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JP7590122B2 - Silica particles, their production method, and slurry composition - Google Patents
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Description

本発明は、シリカ粒子及びその製造方法並びにスラリー組成物に関する。 The present invention relates to silica particles, a method for producing the same, and a slurry composition.

近年の電子機器(電子部品も含む)の微細化は止まる所を知らない。そのような電子機器に採用される材料はその大きさに応じた非常に高い性能が求められることになる。例えば、電子部品の1つである半導体デバイスは半導体素子を封止材にて封止して製造する方法が一般的である。封止材は半導体素子を外部から隔離したり、放熱を確保したりなどの多岐にわたる性能が求められているが、半導体デバイスの微細化に伴い非常に高い性能が要求される。 In recent years, the miniaturization of electronic devices (including electronic components) has shown no signs of stopping. Materials used in such electronic devices are required to have extremely high performance in accordance with their size. For example, semiconductor devices, which are one type of electronic component, are generally manufactured by encapsulating semiconductor elements with an encapsulant. The encapsulant is required to have a wide range of performance capabilities, such as isolating the semiconductor element from the outside and ensuring heat dissipation, and extremely high performance is required as semiconductor devices become more miniaturized.

同様に電子基板についても配線が微細化しており同様に高い性能が要求される。電子基板は導電体からなる配線を絶縁層の表面乃至内部に配設して形成されており、その絶縁層はフィラーを樹脂材料中に分散させた樹脂組成物から構成されている。そのためフィラーを小粒径化することにより絶縁層の厚みを薄くすることができ、電子基板全体も薄くすることができる。特に、電子基板としては絶縁層と導体層を複数重ねて形成される積層基板があるが、フィラーを小粒径化することによりこの絶縁層の厚みを薄くすることができる結果、積層基板全体も薄くすることができる。更に、フィラーを小粒径化することにより基板の表面に露出するフィラーの粒径も小さくなるため、基板表面の粗度を小さくすることが可能になり表面平滑性を向上することができる。 Similarly, electronic boards are also required to have high performance due to the finer wiring. Electronic boards are formed by arranging wiring made of conductive material on the surface or inside of an insulating layer, and the insulating layer is composed of a resin composition in which a filler is dispersed in a resin material. Therefore, by reducing the particle size of the filler, the thickness of the insulating layer can be reduced, and the entire electronic board can also be made thinner. In particular, electronic boards include laminated boards formed by stacking multiple insulating layers and conductor layers, and by reducing the particle size of the filler, the thickness of this insulating layer can be reduced, and as a result, the entire laminated board can also be made thinner. Furthermore, by reducing the particle size of the filler, the particle size of the filler exposed on the surface of the board also becomes smaller, making it possible to reduce the roughness of the board surface and improve surface smoothness.

封止材としては物理的、化学的な安定性が高く、熱変動による体積変動を小さくするために、シリカをフィラーとして分散させたものが汎用されている。封止材は半導体素子と基板との間などの微細な隙間に充填する必要があるため、分散されているフィラーについても微細なものが要求される。また、隙間への充填性を向上させるためにはフィラーの粒度分布についても検討する必要がある。特に所定の粒径よりも大きな粗大粒子を除去することにより好ましい性能が発揮できることが分かっている。 As a sealant, silica is widely dispersed as a filler because it has high physical and chemical stability and reduces volumetric changes caused by thermal fluctuations. Since sealants must be filled into minute gaps, such as between semiconductor elements and substrates, the dispersed filler must also be fine. In addition, the particle size distribution of the filler must be considered to improve gap filling. It has been found that favorable performance can be achieved by removing coarse particles larger than a specified particle size.

特開2008-247726号公報JP 2008-247726 A

本発明は上記実情に鑑み完成したものであり、半導体デバイスの封止材などに好適に採用できるフィラー含有組成物及びその組成物のフィラーに適用することが好適なシリカ粒子及びその製造方法並びにそのシリカ粒子を含有するスラリー組成物を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention was completed in light of the above-mentioned circumstances, and the problem to be solved by the present invention is to provide a filler-containing composition that can be suitably used in sealing materials for semiconductor devices, silica particles suitable for use as a filler in the composition, a method for producing the same, and a slurry composition containing the silica particles.

上記課題を解決する目的で本発明者らは鋭意検討を行った結果、封止材や電子基板などの実装材料に適用されるフィラーに適用されるシリカ粒子には種々の性質が要求されることが明らかになった。具体的には(a)ナトリウムなどのアルカリ金属・アルカリ土類金属の含有量が少ないこと(純度が高いこと)、(b)吸水性が低いことである。吸水性については吸水率で評価できる。吸水性を低くすることで電気特性を向上できる。吸水性の低さはシラノール量で決まり、シラノール量が少ないと吸水性は低くなる。VMC法で製造するシリカはシラノール量が少なく、吸水性が低い特徴がある。 As a result of intensive research conducted by the present inventors in order to solve the above problems, it became clear that various properties are required for silica particles to be used as fillers in packaging materials such as sealing materials and electronic substrates. Specifically, (a) the content of alkali metals and alkaline earth metals such as sodium is low (high purity), and (b) water absorption is low. Water absorption can be evaluated by the water absorption rate. Reducing water absorption can improve electrical properties. The low water absorption is determined by the amount of silanol, and the lower the amount of silanol, the lower the water absorption. Silica produced by the VMC method is characterized by a low amount of silanol and low water absorption.

シリカ粒子の純度や吸水性は、製造方法により影響を受ける。例えば、製造方法の種類によって原料が異なり、原料によっては純度の向上が容易なものや容易でないものがある。また、製造方法の相違によって結晶構造や原子間の結合状態が異なり、吸水性に影響を与える。シリカ粒子を製造する方法としてはVMC法(Vaporized Metal Combustion Method)、水ガラス法、アルコキシド法などが挙げられる。VMC法は上述した(a)及び(b)の双方を満足するシリカ粒子を安価に製造することが可能である。 The purity and water absorption of silica particles are affected by the manufacturing method. For example, different raw materials are used depending on the type of manufacturing method, and some raw materials are easier to improve the purity of than others. In addition, the crystal structure and the bonding state between atoms vary depending on the manufacturing method, which affects the water absorption. Methods for manufacturing silica particles include the VMC method (Vaporized Metal Combustion Method), the water glass method, and the alkoxide method. The VMC method makes it possible to inexpensively manufacture silica particles that satisfy both (a) and (b) above.

水ガラス法ではアルカリ金属などを原料中に必然的に含むために(a)の要件を満たすことは困難である。更に、吸水性についてはアルコキシド法にて製造したシリカ粒子と比較すると、幾分吸水性が低いものの、充分小さいものであるとは言い難かった。アルコキシド法で製造したシリカ粒子は原料が低分子であるため原料の精製が容易であり、またアルカリ金属などを原理的に含む必要が無いため(a)の要件については満足する物を提供することができるものの、(b)の吸水性については大きくなっていた。 In the water glass method, the raw materials inevitably contain alkali metals, etc., so it is difficult to satisfy requirement (a). Furthermore, while the water absorbency is somewhat lower than that of silica particles produced by the alkoxide method, it is difficult to say that it is sufficiently small. Silica particles produced by the alkoxide method are produced from low molecular weight raw materials, making it easy to purify the raw materials, and in principle do not need to contain alkali metals, etc., so it is possible to provide products that satisfy requirement (a), but the water absorbency of (b) is high.

