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JP6953114B2 - Silica-based hollow particles, core-shell particles and polystyrene particles, and methods for producing them. - Google Patents
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JP6953114B2 - Silica-based hollow particles, core-shell particles and polystyrene particles, and methods for producing them. - Google Patents

Silica-based hollow particles, core-shell particles and polystyrene particles, and methods for producing them. Download PDF

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Description

本発明は、シリカ系中空粒子、コアシェル粒子及びポリスチレン粒子、並びに、それらの製造方法に関する。 The present invention relates to silica-based hollow particles, core-shell particles and polystyrene particles, and a method for producing them.

近年、無機酸化物微粒子に関する研究が行われている。無機酸化物はナノサイズになると、物質の性質が変化して、電気的、光学的、熱的性質等の特性も大きく変わる。そのため、新しい高機能性材料として応用の可能性がある。 In recent years, research on inorganic oxide fine particles has been conducted. When the inorganic oxide becomes nano-sized, the properties of the substance change, and the properties such as electrical, optical, and thermal properties also change significantly. Therefore, it has the potential to be applied as a new high-performance material.

無機酸化物微粒子の構造として、緻密型、多孔質型、中空型がある。中でも中空型の中空粒子は、密度が低い、比表面積が大きいなどの特徴があることから、新しい高機能性材料として注目されている。 The structure of the inorganic oxide fine particles includes a dense type, a porous type, and a hollow type. Among them, hollow type hollow particles are attracting attention as a new highly functional material because they have features such as low density and large specific surface area.

中空の無機酸化物微粒子の製造方法として、ポリスチレン粒子をコアとして用いる中空シリカ粒子の製造方法、及び当該製造方法で製造された中空ポリスチレン粒子が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。 As a method for producing hollow inorganic oxide fine particles, a method for producing hollow silica particles using polystyrene particles as a core and hollow polystyrene particles produced by the production method have been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1). ..

しかしながら、非特許文献1に記載の中空シリカ粒子及びその製造方法では、中空シリカ粒子の粒度分布については十分に検討されていない。非特許文献1に記載の中空シリカ粒子のように、製造される中空シリカ粒子の粒度分布が小さいと、高機能性材料として様々な物品に充填された際に、充填率が低くなり、高機能性材料として期待される特性を十分に発揮できないという問題がある。 However, in the hollow silica particles described in Non-Patent Document 1 and the method for producing the hollow silica particles, the particle size distribution of the hollow silica particles has not been sufficiently studied. If the particle size distribution of the hollow silica particles to be produced is small, such as the hollow silica particles described in Non-Patent Document 1, the filling rate becomes low when the hollow silica particles are filled into various articles as a highly functional material, resulting in high functionality. There is a problem that the properties expected as a sex material cannot be fully exhibited.

また、非特許文献1に記載の中空シリカ粒子は、分散性について十分に検討されておらず、凝集するという問題がある。中空シリカ粒子が凝集すると高機能性材料として様々な物品に充填された場合、均一に充填され難いという問題がある。 Further, the hollow silica particles described in Non-Patent Document 1 have not been sufficiently studied for their dispersibility and have a problem of agglutination. When the hollow silica particles are aggregated and filled in various articles as a highly functional material, there is a problem that it is difficult to uniformly fill them.

本発明者は、更に、鋭意検討の結果、アスペクト比が大きいシリカ径中空粒子は、高機能性材料として様々な物品に充填された際に充填率が低くなることに着目した。このようなシリカ系中空粒子は、高機能性材料として期待される特性を十分に発揮できないという問題がある。 As a result of diligent studies, the present inventor has further focused on the fact that silica-diameter hollow particles having a large aspect ratio have a low filling rate when filled in various articles as a highly functional material. Such silica-based hollow particles have a problem that they cannot sufficiently exhibit the properties expected as a highly functional material.

従って、凝集が抑制されており、粒度分布が大きく、アスペクト比が小さいシリカ系中空粒子、当該シリカ径中空粒子を製造することができるコアシェル粒子及びポリスチレン粒子の開発が求められており、また、当該シリカ径中空粒子、コアシェル粒子及びポリスチレン粒子を製造することができる製造方法の開発が求められている。 Therefore, it is required to develop silica-based hollow particles having suppressed aggregation, a large particle size distribution, and a small aspect ratio, core-shell particles and polystyrene particles capable of producing the silica-diameter hollow particles. Development of a production method capable of producing silica-diameter hollow particles, core-shell particles, and polystyrene particles is required.

Bull.Korean Chem.Soc.2011,Vol.32,No5 Fabrication of Uniform Hollow Silica Nanospheres using a Cationic Polystyrene CoreBull.Korean Chem.Soc.2011, Vol.32, No5 Fabrication of Uniform Hollow Silica Nanospheres using a Cationic Polystyrene Core

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、凝集が抑制されており、アスペクト比が小さい粒子が特定範囲の割合を占め、粒子径の変動係数が特定の範囲であることにより、様々な物品に充填された場合、均一に充填され易いシリカ系中空粒子、当該シリカ系中空粒子を製造することができるコアシェル粒子、及び、これらの製造に好適に用いることができるポリスチレン粒子を提供することを目的とする。また、本発明は、当該シリカ系中空粒子、コアシェル粒子及びポリスチレン粒子を製造することができる製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and is various because agglomeration is suppressed, particles having a small aspect ratio occupy a ratio in a specific range, and the coefficient of variation of the particle size is in a specific range. To provide silica-based hollow particles that are easily filled uniformly when filled in an article, core-shell particles that can produce the silica-based hollow particles, and polystyrene particles that can be suitably used for producing these. The purpose. Another object of the present invention is to provide a production method capable of producing the silica-based hollow particles, core-shell particles and polystyrene particles.

本発明者は上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%以上を占め、粒子径の変動係数が20〜60%であるシリカ系中空粒子によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to achieve the above object, the present inventor is a silica-based particle having an aspect ratio of 1.5 or less accounting for 95% or more of the total particles and a coefficient of variation of the particle size of 20 to 60%. According to the hollow particles, it was found that the above object can be achieved, and the present invention has been completed.

即ち、本発明は、下記のシリカ系中空粒子、コアシェル粒子及びそれらの製造方法に関する。
1.アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%以上を占め、粒子径の変動係数が20〜60%である、ことを特徴とするシリカ系中空粒子。
2.平均粒子径が30〜150nmである、項1に記載のシリカ系中空粒子。
3.前記シリカ系中空粒子は、シリカ、又は、シリカ及び金属酸化物を含む、項1又は2に記載のシリカ系中空粒子。
4.反射防止フィルム材料、絶縁膜材料又は断熱材材料である、項1〜3のいずれかに記載のシリカ系中空粒子。
5.分散剤を含むポリスチレン粒子をコアとし、前記ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有するコアシェル粒子であって、
アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%以上を占め、粒子径の変動係数が20〜60%である、ことを特徴とするコアシェル粒子。
6.前記シリカ系シェルは、シリカ、又は、シリカ及び金属酸化物を含む、項5に記載のコアシェル粒子。
7.アスペクト比1.5以下の粒子が粒子全体の95%以上を占め、粒子径の変動係数が20〜60%であり、分散剤を含む、ことを特徴とするポリスチレン粒子。
8.シリカ系中空粒子の製造方法であって、
(1)スチレンモノマーと、分散剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記スチレンモノマーの重合反応を行い、ポリスチレン粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とアセトンとの混合溶媒である工程1、
(2)溶媒に、(i)前記ポリスチレン粒子と、(ii)アルコキシシラン、又は、アルコキシシラン及び金属アルコキシドと、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、前記溶液中で、前記ポリスチレン粒子をコアとし、前記ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有するコアシェル粒子を形成する工程2、及び
(3)前記コアシェル粒子のコアである、前記ポリスチレン粒子を熱分解することにより、前記ポリスチレン粒子を除去する工程3
を含む、製造方法。
9.前記工程1で用いられる混合溶媒は、水とアセトンとの混合比が質量比で90:10〜20:80である、項8に記載の製造方法。
10.前記分散剤は、ポリビニルピロリドン、及びヒドロキシプロピルセルロースから選択される少なくとも1種である、項8又は9に記載の製造方法。
11.前記アルコキシシランは、テトラアルコキシシランを含む、項8〜10のいずれかに記載の製造方法。
12.前記シリカ系中空粒子はアスペクト比が1.5以下の粒子が全体の95%以上を占め、粒子径の変動係数が20〜60%である、項8〜11のいずれかに記載の製造方法。
13.前記シリカ系中空粒子の平均粒子径が30〜150nmである、項8〜12のいずれかに記載の製造方法。
14.コアシェル粒子の製造方法であって、
(1)スチレンモノマーと、分散剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記スチレンモノマーの重合反応を行い、ポリスチレン粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とアセトンとの混合溶媒である工程1、
(2)溶媒に、(i)前記ポリスチレン粒子と、(ii)アルコキシシラン、又は、アルコキシシラン及び金属アルコキシドと、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、前記溶液中で、前記ポリスチレン粒子をコアとし、前記ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有するコアシェル粒子を形成する工程2
を含む、製造方法。
15.ポリスチレン粒子の製造方法であって、
(1)スチレンモノマーと、分散剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記スチレンモノマーの重合反応を行い、ポリスチレン粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とアセトンとの混合溶媒である工程1を含む、製造方法。
That is, the present invention relates to the following silica-based hollow particles, core-shell particles, and a method for producing them.
1. 1. Silica-based hollow particles characterized in that particles having an aspect ratio of 1.5 or less occupy 95% or more of the total particles, and the coefficient of variation of the particle size is 20 to 60%.
2. Item 2. The silica-based hollow particles according to Item 1, which have an average particle size of 30 to 150 nm.
3. 3. Item 2. The silica-based hollow particles according to Item 1 or 2, wherein the silica-based hollow particles contain silica or silica and a metal oxide.
4. Item 2. The silica-based hollow particles according to any one of Items 1 to 3, which are an antireflection film material, an insulating film material, or a heat insulating material.
5. Core-shell particles having polystyrene particles containing a dispersant as a core and having a silica-based shell covering the polystyrene particles.
A core-shell particle characterized in that particles having an aspect ratio of 1.5 or less occupy 95% or more of the total particles, and the coefficient of variation of the particle size is 20 to 60%.
6. Item 2. The core-shell particles according to Item 5, wherein the silica-based shell contains silica or silica and a metal oxide.
7. Polystyrene particles characterized in that particles having an aspect ratio of 1.5 or less occupy 95% or more of the total particles, the coefficient of variation of the particle size is 20 to 60%, and a dispersant is contained.
8. A method for producing silica-based hollow particles.
(1) A step of preparing polystyrene particles by polymerizing the styrene monomer in a solution containing a styrene monomer, a dispersant, and a mixed solvent. The mixed solvent is a mixture of water and acetone. Step 1, which is a solvent,
(2) The solution is prepared by adding (i) the polystyrene particles, (ii) alkoxysilane, or alkoxysilane and a metal alkoxide, and (iii) a basic catalyst to a solvent and stirring to prepare the solution. In the steps 2 and (3) of forming core-shell particles having a silica-based shell covering the polystyrene particles with the polystyrene particles as the core, and (3) thermally decomposing the polystyrene particles which are the cores of the core-shell particles. , Step 3 to remove the polystyrene particles
Manufacturing method, including.
9. Item 8. The production method according to Item 8, wherein the mixed solvent used in the step 1 has a mixing ratio of water and acetone in a mass ratio of 90: 10 to 20:80.
10. Item 8. The production method according to Item 8 or 9, wherein the dispersant is at least one selected from polyvinylpyrrolidone and hydroxypropyl cellulose.
11. Item 8. The production method according to any one of Items 8 to 10, wherein the alkoxysilane contains a tetraalkoxysilane.
12. Item 8. The production method according to any one of Items 8 to 11, wherein the silica-based hollow particles have an aspect ratio of 1.5 or less, accounting for 95% or more of the total, and a particle size variation coefficient of 20 to 60%.
13. Item 8. The production method according to any one of Items 8 to 12, wherein the silica-based hollow particles have an average particle size of 30 to 150 nm.
14. A method for producing core-shell particles.
(1) A step of preparing polystyrene particles by polymerizing the styrene monomer in a solution containing a styrene monomer, a dispersant, and a mixed solvent. The mixed solvent is a mixture of water and acetone. Step 1, which is a solvent,
(2) The solution is prepared by adding (i) the polystyrene particles, (ii) alkoxysilane, or alkoxysilane and a metal alkoxide, and (iii) a basic catalyst to a solvent and stirring to prepare the solution. In the step 2, the polystyrene particles are used as a core, and core-shell particles having a silica-based shell covering the polystyrene particles are formed.
Manufacturing method, including.
15. It is a method for producing polystyrene particles.
(1) A step of preparing polystyrene particles by polymerizing the styrene monomer in a solution containing a styrene monomer, a dispersant, and a mixed solvent. The mixed solvent is a mixture of water and acetone. A production method comprising step 1 which is a solvent.

