JPH05338B2 - - Google Patents

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JPH05338B2
JPH05338B2 JP59256363A JP25636384A JPH05338B2 JP H05338 B2 JPH05338 B2 JP H05338B2 JP 59256363 A JP59256363 A JP 59256363A JP 25636384 A JP25636384 A JP 25636384A JP H05338 B2 JPH05338 B2 JP H05338B2
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Tsuneo Kimura
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は無水ケイ酸の水分散液組成物に関する
ものである。 詳しくは、半導体用研摩材、各種フイルムのブ
ロツキング防止剤、感光紙等の表面処理剤、ガラ
ス繊維等の接着助剤、織物の仕上剤、エマルジヨ
ンやワツクスの安定剤などの用途に好適な、無水
ケイ酸(以下、単にシリカという)の水分散液組
成物に関するものである。 〔従来技術〕 従来、シリコンを初めとする半導体材料の研摩
材として、シリカをコロイド状に分散したシリカ
ゾルが主に用いられている。 SiO2粒子の製造法は湿式法と乾式法の二つに
大別され、得られる粒子の形状は、一般に湿式法
の場合は不定形で角ばつた粒子となるのに対し
て、乾式法のものは、丸みを帯びた略球形の粒子
である。半導体材料の研摩材の砥粒には両者とも
用いられているが、メカノケミカル反応を利用し
た研摩の場合には、シリカ粒子の形状からして、
乾式のシリカの方が研摩表面品位が向上し、好ま
しいことが知られている。(例えば特公昭57−
20350号参照)乾式法で製造されたシリカはNa等
のアルカリ金属を含まず高純度のものが得られる
ため該用途の砥粒として特に好ましいものであ
る。しかしながら乾式法で製造されたシリカは凝
集、増粘効果が大きく10%以上のシリカ濃度では
ゲル化して研摩剤として使用出来ない欠点を有し
ていた。一方、10%以下の低濃度に於いては、シ
リカの沈降が有り、かかる沈降を防止する目的
で、例えば特開昭54−128890号には水に可溶性の
カルボキシポリメチレンゴム又はキサンタムゴム
を含有させることが、又同公報には従来、水溶性
セルロース誘導体を含有させたことが記されてい
る。しかしながら、かかる水溶性有機高分子等の
沈降防止剤を添加して沈降を抑える方法では、大
量の使用によつて初めて効果を達成することがで
きたり、効果が達成されたとしてもスラリーが高
粘性となるのに加えて、本来研摩材としては好ま
しからざる有機物の混入量が多くなるという欠点
を有していた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、かかる問題を解決し、高濃度でも粘
度が低く、水溶性有機高分子等の沈降防止剤等を
添加しなくても粒子の沈降がないシリカの水分散
液組成物に関するものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の要旨は、表面シラノール基密度が100
2当り0.3個以上3個以下の範囲の乾式法で製造
された無水ケイ酸を水系溶媒に分散させたことを
特徴とする水分散液組成物に存する。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明で使用されるシリカは、乾式法で製造さ
れたものであり、比表面積が60〜600m2/g、好
ましくは100〜500m2/gのものである。シリカの
乾式製造法としては、揮発性の金属または非金属
化合物を蒸気又はガスの状態で熱分解する方法、
ケイ素微粉の燃焼、硫化ケイ素の燃焼等種々挙げ
られるが、特に限定されるものではない。 通常、乾式法で得られたシリカの表面シラノー
ル基密度は、100Å2当り3個より大であるが本発
明では、乾式法で製造されたシリカの表面シラノ
ール基密度を100Å2当り、0.3個以上3個以下、
好ましくは0.5個以上2.5個以下、更に好ましくは
0.5個以上2個より少なくしておくことが必要で
ある。 表面シラノール基密度を減少させる方法として
は、シラン系、アルミ系、有機チタン系、有機リ
ン系等の各種カツプリング剤の利用、アルコール
とのエステル化反応の利用等が挙げられる。又、
単に500℃以上の加熱処理による、シラノール基
の縮合により減少させることも可能である。要す