このように優れた性質をもつシリカ粒子が製造できるVMC法ではあるが、目的の粒径よりも大きな粒径をもつ粗大粒子として、中実な粒子と中空な粒子(中空粒子)が存在することを発見した。中空粒子についても含有することでフィラーなどに適用したときに望む性能を充分に発揮できない場合があることを発見した。 Although the VMC method can produce silica particles with such excellent properties, it was discovered that the coarse particles, which are larger than the desired particle size, include solid particles and hollow particles (hollow particles). It was also discovered that the inclusion of hollow particles may prevent the desired performance from being fully achieved when used as a filler, etc.

従来、精密な分級を行う場合には、分級効率が高いため遠心分離が汎用されている。しかしながら中空粒子は比重が小さいために遠心分離では十分に分級除去することが困難であった。中空粒子は含有量が少なく残存していたとしても悪影響は少ないことが殆どであったため、その存在が放置されていたが、近年の微細な用途への応用にあたって僅かであっても中空粒子の存在が無い方が好ましいことが判明した。例えば、樹脂組成物中に含有させるフィラーなどとしてシリカ粒子を微細な用途に応用する場合、研磨やエッチングなどにより樹脂組成物の表面を削ることがあるが、その場合に中空粒子が削られるとその中空部分が凹凸として露出してしまい滑らかな表面が実現し難いからである。このような知見に基づき、中空粒子を除去する方法を検討し本発明を完成した。 Conventionally, when performing precise classification, centrifugal separation is widely used because of its high classification efficiency. However, since hollow particles have a low specific gravity, it is difficult to sufficiently classify and remove them by centrifugal separation. Since the content of hollow particles is small and even if they remain, their presence has been left unattended, but in recent years, it has been found that it is preferable to have no hollow particles, even if they are small, when applying them to fine applications. For example, when silica particles are used in fine applications as a filler to be contained in a resin composition, the surface of the resin composition may be scraped by polishing or etching, and in that case, if the hollow particles are scraped, the hollow parts are exposed as unevenness, making it difficult to achieve a smooth surface. Based on this knowledge, a method for removing hollow particles was investigated and the present invention was completed.

(1)上記課題を解決する本発明のシリカ粒子の製造方法は、金属ケイ素からなる原料粒子材料をキャリア中に分散させた状態で酸化雰囲気の火炎中に投入して燃焼させて原料シリカ粒子を製造する原料シリカ粒子製造工程と、シラン化合物を用いて前記原料シリカ粒子に表面処理を行い表面処理済原料シリカ粒子とする表面処理工程と、前記表面処理済原料シリカ粒子を溶媒中に分散させた分散スラリーを遠心分離して粗大粒子を除去した後、フィルターで中空粒子を除去してシリカ粒子とする分級工程とを有する。 (1) The method for producing silica particles of the present invention, which solves the above problems, includes a raw silica particle production step in which raw particle material made of metal silicon is dispersed in a carrier and then charged into a flame in an oxidizing atmosphere and combusted to produce raw silica particles; a surface treatment step in which the raw silica particles are surface-treated using a silane compound to produce surface-treated raw silica particles; and a classification step in which the surface-treated raw silica particles are dispersed in a solvent, and the resulting dispersion slurry is centrifuged to remove coarse particles, and hollow particles are removed using a filter to produce silica particles.

分級工程として精密且つ効率が高い方法である遠心分離を採用したにも拘わらず、遠心分離を行った後にフィルターでの分級操作を行う点が従来とは異なる点である。 Although centrifugation, a precise and highly efficient method, is used as the classification process, what is different from conventional methods is that classification using a filter is performed after centrifugation.

特に、前記分級工程における前記遠心分離における(遠心場滞留時間:分)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が0.9以上、(遠心加速度:G)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が700以上であることが好ましい。なお、遠心場滞留時間は、上述の遠心加速度以上の遠心場中に滞留する時間(質量基準での平均値)として定義される。 In particular, it is preferable that the (centrifugal field residence time: min)/(classified slurry viscosity: mPa·s) in the centrifugation in the classification step is 0.9 or more, and the (centrifugal acceleration: G)/(classified slurry viscosity: mPa·s) is 700 or more. The centrifugal field residence time is defined as the time (average value on a mass basis) during which the slurry remains in a centrifugal field with a centrifugal acceleration equal to or greater than the above-mentioned centrifugal acceleration.

(2)上記課題を解決する本発明のシリカ粒子は、レーザー回折粒度分布測定によるD50が100nm以上200nm以下であって、比表面積が30m/g以下、2μm以上の中空粒子数が1000個/0.1g以下、吸水率が全体の質量を基準として1.0%以下、アルカリ金属、アルカリ土類金属の総量が100ppm以下である。特に0.8μm以上の中空粒子数が1000個/0.1g以下であることが好ましい。 (2) The silica particles of the present invention that solve the above problems have a D50 of 100 nm to 200 nm as measured by laser diffraction particle size distribution measurement, a specific surface area of 30 m2 /g or less, a number of hollow particles of 2 μm or more of 1000 particles/0.1 g or less, a water absorption rate of 1.0% or less based on the total mass, and a total amount of alkali metals and alkaline earth metals of 100 ppm or less. It is particularly preferable that the number of hollow particles of 0.8 μm or more is 1000 particles/0.1 g or less.

比表面積を30m/g以下にすることでスラリー組成物や樹脂組成物に含有させたときの粘度を低くすることができる。吸水性が低いことにより電気的特性を向上されることが可能となった。 By making the specific surface area 30 m 2 /g or less, it is possible to reduce the viscosity when the material is contained in a slurry composition or a resin composition. Since the material has low water absorption, it is possible to improve electrical properties.

更に必要に応じてシラン化合物により表面処理されていることが好ましい。シラン化合物の種類によってシリカ粒子の表面の性質を適宜制御することができる。 Furthermore, if necessary, it is preferable that the surface is treated with a silane compound. The surface properties of the silica particles can be appropriately controlled by the type of silane compound.

なお、本明細書中においてレーザー回折法による粒度分布をSHIMADZU製SALD-7500で取得する。また、中空粒子の数の測定は画像解析装置(JASCO International Co.,Ltd.:IF3200)で測定することができる。中空粒子であるか否かの判断は、外観の違いにより判断する。中空粒子は、中実な粒子と比べて顕著に見た目が異なるため容易に判別可能である。 In this specification, the particle size distribution is obtained by laser diffraction using a SALD-7500 manufactured by Shimadzu Corporation. The number of hollow particles can be measured using an image analyzer (JASCO International Co., Ltd.: IF3200). Whether or not a particle is hollow is determined based on the difference in appearance. Hollow particles are easily identifiable because they look significantly different from solid particles.

(3)上記課題を解決する本発明のスラリー組成物は、上述の本発明のシリカ粒子と、前記シリカ粒子を分散する分散媒とを有する。 (3) The slurry composition of the present invention that solves the above problem comprises the above-mentioned silica particles of the present invention and a dispersion medium that disperses the silica particles.