本発明のシリカ系中空粒子は、凝集が抑制されており、アスペクト比が小さい粒子が特定の範囲の割合を占め、粒子径の変動係数が特定の範囲であることにより、様々な物品に充填された場合、均一に充填され易い。また、本発明のコアシェル粒子も凝集が抑制されており、アスペクト比が小さい粒子が特定の範囲の割合を占め、粒子径の変動係数が特定の範囲であるので、上記本発明の中空シリカ粒子を容易に製造することができる。また、本発明のポリスチレン粒子は、上記シリカ系中空粒子及びコアシェル粒子の製造に好適に用いることができる。
また、本発明の製造方法は、凝集が抑制されているシリカ系中空粒子、コアシェル粒子、及びポリスチレン粒子を容易に製造することができる。
The silica-based hollow particles of the present invention are filled in various articles because aggregation is suppressed, particles having a small aspect ratio occupy a ratio in a specific range, and the coefficient of variation of the particle size is in a specific range. If so, it is easy to fill evenly. Further, the core-shell particles of the present invention are also suppressed from agglomeration, particles having a small aspect ratio occupy a ratio in a specific range, and the coefficient of variation of the particle size is in a specific range. It can be easily manufactured. In addition, the polystyrene particles of the present invention can be suitably used for producing the silica-based hollow particles and core-shell particles.
In addition, the production method of the present invention can easily produce silica-based hollow particles, core-shell particles, and polystyrene particles in which aggregation is suppressed.

実施例1のシリカ系中空粒子の倍率200,000倍のTEM像を示す図である。It is a figure which shows the TEM image of the silica-based hollow particle of Example 1 with a magnification of 200,000 times. 実施例2のシリカ系中空粒子の倍率200,000倍のTEM像を示す図である。It is a figure which shows the TEM image of the silica-based hollow particle of Example 2 with a magnification of 200,000 times. 実施例3のシリカ系中空粒子の倍率200,000倍のTEM像を示す図である。It is a figure which shows the TEM image of the silica-based hollow particle of Example 3 with a magnification of 200,000 times. 比較例1のシリカ系中空粒子の倍率200,000倍のTEM像を示す図である。It is a figure which shows the TEM image of the silica-based hollow particle of the comparative example 1 with a magnification of 200,000 times. 比較例3のシリカ系中空粒子の倍率200,000倍のTEM像を示す図である。It is a figure which shows the TEM image of the silica-based hollow particle of the comparative example 3 with a magnification of 200,000 times.

以下、本発明の中空シリカ粒子の製造方法について詳細に説明する。 Hereinafter, the method for producing hollow silica particles of the present invention will be described in detail.

本発明のシリカ系中空粒子は、アスペクト比が1.5以下の粒子が、粒子全体の95%以上を占め、粒子径の変動係数が20〜60%である。上記特徴を有するシリカ系中空粒子は、粒子径の変動係数が特定の範囲であり、アスペクト比が1.5以下の粒子が特定の範囲の割合を占めるので、粒子径が均一とならず、凝集が抑制されている。また、粒子径の変動係数が特定の範囲であり、アスペクト比が1.5以下の粒子が特定の範囲の割合を占めるので、様々な物品に充填された場合、均一に充填され易い。また、本発明のコアシェル粒子も、粒子径の変動係数が特定の範囲であり、アスペクト比が1.5以下の粒子が特定の範囲の割合を占めるので、粒子径が均一とならず、凝集が抑制されている。また、本発明の製造方法によれば、工程1により特定の溶媒を用いてポリスチレン粒子を調整することにより、工程2により形成されるコアシェル粒子の粒子径の変動係数が特定の範囲となり、アスペクト比が1.5以下の粒子が特定の範囲の割合を占めるようになり、コアシェル粒子の凝集が抑制される。このため、当該コアシェル粒子のコアである上記ポリスチレン粒子を熱分解して除去する工程3により、凝集が抑制されており、且つ、粒子径の変動係数が特定の範囲であり、アスペクト比が1.5以下の粒子が特定の範囲の割合を占めるため、様々な物品に充填された場合に、均一に充填され易いシリカ系中空粒子を容易に製造することができる。 In the silica-based hollow particles of the present invention, particles having an aspect ratio of 1.5 or less occupy 95% or more of the total particles, and the coefficient of variation of the particle size is 20 to 60%. In the silica-based hollow particles having the above characteristics, the coefficient of variation of the particle size is in a specific range, and particles having an aspect ratio of 1.5 or less occupy a ratio in the specific range, so that the particle size is not uniform and aggregates. Is suppressed. Further, since the coefficient of variation of the particle size is in a specific range and particles having an aspect ratio of 1.5 or less occupy a ratio in the specific range, it is easy to be uniformly filled when various articles are filled. Further, also in the core-shell particles of the present invention, the coefficient of variation of the particle size is in a specific range, and particles having an aspect ratio of 1.5 or less occupy a ratio in the specific range, so that the particle size is not uniform and aggregation occurs. It is suppressed. Further, according to the production method of the present invention, by adjusting the polystyrene particles using a specific solvent in step 1, the coefficient of variation of the particle size of the core-shell particles formed in step 2 becomes a specific range, and the aspect ratio becomes. Particles with a value of 1.5 or less occupy a specific range, and agglomeration of core-shell particles is suppressed. Therefore, by the step 3 of thermally decomposing and removing the polystyrene particles which are the cores of the core-shell particles, aggregation is suppressed, the coefficient of variation of the particle size is in a specific range, and the aspect ratio is 1. Since particles of 5 or less occupy a ratio in a specific range, silica-based hollow particles that are easily uniformly filled when filled in various articles can be easily produced.

1.シリカ系中空粒子
本発明のシリカ系中空粒子は、粒子径のアスペクト比1.5以下の粒子が全体の95%以上を占め、変動係数が20〜60%である。
1. 1. Silica-based hollow particles In the silica-based hollow particles of the present invention, particles having an aspect ratio of 1.5 or less occupy 95% or more of the total, and the coefficient of variation is 20 to 60%.

シリカ系中空粒子を形成するシリカ系化合物としてはシリカを含有していれば特に限定されず、シリカのみで形成されていてもよい。 The silica-based compound forming the silica-based hollow particles is not particularly limited as long as it contains silica, and may be formed only of silica.

上記シリカ系化合物がシリカ以外の化合物を含有する場合は、シリカ系中空粒子はシリカ及び金属酸化物を含んでいることが好ましい。金属酸化物としては、金属アルコキシドを形成することができる金属の酸化物が挙げられ、具体的には、アルミニウム、チタン、ジルコニウム等の酸化物が挙げられる。アルミニウムの酸化物を用いると、シリカ系シェルの表面電荷(ゼータ電位等)を調整することができる。また、チタン、ジルコニウムの酸化物を用いると、シリカ系シェルの屈折率を調整することができる。 When the silica-based compound contains a compound other than silica, the silica-based hollow particles preferably contain silica and a metal oxide. Examples of the metal oxide include oxides of metals capable of forming metal alkoxides, and specific examples thereof include oxides of aluminum, titanium, zirconium and the like. By using an oxide of aluminum, the surface charge (zeta potential, etc.) of the silica-based shell can be adjusted. Further, the refractive index of the silica-based shell can be adjusted by using oxides of titanium and zirconium.

本発明のシリカ系中空粒子の粒子径の変動係数は、20〜60%である。20〜50%が好ましく、20〜40%がより好ましい。シリカ系中空粒子の粒子径の変動係数が上記範囲であることにより、シリカ系中空粒子の凝集が抑制でき、且つ、様々な物品に充填された場合、均一に充填され易くなる。 The coefficient of variation of the particle size of the silica-based hollow particles of the present invention is 20 to 60%. 20 to 50% is preferable, and 20 to 40% is more preferable. When the coefficient of variation of the particle size of the silica-based hollow particles is within the above range, the aggregation of the silica-based hollow particles can be suppressed, and when the silica-based hollow particles are filled in various articles, the silica-based hollow particles can be easily filled uniformly.

本明細書において、上記シリカ系中空粒子及び後述するコアシェル粒子の変動係数は、TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子株式会社製)を用いて、加速電圧200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子短径を測長して平均値を求め、下記式に基づいて算出した値である。
(変動係数)=[(粒子短径の標準偏差)÷(粒子短径の平均値)]×100
In the present specification, the coefficient of variation of the silica-based hollow particles and the core-shell particles described later is photographed of the particles using a TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by JEOL Ltd.) under the condition of an acceleration voltage of 200 kV. Is taken, the minor axis of 100 arbitrarily selected particles is measured, the average value is obtained, and the value is calculated based on the following formula.
(Coefficient of variation) = [(standard deviation of particle minor axis) ÷ (average value of particle minor axis)] × 100

本発明のシリカ系中空粒子は、アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%を占める。アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%未満であると、シリカ系中空粒子の凝集が抑制できず、様々な物品に充填された場合、均一に充填され難い。アスペクト比が1.5以下の粒子は、97%以上が好ましく、99%がより好ましい。 In the silica-based hollow particles of the present invention, particles having an aspect ratio of 1.5 or less occupy 95% of the total particles. If the amount of particles having an aspect ratio of 1.5 or less is less than 95% of the total number of particles, the aggregation of silica-based hollow particles cannot be suppressed, and when the particles are packed in various articles, it is difficult to uniformly fill them. The particles having an aspect ratio of 1.5 or less are preferably 97% or more, more preferably 99%.

本明細書において、上記シリカ系中空粒子のうちアスペクト比が1.5以下の粒子の粒子全体に占める割合、及び、後述するコアシェル粒子のうちアスペクト比が1.5以下の粒子の粒子全体に占める割合は、以下の方法により測定される。すなわち、TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子株式会社製)を用いて、倍率20万倍、加速電圧200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個のそれぞれの粒子の粒子長径及び粒子短径を測長して、下記式に基づいてそれぞれの粒子のアスペクト比を求める。次いで、粒子100個中アスペクト比が1.5以下の粒子の数を数え、当該数を、アスペクト比が1.5以下の粒子の粒子全体に占める割合(%)とする。
(アスペクト比)=(粒子長径)÷(粒子短径)
In the present specification, the ratio of the silica-based hollow particles to the total particles having an aspect ratio of 1.5 or less, and the ratio of the core-shell particles to be described later to the total particles having an aspect ratio of 1.5 or less. The ratio is measured by the following method. That is, using a TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by Nippon Denshi Co., Ltd.), photographs of particles were taken under the conditions of a magnification of 200,000 times and an acceleration voltage of 200 kV, and each of the 100 arbitrarily selected particles was taken. The particle major axis and the particle minor axis of the particles are measured, and the aspect ratio of each particle is obtained based on the following formula. Next, the number of particles having an aspect ratio of 1.5 or less out of 100 particles is counted, and the number is defined as the ratio (%) of the particles having an aspect ratio of 1.5 or less to the total number of particles.
(Aspect ratio) = (Particle major axis) ÷ (Particle minor axis)

シリカ系中空粒子の平均粒子径は、30〜150nmが好ましく、35〜120nmがより好ましく、35〜100nmが更に好ましい。平均粒子径が上記範囲であることにより、シリカ系中空粒子の凝集をより抑制することができ、且つ、様々な物品に充填された場合に、より均一に充填され易くなる。 The average particle size of the silica-based hollow particles is preferably 30 to 150 nm, more preferably 35 to 120 nm, and even more preferably 35 to 100 nm. When the average particle size is in the above range, the aggregation of silica-based hollow particles can be further suppressed, and when the silica-based hollow particles are filled in various articles, the silica-based hollow particles can be easily filled more uniformly.

本明細書において、上記平均粒子径は、TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子株式会社製)を用いて加速電圧200kVの条件で測定される値である。 In the present specification, the average particle size is a value measured under the condition of an acceleration voltage of 200 kV using a TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by JEOL Ltd.).

シリカ系中空粒子を形成する膜(シェル)の膜厚は、2〜40nmが好ましく、2〜20nmがより好ましい。膜の厚みが上記範囲であることにより、シリカ系中空粒子の空孔率を高くしつつ、シェル強度を維持することができる。なお、本明細書において、上記膜の厚みは、TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子社製)により200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子のシェル厚みを測長した平均値である。 The film thickness of the film (shell) forming the silica-based hollow particles is preferably 2 to 40 nm, more preferably 2 to 20 nm. When the thickness of the film is in the above range, the shell strength can be maintained while increasing the porosity of the silica-based hollow particles. In the present specification, the thickness of the film is determined by taking a photograph of the particles with a TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by JEOL Ltd.) under the condition of 200 kV, and of 100 particles arbitrarily selected. This is the average value obtained by measuring the shell thickness.

