界面活性剤の相互作用力が大きいため、炭酸カルシウム粒子表面にミセル化した界面活性剤層が容易に形成され、ミセル化表面に加水分解したシリコンアルコキシドが付加することができる。したがって、コア粒子表面に前処理を必要とせず、前記界面活性剤のアルキル鎖長に応じたメソ細孔を有するシリカ殻の製造が高効率で行うことが可能である。 Furthermore, since the interaction force between the surface of the calcium carbonate particles and the surfactant is large, a micellar surfactant layer is easily formed on the surface of the calcium carbonate particles, and hydrolyzed silicon alkoxide is added to the micelle surface. Can do. Therefore, it is possible to produce silica shells having mesopores corresponding to the alkyl chain length of the surfactant with high efficiency without requiring any pretreatment on the surface of the core particles.

本発明の実施例1に係るナノ中空粒子のTEM写真である。It is a TEM photograph of the nano hollow particle which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係るナノ中空粒子のTEM写真である。It is a TEM photograph of nano hollow particles concerning Example 2 of the present invention. 本発明の実施例3に係るナノ中空粒子のTEM写真である。It is a TEM photograph of the nano hollow particle which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係るナノ中空粒子のTEM写真である。It is a TEM photograph of the nano hollow particle which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の実施例6に係るナノ中空粒子のTEM写真である。It is a TEM photograph of the nano hollow particle which concerns on Example 6 of this invention. 本発明の実施例8に係るナノ中空粒子のTEM写真である。It is a TEM photograph of the nano hollow particle which concerns on Example 8 of this invention.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and changes, modifications, and improvements can be added without departing from the scope of the invention.

本発明によって得られるメソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子は、シリカを含むメソ細孔構造を有する外殻部と、前記外殻部よりも内側の中空部とを含む中空メソポーラスシリカ粒子である。シリカ殻のメソ細孔構造が、小角X線散乱法で求めた平均細孔径が1〜10nm、好ましくは1〜3nmである。そして「メソ細孔構造」とは、細孔径が1〜10nmであって、規則的に配列された複数の細孔を有する構造である。メソ細孔構造は、例えば、カチオン性界面活性剤のミセル化と当該ミセル表面にシリカ源が自己組織化することにより形成される。 Nano hollow particles comprising a silica shell having a mesoporous structure obtained by the present invention are hollow mesoporous silica comprising an outer shell portion having a mesoporous structure containing silica and a hollow portion inside the outer shell portion. Particles. The mesopore structure of the silica shell has an average pore diameter determined by a small angle X-ray scattering method of 1 to 10 nm, preferably 1 to 3 nm. The “mesopore structure” is a structure having a pore diameter of 1 to 10 nm and having a plurality of regularly arranged pores. The mesopore structure is formed, for example, by micellization of a cationic surfactant and self-organization of a silica source on the micelle surface.

メソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子の形状は、球状、回転楕円体状、円筒状、または立方体状の形態であるものである。ここで、「球状」とは、球に限らず面で囲まれた球に似た形状をいい、「回転楕円体状」とは、回転楕円体に限らず面で囲まれた回転楕円体に似た形状をいい、「円筒状」とは、円筒に限らず円筒に似た形状をいい、「立方体状」とは、立方体に限らず面で囲まれた立方体に似た形状をいう。そして、このような球状、回転楕円体状、円筒状、または立方体状形態を有するシリカ殻からなる中空粒子は、例えば、乾燥粉末状態で球状、回転楕円体状、円筒状、または立方体状の形態の炭酸カルシウム粒子を用いることによって製造される。なお、中空粒子の平均粒子径は、回転楕円体状の場合は、長径と短径の平均、円筒状の場合は円筒底面の径と長さの平均、立方体状の場合は、一辺の長さを言う。 The shape of the nano hollow particle composed of a silica shell having a mesopore structure is a spherical shape, a spheroid shape, a cylindrical shape, or a cubic shape. Here, “spherical” means not only a sphere but also a shape similar to a sphere surrounded by a surface, and “spheroid” means not only a spheroid but also a spheroid surrounded by a surface. A “cylindrical shape” refers to a shape similar to a cylinder, not limited to a cylinder, and a “cubic shape” refers to a shape similar to a cube surrounded by a face, not limited to a cube. The hollow particles made of silica shells having such a spherical, spheroid, cylindrical, or cubic form are, for example, spherical, spheroid, cylindrical, or cubic form in a dry powder state. Of calcium carbonate particles. The average particle diameter of the hollow particles is the average of the major axis and minor axis in the case of a spheroid, the average of the diameter and length of the bottom surface of the cylinder in the case of a cylinder, and the length of one side in the case of a cube. Say.