本発明の製造方法にて製造されたシリカ粒子は、スラリー組成物中や樹脂組成物中に分散させるフィラーとして適用すると充填性に優れ、且つ、安定性にも優れた封止材などへの応用が可能である。本発明のシリカ粒子の製造方法は本発明のシリカ粒子を簡単に製造することができる。 The silica particles produced by the manufacturing method of the present invention can be used as a filler dispersed in a slurry composition or a resin composition, and can be used as a sealant that has excellent filling properties and stability. The manufacturing method of silica particles of the present invention can easily produce the silica particles of the present invention.

以下に本発明のシリカ粒子及びその製造方法並びにスラリー組成物について実施形態に基づき以下詳細に説明する。 The silica particles, manufacturing method thereof, and slurry composition of the present invention will be described in detail below based on the embodiments.

(シリカ粒子)
本実施形態のシリカ粒子は、レーザー回折粒度分布測定によるD50が100nm以上200nm以下であって、比表面積が30m/g以下、2μm以上の中空粒子数が1000個/0.1g以下、吸水率が全体の質量を基準として1.0%以下、アルカリ金属、アルカリ土類金属の総量が100ppm以下である。
(Silica particles)
The silica particles of this embodiment have a D50 measured by laser diffraction particle size distribution measurement of 100 nm or more and 200 nm or less, a specific surface area of 30 m2 /g or less, a number of hollow particles of 2 μm or more of 1,000 particles/0.1 g or less, a water absorption rate of 1.0% or less based on the total mass, and a total amount of alkali metals and alkaline earth metals of 100 ppm or less.

D50としては、下限値として110nm、120nm、130nmが例示でき、上限値として190nm、180nm、170nmが例示できる。これらの上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。D50は、レーザー回折粒度分布測定により測定された値であり、粒径が小さい方から体積基準で50%となる粒径である。ちなみにD100は粒径が小さい方から100%の粒径である。なお、D50やD100の値はレーザー回折粒度分布測定による測定限界の範囲内での数値として算出される値であり、実際にはレーザー回折粒度分布測定では検出できない粗大粒子や微小な粒子が存在する。従って、D100の値よりも大きな粒径をもつ粒子が存在することに矛盾はない。 For D50, examples of lower limit values include 110 nm, 120 nm, and 130 nm, and examples of upper limit values include 190 nm, 180 nm, and 170 nm. These upper and lower limit values can be combined arbitrarily. D50 is a value measured by laser diffraction particle size distribution measurement, and is the particle size that is 50% of the smallest particle size by volume. Incidentally, D100 is the particle size that is 100% of the smallest particle size. Note that the values of D50 and D100 are values calculated as values within the measurement limit range of laser diffraction particle size distribution measurement, and in reality, coarse particles and fine particles that cannot be detected by laser diffraction particle size distribution measurement exist. Therefore, there is no contradiction in the existence of particles with a particle size larger than the value of D100.

D50の値は、シリカ粒子の製造条件を制御して製造されるシリカ粒子自体の粒度分布を制御することができる他、分級によって調節することもできる。分級については後述する製造方法にて説明する遠心分離が好適なものとして例示できる。 The D50 value can be adjusted by controlling the particle size distribution of the silica particles themselves by controlling the manufacturing conditions of the silica particles, and can also be adjusted by classification. A suitable example of classification is centrifugation, which will be explained in the manufacturing method below.

比表面積は、28m/g以下、26m/g以下などにすることができる。比表面積は窒素を用いたBET法により測定した値である。比表面積の値が小さいほどスラリー組成物などに採用したときの粘度が低下できるため好ましい。比表面積の制御方法は、特に限定しないが、シリカの合成を行う際に微粉の量が少なくなる条件で実施する方法や分級を実施する際に分級機内の滞留時間を長く制御することで比表面積を小さくすることができる。 The specific surface area can be 28 m 2 /g or less, 26 m 2 /g or less, etc. The specific surface area is a value measured by the BET method using nitrogen. The smaller the specific surface area value, the lower the viscosity when used in a slurry composition, etc., and therefore it is preferable. The method for controlling the specific surface area is not particularly limited, but the specific surface area can be reduced by performing a method in which the amount of fine powder is reduced when synthesizing silica, or by controlling the residence time in a classifier to be long when performing classification.

中空粒子の数は、2μm以上のものが800個/0.1g以下、600個/0.1g以下、 400個/0.1g以下とすることができる。中空粒子の数は、分級操作により低減することができる。分級操作としてはフィルターにより除去することが望ましいが、分級点以上の中実な粒子の数を遠心分離により予め減らした後にフィルターにより中空粒子を除去することが好ましい。 The number of hollow particles of 2 μm or more can be 800 particles/0.1 g or less, 600 particles/0.1 g or less, or 400 particles/0.1 g or less. The number of hollow particles can be reduced by classification. As a classification operation, removal by a filter is desirable, but it is preferable to first reduce the number of solid particles above the classification point by centrifugation and then remove the hollow particles by a filter.

吸水率の値は乾燥時のシリカ粒子の質量を基準とする。吸水率の測定は乾燥状態にある試料を40℃ 80%RHに1時間放置し、カールフィッシャー水分測定装置で200℃加熱により生成する水分を測定し、算出する。吸水率を低くするにはシリカ材料の製造方法としてVMC法を採用したり、製造されたシリカ材料を加熱して吸水率を低下させたりすることができる。加熱温度としては200℃以上、300℃以上、400℃以上などが採用できる。 The water absorption value is based on the mass of silica particles when dry. To measure the water absorption, a dry sample is left at 40°C and 80% RH for 1 hour, and the moisture generated by heating at 200°C is measured using a Karl Fischer moisture analyzer, and the water absorption is calculated. To lower the water absorption, the VMC method can be used as a manufacturing method for the silica material, or the manufactured silica material can be heated to lower the water absorption. Heating temperatures of 200°C or higher, 300°C or higher, 400°C or higher, etc. can be used.

アルカリ金属及びアルカリ土類金属はその総量が80ppm以下、50ppm以下、30ppm以下にすることが好ましい。シリカ粒子を製造する際の材料を精製することにより実現可能である。アルカリ金属、アルカリ土類金属は酸化されてイオンとして溶出乃至析出などするため、半導体デバイスなどの封止材に適用すると、半導体デバイスへの予期せぬ影響が想定される。例えば、水抽出物の導電率(EC)を想定すると、10μS/cm以下であることが望ましい。この値が低くなるためにはアルカリ金属、アルカリ土類金属の含有量が少なくなることが望ましいため、上述した含有範囲を設定している。ECは以下のように測定する。金属酸化物粒子をイオン交換水(導電率1μS/cm以下)に懸濁させて10%スラリーとした状態で耐圧容器中に投入して、室温で30分間震とうする。その後、遠心沈降させた上澄みを株式会社堀場製作所製導電率メータ(EC計)ES-51にて測定したときの導電率である。 The total amount of alkali metals and alkaline earth metals is preferably 80 ppm or less, 50 ppm or less, or 30 ppm or less. This can be achieved by purifying the materials used to manufacture the silica particles. Since alkali metals and alkaline earth metals are oxidized and eluted or precipitated as ions, unexpected effects on the semiconductor device may be expected if they are used as a sealant for semiconductor devices. For example, assuming the electrical conductivity (EC) of the water extract, it is desirable that it is 10 μS/cm or less. In order to lower this value, it is desirable that the content of alkali metals and alkaline earth metals is low, so the above-mentioned content range is set. EC is measured as follows. Metal oxide particles are suspended in ion-exchanged water (electrical conductivity 1 μS/cm or less) to form a 10% slurry, which is then placed in a pressure-resistant container and shaken at room temperature for 30 minutes. The conductivity of the supernatant, which is then centrifuged and sedimented, is measured using a Horiba Ltd. electrical conductivity meter (EC meter) ES-51.

