JP2016121044A - Silica structure and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリカ構造体およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a silica structure and a method for producing the same.
近年、種々の構造を有するシリカ構造体について、樹脂フィラーや分離材等の用途への適用が検討されている。 In recent years, application of silica structures having various structures to applications such as resin fillers and separating materials has been studied.
例えば、アルコキシシランのゾルゲル反応を伴うスピノーダル分解に基づく相分離により、均一なマクロ孔を持つシリカ系共連続構造体が得られることが知られている。当該シリカ系共連続構造体は、高速液体クロマトグラフィ(HPLC)カラムの充填剤等の用途に使用することができる。 For example, it is known that a silica-based bicontinuous structure having uniform macropores can be obtained by phase separation based on spinodal decomposition accompanied by sol-gel reaction of alkoxysilane. The said silica type co-continuous structure can be used for uses, such as a filler of a high performance liquid chromatography (HPLC) column.
しかしながら、シリカ系共連続構造体は、連通孔を含む構造を有することから機械的強度が弱く、通常、機械的強度が要求される用途には使用することができない。 However, since the silica-based co-continuous structure has a structure including communication holes, the mechanical strength is weak, and the silica-based bicontinuous structure cannot usually be used for applications requiring mechanical strength.
このような機械的強度が要求される用途に対しては、連通孔を有さないことにより機械的強度に優れるシリカ構造体の適用が試みられている。例えば、特許文献1には、動的光散乱法により測定される平均粒子径が5〜300nmの範囲にある非球状シリカ微粒子を分散媒に分散してなり、固形分濃度が10〜60質量%のシリカゾルであって、29Si−NMRスペクトル測定時のケミカルシフト−73〜−120ppmのピーク面積におけるQ4の面積が88%以上、Q3の面積が11%以下であることを特徴とする研磨用シリカゾルに係る発明が記載されている。特許文献1によれば、前記研磨用シリカゾルについて、ケイ素原子のシロキサン結合を増やすことでシリカ構造体の密度や緻密性を向上させることができ、これによりガラス基材等の精密研磨に適すること、高い研磨速度を備えることが記載されている。 For applications that require such mechanical strength, an attempt has been made to apply a silica structure having excellent mechanical strength by not having a communication hole. For example, in Patent Document 1, non-spherical silica fine particles having an average particle diameter measured by a dynamic light scattering method in the range of 5 to 300 nm are dispersed in a dispersion medium, and the solid content concentration is 10 to 60% by mass. A silica sol for polishing, wherein the area of Q4 in the peak area of chemical shift -73 to -120 ppm at the time of 29 Si-NMR spectrum measurement is 88% or more and the area of Q3 is 11% or less The invention concerning is described. According to Patent Document 1, for the polishing silica sol, it is possible to improve the density and density of the silica structure by increasing the siloxane bond of silicon atoms, thereby being suitable for precision polishing of glass substrates and the like, It is described that it has a high polishing rate.
なお、前記Q4は4つの酸素原子が結合したケイ素原子の構造であり、前記Q3は3つの酸素原子および1つの水酸基が結合したケイ素原子の構造である。また、Q1は1つの酸素原子および3つの水酸基が結合したケイ素原子の構造であり、Q2は2つの酸素原子および2つの水酸基が結合したケイ素原子の構造である。 The Q4 has a silicon atom structure in which four oxygen atoms are bonded, and the Q3 has a silicon atom structure in which three oxygen atoms and one hydroxyl group are bonded. Q1 is a silicon atom structure in which one oxygen atom and three hydroxyl groups are bonded, and Q2 is a silicon atom structure in which two oxygen atoms and two hydroxyl groups are bonded.
ところで、特許文献1には、シリカゾルの製造方法として、シリカヒドロゲルを含む溶液を調製する工程と、塩を洗浄して除去する工程と、シリカゾルを得る工程と、第1の水熱処理を行い、非球状シリカ微粒子を成長させる工程と、第2の水熱処理を行い、シリカ粒子中のシラノール基の縮合を進行させる工程とを含むことが記載されている。この際、前記第2の水熱処理を、アルカリ種の存在下で行うことにより、Q4構造やQ3構造の割合を増加できることが記載されている。 By the way, in Patent Document 1, as a method for producing a silica sol, a step of preparing a solution containing silica hydrogel, a step of washing and removing a salt, a step of obtaining a silica sol, and a first hydrothermal treatment are performed. It includes a step of growing spherical silica fine particles and a step of performing a second hydrothermal treatment to advance the condensation of silanol groups in the silica particles. At this time, it is described that the ratio of the Q4 structure and the Q3 structure can be increased by performing the second hydrothermal treatment in the presence of an alkali species.
特許文献1に記載のシリカゾル(シリカ構造体)は、Q4のピーク面積の比率は89〜91%にとどまっている。この場合、前記シリカ構造体は、その用途等によっては、必ずしも機械的強度が十分であるとはいえないことがある。 In the silica sol (silica structure) described in Patent Document 1, the ratio of the peak area of Q4 is only 89 to 91%. In this case, the silica structure may not necessarily have sufficient mechanical strength depending on its use.
そこで、本発明は、機械的強度に優れるシリカ構造体を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the silica structure excellent in mechanical strength.
本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、モリブデンを活用することで、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied. As a result, it has been found that the above problems can be solved by utilizing molybdenum, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、シリカおよびモリブデンを含む、連通孔を有さないシリカ構造体に関する。この際、前記シリカ構造体の全体または表面層を構成するケイ素原子が、Q4構造を有することを特徴とする。 That is, this invention relates to the silica structure which does not have a communicating hole containing a silica and molybdenum. Under the present circumstances, the silicon atom which comprises the whole said silica structure or a surface layer has Q4 structure, It is characterized by the above-mentioned.
本発明によれば、機械的強度に優れるシリカ構造体を得ることができる。 According to the present invention, a silica structure having excellent mechanical strength can be obtained.
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail.
<シリカ構造体>
本形態に係るシリカ構造体は、シリカおよびモリブデンを含み、かつ、連通孔を有さない。この際、シリカ構造体の全体または表面層を構成するケイ素原子はQ4構造を有する。なお、シリカ構造体はさらに有機化合物等を含んでいてもよい。
<Silica structure>
The silica structure according to the present embodiment contains silica and molybdenum and does not have communication holes. At this time, silicon atoms constituting the entire silica structure or the surface layer have a Q4 structure. The silica structure may further contain an organic compound or the like.
前記シリカ構造体は、連通孔を有さないことから、例えば、連通孔を有するシリカ系共連続型構造体よりも高い機械的強度を有する。 Since the silica structure does not have communication holes, it has higher mechanical strength than, for example, a silica-based bicontinuous structure having communication holes.
また、前記シリカ構造体は、モリブデンを活用することにより、シリカ構造体全体、またはシリカ構造体の表面層を構成するケイ素原子がQ4構造を有することから、高い緻密性を実現することができ、よりいっそう高い機械的強度実現することができる。 Moreover, since the silica structure has a Q4 structure because the silicon structure constituting the entire silica structure or the surface layer of the silica structure has a Q4 structure by utilizing molybdenum, high density can be realized. Even higher mechanical strength can be achieved.
