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JP7612998B2 - Silica Composite Particles - Google Patents
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Description

本発明は、シリカ複合粒子に関する。 The present invention relates to silica composite particles .

シリカ粒子は、トナー、化粧品、ゴム、研磨剤等の添加成分または主成分として用いられ、例えば、樹脂の強度向上、粉体の流動性向上、パッキング抑制などの役割を担っている。シリカ粒子の有する性質は、シリカ粒子の形状と表面性状に依存すると考えられ、シリカ粒子の表面処理や、シリカと金属又は金属化合物との複合化が提案されている。 Silica particles are used as an additive or main component in toners, cosmetics, rubber, abrasives, etc., and play roles such as improving the strength of resins, improving the fluidity of powders, and suppressing packing. The properties of silica particles are thought to depend on the shape and surface properties of the silica particles, and surface treatment of silica particles and compounding silica with metals or metal compounds have been proposed.

例えば、特許文献1には、「繰返し単位として「Si-O」結合を有するシリカ構造中に4級アンモニウム塩が導入されたシリカ粒子を複数含む、シリカ粉体」が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses "silica powder containing a plurality of silica particles in which a quaternary ammonium salt has been introduced into a silica structure having an "Si-O" bond as a repeating unit."

また、特許文献2には、「1次粒子の平均粒径が0.01~5μmである球状の疎水性シリカ微粒子を、4級アンモニウム塩化合物、フロロアルキル基含有ベタイン化合物、及びシリコーンオイルからなる群から選ばれる化合物で処理してなるシリカ微粒子からなることを特徴とする静電荷像現像用トナー外添剤であって、要件(i)前記シリカ微粒子が誘電率1~40F/mの有機化合物中で5対1の重量比で混合し振とうした際にも均一に分散すること、及び、要件(ii)前記シリカ微粒子をメタノールに分散した分散液からメタノールをエバポレータで加熱下留去した後、100℃の温度で2時間保持した際に、1次粒子として残存する1次粒子量の当初存在した1次粒子量に対する比率が20%以上であること、を満たす、静電荷像現像用トナー外添剤」が開示されている。 Patent Document 2 also discloses an external additive for toner for developing electrostatic images, which is characterized by comprising silica fine particles obtained by treating spherical hydrophobic silica fine particles having an average primary particle diameter of 0.01 to 5 μm with a compound selected from the group consisting of quaternary ammonium salt compounds, fluoroalkyl group-containing betaine compounds, and silicone oils, and which satisfies the following requirement (i): the silica fine particles are uniformly dispersed even when mixed and shaken in a weight ratio of 5:1 in an organic compound having a dielectric constant of 1 to 40 F/m, and (ii): when the silica fine particles are dispersed in methanol, the methanol is removed by heating in an evaporator, and the dispersion is held at a temperature of 100°C for 2 hours, the ratio of the amount of primary particles remaining as primary particles to the amount of primary particles initially present is 20% or more.

特開2017-039618号公報JP 2017-039618 A 特開2001-194825号公報JP 2001-194825 A

本発明の課題は、四級アンモニウム塩及びアルミニウム原子を含有するシリカ複合粒子において、
洗浄前のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FBEFOREと、洗浄後のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FAFTERと、の比(FBEFORE/FAFTER)が0.90未満である場合、
又は、
洗浄前のシリカ複合粒子を表面に付着させた樹脂粒子と、とフェライト粉を、特定条件で混合し混合物とした後、前記混合物から分離されたシリカ複合粒子が表面に付着した樹脂粒子の静電容量CBEFOREと、洗浄後のシリカ複合粒子を表面に付着させた樹脂粒子と、フェライト粉とを、特定条件で混合し混合物とした後、前記混合物から分離されたシリカ複合粒子が表面に付着した樹脂粒子の静電容量CAFTERと、の比(CAFTER/CBEFORE)が1.5超えである場合に比べて、
静電容量の上昇が抑制されたシリカ複合粒子を提供することにある。
The object of the present invention is to provide a silica composite particle containing a quaternary ammonium salt and an aluminum atom,
When the ratio (F BEFORE /F AFTER) of the maximum frequency of pores having a diameter of 2 nm or less obtained from the pore distribution curve of the silica composite particles before washing (F BEFORE ) and the maximum frequency of pores having a diameter of 2 nm or less obtained from the pore distribution curve of the silica composite particles after washing (F AFTER ) is less than 0.90,
Or,
when the ratio (C AFTER /C BEFORE) of the capacitance C BEFORE of the resin particles having silica composite particles attached to their surfaces, which is separated from a mixture of resin particles having unwashed silica composite particles attached to their surfaces, and ferrite powder, which are mixed under specific conditions to prepare a mixture, and the capacitance C AFTER of the resin particles having silica composite particles attached to their surfaces, which is separated from a mixture of resin particles having washed silica composite particles attached to their surfaces , and ferrite powder, which are mixed under specific conditions to prepare a mixture, is greater than 1.5,
The object of the present invention is to provide silica composite particles in which an increase in electrostatic capacitance is suppressed.

前記課題を解決するための具体的手段には、下記の態様が含まれる。 Specific means for solving the above problems include the following aspects:

<1> 四級アンモニウム塩及びアルミニウム原子を含有し、
洗浄前のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FBEFOREと、洗浄後のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FAFTERと、の比(FBEFORE/FAFTER)が0.90以上1.10以下である、シリカ複合粒子。
<2> 四級アンモニウム塩及びアルミニウム原子を含有し、
洗浄前のシリカ複合粒子を表面に付着させた樹脂粒子と、フェライト粉とを、特定条件で混合し混合物とした後、前記混合物から分離されたシリカ複合粒子が表面に付着した樹脂粒子の静電容量CBEFOREと、
洗浄後のシリカ複合粒子が表面に付着した樹脂粒子と、フェライト粉とを、特定条件で混合し混合物とした後、前記混合物から分離されたシリカ複合粒子が表面に付着した樹脂粒子の静電容量CAFTERと、
の比(CAFTER/CBEFORE)が1.5以下である、シリカ複合粒子。
<3> 前記四級アンモニウム塩が、一般式(AM)で表される化合物を含む、<1>又は<2>のいずれか1項に記載のシリカ複合粒子。

(一般式(AM)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基又はアリール基を表し、Xは陰イオンを表す。一般式(AM)中、R、R、R及びRの2つ以上が互いに連結して環を形成していてもよい。)
<4> 前記一般式(AM)で表される化合物中、R、R、R及びRが、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい、炭素数1以上16以下のアルキル基又は炭素数7以上10以下のアラルキル基を表す、<3>に記載のシリカ複合粒子。
<5> 数平均粒子径が5nm以上300nm以下である、<1>~<4>のいずれか1項に記載のシリカ複合粒子。
<6> 数平均粒子径が5nm以上100nm以下である、<5>に記載のシリカ複合粒子。
<7> 洗浄前のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FBEFOREと、
洗浄前のシリカ複合粒子を600℃で焼成後のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FSINTERINGと、の比(FSINTERING/FBEFORE/)が5以上20以下である、<1>~<6>のいずれか1項に記載のシリカ複合粒子。
<8> X線光電子分光分析で検出されるアルミニウム元素の存在量Alに対する、X線光電子分光分析で検出されるケイ素元素の存在量Siの割合(Si/Al)が、0.01以上0.30以下である、<1>~<7>のいずれか1項に記載のシリカ複合粒子。
<9> 酸素・窒素分析で検出される四級アンモニウム塩由来の窒素元素の存在量Nの割合(N/シリカ複合粒子×100)が、0.01以上1.0以下である、<1>~<8>のいずれか1項に記載のシリカ複合粒子。
<10> 平均細孔径が0.55nm以上2.0nm以下である、<1>~<9>のいずれか1項に記載のシリカ複合粒子。
<11> 疎水化処理された粒子である、<1>~<10>のいずれか1項に記載のシリカ複合粒子。
<12> アルミニウム原子を含有するシリカ粒子を含む懸濁液を準備する準備工程と、
前記懸濁液における前記シリカ粒子を四級アンモニウム塩により表面処理する表面処理工程と、
をこの順で含む、シリカ複合粒子の製造方法。
<13> 前記表面処理工程の後に、
超臨界液体中で前記四級アンモニウム塩により表面処理されたシリカ粒子を有機ケイ素化合物により表面処理する第二表面処理工程を更に含む、<12>に記載のシリカ複合粒子の製造方法。
<1> Contains a quaternary ammonium salt and an aluminum atom,
Silica composite particles, in which the ratio (F BEFORE /F AFTER) of the maximum frequency of pores with diameters of 2 nm or less obtained from a pore distribution curve of the silica composite particles before washing, F BEFORE, obtained from a pore distribution curve of the nitrogen gas adsorption method, to the maximum frequency of pores with diameters of 2 nm or less obtained from the pore distribution curve of the silica composite particles after washing , F AFTER , is 0.90 or more and 1.10 or less.
<2> Contains a quaternary ammonium salt and an aluminum atom,
Resin particles having silica composite particles attached to their surfaces before cleaning and ferrite powder are mixed under specific conditions to prepare a mixture, and then the electrostatic capacitance C BEFORE of the resin particles having silica composite particles attached to their surfaces separated from the mixture;
the resin particles having the washed silica composite particles attached to their surfaces and the ferrite powder are mixed under specific conditions to prepare a mixture, and then the capacitance C AFTER of the resin particles having the silica composite particles attached to their surfaces separated from the mixture;
The silica composite particles have a ratio (C AFTER /C BEFORE ) of 1.5 or less.
<3> The silica composite particle according to any one of <1> and <2>, wherein the quaternary ammonium salt contains a compound represented by general formula (AM):

(In general formula (AM), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represent an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group which may have a substituent, and X represents an anion. In general formula (AM), two or more of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may be bonded to each other to form a ring.)
<4> The silica composite particle according to <3>, wherein in the compound represented by the general formula (AM), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represent an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms or an aralkyl group having 7 to 10 carbon atoms, each of which may have a substituent.
<5> The silica composite particles according to any one of <1> to <4>, having a number average particle diameter of 5 nm or more and 300 nm or less.
<6> The silica composite particles according to <5>, having a number average particle diameter of 5 nm or more and 100 nm or less.
<7> A maximum frequency F BEFORE of pores having a diameter of 2 nm or less obtained from a pore distribution curve of the silica composite particles before washing by a nitrogen gas adsorption method; and
The silica composite particles according to any one of <1> to <6>, wherein the ratio (F SINTERING /F BEFORE /) of the maximum frequency of pores with diameters of 2 nm or less, F SINTERING , determined from a pore distribution curve of a nitrogen gas adsorption method in the silica composite particles after baking at 600° C. before washing, is 5 or more and 20 or less.
<8> The silica composite particle according to any one of <1> to <7>, wherein a ratio (Si/Al) of an amount of silicon element present, Si, detected by X-ray photoelectron spectroscopy to an amount of aluminum element present, Al, detected by X-ray photoelectron spectroscopy, is 0.01 or more and 0.30 or less.
<9> The silica composite particle according to any one of <1> to <8>, wherein a ratio of an amount N of nitrogen element derived from a quaternary ammonium salt detected by oxygen/nitrogen analysis (N/silica composite particle×100) is 0.01 or more and 1.0 or less.
<10> The silica composite particles according to any one of <1> to <9>, having an average pore diameter of 0.55 nm or more and 2.0 nm or less.
<11> The silica composite particle according to any one of <1> to <10>, which is a hydrophobically treated particle.
<12> A preparation step of preparing a suspension containing silica particles containing aluminum atoms;
a surface treatment step of surface-treating the silica particles in the suspension with a quaternary ammonium salt;
A method for producing silica composite particles, comprising the steps of:
<13> After the surface treatment step,
The method for producing silica composite particles according to <12>, further comprising a second surface treatment step of surface-treating the silica particles, which have been surface-treated with the quaternary ammonium salt in a supercritical fluid, with an organosilicon compound.

[1]、[3]、[4]、[5]、[6]又は[11]に係る発明によれば、四級アンモニウム塩及びアルミニウム原子を含有するシリカ複合粒子において、洗浄前のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FBEFOREと、洗浄後のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FAFTERと、の比(FBEFORE/FAFTER)が0.90未満である場合に比べて、静電容量の上昇が抑制されたシリカ複合粒子が提供される。 According to the invention pertaining to [1], [3], [4], [5], [6] or [11], there is provided a silica composite particle containing a quaternary ammonium salt and an aluminum atom, in which an increase in capacitance is suppressed as compared with a case in which the ratio (F BEFORE /F AFTER) of the maximum value of the frequency of pores having a diameter of 2 nm or less obtained from a pore distribution curve of the silica composite particles before washing, F BEFORE , obtained from a pore distribution curve of the silica composite particles after washing, F AFTER , obtained from a pore distribution curve of the silica composite particles after washing, F AFTER , is less than 0.90.

[2]、[3]、[4]、[5]、[6]又は[11]に係る発明によれば、四級アンモニウム塩及びアルミニウム原子を含有するシリカ複合粒子において、前記洗浄前のシリカ複合粒子を表面に付着させた樹脂粒子と、フェライト粉とを、特定条件で混合し混合物とした後、前記混合物から分離されたシリカ複合粒子を表面に付着した樹脂粒子の静電容量CBEFOREと、洗浄後のシリカ複合粒子を表面に付着させた樹脂粒子と、フェライト粉とを、特定条件で混合し混合物とした後、前記混合物から分離されたシリカ複合粒子を付着した樹脂粒子の静電容量CAFTERと、の比(CAFTER/CBEFORE)が1.5超えである場合に比べて、静電容量の上昇がより抑制されたシリカ複合粒子が提供される。 According to the invention pertaining to [2], [3], [4], [5], [6] or [11], there is provided a silica composite particle containing a quaternary ammonium salt and an aluminum atom, in which an increase in capacitance is further suppressed, as compared to a case in which a ratio (C AFTER /C BEFORE) of a capacitance C BEFORE of a resin particle having silica composite particles attached to its surface, which is separated from a mixture of resin particles having the unwashed silica composite particles attached to its surface, and a capacitance C AFTER of a resin particle having silica composite particles attached to its surface, which is separated from a mixture of resin particles having washed silica composite particles attached to its surface , which is mixed with ferrite powder under specific conditions, exceeds 1.5 .

