JP2023110668A - Method for producing silica particles - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリカ粒子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing silica particles.
半導体封止材等の電子材料またはフィルム製造用等の各種樹脂組成物の充填材として、シリカ粒子が用いられている。精密かつ均一な封止のためには、粒子径の変動が少ない、単分散性の高いシリカ粒子が求められている。 BACKGROUND ART Silica particles are used as fillers for various resin compositions such as electronic materials such as semiconductor encapsulants or films. For precise and uniform sealing, highly monodisperse silica particles with little variation in particle size are required.
単分散性の高いシリカ粒子を製造する方法として、ケイ素アルコキシドの加水分解および重縮合によりシリカ粒子を生成する、いわゆるゾルゲル法が知られている(例えば、特許文献1~3)。特許文献1に示されるように、ゾルゲル法において、反応を行う際の反応条件を調整することにより、粒子径および粒度分布を調整できることが知られている。 As a method for producing highly monodisperse silica particles, a so-called sol-gel method is known, in which silica particles are produced by hydrolysis and polycondensation of silicon alkoxide (eg, Patent Documents 1 to 3). As shown in Patent Document 1, it is known that in the sol-gel method, the particle size and particle size distribution can be adjusted by adjusting the reaction conditions during the reaction.
ゾルゲル法では、ケイ素アルコキシドから微小なシリカ小粒子を生成し、その後、シリカ小粒子を目的の粒子径まで成長させて、シリカ粒子を得る。ここで、シリカ小粒子の粒子径は、反応温度または攪拌条件等の生成条件による影響を受けやすい。 In the sol-gel method, fine silica particles are produced from silicon alkoxide, and then the silica particles are grown to a desired particle size to obtain silica particles. Here, the particle diameter of the small silica particles is likely to be affected by reaction temperature, stirring conditions, and other production conditions.
生成条件の軽微な差異により生じるシリカ小粒子の粒子径の変動は、シリカ小粒子を成長させた後におけるシリカ粒子の粒子径に大きく影響する。そのため、シリカ粒子の粒子径を製造バッチ間で均一化することが困難となる問題が生じていた。 Fluctuations in the particle size of the small silica particles caused by slight differences in production conditions greatly affect the particle size of the silica particles after growing the small silica particles. Therefore, there has been a problem that it is difficult to make the particle size of the silica particles uniform between production batches.
本発明の一態様は、粒子径の均一性が高いシリカ粒子を再現性よく製造する方法を実現することを目的とする。 An object of one aspect of the present invention is to realize a method for producing silica particles having a highly uniform particle size with good reproducibility.
記シリカ小粒子の一部である第1小粒子と、第2ケイ素アルコキシドを含む第1成長液とを混合して、前記第1小粒子の粒子径を成長させ前記シリカ小粒子よりも粒子径が大きいシリカ粒子を得る第1成長工程と、を含む。 First small particles that are part of the silica small particles and a first growth liquid containing a second silicon alkoxide are mixed to grow the particle diameter of the first small particles so that the particle diameter is larger than that of the silica small particles. and a first growth step to obtain silica particles with a large .
本発明の一態様に係るシリカ粒子の製造方法は、前記第1成長工程とは独立して、前記シリカ小粒子において前記第1小粒子以外の部分である第2小粒子の少なくとも一部と、第3ケイ素アルコキシドを含む第2成長液とを混合して、当該第2小粒子の粒子径を成長させる第2成長工程をさらに含んでいてもよい。 In the method for producing silica particles according to an aspect of the present invention, independently of the first growth step, at least part of second small particles, which are portions other than the first small particles in the silica small particles, A second growth step may be further included in which a second growth liquid containing a tertiary silicon alkoxide is mixed to grow the particle size of the second small particles.
本発明の一態様に係るシリカ粒子の製造方法は、前記第1成長液と前記第2成長液との成分組成が同条件であり、かつ、前記第2成長工程における前記第2小粒子と前記第2成長液との量比および混合温度は、前記第1成長工程における前記第1小粒子と前記第1成長液との量比および混合温度と同条件とするものであってもよい。 In the method for producing silica particles according to one aspect of the present invention, the component compositions of the first growth liquid and the second growth liquid are the same, and the second small particles and the second small particles in the second growth step The quantitative ratio and mixing temperature of the second growth liquid may be the same as the quantitative ratio and mixing temperature of the first small particles and the first growth liquid in the first growth step.
本発明の一態様に係るシリカ粒子の製造方法は、前記第1ケイ素アルコキシドはテトラエトキシシランであり、前記第2ケイ素アルコキシドはテトラメトキシシランであってもよい。 In the method for producing silica particles according to one aspect of the present invention, the first silicon alkoxide may be tetraethoxysilane, and the second silicon alkoxide may be tetramethoxysilane.
本発明の一態様によれば、粒子径の均一性が高いシリカ粒子を再現性よく製造する方法を実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to one aspect of the present invention, it is possible to realize a method for producing silica particles having a highly uniform particle size with good reproducibility.
本発明の一実施形態について以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能である。また、異なる実施形態および実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態および実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書において「A~B」とは、特に指定しない限りA以上B以下であることを示している。 An embodiment of the invention will be described below, but the invention is not limited thereto. The present invention is not limited to each configuration described below, and various modifications are possible within the scope of the claims. In addition, the technical scope of the present invention also includes embodiments and examples obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments and examples. Further, in the present specification, "A to B" means from A to B, unless otherwise specified.
〔概要〕
図1に示すように、本発明の一実施形態に係るシリカ粒子の製造方法はまず、シリカ粒子の種として用いられるシリカ小粒子を生成する生成工程を実施し、その後にシリカ小粒子を成長させる成長工程を実施する。本発明の一実施形態では、生成工程において、1回の成長工程に用いるシリカ小粒子よりも多量のシリカ小粒子を生成する。これにより、1回の生成工程において生成したシリカ小粒子から、2回以上の成長工程を実施することが可能となる。なお、本発明の一実施形態に係るシリカ粒子の製造方法によれば、球形度の高い、球状のシリカ粒子が得られる。
〔overview〕
As shown in FIG. 1, in the method for producing silica particles according to one embodiment of the present invention, first, a production step is performed to produce small silica particles used as seeds for silica particles, and then the small silica particles are grown. Carry out the growth process. In one embodiment of the present invention, the forming step produces a larger amount of small silica particles than the small silica particles used in one growing step. This makes it possible to carry out two or more growth steps from the small silica particles produced in one production step. According to the method for producing silica particles according to one embodiment of the present invention, spherical silica particles having a high degree of sphericity can be obtained.
生成工程における生成液および成長工程における成長液はそれぞれ、ケイ素アルコキシドならびにケイ素アルコキシドの加水分解および重縮合を進行させる成分を含む。すなわち、生成工程および成長工程は、いわゆるゾルゲル法を利用したシリカ粒子の製造方法であるといえる。 The product liquid in the production step and the growth liquid in the growth step each contain a silicon alkoxide and a component that promotes hydrolysis and polycondensation of the silicon alkoxide. That is, it can be said that the production step and the growth step are a method for producing silica particles using a so-called sol-gel method.
従来は、生成工程と成長工程とを一連の製造工程として行っていた。成長工程ごとに生成工程をそれぞれ実施する場合、各生成工程において生じるシリカ小粒子の粒子径に差異が生じ得る。そのため、例えば製造バッチ間でシリカ小粒子の粒子径に差異が生じた場合、成長工程後のシリカ粒子の粒子径をこれらの製造バッチ間で揃えることは困難となる。 Conventionally, the production process and the growth process were performed as a series of manufacturing processes. When the production step is carried out for each growth step, the particle size of the small silica particles produced in each production step may differ. Therefore, for example, when there is a difference in the particle size of the small silica particles between production batches, it is difficult to uniform the particle size of the silica particles after the growth step between these production batches.
