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JP6179015B2 - Granules, method for producing the same, and property modifying material - Google Patents

Granules, method for producing the same, and property modifying material Download PDF

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JP6179015B2 JP2016134564A JP2016134564A JP6179015B2 JP 6179015 B2 JP6179015 B2 JP 6179015B2 JP 2016134564 A JP2016134564 A JP 2016134564A JP 2016134564 A JP2016134564 A JP 2016134564A JP 6179015 B2 JP6179015 B2 JP 6179015B2
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Description

本発明は、シリカ粒子材料からなる粉粒体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a granular material made of a silica particle material and a method for producing the same.

従来、熱硬化性樹脂中にシリカ粒子材料を含有させた熱硬化性樹脂組成物が知られている。熱硬化性樹脂中にシリカ粒子材料を含有させることにより樹脂組成物に対して耐熱性を向上したり、物理的強度を向上したりできる。   Conventionally, a thermosetting resin composition containing a silica particle material in a thermosetting resin is known. By including the silica particle material in the thermosetting resin, the heat resistance can be improved with respect to the resin composition, or the physical strength can be improved.

ここで、シリカ粒子材料の一種であるコロイダルシリカは、水ガラスを原料として製造する方法、金属ケイ素粉末を原料として製造する方法、気相合成法等により製造される。水ガラスを原料として製造する方法は、水ガラスを中和、イオン交換することで水ガラスを沈殿させることによって微小な粒子を生成する(例えば特許文献1参照)。   Here, colloidal silica which is a kind of silica particle material is produced by a method of producing water glass as a raw material, a method of producing metal silicon powder as a raw material, a gas phase synthesis method, or the like. A method for producing water glass as a raw material produces fine particles by precipitating the water glass by neutralizing and ion-exchanging the water glass (see, for example, Patent Document 1).

このようなシリカ粒子材料の粒径は、例えばコロイダルシリカで数nm〜数百nm程度と非常に小さく、そのようなシリカ粒子材料は熱硬化性樹脂中に混合されて透明な材料への利用や、非常に小さな隙間への充填の利用などに応用されている。   The particle size of such silica particle material is very small, for example, about several nanometers to several hundred nanometers in colloidal silica. Such silica particle material is mixed in a thermosetting resin and used for a transparent material. It has been applied to use in filling very small gaps.

シリカ粒子材料と熱硬化性樹脂との混和は硬化前の熱硬化性樹脂(以下、「熱硬化性樹脂前駆体」と称することがある)に対して行うのが常法である。そして、シリカ粒子材料としては熱硬化性樹脂との親和性向上などを目的として表面処理が為されることがある。   The mixing of the silica particle material and the thermosetting resin is usually performed on the thermosetting resin before curing (hereinafter sometimes referred to as “thermosetting resin precursor”). The silica particle material may be subjected to surface treatment for the purpose of improving the affinity with the thermosetting resin.

前述した粒径の小さなシリカ粒子材料は比表面積が非常に大きい。このため粒径の小さなシリカ粒子は凝集し易い特性を持つ。一旦凝集したシリカ粒子は再分散し難い。このため、粒径の小さなシリカ粒子は取り扱い性に劣る問題がある。   The silica particle material having a small particle diameter described above has a very large specific surface area. For this reason, silica particles with a small particle diameter have the characteristic of being easily aggregated. Once agglomerated silica particles are difficult to redisperse. For this reason, the silica particle with a small particle size has a problem inferior in handleability.

そのために粒径の小さなシリカ粒子材料と熱硬化性樹脂とを混合する際には何らかの分散媒に分散させた分散液の状態で熱硬化性樹脂前駆体に混合し、その後、分散媒を除去することが行われている。   Therefore, when mixing the silica particle material having a small particle size and the thermosetting resin, the silica particle material is mixed with the thermosetting resin precursor in a dispersion state dispersed in some dispersion medium, and then the dispersion medium is removed. Things have been done.

特開2006−45039号公報JP 2006-45039 A

前述したように粒径の小さなシリカ粒子材料は取り扱い性に劣るため取り扱い性を向上する要請がある。   As described above, since the silica particle material having a small particle size is inferior in handleability, there is a demand for improving the handleability.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、シリカ粒子材料からなり、取り扱い性に優れた粉粒体及びその製造方法、並びに特性改質材を提供することを解決すべき課題とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it the subject which should be solved to provide the granular material which consists of silica particle material, was excellent in the handleability, its manufacturing method , and a characteristic modifier .

(1)上記課題を解決する本発明の粉粒体は、メチルエチルケトンからなる分散媒の質量を基準として10%の濃度で混合し震とう機により10秒間分散した分散液の波長365nmにおける透過率(光路長1cm)が10%以下であり、
メチルエチルケトンからなる分散媒の質量を基準として10%の濃度で混合し圧力180MPaで湿式ジェットミルにて分散した分散液の波長365nmにおける透過率(光路長1cm)が10%超である、
前記一次粒子の体積平均粒子直径が1nmから100nmであるシリカ粒子材料からなる。
通常は二次粒子の状態で存在しており取り扱いに優れるが、機械的負荷の印加により容易に一次粒子にまで分散可能な高い分散性をもつ。ここで、「震とう機」はボルテックスミキサー(型番:MS1S1、IKA社製)を用いる。分散液は適正な試験管に保持した状態でボルテックスミキサーにて震とうを行うが、その時に試験管をボルテックスミキサーに押しつける力により震とうの程度が変化する。本発明の粉粒体はボルテックスミキサーにて実現できる程度の機械的負荷によっては分散性の向上が小さいため、押しつける条件が変化しても波長365nmにおける透過率が10%を超えることはない。
(2)少なくとも一部が機械的負荷により一次粒子にまで分散可能で且つ流動性を示す二次粒子であり、前記一次粒子の体積平均粒子直径が1nmから100nmであるシリカ粒子材料からなる。
(1) The granular material of the present invention that solves the above problems is a transmittance at a wavelength of 365 nm of a dispersion liquid mixed at a concentration of 10% based on the mass of a dispersion medium composed of methyl ethyl ketone and dispersed for 10 seconds by a shaker ( The optical path length 1 cm) is 10% or less,
The transmittance at a wavelength of 365 nm (optical path length 1 cm) of the dispersion liquid mixed at a concentration of 10% based on the mass of the dispersion medium composed of methyl ethyl ketone and dispersed by a wet jet mill at a pressure of 180 MPa is more than 10%.
The primary particles are made of a silica particle material having a volume average particle diameter of 1 nm to 100 nm.
Usually, it exists in a state of secondary particles and is excellent in handling, but has a high dispersibility that can be easily dispersed to primary particles by applying a mechanical load. Here, a “vortex mixer” uses a vortex mixer (model number: MS1S1, manufactured by IKA). The dispersion is shaken with a vortex mixer while being held in an appropriate test tube. At that time, the degree of shaking changes depending on the force of pressing the test tube against the vortex mixer. Since the granular material of the present invention has a small improvement in dispersibility depending on the mechanical load that can be realized by a vortex mixer, the transmittance at a wavelength of 365 nm does not exceed 10% even if the pressing condition changes.
(2) At least a part is a secondary particle that is dispersible to primary particles by a mechanical load and exhibits fluidity, and the primary particles are made of a silica particle material having a volume average particle diameter of 1 nm to 100 nm.

上述の(1)に記載の本発明の粉粒体は以下に開示の(4)及び(7)の構成要素のうちの1つ以上を組み合わせることができる。上述の(2)に記載の本発明の粉粒体は以下に開示の(3)、(4)、(6)、(7)の構成要素のうちの1つ以上を組み合わせることができる。(4)を組み合わせる場合には(5)及び(8)のうちの1つ以上を組み合わせることができる。
(3)前述した少なくとも一部が機械的負荷により一次粒子にまで分散可能かどうかの判断に代えて、MEKからなる分散媒に全体の質量を基準として10質量%分散させた分散液100mLに対して超音波を5分間照射した後、JISP3801規格の5種Cのろ紙で吸引ろ過したときに95%以上が通過する。
The granular material of the present invention described in (1) above can be combined with one or more of the constituent elements (4) and (7) disclosed below. The granular material of the present invention described in the above (2) can be combined with one or more of the components (3), (4), (6), and (7) disclosed below. When combining (4), one or more of (5) and (8) can be combined.
(3) Instead of determining whether at least a portion described above can be dispersed to primary particles by mechanical load, with respect to 100 mL of a dispersion in which 10% by mass is dispersed in a dispersion medium composed of MEK based on the total mass. After irradiating with ultrasonic waves for 5 minutes, 95% or more passes when suction filtration is performed with 5 kinds C filter paper of JISP3801 standard.

(4)表面がシランカップリング剤にて処理され且つシラノール基を表面にもつ。
(5)前記シランカップリング剤に加え、オルガノシラザンにて処理されている。
(6)前記機械的負荷は、下記(i)〜(iv)のうちの何れか1つである。(i)粉砕操作。(ii)粉粒体との混合操作。(iii)液中での超音波照射。(iv)液中での撹拌操作。
(4) The surface is treated with a silane coupling agent and has a silanol group on the surface.
(5) In addition to the silane coupling agent, it is treated with organosilazane.
(6) The mechanical load is any one of the following (i) to (iv). (i) Crushing operation. (ii) Mixing operation with powder and granule. (iii) Ultrasonic irradiation in liquid. (iv) Stirring operation in liquid.

(7)前記シリカ粒子材料は、式(1):−OSiXで表される官能基及び式(2):−OSiYで表される官能基と、両官能基が表面に結合するシリカ粒子とからなる。(上記式(1)、(2)中;Xはフェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基であり;X、Xは−OSiR3及び−OSiYよりそれぞれ独立して選択され;YはRであり;Y、YはR及び−OSiYよりそれぞれ独立して選択される。YはRであり;Y及びYは、R及び−OSiR3からそれぞれ独立して選択され;Rは炭素数1〜3のアルキル基から独立して選択される。なお、X、X、Y、Y、Y、及びYの何れかは、近接する官能基のX、X、Y、Y、Y、及びYの何れかと−O−にて結合しても良い。) (7) The silica particle material includes a functional group represented by the formula (1): -OSiX 1 X 2 X 3 and a functional group represented by the formula (2): -OSiY 1 Y 2 Y 3 and both functionalities. It consists of silica particles with groups bonded to the surface. (In the above formulas (1) and (2); X 1 is a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group; X 2 , X 3 are each independently selected from -OSiR3 and -OSiY 4 Y 5 Y 6; Y 1 is an R; Y 2, Y 3 are each selected from R and -OSiY 4 Y 5 Y 6 independently. Y 4 is R; Y 5 and Y 6 are each independently selected from R and —OSiR 3, and R is independently selected from an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, wherein X 2 , X 3 , Y 2 , Y 3 , Y 5 , and Y 6 are each represented by —O— with any one of the adjacent functional groups X 2 , X 3 , Y 2 , Y 3 , Y 5 , and Y 6 . May be combined.)