[7]に係る発明によれば、洗浄前のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FBEFOREと、洗浄前のシリカ複合粒子を600℃で焼成後のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FSINTERINGと、の比(FSINTERING/FBEFORE)が5未満である場合に比べて、静電容量の上昇がより抑制されたシリカ複合粒子が提供される。 According to the invention related to [7], there is provided silica composite particles in which an increase in capacitance is further suppressed, as compared with a case in which the ratio (F SINTERING /F BEFORE) of the maximum value F BEFORE of the frequency of pores with diameters of 2 nm or less obtained from a pore distribution curve of silica composite particles before washing, as determined from a nitrogen gas adsorption method, to the maximum value F SINTERING of the frequency of pores with diameters of 2 nm or less obtained from a pore distribution curve of silica composite particles after baking the silica composite particles before washing at 600 °C is less than 5.

[8]に係る発明によれば、X線光電子分光分析で検出されるアルミニウム元素の存在量Alに対する、X線光電子分光分析で検出されるケイ素元素の存在量Siの割合(Si/Al)が、0.01未満又は0.30超えである場合に比べて、静電容量の上昇がより抑制されたシリカ複合粒子が提供される。 The invention according to [8] provides silica composite particles in which the increase in capacitance is more suppressed than when the ratio (Si/Al) of the amount of silicon element present, Si, detected by X-ray photoelectron spectroscopy to the amount of aluminum element present, Al, detected by X-ray photoelectron spectroscopy is less than 0.01 or exceeds 0.30.

[9]に係る発明によれば、酸素・窒素分析装置で検出される四級アンモニウム塩由来の窒素元素の存在量Nの割合(N/シリカ複合粒子×100)が、0.01%未満又は1.0%超えである場合に比べて、静電容量の上昇がより抑制されたシリカ複合粒子が提供される。 The invention according to [9] provides silica composite particles in which the increase in capacitance is more suppressed than when the ratio of the amount of nitrogen element N derived from the quaternary ammonium salt detected by an oxygen/nitrogen analyzer (N/silica composite particle x 100) is less than 0.01% or exceeds 1.0%.

[10]に係る発明によれば、
シリカ複合粒子の平均細孔径が0.55nm未満又は2.00nm超えである場合に比べて、静電容量の上昇がより抑制されたシリカ複合粒子が提供される。
According to the invention related to [10],
The silica composite particles provided have a more suppressed increase in capacitance than silica composite particles having an average pore diameter of less than 0.55 nm or more than 2.00 nm.

[12]又は[13]に係る発明によれば、前記表面処理工程を有しない製造方法である場合に比べて、静電容量の上昇が抑制されたシリカ複合粒子の製造方法が提供される。 The invention according to [12] or [13] provides a method for producing silica composite particles in which the increase in capacitance is suppressed compared to a production method that does not include the surface treatment step.

以下に、本発明の実施形態について説明する。これらの説明及び実施例は実施形態を例示するものであり、実施形態の範囲を制限するものではない。 The following describes embodiments of the present invention. These descriptions and examples are intended to illustrate the embodiments and are not intended to limit the scope of the embodiments.

本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。 In the numerical ranges described in this specification in stages, the upper or lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper or lower limit value of another numerical range described in stages. Also, in the numerical ranges described in this disclosure, the upper or lower limit value of that numerical range may be replaced with a value shown in the examples.

本明細書において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。
本明細書において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。
In this specification, each component may contain multiple corresponding substances.
In this specification, when referring to the amount of each component in a composition, if multiple substances corresponding to each component are present in the composition, the amount refers to the total amount of those multiple substances present in the composition, unless otherwise specified.

≪シリカ複合粒子≫
第一の実施形態に係るシリカ複合粒子は、四級アンモニウム塩及びアルミニウム原子を含有し、洗浄前のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FBEFOREと、洗浄後のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FAFTERと、の比(FBEFORE/FAFTER)が0.90以上1.10以下である。
<Silica composite particles>
The silica composite particles according to the first embodiment contain a quaternary ammonium salt and an aluminum atom, and the ratio (F BEFORE /F AFTER) of the maximum value F BEFORE of the frequency of pores with a diameter of 2 nm or less obtained from a pore distribution curve of the silica composite particles before washing, as determined from a nitrogen gas adsorption method, to the maximum value F AFTER of the frequency of pores with a diameter of 2 nm or less obtained from the pore distribution curve of the silica composite particles after washing, as determined from a nitrogen gas adsorption method, is 0.90 or more and 1.10 or less.

第二の実施形態に係るシリカ複合粒子は、四級アンモニウム塩及びアルミニウム原子を含有し、洗浄前のシリカ複合粒子を表面に付着させた樹脂粒子と、フェライト粉とを、特定条件で混合し混合物とした後、前記混合物から分離されたシリカ複合粒子が表面に付着した樹脂粒子の静電容量CBEFOREと、洗浄後のシリカ複合粒子を表面に付着させた樹脂粒子と、フェライト粉とを、特定条件で混合し混合物とした後、前記混合物から分離されたシリカ複合粒子が表面に付着した樹脂粒子の静電容量CAFTERと、の比(CAFTER/CBEFORE)が1.5以下である。 The silica composite particles according to the second embodiment contain a quaternary ammonium salt and aluminum atoms, and the ratio (C AFTER /C BEFORE) of the capacitance C BEFORE of the resin particles having silica composite particles attached to their surfaces, which is separated from a mixture of resin particles having unwashed silica composite particles attached to their surfaces and ferrite powder under specific conditions to the capacitance C AFTER of the resin particles having silica composite particles attached to their surfaces, which is separated from a mixture of resin particles having washed silica composite particles attached to their surfaces and ferrite powder under specific conditions , is 1.5 or less .

以下、第一の実施形態に係るシリカ複合粒子と、第二の実施形態に係るシリカ複合粒子とを、合わせて本実施形態に係るシリカ複合粒子とも称す。 Hereinafter, the silica composite particles according to the first embodiment and the silica composite particles according to the second embodiment will be collectively referred to as the silica composite particles according to this embodiment.

シリカ複合粒子は、充填剤、外添剤等の様々な用途で使用されている。しかしながら、従来のシリカ粒子は、粒子表面における静電容量が高い傾向にあった。そのため、シリカ粒子と接触する接触物又はシリカ粒子と接触物とが混合された混合物の電気抵抗を上昇させ易い、つまり、静電気を溜まり易くする傾向にあった。 Silica composite particles are used in a variety of applications, including as fillers and external additives. However, conventional silica particles tend to have a high electrostatic capacitance on the particle surface. This tends to increase the electrical resistance of the contact material that comes into contact with the silica particles or the mixture in which the silica particles and the contact material are mixed, meaning that static electricity tends to accumulate.

一方、本実施形態に係るシリカ複合粒子は、上記構成を有することにより、静電容量の上昇が抑制される。この要因は必ずしも明らかではないが、以下のように推察される。 On the other hand, the silica composite particles according to this embodiment have the above-mentioned configuration, and thus the increase in capacitance is suppressed. The reason for this is not entirely clear, but is presumed to be as follows.

本実施形態に係るシリカ複合粒子は、四級アンモニウム塩を含有する。四級アンモニウム塩は、正電荷を有しており、この四級アンモニウム塩を含むシリカ複合粒子は、四級アンモニウム塩を含まないシリカ複合粒子に比べ、粒子表面においてシリカ複合粒子と逆極電荷が存在するため摩擦帯電し難い傾向にある。
また、本実施形態に係るシリカ複合粒子は、アルミニウム原子を含有する。アルミニウム原子は、シリカ粒子と共に複合粒子を形成する。複合粒子として存在するアルミニウム原子は、四級アンモニウム塩と相互作用する傾向にあり、これにより、四級アンモニウム塩がシリカ複合粒子に固定される傾向にある。
The silica composite particles according to the present embodiment contain a quaternary ammonium salt. The quaternary ammonium salt has a positive charge, and the silica composite particles containing this quaternary ammonium salt tend to be less likely to be triboelectrically charged than the silica composite particles not containing the quaternary ammonium salt because the silica composite particles have a charge of the opposite polarity on the particle surface.
In addition, the silica composite particles according to the present embodiment contain aluminum atoms. The aluminum atoms form composite particles together with the silica particles. The aluminum atoms present as composite particles tend to interact with the quaternary ammonium salt, and thus the quaternary ammonium salt tends to be fixed to the silica composite particles.

さらに、第一の実施形態に係るシリカ複合粒子は、洗浄前後のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値の比(FBEFORE/FAFTER)が0.90以上1.10以下である。つまり、シリカがアルミニウムを含むために、洗浄前後でのシリカ複合粒子に含有される四級アンモニウム塩が表面から遊離し難い傾向にある。その結果、シリカ複合粒子の粒子表面における静電容量の上昇が抑制されると考えられる。 Furthermore, the silica composite particle according to the first embodiment has a ratio (F BEFORE /F AFTER ) of the maximum frequency of pores with diameters of 2 nm or less, which is calculated from the pore distribution curve of the nitrogen gas adsorption method in the silica composite particle before and after washing, of 0.90 or more and 1.10 or less. In other words, because silica contains aluminum, the quaternary ammonium salt contained in the silica composite particle before and after washing tends to be difficult to be released from the surface. As a result, it is considered that the increase in the capacitance on the particle surface of the silica composite particle is suppressed.

他方、第二の実施形態に係るシリカ複合粒子は、シリカ複合粒子を表面に付着させた樹脂粒子とフェライト粉とを上記条件で混合及び分離した後のシリカ複合粒子が表面に付着した樹脂粒子について、洗浄前後における静電容量の比(CAFTER/CBEFORE)が1.5以下である。つまり、シリカ複合粒子を表面に付着させた樹脂粒子とフェライト粉とを接触させた後も、フェライト粉の帯電性を上昇させ難い、つまり、静電気を溜まり難くする傾向にある。その結果、シリカ複合粒子の粒子表面における静電容量の上昇が抑制されると考えられる。 On the other hand, the silica composite particles according to the second embodiment have a capacitance ratio (C AFTER /C BEFORE ) of 1.5 or less for the resin particles with silica composite particles attached to the surface after mixing and separating the resin particles with silica composite particles attached to the surface and the ferrite powder under the above conditions. In other words, even after the resin particles with silica composite particles attached to the surface are brought into contact with the ferrite powder, the chargeability of the ferrite powder is difficult to increase, that is, static electricity tends to be difficult to accumulate. As a result, it is considered that the increase in capacitance on the particle surface of the silica composite particles is suppressed.

[シリカ複合粒子の性質]
・窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める頻度の最大値
第一の実施形態に係るシリカ複合粒子は、洗浄前のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FBEFOREと、洗浄後のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FAFTERと、の比(FBEFORE/FAFTER)が、0.90以上1.10以下であり、静電容量の上昇をより抑制する観点からは、0.97以上1.15以下であることが好ましく、0.95以上1.1以下であることがより好ましい。
[Properties of Silica Composite Particles]
Maximum Frequency Value Obtained from the Pore Distribution Curve by Nitrogen Gas Adsorption Method In the silica composite particles according to the first embodiment, the ratio (F BEFORE /F AFTER) of the maximum frequency value F BEFORE of the pores having a pore diameter of 2 nm or less obtained from the pore distribution curve by nitrogen gas adsorption method in the silica composite particles before washing to the maximum frequency value F AFTER of the pores having a pore diameter of 2 nm or less obtained from the pore distribution curve by nitrogen gas adsorption method in the silica composite particles after washing is 0.90 or more and 1.10 or less, and from the viewpoint of further suppressing an increase in capacitance, it is preferably 0.97 or more and 1.15 or less, and more preferably 0.95 or more and 1.1 or less.

第二の実施形態に係るシリカ複合粒子は、洗浄前のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FBEFOREと、洗浄後のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FAFTERと、の比(FBEFORE/FAFTER)が、静電容量の上昇をより抑制する観点からは、0.90以上1.10以下であることが好ましく、0.97以上1.15以下であることがより好ましく、0.95以上1.1以下であることがさらに好ましい。 In the silica composite particles according to the second embodiment, the ratio (F BEFORE /F AFTER) of the maximum value F BEFORE of the frequency of pores with a diameter of 2 nm or less obtained from the pore distribution curve of the silica composite particles before washing, as determined from the nitrogen gas adsorption method, to the maximum value F AFTER of the frequency of pores with a diameter of 2 nm or less obtained from the pore distribution curve of the silica composite particles after washing, as determined from the nitrogen gas adsorption method, is preferably 0.90 or more and 1.10 or less, more preferably 0.97 or more and 1.15 or less, and even more preferably 0.95 or more and 1.1 or less, from the viewpoint of further suppressing an increase in capacitance.

洗浄前後における前記比(FBEFORE/FAFTER)を、上記範囲内とする具体的な手法は特に制限されないが、例えば、シリカ複合粒子の製造において、アルミニウム原子がアルミニウム化合物としてシリカ粒子と複合されているシリカ複合粒子とし、この複合粒子表面を四級アンモニウム塩により表面処理する手法等が挙げられる。 There are no particular limitations on the specific method for setting the ratio (F BEFORE /F AFTER ) before and after washing within the above range. For example, in the production of silica composite particles, a method may be mentioned in which aluminum atoms are composited with silica particles as an aluminum compound to form silica composite particles, and the surfaces of the composite particles are then surface-treated with a quaternary ammonium salt.

本実施形態に係るシリカ複合粒子は、洗浄前のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FBEFOREと、洗浄前のシリカ複合粒子を600℃で焼成後のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FSINTERINGと、の比(FSINTERING/FBEFORE)が、静電容量の上昇をより抑制する観点からは、5以上20以下であることが好ましく、5以上15以下であることがより好ましく、7以上12以下であることがさらに好ましい。 In the silica composite particles according to this embodiment, the ratio (F SINTERING /F BEFORE) of the maximum value F BEFORE of the frequency of pores with a diameter of 2 nm or less obtained from a pore distribution curve of the silica composite particles before washing, as determined from a nitrogen gas adsorption method, to the maximum value F SINTERING of the frequency of pores with a diameter of 2 nm or less obtained from a pore distribution curve of the silica composite particles after baking the silica composite particles before washing at 600 ° C., is preferably 5 or more and 20 or less, more preferably 5 or more and 15 or less, and even more preferably 7 or more and 12 or less, from the viewpoint of further suppressing an increase in capacitance.

