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JP7798810B2 - Metal-containing colloidal silica and its manufacturing method - Google Patents
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JP7798810B2 - Metal-containing colloidal silica and its manufacturing method - Google Patents

Metal-containing colloidal silica and its manufacturing method

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Description

本発明は、コロイダルシリカの表面を金属で改質した金属含有コロイダルシリカ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to metal-containing colloidal silica in which the surface of colloidal silica is modified with a metal, and a method for producing the same.

従来からコロイダルシリカは、触媒担体、クロマト充填剤、シリカガラス、樹脂用フィラー、研磨組成物、ブラウン管製造における蛍光体の接着バインダー、電池中の電解液のゲル化剤および揺変剤や飛散防止剤、無機接着剤、塗料など様々な用途に用いられている。 Colloidal silica has traditionally been used in a variety of applications, including as a catalyst carrier, chromatography filler, silica glass, resin filler, abrasive composition, adhesive binder for phosphors in cathode ray tube manufacturing, gelling agent, thixotropic agent, and shatterproofing agent for electrolyte in batteries, inorganic adhesives, and paints.

これらの用途に適切な特性を与えることを目的としてシリカ粒子表面に金属を担持する技術が知られている。例えば特許文献1には、軽量性、分散性、価格等の観点から金属微粒子そのものではなく、プラズマ処理によりシリカ粒子表面に金属微粒子を担持させて使用する方法を提供している。特許文献2には、研磨用途のコロイダルシリカとして、研磨速度の向上及び表面の平滑性の向上を検討した結果、金属を担持したシリカ粒子を用いたところ、この目的を達成できたことが記載されている。その他にも金属を担持、被覆又は含有させたシリカ粒子を用いたコロイダルシリカに関する技術が開示されている(例えば特許文献3~10参照)。 Technology for supporting metals on the surface of silica particles is known in order to impart properties suitable for these applications. For example, Patent Document 1 proposes a method for using metal fine particles supported on the surface of silica particles by plasma treatment, rather than using metal fine particles themselves, in order to achieve lightness, dispersibility, cost, etc. Patent Document 2 describes that, as a result of investigating ways to improve the polishing rate and surface smoothness of colloidal silica for polishing applications, this goal was achieved by using metal-supported silica particles. Other technologies related to colloidal silica using silica particles supported, coated, or containing metals have also been disclosed (see, for example, Patent Documents 3 to 10).

一般的にコロイダルシリカは、その粒子径が5~300nm程度であるが、100nm以下の微小な領域になると、金属微粒子によるコロイダルシリカの改質の観点からは、金属微粒子を更に小さくする必要があり、また、金属微粒子の影響によりシリカ粒子の凝集が起きてしまい、金属により改質されたコロイダルシリカを得ることは困難であった。 Generally, colloidal silica has a particle size of around 5 to 300 nm. However, when it comes to the microscopic range of 100 nm or less, from the perspective of modifying colloidal silica with metal microparticles, the metal microparticles must be made even smaller. Furthermore, the influence of the metal microparticles causes silica particles to aggregate, making it difficult to obtain colloidal silica modified with metal.

特開2014-152079号公報JP 2014-152079 A 特開2015-193486号公報JP 2015-193486 A 特開平2-292201号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-292201 特開平4-210606号公報Japanese Patent Application Publication No. 4-210606 特開平4-310235号公報Japanese Patent Application Publication No. 4-310235 特開平8-253310号公報Japanese Patent Application Publication No. 8-253310 特開2001-130910号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-130910 特開2005-119909号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-119909 特開2006-306708号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-306708 特表2010-505734号公報Special Publication No. 2010-505734

上記従来技術を用いた金属によるコロイダルシリカの改質は、シリカ粒子に金属化合物を反応させることにより、シリカ粒子表面に改質を目的とする金属を担持又は被覆させる方法であり、シリカ粒子が小さくなればなるほど比表面積が大きくなり、金属を担持させるために多量の金属化合物を使用しなければならず非効率的であった。また、コロイダルシリカは、塗料やフィルムなどのベースとなる材質に分散させるために使用することを考慮に入れた場合、長期に渡って安定したコロイド粒子であることが求められている。
したがって本発明の目的は、コロイド粒子が凝集し難い、保存安定性に優れた金属含有コロイダルシリカを提供することにある。
The modification of colloidal silica with metals using the above-mentioned conventional technology is a method in which a metal compound is reacted with silica particles to support or coat the silica particle surface with the metal to be modified, but the smaller the silica particles, the larger the specific surface area becomes, and a large amount of metal compound must be used to support the metal, which is inefficient. Furthermore, when considering that colloidal silica is used to disperse in base materials such as paints and films, it is required that the colloidal particles be stable over a long period of time.
Therefore, an object of the present invention is to provide a metal-containing colloidal silica in which colloidal particles are resistant to aggregation and which has excellent storage stability.

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、シリカ粒子の粒子成長過程において金属塩化合物を共存させることにより得られた金属含有コロイダルシリカの表面に、更に活性珪酸を反応させてシリカ層を形成することにより、コロイド粒子が凝集し難くなることを見出し、本発明を完成した。As a result of extensive research to solve the above-mentioned problems, the inventors discovered that by reacting activated silicic acid on the surface of metal-containing colloidal silica obtained by adding a metal salt compound during the particle growth process of silica particles to form a silica layer, the colloidal particles become less likely to aggregate, and thus completed the present invention.

すなわち本発明は、シリカ中に金属Mが分散した混合層を有する金属含有コロイダルシリカであって、混合層が、芯材となるシリカ粒子と、金属含有コロイダルシリカの表面に位置するシリカ層との間に位置し、金属MがAu、Ag、Cu、Zn、Ti、Pt、Mg、Zr、Fe、Sr、Ca、V、Mo、Bi、Nb、Ga、Ge、Sn、Ba、W、Co、Ni又はMnから選ばれる一種以上であり、混合層及びシリカ層を合わせた被覆層における金属Mに対するケイ素のモル比(Si/M)が10以上10,000以下であり、金属Mが混合層中で均一に微分散している金属含有コロイダルシリカである。 That is, the present invention provides metal-containing colloidal silica having a mixed layer in which metal M is dispersed within silica, wherein the mixed layer is located between a core silica particle and a silica layer located on the surface of the metal-containing colloidal silica, wherein the metal M is one or more selected from Au, Ag, Cu, Zn, Ti, Pt, Mg, Zr, Fe, Sr, Ca, V, Mo, Bi, Nb, Ga, Ge, Sn, Ba, W, Co, Ni, and Mn, wherein the molar ratio of silicon to metal M (Si/M) in the coating layer comprising the mixed layer and the silica layer is 10 or more and 10,000 or less, and wherein the metal M is uniformly and finely dispersed within the mixed layer.

また本発明は、(a)活性珪酸水溶液に金属塩化合物を添加して金属塩化合物含有活性珪酸水溶液を調製する工程、(b)コロイダルシリカの存在下、前記金属塩化合物含有活性珪酸水溶液をアルカリ性条件で反応させて、コロイダルシリカの表面に、シリカ中に金属が均一に微分散している混合層を形成する工程、及び(c)混合層を形成したコロイダルシリカと、活性珪酸水溶液をアルカリ性条件で反応させて、混合層の表面に、シリカ層を形成する工程、を有する金属含有コロイダルシリカの製造方法である。The present invention also relates to a method for producing metal-containing colloidal silica, comprising the steps of: (a) adding a metal salt compound to an aqueous solution of activated silicic acid to prepare an aqueous solution of activated silicic acid containing a metal salt compound; (b) reacting the aqueous solution of activated silicic acid containing the metal salt compound under alkaline conditions in the presence of colloidal silica to form a mixed layer on the surface of the colloidal silica, in which the metal is uniformly and finely dispersed within the silica; and (c) reacting the colloidal silica that has formed the mixed layer with an aqueous solution of activated silicic acid under alkaline conditions to form a silica layer on the surface of the mixed layer.

本発明によれば、保存安定性に優れた金属含有コロイダルシリカ及びその製造方法を提供することができる。 The present invention provides metal-containing colloidal silica with excellent storage stability and a method for producing the same.

実施例1で得られた銀含有コロイダルシリカのTEM写真である。1 is a TEM photograph of the silver-containing colloidal silica obtained in Example 1. 実施例1で得られた銀含有コロイダルシリカのTEM-EDXによる元素マッピングの結果である。1 shows the results of elemental mapping by TEM-EDX of the silver-containing colloidal silica obtained in Example 1. 実施例1で得られた銀含有コロイダルシリカのXPSスペクトルである。1 is an XPS spectrum of the silver-containing colloidal silica obtained in Example 1.

本発明の金属含有コロイダルシリカは、シリカ中に金属Mが均一に微分散した混合層を有しており、該混合層が、芯材となるシリカ粒子と、金属含有コロイダルシリカの表面に位置するシリカ層との間に位置するものである。 The metal-containing colloidal silica of the present invention has a mixed layer in which metal M is uniformly and finely dispersed within the silica, and this mixed layer is located between the core silica particle and the silica layer located on the surface of the metal-containing colloidal silica.

前記シリカ粒子は、本発明の金属含有コロイダルシリカの芯材となり、前記混合層により被覆されるものである。該シリカ粒子の粒子径は、得られる金属含有コロイダルシリカがコロイド状態を保てる程度の粒子径であればよく、例えば0.5nm以上100nm以下、特に1nm以上50nm以下であることが好ましい。The silica particles serve as the core material for the metal-containing colloidal silica of the present invention and are coated with the mixed layer. The particle diameter of the silica particles may be large enough to maintain the colloidal state of the resulting metal-containing colloidal silica; for example, a diameter of 0.5 nm to 100 nm, preferably 1 nm to 50 nm, is preferred.

前記混合層は、シリカ及び金属Mにより構成されるものであり、シリカ中に金属Mが均一に微分散した形態をなす。 The mixed layer is composed of silica and metal M, and has a form in which metal M is uniformly and finely dispersed in silica.

前記金属Mは、Au、Ag、Cu、Zn、Ti、Pt、Mg、Zr、Fe、Sr、Ca、V、Mo、Bi、Nb、Ga、Ge、Sn、Ba、W、Co、Ni又はMnから選ばれる一種以上であることが好ましく、金属含有コロイダルシリカの用途によって適宜選択することができる。例えば、金属含有コロイダルシリカを抗菌剤、殺菌剤、抗ウイルス剤及び殺ウイルス剤に用いる場合には、金属MがAg及びCuから選ばれる一種以上であることが好ましい。 The metal M is preferably one or more selected from Au, Ag, Cu, Zn, Ti, Pt, Mg, Zr, Fe, Sr, Ca, V, Mo, Bi, Nb, Ga, Ge, Sn, Ba, W, Co, Ni, and Mn, and can be selected appropriately depending on the application of the metal-containing colloidal silica. For example, when the metal-containing colloidal silica is used as an antibacterial agent, bactericide, antiviral agent, or viricide, the metal M is preferably one or more selected from Ag and Cu.