本発明のシリカ殻からなるナノ中空粒子は、メソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子であって、界面活性剤と水系溶媒とを含む混合液と、炭酸カルシウム粒子を有機溶媒に分散させた分散液を混合し、さらにシリコンアルコキシド及び塩基触媒を混合し、前記炭酸カルシウム粒子と前記界面活性剤を加熱により除去させて得られるメソ細孔構造のシリカ殻からなるナノ中空粒子である。 The nano hollow particles made of silica shells of the present invention are nano hollow particles made of silica shells having a mesoporous structure, in which a mixed liquid containing a surfactant and an aqueous solvent, and calcium carbonate particles are dispersed in an organic solvent. Nano hollow particles composed of a silica shell having a mesoporous structure obtained by mixing the dispersed liquid, further mixing silicon alkoxide and a base catalyst, and removing the calcium carbonate particles and the surfactant by heating.

ここで、「有機溶媒」としては、シリコンアルコキシドと水に対して溶解性があり、さらにシリコンアルコキシドの加水分解を促進可能なものであればよく、例えばアルコール類、グリコール類、グリコールエステル類、アセトン等のケトン類、脂肪族炭素、芳香族炭化水素等の単体溶媒もしくはこれら2種類以上の混合溶媒が挙げられるが、中でもアルコール類が望ましい。 Here, the “organic solvent” is not particularly limited as long as it is soluble in silicon alkoxide and water and can further promote the hydrolysis of silicon alkoxide, such as alcohols, glycols, glycol esters, acetone. And the like, and simple solvents such as aliphatic carbons and aromatic hydrocarbons, or a mixed solvent of two or more of these, and alcohols are preferable.

「シリコンアルコキシド」としては、その加水分解によりシリカを析出させることができるものであればよく、例えばテトラエトキシシラン、トリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン、テトラプロポキシシラン、トリブトキシシラン、トリブトキシシラン等を用いることができる。加えて、「塩基触媒」としては、例えば、アンモニア、アミン類等が挙げられる。 The “silicon alkoxide” is not particularly limited as long as silica can be precipitated by hydrolysis thereof. For example, tetraethoxysilane, trimethoxysilane, tetramethoxysilane, triethoxysilane, tripropoxysilane, tetrapropoxysilane, Butoxysilane, tributoxysilane, or the like can be used. In addition, examples of the “base catalyst” include ammonia and amines.

また界面活性剤は下記一般式(1)及び一般式(2)で表わされる第四級アンモニウム塩から選ばれる1種以上の界面活性剤が好ましい。
[R(CHN] ・・・(1)
[R(CHN] ・・・(2)
(式中、R及びRは、それぞれ独立に炭素数4〜22の直鎖状または分岐状アルキル基を示し、Xは1価陰イオンを示す。)
The surfactant is preferably one or more surfactants selected from quaternary ammonium salts represented by the following general formula (1) and general formula (2).
[R 1 (CH 3 ) 3 N] + X (1)
[R 1 R 2 (CH 3 ) 2 N] + X (2)
(In the formula, R 1 and R 2 each independently represent a linear or branched alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, and X represents a monovalent anion.)

なお、特許文献2に記載の製造方法では、上記のとおり、メソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造が容易でないことがわかった。本願の発明者らによって、前記の理由が、ナノサイズの中空粒子を得るために必要な複数回の高圧乳化処理によって、メソ細孔構造が破壊されるためであるとわかった。 In addition, in the manufacturing method of patent document 2, as above-mentioned, it turned out that manufacture of the nano hollow particle which consists of a silica shell which has a mesopore structure is not easy. The inventors of the present application have found that the above reason is that the mesopore structure is destroyed by a plurality of high-pressure emulsification treatments necessary to obtain nano-sized hollow particles.