焼成前後における前記比(FSINTERING/FBEFORE)を、上記範囲内とする具体的な手法は特に制限されないが、例えば、シリカ複合粒子の製造において、アルミニウム原子がアルミニウム化合物としてシリカ粒子と複合されているシリカ複合粒子とし、この複合粒子表面を四級アンモニウム塩により表面処理する手法等が挙げられる。 There are no particular limitations on the specific method for setting the ratio (F SINTERING /F BEFORE ) before and after firing within the above range. For example, in the production of silica composite particles, silica composite particles are prepared in which aluminum atoms are composited with silica particles as an aluminum compound, and the surfaces of the composite particles are then surface-treated with a quaternary ammonium salt.

窒素ガス吸着法の細孔径分布曲線は、窒素ガスの吸着量測定により得られる吸着等温線から種々の計算式で導かれる。まず、吸着材であるシリカ複合粒子を、液体窒素温度(-196℃)に冷却して、窒素ガスを導入し、その吸着量を定容量法あるいは重量法で求める。導入する窒素ガスの圧力を徐々に増加させ、各平衡圧に対する窒素ガスの吸着量をプロットすることにより吸着等温線を作成する。この吸着等温線から、MP法、HK法、SF法、CY法等の計算式により、縦軸が頻度、横軸が細孔直径で表される細孔径分布曲線を求める。得られた細孔径分布曲線から、細孔直径2nm以下のときの頻度の最大値を求める。 The pore size distribution curve for the nitrogen gas adsorption method is derived from various calculation formulas based on the adsorption isotherm obtained by measuring the amount of adsorbed nitrogen gas. First, the silica composite particles, which are the adsorbent, are cooled to liquid nitrogen temperature (-196°C), nitrogen gas is introduced, and the amount of adsorption is determined by a constant volume method or a gravimetric method. The pressure of the introduced nitrogen gas is gradually increased, and an adsorption isotherm is created by plotting the amount of adsorbed nitrogen gas for each equilibrium pressure. From this adsorption isotherm, a pore size distribution curve is calculated using calculation formulas such as the MP method, HK method, SF method, and CY method, where the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents pore diameter. From the resulting pore size distribution curve, the maximum frequency when the pore diameter is 2 nm or less is determined.

・静電容量
第一の実施形態に係るシリカ複合粒子は、洗浄前のシリカ複合粒子を表面に付着させた樹脂粒子と、フェライト粉とを、特定条件で混合し混合物とした後、前記混合物から分離されたシリカ複合粒子が表面に付着した樹脂粒子の静電容量CBEFOREと、洗浄後のシリカ複合粒子を表面に付着させた樹脂粒子と、フェライト粉とを、特定条件で混合し混合物とした後、前記混合物から分離されたシリカ複合粒子の静電容量CAFTERと、比(CAFTER/CBEFORE)が、静電容量の上昇をより抑制する観点からは、1.5以下であることが好ましく、1.3以下であることがより好ましく、1.1以下であることがさらに好ましい。
Capacitance In the silica composite particles according to the first embodiment, a capacitance C BEFORE of a resin particle having silica composite particles attached to its surface and a ferrite powder is mixed under specific conditions to prepare a mixture, and then the resin particle having silica composite particles attached to its surface is separated from the mixture. A capacitance C AFTER of a silica composite particle is mixed under specific conditions to prepare a mixture, and then the resin particle having washed silica composite particles attached to its surface and a ferrite powder is mixed under specific conditions to prepare a mixture, and then the silica composite particle is separated from the mixture. In view of further suppressing an increase in capacitance, the ratio (C AFTER /C BEFORE ) is preferably 1.5 or less, more preferably 1.3 or less, and even more preferably 1.1 or less.

第二の実施形態に係るシリカ複合粒子は、洗浄前のシリカ複合粒子を表面に付着させた樹脂粒子と、フェライト粉とを、特定条件で混合し混合物とした後、前記混合物から分離されたシリカ複合粒子を表面に付着させた樹脂粒子の静電容量CBEFOREと、洗浄後のシリカ複合粒子と、フェライト紛とを、特定条件で混合し混合物とした後、前記混合物から分離されたシリカ複合粒子が表面に付着した樹脂粒子の静電容量CAFTERと、の比(CAFTER/CBEFORE)が、1.5以下であり、静電容量の上昇をより抑制する観点からは、2.0以下であることが好ましく、2.5以下であることがより好ましい。 In the silica composite particles according to the second embodiment, the ratio (C AFTER /C BEFORE) of the capacitance C BEFORE of the resin particles having silica composite particles attached to their surfaces, which is separated from a mixture of resin particles having unwashed silica composite particles attached to their surfaces and ferrite powder under specific conditions to prepare a mixture, to the capacitance C AFTER of the resin particles having silica composite particles attached to their surfaces, which is separated from a mixture of washed silica composite particles and ferrite powder under specific conditions to prepare a mixture, is 1.5 or less , and from the viewpoint of further suppressing an increase in capacitance, the ratio is preferably 2.0 or less, and more preferably 2.5 or less.

洗浄前後における前記比(CAFTER/CBEFORE)を、上記範囲内とする具体的な手法は特に制限されないが、例えば、シリカ複合粒子の製造において、アルミニウム原子がアルミニウム化合物としてシリカ粒子と複合されているシリカ複合粒子とし、この複合粒子表面を四級アンモニウム塩により表面処理する手法等が挙げられる。 There are no particular limitations on the specific method for setting the ratio (C AFTER /C BEFORE ) before and after washing within the above range. For example, in the production of silica composite particles, a method may be mentioned in which aluminum atoms are composited with silica particles as an aluminum compound to form silica composite particles, and the surfaces of the composite particles are then surface-treated with a quaternary ammonium salt.

樹脂粒子は、特には限定されないが、アクリル樹脂(例えば日本触媒社製 MA1010)を用いた。
フェライト粉は、ソフトフェライト(例えば、JFEケミカル社製KNI106GSM)を使用する。
特定条件とは、以下の条件を指す。
・質量比率:シリカ複合粒子/樹脂粒子=2/100、シリカ付着樹脂粒子/フェライト粉=1/10
・混合温度:室温(10℃)
・混合装置:ターブラシェーカー・ミキサー(例えば、株式会社シンマルエンタープライゼス社製のT2F)
・混合時間:5分
・混合速度:49rpm
The resin particles are not particularly limited, but an acrylic resin (for example, MA1010 manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) was used.
The ferrite powder used is soft ferrite (for example, KNI106GSM manufactured by JFE Chemical Corporation).
The specific conditions refer to the following conditions:
Mass ratio: silica composite particles/resin particles = 2/100, silica-adhered resin particles/ferrite powder = 1/10
・Mixing temperature: room temperature (10℃)
Mixing device: Turbula shaker/mixer (e.g., T2F manufactured by Shinmaru Enterprises Co., Ltd.)
・Mixing time: 5 minutes ・Mixing speed: 49 rpm

静電容量は、以下のようにして測定する。
上記ターブラシェーカー・ミキサーで撹拌後のサンプル2gを、20μmメッシュステンレス製金網を張った金属容器に入れ、静電容量測定装置(東芝ケミカル株式会社製の製品名TB-200)により測定する。
The capacitance is measured as follows.
2 g of the sample after stirring with the Turbula shaker mixer is placed in a metal container lined with a 20 μm mesh stainless steel wire screen, and the capacitance is measured with a capacitance measuring device (product name TB-200, manufactured by Toshiba Chemical Corporation).

・シリカ複合粒子の洗浄方法
シリカ複合粒子の洗浄は、以下のようにして行う。
20mlのラボスクリュー管にシリカ複合粒子を1g、エタノール2.5g及びイオン交換水2.5gを入れ、超音波洗浄機(例えば、本多電子株式会社製の卓上型超音波洗浄機W-113、振動数45Hz)で混合し、混合物を得る。その後、前記混合物を、遠心分離機(例えば、KURABO社製、FB-4000)に10000rpm、30分間かけ、上澄みを廃棄した後、沈降したシリカ複合粒子を取り出す作業を2回繰り返し、シリカ複合粒子を乾燥させる。これを洗浄後のシリカ複合粒子とする。
Method for Washing Silica Composite Particles The silica composite particles are washed as follows.
1 g of silica composite particles, 2.5 g of ethanol, and 2.5 g of ion-exchanged water are placed in a 20 ml lab screw tube and mixed in an ultrasonic cleaner (e.g., a tabletop ultrasonic cleaner W-113 manufactured by Honda Electronics Co., Ltd., vibration frequency 45 Hz) to obtain a mixture. The mixture is then centrifuged at 10,000 rpm in a centrifuge (e.g., FB-4000 manufactured by KURABO Corporation) for 30 minutes, the supernatant is discarded, and the precipitated silica composite particles are removed. This process is repeated twice, and the silica composite particles are dried. This is called the washed silica composite particles.

・シリカ複合粒子の焼成方法
シリカ複合粒子の焼成は、以下のようにして行う。
20mlの焼成用るつぼにシリカ複合粒子を1g入れ、焼成機(例えば、アドバンテック東洋株式会社製のKM-100)を用いて窒素雰囲気下、600℃、1時間の条件でシリカ複合粒子を焼成し、得られた焼成物を、焼成後のシリカ複合粒子とする。
Method for Calcining Silica Composite Particles Calcination of silica composite particles is carried out as follows.
1 g of silica composite particles is placed in a 20 ml crucible for firing, and the silica composite particles are fired using a firing machine (e.g., KM-100 manufactured by Advantec Toyo Co., Ltd.) under conditions of a nitrogen atmosphere, 600°C, and 1 hour. The resulting fired product is used as fired silica composite particles.

・X線光電子分光分析で検出される各元素の存在割合
本実施形態に係るシリカ複合粒子は、X線光電子分光分析で検出されるアルミニウム元素の存在量Alに対する、X線光電子分光分析で検出されるケイ素元素の存在量Siの割合(Si/Al)が、静電容量の上昇をより抑制する観点からは、0.01以上0.30以下であることが好ましく、0.03以上0.2以下であることがより好ましく、0.05以上0.1以下であることがさらに好ましい。
Proportion of Each Element Detected by X-ray Photoelectron Spectroscopy In the silica composite particles according to this embodiment, the ratio (Si/Al) of the amount of silicon element present, Si, detected by X-ray photoelectron spectroscopy, to the amount of aluminum element present, Al, detected by X-ray photoelectron spectroscopy, is preferably 0.01 or more and 0.30 or less, more preferably 0.03 or more and 0.2 or less, and even more preferably 0.05 or more and 0.1 or less, from the viewpoint of further suppressing an increase in capacitance.

前記割合(Si/Al)を、上記範囲内とする具体的な手法は特に制限されないが、例えば、シリカ複合粒子の製造において、未処理のシリカ粒子を含む懸濁液と、アルミニウム化合物とを混合する割合、時間等を調整する手法などが挙げられる。 The specific method for bringing the ratio (Si/Al) into the above range is not particularly limited, but an example of this is a method for adjusting the ratio and time for mixing a suspension containing untreated silica particles with an aluminum compound in the production of silica composite particles.

本実施形態に係るシリカ複合粒子は、酸素・窒素分析で検出される四級アンモニウム塩由来の窒素元素の存在量Nの割合(N/シリカ複合粒子×100)が、静電容量の上昇をより抑制する観点からは、0.01%以上1.0%以下であることが好ましく、0.02%以上1.0%以下であることがより好ましく、0.03以上0.80%以下であることがさらに好ましい。 In the silica composite particles according to this embodiment, the ratio of the amount of nitrogen element N derived from the quaternary ammonium salt detected by oxygen/nitrogen analysis (N/silica composite particle x 100) is preferably 0.01% or more and 1.0% or less, more preferably 0.02% or more and 1.0% or less, and even more preferably 0.03% or more and 0.80% or less, from the viewpoint of further suppressing the increase in capacitance.

前記割合(N/粒子全体×100)を、上記範囲内とする具体的な手法は特に制限されないが、例えば、シリカ複合粒子の製造において、アルミニウム原子を含有するシリカ粒子を含む懸濁液と四級アンモニウム塩とを混合する割合、時間等を調整する手法などが挙げられる。 The specific method for bringing the ratio (N/total particles x 100) into the above range is not particularly limited, but an example of this is a method for adjusting the ratio and time for mixing a suspension containing aluminum-atom-containing silica particles with a quaternary ammonium salt in the production of silica composite particles.

酸素・窒素分析は、燃焼法元素分析装置(例えば、株式会社堀場製作所社製のEMGA-920)を用いて測定時間30分、炉温度830℃の測定条件で測定し、窒素元素の存在量Nの割合(N/粒子全体×100)を得、四級アンモニウム塩由来の窒素元素の存在量とする。 Oxygen and nitrogen analysis is performed using a combustion method elemental analyzer (e.g., EMGA-920 manufactured by Horiba, Ltd.) with a measurement time of 30 minutes and a furnace temperature of 830°C. The ratio of the amount of nitrogen element present, N (N/total particles x 100), is obtained and used as the amount of nitrogen element present derived from the quaternary ammonium salt.

本実施形態に係るシリカ複合粒子は、平均細孔径が、静電容量の上昇をより抑制する観点からは、0.55nm以上2.0nm以下であることが好ましく、0.55nm以上1.5nm以下であることがより好ましく、0.55nm以上1.0nm以下であることがさらに好ましい。 From the viewpoint of further suppressing an increase in capacitance, the average pore diameter of the silica composite particles according to this embodiment is preferably 0.55 nm or more and 2.0 nm or less, more preferably 0.55 nm or more and 1.5 nm or less, and even more preferably 0.55 nm or more and 1.0 nm or less.

