JP7803063B2 - Silica particles and method for producing the same - Google Patents
Silica particles and method for producing the sameInfo
- Publication number
- JP7803063B2 JP7803063B2 JP2021156196A JP2021156196A JP7803063B2 JP 7803063 B2 JP7803063 B2 JP 7803063B2 JP 2021156196 A JP2021156196 A JP 2021156196A JP 2021156196 A JP2021156196 A JP 2021156196A JP 7803063 B2 JP7803063 B2 JP 7803063B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitrogen
- silica particles
- containing compound
- less
- ppm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
Description
本発明は、シリカ粒子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to silica particles and a method for producing the same.
シリカ粒子は、粉体塗料、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。 Silica particles are used as an additive or main component in powder coatings, cosmetics, rubber, abrasives, etc., and play roles such as improving the strength of resins, improving the fluidity of powders, and preventing packing.
例えば、特許文献1には、「疎水性シリカ粉末であって、(1)疎水化度が50%以上であり、(2)メタノール及びメタンスルホン酸水溶液の混合溶媒による、第4級アンモニウムイオン、モノアゾ系錯体及び鉱酸イオンからなる群より選択される少なくとも1種の化合物の抽出量Xが0.1質量%以上であり、(3)前記Xと、水による前記化合物の抽出量Yとが、下記式(I)Y/X<0.15を満たす疎水性シリカ粉末」が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses "a hydrophobic silica powder, (1) having a hydrophobicity of 50% or more, (2) an extractable amount X of at least one compound selected from the group consisting of quaternary ammonium ions, monoazo complexes, and mineral acid ions in a mixed solvent of methanol and an aqueous methanesulfonic acid solution of 0.1% by mass or more, and (3) wherein X and the extractable amount Y of the compound in water satisfy the following formula (I): Y/X<0.15."
また、特許文献2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。 Patent Document 2 also discloses "a 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3には、「ゾルゲル法によって得られる親水性球状シリカ微粒子の表面を疎水化処理することにより得られた平均粒径20~500nmの疎水性球状シリカ微粒子からなる搬送粒子と、該搬送粒子の表面に被着せしめた電荷制御剤と、から構成された外添用電荷制御粒子」が開示されている。 Patent Document 3 also discloses "external charge control particles composed of carrier particles made of hydrophobic spherical silica microparticles with an average particle size of 20 to 500 nm obtained by hydrophobizing the surface of hydrophilic spherical silica microparticles obtained by the sol-gel method, and a charge control agent coated on the surface of the carrier particles."
また、特許文献4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」が開示されている。 Patent Document 4 also discloses "silica microparticles obtained by treating spherical hydrophobic silica microparticles having an average primary particle size 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."
また、特許文献5には、「疎水化度80%以上のシリカ微粒子を両性界面活性剤で処理した粒子および疎水化度80%以上のシリカ微粒子を第4級アンモニウム塩または第4級アンモニウム基を有する重合体で処理した粒子」が開示されている。 Furthermore, Patent Document 5 discloses "particles in which silica microparticles with a hydrophobicity of 80% or more are treated with an amphoteric surfactant, and particles in which silica microparticles with a hydrophobicity of 80% or more are treated with a quaternary ammonium salt or a polymer having a quaternary ammonium group."
本発明の課題は、窒素元素含有化合物を含むシリカ粒子において、交差分極/マジック角回転(CP/MAS)法による29Si固体核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおける化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cと、化学シフト-90ppmから-120ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Dの比率C/Dが0.10未満若しくは0.75超え、アンモニア/メタノール混合溶液による窒素元素含有化合物の抽出量Xが0.1質量%未満、又は窒素元素含有化合物の抽出量Xと水による窒素元素含有化合物の抽出量Yとが式:Y/X<0.3を満たさない場合に比べ、帯電した時の帯電分布が狭いシリカ粒子を提供することである。 An object of the present invention is to provide silica particles containing a nitrogen-containing compound, wherein the ratio C/D, where C is the integral value of signals observed in a chemical shift range of −50 ppm to −75 ppm in a 29Si solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum measured by cross polarization/magic angle spinning (CP/MAS) and D is the integral value of signals observed in a chemical shift range of −90 ppm to −120 ppm , is less than 0.10 or exceeds 0.75, and the amount X of the nitrogen-containing compound extracted with an ammonia/methanol mixed solution is less than 0.1 mass %, or the ratio Y of the amount X of the nitrogen-containing compound extracted with water to the amount Y of the nitrogen-containing compound extracted with water does not satisfy the formula: Y/X<0.3.
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。
<1>
窒素元素含有化合物を含み、
交差分極/マジック角回転(CP/MAS)法による29Si固体核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおける化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cと、化学シフト-90ppmから-120ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Dの比率C/Dが0.10以上0.75以下であり、
アンモニア/メタノール混合溶液による前記窒素元素含有化合物の抽出量Xが、0.1質量%以上であり、前記窒素元素含有化合物の抽出量Xと、水による前記窒素元素含有化合物の抽出量Yとが、式:Y/X<0.3を満たすシリカ粒子。
<2>
個数平均粒子径が10nm以上200nm以下である<1>に記載の
シリカ粒子。
<3>
個数平均粒子径が10nm以上80nm以下である<2>に記載のシリカ粒子。
<4>
平均円形度が0.60以上0.96以下である<1>~<3>のいずれか1項に記載のシリカ粒子。
<5>
平均円形度が0.70以上0.92以下である<4>に記載のシリカ粒子。
<6>
体積抵抗率が1.0×107Ωcm以上1.0×1011.5Ωcm以下である<1>~<5>のいずれか1項に記載のシリカ粒子。
<7>
350℃焼成前後における体積抵抗率を各々Ra及びRbとしたとき、Ra/Rbが0.01以上0.8以下である<1>~<6>のいずれか1項に記載のシリカ粒子。
<8>
350℃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1nm以上50nm以下の細孔体積を各々A及びBとしたとき、B/Aが1.2以上5以下であり、かつBが0.2cm3/g以上3cm3/g以下である<1>~<7>のいずれか1項に記載のシリカ粒子。
<9>
前記窒素元素含有化合物が、四級アンモニウム塩、第一級アミン化合物、第二級アミン化合物、第三級アミン化合物、アミド化合物、イミン化合物、及びニトリル化合物よりなる群から選択される少なくとも1種である<1>~<8>のいずれか1項に記載のシリカ粒子。
<10>
シリカ母粒子と、
前記シリカ母粒子の少なくとも一部の表面を被覆し、3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成され、かつ前記3官能シランカップリング剤の反応生成物の細孔の少なくとも一部に窒素元素含有化合物が吸着した構造体と、
を有する<1>~<9>のいずれか1項に記載のシリカ粒子。
<11>
シリカ母粒子の少なくとも一部の表面に、3官能シランカップリング剤の反応生成物で
構成された構造体を形成する第一工程と、
前記3官能シランカップリング剤の反応生成物の細孔の少なくとも一部に、窒素元素含有化合物を吸着させる第二工程と、
を有する<1>~<10>のいずれか1項に記載のシリカ粒子の製造方法。
Specific means for solving the above problems include the following aspects.
<1>
Contains a nitrogen-containing compound,
a ratio C/D of an integral value C of a signal observed in a chemical shift range of −50 ppm to −75 ppm in a 29Si solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum by cross polarization/magic angle spinning (CP/MAS) to an integral value D of a signal observed in a chemical shift range of −90 ppm to −120 ppm is 0.10 or more and 0.75 or less;
Silica particles, wherein an extractable amount X of the nitrogen-containing compound with an ammonia/methanol mixed solution is 0.1 mass % or more, and the extractable amount X of the nitrogen-containing compound and an extractable amount Y of the nitrogen-containing compound with water satisfy the formula: Y/X<0.3.
<2>
<1> The silica particles according to <1>, having a number average particle diameter of 10 nm or more and 200 nm or less.
<3>
<2> The silica particles according to <2>, having a number average particle diameter of 10 nm or more and 80 nm or less.
<4>
<4> The silica particles according to any one of <1> to <3>, wherein the average circularity is 0.60 or more and 0.96 or less.
<5>
<4> The silica particles according to <4>, wherein the average circularity is 0.70 or more and 0.92 or less.
<6>
<5> The silica particles according to any one of <1> to <5>, which have a volume resistivity of 1.0×10 7 Ωcm or more and 1.0×10 11.5 Ωcm or less.
<7>
<6> The silica particles according to any one of <1> to <6>, wherein Ra/Rb is 0.01 or more and 0.8 or less, where Ra and Rb are volume resistivities before and after baking at 350°C, respectively.
<8>
<7> The silica particles according to any one of <1> to <7>, wherein A and B are the pore volumes of pores having a diameter of 1 nm or more and 50 nm or less obtained from a pore distribution curve obtained by a nitrogen gas adsorption method before and after calcination at 350°C, respectively, and B/A is 1.2 or more and 5 or less, and B is 0.2 cm 3 /g or more and 3 cm 3 /g or less.
<9>
<8> The silica particles according to any one of <1> to <8>, wherein the nitrogen-containing compound is at least one selected from the group consisting of a quaternary ammonium salt, a primary amine compound, a secondary amine compound, a tertiary amine compound, an amide compound, an imine compound, and a nitrile compound.
<10>
Silica base particles;
a structure that covers at least a portion of the surface of the silica base particle, is composed of a reaction product of a trifunctional silane coupling agent, and has a nitrogen-element-containing compound adsorbed in at least a portion of the pores of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent;
<9> The silica particles according to any one of <1> to <9>,
<11>
a first step of forming a structure composed of a reaction product of a trifunctional silane coupling agent on at least a portion of the surface of a silica base particle;
a second step of adsorbing a nitrogen-containing compound into at least a portion of the pores of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent;
<10> The method for producing silica particles according to any one of <1> to <10>,
<1>に係る発明によれば、窒素元素含有化合物を含むシリカ粒子において、交差分極/マジック角回転(CP/MAS)法による29Si固体核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおける化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cと、化学シフト-90ppmから-120ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Dの比率C/Dが0.10未満若しくは0.75超え、アンモニア/メタノール混合溶液による窒素元素含有化合物の抽出量Xが0.1質量%未満、又は窒素元素含有化合物の抽出量Xと水による窒素元素含有化合物の抽出量Yとが式:Y/X<0.3を満たさない場合に比べ、帯電したとき帯電分布が狭いシリカ粒子が提供される。 According to the invention related to <1>, there is provided silica particles containing a nitrogen-containing compound, wherein the ratio C/D of the integral value C of signals observed in a chemical shift range of −50 ppm to −75 ppm in a 29Si solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum measured by cross polarization/magic angle spinning (CP/MAS) to the integral value D of signals observed in a chemical shift range of −90 ppm to −120 ppm is less than 0.10 or exceeds 0.75, and the amount X of the nitrogen-containing compound extracted with an ammonia/methanol mixed solution is less than 0.1 mass %, or the ratio of the amount X of the nitrogen-containing compound extracted with water to the amount Y of the nitrogen-containing compound extracted with water does not satisfy the formula: Y/X<0.3.
<2>、又は<3>に係る発明によれば、窒素元素含有化合物を含むシリカ粒子において、交差分極/マジック角回転(CP/MAS)法による29Si固体核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおける化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cと、化学シフト-90ppmから-120ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Dの比率C/Dが0.10未満若しくは0.75超え、アンモニア/メタノール混合溶液による窒素元素含有化合物の抽出量Xが0.1質量%未満、又は窒素元素含有化合物の抽出量Xと水による窒素元素含有化合物の抽出量Yとが式:Y/X<0.3を満たさない場合に比べ、個数平均粒子径が10nm以上200nm以下で粒子径分布が1.1以上2.0以下又は10nm以上80nm以下であっても、帯電したとき帯電分布が狭いシリカ粒子が提供される。 According to the invention of <2> or <3>, there is provided silica particles containing a nitrogen-containing compound, wherein the ratio C/D of the integral value C of signals observed in a chemical shift range of −50 ppm to −75 ppm in a 29Si solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum measured by a cross polarization/magic angle spinning (CP/MAS) method to the integral value D of signals observed in a chemical shift range of −90 ppm to −120 ppm is less than 0.10 or exceeds 0.75, the amount X of the nitrogen-containing compound extracted with an ammonia/methanol mixed solution is less than 0.1 mass%, or the ratio of the amount X of the nitrogen-containing compound extracted with water to the amount Y of the nitrogen-containing compound extracted with water does not satisfy the formula: Y/X<0.3, even if the number average particle diameter is 10 nm or more and 200 nm or less and the particle size distribution is 1.1 to 2.0 or 10 nm or more and 80 nm or less.
<4>、又は<5>に係る発明によれば、窒素元素含有化合物を含むシリカ粒子において、交差分極/マジック角回転(CP/MAS)法による29Si固体核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおける化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cと、化学シフト-90ppmから-120ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Dの比率C/Dが0.10未満若しくは0.75超え、アンモニア/メタノール混合溶液による窒素元素含有化合物の抽出量Xが0.1質量%未満、又は窒素元素含有化合物の抽出量Xと水による窒素元素含有化合物の抽出量Yとが式:Y/X<0.3を満たさない場合に比べ、平均円形度が0.60以上0.96以下又は0.70以上0.92以下であっても、帯電したとき帯電分布が狭いシリカ粒子が提供される。 According to the invention of <4> or <5>, there is provided silica particles containing a nitrogen-containing compound, which have a narrow charge distribution when charged, even when the average circularity is 0.60 to 0.96 or 0.70 to 0.92, compared to silica particles containing a nitrogen-containing compound, in which the ratio C/D of the integral value C of signals observed in a chemical shift range of −50 ppm to −75 ppm in a 29Si solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum measured by a cross polarization/magic angle spinning (CP/MAS) method and the integral value D of signals observed in a chemical shift range of −90 ppm to −120 ppm is less than 0.10 or exceeds 0.75, the amount X of the nitrogen-containing compound extracted with an ammonia/methanol mixed solution is less than 0.1 mass%, or the ratio of the amount X of the nitrogen-containing compound extracted with water to the amount Y of the nitrogen-containing compound extracted with water does not satisfy the formula: Y/X<0.3.
<6>に係る発明によれば、体積抵抗率が1.0×1011.5Ωcm超えである場合に比べ、帯電したとき帯電分布が狭いシリカ粒子が提供される。
<7>に係る発明によれば、350℃焼成前後における体積抵抗率を各々Ra及びRbとしたとき、Ra/Rbが0.01未満である場合に比べ、帯電したとき帯電分布が狭いシリカ粒子が提供される。
According to the sixth aspect of the present invention, silica particles are provided that have a narrow charge distribution when charged, compared with silica particles having a volume resistivity of more than 1.0×10 11.5 Ωcm.
According to the invention related to <7>, when the volume resistivities before and after firing at 350°C are Ra and Rb, respectively, silica particles are provided which, when charged, have a narrower charge distribution than when Ra/Rb is less than 0.01.
<8>に係る発明によれば、350℃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1nm以上50nm以下の細孔体積を各々A及びBとしたとき、B/Aが1.2未満、又は、Bが0.2cm3/g未満である場合に比べ、帯電したとき帯電分布が狭いシリカ粒子が提供される。 According to the invention of <8>, when the pore volumes of pores with diameters of 1 nm or more and 50 nm or less obtained from the pore distribution curve of the nitrogen gas adsorption method before and after calcination at 350°C are A and B, respectively, silica particles are provided which have a narrower charge distribution when charged than when B/A is less than 1.2 or B is less than 0.2 cm 3 /g.
<9>に係る発明によれば、窒素元素含有化合物を含むシリカ粒子において、交差分極/マジック角回転(CP/MAS)法による29Si固体核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおける化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cと、化学シフト-90ppmから-120ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Dの比率C/Dが0.10未満若しくは0.75超え、アンモニア/メタノール混合溶液による窒素元素含有化合物の抽出量Xが0.1質量%未満、又は窒素元素含有化合物の抽出量Xと水による窒素元素含有化合物の抽出量Yとが式:Y/X<0.3を満たさない場合に比べ、素元素含有化合物として、四級アンモニウム塩、第一級アミン化合物、第二級アミン化合物、第三級アミン化合物、アミド化合物、イミン化合物、及びニトリル化合物よりなる群から選択される少なくとも1種を含み、帯電したとき帯電分布が狭いシリカ粒子が提供される。 According to the invention related to <9>, there is provided silica particles containing a nitrogen-element-containing compound, wherein the ratio C/D of the integral value C of the signal observed in the chemical shift range of −50 ppm to −75 ppm in a 29Si solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum measured by a cross polarization/magic angle spinning (CP/MAS) method to the integral value D of the signal observed in the chemical shift range of −90 ppm to −120 ppm is less than 0.10 or exceeds 0.75, the amount X of the nitrogen-element-containing compound extracted with an ammonia/methanol mixed solution is less than 0.1 mass%, or the ratio of the amount X of the nitrogen-element-containing compound extracted with water to the amount Y of the nitrogen-element-containing compound does not satisfy the formula: Y/X<0.3, and wherein the silica particles contain at least one element-containing compound selected from the group consisting of a quaternary ammonium salt, a primary amine compound, a secondary amine compound, a tertiary amine compound, an amide compound, an imine compound, and a nitrile compound, and have a narrow charge distribution when charged, compared to silica particles containing a nitrogen-element-containing compound in a cross polarization/magic angle spinning (CP/MAS) solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum measured by a cross polarization/magic angle spinning (CP/MAS) method.