本発明のメソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法(以下「本発明の製造方法」と略する場合もある。)について説明する。本発明の製造方法によれば、例えば、平均細孔径が1〜10nm、好ましくは1〜3nm、平均粒子径が5〜200nmのナノ中空粒子を容易に製造できる。 A method for producing nano hollow particles comprising a silica shell having a mesoporous structure according to the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “production method of the present invention”) will be described. According to the production method of the present invention, for example, nano hollow particles having an average pore diameter of 1 to 10 nm, preferably 1 to 3 nm, and an average particle diameter of 5 to 200 nm can be easily produced.

[混合液の調整]
本発明の製造方法では、まず、界面活性剤と水系媒体とを含む混合液を調整する。混合液の調整は、例えば、界面活性剤を水系媒体へ添加することで行う。撹拌中の混合液の温度は、水系媒体の蒸発を防いで、混合液中の界面活性剤の濃度の変動を抑制する観点から、0〜90℃に保たれていると好ましい。
[Adjustment of liquid mixture]
In the production method of the present invention, first, a mixed solution containing a surfactant and an aqueous medium is prepared. Adjustment of a liquid mixture is performed by adding surfactant to an aqueous medium, for example. The temperature of the mixed liquid during stirring is preferably maintained at 0 to 90 ° C. from the viewpoint of preventing evaporation of the aqueous medium and suppressing variation in the concentration of the surfactant in the mixed liquid.

[炭酸カルシウムを含む分散液の調製]
乾燥粉体の炭酸カルシウムを有機溶媒中に分散させた分散液を調整する。分散液の調整は、例えば有機溶媒に炭酸カルシウムを添加して撹拌することで行える。上記撹拌に使用される撹拌機の種類について特に制限はない。撹拌機としては、例えば、ホモミキサー、ホモジナイザー、超音波分散機等が挙げられる。市販の撹拌機としては、例えば、ディスパー(PRIMIX社製)、クリアミクス(M−テクニック社製)、キャビトロン(太平洋機工社製)等が使用できる。撹拌中の混合液の温度は、水系媒体の蒸発を防いで、混合液中の界面活性剤の濃度の変動を抑制する観点から、0〜90℃に保たれていると好ましい。
[Preparation of dispersion containing calcium carbonate]
A dispersion in which calcium carbonate as a dry powder is dispersed in an organic solvent is prepared. The dispersion can be adjusted, for example, by adding calcium carbonate to an organic solvent and stirring. There is no restriction | limiting in particular about the kind of stirrer used for the said stirring. Examples of the stirrer include a homomixer, a homogenizer, and an ultrasonic disperser. As a commercially available stirrer, for example, Disper (manufactured by PRIMIX), Clearmix (manufactured by M-Technique), Cavitron (manufactured by Taiheiyo Kiko) and the like can be used. The temperature of the mixed liquid during stirring is preferably maintained at 0 to 90 ° C. from the viewpoint of preventing evaporation of the aqueous medium and suppressing variation in the concentration of the surfactant in the mixed liquid.

本発明の製造方法で用いられる界面活性剤としては、下記一般式(1)及び一般式(2)で表される第四級アンモニウム塩から選ばれる1種以上の界面活性剤が好ましい。
[R(CHN]+ (1)
[R(CHN]+ (2)
(式中、R及びRは、それぞれ独立に炭素数4〜22の直鎖状又は分岐状アルキル基を示し、Xは1価陰イオンを示す。)
As the surfactant used in the production method of the present invention, one or more surfactants selected from quaternary ammonium salts represented by the following general formula (1) and general formula (2) are preferable.
[R 1 (CH 3 ) 3 N] + X (1)
[R 1 R 2 (CH 3 ) 3 N] + X (2)
(In the formula, R 1 and R 2 each independently represents a linear or branched alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, and X represents a monovalent anion.)