本発明のシリカ系中空粒子は、実質的に会合していないことが好ましい。シリカ系中空粒子が会合していない状態であると、様々な物品に充填された場合、より均一に充填され易くなる。なお、本明細書において、シリカ系中空粒子が会合している状態とは、複数のシリカ系中空粒子の中空部同士が接合して、一つの中空部を形成している状態を示しており、シリカ系中空粒子が実質的に会合していないとは、シリカ系中空粒子の中空部が接合していない状態をいう。また、本発明のシリカ系中空粒子が会合していないことは、上記TEMを用いて撮影されたシリカ系中空粒子の写真を観察することにより確認することができる。 It is preferable that the silica-based hollow particles of the present invention are not substantially associated. When the silica-based hollow particles are not associated with each other, it becomes easier to fill various articles more uniformly. In the present specification, the state in which the silica-based hollow particles are associated means a state in which the hollow portions of the plurality of silica-based hollow particles are joined to form one hollow portion. The fact that the silica-based hollow particles are not substantially associated means a state in which the hollow portions of the silica-based hollow particles are not bonded. Further, the fact that the silica-based hollow particles of the present invention are not associated can be confirmed by observing a photograph of the silica-based hollow particles taken by using the above TEM.

本発明のシリカ系中空粒子は、上述のように凝集が抑制されており、粒度分布が大きく、アスペクト比が小さいため、様々な物品に充填された場合、均一に充填され易くなっている。このため、高機能材料として適しており、特に、反射防止フィルム材料、絶縁膜材料又は断熱材材料として好適に用いることができる。 As described above, the silica-based hollow particles of the present invention suppress agglomeration, have a large particle size distribution, and have a small aspect ratio, so that when they are packed in various articles, they are easily filled uniformly. Therefore, it is suitable as a high-performance material, and in particular, it can be suitably used as an antireflection film material, an insulating film material, or a heat insulating material.

2.コアシェル粒子
本発明のコアシェル粒子は、分散剤を含むポリスチレン粒子をコアとし、上記ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有しており、アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%以上を占め、粒子径の変動係数が20〜60%である。上記コアシェル粒子は凝集が抑制されており、粒度分布が大きく、アスペクト比が小さくなっており、ポリスチレン粒子を熱分解することにより、上記本発明の中空シリカ粒子を容易に製造することができる。
2. Core-shell particles The core-shell particles of the present invention have polystyrene particles containing a dispersant as a core and have a silica-based shell that coats the polystyrene particles, and 95% or more of the particles have an aspect ratio of 1.5 or less. The coefficient of variation of the particle size is 20 to 60%. The core-shell particles have suppressed aggregation, a large particle size distribution, and a small aspect ratio, and the hollow silica particles of the present invention can be easily produced by thermally decomposing the polystyrene particles.

上記ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルは、上述のシリカ系中空粒子を形成するシリカ系化合物と同一である。また、シリカ系シェルの厚みは、上述のシリカ系中空粒子を形成する膜(シェル)の膜厚と同一である。 The silica-based shell that coats the polystyrene particles is the same as the silica-based compound that forms the silica-based hollow particles described above. Further, the thickness of the silica-based shell is the same as the film thickness of the film (shell) forming the above-mentioned silica-based hollow particles.

ポリスチレン粒子の平均粒子径は20〜150nmが好ましく、25〜120nmがより好ましく、25〜100nmが更に好ましい。ポリスチレン粒子の平均粒子径を上記範囲とすることにより、シリカ系中空粒子の平均粒子径を適切な範囲とすることができる。 The average particle size of the polystyrene particles is preferably 20 to 150 nm, more preferably 25 to 120 nm, still more preferably 25 to 100 nm. By setting the average particle size of the polystyrene particles in the above range, the average particle size of the silica-based hollow particles can be set in an appropriate range.

上記ポリスチレン粒子は分散剤を含む。ポリスチレン粒子が分散剤を含むことにより、ポリスチレン粒子の表面に分散剤が存在することとなり、ポリスチレン粒子の凝集をより抑制することができる。分散剤としては、ポリスチレン粒子を製造することができれば特に限定されず、公知の分散剤を用いることができる。上記分散剤としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、コラーゲン、多糖類(アラビアガム)等が挙げられ、中でも、ポリスチレン粒子の凝集を抑制し、後述する工程2で形成されるコアシェル粒子の凝集を抑制することができる点で、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロースが好ましい。上記分散剤は、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。 The polystyrene particles contain a dispersant. When the polystyrene particles contain the dispersant, the dispersant is present on the surface of the polystyrene particles, and the aggregation of the polystyrene particles can be further suppressed. The dispersant is not particularly limited as long as polystyrene particles can be produced, and a known dispersant can be used. Examples of the dispersant include polyvinylpyrrolidone, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide, polypropylene oxide, collagen, polysaccharide (Arabic gum), and the like. Among them, the aggregation of polystyrene particles is suppressed. Polyvinylpyrrolidone and hydroxypropyl cellulose are preferable because they can suppress the aggregation of core-shell particles formed in step 2 described later. The above-mentioned dispersant can be used alone or in combination of two or more.

ポリスチレン粒子中の分散剤の含有量は特に限定されないが、上記ポリスチレン粒子100質量%に対して0.01〜100質量%が好ましく、0.05〜100質量%がより好ましい。分散剤の含有量が上記範囲であることにより、ポリスチレン粒子の凝集をより抑制することができる。 The content of the dispersant in the polystyrene particles is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 100% by mass, more preferably 0.05 to 100% by mass, based on 100% by mass of the polystyrene particles. When the content of the dispersant is in the above range, the aggregation of polystyrene particles can be further suppressed.

本発明のコアシェル粒子の粒子径の変動係数は、20〜60%である。20〜50%が好ましく、20〜40%がより好ましい。コアシェル粒子の粒子径の変動係数が上記範囲であることにより、コアシェル粒子のコアであるポリスチレン粒子を熱分解することにより得られるシリカ系中空粒子の粒子径の変動係数を、上述の範囲とすることができ、当該シリカ系中空粒子の凝集が抑制され、且つ、シリカ系中空粒子が様々な物品に充填された場合、均一に充填され易くなる。 The coefficient of variation of the particle size of the core-shell particles of the present invention is 20 to 60%. 20 to 50% is preferable, and 20 to 40% is more preferable. Since the coefficient of variation of the particle size of the core-shell particles is within the above range, the coefficient of variation of the particle size of the silica-based hollow particles obtained by thermally decomposing the polystyrene particles which are the cores of the core-shell particles should be within the above range. When the silica-based hollow particles are suppressed from agglomeration and the silica-based hollow particles are filled in various articles, they can be easily filled uniformly.

本発明のコアシェル粒子は、アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%を占める。アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%未満であると、コアシェル粒子のコアであるポリスチレン粒子を熱分解することにより得られるシリカ系中空粒子の凝集が抑制できず、様々な物品に充填された場合、均一に充填され難い。アスペクト比が1.5以下の粒子は、97%以上が好ましく、99%がより好ましい。 In the core-shell particles of the present invention, particles having an aspect ratio of 1.5 or less occupy 95% of the total particles. When the amount of particles having an aspect ratio of 1.5 or less is less than 95% of the total particles, the aggregation of silica-based hollow particles obtained by thermally decomposing the polystyrene particles which are the cores of the core-shell particles cannot be suppressed, and various articles. When filled in, it is difficult to fill evenly. The particles having an aspect ratio of 1.5 or less are preferably 97% or more, more preferably 99%.

コアシェル粒子の平均粒子径は、30〜150nmが好ましく、35〜120nmがより好ましく、35〜100nmが更に好ましい。平均粒子径が上記範囲であることにより、シリカ系中空粒子の凝集をより抑制することができ、且つ、様々な物品に充填された場合に、より均一に充填され易くなる。 The average particle size of the core-shell particles is preferably 30 to 150 nm, more preferably 35 to 120 nm, and even more preferably 35 to 100 nm. When the average particle size is in the above range, the aggregation of silica-based hollow particles can be further suppressed, and when the silica-based hollow particles are filled in various articles, the silica-based hollow particles can be easily filled more uniformly.

コアシェル粒子を形成する膜(シェル)の膜厚は、2〜40nmが好ましく、2〜20nmがより好ましい。膜の厚みが上記範囲であることにより、シリカ系中空粒子の空孔率を高くしつつ、シェル強度を維持することができる。 The film thickness of the film (shell) forming the core-shell particles is preferably 2 to 40 nm, more preferably 2 to 20 nm. When the thickness of the film is in the above range, the shell strength can be maintained while increasing the porosity of the silica-based hollow particles.

本発明のコアシェル粒子は、実質的に会合していないことが好ましい。コアシェル粒子が会合していない状態であると、コアシェル粒子のコアであるポリスチレン粒子を熱分解することにより得られるシリカ系中空粒子が様々な物品に充填された場合、より均一に充填され易くなる。なお、本明細書において、コアシェル粒子が会合している状態とは、複数のコアシェル粒子のコアであるポリスチレン粒子が接合して、一つの二次粒子を形成している状態を示しており、コアシェル粒子が実質的に会合していないとは、コアシェル粒子のコアであるポリスチレン粒子が接合していない状態をいう。また、本発明のコアシェル粒子が会合していないことは、上記TEMを用いて撮影されたコアシェル粒子の写真を観察することにより確認することができる。 It is preferable that the core-shell particles of the present invention are not substantially associated. When the core-shell particles are not associated with each other, when the silica-based hollow particles obtained by thermally decomposing the polystyrene particles which are the cores of the core-shell particles are filled in various articles, they are easily filled more uniformly. In the present specification, the state in which the core-shell particles are associated means a state in which the polystyrene particles, which are the cores of the plurality of core-shell particles, are joined to form one secondary particle, and the core-shell. The fact that the particles are not substantially associated means that the polystyrene particles, which are the cores of the core-shell particles, are not bonded. Further, the fact that the core-shell particles of the present invention are not associated can be confirmed by observing a photograph of the core-shell particles taken by using the above TEM.

3.ポリスチレン粒子
本発明のポリスチレン粒子は、アスペクト比が1.5以下の粒子が全体の95%以上を占め、粒子径の変動係数が20〜60%であり、分散剤を含むポリスチレン粒子である。上記ポリスチレン粒子は、粒子径の変動係数及びアスペクト比が上記範囲となっており、分散剤を含むので、後述する本発明のコアシェル粒子の製造方法、及びシリカ系中空粒子の製造方法の工程1で調整され、工程2に用いられることにより、凝集が抑制されており、粒度分布が大きく、アスペクト比が小さいコアシェル粒子を製造することができ、当該コアシェル粒子を工程3に用いることにより、様々な物品に充填された場合、均一に充填され易い本発明の中空シリカ粒子を容易に製造することができる。
3. 3. Polystyrene particles The polystyrene particles of the present invention are polystyrene particles having an aspect ratio of 1.5 or less, accounting for 95% or more of the total, having a coefficient of variation of particle size of 20 to 60%, and containing a dispersant. Since the polystyrene particles have a particle size variation coefficient and an aspect ratio within the above ranges and contain a dispersant, they are used in step 1 of the method for producing core-shell particles of the present invention and the method for producing silica-based hollow particles, which will be described later. By being adjusted and used in step 2, agglomeration is suppressed, core-shell particles having a large particle size distribution and a small aspect ratio can be produced, and by using the core-shell particles in step 3, various articles can be produced. The hollow silica particles of the present invention, which are easily filled uniformly, can be easily produced.

上記ポリスチレン粒子は、上述のコアシェル粒子を形成するポリスチレン粒子と同一である。また、ポリスチレン粒子の平均粒子径、ゼータ電位は、上述のコアシェル粒子を形成するポリスチレン粒子と同一である。 The polystyrene particles are the same as the polystyrene particles forming the core-shell particles described above. The average particle size and zeta potential of the polystyrene particles are the same as those of the polystyrene particles forming the core-shell particles described above.

本発明のポリスチレン粒子の粒子径の変動係数は、20〜60%である。25〜55%が好ましく、30〜50%がより好ましい。ポリスチレン粒子の平均粒子径が上記範囲であることにより、コアシェル粒子の粒子径の変動係数を上述の範囲とすることができ、且つ、コアシェル粒子のコアであるポリスチレン粒子を熱分解することにより得られるシリカ系中空粒子の粒子径の変動係数を、上述の範囲とすることができ、当該シリカ系中空粒子の凝集が抑制され、且つ、シリカ系中空粒子が様々な物品に充填された場合、均一に充填され易くなる。 The coefficient of variation of the particle size of the polystyrene particles of the present invention is 20 to 60%. It is preferably 25 to 55%, more preferably 30 to 50%. When the average particle size of the polystyrene particles is in the above range, the fluctuation coefficient of the particle size of the core-shell particles can be in the above-mentioned range, and it can be obtained by thermally decomposing the polystyrene particles which are the cores of the core-shell particles. The fluctuation coefficient of the particle size of the silica-based hollow particles can be set in the above range, and when the aggregation of the silica-based hollow particles is suppressed and the silica-based hollow particles are filled in various articles, they are uniformly filled. It becomes easy to be filled.