<10>に係る発明によれば、窒素元素含有化合物を含むシリカ粒子において、交差分極/マジック角回転(CP/MAS)法による29Si固体核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおける化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cと、化学シフト-90ppmから-120ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Dの比率C/Dが0.10未満若しくは0.75超え、アンモニア/メタノール混合溶液による窒素元素含有化合物の抽出量Xが0.1質量%未満、又は窒素元素含有化合物の抽出量Xと水による窒素元素含有化合物の抽出量Yとが式:Y/X<0.3を満たさない場合に比べ、シリカ母粒子と、シリカ母粒子の少なくとも一部の表面を被覆し、3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成され、かつ3官能シランカップリング剤の反応生成物の細孔の少なくとも一部に窒素元素含有化合物が吸着した構造体と、を有し、帯電したとき帯電分布が狭いシリカ粒子が提供される。 According to the invention related to <10>, there is provided silica particles containing a nitrogen-containing compound, wherein the ratio C/D of the integral value C of the signal observed in the chemical shift range of −50 ppm to −75 ppm in a 29Si solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum by cross polarization/magic angle spinning (CP/MAS) to the integral value D of the signal observed in the chemical shift range of −90 ppm to −120 ppm is less than 0.10 or exceeds 0.75, the amount X of the nitrogen-containing compound extracted with an ammonia/methanol mixed solution is less than 0.1 mass%, or the ratio of the amount X of the nitrogen-containing compound extracted with water to the amount Y of the nitrogen-containing compound extracted with water does not satisfy the formula: Y/X<0.3. The silica particles have a narrow charge distribution when charged, the silica particles comprising silica base particles and a structure that coats at least a portion of the surface of the silica base particles and is composed of a reaction product of a trifunctional silane coupling agent, and in which the nitrogen-containing compound is adsorbed into at least a portion of the pores of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent.
<11>に係る発明によれば、少なくとも一部の表面に、3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成された構造体を有さないシリカ母粒子に、窒素元素含有化合物を吸着させるシリカ粒子の製造方法に比べ、帯電したとき帯電分布が狭いシリカ粒子の製造方法が提供される。 The invention according to item <11> provides a method for producing silica particles that have a narrow charge distribution when charged, compared to a method for producing silica particles in which a nitrogen-containing compound is adsorbed onto silica base particles that do not have structures composed of a reaction product of a trifunctional silane coupling agent on at least a portion of their surfaces.
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 stages in this specification, 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. Furthermore, in the numerical ranges described in this disclosure, the upper or lower limit value of that numerical range may be replaced with the 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 types of corresponding substances.
In this specification, when referring to the amount of each component in a composition, if there are multiple substances corresponding to each component in the composition, the amount refers to the total amount of those multiple substances present in the composition, unless otherwise specified.
≪シリカ粒子≫
本実施形態に係るシリカ粒子は、窒素元素含有化合物を含み、かつ、次の特徴(1)及び(2)を満たす。
特徴(1):交差分極/マジック角回転(CP/MAS)法による29Si固体核磁気共鳴(NMR)スペクトル(以下「Si-CP/MAS NMRスペクトル」とも称する)における化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cと、化学シフト-90ppmから-120ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Dとの比率C/Dが0.10以上0.75以下である
特徴(2):アンモニア/メタノール混合溶液による窒素元素含有化合物の抽出量Xが、0.1質量%以上であり、窒素元素含有化合物の抽出量Xと、水による窒素元素含有化
合物の抽出量Yとが、式:Y/X<0.3を満たす。
<Silica particles>
The silica particles according to this embodiment contain a nitrogen-containing compound and satisfy the following characteristics (1) and (2).
Feature (1): In a 29Si solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum (hereinafter also referred to as "Si-CP/MAS NMR spectrum") by cross polarization/magic angle spinning (CP/MAS), the ratio C/D of the integral value C of a signal observed in a chemical shift range of -50 ppm to -75 ppm to the integral value D of a signal observed in a chemical shift range of -90 ppm to -120 ppm is 0.10 or more and 0.75 or less. Feature (2): The amount X of the nitrogen-containing compound extracted by the ammonia/methanol mixed solution is 0.1 mass % or more, and the amount X of the nitrogen-containing compound extracted by the ammonia/methanol mixed solution and the amount Y of the nitrogen-containing compound extracted by water satisfy the formula: Y/X<0.3.
本実施形態に係るシリカ粒子は、上記構成により、帯電したとき帯電分布が狭い。その理由は次の通り推測される。 Due to the above-described structure, the silica particles according to this embodiment have a narrow charge distribution when charged. The reason for this is presumed to be as follows.
シリカ粒子は、負帯電性が高く、過剰に帯電することがある。そのため、帯電分布が広くなる。特に、低温低湿環境下であると、過剰な帯電が生じやすく、帯電分布が広くなる傾向が高まる。
例えば、粉体塗装では、接触帯電、コロナ放電等の方法によって帯電させた粉体塗料を、被塗装物上に噴出して静電的に付着させた後、加熱することで塗装膜を形成する。
しかし、帯電分布が広く帯電するシリカ粒子を粉体塗料の外添剤として使用すると、粉体塗料の帯電のバラツキが生じ、被塗装物に対する粉体塗料の付着量の均一化し難くなる。
Silica particles have a high negative chargeability and can become excessively charged, resulting in a wide charge distribution. In particular, in a low-temperature, low-humidity environment, excessive charging is likely to occur, increasing the tendency for the charge distribution to become wide.
For example, in powder coating, powder paint is charged by a method such as contact charging or corona discharge, sprayed onto the object to be coated, and electrostatically adheres to it, and then heated to form a coating film.
However, when silica particles, which have a wide charge distribution, are used as an external additive to powder paint, the charge of the powder paint varies, making it difficult to achieve a uniform amount of powder paint adhered to the object to be coated.
一方、窒素元素含有化合物をシリカ粒子に吸着させると、シリカ粒子が帯電したときの過剰な負帯電を抑えることができる。窒素元素含有化合物は、正帯電性を有しており、窒素元素含有化合物を吸着させたシリカ粒子は、過剰な負帯電を打ち消し、過剰な負帯電を抑制する。 On the other hand, when nitrogen-containing compounds are adsorbed onto silica particles, excessive negative charging can be suppressed when the silica particles are charged. Nitrogen-containing compounds have positive charging properties, and silica particles with nitrogen-containing compounds adsorbed thereon cancel out excess negative charging and suppress excessive negative charging.
しかし、窒素元素含有化合物は正帯電性を有し、シリカ粒子最表面に吸着させると、負帯電と正帯電に帯電分布が広がってしまう。そのため、窒素元素含有化合物は、シリカ粒子の表面を被覆するのではなく、細孔等に存在するのが好ましい。 However, nitrogen-containing compounds have positive charging properties, and if they are adsorbed onto the outermost surface of silica particles, the charge distribution will spread to negative and positive charges. Therefore, it is preferable that the nitrogen-containing compound be present in the pores of the silica particles rather than coating the surface.
そこで、本実施形態に係るシリカ粒子では、Si-CP/MAS NMRスペクトルにおける化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cと、化学シフト-90ppmから-120ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Dとの比率C/Dを上記範囲とする。 Therefore, in the silica particles according to this embodiment, the ratio C/D of the integral value C of the signal observed in the chemical shift range of −50 ppm to −75 ppm in the Si-CP/MAS NMR spectrum to the integral value D of the signal observed in the chemical shift range of −90 ppm to −120 ppm is set to the above range.
上記範囲を満たすシグナルの積分値を有することは、少なくとも一部のシリカ粒子表面に、十分量の窒素元素含有化合物が吸着する低密度な、3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成された構造体(例えば、SiO2/3CH3層)が形成されていることを示している。3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成された構造体は、低密度で、かつ窒素元素含有化合物が吸着しやすい細孔形状になっている。
さらに、窒素元素含有化合物の吸着を阻害するOH基量を低減することで、3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成された構造体に十分量の窒素元素含有化合物が吸着し易くなり、吸着量が増す。
The signal integral value satisfying the above range indicates that a low-density structure (e.g., SiO2/ 3CH3 layer) composed of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent, which has sufficient adsorption capacity for the nitrogen-containing compound, is formed on at least a portion of the silica particle surface. The structure composed of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent has a low density and a pore shape that allows the nitrogen-containing compound to be easily adsorbed.
Furthermore, by reducing the amount of OH groups that inhibit the adsorption of nitrogen-containing compounds, it becomes easier for a sufficient amount of nitrogen-containing compounds to be adsorbed onto the structure composed of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent, and the amount of adsorption increases.
加えて、本実施形態に係るシリカ粒子では、アンモニア/メタノール混合溶液による前記窒素元素含有化合物の抽出量Xが、0.1質量%以上であり、窒素元素含有化合物の抽出量Xと、水による窒素元素含有化合物の抽出量Yとが、式:Y/X<0.3を満たすようにする。
つまり、窒素元素含有化合物として、水に溶け難い性質、すなわち空気中の水分を吸着し難い性質を有する窒素元素含有化合物を適用する。
窒素元素含有化合物を含むシリカ粒子において、当該窒素元素含有化合物が水分を吸着すると、帯電分布が広化し、また、シリカ粒子から窒素元素含有化合物が離脱し易くなる。
しかし、空気中の水分を吸着し難い窒素元素含有化合物を含むシリカ粒子は、空気中に水分が多分に存在しても(高温高湿度環境下でも)、帯電分布が広化し難く、かつ、窒素元素含有化合物が離脱し難く、狭い帯電分布が維持され易くなる。
Additionally, in the silica particles according to the present embodiment, the amount X of the nitrogen-containing compound extracted by the ammonia/methanol mixed solution is 0.1 mass % or more, and the amount X of the nitrogen-containing compound extracted by the water and the amount Y of the nitrogen-containing compound extracted by water satisfy the formula: Y/X<0.3.
That is, the nitrogen-containing compound used is one that is difficult to dissolve in water, that is, that has the property of being difficult to adsorb moisture in the air.
In silica particles containing a nitrogen-element-containing compound, when the nitrogen-element-containing compound adsorbs moisture, the charge distribution becomes broader and the nitrogen-element-containing compound becomes more likely to separate from the silica particles.
However, silica particles containing a nitrogen-containing compound that does not easily adsorb moisture in the air are less likely to have a widening charge distribution, and the nitrogen-containing compound is less likely to detach, even when there is a large amount of moisture in the air (even in a high-temperature, high-humidity environment), making it easier to maintain a narrow charge distribution.
そのため、窒素元素含有化合物による帯電分布の狭化が向上する。 As a result, the charge distribution is improved by using nitrogen-containing compounds.
以上から、本実施形態に係るシリカ粒子は、帯電したとき帯電分布が狭くなると推測される。 From the above, it is speculated that the silica particles according to this embodiment have a narrow charge distribution when charged.
そして、例えば、本実施形態に係るシリカ粒子を粉体塗料の外添剤として使用すると、低温低湿環境下でも、粉体塗料の帯電のバラツキが生じ難く、被塗装物に対する粉体塗料の付着量の均一化が図られる。 For example, when the silica particles according to this embodiment are used as an external additive in powder paint, variations in the charge of the powder paint are less likely to occur, even in low-temperature, low-humidity environments, and the amount of powder paint adhered to the object to be coated is made more uniform.
また、本実施形態に係るシリカ粒子は、350℃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1nm以上50nm以下の細孔体積を各々A及びBとしたとき、B/Aが1.2以上5以下であり、かつBが0.2cm3/g以上3cm3/g以下であることが好ましい。
ここで、以下、「350℃焼成前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1nm以上50nm以下の細孔体積A」を「350℃焼成前の細孔体積A」とも称する。
一方、「350℃焼成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1nm以上50nm以下の細孔体積B」を「350℃焼成後の細孔体積B」とも称する。
Furthermore, in the silica particles according to this embodiment, when A and B are the pore volumes of pores with diameters of 1 nm to 50 nm determined from a pore distribution curve obtained by a nitrogen gas adsorption method before and after firing at 350°C, it is preferable that B/A is 1.2 to 5 and B is 0.2 cm 3 /g to 3 cm 3 /g.
Hereinafter, "pore volume A of pores with diameters of 1 nm or more and 50 nm or less obtained from the pore distribution curve of the nitrogen gas adsorption method before firing at 350°C" will also be referred to as "pore volume A before firing at 350°C."
On the other hand, "pore volume B of pores with diameters of 1 nm or more and 50 nm or less obtained from a pore distribution curve by nitrogen gas adsorption method after firing at 350°C" is also referred to as "pore volume B after firing at 350°C".
350℃焼成後の細孔体積Bは、焼成して、シリカ粒子の細孔に吸着し、細孔の一部を塞いでいた窒素元素含有化合物が揮発後の細孔体積である。そのため、B/Aが1.2以上5以下であり、かつBが0.2cm3/g以上3cm3/g以下とすると、窒素元素含有化合物がシリカ粒子の少なくとも一部の細孔に十分量の窒素元素含有化合物が吸着していることを示している。そのため、窒素元素含有化合物による帯電分布の狭化が向上する。 The pore volume B after firing at 350°C is the pore volume after firing and evaporation of the nitrogen-containing compound that had been adsorbed into the pores of the silica particles and blocked some of the pores. Therefore, when B/A is 1.2 or more and 5 or less and B is 0.2 cm3 /g or more and 3 cm3 /g or less, it indicates that a sufficient amount of the nitrogen-containing compound is adsorbed into at least some of the pores of the silica particles. Therefore, the narrowing of the charge distribution by the nitrogen-containing compound is improved.
以下、本実施形態に係るシリカ粒子について詳細に説明する。 The silica particles according to this embodiment are described in detail below.
(CP/MAS NMRスペクトル)
Si-CP/MAS NMRスペクトルおける化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cと、化学シフト-90ppmから-120ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Dの比率C/Dは、0.10以上0.75以下であるが、帯電分布狭化の観点から、0.12以上0.45以下が好ましく、0.15以上0.40以下がより好ましい。
帯電分布狭化の観点から、Si-CP/MAS NMRスペクトルの全シグナルの積分値を100%とした時の、化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cの割合(Signal ratio)は、5%以上が好ましく、
7%以上がより好ましい。なお、シグナルの積分値Cの割合の上限は、例えば、60%以下である。
(CP/MAS NMR spectrum)
The ratio C/D of the integral value C of the signal observed in the chemical shift range of −50 ppm to −75 ppm in the Si-CP/MAS NMR spectrum to the integral value D of the signal observed in the chemical shift range of −90 ppm to −120 ppm is 0.10 or more and 0.75 or less, and from the viewpoint of narrowing the charge distribution, is preferably 0.12 or more and 0.45 or less, and more preferably 0.15 or more and 0.40 or less.
From the viewpoint of narrowing the charge distribution, when the integral value of all signals in the Si-CP/MAS NMR spectrum is taken as 100%, the ratio (signal ratio) of the integral value C of signals observed in the chemical shift range of −50 ppm to −75 ppm is preferably 5% or more,
The upper limit of the ratio of the signal integral value C is, for example, 60% or less.
Si-CP/MAS NMRスペクトルは、下記条件で、核磁気共鳴分光分析法による測定を実施することで得られる。
・分光器:AVENCE300(Brunker社製)
・共鳴周波数:59.6MHz
・測定核:29Si
・測定法:CPMAS法(Bruker社標準パルクシークエンスcp.av使用)
・待ち時間:4秒
・接触時間:8ミリ秒
・積算回数:2048回
・測定温度:室温(実測値25℃)
・観測中心周波数:-3975.72Hz
・MAS回転数:7.0mm-6kHz
・基準物質:ヘキシメチルシクロトリシロキサン
The Si-CP/MAS NMR spectrum can be obtained by carrying out measurement by nuclear magnetic resonance spectroscopy under the following conditions.