本実施形態のシリカ粒子は、シラン化合物により表面処理されていることが好ましい。シラン化合物は特に限定されず、必要に応じて適正な官能基をもつシラン化合物を選択して表面処理を行うことができる。2種類以上のシラン化合物により表面処理を行うこともできる。 The silica particles of this embodiment are preferably surface-treated with a silane compound. The silane compound is not particularly limited, and a silane compound having an appropriate functional group can be selected as necessary for surface treatment. Surface treatment can also be performed with two or more types of silane compounds.

本実施形態のシリカ粒子はシラン化合物にて表面処理することができる。シラン化合物の具体的な構成及びシリカ粒子表面への導入方法などについては後述するシリカ粒子の製造方法にて詳述するため、ここでの説明は省略する。なお、表面処理剤にて表面処理を行った後に表面処理剤を除去することにより表面処理されていないシリカ粒子を得ることもできる。 The silica particles of this embodiment can be surface-treated with a silane compound. The specific structure of the silane compound and the method of introducing it to the surface of the silica particles will be described in detail in the method for producing silica particles described later, and therefore will not be described here. It is also possible to obtain silica particles that are not surface-treated by removing the surface treatment agent after performing the surface treatment with the surface treatment agent.

本実施形態のシリカ粒子はα線生成量が0.001c/cm・h以下であることが望ましい。特にα線源としてのウラン、トリウムが3ppb以下(更には1ppb以下)であることが望ましい。 The silica particles of this embodiment preferably have an α-ray production rate of 0.001 c/cm 2 ·h or less. In particular, it is preferable that the uranium and thorium as the α-ray source are 3 ppb or less (even more preferably 1 ppb or less).

(シリカ粒子の製造方法)
本実施形態のシリカ粒子の製造方法は、原料シリカ粒子製造工程と表面処理工程と分級工程とその他必要に応じて採用される工程とを有する。本実施形態のシリカ粒子の製造方法は、上述した本実施形態のシリカ粒子を好適に製造することができる方法である。
(Method for producing silica particles)
The method for producing silica particles of the present embodiment includes a raw silica particle production step, a surface treatment step, a classification step, and other steps that are adopted as necessary. The method for producing silica particles of the present embodiment is a method that can suitably produce the silica particles of the present embodiment described above.

原料シリカ粒子製造工程は、原料粒子材料を燃焼させて原料シリカ粒子を製造する工程である。本工程はいわゆるVMC法と称される方法であり、得られる原料シリカ粒子は、球形度が高く、緻密で、電気的特性に優れたものが得られやすい。 The raw silica particle manufacturing process is a process in which raw silica particles are manufactured by burning raw particle materials. This process is known as the VMC method, and the obtained raw silica particles tend to be highly spherical, dense, and have excellent electrical properties.

VMC法は、酸素を含む雰囲気中でバーナーにより助燃剤(炭化水素ガスなど)を燃やして化学炎を形成し、この化学炎中に原料粒子材料を粉塵雲が形成される程度の量投入し、爆燃を起こさせて原料シリカ粒子を得る方法である。 The VMC method is a method in which a chemical flame is formed by burning a combustion enhancer (such as hydrocarbon gas) with a burner in an oxygen-containing atmosphere, and raw material particles are added to this chemical flame in an amount sufficient to form a dust cloud, causing a deflagration to occur and obtaining raw silica particles.

VMC法の作用について説明すれば以下のようになる。まず、容器中に反応ガスである酸素を含有するガスを充満させ、この反応ガス中で化学炎を形成する。次いで、この化学炎に原料粒子材料を投入して粉塵雲を形成する。すると、化学炎により原料粒子材料表面に熱エネルギーが与えられ、原料粒子材料を構成する金属ケイ素の表面温度が上昇し、原料粒子材料表面から金属ケイ素の蒸気が周囲に広がる。この蒸気が酸素ガスと反応して発火し火炎を生じる。この火炎により生じた熱は、更に原料粒子材料の気化を促進し、生じた蒸気と酸素ガスが混合され、連鎖的に発火伝播する。従って、原料粒子材料の粒径は小さいほど比表面積が大きくなり反応性が向上することから投入するエネルギーを少なくできる。 The operation of the VMC method can be explained as follows. First, a container is filled with a gas containing oxygen, which is a reactive gas, and a chemical flame is formed in this reactive gas. Next, the raw material particles are poured into this chemical flame to form a dust cloud. The chemical flame then imparts thermal energy to the surface of the raw material particles, raising the surface temperature of the metallic silicon that constitutes the raw material particles, and metallic silicon vapor spreads from the surface of the raw material particles to the surrounding area. This vapor reacts with oxygen gas, igniting and generating a flame. The heat generated by this flame further promotes the vaporization of the raw material particles, and the resulting vapor and oxygen gas are mixed, causing a chain reaction of ignition and propagation. Therefore, the smaller the particle size of the raw material particles, the larger the specific surface area and the improved reactivity, allowing less energy to be input.

このように連鎖的な発火が進行することによって原料粒子材料自体も破壊して飛散し、火炎伝播を促す。燃焼後に生成ガスが自然冷却されることにより、原料シリカ粒子の雲ができる。得られた原料シリカ粒子は、バグフィルタや電気集塵器等により捕集される。 As this chain reaction of ignition progresses, the raw material particles themselves are destroyed and scattered, promoting flame propagation. After combustion, the resulting gas cools naturally, forming a cloud of raw silica particles. The resulting raw silica particles are collected using a bag filter or electrostatic precipitator.

VMC法は粉塵爆発の原理を利用するものである。VMC法によれば、瞬時に大量の金属酸化物粒子が得られる。得られる金属酸化物粒子は、略真球状の形状をなす。投入する金属粒子の粒子径、投入量、火炎温度等を調整することにより、得られる金属酸化物粒子の粒子径分布を調整することが可能である。また、原料物質としては金属粒子(金属ケイ素)単独に加えて、金属酸化物粒子(例えばシリカ)も添加することができる。同時に投入する金属酸化物粒子は本方法により得られる金属酸化物粒子を採用することで得られる金属酸化物粒子の純度を保つことができる。 The VMC method utilizes the principle of dust explosion. With the VMC method, a large amount of metal oxide particles can be obtained instantly. The metal oxide particles obtained are almost perfectly spherical. By adjusting the particle size, amount of metal particles, flame temperature, etc. of the metal particles added, it is possible to adjust the particle size distribution of the obtained metal oxide particles. In addition to metal particles (metallic silicon) alone, metal oxide particles (e.g., silica) can also be added as raw materials. By using metal oxide particles obtained by this method as the metal oxide particles added at the same time, the purity of the obtained metal oxide particles can be maintained.

原料粒子材料は、シラン化合物などにより表面処理を行うこともできる。採用できるシラン化合物の種類は特に限定されず、後述する表面処理工程で用いるものなどが採用できる。 The raw particle material can also be surface-treated with a silane compound or the like. There are no particular limitations on the type of silane compound that can be used, and those used in the surface treatment process described below can be used.