本明細書において、上記ポリスチレン粒子の変動係数は、SEM(走査型電子顕微鏡:JSM−6700F、日本電子株式会社製)を用いて、加速電圧5kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子短径を測長して平均値を求め、下記式に基づいて算出した値である。
(変動係数)=[(粒子短径の標準偏差)÷(粒子短径の平均値)]×100
In the present specification, the fluctuation coefficient of the polystyrene particles is arbitrarily selected by taking a photograph of the particles under the condition of an acceleration voltage of 5 kV using an SEM (scanning electron microscope: JSM-6700F, manufactured by JEOL Ltd.). It is a value calculated based on the following formula by measuring the minor axis of only 100 particles to obtain an average value.
(Coefficient of variation) = [(standard deviation of particle minor axis) ÷ (average value of particle minor axis)] × 100

本発明のポリスチレン粒子は、アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%を占める。アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%未満であると、コアシェル粒子のコアであるポリスチレン粒子を熱分解することにより得られるシリカ系中空粒子の凝集が抑制できず、様々な物品に充填された場合、均一に充填され難い。アスペクト比が1.5以下の粒子は、97%以上が好ましく、99%がより好ましい。 In the polystyrene particles of the present invention, particles having an aspect ratio of 1.5 or less occupy 95% of the total particles. When the amount of particles having an aspect ratio of 1.5 or less is less than 95% of the total particles, the aggregation of silica-based hollow particles obtained by thermally decomposing the polystyrene particles which are the cores of the core-shell particles cannot be suppressed, and various articles. When filled in, it is difficult to fill evenly. The particles having an aspect ratio of 1.5 or less are preferably 97% or more, more preferably 99%.

本明細書において、上記ポリスチレン粒子のうちアスペクト比が1.5以下の粒子の粒子全体に占める割合は、以下の方法により測定される。すなわち、SEM(走査型電子顕微鏡:JSM−6700F、日本電子株式会社製)を用いて、倍率10万倍、加速電圧5kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個のそれぞれの粒子の粒子長径及び粒子短径を測長して、下記式に基づいてそれぞれの粒子のアスペクト比を求める。次いで、粒子100個中アスペクト比が1.5以下の粒子の数を数え、当該数を、アスペクト比が1.5以下の粒子の粒子全体に占める割合(%)とする。
(アスペクト比)=(粒子長径)÷(粒子短径)
In the present specification, the ratio of the polystyrene particles having an aspect ratio of 1.5 or less to the total particles is measured by the following method. That is, using an SEM (scanning electron microscope: JSM-6700F, manufactured by Nippon Denshi Co., Ltd.), photographs of particles were taken under the conditions of a magnification of 100,000 times and an acceleration voltage of 5 kV, and each of the 100 arbitrarily selected particles was taken. The particle major axis and the particle minor axis of the particles are measured, and the aspect ratio of each particle is obtained based on the following formula. Next, the number of particles having an aspect ratio of 1.5 or less out of 100 particles is counted, and the number is defined as the ratio (%) of the particles having an aspect ratio of 1.5 or less to the total number of particles.
(Aspect ratio) = (Particle major axis) ÷ (Particle minor axis)

本明細書において、上記ポリスチレン粒子のアスペクト比の平均値は、SEM(走査型電子顕微鏡:JSM−6700F、日本電子株式会社製)を用いて、倍率10万倍、加速電圧5kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子の粒子長径及び粒子短径を測長してそれぞれの平均値を求め、下記式に基づいて算出した値である。
(アスペクト比の平均値)=(粒子長径の平均値)÷(粒子短径の平均値)
In the present specification, the average value of the aspect ratio of the polystyrene particles is determined by using an SEM (scanning electron microscope: JSM-6700F, manufactured by Nippon Denshi Co., Ltd.) under the conditions of a magnification of 100,000 times and an acceleration voltage of 5 kV. A photograph is taken, the particle major axis and the particle minor axis of 100 arbitrarily selected particles are measured, and the average value of each is obtained, and the value is calculated based on the following formula.
(Average value of aspect ratio) = (Average value of particle major axis) ÷ (Average value of particle minor axis)

本発明のポリスチレン粒子は、実質的に会合していないことが好ましい。ポリスチレン粒子が会合していない状態であると、ポリスチレン粒子を用いて形成したコアシェル粒子及びシリカ系中空粒子の会合が抑制されて、得られたシリカ系中空粒子が様々な物品に充填された場合、より均一に充填され易くなる。なお、本明細書において、ポリスチレン粒子が会合している状態とは、複数のポリスチレン粒子が接合して、一つの二次粒子を形成している状態を示しており、ポリスチレン粒子が実質的に会合していないとは、ポリスチレン粒子が接合していない状態をいう。なお、本発明のポリスチレン粒子が会合していないことは、上記SEMを用いて撮影されたポリスチレン粒子の写真を観察することにより確認することができる。 It is preferable that the polystyrene particles of the present invention are not substantially associated. When the polystyrene particles are not associated, the association of the core-shell particles and the silica-based hollow particles formed by using the polystyrene particles is suppressed, and the obtained silica-based hollow particles are filled in various articles. It becomes easier to fill more uniformly. In the present specification, the state in which the polystyrene particles are associated means a state in which a plurality of polystyrene particles are joined to form one secondary particle, and the polystyrene particles are substantially associated with each other. "Not" means that the polystyrene particles are not bonded. The fact that the polystyrene particles of the present invention are not associated can be confirmed by observing a photograph of the polystyrene particles taken using the above SEM.

4.シリカ系中空粒子の製造方法
本発明のシリカ系中空粒子の製造方法は、
(1)スチレンモノマーと、分散剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記スチレンモノマーの重合反応を行い、ポリスチレン粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とアセトンとの混合溶媒である工程1、
(2)溶媒に、(i)前記ポリスチレン粒子と、(ii)アルコキシシラン、又は、アルコキシシラン及び金属アルコキシドと、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、前記溶液中で、前記ポリスチレン粒子をコアとし、前記ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有するコアシェル粒子を形成する工程2、及び
(3)前記コアシェル粒子のコアである、前記ポリスチレン粒子を熱分解することにより、前記ポリスチレン粒子を除去する工程3を含む。
4. Method for Producing Silica-based Hollow Particles The method for producing silica-based hollow particles of the present invention is as follows.
(1) A step of preparing polystyrene particles by polymerizing the styrene monomer in a solution containing a styrene monomer, a dispersant, and a mixed solvent. The mixed solvent is a mixture of water and acetone. Step 1, which is a solvent,
(2) The solution is prepared by adding (i) the polystyrene particles, (ii) alkoxysilane, or alkoxysilane and a metal alkoxide, and (iii) a basic catalyst to a solvent and stirring to prepare the solution. In the steps 2 and (3) of forming core-shell particles having a silica-based shell covering the polystyrene particles with the polystyrene particles as the core, and (3) thermally decomposing the polystyrene particles which are the cores of the core-shell particles. The step 3 for removing the polystyrene particles is included.

<工程1>
工程1は、(1)スチレンモノマーと、分散剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、上記スチレンモノマーの重合反応を行い、ポリスチレン粒子を調製する工程であって、上記混合溶媒は、水とアセトンとの混合溶媒である工程である。
<Step 1>
Step 1 is a step of preparing polystyrene particles by polymerizing the styrene monomer in a solution containing (1) a styrene monomer, a dispersant, and a mixed solvent. The mixed solvent is water. This is a step in which the solvent is a mixture with acetone.

(スチレンモノマー)
上記スチレンモノマーとしては、ポリスチレン粒子を製造することができれば特に限定されないが、アルキル(メタ)アクリレート等の疎水性モノマーに由来する構成単位、その他の共重合可能なモノマー構成単位を含んでいるものが好ましい。その好適例としてば、炭素数3〜22のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートスチレン、2−メチルスチレン等が挙げられる。
(Styrene monomer)
The styrene monomer is not particularly limited as long as polystyrene particles can be produced, but those containing a structural unit derived from a hydrophobic monomer such as alkyl (meth) acrylate and other copolymerizable monomer structural units. preferable. Preferable examples thereof include alkyl (meth) acrylate styrene having an alkyl group having 3 to 22 carbon atoms, 2-methyl styrene and the like.

工程1において用いられるスチレンモノマーの溶液中の濃度は特に限定されないが、上記溶液100質量%に対して0.1〜20質量%であることが好ましく、0.2〜10質量%であることがより好ましい。上記濃度に設定することにより、得られるポリスチレン粒子の平均粒子径、及び最終生成物である中空シリカ粒子の平均粒子径を30〜150nm程度に制御することができる。 The concentration of the styrene monomer used in step 1 in the solution is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 20% by mass, preferably 0.2 to 10% by mass, based on 100% by mass of the above solution. More preferred. By setting the above concentration, the average particle size of the obtained polystyrene particles and the average particle size of the hollow silica particles as the final product can be controlled to about 30 to 150 nm.

(分散剤)
上記分散剤としては、ポリスチレン粒子を製造することができれば特に限定されず、公知の分散剤を用いることができる。上記分散剤としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等が挙げられ、中でも、ポリスチレン粒子の凝集を抑制し、後述する工程2で形成されるコアシェル粒子の凝集を抑制することができる点で、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロースが好ましい。上記分散剤は、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
(Dispersant)
The dispersant is not particularly limited as long as polystyrene particles can be produced, and a known dispersant can be used. Examples of the dispersant include polyvinylpyrrolidone, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide, polypropylene oxide, and the like. Among them, a core shell formed in step 2 described later by suppressing aggregation of polystyrene particles. Polyvinylpyrrolidone and hydroxypropyl cellulose are preferable because they can suppress the aggregation of particles. The above-mentioned dispersant can be used alone or in combination of two or more.

工程1において用いられる分散剤の溶液中の濃度は特に限定されないが、上記溶液100質量%に対して0.01〜10質量%が好ましく、0.05〜5質量%がより好ましい。上記濃度に設定することにより、ポリスチレン粒子の凝集をより抑制することができ、後述する工程2で形成されるコアシェル粒子の凝集をより抑制することができる。 The concentration of the dispersant used in step 1 in the solution is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.05 to 5% by mass, based on 100% by mass of the solution. By setting the above concentration, the aggregation of polystyrene particles can be further suppressed, and the aggregation of core-shell particles formed in step 2 described later can be further suppressed.

(混合溶媒)
工程1で用いられる混合溶媒は、水とアセトンとの混合溶媒である。このような混合溶媒を用いることで、コアであるポリスチレン粒子の粒子径の変動係数が小さくなり過ぎず、且つ、アスペクト比が大きくなり過ぎず、後述する工程2で形成されるコアシェル粒子の粒子径の変動係数及びアスペクト比を特定の範囲に調整することができる。
(Mixed solvent)
The mixed solvent used in step 1 is a mixed solvent of water and acetone. By using such a mixed solvent, the coefficient of variation of the particle size of the core polystyrene particles does not become too small and the aspect ratio does not become too large, and the particle size of the core-shell particles formed in step 2 described later. The coefficient of variation and aspect ratio of can be adjusted to a specific range.

混合溶媒中の水とアセトンとの質量比は特に限定されず、90:10〜20:80が好ましく、80:20〜40:60がより好ましい。水とアセトンとの質量比を上記範囲とすることにより、後述する工程2で形成されるコアシェル粒子の粒子径の変動係数及びアスペクト比を、上記特定の範囲に調整し易くなる。 The mass ratio of water and acetone in the mixed solvent is not particularly limited, and is preferably 90:10 to 20:80, more preferably 80:20 to 40:60. By setting the mass ratio of water and acetone in the above range, it becomes easy to adjust the coefficient of variation and the aspect ratio of the particle size of the core-shell particles formed in step 2 described later to the above-mentioned specific range.