Spectrometer: AVENCE 300 (manufactured by Brunker)
・Resonance frequency: 59.6MHz
・Measurement nucleus: 29 Si
Measurement method: CPMAS method (using Bruker's standard Palk Sequence cp.av)
Waiting time: 4 seconds Contact time: 8 milliseconds Accumulation count: 2048 Measurement temperature: Room temperature (actual measurement value 25°C)
・Observation center frequency: -3975.72Hz
・MAS rotation speed: 7.0 mm - 6 kHz
・Reference substance: hexymethylcyclotrisiloxane
(窒素元素含有化合物の抽出量)
アンモニア/メタノール混合溶液による窒素元素含有化合物の抽出量Xは、0.1質量%以上であり、窒素元素含有化合物の抽出量Xと、水による窒素元素含有化合物の抽出量Yとは、式:Y/X<0.3を満たす。
(Extraction amount of nitrogen-containing compounds)
The amount X of the nitrogen-containing compound extracted by the ammonia/methanol mixed solution is 0.1 mass % or more, and the amount X of the nitrogen-containing compound extracted by the water and the amount Y of the nitrogen-containing compound extracted by the water satisfy the formula: Y/X<0.3.
窒素元素含有化合物の抽出量Xは、50質量%以上が好ましい。ただし、窒素元素含有化合物の抽出量Xの上限は、表面張力の関係で、細孔内部へ溶液が浸透しづらく、窒素元素含有化合物の一部は溶解せずに残ることから、例えば、95質量%以下である。
窒素元素含有化合物の抽出量Xと窒素元素含有化合物の抽出量Yとの比「Y/X」は、0.3未満が好ましく、0.15以下が好ましい。ただし、比「Y/X」の下限は、理想的には、0であるが、X及びYの測定誤差範囲が±1%の範囲程度見られることから、例えば、0.01以上である。
The extracted amount X of the nitrogen-containing compound is preferably 50% by mass or more, but the upper limit of the extracted amount X of the nitrogen-containing compound is, for example, 95% by mass or less, because the solution is difficult to penetrate into the pores due to surface tension, and a portion of the nitrogen-containing compound remains undissolved.
The ratio "Y/X" of the extracted amount X of the nitrogen-containing compound to the extracted amount Y of the nitrogen-containing compound is preferably less than 0.3, and preferably 0.15 or less. However, the lower limit of the ratio "Y/X" is ideally 0, but since the measurement error range of X and Y is about ±1%, the lower limit is, for example, 0.01 or more.
ここで、窒素元素含有化合物の抽出量X及びYは、次の通り測定される。
まず、測定対象のシリカ粒子を、熱重量・質量分析装置(例えばネッチ・ジャパン 株式会社製のガスクロマトグラフ質量分析計)で400℃一定で分析し、少なくとも炭素数が1以上の炭化水素が窒素原子と共有結合した化合物の、シリカ粒子に対する質量分率の積算を測定し、W1とする。
Here, the extracted amounts X and Y of the nitrogen-containing compound are measured as follows.
First, the silica particles to be measured are analyzed at a constant temperature of 400°C using a thermogravimetric/mass spectrometer (e.g., a gas chromatograph mass spectrometer manufactured by Netsch Japan Co., Ltd.), and the integrated mass fraction of compounds in which hydrocarbons having at least one carbon atom are covalently bonded to nitrogen atoms relative to the silica particles is measured and designated as W1.
一方、液温25℃のアンモニア/メタノール溶液(Sigma-Aldrich社製、アンモニア/メタノールの質量比=1/5.2)30質量部に、測定対象のシリカ粒子1質量部を添加し、30分間超音波処理を行った後、シリカ粉体と抽出液を分離する。分離したシリカ粒子を真空乾燥機で100℃24時間乾燥し、熱重量・質量分析装置により、400℃一定条件で、少なくとも炭素数が1以上の炭化水素が窒素原子と共有結合した化合物のシリカ粒子に対する質量分率を測定し、W2とする。
そして、下記式で、窒素元素含有化合物の抽出量Xを算出する。
・式:X=W1-W2
Separately, 1 part by mass of silica particles to be measured is added to 30 parts by mass of an ammonia/methanol solution (Sigma-Aldrich, ammonia/methanol mass ratio = 1/5.2) at a liquid temperature of 25°C, and after 30 minutes of ultrasonic treatment, the silica powder and the extract are separated. The separated silica particles are dried in a vacuum dryer at 100°C for 24 hours, and the mass fraction of compounds in which hydrocarbons having at least one carbon atom are covalently bonded to a nitrogen atom relative to the silica particles is measured using a thermogravimetric/mass spectrometer at a constant temperature of 400°C, and this mass fraction is designated as W2.
Then, the extracted amount X of the nitrogen element-containing compound is calculated using the following formula.
・Formula: X=W1-W2
また、液温25℃の水30質量部に、測定対象のシリカ粒子1質量部を添加し、30分間超音波処理を行った後、シリカ粒子と抽出液を分離する。分離したシリカ粒子を真空乾燥機で100℃24時間乾燥し、熱重量・質量分析装置により、400℃一定条件で、少なくとも炭素数が1以上の炭化水素が窒素原子と共有結合した化合物のシリカ粒子に対する質量分率を測定し、W3とする。
そして、下記式で、窒素元素含有化合物の抽出量Yを算出する。
・式:Y=W1-W3
Furthermore, 1 part by mass of silica particles to be measured is added to 30 parts by mass of water at a liquid temperature of 25°C, and after 30 minutes of ultrasonic treatment, the silica particles and the extract are separated. The separated silica particles are dried in a vacuum dryer at 100°C for 24 hours, and the mass fraction of compounds in which hydrocarbons having at least one carbon atom are covalently bonded to a nitrogen atom relative to the silica particles is measured at a constant temperature of 400°C using a thermogravimetric/mass spectrometer, and this mass fraction is designated as W3.
Then, the extracted amount Y of the nitrogen element-containing compound is calculated using the following formula.
・Formula: Y=W1-W3
(細孔体積)
本実施形態に係るシリカ粒子において、350℃焼成前の細孔体積Aに対する350℃焼成後の細孔体積Bとの比B/Aは、1.2以上5以下であるが、帯電分布狭化の観点から、1.4以上3以下が好ましく、1.4以上2.5以下がより好ましい。
(Pore volume)
In the silica particles according to this embodiment, the ratio B/A of the pore volume B after firing at 350°C to the pore volume A before firing at 350°C is 1.2 or more and 5 or less, but from the viewpoint of narrowing the charge distribution, it is preferably 1.4 or more and 3 or less, and more preferably 1.4 or more and 2.5 or less.
350℃焼成後の細孔体積Bは、0.2cm3/g以上3cm3/g以下であるが、帯電分布狭化の観点から、0.3cm3/g以上1.8cm3/g以下が好ましく、0.6cm3/g以上1.5cm3/g以下がより好ましい。 The pore volume B after firing at 350° C. is 0.2 cm 3 /g or more and 3 cm 3 /g or less, but from the viewpoint of narrowing the charge distribution, 0.3 cm 3 /g or more and 1.8 cm 3 /g or less is preferable, and 0.6 cm 3 /g or more and 1.5 cm 3 /g or less is more preferable.
350℃焼成は、具体的には、次の通り実施する。
窒素環境下、昇温速度10℃/分で、測定対象のシリカ粒子を350℃まで昇温し、350℃で3時間保持する。その後、昇温速度10℃/分で室温(25℃)まで冷却する。
Specifically, the 350° C. firing is carried out as follows.
In a nitrogen environment, the silica particles to be measured are heated to 350° C. at a heating rate of 10° C./min and held at 350° C. for 3 hours, and then cooled to room temperature (25° C.) at a heating rate of 10° C./min.
細孔体積は、次の通り測定する。
まず、測定対象のシリカ粒子を、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又は重量法で求める。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、BJH法の計算式により、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。
そして、得られた細孔径分布曲線から、縦軸が体積、横軸が細孔直径で表される積算細孔容積分布を求める。得られた積算細孔容積分布から、細孔直径1nm以上50nm以下の範囲の細孔容積を積算し、それを「細孔直径1nm以上50nm以下の細孔体積」とする。
Pore volume is measured as follows.
First, the silica particles to be measured are cooled to the temperature of liquid nitrogen (-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 nitrogen gas adsorbed for each equilibrium pressure. From this adsorption isotherm, a pore size distribution curve, expressed as frequency on the vertical axis and pore diameter on the horizontal axis, is calculated using the BJH method formula.
From the obtained pore size distribution curve, an integrated pore volume distribution is calculated, where the vertical axis represents volume and the horizontal axis represents pore diameter. From the obtained integrated pore volume distribution, the pore volume in the pore diameter range of 1 nm to 50 nm is integrated, and this is defined as the "pore volume of pore diameters of 1 nm to 50 nm."
(シリカ粒子の構成)
本実施形態に係るシリカ粒子は、窒素元素含有化合物を含有する。
具体的には、本実施形態に係るシリカ粒子は、シリカ母粒子と、シリカ母粒子の少なくとも一部の表面が3官能シランカップリング剤の反応生成物で被覆され、さらに、前記反応生成物の少なくとも一部に窒素元素含有化合物が吸着した構造が挙げられる。前記構造を形成することで、上記細孔体積特性、上記Si-CP/MASNMRスペクトル特性を制御できる。また、後述する、疎水化度、及びOH基量も制御できる。
また、本実施形態に係るシリカ粒子において、前記構造の表面に、疎水化処理構造体を有していてもよい。
(Configuration of Silica Particles)
The silica particles according to this embodiment contain a nitrogen-containing compound.
Specifically, the silica particles according to this embodiment have a structure in which at least a portion of the surface of the silica base particle is coated with a reaction product of a trifunctional silane coupling agent, and a nitrogen-containing compound is adsorbed to at least a portion of the reaction product. By forming this structure, the pore volume characteristics and Si-CP/MASNMR spectrum characteristics can be controlled. Furthermore, the degree of hydrophobicity and the amount of OH groups, which will be described later, can also be controlled.
Furthermore, in the silica particles according to this embodiment, the surface of the structure may have a hydrophobic treated structure.
-シリカ母粒子-
シリカ母粒子は、その少なくとも一部表面が、3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成され、かつ3官能シランカップリング剤の反応生成物の細孔の少なくとも一部に窒素元素含有化合物が吸着した構造体が形成される対象となるシリカ粒子である。
シリカ母粒子としては、例えば、乾式シリカ粒子、湿式シリカ粒子が挙げられる。
乾式シリカ粒子としては、シラン化合物を燃焼させて得られる燃焼法シリカ(ヒュームドシリカ)、金属珪素粉を爆発的に燃焼させて得られる爆燃法シリカが挙げられる。
湿式シリカ粒子としては、珪酸ナトリウムと鉱酸との中和反応によって得られる湿式シリカ粒子(アルカリ条件で合成・凝集した沈降法シリカ、酸性条件で合成・凝集したゲル法シリカ粒子)、酸性珪酸をアルカリ性にして重合することで得られるコロイダルシリカ粒子(シリカゾル粒子)、有機シラン化合物(例えばアルコキシシラン)の加水分解によって得られるゾルゲル法シリカ粒子が挙げられる。
これらの中でも、シリカ母粒子としては、帯電分布狭化の観点から、ゾルゲル法シリカ粒子が好ましい。
-Silica mother particles-
The silica base particles are silica particles on which at least a portion of the surface is composed of a reaction product of a trifunctional silane coupling agent, and on which a structure is formed in which a nitrogen-element-containing compound is adsorbed into at least a portion of the pores of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent.
Examples of the silica base particles include dry silica particles and wet silica particles.
Examples of dry silica particles include combustion silica (fumed silica) obtained by burning a silane compound and deflagration silica obtained by explosively burning metallic silicon powder.
Examples of wet silica particles include wet silica particles obtained by a neutralization reaction between sodium silicate and a mineral acid (precipitation silica synthesized and agglomerated under alkaline conditions, and gel silica particles synthesized and agglomerated under acidic conditions), colloidal silica particles (silica sol particles) obtained by polymerizing acidic silicic acid in an alkaline state, and sol-gel silica particles obtained by hydrolysis of an organic silane compound (e.g., alkoxysilane).
Among these, sol-gel silica particles are preferred as the silica base particles from the viewpoint of narrowing the charge distribution.
-3官能シランカップリング剤の反応生成物-
3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成された吸着構造は、低密度でかつ窒素元素含有化合物と親和性が高い構造であるため、細孔の奥深くまで窒素元素含有化合物が吸着し易く、窒素元素含有化合物の吸着量(つまり含有量)が多くなる。負帯電性を有するシリカ表面に対して正帯電性を有する窒素元素含有化合物が付着することで、過剰な負帯電を打ち消す効果が発生する。また、窒素元素含有化合物はシリカ粒子の最表面ではなく、低密度構造内部に吸着しているため、正帯電性が強くなりすぎて帯電分布が広がることを防ぎ、過剰な負帯電のみを打ち消すことで、より帯電分布の狭化が向上する。
-Reaction product of trifunctional silane coupling agent-
The adsorption structure formed by the reaction product of the trifunctional silane coupling agent has a low density and a high affinity for nitrogen-containing compounds, which allows the nitrogen-containing compounds to be easily adsorbed deep into the pores, resulting in a large adsorption amount (i.e., content) of the nitrogen-containing compounds. The adhesion of the positively charged nitrogen-containing compounds to the negatively charged silica surface has the effect of counteracting excessive negative charges. Furthermore, since the nitrogen-containing compounds are adsorbed not on the outermost surface of the silica particles but within the low-density structure, they prevent the charge distribution from becoming too strong and widening, and only counteract the excessive negative charges, further improving the narrowing of the charge distribution.
3官能シランカップリング剤の反応生成物とは、例えば、下記一般式(TA)において、OR2がOH基に置換した反応生成物、OR2がOH基に置換したもの同士が重縮合した反応生成物、OR2がOH基に置換したものとシリカ粒子のSiOH基と重縮合した反応生成物が挙げられる。また、3官能シランカップリング剤の反応生成物は、これらはOR2すべて又は一部が置換した反応生成物、すべてあるいは一部が重縮合した反応生成物を含む。 Examples of the reaction product of a trifunctional silane coupling agent include a reaction product in which OR2 is substituted with an OH group in the following general formula (TA), a reaction product in which OR2 is substituted with an OH group and another reaction product in which OR2 is substituted with an OH group and an SiOH group of silica particles are polycondensed. Furthermore, the reaction product of a trifunctional silane coupling agent includes a reaction product in which all or part of OR2 is substituted, and a reaction product in which all or part of OR2 is polycondensed.
3官能シランカップリング剤は、N(窒素)を含有しない非窒素元素含有化合物である。
具体的には、3官能シランカップリング剤としては、下記一般式(TA)で表され3官能シランカップリング剤が挙げられる。
一般式(TA):R1-Si(OR2)3
The trifunctional silane coupling agent is a non-nitrogen element-containing compound that does not contain N (nitrogen).
Specifically, the trifunctional silane coupling agent may be a trifunctional silane coupling agent represented by the following general formula (TA).
General formula (TA): R 1 -Si(OR 2 ) 3
一般式(TA)中、R1は、炭素数1以上20以下の飽和若しくは不飽和の脂肪族炭化水素基又は炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基を表し、R2はハロゲン原子又はアルコキシ基を表す。複数のR2は同じ基でもよいし、異なる基でもよい。 In general formula (TA), R1 represents a saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon group having from 1 to 20 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having from 6 to 20 carbon atoms, and R2 represents a halogen atom or an alkoxy group. Multiple R2s may be the same group or different groups.
R1で表される脂肪族炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれでもよいが、直鎖状又は分岐鎖状が好ましい。脂肪族炭化水素基の炭素数は、炭素数1以上20以下が好ましく、炭素数1以上18以下がより好ましく、炭素数1以上12以下が更に好ましく、炭素数1以上10以下が更に好ましい。脂肪族炭化水素基は、飽和及び不飽和のいずれでもよいが、飽和脂肪族炭化水素基が好ましく、アルキル基がより好ましい。 The aliphatic hydrocarbon group represented by R1 may be linear, branched, or cyclic, but is preferably linear or branched. The number of carbon atoms in the aliphatic hydrocarbon group is preferably 1 to 20, more preferably 1 to 18, even more preferably 1 to 12, and still more preferably 1 to 10. The aliphatic hydrocarbon group may be saturated or unsaturated, but is preferably a saturated aliphatic hydrocarbon group, and more preferably an alkyl group.
飽和脂肪族炭化水素基としては、直鎖状アルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、イコシル基等)、分岐鎖状アルキル基(イソプロピル基、イソブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、2-エチルヘキシル基、ターシャリーブチル基、ターシャリーペンチル基、イソペンタデシル基等)、環状アルキル基(シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、トリシクロデシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等)などが挙げられる。 Examples of saturated aliphatic hydrocarbon groups include linear alkyl groups (methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, dodecyl, hexadecyl, and icosyl groups), branched alkyl groups (isopropyl, isobutyl, isopentyl, neopentyl, 2-ethylhexyl, tertiary butyl, tertiary pentyl, and isopentadecyl groups), and cyclic alkyl groups (cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, tricyclodecyl, norbornyl, and adamantyl groups).