本発明において、抗菌とは細菌の増殖を抑制することを意味し、殺菌とは細菌を死滅させることを意味する。また、抗ウイルス及び殺ウイルスとは、いずれもウイルスを不活化させることを意味する。 In this invention, "antibacterial" means inhibiting bacterial growth, and "sterilizing" means killing bacteria. Furthermore, "antiviral" and "viricidal" both mean inactivating viruses.

本発明の金属Mとは、単体の金属であってもよく、金属化合物であってもよい。すなわち、本発明の金属含有コロイダルシリカにかかる混合層は、シリカ中に単体の金属が均一に微分散している形態、金属化合物が均一に微分散している形態、又は単体の金属及び金属化合物が均一に微分散している形態をとる。 The metal M of the present invention may be either a simple metal or a metal compound. That is, the mixed layer of the metal-containing colloidal silica of the present invention has a form in which a simple metal is uniformly and finely dispersed in silica, a form in which a metal compound is uniformly and finely dispersed, or a form in which a simple metal and a metal compound are uniformly and finely dispersed.

前記金属化合物としては、混合層のシリカ中に微分散しつつ安定して保持されやすい観点から、酸化物又は水酸化物であることが好ましい。例えば、本発明の金属含有コロイダルシリカを抗菌剤、殺菌剤、抗ウイルス剤又は殺ウイルス剤に用いる場合、金属MがAgであるときには金属銀、酸化銀(AgO、AgO、Ag)及び水酸化銀(AgOH)として混合層中に微分散していることが好ましく、金属MがCuであるときには金属銅、酸化銅(CuO、CuO)及び水酸化銅(CuO、Cu(OH))として混合層中に微分散していることが好ましい。 The metal compound is preferably an oxide or hydroxide from the viewpoint of being easily finely dispersed and stably maintained in the silica of the mixed layer. For example, when the metal-containing colloidal silica of the present invention is used for an antibacterial agent, a bactericide, an antiviral agent, or a virucide, when the metal M is Ag, it is preferably finely dispersed in the mixed layer as metallic silver, silver oxide ( Ag2O , AgO, Ag2O3 ) and silver hydroxide ( AgOH ), and when the metal M is Cu, it is preferably finely dispersed in the mixed layer as metallic copper, copper oxide (CuO, Cu2O ) and copper hydroxide ( Cu2O , Cu(OH) 2 ).

本発明において、「金属Mが混合層中で均一に微分散している」とは、「金属含有コロイダルシリカのX線光電子分光分析(XPS分析)による元素分析により金属Mの存在が確認され、かつ、透過型電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光法(TEM-EDX)により、100万倍の倍率で金属含有コロイダルシリカを分析して得られる元素マッピング画像において混合層中に金属Mの存在が確認されない」ことをいう。言い換えれば、金属Mが均一に微分散している状態とは、TEM-EDXの解像度では確認できない大きさで金属Mが分散して存在しており、金属Mが凝集した部位が無いことを意味する。In the present invention, "metal M is uniformly and finely dispersed in the mixed layer" means that "the presence of metal M is confirmed by elemental analysis of the metal-containing colloidal silica using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS analysis), and the presence of metal M in the mixed layer is not confirmed in an elemental mapping image obtained by analyzing the metal-containing colloidal silica at 1,000,000 times magnification using transmission electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy (TEM-EDX)." In other words, "metal M is uniformly and finely dispersed" means that metal M is dispersed at a size that cannot be detected with the resolution of TEM-EDX, and there are no areas where metal M aggregates.

本発明の金属含有コロイダルシリカの粒子径は、シリカ粒子がコロイド状態を保てれば一般的な粒子径である5~300nm程度で問題は無いが、例えば抗菌性、抗ウイルス性、或いは殺菌性、殺ウイルス性材料に使用する場合、菌やウイルスの大きさに近い100nm以下の領域であるとその効果が大きくなる。この観点から、本発明の金属含有コロイダルシリカの平均粒子径は1nm以上100nm以下、特に2nm以上80nmであることが好ましい。 The particle size of the metal-containing colloidal silica of the present invention can be a typical particle size of around 5 to 300 nm, as long as the silica particles can maintain a colloidal state. However, when used, for example, as an antibacterial, antiviral, bactericidal, or virucidal material, a particle size of 100 nm or less, close to the size of bacteria and viruses, will be more effective. From this perspective, it is preferable that the average particle size of the metal-containing colloidal silica of the present invention be 1 nm or more and 100 nm or less, and particularly 2 nm or more and 80 nm.

前記混合層は、金属を含むシリカからなり、金属Mに対するケイ素のモル比(Si/M)が5以上5,000以下、さらには10以上3,000以下、特に50以上1,000以下であることが好ましい。このモル比が5未満であるとコロイダルシリカが不安定となりシリカ粒子の沈降、或いはゲル化の一因となり、また、5,000を超えると金属を含有することによる特性を活用することができない。The mixed layer is made of silica containing a metal, and the molar ratio of silicon to metal M (Si/M) is preferably 5 to 5,000, more preferably 10 to 3,000, and even more preferably 50 to 1,000. If this molar ratio is less than 5, the colloidal silica becomes unstable, which can lead to the settling or gelation of silica particles. If it exceeds 5,000, the properties of the metal cannot be utilized.

前記混合層をシリカ中に金属が均一に微分散しているものとすることで、シリカ粒子から金属が脱落することを防止できる。また、シリカ粒子の表面を前記混合層で被覆するため、少量の金属で効率的にシリカ粒子の改質を行うことができる。 By forming the mixed layer in which the metal is uniformly and finely dispersed within the silica, it is possible to prevent the metal from falling off the silica particles. Furthermore, because the surface of the silica particles is coated with the mixed layer, it is possible to efficiently modify the silica particles with a small amount of metal.

前記混合層の厚さは、1nm以上50nm以下であることが、効率的なシリカ粒子の改質や製造の観点から好ましく、1nm以上10nm以下であることがより好ましい。 The thickness of the mixed layer is preferably 1 nm or more and 50 nm or less from the perspective of efficient modification and production of silica particles, and more preferably 1 nm or more and 10 nm or less.

前記シリカ層は、本発明の金属含有コロイダルシリカの外表面に位置するものであり、前記混合層を被覆するものである。該シリカ層の厚さは、0.5nm以上10nm以下であることが、金属Mの脱落を防止しつつ、抗菌性、殺菌性、抗ウイルス性、殺ウイルス性などの金属Mの特性を活かすことができる観点から好ましく、1nm以上5nm以下であることがより好ましい。The silica layer is located on the outer surface of the metal-containing colloidal silica of the present invention and covers the mixed layer. The thickness of the silica layer is preferably 0.5 nm to 10 nm, from the viewpoint of preventing the metal M from falling off while taking advantage of the properties of the metal M, such as antibacterial, bactericidal, antiviral, and virucidal properties, and is more preferably 1 nm to 5 nm.

本発明の金属含有コロイダルシリカは、前記混合層及び前記シリカ層を合わせた被覆層を有するものである。この混合層及びシリカ層を合わせた被覆層における金属Mに対するケイ素のモル比(Si/M)は、10以上10,000以下、好ましくは20以上8,000以下、特に好ましくは50以上5,000以下である。このモル比が10未満であるとコロイダルシリカが不安定となりシリカ粒子の沈降、或いはゲル化の一因となり、また、10,000を超えると金属を含有することによる特性を活用することができない。The metal-containing colloidal silica of the present invention has a coating layer that is a combination of the mixed layer and the silica layer. The molar ratio of silicon to metal M (Si/M) in this coating layer that is a combination of the mixed layer and the silica layer is 10 to 10,000, preferably 20 to 8,000, and particularly preferably 50 to 5,000. If this molar ratio is less than 10, the colloidal silica becomes unstable, which can cause the silica particles to settle or gel. If it exceeds 10,000, the properties of the metal content cannot be utilized.

本発明の金属含有コロイダルシリカ中の金属Mに対するケイ素のモル比(Si/M)は、芯材となるシリカ粒子の大きさにもよるが、好ましくは10以上20,000以下、さらに好ましくは20以上10,000以下、特に好ましくは30以上5,000以下である。このモル比が10未満であるとコロイダルシリカが不安定となりシリカ粒子の沈降、或いはゲル化の一因となり、また、20,000を超えると金属を含有することによる特性を活用することができない。The molar ratio of silicon to metal M (Si/M) in the metal-containing colloidal silica of the present invention varies depending on the size of the silica particles that serve as the core material, but is preferably 10 to 20,000, more preferably 20 to 10,000, and particularly preferably 30 to 5,000. If this molar ratio is less than 10, the colloidal silica becomes unstable, which can lead to the settling or gelation of the silica particles. If it exceeds 20,000, the properties of the metal content cannot be utilized.

本発明の金属含有コロイダルシリカの製造方法は、(a)活性珪酸水溶液に金属塩化合物を添加して金属塩化合物含有活性珪酸水溶液を調製する工程、(b)コロイダルシリカの存在下、前記金属塩化合物含有活性珪酸水溶液をアルカリ性条件で反応させて、コロイダルシリカの表面に、シリカ中に金属が均一に微分散している混合層を形成する工程、及び(c)混合層を形成したコロイダルシリカと、活性珪酸水溶液をアルカリ性条件で反応させて、混合層の表面に、シリカ層を形成する工程、を有する。The method for producing metal-containing colloidal silica of the present invention comprises the steps of: (a) adding a metal salt compound to an aqueous solution of activated silicic acid to prepare an aqueous solution of activated silicic acid containing a metal salt compound; (b) reacting the aqueous solution of activated silicic acid containing the metal salt compound in the presence of colloidal silica under alkaline conditions to form a mixed layer on the surface of the colloidal silica, in which the metal is uniformly and finely dispersed within the silica; and (c) reacting the colloidal silica that has formed the mixed layer with the aqueous solution of activated silicic acid under alkaline conditions to form a silica layer on the surface of the mixed layer.