るに処理方法のいかんにかかわらず、最終的にシ
ラノール基が上記の値まで減少していれば良い。 表面シラノール基密度が本発明の範囲外のシリ
カを水系溶媒に分散させた場合には、分散液の高
粘性あるいは、シリカの沈降性が認められ好まし
くない。特に、カツプリン剤を使用して表面シラ
ノール基密度を減少させる場合、該密度が0.3
個/100Å2より小さくなると、粘性や揺変性が発
現し好ましくない。この理由は明らかではない
が、非常に高い疎水性にしたため、本来の水素結
合による作用とは異なつた疎水結合的な力が働い
ているものと推測される。 一方カツプリング剤等で有機基を導入してシラ
ノール基の減少を図る場合には、疎水性が強くな
りすぎて、水系溶媒に濡れなくなつたり、均一に
分散することが困難になる場合があるので、表面
シラノール基密度が本発明の範囲内にあるような
範囲で、カツプリング剤等の量を控える等の配慮
が必要である。かかる処理の目安としては、有機
元素分析装置により測定した、有機基を導入した
シリカ中の有機炭素含量によつて判断しうる。 カツプリング剤により該シリカに有機基を導入
して、表面シラノール基密度を本発明の範囲にす
る場合には、該処理後のシリカ中の全有機炭素の
含有量が3wt%以上では疎水性が強く、水系溶媒
に均一に分散することは困難であるので、全有機
炭素の含有量が0.1〜3.0wt%の範囲とするのが好
ましい。カツプリング剤による処理方法は特に限
定されるものではなく、通常の液相処理、気相処
理が適用出来る。又、アルコールのエステル化反
応を利用して該シリカに有機基を導入して表面シ
ラノール基密度を本発明の範囲にする場合には、
前述の該シリカ中の全有機炭素の含有量を0.1〜
6.0wt%の範囲とするのが好ましい。6.0wt%を超
えるものは疎水性が強く水系溶媒へは分散し難
い。 アルコールの種類としては、炭素数1〜18まで
の飽和一価アルコールが好ましい。処理方法とし
ては気相処理が好ましく温度は処理に用いるアル
コールの沸点以上、350℃以下の温度が好ましい。 一般に、シラノール基密度が0.3個/100Å2
越える場合該シリカ中の全有機炭素含有量が多い
もの程親水性が小さくなり、水系溶媒に分散させ
た場合、粘性が小さくなる傾向にあるので、全有
機炭素含有量は、上記範囲内で大きい程粘性が小
さく好ましい。 かくして得られたシリカの表面シラノール基を
測定するには、その反応性を利用して種々の方法
で定量できるが、本発明に於てはN2吸着による
BET法で求めたシリカの比表面積と、シリカを
下記反応式(1)に従つてLiAlH4と反応させて発生
した水素をガスクロマトフラフイーにより定量し
た値から、下記計算式に基づいて求めることがで
きる。 4Si−OH+LiAlH4ジオキサン ―――――――→ Si―O―Li+(―Si―O―)3Al+4H2↑(1) シラノール基密度〔個/100Å2〕=X×N/A×1020× 100 N:アボガドロ定数 6.023×1023 A:シリカの比表面積〔m2/g〕 X:シリカ1gとLiAlH4の反応で発生する水
素量〔mol/g〕 上述のシリカを分散させる水系溶媒とは、水の
み又は水に可溶な有機溶媒を含む水溶液を意味す
る。水に可溶な有機溶媒としては、具体的にはメ
タノール、エタノール、イソプロパノール、グリ
セリン等のアルコール類、アセトン等のケトン
類、酢酸メチル等のエルテル類、ギ酸、酢酸等の
有機カルボン酸類、ジメチルアミン等の有機アミ
ン類、ホルマリン、アセトアルデヒド等のアルデ
ヒド類、ジオキサン、テトラヒドロフラン等であ
る。 本発明の無水ケイ酸の水分散液は、上記水系溶
媒に、上述のシリカを5〜50wt%分散させるこ
とにより得られる。 水系溶媒への該シリカの分散方法としては、通
常の攪拌機、ホモミキサー、高剪断ブレンダー等
が利用出来るが、該シリカの水系溶媒中への分散
が悪いと、沈降傾向が現れたり、粘度が異常に高
いものとなる要因にもなるので懸濁状態の均一化
を図かるため高剪断型の分散機を用いることが望
ましい。 〔実施例〕 以下、実施例により本発明を更に詳細に説明す
るが、本発明は、以下の実施例により何等限定さ
れるものではない。 表面シラノール基密度の測定 シリカを、温度120℃、圧力15mmHg以下で3
時間減圧乾燥して付着水分の除去を行なう。次に
脱水したジオキサン30mlに対し該シリカ1.0gを
加え、超音波等により十分分散させたスラリー液
を調整する。 反応槽として25mlのガラス製三角フラスコを使
用し、その中に0.3gのLiAlH4と脱水ジオキサン
10mlを加え攪拌しておき、該シリカ分散スラリー
を注射器により1ml分取後、反応槽に注入して反
