JP2014055082A - Method for producing hollow silica particle - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、反応液中のシリカ源から換算されるシリカ濃度が高くても、中空シリカ粒子を安定して製造できる中空シリカ粒子の製造方法を提供する。
【解決手段】疎水性有機化合物とポリビニルアルコール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油滴を含んだ乳化油滴水分散液を形成する工程と、前記乳化油滴水分散液とシリカ源とを、カチオン性界面活性剤の存在下で混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程と、前記外殻部と前記外殻部よりも内側に存在する前記乳化油滴とを含む複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する工程と、を含む中空シリカ粒子の製造方法。
【選択図】図1The present invention provides a method for producing hollow silica particles, which can produce hollow silica particles stably even when the silica concentration calculated from the silica source in the reaction solution is high.
A step of pressurizing a mixed solution containing a hydrophobic organic compound, polyvinyl alcohol, and an aqueous solvent by a high-pressure emulsification method to form an emulsified oil droplet water dispersion containing emulsified oil droplets containing the hydrophobic organic compound. And a mesopore structure comprising a component containing silica on the surface of the emulsified oil droplets in a reaction liquid obtained by mixing the emulsified oil droplet water dispersion and the silica source in the presence of a cationic surfactant. And a step of removing the emulsified oil droplets from the composite silica particles including the outer shell portion and the emulsified oil droplets present inside the outer shell portion. A method for producing silica particles.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、中空シリカ粒子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing hollow silica particles.
近年、無機粒子として、シリカを含む外殻部と、外殻部の内側(以下、「中空部」ともいう。)に空洞を持つシリカ粒子(以下、「中空シリカ粒子」ともいう。)が注目されている。特に、外殻部が、細孔径が数nmの細孔を持つメソ細孔構造をした中空シリカ粒子(以下、「中空メソポーラスシリカ粒子」ともいう。)は、大きな空孔率や比表面積を持つことから、低誘電率材料、低屈折率材料、分離材、吸着材、触媒担体、酵素担体、徐放材料、ドラッグデリバリー(DDS)担体等、様々な用途展開が期待できる。 In recent years, silica-containing outer shell portions and silica particles having cavities inside the outer shell portions (hereinafter also referred to as “hollow portions”) (hereinafter also referred to as “hollow silica particles”) have attracted attention as inorganic particles. Has been. In particular, hollow silica particles whose outer shell portion has a mesoporous structure having pores with a pore diameter of several nm (hereinafter also referred to as “hollow mesoporous silica particles”) have a large porosity and specific surface area. Therefore, various applications such as a low dielectric constant material, a low refractive index material, a separating material, an adsorbing material, a catalyst carrier, an enzyme carrier, a sustained release material, and a drug delivery (DDS) carrier can be expected.
特許文献1には、菜種油やスクワレン等の疎水性有機物を水系媒体中で攪拌して得られる乳化油滴を利用した、メソ細孔構造を有する中空メソポーラスシリカ粒子の製造方法が開示されている。また、特許文献2には、菜種油、ヘキサン、ドデカン等の疎水性有機物を含む溶液に水性溶媒を添加して得られる乳化油滴を利用した中空メソポーラスシリカ粒子の製造方法が開示されている。特許文献3には、高圧乳化法により得られる乳化油滴を利用した中空メソポーラスシリカ粒子の製造方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method for producing hollow mesoporous silica particles having a mesoporous structure using emulsion oil droplets obtained by stirring a hydrophobic organic substance such as rapeseed oil or squalene in an aqueous medium. Patent Document 2 discloses a method for producing hollow mesoporous silica particles using emulsified oil droplets obtained by adding an aqueous solvent to a solution containing hydrophobic organic substances such as rapeseed oil, hexane, and dodecane. Patent Document 3 discloses a method for producing hollow mesoporous silica particles using emulsified oil droplets obtained by a high-pressure emulsification method.
しかし、いずれの製造方法においても、乳化油滴とシリカ源とを含む反応液の調製に使用されるシリカ源から換算されるシリカ(SiO2)濃度は0.2wt%(33ミリモル/L)程度であるため、中空メソポーラスシリカ粒子の生産性が低い。生産性向上のために反応液中の前記シリカ濃度を高くすると、乳化油滴の経時安定性が悪くなり、乳化油滴が合一して油層分離が生じ、中空メソポーラスシリカ粒子を安定して製造することが難しい。このことは、外殻部がメソ細孔構造を有していない中空シリカ粒子の製造にも共通する問題である。 However, in any production method, the silica (SiO 2 ) concentration converted from the silica source used for the preparation of the reaction liquid containing the emulsified oil droplets and the silica source is about 0.2 wt% (33 mmol / L). Therefore, the productivity of hollow mesoporous silica particles is low. Increasing the silica concentration in the reaction solution to improve productivity deteriorates the stability of the emulsified oil droplets over time, and the emulsified oil droplets coalesce to form an oil layer separation, stably producing hollow mesoporous silica particles. Difficult to do. This is a problem common to the production of hollow silica particles whose outer shell portion does not have a mesoporous structure.
本発明は、反応液中のシリカ源から換算されるシリカ濃度が高くても、中空シリカ粒子を安定して製造できる中空シリカ粒子の製造方法を提供する。 This invention provides the manufacturing method of the hollow silica particle which can manufacture a hollow silica particle stably, even if the silica concentration converted from the silica source in a reaction liquid is high.
本発明の中空シリカ粒子の製造方法は、
疎水性有機化合物とポリビニルアルコール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油滴を含んだ乳化油滴水分散液を形成する工程と、
前記乳化油滴水分散液とシリカ源とを、カチオン性界面活性剤の存在下で混合して、前記乳化油滴表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程と、
前記外殻部と前記外殻部よりも内側に存在する前記乳化油滴とを含む複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する工程と、を含む。
The method for producing the hollow silica particles of the present invention comprises:
Pressurizing a mixed liquid containing a hydrophobic organic compound, polyvinyl alcohol and an aqueous solvent by a high-pressure emulsification method to form an emulsified oil droplet water dispersion containing emulsified oil droplets containing the hydrophobic organic compound;
The emulsified oil droplet aqueous dispersion and the silica source are mixed in the presence of a cationic surfactant to form an outer shell portion having a mesoporous structure composed of components containing silica on the surface of the emulsified oil droplet. Process,
Removing the emulsified oil droplets from the composite silica particles including the outer shell portion and the emulsified oil droplets present inside the outer shell portion.
本発明の中空シリカ粒子の製造方法によれば、反応液中のシリカ源から換算されるシリカ濃度が高くても、中空シリカ粒子を安定して製造できる。故に、本発明の中空シリカ粒子の製造方法によれば、中空シリカ粒子の生産性を高めることができる。 According to the method for producing hollow silica particles of the present invention, the hollow silica particles can be produced stably even if the silica concentration calculated from the silica source in the reaction solution is high. Therefore, according to the method for producing hollow silica particles of the present invention, the productivity of hollow silica particles can be increased.
上記本発明の効果が発現する理由の詳細は明らかではないが、発明者は以下のように推定している。 Although the details of the reason why the effects of the present invention are manifested are not clear, the inventors presume as follows.
高圧乳化法を採用して疎水性有機化合物と水系溶媒とを含む混合液を乳化するので、混合液中の疎水性有機化合物の濃度が高くても、平均一次粒子径が小さく、且つ、粒子径分布が狭い滴状になった疎水性有機化合物を容易に得ることができるとともに、前記混合液中に含まれたポリビニルアルコール(以下、PVAと略す)が滴状の疎水性有機化合物の表面に吸着して乳化油滴を形成する。PVAは、そのOH基によりPVA分子同士が水素結合によって結合した状態で滴状の疎水性有機化合物に強固に吸着する。その結果、滴状の疎水性有機化合物の表面が安定化し、高濃度で安定な乳化油滴水分散液が得られたと推察される。また、シリカ源の反応時にカチオン性界面活性剤をシリカ源と共存させことにより、PVAとカチオン性界面活性剤とを含む安定な乳化油滴表面が正電荷を持つこととなり、乳化油滴表面にシリカ前駆体であるシリケートアニオンが選択的に集積し、シリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部が形成される。故に、前記反応液中の前記シリカ濃度が高くても中空シリカ粒子を安定して製造できる。但し、本発明はこれらの推定に限定されるものではない。 Since the mixed liquid containing the hydrophobic organic compound and the aqueous solvent is emulsified by adopting the high pressure emulsification method, the average primary particle diameter is small and the particle diameter even if the concentration of the hydrophobic organic compound in the mixed liquid is high. A hydrophobic organic compound having a narrow distribution can be easily obtained, and polyvinyl alcohol (hereinafter abbreviated as PVA) contained in the mixed solution is adsorbed on the surface of the droplet-like hydrophobic organic compound. Thus, emulsified oil droplets are formed. PVA is strongly adsorbed to the droplet-like hydrophobic organic compound in a state in which PVA molecules are bonded to each other by hydrogen bonds through the OH group. As a result, it is surmised that the surface of the droplet-like hydrophobic organic compound was stabilized, and a high-concentration and stable emulsified oil droplet water dispersion was obtained. In addition, by making the cationic surfactant coexist with the silica source during the reaction of the silica source, the surface of the stable emulsified oil droplet containing PVA and the cationic surfactant has a positive charge. Silicate anions, which are silica precursors, are selectively accumulated to form an outer shell portion composed of silica-containing components and having a mesoporous structure. Therefore, even if the silica concentration in the reaction solution is high, hollow silica particles can be stably produced. However, the present invention is not limited to these estimations.
尚、本願において、「中空シリカ粒子」とは、外殻部と外殻部よりも内側に存在する中空部とを含み、中空部に空気等の気体が存在する粒子である。また、「中空シリカ粒子」には、外殻部がメソ細孔構造を有する中空シリカ粒子、すなわち中空メソポーラスシリカ粒子と、外殻部がメソ細孔構造を有しない中空シリカ粒子の両方が含まれる。 In the present application, the “hollow silica particle” is a particle including an outer shell portion and a hollow portion existing inside the outer shell portion, and a gas such as air exists in the hollow portion. The “hollow silica particles” include both hollow silica particles whose outer shell portion has a mesoporous structure, that is, hollow mesoporous silica particles, and hollow silica particles whose outer shell portion does not have a mesoporous structure. .
本願において、「複合シリカ粒子」とは、シリカを含む成分から構成される外殻部、及び、前記外殻部によって内包されるその他の物質から構成されるシリカ粒子をいう。「外殻部に内包されるその他の物質」は、後述する「疎水性有機化合物」、「PVA」等を含む。 In the present application, the “composite silica particles” refers to silica particles composed of an outer shell portion composed of a component containing silica and other substances encapsulated by the outer shell portion. “Other substances contained in the outer shell” include “hydrophobic organic compounds”, “PVA” and the like described later.
本明細書において、「シリカを含む成分から構成される外殻部」とは、外殻部の骨格を形成する主成分がシリカであることをいい、外殻部の骨格を形成する成分の好ましくは50モル%以上、より好ましくは70モル%以上、更に好ましくは90モル%以上、より更に好ましくは95%以上が二酸化ケイ素であることをいう。 In the present specification, the “outer shell part composed of a component containing silica” means that the main component forming the skeleton of the outer shell part is silica, and preferably the component forming the skeleton of the outer shell part. Means 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more, still more preferably 95% or more silicon dioxide.
本明細書において、「外殻部」とは、粒子の中心部を中心として粒子を2以上に多層化した場合の最外層を含む部分をいう。 In the present specification, the “outer shell portion” refers to a portion including the outermost layer when the particles are multi-layered into two or more with the center portion of the particles as the center.
本明細書において、「メソ細孔構造」とは、例えば、シリカ源とカチオン性界面活性剤とを混合して水熱合成による自己組織化をさせた場合に形成される構造をいい、一般的に、均一で規則的な細孔(細孔径1〜10nm)を持つ構造をいう。細孔は、粒子の外部と中空部とが連通するように外殻部を貫通している。 In this specification, the “mesopore structure” refers to a structure formed when, for example, a silica source and a cationic surfactant are mixed and self-organized by hydrothermal synthesis. And a structure having uniform and regular pores (pore diameter 1 to 10 nm). The pore penetrates the outer shell portion so that the outside of the particle communicates with the hollow portion.
本願において、「中空メソポーラスシリカ粒子」とは、メソ細孔構造を有する外殻部と外殻部よりも内側に存在する中空部とを含み、中空部及び細孔内に空気等の気体が存在する粒子である。 In the present application, “hollow mesoporous silica particles” includes an outer shell portion having a mesoporous structure and a hollow portion existing inside the outer shell portion, and a gas such as air exists in the hollow portion and pores. Particles.
本願において、「複合メソポーラスシリカ粒子」とは、シリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部、及び、前記外殻部によって内包されるその他の物質から構成されるシリカ粒子をいう。「外殻部に内包されるその他の物質」は、後述する「疎水性有機化合物」、「PVA」等を含む。 In the present application, the “composite mesoporous silica particle” refers to a silica particle composed of an outer shell part having a mesoporous structure composed of a component containing silica and other substances encapsulated by the outer shell part. . “Other substances contained in the outer shell” include “hydrophobic organic compounds”, “PVA” and the like described later.
(疎水性有機化合物)
疎水性有機化合物は、水に対する溶解性が低く、水と分相を形成するものを意味する。
(Hydrophobic organic compounds)
The hydrophobic organic compound means a compound having low solubility in water and forming a phase separation with water.
水系溶媒として水を用いる場合、生産性向上、安定な乳化油滴形成の観点から、疎水性有機化合物が、20〜90℃で液体状態にあることが好ましく、0〜100℃で液体状態にあることがより好ましい。 When water is used as the aqueous solvent, the hydrophobic organic compound is preferably in a liquid state at 20 to 90 ° C. and in a liquid state at 0 to 100 ° C. from the viewpoint of improving productivity and forming stable emulsified oil droplets. It is more preferable.
疎水性有機化合物は、安定な乳化油滴形成の観点から、LogPOWが1以上であると好ましく、2〜25であるとより好ましい。ここで、LogPOWとは、化学物質の1−オクタノール/水分配係数であり、logKOW法により計算で求められた値をいう。具体的には、化合物の化学構造を、その構成要素に分解し、各フラグメントの有する疎水性フラグメント定数を積算して求められる(Meylan, W.M. and P.H. Howard. 1995. Atom/fragment contribution method for estimating octanol-water partition coefficients. J. Pharm. Sci. 84: 83-92参照)。 From the viewpoint of forming stable emulsified oil droplets, the hydrophobic organic compound preferably has LogP OW of 1 or more, more preferably 2 to 25. Here, LogP OW is a 1-octanol / water partition coefficient of a chemical substance and refers to a value obtained by calculation by the log K OW method. Specifically, the chemical structure of a compound is decomposed into its constituents, and the hydrophobic fragment constants of each fragment are integrated (Meylan, WM and PH Howard. 1995. Atom / fragment contribution method for a reference octanol -water partition coefficients. See J. Pharm. Sci. 84: 83-92).
疎水性有機化合物としては、例えば、炭化水素化合物、エステル化合物、炭素数6〜22の脂肪酸、及びシリコーンオイルなどの油剤が挙げられる。 As a hydrophobic organic compound, oil agents, such as a hydrocarbon compound, an ester compound, a C6-C22 fatty acid, and silicone oil, are mentioned, for example.
炭化水素化合物としては、炭素数5〜18のアルカン、炭素数5〜18のアルケン、炭素数5〜18のシクロアルカン、液状パラフィン、液状石油ゼリー、スクワラン、スクアレン、ペルヒドロスクワレン、トリメチルベンゼン、キシレン、ベンゼン等が挙げられる。 Examples of hydrocarbon compounds include alkanes having 5 to 18 carbon atoms, alkenes having 5 to 18 carbon atoms, cycloalkanes having 5 to 18 carbon atoms, liquid paraffin, liquid petroleum jelly, squalane, squalene, perhydrosqualene, trimethylbenzene, and xylene. , Benzene and the like.
エステル化合物としては、炭素数6〜22の脂肪酸のグリセリンエステル等の油脂類が挙げられ、具体的には、ミンク油、タトール油、大豆油、スイートアーモンド油、ビューティリーフオイル、パーム油、グレープシード油、ゴマ種油、トウモロコシ油、パーレアムオイル、アララ油、菜種油、ヒマワリ油、綿実油、アプリコット油、ひまし油、アボガド油、ホホバ油、オリーブ油、又は穀物胚芽油等が挙げられる。 Examples of the ester compound include fats and oils such as glycerin esters of fatty acids having 6 to 22 carbon atoms, specifically, mink oil, titol oil, soybean oil, sweet almond oil, beauty leaf oil, palm oil, grape seed. And oil, sesame seed oil, corn oil, parrham oil, arara oil, rapeseed oil, sunflower oil, cottonseed oil, apricot oil, castor oil, avocado oil, jojoba oil, olive oil, or grain germ oil.