不飽和脂肪族炭化水素基としては、アルケニル基(ビニル基(エテニル基)、1-プロペニル基、2-プロペニル基、2-ブテニル基、1-ブテニル基、1-ヘキセニル基、2-ドデセニル基、ペンテニル基等)、アルキニル基(エチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル基、1-ブチニル基、3-ヘキシニル基、2-ドデシニル基等)などが挙げられる。 Examples of unsaturated aliphatic hydrocarbon groups include alkenyl groups (vinyl groups (ethenyl groups), 1-propenyl groups, 2-propenyl groups, 2-butenyl groups, 1-butenyl groups, 1-hexenyl groups, 2-dodecenyl groups, pentenyl groups, etc.), and alkynyl groups (ethynyl groups, 1-propynyl groups, 2-propynyl groups, 1-butynyl groups, 3-hexynyl groups, 2-dodecenyl groups, etc.).
R1で表される芳香族炭化水素基は、炭素数6以上20以下が好ましく、より好ましくは炭素数6以上18以下、更に好ましくは炭素数6以上12以下、更に好ましくは炭素数6以上10以下である。 The aromatic hydrocarbon group represented by R1 preferably has 6 to 20 carbon atoms, more preferably 6 to 18 carbon atoms, even more preferably 6 to 12 carbon atoms, and still more preferably 6 to 10 carbon atoms.
芳香族炭化水素基としては、フェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基、ナフタレン基、アントラセン基等が挙げられる。 Examples of aromatic hydrocarbon groups include phenylene groups, biphenylene groups, terphenylene groups, naphthalene groups, and anthracene groups.
R2で表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子が好ましい。 Examples of the halogen atom represented by R2 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, etc. The halogen atom is preferably a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom.
R2で表されるアルコキシ基としては、炭素数1以上10以下(好ましくは1以上8以下、より好ましくは1以上4以下)のアルコキシ基が挙げられる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t-ブトキシ基、n-ブトキシ基、n-ヘキシロキシ基、2-エチルヘキシロキシ基、3,5,5-トリメチルヘキシルオキシ基等が挙げられる。アルコキシ基は、置換されたアルコキシ基も含む。アルコキシ基に置換し得る置換基としては、ハロゲン原子、水酸基、アミノ基、アルコキシ基、アミド基、カルボニル基等が挙げられる。 Examples of the alkoxy group represented by R2 include alkoxy groups having 1 to 10 carbon atoms (preferably 1 to 8, more preferably 1 to 4). Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, an isopropoxy group, a t-butoxy group, an n-butoxy group, an n-hexyloxy group, a 2-ethylhexyloxy group, and a 3,5,5-trimethylhexyloxy group. The alkoxy group also includes a substituted alkoxy group. Examples of substituents that can be substituted on the alkoxy group include a halogen atom, a hydroxyl group, an amino group, an alkoxy group, an amide group, and a carbonyl group.
一般式(TA)で表され3官能シランカップリング剤は、R1が炭素数1以上20以下の飽和脂肪族炭化水素基であり、R2がハロゲン原子又はアルコキシ基である3官能シランカップリング剤が好ましい。 The trifunctional silane coupling agent represented by general formula (TA) is preferably a trifunctional silane coupling agent in which R 1 is a saturated aliphatic hydrocarbon group having from 1 to 20 carbon atoms and R 2 is a halogen atom or an alkoxy group.
3官能シランカップリング剤としては、例えば、
ビニルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、n-オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、ドデシルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、o-メチルフェニルトリメトキシシラン、p-メチルフェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ベンジルトリエトキシシラン、デシルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン(以上、R1が、無置換の脂肪族炭化水素基又は無置換の芳香族炭化水素基である化合物);
3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシジルオキシプロピルメチルジメトキシシラン(以上、R1が、置換された脂肪族炭化水素基又は置換された芳香族炭化水素基である化合物);
などが挙げられる。
3官能シランカップリング剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
Examples of trifunctional silane coupling agents include:
vinyltrimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, propyltrimethoxysilane, butyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, n-octyltrimethoxysilane, decyltrimethoxysilane, dodecyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane, butyltriethoxysilane, hexyltriethoxysilane, decyltriethoxysilane, dodecyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, o-methylphenyltrimethoxysilane, p-methylphenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, benzyltriethoxysilane, decyltrichlorosilane, phenyltrichlorosilane (all of the above compounds in which R 1 is an unsubstituted aliphatic hydrocarbon group or an unsubstituted aromatic hydrocarbon group);
3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, γ-glycidyloxypropylmethyldimethoxysilane (all of these compounds in which R 1 is a substituted aliphatic hydrocarbon group or a substituted aromatic hydrocarbon group);
Examples include:
The trifunctional silane coupling agents may be used alone or in combination of two or more.
これらの中でも、帯電分布狭化の観点から、3官能シランカップリング剤としては、アルキルトリアルコキシシランが好ましく、一般式(TA)において、R1が炭素数1以上20以下(好ましくは炭素数1以上15以下)のアルキル基を示し、R2が炭素数1以上2以下のアルキル基を示すアルキルトリアルコキシシランがより好ましい。 Among these, from the viewpoint of narrowing the charge distribution, alkyltrialkoxysilanes are preferred as trifunctional silane coupling agents, and alkyltrialkoxysilanes in which, in general formula (TA), R 1 represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (preferably 1 to 15 carbon atoms) and R 2 represents an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms are more preferred.
3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成された構造体の付着量は、帯電分布狭化の観点から、シリカ粒子に対して5.5質量%以上30質量%以下が好ましく、7質量%以上22質量%以下がより好ましい。 From the viewpoint of narrowing the charge distribution, the amount of the structure composed of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent attached is preferably 5.5% by mass or more and 30% by mass or less, and more preferably 7% by mass or more and 22% by mass or less, relative to the silica particles.
-窒素元素含有化合物-
窒素元素含有化合物は、アンモニア、及び温度-200℃以上25℃以下で気体状態の化合物を除く窒素元素含有化合物である。
窒素元素含有化合物は、3官能シランカップリング剤の反応生成物の細孔の少なくとも一部に吸着していることが好ましい。
- Nitrogen-containing compounds -
The nitrogen-containing compound is a nitrogen-containing compound excluding ammonia and compounds that are in a gaseous state at temperatures between -200°C and 25°C.
The nitrogen-containing compound is preferably adsorbed to at least a portion of the pores of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent.
窒素元素含有化合物としては、四級アンモニウム塩、第一級アミン化合物、第二級アミン化合物、第三級アミン化合物、アミド化合物、イミン化合物、及びニトリル化合物よりなる群から選択される少なくとも1種が例示される。
ここで、第一級アミン化合物としては、フェネチルアミン、トルイジン、カテコールアミン、2,4,6-トリメチルアニリンが挙げられる。
第二級アミン化合物としては、ジベンジルアミン、2-ニトロジフェニルアミン、4-(2-オクチルアミノ)ジフェニルアミンが挙げられる。
第三級アミン化合物としては、1,8-ビス(ジメチルアミノ)ナフタレン、N,N-ジベンジル-2-アミノエタノール、N-ベンジル-N-メチルエタノールアミンが挙げられる。
アミド化合物としては、N-シクロヘキシル-p-トルエンスルホンアミド、4-アセトアミド-1-ベンジルピペリジン、N-ヒドロキシ-3-[1-(フェニルチオ)メチル-1H-1,2,3-トリアゾール-4-イル]ベンズアミドが挙げられる。
イミン化合物としては、ジフェニルメタンイミン、2,3-ビス(2,6-ジイソプロピルフェニルイミノ)ブタン、N,N‘-(エタン-1,2-ジイリデン)ビス(2,4,6-トリメチルアニリン)が挙げられる。
ニトリル化合物としては、3-インドールアセトニトリル、4-[(4-クロロ-2-ピリミジニル)アミノ]ベンゾニトリル、4-ブロモ-2,2-ジフェニルブチロニトリルが挙げられる。
Examples of the nitrogen-containing compound include at least one selected from the group consisting of quaternary ammonium salts, primary amine compounds, secondary amine compounds, tertiary amine compounds, amide compounds, imine compounds, and nitrile compounds.
Examples of the primary amine compound include phenethylamine, toluidine, catecholamine, and 2,4,6-trimethylaniline.
The secondary amine compounds include dibenzylamine, 2-nitrodiphenylamine, and 4-(2-octylamino)diphenylamine.
Examples of the tertiary amine compound include 1,8-bis(dimethylamino)naphthalene, N,N-dibenzyl-2-aminoethanol, and N-benzyl-N-methylethanolamine.
Examples of the amide compound include N-cyclohexyl-p-toluenesulfonamide, 4-acetamido-1-benzylpiperidine, and N-hydroxy-3-[1-(phenylthio)methyl-1H-1,2,3-triazol-4-yl]benzamide.
Examples of the imine compound include diphenylmethanimine, 2,3-bis(2,6-diisopropylphenylimino)butane, and N,N'-(ethane-1,2-diylidene)bis(2,4,6-trimethylaniline).
Examples of the nitrile compound include 3-indoleacetonitrile, 4-[(4-chloro-2-pyrimidinyl)amino]benzonitrile, and 4-bromo-2,2-diphenylbutyronitrile.
これらの中でも、帯電分布狭化の観点から、窒素元素含有化合物としては、四級アンモニウム塩が好ましい。
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。
Among these, from the viewpoint of narrowing the charge distribution, quaternary ammonium salts are preferred as the nitrogen element-containing compound.
The quaternary ammonium salts may be used alone or in combination of two or more.
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、帯電分布狭化の観点から、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 narrowing the charge distribution, 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 with two or more types.
一般式(AM)中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、又は置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基若しくはアリール基を表し、X-は陰イオンを表す。ただし、R1、R2、R3及びR4の少なくとも一つは置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基若しくはアリール基を表す。また、R1、R2、R3及びR4のうち、2つ以上は連結して、脂肪族環、芳香環、又はヘテロ環形成してもよい。
In general formula (AM), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom, or an alkyl group, aralkyl group or aryl group which may have a substituent, and X - represents an anion. However, at least one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represents an alkyl group, aralkyl group or aryl group which may have a substituent. Furthermore, two or more of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may be linked to form an aliphatic ring, aromatic ring or heterocycle.
R1~R4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、R1~R4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 groups represented by R 1 to R 4 are preferably alkyl groups having 1 to 15 carbon atoms, such as a methyl group, an ethyl group, a butyl group, or a tetradecyl group.
R1~R4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、R1~R4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 from 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 anthrathymethyl 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 benzyl, phenylethyl, phenylpropyl, and 4-phenylbutyl.
R1~R4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、ナフチル基等が挙げられる。
上記の中でも、R1~R4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。
The aryl group represented by R 1 to R 4 includes an aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
Examples of the aryl group having 6 to 20 carbon atoms include a phenyl group, a pyridyl group, and a naphthyl group.
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.
X-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、モリブデン酸イオン(MoO4
2-、Mo2O7
2-、Mo3O10
2-、Mo4O13
2-、Mo7O24
2-、Mo8O26
4-等)、OH-、F-、Fe(CN)6
3-、Cl-、Br-、NO2
-、NO3
-、CO3
2-、PO4
3-、SO4
2-等が挙げられる。
The anion represented by X − includes organic anions and inorganic anions.
Examples of organic anions include polyfluoroalkylsulfonate ions, polyfluoroalkylcarboxylate ions, tetraphenylborate ions, aromatic carboxylate ions, and aromatic sulfonate ions (such as 1-naphthol-4-sulfonate ions).
Examples of inorganic anions include molybdate ions (MoO 4 2− , Mo 2 O 7 2− , Mo 3 O 10 2− , Mo 4 O 13 2− , Mo 7 O 24 2− , Mo 8 O 26 4− , etc.), 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、R1、R2、R3及びR4の2つ以上が互いに連結して環を形成していてもよい。R1、R2、R3及びR4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.
一般式(AM)で表される化合物において、R1、R2、R3及びR4が、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、ニトリル基、カルボニル基、エーテル基、アミド基、シロキサン基、シリル基、シランアルコキシ基、等が挙げられる。
R1、R2、R3及びR4は、各々独立に、炭素数1以上16以下のアルキル基、炭素数7以上10以下のアラルキル基、又は炭素数6以上20以下のアリール基を表すことが好ましい。
In the compound represented by general formula (AM), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may each independently have a substituent, such as a nitrile group, a carbonyl group, an ether group, an amide group, a siloxane group, a silyl group, or a silane alkoxy group.
Preferably, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represent an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 10 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
これらの中でも、帯電分布狭化の観点から、一般式(AM)で表される化合物は、総炭素数18以上35以下が好ましく、20以上32以下がより好ましい。 Among these, from the viewpoint of narrowing the charge distribution, the compound represented by general formula (AM) preferably has a total carbon number of 18 to 35, and more preferably 20 to 32.
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 general formula (AM) are shown below, but the present embodiment is not limited thereto.
窒素元素含有化合物は、帯電分布狭化及び帯電分布維持性の観点から、モリブデン元素を含む窒素元素含有化合物が好ましく、モリブデン元素を含む四級アンモニウム塩(特に、四級アンモニウムのモリブデン元素を含む塩)、及び四級アンモニウム塩とモリブデン元素を含む金属酸化物との混合物よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
窒素元素化合物が、モリブデン元素を含むと、窒素元素の活性を高め、窒素元素含有化合物がシリカ粒子の最表面ではなく細孔内部に存在しても、窒素元素の正帯電性を適度に発現することができる。そのため、帯電したとき帯電分布が狭く、帯電分布の維持性も高くなり易い。
特に、四級アンモニウムのモリブデン元素を含む塩は、陰イオンであるモリブデン元素を含むアニオンが、陽イオンである四級アンモニウムカチオンとの結合が強いため、帯電分布維持性が高まる。
From the viewpoint of narrowing the charge distribution and maintaining the charge distribution, the nitrogen-containing compound is preferably a nitrogen-containing compound containing molybdenum, and is preferably at least one selected from the group consisting of a quaternary ammonium salt containing molybdenum (particularly, a quaternary ammonium salt containing molybdenum), and a mixture of a quaternary ammonium salt and a metal oxide containing molybdenum.
When the nitrogen compound contains molybdenum, the activity of the nitrogen element is enhanced, and even if the nitrogen-containing compound is present inside the pores of the silica particles rather than on the outermost surface, the positive chargeability of the nitrogen element can be adequately exhibited, resulting in a narrow charge distribution when charged, and the charge distribution is likely to be well maintained.
In particular, in the case of a quaternary ammonium salt containing molybdenum, the anion containing molybdenum, which is an anion, is strongly bonded to the quaternary ammonium cation, which is a cation, and therefore the charge distribution is highly maintainable.
モリブデン元素を含む四級アンモニウム塩としては、[N+(CH)3(C14C29)2]4 Mo8O28
4-、[N+(C4H9)2(C6H6)2]2Mo2O7
2-、[N+(CH3)2(CH2C6H6)(CH2)17CH3]2MoO4
2-、[N+(CH3)2(CH2C6H6)(CH2)15CH3]2MoO4
2-等が挙げられる。
モリブデン元素を含む金属酸化物としては、モリブデン酸化物(三酸化モリブデン、二酸化モリブデン、Mo9O26)、モリブデン酸アルカリ金属塩(モリブデン酸リチウム、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸カリウム等)、モリブデンアルカリ土類金属塩(モリブデン酸マグネシウム、モリブデン酸カルシウム等)、その他複合酸化物(Bi2O3・2MoO3、γ-Ce2Mo3O13等)が挙げられる。
Examples of quaternary ammonium salts containing molybdenum include [N + (CH) 3 (C 14 C 29 ) 2 ] 4 Mo 8 O 28 4− , [N + (C 4 H 9 ) 2 (C 6 H 6 ) 2 ] 2 Mo 2 O 7 2− , [N + (CH 3 ) 2 (CH 2 C 6 H 6 ) (CH 2 ) 17 CH 3 ] 2 MoO 4 2− , and [N + (CH 3 ) 2 (CH 2 C 6 H 6 ) (CH 2 ) 15 CH 3 ] 2 MoO 4 2− .
Examples of metal oxides containing molybdenum include molybdenum oxides (molybdenum trioxide, molybdenum dioxide, Mo9O26 ), alkali metal molybdates (lithium molybdate, sodium molybdate, potassium molybdate , etc.), alkaline earth metal molybdates (magnesium molybdate, calcium molybdate, etc.), and other composite oxides ( Bi2O3.2MoO3 , γ - Ce2Mo3O13 , etc. ).