上記一般式(1)及び一般式(2)におけるR及びRは、疎水性有機化合物の利用率の向上の観点から、それぞれ独立して、好ましくは炭素数6〜18、さらに好ましくは炭素数8〜16の直鎖状又は分岐状アルキル基である。炭素数4〜22のアルキル基としては、各種ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基、各種ノニル基、各種デシル基、各種ドデシル基、各種テトラデシル基、各種ヘキサデシル基、各種オクタデシル基、各種エイコシル基等が挙げられる。 R 1 and R 2 in the above general formula (1) and general formula (2) are each independently preferably from 6 to 18 carbon atoms, more preferably carbon from the viewpoint of improving the utilization rate of the hydrophobic organic compound. It is a linear or branched alkyl group of formula 8-16. Examples of the alkyl group having 4 to 22 carbon atoms include various butyl groups, various pentyl groups, various hexyl groups, various heptyl groups, various octyl groups, various nonyl groups, various decyl groups, various dodecyl groups, various tetradecyl groups, and various hexadecyl groups. , Various octadecyl groups, various eicosyl groups, and the like.

一般式(1)及び一般式(2)におけるXは、規則性の高いメソ細孔を形成させるという観点から好ましくはハロゲンイオン、水酸化物イオン、硝酸化物イオン、硫酸化物イオン等の1価陰イオンから選ばれる1種以上である。Xとしては、より好ましくはハロゲンイオンであり、さらに好ましくは塩素イオン又は臭素イオンであり、より一層好ましくは臭素イオンである。 X in the general formula (1) and the general formula (2) is preferably a monovalent anion such as a halogen ion, hydroxide ion, nitrate ion, or sulfate ion from the viewpoint of forming highly regular mesopores. One or more selected from ions. X is more preferably a halogen ion, still more preferably a chlorine ion or a bromine ion, and still more preferably a bromine ion.

一般式(1)で表されるアルキルトリメチルアンモニウム塩としては、ブチルトリメチルアンモニウムクロリド、ヘキシルトリメチルアンモニウムクロリド、オクチルトリメチルアンモニウムクロリド、デシルトリメチルアンモニウムクロリド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド、テトラデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロリド、ブチルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキシルトリメチルアンモニウムブロミド、オクチルトリメチルアンモニウムブロミド、デシルトリメチルアンモニウムブロミド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、テトラデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ステアリルトリメチルアンモニウムブロミド、臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTAB)等が挙げられる。 Examples of the alkyltrimethylammonium salt represented by the general formula (1) include butyltrimethylammonium chloride, hexyltrimethylammonium chloride, octyltrimethylammonium chloride, decyltrimethylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium chloride, tetradecyltrimethylammonium chloride, hexadecyltrimethyl Ammonium chloride, stearyltrimethylammonium chloride, butyltrimethylammonium bromide, hexyltrimethylammonium bromide, octyltrimethylammonium bromide, decyltrimethylammonium bromide, dodecyltrimethylammonium bromide, tetradecyltrimethylammonium bromide, hexadecyltrimethylammonium bromide Bromide, stearyl trimethyl ammonium bromide, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), and the like.

一般式(2)で表されるジアルキルジメチルアンモニウム塩としては、ジブチルジメチルアンモニウムクロリド、ジヘキシルジメチルアンモニウムクロリド、ジオクチルジメチルアンモニウムクロリド、ジヘキシルジメチルアンモニウムブロミド、ジオクチルジメチルアンモニウムブロミド、ジドデシルジメチルアンモニウムブロミド、ジテトラデシルジメチルアンモニウムブロミド等が挙げられる。 Examples of the dialkyldimethylammonium salt represented by the general formula (2) include dibutyldimethylammonium chloride, dihexyldimethylammonium chloride, dioctyldimethylammonium chloride, dihexyldimethylammonium bromide, dioctyldimethylammonium bromide, didodecyldimethylammonium bromide, ditetradecyl. Examples thereof include dimethylammonium bromide.

これらの第四級アンモニウム塩の中でも、規則的なメソ細孔を形成させる観点から、特に一般式(1)で表されるアルキルトリメチルアンモニウム塩が好ましく、アルキルトリメチルアンモニウムブロミドまたはアルキルトリメチルアンモニウムクロリドがより好ましい。 Among these quaternary ammonium salts, from the viewpoint of forming regular mesopores, the alkyltrimethylammonium salt represented by the general formula (1) is particularly preferable, and alkyltrimethylammonium bromide or alkyltrimethylammonium chloride is more preferable. preferable.