また、粒子の球形度および粒子径の均一性(単分散性)が高いシリカ粒子を得るためには、初期のシリカ小粒子の時点において、粒子径の均一性が高いことが重要となる。シリカ小粒子の段階において粒子径にばらつきが生じると、成長工程後のシリカ粒子の粒子径にもばらつきが生じる。 In addition, in order to obtain silica particles having high uniformity (monodispersity) in particle sphericity and particle diameter, it is important that the initial small silica particles have high uniformity in particle diameter. If the particle size varies in the small silica particle stage, the particle size of the silica particles after the growing process also varies.
この点、1回の生成工程により得られた均一性の高いシリカ小粒子の集団内であれば、いずれの集団においても粒子径の均一性は極めて高い。そのため、1回の生成工程により得られたシリカ小粒子を、複数の成長工程においてそれぞれ用いれば、これらの複数の成長工程間において得られるシリカ粒子の粒子径を揃えることが容易となる。また、複数の成長工程において、それぞれ異なる粒子径のシリカ粒子を製造する場合でも、これらの成長工程でそれぞれシリカ粒子の粒子径の均一性を確保することが容易となる。 In this regard, within a population of silica small particles with high uniformity obtained by one generation step, the uniformity of particle size is extremely high in any population. Therefore, by using small silica particles obtained in one generation step in each of a plurality of growth steps, it becomes easy to uniformize the particle diameters of the silica particles obtained in these plurality of growth steps. In addition, even when silica particles having different particle sizes are produced in a plurality of growth steps, it is easy to ensure uniformity in particle size of the silica particles in each of these growth steps.
したがって、例えば、生成工程において大量にシリカ小粒子を生成しておき、その一部を成長工程に用いると共に、残りのシリカ小粒子を保管しておいて、後日の別バッチのシリカ粒子製造時に、当該保管していたシリカ小粒子を用いてもよい。このような構成によれば、複数の製造バッチで、目的の粒子径を有するシリカ粒子を再現性よく製造できる。 Therefore, for example, a large amount of small silica particles are produced in the production process, part of which is used in the growth process, and the remaining small silica particles are stored, and when producing another batch of silica particles at a later date, The stored small silica particles may be used. According to such a configuration, silica particles having a desired particle size can be produced with good reproducibility in a plurality of production batches.
このように、生成工程実施後のシリカ小粒子を複数の独立した成長工程にそれぞれ用いることは、生成工程と成長工程とを一連の工程として行うという従来の技術常識を覆すものである。本発明者らは、このような新規な知見に基づいて鋭意検討を行った結果、本発明を完成させるに至った。以下、本発明の一実施形態に係るシリカ粒子の製造方法について説明する。 Using the small silica particles after the production step in a plurality of independent growth steps in this way overturns the conventional technical common sense that the production step and the growth step are performed as a series of steps. The present inventors have completed the present invention as a result of extensive studies based on such new knowledge. Hereinafter, a method for producing silica particles according to one embodiment of the present invention will be described.
〔シリカ粒子の製造方法〕
本発明の一実施形態に係るシリカ粒子の製造方法は、シリカ小粒子を生成する生成工程と、当該シリカ小粒子を成長させる第1成長工程とを含む。第1成長工程は、上述した複数の成長工程の一つであってよい。本明細書において、単に「成長工程」と称する場合、特記しない限り、第1成長工程と、後述する第2成長工程との総称を意図する。
[Method for producing silica particles]
A method for producing silica particles according to an embodiment of the present invention includes a production step of producing small silica particles and a first growth step of growing the small silica particles. The first growth step may be one of the plurality of growth steps described above. In this specification, the term "growth step" is intended to collectively refer to the first growth step and the second growth step, which will be described later, unless otherwise specified.
本発明の一実施形態に係るシリカ粒子の製造方法は、ゾルゲル法によりシリカ粒子を製造する方法であってよい。ゾルゲル法では、例えば、ケイ素アルコキシドを、水と触媒とを含有する反応溶媒中において加水分解および重縮合させ、シリカ粒子を含むシリカゾルを生成する(生成工程および成長工程)。また、当該シリカゾルをゲル化して生成した固形分を取り出して乾燥する工程等を経て、粉末状のシリカ粒子を得てもよいし、当該粉末状のシリカ粒子をさらに焼成および解砕する工程を行ってもよい。このように、本発明の一実施形態に係るシリカ粒子の製造方法は、生成工程および成長工程以外の工程を含んでいてもよい。 A method for producing silica particles according to an embodiment of the present invention may be a method for producing silica particles by a sol-gel method. In the sol-gel method, for example, silicon alkoxide is hydrolyzed and polycondensed in a reaction solvent containing water and a catalyst to produce a silica sol containing silica particles (production step and growth step). Further, powdery silica particles may be obtained through a step of removing and drying the solid content produced by gelling the silica sol, or the powdery silica particles may be further subjected to a step of firing and pulverizing. may Thus, the method for producing silica particles according to one embodiment of the present invention may include steps other than the production step and the growth step.
(生成工程)
生成工程は、第1ケイ素アルコキシドを含む生成液から複数のシリカ小粒子を生成する工程である。生成工程では、第1ケイ素アルコキシドを含む生成液中において、第1ケイ素アルコキシドの加水分解および重縮合を行うことによりシリカ小粒子を生成する。シリカ小粒子は、生成工程後に行う成長工程により得られるシリカ粒子よりも粒子径が小さい。シリカ小粒子は、成長工程においてシリカ粒子を得るための種となることから、「種粒子」と呼ばれることもある。
(Generation process)
The production step is a step of producing a plurality of small silica particles from a production liquid containing the first silicon alkoxide. In the production step, small silica particles are produced by hydrolyzing and polycondensing the first silicon alkoxide in a production liquid containing the first silicon alkoxide. The small silica particles have a smaller particle diameter than the silica particles obtained by the growth step performed after the formation step. Small silica particles are sometimes called "seed particles" because they serve as seeds for obtaining silica particles in the growth process.
第1ケイ素アルコキシドとしては、ゾルゲル法によるシリカ粒子の製造に一般的に用いられるケイ素アルコキシド(アルコキシシラン)であれば、特に制限されない。第1ケイ素アルコキシドとしては、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシランおよびテトラブトキシシランが挙げられる。中でも、メチルトリメトキシシラン、テトラメトキシシランおよびテトラエトキシシランが、入手および取扱いの容易性の観点から好ましい。これらケイ素アルコキシドは、1種のみを使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The first silicon alkoxide is not particularly limited as long as it is a silicon alkoxide (alkoxysilane) generally used for producing silica particles by a sol-gel method. First silicon alkoxides include, for example, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane and tetrabutoxysilane. Among them, methyltrimethoxysilane, tetramethoxysilane and tetraethoxysilane are preferred from the viewpoint of availability and ease of handling. These silicon alkoxides may be used alone or in combination of two or more.
第1ケイ素アルコキシドは、生成するシリカ小粒子の粒子径を揃えやすくする観点から、比較的反応速度が小さいケイ素アルコキシドを単独で用いることが好ましく、テトラエトキシシランを単独で用いることが特に好ましい。 As the first silicon alkoxide, it is preferable to use silicon alkoxide alone, which has a relatively low reaction rate, and it is particularly preferable to use tetraethoxysilane alone, from the viewpoint of facilitating uniformity of the particle size of the small silica particles to be produced.
第1ケイ素アルコキシドを含む生成液は、第1ケイ素アルコキシドの加水分解および重縮合が進行可能な組成を有するものであれば、特に限定されない。このような生成液は、第1ケイ素アルコキシドに加え、例えば、溶媒と、触媒とを含むものであってよい。また、第1ケイ素アルコキシドの加水分解には水を要することから、溶媒および触媒の少なくとも一方は水を含むものとする。 The product liquid containing the first silicon alkoxide is not particularly limited as long as it has a composition that allows hydrolysis and polycondensation of the first silicon alkoxide to proceed. Such a product liquid may contain, for example, a solvent and a catalyst in addition to the first silicon alkoxide. Moreover, since water is required for hydrolysis of the first silicon alkoxide, at least one of the solvent and the catalyst shall contain water.