原料粒子材料は、キャリア中に分散させた状態で火炎に投入することにより燃焼させる。火炎中への原料粒子材料の投入速度は特に限定されない。キャリアとしては、窒素、アルゴン、空気などの気体や、水、アルコールなどの液体が選択できる。どのように分散するかについては特に限定しないが、液体中に分散させる場合には、火炎中に霧状に噴霧して投入することが好ましい。例えば、全体の体積基準で10%~80%程度の量の原料粒子材料が含まれるようにすることが好ましい。 The raw particle material is burned by dispersing it in a carrier and feeding it into the flame. There is no particular limit to the speed at which the raw particle material is fed into the flame. The carrier can be a gas such as nitrogen, argon, or air, or a liquid such as water or alcohol. There is no particular limit to how the raw particle material is dispersed, but when dispersing it in a liquid, it is preferable to spray it into the flame as a mist. For example, it is preferable to have the raw particle material contained in an amount of about 10% to 80% by volume of the total.

火炎としては酸化雰囲気の火炎を採用する。例えば、酸素を過剰に含む雰囲気でLPGなどの可燃性ガスを燃焼させて得られる火炎が挙げられる。また、熱プラズマについても火炎に含まれる。 The flame used is a flame in an oxidizing atmosphere. For example, a flame obtained by burning a flammable gas such as LPG in an atmosphere containing an excess of oxygen can be used. Thermal plasma is also included in the flame category.

火炎中に投入された金属ケイ素からなる原料粒子材料は燃焼により気化し、急冷されることによりシリカからなる原料シリカ粒子となる。得られた原料シリカ粒子はバグフィルタなどにより回収される。回収前後に分級操作を行い必要な粒度分布をもつ原料シリカ粒子とすることもできる。分級操作はサイクロン分級などにより行うことができる。 The raw material particles, consisting of metallic silicon, are fed into the flame and vaporize by combustion, and are rapidly cooled to become raw silica particles consisting of silica. The resulting raw silica particles are collected using a bag filter or the like. Classification can be performed before or after collection to obtain raw silica particles with the required particle size distribution. Classification can be performed using cyclone classification or the like.

表面処理工程は、原料シリカ粒子に対してシラン化合物により表面処理して表面処理済原料シリカ粒子とする工程である。表面処理は、直接(液状、気体状何れでも良い)、シラン化合物を表面に接触させたり、シラン化合物を何らかの溶媒中に溶解させた状態で接触させたりすることで行う。表面処理においては、シラン化合物を原料シリカ粒子に接触させた後に加熱することもできる。表面処理工程は、後述する分級工程で用いる分級スラリーを調製した後のスラリーの状態で行うこともできる。 The surface treatment process is a process in which raw silica particles are surface-treated with a silane compound to produce surface-treated raw silica particles. The surface treatment is carried out by contacting the surface with a silane compound directly (either in liquid or gas form) or by contacting the surface with a silane compound dissolved in some kind of solvent. In the surface treatment, the raw silica particles can be heated after contacting the silane compound with them. The surface treatment process can also be carried out in the form of a slurry after preparing the classification slurry used in the classification process described below.

表面処理を行うシラン化合物の量は特に限定されず、原料シリカ粒子の表面に存在するOH基の量を基準として100%、75%、50%、25%などの量を選択することができる。100%を超える過剰な量(120%、150%など)を選択することもできる。 The amount of silane compound used for surface treatment is not particularly limited, and can be selected as 100%, 75%, 50%, 25%, etc. based on the amount of OH groups present on the surface of the raw silica particles. An excess amount exceeding 100% (120%, 150%, etc.) can also be selected.

シラン化合物としては特に限定されず、フェニル基、アルキル基、ビニル基、メタクリル基、エポキシ基、フェニルアミノ基、アミノ基、スチリル基などを有するものが挙げられる。 The silane compound is not particularly limited, but examples include those having a phenyl group, an alkyl group, a vinyl group, a methacryl group, an epoxy group, a phenylamino group, an amino group, a styryl group, etc.

分級工程は、表面処理済原料シリカ粒子から所定以上の粒径をもつ粒子(粗大粒子)を除去する工程である。粗大粒子としては、中実な粗大粒子と中空な粗大粒子がある。分級工程は、まず中実な粗大粒子を分離するため、表面処理済原料シリカ粒子を溶媒中に分散させた分散スラリーを調製した後、遠心分離を行う。分級スラリーの調製は、表面処理済原料シリカ粒子を調製した後に調製しても良いし、分級スラリーを調製した後に表面処理を行っても良い。 The classification process is a process for removing particles (coarse particles) having a particle size equal to or larger than a certain size from the surface-treated raw silica particles. Coarse particles include solid coarse particles and hollow coarse particles. In the classification process, first, in order to separate the solid coarse particles, a dispersion slurry is prepared by dispersing the surface-treated raw silica particles in a solvent, and then centrifugation is performed. The classified slurry may be prepared after the surface-treated raw silica particles are prepared, or the surface treatment may be performed after the classified slurry is prepared.

本工程における分散スラリーに用いる溶媒は、粘度が低いことが望まれる。例えばメチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、トルエンが挙げられる。MEK中に10質量%~30質量%程度(特には15質量%~25質量%)の濃度で分散させた状態で遠心分離を行うことで高精度に中実な粗大粒子が分離できる。 The solvent used for the dispersion slurry in this process is preferably low in viscosity. Examples include methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), and toluene. By dispersing the material in MEK at a concentration of about 10% to 30% by mass (particularly 15% to 25% by mass), and then centrifuging the mixture, solid coarse particles can be separated with high accuracy.

遠心分離は、分級スラリーの遠心場におけるデカンテーションにより実施する。分級スラリーの物性と分級条件の関係は、(遠心場滞留時間:分)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が0.9以上、好ましくは1.4以上、より好ましくは1.8以上、(遠心加速度:G)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が700以上、好ましくは900以上、より好ましくは1100以上とすることができる。なお、遠心場滞留時間は、上述の遠心加速度以上の遠心場中に滞留する時間として定義される。 Centrifugation is carried out by decantation of the classified slurry in a centrifugal field. The relationship between the physical properties of the classified slurry and the classification conditions can be such that (centrifugal field residence time: min)/(classified slurry viscosity: mPa·s) is 0.9 or more, preferably 1.4 or more, more preferably 1.8 or more, and (centrifugal acceleration: G)/(classified slurry viscosity: mPa·s) is 700 or more, preferably 900 or more, more preferably 1100 or more. The centrifugal field residence time is defined as the time spent in a centrifugal field with a centrifugal acceleration equal to or greater than the above-mentioned centrifugal acceleration.

粗大粒子を分離した後に中空な粗大粒子を分離するために必要な孔径をもつフィルターにより分散スラリーを分級して中空な粗大粒子を除去する。中空な粗大粒子は、遠心分離によって十分に分離できないがフィルターでの分級操作により十分に除去することが可能になる。フィルターでの分級操作は、溶媒中に分散させた分散スラリーの状態で行う。フィルターでの分級操作は複数回行うことが望ましい。複数回行う場合には孔径が大きいフィルターから孔径が小さいフィルターへと変更して行きながらフィルターでの分級操作を行うことが好ましい。 After separating the coarse particles, the dispersed slurry is classified using a filter with a pore size required to separate the hollow coarse particles, and the hollow coarse particles are removed. Hollow coarse particles cannot be sufficiently separated by centrifugation, but can be sufficiently removed by classification using a filter. Classification using a filter is performed on the dispersed slurry dispersed in a solvent. It is desirable to perform classification using a filter multiple times. When performing classification multiple times, it is preferable to perform classification using a filter while changing from a filter with a large pore size to a filter with a small pore size.