これらの界面活性剤は、単独で又は2種以上を任意の割合で混合して使用してもよい。炭酸カルシウムを含む混合液における界面活性剤の含有量は、混合液中の炭酸カルシウムの表面積等に応じて適宜調製すればよいが、メソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子の収率および分散性を向上させる観点から、0.1〜100ミリモル/Lであると好ましい。10〜85ミリモル/Lであるとより好ましい。 These surfactants may be used alone or in admixture of two or more at any ratio. The content of the surfactant in the mixed solution containing calcium carbonate may be appropriately adjusted according to the surface area of the calcium carbonate in the mixed solution, but the yield of nano hollow particles composed of silica shells having a mesoporous structure And from a viewpoint of improving dispersibility, it is preferable in it being 0.1-100 mmol / L. More preferably, it is 10-85 mmol / L.

[シリカを含むメソ細孔構造を有する外殻部の形成と炭酸カルシウムの除去]
本発明の製造方法では、以上のようにして調整された炭酸カルシウムを含む混合液にシリカ源を添加し、炭酸カルシウム表面に、シリカを含むメソ細孔構造を有する外殻部を形成して、外殻部と外殻部よりも内側に存在する炭酸カルシウムとを含む複合シリカ粒子を析出させる。シリカ殻の殻厚は、シリコンアルコキシドと炭酸カルシウムの添加割合(シリコンアルコキシド/CaCO)によって変化させることができる。そして、炭酸カルシウム粒子と前記界面活性剤を加熱により除去させてメソ細孔構造のシリカ殻からなるナノ中空粒子を得る。
[Formation of silica-containing mesoporous structure and removal of calcium carbonate]
In the production method of the present invention, a silica source is added to the mixed liquid containing calcium carbonate prepared as described above, and an outer shell portion having a mesoporous structure containing silica is formed on the surface of calcium carbonate, Composite silica particles containing an outer shell and calcium carbonate existing inside the outer shell are deposited. The shell thickness of the silica shell can be changed by the addition ratio of silicon alkoxide and calcium carbonate (silicon alkoxide / CaCO 3 ). Then, the calcium carbonate particles and the surfactant are removed by heating to obtain nano hollow particles composed of a silica shell having a mesoporous structure.

臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTAB)を濃度が10〜85ミリモル/Lとなるように蒸留水と混合して界面活性剤水溶液を調製する。一方、立方体状炭酸カルシウム粒子をコア粒子としてエタノール中に分散させ、前記CTAB水溶液と混合する。テトラエトキシシラン(TEOS)、28%アンモニア水溶液(NHOH)を前記混合液に添加し、ゾル−ゲル法により炭酸カルシウム表面にCTAB皮膜とシリカコーティングを施してコアシェル粒子を得た。前記コアシェル粒子を蒸留水中に分散させ、3規定の塩酸水溶液を用いてコア粒子を溶解除去し、メソ細孔を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子を得た。各種試薬の配合量、反応条件、製造したシリカ殻なるナノ中空粒子の殻厚、シリカ殻の平均細孔径、中空粒子の比表面積は、下記表1に示すとおりである。シリカ殻厚はTEM観察結果から計測し、シリカ殻の平均細孔径はX線小角散乱により算出、比表面積はBET式を用いて算出した。 A surfactant aqueous solution is prepared by mixing cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) with distilled water to a concentration of 10 to 85 mmol / L. Meanwhile, cubic calcium carbonate particles are dispersed in ethanol as core particles and mixed with the CTAB aqueous solution. Tetraethoxysilane (TEOS) and a 28% aqueous ammonia solution (NH 4 OH) were added to the mixed solution, and a CTAB film and a silica coating were applied to the calcium carbonate surface by a sol-gel method to obtain core-shell particles. The core-shell particles were dispersed in distilled water, and the core particles were dissolved and removed using a 3N hydrochloric acid aqueous solution to obtain nano hollow particles composed of silica shells having mesopores. Table 1 below shows the blending amounts of various reagents, the reaction conditions, the shell thickness of the manufactured nano hollow particles of silica shell, the average pore diameter of the silica shell, and the specific surface area of the hollow particles. The silica shell thickness was measured from the TEM observation results, the average pore diameter of the silica shell was calculated by X-ray small angle scattering, and the specific surface area was calculated using the BET equation.