(8)前記シランカップリング剤は、3つのアルコキシ基と、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基と、を持ち、
前記シランカップリング剤と前記オルガノシラザンとのモル比は、前記シランカップリング剤:前記オルガノシラザン=1:2〜1:10である。
(8) The silane coupling agent has three alkoxy groups and a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group,
The molar ratio of the silane coupling agent to the organosilazane is the silane coupling agent: the organosilazane = 1: 2 to 1:10.

(9)上記課題を解決する本発明の粉粒体の製造方法は、上述の粉粒体を製造することができる製造方法であって、
水を含む液状媒体中でシランカップリング剤及びオルガノシラザンによって原料シリカ粒子を表面処理する表面処理工程と、
前記表面処理工程後に、前記原料シリカ粒子材料を鉱酸で沈殿させ、沈殿物を水で洗浄・乾燥して、前記シリカ粒子材料の固形物を得る固形化工程と、
を備え、
前記表面処理工程は、
前記原料シリカ粒子を前記シランカップリング剤で処理する第1の処理工程と、
前記原料シリカ粒子を前記オルガノシラザンで処理する第2の処理工程と、を持ち、
前記第2の処理工程は、前記第1の処理工程後に行い、後半では前記原料シリカの表面が乾燥している。
(9) The manufacturing method of the granular material of the present invention that solves the above problems is a manufacturing method that can manufacture the above-mentioned granular material,
A surface treatment step of surface-treating the raw silica particles with a silane coupling agent and organosilazane in a liquid medium containing water;
After the surface treatment step, the raw material silica particle material is precipitated with a mineral acid, and the precipitate is washed with water and dried to obtain a solid of the silica particle material; and
With
The surface treatment step includes
A first treatment step of treating the raw silica particles with the silane coupling agent;
A second treatment step of treating the raw silica particles with the organosilazane,
The second treatment step is performed after the first treatment step, and in the latter half, the surface of the raw silica is dry.

上述の(9)に記載の本発明の粉粒体の製造方法は下記の(10)〜(12)のうちの1つ以上の構成要素を追加することができる。
(10)前記第2の処理工程において、3つのアルコキシ基と炭素数1〜3のアルキル基とを持つ第2のシランカップリング剤で前記オルガノシラザンの一部を置き換え、
前記第2の処理工程後に、さらに前記シリカ粒子を前記オルガノシラザンで処理する第3の処理工程を持つ。
The manufacturing method of the granular material of this invention as described in said (9) can add one or more components of following (10)-(12).
(10) In the second treatment step, a part of the organosilazane is replaced with a second silane coupling agent having three alkoxy groups and an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms,
After the second treatment step, the method further comprises a third treatment step of treating the silica particles with the organosilazane.

(11)前記シランカップリング剤は、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、エポキシトリメトキシシラン、メタクリルトリメトキシシラン、アミノトリメトキシシラン、ウレイドトリメトキシシラン、メルカプトトリメトキシシラン、イソシアネートトリメトキシシラン、又はアクリルトリメトキシシランから選ばれる少なくとも一種である。 (11) The silane coupling agent is phenyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, epoxytrimethoxysilane, methacryltrimethoxysilane, aminotrimethoxysilane, ureidotrimethoxysilane, mercaptotrimethoxysilane, isocyanate trimethoxysilane, Alternatively, it is at least one selected from acrylic trimethoxysilane.

(12)前記オルガノシラザンは、テトラメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン、ペンタメチルジシラザンから選ばれる少なくとも一種である。 (12) The organosilazane is at least one selected from tetramethyldisilazane, hexamethyldisilazane, and pentamethyldisilazane.

本発明では、上記構成をもつことから取り扱い性に優れた粉粒体を提供することができる。
特に、シリカ粒子材料としては、X(フェニル基、ビニル基、エポキシ基、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基)と、R(炭素数1〜3のアルキル基)とを表面に持つ。Rすなわち炭素数1〜3のアルキル基は疎水性が高いために、互いに反発し合う。従って、本発明の熱可塑性樹脂組成物がもつシリカ粒子材料は炭素数1〜3のアルキル基同士の反発力により凝集し難く乾燥状態で流動性が高い粒子が得られるため、熱可塑性樹脂中に分散させたときに良く分散される。
In this invention, since it has the said structure, the granular material excellent in the handleability can be provided.
In particular, as the silica particle material, X 1 (phenyl group, vinyl group, epoxy group, phenyl group, vinyl group, epoxy group, methacryl group, amino group, ureido group, mercapto group, isocyanate group, or acrylic group) and R (an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms) on the surface. Since R, that is, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms has high hydrophobicity, they repel each other. Therefore, since the silica particle material of the thermoplastic resin composition of the present invention is difficult to aggregate due to the repulsive force between alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms, particles having high fluidity can be obtained in a dry state. Dispersed well when dispersed.

また、シリカ粒子材料が表面にRのみならずXをも持つ場合には、極性の大きな官能基を持つ材料に対する親和性が向上する。このようなシリカ粒子材料は、熱可塑性樹脂中などに均一分散し易くなる。 Further, when the silica particle material has not only R but also X 1 on the surface, the affinity for a material having a functional group having a large polarity is improved. Such a silica particle material is easily dispersed uniformly in a thermoplastic resin or the like.

試験例1のシリカ粒子材料のTG−DTAの測定結果を表すグラフである。6 is a graph showing a TG-DTA measurement result of the silica particle material of Test Example 1. 試験例2のシリカ粒子材料のTG−DTAの測定結果を表すグラフである。6 is a graph showing a TG-DTA measurement result of the silica particle material of Test Example 2. 試験3での実施例1〜3・比較例1及び2のMEK分散液の透過率と機械的負荷の印加量依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the applied amount dependence of the transmittance | permeability of the MEK dispersion liquid of Examples 1-3 and Comparative Examples 1 and 2 in Test 3, and a mechanical load. 試験5でのポリスチレンマイクロビーズへの実施例1・比較例1及び2の粉粒体を添加・混合した試料のFE−SEM写真である。It is a FE-SEM photograph of the sample which added and mixed the granular material of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 to the polystyrene microbeads in Test 5. 試験5でのポリスチレンマイクロビーズへの実施例1・比較例1の粉粒体を添加・混合した試料、並びにポリスチレンマイクロビーズそのものについてパウダーレオメーターにより測定した流動性を示したグラフである。It is the graph which showed the fluidity | liquidity measured with the powder rheometer about the sample which added and mixed the granular material of Example 1 and Comparative Example 1 to the polystyrene microbead in Test 5, and the polystyrene microbead itself.

本発明の粉粒体及びその製造方法について実施形態に基づき以下詳細に説明を行う。本実施形態の粉粒体は適度に凝集しているため取り扱い性に優れている。
本実施形態の粉粒体はシリカ粒子材料からなり、乾燥状態である。ここで、乾燥状態とは粒子の表面に吸着していない溶媒が存在していないこととの意味である。
The granular material of the present invention and the production method thereof will be described below in detail based on the embodiments. Since the granular material of this embodiment is moderately aggregated, it is excellent in handleability.
The granular material of the present embodiment is made of a silica particle material and is in a dry state. Here, the dry state means that there is no solvent that is not adsorbed on the surface of the particles.

・シリカ粒子材料
シリカ粒子材料は、一次粒子の体積平均粒子直径が1nmから100nmである。また、少なくとも一部が機械的負荷により一次粒子にまで分散可能な二次粒子であり、好ましくは「質量基準で50%以上が一次粒子にまで分散可能である」ことが好ましい。また、二次粒子の含有割合は全体の質量を基準として50%以上である。更に、二次粒子の状態では流動性をもつ。後述する試験例1の試料では製造直後においては二次粒子を形成するものの、僅かでも機械的負荷を印加することにより一次粒子にまで分散してしまう点が異なる。
Silica particle material The silica particle material has a volume average particle diameter of primary particles of 1 nm to 100 nm. Further, it is preferable that at least a part is secondary particles dispersible to primary particles by a mechanical load, and preferably “50% or more by mass basis can be dispersed to primary particles”. Moreover, the content rate of a secondary particle is 50% or more on the basis of the whole mass. Furthermore, it has fluidity in the state of secondary particles. The sample of Test Example 1 to be described later forms secondary particles immediately after production, but differs in that it is dispersed to primary particles by applying even a slight mechanical load.

「少なくとも一部が機械的負荷により一次粒子にまで分散可能かどうか」の判断に代えて、「MEKからなる分散媒に全体の質量を基準として10質量%分散させた分散液100mLに対して超音波を5分間照射した後、JISP3801規格の5種Cのろ紙で吸引ろ過したときに95%以上が通過するかどうか」の判断を採用することができる。
また、メチルエチルケトンからなる分散媒の質量を基準として10%の濃度で混合し震とう機により10秒間分散した分散液の波長365nmにおける透過率(光路長1cm)が10%以下であることを確認することで上述した二次粒子(流動性をもつもの)であるか否かの判断に代えることができる。
そして、メチルエチルケトンからなる分散媒の質量を基準として10%の濃度で混合し圧力180MPaで湿式ジェットミルにて分散した分散液の波長365nmにおける透過率(光路長1cm)が10%超であることを確認することで機械的負荷により一次粒子にまで分散可能であるか否かの判断に代えることができる。
Instead of the determination of “whether at least a part can be dispersed to primary particles by mechanical load” or more, “over 100 mL of a dispersion in which 10% by mass is dispersed in a dispersion medium composed of MEK based on the total mass. After irradiating a sound wave for 5 minutes, it is possible to adopt a judgment of whether or not 95% or more passes when suction filtration is performed with 5 types C filter paper of JISP3801 standard.
Further, it is confirmed that the transmittance (optical path length 1 cm) at a wavelength of 365 nm of the dispersion liquid mixed at a concentration of 10% based on the mass of the dispersion medium composed of methyl ethyl ketone and dispersed for 10 seconds by a shaker is 10% or less. Thus, the determination as to whether or not the particles are secondary particles (having fluidity) can be made.
The transmittance at a wavelength of 365 nm (optical path length 1 cm) of the dispersion liquid mixed at a concentration of 10% based on the mass of the dispersion medium composed of methyl ethyl ketone and dispersed by a wet jet mill at a pressure of 180 MPa is more than 10%. By confirming, it can be replaced with the determination of whether or not the particles can be dispersed to primary particles by a mechanical load.