シリカ複合粒子の平均細孔径は、窒素ガスの吸着量測定により得られる吸着等温線から種々の計算式で導かれる。まず、吸着材であるシリカ複合粒子を、液体窒素温度(-196℃)に冷却して、窒素ガスを導入し、その吸着量を定容量法あるいは重量法で求める。導入する窒素ガスの圧力を徐々に増加させ、各平衡圧に対する窒素ガスの吸着量をプロットすることにより吸着等温線を作成する。この吸着等温線から、MP法、HK法、SF法、CY法等の計算式により、平均細孔径を求める。
窒素ガスの吸着測定は、高精度ガス吸着量測定装置(例えば、マイクロトラックベル社のBELSORP MAXII)を用いて求める。
The average pore size of the silica composite particles is derived from various calculation formulas based on the adsorption isotherm obtained by measuring the amount of adsorption of nitrogen gas. First, the silica composite particles, which are the adsorbent, are cooled to liquid nitrogen temperature (-196°C), nitrogen gas is introduced, and the amount of adsorption is determined by a constant volume method or a gravimetric method. The pressure of the introduced nitrogen gas is gradually increased, and the amount of adsorption of nitrogen gas for each equilibrium pressure is plotted to create an adsorption isotherm. From this adsorption isotherm, the average pore size is determined by calculation formulas such as the MP method, the HK method, the SF method, and the CY method.
The nitrogen gas adsorption amount is measured using a high-precision gas adsorption amount measuring device (for example, BELSORP MAXII by MicrotrackBell).

シリカ複合粒子における平均細孔径を、上記範囲内とする具体的な手法は特に制限されないが、例えば、1)粒子造粒時の滴下速度を調整手法;2)乾燥温度を調整する手法などが挙げられる。 The specific method for setting the average pore size in the silica composite particles within the above range is not particularly limited, but examples include 1) a method of adjusting the dropping speed during particle granulation; 2) a method of adjusting the drying temperature, etc.

本実施形態に係るシリカ複合粒子は、数平均粒子径が、静電容量の上昇をより抑制する観点からは、5nm以上300nm以下であることが好ましく、5nm以上200nm以下であることがより好ましく、5nm以上100nm以下であることがさらに好ましい。 From the viewpoint of further suppressing an increase in capacitance, the number average particle diameter of the silica composite particles according to this embodiment is preferably 5 nm or more and 300 nm or less, more preferably 5 nm or more and 200 nm or less, and even more preferably 5 nm or more and 100 nm or less.

シリカ複合粒子の数平均粒子径は、以下の様にして求める。
シリカ複合粒子を走査型電子顕微鏡(SEM)にて撮像し、画像解析によって、任意に選んだ一次粒子100個それぞれの円相当径(nm)を求める。そして、円相当径の分布における小径側から累積50%(50個目)の円相当径を数平均粒子径とする。
The number average particle size of the silica composite particles is determined as follows.
The silica composite particles are photographed with a scanning electron microscope (SEM), and the equivalent circle diameter (nm) of each of 100 randomly selected primary particles is determined by image analysis. The equivalent circle diameter of the cumulative 50% (50th particle) from the small diameter side in the distribution of the equivalent circle diameters is taken as the number average particle diameter.

本実施形態に係るシリカ複合粒子は、静電容量の上昇をより抑制する観点からは、疎水化処理された粒子であることが好ましい。 From the viewpoint of further suppressing an increase in capacitance, it is preferable that the silica composite particles according to this embodiment are particles that have been subjected to a hydrophobic treatment.

[シリカ複合粒子の材質]
(アルミニウム原子)
本実施形態に係るシリカ複合粒子は、アルミニウム原子を含有する。
アルミニウム原子は、アルミニウム化合物としてシリカ粒子と複合されていてもよい。アルミニウム化合物としては、例えば、アルミニウム原子が酸素原子を介して有機基と結合している化合物が挙げられる。
[Material of Silica Composite Particles]
(aluminum atom)
The silica composite particles according to this embodiment contain aluminum atoms.
The aluminum atom may be combined with the silica particle as an aluminum compound, such as a compound in which an aluminum atom is bonded to an organic group via an oxygen atom.

アルミニウム化合物における酸素原子を介してアルミニウム原子に結合する有機基(前記酸素原子を含む)としては、アルコキシ基、アシルオキシ基、アルキルアセトアセテート基(アルキルアセトアセテート化合物のアニオン)、アセチルアセトナート基(アセチルアセトン化合物のアニオン)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の基が好ましく挙げられ、アルコキシ基、アルキルアセトアセテート基(アルキルアセトアセテート化合物のアニオン)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の基がより好ましく挙げられる。 As the organic group (containing the oxygen atom) that is bonded to the aluminum atom via an oxygen atom in the aluminum compound, at least one group selected from the group consisting of an alkoxy group, an acyloxy group, an alkylacetoacetate group (anion of an alkylacetoacetate compound), and an acetylacetonate group (anion of an acetylacetone compound) is preferred, and at least one group selected from the group consisting of an alkoxy group and an alkylacetoacetate group (anion of an alkylacetoacetate compound) is more preferred.

アルミニウム原子に酸素原子を介して有機基が結合しているアルミニウム化合物の具体例としては、例えば、アルミニウムメトキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムn-プロポキシド、アルミニウムi-プロポキシド、アルミニウムn-ブトキシド、アルミニウムi-ブトキシド、アルミニウムsec-ブトキシド、アルミニウムtert-ブトキシド等のアルミニウムアルコキシド類;アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、アルミニウムビスエチルアセトアセテート・モノアセチルアセトネート、アルミニウムトリスアセチルアセトネート等のキレート類;アルミニウムオキサイド2-エチルヘキサノエート、アルミニウムオキサイドラウレート等のアルミニウムオキサイドアシレート類;アセチルアセトナート等のβ-ジケトン類とアルミニウムの錯体;エチルアセトアセテート等のβ-ケトエステル類とアルミニウムとの錯体;酢酸、酪酸、乳酸、クエン酸等のカルボン酸類とアルミニウムとの錯体;などが挙げられる。 Specific examples of aluminum compounds in which an organic group is bonded to an aluminum atom via an oxygen atom include aluminum alkoxides such as aluminum methoxide, aluminum ethoxide, aluminum n-propoxide, aluminum i-propoxide, aluminum n-butoxide, aluminum i-butoxide, aluminum sec-butoxide, and aluminum tert-butoxide; chelates such as aluminum ethylacetoacetate diisopropylate, aluminum trisethylacetoacetate, aluminum bisethylacetoacetate monoacetylacetonate, and aluminum trisacetylacetonate; aluminum oxide acylates such as aluminum oxide 2-ethylhexanoate and aluminum oxide laurate; complexes of aluminum with β-diketones such as acetylacetonate; complexes of aluminum with β-ketoesters such as ethylacetoacetate; complexes of aluminum with carboxylic acids such as acetic acid, butyric acid, lactic acid, and citric acid; and the like.

前記アルミニウム化合物は、反応速度の制御性や得られるシリカ複合粒子の形状、粒径、粒度分布等の点から、アルコキシ基を1個以上(より好ましく2個以上)有するアルミニウム化合物であることが好ましい。つまり、アルミニウム化合物は、アルコキシ基(酸素原子1個を介してアルミニウム原子に結合するアルキル基)がアルミニウム原子に1個以上(より好ましくは2個以上)結合しているアルミニウム化合物であることが好ましい。アルコキシ基の炭素数は、反応速度の制御性や得られるシリカ複合粒子の形状、粒径、粒度分布等の点から、8以下が好ましく、2以上4以下がより好ましい。 From the viewpoints of the controllability of the reaction rate and the shape, particle size, particle size distribution, etc. of the resulting silica composite particles, it is preferable that the aluminum compound is an aluminum compound having one or more alkoxy groups (more preferably two or more). In other words, it is preferable that the aluminum compound is an aluminum compound having one or more alkoxy groups (an alkyl group bonded to an aluminum atom via an oxygen atom) bonded to an aluminum atom. The number of carbon atoms in the alkoxy group is preferably 8 or less, more preferably 2 to 4, from the viewpoints of the controllability of the reaction rate and the shape, particle size, particle size distribution, etc. of the resulting silica composite particles.

中でも、前記アルミニウム化合物は、硬度均一性の観点から、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、アルミニウムビスエチルアセトアセテート・モノアセチルアセトネート、アルミニウムトリスアセチルアセトネートよりなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物であることが特に好ましい。 Among them, from the viewpoint of hardness uniformity, it is particularly preferable that the aluminum compound is at least one compound selected from the group consisting of aluminum ethylacetoacetate diisopropylate, aluminum tris-ethylacetoacetate, aluminum bis-ethylacetoacetate monoacetylacetonate, and aluminum tris-acetylacetonate.

(四級アンモニウム塩)
本実施形態に係るシリカ複合粒子は、四級アンモニウム塩を含有する。
四級アンモニウム塩は、1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
四級アンモニウム塩は、特に制限されず、公知の四級アンモニウム塩が適用できる。
(Quaternary ammonium salts)
The silica composite particles according to this embodiment contain a quaternary ammonium salt.
The quaternary ammonium salts may be used alone or in combination of two or more kinds.
The quaternary ammonium salt is not particularly limited, and any known quaternary ammonium salt can be used.

四級アンモニウム塩は、静電容量の上昇をより抑制する観点からは、一般式(AM)で表される化合物を含むことが好ましい。一般式(AM)で表される化合物は、1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。 From the viewpoint of further suppressing an increase in capacitance, the quaternary ammonium salt preferably contains a compound represented by general formula (AM). The compound represented by general formula (AM) may be used alone or in combination of two or more kinds.


一般式(AM)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基又はアリール基を表し、Xは陰イオンを表す。

In formula (AM), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represent an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group which may have a substituent, and X represents an anion.

~Rで表されるアルキル基としては、炭素数1以上20以下の直鎖状のアルキル基、炭素数3以上20以下の分岐状のアルキル基が挙げられる。
炭素数1以上20以下の直鎖状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基等が挙げられる。
炭素数3以上20以下の分岐状のアルキル基としては、例えば、イソプロピル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert-ペンチル基、イソヘキシル基、sec-ヘキシル基、tert-ヘキシル基、イソヘプチル基、sec-ヘプチル基、tert-ヘプチル基、イソオクチル基、sec-オクチル基、tert-オクチル基、イソノニル基、sec-ノニル基、tert-ノニル基、イソデシル基、sec-デシル基、tert-デシル基等が挙げられる。
上記の中でも、R~Rで表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、ブチル基、テトラデシル基等の炭素数1以上15以下のアルキル基であることが好ましい。
Examples of the alkyl group represented by R 1 to R 4 include a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and a branched alkyl group having 3 to 20 carbon atoms.
Examples of the linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, an n-pentyl group, an n-hexyl group, an n-heptyl group, an n-octyl group, an n-nonyl group, an n-decyl group, an n-undecyl group, an n-dodecyl group, an n-tridecyl group, an n-tetradecyl group, an n-pentadecyl group, and an n-hexadecyl group.
Examples of branched alkyl groups having 3 to 20 carbon atoms include an isopropyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, a tert-pentyl group, an isohexyl group, a sec-hexyl group, a tert-hexyl group, an isoheptyl group, a sec-heptyl group, a tert-heptyl group, an isooctyl group, a sec-octyl group, a tert-octyl group, an isononyl group, a sec-nonyl group, a tert-nonyl group, an isodecyl group, a sec-decyl group, and a tert-decyl group.
Among the above, the alkyl group represented by R 1 to R 4 is preferably an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, such as a methyl group, an ethyl group, a butyl group, or a tetradecyl group.

~Rで表されるアラルキル基としては、炭素数7以上30以下のアラルキル基が挙げられる。
炭素数7以上30以下のアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、4-フェニルブチル基、フェニルペンチル基、フェニルヘキシル基、フェニルヘプチル 基、フェニルオクチル基、フェニルノニル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、アントラチルメチル基、フェニル-シクロペンチルメチル基等が挙げられる。
上記の中でも、R~Rで表されるアラルキル基としては、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、4-フェニルブチル基等の炭素数7以上15以下のアラルキル基であることが好ましい。
The aralkyl group represented by R 1 to R 4 includes an aralkyl group having 7 to 30 carbon atoms.
Examples of the aralkyl group having 7 to 30 carbon atoms include a benzyl group, a phenylethyl group, a phenylpropyl group, a 4-phenylbutyl group, a phenylpentyl group, a phenylhexyl group, a phenylheptyl group, a phenyloctyl group, a phenylnonyl group, a naphthylmethyl group, a naphthylethyl group, an anthrathylmethyl group, and a phenyl-cyclopentylmethyl group.
Among the above, the aralkyl groups represented by R 1 to R 4 are preferably aralkyl groups having 7 to 15 carbon atoms, such as a benzyl group, a phenylethyl group, a phenylpropyl group, and a 4-phenylbutyl group.

~Rで表されるアリール基としては、炭素数6以上20以下のアリール基等が挙げられる。
炭素数6~20のアリール基としては、例えば、フェニル基、ピリジル基、ナフチル基、基等が挙げられる。
上記の中でも、R~Rで表されるアリール基としては、フェニル基等の炭素数6以上10以下のアリール基であることが好ましい。
Examples of the aryl group represented by R 1 to R 4 include aryl groups having 6 to 20 carbon atoms.
Examples of the aryl group having 6 to 20 carbon atoms include a phenyl group, a pyridyl group, a naphthyl group, and the like.
Among the above, the aryl group represented by R 1 to R 4 is preferably an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, such as a phenyl group.

で表される陰イオンとしては、有機陰イオン、無機陰イオンが挙げられる。
有機陰イオンとしては、ポリフルオロアルキルスルホン酸イオン、ポリフルオロアルキルカルボン酸イオン、テトラフェニルホウ酸イオン、芳香族カルボン酸イオン、芳香族スルホン酸イオン(1-ナフトール-4-スルホン酸イオン等)などが挙げられる。
無機陰イオンとしては、MoO 2-、OH、F、Fe(CN) 3-、Cl、Br、NO 、NO 、CO 2-、PO 3-、SO 2-等が挙げられる。
The anion represented by X includes organic anions and inorganic anions.
Examples of the organic anion include a polyfluoroalkylsulfonate ion, a polyfluoroalkylcarboxylate ion, a tetraphenylborate ion, an aromatic carboxylate ion, and an aromatic sulfonate ion (eg, 1-naphthol-4-sulfonate ion).
Examples of inorganic anions include MoO 4 2− , OH , F , Fe(CN) 6 3− , Cl , Br , NO 2 , NO 3 , CO 3 2− , PO 4 3− , and SO 4 2− .