溶媒は、極性溶媒であることが好ましい。極性溶媒は、水であってもよく、常温・常圧下で100gあたり10g以上の水を溶解可能な有機溶媒であってもよく、水と当該有機溶媒との混合溶媒であってもよい。溶媒がこのような有機溶媒を含む場合、有機溶媒は1種であってもよく、2種以上であってもよい。溶媒が2種以上の有機溶媒を含む場合、有機溶媒の混合物として上記の水溶解性の要件を満たせばよい。 Preferably, the solvent is a polar solvent. The polar solvent may be water, an organic solvent capable of dissolving 10 g or more of water per 100 g under normal temperature and pressure, or a mixed solvent of water and the organic solvent. When the solvent contains such an organic solvent, the number of organic solvents may be one, or two or more. When the solvent contains two or more organic solvents, the above water-solubility requirements may be met as a mixture of organic solvents.
有機溶媒としては、例えば、アルコール、エーテルおよびアミド化合物を挙げることができる。アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールおよびブタノールが挙げられる。エーテルとしては、例えば、テトラヒドロフランおよびジオキサンが挙げられる。アミド化合物としては、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドおよびN-メチルピロリドンが挙げられる。 Organic solvents can include, for example, alcohols, ethers and amide compounds. Alcohols include, for example, methanol, ethanol, isopropyl alcohol and butanol. Ethers include, for example, tetrahydrofuran and dioxane. Amide compounds include, for example, dimethylformamide, dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone.
生成工程および成長工程では、ケイ素アルコキシドの加水分解によりアルコールが副生する。そのため、製造したシリカ粒子の分散液中における不純物混入の低減および加熱による除去容易性等の観点から、有機溶媒はアルコールであることが好ましい。 Alcohol is by-produced by hydrolysis of silicon alkoxide in the production step and the growth step. Therefore, the organic solvent is preferably alcohol from the viewpoints of reducing contamination of impurities in the manufactured silica particle dispersion and ease of removal by heating.
触媒は、酸性触媒であってもよく、塩基性触媒であってもよい。粒子径の均一性が高い球状粒子を得る観点からは、触媒は塩基性触媒であることが好ましい。塩基性触媒としては、ゾルゲル法の反応によるシリカ粒子の製造に一般的に用いられる塩基性触媒であれば、特に制限されない。塩基性触媒としては、例えば、アミン化合物および水酸化アルカリ金属を挙げることができる。 The catalyst may be an acidic catalyst or a basic catalyst. From the viewpoint of obtaining spherical particles having a highly uniform particle size, the catalyst is preferably a basic catalyst. The basic catalyst is not particularly limited as long as it is a basic catalyst generally used for producing silica particles by a sol-gel reaction. Basic catalysts can include, for example, amine compounds and alkali metal hydroxides.
高純度のシリカ小粒子を得る観点からは、塩基性触媒はアミン化合物であることが好ましい。アミン化合物としては、例えば、アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミンおよびトリエチルアミンが挙げられる。揮発性が高く除去しやすいことから、塩基性触媒はアンモニアであることが好ましい。塩基性触媒は、これらのうち1種であってもよく、2種以上を含むものであってもよい。 From the viewpoint of obtaining high-purity small silica particles, the basic catalyst is preferably an amine compound. Amine compounds include, for example, ammonia, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine and triethylamine. Preferably, the basic catalyst is ammonia because of its high volatility and ease of removal. The basic catalyst may be one of these, or may contain two or more.
触媒は、例えばアンモニア水のように、水または有機溶媒に溶解して使用してもよい。生成工程の反応速度を調整する観点からは、触媒を、水に溶解して濃度を調整した水溶液として使用することが好ましい。触媒を水溶液として使用する場合、水溶液中における触媒の濃度は、例えば1~30質量%であってよい。 The catalyst may be used by dissolving it in water or an organic solvent such as aqueous ammonia. From the viewpoint of adjusting the reaction rate of the production step, it is preferable to use the catalyst as an aqueous solution in which the concentration is adjusted by dissolving it in water. When the catalyst is used as an aqueous solution, the concentration of the catalyst in the aqueous solution can be, for example, 1-30% by weight.
生成液における、水、有機溶媒および触媒の割合は、生成工程の反応速度、シリカ小粒子の目標粒子径および生成工程後のシリカ小粒子分散液におけるシリカ小粒子の目標濃度によって、適宜決定してよい。 The proportions of water, organic solvent, and catalyst in the product solution are appropriately determined according to the reaction rate of the production process, the target particle size of the small silica particles, and the target concentration of the small silica particles in the small silica particle dispersion after the production process. good.
生成液における水の割合は、1~30質量%であることが好ましく、5~20質量%とすることがより好ましい。また、生成液が有機溶媒を含む場合、生成液における有機溶媒の割合は、50~95質量%であることが好ましく、70~90質量%とすることがより好ましい。また、生成液に含まれる触媒の量は、第1ケイ素アルコキシドの量に対して0.1~60質量%とすることが好ましく、0.5~40質量%とすることがより好ましい。 The proportion of water in the generated liquid is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 5 to 20% by mass. Further, when the generated liquid contains an organic solvent, the ratio of the organic solvent in the generated liquid is preferably 50 to 95% by mass, more preferably 70 to 90% by mass. Also, the amount of the catalyst contained in the product liquid is preferably 0.1 to 60% by mass, more preferably 0.5 to 40% by mass, relative to the amount of the first silicon alkoxide.
生成工程は、ゾルゲル法の反応によるシリカ粒子の製造に一般的に用いられる反応容器を用いて行ってよい。このような反応容器は、例えば、攪拌翼を備えた円筒形状の容器であってよい。 The production step may be performed using a reaction vessel generally used for producing silica particles by a sol-gel reaction. Such a reaction vessel may be, for example, a cylindrical vessel equipped with stirring blades.
生成液の調整方法は特に限定されないが、例えば図2に示すように、反応容器に溶媒および触媒を添加し(S1)、ここに第1ケイ素アルコキシドを添加する(S2)方法が挙げられる。この方法によれば、粒子径の均一性が高い、球状のシリカ小粒子を再現性良く製造できる。この場合、例えば、先に第1ケイ素アルコキシドの一部を反応容器に添加した後に、残りの第1ケイ素アルコキシドを添加してもよい。また、第1ケイ素アルコキシドと触媒とを略同時に添加してもよい。さらに、第1ケイ素アルコキシドが2種以上のケイ素アルコキシドを含む場合、各々を同時に添加してもよく、各々を順次に添加してもよい。 The method of preparing the product liquid is not particularly limited, but for example, as shown in FIG. 2, a method of adding a solvent and a catalyst to a reaction vessel (S1) and then adding the first silicon alkoxide (S2) can be mentioned. According to this method, spherical silica small particles with high uniformity in particle size can be produced with good reproducibility. In this case, for example, part of the first silicon alkoxide may be added to the reaction vessel first, and then the rest of the first silicon alkoxide may be added. Also, the first silicon alkoxide and the catalyst may be added substantially simultaneously. Furthermore, when the first silicon alkoxide contains two or more silicon alkoxides, each may be added simultaneously or each may be added sequentially.