ここで、上述した超音波照射は分散液100mLを(ラボランスクリュー管瓶 No.8:容量110mL)に入れ、KOWA GIKEN社製のMUC−HS−206(振動子 縦30cm×横18cm×高さ10cm)を用いて行う。本実施形態の粉粒体を構成するシリカ粒子材料であるか否かを判断するために行う超音波の照射は以下の条件で行う。超音波の照射は、縦42cm×横32cm×高さ26cmの水槽中に振動子を入れ、その上にスクリュー管をのせ、スクリュー管の底から5cmまで浸漬するように水を満たして行う。超音波は振動数が28kHzで出力が60Wである。なお、本実施形態に採用するシリカ粒子材料は分散性に優れていることを特徴として有しており、この超音波の照射条件よりも穏やかな照射条件でもろ紙を透過できるように分散される場合も本実施形態の範囲に含まれることは言うまでも無い。   Here, the ultrasonic irradiation mentioned above puts dispersion 100mL into (Laboran screw tube No.8: capacity 110mL), MUC-HS-206 made by KOWA GIKEN (vibrator length 30cm x width 18cm x height). 10 cm). Ultrasound irradiation performed to determine whether or not the silica particle material constituting the granular material of the present embodiment is performed under the following conditions. Ultrasonic irradiation is performed by placing a vibrator in a water tank 42 cm long x 32 cm wide x 26 cm high, placing a screw tube thereon, and filling it with water so that it is immersed up to 5 cm from the bottom of the screw tube. The ultrasonic wave has a frequency of 28 kHz and an output of 60 W. The silica particle material employed in the present embodiment is characterized by excellent dispersibility, and is dispersed so that it can pass through the filter paper even under irradiation conditions gentler than the irradiation conditions of this ultrasonic wave. Needless to say, it is included in the scope of the present embodiment.

シリカ粒子材料の体積平均粒径は望ましくは2nm以上であり、特に望ましくは5nm以上であり、10nm以上が更に望ましい。また、80nm以下が望ましく、50nm以下が更に望ましい。シリカ粒子材料はその表面にはシランカップリング剤により処理されていることが好ましく、更にオルガノシラザンでも処理されていることが好ましい。なお、表面処理は表面にシラノール基が残存するように行う。   The volume average particle size of the silica particle material is desirably 2 nm or more, particularly desirably 5 nm or more, and more desirably 10 nm or more. Moreover, 80 nm or less is desirable and 50 nm or less is more desirable. The surface of the silica particle material is preferably treated with a silane coupling agent, and further preferably treated with organosilazane. The surface treatment is performed so that silanol groups remain on the surface.

表面処理を行う前の原料シリカ及び生成されたシリカ粒子材料は共に真球度が高い方が、流動性が向上するため望ましい。真球度としては0.8以上にすることが望ましく、0.9以上にすることが更に望ましい。真球度の測定は、SEMで写真を撮り、その観察される粒子の面積と周囲長から、(真球度)={4π×(面積) ÷(周囲長)}で算出される値として算出する。1に近づくほど真球に近い。具体的には画像処理装置(シスメックス株式会社:FPIA−3000)を用い、無作為に抽出した100個の粒子について測定した平均値を採用する。 It is desirable that the raw silica before the surface treatment and the generated silica particle material have a higher sphericity because fluidity is improved. The sphericity is preferably 0.8 or more, and more preferably 0.9 or more. The sphericity is measured by taking a photograph with an SEM, and calculating the value as (sphericity) = {4π × (area) ÷ (perimeter) 2 } from the area and circumference of the observed particle. calculate. The closer to 1, the closer to a true sphere. Specifically, an average value measured for 100 particles randomly extracted using an image processing apparatus (Sysmex Corporation: FPIA-3000) is employed.

シリカ粒子材料はイソプロパノール、PMG、MEK、酢酸エチル、及びトルエンからなる群より選択される1種又は2種以上の分散媒に全体の質量を基準として10質量%分散させた分散液100mLに対して超音波を5分間照射した後(機械的負荷を加えることに相当)、JISP3801規格の5種Cのろ紙で吸引ろ過したときに95%以上が通過するものであることが好ましい。この試験により、分散液中での分散性が評価できる。5種Cのろ紙は微細沈殿用のろ紙であり、高度な分散が為されないと透過しない。   The silica particle material is used for 100 mL of a dispersion in which 10% by mass is dispersed in one or more dispersion media selected from the group consisting of isopropanol, PMG, MEK, ethyl acetate, and toluene based on the total mass. After irradiating with ultrasonic waves for 5 minutes (corresponding to applying a mechanical load), it is preferable that 95% or more pass through when suction filtration is performed with 5 types C filter paper of JISP3801 standard. By this test, the dispersibility in the dispersion can be evaluated. Type 5 C filter paper is a filter paper for fine precipitation, and does not pass through unless it is highly dispersed.

シリカ粒子材料に対してこのような分散性をもたせる方法としては特に限定しないが、例えば、その1、その2に後述する方法(併用しても良い)が挙げられる。
(その1)
シリカ粒子材料は、式(1):−OSiXで表される官能基と、式(2):−OSiYで表される官能基とが表面に結合した材料である。特に表面にシラノール基が残存するように行う。残存したシラノール基の量を制御することで本実施形態のシリカ粒子材料はある程度強固に結合しているが機械的負荷の印加により一次粒子にまで分散可能にできる。以下、式(1)で表される官能基を第1の官能基と呼び、式(2)で表される官能基を第2の官能基と呼ぶ。
Although it does not specifically limit as a method to give such a dispersibility with respect to a silica particle material, For example, the method (it may use together) mentioned later to the 1 and the 2 is mentioned.
(Part 1)
The silica particle material is a material in which a functional group represented by the formula (1): -OSiX 1 X 2 X 3 and a functional group represented by the formula (2): -OSiY 1 Y 2 Y 3 are bonded to the surface. It is. Particularly, silanol groups remain on the surface. By controlling the amount of remaining silanol groups, the silica particle material of the present embodiment is bonded to a certain degree of strength, but can be dispersed to primary particles by applying a mechanical load. Hereinafter, the functional group represented by the formula (1) is referred to as a first functional group, and the functional group represented by the formula (2) is referred to as a second functional group.

第1の官能基におけるXは、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基である。X、Xは、それぞれ、−OSiR又は−OSiYである。YはRである。Y、Yは、それぞれ、R又は−OSiRである。 X 1 in the first functional group is a phenyl group, vinyl group, epoxy group, methacryl group, amino group, ureido group, mercapto group, isocyanate group, or acrylic group. X 2 and X 3 are —OSiR 3 or —OSiY 4 Y 5 Y 6 , respectively. Y 4 is R. Y 5 and Y 6 are each R or —OSiR 3 .

第2の官能基におけるYはRである。Y、Yは、それぞれ、−OSiR又は−OSiYである。
第1の官能基及び第2の官能基に含まれる−OSiRが多い程、シリカ粒子材料の表面にRを多く持つ。第1の官能基及び第2の官能基に含まれるR(炭素数1〜3のアルキル基)が多い程、シリカ粒子材料は凝集し難い。
Y 1 in the second functional group is R. Y 2 and Y 3 are each —OSiR 3 or —OSiY 4 Y 5 Y 6 .
The more —OSiR 3 contained in the first functional group and the second functional group, the more R on the surface of the silica particle material. The more R (alkyl group having 1 to 3 carbon atoms) contained in the first functional group and the second functional group, the less the silica particle material is aggregated.

第1の官能基に関していえば、X、Xがそれぞれ−OSiRである場合に、Rの数が最小となる。また、X及びXがそれぞれ−OSiYであり、かつ、Y、Yがそれぞれ−OSiRである場合に、Rの数が最大となる。 Regarding the first functional group, when X 2 and X 3 are each —OSiR 3 , the number of R is minimized. Further, X 2 and X 3 is -OSiY 4 Y 5 Y 6, respectively, and, if Y 5, Y 6 is -OSiR 3 respectively, the number of R is maximized.

第2の官能基に関していえば、Y、Yがそれぞれ−OSiRである場合に、Rの数が最小となる。また、Y及びYがそれぞれ−OSiYであり、かつ、Y、Yがそれぞれ−OSiRである場合に、Rの数が最大となる。
第1の官能基に含まれるXの数、第1の官能基に含まれるRの数、第2の官能基に含まれるRの数は、RとXとの存在数比や、シリカ粒子材料の粒径や用途に応じて適宜設定すれば良い。
Regarding the second functional group, when Y 2 and Y 3 are each —OSiR 3 , the number of R is minimized. Further, Y 2 and Y 3 are each a -OSiY 4 Y 5 Y 6, and, if Y 5, Y 6 is -OSiR 3 respectively, the number of R is maximized.
The number of X 1 contained in the first functional group, the number of R contained in the first functional group, and the number of R contained in the second functional group are the abundance ratio of R and X 1 , silica What is necessary is just to set suitably according to the particle size and use of a particulate material.

なお、X、X、Y、Y、Y、及びYの何れかは、隣接する官能基のX、X、Y、Y、Y、及びYの何れかと−O−にて結合しても良い。例えば、第1の官能基のX、X、Y、及びYの何れかが、この第1の官能基に隣接する第1の官能基のX、X、Y、及びYの何れかと−O−にて結合していても良い。同様に、第2の官能基のY、Y、Y、及びYの何れかが、この第2の官能基に隣接する第2の官能基のY、Y、Y、及びYの何れかと−O−にて結合していても良い。さらには、第1の官能基のX、X、Y、及びYの何れかが、この第1の官能基に隣接する第2の官能基のY、Y、Y、及びYの何れかと−O−にて結合していても良い。 Incidentally, X 2, X 3, Y 2, Y 3, Y 5, and any of Y 6, X 2 of the adjacent functionality, X 3, Y 2, Y 3, Y 5, and any Y 6 You may combine with heel -O-. For example, any one of the first functional group X 2 , X 3 , Y 5 , and Y 6 is the first functional group adjacent to the first functional group X 2 , X 3 , Y 5 , and It may be bonded to any of Y 6 by —O—. Similarly, any of Y 2 , Y 3 , Y 5 , and Y 6 of the second functional group is replaced with Y 2 , Y 3 , Y 5 , Y 2 of the second functional group adjacent to the second functional group. And Y 6 may be bonded to each other by —O—. Furthermore, any one of the first functional groups X 2 , X 3 , Y 5 , and Y 6 is the second functional group adjacent to the first functional group, Y 2 , Y 3 , Y 5 , And Y 6 may be bonded to each other by —O—.