一般式(AM)中、R、R、R及びRの2つ以上が互いに連結して環を形成していてもよい。R、R、R及びRの2つ以上が互いに連結して形成される環としては、炭素数2以上20以下の脂環、炭素数2以上20以下の複素環式アミン等が挙げられる。 In general formula (AM), two or more of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may be bonded to each other to form a ring. Examples of the ring formed by bonding two or more of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 to each other include an alicyclic ring having from 2 to 20 carbon atoms and a heterocyclic amine having from 2 to 20 carbon atoms.

本実施形態に係るシリカ複合粒子は、静電容量の上昇をより抑制する観点からは、一般式(AM)で表される化合物中、R、R、R及びRが、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい、炭素数1以上16以下のアルキル基又は炭素数7以上10以下のアラルキル基を表すことが好ましい。 In the silica composite particles according to this embodiment, from the viewpoint of further suppressing an increase in capacitance, in the compound represented by general formula (AM), it is preferable that R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represent an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms or an aralkyl group having 7 to 10 carbon atoms, which may have a substituent.

一般式(AM)で表される化合物におけるX以外の構造の例示を以下に示すが、本実施形態はこれに限定されない。 Examples of structures other than X 1 - in the compound represented by formula (AM) are shown below, but the present embodiment is not limited thereto.

[用途]
本実施形態に係るシリカ複合粒子は、充填剤、研磨剤、トナー、化粧品等の種々の分野に適用し得る。
特に、タイヤゴムへ、本実施形態に係るシリカ複合粒子を添加することにより、タイヤの静電気の蓄積が抑制され、電磁波ノイズによる電子機器への悪影響が防止できる。
[Application]
The silica composite particles according to this embodiment can be used in various fields such as fillers, abrasives, toners, and cosmetics.
In particular, by adding the silica composite particles according to this embodiment to tire rubber, the accumulation of static electricity in the tire can be suppressed, and the adverse effects of electromagnetic noise on electronic devices can be prevented.

≪シリカ複合粒子の製造方法≫
本実施形態に係るシリカ複合粒子の製造方法は、アルミニウム原子を含有するシリカ粒子を含む懸濁液を準備する準備工程と、前記懸濁液における前記シリカ粒子を四級アンモニウム塩により表面処理する第一表面処理工程と、をこの順で含む。
本実施形態に係るシリカ複合粒子の製造方法は、前記第一表面処理工程を有することにより、静電容量の上昇が抑制されたシリカ複合粒子を製造することができる。
<Method for producing silica composite particles>
The method for producing silica composite particles according to this embodiment includes, in this order, a preparation step of preparing a suspension containing silica particles containing aluminum atoms, and a first surface treatment step of surface-treating the silica particles in the suspension with a quaternary ammonium salt.
The method for producing silica composite particles according to this embodiment includes the first surface treatment step, and thus can produce silica composite particles in which an increase in capacitance is suppressed.

以下、本実施形態に係る製造方法の工程を詳細に説明する。 The steps of the manufacturing method according to this embodiment are described in detail below.

[準備工程]
本実施形態に係るシリカ複合粒子の製造方法は、準備工程を含む。
準備工程では、アルミニウム原子を含有するシリカ粒子を含む懸濁液を準備する。
アルミニウム原子を含有するシリカ粒子を含む懸濁液の調整方法は、特に制限されないが、例えば、アルミニウム化合物により表面処理することでアルミニウム原子を含有するシリカ粒子を含む懸濁液を調整してもよい。
[Preparation process]
The method for producing silica composite particles according to this embodiment includes a preparation step.
In the preparation step, a suspension containing silica particles containing aluminum atoms is prepared.
The method for preparing the suspension containing silica particles containing aluminum atoms is not particularly limited. For example, the suspension containing silica particles containing aluminum atoms may be prepared by surface treatment with an aluminum compound.

以下、アルミニウム化合物により表面処理されたシリカ粒子を、アルミニウム結合シリカ粒子ともいい、アルミニウム化合物により表面処理されたシリカ粒子(つまり、アルミニウム原子を含有するシリカ粒子)を含む懸濁液を、アルミニウム結合シリカ粒子懸濁液ともいう。 Hereinafter, silica particles surface-treated with an aluminum compound are also referred to as aluminum-bonded silica particles, and a suspension containing silica particles surface-treated with an aluminum compound (i.e., silica particles containing aluminum atoms) is also referred to as an aluminum-bonded silica particle suspension.

アルミニウム結合シリカ粒子懸濁液は、例えば、アルコールを含む溶媒と、アルミニウム結合シリカ粒子とを含む。アルコールを含む溶媒は、アルコール単独の溶媒であってもよいし、アルコールとその他の溶媒との混合溶媒であってもよい。アルコールとしては、例えば、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、ブタノール等の低級アルコールが挙げられる。その他の溶媒としては、水;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、酢酸セロソルブ等のセロソルブ類;ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;などが挙げられる。混合溶媒の場合、アルコールの割合は80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。 The aluminum-bonded silica particle suspension contains, for example, a solvent containing alcohol and aluminum-bonded silica particles. The alcohol-containing solvent may be a solvent containing alcohol alone or a mixed solvent containing alcohol and other solvents. Examples of the alcohol include lower alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, and butanol. Other solvents include water; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone; cellosolves such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, and cellosolve acetate; ethers such as dioxane and tetrahydrofuran; and the like. In the case of a mixed solvent, the proportion of alcohol is preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more.

準備工程は、例えば、
シリカ粒子を含むシリカ粒子懸濁液を準備する工程(1-a)と、
前記シリカ粒子懸濁液とアルミニウム化合物とを混合して、前記シリカ粒子を前記アルミニウム化合物によりアルミニウム複合処理する工程(1-b)と、
を含んでいてもよい。
The preparation process may, for example, be
A step (1-a) of preparing a silica particle suspension containing silica particles;
a step (1-b) of mixing the silica particle suspension with an aluminum compound to subject the silica particles to an aluminum composite treatment with the aluminum compound;
may also include

工程(1-a)としては、例えば、
(i)アルコールを含む溶媒とシリカ粒子とを混合してシリカ粒子懸濁液を準備する工程
(ii)シリカ粒子をゾルゲル法により造粒してシリカ粒子懸濁液を得る工程
等が挙げられる。
前記(i)に用いるシリカ粒子としては、ゾルゲルシリカ粒子(ゾルゲル法により得られたシリカ粒子)、水性コロイダルシリカ粒子、アルコール性シリカ粒子、気相法により得られるフェームドシリカ粒子、溶融シリカ粒子等が挙げられる。
前記(i)に用いるアルコールを含む溶媒は、アルコール単独の溶媒であってもよいし、アルコールとその他の溶媒との混合溶媒であってもよい。アルコールとしては、例えば、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、ブタノール等の低級アルコールが挙げられる。その他の溶媒としては、水;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、酢酸セロソルブ等のセロソルブ類;ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;などが挙げられる。混合溶媒の場合、アルコールの割合は80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。
Step (1-a) may be carried out, for example, as follows:
(i) a step of mixing an alcohol-containing solvent with silica particles to prepare a silica particle suspension; and (ii) a step of granulating the silica particles by a sol-gel method to obtain a silica particle suspension.
Examples of the silica particles used in (i) include sol-gel silica particles (silica particles obtained by a sol-gel method), aqueous colloidal silica particles, alcoholic silica particles, fumed silica particles obtained by a gas phase method, fused silica particles, and the like.
The alcohol-containing solvent used in (i) may be a solvent of alcohol alone or a mixed solvent of alcohol and other solvents. Examples of the alcohol include lower alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, and butanol. Examples of other solvents include water; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone; cellosolves such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, and cellosolve acetate; and ethers such as dioxane and tetrahydrofuran. In the case of a mixed solvent, the proportion of alcohol is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more.

工程(1-a)は、シリカ粒子をゾルゲル法により造粒してシリカ粒子懸濁液を得る工程であることが好ましい。
より具体的に、工程(1-a)は、例えば、
アルコールを含む溶媒中にアルカリ触媒が含まれるアルカリ触媒溶液を準備するアルカリ触媒溶液準備工程と、
アルカリ触媒溶液中にテトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給して、シリカ粒子を生成させるシリカ粒子生成工程と、
を含むゾルゲル法であることが好ましい。
The step (1-a) is preferably a step of granulating silica particles by a sol-gel method to obtain a silica particle suspension.
More specifically, step (1-a) may include, for example,
An alkaline catalyst solution preparation step of preparing an alkaline catalyst solution containing an alkaline catalyst in a solvent containing alcohol;
a silica particle producing step of producing silica particles by supplying tetraalkoxysilane and an alkali catalyst into an alkali catalyst solution;
It is preferable that the method is a sol-gel method comprising the steps of:

アルカリ触媒溶液準備工程は、アルコールを含む溶媒を準備し、この溶媒とアルカリ触媒とを混合して、アルカリ触媒溶液を得る工程であることが好ましい。 The alkaline catalyst solution preparation step is preferably a step of preparing a solvent containing alcohol and mixing this solvent with an alkaline catalyst to obtain an alkaline catalyst solution.

アルコールを含む溶媒は、アルコール単独の溶媒であってもよいし、アルコールとその他の溶媒との混合溶媒であってもよい。アルコールとしては、例えば、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、ブタノール等の低級アルコールが挙げられる。その他の溶媒としては、水;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、酢酸セロソルブ等のセロソルブ類;ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;などが挙げられる。混合溶媒の場合、アルコールの割合は80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。 The solvent containing alcohol may be a solvent of alcohol alone or a mixed solvent of alcohol and other solvents. Examples of alcohol include lower alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, and butanol. Other solvents include water; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone; cellosolves such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, and cellosolve acetate; and ethers such as dioxane and tetrahydrofuran. In the case of a mixed solvent, the proportion of alcohol is preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more.

アルカリ触媒は、テトラアルコキシシランの反応(加水分解反応と縮合反応)を促進させるための触媒であり、例えば、アンモニア、尿素、モノアミン等の塩基性触媒が挙げられ、特にアンモニアが好ましい。 The alkaline catalyst is a catalyst for promoting the reaction (hydrolysis reaction and condensation reaction) of tetraalkoxysilane. Examples of the alkaline catalyst include ammonia, urea, monoamines, etc., and ammonia is particularly preferred.

アルカリ触媒溶液におけるアルカリ触媒の濃度は、生成されるシリカ粒子の粒径の均一性及び円形度を高める観点から、0.5mol/L以上1.0mol/L以下が好ましく、0.6mol/L以上0.8mol/L以下がより好ましく、0.65mol/L以上0.75mol/L以下がより好ましい。 From the viewpoint of increasing the uniformity of the particle size and circularity of the generated silica particles, the concentration of the alkaline catalyst in the alkaline catalyst solution is preferably 0.5 mol/L or more and 1.0 mol/L or less, more preferably 0.6 mol/L or more and 0.8 mol/L or less, and even more preferably 0.65 mol/L or more and 0.75 mol/L or less.

シリカ粒子生成工程は、アルカリ触媒溶液中にテトラアルコキシシランとアルカリ触媒とをそれぞれ供給し、アルカリ触媒溶液中でテトラアルコキシシランを反応(加水分解反応と縮合反応)させて、シリカ粒子を生成する工程である。 The silica particle production process is a process in which tetraalkoxysilane and an alkaline catalyst are separately supplied to an alkaline catalyst solution, and the tetraalkoxysilane is reacted (hydrolysis reaction and condensation reaction) in the alkaline catalyst solution to produce silica particles.

シリカ粒子生成工程では、テトラアルコキシシランの供給初期にテトラアルコキシシランの反応により核粒子が生成した後(核粒子生成段階)、この核粒子の成長を経て(核粒子成長段階)、シリカ粒子が生成する。 In the silica particle production process, nucleus particles are produced by the reaction of tetraalkoxysilane at the beginning of the supply of tetraalkoxysilane (nucleus particle production stage), and then these nucleus particles grow (nucleus particle growth stage) to produce silica particles.

テトラアルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられる。反応速度の制御性又は生成するシリカ粒子の形状の均一性の観点から、テトラメトキシシラン又はテトラエトキシシランが好ましい。 Examples of tetraalkoxysilanes include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetrabutoxysilane. From the viewpoint of controllability of the reaction rate or uniformity of the shape of the silica particles produced, tetramethoxysilane or tetraethoxysilane is preferred.

アルカリ触媒溶液中に供給するアルカリ触媒としては、例えば、アンモニア、尿素、モノアミン、四級アンモニウム塩等の塩基性触媒が挙げられ、特にアンモニアが好ましい。テトラアルコキシシランと共に供給されるアルカリ触媒は、アルカリ触媒溶液中に予め含まれるアルカリ触媒と同じ種類のものであってもよいし、異なる種類のものであってもよいが、同じ種類のものであることがよい。 Examples of the alkaline catalyst supplied to the alkaline catalyst solution include basic catalysts such as ammonia, urea, monoamines, and quaternary ammonium salts, with ammonia being particularly preferred. The alkaline catalyst supplied together with the tetraalkoxysilane may be of the same type as the alkaline catalyst already contained in the alkaline catalyst solution, or may be of a different type, but it is preferable that it is of the same type.

アルカリ触媒溶液中にテトラアルコキシシランとアルカリ触媒とをそれぞれ供給する供給方式は、連続的に供給する方式であってもよいし、間欠的に供給する方式であってもよい。 The method for supplying the tetraalkoxysilane and the alkali catalyst into the alkali catalyst solution may be a continuous supply method or an intermittent supply method.