一実施形態において、シリカ構造体の全体または表面層を構成するケイ素原子がQ4構造を有し、シラノール基を有さない、またはほとんど有さないことから、低表面極性、低吸湿性、高耐アルカリ性に優れる等の効果も有しうる。これにより、当該シリカ構造体は、樹脂フィラー、触媒、コーティング材、フォトニックス材料、カラム材等の幅広い分野への適用が可能となりうる。 In one embodiment, since the silicon atoms constituting the entire silica structure or the surface layer have a Q4 structure and have little or no silanol groups, they have low surface polarity, low moisture absorption, high resistance. It can have effects such as excellent alkalinity. Thereby, the silica structure can be applied to a wide range of fields such as a resin filler, a catalyst, a coating material, a photonics material, and a column material.
また、一実施形態において、シリカ構造体はモリブデンを含むことから、シリカ構造体は、酸化反応触媒、光学材料の用途に適用することが可能となりうる。 In one embodiment, since the silica structure contains molybdenum, the silica structure may be applicable to the use of an oxidation reaction catalyst or an optical material.
なお、本明細書において、「連通孔」とは、シリカ構造体の外表面の任意の点と、前記任意の点とは異なる外表面の任意の点とがシリカ構造体内部で連通する孔を意味する。したがって、シリカ構造体内部を連通しない独立孔、例えば、シリカ構造体の内部に独立して存在する孔は、連通孔には含まれない。 In the present specification, the “communication hole” means a hole where an arbitrary point on the outer surface of the silica structure communicates with an arbitrary point on the outer surface different from the arbitrary point inside the silica structure. means. Therefore, independent holes that do not communicate with the inside of the silica structure, for example, holes that exist independently within the silica structure, are not included in the communicating holes.
後述するようにモリブデンを活用することで、シリカ構造体の表面部のケイ素原子のみが選択的にQ4構造を有するように制御することができる。よって、本明細書において、「シリカ構造体の表面層」とは、適宜制御可能な任意のものであるが、好ましくは外表面の垂直方向に対して10〜500nm、より好ましくは外表面の垂直方向に対して50〜500nm、さらに好ましくは外表面の垂直方向に対して100〜500nmの層を意味する。 By using molybdenum as will be described later, it is possible to control so that only silicon atoms on the surface portion of the silica structure have a Q4 structure selectively. Therefore, in the present specification, the “surface layer of the silica structure” is arbitrarily controllable, but is preferably 10 to 500 nm with respect to the vertical direction of the outer surface, more preferably perpendicular to the outer surface. It means a layer of 50 to 500 nm with respect to the direction, more preferably 100 to 500 nm with respect to the direction perpendicular to the outer surface.
[シリカ]
シリカ構造体は、その全体または表面層を構成するケイ素原子がQ4構造を有する。より詳細には、シリカ構造体の全体を構成するケイ素原子がQ4構造を有する場合には、シリカは実質的にQ4構造のケイ素原子からなり、好ましくは、シリカはQ4構造のケイ素原子からなる。これに対し、シリカ構造体の表面層を構成するケイ素原子がQ4構造を有する場合には、シリカは、実質的にQ4構造のケイ素原子からなる表面層(シェル層)と、Q1構造のケイ素原子、Q2構造のケイ素原子、およびQ3構造のケイ素原子からなる群から選択される少なくとも1つを含むコア部と、を含み、好ましくは、シリカはQ4構造のケイ素原子からなる表面層(シェル層)と、Q1構造のケイ素原子、Q2構造のケイ素原子、およびQ3構造のケイ素原子からなる群から選択される少なくとも1つを含むコア部と、を含む。なお、本明細書において、「実質的にQ4構造のケイ素原子からなる」とは、シリカ中のシラノール基の含有率が5mol%以下、好ましくは1〜3mol%のシリカを意味する。この際、「シリカ中のシラノール基の含有率」の値は、29Si−CP/MAS NMR測定で得られるQ4と、Q3およびQ2との比率により計算された値を採用するものとする。
[silica]
In the silica structure, silicon atoms constituting the whole or the surface layer have a Q4 structure. More specifically, when the silicon atoms constituting the entire silica structure have a Q4 structure, the silica substantially consists of a Q4 structure silicon atom, and preferably the silica consists of a Q4 structure silicon atom. On the other hand, when the silicon atoms constituting the surface layer of the silica structure have a Q4 structure, the silica is substantially composed of a surface layer (shell layer) composed of silicon atoms having the Q4 structure and silicon atoms having the Q1 structure. And a core part including at least one selected from the group consisting of a silicon atom having a Q2 structure and a silicon atom having a Q3 structure, and preferably, the silica is a surface layer (shell layer) made of a silicon atom having a Q4 structure And a core portion including at least one selected from the group consisting of a silicon atom having a Q1 structure, a silicon atom having a Q2 structure, and a silicon atom having a Q3 structure. In the present specification, “substantially consisting of a silicon atom having a Q4 structure” means silica having a silanol group content of 5 mol% or less, preferably 1 to 3 mol% in silica. At this time, the value calculated by the ratio of Q4 obtained by 29 Si-CP / MAS NMR measurement and Q3 and Q2 is adopted as the value of “content of silanol groups in silica”.
シリカ構造体の全体を構成するケイ素原子がQ4構造を有する場合、シリカ構造体の平均粒径は、50〜1000nmであることが好ましく、100〜1000nmであることがより好ましく、300〜1000nmであることがさらに好ましい。シリカ構造体の平均粒径が上記範囲にあると、前駆体の形状を維持したまま、シリカ構造体の全体を構成するケイ素原子がQ4構造に転化することができることから好ましい。なお、本明細書において、「平均粒径」の値は、任意の100個の粒子の粒径を透過型電子顕微鏡(TEM)または走査型電子顕微鏡(SEM)により得られたイメージから測定、算出された値を意味する。この際、「粒径」とは、粒子の輪郭線上の2点間の距離のうち、最大の長さを意味する。 When the silicon atoms constituting the entire silica structure have a Q4 structure, the average particle size of the silica structure is preferably 50 to 1000 nm, more preferably 100 to 1000 nm, and 300 to 1000 nm. More preferably. When the average particle diameter of the silica structure is in the above range, it is preferable because the silicon atoms constituting the entire silica structure can be converted into the Q4 structure while maintaining the shape of the precursor. In the present specification, the value of “average particle size” is calculated by measuring the particle size of an arbitrary 100 particles from an image obtained by a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (SEM). Means the value. In this case, the “particle diameter” means the maximum length of the distance between two points on the particle outline.
シリカ構造体の表面層を構成するケイ素原子がQ4構造を有する場合、すなわち、表面層(シェル層)とコア部とを有する場合において、シェル層の膜厚は、上述のように、10nm以上であることが好ましく、50〜500nmであることがより好ましく、100〜500nmであることがさらに好ましい。シェル層の膜厚が10nm以上であると、Q4構造のケイ素原子に基づく特性を好適に発現できることから好ましい。 When the silicon atoms constituting the surface layer of the silica structure have a Q4 structure, that is, when the surface layer (shell layer) and the core part are included, the thickness of the shell layer is 10 nm or more as described above. Preferably, it is 50 to 500 nm, more preferably 100 to 500 nm. It is preferable for the thickness of the shell layer to be 10 nm or more because the characteristics based on the silicon atom having the Q4 structure can be suitably expressed.
一方、コア部のサイズは特に制限されない。シリカ構造体が粒子状の場合は、コア部の平均粒径は、1000μm以下であることが好ましく、10nm〜500μmであることがより好ましく、10nm〜100μmであることがさらに好ましい。コア部の平均粒径が1000μm以下であると、樹脂フィラーとして好適に使用できることから好ましい。なお、「コア部のサイズ」とは、シリカ構造体全体のサイズから、シェル層の膜厚を引いたサイズを意味する。 On the other hand, the size of the core part is not particularly limited. When the silica structure is particulate, the average particle size of the core is preferably 1000 μm or less, more preferably 10 nm to 500 μm, and even more preferably 10 nm to 100 μm. It is preferable that the average particle size of the core part is 1000 μm or less because it can be suitably used as a resin filler. The “size of the core portion” means a size obtained by subtracting the thickness of the shell layer from the size of the entire silica structure.
[モリブデン]
モリブデンは触媒機能、光学的機能を有する。また、モリブデンを活用することにより、後述するように製造方法において、シリカを構成するケイ素原子の構造を制御することができる。
[molybdenum]
Molybdenum has a catalytic function and an optical function. Further, by utilizing molybdenum, the structure of silicon atoms constituting silica can be controlled in the production method as described later.
当該モリブデンとしては、特に制限されないが、モリブデン金属の他、三酸化モリブデン、後述するモリブデン化合物の部分還元体等が含まれる。 Although it does not restrict | limit especially as said molybdenum, In addition to molybdenum metal, molybdenum trioxide, the partial reduction body of the molybdenum compound mentioned later, etc. are contained.
モリブデンの含有形態は、特に制限されず、シリカの表面に付着する形態で含まれていても、シリカの構造のシリコンの一部に置換された形態で含まれていてもよいし、これらの組み合わせであってもよい。 The molybdenum-containing form is not particularly limited, and may be included in a form that adheres to the surface of silica, or may be included in a form in which a part of silicon having a silica structure is substituted, or a combination thereof. It may be.
シリカ構造体中のモリブデンの含有量は、シリカ構造体の質量に対して、20質量%以下であることが好ましく、0.001〜10質量%であることがより好ましく、0.01〜5質量%以下であることがさらに好ましい。モリブデンの含有量が20質量%以下であると、シリカのQ4結合率が向上することから好ましい。 The content of molybdenum in the silica structure is preferably 20% by mass or less, more preferably 0.001 to 10% by mass, and 0.01 to 5% by mass with respect to the mass of the silica structure. More preferably, it is% or less. A molybdenum content of 20% by mass or less is preferable because the Q4 bond rate of silica is improved.
[有機化合物]
一実施形態において、シリカ構造体は有機化合物を含んでいてもよい。当該有機化合物は、シリカ構造体の表面物性を調節する機能を有する。
[Organic compounds]
In one embodiment, the silica structure may include an organic compound. The organic compound has a function of adjusting the surface physical properties of the silica structure.
有機化合物としては、特に制限されないが、有機シラン、およびポリマーが挙げられる。 Although it does not restrict | limit especially as an organic compound, Organosilane and a polymer are mentioned.
前記有機シランとしては、アルキルトリアルコキシシラン類、ジアルキルアルコキシシラン類、トリアルキルアルコキシシラン類等が挙げられる。 Examples of the organic silane include alkyltrialkoxysilanes, dialkylalkoxysilanes, and trialkylalkoxysilanes.
前記ポリマーとしては、疎水性ポリマー、官能基を有するポリマー等が挙げられる。 Examples of the polymer include a hydrophobic polymer and a polymer having a functional group.
これらのうち、有機化合物は、メチルトリメトキシシラン、3−グリシトキシプロピルトリメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトメトキシシラン、3−グリシトキシプロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリスチレン、ポリエステルであることが好ましく、フェニルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ポリメチル(メタ)アクリレートであることがより好ましい。なお、上記有機化合物は、単独で含まれていても、2種以上を含んでいてもよい。 Among these, the organic compounds are methyltrimethoxysilane, 3-glycitoxypropyltrimethoxysilane, trimethylmethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltomethoxysilane, 3-glycitoxypropyltrimethoxysilane, hexyltri. Methoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane, polymethyl (meth) acrylate, polystyrene and polyester are preferred, and phenyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane and polymethyl (meth) acrylate are preferred. More preferred. In addition, the said organic compound may be contained independently or may contain 2 or more types.
有機化合物の含有形態としては、特に制限されず、シリカと共有結合により連結されていてもよいし、シリカを被覆していてもよい。 It does not restrict | limit especially as a containing form of an organic compound, You may be connected with the silica by the covalent bond, and you may coat | cover the silica.
有機化合物の含有率は、シリカ構造体の質量に対して、20質量%以下であることが好ましく、10〜0.01質量%であることがさらに好ましい。有機化合物の含有率が20質量%以下であると、シリカ構造体由来の物性発現が容易にできることから好ましい。 The content of the organic compound is preferably 20% by mass or less, and more preferably 10 to 0.01% by mass with respect to the mass of the silica structure. It is preferable that the content of the organic compound is 20% by mass or less because the physical properties derived from the silica structure can be easily expressed.
[シリカ構造体の性状]
シリカ構造体の比表面積は、8m2/g以下であることが好ましく、0〜5m2/gであることがより好ましい。シリカの比表面積が8m2/g以下であると、シリカ構造体の機械的強度に優れることから好ましい。なお、本明細書において、「比表面積」の値は、BET法により測定された値を採用するものとする。
[Properties of silica structure]
The specific surface area of the silica structure is preferably at 8m 2 / g or less, and more preferably 0~5m 2 / g. It is preferable that the specific surface area of the silica is 8 m 2 / g or less because the mechanical strength of the silica structure is excellent. In the present specification, the value measured by the BET method is adopted as the value of “specific surface area”.
シリカ構造体が、その内部に孔を有する場合には、当該孔の径は、500nm以下であることが好ましく、10〜400nmであることがより好ましく、50〜300nmであることがさらに好ましい。シリカ構造体内部の孔径が500nm以下であると、シリカ構造体の機械的強度に優れることから好ましい。なお、シリカ構造体内部の孔径は、製造条件、例えば、原料となるシリコン化合物の比表面積や、焼成温度、焼成時間等を調整することにより適宜制御することができる。また、本明細書において、「シリカ構造体内部の孔径」は、孔の輪郭線上において、その数値が最大となる2点間の距離を意味する。 When the silica structure has pores therein, the pore diameter is preferably 500 nm or less, more preferably 10 to 400 nm, and even more preferably 50 to 300 nm. It is preferable that the pore size inside the silica structure is 500 nm or less because the mechanical strength of the silica structure is excellent. The pore diameter inside the silica structure can be appropriately controlled by adjusting the production conditions, for example, the specific surface area of the silicon compound as a raw material, the firing temperature, the firing time, and the like. Moreover, in this specification, "the hole diameter inside a silica structure" means the distance between two points where the numerical value becomes the maximum on the outline of a hole.
シリカ構造体の形状としては、特に制限されず、球状、楕円状、円柱状、多角柱状、針状、棒状、ファイバー状、板状、円板状、薄片状、鱗片状、不定形等のいかなる形状もとりうる。これらのうち、樹脂フィラー応用の観点から、シリカ構造体の形状は球状、ファイバー状、板状であることが好ましく、球状であることがより好ましい。 The shape of the silica structure is not particularly limited, and any shape such as a spherical shape, an elliptical shape, a cylindrical shape, a polygonal column shape, a needle shape, a rod shape, a fiber shape, a plate shape, a disc shape, a flake shape, a scale shape, an irregular shape, etc. The shape can also be taken. Among these, from the viewpoint of application of the resin filler, the shape of the silica structure is preferably spherical, fiber-like, or plate-like, and more preferably spherical.
上述のように、シリカ構造体の全体または表面層を構成するケイ素原子はQ4構造を有し、シラノール基を有さないことから、高耐アルカリ性、低吸湿性、低表面極性を示す。これにより、シリカ構造体は、塩基性水溶液中であっても加水分解は起こらない、またはほとんど起こらない。また、シリカ構造体は、水蒸気の吸着が起こらない、またはほとんど起こらない。さらに、シリカ構造体は、表面修飾をすることなくそのまま使用することができる。 As described above, the silicon atoms constituting the entire silica structure or the surface layer have a Q4 structure and do not have a silanol group, and thus exhibit high alkali resistance, low moisture absorption, and low surface polarity. As a result, the silica structure undergoes little or no hydrolysis even in a basic aqueous solution. In addition, in the silica structure, adsorption of water vapor does not occur or hardly occurs. Furthermore, the silica structure can be used as it is without surface modification.
なお、シリカ構造体の表面修飾が不要となることにより、小粒径化等が可能となり、例えば、薄膜成形等を実現することができ、製品の小型化に寄与することができる。 In addition, since the surface modification of the silica structure is not required, it is possible to reduce the particle size and the like, for example, it is possible to realize thin film molding and the like, which can contribute to downsizing of the product.
また、上述のように、シリカ構造体はモリブデンを含むことにより、酸化反応触媒、光学材料の用途に適用することが可能となりうる。この際、シリカ構造体は、高耐アルカリ性、水熱安定性等を有することから、例えば、シリカ構造体を酸化反応触媒として使用する場合には、高い触媒反応効率が得られうる。 Further, as described above, the silica structure can be applied to the use of an oxidation reaction catalyst and an optical material by including molybdenum. At this time, since the silica structure has high alkali resistance, hydrothermal stability, etc., for example, when the silica structure is used as an oxidation reaction catalyst, high catalytic reaction efficiency can be obtained.
<シリカ構造体の製造方法>
シリカ構造体の製造方法は、特に制限されず、公知の技術が適宜適用されうるが、ケイ素原子の構造を好適に制御することができる観点から、好ましくはモリブデンを利用したフラックス法を利用した製造方法が適用されうる。
<Method for producing silica structure>
The method for producing the silica structure is not particularly limited, and a known technique can be appropriately applied. From the viewpoint that the structure of the silicon atom can be suitably controlled, production using a flux method preferably using molybdenum is preferable. The method can be applied.
より詳細には、シリカ構造体の好ましい製造方法は、比表面積が10m2/g未満であるシリコン化合物を、モリブデン化合物の存在下で焼成する焼成工程を含む。 More specifically, a preferred method for producing a silica structure includes a firing step of firing a silicon compound having a specific surface area of less than 10 m 2 / g in the presence of a molybdenum compound.
[焼成工程]
焼成工程は、比表面積が10m2/g未満であるシリコン化合物を、モリブデン化合物の存在下で焼成する工程である。
[Baking process]
The firing step is a step of firing a silicon compound having a specific surface area of less than 10 m 2 / g in the presence of a molybdenum compound.
(シリコン化合物)
シリコン化合物としては、特に制限されず、公知のものが使用されうる。シリコン化合物の具体例としては、乾式無孔質シリカ、湿式低孔質シリカ、フュームドシリカ、溶融シリカ、シリカゲル、等の人工合成シリコン化合物;バイオシリカ等の天然シリコン化合物;これらのシリコン化合物誘導体等が挙げられる。
(Silicon compound)
The silicon compound is not particularly limited, and a known compound can be used. Specific examples of silicon compounds include artificial non-porous silica such as dry nonporous silica, wet low porosity silica, fumed silica, fused silica, silica gel, etc .; natural silicon compounds such as biosilica; derivatives of these silicon compounds, etc. Is mentioned.
前記シリコン化合物誘導体としては、シリコン化合物と有機化合物との複合化物が挙げられる。具体的形態としては、例えば、有機シランを用いてシリカを修飾したシリコン化合物複合体、シリコン化合物の表面にポリマーを吸着したシリコン化合物複合体等が挙げられる。 Examples of the silicon compound derivative include composites of a silicon compound and an organic compound. Specific examples include a silicon compound complex in which silica is modified with organosilane, a silicon compound complex in which a polymer is adsorbed on the surface of the silicon compound, and the like.
シリコン化合物誘導体が有機化合物を含む場合、有機化合物の含有率は、シリコン化合物誘導体の質量に対して、40質量%以下であることが好ましく、0.1〜20質量%であることがさらに好ましい。有機化合物の含有率が40質量%以下であると、効率的にシリカ構造体を形成できることから好ましい。 When the silicon compound derivative contains an organic compound, the content of the organic compound is preferably 40% by mass or less, and more preferably 0.1 to 20% by mass with respect to the mass of the silicon compound derivative. A content of the organic compound of 40% by mass or less is preferable because a silica structure can be efficiently formed.
これらのうち、人工合成シリコン化合物を用いることが好ましく、乾式無孔質シリカ、湿式低孔質シリカ、フュームドシリカ、および溶融シリカからなる群から選択される少なくとも1つを用いることがより好ましい。なお、シリコン化合物は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Among these, it is preferable to use an artificial synthetic silicon compound, and it is more preferable to use at least one selected from the group consisting of dry non-porous silica, wet low-porous silica, fumed silica, and fused silica. In addition, a silicon compound may be used independently or may be used in combination of 2 or more type.
シリコン化合物の形状は、特に制限されず、例えば、球状、無定形、アスペクトのある構造体(ワイヤ、ファイバー、リボン、チューブなど)、シート、モノリスなどを好適に用いることができる。 The shape of the silicon compound is not particularly limited, and for example, spherical, amorphous, aspect structures (wires, fibers, ribbons, tubes, etc.), sheets, monoliths, and the like can be suitably used.
シリコン化合物の比表面積は10m2/g未満であり、好ましくは0.01〜9m2/g、より好ましくは0.01〜8m2/gである。シリコン化合物の比表面積が10m2/g以上であると、得られるシリカが連通孔を有する場合があり、連通孔を有さないシリカ構造体が得られないことがある。 The specific surface area of the silicon compound is less than 10 m 2 / g, preferably 0.01 to 9 m 2 / g, more preferably 0.01 to 8 m 2 / g. When the specific surface area of the silicon compound is 10 m 2 / g or more, the resulting silica may have communication holes, and a silica structure having no communication holes may not be obtained.
また、シリコン化合物の粒子径の最小の方向のサイズは、特に制限されない。一実施形態において、粒子径の最小の方向のサイズは1000nm未満であることが好ましく、100〜900nmであることがより好ましい。粒子径の最小の方向のサイズが1000nm未満であると、得られるシリカ構造体は、その全体を構成するケイ素原子がQ4構造を有しうる。別の一実施形態において、粒子径の最小の方向のサイズは1000nm以上であることが好ましく、1500nm〜1000μmであることがより好ましい。粒子径の最小の方向のサイズが1000nm以上であると、得られるシリカ構造体は、表面層を構成するケイ素原子がQ4構造を有しうる。また、巨視的なモノリス、バルク状のシリコン化合物も好適に使用することもでき、これらを用いた場合に得られるシリカ構造体は、表面層を構成するケイ素原子がQ4構造を有しうる。なお、本明細書において、「粒子径の最小の方向のサイズ」とは、粒子を形成する輪郭線上において、その数値が最小となる2点間の距離を意味する。 Moreover, the size in the minimum direction of the particle diameter of the silicon compound is not particularly limited. In one embodiment, the size in the minimum direction of the particle diameter is preferably less than 1000 nm, and more preferably 100 to 900 nm. When the size in the minimum direction of the particle diameter is less than 1000 nm, the resulting silica structure may have a Q4 structure in the silicon atoms constituting the whole. In another embodiment, the size in the minimum direction of the particle diameter is preferably 1000 nm or more, and more preferably 1500 nm to 1000 μm. When the size in the minimum direction of the particle diameter is 1000 nm or more, in the obtained silica structure, silicon atoms constituting the surface layer may have a Q4 structure. In addition, macroscopic monoliths and bulk silicon compounds can also be suitably used. In the silica structure obtained by using these, the silicon atoms constituting the surface layer can have a Q4 structure. In the present specification, the “size in the smallest direction of the particle diameter” means the distance between two points at which the numerical value is the smallest on the contour line forming the particle.
(モリブデン化合物)
モリブデン化合物は、後述するように、シラノール基の脱水反応触媒としての機能を有する。
(Molybdenum compound)
As will be described later, the molybdenum compound has a function as a dehydration catalyst for silanol groups.
モリブデン化合物としては、特に制限されないが、酸化モリブデン、モリブデン金属が酸素との結合からなる酸根アニオン(MoOx n−)を含有する化合物が挙げられる。 The molybdenum compound is not particularly limited, molybdenum oxide, a compound containing molybdenum metal acid radical anions consisting of binding with oxygen (MoO x n-) and the like.
前記酸根アニオン(MoOx n−)を含有する化合物としては、特に制限されないが、モリブデン酸、H3PMo12O40、H3SiMo12O40、NH4Mo7O12等が挙げられる。
The compound containing the acid radical anion (MoO x n-), is not particularly limited, molybdic acid, H 3 PMo 12 O 40, H 3 SiMo 12
上述のモリブデン化合物のうち、コストの観点から、酸化モリブデンを用いることが好ましい。また、上述のモリブデン化合物は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Of the molybdenum compounds described above, molybdenum oxide is preferably used from the viewpoint of cost. Moreover, the above-mentioned molybdenum compound may be used independently or may be used in combination of 2 or more type.
モリブデン化合物の使用量は、特に制限されないが、シリコン化合物1モルに対して、0.03〜3.0モルであることが好ましく、0.08〜0.7モルであることがより好ましい。モリブデン化合物の使用量が上記範囲にあると、Q4構造のケイ素原子が得られやすいことから好ましい。 Although the usage-amount of a molybdenum compound is not restrict | limited in particular, It is preferable that it is 0.03-3.0 mol with respect to 1 mol of silicon compounds, and it is more preferable that it is 0.08-0.7 mol. When the amount of the molybdenum compound used is in the above range, it is preferable because silicon atoms having a Q4 structure are easily obtained.
(焼成)
シリコン化合物をモリブデン化合物存在下で焼成することにより、シリカ構造体を得ることができる。この際、得られるシリカ構造体は、シリカおよびモリブデンを含み、かつ、連通孔を有さない。また、シリカ構造体の全体または表面層を構成するケイ素原子が、Q4構造を有する。
(Baking)
By firing the silicon compound in the presence of a molybdenum compound, a silica structure can be obtained. At this time, the obtained silica structure contains silica and molybdenum and does not have communication holes. Moreover, the silicon atom which comprises the whole silica structure or a surface layer has Q4 structure.
モリブデン化合物の存在下でシリコン化合物を焼成すると、得られるシリカの孔の表面にモリブデン化合物が付着膜を形成する。そして、このような付着膜を有するシリカをさらに高温で焼成すると、モリブデン化合物が昇華すると共に、シリカ中のシラノールの脱水反応が生じる。これにより、シリカ構造体の全体または表面層を合成することができる(フラックス法)。 When the silicon compound is baked in the presence of the molybdenum compound, the molybdenum compound forms an adhesion film on the surface of the resulting silica pores. When the silica having such an adhesion film is baked at a higher temperature, the molybdenum compound sublimes and a dehydration reaction of silanol in the silica occurs. As a result, the entire silica structure or the surface layer can be synthesized (flux method).
上記のフラックス法においては、原料となるシリコン化合物の物性が得られるシリカ構造体に影響を及ぼしうる。一実施形態において、シリコン化合物の比表面積は10m2/g未満であると、これに依存して得られるシリカの比表面積も小さくなり、連通孔を有さないシリカ構造体を得ることができる。 In the above-described flux method, the silica structure that can obtain the physical properties of the silicon compound as a raw material can be affected. In one embodiment, when the specific surface area of the silicon compound is less than 10 m 2 / g, the specific surface area of the silica obtained depending on this also becomes small, and a silica structure having no communication holes can be obtained.
また、上記フラックス法においては、シリカ表面にモリブデン化合物が付着層を形成することから、シラノールの脱水反応、換言すれば、Q2構造、Q3構造を有するケイ素原子のQ4構造を有するケイ素原子への変換が起こりやすい。 In the above flux method, since the molybdenum compound forms an adhesion layer on the silica surface, silanol dehydration reaction, in other words, conversion of silicon atoms having Q2 structure and Q3 structure to silicon atoms having Q4 structure. Is likely to occur.
この際、シリコン化合物として、シリコン化合物と有機化合物との複合化物を含む場合には、焼成を通じて有機化合物は消失しうる。その結果、例えば、得られるシリカ構造体内部を連通しない独立孔を形成しうる。 At this time, when the silicon compound includes a composite of the silicon compound and the organic compound, the organic compound can disappear through the firing. As a result, for example, independent pores that do not communicate with the obtained silica structure can be formed.
なお、シリコン化合物の形状、平均粒径等の物性も、得られるシリカ構造体に影響を及ぼしうる。一実施形態において、平均粒径が相対的に小さい(例えば、1000nm未満)粒子状のシリコン化合物を用いる場合には、得られるシリカも粒子状となりうる。このようなシリカにフラックス法を適用すると、得られるシリカ構造体の全体を構成するケイ素原子がQ4構造を有しうる。この理由は、粒子径の相対的に小さいシリカは、モリブデン化合物の付着膜が形成可能な面積は相対的に広く、シラノールの脱水反応が表面全体だけでなくシリカ内部まで進行し、構造体を構成するシリカすべてについてQ4構造のケイ素原子への変換が生じうるからである。 The physical properties such as the shape and average particle size of the silicon compound can also affect the resulting silica structure. In one embodiment, when a particulate silicon compound having a relatively small average particle size (for example, less than 1000 nm) is used, the resulting silica can also be particulate. When the flux method is applied to such silica, silicon atoms constituting the entire silica structure obtained can have a Q4 structure. This is because silica, which has a relatively small particle size, has a relatively large area on which a molybdenum compound adhesion film can be formed, and the dehydration reaction of silanol proceeds not only to the entire surface but also to the inside of the silica to form a structure. This is because conversion to Q4 structure silicon atoms can occur in all the silicas to be processed.
一方、一実施形態において、平均粒径が相対的に大きい(例えば、1000nm以上)粒子状シリコン化合物を用いる場合には、得られるシリカも粒子状となりうる。このようなシリカにフラックス法を適用すると、得られるシリカ構造体の表面層を構成するケイ素原子がQ4構造を有しうる。この理由は、平均粒子径が大きいため、シラノール脱水反応が中心部まで進行しにくく、Q4構造のケイ素原子への変換がシリカの表面層にとどまる場合があるからである。なお、粒子シリカの中心部はモリブデン化合物が付着できないので、フラックス法の効果は得られない。 On the other hand, in one embodiment, when a particulate silicon compound having a relatively large average particle size (for example, 1000 nm or more) is used, the resulting silica can also be particulate. When the flux method is applied to such silica, silicon atoms constituting the surface layer of the obtained silica structure can have a Q4 structure. This is because the silanol dehydration reaction does not easily proceed to the center due to the large average particle size, and the conversion to a silicon atom having a Q4 structure may remain in the surface layer of silica. In addition, since the molybdenum compound cannot adhere to the central part of the particle silica, the effect of the flux method cannot be obtained.
ただし、使用するシリコン化合物およびモリブデン化合物、その使用量、焼成条件を適宜制御することにより、得られるシリカ構造体の物性を制御することができる。 However, the physical properties of the resulting silica structure can be controlled by appropriately controlling the silicon compound and molybdenum compound used, the amount used, and the firing conditions.
なお、本形態に係る製造方法は、乾燥固体粉末どうしを焼成するという簡便な工程でシリカ構造体を製造することができ、溶剤・廃液の排出、高価な設備、複雑のプロセス、および後処理等がないため、環境負荷を伴わない製造方法ということができる。 In addition, the manufacturing method according to the present embodiment can manufacture a silica structure by a simple process of firing dry solid powders, discharge of solvent / waste liquid, expensive equipment, complicated process, post-treatment, etc. Therefore, it can be said that the manufacturing method does not involve environmental load.
焼成における雰囲気は、特に制限されず、空気雰囲気、酸素雰囲気、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気等が挙げられる。これらのうち、コストの観点から空気雰囲気であることが好ましい。 The atmosphere in firing is not particularly limited, and examples thereof include an air atmosphere, an oxygen atmosphere, an inert atmosphere such as nitrogen and argon, and the like. Among these, an air atmosphere is preferable from the viewpoint of cost.
焼成温度は特に制限されないが、600℃以上であることが好ましく、600〜1300℃であることがより好ましく、800〜1300℃であることがさらに好ましい。焼成温度が600℃以上であると、モリブデン化合物の昇華を伴いながら好適にシリカ構造体を形成できることから好ましい。 The firing temperature is not particularly limited, but is preferably 600 ° C. or higher, more preferably 600 to 1300 ° C., and still more preferably 800 to 1300 ° C. A firing temperature of 600 ° C. or higher is preferable because a silica structure can be suitably formed with sublimation of the molybdenum compound.
焼成温度までの昇温にかける時間は、1〜10時間であることが好ましい。また、焼成温度における保持時間は、5分〜24時間であることが好ましい。さらに、焼成保持時間は10分〜3時間であることが好ましい。 The time taken to raise the temperature to the firing temperature is preferably 1 to 10 hours. The holding time at the firing temperature is preferably 5 minutes to 24 hours. Furthermore, the firing holding time is preferably 10 minutes to 3 hours.
焼成方法としても特に制限されず、例えば、焼成炉等を使用することができる。 The firing method is not particularly limited, and for example, a firing furnace or the like can be used.
[モリブデン除去工程]
シリカ構造体の製造方法は、焼成工程後、必要に応じてモリブデンの少なくとも一部を除去するモリブデン除去工程をさらに含んでいてもよい。
[Molybdenum removal process]
The method for producing a silica structure may further include a molybdenum removal step of removing at least a part of molybdenum as necessary after the firing step.
上述のように、焼成時においてモリブデンは昇華を伴うことから、焼成時間、焼成温度等を制御することで、シリカ構造体中のモリブデン含有量を制御することができる。 As described above, since molybdenum is sublimated during firing, the molybdenum content in the silica structure can be controlled by controlling the firing time, firing temperature, and the like.
しかしながら、シリカ構造中のモリブデン含有量は、モリブデン除去工程によっても制御することができる。 However, the molybdenum content in the silica structure can also be controlled by the molybdenum removal step.
モリブデンは、シリカ構造体中の表面に付着しうる。当該モリブデンはアンモニア水溶液、水酸化ナトリウム水溶液で洗浄することにより除去することができる。 Molybdenum can adhere to the surface in the silica structure. The molybdenum can be removed by washing with an aqueous ammonia solution or an aqueous sodium hydroxide solution.
この際、使用するアンモニア水溶液、水酸化ナトリウム水溶液の濃度、使用量、および洗浄部位、洗浄時間等を適宜変更することで、モリブデン含有量を制御することができる。 At this time, the molybdenum content can be controlled by appropriately changing the concentration, usage amount, cleaning site, cleaning time, and the like of the aqueous ammonia solution and aqueous sodium hydroxide solution used.
[有機化合物層形成工程]
一実施形態において、シリカ構造体の製造方法は、有機化合物層形成工程をさらに含んでいてもよい。当該有機化合物層形成工程は、通常、焼成工程の後、またはモリブデン除去工程の後に行われる。
[Organic compound layer forming step]
In one embodiment, the method for producing a silica structure may further include an organic compound layer forming step. The organic compound layer forming step is usually performed after the firing step or after the molybdenum removing step.
有機化合物層を形成する方法としては、特に制限されず、公知の方法が適宜採用されうる。例えば、有機化合物を含む塗布液をシリカ構造体に塗布し、乾燥する方法が挙げられる。 The method for forming the organic compound layer is not particularly limited, and known methods can be appropriately employed. For example, the method of apply | coating the coating liquid containing an organic compound to a silica structure, and drying is mentioned.
なお、有機化合物層の形成に使用されうる有機化合物としては、上述したものが用いられうる。 In addition, what was mentioned above can be used as an organic compound which can be used for formation of an organic compound layer.
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
<シリカ構造体の製造>
[実施例1]
フラックス法によりシリカ構造体を合成した。
<Manufacture of silica structure>
[Example 1]
A silica structure was synthesized by the flux method.
より詳細には、シリコン化合物である無孔質シリカ微粒子:SO−E2(金属シリコンを爆燃することで製造されたもの、平均粒径:0.5μm、比表面積:5.5m2/g、株式会社アドマテックス社製)0.7gとモリブデン化合物である酸化モリブデン(和光純薬工業株式会社製)0.3gとを乳鉢で混合し、混合物1gを得た。得られた混合物1gを焼成装置として、セラミック電気炉ARF−100K型(AMF−2P型温度コントローラ付)(株式会社アサヒ理化製作所製)にて800℃で1時間焼成した。酸化モリブデンが殆ど昇華し、0.69gのシリカ構造体の粉末を得た。 More specifically, nonporous silica fine particles as a silicon compound: SO-E2 (manufactured by deflagration of metallic silicon, average particle size: 0.5 μm, specific surface area: 5.5 m 2 / g, stock 0.7 g (manufactured by Admatechs Co., Ltd.) and 0.3 g of molybdenum oxide (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), which is a molybdenum compound, were mixed in a mortar to obtain 1 g of a mixture. 1 g of the obtained mixture was fired at 800 ° C. for 1 hour in a ceramic electric furnace ARF-100K type (with AMF-2P type temperature controller) (manufactured by Asahi Rika Seisakusho Co., Ltd.) as a firing device. Molybdenum oxide was almost sublimated to obtain 0.69 g of silica structured powder.
表面観察装置VE−9800(株式会社キーエンス製)を用いてSEM観察を行ったところ、得られたシリカ構造体の形状は、シリコン化合物の形状と同じく球状であり、連通孔は有していないことを確認した(図1)。 When SEM observation was performed using a surface observation apparatus VE-9800 (manufactured by Keyence Corporation), the shape of the obtained silica structure was spherical, similar to the shape of the silicon compound, and had no communication holes. Was confirmed (FIG. 1).
また、シリカ構造体のケイ素原子の構造を評価した。より詳細には、JNM−ECA600(日本電子株式会社製)を用いて、29Si CP/MAS NMR測定を行った。この際、ケミカルシフトのリファレンスは別途CP/MAS法でポリジメチルシランを測定することで得た。その結果、80〜120ppmまでの範囲内にQ2、Q3、Q4由来のピークは観察されなかった。このことは、得られたシリカ構造体がQ4構造のケイ素原子からなることを示す。より詳細には、29Si CP/MAS NMR測定においては、シリカがQ2、Q3構造に基づくケイ素原子を含む場合、すなわち、シラノール基を有する場合、シラノール基のプロトンのスピン転移によりシグナルが観測される。しかしながら、シリカがシラノール基を有さない場合、シラノール基のプロトンのスピン転移が起こらないため、Q4構造を含めてシグナルは観測されなくなる。つまり、シラノール基を有さないQ4結合からなるシリカは、29Si CP/MAS NMR測定ではピークが観察されないのである。なお、上述のシリコン化合物(無孔質シリカ微粒子)を用いて29Si CP/MAS NMR測定を行ったところ、得られたデータから、Q3結合由来のピークが確認された。 Moreover, the structure of the silicon atom of the silica structure was evaluated. More specifically, 29 Si CP / MAS NMR measurement was performed using JNM-ECA600 (manufactured by JEOL Ltd.). At this time, the chemical shift reference was obtained by separately measuring polydimethylsilane by the CP / MAS method. As a result, peaks derived from Q2, Q3, and Q4 were not observed within the range of 80 to 120 ppm. This indicates that the obtained silica structure is composed of silicon atoms having a Q4 structure. More specifically, in 29 Si CP / MAS NMR measurement, when silica contains a silicon atom based on the Q2 and Q3 structures, that is, when it has a silanol group, a signal is observed due to the spin transfer of protons of the silanol group. . However, when silica does not have a silanol group, no spin transfer of protons of the silanol group occurs, and thus no signal is observed including the Q4 structure. That is, no peak is observed in the 29 Si CP / MAS NMR measurement of silica composed of Q4 bonds having no silanol group. In addition, when 29 Si CP / MAS NMR measurement was performed using the above-described silicon compound (nonporous silica fine particles), a peak derived from the Q3 bond was confirmed from the obtained data.
さらに、得られたシリカ構造体中のモリブデンの分析を行った。エネルギー分散型X線分析(TEM−EDS分析)を行ったところ、モリブデンはシリカ構造体のシリカ表面およびシリカ内部に同時に存在していることが分かった。 Furthermore, the molybdenum in the obtained silica structure was analyzed. When energy dispersive X-ray analysis (TEM-EDS analysis) was performed, it was found that molybdenum was simultaneously present on the silica surface of the silica structure and in the silica.
また、得られたシリカ構造体中のモリブデンの含有量を測定した。より詳細には、蛍光X線測定装置ZSX100e(株式会社リガク製)を用いて蛍光X線定量評価を行った。得られたデータから、シリカ構造体中のモリブデン含有量は0.5質量%であった。 Further, the molybdenum content in the obtained silica structure was measured. More specifically, fluorescent X-ray quantitative evaluation was performed using a fluorescent X-ray measurement apparatus ZSX100e (manufactured by Rigaku Corporation). From the obtained data, the molybdenum content in the silica structure was 0.5% by mass.
[実施例2]
シリコン化合物である湿式低孔質シリカ:シーホスターKE−P250(平均粒径:2.6μm、比表面積:1〜5m2/g、株式会社日本触媒製)0.85gとモリブデン化合物である酸化モリブデン(和光純薬工業株式会社製)0.15gとを乳鉢で混合し、混合物1gを得た。得られた混合物1gを焼成装置として、セラミック電気炉ARF−100K型(AMF−2P型温度コントローラ付)(株式会社アサヒ理化製作所製)にて900℃で1時間焼成した。酸化モリブデンが殆ど昇華し、0.84gのシリカ構造体の粉末を得た。
[Example 2]
Wet low-porous silica as a silicon compound: Seahoster KE-P250 (average particle size: 2.6 μm, specific surface area: 1 to 5 m 2 / g, manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) and molybdenum oxide as a molybdenum compound ( 0.15 g (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was mixed in a mortar to obtain 1 g of a mixture. 1 g of the obtained mixture was fired at 900 ° C. for 1 hour in a ceramic electric furnace ARF-100K type (with AMF-2P type temperature controller) (manufactured by Asahi Rika Seisakusho Co., Ltd.) as a firing device. Molybdenum oxide was almost sublimated to obtain 0.84 g of silica structured powder.