また、エステル化合物としては、炭素数4〜22の脂肪酸と炭素数1〜22の一価又はグリセリン以外の多価アルコールとの縮合物が挙げられ、具体的には、ミリスチン酸イソプロピル、パルチミン酸イソプロピル、ステアリン酸ブチル、ラウリン酸ヘキシル、イソノナン酸イソノニル、パルチミン酸2−エチルヘキシル、ラウリン酸2−ヘキシルデシル、パルチミン酸2−オクチルデシル、ミリスチン酸2−オクチルドデシル等が挙げられる。その他のエステル化合物としては、多価カルボン酸化合物とアルコールとのエステルが挙げられ、具体的には、アジピン酸ジイソプロピル、乳酸2−オクチルドデシルエステル、琥珀酸2−ジエチルヘキシル、リンゴ酸ジイソステアリル等が挙げられる。 Examples of ester compounds include condensates of fatty acids having 4 to 22 carbon atoms and monohydric or polyhydric alcohols other than glycerin, such as isopropyl myristate and isopropyl palmitate. Butyl stearate, hexyl laurate, isononyl isononanoate, 2-ethylhexyl palmitate, 2-hexyldecyl laurate, 2-octyldecyl palmitate, 2-octyldecyl myristate, and the like. Examples of other ester compounds include esters of polyvalent carboxylic acid compounds and alcohols, specifically, diisopropyl adipate, lactic acid 2-octyldodecyl ester, 2-diethylhexyl oxalate, diisostearyl malate, etc. Is mentioned.
炭素数6〜22の脂肪酸としては、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、又はイソステアリン酸等が挙げられる。 Examples of the fatty acid having 6 to 22 carbon atoms include capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, behenic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, and isostearic acid.
シリコーンオイルとしては、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、脂肪酸、脂肪族アルコール、又はポリオキシアルキレンで変性されたポリシロキサン、フルオロシリコーン、パーフルオロシリコーンオイル等が挙げられる。 Examples of the silicone oil include polydimethylsiloxane (PDMS), fatty acid, aliphatic alcohol, polysiloxane modified with polyoxyalkylene, fluorosilicone, perfluorosilicone oil, and the like.
これらの疎水性有機化合物は、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。 These hydrophobic organic compounds may be used alone or in admixture of two or more at any ratio.
これらの疎水性有機化合物の中でも、安定な乳化油滴形成の観点から、炭素数5〜18のアルカン、炭素数5〜18のアルケン、炭素数5〜18のシクロアルカン、及びスクワランが好ましく、炭素数10〜18のアルカン、炭素数10〜18のアルケン、炭素数10〜18のシクロアルカン及びスクワランがより好ましく、炭素数12〜16のアルカン、炭素数12〜16のアルケン、炭素数12〜16のシクロアルカン及びスクワランが更に好ましく、ドデカン、1−ドデセン、ヘキサデカン、及びスクワランがより更に好ましい。 Among these hydrophobic organic compounds, from the viewpoint of forming stable emulsified oil droplets, alkanes having 5 to 18 carbon atoms, alkenes having 5 to 18 carbon atoms, cycloalkanes having 5 to 18 carbon atoms, and squalane are preferable. More preferable are alkanes having 10 to 18 carbon atoms, alkenes having 10 to 18 carbon atoms, cycloalkanes having 10 to 18 carbon atoms, and squalane, alkanes having 12 to 16 carbon atoms, alkenes having 12 to 16 carbon atoms, and 12 to 16 carbon atoms. Cycloalkanes and squalanes are more preferred, and dodecane, 1-dodecene, hexadecane, and squalane are even more preferred.
(ポリビニルアルコール)
PVAは、乳化油滴を安定化させ、一次粒子径、中空部径、外殻部厚み、粒子形状などの粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、水溶性のPVAが好ましい。
(Polyvinyl alcohol)
PVA stabilizes emulsified oil droplets, and water-soluble PVA is preferable from the viewpoint of producing hollow silica particles having a highly uniform particle structure such as primary particle diameter, hollow part diameter, outer shell part thickness, and particle shape. .
PVAのケン化度は、乳化油滴を安定化させ、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、30mol%以上が好ましく、50mol%以上がより好ましく、70mol%以上が更に好ましい。また、同様の観点から、99mol%以下が好ましく、95mol%以下がより好ましく、90mol%以下が更に好ましい。 The degree of saponification of PVA is preferably 30 mol% or more, more preferably 50 mol% or more, and even more preferably 70 mol% or more from the viewpoint of stabilizing the emulsified oil droplets and producing hollow silica particles having a highly uniform particle structure. . Moreover, from the same viewpoint, 99 mol% or less is preferable, 95 mol% or less is more preferable, and 90 mol% or less is still more preferable.
PVAは、平均一次粒子径の小さな中空シリカ粒子を得る観点から、カチオン基を導入したカチオン変性PVAが好ましい。カチオン変性量は、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、0.01mol%以上が好ましく、0.05mol%以上がより好ましい。また、同様の観点から、10mol%以下が好ましく、2mol%以下がより好ましい。 From the viewpoint of obtaining hollow silica particles having a small average primary particle size, PVA is preferably cation-modified PVA into which a cationic group has been introduced. The amount of cation modification is preferably 0.01 mol% or more, and more preferably 0.05 mol% or more, from the viewpoint of producing hollow silica particles having a highly uniform particle structure. From the same viewpoint, it is preferably 10 mol% or less, more preferably 2 mol% or less.
カチオン基としては、入手容易性の観点から、4級アンモニウムタイプが好ましく、カチオン基の導入に用いるモノマーとしては、メチルアクリルアミド−n−プロピルトリメチルアンモニウムクロリド及びジアリルジメチルアンモニウムクロリドからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、メチルアクリルアミド−n−プロピルトリメチルアンモニウムクロリドがより好ましい。 The cationic group is preferably a quaternary ammonium type from the viewpoint of availability, and the monomer used for introducing the cationic group is at least selected from the group consisting of methylacrylamide-n-propyltrimethylammonium chloride and diallyldimethylammonium chloride. One is preferred, and methylacrylamide-n-propyltrimethylammonium chloride is more preferred.
カチオン変性PVAとしては、PVA CM−318(クラレ株式会社製)、PVA C−506(クラレ株式会社製)、PVA K−210(日本合成化学工業株式会社製)等が挙げられ、カチオン変性していないPVAとして、PVA−505(クラレ株式会社製)などが挙げられる。 Examples of the cation-modified PVA include PVA CM-318 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.), PVA C-506 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.), PVA K-210 (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.), and the like. Examples of the non-PVA include PVA-505 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.).
混合液に含まれるPVAは、1種のPVAから構成されていてもよいが、2種以上のPVAから構成されていてもよい。乳化油滴を安定化させ、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、1種のPVAを単独使用するのが好ましい。 The PVA contained in the mixed solution may be composed of one type of PVA, but may be composed of two or more types of PVA. From the viewpoint of stabilizing the emulsified oil droplets and producing hollow silica particles having a highly uniform particle structure, it is preferable to use one type of PVA alone.
PVAの重量平均分子量は、乳化油滴を安定化させ粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、5000以上が好ましく、10000以上がより好ましく、20000以上が更に好ましく、また、同様の観点から、300000以下が好ましく、200000以下がより好ましく、90000以下が更に好ましい。また、同様の観点から、5000〜300000が好ましく、10000〜200000がより好ましく、20000〜90000が更に好ましい。 The weight average molecular weight of PVA is preferably 5000 or more, more preferably 10,000 or more, still more preferably 20000 or more, and the same from the viewpoint of producing hollow silica particles having a highly uniform particle structure by stabilizing emulsified oil droplets. In view of the above, 300,000 or less is preferable, 200,000 or less is more preferable, and 90000 or less is more preferable. Moreover, from the same viewpoint, 5000-300000 are preferable, 10000-200000 are more preferable, 20000-90000 are still more preferable.
(水系溶媒)
本発明の製造方法で用いられる水系溶媒としては、例えば、水、又は、水と水溶性有機溶剤とからなる混合溶媒等が挙げられるが、乳化油滴の安定性の点から、水系溶媒は水のみからなると好ましい。水としては、例えば、蒸留水、イオン交換水、超純水等が挙げられる。水溶性有機溶剤としては、メタノール、エタノール、アセトン、プロパノール、イソプロパノール等が挙げられる。水系溶媒に水溶性有機溶剤が含まれる場合、水系溶媒中における水溶性有機溶剤の含有量は、乳化油滴の安定性の観点から、好ましくは0.1〜50質量%、より好ましくは1〜40質量%、更に好ましくは、1〜30質量%である。
(Aqueous solvent)
Examples of the aqueous solvent used in the production method of the present invention include water or a mixed solvent composed of water and a water-soluble organic solvent. From the viewpoint of the stability of the emulsified oil droplets, the aqueous solvent is water. Preferably it consists only of. Examples of water include distilled water, ion exchange water, and ultrapure water. Examples of the water-soluble organic solvent include methanol, ethanol, acetone, propanol, and isopropanol. When the aqueous solvent contains a water-soluble organic solvent, the content of the water-soluble organic solvent in the aqueous solvent is preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 1 to 50% from the viewpoint of the stability of the emulsified oil droplets. It is 40 mass%, More preferably, it is 1-30 mass%.
(カチオン性界面活性剤)
本発明で用いるカチオン性界面活性剤としては、シリカ源のシリカ換算濃度が高くても安定して中空シリカ粒子を製造する観点から、下記一般式(1)で表される第四級アンモニウム塩及び一般式(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。式中、R1及びR2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。
[R1(CH3)3N]+X- (1)
[R1R2(CH3)2N]+X- (2)
(Cationic surfactant)
As the cationic surfactant used in the present invention, a quaternary ammonium salt represented by the following general formula (1) from the viewpoint of stably producing hollow silica particles even when the silica equivalent concentration of the silica source is high and One or more surfactants selected from quaternary ammonium salts represented by the general formula (2) are preferred. 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.
[R 1 (CH 3 ) 3 N] + X − (1)
[R 1 R 2 (CH 3 ) 2 N] + X − (2)
上記一般式(1)及び一般式(2)におけるR1及びR2は、シリカ源のシリカ換算濃度が高くても安定して中空シリカ粒子を製造する観点から、それぞれ独立して、好ましくは炭素数6〜18、更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 and preferably carbon from the viewpoint of stably producing hollow silica particles even when the silica equivalent concentration of the silica source is high. A linear or branched alkyl group having 6 to 18, more preferably 8 to 16 carbon atoms. 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化物イオン、水酸化物イオン、又は硝酸化物イオン等の1価陰イオンである。X-としては、より好ましくはハロゲン化物イオンであり、更に好ましくは塩素化物イオン又は臭素化物イオンであり、より一層好ましくは塩素化物イオンである。 X − in the general formula (1) and the general formula (2) is preferably a monovalent anion such as halide ion, hydroxide ion, or nitrate ion from the viewpoint of forming highly regular mesopores. Ion. X − is more preferably a halide ion, still more preferably a chloride ion or bromide ion, and still more preferably a chloride 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, 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、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又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く、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリドが更に好ましい。 Among these quaternary ammonium salts, from the viewpoint of forming regular mesopores, the alkyltrimethylammonium salt represented by the general formula (1) is preferable, and alkyltrimethylammonium bromide or alkyltrimethylammonium chloride is more preferable. More preferred is dodecyltrimethylammonium chloride.
これらのカチオン性界面活性剤は、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。 These cationic surfactants may be used alone or in admixture of two or more at any ratio.
メソ細孔構造を有する外殻部は、下記シリカ源が、上記のカチオン性界面活性剤の存在下で、加水分解及び脱水縮合することにより、形成される。 The outer shell portion having a mesopore structure is formed by the hydrolysis and dehydration condensation of the following silica source in the presence of the above cationic surfactant.
[シリカ源]
シリカ源としては、加水分解によりシラノール化合物を生成するものが好ましく、具体的には、下記一般式(3)〜(7)で示される化合物が挙げられる。
SiY4 (3)
R3SiY3 (4)
R3 2SiY2 (5)
R3 3SiY (6)
Y3Si−R4−SiY3 (7)
[Silica source]
As a silica source, what produces | generates a silanol compound by a hydrolysis is preferable, and the compound shown by following General formula (3)-(7) is mentioned specifically ,.
SiY 4 (3)
R 3 SiY 3 (4)
R 3 2 SiY 2 (5)
R 3 3 SiY (6)
Y 3 Si—R 4 —SiY 3 (7)
式中、R3はそれぞれ独立して、ケイ素原子に直接炭素原子が結合している有機基を示し、R4は炭素原子を1〜4個有する炭化水素基又はフェニレン基を示し、Yは加水分解によりヒドロキシ基になる1価の加水分解性基を示す。 In the formula, each R 3 independently represents an organic group in which a carbon atom is directly bonded to a silicon atom, R 4 represents a hydrocarbon group or phenylene group having 1 to 4 carbon atoms, and Y represents a hydrolyzed group. A monovalent hydrolyzable group that becomes a hydroxy group by decomposition is shown.
一般式(3)〜(7)において、より好ましくは、R3は、それぞれ独立して、水素原子の一部がフッ素原子に置換していてもよい炭素数1〜22の炭化水素基であり、具体的には炭素数1〜22、好ましくは炭素数4〜18、より好ましくは炭素数6〜18、更に好ましくは炭素数8〜16のアルキル基、フェニル基、又はベンジル基であり、R4は、炭素数1〜4のアルカンジイル基(メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロパン−1,2−ジイル基、テトラメチレン基等)又はフェニレン基であり、Yは、炭素数1〜22、より好ましくは炭素数1〜8、更に好ましくは炭素数1〜4のアルコキシ基、又はフッ素を除くハロゲン基である。 In general formulas (3) to (7), more preferably, each R 3 independently represents a hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms in which a part of hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms. Specifically, it is an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, preferably 4 to 18 carbon atoms, more preferably 6 to 18 carbon atoms, and still more preferably 8 to 16 carbon atoms, a phenyl group, or a benzyl group. 4 is an alkanediyl group having 1 to 4 carbon atoms (methylene group, ethylene group, trimethylene group, propane-1,2-diyl group, tetramethylene group, etc.) or phenylene group, and Y is 1 to 22 carbon atoms. More preferably, it is a C1-C8 alkoxy group, More preferably, a C1-C4 alkoxy group or a halogen group except a fluorine.
シリカ源の好適例としては、次の化合物が挙げられる。
・一般式(3)において、Yが炭素数1〜3のアルコキシ基であるか又はフッ素を除くハロゲン基であり、好ましくは、炭素数1〜2のアルコキシ基である。
・一般式(4)又は(5)において、R3がフェニル基、ベンジル基、又は水素原子の一部がフッ素原子に置換されている炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜5の炭化水素基であり、更に好ましくは、R3がフェニル基、ベンジル基、メチル基又はエチル基である。
・一般式(7)において、Yがメトキシ基であって、R4がメチレン基、エチレン基又はフェニレン基である。
Preferable examples of the silica source include the following compounds.
-In General formula (3), Y is a C1-C3 alkoxy group or a halogen group except a fluorine, Preferably, it is a C1-C2 alkoxy group.
In general formula (4) or (5), R 3 is a phenyl group, a benzyl group, or a hydrogen atom in which part of the hydrogen atom is substituted with a fluorine atom, preferably 1 to 10 carbon atoms, preferably a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, more preferably, R 3 is a phenyl group, a benzyl group, a methyl group or an ethyl group.
In general formula (7), Y is a methoxy group and R 4 is a methylene group, an ethylene group or a phenylene group.
これらの中では、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリエトキシシランが好ましく、テトラメトキシシランがより好ましい。これらのシリカ源は、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。 Among these, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and phenyltriethoxysilane are preferable, and tetramethoxysilane is more preferable. These silica sources may be used alone or in admixture of two or more at any ratio.
次に、本発明の中空シリカ粒子の製造方法(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。本発明の製造方法は、下記工程(I)〜工程(III)を含む。 Next, a method for producing the hollow silica particles of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “the production method of the present invention”) will be described. The production method of the present invention includes the following steps (I) to (III).
工程(I):疎水性有機化合物とポリビニルアルコール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油滴を含んだ乳化油滴水分散液を形成する工程。
工程(II):前記乳化油滴水分散液と前記シリカ源とを、カチオン性界面活性剤の存在下で混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程。
工程(III):前記外殻部と前記外殻部よりも内側に存在する前記乳化油滴とを含む複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する工程。
Step (I): A mixed liquid containing a hydrophobic organic compound, polyvinyl alcohol, and an aqueous solvent is pressurized by a high-pressure emulsification method to form an emulsified oil droplet water dispersion containing emulsified oil droplets containing the hydrophobic organic compound. Process.