シリカ粒子生成工程において、アルカリ触媒溶液の温度(供給時の温度)は、5℃以上50℃以下が好ましく、15℃以上40℃以下がより好ましい。 In the silica particle production process, the temperature of the alkaline catalyst solution (temperature at the time of supply) is preferably 5°C or higher and 50°C or lower, and more preferably 15°C or higher and 40°C or lower.

工程(1-b)は、シリカ粒子懸濁液とアルミニウム化合物とを混合して、シリカ粒子をアルミニウム化合物によりアルミニウム複合処理する工程である。
工程(1-b)を経ることによって、アルミニウム化合物の官能基(例えば、アルコキシ基等の有機基)とシリカ粒子表面のシラノール基とが反応し、アルミニウム結合シリカ粒子が生成する。
The step (1-b) is a step of mixing a silica particle suspension with an aluminum compound to subject the silica particles to an aluminum composite treatment with the aluminum compound.
By going through the step (1-b), the functional groups of the aluminum compound (for example, organic groups such as alkoxy groups) react with the silanol groups on the surface of the silica particles to produce aluminum-bonded silica particles.

工程(1-b)は、例えば、シリカ粒子懸濁液にアルミニウム化合物を添加し、攪拌下において、例えば20℃以上80℃以下の温度範囲で反応させる方法により実施される。 Step (1-b) is carried out, for example, by adding an aluminum compound to a silica particle suspension and reacting the mixture under stirring at a temperature ranging from 20°C to 80°C.

アルミニウム化合物としては、アルミニウム原子に酸素原子を介して結合した有機基を有する化合物が好ましい。該化合物としては、例えば、アルミニウムメトキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムn-プロポキシド、アルミニウムi-プロポキシド、アルミニウムn-ブトキシド、アルミニウムi-ブトキシド、アルミニウムsec-ブトキシド、アルミニウムtert-ブトキシド等のアルミニウムアルコキシド類;アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、アルミニウムビスエチルアセトアセテート・モノアセチルアセトネート、アルミニウムトリスアセチルアセトネート等のキレート類;アルミニウムオキサイド2-エチルヘキサノエート、アルミニウムオキサイドラウレート等のアルミニウムオキサイドアシレート類;アセチルアセトナート等のβ-ジケトン類とアルミニウムの錯体;エチルアセトアセテート等のβ-ケトエステル類とアルミニウムの錯体;トリエタノールアミン等のアミン類とアルミニウムの錯体;酢酸、酪酸、乳酸、クエン酸等のカルボン酸類とアルミニウムの錯体;などが挙げられる。 Preferably, the aluminum compound is a compound having an organic group bonded to an aluminum atom via an oxygen atom. Examples of such compounds include aluminum alkoxides such as aluminum methoxide, aluminum ethoxide, aluminum n-propoxide, aluminum i-propoxide, aluminum n-butoxide, aluminum i-butoxide, aluminum sec-butoxide, and aluminum tert-butoxide; chelates such as aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate, aluminum trisethyl acetoacetate, aluminum bisethyl acetoacetate monoacetylacetonate, and aluminum trisacetylacetonate; aluminum oxide acylates such as aluminum oxide 2-ethylhexanoate and aluminum oxide laurate; complexes of aluminum with β-diketones such as acetylacetonate; complexes of aluminum with β-ketoesters such as ethyl acetoacetate; complexes of aluminum with amines such as triethanolamine; complexes of aluminum with carboxylic acids such as acetic acid, butyric acid, lactic acid, and citric acid; and the like.

アルミニウム化合物は、反応速度の制御性又は生成するアルミニウム結合シリカ粒子の形状、粒径、粒度分布等の観点から、アルコキシ基を1個以上(好ましくは2個以上)有するアルミニウム化合物であることが好ましい。つまり、アルミニウム化合物は、アルコキシ基(酸素原子1個を介してアルミニウム原子に結合するアルキル基)がアルミニウム原子に1個以上(好ましくは2個以上)結合しているアルミニウム化合物であることが好ましい。アルコキシ基の炭素数は、反応速度の制御性又は生成するアルミニウム結合シリカ粒子の形状、粒径、粒度分布等の観点から、8以下が好ましく、2以上4以下がより好ましい。 From the viewpoint of controllability of the reaction rate or the shape, particle size, particle size distribution, etc. of the aluminum-bonded silica particles produced, the aluminum compound is preferably an aluminum compound having one or more (preferably two or more) alkoxy groups. In other words, the aluminum compound is preferably an aluminum compound having one or more (preferably two or more) alkoxy groups (alkyl groups bonded to the aluminum atom via one oxygen atom) bonded to the aluminum atom. From the viewpoint of controllability of the reaction rate or the shape, particle size, particle size distribution, etc. of the aluminum-bonded silica particles produced, the number of carbon atoms in the alkoxy group is preferably 8 or less, and more preferably 2 to 4.

アルミニウム化合物の好ましい具体例としては、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、アルミニウムビスエチルアセトアセテート・モノアセチルアセトネート、アルミニウムトリスアセチルアセトネート等のキレート類が挙げられる。 Specific preferred examples of aluminum compounds include chelates such as aluminum ethylacetoacetate diisopropylate, aluminum trisethylacetoacetate, aluminum bisethylacetoacetate monoacetylacetonate, and aluminum trisacetylacetonate.

工程(1-b)は、シリカ粒子懸濁液と、アルコール中にアルミニウム化合物が含まれるアルコール液とを混合することにより実施されることが好ましい。したがって、本実施形態に係る製造方法は、アルコール中にアルミニウム化合物が含まれるアルコール液を準備する工程をさらに含み、予め該工程を実施しておくことが好ましい。 The step (1-b) is preferably carried out by mixing the silica particle suspension with an alcohol liquid containing an aluminum compound in alcohol. Therefore, the manufacturing method according to this embodiment further includes a step of preparing an alcohol liquid containing an aluminum compound in alcohol, and it is preferable to carry out this step in advance.

アルコールとしては、例えば、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、ブタノール等の低級アルコールが挙げられる。 Examples of alcohols include lower alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, and butanol.

アルミニウム化合物がアルコキシ基を有する化合物である場合、反応速度の制御性又は生成するアルミニウム結合シリカ粒子の形状、粒径、粒度分布等の観点から、アルコールは、アルミニウム化合物のアルコキシ基の炭素数よりも小さい炭素数(具体的には、例えば、炭素数差が2以上4以下)のアルコールであることが好ましい。 When the aluminum compound is a compound having an alkoxy group, from the viewpoint of controllability of the reaction rate or the shape, particle size, particle size distribution, etc. of the aluminum-bonded silica particles produced, it is preferable that the alcohol has a smaller carbon number than the carbon number of the alkoxy group of the aluminum compound (specifically, for example, the difference in carbon number is 2 or more and 4 or less).

アルコールは、シリカ粒子懸濁液に含まれるアルコールと同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよいが、同じ種類であることがより好ましい。 The alcohol may be the same type as the alcohol contained in the silica particle suspension or a different type, but it is more preferable that it be the same type.

アルコール中にアルミニウム化合物が含まれるアルコール液において、アルミニウム化合物濃度は0.05質量%以上10質量%以下が好ましく、0.1質量%以上5質量%以下がより好ましい。 In an alcohol solution containing an aluminum compound in alcohol, the aluminum compound concentration is preferably 0.05% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less.

アルミニウム化合物の総量は、反応速度の制御性又は生成するアルミニウム結合シリカ粒子の形状、粒径、粒度分布等の観点から、シリカ粒子懸濁液の固形分に対して、下限としては0.001質量%以上が好ましく、0.01質量%以上がより好ましく、0.1質量%以上が更に好ましく、上限としては10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましく、3質量%以下が更に好ましい。 From the viewpoint of controllability of the reaction rate or the shape, particle size, particle size distribution, etc. of the aluminum-bonded silica particles produced, the total amount of the aluminum compounds is preferably at least 0.001% by mass, more preferably at least 0.01% by mass, and even more preferably at least 0.1% by mass, with the upper limit being preferably at most 10% by mass, more preferably at most 5% by mass, and even more preferably at most 3% by mass, based on the solid content of the silica particle suspension.

アルミニウム化合物によるシリカ粒子の表面処理条件は、特に制限はなく、例えば、攪拌下において5℃以上50℃以下の温度範囲で、アルミニウム化合物を反応させることで行う。 There are no particular limitations on the conditions for surface treatment of silica particles with an aluminum compound, and the treatment can be carried out, for example, by reacting the aluminum compound under stirring at a temperature range of 5°C or higher and 50°C or lower.

[第一表面処理工程]
本実施形態に係るシリカ複合粒子の製造方法は、第一表面処理工程を含む。
第一表面処理工程では、前記懸濁液における前記シリカ粒子を四級アンモニウム塩により表面処理する。
[First surface treatment step]
The method for producing silica composite particles according to this embodiment includes a first surface treatment step.
In the first surface treatment step, the silica particles in the suspension are surface-treated with a quaternary ammonium salt.

四級アンモニウム塩の好ましい例としては、本実施形態に係るシリカ複合粒子における四級アンモニウム塩で例示したものと同様のものが挙げられる。 Preferred examples of quaternary ammonium salts include those exemplified as quaternary ammonium salts in the silica composite particles according to this embodiment.

四級アンモニウム塩の総量は、シリカ粒子懸濁液の固形分に対して、0.5質量%以上であることが好ましく、1.5質量%以上10質量%以下であることがより好ましく、2質量%以上5質量%以下であることが更に好ましい。 The total amount of quaternary ammonium salts is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more and 10% by mass or less, and even more preferably 2% by mass or more and 5% by mass or less, based on the solid content of the silica particle suspension.

四級アンモニウム塩によるシリカ粒子の表面処理条件は、特に制限はなく、例えば、攪拌下において20℃以上50℃以下の温度範囲で、四級アンモニウム塩を反応させることで行う。 There are no particular limitations on the conditions for surface treatment of silica particles with a quaternary ammonium salt, and the treatment can be carried out, for example, by reacting the quaternary ammonium salt under stirring at a temperature range of 20°C or higher and 50°C or lower.

第一表面処理工程は、例えば、シリカ粒子懸濁液と、アルコール中に四級アンモニウム塩が含まれるアルコール液とを混合することにより実施されることが好ましい。したがって、本実施形態に係る製造方法は、アルコール中に四級アンモニウム塩が含まれるアルコール液を準備する工程をさらに含み、予め該工程を実施しておくことが好ましい。 The first surface treatment step is preferably carried out, for example, by mixing a silica particle suspension with an alcohol liquid containing a quaternary ammonium salt in alcohol. Therefore, the manufacturing method according to this embodiment further includes a step of preparing an alcohol liquid containing a quaternary ammonium salt in alcohol, and it is preferable to carry out this step in advance.

アルコールは、シリカ粒子懸濁液に含まれるアルコールと同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよいが、同じ種類であることがより好ましい。 The alcohol may be the same type as the alcohol contained in the silica particle suspension or a different type, but it is more preferable that it be the same type.

アルコール中に四級アンモニウム塩が含まれるアルコール液において、四級アンモニウム塩の濃度は0.05質量%以上10質量%以下が好ましく、0.1質量%以上6質量%以下がより好ましい。 In an alcohol solution containing a quaternary ammonium salt in alcohol, the concentration of the quaternary ammonium salt is preferably 0.05% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 6% by mass or less.

[第二表面処理工程]
本実施形態に係るシリカ複合粒子の製造方法は、前記第一表面処理工程の後に、第二表面処理工程を更に含んでいてもよい。
第二表面処理工程では、超臨界液体中で前記四級アンモニウム塩により表面処理されたシリカ粒子を有機ケイ素化合物により更に表面処理する。
第二表面処理工程を経ることによって、有機ケイ素化合物の官能基とアルミニウム結合シリカ粒子表面のOH基とが反応し、例えば、表面に-Si-O-Al-O-Si-R(Rは有機基)なる原子団を含むシリカ複合粒子が生成される傾向にある。また、アルコール液において表面処理を行う湿式処理や超臨界流体中での表面処理とすることにより、有機ケイ素化合物とアルミニウム結合シリカ粒子表面で表面処理がなされると考えられる。
[Second surface treatment step]
The method for producing silica composite particles according to this embodiment may further include a second surface treatment step after the first surface treatment step.
In the second surface treatment step, the silica particles that have been surface-treated with the quaternary ammonium salt in a supercritical fluid are further surface-treated with an organosilicon compound.
By passing through the second surface treatment step, the functional groups of the organosilicon compound react with the OH groups on the surface of the aluminum-bonded silica particles, and there is a tendency for silica composite particles to be produced that contain, for example, an atomic group of -Si-O-Al-O-Si-R (R is an organic group) on the surface. It is also believed that by carrying out a wet treatment in which the surface is treated in an alcohol liquid or a surface treatment in a supercritical fluid, the surface treatment is carried out between the organosilicon compound and the surface of the aluminum-bonded silica particles.

湿式処理による第二表面処理工程は、具体的には、例えば以下の操作によって行う。第一表面処理工程の後のシリカ粒子懸濁液を撹拌機で混合しながら60℃に加熱し有機ケイ素化合物を添加、表面処理を行う。撹拌を持続する時間は、10分間以上24時間以下が好ましく、20分間以上120分間以下がより好ましく、20分間以上90分間以下が更に好ましい。 Specifically, the second surface treatment step using wet processing is carried out, for example, by the following procedure. The silica particle suspension after the first surface treatment step is heated to 60°C while being mixed with a stirrer, and an organosilicon compound is added to perform the surface treatment. The stirring time is preferably from 10 minutes to 24 hours, more preferably from 20 minutes to 120 minutes, and even more preferably from 20 minutes to 90 minutes.