第1の官能基と第2の官能基との存在数比が1:12〜1:60であれば、シリカ粒子材料の表面にXとRとがバランス良く存在する。このため、第1の官能基と第2の官能基との存在数比が1:12〜1:60であるシリカ粒子材料は、樹脂に混合して用いる場合には親和性及び凝集抑制効果に特に優れる。また、Xがシリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたり0.5〜2.5個であれば、シリカ粒子材料の表面に充分な数の第1の官能基が結合し、第1の官能基及び第2の官能基に由来するRもまた充分な数存在する。従ってこの場合にも、樹脂に対する親和性及びシリカ粒子材料の凝集抑制効果が充分に発揮される。 Presence ratio of the first functional groups and second functional groups is 1: 12-1: if 60, the surface of the silica particulate material with X 1 and R are present good balance. For this reason, when the silica particle material having an abundance ratio of the first functional group to the second functional group of 1:12 to 1:60 is used by being mixed with a resin, it has an affinity and an aggregation suppressing effect. Especially excellent. Further, if X 1 is 0.5 to 2.5 per unit surface area (nm 2 ) of the silica particle material, a sufficient number of first functional groups are bonded to the surface of the silica particle material, and the first There are also a sufficient number of R derived from the functional group and the second functional group. Accordingly, also in this case, the affinity for the resin and the aggregation suppressing effect of the silica particle material are sufficiently exhibited.

何れの場合にも、シリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたりのRは、1個〜10個であるのが好ましい。この場合には、シリカ粒子材料の表面に存在するXの数とRの数とのバランスが良くなり、樹脂に対する親和性及びシリカ粒子材料の凝集抑制効果との両方がバランス良く発揮される。 In any case, R per unit surface area (nm 2 ) of the silica particle material is preferably 1 to 10. In this case, the balance between the number of X 1 present on the surface of the silica particle material and the number of R is improved, and both the affinity for the resin and the aggregation suppressing effect of the silica particle material are exhibited in a well-balanced manner.

シリカ粒子の表面に存在していたシラノール基が一部残存するように第1の官能基又は第2の官能基で置換されていることが好ましい。例えば第1の官能基と第2の官能基との和が、シリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたり2.0個未満であれば、シリカ粒子材料において、シリカ粒子の表面にシラノール基が存在しているといえる。
シリカ粒子材料は、表面にRを持つ。これは、赤外線吸収スペクトルによって確認できる。詳しくは、シリカ粒子材料の赤外線吸収スペクトルを固体拡散反射法で測定すると、2962±2cm−1にC−H伸縮振動の極大吸収がある。このため、本実施形態の粉粒体がもつシリカ粒子材料であるか否かは、赤外線吸収スペクトルによって確認できる。
It is preferable that the first functional group or the second functional group is substituted so that part of the silanol groups present on the surface of the silica particles remain. For example, if the sum of the first functional group and the second functional group is less than 2.0 per unit surface area (nm 2 ) of the silica particle material, silanol groups are present on the surface of the silica particle in the silica particle material. It can be said that it exists.
The silica particle material has R on the surface. This can be confirmed by an infrared absorption spectrum. Specifically, when the infrared absorption spectrum of the silica particle material is measured by the solid diffuse reflection method, there is a maximum absorption of C—H stretching vibration at 2962 ± 2 cm −1 . For this reason, it can be confirmed by an infrared absorption spectrum whether it is the silica particle material which the granular material of this embodiment has.

なお、本実施形態のシリカ粒子材料は、2次粒子に凝集していても、機械的負荷を加えることにより一次粒子にまで再度分散可能である。詳しくは、シリカ粒子材料をメチルエチルケトンに分散させたものに、発振周波数39kHz、出力500Wの超音波を照射することで、シリカ粒子材料を実質的に一次粒子にまで分散できる。このときの超音波照射時間は10分間以下で良い。シリカ粒子材料が一次粒子にまで分散したか否かは、粒度分布を測定することで確認できる。詳しくは、このシリカ粒子材料のメチルエチルケトン分散材料をマイクロトラック装置等の粒度分布測定装置で測定し、シリカ粒子材料の粒度分布があれば、シリカ粒子材料が一次粒子にまで分散したといえる。   In addition, even if the silica particle material of this embodiment is agglomerated to secondary particles, it can be dispersed again to primary particles by applying a mechanical load. Specifically, the silica particle material can be substantially dispersed into primary particles by irradiating an ultrasonic wave having an oscillation frequency of 39 kHz and an output of 500 W on a silica particle material dispersed in methyl ethyl ketone. The ultrasonic irradiation time at this time may be 10 minutes or less. Whether or not the silica particle material is dispersed into the primary particles can be confirmed by measuring the particle size distribution. Specifically, when the methyl ethyl ketone dispersion material of the silica particle material is measured with a particle size distribution measuring device such as a microtrack device, and the particle size distribution of the silica particle material is present, it can be said that the silica particle material is dispersed into primary particles.

このシリカ粒子材料は、凝集し難いため、水やアルコール等の液状媒体に分散されていないシリカ粒子材料として提供できる。また、シリカ粒子材料は凝集し難いために、水で容易に洗浄できる。
(その2)
その1に示すシリカ粒子材料に代えて、以下に示す表面処理を行ったシリカ粒子材料を採用することもできる。なお、以下の方法によりシリカ粒子材料(その1)を得ることもできるため、その1とその2とは排他的なものではない。
Since this silica particle material hardly aggregates, it can be provided as a silica particle material that is not dispersed in a liquid medium such as water or alcohol. In addition, since the silica particle material hardly aggregates, it can be easily washed with water.
(Part 2)
It can replace with the silica particle material shown in the 1 and can also adopt the silica particle material which performed the surface treatment shown below. In addition, since the silica particle material (the 1) can also be obtained with the following method, the 1 and the 2 are not exclusive.

シリカ粒子材料の表面処理方法は、水を含む液状媒体中で、シランカップリング剤及びオルガノシラザンによってシリカ粒子を表面処理する工程(表面処理工程)を持つ。シランカップリング剤は、3つのアルコキシ基と、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基(すなわち上記のX)とを持つ。 The surface treatment method of the silica particle material has a step (surface treatment step) of treating the silica particles with a silane coupling agent and an organosilazane in a liquid medium containing water. The silane coupling agent has three alkoxy groups and a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group (that is, X 1 described above).

シランカップリング剤で表面処理することで、シリカ粒子の表面に存在するシラノール基がシランカップリング剤に由来する官能基で置換される。表面処理を行うシランカップリング剤の量は特に限定しないが、処理前のシリカ粒子材料の表面にあるシラノール基が残存する量とすることができる。シランカップリング剤に由来する官能基は式(3);−OSiXで表される。 By performing the surface treatment with the silane coupling agent, silanol groups present on the surface of the silica particles are substituted with functional groups derived from the silane coupling agent. The amount of the silane coupling agent for performing the surface treatment is not particularly limited, but may be an amount in which silanol groups on the surface of the silica particle material before the treatment remain. The functional group derived from the silane coupling agent is represented by the formula (3); —OSiX 1 X 4 X 5 .

式(3)で表される官能基を第3の官能基と呼ぶ。第3の官能基におけるXは式(1)で表される官能基におけるXと同じである。X、Xは、それぞれ、アルキコキシ基である。オルガノシラザンで表面処理することで、第3の官能基のX、Xがオルガノシラザンに由来する−OSiY(式(2)で表される官能基、第2の官能基)で置換される。シリカ粒子の表面に存在するシラノール基(水酸基)の全てが第3の官能基で置換されていない場合には、シリカ粒子の表面に残存するシラノール基が第2の官能基で置換される。このため、表面処理されたシリカ粒子材料の表面には、式(1):−OSiXで表される官能基(すなわち第1の官能基)と、式(2):−OSiYで表される官能基と(すなわち第2の官能基)が結合する。なお、シランカップリング剤とオルガノシラザンとのモル比は、シランカップリング剤:オルガノシラザン=1:2〜1:10であるため、得られたシリカ粒子材料における第1の官能基と第2の官能基との存在数比は理論上1:12〜1:60となる。 The functional group represented by the formula (3) is referred to as a third functional group. X 1 in the third functional group is the same as X 1 in the functional group represented by the formula (1). X 4 and X 5 are each an alkoxy group. By surface-treating with organosilazane, the third functional group X 4 and X 5 are derived from organosilazane —OSiY 1 Y 2 Y 3 (the functional group represented by the formula (2), the second functional group ). When all of the silanol groups (hydroxyl groups) present on the surface of the silica particles are not substituted with the third functional group, the silanol groups remaining on the surface of the silica particles are substituted with the second functional group. Therefore, the surface of the surface-treated silica particle material has a functional group represented by the formula (1): —OSiX 1 X 2 X 3 (that is, the first functional group) and a formula (2): —OSiY. The functional group represented by 1 Y 2 Y 3 is bonded to the functional group (that is, the second functional group). In addition, since the molar ratio of the silane coupling agent and the organosilazane is silane coupling agent: organosilazane = 1: 2 to 1:10, the first functional group and the second functional group in the obtained silica particle material are used. The abundance ratio with the functional group is theoretically from 1:12 to 1:60.

表面処理工程においては、シリカ粒子をシランカップリング剤及びオルガノシラザンで同時に表面処理しても良い。又は、先ずシリカ粒子をシランカップリング剤で表面処理し、次いでオルガノシラザンで表面処理しても良い。又は、先ずシリカ粒子をオルガノシラザンで表面処理し、次いでシランカップリング剤で表面処理し、さらにその後にオルガノシラザンで表面処理しても良い。特にシランカップリング剤による処理を行った後にオルガノシラザンによる処理を行うことが望ましい。そして、オルガノシラザンによる処理の一部(特に後半)では原料シリカの表面が乾燥していることが望ましい。ここで、乾燥しているとは100℃で1時間加熱したときに質量減少が1質量%以下であることをいう。   In the surface treatment step, the silica particles may be simultaneously surface treated with a silane coupling agent and an organosilazane. Alternatively, the silica particles may first be surface treated with a silane coupling agent and then surface treated with organosilazane. Alternatively, the silica particles may be first surface treated with organosilazane, then surface treated with a silane coupling agent, and then surface treated with organosilazane. In particular, it is desirable to perform treatment with organosilazane after treatment with a silane coupling agent. In addition, it is desirable that the surface of the raw material silica be dried during part of the treatment with organosilazane (particularly in the latter half). Here, “dry” means that the mass loss is 1 mass% or less when heated at 100 ° C. for 1 hour.

何れの場合にも、シリカ粒子の表面に存在するシラノール基全てが第2の官能基で置換されないように、オルガノシラザンの量を調整すれば良い。なお、シリカ粒子の表面に存在するシラノール基は、全てが第3の官能基で置換されても良いし、一部のみが第3の官能基で置換され、他の部分が第2の官能基で置換されても良い。第3の官能基に含まれるX、Xは、全て第2の官能基で置換されるのが良い。 In any case, the amount of organosilazane may be adjusted so that all the silanol groups present on the surface of the silica particles are not substituted with the second functional group. The silanol groups present on the surface of the silica particles may all be substituted with the third functional group, or only a part may be substituted with the third functional group, and the other part may be the second functional group. May be substituted. All of X 4 and X 5 contained in the third functional group may be substituted with the second functional group.

なお、オルガノシラザンの一部を、第2のシランカップリング剤で置き換えても良い。第2のシランカップリング剤としては、3つのアルコキシ基と、1つのアルキル基とを持つものを用いることができる。この場合には、第3の官能基に含まれるX、Xが、第2のシランカップリング剤に由来する第4の官能基で置換される。第4の官能基は式(4);−OSiYで表される。Yは第2の官能基におけるYと同じRであり、X、Xはそれぞれアルコキシ基又は水酸基である。第4の官能基に含まれるX、Xは、オルガノシラザンに由来する第2の官能基で置換されるか、又は、別の第4の官能基で置換される。この場合には、シリカ粒子材料の表面に存在するRの量をさらに多くする事ができる。なお、オルガノシラザンの一部を、第2のシランカップリング剤に置き換える場合、第2のシランカップリング剤で表面処理した後に、再度オルガノシラザンで表面処理する必要がある。第4の官能基に含まれるX、Xを、最終的にはオルガノシラザンに由来する第2の官能基で置換するためである。 A part of organosilazane may be replaced with the second silane coupling agent. As the second silane coupling agent, one having three alkoxy groups and one alkyl group can be used. In this case, X 4 and X 5 contained in the third functional group are substituted with the fourth functional group derived from the second silane coupling agent. The fourth functional group has the formula (4); - represented by OSiY 1 X 6 X 7. Y 1 is the same R as Y 1 in the second functional group, X 6, X 7 is an alkoxy group or a hydroxyl group, respectively. X 6 and X 7 contained in the fourth functional group are substituted with the second functional group derived from organosilazane, or are substituted with another fourth functional group. In this case, the amount of R present on the surface of the silica particle material can be further increased. When a part of the organosilazane is replaced with the second silane coupling agent, it is necessary to surface-treat with the organosilazane again after the surface treatment with the second silane coupling agent. This is because X 6 and X 7 contained in the fourth functional group are finally substituted with the second functional group derived from organosilazane.

オルガノシラザンの一部を第2のシランカップリング剤で置き換える場合、上述した第1の官能基に含まれるX、Xは、オルガノシラザンに由来する第2の官能基で置換されるか、第2のシランカップリング剤に由来する第4の官能基で置換される。X、Xが第4の官能基で置換された場合、第4の官能基に含まれるX、Xは、第2の官能基で置換されるか、別の第4の官能基によって置換される。第4の官能基に含まれるX、Xが別の第4の官能基によって置換された場合、第4の官能基に含まれるX、Xは、第2の官能基で置換される。このため第2のシランカップリング剤は、第1のカップリング剤及びオルガノシラザンのみで表面処理する場合(オルガノシラザンを第2のシランカップリング剤で置き換えなかった場合)に設定されるオルガノシラザンの量(a)molに対して、最大限5a/3mol置き換えることができる。この場合に必要になるオルガノシラザンの量は、8a/3molである。 When a part of the organosilazane is replaced with the second silane coupling agent, X 4 and X 5 contained in the first functional group described above are substituted with the second functional group derived from the organosilazane, Substitution with a fourth functional group derived from the second silane coupling agent. When X 4 and X 5 are substituted with the fourth functional group, X 6 and X 7 contained in the fourth functional group are substituted with the second functional group or another fourth functional group. Is replaced by If X 6, X 7 contained in the fourth functional group has been replaced by another fourth functional group, X 6, X 7 contained in the fourth functional groups is substituted with the second functional group The For this reason, the second silane coupling agent is an organosilazane set when the surface treatment is performed only with the first coupling agent and the organosilazane (when the organosilazane is not replaced with the second silane coupling agent). A maximum of 5a / 3 mol can be substituted for the amount (a) mol. The amount of organosilazane required in this case is 8a / 3 mol.

シランカップリング剤及び第2のシランカップリング剤のアルコキシ基は特に限定しないが、比較的炭素数の小さなものが好ましく、炭素数1〜12であることが好ましい。アルコキシ基の加水分解性を考慮すると、アルコキシ基はメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基の何れかであることがより好ましい。   The alkoxy groups of the silane coupling agent and the second silane coupling agent are not particularly limited, but those having a relatively small carbon number are preferred, and those having 1 to 12 carbon atoms are preferred. Considering the hydrolyzability of the alkoxy group, the alkoxy group is more preferably any one of a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group.

シランカップリング剤として、具体的には、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、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トリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシランが挙げられる。   Specific examples of silane coupling agents include phenyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane. 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, N-phenyl-3 -Aminopropyltrimethoxysilane.

オルガノシラザンとしては、シリカ粒子の表面に存在する水酸基及びシランカップリング剤に由来するアルコキシ基を、上述した第2の官能基で置換できるものであれば良いが、分子量の小さなものを用いるのが好ましい。具体的には、テトラメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン、ペンタメチルジシラザン等が挙げられる。   Any organosilazane may be used as long as it can replace the hydroxyl group present on the surface of the silica particles and the alkoxy group derived from the silane coupling agent with the second functional group described above. preferable. Specific examples include tetramethyldisilazane, hexamethyldisilazane, pentamethyldisilazane, and the like.

第2のシランカップリング剤としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン等が挙げられる。
なお、表面処理工程において、シランカップリング剤の重合や第2のシランカップリング剤の重合を抑制するため、重合禁止剤を加えても良い。重合禁止剤としては、3,5−ジブチル−4−ヒドロキシトルエン(BHT)、p−メトキシフェノール(メトキノン)等の一般的なものを用いることができる。
Examples of the second silane coupling agent include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, and hexyltriethoxysilane.
In the surface treatment step, a polymerization inhibitor may be added in order to suppress polymerization of the silane coupling agent or polymerization of the second silane coupling agent. As the polymerization inhibitor, common ones such as 3,5-dibutyl-4-hydroxytoluene (BHT) and p-methoxyphenol (methoquinone) can be used.

シリカ粒子材料を得るための表面処理について説明する。本表面処理方法は、表面処理工程後に固形化工程を備えても良い。固形化工程は、表面処理後のシリカ粒子材料を鉱酸で沈殿させ、沈殿物を水で洗浄・乾燥して、シリカ粒子材料の固形物を得る工程である。固形化工程は表面処理工程の途中(特にはオルガノシラザンによる処理の途中)に行うこともできる。固形化工程後は原料シリカの表面を乾燥させて表面処理工程(オルガノシラザンによる処理)を続行する。上述したように、一般的なシリカ粒子材料は非常に凝集し易いため、一旦固形化したシリカ粒子材料を再度分散するのは非常に困難である。しかし、シリカ粒子材料は凝集し難いため、固形化しても凝集し難く、また、例え凝集しても再分散し易い。なお、上述したように、シリカ粒子材料を水で洗浄することで、電子部品等の用途に用いられるシリカ粒子材料を容易に製造できる。なお、洗浄工程においては、シリカ粒子材料の抽出水(詳しくは、シリカ粒子材料を121℃で24時間浸漬した水)の電気伝導度が50μS/cm以下となるまで、洗浄を繰り返すのが好ましい。   The surface treatment for obtaining the silica particle material will be described. The surface treatment method may include a solidification step after the surface treatment step. The solidification step is a step of precipitating the surface-treated silica particle material with a mineral acid and washing and drying the precipitate with water to obtain a solid of the silica particle material. The solidification step can also be performed during the surface treatment step (particularly during the treatment with organosilazane). After the solidification step, the surface of the raw material silica is dried and the surface treatment step (treatment with organosilazane) is continued. As described above, since a general silica particle material is very likely to aggregate, it is very difficult to disperse the once solidified silica particle material. However, since the silica particle material is difficult to aggregate, it is difficult to aggregate even if solidified, and it is easy to redisperse even if aggregated. In addition, as mentioned above, the silica particle material used for uses, such as an electronic component, can be easily manufactured by wash | cleaning a silica particle material with water. In the washing step, washing is preferably repeated until the electrical conductivity of the silica particle material extraction water (specifically, the water in which the silica particle material is immersed at 121 ° C. for 24 hours) is 50 μS / cm or less.

固形化工程で用いる鉱酸としては塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などが例示でき、特に塩酸が望ましい。鉱酸はそのまま用いても良いが、鉱酸水溶液として用いるのが好ましい。鉱酸水溶液における鉱酸の濃度は0.1質量%以上が望ましく、0.5質量%以上が更に望ましい。鉱酸水溶液の量は、洗浄対象であるシリカ粒子材料の質量を基準として6〜12倍程度にすることができる。   Examples of the mineral acid used in the solidification step include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid, and hydrochloric acid is particularly desirable. The mineral acid may be used as it is, but is preferably used as a mineral acid aqueous solution. The concentration of the mineral acid in the aqueous mineral acid solution is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more. The amount of the mineral acid aqueous solution can be about 6 to 12 times based on the mass of the silica particle material to be cleaned.

鉱酸水溶液による洗浄は複数回数行うことも可能である。鉱酸水溶液による洗浄はシリカ粒子材料を鉱酸水溶液に浸漬後、撹拌することが望ましい。また、浸漬した状態で1時間から24時間、更には72時間程度放置することができる。放置する際には撹拌を継続することもできるし、撹拌しないこともできる。鉱酸含有液中にて洗浄する際には常温以上に加熱することもできる。   The cleaning with the mineral acid aqueous solution can be performed a plurality of times. The washing with the mineral acid aqueous solution is preferably performed after the silica particle material is immersed in the mineral acid aqueous solution. Further, it can be left in the immersed state for 1 to 24 hours, and further for about 72 hours. When it is allowed to stand, stirring can be continued or not stirred. When washing in the mineral acid-containing liquid, it can be heated to room temperature or higher.