(スラリー組成物)
本実施形態のスラリー組成物は上述のシリカ粒子と液状の分散媒(溶媒、樹脂材料前駆体等)とを混合したものである。シリカ粒子と分散媒との混合比は特に限定しない。
(Slurry Composition)
The slurry composition of the present embodiment is a mixture of the above-mentioned silica particles and a liquid dispersion medium (solvent, resin material precursor, etc.) The mixing ratio of the silica particles to the dispersion medium is not particularly limited.

本発明のシリカ粒子及びその製造方法について実施例に基づき説明を行う。
(試験例1)
・原料シリカ粒子の製造
試験例1:VMC法により原料シリカ粒子を製造した。以下、具体的に説明する。反応室をもつ反応容器と、反応容器の上部に設けられ反応室に開口する燃焼器と、反応容器の下部側壁に設けられ反応室と連通する捕集装置と、ホッパと、ホッパ内の原料粒子材料を燃焼器へ供給する粉末供給装置とから構成されている。
The silica particles and the method for producing the same of the present invention will be described with reference to examples.
(Test Example 1)
-Production of raw silica particles Test Example 1: Raw silica particles were produced by the VMC method. The specific explanation is as follows. The reaction vessel has a reaction chamber, a combustor that is installed in the upper part of the reaction vessel and opens into the reaction chamber, a collector that is installed in the lower side wall of the reaction vessel and communicates with the reaction chamber, a hopper, and a powder supplying device that supplies the raw particle material in the hopper to the combustor.

燃焼器は、反応室に開口する原料粒子材料供給路と、原料粒子材料供給路と同軸的に設けられ反応室内にリング状に開口する可燃ガス供給路と、可燃ガス供給路の外側に同軸的に設けられ且つ反応室内にリング状に開口する酸素供給路とから構成されている。 The combustor is composed of a raw material particle supply passage that opens into the reaction chamber, a combustible gas supply passage that is arranged coaxially with the raw material particle supply passage and opens into the reaction chamber in a ring shape, and an oxygen supply passage that is arranged coaxially outside the combustible gas supply passage and opens into the reaction chamber in a ring shape.

捕集装置は、反応室に開口する排気管と、排気管の他端に接続されたバグフィルタと、ブロアとからなり、ブロアの駆動により反応室内の燃焼排ガスを吸引して排気するとともに、生成した原料シリカ粒子を捕集する。なお、ブロアの吸引により、反応室内は負圧に保たれる。 The collection device consists of an exhaust pipe that opens into the reaction chamber, a bag filter connected to the other end of the exhaust pipe, and a blower. The blower is driven to suck in and exhaust the combustion exhaust gas in the reaction chamber, and collect the raw silica particles that are produced. The inside of the reaction chamber is kept at negative pressure by the suction of the blower.

上記した製造装置を用い、以下に示す製造方法により球状シリカを製造した。金属ケイ素からなる原料粒子材料をホッパに投入し、粉末供給装置からキャリアとしての空気とともに反応室内に供給した。このとき原料粒子材料は30kg/hrの割合で供給され、搬送空気の量は30Nm/hrであった。また、着火用の燃料である可燃ガス(LPG)は、可燃ガス供給路から10Nm/hrの量で供給され、支燃性ガスである酸素ガスは、酸素供給路から300Nm/hrの量で供給した。 Using the above-mentioned manufacturing apparatus, spherical silica was manufactured by the manufacturing method shown below. A raw material particle material made of metal silicon was put into a hopper and fed into a reaction chamber together with air as a carrier from a powder feeder. The raw material particle material was fed at a rate of 30 kg/hr, and the amount of conveying air was 30 Nm 3 /hr. In addition, a combustible gas (LPG) serving as a fuel for ignition was fed from a combustible gas feed line at a rate of 10 Nm 3 /hr, and oxygen gas serving as a combustion supporting gas was fed from an oxygen feed line at a rate of 300 Nm 3 /hr.

粉末供給装置から燃焼器へ供給された混合粉末は、酸素ガスとともに連続的に可燃ガスの燃焼により形成された着火炎で着火され、爆発的に燃焼して火炎を生成した。この火炎は燃焼器から反応室に延び、生成した原料シリカ粒子(体積平均粒径300nm)が捕集装置により捕集された(原料シリカ粒子製造工程)。得られた原料シリカ粒子の比表面積は、17.8m/gであった。 The mixed powder fed from the powder feeder to the combustor was ignited by the ignition flame formed by the continuous combustion of the combustible gas together with oxygen gas, and burned explosively to generate a flame. This flame extended from the combustor to the reaction chamber, and the generated raw silica particles (volume average particle size 300 nm) were collected by the collector (raw silica particle production process). The specific surface area of the obtained raw silica particles was 17.8 m2 /g.

この原料シリカ粒子についてシラン化合物としてのN-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシランにて表面処理を行い表面処理済原料シリカ粒子を調製した(表面処理工程)。シラン化合物の量は原料シリカ粒子の重量を基準として2%とした。 The raw silica particles were surface-treated with N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane as a silane compound to prepare surface-treated raw silica particles (surface treatment step). The amount of the silane compound was 2% based on the weight of the raw silica particles.

得られた表面処理済原料シリカ粒子をMEK中に分散し固形分濃度20質量%の分散液(分散スラリー)を得た。分散スラリーについて振動式粘度計にて測定した粘度は、2mPa・sであった。 The obtained surface-treated raw silica particles were dispersed in MEK to obtain a dispersion liquid (dispersed slurry) with a solid content concentration of 20% by mass. The viscosity of the dispersed slurry measured with a vibration viscometer was 2 mPa·s.

次に遠心場におけるデカンテーションにより遠心加速度:1700G、滞留時間2.8分間の条件で粗大粒子の沈降・除去を実施した。(遠心場滞留時間:分)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が1.4、(遠心加速度:G)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が850であった。その後、5μm、3μm、1μmの孔径をもつフィルターを用いてそれぞれ1回ずつ分級を行い、中空な粗大粒子の除去を実施した。分級後の分級スラリーを160℃の乾燥機中で30分間静置して乾燥させて乾燥したシリカ粒子を本試験例の試験試料とした。 Next, the coarse particles were precipitated and removed by decantation in a centrifugal field under conditions of a centrifugal acceleration of 1700 G and a retention time of 2.8 minutes. (Residence time in centrifugal field: minutes)/(Classified slurry viscosity: mPa·s) was 1.4, and (Centrifugal acceleration: G)/(Classified slurry viscosity: mPa·s) was 850. After that, classification was performed once each using filters with pore sizes of 5 μm, 3 μm, and 1 μm, and hollow coarse particles were removed. After classification, the classified slurry was left to dry for 30 minutes in a dryer at 160°C, and the dried silica particles were used as the test sample for this test example.