Step (II): In the reaction liquid obtained by mixing the emulsified oil droplet aqueous dispersion and the silica source in the presence of a cationic surfactant, the emulsion oil droplet surface is composed of a component containing silica. Forming an outer shell having a mesoporous structure;
Step (III): a step of removing the emulsified oil droplets from the composite silica particles including the outer shell portion and the emulsified oil droplets present inside the outer shell portion.
前記工程(II)における「前記乳化油滴水分散液と前記シリカ源とを、カチオン性界面活性剤の存在下で混合して、」とは、例えば、前記乳化油滴水分散液に、カチオン性界面活性剤の存在下で、又はカチオン性界面活性剤とともに、シリカ源を混合することで行える。「カチオン性界面活性剤の存在下で、又はカチオン性界面活性剤とともに」とは、カチオン性界面活性剤が、シリカ源の乳化油滴水分散液への混合前に乳化油滴水分散液と混合されてもよいし、シリカ源とともに、乳化油滴水分散液に混合されてもよいことを意味する。 In the step (II), “the emulsified oil droplet water dispersion and the silica source are mixed in the presence of a cationic surfactant” means, for example, the emulsified oil droplet water dispersion in the cationic interface. This can be done by mixing a silica source in the presence of an activator or with a cationic surfactant. “In the presence of a cationic surfactant or together with a cationic surfactant” means that the cationic surfactant is mixed with the emulsified oil droplet water dispersion before mixing the silica source into the emulsified oil droplet water dispersion. It may mean that it may be mixed in the emulsified oil droplet water dispersion together with the silica source.
すなわち、工程(II)は、以下の2つの態様を含む。
(態様1)
工程(II―a):前記乳化油滴水分散液とカチオン性界面活性剤とを混合する工程。
工程(II―b): 前記乳化油滴水分散液と前記カチオン性界面活性剤とを含む混合液と前記シリカ源とを混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴の表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程。
態様1では、乳化油滴水分散液とカチオン性界面活性剤とを混合してから、これらとシリカ源とを混合する。
That is, step (II) includes the following two aspects.
(Aspect 1)
Step (II-a): A step of mixing the emulsified oil droplet water dispersion and the cationic surfactant.
Step (II-b): In a reaction liquid obtained by mixing a mixed liquid containing the emulsified oil droplet water dispersion and the cationic surfactant and the silica source, silica is added to the surface of the emulsified oil droplets. A step of forming an outer shell portion having a mesopore structure composed of the components to be included.
In the aspect 1, the emulsified oil droplet water dispersion and the cationic surfactant are mixed, and then these are mixed with the silica source.
(態様2)
工程(II―c):前記乳化油滴水分散液と前記カチオン性界面活性剤と前記シリカ源とを混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴の表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程。
態様2では、乳化油滴水分散液に対して、カチオン性界面活性剤とシリカ源を同時に混合する。
(Aspect 2)
Step (II-c): a reaction liquid obtained by mixing the emulsified oil droplet water dispersion, the cationic surfactant, and the silica source, and is composed of a component containing silica on the surface of the emulsified oil droplets. Forming an outer shell having a mesoporous structure;
In aspect 2, a cationic surfactant and a silica source are mixed simultaneously with an emulsified oil droplets aqueous dispersion.
一次粒子径、中空部径、外殻部厚み、粒子形状などの粒子構造の均一性の高い中空シリカを得る観点から、態様1が好ましい。 Aspect 1 is preferable from the viewpoint of obtaining hollow silica having a highly uniform particle structure such as primary particle diameter, hollow diameter, outer shell thickness, and particle shape.
[工程(I)]
工程(I)では、まず、疎水性有機化合物とポリビニルアルコールと水系媒体とを含む混合液を調製し、次いで、調製された混合液を高圧乳化法により加圧して、疎水性有機化合物を含む乳化油滴を含んだ乳濁液(乳化油滴水分散液)を形成する。
[Step (I)]
In step (I), first, a mixed solution containing a hydrophobic organic compound, polyvinyl alcohol and an aqueous medium is prepared, and then the prepared mixed solution is pressurized by a high-pressure emulsification method to emulsify containing the hydrophobic organic compound. An emulsion containing oil droplets (emulsified oil droplet water dispersion) is formed.
混合液の調製において、疎水性有機化合物、ポリビニルアルコール及び水系媒体を混合する順序は限定されないが、例えば、疎水性有機化合物及びポリビニルアルコールを水系媒体へ添加することで行える。疎水性有機化合物とポリビニルアルコールはこの順で水系媒体へ添加されてもよいし、同時に添加されてもよい。また、水系媒体は、疎水性有機化合物及び/又はポリビニルアルコールの添加の最中に撹拌されていてもよいし、添加後に撹拌されてもよい。 In the preparation of the mixed solution, the order of mixing the hydrophobic organic compound, polyvinyl alcohol, and the aqueous medium is not limited, but for example, the hydrophobic organic compound and polyvinyl alcohol can be added to the aqueous medium. The hydrophobic organic compound and polyvinyl alcohol may be added to the aqueous medium in this order, or may be added simultaneously. The aqueous medium may be stirred during the addition of the hydrophobic organic compound and / or polyvinyl alcohol, or may be stirred after the addition.
撹拌時間は、用いられる撹拌機の種類等に応じて異なるが、全体が均一に混合されている状態において、好ましくは1分以上、より好ましくは2分以上であり、生産性向上の観点から、好ましくは60分以下、より好ましくは10分以下である。 The stirring time varies depending on the type of stirrer used and the like, but in a state where the whole is uniformly mixed, preferably 1 minute or more, more preferably 2 minutes or more, from the viewpoint of improving productivity, Preferably it is 60 minutes or less, More preferably, it is 10 minutes or less.
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、磁気撹拌機、ペンシルミキサー、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。 There is no restriction | limiting in particular about the kind of stirrer used for the said stirring. Examples of the stirrer include a magnetic stirrer, a pencil mixer, 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.
撹拌最中の混合液の温度は、水系媒体の蒸発を防いで、混合液中の疎水性有機化合物及びポリビニルアルコール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。 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 fluctuations in the concentration of the hydrophobic organic compound and polyvinyl alcohol in the mixed liquid. .
混合液における疎水性有機化合物の含有量は、外殻部の形成に使用されるシリカ源のシリカ換算濃度を高くし、生産性を向上させる観点から、0.1質量%以上であると好ましく、1質量%以上であるとより好ましく、2質量%以上であると更に好ましい。また、安定な乳化油滴形成の観点から、30質量%以下であると好ましく、10質量%以下であるとより好ましく、4質量%以下であると更に好ましい。 The content of the hydrophobic organic compound in the mixed solution is preferably 0.1% by mass or more from the viewpoint of increasing the silica equivalent concentration of the silica source used for forming the outer shell portion and improving the productivity. It is more preferably 1% by mass or more, and further preferably 2% by mass or more. Further, from the viewpoint of forming stable emulsified oil droplets, it is preferably 30% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and further preferably 4% by mass or less.
混合液におけるPVAの含有量は、乳化油滴を安定化させ、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、0.005質量%以上であると好ましく、0.01質量%以上であるとより好ましく、0.02質量%以上であると更に好ましい。また、安定な乳化油滴形成及び経済性の観点から、3質量%以下であると好ましく、1質量%以下であるとより好ましく、0.35質量%以下であると更に好ましい。 The content of PVA in the mixed solution is preferably 0.005% by mass or more and 0.01% by mass or more from the viewpoint of stabilizing the emulsified oil droplets and producing hollow silica particles having a highly uniform particle structure. More preferably, it is more preferably 0.02% by mass or more. Moreover, from a viewpoint of stable emulsified oil droplet formation and economical efficiency, it is preferable in it being 3 mass% or less, more preferable in it being 1 mass% or less, and still more preferable in it being 0.35 mass% or less.
混合液又は乳化油滴とシリカ源とを含む反応液におけるPVAと疎水性有機化合物の質量比(PVAの質量/疎水性有機化合物の質量)は、安定した乳化油滴の形成の観点から、0.001以上が好ましく、0.005以上がより好ましく、0.008以上が更に好ましく、0.010以上がより更に好ましい。また、安定した乳化油滴の形成の観点及び経済性の観点から、1以下が好ましく、0.5以下がより好ましく、0.2以下が更に好ましく、0.1以下がより更に好ましい。 The mass ratio of the PVA and the hydrophobic organic compound (mass of PVA / mass of the hydrophobic organic compound) in the reaction liquid containing the mixed liquid or the emulsified oil droplets and the silica source is 0 from the viewpoint of forming stable emulsified oil droplets. 0.001 or more is preferable, 0.005 or more is more preferable, 0.008 or more is further preferable, and 0.010 or more is still more preferable. Moreover, 1 or less is preferable from a viewpoint of formation of the stable emulsified oil droplet, and an economical viewpoint, 0.5 or less is more preferable, 0.2 or less is further more preferable, and 0.1 or less is still more preferable.
混合液の高圧乳化は、例えば、高圧乳化分散機の高圧分散部で行う。高圧分散部は、細い流路を備える。混合液が高圧分散部内に所定の圧力で押し込まれて上記流路を通過する際、混合液にせん断力等が加わることによって、混合液が、乳化油滴を含む乳濁液となる。 The high-pressure emulsification of the mixed liquid is performed, for example, in a high-pressure dispersion unit of a high-pressure emulsification disperser. The high-pressure dispersion unit includes a thin channel. When the mixed liquid is pushed into the high-pressure dispersion section at a predetermined pressure and passes through the flow path, a shearing force or the like is applied to the mixed liquid, whereby the mixed liquid becomes an emulsion containing emulsified oil droplets.
上記流路の断面形状は、混合液を所定の圧力で加圧できれば特に制限はないが、例えば、円形である場合、その径は、例えば、好ましくは20〜200μmであり、より好ましくは50〜100μmである。 The cross-sectional shape of the flow path is not particularly limited as long as the mixed liquid can be pressurized at a predetermined pressure. For example, in the case of a circular shape, the diameter is preferably 20 to 200 μm, and more preferably 50 to 50 μm. 100 μm.
使用できる高圧乳化分散機について特に制限はないが、取り扱い操作の簡便性の観点から、マイクロフルイダイザー(みづほ工業社製 M−110EHi)、スターバースト(スギノマシン社製)、ナノマイザー(吉田機械工業社製)等が好ましく挙げられる。 Although there is no restriction | limiting in particular about the high-pressure emulsification disperser which can be used, From a viewpoint of the simplicity of handling operation, a microfluidizer (M-110EHi made by Mizuho Kogyo Co., Ltd.), Starburst (made by Sugino Machine Co., Ltd.), Nanomizer (Yoshida Machine Industry Co., Ltd.) And the like are preferred.
高圧分散部の形態としては、対抗衝突型、貫通型、ボール衝突型等のいずれであってもよい。対抗衝突型は、例えば、流路を途中で複数に分岐させ、再度合流する部分で各分岐路を流れる流体を衝突可能とする構造をしている。貫通型は、例えば、径が均一な複数の貫通孔が集積された構造をしている。ボール衝突型は、超高圧で噴射された原料をセラミックのボールに衝突させることにより原料の微粒化が行える構造をしている。 The form of the high-pressure dispersion unit may be any of a collision type, a penetration type, a ball collision type, and the like. The counter-collision type has, for example, a structure in which a flow path is branched into a plurality of parts in the middle, and fluid flowing through each branch path can be collided at a portion where the flow paths merge again. The through type has, for example, a structure in which a plurality of through holes having a uniform diameter are integrated. The ball collision type has a structure in which the material can be atomized by causing the material injected at an ultra-high pressure to collide with a ceramic ball.
混合液を高圧乳化する際に、混合液に加わる圧力は、粒子径分布が狭く安定な乳化油滴を形成する観点から、20〜250MPaが好ましく、30〜220MPaがより好ましく、40〜200MPaが更に好ましい。混合液に加わる圧力を調整することにより、平均一次粒子径が所望の大きさを有し、且つ、粒子径分布が狭い乳化油滴を形成できる。上記圧力は、高圧乳化分散機が備える圧力表示部によって確認できる。 From the viewpoint of forming a stable emulsified oil droplet with a narrow particle size distribution, the pressure applied to the mixture when high-pressure emulsification of the mixture is preferably 20 to 250 MPa, more preferably 30 to 220 MPa, and further 40 to 200 MPa. preferable. By adjusting the pressure applied to the mixed liquid, it is possible to form emulsified oil droplets having a desired average primary particle size and a narrow particle size distribution. The said pressure can be confirmed with the pressure display part with which a high-pressure emulsification disperser is equipped.
高圧乳化処理の処理回数は、上記圧力及び希望する乳化油滴の平均一次粒子径等に応じて適宜選択すればよいが、希望する乳化油滴の平均一次粒子径を得る観点及び生産性向上の観点から、好ましくは1〜10回であり、より好ましく1〜5回である。 The number of high-pressure emulsification treatments may be appropriately selected according to the pressure and the desired average primary particle size of the emulsified oil droplets, etc. From the viewpoint, it is preferably 1 to 10 times, more preferably 1 to 5 times.
高圧乳化処理を行う際の装置の設定温度、すなわち冷却温度は、生産性向上及び安定な乳化油滴形成の観点から、0℃以上が好ましく、5℃以上がより好ましく、また、90℃以下が好ましく、50℃以下がより好ましく、30℃以下が更に好ましく、20℃以下がより更に好ましい。 The set temperature of the apparatus when performing the high-pressure emulsification treatment, that is, the cooling temperature, is preferably 0 ° C. or higher, more preferably 5 ° C. or higher, and 90 ° C. or lower from the viewpoint of productivity improvement and stable emulsified oil droplet formation. Preferably, it is 50 ° C. or less, more preferably 30 ° C. or less, and even more preferably 20 ° C. or less.
工程(I)において、乳化油滴の体積基準平均粒径(D50)は、空孔率が大きく、且つ、粒子構造の均一な中空シリカ粒子を形成する観点から、10nm以上が好ましく、100nm以上がより好ましく、300nm以上が更に好ましく、また、5000nm以下が好ましく、1000nm以下がより好ましく、600nm以下が更に好ましい。 In step (I), the volume-based average particle diameter (D 50 ) of the emulsified oil droplets is preferably 10 nm or more, preferably 100 nm or more, from the viewpoint of forming hollow silica particles having a large porosity and a uniform particle structure. Is more preferable, 300 nm or more is more preferable, 5000 nm or less is preferable, 1000 nm or less is more preferable, and 600 nm or less is still more preferable.
[工程(II)]
工程(II)では、乳化油滴水分散液とシリカ源とをカチオン界面活性剤の存在下で混合して、乳化油滴表面上にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成し、外殻部と外殻部よりも内側に存在する乳化油滴とを含む複合シリカ粒子を生成させ、複合シリカ粒子が分散媒に分散した複合シリカ粒子分散液を得る。
[Process (II)]
In step (II), an emulsified oil droplet aqueous dispersion and a silica source are mixed in the presence of a cationic surfactant, and the outer shell portion having a mesoporous structure composed of components containing silica on the emulsified oil droplet surface. To form composite silica particles including an outer shell part and emulsified oil droplets present inside the outer shell part, and a composite silica particle dispersion liquid in which the composite silica particles are dispersed in a dispersion medium is obtained.
外殻部の形成及び複合シリカ粒子の生成は、例えば、前記カチオン性界面活性剤、加水分解によってシラノール化合物を生成するシリカ源、及び必要に応じてアルカリ剤の存在下で、乳化油滴水分散液を攪拌した後、静置することで行える。乳化油滴とシリカ源とを含む反応液中、シリカ源の加水分解及び脱水縮合反応により、シリカが乳化油滴上に析出して、乳化油滴上にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部が形成される。 The formation of the outer shell part and the formation of the composite silica particles are carried out by, for example, emulsifying oil droplet water dispersion in the presence of the cationic surfactant, a silica source that generates a silanol compound by hydrolysis, and an alkali agent as necessary. After stirring, it can be performed by standing still. In the reaction solution containing the emulsified oil droplets and the silica source, the silica is precipitated on the emulsified oil droplets by hydrolysis and dehydration condensation reaction of the silica source, and the mesopores are composed of components containing silica on the emulsified oil droplets. An outer shell having a structure is formed.
アルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、アンモニア、又はテトラメチルアンモニウムヒドロキシド等のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。これらのアルカリ剤は、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を得る観点から、シリカ源と乳化油滴水分散液との混合前に乳化油滴水分散液に混合されていることが好ましい。 Examples of the alkaline agent include sodium hydroxide, ammonia, and tetraalkylammonium hydroxide such as tetramethylammonium hydroxide. These alkali agents are preferably mixed in the emulsified oil droplet water dispersion before mixing the silica source and the emulsified oil droplet water dispersion from the viewpoint of obtaining hollow silica particles having a highly uniform particle structure.
態様1においては、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を得る観点から、カチオン界面活性剤はアルカリ剤と共に乳化油滴水分散液に添加されると好ましく、カチオン界面活性剤及びアルカリ剤が添加された乳化油滴水分散液は、シリカ源が添加される前に、十分に攪拌されることが好ましく、攪拌時間は、好ましくは1分〜10時間であり、より好ましくは10分〜5時間であり、更に好ましくは30分〜3時間である。 In the aspect 1, from the viewpoint of obtaining hollow silica particles having a highly uniform particle structure, it is preferable that the cationic surfactant is added to the emulsified oil droplet water dispersion together with the alkaline agent, and the cationic surfactant and the alkaline agent are added. The emulsified oil droplet aqueous dispersion is preferably sufficiently stirred before the silica source is added, and the stirring time is preferably 1 minute to 10 hours, more preferably 10 minutes to 5 hours. More preferably, it is 30 minutes to 3 hours.
カチオン性界面活性剤及びアルカリ剤が添加されシリカ源が添加される前の乳化油滴水分散液のpHは、シリカ源を効率的に加水分解・脱水縮合させる観点から、8.5〜12.0が好ましく、9.0〜11.5がより好ましい。 From the viewpoint of efficiently hydrolyzing and dehydrating and condensing the silica source, the pH of the emulsified oil droplet aqueous dispersion before the cationic surfactant and alkali agent are added and the silica source is added is 8.5 to 12.0. Is preferable, and 9.0-11.5 is more preferable.
カチオン性界面活性剤及びアルカリ剤との共存下での、乳化油滴の体積基準平均粒径(D50)は、空孔率が大きく、且つ、粒子構造の均一な中空シリカ粒子を形成する観点から、10nm以上が好ましく、100nm以上がより好ましく、350nm以上が更に好ましく、また、5000nm以下が好ましく、1000nm以下がより好ましく、850nm以下が更に好ましい。 The volume-based average particle diameter (D 50 ) of the emulsified oil droplets in the coexistence with the cationic surfactant and the alkali agent is a viewpoint of forming hollow silica particles having a large porosity and a uniform particle structure. Therefore, 10 nm or more is preferable, 100 nm or more is more preferable, 350 nm or more is further preferable, 5000 nm or less is preferable, 1000 nm or less is more preferable, and 850 nm or less is still more preferable.
態様2においては、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を得る観点から、シリカ源及びカチオン性界面活性剤と乳化油滴水分散液との混合前に、アルカリ剤が乳化油滴水分散液へ添加されると好ましい。アルカリ剤が添加された乳化油滴水分散液は、シリカ源及びカチオン性界面活性剤が添加される前に、十分に攪拌されることが好ましく、攪拌時間は、好ましくは1分〜10時間であり、より好ましくは0.1〜2時間である。 In aspect 2, from the viewpoint of obtaining hollow silica particles having a highly uniform particle structure, an alkali agent is added to the emulsified oil droplet water dispersion before mixing the silica source and the cationic surfactant with the emulsified oil droplet water dispersion. It is preferred if The emulsified oil droplet water dispersion to which the alkali agent is added is preferably sufficiently stirred before the silica source and the cationic surfactant are added, and the stirring time is preferably 1 minute to 10 hours. More preferably, it is 0.1 to 2 hours.
アルカリ剤が添加され、カチオン性界面活性剤及びシリカ源が添加される前の乳化油滴水分散液のpHは、シリカ源を効率的に加水分解・脱水縮合させる観点から、8.5〜12.0が好ましく、9.0〜11.5がより好ましい。 From the viewpoint of efficiently hydrolyzing and dehydrating and condensing the silica source, the pH of the emulsified oil droplet water dispersion before the addition of the alkaline agent and the cationic surfactant and the silica source is 8.5 to 12. 0 is preferable, and 9.0 to 11.5 is more preferable.
シリカ源は、そのまま乳化油滴水分散液に添加してもよいが、シリカ源を所定の溶媒に添加して得たシリカ源含有液を上記乳化油滴水分散液に添加してもよい。当該溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、アセトン、プロパノール、イソプロパノール等の水溶性有機溶剤が挙げられ、好ましくはメタノールが挙げられる。これらの水溶性有機溶剤は、脱水処理されていると好ましい。 The silica source may be added as it is to the emulsified oil droplet water dispersion, or a silica source-containing liquid obtained by adding the silica source to a predetermined solvent may be added to the emulsified oil droplet water dispersion. Examples of the solvent include water-soluble organic solvents such as methanol, ethanol, acetone, propanol, isopropanol, and preferably methanol. These water-soluble organic solvents are preferably dehydrated.
シリカ源の添加は、全量を一度にしてもよいが、連続的にしてもよいし、断続的にしてもよい。生成する各中空シリカ粒子の凝集を防ぐためには、シリカ源の反応終了まで、乳化油滴とシリカ源とを含む反応液を撹拌し続けることが好ましく、シリカ源の添加終了後も、好ましくは10〜80℃、より好ましくは10〜50℃にて、好ましくは0.01〜5時間、より好ましくは1〜3時間、撹拌し続けることが好ましい。 The addition of the silica source may be carried out all at once, but may be continuous or intermittent. In order to prevent agglomeration of each hollow silica particle to be generated, it is preferable to continue stirring the reaction liquid containing the emulsified oil droplets and the silica source until the reaction of the silica source is completed, and preferably even after the addition of the silica source is completed. It is preferable to keep stirring at -80 ° C, more preferably 10-50 ° C, preferably 0.01-5 hours, more preferably 1-3 hours.
シリカ源の添加速度は、反応系の容量や、シリカ源の種類、乳化油滴水分散液中に添加されるシリカ源の濃度の上昇速度等を考慮して適宜調整することが望ましい。 The addition rate of the silica source is desirably adjusted as appropriate in consideration of the capacity of the reaction system, the type of the silica source, the rate of increase in the concentration of the silica source added to the emulsified oil droplet water dispersion, and the like.
シリカ源の添加最中の、反応液の温度は、乳化油滴の安定性、反応液中のカチオン性界面活性剤の濃度の変動を抑制する観点から、好ましくは10℃以上、より好ましくは15℃以上であり、好ましくは90℃以下、より好ましくは80℃以下、更に好ましくは50℃以下、より更に好ましくは35℃以下である。 During the addition of the silica source, the temperature of the reaction solution is preferably 10 ° C. or more, more preferably 15 from the viewpoint of suppressing the fluctuation of the stability of the emulsified oil droplets and the concentration of the cationic surfactant in the reaction solution. It is 90 degreeC or more, Preferably it is 90 degrees C or less, More preferably, it is 80 degrees C or less, More preferably, it is 50 degrees C or less, More preferably, it is 35 degrees C or less.
シリカ源を添加している最中及びシリカ源の反応後の反応液のpH、すなわち、複合メソポーラスシリカ粒子の水分散液のpHは、シリカ源を効率的に加水分解・脱水縮合させる観点から、アルカリ剤を用いて、好ましくは8.5〜12.0、より好ましくは9.0〜11.5に調整されると好ましい。 The pH of the reaction solution during the addition of the silica source and after the reaction of the silica source, that is, the pH of the aqueous dispersion of the composite mesoporous silica particles is determined from the viewpoint of efficiently hydrolyzing and dehydrating and condensing the silica source. It is preferable to adjust to 8.5 to 12.0, more preferably 9.0 to 11.5 using an alkali agent.
シリカ源の含有量は、乳化油滴とシリカ源とを含む反応液中、生産性向上の観点から、シリカ換算濃度で10ミリモル/L以上が好ましく、100ミリモル/L以上がより好ましく、150ミリモル/L以上が更に好ましく、200ミリモル/L以上がより更に好ましく、250ミリモル/L以上がより更に好ましい。また、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を得る観点から、2000ミリモル/L以下が好ましく、1000ミリモル/L以下がより好ましく、800ミリモル/L以下が更に好ましく、600ミリモル/L以下がより更に好ましく、400ミリモル/L以下がより更に好ましく、350ミリモル/L以下がより更に好ましい。尚、上記含有量は、乳化油滴水分散液との混合に使用されるシリカ源全量についての値であり、反応に伴うシリカ源の消費を無視した値である。 The content of the silica source is preferably 10 mmol / L or more, more preferably 100 mmol / L or more, more preferably 150 mmol in terms of silica, from the viewpoint of improving productivity in the reaction solution containing the emulsified oil droplets and the silica source. / L or more is more preferable, 200 mmol / L or more is more preferable, and 250 mmol / L or more is still more preferable. Further, from the viewpoint of obtaining hollow silica particles having a highly uniform particle structure, it is preferably 2000 mmol / L or less, more preferably 1000 mmol / L or less, still more preferably 800 mmol / L or less, and more preferably 600 mmol / L or less. More preferably, it is more preferably 400 mmol / L or less, and even more preferably 350 mmol / L or less. In addition, the said content is a value about the total amount of the silica source used for mixing with an emulsified oil droplet water dispersion, and is the value which disregarded the consumption of the silica source accompanying reaction.
また、前記シリカ源の含有量は、反応液中、生産性向上の観点から、シリカ換算濃度で、0.06質量%以上が好ましく、0.6質量%以上がより好ましく、0.9質量%以上が更に好ましく、1.2質量%以上がより更に好ましく、1.5質量%以上がより更に好ましい。また、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を得る観点から、12質量%以下が好ましく、6質量%以下がより好ましく、4.8質量%以下が更に好ましく、3.6質量%以下がより更に好ましく、3.0質量%以下がより更に好ましい。 The content of the silica source is preferably 0.06% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more, and 0.9% by mass in terms of silica, from the viewpoint of improving productivity in the reaction solution. The above is more preferable, 1.2% by mass or more is more preferable, and 1.5% by mass or more is more preferable. From the viewpoint of obtaining hollow silica particles having a highly uniform particle structure, it is preferably 12% by mass or less, more preferably 6% by mass or less, still more preferably 4.8% by mass or less, and more preferably 3.6% by mass or less. More preferably, 3.0 mass% or less is still more preferable.
反応液中のシリカ源の含有量が上記の好ましい範囲内の値である場合、反応液中の疎水性有機化合物の含有量は、外殻部の形成に使用されるシリカ源のシリカ換算濃度を高くし、生産性を向上させる観点から、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上が更に好ましく、2質量%以上がより更に好ましい。上記疎水性有機化合物の含有量は、疎水性有機化合物を含む乳化油滴同士の衝突及び合一に伴う疎水性有機化合物の相分離を抑制して、粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、30質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましく、7質量%以下がより更に好ましく、5質量%以下がより更に好ましい。 When the content of the silica source in the reaction solution is a value within the above preferred range, the content of the hydrophobic organic compound in the reaction solution is the silica equivalent concentration of the silica source used for forming the outer shell. From the viewpoint of increasing the productivity and improving the productivity, 0.1% by mass or more is preferable, 0.5% by mass or more is more preferable, 1% by mass or more is further preferable, and 2% by mass or more is even more preferable. The content of the hydrophobic organic compound suppresses the collision of the emulsified oil droplets containing the hydrophobic organic compound and the phase separation of the hydrophobic organic compound accompanying the coalescence, so that the hollow silica particles having a highly uniform particle structure can be obtained. From the viewpoint of production, it is preferably 30% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, still more preferably 10% by mass or less, still more preferably 7% by mass or less, and still more preferably 5% by mass or less.
反応液中のPVAの含有量は、安定した乳化油滴を形成し粒子構造の均一性の高い中空シリカ粒子を製造する観点から、0.005質量%以上が好ましく、0.01質量%以上がより好ましく、0.02質量%以上がさらに好ましく。また、PVAの含有量は、安定な乳化油滴形成及び経済性の観点から、3質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましく、0.5質量%以下が更に好ましい。 The content of PVA in the reaction solution is preferably 0.005% by mass or more, and 0.01% by mass or more from the viewpoint of forming stable emulsified oil droplets and producing hollow silica particles having a highly uniform particle structure. More preferred is 0.02% by mass or more. In addition, the PVA content is preferably 3% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, and still more preferably 0.5% by mass or less from the viewpoints of stable emulsion oil droplet formation and economy.
反応液中のカチオン性界面活性剤の含有量は、乳化油滴の表面積等に応じて適宜調整すればよいが、中空シリカ粒子の収率及び分散性を向上させる観点から、1ミリモル/L以上が好ましく、10ミリモル/L以上がより好ましく、30ミリモル/L以上が更に好ましい。また、同様の観点から、500ミリモル/L以下が好ましく、100ミリモル/L以下がより好ましく、70ミリモル/L以下が更に好ましい。 The content of the cationic surfactant in the reaction solution may be appropriately adjusted according to the surface area of the emulsified oil droplets, but from the viewpoint of improving the yield and dispersibility of the hollow silica particles, it is 1 mmol / L or more. Is preferably 10 mmol / L or more, and more preferably 30 mmol / L or more. Moreover, from the same viewpoint, 500 mmol / L or less is preferable, 100 mmol / L or less is more preferable, and 70 mmol / L or less is still more preferable.
反応液中における、シリカ源のシリカ換算モル濃度に対するカチオン性界面活性剤のモル濃度の比(カチオン性界面活性剤のモル濃度/シリカ源のシリカ換算モル濃度)は、中空シリカ粒子の収率及び分散性を向上させる観点から、0.01以上が好ましく、0.05以上がより好ましく、0.10以上が更に好ましい。また同様の観点から、10以下が好ましく、1以下がより好ましく、0.5以下が更に好ましく、0.25以下がより更に好ましい。 In the reaction solution, the ratio of the molar concentration of the cationic surfactant to the molar molar concentration of the cationic surfactant in the reaction solution (the molar concentration of the cationic surfactant / the molar molar concentration of the silica source in terms of silica) is the yield of the hollow silica particles and From the viewpoint of improving dispersibility, 0.01 or more is preferable, 0.05 or more is more preferable, and 0.10 or more is still more preferable. From the same viewpoint, it is preferably 10 or less, more preferably 1 or less, still more preferably 0.5 or less, and even more preferably 0.25 or less.
[工程(III)]
工程(III)は、工程(II)で得られた複合シリカ粒子(複合メソポーラスシリカ粒子)から前記乳化油滴を除去する工程である。工程(III)では、例えば、複合シリカ粒子を分散媒から分離した後、複合シリカ粒子を乾燥させ、次いで、電気炉等を用いて焼成して、複合シリカ粒子の内側及び外殻部内の、カチオン性界面活性剤、PVA、疎水性有機化合物等を除去する。本発明の製造方法の一例では、必要に応じて、複合シリカ粒子に対して、焼成前に、酸性液への接触、水洗、及び乾燥からなる群から選ばれる少なくとも1つの処理を行ってもよい。複合シリカ粒子を酸性液に接触させると、複合シリカ粒子のメソ細孔内の第四級アンモニウム塩等のカチオン性界面活性剤を効率的に低減又は除去できる。
[Step (III)]
Step (III) is a step of removing the emulsified oil droplets from the composite silica particles (composite mesoporous silica particles) obtained in step (II). In step (III), for example, after separating the composite silica particles from the dispersion medium, the composite silica particles are dried and then baked using an electric furnace or the like, and the cation in the inner and outer shells of the composite silica particles is obtained. Active surfactants, PVA, hydrophobic organic compounds and the like are removed. In an example of the production method of the present invention, if necessary, the composite silica particles may be subjected to at least one treatment selected from the group consisting of contacting with an acidic solution, washing with water, and drying before firing. . When the composite silica particles are brought into contact with the acidic liquid, cationic surfactants such as quaternary ammonium salts in the mesopores of the composite silica particles can be efficiently reduced or removed.