応させる。該シリカ表面のシラノール基と
LiAlH4の反応により発生した水素をガスクロマ
トグラフイーにより定量し、発生した水素量
X′molを求める。 この場合の反応は前記反応式(1)の様に表わされ
るがこの反応によればシラノール基1個につき水
素分子1個が発生する。別途N2吸着によるBET
法で、該シリカの比表面積A〔m2/g〕を求めて
おけば次式によりシラノール基密度を求められ
る。 シラノール基密度〔個/100Å2〕 =30×X′×N/A×1020×100 N:アボガドロ定数 6.023×1023 実施例 1 乾式シリカとして日本アエロジル社のアエロジ
ル#200(平均1次粒径、16mμ、比表面積200
m2/g、シラノール基密度4.0個/100Å2、全有
機炭素量0.03wt%)を使用し、これをシラン系カ
ツプリング剤のメチルトリメトキシシランで気相
処理(150℃、10分反応)して得た粉体は全有機
炭素量が0.5wt%、表面シラノール基密度が2.5
個/100Å2のものであつた。 この処理シリカを脱イオン水に分散して得た各
種濃度のスラリー液の粘度を表1に示した。これ
らのものは1ケ月を経ても粒子の沈降は認められ
なかつた。 実施例 2 実施例1と同じ乾式シリカ(アエロジル#200)
をn―ブチルアルコールで気相処理(230℃、10
分反応常圧系)して得られた粉体は全有機炭素量
が0.8wt%、表面シラノール基密度が1.9個/100
2のものであつた。 この処理シリカを脱イオン水に分散して得た各
種濃度のスラリー液の粘度を表1に示した。これ
らのものは1ケ月を経ても粒子の沈降は認められ
なかつた。 実施例 3 実施例1と同じ乾式シリカ(アエロジル#200)
を700℃で2時間熱処理して得た粉体は、全有機
カーボン量が0.02wt%、表面シラノール基密度が
2.2個/100Å2のものであつた。 この処理シリカを脱イオン水に分散し、更にア
ンモニア水でPHを10.5に調整して得た各種濃度の
スラリー液の粘度を表1に示した。 これらのものは1ケ月を経ても粒子の沈降は認
められなかつた。 実施例 4 実施例1と同じ乾式シリカ(アエロジル#200)
を、ヘキサメチルジシラザン(CH33SiNHSi
(CH33の蒸気で気相処理(200℃、60分反応)し
て得た粉体は全有機炭素量が2.1wt%、表面シラ
ノール基密度が0.8個/100Å2のものであつた。 この処理シリカをイソプロパノールの50vol%
水溶液に分散して得た各種濃度のスラリー液の粘
度を表1に示した。 これらのものは1ケ月を経ても粒子の沈降は認
められなかつた。 比較例 1 実施例1と同じ乾式シリカ(アエロジル#200)
をそのまま脱イオン水に分散させた結果、SiO2
濃度10wt%スラリー液の粘度(25℃)は5100cp
と非常に高粘度のものであつた。又、20wt%ス
ラリー液ではゲル化が著しく調整不能であつた。 SiO2濃度5wt%の低濃度スラリー液の粘度(25
℃)は13c.p.で低粘度であつたが、3日後に粒子
の大部分が沈降していた。 比較例 2 実施例1と同じ乾式シリカ(アエロジル#200)
をヘキサメチルジシラザン(CH33SiNHSi
(CH33の蒸気で気相処理(350℃、30分反応)し
て得た粉体は、全有機炭素量が3.0wt%、表面シ
ラノール基密度が0.25個/100Å2のものであつ
た。 この処理シリカをイソプロパノールの50vol%
水溶液に分散した結果、SiO2濃度10wt%該スラ
リー液で65c.p.を示し、同様に20wt%該スラリー
液で7000c.p.を示した。 SiO2濃度10wt%該スラリー液のものは比較的
低濃度であるが、3日後に粒子の一部が沈降して
いた。
〔発明の効果〕
本発明による水分散液組成物は、貯蔵安定性が
良好であり1ケ月を経てもシリカ粒子の沈降が無
いか万一沈降するものがあつても若干の振盪で容
易に分散して均一のスラリーとなる。又、シリカ
の沈降防止の目的で従来添加されていた、水溶性
高分子等は添加しなくても十分効果があり、又、
PH調整剤として通常用いられる有機アミン類や苛
性ソーダ、水酸化アンモニウム等を必要に応じて
添加する事もできる。 本発明の水分散液組成物は、シリカ濃度が比較
的高くても低粘性で分散性に優れているため、特
に半導体等の金属用研摩材として有効である。
【特許請求の範囲】
1 放射性不純物が10ppb以下、イオン性不純物
がシリカゲルを煮沸浸出した抽出水の25℃におけ
る電気伝導度として100μS/cm以下の不純物量で
あることを特徴とする高純度シリカゲル。
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