得られたシリカ粒子は、レーザー回折粒度分布測定によるD50が150nm、D100が270nm、比表面積が21.3m/g、2μm以上の中空粒子が104個/0.1g、吸水率が0.08%、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の総量が30ppm以下であった。 The obtained silica particles had a D50 of 150 nm, a D100 of 270 nm, a specific surface area of 21.3 m2 /g, 104 hollow particles of 2 μm or more per 0.1 g, a water absorption of 0.08%, and a total amount of alkali metals and alkaline earth metals of 30 ppm or less, as measured by laser diffraction particle size distribution measurement.

(試験例2)
3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランにシラン化合物を変更した以外は試験例1と同様にしてシリカ粒子を製造して本試験例の試験試料とした。分級スラリーの粘度は1mPa・sであった。そのため、(遠心場滞留時間:分)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が2.8、(遠心加速度:G)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が1700であった。
(Test Example 2)
Silica particles were produced as a test sample in this test example in the same manner as in Test Example 1, except that the silane compound was changed to 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane. The viscosity of the classified slurry was 1 mPa·s. Therefore, (residence time in centrifugal field: min)/(classified slurry viscosity: mPa·s) was 2.8, and (centrifugal acceleration: G)/(classified slurry viscosity: mPa·s) was 1700.

得られたシリカ粒子は、レーザー回折粒度分布測定によるD50が200nm、D100が370nm、比表面積が20.3m/g、2μm以上の中空粒子が429個/0.1g、吸水率が0.08%、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の総量が30ppm以下であった。 The obtained silica particles had a D50 of 200 nm, a D100 of 370 nm, a specific surface area of 20.3 m2 /g, 429 hollow particles of 2 μm or more per 0.1 g, a water absorption of 0.08%, and a total amount of alkali metals and alkaline earth metals of 30 ppm or less, as measured by laser diffraction particle size distribution measurement.

(試験例3)
分級工程におけるフィルターによる中空粒子の除去を行わないこと以外は試験例1と同様にしてシリカ粒子を製造して本試験例の試験試料とした。
(Test Example 3)
Silica particles were produced as a test sample for this test example in the same manner as in Test Example 1, except that the removal of hollow particles using a filter in the classification step was not performed.

得られたシリカ粒子は、レーザー回折粒度分布測定によるD50が200nm、D100が370nm、比表面積が21.3m/g、2μm以上の中空粒子が9400個/0.1g、吸水率が0.08%、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の総量が30ppm以下であった。 The obtained silica particles had a D50 of 200 nm, a D100 of 370 nm, a specific surface area of 21.3 m2 /g, 9,400 hollow particles of 2 μm or more per 0.1 g, a water absorption of 0.08%, and a total amount of alkali metals and alkaline earth metals of 30 ppm or less, as measured by laser diffraction particle size distribution measurement.

(試験例4)
分級スラリーを調製するときに用いたMEKをシクロヘキサノンに変更したこと、及び遠心加速度を1900G、遠心場滞留時間を5.5分にしたこと、更にはフィルターによる中空粒子の除去を行っていないこと以外は試験例1と同様にしてシリカ粒子を製造して本試験例の試験試料とした。分級スラリーの粘度は7mPa・sであった。そのため、(遠心場滞留時間:分)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が0.786、(遠心加速度:G)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が271.4であった。フィルターによる中空粒子の除去を行っていないのは、この遠心分級条件ではフィルターの詰まりが直ぐに生じてしまって中空粒子の十分な除去ができなかったからである。
(Test Example 4)
Silica particles were produced in the same manner as in Test Example 1, except that the MEK used in preparing the classified slurry was changed to cyclohexanone, the centrifugal acceleration was set to 1900 G, the centrifugal field residence time was set to 5.5 minutes, and the hollow particles were not removed by a filter. The viscosity of the classified slurry was 7 mPa·s. Therefore, (centrifugal field residence time: minutes)/(classified slurry viscosity: mPa·s) was 0.786, and (centrifugal acceleration: G)/(classified slurry viscosity: mPa·s) was 271.4. The reason why the hollow particles were not removed by a filter is that under these centrifugal classification conditions, the filter was clogged immediately, and the hollow particles could not be sufficiently removed.

得られたシリカ粒子は、レーザー回折粒度分布測定によるD50が330nm、D100が590nm、比表面積が19.1m/g、吸水率が0.08%、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の総量が30ppm以下であった。なお、2μm以上の中空粒子の数は、多すぎるため測定しなかった。 The obtained silica particles had a D50 of 330 nm, a D100 of 590 nm, a specific surface area of 19.1 m2 /g, a water absorption of 0.08%, and a total amount of alkali metals and alkaline earth metals of 30 ppm or less, as measured by laser diffraction particle size distribution. The number of hollow particles 2 μm or larger was not measured because it was too large.

(試験例5)
分級スラリーを調製するときに用いたMEKをイソプロピルアルコールに変更したこと、及び遠心加速度を2500G、遠心場滞留時間を5.5分にしたこと、更にはフィルターによる中空粒子の除去を行っていないこと以外は試験例1と同様にしてシリカ粒子を製造して本試験例の試験試料とした。分級スラリーの粘度は5mPa・sであった。そのため、(遠心場滞留時間:分)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が1.1、(遠心加速度:G)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が500であった。フィルターによる中空粒子の除去を行っていないのは、試験例4と同様に、この遠心分級条件ではフィルターの詰まりが直ぐに生じてしまって中空粒子の十分な除去ができなかったからである。
(Test Example 5)
Silica particles were produced in the same manner as in Test Example 1, except that the MEK used in preparing the classified slurry was changed to isopropyl alcohol, the centrifugal acceleration was set to 2500 G, the centrifugal field residence time was set to 5.5 minutes, and the hollow particles were not removed by a filter. The viscosity of the classified slurry was 5 mPa·s. Therefore, (centrifugal field residence time: minutes)/(classified slurry viscosity: mPa·s) was 1.1, and (centrifugal acceleration: G)/(classified slurry viscosity: mPa·s) was 500. The reason why the hollow particles were not removed by a filter is that, as in Test Example 4, under these centrifugal classification conditions, the filter was clogged immediately, and the hollow particles could not be sufficiently removed.

得られたシリカ粒子は、レーザー回折粒度分布測定によるD50が160nm、D100が740nm、比表面積が19.8m/g、吸水率が0.08%、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の総量が30ppm以下であった。 The obtained silica particles had a D50 of 160 nm, a D100 of 740 nm, a specific surface area of 19.8 m 2 /g, a water absorption of 0.08%, and a total amount of alkali metals and alkaline earth metals of 30 ppm or less, as measured by laser diffraction particle size distribution measurement.

(試験例6)
原料シリカ粒子として、コロイダルシリカ(D50が100nm、D100が210nm:カタロイドSI-80P:日揮触媒化成株式会社製、水中に分散されており固形分濃度が40質量%、表面処理済)を用い、160℃、30分間乾燥を行って得られたシリカ粒子を本試験例の試験試料とした。
(Test Example 6)
Colloidal silica (D50 100 nm, D100 210 nm: Cataloid SI-80P: manufactured by JGC Catalysts and Chemicals Co., Ltd., dispersed in water with a solid content of 40 mass%, surface-treated) was used as the raw silica particles, and the silica particles obtained by drying at 160° C. for 30 minutes were used as the test sample of this test example.