超臨界処理による第二表面処理工程は、具体的には、例えば以下の操作によって行う。超臨界流体として用いられる物質としては、二酸化炭素、水、メタノール、エタノール、アセトン等が挙げられる。第二表面処理工程は、処理効率の観点と、粗大粒子の発生を抑制する観点とから、超臨界二酸化炭素を用いる工程であることが好ましい。
攪拌機を備えた密閉反応器に、アルミニウム化合物で表面処理されたシリカ粒子と有機ケイ素化合物とを収容し、次いで、液化二酸化炭素を導入した後、密閉反応器を加熱すると共に高圧ポンプにより密閉反応器内を昇圧させ、密閉反応器内の二酸化炭素を超臨界状態とする。そして、攪拌機を運転し、反応系内を攪拌する。
上記の密閉反応器内の温度及び圧力は、二酸化炭素を超臨界状態にする温度及び圧力とする。二酸化炭素の臨界点が31.1℃/7.38MPaであるところ、例えば、温度40℃以上200℃以下/圧力10MPa以上30MPa以下の温度及び圧力とする。攪拌を持続する時間は、10分間以上24時間以下が好ましく、20分間以上120分間以下がより好ましく、20分間以上90分間以下が更に好ましい。
Specifically, the second surface treatment step using supercritical treatment is carried out, for example, by the following operation. Substances used as supercritical fluids include carbon dioxide, water, methanol, ethanol, acetone, etc. From the viewpoint of treatment efficiency and suppression of generation of coarse particles, the second surface treatment step is preferably a step using supercritical carbon dioxide.
Silica particles surface-treated with an aluminum compound and an organosilicon compound are placed in a closed reactor equipped with an agitator, and then liquefied carbon dioxide is introduced into the closed reactor, which is then heated and the pressure in the closed reactor is increased by a high-pressure pump to bring the carbon dioxide in the closed reactor into a supercritical state.The agitator is then operated to stir the reaction system.
The temperature and pressure in the closed reactor are set to those that can put carbon dioxide into a supercritical state. The critical point of carbon dioxide is 31.1° C./7.38 MPa, and the temperature and pressure are set to, for example, 40° C. to 200° C./10 MPa to 30 MPa. The stirring time is preferably 10 minutes to 24 hours, more preferably 20 minutes to 120 minutes, and even more preferably 20 minutes to 90 minutes.

有機ケイ素化合物としては、例えば、
メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシラン等の低級アルキル基を有するシラン化合物;
ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニル基を有するシラン化合物;
2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシ基を有するシラン化合物;
p-スチリルトリメトキシシラン、p-スチリルトリエトキシシラン等のスチリル基を有するシラン化合物;
N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-トリエトキシシリル-N-(1,3-ジメチル-ブチリデン)プロピルアミン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノアルキル基を有するシラン化合物;
3-イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネートアルキル基を有するシラン化合物;
ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン等のシラザン化合物;なども挙げられる。
Examples of the organosilicon compound include:
Silane compounds having a lower alkyl group, such as methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, trimethylchlorosilane, and trimethylmethoxysilane;
Silane compounds having a vinyl group, such as vinyltrimethoxysilane and vinyltriethoxysilane;
Silane compounds having an epoxy group, such as 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, and 3-glycidoxypropyltriethoxysilane;
Silane compounds having a styryl group, such as p-styryltrimethoxysilane and p-styryltriethoxysilane;
Silane compounds having an aminoalkyl group, such as N-2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2-(aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl-N-(1,3-dimethyl-butylidene)propylamine, and N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane;
Silane compounds having an isocyanate alkyl group, such as 3-isocyanatepropyltrimethoxysilane and 3-isocyanatepropyltriethoxysilane;
Silazane compounds such as hexamethyldisilazane and tetramethyldisilazane; and the like.

得られたシリカ複合粒子に対しては、解砕又は篩分を行って、粗大粒子や凝集物の除去を行うことがよい。解砕は、例えば、ジェットミル、振動ミル、ボールミル、ピンミル等の乾式粉砕装置により行う。篩分は、例えば、振動篩、風力篩分機等により行う。 The obtained silica composite particles may be crushed or sieved to remove coarse particles and agglomerates. Crushing is performed, for example, using a dry grinding device such as a jet mill, a vibration mill, a ball mill, or a pin mill. Sieving is performed, for example, using a vibration sieve or a wind sieving machine.

[溶媒除去工程]
本実施形態に係るシリカ複合粒子の製造方法は、必要に応じて、溶媒除去工程を更に含んでいてもよい。
溶媒除去工程では、超臨界流体を用いて、前記四級アンモニウム塩により表面処理されたシリカ粒子を含む懸濁液から、溶媒を除去して粉体を得る。例えば、熱乾燥、噴霧乾燥、超臨界乾燥が挙げられる。熱乾燥、噴霧乾燥は、乾燥終点において粒子間で表面張力が働きやすくなるため、粒子凝集により粗大粒子が発生し易いが有機ケイ素化合物にて表面処理を施す事により、粗大粒子の発生を抑制する事が可能となる。
超臨界乾燥は、超臨界流体によって溶媒を除去することにより、粒子間での表面張力が働き難く、懸濁液中に含まれる一次粒子が、凝集が抑制された状態で乾燥される。そのため、粒径の均一性が高い、アルミニウム化合物で表面処理されたシリカ粒子が得られ易くなる。
[Solvent removal step]
The method for producing silica composite particles according to this embodiment may further include a solvent removal step, if necessary.
In the solvent removal step, a supercritical fluid is used to remove the solvent from the suspension containing the silica particles surface-treated with the quaternary ammonium salt to obtain a powder. For example, heat drying, spray drying, and supercritical drying can be used. In heat drying and spray drying, the surface tension between the particles becomes more likely to act at the end of drying, so that coarse particles are likely to be generated due to particle aggregation. However, by performing surface treatment with an organosilicon compound, it is possible to suppress the generation of coarse particles.
In supercritical drying, the solvent is removed by a supercritical fluid, so that the surface tension between particles is less likely to act, and the primary particles contained in the suspension are dried in a state in which aggregation is suppressed, making it easier to obtain silica particles with a highly uniform particle size and surface-treated with an aluminum compound.

超臨界流体として用いられる物質としては、二酸化炭素、水、メタノール、エタノール、アセトン等が挙げられる。溶媒除去工程は、処理効率の観点と、粗大粒子の発生を抑制する観点とから、超臨界二酸化炭素を用いる工程であることが好ましい。 Substances that can be used as supercritical fluids include carbon dioxide, water, methanol, ethanol, and acetone. From the standpoint of processing efficiency and suppressing the generation of coarse particles, it is preferable that the solvent removal process be a process that uses supercritical carbon dioxide.

溶媒除去工程は、具体的には、例えば以下の操作によって行う。
密閉反応器に懸濁液を収容し、次いで液化二酸化炭素を導入した後、密閉反応器を加熱すると共に高圧ポンプにより密閉反応器内を昇圧させ、密閉反応器内の二酸化炭素を超臨界状態とする。そして、密閉反応器に液化二酸化炭素を流入させ、密閉反応器から超臨界二酸化炭素を流出させることで、密閉反応器内において懸濁液に超臨界二酸化炭素を流通させる。懸濁液に超臨界二酸化炭素が流通する間に、溶媒が超臨界二酸化炭素に溶解し、密閉反応器外へ流出する超臨界二酸化炭素に同伴して溶媒が除去される。
上記の密閉反応器内の温度及び圧力は、二酸化炭素を超臨界状態にする温度及び圧力とする。二酸化炭素の臨界点が31.1℃/7.38MPaであるところ、例えば、温度40℃以上200℃以下/圧力10MPa以上30MPa以下の温度及び圧力とする。
Specifically, the solvent removal step is carried out, for example, by the following procedure.
The suspension is placed in a sealed reactor, liquefied carbon dioxide is then introduced into the sealed reactor, the sealed reactor is heated, and the pressure inside the sealed reactor is increased by a high-pressure pump, so that the carbon dioxide in the sealed reactor is brought into a supercritical state. The liquefied carbon dioxide is then flowed into the sealed reactor, and the supercritical carbon dioxide is flowed out of the sealed reactor, so that the supercritical carbon dioxide is circulated through the suspension in the sealed reactor. While the supercritical carbon dioxide is flowing through the suspension, the solvent is dissolved in the supercritical carbon dioxide, and the solvent is removed along with the supercritical carbon dioxide flowing out of the sealed reactor.
The temperature and pressure in the closed reactor are set to those that can put carbon dioxide into a supercritical state. The critical point of carbon dioxide is 31.1° C./7.38 MPa, and the temperature and pressure are set to, for example, 40° C. to 200° C./10 MPa to 30 MPa.

溶媒除去工程における超臨界流体の流量は、80mL/秒以上240mL/秒以下であることが好ましい。 The flow rate of the supercritical fluid in the solvent removal process is preferably 80 mL/sec or more and 240 mL/sec or less.

本実施形態に係るシリカ複合粒子の製造方法は、例えば、準備工程と、第一表面処理工程と、第二表面処理工程と、溶媒除去工程と、をこの順で含む製造方法であってもよい。 The method for producing silica composite particles according to this embodiment may be, for example, a production method including a preparation step, a first surface treatment step, a second surface treatment step, and a solvent removal step, in this order.

以下、実施例により発明の実施形態を詳細に説明するが、発明の実施形態は、これら実施例に何ら限定されるものではない。以下の説明において、特に断りのない限り、「%」はすべて質量基準である。 The following examples are provided to explain the invention in detail, but the invention is not limited to these examples. In the following explanation, all percentages are by weight unless otherwise specified.

≪シリカ複合粒子の製造≫
[実施例1~8]
まず、以下に示すようにして、各例におけるアルミニウム原子を含有するシリカ粒子を含む懸濁液を準備した。
<Production of Silica Composite Particles>
[Examples 1 to 8]
First, a suspension containing silica particles containing aluminum atoms in each example was prepared as described below.

金属製攪拌棒、滴下ノズル及び温度計を備えたガラス製反応容器に、表1に示す量のメタノール、イオン交換水、及び10%アンモニア水(NHOH)を入れ、攪拌混合して、アルカリ触媒溶液を得た。 Methanol, ion-exchanged water, and 10% aqueous ammonia (NH 4 OH) in the amounts shown in Table 1 were placed in a glass reaction vessel equipped with a metallic stirring rod, a dropping nozzle, and a thermometer, and mixed with stirring to obtain an alkaline catalyst solution.

アルカリ触媒溶液の温度を25℃に調整し、アルカリ触媒溶液を窒素置換した。次いで、アルカリ触媒溶液を攪拌しながら、表1に示す量のテトラメトキシシラン(TMOS)と、触媒(NH)濃度4.4%のアンモニア水(NHOH)176質量部とを、同時に滴下し、シリカ粒子懸濁液を得た。 The temperature of the alkaline catalyst solution was adjusted to 25° C., and the alkaline catalyst solution was purged with nitrogen. Next, while stirring the alkaline catalyst solution, tetramethoxysilane (TMOS) in the amount shown in Table 1 and 176 parts by mass of ammonia water (NH 4 OH) with a catalyst (NH 3 ) concentration of 4.4% were simultaneously dropped to obtain a silica particle suspension.

アルミニウム化合物(アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート、和光純薬工業社製)の濃度が50%となるようにブタノールで希釈したアルコール液を作製した。 An alcohol solution was prepared by diluting an aluminum compound (aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) with butanol to a concentration of 50%.

表1に示す種類及び濃度の四級アンモニウム塩をメタノールで希釈したアルコール液を作製した。 An alcohol solution was prepared by diluting quaternary ammonium salts of the types and concentrations shown in Table 1 with methanol.

シリカ粒子懸濁液の温度を25℃に調整し、25℃に調整した前記アルコール液を添加した。この際、アルコール液の添加は、シリカ粒子懸濁液の固形分100質量部に対してアルミニウム化合物が1質量部となるように行った。次いで、30分間攪拌することにより、シリカ粒子の表面にアルミニウム化合物を反応させて表面処理を行い、アルミニウム原子を含むシリカ粒子の懸濁液を得た。 The temperature of the silica particle suspension was adjusted to 25°C, and the alcohol liquid adjusted to 25°C was added. The alcohol liquid was added so that the aluminum compound was 1 part by mass per 100 parts by mass of the solid content of the silica particle suspension. The mixture was then stirred for 30 minutes to react the aluminum compound with the surfaces of the silica particles for surface treatment, thereby obtaining a suspension of silica particles containing aluminum atoms.

前記アルミニウム原子を含むシリカ粒子の懸濁液の温度を25℃に調整し、25℃に調整した前記アルコール液を添加した。この際、アルコール液の添加は、アルミニウム結合シリカ粒子懸濁液の固形分100質量部に対して四級アンモニウム塩の濃度が表1に示す量となるように行った。次いで、30℃で30分間攪拌することにより、アルミニウム結合シリカ粒子の表面に四級アンモニウム塩を反応させて表面処理を行い、四級アンモニウム塩及びアルミニウム原子を含有するシリカ粒子を含む懸濁液を得た。 The temperature of the suspension of silica particles containing aluminum atoms was adjusted to 25°C, and the alcohol liquid adjusted to 25°C was added. The alcohol liquid was added so that the concentration of the quaternary ammonium salt per 100 parts by mass of the solid content of the aluminum-bonded silica particle suspension was the amount shown in Table 1. The mixture was then stirred at 30°C for 30 minutes to react the quaternary ammonium salt with the surfaces of the aluminum-bonded silica particles for surface treatment, thereby obtaining a suspension containing silica particles containing quaternary ammonium salt and aluminum atoms.

前記四級アンモニウム塩及びアルミニウム原子を含有するシリカ粒子を含む懸濁液に対して、1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン(HMDS)を30質量部投入した。材料を攪拌しながら、反応槽内をCOで満たし、反応槽内を150℃/15MPaまで昇温昇圧した。温度と圧力を維持した状態で、30分間攪拌しながら、COを流量5L/min/mにて流入及び流出させ、120分間かけて溶媒を除去し、粉体ある各例のシリカ複合粒子を得た。 30 parts by mass of 1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane (HMDS) was added to the suspension containing the quaternary ammonium salt and silica particles containing aluminum atoms. While stirring the materials, the reaction vessel was filled with CO2 , and the temperature and pressure in the reaction vessel were raised to 150°C/15 MPa. While maintaining the temperature and pressure, CO2 was introduced and discharged at a flow rate of 5 L/min/ m3 while stirring for 30 minutes, and the solvent was removed over 120 minutes to obtain powdered silica composite particles of each example.