外殻部がメソ細孔構造を有する中空シリカ粒子(中空メソポーラスシリカ粒子)の製造方法において、焼成温度は、カチオン性界面活性剤、疎水性有機化合物、及びPVAを確実に除去する観点、メソ細孔構造の強度を向上させる観点から、好ましくは350℃以上であり、より好ましくは450℃以上である。また、外殻部がメソ細孔構造を有する中空シリカ粒子を得る観点から、焼成温度は、好ましくは800℃以下であり、より好ましくは700℃以下である。焼成時間は、カチオン性界面活性剤、疎水性有機化合物、PVAを確実に除去する観点、メソ細孔構造の強度を向上させる観点から、好ましくは1時間以上であり、生産性向上の観点から、好ましくは10時間以下であり、より好ましくは5時間以下である。 In the method for producing hollow silica particles whose outer shell part has a mesoporous structure (hollow mesoporous silica particles), the calcination temperature is selected from the viewpoints of reliably removing the cationic surfactant, the hydrophobic organic compound, and the PVA. From the viewpoint of improving the strength of the pore structure, it is preferably 350 ° C. or higher, and more preferably 450 ° C. or higher. Further, from the viewpoint of obtaining hollow silica particles having an outer shell portion having a mesoporous structure, the firing temperature is preferably 800 ° C. or lower, more preferably 700 ° C. or lower. The firing time is preferably 1 hour or more from the viewpoint of reliably removing the cationic surfactant, the hydrophobic organic compound, and PVA, and the strength of the mesopore structure. From the viewpoint of improving productivity, Preferably it is 10 hours or less, More preferably, it is 5 hours or less.
外殻部がメソ細孔構造を有しない中空シリカ粒子の製造方法において、焼成温度は、メソ細孔構造を消失させて、メソ細孔構造を有しない外殻部とその内側の中空部とを含む中空シリカ粒子を得る観点から、好ましくは900℃以上であり、より好ましくは950℃以上であり、中空粒子構造を保持する観点から、好ましくは1200℃以下であり、より好ましくは1100℃以下である。焼成時間は、カチオン性界面活性剤、疎水性有機化合物、PVA等を確実に除去する観点及びメソ細孔構造を消失させる観点から、好ましくは1時間以上であり、より好ましくは24時間以上であり、生産性向上の観点から、好ましくは72時間以下であり、より好ましくは48時間以下である。 In the method for producing hollow silica particles in which the outer shell portion does not have a mesopore structure, the firing temperature is such that the mesopore structure disappears and the outer shell portion not having the mesopore structure and the hollow portion inside the mesopore structure are removed. From the viewpoint of obtaining hollow silica particles, it is preferably 900 ° C. or higher, more preferably 950 ° C. or higher, and from the viewpoint of maintaining the hollow particle structure, it is preferably 1200 ° C. or lower, more preferably 1100 ° C. or lower. is there. The firing time is preferably 1 hour or more, more preferably 24 hours or more, from the viewpoint of surely removing the cationic surfactant, hydrophobic organic compound, PVA and the like and the disappearance of the mesopore structure. From the viewpoint of improving productivity, it is preferably 72 hours or shorter, more preferably 48 hours or shorter.
分離方法としては、ろ過法、遠心分離法、分散媒の乾燥除去等が挙げられる。これらの方法で複合シリカ粒子を分散媒から分離した後、焼成前に行われる乾燥処理において、乾燥機内の温度は、乾燥を十分に行う観点及び複合シリカ粒子に付着した有機物の炭化を抑制する観点から、好ましくは50〜150℃であり、より好ましくは80〜120℃であり、乾燥時間は、乾燥を十分に行う観点及び複合シリカ粒子に付着した有機物の炭化を抑制する観点から、好ましくは0.1〜48時間、より好ましくは5〜30時間である。 Examples of the separation method include a filtration method, a centrifugal separation method, and a removal removal of the dispersion medium. In the drying process performed after separating the composite silica particles from the dispersion medium by these methods and before firing, the temperature in the dryer is a viewpoint of sufficiently drying and a viewpoint of suppressing carbonization of organic substances attached to the composite silica particles. Therefore, the drying time is preferably from 50 to 150 ° C., more preferably from 80 to 120 ° C., and the drying time is preferably 0 from the viewpoint of sufficiently drying and the suppression of carbonization of organic substances attached to the composite silica particles. .1 to 48 hours, more preferably 5 to 30 hours.
酸性液としては、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸;酢酸、クエン酸等の有機酸;カチオン交換樹脂等を水やエタノール等に加えた液等が挙げられる。酸性液のpHは、好ましくは1.5〜5.0である。 Examples of the acidic liquid include inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid and sulfuric acid; organic acids such as acetic acid and citric acid; liquids obtained by adding a cation exchange resin or the like to water or ethanol. The pH of the acidic liquid is preferably 1.5 to 5.0.
[中空メソポーラスシリカ粒子]
次に、本発明の製造方法により得られる中空シリカ粒子のうち、外殻部がメソ細孔構造を有する中空シリカ粒子(中空メソポーラスシリカ粒子)について説明する。
[Hollow mesoporous silica particles]
Next, among the hollow silica particles obtained by the production method of the present invention, hollow silica particles whose outer shell part has a mesoporous structure (hollow mesoporous silica particles) will be described.
[外殻部がメソ細孔構造を有する中空シリカ粒子]
本発明の製造方法によれば、外殻部のメソ細孔構造の平均細孔径が、好ましくは1〜10nm、より好ましくは1〜5nm、更に好ましくは1〜3nmである中空メソポーラスシリカ粒子を製造できる。
[Hollow silica particles whose outer shell has a mesoporous structure]
According to the production method of the present invention, hollow mesoporous silica particles having an average pore diameter of the mesopore structure of the outer shell part of preferably 1 to 10 nm, more preferably 1 to 5 nm, and further preferably 1 to 3 nm are produced. it can.
メソ細孔構造の平均細孔径は、窒素吸着測定を行い、窒素吸着等温線からBJH法により求めることができる。 The average pore diameter of the mesopore structure can be determined by nitrogen adsorption measurement and from the nitrogen adsorption isotherm by the BJH method.
本発明の製造方法によれば、好ましくはメソ細孔径が揃った中空メソポーラスシリカ粒子を製造でき、より好ましくはメソ細孔の70%以上、更に好ましくは75%以上、より更に好ましくは80%以上が、平均細孔径±30%の範囲内の細孔径を有する中空メソポーラスシリカ粒子を製造できる。メソ細孔の細孔径分布については、BJH法により求めた細孔径のピークトップを基準にし、所定の範囲の微分細孔容量から求めることができる。 According to the production method of the present invention, hollow mesoporous silica particles having a uniform mesopore diameter can be produced, more preferably 70% or more of the mesopores, still more preferably 75% or more, and still more preferably 80% or more. However, it is possible to produce hollow mesoporous silica particles having a pore diameter in the range of average pore diameter ± 30%. The pore size distribution of the mesopores can be determined from the differential pore volume within a predetermined range with reference to the peak top of the pore size determined by the BJH method.
メソ細孔構造を有する外殻部の構造は、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて観察でき、その細孔径、細孔の配列の規則性、外殻部の外から外殻部よりも内側への細孔の繋がり具合等を観察できる。 The structure of the outer shell having a mesopore structure can be observed using a transmission electron microscope (TEM), and the pore diameter, the regularity of the arrangement of the pores, and from the outside of the outer shell to the inner side of the outer shell It is possible to observe how the pores are connected to each other.
外殻部におけるメソ細孔の配列の規則性は、粉末X線回折(XRD)によって得られるスペクトルからも評価できる。具体的には、CuKα1線(λ=0.154050nm)を照射することにより得られる中空メソポーラスシリカ粒子の粉末X線回折スペクトル中において、結晶格子面間隔(d)が2〜10nmの範囲に相当する回折角(2θ)の領域に頂点があるピークが1つ以上存在していると、外殻部におけるメソ細孔の配列の規則性が高いと評価できる。 The regularity of the arrangement of mesopores in the outer shell can also be evaluated from a spectrum obtained by powder X-ray diffraction (XRD). Specifically, in the powder X-ray diffraction spectrum of hollow mesoporous silica particles obtained by irradiating with CuKα1 rays (λ = 0.154050 nm), the crystal lattice spacing (d) corresponds to a range of 2 to 10 nm. When one or more peaks having apexes in the region of the diffraction angle (2θ) exist, it can be evaluated that the regularity of the arrangement of the mesopores in the outer shell portion is high.
本発明の製造方法によれば、BET比表面積が、好ましくは500m2/g以上、より好ましくは700m2/g以上、更に好ましくは900m2/g以上であり、好ましくは1500m2/g以下、より好ましくは1400m2/g以下、更に好ましくは1300m2/g以下である中空メソポーラスシリカ粒子を製造できる。 According to the production method of the present invention, BET specific surface area is preferably 500 meters 2 / g or more, more preferably 700 meters 2 / g or more, further preferably 900 meters 2 / g or more, preferably not more than 1500 m 2 / g, More preferably, hollow mesoporous silica particles having a size of 1400 m 2 / g or less, more preferably 1300 m 2 / g or less can be produced.
本発明の製造方法によれば、平均一次粒子径が、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上、更に好ましくは300nm以上、より更に好ましくは500nm以上であり、好ましくは5000nm以下、より好ましくは3000nm以下、更に好ましくは2000nm以下、より更に好ましくは1200nm以下である中空メソポーラスシリカ粒子を製造できる。 According to the production method of the present invention, the average primary particle diameter is preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, still more preferably 300 nm or more, still more preferably 500 nm or more, preferably 5000 nm or less, more preferably 3000 nm. Hereinafter, hollow mesoporous silica particles having a diameter of 2000 nm or less and more preferably 1200 nm or less can be produced.
中空メソポーラスシリカ粒子の平均一次粒子径は、カチオン性界面活性剤や炭化水素化合物の選択、混合時の撹拌力、各成分の濃度、反応液の温度等によって調整できる。 The average primary particle size of the hollow mesoporous silica particles can be adjusted by the selection of the cationic surfactant or the hydrocarbon compound, the stirring power during mixing, the concentration of each component, the temperature of the reaction solution, and the like.
本発明の製造方法によれば、中空部分の平均径が、好ましくは10nm以上、より好ましくは100nm以上、更に好ましくは300nm以上、より更に好ましくは500nm以上であり、好ましくは2000nm以下、より好ましくは1500nm以下、更に好ましくは1000nm以下、より更に好ましくは800nm以下である中空メソポーラスシリカ粒子を製造できる。 According to the production method of the present invention, the average diameter of the hollow portion is preferably 10 nm or more, more preferably 100 nm or more, still more preferably 300 nm or more, still more preferably 500 nm or more, preferably 2000 nm or less, more preferably Hollow mesoporous silica particles having a thickness of 1500 nm or less, more preferably 1000 nm or less, and still more preferably 800 nm or less can be produced.
本発明の製造方法によれば、本発明の製造方法によって得られた中空メソポーラスシリカ粒子全体の、好ましくは80%以上、より好ましくは82%以上、更に好ましくは85%以上が、平均一次粒子径±30%の範囲内の一次粒子径を有しており、非常に揃った一次粒子径の粒子群から構成されている中空メソポーラスシリカ粒子を製造できる。 According to the production method of the present invention, the average primary particle diameter of the entire hollow mesoporous silica particles obtained by the production method of the present invention is preferably 80% or more, more preferably 82% or more, still more preferably 85% or more. Hollow mesoporous silica particles having a primary particle size in the range of ± 30% and composed of particles having a very uniform primary particle size can be produced.
本発明の製造方法によれば、外殻部の平均厚みが、好ましくは10nm以上、より好ましくは20nm以上、更に好ましくは30nm以上であり、好ましくは700nm以下、より好ましくは500nm以下、更に好ましくは200nm以下、更に好ましくは150nm以下である中空メソポーラスシリカ粒子を製造できる。 According to the production method of the present invention, the average thickness of the outer shell is preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, still more preferably 30 nm or more, preferably 700 nm or less, more preferably 500 nm or less, still more preferably. Hollow mesoporous silica particles of 200 nm or less, more preferably 150 nm or less can be produced.
[外殻部がメソ細孔構造を有さない中空シリカ粒子]
本発明の製造方法によれば、BET比表面積が、好ましくは1m2/g以上、より好ましくは2m2/g以上、更に好ましくは3m2/g以上であり、好ましくは300m2/g以下、より好ましくは100m2/g以下、更に好ましくは50m2/g以下、より更に好ましくは20m2/g以下である中空シリカ粒子を製造できる。
[Hollow silica particles whose outer shell has no mesoporous structure]
According to the production method of the present invention, BET specific surface area is preferably 1 m 2 / g or more, more preferably 2m 2 / g or more, more preferably at 3m 2 / g or more, preferably not more than 300 meters 2 / g, More preferably, hollow silica particles of 100 m 2 / g or less, more preferably 50 m 2 / g or less, and still more preferably 20 m 2 / g or less can be produced.
本発明の製造方法によれば、平均一次粒子径が、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上、更に好ましくは300nm以上であり、好ましくは5000nm以下、より好ましくは3000nm以下、更に好ましくは1000nm以下である中空シリカ粒子を製造できる。 According to the production method of the present invention, the average primary particle size is preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, still more preferably 300 nm or more, preferably 5000 nm or less, more preferably 3000 nm or less, still more preferably 1000 nm or less. The hollow silica particle which is can be manufactured.
中空シリカ粒子の平均一次粒子径は、カチオン性界面活性剤や疎水性有機化合物の選択、混合時の撹拌力、各成分の濃度、反応液の温度等によって調整できる。 The average primary particle diameter of the hollow silica particles can be adjusted by the selection of the cationic surfactant or the hydrophobic organic compound, the stirring force at the time of mixing, the concentration of each component, the temperature of the reaction solution, and the like.
本発明の製造方法によれば、中空部分の平均径が、好ましくは10nm以上、より好ましくは100nm以上、更に好ましくは200nm以上、より更に好ましくは300nm以上であり、好ましくは1000nm以下、より好ましくは900nm以下、更に好ましくは800nm以下、より更に好ましくは700nm以下である中空シリカ粒子を製造できる。 According to the production method of the present invention, the average diameter of the hollow portion is preferably 10 nm or more, more preferably 100 nm or more, still more preferably 200 nm or more, still more preferably 300 nm or more, preferably 1000 nm or less, more preferably Hollow silica particles that are 900 nm or less, more preferably 800 nm or less, and still more preferably 700 nm or less can be produced.
本発明の製造方法によれば、本発明の製造方法によって得られた中空シリカ粒子全体の、好ましくは80%以上、より好ましくは82%以上、更に好ましくは85%以上が、平均一次粒子径±30%の範囲内の一次粒子径を有しており、非常に揃った粒子径の粒子群から構成されている中空シリカ粒子を製造できる。 According to the production method of the present invention, the average primary particle size of the entire hollow silica particles obtained by the production method of the present invention is preferably 80% or more, more preferably 82% or more, and still more preferably 85% or more. Hollow silica particles having a primary particle size in the range of 30% and composed of a group of particles having a very uniform particle size can be produced.
本発明の製造方法によれば、外殻部の平均厚みが、好ましくは10nm以上、より好ましくは20nm以上、更に好ましくは30nm以上であり、好ましくは700nm以下、より好ましくは500nm以下、更に好ましくは200nm以下、より更に好ましくは100nm以下である中空シリカ粒子を製造できる。 According to the production method of the present invention, the average thickness of the outer shell is preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, still more preferably 30 nm or more, preferably 700 nm or less, more preferably 500 nm or less, still more preferably. Hollow silica particles that are 200 nm or less, more preferably 100 nm or less can be produced.
本発明の製造方法によれば、空孔率が、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上%、更に好ましくは15%以上であり、好ましくは60%以下、より好ましくは55%以下、更に好ましくは50%以下である中空シリカ粒子を製造できる。 According to the production method of the present invention, the porosity is preferably 5% or more, more preferably 10% or more, still more preferably 15% or more, preferably 60% or less, more preferably 55% or less, More preferably, hollow silica particles of 50% or less can be produced.
本願において、中空シリカ粒子の平均一次粒子径及び粒子径分布の程度、中空部分の平均径(平均中空部径)、並びに外殻部の平均厚み(平均外殻部厚み)は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により測定された値である。具体的には、透過型電子顕微鏡下で、20〜30個の中空シリカ粒子が含まれる視野中の全粒子の直径(一次粒子径)、中空部分の径、及び外殻部厚みを写真上で実測する。この操作を、視野を5回変えて行う。得られたデータから、数平均一次粒子径及び粒子径分布の程度、中空部分の数平均径、並びに数平均外殻部厚みを求める。透過型電子顕微鏡の倍率の目安は1万〜10万倍であるが、透過型電子顕微鏡の倍率は、中空シリカ粒子の大きさによって適宜調節される。測定にあたっては、少なくとも100個以上の中空シリカ粒子についてデータを取る。 In the present application, the average primary particle size and particle size distribution of the hollow silica particles, the average diameter of the hollow portion (average hollow portion diameter), and the average thickness of the outer shell portion (average outer shell portion thickness) are as follows. (TEM) Value measured by observation. Specifically, under a transmission electron microscope, the diameter (primary particle diameter) of all particles in the field of view containing 20 to 30 hollow silica particles, the diameter of the hollow portion, and the outer shell thickness are shown on the photograph. Measure. This operation is performed by changing the field of view five times. From the obtained data, the number average primary particle size and the degree of particle size distribution, the number average diameter of the hollow portion, and the number average outer shell thickness are determined. The standard of magnification of the transmission electron microscope is 10,000 to 100,000 times, but the magnification of the transmission electron microscope is appropriately adjusted depending on the size of the hollow silica particles. In the measurement, data is taken on at least 100 hollow silica particles.
本願は、さらに下記[1]〜[27]を開示する。 The present application further discloses the following [1] to [27].
[1] 疎水性有機化合物とポリビニルアルコール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油滴を含んだ乳化油滴水分散液を形成する工程と、
前記乳化油滴水分散液とシリカ源とを、カチオン性界面活性剤の存在下で混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程と、
前記外殻部と前記外殻部よりも内側に存在する前記乳化油滴とを含む複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する工程と、を含む中空シリカ粒子の製造方法。
[2] 前記外殻部を形成する工程が、下記の工程(II―a)及び工程(II―b)を含む前記[1]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
工程(II―a):前記乳化油滴水分散液とカチオン性界面活性剤とを混合する工程。
工程(II―b): 前記乳化油滴水分散液と前記カチオン性界面活性剤とを含む混合液と前記シリカ源とを混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴の表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程。
[3] 前記反応液中のシリカ源の含有量が、シリカ換算濃度において、10ミリモル/L以上、好ましくは100ミリモル/L以上、より好ましくは150ミリモル/L以上、更に好ましくは200ミリモル/L以上、より更に好ましくは250ミリモル/L以上であり、また、2000ミリモル/L以下、好ましくは1000ミリモル/L以下、より好ましくは800ミリモル/L以下、更に好ましくは600ミリモル/L以下、より更に好ましくは400ミリモル/L以下、より更に好ましくは350ミリモル/L以下である前記[1]又は前記[2]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[4] 前記混合液中の前記疎水性有機化合物の含有量が、0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上であり、また、30質量%以下、好ましくは10質量%以下、より好ましくは4質量%以下である、前記[1]〜前記[3]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[5] 前記疎水性有機化合物は、炭素数5〜18のアルカン、炭素数5〜18のアルケン、炭素数5〜18のシクロアルカン、及びスクワランからなる群から選ばれる少なくとも一種;好ましくは炭素数10〜18のアルカン、炭素数10〜18のアルケン、炭素数10〜18のシクロアルカン及びスクワランからなる群から選ばれる少なくとも一種;より好ましくは炭素数12〜16のアルカン、炭素数12〜16のアルケン、炭素数12〜16のシクロアルカン及びスクワランからなる群から選ばれる少なくとも一種;更に好ましくはドデカン、1−ドデセン、ヘキサデカン、及びスクワランからなる群から選ばれる少なくとも一種である、前記[1]〜前記[4]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[6] 前記混合液中における、ポリビニルアルコールと疎水性有機化合物の質量比(ポリビニルアルコールの質量/疎水性有機化合物の質量)が、0.001以上、好ましくは0.005以上、より好ましくは0.008以上、更に好ましくは0.010以上であり、また、1以下、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.2以下、更に好ましは0.1以下である、前記[1]〜前記[5]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[7] 前記ポリビニルアルコールがカチオン変性ポリビニルアルコールである前記[1]〜前記[6]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[8] 前記ポリビニルアルコールのカチオン変性量は、0.01mol%以上、好ましは0.05mol%以上であり、また、10mol%以下、好ましくは2mol%以下である前記[7]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[9] 前記ポリビニルアルコールに導入されたカチオン基は、4級アンモニウムタイプである前記[7]又は前記[8]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[10] 前記カチオン基の導入に用いられるモノマーは、メチルアクリルアミド−n−プロピルトリメチルアンモニウムクロリド及びジアリルジメチルアンモニウムクロリドからなる群から選ばれる少なくとも1種;好ましくはメチルアクリルアミド−n−プロピルトリメチルアンモニウムクロリドである前記[9]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[11] 前記ポリビニルアルコールのケン化度は、30mol%以上、好ましくは50mol%以上、より好ましくは70mol%以上であり、また、99mol%以下、好ましくは95mol%以下、より好ましくは90mol%以下である前記[7]〜前記[10]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[12] 前記ポリビニルアルコールの重量平均分子量は、5000以上、好ましくは10000以上、より好ましくは20000以上であり、また、300000以下、好ましくは200000以下、より好ましくは90000以下であり、また、5000〜300000、好ましくは10000〜200000、より好ましくは20000〜90000である、前記[1]〜前記[11]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[13] 前記混合液におけるポリビニルアルコールの含有量は、0.005質量%以上、好ましくは0.01質量%以上、より好ましは0.02質量%以上であり、また、3質量%以下、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.35質量%以下である、前記[1]〜前記[12]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[14] 前記乳化油滴水分散液を形成する工程における、前記乳化油滴の体積基準平均粒径(D50)は、10nm以上であり、好ましくは100nm以上、より好ましくは300nm以上であり、5000nm以下、好ましくは1000nm以下、より好ましくは600nm以下である、前記[1]〜前記[13]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[15] 前記カチオン性界面活性剤及び前記アルカリ剤との共存下での、前記乳化油滴の体積基準平均粒径(D50)は、10nm以上であり、好ましくは100nm以上、より好ましくは350nm以上、また、5000nm以下、好ましくは1000nm以下、より好ましは850nm以下である、前記[1]〜前記[14]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[16] 前記反応液中のカチオン性界面活性剤の含有量は、1ミリモル/L以上、好ましくは10ミリモル/L以上、より好ましくは30ミリモル/L以上であり、また、500ミリモル/L以下、好ましくは100ミリモル/L以下、より好ましくは70ミリモル/L以下である、前記[1]〜前記[15]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[17] 前記反応液中における、シリカ源のシリカ換算モル濃度に対するカチオン性界面活性剤のモル濃度の比(カチオン性界面活性剤のモル濃度/シリカ源のシリカ換算モル濃度)は、0.01以上であり、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上であり、また、10以下、好ましくは1以下、より好ましくは0.5以下である、前記[1]〜前記[16]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[18] 中空シリカ粒子が、シリカを含む成分から構成され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メソポーラスシリカ粒子である、前記[1]〜前記[17]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[19] 前記中空メソポーラスシリカ粒子の平均細孔径が1〜10nm、好ましくは1〜5nm、より好ましくは1〜3nmであり、平均一次粒子径が50nm以上、好ましくは100nm以上、より好ましくは300nm以上、更に好ましくは500nm以上であり、5000nm以下、好ましくは3000nm以下、より好ましくは2000nm以下、更に好ましくは1200nm以下である、前記[18]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[20] 前記中空メソポーラスシリカ粒子のBET比表面積が、500m2/g以上、好ましくは700m2/g以上、より好ましくは900m2/g以上であり、1500m2/g以下、好ましくは1400m2/g以下、より好ましくは1300m2/g以下である、前記[18]又は前記[19]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[21] 前記複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する工程において、前記複合シリカ粒子を、350℃以上、好ましくは450℃以上、また、800℃以下、好ましくは700℃以下で焼成して、前記複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する、前記[18]〜[20]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[22] 前記中空シリカ粒子が、前記外殻部がメソ細孔構造を有さない中空シリカ粒子である、前記[1]〜前記[17]のいずれかの項に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[23] 前記中空シリカ粒子のBET比表面積が、1m2/g以上、好ましくは2m2/g以上、より好ましくは3m2/g以上であり、300m2/g以下、好ましくは100m2/g以下、より好ましくは50m2/g以下である、前記[22]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[24] 前記中空シリカ粒子の平均一次粒子径が、50nm以上、好ましくは100nm以上、より好ましくは300nm以上であり、5000nm以下、好ましくは3000nm以下、より好ましくは1000nm以下である前記[22]又は前記[23]に記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[25] 前記複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する工程において、前記複合シリカ粒子を、900℃以上、好ましくは950℃以上であり、1200℃以下、好ましくは1100℃以下で焼成して、前記複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する、前記[22]〜[24]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[26] 前記カチオン性界面活性剤が、下記一般式(1)で表される第四級アンモニウム塩及び一般式(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であり;好ましくは一般式(1)で表されるアルキルトリメチルアンモニウム塩であり;より好ましくはアルキルトリメチルアンモニウムブロミド及びアルキルトリメチルアンモニウムクロリドからなる群から選ばれる少なくとも一種であり;更に好ましくはドデシルトリメチルアンモニウムクロリドである、前記[1]〜前記[25]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
[R1(CH3)3N]+X- (1)
[R1R2(CH3)2N]+X- (2)
ただし、式中、R1及びR2は、それぞれ独立に炭素数4〜22の直鎖又は分岐鎖アルキル基を示し、X-は1価陰イオンを示す。
[27] 前記シリカ源が、加水分解によりシラノール化合物を生成するシリカ源であり;好ましくは下記一般式(3)〜(7)で示される化合物から選ばれる1種以上であり;より好ましくは一般式(3)において、Yが炭素数1〜3のアルコキシ基であるか又はフッ素を除くハロゲン基、好ましくは、炭素数1〜2のアルコキシ基であり、一般式(4)又は(5)において、R3がフェニル基、ベンジル基、又は水素原子の一部がフッ素原子に置換されている炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜5の炭化水素基、更に好ましくは、R3がフェニル基、ベンジル基、メチル基又はエチル基であり、一般式(7)において、Yがメトキシ基であって、R4がメチレン基、エチレン基又はフェニレン基であり;更に好ましくはテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、及びフェニルトリエトキシシランからなる群から選ばれる少なくとも1種であり;より更に好ましくはテトラメトキシシランである、前記[1]〜[26]のいずれかに記載の中空シリカ粒子の製造方法。
SiY4 (3)
R3SiY3 (4)
R3 2SiY2 (5)
R3 3SiY (6)
Y3Si−R4−SiY3 (7)
ただし、式中R3はそれぞれ独立して、ケイ素原子に直接炭素原子が結合している有機基を示し、R4は炭素原子を1〜4個有する炭化水素基又はフェニレン基を示し、Yは加水分解によりヒドロキシ基になる1価の加水分解性基を示す。
[1] A step of pressurizing a mixed liquid containing a hydrophobic organic compound, polyvinyl alcohol and an aqueous solvent by a high-pressure emulsification method to form an emulsified oil droplet water dispersion containing emulsified oil droplets containing the hydrophobic organic compound; ,
In the reaction liquid obtained by mixing the emulsified oil droplet water dispersion and the silica source in the presence of a cationic surfactant, the emulsified oil droplet surface has a mesoporous structure composed of components containing silica. Forming the outer shell,
Removing the emulsified oil droplets from the composite silica particles including the outer shell portion and the emulsified oil droplets present inside the outer shell portion.
[2] The method for producing hollow silica particles according to [1], wherein the step of forming the outer shell includes the following steps (II-a) and (II-b).
Step (II-a): A step of mixing the emulsified oil droplet water dispersion and the cationic surfactant.
Step (II-b): In a reaction liquid obtained by mixing a mixed liquid containing the emulsified oil droplet water dispersion and the cationic surfactant and the silica source, silica is added to the surface of the emulsified oil droplets. A step of forming an outer shell portion having a mesopore structure composed of the components to be included.
[3] The content of the silica source in the reaction solution is 10 mmol / L or more, preferably 100 mmol / L or more, more preferably 150 mmol / L or more, still more preferably 200 mmol / L in terms of silica. Or more, more preferably 250 mmol / L or more, and 2000 mmol / L or less, preferably 1000 mmol / L or less, more preferably 800 mmol / L or less, still more preferably 600 mmol / L or less, and still more. The method for producing hollow silica particles according to [1] or [2], which is preferably 400 mmol / L or less, more preferably 350 mmol / L or less.
[4] The content of the hydrophobic organic compound in the mixed solution is 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, and 30% by mass or less, preferably Is 10 mass% or less, More preferably, it is 4 mass% or less, The manufacturing method of the hollow silica particle in any one of said [1]-[3].
[5] The hydrophobic organic compound is at least one selected from the group consisting of alkanes having 5 to 18 carbon atoms, alkenes having 5 to 18 carbon atoms, cycloalkanes having 5 to 18 carbon atoms, and squalane; At least one selected from the group consisting of alkanes having 10 to 18 carbon atoms, alkenes having 10 to 18 carbon atoms, cycloalkanes having 10 to 18 carbon atoms and squalane; more preferably alkanes having 12 to 16 carbon atoms and 12 to 16 carbon atoms [1] to [1], which is at least one selected from the group consisting of alkenes, cycloalkanes having 12 to 16 carbon atoms and squalane; more preferably at least one selected from the group consisting of dodecane, 1-dodecene, hexadecane and squalane. The method for producing hollow silica particles according to any one of [4].
[6] The mass ratio of polyvinyl alcohol to the hydrophobic organic compound (the mass of polyvinyl alcohol / the mass of the hydrophobic organic compound) in the mixed solution is 0.001 or more, preferably 0.005 or more, more preferably 0. 0.008 or more, more preferably 0.010 or more, and 1 or less, preferably 0.5 or less, more preferably 0.2 or less, and even more preferably 0.1 or less. The method for producing hollow silica particles according to any one of [5].
[7] The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [6], wherein the polyvinyl alcohol is cation-modified polyvinyl alcohol.
[8] The hollow portion according to [7], wherein the polyvinyl alcohol has a cation modification amount of 0.01 mol% or more, preferably 0.05 mol% or more, and 10 mol% or less, preferably 2 mol% or less. A method for producing silica particles.
[9] The method for producing hollow silica particles according to [7] or [8], wherein the cationic group introduced into the polyvinyl alcohol is a quaternary ammonium type.
[10] The monomer used for introduction of the cationic group is at least one selected from the group consisting of methylacrylamide-n-propyltrimethylammonium chloride and diallyldimethylammonium chloride; preferably methylacrylamide-n-propyltrimethylammonium chloride. The method for producing hollow silica particles according to [9] above.
[11] The saponification degree of the polyvinyl alcohol is 30 mol% or more, preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and 99 mol% or less, preferably 95 mol% or less, more preferably 90 mol% or less. The method for producing hollow silica particles according to any one of [7] to [10].
[12] The weight average molecular weight of the polyvinyl alcohol is 5000 or more, preferably 10,000 or more, more preferably 20000 or more, 300000 or less, preferably 200000 or less, more preferably 90000 or less, and 5000 to 5000 The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [11], which is 300,000, preferably 10,000 to 200,000, more preferably 20000 to 90,000.
[13] The content of polyvinyl alcohol in the mixed solution is 0.005% by mass or more, preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.02% by mass or more, and 3% by mass or less. The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [12], which is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.35% by mass or less.
[14] The volume-based average particle diameter (D 50 ) of the emulsified oil droplets in the step of forming the emulsified oil droplet aqueous dispersion is 10 nm or more, preferably 100 nm or more, more preferably 300 nm or more, and 5000 nm. Hereinafter, the method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [13], which is preferably 1000 nm or less, more preferably 600 nm or less.
[15] The volume-based average particle diameter (D 50 ) of the emulsified oil droplets in the presence of the cationic surfactant and the alkali agent is 10 nm or more, preferably 100 nm or more, more preferably 350 nm. The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [14] above, which is 5000 nm or less, preferably 1000 nm or less, and more preferably 850 nm or less.
[16] The content of the cationic surfactant in the reaction solution is 1 mmol / L or more, preferably 10 mmol / L or more, more preferably 30 mmol / L or more, and 500 mmol / L or less. The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [15], preferably 100 mmol / L or less, more preferably 70 mmol / L or less.
[17] The ratio of the molar concentration of the cationic surfactant to the molar molar concentration of the cationic surfactant in the reaction solution (the molar concentration of the cationic surfactant / the molar molar concentration of the silica source in terms of silica) is 0.01. The above [1] to [16], preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 or more, and 10 or less, preferably 1 or less, more preferably 0.5 or less. The method for producing hollow silica particles according to any one of the above.
[18] The hollow silica particles are hollow mesoporous silica particles including an outer shell portion having a mesoporous structure composed of a component containing silica and a hollow portion existing inside the outer shell portion. [1] The method for producing hollow silica particles according to any one of [17].
[19] The average pore diameter of the hollow mesoporous silica particles is 1 to 10 nm, preferably 1 to 5 nm, more preferably 1 to 3 nm, and the average primary particle diameter is 50 nm or more, preferably 100 nm or more, more preferably 300 nm or more. More preferably, it is 500 nm or more, 5000 nm or less, preferably 3000 nm or less, more preferably 2000 nm or less, still more preferably 1200 nm or less, the method for producing hollow silica particles according to the above [18].
[20] BET specific surface area of the hollow mesoporous silica particles, 500 meters 2 / g or more, preferably 700 meters 2 / g or more, more preferably 900 meters 2 / g or more, 1500 m 2 / g or less, preferably 1400 m 2 / The method for producing hollow silica particles according to [18] or [19] above, which is not more than g, more preferably not more than 1300 m 2 / g.
[21] In the step of removing the emulsified oil droplets from the composite silica particles, the composite silica particles are calcined at 350 ° C or higher, preferably 450 ° C or higher, and 800 ° C or lower, preferably 700 ° C or lower, The method for producing hollow silica particles according to any one of [18] to [20], wherein the emulsified oil droplets are removed from the composite silica particles.
[22] The production of the hollow silica particles according to any one of [1] to [17], wherein the hollow silica particles are hollow silica particles in which the outer shell portion does not have a mesopore structure. Method.
[23] The BET specific surface area of the hollow silica particles is 1 m 2 / g or more, preferably 2 m 2 / g or more, more preferably 3 m 2 / g or more, 300 m 2 / g or less, preferably 100 m 2 / g. Hereinafter, the method for producing hollow silica particles according to [22], which is more preferably 50 m 2 / g or less.
[24] The average primary particle diameter of the hollow silica particles is 50 nm or more, preferably 100 nm or more, more preferably 300 nm or more, 5000 nm or less, preferably 3000 nm or less, more preferably 1000 nm or less [22] or The method for producing hollow silica particles according to [23].
[25] In the step of removing the emulsified oil droplets from the composite silica particles, the composite silica particles are baked at 900 ° C or higher, preferably 950 ° C or higher, 1200 ° C or lower, preferably 1100 ° C or lower, The method for producing hollow silica particles according to any one of [22] to [24], wherein the emulsified oil droplets are removed from the composite silica particles.
[26] The cationic surfactant is one or more surfactants selected from a quaternary ammonium salt represented by the following general formula (1) and a quaternary ammonium salt represented by the general formula (2). Preferably an alkyltrimethylammonium salt represented by the general formula (1); more preferably at least one selected from the group consisting of alkyltrimethylammonium bromide and alkyltrimethylammonium chloride; more preferably dodecyltrimethyl The method for producing hollow silica particles according to any one of [1] to [25] above, which is ammonium chloride.
[R 1 (CH 3 ) 3 N] + X − (1)
[R 1 R 2 (CH 3 ) 2 N] + X − (2)
However, 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.
[27] The silica source is a silica source that produces a silanol compound by hydrolysis; preferably one or more selected from compounds represented by the following general formulas (3) to (7); more preferably general In the formula (3), Y is an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms or a halogen group excluding fluorine, preferably an alkoxy group having 1 to 2 carbon atoms. In the general formula (4) or (5), , R 3 is a phenyl group, a benzyl group, or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms, in which a part of hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms More preferably, R 3 is a phenyl group, a benzyl group, a methyl group or an ethyl group, and in the general formula (7), Y is a methoxy group, and R 4 is a methylene group, an ethylene group or a phenylene group. ; More preferably, it is at least one selected from the group consisting of tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and phenyltriethoxysilane; and more preferably tetramethoxysilane, any one of [1] to [26] The manufacturing method of the hollow silica particle of description.
SiY 4 (3)
R 3 SiY 3 (4)
R 3 2 SiY 2 (5)
R 3 3 SiY (6)
Y 3 Si—R 4 —SiY 3 (7)
In the formula, each R 3 independently represents an organic group in which a carbon atom is directly bonded to a silicon atom, R 4 represents a hydrocarbon group or a phenylene group having 1 to 4 carbon atoms, and Y represents A monovalent hydrolyzable group that becomes a hydroxy group by hydrolysis is shown.
以下、実施例により本発明を説明する。後述する実施例及び比較例において、中空メソポーラスシリカ粒子の各種測定及び評価は、以下の方法で行った。 Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. In Examples and Comparative Examples described later, various measurements and evaluations of hollow mesoporous silica particles were performed by the following methods.
(1)粉末X線回折(XRD)パターンの測定
粉末X線回折装置(理学電機工業株式会社製、商品名:RINT2500VPC)を用いて、粉末X線回折測定を行った。走査範囲を回折角(2θ)1〜20°、走査速度を4.0°/分とした連続スキャン法を用いた。
X線源:Cu-kα
管電圧:40mA
管電流:40kV
サンプリング幅:0.02°
発散スリット:1/2°
発散スリット縦:1.2mm
散乱スリット:1/2°
受光スリット:0.15mm
(1) Measurement of powder X-ray diffraction (XRD) pattern Powder X-ray diffraction measurement was performed using a powder X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation, trade name: RINT2500VPC). A continuous scanning method with a scanning range of diffraction angle (2θ) of 1 to 20 ° and a scanning speed of 4.0 ° / min was used.
X-ray source: Cu-kα
Tube voltage: 40 mA
Tube current: 40 kV
Sampling width: 0.02 °
Divergent slit: 1/2 °
Divergence slit length: 1.2mm
Scattering slit: 1/2 °
Receiving slit: 0.15mm
(2)粒子形状、平均一次粒子径、平均中空部径(外殻部の平均内径)及び平均外殻部厚みの測定
透過型電子顕微鏡(TEM)(日本電子株式会社製、商品名:JEM−2100)を用いて加速電圧160kVでシリカ粒子の観察を行った。20〜30個の中空シリカ粒子が含まれる5視野中の全粒子の直径(一次粒子径)、中空部径、及び外殻部厚みを写真上で実測し、数平均一次粒子径、数平均中空部径、及び数平均外殻部厚みを求めた。なお、シリカ粒子の観察は、高分解能用カーボン支持膜付きCuメッシュ(応研商事株式会社製、200−Aメッシュ)に試料を付着させ、余分な試料をブローで除去したものを用いて行った。
(2) Measurement of particle shape, average primary particle diameter, average hollow part diameter (average inner diameter of outer shell part) and average outer shell part thickness Transmission electron microscope (TEM) (manufactured by JEOL Ltd., trade name: JEM- 2100) was used to observe silica particles at an acceleration voltage of 160 kV. The diameter (primary particle diameter), hollow part diameter and outer shell part thickness of all particles in 5 fields containing 20 to 30 hollow silica particles are measured on the photograph, and the number average primary particle diameter and number average hollow are measured. The part diameter and the number average outer shell part thickness were determined. In addition, the observation of the silica particles was performed using a sample obtained by attaching a sample to a Cu mesh with a high-resolution carbon support film (200-A mesh, manufactured by Oken Shoji Co., Ltd.) and removing the excess sample by blowing.
(3)BET比表面積、及び平均細孔径の測定
比表面積・細孔分布測定装置(株式会社島津製作所製、商品名:ASAP2020)を用いて、液体窒素を用いた多点法で、パラメータCが正になる範囲でシリカ粒子のBET比表面積を測定した。細孔径分布の導出にはBJH法を採用し、そのピークトップを平均細孔径とした。試料には200℃で2時間加熱する前処理を施した。
(3) Measurement of BET specific surface area and average pore diameter Using a specific surface area / pore distribution measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name: ASAP2020), parameter C is a multipoint method using liquid nitrogen. The BET specific surface area of the silica particles was measured in a range that becomes positive. The BJH method was employed to derive the pore size distribution, and the peak top was defined as the average pore size. The sample was pretreated by heating at 200 ° C. for 2 hours.
(4)外殻部がメソ細孔構造を有さない中空シリカ粒子の空孔率の測定
真密度測定装置(カンタクロム株式会社製、商品名:ウルトラピクノメーター1000)を用い、1分脱気処理後、10回測定の平均値を真密度とした。中空シリカの真密度とシリカの真密度(2.2g/cm3)から空孔率を算出した。
(4) Measurement of porosity of hollow silica particles whose outer shell portion does not have a mesoporous structure Deaeration treatment for 1 minute using a true density measuring device (trade name: Ultra Pycnometer 1000, manufactured by Kantachrome Co., Ltd.) Then, the average value of 10 measurements was taken as the true density. The porosity was calculated from the true density of hollow silica and the true density of silica (2.2 g / cm 3 ).
(5)乳化油滴の粒径の測定
光散乱粒度分布計(堀場製作所株式会社製、LA−920)を用い、水分散媒中、超音波強度7、超音波照射1分、相対屈折率1.06の条件で測定した。体積基準平均粒径(D50、メジアン径)を乳化油滴の粒径とした。
(5) Measurement of particle size of emulsified oil droplets Using a light scattering particle size distribution meter (LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.), in water dispersion medium, ultrasonic intensity 7, ultrasonic irradiation 1 minute, relative refractive index 1 Measured under the condition of 0.06. The volume-based average particle diameter (D 50 , median diameter) was used as the particle diameter of the emulsified oil droplets.
(6)ポリマーの重量平均分子量
ポリマーの重量平均分子量は、粘度法(JIS−K6726)により測定し、表1に示した。
(6) Weight average molecular weight of polymer The weight average molecular weight of the polymer was measured by a viscosity method (JIS-K6726) and shown in Table 1.
(7)ポリビニルアルコールのカチオン変性量
モノマー原料の組成から求め、表1に示した。
(7) Amount of cation modification of polyvinyl alcohol It was determined from the composition of the monomer raw material and shown in Table 1.
(8)ポリビニルアルコールのケン化度
ポリビニルアルコールのケン化度は、JIS−K6726により測定し、表1に示した。
(8) Saponification degree of polyvinyl alcohol The saponification degree of polyvinyl alcohol was measured according to JIS-K6726 and shown in Table 1.
実施例及び比較例に用いたポリマーの詳細を表1に示す。 Details of the polymers used in Examples and Comparative Examples are shown in Table 1.
<実施例1>
25℃において、ドデカン(和光純薬工業株式会社製)20g、ポリビニルアルコール1(商品名:PVA CM−318、クラレ株式会社製)の5質量%水溶液を40g(ポリマー/ドデカン=0.1質量比)、水640gからなる混合液をペンシルミキサーを用いて、25℃で2分間攪拌した。得られた混合液を、流路径が100μmのボール衝突型チャンバー(スギノマシン株式会社製)を装着した高圧乳化装置(商品名:スターバーストHJP−25005、冷却温度:15℃、スギノマシン株式会社製)に供給し、混合液に70MPaの圧力をかけることにより、混合液に対して乳化処理を行った(工程(I))。乳化油滴の体積基準平均粒径(D50)は、440nmであった。
<Example 1>
At 25 ° C., 40 g (polymer / dodecane = 0.1 mass ratio) of 20 g of dodecane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 5% by mass aqueous solution of polyvinyl alcohol 1 (trade name: PVA CM-318, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) ), And a mixed solution composed of 640 g of water was stirred at 25 ° C. for 2 minutes using a pencil mixer. A high-pressure emulsification apparatus (trade name: Starburst HJP-25005, cooling temperature: 15 ° C., manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) equipped with a ball collision type chamber (manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) having a flow path diameter of 100 μm. ) And an emulsification treatment was performed on the mixed solution by applying a pressure of 70 MPa to the mixed solution (step (I)). The volume-based average particle diameter (D 50 ) of the emulsified oil droplets was 440 nm.
得られたドデカン乳化油滴を含んだ乳濁液(ドデカン乳化油滴水分散液)は、相分離(ドデカンの遊離)は起こっておらず、均一に乳化油滴が分散した乳濁液であることを目視で確認した。また、室温で1日以上静置しても相分離は無く、ドデカン乳化油滴水分散液は保存安定性に優れていた。 The resulting emulsion containing dodecane emulsified oil droplets (dodecane emulsified oil droplet water dispersion) is an emulsion in which phase separation (free release of dodecane) has not occurred and the emulsified oil droplets are uniformly dispersed. Was confirmed visually. Moreover, there was no phase separation even after standing at room temperature for 1 day or more, and the dodecane emulsified oil droplets aqueous dispersion was excellent in storage stability.
25℃において、上記のドデカン乳化油滴水分散液362gに、カチオン性界面活性剤であるドデシルトリメチルアンモニウムクロリド(以下、C12TACと略す)(東京化成工業株式会社製)5.3g、アルカリ剤である水酸化テトラメチルアンモニウム(以下、TMAOHと略す)(和光純薬工業株式会社製、25%水溶液)7.5gを添加し、2時間攪拌した(工程(II―a))。カチオン性界面活性剤及びアルカリ剤を含んだドデカン乳化油滴水分散液中の乳化油滴の体積基準平均粒径(D50)は530nmであった。 At 25 ° C., 5.3 g of dodecyltrimethylammonium chloride (hereinafter abbreviated as C12TAC) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), which is a cationic surfactant, 7.5 g of tetramethylammonium oxide (hereinafter abbreviated as TMAOH) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 25% aqueous solution) was added and stirred for 2 hours (step (II-a)). The volume-based average particle diameter (D 50 ) of the emulsified oil droplets in the aqueous dispersion of dodecane emulsified oil droplets containing the cationic surfactant and the alkali agent was 530 nm.
次に、界面活性剤を含んだドデカン乳化油滴水分散液に、25℃にて、シリカ源であるテトラメトキシシラン(以下、TMOSと略す)(東京化成工業株式会社製)19.3gを添加し、更に25℃にて2時間攪拌を続け、複合メソポーラスシリカ粒子の水分散液を得た(工程(II―b))。 Next, 10.25 g of tetramethoxysilane (hereinafter referred to as TMOS) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as a silica source is added to the dodecane emulsified oil droplet water dispersion containing the surfactant at 25 ° C. Further, stirring was continued at 25 ° C. for 2 hours to obtain an aqueous dispersion of composite mesoporous silica particles (step (II-b)).
複合シリカの水分散液を乾燥(100℃、1日)後、焼成炉(株式会社モトヤマ製、スーパーバーン)を用いて、エアーフロー(流量3L/min)しながら、6時間かけて600℃まで昇温後、600℃で2時間焼成を行うことにより、中空メソポーラスシリカ粒子を得た(工程(III))。 After drying the composite silica aqueous dispersion (100 ° C., 1 day), using a baking furnace (manufactured by Motoyama Co., Ltd., Superburn), airflow (flow rate 3 L / min) to 600 ° C. over 6 hours After the temperature rise, firing was performed at 600 ° C. for 2 hours to obtain hollow mesoporous silica particles (step (III)).
実施例1の中空メソポーラスシリカ粒子の平均一次粒子径、平均外殻部厚み、平均中空部径、XRDピークの面間隔(d)、平均細孔径、及びBET比表面積を表3に示す。また、図1は、実施例1の中空メソポーラスシリカ粒子のTEM像である。 Table 3 shows the average primary particle diameter, average outer shell part thickness, average hollow part diameter, XRD peak spacing (d), average pore diameter, and BET specific surface area of the hollow mesoporous silica particles of Example 1. 1 is a TEM image of the hollow mesoporous silica particles of Example 1. FIG.
<実施例2>
実施例1の中空メソポーラスシリカ粒子を焼成炉(株式会社モトヤマ製、スーパーバーン)を用いて、エアーフロー(流量3L/min)しながら、10時間かけて1000℃まで昇温後、1000℃で38時間焼成を行うことにより、メソ細孔の無い中空シリカ粒子を得た。
<Example 2>
The hollow mesoporous silica particles of Example 1 were heated up to 1000 ° C. over 10 hours using a baking furnace (Superburn, manufactured by Motoyama Co., Ltd.) and air flow (flow rate 3 L / min), and then 38 ° C. at 1000 ° C. By performing time firing, hollow silica particles having no mesopores were obtained.
実施例2の中空シリカ粒子の平均一次粒子径、平均外殻部厚み、平均中空部径、XRDピークの面間隔(d)、平均細孔径、BET比表面積及び空孔率を表3に示す。図2は、実施例2のメソ細孔構造を有しないシリカ粒子のTEM像である。尚、実施例1において、6時間かけて600℃まで昇温後、600℃で2時間焼成を行う代わりに、10時間かけて1000℃まで昇温後、1000℃で38時間焼成を行うことによっても、メソ細孔構造を有しない中空シリカ粒子を得た。 Table 3 shows the average primary particle diameter, average outer shell thickness, average hollow diameter, XRD peak spacing (d), average pore diameter, BET specific surface area, and porosity of the hollow silica particles of Example 2. 2 is a TEM image of silica particles having no mesopore structure of Example 2. FIG. In Example 1, after raising the temperature to 600 ° C. over 6 hours and firing at 600 ° C. for 2 hours, raising the temperature to 1000 ° C. over 10 hours and then firing at 1000 ° C. for 38 hours In addition, hollow silica particles having no mesopore structure were obtained.