図1〜6に、実施例1、2、3、4、6、8の条件で製造したナノ中空粒子のTEM写真を示す。シリカ殻にメソ細孔構造が形成されていることがわかる。炭酸カルシウム分散液に臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTAB)を加えるとシリカ殻にメソ細孔が形成されるが、CTABを加えない条件では、シリカ殻にメソ細孔は形成されなかった(比較例1)。 1 to 6 show TEM photographs of nano hollow particles produced under the conditions of Examples 1, 2, 3, 4, 6, and 8. It can be seen that a mesopore structure is formed in the silica shell. When cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is added to the calcium carbonate dispersion, mesopores are formed in the silica shell, but no mesopores are formed in the silica shell under the conditions where CTAB is not added (Comparative Example 1). ).

Claims (5)

1〜10nmの平均細孔径を持つメソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子とその製造方法であって、界面活性剤と水系溶媒とを含む混合液と、炭酸カルシウム粒子を有機溶媒に分散させた分散液を混合し、さらにシリコンアルコキシド及び塩基触媒を混合し、前記炭酸カルシウム粒子表面にシリカコーティングを施し、その後、当該シリカコーティング粒子の内部における前記炭酸カルシウム粒子と前記界面活性剤を除去させてなることを特徴とするメソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子の製造方法。 Nano hollow particles composed of silica shells having a mesopore structure with an average pore diameter of 1 to 10 nm and a method for producing the same, a mixed liquid containing a surfactant and an aqueous solvent, and calcium carbonate particles as an organic solvent Mix the dispersed dispersion, mix silicon alkoxide and base catalyst, apply silica coating on the surface of the calcium carbonate particles, and then remove the calcium carbonate particles and the surfactant inside the silica coating particles. A method for producing nano-hollow particles comprising a silica shell having a mesoporous structure. 前記シリカ殻からなるナノ中空粒子の形状が、球状、回転楕円体状、円筒状、あるいは立方体状である請求項1に記載のナノ中空粒子の製造方法 The method for producing nano hollow particles according to claim 1, wherein the shape of the nano hollow particles made of the silica shell is spherical, spheroid, cylindrical, or cubic. 前記メソ細孔構造を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子が、30〜300nmの平均粒子径を有する請求項1または2に記載のナノ中空粒子。 The nano hollow particle according to claim 1 or 2, wherein the nano hollow particle composed of a silica shell having a mesoporous structure has an average particle diameter of 30 to 300 nm. 前記メソ細孔構造を有するシリカ殻の殻厚が、3〜20nmである請求項1〜3のいずれかに記載のナノ中空粒子の製造方法。 The method for producing nano hollow particles according to any one of claims 1 to 3, wherein a shell thickness of the silica shell having the mesopore structure is 3 to 20 nm. 前記界面活性剤が、下記一般式(1)及び一般式(2)で表わされる第四級アンモニウム塩から選ばれる1種以上の界面活性剤である請求項1〜4のいずれかに記載のナノ中空粒子の製造方法。
[R(CHN] ・・・(1)
[R(CHN] ・・・(2)
(式中、R及びRは、それぞれ独立に炭素数4〜22の直鎖状または分岐状アルキル基を示し、Xは1価陰イオンを示す。)
The said surfactant is 1 or more types of surfactant chosen from the quaternary ammonium salt represented by following General formula (1) and General formula (2), Nano in any one of Claims 1-4 A method for producing hollow particles.
[R 1 (CH 3 ) 3 N] + X (1)
[R 1 R 2 (CH 3 ) 2 N] + X (2)
(In the formula, R 1 and R 2 each independently represent a linear or branched alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, and X represents a monovalent anion.)
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WO2015133606A1 (en) * 2014-03-06 2015-09-11 国立大学法人名古屋工業大学 Method for producing nano hollow particles composed of silica shell
JP2016000680A (en) * 2014-06-12 2016-01-07 日本化学工業株式会社 Method for producing nano hollow particles
JP2017518243A (en) * 2014-03-11 2017-07-06 レ イノベーションズ マタレアム インコーポレイテッド Process for the preparation and use of silica-carbon allotrope composites

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