(カチオン性重合開始剤)
工程1において、上記溶液は、カチオン性重合開始剤を含むことが好ましい。カチオン性重合開始剤は、ポリスチレン粒子を得ることができれば特に限定されず公知の無機過酸化物、有機系開始剤、レドックス剤等を使用することができる。中でも、有機酸化物やアゾ化合物等のラジカル重合開始剤を用いることがより好ましい。有機酸化物は、一般式RO−ORで示され、また、アゾ化合物は、一般式A−CN=CN−Aで示される。具体的には、過酸化ベンゾイルや2,2’−アゾビス(イソブチルアミジン)ジヒドロクロライド(AIBA)、4,4’−アゾビス−4−シアノバレリックアシッド、アゾビスイソブチロニトニル(AIBN)、2,2’−アゾビス(2-メチルプロピオアミド)ジヒドロクロライド(AAPH)であり、好ましくは2,2’−アゾビス(イソブチルアミジン)ジヒドロクロライド(AIBA)、2,2’−アゾビス(2-メチルプロピオアミド)ジヒドロクロライド(AAPH)である。中でも、2,2’−アゾビス(イソブチルアミジン)ジヒドロクロライド(AIBA)、4,4’−アゾビス−4−シアノバレリックアシッドがより好ましく、2,2’−アゾビス(イソブチルアミジン)ジヒドロクロライド(AIBA)が更に好ましい。
(Cationic polymerization initiator)
In step 1, the solution preferably contains a cationic polymerization initiator. The cationic polymerization initiator is not particularly limited as long as polystyrene particles can be obtained, and known inorganic peroxides, organic initiators, redox agents and the like can be used. Above all, it is more preferable to use a radical polymerization initiator such as an organic oxide or an azo compound. Organic oxides are represented by the general formula RO-OR, and azo compounds are represented by the general formula A-CN = CN-A. Specifically, benzoyl peroxide, 2,2'-azobis (isobutylamidine) dihydrochloride (AIBA), 4,4'-azobis-4-cyanovaleric acid, azobisisobutyronitonicyl (AIBN), 2 , 2'-azobis (2-methylpropioamide) dihydrochloride (AAPH), preferably 2,2'-azobis (isobutylamidin) dihydrochloride (AIBA), 2,2'-azobis (2-methylpro) Pioamide) dihydrochloride (AAPH). Of these, 2,2'-azobis (isobutylamidine) dihydrochloride (AIBA) and 4,4'-azobis-4-cyanovaleric acid are more preferable, and 2,2'-azobis (isobutylamidine) dihydrochloride (AIBA). Is more preferable.

上記工程1において用いられるカチオン性重合開始剤の溶液中の濃度は特に限定されないが、溶液を100質量%として、0.01〜1質量%であることが好ましい。上記濃度に設定することにより、得られるポリスチレン粒子の平均粒子径、及び最終生成物である中空シリカ粒子の平均粒子径を30〜150nm程度に制御することができる。 The concentration of the cationic polymerization initiator used in the above step 1 in the solution is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 1% by mass with the solution as 100% by mass. By setting the above concentration, the average particle size of the obtained polystyrene particles and the average particle size of the hollow silica particles as the final product can be controlled to about 30 to 150 nm.

(重合反応)
工程1では、上記スチレンモノマー、分散剤、及び混合溶媒を含む溶液中で、上記スチレンモノマーの重合反応が行われる。重合反応は、上記溶液を混合撹拌することにより行うことができる。
(Polymerization reaction)
In step 1, the polymerization reaction of the styrene monomer is carried out in a solution containing the styrene monomer, the dispersant, and the mixed solvent. The polymerization reaction can be carried out by mixing and stirring the above solutions.

工程1の溶液の重合反応の際の温度は特に限定されないが、40℃以上、上記溶媒の沸点以下であることが好ましく、また、50〜90℃であることがより好ましい。上記反応温度が低過ぎると、反応速度が遅くなるおそれがあり、高過ぎると、溶媒が蒸発してしまい、重合反応を継続できなくなるおそれがある。 The temperature during the polymerization reaction of the solution in step 1 is not particularly limited, but is preferably 40 ° C. or higher and lower than the boiling point of the solvent, and more preferably 50 to 90 ° C. If the reaction temperature is too low, the reaction rate may slow down, and if it is too high, the solvent may evaporate and the polymerization reaction may not be able to continue.

上記重合反応の反応時間は特に限定されないが1〜720分であることが好ましく、10〜600分であることがより好ましい。上記反応時間が短過ぎると、反応が不十分となるおそれがある。 The reaction time of the polymerization reaction is not particularly limited, but is preferably 1 to 720 minutes, more preferably 10 to 600 minutes. If the reaction time is too short, the reaction may be insufficient.

上記重合反応により、ポリスチレン粒子が調製される。ポリスチレン粒子の平均粒子径は20〜150nmが好ましく、25〜120nmがより好ましく、25〜100nmが更に好ましい。ポリスチレン粒子の平均粒子径を上記範囲とすることにより、工程2により形成されるコアシェル粒子の平均粒子径、及び工程3により製造されるシリカ系中空粒子の平均粒子径を適切な範囲とすることができる。 Polystyrene particles are prepared by the above polymerization reaction. The average particle size of the polystyrene particles is preferably 20 to 150 nm, more preferably 25 to 120 nm, still more preferably 25 to 100 nm. By setting the average particle size of the polystyrene particles in the above range, the average particle size of the core-shell particles formed in step 2 and the average particle size of the silica-based hollow particles produced in step 3 can be set in an appropriate range. can.

以上説明した工程1により、ポリスチレン粒子が調製される。 Polystyrene particles are prepared by the step 1 described above.

<工程2>
工程2は、(2)溶媒に、(i)前記ポリスチレン粒子と、(ii)アルコキシシラン、又は、アルコキシシラン及び金属アルコキシドと、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、前記溶液中で、前記ポリスチレン粒子をコアとし、前記ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有するコアシェル粒子を形成する工程である。
<Process 2>
In step 2, (2) the polystyrene particles, (ii) alkoxysilane, or alkoxysilane and metal alkoxide, and (iii) basic catalyst are added to and stirred in a solvent to prepare a solution. This is a step of forming core-shell particles having the polystyrene particles as a core and having a silica-based shell covering the polystyrene particles in the solution.

(溶媒)
工程2で用いられる溶媒としては、水を用いることが好ましい。水を用いることにより、安価で、且つ安全にコアシェル粒子を形成することができる。
(solvent)
Water is preferably used as the solvent used in step 2. By using water, core-shell particles can be formed inexpensively and safely.

上記溶媒としては、また、親水性溶媒を用いることができる。親水性溶媒としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸エチル等のエステル類を例示することができる。これらの中でも、アルコール類を用いることが好ましく、メタノール、エタノール、イソプロパノールを用いることがより好ましい。上記溶媒としては、また、ケイ素化合物の加水分解により生成するアルコールと同種のアルコールを用いることがさらに好ましい。ケイ素化合物の加水分解により生成するアルコールと同種のアルコールを用いることにより、溶媒の回収、再利用を容易に行なうことができる。 As the solvent, a hydrophilic solvent can also be used. Examples of the hydrophilic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, ethylene glycol, propylene glycol and 1,4-butanediol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, and esters such as ethyl acetate. be able to. Among these, alcohols are preferably used, and methanol, ethanol, and isopropanol are more preferable. As the solvent, it is more preferable to use an alcohol of the same type as the alcohol produced by hydrolysis of the silicon compound. By using an alcohol of the same type as the alcohol produced by hydrolysis of the silicon compound, the solvent can be easily recovered and reused.

上記溶媒は一種を単独で使用することもでき、二種以上の溶媒を混合して使用することもできる。 One of the above solvents may be used alone, or two or more kinds of solvents may be mixed and used.

上記溶媒として、水及び親水性溶媒を混合して用いてもよい。親水性溶媒:水の質量比は限定されないが、90:10〜10:90が好ましく、50:50〜10:90がより好ましい。上記質量比を上述の範囲とすることにより、得られる中空シリカ粒子の平均粒子径を、30〜150nm程度に制御し易い。 As the solvent, water and a hydrophilic solvent may be mixed and used. The mass ratio of hydrophilic solvent: water is not limited, but 90:10 to 10:90 is preferable, and 50:50 to 10:90 is more preferable. By setting the mass ratio in the above range, the average particle size of the obtained hollow silica particles can be easily controlled to about 30 to 150 nm.

上記溶媒としては、また、疎水性溶媒を用いることができる。疎水性溶媒としては、100℃で100g当たり約1g未満の水溶性を有する有機炭化水素系溶媒が挙げられる。このような疎水性溶媒としては、炭素数6〜10の直鎖状又は分岐状又は環状のアルカン、例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタンを用いることができる。その中でもオクタンがより好ましい。 As the solvent, a hydrophobic solvent can also be used. Examples of the hydrophobic solvent include organic hydrocarbon solvents having a water solubility of less than about 1 g per 100 g at 100 ° C. As such a hydrophobic solvent, a linear or branched or cyclic alkane having 6 to 10 carbon atoms, for example, hexane, cyclohexane, heptane, octane, or isooctane can be used. Among them, octane is more preferable.

(ポリスチレン粒子)
工程2で用いられるポリスチレン粒子は、上記工程1により調製されたポリスチレン粒子を用いればよい。
(Polystyrene particles)
As the polystyrene particles used in the step 2, the polystyrene particles prepared in the above step 1 may be used.

上記溶液中のポリスチレン粒子の濃度は、0.01〜50質量%であることが好ましく、0.01〜20質量%であることがより好ましい。 The concentration of polystyrene particles in the solution is preferably 0.01 to 50% by mass, more preferably 0.01 to 20% by mass.

(アルコキシシラン)
工程2で用いられるアルコキシシランとしては特に限定されず、例えば、一般式(1)
Si(OR (1)
で示されるテトラアルコキシシラン又はその誘導体が挙げられる。上記一般式(1)において、Rは同一又は異なって、アルキル基であり、好ましくは炭素数1〜8の低級アルキル基であり、より好ましくは炭素数1〜4の低級アルキル基であり、更に好ましくは、炭素数1〜3の低級アルキル基である。具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソブチル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等を例示でき、緻密なシリカ系シェルを得ることができる点で、Rがメチル基であるテトラメトキシシラン(TMOS)がより好ましい。また、上記炭素数が大き過ぎると、シリカが生成し難いおそれがある。なお、上記緻密なシリカ系シェルとは、シロキサン結合がより完全に形成され、残存するシラノール基が少ないシリカ系シェルである。
(Alkoxysilane)
The alkoxysilane used in step 2 is not particularly limited, and for example, the general formula (1)
Si (OR 1 ) 4 (1)
Examples thereof include tetraalkoxysilanes and derivatives thereof. In the above general formula (1), R 1 is the same or different and is an alkyl group, preferably a lower alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and more preferably a lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. More preferably, it is a lower alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. A methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isobutyl group, butyl group, pentyl group, can be exemplified a hexyl group or the like, in that it is possible to obtain a dense silica shell, tetra R 1 is a methyl group Methylsilane (TMS) is more preferred. Further, if the number of carbon atoms is too large, silica may be difficult to be produced. The dense silica-based shell is a silica-based shell in which siloxane bonds are more completely formed and there are few remaining silanol groups.

工程2で用いられるアルコキシシランとしては、また、一般式(2)
Si(OR (2)
で示されるトリアルコキシシラン又はそのこれらの誘導体が挙げられる。上記一般式(2)において、Rは上記一般式(1)のRと同じであり、Rは水素、又は上記Rとして説明したアルキル基と同一のアルキル基である。
As the alkoxysilane used in step 2, the general formula (2) is also used.
Si (OR 1 ) 3 R 2 (2)
Examples thereof include trialkoxysilanes represented by and derivatives thereof. In the general formula (2), R 1 is the same as R 1 in the general formula (1), and R 2 is hydrogen or the same alkyl group as the alkyl group described as R 1.

上記アルコキシシランの誘導体としては、上記アルコキシシランを部分的に加水分解して得られる低縮合体が挙げられる。 Examples of the derivative of the alkoxysilane include a low condensate obtained by partially hydrolyzing the alkoxysilane.

上記アルコキシシランは、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。中でも、コアシェル粒子の段階で凝集を防ぐことができ、シランカップリング剤等での表面改質が容易になる点で、トリアルコキシシラン及びテトラアルコキシシランを含むことが好ましい。 The above-mentioned alkoxysilane may be used alone or in combination of two or more. Above all, it is preferable to contain trialkoxysilane and tetraalkoxysilane in that aggregation can be prevented at the stage of core-shell particles and surface modification with a silane coupling agent or the like is facilitated.

上記溶液中のアルコキシシランの濃度は、0.01〜50質量%であることが好ましく、0.01〜20質量%であることがより好ましい。 The concentration of alkoxysilane in the above solution is preferably 0.01 to 50% by mass, more preferably 0.01 to 20% by mass.