<実施例3、4>
実施例1、2において、高圧乳化圧力を100MPaに変更したこと以外は実施例1と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子、メソ細孔構造を有しない中空シリカ粒子を製造した。
<Examples 3 and 4>
In Examples 1 and 2, hollow mesoporous silica particles and hollow silica particles having no mesopore structure were produced in the same manner as in Example 1 except that the high-pressure emulsification pressure was changed to 100 MPa.
<実施例5、6>
実施例3、4において、ポリマー/ドデカン質量比を0.05に変更したこと以外は実施例3、4と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子、メソ細孔構造を有しない中空シリカ粒子を製造した。
<Examples 5 and 6>
In Examples 3 and 4, hollow mesoporous silica particles and hollow silica particles having no mesoporous structure were produced in the same manner as in Examples 3 and 4 except that the polymer / dodecane mass ratio was changed to 0.05. .
<実施例7、8>
実施例3、4において、ポリマー/ドデカン質量比を0.01に変更したこと以外は実施例3、4と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子、メソ細孔構造を有しない中空シリカ粒子を製造した。
<Examples 7 and 8>
In Examples 3 and 4, hollow mesoporous silica particles and hollow silica particles having no mesoporous structure were produced in the same manner as in Examples 3 and 4 except that the polymer / dodecane mass ratio was changed to 0.01. .
<実施例9、10>
実施例3、4において、ポリビニルアルコール1をポリビニルアルコール2(商品名:PVA K−210、日本合成化学工業株式会社製)に変更したこと以外は実施例3、4と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子、メソ細孔構造を有しない中空シリカ粒子を製造した。
<Examples 9 and 10>
In Examples 3 and 4, hollow mesoporous silica was obtained in the same manner as in Examples 3 and 4 except that polyvinyl alcohol 1 was changed to polyvinyl alcohol 2 (trade name: PVA K-210, manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.). Particles, hollow silica particles having no mesopore structure were produced.
<実施例11、12>
実施例3、4において、ポリビニルアルコール1をポリビニルアルコール3(商品名:PVA C−506、クラレ株式会社製)に変更したこと以外は実施例3、4と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子、メソ細孔構造を有しない中空シリカ粒子を製造した。
<Examples 11 and 12>
In Examples 3 and 4, hollow mesoporous silica particles and meso were obtained in the same manner as in Examples 3 and 4 except that polyvinyl alcohol 1 was changed to polyvinyl alcohol 3 (trade name: PVA C-506, manufactured by Kuraray Co., Ltd.). Hollow silica particles having no pore structure were produced.
<実施例13、14>
実施例3、4において、ポリビニルアルコール1をポリビニルアルコール4(商品名:PVA−505、クラレ株式会社製)に変更したこと以外は実施例3、4と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子、メソ細孔構造を有しない中空シリカ粒子を製造した。
<Examples 13 and 14>
In Examples 3 and 4, hollow mesoporous silica particles and mesofine were obtained in the same manner as in Examples 3 and 4 except that polyvinyl alcohol 1 was changed to polyvinyl alcohol 4 (trade name: PVA-505, manufactured by Kuraray Co., Ltd.). Hollow silica particles having no pore structure were produced.
<実施例15、16>
実施例3、4において、ドデカンの代わりに1−ドデセン(商品名:リニアレン12、出光興産株式会社製)を用いたこと以外は実施例3、4と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子、メソ細孔構造を有しない中空シリカ粒子を製造した。
<Examples 15 and 16>
In Examples 3 and 4, hollow mesoporous silica particles and mesofine particles were obtained in the same manner as in Examples 3 and 4 except that 1-dodecene (trade name: Linearlen 12, manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.) was used instead of dodecane. Hollow silica particles having no pore structure were produced.
<実施例17、18>
実施例3、4において、ドデカンの代わりにヘキサデカン(和光純薬工業株式会社製)を用いたこと以外は実施例3、4と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子、メソ細孔構造を有しない中空シリカ粒子を製造した。
<Examples 17 and 18>
In Examples 3 and 4, hollow mesoporous silica particles and hollow having no mesopore structure were obtained in the same manner as in Examples 3 and 4 except that hexadecane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used instead of dodecane. Silica particles were produced.
<実施例19、20>
実施例3、4において、ドデカンの代わりにスクワラン(和光純薬工業株式会社製)を用いたこと以外は実施例3、4と同様にして、中空メソポーラスシリカ粒子、メソ細孔構造を有しない中空シリカ粒子を製造した。
<Examples 19 and 20>
In Examples 3 and 4, hollow mesoporous silica particles and hollow having no mesopore structure were obtained in the same manner as in Examples 3 and 4 except that squalane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used instead of dodecane. Silica particles were produced.
<比較例1>
実施例3において、カチオン性界面活性剤であるドデシルトリメチルアンモニウムクロリドを添加しなかったこと以外は実施例3と同様にして、シリカ粒子を製造した。
<Comparative Example 1>
In Example 3, silica particles were produced in the same manner as in Example 3 except that the cationic surfactant dodecyltrimethylammonium chloride was not added.
比較例1のシリカ粒子についてXRD測定を行った結果、メソ細孔構造に由来するXRDピークは認められなかった。TEM観察より、中空粒子は見られず、不定形のシリカ粒子であった。BET比表面積は400m2/gであった。図3は、比較例1のシリカ粒子のTEM像である。 As a result of performing XRD measurement on the silica particles of Comparative Example 1, no XRD peak derived from the mesopore structure was observed. From TEM observation, no hollow particles were observed, and the particles were amorphous silica particles. The BET specific surface area was 400 m 2 / g. FIG. 3 is a TEM image of the silica particles of Comparative Example 1.
<比較例2>
実施例3において、ポリビニルアルコール1を添加しなかったこと以外は実施例3と同様にして、ドデカン乳化油滴水分散液を調製した。ドデカン乳化油滴水分散液は、一部相分離が見られ、乳化油滴は不安定であった。上記の一部相分離が見られるドデカン乳化油滴水分散液を用いて、実施例3と同様に工程(II-a)〜(III)を行い、シリカ粒子を製造した。
<Comparative example 2>
In Example 3, a dodecane emulsified oil droplet water dispersion was prepared in the same manner as in Example 3 except that polyvinyl alcohol 1 was not added. In the dodecane emulsified oil droplets aqueous dispersion, phase separation was partially observed, and the emulsified oil droplets were unstable. Steps (II-a) to (III) were performed in the same manner as in Example 3 using the above-described dodecane emulsified oil droplet water dispersion in which partial phase separation was observed to produce silica particles.
比較例2のシリカ粒子についてXRD測定を行った結果、メソ細孔構造に由来するXRDピーク(面間隔d=3.1nm)が確認された。TEM観察より、中空粒子は見られず、不定形のシリカ粒子であった。BET比表面積は1210m2/g、平均細孔径が1.8nmであった。 As a result of XRD measurement of the silica particles of Comparative Example 2, an XRD peak (plane spacing d = 3.1 nm) derived from the mesopore structure was confirmed. From TEM observation, no hollow particles were observed, and the particles were amorphous silica particles. The BET specific surface area was 1210 m 2 / g, and the average pore diameter was 1.8 nm.
<比較例3>
実施例3において、混合液に高圧乳化処理することに代えて、磁気撹拌(回転速度500rpm、60分)したこと以外は、実施例3と同様にして、ドデカン乳化油滴水分散液を調製した。ドデカン乳化油滴水分散液は、一部相分離が見られ、乳化油滴は不安定であった。上記の一部相分離が見られる乳濁液を用いて、実施例3と同様に工程(II-a)〜(III)を行い、シリカ粒子を製造した。
<Comparative Example 3>
In Example 3, a dodecane emulsified oil droplet / water dispersion was prepared in the same manner as in Example 3 except that the mixture was subjected to high-pressure emulsification treatment instead of magnetic stirring (rotation speed: 500 rpm, 60 minutes). In the dodecane emulsified oil droplets aqueous dispersion, phase separation was partially observed, and the emulsified oil droplets were unstable. Using the emulsion in which the partial phase separation was observed, steps (II-a) to (III) were performed in the same manner as in Example 3 to produce silica particles.
比較例3のシリカ粒子についてXRD測定を行った結果、メソ細孔構造に由来するXRDピーク(面間隔d=3.1nm)が確認された。TEM観察より、中空粒子は見られず、不定形のシリカ粒子であった。BET比表面積は1200m2/g、平均細孔径が1.8nmであった。 As a result of XRD measurement on the silica particles of Comparative Example 3, an XRD peak (plane spacing d = 3.1 nm) derived from the mesopore structure was confirmed. From TEM observation, no hollow particles were observed, and the particles were amorphous silica particles. The BET specific surface area was 1200 m 2 / g, and the average pore diameter was 1.8 nm.
<比較例4>
実施例3において、ポリビニルアルコール1の代わりにポリビニルピロリドン(商品名:PVP−K25、和光純薬工業株式会社製)を用いたこと以外は実施例3と同様にして、ドデカン乳化油滴水分散液を調製した。ドデカン乳化油滴水分散液は、一部相分離が見られ、乳化油滴は不安定であった。上記の一部相分離が見られる乳濁液を用いて、実施例3と同様に工程(II-a)〜(III)を行い。シリカ粒子を製造した。
<Comparative Example 4>
In Example 3, instead of polyvinyl alcohol 1, polyvinyl pyrrolidone (trade name: PVP-K25, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used. Prepared. In the dodecane emulsified oil droplets aqueous dispersion, phase separation was partially observed, and the emulsified oil droplets were unstable. Steps (II-a) to (III) are carried out in the same manner as in Example 3 using the emulsion in which the partial phase separation is observed. Silica particles were produced.
比較例4のシリカ粒子についてXRD測定を行った結果、メソ細孔構造に由来するXRDピーク(面間隔d=3.2nm)が確認された。TEM観察より、中空粒子は見られず、不定形のシリカ粒子であった。BET比表面積は1100m2/g、平均細孔径が1.8nmであった。 As a result of XRD measurement of the silica particles of Comparative Example 4, an XRD peak (plane spacing d = 3.2 nm) derived from the mesopore structure was confirmed. From TEM observation, no hollow particles were observed, and the particles were amorphous silica particles. The BET specific surface area was 1100 m 2 / g, and the average pore diameter was 1.8 nm.
<比較例5>
500mLフラスコに、メタノール(和光純薬工業株式会社製)100g、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド(以下、C12TACと略す)(東京化成工業株式会社製)6.2g、ヘキサン(和光純薬工業株式会社製)13gを入れて攪拌し、A液を調製した。500mLフラスコに、水300g、水酸化テトラメチルアンモニウム(以下、TMAOHと略す)(和光純薬工業株式会社製、25%水溶液)10.7gを入れて攪拌し、B液を調製した。A液を25℃で攪拌しながらA液にB液を添加し、次いでテトラメトキシシラン(以下、TMOSと略す)(東京化成工業株式会社製)22.1gを加え、25℃で5時間更に攪拌を続け複合シリカ粒子の水メタノール混合分散液を得た。上記分散液の各濃度は、ヘキサン=2.9質量%、C12TAC=52mmol/L、TMOS=322mmol/Lである。
<Comparative Example 5>
In a 500 mL flask, methanol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 100 g, dodecyltrimethylammonium chloride (hereinafter abbreviated as C12TAC) (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 6.2 g, hexane (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 13 g The solution A was prepared by stirring. In a 500 mL flask, 300 g of water and 10.7 g of tetramethylammonium hydroxide (hereinafter abbreviated as TMAOH) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 25% aqueous solution) were added and stirred to prepare solution B. B liquid was added to A liquid while stirring A liquid at 25 ° C, then 22.1 g of tetramethoxysilane (hereinafter abbreviated as TMOS) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added, and further stirred at 25 ° C for 5 hours Then, an aqueous methanol mixed dispersion of composite silica particles was obtained. The concentrations of the dispersion are hexane = 2.9 mass%, C12TAC = 52 mmol / L, and TMOS = 322 mmol / L.
複合シリカ粒子の水メタノール混合分散液を実施例1と同様にして、乾燥、焼成してシリカ粒子を製造した。 Silica particles were produced by drying and firing the aqueous dispersion of composite silica particles in the same manner as in Example 1.
比較例5のシリカ粒子についてXRD測定を行った結果、メソ細孔構造に由来するXRDピーク(面間隔d=3.0nm)が確認された。TEM観察より、中空粒子は見られず、不定形のシリカ粒子であった。BET比表面積は1000m2/g、平均細孔径が1.7nmであった。 As a result of XRD measurement of the silica particles of Comparative Example 5, an XRD peak (plane spacing d = 3.0 nm) derived from the mesopore structure was confirmed. From TEM observation, no hollow particles were observed, and the particles were amorphous silica particles. The BET specific surface area was 1000 m 2 / g, and the average pore diameter was 1.7 nm.
尚、表2に、実施例1〜20、比較例1〜5のシリカ粒子の製造に使用した各成分の濃度を示した。疎水性有機化合物及びポリマーの濃度は、工程(I)の混合液中の濃度であ
り、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド及びテトラメトキシシランの濃度は工程(I)の反応液中の濃度である。
In addition, in Table 2, the density | concentration of each component used for manufacture of the silica particle of Examples 1-20 and Comparative Examples 1-5 was shown. The concentration of the hydrophobic organic compound and the polymer is the concentration in the mixed solution in step (I), and the concentration of dodecyltrimethylammonium chloride and tetramethoxysilane is the concentration in the reaction solution in step (I).
以上のことから、ポリビニルアルコールとの共存下で疎水性有機化合物と水系溶媒とを含む混合液を高圧乳化法により加圧すると、乳化油滴とシリカ源とを含む反応液におけるシリカ源のシリカ換算濃度が高くても、中空シリカ粒子を安定に製造できることがわかった。 From the above, when a mixed liquid containing a hydrophobic organic compound and an aqueous solvent is pressurized by the high-pressure emulsification method in the presence of polyvinyl alcohol, the silica conversion of the silica source in the reaction liquid containing the emulsified oil droplets and the silica source. It was found that the hollow silica particles can be stably produced even when the concentration is high.
以上のとおり、本発明の製造方法によれば、反応液におけるシリカ源のシリカ換算濃度が高くても、中空シリカ粒子を安定に製造できるので、中空シリカ粒子の生産性を高めることができる。 As described above, according to the production method of the present invention, the hollow silica particles can be stably produced even if the silica-concentrated concentration of the silica source in the reaction solution is high, so that the productivity of the hollow silica particles can be increased.
Claims (11)
前記乳化油滴水分散液とシリカ源とを、カチオン性界面活性剤の存在下で混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程と、
前記外殻部と前記外殻部よりも内側に存在する前記乳化油滴とを含む複合シリカ粒子から前記乳化油滴を除去する工程と、を含む中空シリカ粒子の製造方法。 Pressurizing a mixed liquid containing a hydrophobic organic compound, polyvinyl alcohol and an aqueous solvent by a high-pressure emulsification method to form an emulsified oil droplet water dispersion containing emulsified oil droplets containing the hydrophobic organic compound;
In the reaction liquid obtained by mixing the emulsified oil droplet water dispersion and the silica source in the presence of a cationic surfactant, the emulsified oil droplet surface has a mesoporous structure composed of components containing silica. Forming the outer shell,
Removing the emulsified oil droplets from the composite silica particles including the outer shell portion and the emulsified oil droplets present inside the outer shell portion.
工程(II―a):前記乳化油滴水分散液とカチオン性界面活性剤とを混合する工程。
工程(II―b): 前記乳化油滴水分散液と前記カチオン性界面活性剤とを含む混合液と前記シリカ源とを混合して得られる反応液中で、前記乳化油滴の表面にシリカを含む成分から構成されメソ細孔構造を有する外殻部を形成する工程。 The method for producing hollow silica particles according to claim 1, wherein the step of forming the outer shell includes the following steps (II-a) and (II-b).
Step (II-a): A step of mixing the emulsified oil droplet water dispersion and the cationic surfactant.
Step (II-b): In a reaction liquid obtained by mixing a mixed liquid containing the emulsified oil droplet water dispersion and the cationic surfactant and the silica source, silica is added to the surface of the emulsified oil droplets. A step of forming an outer shell portion having a mesopore structure composed of the components to be included.
[R1(CH3)3N]+X- (1)
[R1R2(CH3)2N]+X- (2)
ただし、式中、R1及びR2は、それぞれ独立に炭素数4〜22の直鎖又は分岐鎖アルキル基を示し、X-は1価陰イオンを示す。 The cationic surfactant is at least one surfactant selected from a quaternary ammonium salt represented by the following general formula (1) and a quaternary ammonium salt represented by the general formula (2). The method for producing hollow silica particles according to any one of claims 1 to 9.
[R 1 (CH 3 ) 3 N] + X − (1)
[R 1 R 2 (CH 3 ) 2 N] + X − (2)
However, 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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