その後、洗浄して懸濁させたシリカ粒子材料をろ取した後、水にて洗浄する。使用する水はアルカリ金属などのイオンを含まない(例えば質量基準で1ppm以下)ことが望ましい。例えば、イオン交換水、蒸留水、純水などである。水による洗浄は鉱酸水溶液による洗浄と同じく、シリカ粒子材料を分散、懸濁させた後、ろ過することもできるし、ろ取したシリカ粒子材料に対して水を継続的に通過させることによっても可能である。水による洗浄の終了時期は、上述した抽出水の電気伝導度で判断しても良いし、シリカ粒子材料を洗浄した後の排水中のアルカリ金属濃度が1ppm以下になった時点としても良いし、抽出水のアルカリ金属濃度が5ppm以下になった時点としても良い。なお、水で洗浄する際には常温以上に加熱することもできる。   Thereafter, the washed and suspended silica particle material is collected by filtration and then washed with water. It is desirable that the water used does not contain ions such as alkali metals (for example, 1 ppm or less on a mass basis). For example, ion exchange water, distilled water, pure water and the like. Washing with water is the same as washing with an aqueous mineral acid solution, after the silica particle material is dispersed and suspended, it can be filtered, or by continuously passing water through the filtered silica particle material. Is possible. The end time of washing with water may be determined by the electric conductivity of the extracted water described above, or may be the time when the alkali metal concentration in the waste water after washing the silica particle material becomes 1 ppm or less, It is good also as the time of the alkali metal concentration of extraction water becoming 5 ppm or less. When washing with water, it can be heated to a room temperature or higher.

シリカ粒子材料の乾燥は、常法により行うことができる。例えば、加熱や、減圧(真空)下に放置する等である。   The silica particle material can be dried by a conventional method. For example, heating or leaving under reduced pressure (vacuum).

以下、本発明の粉粒体について実施例に基づき詳細に説明する。
(シリカ粒子材料について)
・試験例1
(試料の調製)
原料となるシリカ粒子として、コロイダルシリカの一種である、平均粒径10nm、水中に分散されており固形分濃度20%)を準備した。
アルコールとして、イソプロパノールを準備した。
シランカップリング剤として、フェニルトリメトキシシランを準備した。
オルガノシラザンとして、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)を準備した。
Hereinafter, the granular material of this invention is demonstrated in detail based on an Example.
(About silica particle material)
Test example 1
(Sample preparation)
As a silica particle used as a raw material, an average particle size of 10 nm, which is a kind of colloidal silica, dispersed in water and having a solid content concentration of 20%) was prepared.
Isopropanol was prepared as the alcohol.
Phenyltrimethoxysilane was prepared as a silane coupling agent.
Hexamethyldisilazane (HMDS) was prepared as organosilazane.

(表面処理工程)
(1)準備工程
シリカ粒子が20質量%の濃度で水に分散したスラリー100質量部にイソプロパノール60質量部を加え、室温(約25℃)で混合することで、シリカ粒子が液状媒体に分散されてなる分散液を得た。
(Surface treatment process)
(1) Preparatory step Silica particles are dispersed in a liquid medium by adding 60 parts by mass of isopropanol to 100 parts by mass of slurry in which silica particles are dispersed in water at a concentration of 20% by mass and mixing at room temperature (about 25 ° C.). A dispersion was obtained.

(2)第1工程
この分散液にフェニルトリメトキシシラン1.8質量部を加え、40℃で72時間混合した。この工程により、シリカ粒子の表面に存在する水酸基をシランカップリング剤で表面処理した。なお、このときフェニルトリメトキシシランは、必要な量の水酸基(一部)が表面処理されず残存するように計算して加えた。
(2) First Step 1.8 parts by mass of phenyltrimethoxysilane was added to this dispersion and mixed at 40 ° C. for 72 hours. By this step, the hydroxyl group present on the surface of the silica particles was surface treated with a silane coupling agent. At this time, phenyltrimethoxysilane was calculated and added so that a necessary amount of hydroxyl groups (partially) remained without being surface-treated.

(3)第2工程
次いで、この混合物に、ヘキサメチルジシラザン3.7質量部を加え、40℃で72時間放置した。この工程によって、シリカ粒子が表面処理され、シリカ粒子材料が得られた。表面処理の進行に伴い、疎水性になったシリカ粒子が水及びイソプロパノールの中で安定に存在できなくなり、凝集・沈殿した。なお、フェニルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比は2:5であった。
(3) Second Step Next, 3.7 parts by mass of hexamethyldisilazane was added to this mixture and left at 40 ° C. for 72 hours. Through this step, the silica particles were surface-treated to obtain a silica particle material. As the surface treatment progressed, the silica particles that became hydrophobic could no longer exist stably in water and isopropanol, and agglomerated and precipitated. The molar ratio of phenyltrimethoxysilane to hexamethyldisilazane was 2: 5.

(固形化工程)
表面処理工程で得られた混合物全量に35%塩酸水溶液を5質量部を加え、シリカ粒子材料を沈殿させた。沈殿物をろ紙(アドバンテック社製 5A)で濾過した。濾過残渣(固形分)を純水で洗浄した後に2時間真空乾燥して、表面を乾燥状態にした。
(Solidification process)
5 parts by mass of 35% aqueous hydrochloric acid solution was added to the total amount of the mixture obtained in the surface treatment step to precipitate the silica particle material. The precipitate was filtered with a filter paper (5A manufactured by Advantech). The filtration residue (solid content) was washed with pure water and then vacuum-dried for 2 hours to make the surface dry.

(4)第2工程の続き(第3工程)
乾燥状態の粒子にヘキサメチルジシラザンを混合させた。ヘキサメチルジシラザンの量は粒子の表面に存在するシラノール基に対して過剰量とした。混合後、200℃で2時間加熱を行った。
(4) Continuation of the second step (third step)
Hexamethyldisilazane was mixed with the dried particles. The amount of hexamethyldisilazane was excessive with respect to silanol groups present on the surface of the particles. After mixing, heating was performed at 200 ° C. for 2 hours.

結果、シリカ粒子材料の表面には処理前には2.5個/nmのシラノール基が存在し、そのシラノール基の83%がこれらの処理によって消費された。2時間の加熱により表面の安定性が向上した。
(示差熱‐熱重量同時測定(TG-DTA)の測定)
As a result, 2.5 / nm 2 of silanol groups were present on the surface of the silica particle material before the treatment, and 83% of the silanol groups were consumed by these treatments. Surface stability was improved by heating for 2 hours.
(Differential heat-thermogravimetric simultaneous measurement (TG-DTA) measurement)

得られたシリカ粒子材料についてTG−DTAを測定した。測定はリガク社製、サーモプラス TG8120により行った。測定条件は昇温速度5℃/分で25℃から800℃まで行った。結果を図1に示す。350℃における質量減少は1.4%であった。   TG-DTA was measured about the obtained silica particle material. The measurement was performed by Rigaku Corporation, Thermo Plus TG8120. The measurement conditions were from 25 ° C. to 800 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min. The results are shown in FIG. The mass loss at 350 ° C. was 1.4%.

・試験例2:表面にシラノール基が残存し二次粒子が生成している
(試料の調製)
試験例1における第3工程を行わずにシリカ粒子材料を得た。シリカ粒子材料の表面には処理前には2.5個/nmのシラノール基が存在し、そのシラノール基の74%がこれらの処理によって消費された。
Test Example 2: Silanol groups remain on the surface and secondary particles are generated (sample preparation)
A silica particle material was obtained without performing the third step in Test Example 1. Before the treatment, 2.5 particles / nm 2 of silanol groups were present on the surface of the silica particle material, and 74% of the silanol groups were consumed by these treatments.

(示差熱‐熱重量同時測定(TG-DTA)の測定)
得られたシリカ粒子材料についてTG−DTAを試験例1と同様に測定した。結果を図2に示す。350℃における質量減少は2.7%であった。
(Differential heat-thermogravimetric simultaneous measurement (TG-DTA) measurement)
The TG-DTA of the obtained silica particle material was measured in the same manner as in Test Example 1. The results are shown in FIG. The mass loss at 350 ° C. was 2.7%.

・試験例3
最後の加熱(200℃で2時間)を行わない以外は試験例1におけるものと同様の操作を行った。
(示差熱‐熱重量同時測定(TG-DTA)の測定)
得られたシリカ粒子材料についてTG−DTAを試験例1と同様に測定した。350℃における質量減少は1.7%であった。
Test example 3
The same operation as in Test Example 1 was performed except that the final heating (at 200 ° C. for 2 hours) was not performed.
(Differential heat-thermogravimetric simultaneous measurement (TG-DTA) measurement)
The TG-DTA of the obtained silica particle material was measured in the same manner as in Test Example 1. The mass loss at 350 ° C. was 1.7%.

・試験例4
シランカップリング剤としてフェニルトリメトキシシランに代えてメタクリルシランを用いた以外は試験例1におけるものと同様の操作を行った。
(示差熱‐熱重量同時測定(TG-DTA)の測定)
得られたシリカ粒子材料についてTG−DTAを試験例1と同様に測定した。300度付近にメタクリル基の熱分解に伴う発熱ピークと重量減少がみられ、350℃における質量減少は4%以上であった。
Test example 4
The same operation as in Test Example 1 was performed except that methacrylsilane was used instead of phenyltrimethoxysilane as the silane coupling agent.
(Differential heat-thermogravimetric simultaneous measurement (TG-DTA) measurement)
The TG-DTA of the obtained silica particle material was measured in the same manner as in Test Example 1. An exothermic peak and weight loss associated with thermal decomposition of the methacryl group were observed around 300 ° C., and the mass loss at 350 ° C. was 4% or more.

・凝集性評価試験
試験例1〜4のシリカ粒子材料について、液状媒体中における凝集性を測定した。
詳しくは、試験例1〜4については、シリカ粒子材料10gとメチルエチルケトン40gとの混合物を攪拌し、シリカ粒子材料の分散試料を得た。
得られた各分散試料に含まれるシリカ粒子材料の粒度分布を、粗粒分布測定装置(日機装株式会社製、マイクロトラック)により測定した。
-Cohesiveness evaluation test About the silica particle material of Test Examples 1-4, the cohesiveness in a liquid medium was measured.
Specifically, in Test Examples 1 to 4, a mixture of 10 g of silica particle material and 40 g of methyl ethyl ketone was stirred to obtain a dispersion sample of silica particle material.
The particle size distribution of the silica particle material contained in each of the obtained dispersion samples was measured with a coarse particle distribution measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., Microtrac).