-窒素元素含有化合物の検出及び含有量-
本実施形態に係るシリカ粒子は、300℃以上600℃以下の範囲の温度帯で加熱した際に、窒素元素含有化合物が検出される。具体的には、例えば、次の通りである。
窒素元素含有化合物の検出には、例えば、キャリア―ガスとしてHeを用いた加熱炉式の落下型熱分解ガスクロマトグラフ質量分析計を利用する。窒素元素含有化合物は、不活性ガス下での300℃以上600℃以下の熱分解温度条件で検出することができる。具体的には0.1mg以上10mg以下のシリカ粒子を熱分解ガスクロマトグラフ質量分析計に導入し、検出されるピークのMSスペクトルから窒素元素含有化合物の含有有無を確認することができる。窒素元素含有化合物を含有するシリカ粒子から熱分解で生成する成分としては、例えば、下記一般式(N)で示される1級以上3級以下のアミン又は芳香族窒素化合物が挙げられる。
下記一般式(N)において、RN1~RN3は、それぞれ独立に、それぞれ独立に、水素原子、又は置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基若しくはアリール基を表し、RN1~RN3は、一般式(AM)のR1、R2、及びR3と同義である。
例えば、窒素元素含有化合物が四級アンモニウム塩である場合、600℃の熱分解により側鎖の一部が脱離し、3級アミンとして検出される。
- Detection and content of nitrogen-containing compounds -
When the silica particles according to this embodiment are heated in a temperature range of 300° C. to 600° C., a nitrogen-containing compound is detected. Specific examples of the detection are as follows.
Nitrogen-containing compounds can be detected, for example, using a heating furnace-type drop-type pyrolysis gas chromatograph mass spectrometer using He as a carrier gas. Nitrogen-containing compounds can be detected under pyrolysis temperature conditions of 300°C to 600°C under inert gas. Specifically, 0.1 mg to 10 mg of silica particles are introduced into the pyrolysis gas chromatograph mass spectrometer, and the presence or absence of nitrogen-containing compounds can be confirmed from the MS spectrum of the detected peak. Examples of components generated by pyrolysis from silica particles containing nitrogen-containing compounds include primary to tertiary amines or aromatic nitrogen compounds represented by the following general formula (N):
In the following general formula (N), R N1 to R N3 each independently represent a hydrogen atom, or an alkyl group, an aralkyl group, or an aryl group which may have a substituent, and R N1 to R N3 have the same meanings as R 1 , R 2 , and R 3 in general formula (AM).
For example, when the nitrogen-containing compound is a quaternary ammonium salt, part of the side chain is eliminated by thermal decomposition at 600° C., and detected as a tertiary amine.
窒素元素含有化合物の含有量は、帯電分布狭化の観点から、シリカ粒子に対して、N原子換算で0.008質量%以上0.45質量%以下が好ましく、0.015質量%以上0.20質量%以下がより好ましく、0.018質量%以上0.10質量%以下がさらに好ましい。 From the viewpoint of narrowing the charge distribution, the content of the nitrogen-containing compound, calculated as N atoms, relative to the silica particles is preferably 0.008% by mass or more and 0.45% by mass or less, more preferably 0.015% by mass or more and 0.20% by mass or less, and even more preferably 0.018% by mass or more and 0.10% by mass or less.
N原子換算の窒素元素含有化合物の含有量は、次の通り測定する。
酸素・窒素分析装置(例えば堀場製作所社製のEMGA-920)を用いて、積算時間45秒で測定し、窒素元素の存在量をNの割合(N/Si)を得る。なお、試料前処理として、真空乾燥機で100℃24時間以上乾燥することで、アンモニア等不純物をシリカ粒子から除去しておく。
The content of the nitrogen element-containing compound in terms of N atoms is measured as follows.
Using an oxygen/nitrogen analyzer (for example, EMGA-920 manufactured by Horiba, Ltd.), measurements are taken over an accumulation time of 45 seconds to obtain the amount of nitrogen present as the ratio of N (N/Si). As a sample pretreatment, impurities such as ammonia are removed from the silica particles by drying them in a vacuum dryer at 100°C for 24 hours or more.
ここで、窒素元素含有化合物として、モリブデン元素を含む窒素元素含有化合物を適用する場合、帯電分布狭化観点から、蛍光X線分析により測定される、モリブデン元素のNet強度とシリコン元素のNet強度との比率(Mo/Si)は、0.035以上0.35以下が好ましく、0.07以上0.32以下が好ましく、0.10以上0.30以下がより好ましい。 Here, when a nitrogen-containing compound containing molybdenum is used as the nitrogen-containing compound, from the viewpoint of narrowing the charge distribution, the ratio of the net intensity of molybdenum to the net intensity of silicon (Mo/Si), measured by X-ray fluorescence analysis, is preferably 0.035 or more and 0.35 or less, more preferably 0.07 or more and 0.32 or less, and more preferably 0.10 or more and 0.30 or less.
帯電分布狭化の観点から、モリブデン元素のNet強度は、5kcps以上75kcps以下、7kcps以上50kcps以下、8kcps以上55kcps以下、又は10kcps以上40kcps以下が好ましい。 From the perspective of narrowing the charge distribution, the net strength of the molybdenum element is preferably 5 kcps or more and 75 kcps or less, 7 kcps or more and 50 kcps or less, 8 kcps or more and 55 kcps or less, or 10 kcps or more and 40 kcps or less.
モリブデン元素及びシリコン元素のNet強度は、次の通り測定する。 The net strength of molybdenum and silicon elements is measured as follows:
シリカ粒子約0.5gを、圧縮成形機を用いて荷重6t且つ60秒の加圧で圧縮し、直径50mm且つ厚さ2mmのディスクを作製する。このディスクを試料にして、走査型蛍光X線分析装置(XRF-1500、(株)島津製作所製)を用いて、下記の条件で定性定量元素分析を行い、モリブデン元素及びシリコン元素それぞれのNet強度(単位:kilo counts per second,kcps)を求める。
・管電圧:40kV
・管電流:90mA
・測定面積(分析径):直径10mmφ
・測定時間:30分
・対陰極:ロジウム
Approximately 0.5 g of silica particles are compressed using a compression molding machine under a load of 6 t for 60 seconds to produce a disk with a diameter of 50 mm and a thickness of 2 mm. This disk is used as a sample for qualitative and quantitative elemental analysis using a scanning X-ray fluorescence analyzer (XRF-1500, manufactured by Shimadzu Corporation) under the following conditions to determine the net intensities (unit: kilocounts per second, kcps) of the molybdenum element and the silicon element.
Tube voltage: 40 kV
・Tube current: 90mA
・Measurement area (analysis diameter): diameter 10mmφ
Measurement time: 30 minutes Anticathode: Rhodium
(疎水化処理構造体)
疎水化処理構造体は、疎水化処理剤が反応した構造体である。
疎水化処理剤としては、例えば、有機ケイ素化合物が適用される。
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アルコキシシラン化合物又はハロシラン化合物;
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アルコキシシラン化合物;
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アルコキシシラン化合物;
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アルコキシシラン化合物;
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アルコキシシラン化合物;
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アルコキシシラン化合物;
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;
などが挙げられる。
(Hydrophobic Treated Structure)
The hydrophobic treated structure is a structure that has been reacted with a hydrophobic treatment agent.
As the hydrophobic treatment agent, for example, an organosilicon compound is applied.
Examples of organosilicon compounds include:
Alkoxysilane compounds or halosilane compounds having a lower alkyl group, such as methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, trimethylchlorosilane, and trimethylmethoxysilane;
Alkoxysilane compounds having a vinyl group, such as vinyltrimethoxysilane and vinyltriethoxysilane;
alkoxysilane compounds having an epoxy group, such as 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, and 3-glycidoxypropyltriethoxysilane;
alkoxysilane compounds having a styryl group, such as p-styryltrimethoxysilane and p-styryltriethoxysilane;
Alkoxysilane 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;
Alkoxysilane compounds having an isocyanate alkyl group, such as 3-isocyanatepropyltrimethoxysilane and 3-isocyanatepropyltriethoxysilane;
silazane compounds such as hexamethyldisilazane and tetramethyldisilazane;
Examples include:
(シリカ粒子の特性)
-疎水化度-
本実施形態に係るシリカ粒子の疎水化度は、帯電分布狭化の観点から、10%以上60%以下が好ましく、20%以上55%以下がより好ましく、28%以上53%以下がさらに好ましい。
シリカ粒子の疎水化度が10%以下であると、3官能シランカップリング剤の反応生成で構造体の被覆量が低く、窒素元素含有化合物の含有量が低減する、そのため、帯電分布が広がり易くなる。
一方、シリカ粒子の疎水化度が60%を超えると、3官能シランカップリング剤の反応生成で構造体の密度が高くなり、細孔も少なく、窒素元素含有化合物の含有量が低減する。そのため、帯電分布が広がり易くなる。
(Characteristics of Silica Particles)
- Hydrophobicity -
From the viewpoint of narrowing the charge distribution, the hydrophobicity of the silica particles according to this embodiment is preferably 10% or more and 60% or less, more preferably 20% or more and 55% or less, and even more preferably 28% or more and 53% or less.
If the hydrophobicity of the silica particles is 10% or less, the amount of coating on the structure due to the reaction product of the trifunctional silane coupling agent is low, and the content of the nitrogen element-containing compound is reduced, which makes it easier for the charge distribution to widen.
On the other hand, when the hydrophobicity of the silica particles exceeds 60%, the density of the structure increases due to the reaction product of the trifunctional silane coupling agent, the number of pores decreases, and the content of the nitrogen-containing compound decreases, which makes the charge distribution more likely to spread.
シリカ粒子の疎水化度は、次の通り測定する。
イオン交換水50mlに、試料となるシリカ粒子を0.2質量%入れ、マグネティックスターラーで攪拌しながらビュレットからメタノールを滴下し、試料全量が沈んだ終点におけるメタノール-水混合溶液中のメタノール質量分率を、疎水化度として求める。
The hydrophobicity of silica particles is measured as follows.
0.2% by mass of sample silica particles is placed in 50 ml of ion-exchanged water, and methanol is added dropwise from a burette while stirring with a magnetic stirrer. The mass fraction of methanol in the methanol-water mixed solution at the end point when the entire sample has sunk is determined as the degree of hydrophobicity.
-個数平均粒径及び個数粒度分布指標-
本実施形態に係るシリカ粒子の個数平均粒径は、10nm以上200nm以下が好ましく、10nm以上80nm以下がより好ましく、10nm以上60nm以下がより好ましい。
シリカ粒子の個数平均粒径が上記範囲であると、比表面積が大きく、過剰な帯電が生じやすいが、本実施形態に係るシリカ粒子は、個数平均粒径が上記範囲でも、帯電分布の狭化が実現される。
- Number average particle size and number particle size distribution index -
The number average particle size of the silica particles according to this embodiment is preferably 10 nm or more and 200 nm or less, more preferably 10 nm or more and 80 nm or less, and even more preferably 10 nm or more and 60 nm or less.
When the number-average particle diameter of the silica particles is within the above range, the specific surface area is large and excessive charging is likely to occur. However, the silica particles according to the present embodiment achieve a narrow charge distribution even when the number-average particle diameter is within the above range.
本実施形態に係るシリカ粒子の個数粒度分布指標は、1.1以上2.0以下が好ましく、1.15以上1.6以下がより好ましい。
本実施形態に係るシリカ粒子の個数粒度分布指標が上記範囲であると、帯電量が大きくなる傾向がある粗紛及び帯電量が小さくなる傾向がある微粉が少なく、帯電分布の狭化が実現され易くなる。
The number particle size distribution index of the silica particles according to this embodiment is preferably 1.1 or more and 2.0 or less, and more preferably 1.15 or more and 1.6 or less.
When the number particle size distribution index of the silica particles according to this embodiment is within the above range, there is little coarse powder, which tends to have a large charge amount, and little fine powder, which tends to have a small charge amount, and therefore it is easy to achieve a narrow charge distribution.
ここで、シリカ粒子の個数平均粒径及び個数粒度分布指標は、次の通り測定する。
走査型電子顕微鏡(SEM)によりシリカ粒子を40,000倍で観察し、観察したシリカ粒子の画像を画像処理解析ソフトWinRoof(三谷商事(株)製)で解析し、少なくとも200個の粒子の円相当径を求める。そして、個々の粒子の個数について小径側から累積分布を描き、小径側から累積50%となる粒径、個数平均粒子径を求める。
また、小径側から、累積84%となる粒径D84を、累積16%となる粒子径D16で除した値の平方根を「個数粒度分布指標」(GSD)と定義する。すなわち、個数粒径分布指標(GSD)=(D84/D16)0.5である。
Here, the number average particle size and number particle size distribution index of the silica particles are measured as follows.
Silica particles are observed at 40,000x magnification using a scanning electron microscope (SEM), and the images of the observed silica particles are analyzed using image processing and analysis software WinRoof (manufactured by Mitani Shoji Co., Ltd.) to determine the circle-equivalent diameters of at least 200 particles. A cumulative distribution of the number of individual particles is then drawn, starting from the smallest diameter side, to determine the particle size at 50% of the cumulative diameter from the smallest diameter side, that is, the number-average particle size.
The square root of the particle diameter D84 at 84% cumulative size from the smallest diameter side divided by the particle diameter D16 at 16% cumulative size is defined as the "number particle size distribution index" (GSD). That is, the number particle size distribution index (GSD) = (D84/D16) 0.5 .
-円形度-
本実施形態に係るシリカ粒子の平均円形度は、0.60以上0.96以下が好ましく、0.70以上0.92以下がより好ましく、0.75以上0.90以下がさらに好ましい。
シリカ粒子の平均円形度が上記範囲であると、比表面積が大きく、過剰な帯電が生じやすいが、本実施形態に係るシリカ粒子は、平均円形度が上記範囲でも、帯電分布の狭化が実現される。
- Circularity -
The average circularity of the silica particles according to this embodiment is preferably 0.60 or more and 0.96 or less, more preferably 0.70 or more and 0.92 or less, and even more preferably 0.75 or more and 0.90 or less.
When the average circularity of silica particles is within the above range, the specific surface area is large and excessive charging is likely to occur. However, the silica particles according to this embodiment achieve a narrow charge distribution even when the average circularity is within the above range.
ここで、シリカ粒子の円形度は、次の通り測定する。
走査型電子顕微鏡(SEM)によりシリカ粒子を40,000倍で観察し、観察したシリカ粒子の画像を、画像処理解析ソフトWinRoof(三谷商事(株)製)を用いて解析し、少なくとも200個の粒子の円形度を求め、算術平均して平均円形度を算出する。
なお、円形度は、以下の式により算出する。
円形度=円相当径周囲長/周囲長=[2×(Aπ)1/2]/PM
上式において、Aは投影面積を表し、PMは周囲長を表す。
Here, the circularity of the silica particles is measured as follows.
Silica particles are observed at 40,000x magnification using a scanning electron microscope (SEM), and the images of the observed silica particles are analyzed using image processing analysis software WinRoof (manufactured by Mitani Shoji Co., Ltd.) to determine the circularity of at least 200 particles, and the average circularity is calculated by arithmetic averaging.
The circularity is calculated by the following formula.
Circularity = equivalent circle diameter/perimeter = [2 × (Aπ) 1/2 ]/PM
In the above formula, A represents the projected area, and PM represents the perimeter.
-体積抵抗率-
本実施形態に係るシリカ粒子の体積抵抗率(つまり、350℃焼成前の体積抵抗率)は、1.0×107Ωcm以上1.0×1011.5Ωcm以下が好ましく、1.0×108Ωcm以上1.0×1011Ωcm以下がより好ましい。
本実施形態に係るシリカ粒子の体積抵抗率が上記範囲であると、窒素元素含有化合物の含有量が多く、過剰な帯電が生じ難く、帯電分布の狭化が実現され易くなる。
-Volume resistivity-
The volume resistivity of the silica particles according to this embodiment (i.e., the volume resistivity before firing at 350° C.) is preferably 1.0×10 7 Ωcm or more and 1.0×10 11.5 Ωcm or less, and more preferably 1.0×10 8 Ωcm or more and 1.0×10 11 Ωcm or less.
When the volume resistivity of the silica particles according to this embodiment is within the above range, the content of the nitrogen element-containing compound is large, excessive charging is unlikely to occur, and narrowing of the charge distribution is easily achieved.
本実施形態に係るシリカ粒子において、350℃焼成前後におけるシリカ粒子の体積抵抗率を各々Ra及びRbとしたとき、Ra/Rbは、0.01以上0.8以下であることが好ましく、0.015以上0.6以下がより好ましい。
Ra/Rbが上記範囲であると、窒素元素含有化合物の含有量が多く、過剰な帯電が生じ難く、帯電分布の狭化が実現され易くなる。
In the silica particles according to this embodiment, when the volume resistivities of the silica particles before and after firing at 350°C are Ra and Rb, respectively, Ra/Rb is preferably 0.01 or more and 0.8 or less, and more preferably 0.015 or more and 0.6 or less.