本発明の(a)工程では、後述する(b)工程で形成する混合層の原料となる金属塩化合物含有活性珪酸水溶液を調製する。 In step (a) of the present invention, an activated silica aqueous solution containing a metal salt compound is prepared, which will serve as the raw material for the mixed layer formed in step (b) described below.

前記(a)工程における活性珪酸水溶液は、珪酸アルカリ水溶液をカチオン交換樹脂に接触させて得られるものであることが好ましい。原料として用いる珪酸アルカリ水溶液としては、水ガラス(水ガラス1号~4号等)と呼ばれる珪酸ナトリウム水溶液が好適に用いられる。水ガラスは比較的安価であり、容易に手に入れることができる。珪酸アルカリ水溶液は、必要に応じて水で希釈して使用することができる。 The activated silica aqueous solution in step (a) is preferably obtained by contacting an alkali silicate aqueous solution with a cation exchange resin. The alkali silicate aqueous solution used as a raw material is preferably a sodium silicate aqueous solution known as water glass (water glass No. 1 to No. 4, etc.). Water glass is relatively inexpensive and easily available. The alkali silicate aqueous solution can be diluted with water as needed before use.

前記カチオン交換樹脂は、公知のものを適宜選択して使用することができ、特に制限されない。珪酸アルカリ水溶液とカチオン交換樹脂との接触工程は、例えば珪酸アルカリ水溶液をシリカ濃度3~10重量%に水希釈し、次いでH型強酸性カチオン交換樹脂に接触させて脱アルカリし、必要に応じてOH型強塩基性アニオン交換樹脂に接触させて脱アニオンすることによって行うことができる。この工程により、活性珪酸が調製される。前記接触条件の詳細は、従来から既に様々な提案があり、本発明ではそれら公知のいかなる条件も採用することができる。 The cation exchange resin can be selected from known resins and is not particularly limited. The contacting step between the aqueous alkali silicate solution and the cation exchange resin can be carried out, for example, by diluting the aqueous alkali silicate solution with water to a silica concentration of 3 to 10% by weight, then contacting it with an H-type strongly acidic cation exchange resin to dealkalize it, and, if necessary, contacting it with an OH-type strongly basic anion exchange resin to deanionize it. This step produces activated silicic acid. Various detailed contact conditions have been proposed in the past, and any of these known conditions can be used in the present invention.

前記(a)工程における金属塩化合物は、硝酸塩、塩化物塩、酢酸塩、リン酸塩及び硫酸塩から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。また、前記金属塩化合物の金属は、Au、Ag、Cu、Zn、Ti、Pt、Mg、Zr、Fe、Sr、Ca、V、Mo、Bi、Nb、Ga、Ge、Sn、Ba、W、Co、Ni又はMnから選ばれる一種以上であることが好ましく、金属含有コロイダルシリカの用途によって適宜選択することができる。The metal salt compound used in step (a) is preferably at least one selected from nitrates, chlorides, acetates, phosphates, and sulfates. Furthermore, the metal in the metal salt compound is preferably one or more selected from Au, Ag, Cu, Zn, Ti, Pt, Mg, Zr, Fe, Sr, Ca, V, Mo, Bi, Nb, Ga, Ge, Sn, Ba, W, Co, Ni, and Mn, and can be selected appropriately depending on the application of the metal-containing colloidal silica.

活性珪酸水溶液に添加する金属塩化合物の濃度は、得られる金属含有コロイダルシリカの混合層及びシリカ層を合わせた被覆層における金属Mに対するケイ素のモル比(Si/M)が10以上10,000以下、更には20以上8,000以下、特に50以上5,000以下となるように添加することが好ましい。すなわち、得られる金属含有コロイダルシリカの混合層における金属Mに対するケイ素のモル比(Si/M)が5以上5,000以下、さらには10以上3,000以下、特に50以上1,000以下であることが好ましい。The metal salt compound is preferably added to the activated silicic acid aqueous solution at a concentration such that the molar ratio of silicon to metal M (Si/M) in the resulting coating layer, which is the combined total of the mixed layer of metal-containing colloidal silica and the silica layer, is 10 to 10,000, preferably 20 to 8,000, and especially 50 to 5,000. In other words, the molar ratio of silicon to metal M (Si/M) in the resulting mixed layer of metal-containing colloidal silica is preferably 5 to 5,000, more preferably 10 to 3,000, and especially 50 to 1,000.

次いで前記(b)工程により混合層の形成を行う。この(b)工程では、コロイダルシリカの存在下、金属塩化合物含有活性珪酸水溶液にアルカリ剤を添加し、pHを8以上にして60~240℃の加熱を行い、コロイダルシリカの表面にシリカ中に金属が均一に微分散している混合層を形成させる。Next, a mixed layer is formed in step (b). In step (b), an alkaline agent is added to the activated silicic acid aqueous solution containing the metal salt compound in the presence of colloidal silica, the pH is adjusted to 8 or higher, and the solution is heated to 60-240°C, forming a mixed layer on the surface of the colloidal silica in which the metal is uniformly and finely dispersed within the silica.

前記アルカリ剤としては、水酸化ナトリウムのようなアルカリ金属水酸化物が最も安価な材料である。アルカリ金属を好まないときには、アミン類や水酸化第四アンモニウム等の含窒素有機アルカリ化合物が使用できる。アミン類としてはトリエタノールアミン等の揮発性の低い3級アミン、ピペラジン等の2級アミン、エチレンジアミン等の脂肪族アミンが使用できる。水酸化第四アンモニウムとしては、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化トリメチル-2-ヒドロキシエチルアンモニウム(別名、水酸化コリン)が挙げられる。 As the alkaline agent, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide are the least expensive materials. If alkali metals are not preferred, nitrogen-containing organic alkaline compounds such as amines and quaternary ammonium hydroxides can be used. As amines, low-volatility tertiary amines such as triethanolamine, secondary amines such as piperazine, and aliphatic amines such as ethylenediamine can be used. As quaternary ammonium hydroxides, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, and trimethyl-2-hydroxyethylammonium hydroxide (also known as choline hydroxide) can be used.

上記の含窒素有機アルカリ化合物を使用することで、シリカ当たりのアルカリ金属含有率は50ppm以下とすることができる。セラミック、触媒用バインダー、電子材料用研磨剤等の用途ではこの程度のアルカリ金属含有率とすることが好ましい。より好ましくは30ppm以下である。 By using the nitrogen-containing organic alkali compound, the alkali metal content per silica can be reduced to 50 ppm or less. This level of alkali metal content is preferable for applications such as ceramics, catalyst binders, and abrasives for electronic materials. A content of 30 ppm or less is more preferable.

前記コロイダルシリカとしては、例えばイオン交換法によるコロイダルシリカを使用することができる。イオン交換法によるコロイダルシリカの製造工程では、まず珪酸アルカリ水溶液をシリカ濃度3~10重量%に水で希釈し、次いでH型強酸性陽イオン交換樹脂に接触させて脱アルカリし、必要に応じてOH型強塩基性陰イオン交換樹脂に接触させて脱アニオンし、活性珪酸を作成する。イオン交換樹脂の種類や諸条件については既に様々な提案があり、それら公知のいかなる方法も適用できる。次いで、常法に準じてpHが8以上となるようアルカリ剤を添加し、60~240℃に加熱して、活性珪酸からコロイダルシリカを作製する。加熱温度に応じて5~300nmのコロイダルシリカが得られる。また、市販のコロイダルシリカを使用することもできる。 Colloidal silica prepared by ion exchange, for example, can be used as the colloidal silica. In the ion exchange colloidal silica production process, an aqueous solution of alkaline silicate is first diluted with water to a silica concentration of 3-10% by weight, then contacted with an H-type strongly acidic cation exchange resin for dealkalization, and optionally with an OH-type strongly basic anion exchange resin for deanionization, to produce activated silica. Various types of ion exchange resins and conditions have been proposed, and any of these known methods can be used. Next, an alkaline agent is added to achieve a pH of 8 or higher, as per standard methods, and the mixture is heated to 60-240°C to produce colloidal silica from the activated silica. Depending on the heating temperature, colloidal silica with a particle size of 5-300 nm can be obtained. Alternatively, commercially available colloidal silica can be used.

本発明の(b)工程により得られる混合層は、シリカ中に金属Mが均一に微分散したものとなる。 The mixed layer obtained by step (b) of the present invention is one in which metal M is uniformly and finely dispersed in silica.

前記金属Mは、Au、Ag、Cu、Zn、Ti、Pt、Mg、Zr、Fe、Sr、Ca、V、Mo、Bi、Nb、Ga、Ge、Sn、Ba、W、Co、Ni又はMnから選ばれる一種以上であることが好ましく、金属含有コロイダルシリカの用途によって適宜選択することができる。例えば、金属含有コロイダルシリカを抗菌剤、殺菌剤、抗ウイルス剤又は殺ウイルス剤に用いる場合には、金属MがAg及びCuから選ばれる一種以上であることが好ましい。 The metal M is preferably one or more selected from Au, Ag, Cu, Zn, Ti, Pt, Mg, Zr, Fe, Sr, Ca, V, Mo, Bi, Nb, Ga, Ge, Sn, Ba, W, Co, Ni, and Mn, and can be selected appropriately depending on the application of the metal-containing colloidal silica. For example, when the metal-containing colloidal silica is used as an antibacterial agent, bactericide, antiviral agent, or viricide, the metal M is preferably one or more selected from Ag and Cu.

本発明の金属Mとは、単体の金属であってもよく、金属化合物であってもよい。すなわち、本発明の金属含有コロイダルシリカにかかる混合層は、シリカ中に単体の金属が均一に微分散している形態、金属化合物が均一に微分散している形態、又は単体の金属及び金属化合物が均一に微分散している形態をとる。 The metal M of the present invention may be either a simple metal or a metal compound. That is, the mixed layer of the metal-containing colloidal silica of the present invention has a form in which a simple metal is uniformly and finely dispersed in silica, a form in which a metal compound is uniformly and finely dispersed, or a form in which a simple metal and a metal compound are uniformly and finely dispersed.