試験例1、3、4のシリカ粒子材料は、凝集のない一次粒子の状態で分散していることが分かった。これは、肉眼でも確認できた。試験例1ではシリカ粒子材料の粒度分布(ピーク)が、粒子径10nm程度の位置に一つのみ現れていることから裏付けられる。シリカ粒子材料が二次粒子であれば(すなわち、少しでも凝集があれば)、粒子径100nm以上の位置に少なくとも一つのピークが現れる。このため、試験例1のシリカ粒子材料は、一旦固形化したにもかかわらず、その殆どが一次粒子であり、殆ど凝集していないことがわかる。これに対して、試験例2のシリカ粒子材料は、攪拌するだけでは分散せず、攪拌後に発振周波数39kHz、出力500Wで1時間以上超音波照射しても、肉眼で凝集が確認でき、一次粒子にまで分散しなかった。   It was found that the silica particle materials of Test Examples 1, 3, and 4 were dispersed in a primary particle state without aggregation. This could be confirmed with the naked eye. Test Example 1 is supported by the fact that only one particle size distribution (peak) of the silica particle material appears at a position having a particle diameter of about 10 nm. If the silica particle material is a secondary particle (that is, if there is even agglomeration), at least one peak appears at a position having a particle diameter of 100 nm or more. For this reason, it can be seen that, although the silica particle material of Test Example 1 is once solidified, most of the silica particle material is primary particles and hardly aggregates. In contrast, the silica particle material of Test Example 2 does not disperse only by stirring, and even after ultrasonic stirring at an oscillation frequency of 39 kHz and an output of 500 W for 1 hour or longer, aggregation can be confirmed with the naked eye. Did not disperse.

JISP3801規格の5種Cのろ紙で吸引ろ過したときの通過性を評価した。分散媒としてはメチルエチルケトンを用いた。この分散媒に全体の質量を基準として10質量%分散させた分散液100mLに対して超音波を5分間照射した後、JISP3801規格の5種Cのろ紙で吸引ろ過したときに試験例1では97%通過、試験例2では98%通過、試験例3では98%通過、試験例4では5%通過であった。   The permeability was evaluated when suction filtration was performed with 5 kinds C filter paper of JISP3801 standard. Methyl ethyl ketone was used as the dispersion medium. When 100 mL of a dispersion liquid dispersed in 10% by mass based on the total mass in this dispersion medium was irradiated with ultrasonic waves for 5 minutes and then suction filtered with 5 types C filter paper of JISP3801 standard, 97 in Test Example 1 % Pass, 98% pass in Test Example 2, 98% pass in Test Example 3, and 5% pass in Test Example 4.

(熱可塑性樹脂との混合:熱可塑性樹脂組成物の調製)
以下に本発明の熱可塑性樹脂組成物について説明する。
・試験例A
熱可塑性樹脂としてのポリアミドイミド樹脂(トーロン ソルベイアドバンスドポリマー)を60質量部、試験例1のシリカ粒子材料を40質量部用い、パーカーコーポレーション製の同方向回転二軸押出機(HK−25D(41D))にて、樹脂温度250℃にて混練し、本実施例の試験試料とした。
(Mixing with thermoplastic resin: Preparation of thermoplastic resin composition)
The thermoplastic resin composition of the present invention will be described below.
・ Test Example A
The same direction rotating twin-screw extruder (HK-25D (41D) manufactured by Parker Corporation) using 60 parts by mass of polyamideimide resin (Tolon Solvay Advanced Polymer) as a thermoplastic resin and 40 parts by mass of silica particle material of Test Example 1. And kneaded at a resin temperature of 250 ° C. to obtain a test sample of this example.

・試験例B、C、D
試験例1のシリカ粒子材料に代えて、試験例2のシリカ粒子材料(試験例B)、試験例3のシリカ粒子材料(試験例C)、試験例4のシリカ粒子材料(試験例D)を採用した以外は試験例Aと同様の方法で混練し、本試験例の試験試料とした。
・ Test examples B, C, D
Instead of the silica particle material of Test Example 1, the silica particle material of Test Example 2 (Test Example B), the silica particle material of Test Example 3 (Test Example C), and the silica particle material of Test Example 4 (Test Example D) A test sample of this test example was prepared by kneading in the same manner as in Test Example A except for the use.

(強度評価試験及び結果)
試験例A〜Dの試験試料について検討を行った結果、試験例Aの試料は、試験例B〜Dの試料に比べて着色の程度が少なく(殆どなく)劣化が抑制されていることが分かった。また、手で触ったり曲げたりした感じでも試験例Aの試料では試験例B〜Dの試料よりも触感が良く且つ強度が高いことが分かった。具体的な強度としては、テストピースを作成し、強度(引っ張り強度)を測定したところ、試験例Aの試料の強度を基準として50%以下の強度になっていた。従って、重量減少が1.5%以下であることで高温に曝しても強度を維持できることが分かった。
(Strength evaluation test and results)
As a result of examining the test samples of Test Examples A to D, it was found that the sample of Test Example A had less coloring (substantially less) than the samples of Test Examples B to D and suppressed deterioration. It was. It was also found that the sample of Test Example A had a better tactile feel and higher strength than the samples of Test Examples B to D even when touched or bent by hand. As a specific strength, when a test piece was prepared and the strength (tensile strength) was measured, the strength was 50% or less based on the strength of the sample of Test Example A. Therefore, it was found that the strength can be maintained even when exposed to high temperature because the weight loss is 1.5% or less.

(分散性向上に関する参考試験)
(試験例5)
(材料)
シリカ粒子として、コロイダルシリカ(平均粒径10nm、水中に分散されており固形分濃度20%)を準備した。
アルコールとして、イソプロパノールを準備した。
シランカップリング剤として、フェニルトリメトキシシランを準備した。
(Reference test for improving dispersibility)
(Test Example 5)
(material)
As silica particles, colloidal silica (average particle diameter 10 nm, dispersed in water and having a solid content concentration of 20%) was prepared.
Isopropanol was prepared as the alcohol.
Phenyltrimethoxysilane was prepared as a silane coupling agent.

オルガノシラザンとして、ヘキサメチルジシラザンを準備した。
(表面処理工程)
(1)準備工程
シリカ粒子が20質量%の濃度で水に分散したスラリー100質量部にイソプロパノール60質量部を加え、室温(約25℃)で混合することで、シリカ粒子が液状媒体に分散されてなる分散液を得た。
Hexamethyldisilazane was prepared as an organosilazane.
(Surface treatment process)
(1) Preparatory step Silica particles are dispersed in a liquid medium by adding 60 parts by mass of isopropanol to 100 parts by mass of slurry in which silica particles are dispersed in water at a concentration of 20% by mass and mixing at room temperature (about 25 ° C.). A dispersion was obtained.

(2)第1工程
この分散液にフェニルトリメトキシシラン1.8質量部を加え、40℃で72時間混合した。この工程により、シリカ粒子の表面に存在する水酸基をシランカップリング剤で表面処理した。なお、このときフェニルトリメトキシシランは、必要な量の水酸基(一部)が表面処理されず残存するように計算して加えた。
(2) First Step 1.8 parts by mass of phenyltrimethoxysilane was added to this dispersion and mixed at 40 ° C. for 72 hours. By this step, the hydroxyl group present on the surface of the silica particles was surface treated with a silane coupling agent. At this time, phenyltrimethoxysilane was calculated and added so that a necessary amount of hydroxyl groups (partially) remained without being surface-treated.

(3)第2工程
次いで、この混合物に、ヘキサメチルジシラザン3.7質量部を加え、40℃で72時間放置した。この工程によって、シリカ粒子が表面処理され、シリカ粒子材料が得られた。表面処理の進行に伴い、疎水性になったシリカ粒子が水及びイソプロパノールの中で安定に存在できなくなり、凝集・沈殿した。なお、フェニルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比は2:5であった。
(3) Second Step Next, 3.7 parts by mass of hexamethyldisilazane was added to this mixture and left at 40 ° C. for 72 hours. Through this step, the silica particles were surface-treated to obtain a silica particle material. As the surface treatment progressed, the silica particles that became hydrophobic could no longer exist stably in water and isopropanol, and agglomerated and precipitated. The molar ratio of phenyltrimethoxysilane to hexamethyldisilazane was 2: 5.

(固形化工程)
表面処理工程で得られた混合物全量に35%塩酸水溶液を5質量部を加え、シリカ粒子材料を沈殿させた。沈殿物をろ紙(アドバンテック社製 5A)で濾過した。濾過残渣(固形分)を純水で洗浄した後に100℃で真空乾燥して、シリカ粒子材料の固形物を得た。
(Solidification process)
5 parts by mass of 35% aqueous hydrochloric acid solution was added to the total amount of the mixture obtained in the surface treatment step to precipitate the silica particle material. The precipitate was filtered with a filter paper (5A manufactured by Advantech). The filtration residue (solid content) was washed with pure water and then vacuum dried at 100 ° C. to obtain a solid of silica particle material.

(試験例6)
試験例6のシリカ粒子の表面処理方法は、フェニルトリメトキシシランにかえてビニルトリメトキシシランを用い、ビニルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比が2:5であったこと以外は、試験例5のシリカ粒子の表面処理方法と同じである。第1工程においては、ビニルトリメトキシシラン1.36質量部を加え、第2工程においてはヘキサメチルジシラザン3.7質量部を加えた。
(Test Example 6)
The surface treatment method for silica particles in Test Example 6 uses vinyltrimethoxysilane instead of phenyltrimethoxysilane, except that the molar ratio of vinyltrimethoxysilane and hexamethyldisilazane was 2: 5. This is the same as the surface treatment method for silica particles in Test Example 5. In the first step, 1.36 parts by mass of vinyltrimethoxysilane was added, and in the second step, 3.7 parts by mass of hexamethyldisilazane was added.