When Ra/Rb is within the above range, the content of the nitrogen element-containing compound is large, excessive charging is unlikely to occur, and a narrow charge distribution can be easily achieved.
350℃焼成は、既述の通り実施する。
一方、体積抵抗率は、次の通り測定する。なお、測定環境は、温度20℃、湿度50%RHとする。
20cm2の電極板を配した円形の治具の表面に、測定対象となるシリカ粒子を1mm以上3mm以下程度の厚さになるように載せ、シリカ粒子層を形成する。この上に前記同様の20cm2の電極板を載せシリカ粒子層を挟み込む。シリカ粒子間の空隙をなくすため、シリカ粒子層上に載せた電極板の上に0.4MPaの圧力をかけてからシリカ粒子層の厚み(cm)を測定する。シリカ粒子層上下の両電極は、インピーダンスアナライザ(Solartron Analytical社製Iに接続されており、周波数10-3Hz以上106Hz以下を測定し、ナイキストプロット得る。これを、バルク抵抗、粒子界面抵抗及び電極接触抵抗の3種類の抵抗成分が存在すると仮定して、等価回路にフィッティングし、バルク抵抗Rを求める。
シリカ粒子の体積抵抗率(Ω・cm)の計算式は、下式に示す通りである。
・式:ρ=R/L
式中、ρはシリカ粒子の体積抵抗率(Ω・cm)、Rはバルク抵抗(Ω)、Lはシリカ粒子層の厚み(cm)をそれぞれ表す。
The 350° C. baking is carried out as described above.
On the other hand, the volume resistivity is measured as follows: The measurement environment is a temperature of 20° C. and a humidity of 50% RH.
The silica particles to be measured are placed on the surface of a circular jig equipped with a 20 cm2 electrode plate, with a thickness of approximately 1 mm to 3 mm, to form a silica particle layer. A 20 cm2 electrode plate similar to the one described above is placed on top of this, sandwiching the silica particle layer. To eliminate gaps between the silica particles, a pressure of 0.4 MPa is applied to the electrode plate placed on the silica particle layer, and the thickness (cm) of the silica particle layer is then measured. Both the top and bottom electrodes of the silica particle layer are connected to an impedance analyzer (manufactured by Solartron Analytical Inc.), and measurements are made over a frequency range of 10-3 Hz to 106 Hz, to obtain a Nyquist plot. This is fitted to an equivalent circuit, assuming the presence of three resistance components: bulk resistance, particle interface resistance, and electrode contact resistance, to determine the bulk resistance R.
The volume resistivity (Ω·cm) of silica particles is calculated using the following formula:
・Formula: ρ=R/L
In the formula, ρ represents the volume resistivity (Ω·cm) of the silica particles, R represents the bulk resistance (Ω), and L represents the thickness (cm) of the silica particle layer.
(OH基量)
本実施形態に係るシリカ粒子において、シアーズ法で測定されるOH基量は、0.2個/nm2以上5.5個/nm2以下が好ましく、帯電分布狭化の観点から、0.2個/nm2以上4個/nm2以下がより好ましく、0.2個/nm2以上3個/nm2以下がさらに好ましい。
シアーズ法で測定されるOH基量は、3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成された構造をシリカ母粒子に十分形成することで上記範囲に調整できる。
(OH group amount)
In the silica particles according to this embodiment, the amount of OH groups measured by the Sears method is preferably 0.2 to 5.5 / nm² , and from the viewpoint of narrowing the charge distribution, more preferably 0.2 to 4 / nm² , and even more preferably 0.2 to 3 / nm² .
The amount of OH groups measured by the Sears method can be adjusted to fall within the above range by sufficiently forming a structure composed of a reaction product of a trifunctional silane coupling agent on the silica base particles.
窒素元素含有化合物の吸着を阻害するOH基量を上記範囲まで低減することで、シリカ粒子の細孔(例えば、後述する吸着層の細孔)の奥深くまで、窒素元素含有化合物が入り込み易くなる。そして、窒素元素含有化合物に対する疎水性相互作用が働きシリカ粒子に対する付着力が強くなる。そのため、窒素元素含有化合物の吸着量が増す。それに加えて窒素元素含有化合物が離脱し難くなる。そのため、窒素元素含有化合物による帯電分布の狭化が向上すると共に、狭い帯電分布の維持性も向上する。 By reducing the amount of OH groups that inhibit the adsorption of nitrogen-containing compounds to the above range, the nitrogen-containing compounds can easily penetrate deep into the pores of the silica particles (for example, the pores of the adsorption layer described below). Then, hydrophobic interactions with the nitrogen-containing compounds occur, strengthening their adhesion to the silica particles. This increases the amount of nitrogen-containing compounds adsorbed. In addition, the nitrogen-containing compounds become less likely to detach. This improves the narrowing of the charge distribution by the nitrogen-containing compounds, and also improves the maintenance of that narrow charge distribution.
また、OH基量を上記範囲まで低減することで、帯電特性の環境依存性が低くなり、いずれの環境下(特に、過剰な負帯電化が生じやすい低温低湿環境下)でも、窒素元素含有化合物による帯電分布の狭化が実現し易くなる。 In addition, by reducing the amount of OH groups to the above range, the environmental dependency of the charging characteristics becomes less, making it easier to narrow the charge distribution using nitrogen-containing compounds in any environment (particularly in low-temperature, low-humidity environments where excessive negative charging is likely to occur).
OH基量は、シアーズ法で測定される。具体的には、次の通りである。
シリカ粒子1.5gを純水50gとエタノール50g混合液に加えて、超音波ホモジナイザーで2分間撹拌し、分散液を作成する。25℃の環境下で撹拌しながら、0.1mol/Lの塩酸水溶液を1.0g滴下し、試験液を得る。得られた試験液を自動滴定装置に入れ、0.01mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液による電位差滴定を実施し、滴定曲線の微分曲線を作成する。滴定曲線の微分値が1.8以上となる変曲点の内、0.01mol/L水酸化ナトリウム水溶液の滴定量が最も多くなる滴定量をEとする。
下記式を用いて、シリカ粒子の表面シラノール基密度ρ(個/nm2)を算出する。
式:ρ=((0.01×E-0.1)×NA/1000)/(M×SBET×1018)
式中、符号の詳細は次の通りである。
E:滴定曲線の微分値が1.8以上となる変曲点の内、0.01mol/L水酸化ナトリウム水溶液の滴定量が最も多くなる滴定量
NA:アボガドロ数
M:シリカ粒子量(1.5g)
SBET:シリカ粒子の比表面積(m2/g) シリカ粒子の比表面積は、BET式の窒素吸着法3点法により測定する。なお、平衡相対圧は0.3とする。
The amount of OH groups is measured by the Sears method, specifically as follows.
1.5 g of silica particles were added to a mixture of 50 g of pure water and 50 g of ethanol and stirred for 2 minutes using an ultrasonic homogenizer to create a dispersion. While stirring at 25°C, 1.0 g of 0.1 mol/L aqueous hydrochloric acid was added dropwise to obtain a test solution. The resulting test solution was placed in an automatic titrator and subjected to potentiometric titration using 0.01 mol/L aqueous sodium hydroxide solution, and a derivative curve of the titration curve was created. Among the inflection points where the derivative of the titration curve was 1.8 or greater, the titration amount at which the 0.01 mol/L aqueous sodium hydroxide solution was the largest was designated as E.
The surface silanol group density ρ (number/nm 2 ) of the silica particles is calculated using the following formula.
Formula: ρ=((0.01×E-0.1)×NA/1000)/(M×S BET ×10 18 )
In the formula, the details of the symbols are as follows:
E: the titration amount of the 0.01 mol/L sodium hydroxide aqueous solution at the inflection point where the differential value of the titration curve is 1.8 or more, where the titration amount is the largest. NA: Avogadro's number. M: amount of silica particles (1.5 g).
S BET : Specific surface area of silica particles (m 2 /g) The specific surface area of silica particles is measured by the BET nitrogen adsorption three-point method, with the equilibrium relative pressure set to 0.3.
≪シリカ粒子の製造方法≫
本実施形態に係るシリカ粒子の製造方法の一例は、
シリカ母粒子の少なくとも一部の表面に、3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成された構造体を形成する第一工程と、
3官能シランカップリング剤の反応生成物の細孔の少なくとも一部に、窒素元素含有化合物を吸着させる第二工程と、
を有する。
本実施形態に係るシリカ粒子の製造方法は、第二工程後又は第二工程中に、シリカ母粒子の少なくとも一部の表面を被覆し、3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成され、かつ前記3官能シランカップリング剤の反応生成物の細孔の少なくとも一部に窒素元素含有化合物が吸着した構造体を有するシリカ母粒子に、疎水化処理を行う第三工程をさらに有してもよい。
<Method for producing silica particles>
An example of a method for producing silica particles according to this embodiment is
a first step of forming a structure composed of a reaction product of a trifunctional silane coupling agent on at least a portion of the surface of a silica base particle;
a second step of adsorbing a nitrogen-containing compound into at least a portion of the pores of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent;
It has.
The method for producing silica particles according to this embodiment may further include a third step of hydrophobizing the silica base particles, which have at least a portion of the surface coated thereon after or during the second step, and which are composed of a reaction product of a trifunctional silane coupling agent and have a structure in which a nitrogen-containing compound is adsorbed in at least a portion of the pores of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent.
以下、本実施形態に係るシリカ粒子の製造方法の工程を詳細に説明する。 The steps of the method for producing silica particles according to this embodiment are described in detail below.
[準備工程]
まず、シリカ母粒子を準備する工程について説明する。
[Preparation process]
First, the step of preparing silica base particles will be described.
準備工程としては、例えば、
(i)アルコールを含む溶媒とシリカ母粒子とを混合してシリカ母粒子懸濁液を準備する工程
(ii)シリカ母粒子をゾルゲル法により造粒してシリカ母粒子懸濁液を得る工程
等が挙げられる。
前記(i)に用いるシリカ母粒子としては、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、85質量%以上がより好ましい。
The preparation process includes, for example,
(i) a step of preparing a silica base particle suspension by mixing an alcohol-containing solvent with silica base particles; and (ii) a step of granulating the silica base particles by a sol-gel method to obtain a silica base particle suspension.
Examples of the silica base 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, and fused silica particles.
The alcohol-containing solvent used in (i) may be a solvent containing alcohol alone, or may be a mixed solvent of alcohol and other solvents. Examples of 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, and more preferably 85% by mass or more.
工程(1-a)は、シリカ母粒子をゾルゲル法により造粒してシリカ母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、シリカ母粒子を生成させるシリカ母粒子生成工程と、
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 base particles by a sol-gel method to obtain a silica base particle suspension.
More specifically, step (1-a) may be carried out, for example, by
an alkaline catalyst solution preparation step of preparing an alkaline catalyst solution containing an alkaline catalyst in an alcohol-containing solvent;
a silica base particle producing step of producing silica base particles by supplying tetraalkoxysilane and an alkali catalyst into an alkali catalyst solution;
Preferably, the method is a sol-gel method comprising:
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 preferably involves 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、85質量%以上がより好ましい。 The alcohol-containing solvent may be a solvent containing alcohol alone, or a mixed solvent containing alcohol and another solvent. 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 alcohol content is preferably 80% by mass or more, and more preferably 85% 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。 Alkaline catalysts are catalysts that promote the reactions (hydrolysis and condensation reactions) of tetraalkoxysilanes. Examples include basic catalysts such as ammonia, urea, and monoamines, with ammonia being particularly preferred.
アルカリ触媒溶液におけるアルカリ触媒の濃度は、0.5mol/L以上1.5mol/L以下が好ましく、0.6mol/L以上1.2mol/L以下がより好ましく、0.65mol/L以上1.1mol/L以下がより好ましい。 The concentration of the alkaline catalyst in the alkaline catalyst solution is preferably 0.5 mol/L or more and 1.5 mol/L or less, more preferably 0.6 mol/L or more and 1.2 mol/L or less, and even more preferably 0.65 mol/L or more and 1.1 mol/L or less.
シリカ母粒子生成工程は、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、シリカ母粒子を生成する工程である。 The silica base particle production process involves supplying tetraalkoxysilane and an alkaline catalyst to an alkaline catalyst solution, and then reacting the tetraalkoxysilane (through hydrolysis and condensation reactions) in the alkaline catalyst solution to produce silica base particles.
シリカ母粒子生成工程では、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)、シリカ母粒子が生成する。 In the silica base particle production process, nucleus particles are produced by the reaction of tetraalkoxysilane at the initial stage of supply (nucleus particle production stage), and then these nucleus particles grow (nucleus particle growth stage) to produce silica base 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母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 standpoint of reaction rate control and uniformity of the shape of the resulting silica base particles, 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好ましい。 Examples of alkaline catalysts 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 the same type as the alkaline catalyst already contained in the alkaline catalyst solution, or a different type, but it is preferable that it be 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 alkaline catalyst into the alkaline catalyst solution may be a continuous supply method or an intermittent supply method.
シリカ母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45℃以下がより好ましい。 In the silica base 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 45°C or lower.
[第一工程]
第一工程では、3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成された構造を形成する。
具体的には、第一工程では、例えば、シリカ母粒子懸濁液に、3官能シランカップリング剤を添加し、シリカ母粒子の表面に3官能シランカップリング剤を反応させ、3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成された構造体を形成する。3官能シランカップリング剤は、3官能シランカップリング剤の官能基同士、3官能シランカップリング剤の官能基とシリカ粒子表面のOH基とが反応して、3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成された構造体を形成する。
[First step]
In the first step, a structure composed of a reaction product of a trifunctional silane coupling agent is formed.
Specifically, in the first step, for example, a trifunctional silane coupling agent is added to a silica base particle suspension, and the trifunctional silane coupling agent is reacted with the surfaces of the silica base particles to form a structure composed of a reaction product of the trifunctional silane coupling agent. The trifunctional silane coupling agent reacts with its functional groups and with OH groups on the surfaces of the silica particles to form a structure composed of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent.
3官能シランカップリング剤の反応は、3官能シランカップリング剤をシリカ母粒子懸濁液に添加後、懸濁液を撹拌しながら、加熱することで実施する。
具体的には、例えば、懸濁液を40℃以上70℃に加熱し、3官能シランカップリング剤を添加した後、撹拌する。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、60分間以上420分間以下がより好ましく、80分間以上300分間以下が更に好ましい。
The reaction of the trifunctional silane coupling agent is carried out by adding the trifunctional silane coupling agent to a suspension of silica base particles, and then heating the suspension while stirring.
Specifically, for example, the suspension is heated to 40° C. to 70° C., a trifunctional silane coupling agent is added, and then the suspension is stirred. The stirring time is preferably 10 minutes to 24 hours, more preferably 60 minutes to 420 minutes, and even more preferably 80 minutes to 300 minutes.
[第二工程]
第二工程では、3官能シランカップリング剤の反応生成物の細孔の少なくとも一部に、窒素元素含有化合物を吸着させる。
具体的には、第二工程では、まず、例えば、シリカ母粒子懸濁液に窒素元素含有化合物を添加し、例えば、20℃以上50℃以下の温度範囲で、撹拌する。それにより、窒素元素含有化合物が、3官能シランカップリング剤の反応生成物の細孔の少なくとも一部に吸着する。
[Second process]
In the second step, a nitrogen-containing compound is adsorbed into at least some of the pores of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent.
Specifically, in the second step, first, for example, a nitrogen-containing compound is added to a silica base particle suspension, and the mixture is stirred at a temperature ranging from 20° C. to 50° C. As a result, the nitrogen-containing compound is adsorbed into at least some of the pores of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent.
第二工程では、例えば、窒素元素含有化合物を含むアルコール液を、シリカ粒子懸濁液に添加してもよい。
アルコールは、シリカ母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。
In the second step, for example, an alcohol liquid containing a nitrogen-containing compound may be added to the silica particle suspension.
The alcohol may be the same type as the alcohol contained in the silica base particle suspension or may be a different type, but it is more preferable that the alcohol be the same type.
窒素元素含有化合物を含むアルコール液において、窒素元素含有化合物の濃度は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 nitrogen-containing compound, the concentration of the nitrogen-containing compound 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.
[第三工程]
第三工程では、第二工程後又は第二工程中に、3官能シランカップリング剤の反応生成物の細孔の少なくとも一部に窒素元素含有化合物が吸着された構造体を有するシリカ母粒子に、疎水化処理を行う。
具体的には、第三工程では、例えば、前記構造体が形成されたシリカ母粒子懸濁液に、窒素元素含有化合物を添加後、疎水化処理剤を添加する。
疎水化処理剤は、疎水化処理剤の官能基同士、疎水化処理剤官能基とシリカ母粒子のOH基とが反応して、疎水化処理層を形成する。
[Third step]
In the third step, after or during the second step, a hydrophobic treatment is performed on silica base particles having a structure in which a nitrogen-containing compound is adsorbed in at least some of the pores of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent.