[実施例9]
第二表面処理工程を行わない仕様とした以外は、実施例1と同様の手法によりシリカ複合粒子を製造した。
[Example 9]
Silica composite particles were produced in the same manner as in Example 1, except that the second surface treatment step was not carried out.

[比較例1]
第一表面処理工程を行わない仕様とした以外は、実施例1と同様の手法によりシリカ複合粒子を製造した。
[Comparative Example 1]
Silica composite particles were produced in the same manner as in Example 1, except that the first surface treatment step was not performed.

[比較例2]
準備工程における、ゾルゲル法によるシリカ粒子の造粒を、下記の仕様とした。さらに、第一表面処理工程を有しない仕様とした以外は、実施例1と同様の手法とし、シリカ複合粒子を製造した。
アルカリ触媒溶液の温度を25℃に調整し、アルカリ触媒溶液を窒素置換した。次いで、アルカリ触媒溶液を攪拌しながら、表1に示す量のテトラメトキシシラン(TMOS)と、表1に示す量の四級アンモニウム塩を含むアルコール液と、触媒(NH)濃度4.4%のアンモニア水(NHOH)176質量部とを、同時に滴下し、シリカ粒子懸濁液を得た。
[Comparative Example 2]
In the preparation step, silica particles were granulated by a sol-gel method according to the following specifications: Further, silica composite particles were produced in the same manner as in Example 1, except that the first surface treatment step was not performed.
The temperature of the alkaline catalyst solution was adjusted to 25° C., and the alkaline catalyst solution was purged with nitrogen. Next, while stirring the alkaline catalyst solution, tetramethoxysilane (TMOS) in an amount shown in Table 1, an alcohol liquid containing a quaternary ammonium salt in an amount shown in Table 1, and 176 parts by mass of ammonia water (NH 4 OH) with a catalyst (NH 3 ) concentration of 4.4% were simultaneously dropped to obtain a silica particle suspension.


表2に、各例のシリカ複合粒子について、洗浄前後における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値の比(FBEFORE/FAFTER)、焼成前後における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FSINTERINGと、の比(FSINTERING/FBEFORE)、洗浄前後におけるシリカ複合粒子とフェライト紛とを既述の条件で混合し混合物とした後に前記混合物から分離されたシリカ複合粒子付着樹脂粒子の静電容量の比(CAFTER/CBEFORE)、数平均粒子径、平均細孔径、X線光電子分光分析で検出されるケイ素元素の存在量Siの割合(Si/Al)、及び、酸素・窒素分析検出される窒素元素の存在量Nの割合(N/シリカ粒子×100)の測定結果をまとめる。なお、各測定方法は、先述の測定方法の通りとした。
各表中、「―」は、該当する項目の材料を有しないことを意味する。
Table 2 summarizes the results of measurements of the silica composite particles of each example, including the ratio of the maximum frequency of pore diameters of 2 nm or less obtained from the pore distribution curve of the nitrogen gas adsorption method before and after cleaning (F BEFORE /F AFTER ), the ratio of the maximum frequency of pore diameters of 2 nm or less obtained from the pore distribution curve of the nitrogen gas adsorption method before and after baking (F SINTERING /F BEFORE ), the capacitance ratio of the silica composite particle-attached resin particles separated from the mixture after mixing the silica composite particles and ferrite powder under the above-mentioned conditions before and after cleaning (C AFTER /C BEFORE ), the number average particle diameter, the average pore diameter, the ratio of the amount of silicon element Si detected by X-ray photoelectron spectroscopy (Si/Al), and the ratio of the amount of nitrogen element N detected by oxygen/nitrogen analysis (N/silica particle x 100). Note that each measurement method was as described above.
In each table, "-" means that the corresponding material is not present.

≪評価≫
各例のシリカ複合粒子について、以下の手法及び基準に基づいて、静電容量の上昇性について評価した。なお、基準のうち、許容できるのはG1~G2である。
評価方法は以下である。
作製した四級アンモニウム塩を含んだシリカ粒子を日本触媒製MA1010に2wt%添加したもの2gと、JFEケミカル社製KNI106GSM20gを混合した。左記混合サンプルを、電荷を溜めにくい湿度80%チャンバー内でターブラシェーカーを用いて5分間撹拌して電荷を測定した結果をCA1、電荷を溜めやすい湿度5%チャンバー内でターブラシェーカーを用いて5分間撹拌し電荷を測定したデータをCB1、60分間撹拌し電荷を測定したデータをCB2とし、それらの比、CB1/CA1、CB2/CB1を用いて評価をした。
Evaluation
The silica composite particles of each example were evaluated for the increase in capacitance based on the following method and criteria, where G1 to G2 are acceptable.
The evaluation method is as follows.
The silica particles containing the prepared quaternary ammonium salt were added to MA1010 manufactured by Nippon Shokubai at 2 wt % and 2 g of MA1010 manufactured by Nippon Shokubai was mixed with 20 g of KNI106GSM manufactured by JFE Chemical Co., Ltd. The mixed sample was stirred for 5 minutes using a turbula shaker in a chamber with a humidity of 80% where charge is difficult to accumulate, and the charge was measured. The result was CA1, the data of the charge measurement after stirring for 5 minutes using a turbula shaker in a chamber with a humidity of 5% where charge is easy to accumulate was CB1, and the data of the charge measurement after stirring for 60 minutes was CB2, and the ratios of these, CB1/CA1 and CB2/CB1, were used for evaluation.

G1:CB1/CA2が1.0以上1.15未満であり、静電容量の上昇が強く抑制されている。
G2:CB1/CA2が1.15以上1.3未満であり、静電容量の上昇が抑制されている。
G3:CB1/CA2が1.3以上1.4未満であり、静電容量がやや上昇している。
G4:CB1/CA2が1.4以上であり、静電容量が上昇している。
G1: CB1/CA2 is 1.0 or more and less than 1.15, and the increase in capacitance is strongly suppressed.
G2: CB1/CA2 is 1.15 or more and less than 1.3, and the increase in capacitance is suppressed.
G3: CB1/CA2 is 1.3 or more and less than 1.4, and the capacitance is slightly increased.
G4: CB1/CA2 is 1.4 or more, and the capacitance is increased.

G1:CB2/CB1が0.9以上1.1未満であり、静電容量の上昇が強く抑制されている。
G2:CB2/CB1が1.1以上1.2未満であり、静電容量の上昇が抑制されている。
G3:CB2/CB1が1.2以上1.3未満であり、静電容量がやや上昇している。
G4:CB2/CB1が1.3以上であり、静電容量が上昇している。
G1: CB2/CB1 is 0.9 or more and less than 1.1, and the increase in capacitance is strongly suppressed.
G2: CB2/CB1 is 1.1 or more and less than 1.2, and the increase in capacitance is suppressed.
G3: CB2/CB1 is 1.2 or more and less than 1.3, and the capacitance is slightly increased.
G4: CB2/CB1 is 1.3 or more, and the capacitance is increased.

各表中の略称は、それぞれ下記の化合物を指す。
・ALCH:アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート
・TMBAC:塩化ベンジルトリブチルアンモニウム
・TP-415:N,N-Dimethyl-N-tetradecyl-1-tetradecanaminium, hexa-μ-oxotetra-μ3-oxodi -μ5-oxotetradecaoxooctamolybdate(4-) (4:1)
・P-51:塩化ベンジルトリメチルアンモニウム
The abbreviations in each table refer to the following compounds.
ALCH: Aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate TMBAC: Benzyl tributyl ammonium chloride TP-415: N,N-Dimethyl-N-tetradecyl-1-tetradecanaminium, hexa-μ-oxotetra-μ3-oxodi-μ5-oxotetradecaoxooctamolybdate(4-) (4:1)
P-51: Benzyltrimethylammonium chloride

表1~2に示すように、実施例のシリカ複合粒子は、比較例のシリカ複合粒子に比べて、静電容量の上昇が抑制されることがわかった。 As shown in Tables 1 and 2, it was found that the silica composite particles of the examples suppressed the increase in capacitance compared to the silica composite particles of the comparative examples.

Claims (11)

四級アンモニウム塩及びアルミニウム原子を含有し、
洗浄前のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FBEFOREと、洗浄後のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FAFTERと、の比(FBEFORE/FAFTER)が0.90以上1.10以下である、シリカ複合粒子。
Contains a quaternary ammonium salt and an aluminum atom,
Silica composite particles, in which the ratio (F BEFORE /F AFTER) of the maximum frequency of pores with diameters of 2 nm or less obtained from a pore distribution curve of the silica composite particles before washing, F BEFORE, obtained from a pore distribution curve of the nitrogen gas adsorption method, to the maximum frequency of pores with diameters of 2 nm or less obtained from the pore distribution curve of the silica composite particles after washing , F AFTER , is 0.90 or more and 1.10 or less.
四級アンモニウム塩及びアルミニウム原子を含有し、
洗浄前のシリカ複合粒子を表面に付着させた樹脂粒子と、フェライト粉とを、以下に示す特定条件で混合し混合物とした後、前記混合物から分離されたシリカ複合粒子が表面に付着した樹脂粒子の静電容量CBEFOREと、
洗浄後のシリカ複合粒子が表面に付着した樹脂粒子と、フェライト粉とを、以下に示す特定条件で混合し混合物とした後、前記混合物から分離されたシリカ複合粒子が表面に付着した樹脂粒子の静電容量CAFTERと、の比(CAFTER/CBEFORE)が1.5以下である、シリカ複合粒子。
-特定条件-
・質量比率:シリカ複合粒子/樹脂粒子=2/100、シリカ付着樹脂粒子/フェライト粉=1/10
・混合温度:室温(10℃)
・混合装置:ターブラシェーカー・ミキサー
・混合時間:5分
・混合速度:49rpm
Contains a quaternary ammonium salt and an aluminum atom,
Resin particles having silica composite particles attached to their surfaces before cleaning and ferrite powder are mixed under the specific conditions shown below to prepare a mixture, and then the capacitance C BEFORE of the resin particles having silica composite particles attached to their surfaces separated from the mixture is measured.
Silica composite particles, in which the resin particles having the washed silica composite particles adhered to the surface thereof and ferrite powder are mixed under the specific conditions described below to prepare a mixture, and then the ratio (C AFTER /C BEFORE ) of the capacitance C AFTER of the resin particles having the washed silica composite particles adhered to the surface thereof and the silica composite particles separated from the mixture is 1.5 or less.
-Specific conditions-
Mass ratio: silica composite particles/resin particles = 2/100, silica-adhered resin particles/ferrite powder = 1/10
・Mixing temperature: room temperature (10℃)
Mixing equipment: Turbula shaker mixer Mixing time: 5 minutes Mixing speed: 49 rpm
前記四級アンモニウム塩が、一般式(AM)で表される化合物を含む、請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載のシリカ複合粒子。

(一般式(AM)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基又はアリール基を表し、Xは陰イオンを表す。一般式(AM)中、R、R、R及びRの2つ以上が互いに連結して環を形成していてもよい。)
The silica composite particle according to claim 1 or 2, wherein the quaternary ammonium salt comprises a compound represented by general formula (AM):

(In general formula (AM), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represent an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group which may have a substituent, and X represents an anion. In general formula (AM), two or more of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may be bonded to each other to form a ring.)
前記一般式(AM)で表される化合物中、R、R、R及びRが、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい、炭素数1以上16以下のアルキル基又は炭素数7以上10以下のアラルキル基を表す、請求項3に記載のシリカ複合粒子。 The silica composite particle according to claim 3, wherein in the compound represented by the general formula (AM), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represent an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms or an aralkyl group having 7 to 10 carbon atoms, each of which may have a substituent. 数平均粒子径が5nm以上300nm以下である、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のシリカ複合粒子。 Silica composite particles according to any one of claims 1 to 4, having a number average particle size of 5 nm or more and 300 nm or less. 数平均粒子径が5nm以上100nm以下である、請求項5に記載のシリカ複合粒子。 The silica composite particles according to claim 5, having a number average particle size of 5 nm or more and 100 nm or less. 洗浄前のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FBEFOREと、
洗浄前のシリカ複合粒子を600℃で焼成後のシリカ複合粒子における窒素ガス吸着法の細孔分布曲線から求める細孔直径2nm以下の頻度の最大値FSINTERINGと、の比(FSINTERING/FBEFORE/)が5以上20以下である、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載のシリカ複合粒子。
F BEFORE is a maximum frequency of pores having a diameter of 2 nm or less obtained from a pore distribution curve of the silica composite particles before washing by a nitrogen gas adsorption method;
7. The silica composite particles according to claim 1, wherein the ratio (F SINTERING /F BEFORE /) of the maximum frequency of pores having a diameter of 2 nm or less, F SINTERING , determined from a pore distribution curve of the silica composite particles before washing and after baking at 600° C., to F SINTERING, is 5 or more and 20 or less.
X線光電子分光分析で検出されるアルミニウム元素の存在量Alに対する、X線光電子分光分析で検出されるケイ素元素の存在量Siの割合(Si/Al)が、0.01以上0.30以下である、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載のシリカ複合粒子。 The silica composite particles according to any one of claims 1 to 7, wherein the ratio (Si/Al) of the amount of silicon element present, Si, detected by X-ray photoelectron spectroscopy to the amount of aluminum element present, Al, detected by X-ray photoelectron spectroscopy, is 0.01 or more and 0.30 or less. 酸素・窒素分析で検出される四級アンモニウム塩由来の窒素元素の存在量Nの割合(N/シリカ複合粒子×100)が、0.01以上1.0以下である、請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のシリカ複合粒子。 The silica composite particles according to any one of claims 1 to 8, in which the ratio of the amount of nitrogen element N derived from the quaternary ammonium salt detected by oxygen/nitrogen analysis (N/silica composite particle x 100) is 0.01 or more and 1.0 or less. 平均細孔径が0.55nm以上2.0nm以下である、請求項1~請求項9のいずれか1項に記載のシリカ複合粒子。 Silica composite particles according to any one of claims 1 to 9, having an average pore diameter of 0.55 nm or more and 2.0 nm or less. 疎水化処理された粒子である、請求項1~請求項10のいずれか1項に記載のシリカ複合粒子 The silica composite particle according to any one of claims 1 to 10, which is a hydrophobically treated particle .
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