前記金属化合物としては、混合層のシリカ中に微分散しつつ安定して保持されやすい観点から、酸化物又は水酸化物であることが好ましい。例えば、本発明の金属含有コロイダルシリカを抗菌剤、殺菌剤、抗ウイルス剤又は殺ウイルス剤に用いる場合、金属MがAgであるときには金属銀、酸化銀(AgO、AgO、Ag)及び水酸化銀(AgOH)として混合層中に微分散していることが好ましく、金属MがCuであるときには金属銅、酸化銅(CuO、CuO)及び水酸化銅(CuO、Cu(OH))として混合層中に微分散していることが好ましい。 The metal compound is preferably an oxide or hydroxide from the viewpoint of being easily finely dispersed and stably maintained in the silica of the mixed layer. For example, when the metal-containing colloidal silica of the present invention is used for an antibacterial agent, a bactericide, an antiviral agent, or a virucide, when the metal M is Ag, it is preferably finely dispersed in the mixed layer as metallic silver, silver oxide ( Ag2O , AgO, Ag2O3 ) and silver hydroxide ( AgOH ), and when the metal M is Cu, it is preferably finely dispersed in the mixed layer as metallic copper, copper oxide (CuO, Cu2O ) and copper hydroxide ( Cu2O , Cu(OH) 2 ).

前記混合層は、金属を含むシリカからなり、金属Mに対するケイ素のモル比(Si/M)が5以上5,000以下、さらには10以上3,000以下、特に50以上1,000以下であることが好ましい。このモル比が10未満であるとコロイダルシリカが不安定となりシリカ粒子の沈降、或いはゲル化の一因となり、また、5,000を超えると金属を含有することによる特性を活用することができない。The mixed layer is made of silica containing a metal, and the molar ratio of silicon to metal M (Si/M) is preferably 5 to 5,000, more preferably 10 to 3,000, and particularly preferably 50 to 1,000. If this molar ratio is less than 10, the colloidal silica becomes unstable, which can cause the silica particles to settle or gel. If it exceeds 5,000, the properties of the metal cannot be utilized.

前記混合層をシリカ中に金属が均一に微分散しているものとすることで、シリカ粒子から金属が脱落することを防止できる。また、シリカ粒子の表面を前記混合層で被覆するため、少量の金属で効率的にシリカ粒子の改質を行うことができる。 By forming the mixed layer in which the metal is uniformly and finely dispersed within the silica, it is possible to prevent the metal from falling off the silica particles. Furthermore, because the surface of the silica particles is coated with the mixed layer, it is possible to efficiently modify the silica particles with a small amount of metal.

前記混合層の厚さは、1nm以上50nm以下であることが、製造効率の観点から好ましく、1nm以上10nm以下であることがより好ましい。 From the standpoint of manufacturing efficiency, the thickness of the mixed layer is preferably 1 nm or more and 50 nm or less, and more preferably 1 nm or more and 10 nm or less.

次いで前記(c)工程によりシリカ層の形成を行う。この(c)工程では、混合層を形成したコロイダルシリカに、活性珪酸水溶液及びアルカリ剤を添加し、pHを8以上にして60~240℃の加熱を行い、混合層の表面に、シリカ層を形成させる。Next, a silica layer is formed in step (c). In step (c), an active silicic acid aqueous solution and an alkaline agent are added to the colloidal silica that has formed the mixed layer, the pH is adjusted to 8 or higher, and the mixture is heated to 60 to 240°C, forming a silica layer on the surface of the mixed layer.

前記活性珪酸水溶液としては、前記(a)工程における活性珪酸水溶液と同じものを使用することができる。また、前記アルカリ剤としては、前記(b)工程におけるアルカリ剤と同じものを使用することができる。The activated silicic acid aqueous solution can be the same as the activated silicic acid aqueous solution used in step (a). Furthermore, the alkaline agent can be the same as the alkaline agent used in step (b).

前記活性珪酸水溶液の添加量は、実施する規模により調整されるが、得られる金属含有コロイダルシリカの保存安定性の観点から、シリカ層の厚さが1nm以上20nm以下、特に1nm以上10nm以下となるように添加することが好ましい。 The amount of the activated silicic acid aqueous solution added is adjusted depending on the scale of the process, but from the standpoint of the storage stability of the resulting metal-containing colloidal silica, it is preferable to add it so that the thickness of the silica layer is 1 nm or more and 20 nm or less, particularly 1 nm or more and 10 nm or less.

本発明の製造方法により得られる金属含有コロイダルシリカの粒子径は、シリカ粒子がコロイド状態を保てれば一般的な粒子径である5~300nm程度で問題は無いが、例えば抗菌剤、抗ウイルス剤、或いは殺菌剤、殺ウイルス剤に使用する場合、菌やウイルスの大きさに近い100nm以下の領域であるとその効果が大きくなる。この観点から、本発明の金属含有コロイダルシリカの平均粒子径は1nm以上100nm以下、特に2nm以上80nm以下であることが好ましい。 The particle size of the metal-containing colloidal silica obtained by the manufacturing method of the present invention can be a typical particle size of around 5 to 300 nm, as long as the silica particles can maintain a colloidal state. However, when used as, for example, an antibacterial agent, antiviral agent, bactericide, or viricide, the effect is greater when the particle size is in the 100 nm or less range, which is close to the size of bacteria and viruses. From this perspective, it is preferable that the average particle size of the metal-containing colloidal silica of the present invention be 1 nm or more and 100 nm or less, and particularly 2 nm or more and 80 nm or less.

以上の操作により得られる金属含有コロイダルシリカは、混合層及びシリカ層を合わせた被覆層における金属Mに対するケイ素のモル比(Si/M)が10以上10,000以下、好ましくは20以上8,000以下、特に好ましくは50以上5,000以下である。このモル比が10未満であるとコロイダルシリカが不安定となりシリカ粒子の沈降、或いはゲル化の一因となり、また、10,000を超えると金属を含有することによる特性を活用することができない。The metal-containing colloidal silica obtained by the above procedure has a molar ratio of silicon to metal M (Si/M) in the coating layer, which is the combined mixed layer and silica layer, of 10 to 10,000, preferably 20 to 8,000, and particularly preferably 50 to 5,000. If this molar ratio is less than 10, the colloidal silica becomes unstable, which can lead to the settling or gelation of silica particles. If it exceeds 10,000, the properties of the metal content cannot be utilized.

本発明においては、前記(c)工程の後、金属含有コロイダルシリカを濃縮する工程を有していてもよい。この濃縮には限外濾過による濃縮を行う。水分の蒸発濃縮でもよいが、エネルギー的には限外濾過の方が有利である。In the present invention, after step (c), a step of concentrating the metal-containing colloidal silica may be carried out. This concentration is carried out by ultrafiltration. While concentration by evaporation of water may also be used, ultrafiltration is more advantageous in terms of energy consumption.

限外濾過によりシリカを濃縮するときに使用される限外濾過膜について説明する。限外濾過膜が適用される分離は対象粒子が1nmから数ミクロンであるが、溶解した高分子物質をも対象とするため、ナノメータ域では濾過精度を分画分子量で表現している。本発明では、分画分子量15,000以下の限外濾過膜を好適に使用することができる。この範囲の膜を使用すると1nm以上の粒子は分離することが出来る。更に好ましくは分画分子量3,000~15,000の限外濾過膜を使用する。3,000未満の膜では濾過抵抗が大きすぎて処理時間が長くなり不経済であり、15,000を超えると、精製度が低くなる。This section explains the ultrafiltration membranes used when concentrating silica by ultrafiltration. Ultrafiltration membranes are used to separate particles ranging in size from 1 nm to several microns, but because they also target dissolved polymeric substances, filtration accuracy in the nanometer range is expressed in terms of molecular weight cutoff. In this invention, ultrafiltration membranes with a molecular weight cutoff of 15,000 or less are suitable. Using membranes in this range allows for the separation of particles 1 nm or larger. More preferably, ultrafiltration membranes with a molecular weight cutoff of 3,000 to 15,000 are used. Membranes with a molecular weight cutoff of less than 3,000 have too much filtration resistance, resulting in uneconomical processing times, while membranes with a molecular weight cutoff of more than 15,000 result in a low level of purification.

膜の材質はポリスルホン、ポリアクリロニトリル、焼結金属、セラミック、カーボン等であり、いずれも使用できる。耐熱性や濾過速度等の観点からポリスルホン製の膜が使用しやすい。膜の形状は、スパイラル型、チューブラー型、中空糸型であり、いずれでも使用できるが、中空糸型がコンパクトで使用しやすい。この工程でシリカの濃度が5~50質量%となるように濃縮することが好ましい。 Membrane materials include polysulfone, polyacrylonitrile, sintered metal, ceramic, and carbon, and any of these can be used. Polysulfone membranes are easy to use due to their heat resistance and filtration speed. The membrane can be spiral, tubular, or hollow fiber, and any of these can be used, although hollow fiber membranes are compact and easy to use. It is preferable to concentrate the silica in this process so that the silica concentration is 5 to 50% by mass.

本発明の製造方法により得られる金属含有コロイダルシリカの粒子径は、シリカ粒子がコロイド状態を保てれば一般的な粒子径である5~300nm程度で問題は無いが、例えば抗菌剤、抗ウイルス剤、或いは殺菌剤、殺ウイルス剤に使用する場合、菌やウイルスの大きさに近い100nm以下の領域であるとその効果が大きくなる。この観点から、本発明の金属含有コロイダルシリカの平均粒子径は1nm以上100nm以下、特に2nm以上80nm以下であることが好ましい。 The particle size of the metal-containing colloidal silica obtained by the manufacturing method of the present invention can be a typical particle size of around 5 to 300 nm, as long as the silica particles can maintain a colloidal state. However, when used as, for example, an antibacterial agent, antiviral agent, bactericide, or viricide, the effect is greater when the particle size is in the 100 nm or less range, which is close to the size of bacteria and viruses. From this perspective, it is preferable that the average particle size of the metal-containing colloidal silica of the present invention be 1 nm or more and 100 nm or less, and particularly 2 nm or more and 80 nm or less.

以上の操作により得られる金属含有コロイダルシリカは、芯材となるコロイダルシリカの大きさにもよるが、金属Mに対するケイ素のモル比(Si/M)が10以上20,000以下、好ましくは20以上10,000以下、特に好ましくは30以上5,000以下である。このモル比が10未満であるとコロイダルシリカが不安定となりシリカ粒子の沈降、或いはゲル化の一因となり、また、20,000を超えると金属を含有することによる特性を活用することができない。The metal-containing colloidal silica obtained by the above procedure has a molar ratio of silicon to metal M (Si/M) of 10 to 20,000, preferably 20 to 10,000, and particularly preferably 30 to 5,000, depending on the size of the colloidal silica core. If this molar ratio is less than 10, the colloidal silica becomes unstable, which can lead to the settling or gelation of the silica particles. If it exceeds 20,000, the properties of the metal content cannot be utilized.

前記製造方法により得られる本発明の金属含有コロイダルシリカは、抗菌性、抗ウイルス性、或いは殺菌性、殺ウイルス性を有するので、そのままでも抗菌剤、抗ウイルス剤、或いは殺菌剤、殺ウイルス剤として使用することが可能であるが、用途により更に溶剤を含むことが好ましい。該溶剤は特に限定されず、水又は有機溶剤が挙げられる。該有機溶剤としては、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール等が挙げられる。 The metal-containing colloidal silica of the present invention obtained by the above-described manufacturing method has antibacterial, antiviral, bactericidal, and virucidal properties, and can be used as an antibacterial, antiviral, bactericidal, or virucidal agent as is. However, depending on the application, it is preferable to further contain a solvent. The solvent is not particularly limited, and examples include water or an organic solvent. Examples of such organic solvents include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, and isobutanol.

本発明の金属含有コロイダルシリカは、種々の樹脂への分散性に優れており、しかも変色傾向も少ないので、各種樹脂に配合して、抗菌性、殺菌性、抗ウイルス性又は殺ウイルス性を有する樹脂組成物や樹脂成形品、例えば、繊維、フィルム、シート、パイプ、パネル、容器、建材、構造材等の分野に用いることができる。また、本発明の金属含有コロイダルシリカを塗料等に配合して、抗菌性、殺菌性、抗ウイルス性又は殺ウイルス性塗膜の分野に用いることができる。 The metal-containing colloidal silica of the present invention has excellent dispersibility in various resins and little tendency to discolor. Therefore, it can be blended with various resins to produce antibacterial, bactericidal, antiviral, or virucidal resin compositions and molded resin products, such as fibers, films, sheets, pipes, panels, containers, building materials, and structural materials. The metal-containing colloidal silica of the present invention can also be blended with paints and other materials to produce antibacterial, bactericidal, antiviral, or virucidal coating films.

本発明の金属含有コロイダルシリカが配合された樹脂組成物から成形される樹脂成形品には、いかなる形状のものも含まれる。例えば、織布、不織布、網布、編布等の布製品、紙、フィルム等のシート製品、板、棒、箱、多孔質体等の具形成形品が挙げられる。また、本発明の金属含有コロイダルシリカが配合された塗料には、いかなる性状のものも含まれる。例えば、散布剤、スプレー剤等の粉製品、刷毛塗り塗料、スプレー塗料、ローラー塗り塗料、接着剤、シーラント等の液体ないしペースト状製品が挙げられる。その他には、脱臭剤、制汗剤、石鹸、シャンプー、保湿剤、化粧品、歯磨き粉、口腔洗浄液、潤滑液、クリーム、ローション、表面洗浄剤、洗濯用洗剤等に配合することにより抗菌性、殺菌性、抗ウイルス性又は殺ウイルス性の目的を満たすことができる。Resin molded articles formed from resin compositions containing the metal-containing colloidal silica of the present invention can be of any shape. Examples include fabric products such as woven fabrics, nonwoven fabrics, mesh fabrics, and knitted fabrics; sheet products such as paper and film; and shaped articles such as plates, rods, boxes, and porous bodies. Furthermore, paints containing the metal-containing colloidal silica of the present invention can be of any form. Examples include powder products such as dusting agents and sprays; liquid or paste products such as brush-applied paints, spray paints, and roller-applied paints; adhesives; and sealants. In addition, the metal-containing colloidal silica can be incorporated into deodorants, antiperspirants, soaps, shampoos, moisturizers, cosmetics, toothpastes, mouthwashes, lubricants, creams, lotions, surface cleaners, laundry detergents, and other products to achieve antibacterial, bactericidal, antiviral, or virucidal properties.

本発明の金属含有コロイダルシリカが配合された樹脂組成物から成形される樹脂成形品や、本発明の金属含有コロイダルシリカが配合された塗料を用いた物品としては、例えば、鮮度保持フィルムや衛生材料製品、台所浴用製品、トイレタリー、化粧用品、水処理用品、医療器具製品、建材製品、魚網等を挙げることができる。また、本発明の金属含有コロイダルシリカが配合された塗料を、セメントモルタルに添加、あるいはセメントコンクリートの成形体に塗装して、抗菌性、殺菌性、抗ウイルス性又は殺ウイルス性のセメントコンクリートの製品を造ることができる。本発明の金属含有コロイダルシリカが配合された樹脂組成物及び塗料は、その他、抗菌性、殺菌性、抗ウイルス性又は殺ウイルス性を目的として種々の製品に応用することができる。 Examples of resin molded articles formed from resin compositions containing the metal-containing colloidal silica of the present invention, and articles using paints containing the metal-containing colloidal silica of the present invention, include freshness-preserving films, sanitary products, kitchen and bath products, toiletries, cosmetics, water treatment products, medical equipment, building materials, and fishing nets. Furthermore, paints containing the metal-containing colloidal silica of the present invention can be added to cement mortar or applied to molded cement concrete to produce antibacterial, bactericidal, antiviral, or virucidal cement concrete products. Resin compositions and paints containing the metal-containing colloidal silica of the present invention can also be used in a variety of other products for the purpose of achieving antibacterial, bactericidal, antiviral, or virucidal properties.

以下、本発明を実施例により説明する。しかしながら本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。例中の特性は下記の方法により測定した。The present invention will be described below using examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples. The properties in the examples were measured using the following methods.

(1)平均粒子径
試料を10g取り希塩酸を加えてpHを4とし、加熱して固化し純水で洗浄、再乾燥した後、150℃で乾燥して粉末試料とし、Quantachrome社製のNOVA4200にて窒素吸着BET比表面積SAを測定した。シリカの密度を2.2g/cmとして下記式(1)により平均粒子径を算出した。

粒子径D(nm)=6×10/[密度(g/cm)×SA(m/g)] (1)

(2)被覆層中の金属に対するケイ素のモル比
金属含有コロイダルシリカ及び芯材となるシリカ粒子中のケイ素量は、塩酸と水酸化カリウム溶液を用いて逆滴定することにより測定した。金属含有コロイダルシリカ中の金属量は、アジレント社製のICP発光分析装置ICP-OES 5100により測定した。得られた測定値から下記式(2)により被覆層中の金属Mに対するケイ素のモル比を算出した。

Si/M=(金属含有コロイダルシリカ中のSi量-芯材となるコロイダルシリカ中のSi量)/金属含有コロイダルシリカ中の金属M量 (2)

(3)混合層中の金属の観察
透過型電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光分析装置(TEM-EDX分析装置;日立ハイテク製、HD-2700)により、倍率100万倍の元素マッピング画像により金属の観察を行った。
(4)金属含有コロイダルシリカ中の含有金属の測定
X線光電子分光分析装置(XPS分析装置;ULVAC-PHI社製、PHI5000VersaProbe)により、X線源を単色化AlKα(1486.6eV)として、得られたスペクトルのピークから、金属Mの確認を行った。
(1) Average particle size: 10 g of a sample was taken, diluted hydrochloric acid was added to adjust the pH to 4 , heated to solidify, washed with pure water, re-dried, and then dried at 150°C to obtain a powder sample, and the nitrogen adsorption BET specific surface area SA was measured using a NOVA 4200 manufactured by Quantachrome Corp. The average particle size was calculated using the following formula (1) assuming a silica density of 2.2 g/cm3.

Particle diameter D (nm) = 6 x 10 3 / [density (g/cm 3 ) x SA (m 3 /g)] (1)

(2) Molar Ratio of Silicon to Metal in Coating Layer The amount of silicon in the metal-containing colloidal silica and the core silica particles was measured by back titration using hydrochloric acid and potassium hydroxide solution. The amount of metal in the metal-containing colloidal silica was measured using an ICP-OES 5100 ICP optical emission spectrometer manufactured by Agilent Technologies. The molar ratio of silicon to metal M in the coating layer was calculated from the obtained measurements using the following formula (2):

Si/M=(Si amount in metal-containing colloidal silica−Si amount in core colloidal silica)/metal M amount in metal-containing colloidal silica (2)

(3) Observation of Metals in the Mixed Layer Metals were observed by element mapping images at a magnification of 1,000,000 times using a transmission electron microscope-energy dispersive X-ray spectrometer (TEM-EDX analyzer; Hitachi High-Tech, HD-2700).
(4) Measurement of Metal Included in Metal-Containing Colloidal Silica An X-ray photoelectron spectrometer (XPS analyzer; manufactured by ULVAC-PHI, PHI5000VersaProbe) was used as the X-ray source, and the metal M was confirmed from the peak of the spectrum obtained.

〔実施例1〕
(a)硝酸銀含有活性珪酸水溶液の調製
脱イオン水13,750gに3号珪酸ソーダ(SiO:28.8質量%、NaO:9.7質量%、HO:61.5質量%)2,200gを加えて均一に混合し、シリカ濃度4質量%の希釈珪酸ソーダを作製した。この希釈珪酸ソーダを、予め塩酸によって再生したH型強酸性カチオン交換樹脂(オルガノ(株)製アンバーライト(登録商標)IR120B)を充填した4リットルのカラムに通して脱アルカリし、シリカ濃度4質量%でpH3.1の活性珪酸水溶液14,000mLを得た。
得られた活性珪酸水溶液のうち3,283gに、撹拌しながら硝酸銀0.653gを加え硝酸銀含有活性珪酸水溶液を調製した。
(b)銀含有コロイダルシリカの調製
平均粒子径9nmのコロイダルシリカ(日本化学工業(株)製、シリカドール30S)65gに脱イオン水2,500gを加えて希釈後、95℃まで加熱して水性コロイダルシリカを得た。この水性コロイダルシリカに10質量%水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを9.9とし、再度加熱して95℃を保持しながら、前記硝酸銀含有活性珪酸水溶液9,074gを3.2時間かけて添加し、コロイダルシリカの表面を混合層で被覆して銀含有コロイダルシリカを得た。添加中は95℃を維持し、10質量%水酸化ナトリウムを同時添加してpH9.5~10.5を維持した。
(c)シリカコート銀含有コロイダルシリカの調製
次いで、得られた銀含有コロイダルシリカに上記(a)工程で得られた活性珪酸水溶液8,415gを3.6時間かけて添加し、銀含有コロイダルシリカの表面をシリカ層で被覆した。添加中は95℃を維持し、10質量%水酸化ナトリウムを同時添加してpH9.5~10.5を維持した。添加終了後、室温まで放冷して16,500gのシリカコート銀含有コロイダルシリカを得た。
得られたシリカコート銀含有コロイダルシリカを、分画分子量6,000の中空糸型限外濾過膜(旭化成(株)製、マイクローザ(登録商標)UFモジュールSIP-1013)を用いてポンプ循環送液による加圧濾過を行い、シリカ濃度35質量%まで濃縮し、シリカコート銀含有コロイダルシリカ1,200gを回収した。このシリカコート銀含有コロイダルシリカは、25℃でのpHが10であり、平均粒子径は21nmであった。また、ICP発光分析の測定結果により、得られた銀含有コロイダルシリカの被覆層における銀に対するケイ素のモル比(Si/Ag)は2,256であった。また、得られた銀含有コロイダルシリカをTEM-EDXにより分析したところ、元素マッピング画像では混合層中に銀の存在が確認されなかった。一方、銀含有コロイダルシリカをXPS分析したところ、金属銀に由来するスペクトルが得られた。これらの結果から、金属Mとして金属銀が混合層中に均一に微分散していることが確認された。混合層の厚さは平均4nmであり、シリカ層の厚さは平均4nmであった。
Example 1
(a) Preparation of silver nitrate-containing activated silicic acid aqueous solution 2,200 g of No. 3 sodium silicate ( SiO2 : 28.8 mass%, Na2O : 9.7 mass%, H2O : 61.5 mass%) was added to 13,750 g of deionized water and mixed uniformly to prepare diluted sodium silicate with a silica concentration of 4 mass%. This diluted sodium silicate was passed through a 4-liter column packed with H-type strongly acidic cation exchange resin (Amberlite (registered trademark) IR120B manufactured by Organo Corporation) that had been regenerated with hydrochloric acid in advance, to dealkalize it, and 14,000 mL of activated silicic acid aqueous solution with a silica concentration of 4 mass% and a pH of 3.1 was obtained.
To 3,283 g of the obtained aqueous solution of activated silicic acid, 0.653 g of silver nitrate was added with stirring to prepare an aqueous solution of activated silicic acid containing silver nitrate.
(b) Preparation of Silver-Containing Colloidal Silica 65 g of colloidal silica (Silicadol 30S, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) having an average particle size of 9 nm was diluted with 2,500 g of deionized water and then heated to 95°C to obtain aqueous colloidal silica. A 10% by mass aqueous solution of sodium hydroxide was added to this aqueous colloidal silica to adjust the pH to 9.9, and while heating again and maintaining the temperature at 95°C, 9,074 g of the silver nitrate-containing aqueous activated silicic acid solution was added over 3.2 hours to coat the surface of the colloidal silica with a mixed layer, thereby obtaining silver-containing colloidal silica. The temperature was maintained at 95°C during the addition, and 10% by mass sodium hydroxide was simultaneously added to maintain the pH at 9.5 to 10.5.
(c) Preparation of Silica-Coated Silver-Containing Colloidal Silica Next, 8,415 g of the activated silicic acid aqueous solution obtained in step (a) above was added to the obtained silver-containing colloidal silica over a period of 3.6 hours to coat the surface of the silver-containing colloidal silica with a silica layer. The temperature was maintained at 95°C during the addition, and 10% by mass of sodium hydroxide was simultaneously added to maintain the pH at 9.5 to 10.5. After the addition was completed, the mixture was allowed to cool to room temperature, yielding 16,500 g of silica-coated silver-containing colloidal silica.
The obtained silica-coated silver-containing colloidal silica was subjected to pressure filtration by pump circulation using a hollow fiber ultrafiltration membrane (Microza (registered trademark) UF module SIP-1013, manufactured by Asahi Kasei Corporation) with a molecular weight cutoff of 6,000, and concentrated to a silica concentration of 35% by mass, recovering 1,200 g of silica-coated silver-containing colloidal silica. This silica-coated silver-containing colloidal silica had a pH of 10 at 25°C and an average particle size of 21 nm. Furthermore, the results of ICP optical emission spectrometry showed that the molar ratio of silicon to silver (Si/Ag) in the coating layer of the obtained silver-containing colloidal silica was 2,256. Furthermore, when the obtained silver-containing colloidal silica was analyzed by TEM-EDX, the presence of silver in the mixed layer was not confirmed in the element mapping image. On the other hand, when the silver-containing colloidal silica was analyzed by XPS, a spectrum attributable to metallic silver was obtained. These results confirmed that metallic silver was uniformly and finely dispersed as the metal M in the mixed layer. The mixed layer had an average thickness of 4 nm, and the silica layer had an average thickness of 4 nm.

〔実施例2〕
(a)硝酸銀含有活性珪酸水溶液の調製
脱イオン水13,750gに3号珪酸ソーダ(SiO:28.8質量%、NaO:9.7質量%、HO:61.5質量%)2,200gを加えて均一に混合し、シリカ濃度4質量%の希釈珪酸ソーダを作製した。この希釈珪酸ソーダを、予め塩酸によって再生したH型強酸性カチオン交換樹脂(オルガノ(株)製アンバーライト(登録商標)IR120B)を充填した4リットルのカラムに通して脱アルカリし、シリカ濃度4質量%でpH3.1の活性珪酸水溶液14,000mLを得た。
得られた活性珪酸水溶液のうち5,027gに、撹拌しながら硝酸銀0.53gを加え硝酸銀含有活性珪酸水溶液を調製した。
(b)銀含有コロイダルシリカの調製
平均粒子径9nmのコロイダルシリカ(日本化学工業(株)製、シリカドール30S)100gに脱イオン水2,500gを加えて希釈後、95℃まで加熱して水性コロイダルシリカを得た。この水性コロイダルシリカに10質量%水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを9.9とし、再度加熱して95℃を保持しながら、前記硝酸銀含有活性珪酸水溶液5,027gを4.2時間かけて添加し、コロイダルシリカの表面を混合層で被覆して銀含有コロイダルシリカを得た。添加中は95℃を維持し、10質量%水酸化ナトリウムを同時添加してpH9.5~10.5を維持した。
(c)シリカコート銀含有コロイダルシリカの調製
次いで、得られた銀含有コロイダルシリカに上記(a)工程で得られた活性珪酸水溶液5,233gを1.9時間かけて添加し、銀含有コロイダルシリカの表面をシリカ層で被覆した。添加中は95℃を維持し、10質量%水酸化ナトリウムを同時添加してpH9.5~10.5を維持した。添加終了後、室温まで放冷して14,500gのシリカコート銀含有コロイダルシリカを得た。
得られたシリカコート銀含有コロイダルシリカを、分画分子量6,000の中空糸型限外濾過膜(旭化成(株)製、マイクローザ(登録商標)UFモジュールSIP-1013)を用いてポンプ循環送液による加圧濾過を行い、シリカ濃度35質量%まで濃縮し、シリカコート銀含有コロイダルシリカ1,200gを回収した。このシリカコート銀含有コロイダルシリカは、25℃でのpHが9.9であり、平均粒子径は21nmであった。また、ICP発光分析の測定結果により、得られた銀含有コロイダルシリカの被覆層における銀に対するケイ素のモル比(Si/Ag)は2,615であった。混合層の厚さは平均4nmであり、シリカ層の厚さは平均2nmであった。
Example 2
(a) Preparation of silver nitrate-containing activated silicic acid aqueous solution 2,200 g of No. 3 sodium silicate ( SiO2 : 28.8 mass%, Na2O : 9.7 mass%, H2O : 61.5 mass%) was added to 13,750 g of deionized water and mixed uniformly to prepare diluted sodium silicate with a silica concentration of 4 mass%. This diluted sodium silicate was passed through a 4-liter column packed with H-type strongly acidic cation exchange resin (Amberlite (registered trademark) IR120B manufactured by Organo Corporation) that had been regenerated with hydrochloric acid in advance, to dealkalize it, and 14,000 mL of activated silicic acid aqueous solution with a silica concentration of 4 mass% and a pH of 3.1 was obtained.
To 5,027 g of the obtained aqueous solution of activated silicic acid, 0.53 g of silver nitrate was added with stirring to prepare an aqueous solution of activated silicic acid containing silver nitrate.
(b) Preparation of Silver-Containing Colloidal Silica 100 g of colloidal silica (Silicadol 30S, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) having an average particle size of 9 nm was diluted with 2,500 g of deionized water and then heated to 95°C to obtain aqueous colloidal silica. A 10% by mass aqueous solution of sodium hydroxide was added to this aqueous colloidal silica to adjust the pH to 9.9, and while heating again and maintaining the temperature at 95°C, 5,027 g of the silver nitrate-containing aqueous activated silicic acid solution was added over 4.2 hours to coat the surface of the colloidal silica with a mixed layer, thereby obtaining silver-containing colloidal silica. The temperature was maintained at 95°C during the addition, and 10% by mass sodium hydroxide was simultaneously added to maintain the pH at 9.5 to 10.5.
(c) Preparation of Silica-Coated Silver-Containing Colloidal Silica Next, 5,233 g of the activated silicic acid aqueous solution obtained in step (a) above was added to the obtained silver-containing colloidal silica over a period of 1.9 hours to coat the surface of the silver-containing colloidal silica with a silica layer. The temperature was maintained at 95°C during the addition, and 10% by mass of sodium hydroxide was added simultaneously to maintain the pH at 9.5 to 10.5. After the addition was completed, the mixture was allowed to cool to room temperature, yielding 14,500 g of silica-coated silver-containing colloidal silica.
The obtained silica-coated silver-containing colloidal silica was subjected to pressure filtration by pump circulation using a hollow fiber ultrafiltration membrane (Microza (registered trademark) UF module SIP-1013, manufactured by Asahi Kasei Corporation) with a molecular weight cutoff of 6,000, and concentrated to a silica concentration of 35% by mass, recovering 1,200 g of silica-coated silver-containing colloidal silica. This silica-coated silver-containing colloidal silica had a pH of 9.9 at 25°C and an average particle size of 21 nm. Furthermore, the results of ICP optical emission spectrometry showed that the molar ratio of silicon to silver (Si/Ag) in the coating layer of the obtained silver-containing colloidal silica was 2,615. The mixed layer had an average thickness of 4 nm, and the silica layer had an average thickness of 2 nm.

〔実施例3〕
(a)硝酸銀含有活性珪酸水溶液の調製
実施例2と同じ方法で活性珪酸水溶液及び硝酸銀含有活性珪酸水溶液を調製した。
(b)銀含有コロイダルシリカの調製
実施例2と同じ方法で銀含有コロイダルシリカを調製した。
(c)シリカコート銀含有コロイダルシリカの調製
得られた銀含有コロイダルシリカに上記(a)工程で得られた活性珪酸水溶液8,415gを3.6時間かけて添加し、銀含有コロイダルシリカの表面をシリカ層で被覆した。添加中は95℃を維持し、10質量%水酸化ナトリウムを同時添加してpH9.5~10.5を維持した。添加終了後、室温まで放冷して16,500gのシリカコート銀含有コロイダルシリカを得た。
得られたシリカコート銀含有コロイダルシリカを、分画分子量6,000の中空糸型限外濾過膜(旭化成(株)製、マイクローザ(登録商標)UFモジュールSIP-1013)を用いてポンプ循環送液による加圧濾過を行い、シリカ濃度35質量%まで濃縮し、シリカコート銀含有コロイダルシリカ1,200gを回収した。このシリカコート銀含有コロイダルシリカは、25℃でのpHが10であり、平均粒子径は25nmであった。また、ICP発光分析の測定結果により、得られた銀含有コロイダルシリカの被覆層における銀に対するケイ素のモル比(Si/Ag)は4,503であった。混合層の厚さは平均4nmであり、シリカ層の厚さは平均4nmであった。
Example 3
(a) Preparation of Silver Nitrate-Containing Active Silica Aqueous Solution An active silicic acid aqueous solution and a silver nitrate-containing active silicic acid aqueous solution were prepared in the same manner as in Example 2.
(b) Preparation of Silver-Containing Colloidal Silica Silver-containing colloidal silica was prepared in the same manner as in Example 2.
(c) Preparation of Silica-Coated Silver-Containing Colloidal Silica 8,415 g of the activated silicic acid aqueous solution obtained in step (a) above was added to the obtained silver-containing colloidal silica over a period of 3.6 hours to coat the surface of the silver-containing colloidal silica with a silica layer. The temperature was maintained at 95°C during the addition, and 10% by mass of sodium hydroxide was added simultaneously to maintain the pH at 9.5 to 10.5. After the addition was completed, the mixture was allowed to cool to room temperature, yielding 16,500 g of silica-coated silver-containing colloidal silica.
The obtained silica-coated silver-containing colloidal silica was subjected to pressure filtration by pump circulation using a hollow fiber ultrafiltration membrane (Microza (registered trademark) UF module SIP-1013, manufactured by Asahi Kasei Corporation) with a molecular weight cutoff of 6,000, and concentrated to a silica concentration of 35% by mass, recovering 1,200 g of silica-coated silver-containing colloidal silica. This silica-coated silver-containing colloidal silica had a pH of 10 at 25°C and an average particle size of 25 nm. Furthermore, the results of ICP optical emission spectrometry showed that the molar ratio of silicon to silver (Si/Ag) in the coating layer of the obtained silver-containing colloidal silica was 4,503. The mixed layer had an average thickness of 4 nm, and the silica layer had an average thickness of 4 nm.

〔実施例4〕
(a)硫酸銅含有活性珪酸水溶液の調製
脱イオン水4,375gに3号珪酸ソーダ(SiO:28.8質量%、NaO:9.7質量%、HO:61.5質量%)700gを加えて均一に混合しシリカ濃度4質量%の希釈珪酸ソーダを作製した。この希釈珪酸ソーダを、予め塩酸によって再生したH型強酸性カチオン交換樹脂(オルガノ(株)製アンバーライト(登録商標)IR120B)を充填した4リットルのカラムに通して脱アルカリし、シリカ濃度4重量%でpH3.1の活性珪酸水溶液約5,075mLを得た。得られた活性珪酸水溶液のうち2,062gに、撹拌しながら硫酸銅五水和物2.61gを加え硫酸銅含有活性珪酸水溶液を調製した。
Example 4
(a) Preparation of copper sulfate-containing activated silicic acid aqueous solution 700 g of No. 3 sodium silicate (SiO 2 : 28.8% by mass, Na 2 O: 9.7% by mass, H 2 O: 61.5% by mass) was added to 4,375 g of deionized water and mixed uniformly to prepare diluted sodium silicate with a silica concentration of 4% by mass. This diluted sodium silicate was passed through a 4-liter column packed with H-type strongly acidic cation exchange resin (Amberlite (registered trademark) IR120B manufactured by Organo Corporation) previously regenerated with hydrochloric acid to dealkalize, obtaining approximately 5,075 mL of activated silicic acid aqueous solution with a silica concentration of 4% by weight and a pH of 3.1. 2.61 g of copper sulfate pentahydrate was added to 2,062 g of the obtained activated silicic acid aqueous solution while stirring to prepare a copper sulfate-containing activated silicic acid aqueous solution.

(b)銅含有コロイダルシリカの調製
平均粒子径9nmのコロイダルシリカ(日本化学工業(株)製、シリカドール30S)100gに脱イオン水3,000gを加えて希釈後、95℃まで加熱して水性コロイダルシリカを得た。この水性コロイダルシリカに10質量%水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを9.9とし、再度加熱して95℃を保持しながら、前記硫酸銅含有活性珪酸水溶液2,062gを2.2時間かけて添加し、コロイダルシリカの表面を混合層で被覆して銅含有コロイダルシリカを得た。添加中は95℃を維持し、10質量%水酸化ナトリウムを同時添加してpH9.5~10.5を維持した。
(c)シリカコート銅含有コロイダルシリカの調製
次いで、得られた銅含有コロイダルシリカに上記(a)工程で得られた活性珪酸水溶液3,788gを2.0時間かけて添加し、銅含有コロイダルシリカの表面をシリカ層で被覆した。添加中は95℃を維持し、10質量%水酸化ナトリウムを同時添加してpH9.5~10.5を維持した。添加終了後、室温まで放冷して10,053gのシリカコート銅含有コロイダルシリカを得た。
得られたシリカコート銅含有コロイダルシリカを、分画分子量6,000の中空糸型限外濾過膜(旭化成(株)製、マイクローザ(登録商標)UFモジュールSIP-1013)を用いてポンプ循環送液による加圧濾過を行い、シリカ濃度35質量%まで濃縮し、シリカコート銅含有コロイダルシリカ500gを回収した。このシリカコート銅含有コロイダルシリカは、25℃でのpHが10であり、平均粒子径は20nmであった。また、ICP発光分析の測定結果により、得られた銅含有コロイダルシリカの被覆層における銅に対するケイ素のモル比(Si/Cu)は338であった。また、得られた銅含有コロイダルシリカをTEM-EDXにより分析したところ、元素マッピング画像では混合層中に銅の存在が確認されなかった。一方、銅含有コロイダルシリカをXPS分析したところ、酸化銅(CuO)に由来するスペクトルが得られた。これらの結果から、金属Mとして酸化銅(CuO)が混合層中に均一に微分散していることが確認された。混合層の厚さは平均2nmであり、シリカ層の厚さは平均2nmであった。
(b) Preparation of copper-containing colloidal silica 100 g of colloidal silica (Silicadol 30S, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) having an average particle size of 9 nm was diluted with 3,000 g of deionized water and then heated to 95°C to obtain aqueous colloidal silica. A 10% by mass aqueous solution of sodium hydroxide was added to this aqueous colloidal silica to adjust the pH to 9.9, and while heating again and maintaining the temperature at 95°C, 2,062 g of the copper sulfate-containing aqueous activated silicic acid solution was added over 2.2 hours to coat the surface of the colloidal silica with a mixed layer, thereby obtaining copper-containing colloidal silica. The temperature was maintained at 95°C during the addition, and 10% by mass sodium hydroxide was simultaneously added to maintain the pH at 9.5 to 10.5.
(c) Preparation of Silica-Coated Copper-Containing Colloidal Silica Next, 3,788 g of the activated silicic acid aqueous solution obtained in step (a) above was added to the obtained copper-containing colloidal silica over 2.0 hours to coat the surface of the copper-containing colloidal silica with a silica layer. The temperature was maintained at 95°C during the addition, and 10% by mass of sodium hydroxide was added simultaneously to maintain the pH at 9.5 to 10.5. After the addition was completed, the mixture was allowed to cool to room temperature, yielding 10,053 g of silica-coated copper-containing colloidal silica.
The obtained silica-coated copper-containing colloidal silica was subjected to pressure filtration by pump circulation using a hollow fiber ultrafiltration membrane (Microza (registered trademark) UF module SIP-1013, manufactured by Asahi Kasei Corporation) with a molecular weight cutoff of 6,000, and concentrated to a silica concentration of 35% by mass, recovering 500 g of silica-coated copper-containing colloidal silica. This silica-coated copper-containing colloidal silica had a pH of 10 at 25°C and an average particle size of 20 nm. Furthermore, the results of ICP optical emission spectrometry showed that the molar ratio of silicon to copper (Si/Cu) in the coating layer of the obtained copper-containing colloidal silica was 338. Furthermore, when the obtained copper-containing colloidal silica was analyzed by TEM-EDX, the presence of copper in the mixed layer was not confirmed in the element mapping image. On the other hand, when the copper-containing colloidal silica was analyzed by XPS, a spectrum derived from copper oxide (CuO) was obtained. These results confirmed that copper oxide (CuO) was uniformly and finely dispersed as the metal M in the mixed layer. The mixed layer had an average thickness of 2 nm, and the silica layer had an average thickness of 2 nm.

〔比較例1〕
実施例1において、(c)シリカコート銀含有コロイダルシリカの調製を行わなかったこと以外は実施例1と同じ方法で行い、シリカ層を有さない銀含有コロイダルシリカを得た。この銀含有コロイダルシリカは、25℃でのpHが10であり、平均粒子径は18nmであった。また、ICP発光分析の測定結果により、得られた銀含有コロイダルシリカの混合層における銀に対するケイ素のモル比(Si/Ag)は761であった。混合層の厚さは平均4nmであった。
Comparative Example 1
The same procedure as in Example 1 was carried out, except that (c) the preparation of silica-coated silver-containing colloidal silica was not carried out, to obtain silver-containing colloidal silica having no silica layer. This silver-containing colloidal silica had a pH of 10 at 25°C and an average particle size of 18 nm. Furthermore, the results of ICP optical emission spectrometry showed that the molar ratio of silicon to silver (Si/Ag) in the mixed layer of the obtained silver-containing colloidal silica was 761. The average thickness of the mixed layer was 4 nm.