Specifically, in the third step, for example, a nitrogen-containing compound is added to the silica base particle suspension in which the structures have been formed, and then a hydrophobic treatment agent is added.
The hydrophobic treatment agent forms a hydrophobic treatment layer by reacting with the functional groups of the hydrophobic treatment agent and with the OH groups of the silica base particles.
疎水化処理剤の反応は、3官能シランカップリング剤をシリカ母粒子懸濁液に添加後、懸濁液を撹拌しながら、加熱することで実施する。
具体的には、例えば、懸濁液を40℃以上70℃に加熱し、疎水化処理剤を添加した後、撹拌する。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。
The reaction of the hydrophobic treatment agent is carried out by adding a trifunctional silane coupling agent to a suspension of silica base particles, and then heating the suspension while stirring.
Specifically, for example, the suspension is heated to 40° C. to 70° C., the hydrophobic treatment agent is added, and then the suspension is stirred. 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.
[乾燥工程]
本実施形態に係るシリカ粒子の製造方法は、第二工程又は第三工程を実施後、懸濁液から溶媒を除去する乾燥工程を実施することがよい。なお、乾燥工程は、第二工程又は第三工程中に実施してもよい。
[Drying process]
In the method for producing silica particles according to the present embodiment, a drying step for removing the solvent from the suspension may be carried out after the second step or the third step. The drying step may be carried out during the second step or the third step.
乾燥は、例えば、熱乾燥、噴霧乾燥、超臨界乾燥が挙げられる。
噴霧乾燥は、市販のスプレイドライヤー(ディスク回転式やノズル式等がある)を用いた従来公知の方法で行うことができる。例えば、熱風気流中に0.2リットル/時間以上1リットル/時間以下の速度で噴霧液を噴霧することによって行われる。この際、熱風の温度は、入口温度で70℃以上400℃以下、出口温度で40℃以上120℃以下の範囲にあることが好ましい。ここで、入口温度が70℃未満であると、分散液中に含まれる固形分の乾燥が不充分となる。また400℃を超えると、噴霧乾燥時に粒子の形状が歪んでしまう。また、出口温度が40℃未満であると、固形分の乾燥度合いが悪くて装置内に付着してしまう。より好ましい入口温度は、100℃以上300℃以下の範囲である。
噴霧乾燥時のシリカ粒子懸濁液のシリカ粒子濃度は、固形分で10質量%以上30質量%以下の範囲が好ましい。
The drying method may be, for example, heat drying, spray drying, or supercritical drying.
Spray drying can be performed by a conventional method using a commercially available spray dryer (including disk rotation type and nozzle type). For example, spraying the spray liquid into a hot air stream at a rate of 0.2 L/h to 1 L/h is performed. In this case, the hot air temperature is preferably in the range of 70°C to 400°C at the inlet and 40°C to 120°C at the outlet. If the inlet temperature is less than 70°C, the solids contained in the dispersion are not sufficiently dried. If the temperature exceeds 400°C, the particle shape is distorted during spray drying. If the outlet temperature is less than 40°C, the solids are not dried sufficiently and adhere to the inside of the device. A more preferred inlet temperature is in the range of 100°C to 300°C.
The silica particle concentration of the silica particle suspension during spray drying is preferably in the range of 10% by mass or more and 30% by mass or less in terms of solid content.
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、シリカ粒子が得られ易くなる。 Supercritical drying uses a supercritical fluid to remove the solvent, making it difficult for surface tension to act between particles, and the primary particles contained in the suspension are dried in a state where aggregation is suppressed. This makes it easier to obtain silica particles with a highly uniform particle size.
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 standpoints 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.
超臨界乾燥は、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, supercritical drying is carried out, for example, by the following procedure.
The suspension is placed in a sealed reactor, and then liquefied carbon dioxide is introduced into the reactor. The sealed reactor is then heated and the pressure inside the sealed reactor is increased by a high-pressure pump, thereby bringing the carbon dioxide inside the sealed reactor 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, thereby causing the supercritical carbon dioxide to flow through the suspension inside the sealed reactor. While the supercritical carbon dioxide flows through the suspension, the solvent dissolves 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 sealed reactor are set to those that put carbon dioxide into a supercritical state, i.e., a temperature of 40°C to 200°C and a pressure of 10 MPa to 30 MPa, for example, since the critical point of carbon dioxide is 31.1°C/7.38 MPa.
超臨界乾燥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 during supercritical drying is preferably 80 mL/sec or more and 240 mL/sec or less.
得られたシリカ粒子に対しては、必要に応じて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好ましい。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 particles are preferably crushed or sieved as needed to remove coarse particles and agglomerates. Crushing is performed using, for example, a dry grinding device such as a jet mill, vibration mill, ball mill, or pin mill. Sieving is performed using, for example, a vibrating sieve or an air-powered sieving machine.
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 will explain the embodiments of the invention in detail, but the embodiments of the invention are in no way limited to these examples. In the following description, all percentages are by mass unless otherwise specified.
≪シリカ粒子の製造≫
[実施例1、3~36、39~44]
以下に示すようにして、各例におけるシリカ粒子を含む懸濁液を準備した。
<Production of Silica Particles>
[Examples 1, 3 to 36, 39 to 44]
A suspension containing silica particles in each example was prepared as follows.
-アルカリ触媒溶液の準備-
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に示す量及び濃度のメタノール、イオン交換水、及びアンモニア水(NH4OH)を入れ、攪拌混合して、アルカリ触媒溶液を得た。
- Preparation of alkaline catalyst solution -
Methanol, ion-exchanged water, and aqueous ammonia (NH 4 OH) in the amounts and concentrations shown in Table 1 were placed in a glass reaction vessel equipped with a metal stirring rod, a dropping nozzle, and a thermometer, and the mixture was stirred to obtain an alkaline catalyst solution.
-ゾルゲル法によるシリカ母粒子の造粒-
アルカリ触媒溶液の温度を40℃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(NH3)濃度7.9%のアンモニア水(NH4OH)124質量部とを、同時に滴下し、シリカ母粒子懸濁液を得た。
- Granulation of silica base particles by the sol-gel method -
The temperature of the alkaline catalyst solution was adjusted to 40° C., and the alkaline catalyst solution was purged with nitrogen. Next, while stirring the alkaline catalyst solution, tetramethoxysilane (TMOS) in the amounts shown in Table 1 and 124 parts by mass of aqueous ammonia (NH 4 OH) with a catalyst (NH 3 ) concentration of 7.9% were simultaneously added dropwise to obtain a silica base particle suspension.
-3官能シランカプリング剤の添加-
シリカ母粒子懸濁液を40℃に加熱して撹拌しながら、懸濁液に、表1に示す種類及び量の3官能シランカプリング剤を添加した。その後、120分撹拌を続けて、3官能シランカプリング剤を反応させた。それにより、吸着構造を形成した。
- Addition of trifunctional silane coupling agent -
The silica base particle suspension was heated to 40°C and stirred, while which trifunctional silane coupling agents of the types and amounts shown in Table 1 were added to the suspension. Stirring was then continued for 120 minutes to allow the trifunctional silane coupling agents to react, thereby forming an adsorption structure.
-窒素元素含有化合物の添加-
表1に示す種類の窒素元素含有化合物をブタノールで希釈したアルコール液を作製した。
次に、窒素元素含有化合物をブタノールで希釈したアルコール液を懸濁液に添加した。この際、アルコール液の添加は、シリカ母粒子懸濁液の固形分100質量部に対して窒素元素含有化合物の部数が表1に示す量となるように行った。次いで、30℃で100分間攪拌し、窒素元素含有化合物を含む懸濁液を得た。
- Addition of nitrogen-containing compounds -
Nitrogen-containing compounds of the types shown in Table 1 were diluted with butanol to prepare alcohol solutions.
Next, an alcohol solution prepared by diluting the nitrogen-containing compound with butanol was added to the suspension. The alcohol solution was added so that the number of parts of the nitrogen-containing compound per 100 parts by mass of the solid content of the silica base particle suspension was the amount shown in Table 1. The mixture was then stirred at 30° C. for 100 minutes to obtain a suspension containing the nitrogen-containing compound.
-乾燥-
続いて、反応槽に、懸濁液を、300質量部収容し、攪拌しながらCO2を入れ、反応槽内を表1に示す温度及び圧力まで昇温昇圧した。温度と圧力を維持した状態で攪拌しながら、CO2を流量5L/minにて流入及び流出させた。その後、120分間かけて溶媒を除去し、各例のシリカ粒子を得た。
- Drying -
Next, 300 parts by mass of the suspension was placed in a reaction vessel, and CO2 was introduced while stirring, and the temperature and pressure inside the reaction vessel were raised to the temperature and pressure shown in Table 1. While stirring was continued while maintaining the temperature and pressure, CO2 was introduced and discharged at a flow rate of 5 L/min. Thereafter, the solvent was removed over 120 minutes to obtain silica particles of each example.
[実施例2]
ミニスプレードライヤー B―290(日本ビュッヒ株式会社製)を用いて、シリンダー内を表1に示す温度及び圧力とし、シリカ粒子懸濁液0.2L/時間の送液速度で送液する条件で、スプレー乾燥を実施した以外は、実施例1と同様にして、シリカ粒子を得た。
[Example 2]
Silica particles were obtained in the same manner as in Example 1, except that spray drying was performed using a Mini Spray Dryer B-290 (manufactured by Nippon Buchi Co., Ltd.) under conditions where the temperature and pressure inside the cylinder were set as shown in Table 1 and the silica particle suspension was fed at a feed rate of 0.2 L/hour.
[実施例37]
窒素元素含有化合物の添加後、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)をシリカ母粒子固形分に対して100質量%添加し、65℃で3h撹拌して、シリカ母粒子の表面を疎水化処理した以外は、実施例1と同様にして、シリカ粒子を得た。
[Example 37]
After the addition of the nitrogen-containing compound, hexamethyldisilazane (HMDS) was added in an amount of 100 mass% based on the solid content of the silica base particles, and the mixture was stirred at 65°C for 3 hours to hydrophobize the surfaces of the silica base particles. Except for this, silica particles were obtained in the same manner as in Example 1.
[実施例38]
シリカ母粒子として、乾式法シリカAEROSIL130(日本アエロジル製)30gをメタノール300gに分散してシリカ母粒子懸濁液を得た以外は、実施例1と同様にして、シリカ粒子を得た。
[Example 38]
Silica particles were obtained in the same manner as in Example 1, except that 30 g of dry-process silica AEROSIL 130 (manufactured by Nippon Aerosil) was dispersed in 300 g of methanol to obtain a silica base particle suspension.
[比較例1、2、3]
3官能シランカップリング剤と窒素元素含有化合物の添加を、表1に示す添加量とした以外は、実施例1と同様にして、シリカ粒子を得た。
[Comparative Examples 1, 2, and 3]
Silica particles were obtained in the same manner as in Example 1, except that the amounts of the trifunctional silane coupling agent and the nitrogen-containing compound added were set as shown in Table 1.
[評価]
(各種特性)
得られたシリカ粒子の下記特性について、既述の方法に従って測定した。
・個数平均粒径(表中「粒径」と表記)
・平均円形度(表中、「円形度」と表記)
・350℃焼成前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1nm以上50nm以下の細孔体積A(表中、「350℃焼成前 細孔体積A」と表記)。
・350℃焼成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1nm以上50nm以下の細孔体積B(表中、「350℃焼成後 細孔体積B」と表記)
・350℃焼成前の体積抵抗率Ra(表中、「焼成前体積抵抗率Ra」と表記)
・350℃焼成後の体積抵抗率Rb(表中、「焼成後体積抵抗率Rb」と表記)
・シアーズ法で測定されるOH基量(表中「OH基量」と表記)
・Si-CP/MAS NMRスペクトルにおける全シグナルの積分値を100%とした時の、化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cの割合(表中、「(Si-CP/MAS 面積率C」と表記)
・Si-CP/MAS NMRスペクトルにおける化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cと、化学シフト-90ppmから-120ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Dの比率C/D(表中、「(Si-CP/MAS 比率C/D」と表記)
[evaluation]
(Various characteristics)
The following properties of the obtained silica particles were measured according to the methods described above.
- Number average particle size (referred to as "particle size" in the table)
・Average circularity (referred to as "circularity" in the table)
Pore volume A having a pore diameter of 1 nm or more and 50 nm or less obtained from the pore distribution curve of the nitrogen gas adsorption method before firing at 350 ° C. (referred to as "Pore volume A before firing at 350 ° C." in the table).
Pore volume B of pores with a diameter of 1 nm to 50 nm obtained from the pore distribution curve of the nitrogen gas adsorption method after firing at 350 ° C. (referred to as "Pore volume B after firing at 350 ° C." in the table)
Volume resistivity Ra before firing at 350 ° C. (referred to as "volume resistivity Ra before firing" in the table)
Volume resistivity Rb after firing at 350 ° C. (referred to as "volume resistivity Rb after firing" in the table)
- Amount of OH groups measured by the Sears method (referred to as "Amount of OH groups" in the table)
The ratio of the integral value C of signals observed in the chemical shift range of -50 ppm to -75 ppm when the integral value of all signals in the Si-CP/MAS NMR spectrum is taken as 100% (referred to as "(Si-CP/MAS area ratio C)" in the table).
The ratio C/D of the integral value C of the signal observed in the chemical shift range of -50 ppm to -75 ppm in the Si-CP/MAS NMR spectrum to the integral value D of the signal observed in the chemical shift range of -90 ppm to -120 ppm (represented as "(Si-CP/MAS ratio C/D)" in the table).
(低湿度帯電量及び高湿度帯電量/静電容量の帯電依存性)
次の通り、各例のシリカ粒子の低湿度帯電量及び高湿度帯電量を測定し、静電容量の環境依存性について評価した。なお、基準のうち、許容できるのはA~Bである。
評価方法は以下である。
作製したシリカ粒子を日本触媒製MA1010表面に2質量%添加したものを5gと、JFEケミカル社製KNI106GSM50gを混合した。左記混合サンプルを、10℃10%RH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、東芝社製TB200にて電荷を測定した結果をFC、30℃90%RHチャンバー内でターブラシェーカーを用いて5分間撹拌して東芝社製TB200にて電荷を測定した結果をFAとし、それらの比FA/FCを用いて評価をした。
A(◎):FA/FCが0.8以上1.1未満
B(〇):FA/FCが0.65以上0.8未満
C(△):FA/FCが0.5以上0.65未満
D(×):FA/FCが0.5未満
(Charge Dependence of Charge Amount at Low Humidity and Charge Amount at High Humidity/Capacitance)
The low humidity and high humidity charge amounts of the silica particles in each example were measured and the environmental dependency of the capacitance was evaluated as follows. Among the criteria, A to B are acceptable.
The evaluation method is as follows.
5 g of MA1010 manufactured by Nippon Shokubai, with 2% by mass of the prepared silica particles added to the surface, was mixed with 50 g of KNI106GSM manufactured by JFE Chemical Co., Ltd. The mixed sample was stirred for 5 minutes using a turbula shaker in a chamber at 10°C and 10% RH, and the charge was measured using a TB200 manufactured by Toshiba Corporation. The result was designated as FC, and the result was also measured for 5 minutes using a turbula shaker in a chamber at 30°C and 90% RH, and the charge was measured using the TB200 manufactured by Toshiba Corporation. The ratio of these values, FA/FC, was used for evaluation.
A (◎): FA/FC is 0.8 or more and less than 1.1 B (◯): FA/FC is 0.65 or more and less than 0.8 C (△): FA/FC is 0.5 or more and less than 0.65 D (×): FA/FC is less than 0.5
(低温低湿環境下での帯電分布)
次の通り、各例のシリカ粒子の、低温低湿環境下(10℃10%RH)での帯電分布について評価した。
作製したシリカ粒子を日本触媒製MA1010表面に2質量%添加したものを5gと、JFEケミカル社製KNI106GSM50gを混合した。左記混合サンプルを、10℃10%RH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、CSG(チャージ・スペクトログラフ法)の画像解析により評価をした。電荷分布は、電荷分布の累積積算の20%帯電量Q(20)と80%帯電量Q(80)の差を50%帯電量Q(50)で割った値、即ち、〔Q(80)-Q(20)〕/Q(50)で定義される。評価基準は以下の通りである。
A(◎):〔Q(80)-Q(20)〕/Q(50)値が0.7未満
B(○):〔Q(80)-Q(20)〕/Q(50)値が0.8未満0.7以上
C(△):〔Q(80)-Q(20)〕/Q(50)値が1.0未満0.8以上
D(×):〔Q(80)-Q(20)〕/Q(50)値が1.0以上
(Charge distribution in a low-temperature, low-humidity environment)
The silica particles of each example were evaluated for charge distribution in a low-temperature, low-humidity environment (10° C., 10% RH) as follows.