生成液からシリカ小粒子の生成を行う反応温度は、生成液の成分組成およびシリカ小粒子の目標粒子径に応じて、適宜選択すればよい。当該反応温度としては、例えば、-10~60℃の範囲であってよい。このような反応温度により、第1ケイ素アルコキシドの加水分解および重縮合を進行させる(S3、生成工程)ことで、シリカ小粒子を生成できる。 The reaction temperature for producing small silica particles from the product solution may be appropriately selected according to the component composition of the product solution and the target particle size of the small silica particles. The reaction temperature may range, for example, from -10 to 60°C. Small silica particles can be produced by advancing the hydrolysis and polycondensation of the first silicon alkoxide at such a reaction temperature (S3, production step).
生成工程により生成するシリカ小粒子の粒子径は、成長工程後におけるシリカ粒子の目標粒子径よりも小さい限りにおいて特に限定されないが、例えば、0.40μm以下であってよく、0.30μm以下であってもよく、0.20μm以下であることが好ましく、0.10μm以下であることがより好ましい。また、シリカ小粒子の粒子径が過度に小さいと、粒子径のごく微小な差異が、成長工程後のシリカ粒子の粒子径に影響してしまいやすく、また凝集しやすくなり、成長工程で粒子径の均一性が得られにくくなる。そのため、シリカ小粒子の粒子径は、0.05μm以上であることが好ましい。 The particle size of the small silica particles produced in the production step is not particularly limited as long as it is smaller than the target particle size of the silica particles after the growth step. However, it is preferably 0.20 μm or less, more preferably 0.10 μm or less. In addition, if the particle size of the small silica particles is excessively small, a very small difference in particle size tends to affect the particle size of the silica particles after the growth process, and the silica particles tend to aggregate. uniformity is difficult to obtain. Therefore, the particle size of the small silica particles is preferably 0.05 μm or more.
このような粒子径であれば、粒子径の均一性が高いシリカ小粒子の集団が得られやすく、また、生成工程の反応時間が過大となり製造効率が低下することを防止できる。 With such a particle size, it is easy to obtain a group of small silica particles with high uniformity in particle size, and it is possible to prevent the production efficiency from being lowered due to excessive reaction time in the production step.
シリカ小粒子の粒子径の測定方法は特に限定されず、例えば、レーザ回折散乱法により集団の平均粒子径を求めてもよく、電子顕微鏡像等の撮像画像から各シリカ小粒子の粒子径を求めてもよい。これは、後述のシリカ粒子の粒子径についても同様である。なお、シリカ小粒子およびシリカ粒子の「粒子径」とは、体積基準累積50%径を意図する。 The method for measuring the particle size of the small silica particles is not particularly limited. For example, the average particle size of a group may be determined by a laser diffraction scattering method, or the particle size of each small silica particle is determined from an image captured by an electron microscope or the like. may This also applies to the particle size of silica particles, which will be described later. The "particle diameter" of the small silica particles and the silica particles intends the volume-based cumulative 50% diameter.
(成長工程)
本発明の一実施形態に係るシリカ粒子の製造方法において、生成工程にて得られたシリカ小粒子の粒子径を成長させる成長工程を行う。成長工程としては、少なくとも第1成長工程を行う。また、第1成長工程とは独立して、第2成長工程をさらに行うことが好ましい。第1成長工程および第2成長工程はいずれも、シリカ小粒子を成長させる工程であり、1回の生成工程により得られたシリカ小粒子をそれぞれ用いる。第2成長工程は、複数回に分けて行ってもよい。
(Growth process)
In the method for producing silica particles according to one embodiment of the present invention, a growing step is performed to grow the particle size of the small silica particles obtained in the forming step. At least the first growth step is performed as the growth step. Moreover, it is preferable to further perform the second growth step independently of the first growth step. Both the first growth step and the second growth step are steps for growing small silica particles, and use small silica particles obtained by one generation step. The second growth step may be performed in multiple steps.
第1成長工程では、生成工程にて生成した複数のシリカ小粒子の一部である第1小粒子と、第2ケイ素アルコキシドを含む第1成長液とを混合する。これにより第1小粒子の粒子径を成長させ、シリカ小粒子よりも粒子径が大きいシリカ粒子を得る。第1成長工程において、第1小粒子の粒子径の成長は、生成工程と同様に、第2ケイ素アルコキシドの加水分解および重縮合により進行する。 In the first growth step, first small particles that are part of the plurality of small silica particles produced in the production step are mixed with a first growth liquid containing a second silicon alkoxide. Thereby, the particle diameter of the first small particles is increased to obtain silica particles having a particle diameter larger than that of the small silica particles. In the first growth step, growth of the particle size of the first small particles proceeds by hydrolysis and polycondensation of the second silicon alkoxide, as in the generation step.
第2成長工程では、第1成長工程とは独立して、生成工程にて生成したシリカ小粒子において第1小粒子以外の部分である第2小粒子の少なくとも一部と、第3ケイ素アルコキシドを含む第2成長液とを混合して、当該第2小粒子の粒子径を成長させる。第2成長工程において、第2小粒子の粒子径の成長は、生成工程と同様に、第3ケイ素アルコキシドの加水分解および重縮合により進行する。 In the second growth step, independently of the first growth step, at least part of the second small particles, which are portions other than the first small particles in the silica small particles produced in the production step, and a tertiary silicon alkoxide are combined. The particle size of the second small particles is grown by mixing with the second growth liquid containing the second small particles. In the second growth step, growth of the particle size of the second small particles proceeds by hydrolysis and polycondensation of the tertiary silicon alkoxide, as in the generation step.
「第1成長工程とは独立して」とは、第1成長工程とは異なる時間(例えば、第1成長工程よりも後)に第2成長工程を行う場合と、第1成長工程と略同時に、第1成長工程とは別個体の反応容器を用いて第2成長工程を行う場合と、の両方を少なくとも含む。 “Independently of the first growth step” means the case where the second growth step is performed at a different time from the first growth step (for example, after the first growth step), or substantially simultaneously with the first growth step. , and a case where the second growth step is performed using a reaction vessel separate from the first growth step.
第1成長工程では、生成工程にて得られたシリカ小粒子の全部ではなく、一部のみを使用する。シリカ小粒子の当該一部を、「第1小粒子」と称する。また、生成工程において得られたシリカ小粒子のうち、第1小粒子以外の部分を「第2小粒子」と称する。 In the first growing step, only some, but not all, of the small silica particles obtained in the growing step are used. This portion of the silica small particles is referred to as the "first small particles". In addition, among the silica small particles obtained in the production step, portions other than the first small particles are referred to as "second small particles".
第1小粒子の量は、生成工程にて生成したシリカ小粒子の全量でなければ特に限定されない。第1小粒子の量は、生成工程にて生成したシリカ小粒子全量の50質量%以下であってよく、40質量%以下であってもよく、30質量%以下であってもよく、20質量%以下であってもよく、10質量%以下であってもよい。多くの製造バッチにおいて、1回の生成工程から得られたシリカ小粒子を用いる観点から、第1小粒子の量は、生成工程にて生成したシリカ小粒子の20質量%以下であることが好ましい。 The amount of the first small particles is not particularly limited as long as it is the total amount of the small silica particles produced in the producing step. The amount of the first small particles may be 50% by mass or less, 40% by mass or less, 30% by mass or less, or 20% by mass of the total amount of the silica small particles generated in the generation step. % or less, or 10% by mass or less. From the viewpoint of using small silica particles obtained in one production step in many production batches, the amount of the first small particles is preferably 20% by mass or less of the small silica particles produced in the production step. .
第2小粒子は、第2成長工程において用いることが好ましい。第2小粒子は、1回の第2成長工程において全量を用いてもよく、一部のみ用いてもよい。例えば、第2成長工程を2回以上行う場合、第2小粒子を、第2成長工程を行う回数分に分けて、それぞれの第2成長工程において各部分を用いてもよい。例えば、第2成長工程を9回(すなわち、第1成長工程と合わせて10製造バッチ)行う場合、第1小粒子を生成工程にて生成したシリカ小粒子の10質量%とする。そして、各第2成長工程にて、それぞれ第2小粒子の1/9量(生成工程にて生成したシリカ小粒子の10質量%)を用いればよい。 The second small particles are preferably used in the second growth step. The second small particles may be used entirely or only partially in one second growth step. For example, when the second growth step is performed two or more times, the second small particles may be divided into the number of times the second growth step is performed, and each portion may be used in each of the second growth steps. For example, if the second growth step is performed 9 times (that is, 10 production batches including the first growth step), the first small particles are 10 mass % of the silica small particles produced in the production step. Then, in each second growth step, 1/9 amount of the second small particles (10% by mass of the silica small particles produced in the production step) may be used.
第1成長工程および複数回の第2成長工程を合わせた数が、1回の生成工程により得られたシリカ小粒子を用いてシリカ粒子を製造する製造バッチ数となる。これらの製造バッチ間では、成長前のシリカ小粒子の粒子径が高い均一性を有していることから、成長工程後のシリカ粒子についても、製造バッチ間で粒子径について高い均一性を得ることが容易である。 The total number of the first growth step and the number of second growth steps is the number of manufacturing batches for manufacturing silica particles using the small silica particles obtained by one generation step. Since the particle size of the small silica particles before growth is highly uniform between these production batches, it is possible to obtain high uniformity in particle size between production batches also for the silica particles after the growth process. is easy.
第2ケイ素アルコキシドおよび第3ケイ素アルコキシドはそれぞれ、第1ケイ素アルコキシドとして例示した化合物の中の1種または2種以上であってよい。第1ケイ素アルコキシド、第2ケイ素アルコキシドおよび第3ケイ素アルコキシドは、いずれも同一のケイ素アルコキシドであってもよく、それぞれ異なるケイ素アルコキシドであってもよい。第1成長工程と第2成長工程との間でシリカ粒子の粒子径を揃えるためには、第2ケイ素アルコキシドと第3ケイ素アルコキシドとは同種のケイ素アルコキシドであることが好ましい。 Each of the second silicon alkoxide and the tertiary silicon alkoxide may be one or more of the compounds exemplified as the first silicon alkoxide. The first silicon alkoxide, the second silicon alkoxide and the tertiary silicon alkoxide may all be the same silicon alkoxide, or they may be different silicon alkoxides. In order to make the particle size of the silica particles uniform between the first growth step and the second growth step, the second silicon alkoxide and the tertiary silicon alkoxide are preferably the same type of silicon alkoxide.
第2ケイ素アルコキシドは、第1ケイ素アルコキシドよりも反応効率が高いケイ素アルコキシドであることが好ましい。例えば、第1ケイ素アルコキシドがテトラエトキシシランである場合、第2ケイ素アルコキシドはテトラメトキシシランであることが好ましい。テトラメトキシシランは、テトラエトキシシランよりも分子におけるSi率が大きいため、シリカ粒子分散液中のシリカ粒子の濃度を高めやすい。 The second silicon alkoxide is preferably a silicon alkoxide with higher reaction efficiency than the first silicon alkoxide. For example, if the first silicon alkoxide is tetraethoxysilane, the second silicon alkoxide is preferably tetramethoxysilane. Since tetramethoxysilane has a higher Si ratio in the molecule than tetraethoxysilane, it is easy to increase the concentration of silica particles in the silica particle dispersion.
このように、生成工程と成長工程とでそれぞれ異なるケイ素アルコキシドを用いる構成によれば、シリカ粒子の粒子径の均一性を保ちながら、シリカ粒子の収率を高めることで製造コストを低減できる。 In this way, according to the configuration in which different silicon alkoxides are used in the formation step and the growth step, the production cost can be reduced by increasing the yield of silica particles while maintaining the uniformity of the particle size of the silica particles.
第1成長液および第2成長液はそれぞれ、第2ケイ素アルコキシドまたは第3ケイ素アルコキシドに加え、生成液において例示した溶媒および触媒を含む溶液であってよい。生成液、第1成長液および第2成長液におけるケイ素アルコキシド以外の成分組成は、互いに同条件であってもよく、異なっていてもよい。例えば、生成液では、粒子径を揃えるため水および/または触媒の割合を少なくしてゆっくり反応を進める一方、第1成長液および第2成長液では、反応効率を重視して水および/または触媒の割合を増加させてもよい。 Each of the first growth liquid and the second growth liquid may be a solution containing the second silicon alkoxide or the tertiary silicon alkoxide, as well as the solvent and catalyst exemplified in the production liquid. The component compositions other than the silicon alkoxide in the generation liquid, the first growth liquid, and the second growth liquid may be the same or different. For example, in the production liquid, the ratio of water and/or catalyst is reduced to make the particle size uniform, and the reaction proceeds slowly. may be increased.
第1成長工程と第2成長工程との間でシリカ粒子の粒子径を揃える場合、第1成長液および第2成長液の成分組成は同条件であることが好ましい。なお、本明細書において「同条件」とは、製造計画(製造プロトコル)上の条件が同一であればよく、製造実施において生じ得る誤差は許容する概念である。 When the particle size of the silica particles is uniform between the first growth process and the second growth process, it is preferable that the component compositions of the first growth liquid and the second growth liquid are the same. In this specification, the term "same conditions" means that the conditions in the manufacturing plan (manufacturing protocol) are the same, and any error that may occur in the manufacturing process is acceptable.
第1成長工程は、生成工程にて用いる反応容器と同様の反応容器により行われてよい。また、生成工程と第1成長工程とでは、ケイ素アルコキシド等の原料の使用量が異なる場合がある。そのため、第1成長工程において用いる反応容器は、生成工程において用いる反応容器とは容量が異なる反応容器であってもよい。 The first growth step may be performed in a reaction vessel similar to the reaction vessel used in the formation step. In addition, the amount of raw materials such as silicon alkoxide used may differ between the generation step and the first growth step. Therefore, the reaction vessel used in the first growth step may be a reaction vessel having a different capacity from the reaction vessel used in the formation step.
第1成長液の調整方法は特に限定されないが、例えば図2に示すように、反応容器に第1小粒子、溶媒および触媒を仕込み(S4)、第2ケイ素アルコキシドと触媒とを略同時に添加する(S5)方法が挙げられる。この方法によれば、粒子径の均一性が高い、球状のシリカ粒子を再現性良く製造できる。この場合、例えば、先に第2ケイ素アルコキシドの一部を反応容器に添加した後に、残りの第2ケイ素アルコキシドと触媒とを同時に添加してもよい。 Although the method for preparing the first growth liquid is not particularly limited, for example, as shown in FIG. 2, the reaction vessel is charged with the first small particles, the solvent and the catalyst (S4), and the second silicon alkoxide and the catalyst are added substantially simultaneously. (S5) method. According to this method, spherical silica particles having a highly uniform particle size can be produced with good reproducibility. In this case, for example, after part of the second silicon alkoxide is first added to the reaction vessel, the remaining second silicon alkoxide and the catalyst may be added at the same time.
また、第2ケイ素アルコキシドが2種以上のケイ素アルコキシドを含む場合、各々を同時に添加してもよく、各々を順次に添加してもよい。第1成長液に含まれる各成分の割合は、シリカ粒子の目標粒子径に応じて適宜選択すればよい。 Moreover, when the second silicon alkoxide contains two or more silicon alkoxides, each may be added simultaneously, or each may be added sequentially. The ratio of each component contained in the first growth liquid may be appropriately selected according to the target particle size of the silica particles.
第1成長液からシリカ小粒子の成長を行う反応温度は、第1成長液の成分組成およびシリカ粒子の目標粒子径に応じて、適宜選択すればよい。反応温度としては、例えば、-10~60℃の範囲であってよい。このような反応温度により、第2ケイ素アルコキシドの加水分解および重縮合を進行させる(S6、成長工程)ことで、第1小粒子の粒子径が成長する。 The reaction temperature for growing the small silica particles from the first growth liquid may be appropriately selected according to the composition of the first growth liquid and the target particle size of the silica particles. The reaction temperature may range, for example, from -10 to 60°C. At such a reaction temperature, the hydrolysis and polycondensation of the second silicon alkoxide proceed (S6, growth step), thereby growing the particle size of the first small particles.
第2成長工程における、反応容器、第2成長液の調整方法および反応温度については、第1成長工程と同様に適宜決定してよい。第1成長工程と第2成長工程との間でシリカ粒子の粒子径を揃える場合は、第2成長工程における第2小粒子と第2成長液との量比および混合温度を、第1成長工程における第1小粒子と第1成長液との量比および混合温度と同条件とすることが好ましい。また、これら以外の各条件についても、第1成長工程と第2成長工程との間で同条件とすることがより好ましい。 The reaction vessel, the method of adjusting the second growth liquid, and the reaction temperature in the second growth step may be appropriately determined in the same manner as in the first growth step. When the particle size of the silica particles is uniform between the first growth step and the second growth step, the amount ratio and mixing temperature of the second small particles and the second growth liquid in the second growth step are adjusted to It is preferable to set the same conditions as the quantitative ratio of the first small particles and the first growth liquid and the mixing temperature in . Further, it is more preferable to set the same conditions between the first growth step and the second growth step for each condition other than these.
第1成長工程により得られるシリカ粒子の粒子径は、特に限定されない。なお、シリカ粒子の目標粒子径が、例えば1.5μm以上のように比較的大きい場合、第1成長工程の後にシリカ粒子をさらに成長させる、追加成長工程を行ってもよい。例えば、生成工程において生成した約0.2μmの粒子径を有するシリカ小粒子を用いて、第1成長工程により約0.4μmの粒子径を有するシリカ粒子(中間粒子)を得る。その後、当該中間粒子の粒子径を成長させる追加成長工程を行い、約1.5μmまたはそれ以上の粒子径を有するシリカ粒子を得てもよい。 The particle size of the silica particles obtained in the first growth step is not particularly limited. When the target particle size of the silica particles is relatively large, for example, 1.5 μm or more, an additional growth step may be performed after the first growth step to further grow the silica particles. For example, silica particles (intermediate particles) having a particle diameter of about 0.4 μm are obtained in the first growth step using small silica particles having a particle diameter of about 0.2 μm produced in the production step. After that, an additional growth step for growing the particle size of the intermediate particles may be performed to obtain silica particles having a particle size of about 1.5 μm or more.
追加成長工程は、第2成長工程の後に行ってもよい。シリカ粒子の粒子径を製造バッチ間で揃えるためには、第1成長工程後に追加成長工程を行った場合、第2成長工程後にも、同様の追加成長工程を行うことが好ましい。また、追加成長工程における反応条件は、第1成長工程または第2成長工程と同条件であってもよく、異なる条件であってもよい。 The additional growth step may be performed after the second growth step. In order to make the particle size of the silica particles uniform between production batches, when the additional growth process is performed after the first growth process, it is preferable to perform the same additional growth process after the second growth process. Moreover, the reaction conditions in the additional growth step may be the same conditions as those in the first growth step or the second growth step, or may be different conditions.
(第2小粒子の保管)
第1成長工程よりも後に第2成長工程を行う場合、第2小粒子は、第2成長工程を行うまで保管しておくことができる。第2小粒子の保管条件は特に限定されない。
(Storage of second small particles)
If the second growth step is performed after the first growth step, the second small particles can be stored until the second growth step. Storage conditions for the second small particles are not particularly limited.
第2小粒子を保管する場合は、第2小粒子の凝集を防ぐ観点から、分散媒を添加してもよい。第2小粒子の保管中に第2小粒子を分散させる分散媒は、特に限定されないが、例えば、生成液において例示した溶媒であってよい。 When storing the second small particles, a dispersion medium may be added from the viewpoint of preventing aggregation of the second small particles. The dispersion medium for dispersing the second small particles during storage of the second small particles is not particularly limited, but may be, for example, the solvent exemplified for the generated liquid.
第2小粒子は、第2小粒子を分散させる分散媒に対して反応性を有さない保管容器内に保存することが好ましい。このような保管容器としては、例えば、ステンレス等の金属製または樹脂製の保管容器が挙げられる。また、第2小粒子の保管温度は、溶媒の気化を防ぐ観点からは、常温であることが好ましい。具体的には、例えば30℃以下であることが好ましく、20℃以下であることがより好ましい。また、分散媒の凝固を防ぐ観点から、分散媒の凝固点以上の温度であることが好ましく、例えば0℃以上であることが好ましい。 The second small particles are preferably stored in a storage container that is non-reactive with the dispersion medium in which the second small particles are dispersed. Examples of such storage containers include storage containers made of metal such as stainless steel or resin. Further, the storage temperature of the second small particles is preferably room temperature from the viewpoint of preventing evaporation of the solvent. Specifically, for example, the temperature is preferably 30° C. or lower, and more preferably 20° C. or lower. From the viewpoint of preventing solidification of the dispersion medium, the temperature is preferably equal to or higher than the solidification point of the dispersion medium, for example, 0° C. or higher.
第2小粒子を保管する雰囲気は、特に限定されないが、例えば空気または窒素等の不活性ガスであってよい。また、粒子同士の凝集を防ぐ観点からは、第2小粒子を常時、または定期的に攪拌することが好ましい。なお、第2小粒子は粒子径が小さく沈降速度が遅いため、保管中の攪拌は省略しても、十分に長期間の保管が可能である。 The atmosphere in which the second small particles are stored is not particularly limited, but may be, for example, air or an inert gas such as nitrogen. Moreover, from the viewpoint of preventing aggregation of the particles, it is preferable to stir the second small particles all the time or periodically. Since the second small particles have a small particle diameter and a slow sedimentation velocity, they can be stored for a sufficiently long period of time even if stirring during storage is omitted.
第2小粒子は、粒子径および分散媒等の条件にもよるが、一般的には生成工程後から約半年は、安定して分散媒中に分散した状態で保管可能である。以下は、第2小粒子の沈降速度について検討した結果である。 The second small particles can generally be stored in a state of being stably dispersed in the dispersion medium for about half a year after the production process, although this depends on the conditions such as the particle size and the dispersion medium. The following is the result of examining the sedimentation velocity of the second small particles.
条件は、粒子径(d)を0.06μm、粒子の密度(ρs)を2000kg/m3、分散媒の密度(ρL)を840kg/m3、分散媒の粘性(μL)を0.622kg/m・s、重力加速度(g)を9.8m/s2とした。 The conditions are a particle diameter (d) of 0.06 μm, a particle density (ρ s ) of 2000 kg/m 3 , a dispersion medium density (ρ L ) of 840 kg/m 3 , and a dispersion medium viscosity (μ L ) of 0. .622 kg/m·s, gravitational acceleration (g) was 9.8 m/s 2 .
