JPH11199218A - 絶縁材料用微細球状シリカの製造方法 - Google Patents

絶縁材料用微細球状シリカの製造方法

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JPH11199218A
JPH11199218A JP1346598A JP1346598A JPH11199218A JP H11199218 A JPH11199218 A JP H11199218A JP 1346598 A JP1346598 A JP 1346598A JP 1346598 A JP1346598 A JP 1346598A JP H11199218 A JPH11199218 A JP H11199218A
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達郎 平野
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伸和 鈴木
Toshio Shiobara
利夫 塩原
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 平均粒径が2μm以下であり、95℃で
20時間純水で抽出したときのアルカリ金属元素量が5
0ppm以上である微細球状粗シリカ原料を500℃以
上の高温で酸素存在下で熱処理した後、鉱酸水溶液で洗
浄することを特徴とする、95℃で20時間純水抽出し
たときのアルカリ金属元素量が20ppm以下である絶
縁材料用微細球状シリカの製造方法。 【効果】 本発明によれば、金属珪素の製造時等、天然
資源を高温で熱処理する際に多量に副生する微細球状粗
シリカを確実に高純度化することができ、本発明により
低コストで純度のよい微細な球状シリカを得ることがで
きるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に金属珪素製造
時や火力発電所などの石炭等の燃料を熱処理させる際に
副生する微細球状粗シリカを高純度化して絶縁材料用と
して有効に使用されるシリカを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
微細な球状シリカはプラスチックフィルムのアンチブロ
ッキング材、塗料などの充填材、半導体用封止材の充填
材、エポキシポッティング材の充填材などに多量に使用
されている。しかし、1ミクロン前後の純度のよい微細
な球状シリカは簡単に製造することができないため、金
属珪素を高温で燃焼させて製造したり、球状シリカを製
造する際の副生物を使用しているのが現状である。その
ため量的な限界や価格の問題があり、多量に使用する用
途には対応できない。
【0003】また、微細球状シリカとしては、金属珪素
等を製造する際に大量に副生するシリカフラワーやフラ
イアッシュと呼ばれている微細球状シリカが存在する
が、これは純度が悪く、絶縁材料の充填材としては使用
できないものである。
【0004】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
上記のような副生シリカ等の粗シリカより絶縁材料用と
して使用される高純度の微細球状シリカを安定してしか
も低コストで製造する方法を提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結
果、シリカフラワーやフライアッシュと呼ばれている微
細球状シリカを500℃以上の高温で空気中などのよう
な酸素の存在下で熱処理した後、鉱酸水溶液で洗浄する
ことにより、95℃で20時間純水で抽出したときのア
ルカリ金属元素量が20ppm以下という高純度の微細
球状シリカが得られ、このシリカが絶縁材料用として各
種充填材に有効に使用されること、そして上記方法によ
り高純度微細球状シリカの供給の安定化と低コスト化の
両立が計られることを見出し、本発明を完成するに至っ
たものである。
【0006】即ち、本発明は、平均粒径が2μm以下で
あり、95℃で20時間純水で抽出したときのアルカリ
金属元素量が50ppm以上である微細球状粗シリカ原
料を500℃以上の高温で酸素存在下で熱処理した後、
鉱酸水溶液で洗浄することを特徴とする、95℃で20
時間純水抽出したときのアルカリ金属元素量が20pp
m以下である絶縁材料用微細球状シリカの製造方法を提
供する。
【0007】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の絶縁材料用微細球状シリカを得るための原料
は、平均粒径が2μm以下、特に0.2〜1μm程度で
あり、95℃で20時間純水で抽出したときのアルカリ
金属元素量が50ppm以上、特に100ppm以上で
あり、またカーボン付着量が特に0.1〜5重量%、と
りわけ0.1〜0.5重量%の微細球状粗シリカであ
る。
【0008】なお、本発明において、上記アルカリ金属
元素量は、具体的には、試料10gを250ccのプラ
スチック容器に入れ、純水100ccを加え、30分間
振盪後、95℃の恒温槽で20時間放置し、次いで試料
を分離した後の抽出水中のアルカリ金属イオン量をイオ
ンクロマトグラフィーにより測定した値である。
【0009】上記の粗シリカとしては、シリカフラワー
やフライアッシュとも呼ばれる金属珪素製造時や火力発
電所などの石炭等の燃料を熱処理させる際等に大量に副
生するものが好適に用いられる。これは、粒度としては
平均粒径が0.7μmで、ほとんどの粒子が20μm以
下のものである。また、比表面積は20m2/gと大き
く、ほとんど全ての粒子が真球状のシリカからなってい
るものである。なお、この平均粒径は例えばレーザー光
回折などの手法による粒度分布計による重量平均値等と
して求めることができ、また比表面積はBET吸着法に
より求めることができる。このシリカフラワーは、表面
が灰黒色で、95℃で20時間純水で抽出すると50〜
200ppm程度のアルカリ金属元素が存在し、電気伝
導度も200〜400μs/cm程度と純度が非常に悪
いため、電気絶縁用や半導体用には使用できないもので
ある。
【0010】本発明においては、上記のような粗シリカ
原料を500℃で空気を通すなどの酸素の存在下で熱処
理し、次いで鉱酸水溶液で洗浄するものである。
【0011】即ち、上記のようなシリカ表面は金属珪素
製造時の還元処理に使用する還元剤であるカーボンで薄
く覆われている。このカーボンを除去するため種々の温
度条件と空気の流量を調整し、熱処理した結果、熱処理
温度は500℃以上で、空気流量としては1L/分あれ
ば容易に表面に付着したカーボンを除去できることがわ
かった。熱処理時間としては、熱処理温度にもよるが、
30分〜10時間あれば十分である。特に、熱処理温度
が800℃以上であれば5時間以下でよい。熱処理温度
としては500℃以上あれば問題はないが、より望まし
くは800℃以上である。また空気の流量も望ましくは
5L/分以上がよい。500℃より低温で、空気流量が
0.5L/分未満の条件では完全にシリカ表面のカーボ
ンを除去できず、この種のシリカを使用した電気絶縁材
料の電気絶縁性が不足し、性能の低下となってしまう。
【0012】本発明においては、上記のように粗シリカ
を熱処理し、シリカ表面に付着したカーボンを除去し、
その後鉱酸で洗浄処理することで、アルカリ金属元素を
除去するものである。
【0013】即ち、通常、アルカリ金属元素は塩酸、硫
酸、硝酸等の水溶液で洗浄すれば容易に除去できると思
われるが、本発明で使用するシリカフラワーと呼ばれて
いる微細球状シリカの場合、洗浄のみではほとんど除去
できないことがわかった。この原因について種々調査し
た結果、シリカ表面にカーボンの皮膜が付着しているこ
とから洗浄してもカーボン皮膜の内側に存在するアルカ
リ金属元素を除去できてなかったものである。従って以
上の検討より、本発明では鉱酸処理前に予め500℃以
上の温度で熱処理することが必要なものである。
【0014】ここで、洗浄する際の鉱酸の濃度としては
1%(重量%、以下同じ)以上の水溶液、望ましくは1
0%以上の水溶液である。鉱酸としては後処理等も考慮
した場合、塩酸、硝酸、硫酸が好適であり、特に塩酸が
望ましい。洗浄は熱処理したシリカ1kgに対し500
g〜5kgの鉱酸水溶液で撹拌混合するだけでよい。撹
拌時間は30分以上あれば十分である。またその際の温
度は作業性やコストの面より室温〜90℃程度あればよ
く、特に温度については限定されるものではない。
【0015】洗浄後、シリカを遠心分離や濾過で鉱酸水
溶液と分離する。その後、付着した鉱酸を除去するため
純水で洗浄し、洗浄後のpHが中性になるまで繰り返し
洗浄する。洗浄後、シリカを乾燥させる。乾燥させる際
に、生成したシリカ凝集物は粉砕器で粉砕しスクリーン
で篩うことで凝集物をなくすことができる。
【0016】以上のような処理により、アルカリ金属元
素の少ない高純度の微細球状シリカを製造することがで
きる。即ち、得られたシリカは95℃で20時間純水で
抽出した際のアルカリ金属元素量が合計で20ppm以
下、好ましくは15ppm以下、特には0.01〜13
pmを有するものである。この場合、同抽出条件におけ
る抽出水の電気伝導度が10μs/cm以下、特に7μ
s/cm以下、とりわけ0.1〜6μs/cmであるこ
とが好ましい。
【0017】ここで得られた微細球状シリカは電気絶縁
材料、半導体封止材、塗料の充填材、或いは液晶用のス
ペーサーなどに利用可能である。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、金属珪素の製造時等、
天然資源を高温で熱処理する際に多量に副生する微細球
状粗シリカを確実に高純度化することができ、本発明に
より低コストで純度のよい微細な球状シリカを得ること
ができるものである。
【0019】
【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。なお、下記例において、抽出水純度は下記
のようにして測定した。
【0020】〔抽出水純度〕 抽出水電気伝導度、pH、イオン性不純物:試料10g
を250ccのポリ瓶にとり、純水100ccを加え3
0分間振盪した後、95℃の恒温槽で20時間処理し抽
出した。その後、抽出液を分離し、純度測定を行った。
この場合、イオン性不純物はダイオネックス製DX10
0イオンクロマトで分析した。抽出水電気伝導度は東亜
電波工業のCM−50ATで、pHは同社製HM−50
ATで測定を行った。
【0021】〔実施例1〜4、比較例1〜5〕マイクロ
シリカ971(エルケム社製)20gを表1に示す条件
で熱処理した後、10%の塩酸水溶液100mlで室温
下30分撹拌しながら洗浄した。洗浄後、pHが中性に
なるまで純水で更に洗浄し、120℃で2時間乾燥し、
高純度シリカを得た。なお、処理前のマイクロシリカの
表面カーボン付着量は0.22重量%、95℃で20時
間抽出した際のナトリウムイオンとカリウムイオンは8
2ppmと148ppmであった。また、その平均粒径
は、0.6μmであった。
【0022】
【表1】
【0023】〔実施例5〜8、比較例6,7〕実施例2
の条件で熱処理したマイクロシリカ971を用い、表2
に示す条件で鉱酸洗浄を行い、アルカリ金属元素の除去
を行った。
【0024】
【表2】
【0025】〔参考例〕実施例5の条件で洗浄処理した
マイクロシリカと通常市販されている溶融球状シリカを
1:9の割合で混合したシリカ400重量部、エポキシ
クレゾールノボラック樹脂66重量部、硬化剤としてフ
ェノールノボラック樹脂32重量部、臭素化エポキシ樹
脂2重量部、離型剤としてカルナバワックス1重量部、
三酸化アンチモン10重量部、触媒としてトリフェニル
ホスフィン0.7重量部、更にカップリング剤としてγ
−グリシドキシトリメトキシシラン1重量部を配合し、
高速で撹拌混合した後、加熱二本ロールで5分間混練す
ることで、半導体封止用エポキシ樹脂組成物(1)を得
た。また、比較のため従来から知られている微細球状シ
リカ(SO25R:アドマテックス製)を市販されてい
る上記と同じ溶融球状シリカに実施例と同様に添加し、
実施例と同じ配合で半導体封止用エポキシ樹脂組成物
(2)を得た。更に、全く微細球状シリカを含有しない
溶融球状シリカを充填材としたほかはエポキシ樹脂組成
物(1)と全く同じ配合でエポキシ樹脂組成物を得た。
なお、上記微細球状シリカ(SO25R)の平均粒径は
0.5μm、95℃で25時間抽出した際のナトリウム
イオンとカリウムイオンは1ppmと2ppmであっ
た。
【0026】次に、ここで得られたエポキシ樹脂組成物
のスパイラルフロー、ゲル化時間、バリ特性を下記方法
で調べた。その結果を表3に示す。 (イ)スパイラルフロー EMMI規格に準じた金型を使用して175℃、70k
g/cm2、成形時間120秒の条件で測定した。 (ロ)ゲル化時間 組成物のゲル化時間を175℃の熱板上で測定した。 (ハ)バリ特性 175℃、70kg/cm2の成形圧力で成形した際、
それぞれの溝に流出した樹脂の長さを測定しバリ長さと
した。
【0027】
【表3】
【0028】表3の結果から、本発明の高純度化した微
細球状シリカは従来のものと同等の性能を有しているこ
とが明らかである。
【0029】また、耐湿信頼性測定用テスト素子を20
ピンSOJフレームに接着し、エポキシ樹脂組成物
(1)と(2)で175℃、2分で成形した後、180
℃で4時間ポストキュアーした。これを121℃のプレ
ッシャークッカー中に1000時間放置した後のアルミ
ニウム配線の腐食による断線不良率を測定した。結果は
いずれの樹脂組成物で封止したデバイスとも全く不良は
発生していなかった。従って、本発明で得られたシリカ
は耐湿信頼性の上でも良好であることが認められた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩原 利夫 群馬県碓氷郡松井田町大字人見1番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均粒径が2μm以下であり、95℃で
    20時間純水で抽出したときのアルカリ金属元素量が5
    0ppm以上である微細球状粗シリカ原料を500℃以
    上の高温で酸素存在下で熱処理した後、鉱酸水溶液で洗
    浄することを特徴とする、95℃で20時間純水抽出し
    たときのアルカリ金属元素量が20ppm以下である絶
    縁材料用微細球状シリカの製造方法。
  2. 【請求項2】 上記粗シリカ原料が金属珪素の製造時に
    副生するシリカである請求項1記載の製造方法。
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