5 g of the prepared silica particles were added to the surface of MA1010 manufactured by Nippon Shokubai at 2% by mass, and mixed with 50 g of KNI106GSM manufactured by JFE Chemical Corporation. The mixed sample was stirred for 5 minutes using a Turbula shaker in a 10°C, 10% RH chamber and evaluated by CSG (charge spectrograph) image analysis. The charge distribution is defined as the difference between the 20% charge amount Q(20) and the 80% charge amount Q(80) of the cumulative integrated charge distribution divided by the 50% charge amount Q(50), i.e., [Q(80) - Q(20)]/Q(50). The evaluation criteria are as follows:
A (◎): [Q(80) - Q(20)] / Q(50) value is less than 0.7 B (○): [Q(80) - Q(20)] / Q(50) value is less than 0.8, 0.7 or more C (△): [Q(80) - Q(20)] / Q(50) value is less than 1.0, 0.8 or more D (×): [Q(80) - Q(20)] / Q(50) value is 1.0 or more
(常温常湿環境下での狭帯電分布の維持性)
次の通り、各例のシリカ粒子の,常温常湿環境下(20℃50%RH環境下)での狭帯電分布の維持性について評価した。
作製したシリカ粒子を日本触媒製MA1010表面に2質量%添加したものを5gと、JFEケミカル社製KNI106GSM50gを混合した。左記混合サンプルを、20℃50%RHチャンバー内でターブラシェーカーを用いて100分間撹拌して、CSG(チャージ・スペクトログラフ法)の画像解析により評価をした。電荷分布は、電荷分布の累積積算の20%帯電量Q(20)と80%帯電量Q(80)の差を50%帯電量Q(50)で割った値、即ち、〔Q(80)-Q(20)〕/Q(50)で定義される。評価基準は以下の通りである。
A(◎):〔Q(80)-Q(20)〕/Q(50)値が0.75未満
B(○):〔Q(80)-Q(20)〕/Q(50)値が0.85未満0.75以上
C(△):〔Q(80)-Q(20)〕/Q(50)値が1.0未満0.85以上
D(×):〔Q(80)-Q(20)〕/Q(50)値が1.0以上
(Ability to maintain narrow charge distribution under normal temperature and humidity conditions)
The silica particles of each example were evaluated for their ability to maintain a narrow charge distribution in a normal temperature and humidity environment (20° C., 50% RH environment) as follows.
5 g of the prepared silica particles were added to the surface of MA1010 manufactured by Nippon Shokubai at 2% by mass, and mixed with 50 g of KNI106GSM manufactured by JFE Chemical Corporation. The mixed sample was stirred for 100 minutes using a Turbula shaker in a chamber at 20°C and 50% RH, and evaluated by CSG (charge spectrograph) image analysis. The charge distribution is defined as the difference between the 20% charge amount Q(20) and the 80% charge amount Q(80) of the cumulative integrated charge distribution divided by the 50% charge amount Q(50), i.e., [Q(80) - Q(20)]/Q(50). The evaluation criteria are as follows:
A (◎): [Q(80) - Q(20)] / Q(50) value is less than 0.75 B (○): [Q(80) - Q(20)] / Q(50) value is less than 0.85 and 0.75 or more C (△): [Q(80) - Q(20)] / Q(50) value is less than 1.0 and 0.85 or more D (×): [Q(80) - Q(20)] / Q(50) value is 1.0 or more
評価結果を表1に示す。
なお、表1中の略称の詳細は、次の通りである。
・MTMS:メチルトリメトキシシラン
・DTMS:n-ドデシルトリメトキシシラン
The evaluation results are shown in Table 1.
Details of the abbreviations in Table 1 are as follows:
MTMS: methyltrimethoxysilane DTMS: n-dodecyltrimethoxysilane
・TP-415:[N+(CH)3(C14C29)2]4 Mo8O28 4-(保土谷化学工業社製、N,N-Dimethyl-N-tetradecyl-1-tetradecanaminium, hexa-μ-oxotetra-μ3-oxodi -μ5-oxotetradecaoxooctamolybdate(4-) (4:1) ・TP-415: [N + (CH) 3 (C 14 C 29 ) 2 ] 4 Mo 8 O 28 4- (manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd., N,N-Dimethyl-N-tetradecyl-1-tetradecanaminium, hexa-μ-oxotetra-μ3-oxodi-μ5-oxotetradecaoxooctamolybdate (4-) (4:1)
上記結果から、実施例のシリカ粒子は、比較例のシリカ粒子に比べ、帯電したとき帯電分布が狭いことがわかる。
From the above results, it can be seen that the silica particles of the Examples have a narrower charge distribution when charged than the silica particles of the Comparative Examples.
Claims (10)
交差分極/マジック角回転(CP/MAS)法による29Si固体核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおける化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cと、化学シフト-90ppmから-120ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Dの比率C/Dが0.10以上0.75以下であり、
アンモニア/メタノール混合溶液による前記窒素元素含有化合物の抽出量Xが、0.1質量%以上であり、前記窒素元素含有化合物の抽出量Xと、水による前記窒素元素含有化合物の抽出量Yとが、式:Y/X<0.3を満たし、
350℃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1nm以上50nm以下の細孔体積を各々A及びBとしたとき、B/Aが1.2以上5以下であり、かつBが0.2cm 3 /g以上3cm 3 /g以下であるシリカ粒子。 Contains a nitrogen-containing compound,
a ratio C/D of an integral value C of a signal observed in a chemical shift range of −50 ppm to −75 ppm in a 29Si solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum by cross polarization/magic angle spinning (CP/MAS) to an integral value D of a signal observed in a chemical shift range of −90 ppm to −120 ppm is 0.10 or more and 0.75 or less;
an extractable amount X of the nitrogen-containing compound with the ammonia/methanol mixed solution is 0.1 mass% or more, and the extractable amount X of the nitrogen-containing compound and the extractable amount Y of the nitrogen-containing compound with water satisfy the formula: Y/X<0.3;
Silica particles in which, when A and B are the pore volumes of pores with diameters of 1 nm or more and 50 nm or less obtained from a pore distribution curve obtained by a nitrogen gas adsorption method before and after calcination at 350°C, respectively, B/A is 1.2 or more and 5 or less, and B is 0.2 cm 3 /g or more and 3 cm 3 /g or less .
交差分極/マジック角回転(CP/MAS)法による29Si固体核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおける化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cと、化学シフト-90ppmから-120ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Dの比率C/Dが0.10以上0.75以下であり、
アンモニア/メタノール混合溶液による前記窒素元素含有化合物の抽出量Xが、0.1質量%以上であり、前記窒素元素含有化合物の抽出量Xと、水による前記窒素元素含有化合物の抽出量Yとが、式:Y/X<0.3を満たし、
シリカ母粒子と、
前記シリカ母粒子の少なくとも一部の表面を被覆し、3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成され、かつ前記3官能シランカップリング剤の反応生成物の細孔の少なくとも一部に前記窒素元素含有化合物が吸着した構造体と、
を有するシリカ粒子。 Contains a nitrogen-containing compound,
a ratio C/D of an integral value C of a signal observed in a chemical shift range of −50 ppm to −75 ppm in a 29Si solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum by cross polarization/magic angle spinning (CP/MAS) to an integral value D of a signal observed in a chemical shift range of −90 ppm to −120 ppm is 0.10 or more and 0.75 or less;
an extractable amount X of the nitrogen-containing compound with the ammonia/methanol mixed solution is 0.1 mass% or more, and the extractable amount X of the nitrogen-containing compound and the extractable amount Y of the nitrogen-containing compound with water satisfy the formula: Y/X<0.3;
Silica base particles;
a structure that covers at least a portion of the surface of the silica base particle, is composed of a reaction product of a trifunctional silane coupling agent, and has the nitrogen-element-containing compound adsorbed in at least a portion of the pores of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent;
Silica particles having
シリカ粒子。 3. The silica particles according to claim 1, wherein the number average particle diameter is 10 nm or more and 200 nm or less.
交差分極/マジック角回転(CP/MAS)法による 29 Si固体核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおける化学シフト-50ppmから-75ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Cと、化学シフト-90ppmから-120ppmの範囲に観測されるシグナルの積分値Dの比率C/Dが0.10以上0.75以下であり、
アンモニア/メタノール混合溶液による前記窒素元素含有化合物の抽出量Xが、0.1質量%以上であり、前記窒素元素含有化合物の抽出量Xと、水による前記窒素元素含有化合物の抽出量Yとが、式:Y/X<0.3を満たすシリカ粒子の製造方法であって、
シリカ母粒子の少なくとも一部の表面に、3官能シランカップリング剤の反応生成物で構成された構造体を形成する第一工程と、
前記3官能シランカップリング剤の反応生成物の細孔の少なくとも一部に、前記窒素元素含有化合物を吸着させる第二工程と、
を有するシリカ粒子の製造方法。 Contains a nitrogen-containing compound,
a ratio C/D of an integral value C of a signal observed in a chemical shift range of −50 ppm to −75 ppm in a 29Si solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum by cross polarization/magic angle spinning (CP/MAS) to an integral value D of a signal observed in a chemical shift range of −90 ppm to −120 ppm is 0.10 or more and 0.75 or less;
a method for producing silica particles, wherein an extractable amount X of the nitrogen-containing compound with an ammonia/methanol mixed solution is 0.1 mass % or more, and the extractable amount X of the nitrogen-containing compound and an extractable amount Y of the nitrogen-containing compound with water satisfy the formula: Y/X<0.3,
a first step of forming a structure composed of a reaction product of a trifunctional silane coupling agent on at least a portion of the surface of a silica base particle;
a second step of adsorbing the nitrogen-element-containing compound into at least a portion of the pores of the reaction product of the trifunctional silane coupling agent;
A method for producing silica particles having the formula:
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/592,168 US12421396B2 (en) | 2021-03-25 | 2022-02-03 | Silica particles and method for producing the same |
| CN202210293488.6A CN115124043A (en) | 2021-03-25 | 2022-03-24 | Silica particles and method for producing same |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021052444 | 2021-03-25 | ||
| JP2021052444 | 2021-03-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022151523A JP2022151523A (en) | 2022-10-07 |
| JP7803063B2 true JP7803063B2 (en) | 2026-01-21 |
Family
ID=83464971
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021156197A Active JP7735758B2 (en) | 2021-03-25 | 2021-09-24 | Silica particles |
| JP2021156196A Active JP7803063B2 (en) | 2021-03-25 | 2021-09-24 | Silica particles and method for producing the same |
| JP2021156195A Active JP7739898B2 (en) | 2021-03-25 | 2021-09-24 | Silica particles and method for producing the same |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021156197A Active JP7735758B2 (en) | 2021-03-25 | 2021-09-24 | Silica particles |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021156195A Active JP7739898B2 (en) | 2021-03-25 | 2021-09-24 | Silica particles and method for producing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (3) | JP7735758B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2025089210A1 (en) * | 2023-10-27 | 2025-05-01 | 日産化学株式会社 | Silica particles having carboxyl group and hydrophobic group, and composition for coating enamel wire |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006096641A (en) | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Tokuyama Corp | Modified hydrophobized silica and method for producing the same |
| US20070173401A1 (en) | 2004-09-22 | 2007-07-26 | Landskron Kai M M | High organic group content-periodic mesoporous organosilicas (HO-PMO's) |
| JP2013527107A (en) | 2010-04-06 | 2013-06-27 | キャボット コーポレイション | Hydrophobic silica particles and method for producing the same |
| JP2014098846A (en) | 2012-11-15 | 2014-05-29 | Konica Minolta Inc | Toner for electrostatic latent image development |
| JP2015001721A (en) | 2013-06-18 | 2015-01-05 | 富士ゼロックス株式会社 | Toner for electrostatic charge image development, electrostatic charge image developer, toner cartridge, process cartridge, image forming apparatus, and image forming method |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07244400A (en) * | 1994-03-03 | 1995-09-19 | Hitachi Chem Co Ltd | Color toner for developing electrostatic charge image, developer and image producing method |
| JP2005022899A (en) * | 2003-06-30 | 2005-01-27 | Mitsubishi Chemicals Corp | Organic group supported silica gel |
| US8435474B2 (en) * | 2006-09-15 | 2013-05-07 | Cabot Corporation | Surface-treated metal oxide particles |
| JP5228064B2 (en) * | 2008-01-28 | 2013-07-03 | エクソンモービル・ケミカル・パテンツ・インク | Production of aromatic compounds from methane. |
| JP2011185998A (en) * | 2010-03-04 | 2011-09-22 | Morimura Chemicals Ltd | Electrostatic image-developing toner and electric charge-controlling particle for external addition |
| US20130109072A1 (en) | 2010-06-09 | 2013-05-02 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Support for protein immobilization, immobilized protein, and methods for producing the same |
| US8834822B1 (en) * | 2010-08-18 | 2014-09-16 | Georgia Tech Research Corporation | Regenerable immobilized aminosilane sorbents for carbon dioxide capture applications |
| JP6160100B2 (en) * | 2013-02-05 | 2017-07-12 | 株式会社リコー | Toner, developer and image forming apparatus |
| JP6142689B2 (en) * | 2013-06-18 | 2017-06-07 | 富士ゼロックス株式会社 | Silica composite particles and method for producing the same |
| JP2016065963A (en) * | 2014-09-24 | 2016-04-28 | 富士ゼロックス株式会社 | Toner mixture, electrostatic charge image developer, toner cartridge, developer cartridge, process cartridge, image forming apparatus, image forming method, and silica aggregate |
| JP6729020B2 (en) * | 2015-10-20 | 2020-07-22 | 株式会社リコー | Toner, toner containing unit, image forming apparatus, and image forming method |
| JP7091050B2 (en) * | 2017-10-17 | 2022-06-27 | 扶桑化学工業株式会社 | Hydrophobic silica powder and its manufacturing method, and toner resin particles |
-
2021
- 2021-09-24 JP JP2021156197A patent/JP7735758B2/en active Active
- 2021-09-24 JP JP2021156196A patent/JP7803063B2/en active Active
- 2021-09-24 JP JP2021156195A patent/JP7739898B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070173401A1 (en) | 2004-09-22 | 2007-07-26 | Landskron Kai M M | High organic group content-periodic mesoporous organosilicas (HO-PMO's) |
| JP2006096641A (en) | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Tokuyama Corp | Modified hydrophobized silica and method for producing the same |
| JP2013527107A (en) | 2010-04-06 | 2013-06-27 | キャボット コーポレイション | Hydrophobic silica particles and method for producing the same |
| JP2014098846A (en) | 2012-11-15 | 2014-05-29 | Konica Minolta Inc | Toner for electrostatic latent image development |
| JP2015001721A (en) | 2013-06-18 | 2015-01-05 | 富士ゼロックス株式会社 | Toner for electrostatic charge image development, electrostatic charge image developer, toner cartridge, process cartridge, image forming apparatus, and image forming method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022151524A (en) | 2022-10-07 |
| JP2022151522A (en) | 2022-10-07 |
| JP2022151523A (en) | 2022-10-07 |
| JP7739898B2 (en) | 2025-09-17 |
| JP7735758B2 (en) | 2025-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7786098B2 (en) | Silica particles and method for producing the same | |
| JP7613008B2 (en) | Silica particles and method for producing same | |
| US12351467B2 (en) | Silica particle and method for producing the same | |
| EP2176361B1 (en) | Surface-treated metal oxide particles | |
| JP4828032B2 (en) | Hydrophobic silica powder and method for producing the same | |
| US12077443B2 (en) | Silica particles and method for producing the same | |
| JP7261570B2 (en) | Hollow silica particles and method for producing the same | |
| JPWO2021215285A5 (en) | ||
| KR100930284B1 (en) | Particulate silica | |
| JP7803063B2 (en) | Silica particles and method for producing the same | |
| US12421396B2 (en) | Silica particles and method for producing the same | |
| JP7612998B2 (en) | Silica Composite Particles | |
| US12162769B2 (en) | Silica particles and manufacturing method thereof | |
| US12215033B2 (en) | Silica particles comprising nitrogen element-containing compound containing molybdenum element | |
| JP6805538B2 (en) | Silica particle dispersion and surface-treated silica particles | |
| JP7528588B2 (en) | Resin particles and method for producing resin particles | |
| JP2024044917A (en) | Method for producing silica particle | |
| JP2015000920A (en) | Filler for sealing material and sealing material containing the filler | |
| JP7070646B2 (en) | Silica particle dispersion and surface-treated silica particles | |
| JP6988623B2 (en) | Silica composite particles and method for producing silica composite particles | |
| TW202515820A (en) | Silicon dioxide powder, resin composition and dispersion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240826 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20250728 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250805 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20251002 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20251209 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20251222 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7803063 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |