JP2012140281A - 非球状シリカ微粒子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非球状シリカ微粒子の製造方法であって、塩基性アミノ酸(成分A)と加水分解性シラン化合物(成分B)と水性溶媒(成分C)とを含む混合液中で、前記加水分解性シラン化合物(成分B)の加水分解反応および縮合反応を行う工程を含み、塩基性アミノ酸(成分A)に対する加水分解性シラン化合物(成分B)の混合モル比(成分B/成分A)が200〜2000であり、非球状シリカ微粒子の、DLS粒子径が10〜300nmである非球状シリカ微粒子の製造方法。
【選択図】図1
Description
塩基性アミノ酸(成分A)と加水分解性シラン化合物(成分B)と水性溶媒(成分C)とを含む混合液中で、前記加水分解性シラン化合物(成分B)の加水分解反応および縮合反応を行う工程を含み、
塩基性アミノ酸(成分A)に対する加水分解性シラン化合物(成分B)の混合モル比(成分B/成分A)が200〜2000であり、
前記非球状シリカ微粒子の、動的光散乱法によって測定される体積平均粒子径が10〜300nmである。
塩基性アミノ酸(成分A)は、加水分解性シラン化合物(成分B)の加水分解、縮合反応の触媒(アルカリ剤)として機能するとともに、シリカ核とシリカ微粒子の双方に作用して粒子成長制御に寄与し、且つ、得られた非球状シリカ微粒子の分散安定に寄与しているものと推察される。塩基性アミノ酸(成分A)のモル量が、加水分解性シラン化合物(成分B)のモル量に対して多すぎると、加水分解性シラン化合物(成分B)の加水分解反応および縮合反応が一気に起こる。その結果、シリカ核が多量に生成し、粒子成長しにくいため、DLS粒子径が大きい非球状シリカ微粒子が得られない。一方、塩基性アミノ酸(成分A)のモル量が、加水分解性シラン化合物(成分B)のモル量に対して少なすぎると、加水分解性シラン化合物(成分B)の加水分解反応および縮合反応の速度が遅く、製造効率が悪化するだけでなく、粒子成長しすぎて粗大なシリカ粒子が得られる。
加水分解性シラン化合物(B)は、アルコキシシラン等の加水分解によりシラノール化合物を生成する物質であり、具体的には、下記一般式(1)〜(5)で示される化合物、又はこれらの組合せを挙げることができる。式中、R1はそれぞれ独立して、ケイ素原子に直接炭素原子が結合している有機基を示し、R2は炭素原子を1〜4個有する炭化水素基又はフェニレン基を示し、Yは加水分解によりヒドロキシ基になる1価の加水分解性基を示す。
SiY4 (1)
R1SiY3 (2)
R1 2SiY2 (3)
R1 3SiY (4)
Y3Si−R2−SiY3 (5)
水性溶媒(成分C)は、水を主成分とする溶媒である。混合液中における水性溶媒(成分C)の含有量は、非球状シリカ微粒子の構造制御の容易性、コスト低減、汎用性拡大の観点から、80〜99質量%が好ましく、90〜99質量%がより好ましい。水性溶媒(成分C)中における水の含有量は、50質量%を超え100質量%以下であると好ましく、80〜100質量%であるとより好ましく、100質量%が更に好ましい。水性溶媒(成分C)中における水の含有量が50質量%を超えると、コストが低くなるだけでなく、エコロジーの観点からも好ましい。更に、加水分解性シラン化合物(成分B)の加水分解反応および縮合反応が効率良く進行し、非球状シリカ微粒子の製造効率が向上することからも好ましい。
上記成分A、成分B、および成分Cの混合順序は、特に制限は無いが、非球状シリカ微粒子の構造制御の容易性およびコスト低減の観点から、塩基性アミノ酸(成分A)を水性溶媒(成分C)に溶解した後、得られた溶液に加水分解性シラン化合物(成分B)を添加するのが好ましい。非球状シリカ微粒子の構造制御の容易性観点から、加水分解性シラン化合物(成分B)は上記溶液にゆっくり添加するのではなく、一気に全量添加するのが好ましい。尚、混合液に、上記成分A、成分B、および成分Cが含まれる場合、非球状シリカ微粒子の構造制御の容易性の観点から、混合液は、上記成分A、成分B、および成分Cからなると好ましい。
本発明の製造方法により得られる非球状シリカ微粒子の粒子形状は、凹凸状、楕円状、数珠状、マユ型、棒状、紡錘状、針状など様々な粒子形状が挙げられる。非球状シリカ微粒子の形状は、非球状シリカ微粒子の用途にもよるが、汎用性や性能発現の観点から、凹凸状、楕円状、数珠状がより好ましく、凹凸状、楕円状が更に好ましく、凹凸状がより一層好ましい。本発明の製造方法により得られる非球状シリカ微粒子のDLS粒子径は10〜300nmである。
透過型電子顕微鏡(TEM)(日本電子株式会社製、商品名:JEM−2100)を用いてシリカ微粒子の観察を行った。加速電圧は160kVとした。
動的光散乱光度計(DLS)(マルバーン株式会社製、商品名:データサイザーNano−ZS)を用いて、後述する実施例1〜2及び比較例1〜2で得たシリカ微粒子のDLS粒子径を測定した。測定にあたっては、実施例1〜2及び比較例1〜2で得られた反応終了原液をそのまま用いた。パラメーターとして、粒子にはシリカの屈折率1.45、吸収係数0.01を、溶媒には水の屈折率1.333、吸収係数0を用いた。測定温度は25℃、測定時間は10秒、測定回数は5回、平衡時間0分とし、装置付属の解析ソフトを用いてキュムラント法にて解析を行った。表1に記載のDLS粒子径は、測定数5の平均値である。
300mLナス型フラスコ中において、L(+)−アルギニン(和光純薬製)0.025gを水280gに溶解させた後、当該溶解液にテトラエトキシシラン(和光純薬製)20gを添加した。得られた混合液中のテトラエトキシシランの濃度は、SiO2質量換算濃度で表すと、1.9質量%である。この混合液を磁気攪拌器で撹拌しながら、85℃で3日間反応させることにより、二相分離の無い均一な微白色混合液(シリカ微粒子分散液)を得た。微白色混合液(反応終了原液)の25℃におけるpHは8.5であった。得られたシリカ微粒子のDLS粒子径を表1に示す。
L(+)−アルギニンの代わりにL−ヒスチジン(和光純薬製)0.025gを用いたこと以外は、実施例1と同様にしてシリカ微粒子を製造した。得られた混合液中のテトラエトキシシランの濃度は、SiO2質量換算濃度で表すと、1.9質量%である。得られたシリカ微粒子のDLS粒子径を表1に示す。反応終了原液の25℃におけるpHは8.1であった。
L(+)−アルギニン1gを用いたこと以外は、実施例1と同様にしてシリカ微粒子を製造した。得られたシリカ微粒子のDLS粒子径を表1に示す。反応終了原液の25℃におけるpHは9.7であった。
L(+)−アルギニンの代わりに28%アンモニア水溶液(シグマアルドリッチ製)0.2gを用いたこと以外は、実施例1と同様にしてシリカ微粒子を製造した。得られたシリカ微粒子のDLS粒子径を表1に示す。反応終了原液の25℃におけるpHは8.6であった。
Claims (4)
- 非球状シリカ微粒子の製造方法であって、
塩基性アミノ酸(成分A)と加水分解性シラン化合物(成分B)と水性溶媒(成分C)とを含む混合液中で、前記加水分解性シラン化合物(成分B)の加水分解反応および縮合反応を行う工程を含み、
前記塩基性アミノ酸(成分A)に対する前記加水分解性シラン化合物(成分B)の混合モル比(成分B/成分A)が200〜2000であり、
前記非球状シリカ微粒子の、動的光散乱法によって測定される体積平均粒子径が10〜300nmである、非球状シリカ微粒子の製造方法。 - 上記(成分A)が、アルギニン、ヒスチジンおよびリジンからなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1記載の非球状シリカ微粒子の製造方法。
- 前記混合液に含まれる全成分混合直後の前記混合液中における上記(成分A)の濃度が、1〜500ppmである請求項1または2に記載の非球状シリカ微粒子の製造方法。
- 上記(成分B)がテトラアルコキシシランである請求項1〜3のいずれかの項に記載の非球状シリカ微粒子の製造方法。
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