得られたシリカ粒子は、レーザー回折粒度分布測定によるD50が100nm、D100が210nm、比表面積が35.6m/g、2μm以上の中空粒子が0個/0.1g、吸水率が1.2%、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の総量が3000ppm以下であった。 The obtained silica particles had a D50 of 100 nm, a D100 of 210 nm, a specific surface area of 35.6 m2 /g, 0 hollow particles of 2 μm or more per 0.1 g, a water absorption of 1.2%, and a total amount of alkali metals and alkaline earth metals of 3,000 ppm or less, as measured by laser diffraction particle size distribution measurement.

試験例1及び3の結果から、遠心分離のみでは中空粒子の除去は十分にできていないことが分かった。また、分級スラリーを調製するときの分散媒が異なるなどの理由で(遠心場滞留時間:分)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が0.4で0.9未満の試験例4はフィルターでの分級操作ができないほどの粗大粒子の残存が認められた。 The results of Test Examples 1 and 3 show that hollow particles cannot be sufficiently removed by centrifugal separation alone. In addition, due to differences in the dispersion medium used to prepare the classified slurry, Test Example 4, in which the (centrifugal field residence time: minutes)/(classified slurry viscosity: mPa·s) was 0.4 and less than 0.9, contained large particles that were too large to be classified using a filter.

また、(遠心加速度:G)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が900未満である試験例4及び5ではフィルターでの分級操作ができないほどの粗大粒子の残存が認められた。 In addition, in test examples 4 and 5, where the (centrifugal acceleration: G)/(classified slurry viscosity: mPa·s) was less than 900, large particles remained that were too large to be classified using a filter.

更に、原料シリカ粒子としてコロイダルシリカを採用した試験例6では、粒度分布や粗大粒子(中空粒子を含む)の量については十分に満足のいくものであったが、吸水率が1.2%と高く、また、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の総量が多く実用に供するための性能が充分では無かった。 Furthermore, in Test Example 6, which used colloidal silica as the raw silica particles, the particle size distribution and amount of coarse particles (including hollow particles) were quite satisfactory, but the water absorption rate was high at 1.2%, and the total amount of alkali metals and alkaline earth metals was high, so the performance was not sufficient for practical use.

Claims (4)

レーザー回折粒度分布測定によるD50が100nm以上200nm以下であって、
比表面積が30m/g以下、
0.8μm以上の中空粒子数が1000個/0.1g以下、
吸水率が全体の質量を基準として1.0%以下、
アルカリ金属、アルカリ土類金属の総量が100ppm以下、
であるシリカ粒子(粒径が小さい方から体積を積算したときにD90/D10が2以上、D50が250nm以下であって、吸水性が乾燥時の質量を基準として1.0%以下、アルカリ金属、アルカリ土類金属の総量が100ppm以下、であり、表面に炭素を含む官能基が表面に導入されている表面改質シリカ粒子、を除く。)。
D50 measured by laser diffraction particle size distribution measurement is 100 nm or more and 200 nm or less,
A specific surface area of 30 m 2 /g or less;
The number of hollow particles of 0.8 μm or more is 1,000 pieces/0.1 g or less,
Water absorption rate is 1.0% or less based on the total mass.
The total amount of alkali metals and alkaline earth metals is 100 ppm or less.
Silica particles (excluding surface-modified silica particles having D90/D10 of 2 or more and D50 of 250 nm or less when integrating the volumes from the smallest particle size, water absorption of 1.0% or less based on the mass when dried, and a total amount of alkali metals and alkaline earth metals of 100 ppm or less, and having carbon-containing functional groups introduced onto the surface).
シラン化合物により表面処理されている請求項1に記載のシリカ粒子。 Silica particles according to claim 1, which have been surface-treated with a silane compound. 請求項1又は2に記載のシリカ粒子と、
前記シリカ粒子を分散する分散媒と、
を有するスラリー組成物。
The silica particles according to claim 1 or 2,
A dispersion medium for dispersing the silica particles;
1. A slurry composition comprising:
リカ粒子を製造する製造方法であって、
前記シリカ粒子は、
レーザー回折粒度分布測定によるD50が100nm以上200nm以下であって、
比表面積が30m /g以下、
2μm以上の中空粒子数が1000個/0.1g以下、
吸水率が全体の質量を基準として1.0%以下、
アルカリ金属、アルカリ土類金属の総量が100ppm以下、
シラン化合物により表面処理されているシリカ粒子(粒径が小さい方から体積を積算したときにD90/D10が2以上、D50が250nm以下であって、吸水性が乾燥時の質量を基準として1.0%以下、アルカリ金属、アルカリ土類金属の総量が100ppm以下、であり、表面に炭素を含む官能基が表面に導入されている表面改質シリカ粒子、を除く。)であり、
金属ケイ素からなる原料粒子材料をキャリア中に分散させた状態で酸化雰囲気の火炎中に投入して燃焼させて原料シリカ粒子を製造する原料シリカ粒子製造工程と、
シラン化合物を用いて前記原料シリカ粒子に表面処理を行い表面処理済原料シリカ粒子とする表面処理工程と、
前記表面処理済原料シリカ粒子を溶媒中に分散させた分散スラリーを遠心分離して粗大粒子を除去した後、孔径が大きいフィルターから孔径が小さいフィルターへと変更して行きながら複数回のそれぞれのフィルターによる分級操作で中空粒子を除去してシリカ粒子とする分級工程と、
を有し、
前記分級工程における前記遠心分離における(遠心場滞留時間:分)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が0.9以上、(遠心加速度:G)/(分級スラリー粘度:mPa・s)が700以上であるシリカ粒子の製造方法。
A method for producing silica particles, comprising the steps of:
The silica particles are
D50 measured by laser diffraction particle size distribution measurement is 100 nm or more and 200 nm or less,
A specific surface area of 30 m 2 /g or less;
The number of hollow particles of 2 μm or more is 1,000 pieces/0.1 g or less,
Water absorption rate is 1.0% or less based on the total mass.
The total amount of alkali metals and alkaline earth metals is 100 ppm or less.
Silica particles that have been surface-treated with a silane compound (excluding surface-modified silica particles having a D90/D10 of 2 or more and a D50 of 250 nm or less when integrating the volumes from the smallest particle size, a water absorption of 1.0% or less based on the mass when dried, and a total amount of alkali metals and alkaline earth metals of 100 ppm or less, and having a carbon-containing functional group introduced onto the surface),
a raw silica particle production step in which a raw particle material made of metal silicon is dispersed in a carrier and then charged into a flame in an oxidizing atmosphere to combust the material, thereby producing raw silica particles;
a surface treatment step of surface-treating the raw silica particles with a silane compound to obtain surface-treated raw silica particles;
a classification step in which the dispersion slurry in which the surface-treated raw silica particles are dispersed in a solvent is centrifuged to remove coarse particles, and then a classification operation is carried out multiple times using filters having pore sizes ranging from large to small, thereby removing hollow particles to obtain silica particles;
having
The method for producing silica particles, wherein in the centrifugation in the classification step, (residence time in centrifugal field: min)/(classified slurry viscosity: mPa·s) is 0.9 or more, and (centrifugal acceleration: G)/(classified slurry viscosity: mPa·s) is 700 or more.
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