(金属アルコキシド)
工程2では、アルコシシシラン及び金属アルコキシドを混合して用いてもよい。金属アルコキシドとしては特に限定されず、公知のものを用いることができる。このような金属アルコキシドとしては、アルミニウムアルコキシド、チタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド等が挙げられる。アルミニウムアルコキシドを用いると、シリカ系シェルの表面電荷(ゼータ電位等)を調整することができる。また、チタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシドを用いると、シリカ系シェルの屈折率を調整することができる。
(Metal alkoxide)
In step 2, the arcosisisilane and the metal alkoxide may be mixed and used. The metal alkoxide is not particularly limited, and known metal alkoxides can be used. Examples of such metal alkoxides include aluminum alkoxides, titanium alkoxides, zirconium alkoxides and the like. When aluminum alkoxide is used, the surface charge (zeta potential, etc.) of the silica-based shell can be adjusted. Further, when titanium alkoxide or zirconium alkoxide is used, the refractive index of the silica-based shell can be adjusted.

上記溶液中の金属アルコキシドの濃度は、0.01〜50質量%であることが好ましく、0.01〜20質量%であることがより好ましい。 The concentration of the metal alkoxide in the solution is preferably 0.01 to 50% by mass, more preferably 0.01 to 20% by mass.

工程2では、アルコキシシランと金属アルコキシドとを別々に添加して溶液を調製してもよく、アルコキシシランと金属アルコキシドとを混合し、加水分解してから溶液中に添加してもよい。アルコキシシランと金属アルコキシドとを混合し、加水分解してから溶液中に添加することにより、下記式(3)
Si−O−M (3)
で示される結合を有し、式(3)中Mで示される金属が均一に含まれるシリカ系シェルを形成することができる。
In step 2, the alkoxysilane and the metal alkoxide may be added separately to prepare a solution, or the alkoxysilane and the metal alkoxide may be mixed, hydrolyzed, and then added to the solution. By mixing alkoxysilane and metal alkoxide, hydrolyzing them, and then adding them to the solution, the following formula (3)
Si-OM (3)
It is possible to form a silica-based shell having a bond represented by and uniformly containing the metal represented by M in the formula (3).

なお、上記式(3)中、Mは金属を示し、好ましくはアルミニウム、チタン、ジルコニウムを示す。 In the above formula (3), M represents a metal, preferably aluminum, titanium, or zirconium.

上記アルコキシシランと金属アルコキシドとを混合し、加水分解してから溶液中に添加する方法としては、例えば、特開2005−41722号公報に記載された方法が挙げられる。 Examples of the method of mixing the above-mentioned alkoxysilane and the metal alkoxide, hydrolyzing the mixture, and then adding the metal alkoxide to the solution include the methods described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-41722.

(塩基性触媒)
工程2で用いられる塩基性触媒としては特に限定されず、公知の塩基性触媒を用いることができるが、特に金属不純物の混入を回避するという点で金属成分を含まない有機系塩基触媒、及び金属成分を含まない無機系触媒が好適である。上記有機系塩基触媒としては、例えばエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、尿素、エタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラメチルグアニジン、塩基性アミノ酸等の含窒素有機系塩基触媒が挙げられる。また、上記無機系塩基触媒としては、アンモニア水が挙げられる。工程2を行う際の温度範囲で揮散しない点で、揮発性の低い有機系塩基触媒が好ましい。揮散する塩基の場合、連続的に添加して溶液のpHを維持してもよい。また、価格が安価であり経済的に優れる点で、アンモニア水が好ましい。
(Basic catalyst)
The basic catalyst used in step 2 is not particularly limited, and a known basic catalyst can be used, but in particular, an organic base catalyst containing no metal component and a metal in terms of avoiding mixing of metal impurities. Inorganic catalysts containing no components are suitable. Examples of the organic base catalyst include nitrogen-containing organic base catalysts such as ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetraamine, urea, ethanolamine, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetramethylguanidine, and basic amino acids. .. Moreover, the ammonia water is mentioned as the said inorganic base catalyst. An organic base catalyst having low volatility is preferable because it does not volatilize in the temperature range when the step 2 is performed. In the case of volatilizing base, it may be added continuously to maintain the pH of the solution. In addition, ammonia water is preferable because it is inexpensive and economically superior.

上記塩基性触媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。 The basic catalyst may be used alone or in combination of two or more.

上記溶液中の塩基性触媒の濃度は、0.1〜5質量%であることが好ましく、0.5〜3質量%であることがより好ましい。 The concentration of the basic catalyst in the above solution is preferably 0.1 to 5% by mass, more preferably 0.5 to 3% by mass.

工程2では、上記溶媒に、(i)ポリスチレン粒子と、(ii)アルコキシシラン、又は、アルコキシシラン及び金属アルコキシドと、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、溶液中で、ポリスチレン粒子をコアとし、ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有するコアシェル粒子を形成することができる。 In step 2, a solution is prepared by adding (i) polystyrene particles, (ii) alkoxysilane, or alkoxysilane and metal alkoxide, and (iii) basic catalyst to the above solvent and stirring to prepare a solution. Among them, core-shell particles having polystyrene particles as a core and having a silica-based shell covering the polystyrene particles can be formed.

上記工程2における溶液の温度は特に限定されないが、5〜200℃が好ましく、5〜150℃がより好ましい。上記温度が低過ぎると、反応速度が遅くなるおそれがあり、高過ぎると、溶媒が蒸発してしまうおそれがある。 The temperature of the solution in the above step 2 is not particularly limited, but is preferably 5 to 200 ° C, more preferably 5 to 150 ° C. If the temperature is too low, the reaction rate may slow down, and if it is too high, the solvent may evaporate.

上記工程2における撹拌時間は特に限定されないが1〜1200分であることが好ましく、1〜600分であることがより好ましい。上記撹拌時間が短過ぎると、反応が不十分となるおそれがある。 The stirring time in the above step 2 is not particularly limited, but is preferably 1 to 1200 minutes, and more preferably 1 to 600 minutes. If the stirring time is too short, the reaction may be insufficient.

以上説明した工程2により、上記ポリスチレン粒子をコアとし、上記ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有するコアシェル粒子を形成することができる。 By the step 2 described above, it is possible to form core-shell particles having the polystyrene particles as the core and having a silica-based shell covering the polystyrene particles.

<工程3>
工程3は、上記コアシェル粒子のコアである、上記ポリスチレン粒子を熱分解することにより、上記ポリスチレン粒子を除去する工程である。上記コアシェル粒子の内部は、コアとしてポリスチレン粒子が充填されている状態であるので、これを除去することによりシェル内を中空とし、高機能性材料として使用し得るシリカ系中空粒子を製造することができる。
<Step 3>
Step 3 is a step of removing the polystyrene particles by thermally decomposing the polystyrene particles, which are the cores of the core-shell particles. Since the inside of the core-shell particles is filled with polystyrene particles as a core, it is possible to make the inside of the shell hollow by removing the polystyrene particles to produce silica-based hollow particles that can be used as a highly functional material. can.

工程3において、ポリスチレン粒子は、熱分解により除去される。上記熱分解としては、特に限定されないが、例えば、焼成が挙げられる。焼成による場合、焼成温度が低すぎるとシリカ系中空粒子内にポリスチレン粒子および他の有機成分が残存する可能性があり、また焼成温度が高すぎるとシェルが破壊されるおそれがある。このため、焼成によるポリスチレン粒子の除去方法としては、例えば、超音波霧化器、二流体ノズル等を用いて、工程2により調製した溶液を電気炉内に噴霧し、電気炉内で好ましくは350〜1500℃、より好ましくは400〜1200℃、更に好ましくは600〜1000℃の高温度領域で焼成する方法が挙げられる。この方法によりポリスチレン粒子を除去するのに十分な時間をかけて焼成することによって、シェルを殆ど破壊することなく、コアシェル粒子からポリスチレン粒子を除去することができる。 In step 3, the polystyrene particles are removed by thermal decomposition. The thermal decomposition is not particularly limited, and examples thereof include firing. In the case of firing, if the firing temperature is too low, polystyrene particles and other organic components may remain in the silica-based hollow particles, and if the firing temperature is too high, the shell may be destroyed. Therefore, as a method for removing polystyrene particles by firing, for example, using an ultrasonic atomizer, a two-fluid nozzle, or the like, the solution prepared in step 2 is sprayed into an electric furnace, and the solution is preferably 350 in the electric furnace. Examples thereof include a method of firing in a high temperature region of ~ 1500 ° C., more preferably 400 to 1200 ° C., still more preferably 600 to 1000 ° C. By firing for a sufficient time to remove the polystyrene particles by this method, the polystyrene particles can be removed from the core shell particles with almost no destruction of the shell.

工程2により調製した溶液を電気炉内に噴霧して焼成することにより、ポリスチレン粒子の除去を行う場合には、電気炉の高温度領域の手前に、150〜250℃程度の温度範囲の低温度領域を設け、噴霧された溶液が当該低温度領域を通過してから、高温度領域に噴霧されるようにすることが好ましい。噴霧された溶液が低温度領域を通過することにより、溶液中の溶媒が徐々に蒸発するので、これにより噴霧液の液滴内でのシリカ系中空粒子の形成が促進される。上記低温度領域を設けない場合、シリカ系中空粒子の形成が不十分となり、シリカ系中空粒子の形状が、いびつになるおそれがある。 When removing polystyrene particles by spraying the solution prepared in step 2 into an electric furnace and firing it, a low temperature in a temperature range of about 150 to 250 ° C. is in front of the high temperature region of the electric furnace. It is preferable to provide a region so that the sprayed solution passes through the low temperature region and then is sprayed into the high temperature region. As the sprayed solution passes through the low temperature region, the solvent in the solution gradually evaporates, which promotes the formation of silica-based hollow particles in the droplets of the spray liquid. If the low temperature region is not provided, the formation of silica-based hollow particles is insufficient, and the shape of the silica-based hollow particles may be distorted.

上記工程を経て得られるシリカ系中空粒子の平均粒子径は、30〜150nmが好ましく、35〜120nmがより好ましく、35〜100nmが更に好ましい。得られるシリカ系中空粒子の平均粒子径が上記範囲であることにより、シリカ系中空粒子の凝集をより抑制することができ、且つ、様々な物品に充填された場合に、より均一に充填され易くなる。 The average particle size of the silica-based hollow particles obtained through the above steps is preferably 30 to 150 nm, more preferably 35 to 120 nm, and even more preferably 35 to 100 nm. When the average particle size of the obtained silica-based hollow particles is in the above range, the aggregation of the silica-based hollow particles can be further suppressed, and when the silica-based hollow particles are filled in various articles, they are easily filled more uniformly. Become.

上記工程を経て得られるシリカ系中空粒子は、アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%を占めることが好ましく、97%以上がより好ましく、99%が更に好ましい。得られるシリカ系中空粒子のアスペクト比が1.5以下の粒子が上記割合であることにより、シリカ系中空粒子の凝集を抑制することができ、且つ、様々な物品に充填された場合に、均一に充填され易くなる。 In the silica-based hollow particles obtained through the above steps, particles having an aspect ratio of 1.5 or less preferably occupy 95% of the total particles, more preferably 97% or more, still more preferably 99%. By having the above ratio of particles having an aspect ratio of 1.5 or less of the obtained silica-based hollow particles, aggregation of the silica-based hollow particles can be suppressed, and when the silica-based hollow particles are filled in various articles, they are uniform. It becomes easy to be filled in.

上記工程を経て得られるシリカ系中空粒子のアスペクト比は、1.0〜1.6が好ましく、1.0〜1.4がより好ましく、1.0〜1.2が更に好ましい。得られるシリカ系中空粒子のアスペクト比が上記範囲であることにより、シリカ系中空粒子の凝集をより抑制することができ、且つ、様々な物品に充填された場合に、より均一に充填され易くなる。 The aspect ratio of the silica-based hollow particles obtained through the above steps is preferably 1.0 to 1.6, more preferably 1.0 to 1.4, and even more preferably 1.0 to 1.2. When the aspect ratio of the obtained silica-based hollow particles is in the above range, the aggregation of the silica-based hollow particles can be further suppressed, and when the silica-based hollow particles are filled in various articles, the silica-based hollow particles can be easily filled more uniformly. ..

上記工程を経て得られるシリカ系中空粒子の粒子径の変動係数は、20〜60%が好ましく、20〜50%がより好ましく、20〜40%が更に好ましい。得られるシリカ系中空粒子の粒子径の変動係数が上記範囲であることにより、シリカ系中空粒子の凝集を抑制することができ、且つ、様々な物品に充填された場合に、均一に充填され易くなる。 The coefficient of variation of the particle size of the silica-based hollow particles obtained through the above steps is preferably 20 to 60%, more preferably 20 to 50%, still more preferably 20 to 40%. When the coefficient of variation of the particle size of the obtained silica-based hollow particles is within the above range, aggregation of the silica-based hollow particles can be suppressed, and when the silica-based hollow particles are filled in various articles, they are easily filled uniformly. Become.

以上説明した工程3により、上記コアシェル粒子のコアである、上記ポリスチレン粒子が熱分解されて、上記ポリスチレン粒子を除去することができる。 By the step 3 described above, the polystyrene particles, which are the cores of the core-shell particles, are thermally decomposed and the polystyrene particles can be removed.

5.コアシェル粒子の製造方法
本発明のコアシェル粒子の製造方法は、
(1)スチレンモノマーと、分散剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記スチレンモノマーの重合反応を行い、ポリスチレン粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とアセトンとの混合溶媒である工程1、
(2)溶媒に、(i)前記ポリスチレン粒子と、(ii)アルコキシシラン、又は、アルコキシシラン及び金属アルコキシドと、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、前記溶液中で、前記ポリスチレン粒子をコアとし、前記ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有するコアシェル粒子を形成する工程2を含む製造方法である。
5. Method for producing core-shell particles The method for producing core-shell particles of the present invention is as follows.
(1) A step of preparing polystyrene particles by polymerizing the styrene monomer in a solution containing a styrene monomer, a dispersant, and a mixed solvent. The mixed solvent is a mixture of water and acetone. Step 1, which is a solvent,
(2) The solution is prepared by adding (i) the polystyrene particles, (ii) alkoxysilane, or alkoxysilane and a metal alkoxide, and (iii) a basic catalyst to a solvent and stirring to prepare the solution. Among them, the production method includes a step 2 of forming core-shell particles having the polystyrene particles as a core and having a silica-based shell covering the polystyrene particles.

上記工程1及び工程2は、上記シリカ系中空粒子の製造方法において説明した工程1及び2と同一である。本発明のコアシェル粒子の製造方法により製造されたコアシェル粒子は、当該コアシェル粒子のコアであるポリスチレン粒子を熱分解することによりポリスチレン粒子を除去することができるので、上述のシリカ系中空粒子の製造方法の工程3において用いられるコアシェル粒子として好適である。 The steps 1 and 2 are the same as the steps 1 and 2 described in the method for producing silica-based hollow particles. Since the polystyrene particles produced by the method for producing core-shell particles of the present invention can be removed by thermally decomposing the polystyrene particles which are the cores of the core-shell particles, the above-mentioned method for producing silica-based hollow particles It is suitable as the core-shell particles used in step 3 of the above.

6.ポリスチレン粒子の製造方法
本発明のポリスチレン粒子の製造方法は、
(1)スチレンモノマーと、分散剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記スチレンモノマーの重合反応を行い、ポリスチレン粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とアセトンとの混合溶媒である工程1を含む製造方法である。
6. Method for producing polystyrene particles The method for producing polystyrene particles of the present invention is as follows.
(1) A step of preparing polystyrene particles by polymerizing the styrene monomer in a solution containing a styrene monomer, a dispersant, and a mixed solvent. The mixed solvent is a mixture of water and acetone. It is a production method including step 1 which is a solvent.

上記工程1は、上記シリカ系中空粒子の製造方法に及びコアシェル粒子の製造方法において説明した工程1と同一である。本発明のポリスチレン粒子の製造方法により製造されたポリスチレン粒子は、粒子径の変動係数及びアスペクト比が1.5以下の粒子の割合が上記範囲となっており、分散剤を含むので、上記コアシェル粒子の製造方法、及び上記シリカ系中空粒子の製造方法の工程1で調整され、工程2に用いられることにより、凝集が抑制されており、粒度分布が大きく、アスペクト比が小さいコアシェル粒子を製造することができ、当該コアシェル粒子を工程3に用いることにより、様々な物品に充填された場合、均一に充填され易い本発明の中空シリカ粒子を容易に製造することができる。 The step 1 is the same as the step 1 described in the method for producing silica-based hollow particles and the method for producing core-shell particles. The polystyrene particles produced by the method for producing polystyrene particles of the present invention have a particle size variation coefficient and an aspect ratio of 1.5 or less in the above range, and contain a dispersant. By adjusting in step 1 of the above-mentioned manufacturing method of silica-based hollow particles and using in step 2, agglomeration is suppressed, a large particle size distribution, and a small aspect ratio are produced. By using the core-shell particles in step 3, the hollow silica particles of the present invention, which are easily uniformly filled when filled in various articles, can be easily produced.

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples.

実施例1
表1の製造条件により、表2の配合でポリスチレン粒子及びコアシェル粒子を調製し、シリカ系中空粒子を製造した。具体的には、以下の通りである。
Example 1
Polystyrene particles and core-shell particles were prepared according to the production conditions shown in Table 1 according to the formulation shown in Table 2, and silica-based hollow particles were produced. Specifically, it is as follows.

(工程1:ポリスチレン粒子の製造)
表2の配合及び条件でポリスチレン粒子を製造した。スチレンモノマー(アルドリッチ社製)、超純水とアセトンとの混合溶媒、カチオン性重合開始剤として、2,2’−アゾビス(イソブチルアミジン)ジヒドロクロライド(AIBA)(シグマ−アルドリッチ社製)、分散剤としてPVP(ポリビニルピロリドン)を用い、バッチ式の反応系により合成した。
(Step 1: Production of polystyrene particles)
Polystyrene particles were produced under the formulations and conditions shown in Table 2. Styrene monomer (manufactured by Aldrich), mixed solvent of ultrapure water and acetone, 2,2'-azobis (isobutylamidine) dihydrochloride (AIBA) (manufactured by Sigma-Aldrich) as a cationic polymerization initiator, dispersant It was synthesized by a batch-type reaction system using PVP (polyvinylpyrrolidone) as a solvent.

具体的には、先ず、1Lの四ツ口フラスコ、撹拌羽、マントルヒーター、冷却装置を備える反応装置を用意した。 Specifically, first, a reaction device including a 1 L four-necked flask, a stirring blade, a mantle heater, and a cooling device was prepared.

次いで、超純水382.5g、アセトン467.5g、及び、分散剤としてPVP(東京化成工業株式会社製 K90 分子量630,000)を四ツ口フラスコに注入し、窒素雰囲気中で250rpmの撹拌条件で撹拌しながら環流し、温度が変化しなくなるまで10分間加温した。このときの温度は63℃であった。次いで、スチレンモノマーを添加し、温度が変化しなくなるまで5分間加温してスチレンモノマーを均一に分散させて、溶液を調製した。溶液の温度は63℃であった。なお、スチレンモノマーは、予め0.1M−NaOHで洗浄して安定剤を除去したものを使用した。 Next, 382.5 g of ultrapure water, 467.5 g of acetone, and PVP (K90 molecular weight 630,000 manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) were injected into a four-necked flask, and the stirring conditions were 250 rpm in a nitrogen atmosphere. The mixture was recirculated with stirring and heated for 10 minutes until the temperature did not change. The temperature at this time was 63 ° C. Then, the styrene monomer was added and heated for 5 minutes until the temperature did not change to uniformly disperse the styrene monomer to prepare a solution. The temperature of the solution was 63 ° C. The styrene monomer used was previously washed with 0.1 M-NaOH to remove the stabilizer.

次いで、溶液に、重合開始剤として予め超純水に溶解させた5質量%AIBA水溶液を添加して、重合反応を開始した。窒素雰囲気下、63℃で10時間重合反応を行った後、室温まで冷却して、溶液中にポリスチレン粒子を製造した。 Next, a 5% by mass AIBA aqueous solution previously dissolved in ultrapure water was added to the solution as a polymerization initiator to initiate the polymerization reaction. After a polymerization reaction was carried out at 63 ° C. for 10 hours in a nitrogen atmosphere, the mixture was cooled to room temperature to produce polystyrene particles in the solution.

(工程2:コアシェル粒子の製造)
表2の配合及び条件でコアシェル粒子を製造した。具体的には、先ず、1Lの四ツ口フラスコ、撹拌羽、ウォーターバスを備える反応装置を用意した。フラスコ内に、上記工程1で製造したポリスチレン粒子が分散した溶液を入れ、溶媒としてメタノールを添加し、25%アンモニア水溶液を添加して、B液を調製した。TMOS及びメタノールを混合して、A液を調製した。B液を30℃に保ちながら、A液を3回に分けて30分間隔で添加した。250rpmで1時間撹拌して、溶液中でポリスチレン粒子をコアとし、ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有するコアシェル粒子を形成した。
(Step 2: Manufacture of core-shell particles)
Core-shell particles were produced according to the formulations and conditions shown in Table 2. Specifically, first, a reaction device equipped with a 1 L four-necked flask, a stirring blade, and a water bath was prepared. A solution in which the polystyrene particles produced in the above step 1 were dispersed was placed in a flask, methanol was added as a solvent, and a 25% aqueous ammonia solution was added to prepare solution B. Solution A was prepared by mixing TMOS and methanol. While keeping the solution B at 30 ° C., the solution A was added in 3 portions at intervals of 30 minutes. Stirring at 250 rpm for 1 hour, the polystyrene particles were used as the core in the solution to form core-shell particles having a silica-based shell covering the polystyrene particles.

工程2により得られたコアシェル粒子が分散した溶液をホットプレート上で150℃の温度で乾燥することによりコアシェル粒子の粉末を得た。 The solution in which the core-shell particles were dispersed obtained in step 2 was dried on a hot plate at a temperature of 150 ° C. to obtain a powder of core-shell particles.

(工程3:シリカ系中空粒子の製造)
工程2で得られたコアシェル粒子を、700℃の温度で熱処理することにより、ポリスチレン粒子を除去してシリカ系中空粒子を製造した。
(Step 3: Manufacture of silica-based hollow particles)
The core-shell particles obtained in step 2 were heat-treated at a temperature of 700 ° C. to remove polystyrene particles to produce silica-based hollow particles.

実施例2、3、比較例1〜4
製造条件を表1及び2の製造条件とし、表2の配合でポリスチレン粒子及びコアシェル粒子を調製した以外は実施例1と同様にして、シリカ系中空粒子を製造した。
Examples 2 and 3, Comparative Examples 1 to 4
The production conditions were set to the production conditions of Tables 1 and 2, and silica-based hollow particles were produced in the same manner as in Example 1 except that polystyrene particles and core-shell particles were prepared according to the formulation shown in Table 2.

実施例及び比較例において、工程1〜3で得られたポリスチレン粒子、コアシェル粒子及びシリカ系中空粒子の特性を、以下の方法により測定した。 In Examples and Comparative Examples, the characteristics of the polystyrene particles, core-shell particles and silica-based hollow particles obtained in steps 1 to 3 were measured by the following methods.

(平均粒子径)
シリカ系中空粒子及びコアシェル粒子
TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子社製)を用いて加速電圧200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子短径を測長して平均値を算出し、平均粒子径とした。
ポリスチレン粒子
SEM(走査型電子顕微鏡:JSM−6700F、日本電子株式会社製)を用いて加速電圧5kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子短径を測長して平均値を算出し、平均粒子径とした。
(Average particle size)
Using silica-based hollow particles and core-shell particle TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by JEOL Ltd.), photographs of the particles were taken under the condition of an acceleration voltage of 200 kV, and 100 particle minor diameters arbitrarily selected were selected. The length was measured and the average value was calculated, which was used as the average particle size.
Using a polystyrene particle SEM (scanning electron microscope: JSM-6700F, manufactured by Nippon Denshi Co., Ltd.), take a picture of the particles under the condition of an acceleration voltage of 5 kV, and measure the minor axis of 100 arbitrarily selected particles. The average value was calculated and used as the average particle size.

(粒子径の変動係数)
シリカ系中空粒子及びコアシェル粒子
TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子社製)を用いて加速電圧200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子短径を測長して平均値を求め、下記式に基づいて算出した。
(変動係数)=[(粒子短径の標準偏差)÷(粒子短径の平均値)]×100
ポリスチレン粒子
SEM(走査型電子顕微鏡:JSM−6700F、日本電子株式会社製)を用いて、加速電圧5kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個の粒子短径を測長して平均値を求め、下記式に基づいて算出した。
(変動係数)=[(粒子短径の標準偏差)÷(粒子短径の平均値)]×100
(Coefficient of variation of particle size)
Using silica-based hollow particles and core-shell particle TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by JEOL Ltd.), photographs of the particles were taken under the condition of an acceleration voltage of 200 kV, and 100 particle minor diameters arbitrarily selected were selected. The length was measured to obtain the average value, which was calculated based on the following formula.
(Coefficient of variation) = [(standard deviation of particle minor axis) ÷ (average value of particle minor axis)] × 100
Using a polystyrene particle SEM (scanning electron microscope: JSM-6700F, manufactured by JEOL Ltd.), a photograph of the particles was taken under the condition of an acceleration voltage of 5 kV, and the minor axis of 100 arbitrarily selected particles was measured. The average value was calculated and calculated based on the following formula.
(Coefficient of variation) = [(standard deviation of particle minor axis) ÷ (average value of particle minor axis)] × 100

(アスペクト比が1.5以下の粒子の粒子全体に占める割合)
シリカ系中空粒子及びコアシェル粒子
TEM(透過型電子顕微鏡:JEM−2010、日本電子株式会社製)を用いて、倍率20万倍、加速電圧200kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個のそれぞれの粒子の粒子長径及び粒子短径を測長して、下記式に基づいてそれぞれの粒子のアスペクト比を求めた。次いで、粒子100個中アスペクト比が1.5以下の粒子の数を数え、当該数を、アスペクト比が1.5以下の粒子の粒子全体に占める割合とした。
(アスペクト比)=(粒子長径)÷(粒子短径)
ポリスチレン粒子
SEM(走査型電子顕微鏡:JSM−6700F、日本電子株式会社製)を用いて、倍率10万倍、加速電圧5kVの条件で粒子の写真を撮影し、任意に選んだ100個のそれぞれの粒子の粒子長径及び粒子短径を測長して、下記式に基づいてそれぞれの粒子のアスペクト比を求める。次いで、粒子100個中アスペクト比が1.5以下の粒子の数を数え、当該数を、アスペクト比が1.5以下の粒子の粒子全体に占める割合とする。
(アスペクト比)=(粒子長径)÷(粒子短径)
(Ratio of particles with an aspect ratio of 1.5 or less to the total particles)
Using silica-based hollow particles and core-shell particle TEM (transmission electron microscope: JEM-2010, manufactured by Nippon Denshi Co., Ltd.), photographs of the particles were taken under the conditions of a magnification of 200,000 times and an acceleration voltage of 200 kV, and arbitrarily selected. The particle major axis and the particle minor axis of each of the 100 particles were measured, and the aspect ratio of each particle was determined based on the following formula. Next, the number of particles having an aspect ratio of 1.5 or less out of 100 particles was counted, and the number was taken as the ratio of the particles having an aspect ratio of 1.5 or less to the total number of particles.
(Aspect ratio) = (Particle major axis) ÷ (Particle minor axis)
Using a polystyrene particle SEM (scanning electron microscope: JSM-6700F, manufactured by Nippon Denshi Co., Ltd.), photographs of the particles were taken under the conditions of a magnification of 100,000 times and an acceleration voltage of 5 kV, and each of the 100 arbitrarily selected particles was taken. The particle major axis and the particle minor axis of the particles are measured, and the aspect ratio of each particle is obtained based on the following formula. Next, the number of particles having an aspect ratio of 1.5 or less out of 100 particles is counted, and the number is defined as the ratio of the particles having an aspect ratio of 1.5 or less to the total number of particles.
(Aspect ratio) = (Particle major axis) ÷ (Particle minor axis)

Figure 0006953114
Figure 0006953114

比較例1〜3では、TEM写真において明確に形状を判別できる粒子の数が少ないため、粒子径の変動係数、アスペクト比が1.5以下の粒子の割合、平均粒子径を測定できなかった。 In Comparative Examples 1 to 3, the coefficient of variation of the particle size, the proportion of particles having an aspect ratio of 1.5 or less, and the average particle size could not be measured because the number of particles whose shape can be clearly determined in the TEM photograph was small.

Figure 0006953114
Figure 0006953114

(結果)
実施例1〜3及び比較例1〜4で得られたシリカ系中空粒子をTEMを用いて解析した。図1〜3に、実施例1〜3で得られたシリカ系中空粒子のTEM像を示す。これらのシリカ系中空粒子は凝集が抑制されていることが分かった。また、実施例1〜3では、アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%以上を占め、粒子径の変動係数が20〜60%であることから、様々な物品に充填された場合、均一に充填され易いことが分かった。
(result)
The silica-based hollow particles obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 were analyzed using a TEM. FIGS. 1 to 3 show TEM images of the silica-based hollow particles obtained in Examples 1 to 3. It was found that agglomeration of these silica-based hollow particles was suppressed. Further, in Examples 1 to 3, particles having an aspect ratio of 1.5 or less occupy 95% or more of the total particles, and the coefficient of variation of the particle size is 20 to 60%, so that various articles were filled. In the case, it was found that it was easy to be filled uniformly.

図4は、比較例1のシリカ系中空粒子のTEM像を示す図である。図4から、比較例1では、工程1で分散剤を添加していないため、シリカ系中空粒子が凝集していることが分かった。 FIG. 4 is a diagram showing a TEM image of the silica-based hollow particles of Comparative Example 1. From FIG. 4, it was found that in Comparative Example 1, the silica-based hollow particles were agglomerated because the dispersant was not added in the step 1.

比較例2〜4では、工程1において水とメタノールとの混合溶媒を用いており、ポリスチレン粒子の変動係数が小さくなっており、これによりコアシェル粒子及びシリカ系中空粒子の変動係数も小さくなっており、様々な物品に充填された場合、均一に充填され難いことが分かった。 In Comparative Examples 2 to 4, the mixed solvent of water and methanol was used in step 1, and the coefficient of variation of the polystyrene particles was small, so that the coefficient of variation of the core-shell particles and the silica-based hollow particles was also small. , It was found that it is difficult to uniformly fill various articles.

Claims (9)

アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%以上を占め、粒子径の変動係数が20〜60%であるシリカ系中空粒子であって、
平均粒子径が30〜150nmであり、
シリカ系中空粒子を形成するシリカ系化合物がシリカのみで形成されている、シリカ系中空粒子。
Silica-based hollow particles in which particles having an aspect ratio of 1.5 or less occupy 95% or more of the total particles and have a coefficient of variation of 20 to 60%.
The average particle size is 30-150 nm,
Silica-based hollow particles in which the silica-based compound forming the silica-based hollow particles is formed only of silica.
反射防止フィルム材料、絶縁膜材料又は断熱材材料である、請求項1に記載のシリカ系中空粒子。 The silica-based hollow particles according to claim 1, which are an antireflection film material, an insulating film material, or a heat insulating material. 分散剤を含むカチオン性ポリスチレン粒子をコアとし、前記カチオン性ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有するコアシェル粒子であって、
アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%以上を占め、粒子径の変動係数が20〜60%であり、
平均粒子径が30〜150nmであり、
前記分散剤が、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、コラーゲン、及び多糖類から選択される少なくとも1種であり、
シリカ系シェルを形成するシリカ系化合物がシリカのみで形成されている、コアシェル粒子。
A core-shell particle having a cationic polystyrene particle containing a dispersant as a core and a silica-based shell covering the cationic polystyrene particle.
Particles with an aspect ratio of 1.5 or less occupy 95% or more of the total particles, and the coefficient of variation of the particle size is 20 to 60%.
The average particle size is 30-150 nm,
The dispersant is at least one selected from polyvinylpyrrolidone, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polypropylene oxide, collagen, and polysaccharides.
Core-shell particles in which the silica-based compound forming the silica-based shell is formed only of silica.
請求項1又は2に記載のシリカ系中空粒子、又は、請求項3に記載のコアシェル粒子を製造するためのカチオン性ポリスチレン粒子であって、
アスペクト比が1.5以下の粒子が粒子全体の95%以上を占め、粒子径の変動係数が20〜60%であり、
ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、コラーゲン、及び多糖類から選択される少なくとも1種の分散剤を含むカチオン性ポリスチレン粒子。
The silica-based hollow particles according to claim 1 or 2, or the cationic polystyrene particles for producing the core-shell particles according to claim 3.
Particles with an aspect ratio of 1.5 or less occupy 95% or more of the total particles, and the coefficient of variation of the particle size is 20 to 60%.
Cationic polystyrene particles containing at least one dispersant selected from polyvinylpyrrolidone, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polypropylene oxide, collagen, and polysaccharides.
請求項1又は2に記載のシリカ系中空粒子の製造方法であって、
(1)スチレンモノマーと、分散剤と、カチオン性重合開始剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記スチレンモノマーの重合反応を行い、カチオン性ポリスチレン粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とアセトンとの混合溶媒であり、前記分散剤は、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、コラーゲン、及び多糖類から選択される少なくとも1種である工程1、
(2)溶媒に、(i)前記カチオン性ポリスチレン粒子と、(ii)トリアルコキシシラン及びテトラアルコキシシランから選択される少なくとも1種と、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、前記溶液中で、前記カチオン性ポリスチレン粒子をコアとし、前記カチオン性ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有するコアシェル粒子を形成する工程2、及び
(3)前記コアシェル粒子のコアである、前記カチオン性ポリスチレン粒子を熱分解することにより、前記カチオン性ポリスチレン粒子を除去する工程3
を含む、製造方法。
The method for producing silica-based hollow particles according to claim 1 or 2.
(1) A step of preparing cationic polystyrene particles by carrying out a polymerization reaction of the styrene monomer in a solution containing a styrene monomer, a dispersant, a cationic polymerization initiator, and a mixed solvent, wherein the mixing is performed. solvents, Ri mixed solvent der of water and acetone, the dispersing agent, Ru least 1 Tanedea selected polyvinylpyrrolidone, hydroxypropylcellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polypropylene oxide, collagen, and polysaccharides Step 1,
(2) To a solvent, (i) the cationic polystyrene particles, at least one selected from (ii) trialkoxysilane and tetraalkoxysilane, and (iii) a basic catalyst are added and stirred to prepare a solution. By doing so, the steps 2 and (3) of forming core-shell particles having the cationic polystyrene particles as the core and having a silica-based shell covering the cationic polystyrene particles in the solution, and (3) the core of the core-shell particles. , by pyrolysis of the cationic polystyrene particles, step 3 of removing the cationic polystyrene particles
Manufacturing method, including.
前記工程1で用いられる混合溶媒は、水とアセトンとの混合比が質量比で90:10〜20:80である、請求項5に記載の製造方法。 The production method according to claim 5, wherein the mixed solvent used in the step 1 has a mixing ratio of water and acetone in a mass ratio of 90: 10 to 20:80. 前記分散剤は、ポリビニルピロリドン、及びヒドロキシプロピルセルロースから選択される少なくとも1種である、請求項5又は6に記載の製造方法。 The production method according to claim 5 or 6, wherein the dispersant is at least one selected from polyvinylpyrrolidone and hydroxypropyl cellulose. 請求項3に記載のコアシェル粒子の製造方法であって、
(1)スチレンモノマーと、分散剤と、カチオン性重合開始剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記スチレンモノマーの重合反応を行い、カチオン性ポリスチレン粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とアセトンとの混合溶媒であり、前記分散剤は、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、コラーゲン、及び多糖類から選択される少なくとも1種である工程1、及び
(2)溶媒に、(i)前記カチオン性ポリスチレン粒子と、(ii)トリアルコキシシラン及びテトラアルコキシシランから選択される少なくとも1種と、(iii)塩基性触媒とを添加撹拌して溶液を調製することにより、前記溶液中で、前記カチオン性ポリスチレン粒子をコアとし、前記カチオン性ポリスチレン粒子を被覆するシリカ系シェルを有するコアシェル粒子を形成する工程2
を含む、製造方法。
The method for producing core-shell particles according to claim 3.
(1) A step of preparing cationic polystyrene particles by carrying out a polymerization reaction of the styrene monomer in a solution containing a styrene monomer, a dispersant, a cationic polymerization initiator, and a mixed solvent. solvents, Ri mixed solvent der of water and acetone, the dispersing agent, Ru least 1 Tanedea selected polyvinylpyrrolidone, hydroxypropylcellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polypropylene oxide, collagen, and polysaccharides To steps 1 and (2), (i) the cationic polystyrene particles, at least one selected from (ii) trialkoxysilane and tetraalkoxysilane, and (iii) a basic catalyst are added and stirred. In the solution, the cationic polystyrene particles are used as the core, and the core-shell particles having the silica-based shell covering the cationic polystyrene particles are formed in the solution.
Manufacturing method, including.
請求項4に記載のカチオン性ポリスチレン粒子の製造方法であって、(1)スチレンモノマーと、分散剤と、カチオン性重合開始剤と、混合溶媒とを含む溶液中で、前記スチレンモノマーの重合反応を行い、カチオン性ポリスチレン粒子を調製する工程であって、前記混合溶媒は、水とアセトンとの混合溶媒であり、前記分散剤は、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、コラーゲン、及び多糖類から選択される少なくとも1種である工程1を含む、製造方法。 The method for producing cationic polystyrene particles according to claim 4, wherein (1) a polymerization reaction of the styrene monomer in a solution containing a styrene monomer, a dispersant, a cationic polymerization initiator, and a mixed solvent. was carried out, a step of preparing a cationic polystyrene particles, the mixed solvent, Ri mixed solvent der of water and acetone, the dispersing agent is polyvinylpyrrolidone, hydroxypropylcellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polypropylene oxides, collagen, and steps 1 Ru least Tanedea selected from polysaccharides, manufacturing method.
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