粒子の密度については、第2小粒子が未焼成のシリカ小粒子であることを考慮した値とした。また、分散媒は水とメタノールとの2:8混合溶媒と仮定した。第2小粒子は球状であり、粒子径は十分に小さいことからストークスの法則が成立すると仮定し、下記式(1)により第2小粒子の沈降速度(ut)を求めた。 The density of the particles was determined taking into consideration that the second small particles were unfired small silica particles. Also, the dispersion medium was assumed to be a 2:8 mixed solvent of water and methanol. The sedimentation velocity (u t ) of the second small particles was determined by the following formula (1), assuming that Stokes' law holds because the second small particles are spherical and have sufficiently small particle diameters.
ut=d2(ρs-ρL)g/(18μL) (1)
この結果、上記条件における第2小粒子の沈降速度(ut)は、3.65×10-12m/sであった。これは、第2小粒子が分散媒中で沈降する距離が、半年で約0.05mm、1年でも約0.1mmであることを示している。この結果は、第2小粒子は沈降距離が非常に小さいため粒子同士の凝集が起こりにくく、少なくとも半年は安定して保管可能であることを示唆するものである。なお、保管容器中の第2小粒子を常時、または定期的に攪拌する場合、保管期間はさらに長期間としてよい。
u t =d 2 (ρ s −ρ L )g/(18 μ L ) (1)
As a result, the sedimentation velocity (u t ) of the second small particles under the above conditions was 3.65×10 −12 m/s. This indicates that the sedimentation distance of the second small particles in the dispersion medium is about 0.05 mm in half a year and about 0.1 mm in one year. This result suggests that since the sedimentation distance of the second small particles is very small, aggregation of the particles is unlikely to occur, and that the particles can be stably stored for at least half a year. In addition, when the second small particles in the storage container are constantly or periodically stirred, the storage period may be longer.
このように、第2小粒子は安定した状態で長期間の保管が可能である。そのため、本発明の一実施形態に係るシリカ粒子の製造方法によれば、第1成長工程を実施した後、長期間にわたって複数回行われる製造バッチにおいて、各製造バッチ間で粒子径が揃った、良好な再現性を有するシリカ粒子の製造が可能である。 Thus, the second small particles can be stored for a long period of time in a stable state. Therefore, according to the method for producing silica particles according to one embodiment of the present invention, in production batches that are performed multiple times over a long period of time after the first growth step, the particle diameters are uniform between each production batch. It is possible to produce silica particles with good reproducibility.
本発明の一実施例および比較例について以下に説明する。 An example and a comparative example of the present invention are described below.
(実施例に係る方法)
実施例では、1回の生成工程にて得られたシリカ小粒子を用いて、6回の成長工程(第1成長工程1回および第2成長工程5回)を行い、6製造バッチのシリカ粒子を得た。
(Method according to Example)
In the example, using silica small particles obtained in one production step, six growth steps (one first growth step and five second growth steps) were performed to produce six production batches of silica particles. got
具体的には、1m3の内容量を有する反応容器に、メタノール405.7kgおよび25%アンモニア水83kgを仕込み、液温を40℃に調整した。生成工程の第1ケイ素アルコキシドとして、テトラエトキシシラン10.4kgを用い、これをメタノール30.6kgに混合して40kg/min以上の速度で反応容器に投入した。投入終了後、液温40℃で30分間、攪拌下で生成反応を進行させる生成工程を行い、シリカ小粒子のスラリー約530kgを得た。 Specifically, 405.7 kg of methanol and 83 kg of 25% aqueous ammonia were charged into a reaction vessel having a capacity of 1 m 3 and the liquid temperature was adjusted to 40°C. 10.4 kg of tetraethoxysilane was used as the first silicon alkoxide in the production step, mixed with 30.6 kg of methanol, and charged into the reactor at a rate of 40 kg/min or higher. After the completion of the addition, a forming step was carried out at a liquid temperature of 40° C. for 30 minutes to advance the forming reaction under stirring, and about 530 kg of slurry of small silica particles was obtained.
次に、シリカ小粒子のスラリーを、59.8kgの第1小粒子のスラリーと残部(約470.2kg)の第2小粒子のスラリーとに分け、第1小粒子のスラリーを用いて第1成長工程を行った。第1成長工程では、4m3の内容量を有する反応容器に、第1小粒子のスラリー59.8kg、メタノール108.1kgおよび25%アンモニア水18.2kgを仕込み、液温を45℃に調整した。第1成長工程の第2ケイ素アルコキシドとして、テトラメトキシシラン1888.0kgを用い、これをメタノール188.8kgに混合して5kg/minの速度で、また25%アンモニア水840.0kgを2kg/minの速度でそれぞれ反応容器に同時に投入した。投入開始後、液温45℃で約420分間、攪拌下で成長反応を進行させる第1成長工程を行い、シリカ粒子を得た。 Next, the silica small particle slurry is divided into 59.8 kg of the first small particle slurry and the remainder (approximately 470.2 kg) of the second small particle slurry, and the first small particle slurry is used to prepare the first slurry. performed the growth process. In the first growth step, 59.8 kg of slurry of the first small particles, 108.1 kg of methanol and 18.2 kg of 25% aqueous ammonia were charged into a reaction vessel having an internal volume of 4 m3 , and the liquid temperature was adjusted to 45°C. . As the second silicon alkoxide in the first growth step, 1888.0 kg of tetramethoxysilane was used and mixed with 188.8 kg of methanol at a rate of 5 kg/min. were charged into the reaction vessel at the same speed. After the start of charging, a first growth step was performed at a liquid temperature of 45° C. for about 420 minutes to allow the growth reaction to proceed under stirring to obtain silica particles.
また、第1成長工程とは独立して、第2小粒子のスラリーから59.8kgずつの5部分を分取し、これらを用いて5回の第2成長工程を行った。第2成長工程の、各原料の投入量、反応温度および反応時間等の条件は全て、第1成長工程と同条件とした。このように、1回の生成工程に対して、第1成長工程および第2成長工程合わせて6製造バッチのシリカ粒子の製造を行った。 In addition, independently of the first growth step, five portions of 59.8 kg each were taken from the slurry of the second small particles, and these were used to perform the second growth step five times. The conditions of the second growth process, such as the input amount of each raw material, the reaction temperature and the reaction time, were all the same as those of the first growth process. In this way, six production batches of silica particles were produced in total in the first growth step and the second growth step for one generation step.
(比較例に係る方法)
比較例では、生成工程にて得られたシリカ小粒子の全量を比較例に係る成長工程に用いる製造方法を6回行い、6製造バッチのシリカ粒子を得た。
(Method according to Comparative Example)
In the comparative example, the manufacturing method in which the entire amount of the silica small particles obtained in the production step is used in the growth step according to the comparative example was performed six times to obtain six manufacturing batches of silica particles.
具体的には、500Lの内容量を有する反応容器に、メタノール45.8kgおよび25%アンモニア水9.4kgを仕込み、液温を40℃に調整した。シリカ粒子の原料となるケイ素アルコキシドとして、テトラエトキシシラン1.2kgを用い、これをメタノール3.5kgに混合して40kg/min以上の速度で反応容器に投入した。投入終了後、液温40℃で30分間、攪拌下でシリカ小粒子の生成反応を進行させ、シリカ小粒子のスラリー約59.9kgを得た。 Specifically, 45.8 kg of methanol and 9.4 kg of 25% aqueous ammonia were charged into a reaction vessel having a capacity of 500 L, and the liquid temperature was adjusted to 40°C. 1.2 kg of tetraethoxysilane was used as a silicon alkoxide as a raw material for silica particles, mixed with 3.5 kg of methanol, and charged into a reactor at a rate of 40 kg/min or higher. After the completion of the addition, the reaction for producing small silica particles was allowed to proceed under stirring at a liquid temperature of 40° C. for 30 minutes, and about 59.9 kg of slurry of small silica particles was obtained.
次に、得られたシリカ小粒子のスラリー全量を用いて成長工程を行った。成長工程では、4m3の内容量を有する反応容器に、シリカ小粒子のスラリー59.9kg、メタノール108.1kgおよび25%アンモニア水18.2kgを仕込み、液温を45℃に調整した。成長工程のケイ素アルコキシドとして、テトラメトキシシラン1888.0kgを用い、これをメタノール188.8kgに混合して5kg/minの速度で、また25%アンモニア水840.0kgを2kg/minの速度でそれぞれ反応容器に同時に投入した。投入開始後、液温45℃で約420分間、攪拌下で成長反応を進行させ、シリカ粒子を得た。 Next, a growth step was performed using the entire amount of the resulting slurry of small silica particles. In the growth step, 59.9 kg of slurry of small silica particles, 108.1 kg of methanol and 18.2 kg of 25% aqueous ammonia were charged into a reaction vessel having a capacity of 4 m 3 and the liquid temperature was adjusted to 45°C. 1888.0 kg of tetramethoxysilane was used as the silicon alkoxide in the growth step, mixed with 188.8 kg of methanol and reacted at a rate of 5 kg/min, and 840.0 kg of 25% aqueous ammonia was reacted at a rate of 2 kg/min. were put into the container at the same time. After the start of charging, the growth reaction was allowed to proceed under stirring at a liquid temperature of 45° C. for about 420 minutes to obtain silica particles.
比較例では、上記の一連の製造方法を6回行うことで、6製造バッチのシリカ粒子の製造を行った。 In a comparative example, six production batches of silica particles were produced by performing the series of production methods described above six times.
(結果)
実施例または比較例に係る方法にて得られたシリカ小粒子およびシリカ粒子の平均粒子径(体積基準累積50%径)について、レーザ回折散乱法(ベックマンコールター製、LS13320)によって求めた。実施例に係るシリカ小粒子の平均粒子径は0.06μmであった。当該シリカ小粒子を用いた6製造バッチにより得られたシリカ粒子をそれぞれ800℃で10時間焼成を行い、旋回流型ジェットミル(セイシン企業製、STJ-200)を用いて解砕処理を施した。解砕の条件は、旋回圧0.5MPa、旋回エアー量2.4m3/min、押込圧0.6MPa、供給速度10kg/hであった。シリカ粒子の平均粒子径はそれぞれ、0.765μm、0.766μm、0.757μm、0.761μm、0.761μm、0.781μmであった。シリカ粒子の球形度はそれぞれ、0.96、0.97、0.97、0.95、0.97、0.96であった。
(result)
The average particle size (volume-based cumulative 50% diameter) of the small silica particles and silica particles obtained by the method according to Examples or Comparative Examples was determined by a laser diffraction scattering method (LS13320 manufactured by Beckman Coulter). The average particle size of the silica small particles according to the example was 0.06 μm. Silica particles obtained from 6 production batches using the silica small particles were each calcined at 800° C. for 10 hours and pulverized using a swirling jet mill (STJ-200, manufactured by Seishin Enterprises). . The crushing conditions were a swirl pressure of 0.5 MPa, a swirl air amount of 2.4 m 3 /min, a pushing pressure of 0.6 MPa, and a feed rate of 10 kg/h. The average particle sizes of silica particles were 0.765 μm, 0.766 μm, 0.757 μm, 0.761 μm, 0.761 μm and 0.781 μm, respectively. The sphericity of the silica particles was 0.96, 0.97, 0.97, 0.95, 0.97 and 0.96, respectively.
なお、シリカ粒子の球形度は、SEM(日本電子製、JSM-6060)により観察して求めた。具体的には、1000個以上のシリカ粒子について観察し、画像処理プログラム(Soft Imaging System GmbH製、AnalySIS)を用いて各々のシリカ粒子の球形度を計測し、その平均を求めた。各々のシリカ粒子の球形度は、次式により算出した;
球形度=4π×(面積)/(周囲長)2
実施例に係る6製造バッチの平均の平均粒子径は0.765μm、標準偏差は0.008μmであった。
The sphericity of the silica particles was determined by observation with an SEM (JSM-6060, manufactured by JEOL Ltd.). Specifically, 1000 or more silica particles were observed, the sphericity of each silica particle was measured using an image processing program (Soft Imaging System GmbH, AnalySIS), and the average was determined. The sphericity of each silica particle was calculated by the following formula;
Sphericality = 4π × (area) / (perimeter) 2
The average mean particle size of the 6 production batches according to the example was 0.765 μm with a standard deviation of 0.008 μm.
また、比較例に係る6製造バッチにより得られたシリカ小粒子の平均粒子径はそれぞれ、0.06μm、0.08μm、0.06μm、0.07μm、0.06μm、0.07μmであった。これらのシリカ小粒子から各々得られたシリカ粒子を、それぞれ実施例と同条件で焼成および解砕した。シリカ粒子の平均粒子径はそれぞれ、0.753μm、0.784μm、0.766μm、0.788μm、0.759μm、0.779μmであった。シリカ粒子の球形度はそれぞれ、0.95、0.97、0.97、0.96、0.96、0.96であった。比較例に係る6製造バッチの平均の平均粒子径は0.772μm、標準偏差は0.014μmであった。 In addition, the average particle sizes of the small silica particles obtained from the six production batches according to the comparative example were 0.06 μm, 0.08 μm, 0.06 μm, 0.07 μm, 0.06 μm, and 0.07 μm, respectively. Silica particles obtained from these small silica particles were calcined and pulverized under the same conditions as in Examples. The average particle sizes of the silica particles were 0.753 μm, 0.784 μm, 0.766 μm, 0.788 μm, 0.759 μm and 0.779 μm, respectively. The sphericity of the silica particles was 0.95, 0.97, 0.97, 0.96, 0.96, 0.96, respectively. The average particle size of the six production batches according to the comparative example was 0.772 μm, and the standard deviation was 0.014 μm.
このように、実施例に係るシリカ粒子の製造方法と比べて、比較例に係る方法では、6製造バッチ間の標準偏差が2倍近くであり、製造バッチ間のばらつきが大きかった。以上より、本発明の一実施形態に係るシリカ粒子の製造方法によれば、製造バッチ間で粒子径のばらつきが小さい、再現性の良好なシリカ粒子の製造が可能であった。 Thus, compared with the method for producing silica particles according to the example, in the method according to the comparative example, the standard deviation among the six production batches was nearly double, and the variation among the production batches was large. As described above, according to the method for producing silica particles according to one embodiment of the present invention, it was possible to produce silica particles with good reproducibility and small variations in particle size between production batches.
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態/各実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態/実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
[Additional notes]
The present invention is not limited to the above-described embodiments/examples, and can be modified in various ways within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments/examples are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、例えば、半導体封止材等の電子材料またはフィルム製造用等の各種樹脂組成物の充填材に用いるシリカ粒子の製造に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used, for example, in the production of silica particles used as fillers for electronic materials such as semiconductor encapsulating materials or various resin compositions for producing films.
Claims (4)
複数の前記シリカ小粒子の一部である第1小粒子と、第2ケイ素アルコキシドを含む第1成長液とを混合して、前記第1小粒子の粒子径を成長させ前記シリカ小粒子よりも粒子径が大きいシリカ粒子を得る第1成長工程と、を含むことを特徴とする、シリカ粒子の製造方法。 a production step of producing a plurality of small silica particles from a production liquid containing the first silicon alkoxide;
First small particles that are part of the plurality of small silica particles and a first growth liquid containing a second silicon alkoxide are mixed to grow the particle diameter of the first small particles to a size larger than that of the small silica particles. and a first growth step for obtaining silica particles having a large particle size.
前記第2成長工程における前記第2小粒子と前記第2成長液との量比および混合温度は、前記第1成長工程における前記第1小粒子と前記第1成長液との量比および混合温度と同条件とすることを特徴とする、請求項2に記載のシリカ粒子の製造方法。 The component compositions of the first growth liquid and the second growth liquid are the same, and
The quantity ratio and mixing temperature of the second small particles and the second growth liquid in the second growth step are the same as the quantity ratio and mixing temperature of the first small particles and the first growth liquid in the first growth step. 3. The method for producing silica particles according to claim 2, wherein the same conditions are used.
前記第2ケイ素アルコキシドはテトラメトキシシランであることを特徴とする、請求項1から3の何れか1項に記載のシリカ粒子の製造方法。 the first silicon alkoxide is tetraethoxysilane;
4. The method for producing silica particles according to claim 1, wherein the second silicon alkoxide is tetramethoxysilane.
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