〔比較例2〕
実施例4において、(c)シリカコート銅含有コロイダルシリカの調製を行わなかったこと以外は実施例4と同じ方法で行い、シリカ層を有さない銅含有コロイダルシリカを得た。この銅含有コロイダルシリカは、25℃でのpHが10であり、平均粒子径は15nmであった。また、ICP発光分析の測定結果により、得られた銅含有コロイダルシリカの混合層における銅に対するケイ素のモル比(Si/Cu)は151であった。混合層の厚さは平均2nmであった。
Comparative Example 2
The same procedure as in Example 4 was carried out, except that (c) the preparation of silica-coated copper-containing colloidal silica was not carried out, to obtain copper-containing colloidal silica having no silica layer. This copper-containing colloidal silica had a pH of 10 at 25°C and an average particle size of 15 nm. Furthermore, the results of ICP emission spectrometry showed that the molar ratio of silicon to copper (Si/Cu) in the mixed layer of the obtained copper-containing colloidal silica was 151. The average thickness of the mixed layer was 2 nm.

<保存安定性評価>
100mLのポリビンに、実施例及び比較例で得られたコロイダルシリカを入れて密栓した。密栓したポリビンを遮光した恒温機内で室温に保持して静置した。静置開始から7日後にポリビンの中の液体を目視で観察し、以下の基準で保存安定性を評価した。
○:沈殿物なし
×:沈殿物あり
<Storage stability evaluation>
The colloidal silica obtained in each of the Examples and Comparative Examples was placed in a 100 mL plastic bottle and sealed. The sealed plastic bottle was then left to stand at room temperature in a light-shielded thermostatic chamber. After 7 days of standing, the liquid in the plastic bottle was visually observed, and the storage stability was evaluated according to the following criteria.
○: No precipitate ×: Presence of precipitate

<耐変色性評価>
実施例及び比較例で得られたコロイダルシリカを、イオン交換水によりSiO濃度10%に希釈して得られた試料溶液に、濾紙を5分浸漬した。得られた濾紙を遮光した状態で風乾した後、太陽光を24時間照射して濾紙を目視で観察し、以下の基準で耐変色性を評価した。
○:変色なし
×:変色あり
<Evaluation of discoloration resistance>
The colloidal silica obtained in each of the Examples and Comparative Examples was diluted with ion-exchanged water to a SiO2 concentration of 10%, and filter paper was immersed in the resulting sample solution for 5 minutes. The resulting filter paper was air-dried in a darkened environment, and then exposed to sunlight for 24 hours. The filter paper was then visually observed and evaluated for discoloration resistance according to the following criteria.
○: No discoloration ×: Discoloration

<殺菌効果試験>
実施例1、実施例2及び比較例1で得られた銀含有コロイダルシリカに脱イオン水を加えてシリカ濃度20質量%に調整した銀含有シリカゾルを用いて大腸菌及び黄色ブドウ球菌の殺菌効果試験を以下の方法で行った。
大腸菌(NBRC3972)及び黄色ブドウ球菌(NBRC12732)をそれぞれ普通寒天培地(栄研化学株式会社製)で35℃±1℃、24時間培養し、これを精製水で希釈して菌数が10~10/mLとなるように菌液を調製した。この菌液0.1mLを銀含有シリカゾル10mLと混合し撹拌した後、25℃で5分間静置して試験液を得た。その後、この試験液をSCDLP培地(日本製薬株式会社製)により10倍希釈で接種して35℃±1℃で48時間培養した。培養後の生菌数をカウントした結果を表2に示す。
<Bactericidal effect test>
Silver-containing silica sols were prepared by adding deionized water to the silver-containing colloidal silica obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 to adjust the silica concentration to 20% by mass, and the bactericidal effect against Escherichia coli and Staphylococcus aureus was tested using the following method.
Escherichia coli (NBRC3972) and Staphylococcus aureus (NBRC12732) were cultured on nutrient agar medium (manufactured by Eiken Chemical Co., Ltd.) at 35°C ± 1°C for 24 hours, and then diluted with purified water to prepare a bacterial solution with a bacterial count of 10 - 10 /mL. 0.1 mL of this bacterial solution was mixed with 10 mL of silver-containing silica sol, stirred, and then allowed to stand at 25°C for 5 minutes to obtain a test solution. This test solution was then inoculated at a 10-fold dilution into SCDLP medium (manufactured by Nippon Pharmaceutical Co., Ltd.) and cultured at 35°C ± 1°C for 48 hours. The viable cell count after culture was counted and the results are shown in Table 2.

以上の結果から、実施例1、実施例2及び比較例1で得られた銀含有コロイダルシリカはいずれも殺菌特性に優れているが、実施例1~3で得られた銀含有コロイダルシリカは、コロイド粒子の凝集による沈殿物が生成し難く、保存安定性向上の効果が得られていることが判る。さらに、実施例1~3で得られた銀含有コロイダルシリカは、耐変色性にも優れていることが判る。また、実施例4で得られた銅含有コロイダルシリカは比較例2と比べて、保存安定性及び耐変色性に優れていることが判る。
From the above results, it can be seen that the silver-containing colloidal silica obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 all have excellent bactericidal properties, but the silver-containing colloidal silica obtained in Examples 1 to 3 is less likely to produce precipitates due to aggregation of colloidal particles, and thus has the effect of improving storage stability. Furthermore, it can be seen that the silver-containing colloidal silica obtained in Examples 1 to 3 also has excellent discoloration resistance. It can also be seen that the copper-containing colloidal silica obtained in Example 4 has excellent storage stability and discoloration resistance compared to Comparative Example 2.

Claims (12)

シリカ中に金属Mが分散した混合層を有する金属含有コロイダルシリカであって、
混合層が、芯材となるシリカ粒子と、金属含有コロイダルシリカの表面に位置するシリカ層との間に位置し、
金属MがAg及びCuから選ばれる一種以上であり、
混合層及びシリカ層を合わせた被覆層における金属Mに対するケイ素のモル比(Si/M)が10以上10,000以下であり、
金属Mが混合層中で均一に微分散している金属含有コロイダルシリカ。
イダルシリカ。
A metal-containing colloidal silica having a mixed layer in which a metal M is dispersed in silica,
the mixed layer is located between the silica particle serving as the core material and the silica layer located on the surface of the metal-containing colloidal silica;
The metal M is at least one selected from Ag and Cu ,
the molar ratio of silicon to metal M (Si/M) in the coating layer including the mixed layer and the silica layer is 10 or more and 10,000 or less;
A metal-containing colloidal silica in which a metal M is uniformly and finely dispersed in a mixed layer.
Idal silica.
混合層の厚さが1nm以上50nm以下である、請求項に記載の金属含有コロイダルシリカ。 2. The metal-containing colloidal silica according to claim 1 , wherein the mixed layer has a thickness of 1 nm or more and 50 nm or less. シリカ層の厚さが0.5nm以上10nm以下である、請求項1又は2に記載の金属含有コロイダルシリカ。 3. The metal-containing colloidal silica according to claim 1, wherein the silica layer has a thickness of 0.5 nm or more and 10 nm or less. シリカ粒子の粒子径が0.5nm以上100nm以下である、請求項1~の何れか一項に記載の金属含有コロイダルシリカ。 4. The metal-containing colloidal silica according to claim 1 , wherein the particle diameter of the silica particles is 0.5 nm or more and 100 nm or less. 混合層における金属Mに対するケイ素のモル比(Si/M)が5以上5,000以下である、請求項1~の何れか一項に記載の金属含有コロイダルシリカ。 5. The metal-containing colloidal silica according to claim 1 , wherein the molar ratio of silicon to metal M (Si/M) in the mixed layer is 5 or more and 5,000 or less. 請求項1~の何れか一項に記載の金属含有コロイダルシリカを含有する剤。 An agent containing the metal-containing colloidal silica according to any one of claims 1 to 5 . 請求項1~の何れか一項に記載の金属含有コロイダルシリカを含有する樹脂組成物。 A resin composition comprising the metal-containing colloidal silica according to any one of claims 1 to 5 . 請求項1~の何れか一項に記載の金属含有コロイダルシリカを含有する塗料。 A paint containing the metal-containing colloidal silica according to any one of claims 1 to 5 . (a)活性珪酸水溶液に金属塩化合物を添加して金属塩化合物含有活性珪酸水溶液を調製する工程、
(b)コロイダルシリカの存在下、前記金属塩化合物含有活性珪酸水溶液をアルカリ性条件で反応させて、コロイダルシリカの表面に、シリカ中に金属が均一に微分散している混合層を形成する工程、及び
(c)混合層を形成したコロイダルシリカと、活性珪酸水溶液をアルカリ性条件で反応させて、混合層の表面に、シリカ層を形成する工程、
を有する金属含有コロイダルシリカの製造方法であって、
前記金属塩化合物の金属が、Ag及びCuから選ばれる一種以上である金属含有コロイダルシリカの製造方法
(a) adding a metal salt compound to an aqueous solution of activated silicic acid to prepare an aqueous solution of activated silicic acid containing a metal salt compound;
(b) reacting the metal salt compound-containing aqueous activated silicic acid solution under alkaline conditions in the presence of colloidal silica to form a mixed layer on the surface of the colloidal silica, in which the metal is uniformly and finely dispersed in the silica; and (c) reacting the colloidal silica that has formed the mixed layer with the aqueous activated silicic acid solution under alkaline conditions to form a silica layer on the surface of the mixed layer.
A method for producing metal-containing colloidal silica, comprising:
The method for producing metal-containing colloidal silica, wherein the metal of the metal salt compound is at least one selected from Ag and Cu .
前記活性珪酸水溶液が、珪酸水溶液をカチオン交換樹脂に接触させて得られるものである、請求項に記載の金属含有コロイダルシリカの製造方法。 10. The method for producing metal-containing colloidal silica according to claim 9 , wherein the activated aqueous silicic acid solution is obtained by contacting an aqueous silicic acid solution with a cation exchange resin. 前記金属塩化合物が、硝酸塩、塩化物塩、酢酸塩、リン酸塩及び硫酸塩から選ばれる少なくとも一種である請求項9又は10に記載の金属含有コロイダルシリカの製造方法。 11. The method for producing metal-containing colloidal silica according to claim 9 , wherein the metal salt compound is at least one selected from the group consisting of nitrates, chlorides, acetates, phosphates, and sulfates. 前記(c)工程の後、金属含有コロイダルシリカを濃縮する工程を有する請求項11の何れか一項に記載の金属含有コロイダルシリカの製造方法。 The method for producing metal-containing colloidal silica according to any one of claims 9 to 11 , further comprising, after the step (c), a step of concentrating the metal-containing colloidal silica.
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