実施例1と同様の方法でSEM観察を行ったところ、得られたシリカ構造体の形状は、シリコン化合物の形状と同じく球状であり、連通孔は有していないことを確認した(図2)。 When SEM observation was performed in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained silica structure had a spherical shape similar to the shape of the silicon compound and had no communication holes (FIG. 2). .
また、実施例1と同様の方法で、29Si CP/MAS NMR測定によりシリカ構造体のケイ素原子の構造を評価したところ、80〜120ppmまでの範囲内においてQ2、Q3、Q4由来のピークが全体的に非常に弱くなった。このことは、酸化モリブデン処理により、シリカ構造体中のシラノール基が全体的に大幅に消失されたことを示す。 Moreover, when the structure of the silicon atom of the silica structure was evaluated by 29 Si CP / MAS NMR measurement in the same manner as in Example 1, the peaks derived from Q2, Q3, and Q4 were entirely observed within the range of 80 to 120 ppm. It became very weak. This indicates that silanol groups in the silica structure were largely lost as a result of the molybdenum oxide treatment.
また、29Si SP NMR測定を行った。この際、29Si CP/MAS NMR測定と同様にケミカルシフトのリファレンスは別途CP/MAS法でポリジメチルシランを測定することで得た。その結果、Q2とQ3由来のピークはほぼなくなり、Q4だけのシグナルを示した(図3a)。このことは、シリカ構造体がコア−シェル構造を有しており、シェル層(最表層)がQ4構造のケイ素原子からなることを示す。より詳細には、29Si SP NMR測定においては、シラノール基の存在に依存せず、緻密な粒子はシェル層(最表層)が優先的に検出される。よって、29Si SP NMR測定においてQ2とQ3由来のピークがなく、Q4由来のピークのみのシグナルを示したことからシェル層(最表層)は、Q4構造のケイ素原子からなることが分かる。 In addition, 29 Si SP NMR measurement was performed. At this time, as in the 29 Si CP / MAS NMR measurement, a chemical shift reference was obtained by separately measuring polydimethylsilane by the CP / MAS method. As a result, the peaks derived from Q2 and Q3 almost disappeared, and only the signal of Q4 was shown (FIG. 3a). This indicates that the silica structure has a core-shell structure, and the shell layer (outermost layer) is composed of silicon atoms having a Q4 structure. More specifically, in the 29 Si SP NMR measurement, the shell layer (outermost layer) is detected preferentially for dense particles regardless of the presence of silanol groups. Therefore, in the 29 Si SP NMR measurement, there was no peak derived from Q2 and Q3, and only a signal derived from the peak derived from Q4 was shown. Thus, it can be seen that the shell layer (outermost layer) consists of silicon atoms having a Q4 structure.
なお、上記29Si CP/MAS NMR測定および29Si SP NMR測定を総合考慮すると、酸化モリブデン処理により、シリカ構造体のシェル層(最表層)のみシラノール基の脱水反応が生じたことが分かる。この理由としては、コア部は酸化モリブデンと接触することができないため、シラノール基の脱水反応が生じないためである。 In addition, when the 29 Si CP / MAS NMR measurement and the 29 Si SP NMR measurement are comprehensively taken into consideration, it can be understood that the dehydration reaction of the silanol group occurred only in the shell layer (outermost layer) of the silica structure by the molybdenum oxide treatment. This is because the core portion cannot contact with molybdenum oxide, so that no dehydration reaction of silanol groups occurs.
なお、上述のシリコン化合物(湿式低孔質シリカ)を用いて29Si SP NMR測定を行ったところ、得られたデータから、最表層においてQ3結合由来のピークが確認された(図3b)。 In addition, when 29 Si SP NMR measurement was performed using the above-mentioned silicon compound (wet low-porous silica), a peak derived from Q3 bond was confirmed in the outermost layer from the obtained data (FIG. 3b).
実施例1と同様の方法でシリカ構造体中のモリブデンの分析を行ったところ、モリブデンはシリカ構造体のシリカ表面およびQ4結合のケイ素原子からなるシリカ内部に同時に存在していることが分かった。 When molybdenum in the silica structure was analyzed in the same manner as in Example 1, it was found that molybdenum was simultaneously present on the silica surface of the silica structure and in the silica composed of Q4-bonded silicon atoms.
また、実施例1と同様の方法で得られたシリカ構造体中のモリブデンの含有量を測定したところ、シリカ構造体中のモリブデン含有量は0.4質量%であった。 Moreover, when the content of molybdenum in the silica structure obtained by the same method as in Example 1 was measured, the molybdenum content in the silica structure was 0.4% by mass.
<実施例3>
実施例1と同様の方法でシリカ構造体を製造した。
<Example 3>
A silica structure was produced in the same manner as in Example 1.
得られたシリカ構造体の粉末0.2gを、10%アンモニア水5mLに分散させた。分散液を室温で3時間撹拌した後、水で洗浄し、乾燥することでシリカ構造体0.19gの粉末を得た。 0.2 g of the obtained silica structure powder was dispersed in 5 mL of 10% aqueous ammonia. The dispersion was stirred at room temperature for 3 hours, then washed with water and dried to obtain 0.19 g of powder of silica structure.
得られたシリカ構造体について、X線光電子分光法(XPS)測定を行った。より詳細には、Quantera SXM(株式会社PHI製)を用い、電圧1.0V、電流20μA、ビーム直径105μmの条件で測定を行った。その結果、シリカ構造体表面にはモリブデンが検出されなかった。これにより、アンモニア洗浄により、シリカ構造体表面に存在するモリブデンが除去されたことが分かる。 The obtained silica structure was subjected to X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement. More specifically, measurement was performed using Quantera SXM (manufactured by PHI Co., Ltd.) under the conditions of a voltage of 1.0 V, a current of 20 μA, and a beam diameter of 105 μm. As a result, molybdenum was not detected on the surface of the silica structure. Thereby, it turns out that the molybdenum which exists in the silica structure surface was removed by ammonia washing.
また、実施例1と同様の方法で、シリカ構造体中のモリブデンの含有量を測定したところ、シリカ構造体中のモリブデン含有量は0.3質量%であった。これにより、アンモニア洗浄では、シリカ内部に存在するモリブデンは除去されていないことが分かる。 Moreover, when the content of molybdenum in the silica structure was measured in the same manner as in Example 1, the molybdenum content in the silica structure was 0.3% by mass. Thus, it can be seen that molybdenum present in the silica is not removed by the ammonia cleaning.
Claims (5)
前記シリカ構造体の全体または表面層を構成するケイ素原子が、Q4構造を有する、シリカ構造体。 A silica structure having no communication hole, including silica and molybdenum,
A silica structure in which silicon atoms constituting the entire silica structure or a surface layer have a Q4 structure.
前記シリカ構造体が、シリカおよびモリブデンを含み、
前記シリカ構造体の全体または表面層を構成するケイ素原子が、Q4構造を有する、製造方法。 A method for producing a silica structure having no communication holes, comprising a firing step of firing a silicon compound having a specific surface area of less than 10 m 2 / g in the presence of a molybdenum compound,
The silica structure comprises silica and molybdenum;
The manufacturing method in which the silicon atom which comprises the whole said silica structure or a surface layer has Q4 structure.
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