(試験例7)
試験例7のシリカ粒子の表面処理方法は、フェニルトリメトキシシランにかえてビニルトリメトキシシランを用い、ビニルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比が1:5であったこと以外は、試験例5のシリカ粒子の表面処理方法と同じである。第1工程においては、ビニルトリメトキシシラン1.36質量部を加え、第2工程においてはヘキサメチルジシラザン7.41質量部を加えた。
(Test Example 7)
The surface treatment method for silica particles in Test Example 7 uses vinyltrimethoxysilane instead of phenyltrimethoxysilane, except that the molar ratio of vinyltrimethoxysilane to hexamethyldisilazane was 1: 5. This is the same as the surface treatment method for silica particles in Test Example 5. In the first step, 1.36 parts by mass of vinyltrimethoxysilane was added, and in the second step, 7.41 parts by mass of hexamethyldisilazane was added.

(試験例8)
試験例8のシリカ粒子の表面処理方法においては、シリカ粒子として、コロイダルシリカ(平均粒径50nm、水中に分散されており固形分濃度20%)を用いた。また、第1工程においてシランカップリング剤として3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.48質量部を加えた。さらに、このシランカップリング剤に重合禁止剤を0.01質量部加えた。また、第2工程において、ヘキサメチルジシラザン0.78質量部を加えた。さらに、固形化工程においては、表面処理工程で得られた混合物全量に35%塩酸水溶液2.6質量部を加えてシリカ粒子材料を沈殿させた。これ以外は、試験例8のシリカ粒子の表面処理方法は、試験例5のシリカ粒子の表面処理方法と同じであった。なお、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比は2:5であった。
(Test Example 8)
In the silica particle surface treatment method of Test Example 8, colloidal silica (average particle size 50 nm, solid content concentration of 20% dispersed in water) was used as the silica particles. In the first step, 0.48 parts by mass of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane was added as a silane coupling agent. Further, 0.01 parts by mass of a polymerization inhibitor was added to this silane coupling agent. In the second step, 0.78 parts by mass of hexamethyldisilazane was added. Furthermore, in the solidification step, 2.6 parts by mass of a 35% aqueous hydrochloric acid solution was added to the total amount of the mixture obtained in the surface treatment step to precipitate the silica particle material. Except this, the silica particle surface treatment method of Test Example 8 was the same as the silica particle surface treatment method of Test Example 5. The molar ratio of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane to hexamethyldisilazane was 2: 5.

(試験例9)
試験例9のシリカ粒子の表面処理方法は、フェニルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比が1:1であったこと以外は、試験例5のシリカ粒子の表面処理方法と同じである。第1工程においては、フェニルトリメトキシシラン4.5質量部を加え、第2工程においてはヘキサメチルジシラザン3.7質量部を加えた。
(Test Example 9)
The silica particle surface treatment method of Test Example 9 is the same as the silica particle surface treatment method of Test Example 5 except that the molar ratio of phenyltrimethoxysilane and hexamethyldisilazane was 1: 1. . In the first step, 4.5 parts by mass of phenyltrimethoxysilane was added, and in the second step, 3.7 parts by mass of hexamethyldisilazane was added.

(試験例10)
試験例10のシリカ粒子の表面処理方法は、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比が2:1であったこと以外は、試験例8のシリカ粒子の表面処理方法と同じである。第1工程においては、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.48質量部を加え、第2工程においてはヘキサメチルジシラザン0.16質量部を加えた。
(Test Example 10)
The silica particle surface treatment method of Test Example 10 was the same as that of Test Example 8 except that the molar ratio of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane to hexamethyldisilazane was 2: 1. Is the same. In the first step, 0.48 parts by mass of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane was added, and in the second step, 0.16 parts by mass of hexamethyldisilazane was added.

(試験例11)
試験例11のシリカ粒子の表面処理方法は、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比が1:1であったこと以外は、試験例8のシリカ粒子の表面処理方法と同じである。第1工程においては、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.48質量部を加え、第2工程においてはヘキサメチルジシラザン0.31質量部を加えた。
(Test Example 11)
The silica particle surface treatment method of Test Example 11 was the same as that of Test Example 8 except that the molar ratio of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane to hexamethyldisilazane was 1: 1. Is the same. In the first step, 0.48 parts by mass of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane was added, and in the second step, 0.31 parts by mass of hexamethyldisilazane was added.

(凝集性評価試験)
試験例5〜11のシリカ粒子材料について、液状媒体中における凝集性を測定した。
詳しくは、試験例5〜7及び試験例9については、シリカ粒子材料10gとメチルエチルケトン40gとの混合物を攪拌し、シリカ粒子材料の分散試料を得た。
(Cohesiveness evaluation test)
About the silica particle material of Test Examples 5-11, the aggregability in a liquid medium was measured.
Specifically, in Test Examples 5 to 7 and Test Example 9, a mixture of 10 g of silica particle material and 40 g of methyl ethyl ketone was stirred to obtain a dispersion sample of silica particle material.

試験例8、10、11については、シリカ粒子材料10gとメチルエチルケトン10gとの混合物を攪拌し、シリカ粒子材料の分散試料を得た。得られた各分散試料に含まれるシリカ粒子材料の粒度分布を、粒度分布測定装置(日機装株式会社製、マイクロトラック)により測定した。   For Test Examples 8, 10, and 11, a mixture of 10 g of silica particle material and 10 g of methyl ethyl ketone was stirred to obtain a dispersion sample of silica particle material. The particle size distribution of the silica particle material contained in each of the obtained dispersion samples was measured with a particle size distribution measuring device (Nikkiso Co., Ltd., Microtrac).

その結果、試験例5〜8のシリカ粒子材料は、凝集のない一次粒子の状態で分散していることが分かった。これは、試験例5〜8のそれぞれのシリカ粒子材料の粒度分布(ピーク)が、粒子径10nm〜50nm程度の位置に一つのみ現れていることから裏付けられる。シリカ粒子材料が二次粒子であれば(すなわち、少しでも凝集があれば)、粒子径100nm以上の位置に少なくとも一つのピークが現れる。このため、試験例5〜8のシリカ粒子材料は、一旦固形化したにもかかわらず、その殆どが一次粒子であり、殆ど凝集していないことがわかる。これに対して、試験例9〜11のシリカ粒子材料は、攪拌するだけでは分散せず、攪拌後に発振周波数39kHz、出力500Wで1時間以上超音波照射しても、肉眼で凝集が確認でき、一次粒子にまで分散しなかった。この結果から、シランカップリング剤とオルガノシラザンとのモル比を1:2〜1:10の範囲にすることで、固形化しても凝集し難いシリカ粒子材料を製造できることがわかる。なお、試験例5のシリカ粒子材料の平均粒径は10nm、試験例6のシリカ粒子材料の平均粒径は10nm、試験例7のシリカ粒子材料の平均粒径は10nm、試験例8のシリカ粒子材料の平均粒径は50nmであった。この結果から、凝集抑制のためには、シランカップリング剤とオルガノシラザンとのモル比を1:5〜2:5の範囲にするのが好ましいことがわかる。   As a result, it was found that the silica particle materials of Test Examples 5 to 8 were dispersed in a state of primary particles without aggregation. This is supported by the fact that the particle size distribution (peak) of each of the silica particle materials of Test Examples 5 to 8 appears only at a position having a particle diameter of about 10 nm to 50 nm. If the silica particle material is secondary particles (that is, if there is even agglomeration), at least one peak appears at a position having a particle diameter of 100 nm or more. For this reason, although the silica particle material of Test Examples 5-8 was once solidified, it turns out that most are primary particles and hardly aggregated. On the other hand, the silica particle materials of Test Examples 9 to 11 are not dispersed only by stirring, and even after ultrasonic stirring at an oscillation frequency of 39 kHz and an output of 500 W for 1 hour or more, aggregation can be confirmed with the naked eye. It did not disperse to primary particles. From this result, it can be seen that by making the molar ratio of the silane coupling agent and the organosilazane in the range of 1: 2 to 1:10, it is possible to produce a silica particle material that hardly aggregates even when solidified. The average particle size of the silica particle material of Test Example 5 is 10 nm, the average particle size of the silica particle material of Test Example 6 is 10 nm, the average particle size of the silica particle material of Test Example 7 is 10 nm, and the silica particles of Test Example 8 The average particle size of the material was 50 nm. From this result, it can be seen that the molar ratio of the silane coupling agent to the organosilazane is preferably in the range of 1: 5 to 2: 5 in order to suppress aggregation.

(極大吸収測定試験)
試験例5〜11のシリカ粒子材料を準備し、この試料の赤外線吸収スペクトルを、サーモニコレット社製 FT−IR Avatorを用いた粉体拡散反射法で測定した。このときの測定条件は、分解能4、スキャン回数64であった。結果、試験例5〜11のシリカ粒子材料の赤外吸収スペクトルは、何れも、2962cm−1にC-H伸縮振動の極大吸収(ピーク)を持つ。このため、これらのシリカ粒子材料は、アルキル基を持つこと(すなわち、アルキル基を持つオルガノシラザンで表面処理されていること)がわかる。なお、試験例9〜11のシリカ粒子材料のピーク高さは、試験例5〜8のシリカ粒子材料のピーク高さに比べて低かった。この結果は、試験例9〜11のシリカ粒子材料においては、充分な量のアルキル基を持たないことを示唆している。詳しくは、試験例5〜8のシリカ粒子材料の赤外線吸収スペクトルにおいては、シランカップリング剤に由来する各官能基固有のC−Hのピーク高さに対してオルガノシラザンに由来するメチル基(2962cm−1)のピーク高さが3倍以上であった。試験例9〜11のシリカ粒子材料の赤外線吸収スペクトルにおいては、シランカップリング剤に由来する各官能基固有のC−Hのピーク高さに対してオルガノシラザンに由来するメチル基(2962cm−1)のピーク高さが2倍以下であった。上述したように、試験例5〜8のシリカ粒子材料は凝集し難く、試験例9〜11のシリカ粒子材料は凝集し易かった。これらの結果から、シランカップリング剤に由来する各官能基固有のC−Hのピーク高さに対してオルガノシラザンに由来するメチル基(2962cm−1)のピーク高さが3倍以上であるシリカ粒子材料は凝集し難いといえる。
(Maximum absorption measurement test)
The silica particle materials of Test Examples 5 to 11 were prepared, and the infrared absorption spectrum of this sample was measured by a powder diffuse reflection method using FT-IR Avatar manufactured by Thermo Nicolet. The measurement conditions at this time were a resolution of 4 and a scan count of 64. As a result, the infrared absorption spectra of the silica particle materials of Test Examples 5 to 11 all have a maximum absorption (peak) of C—H stretching vibration at 2962 cm −1 . For this reason, it can be seen that these silica particle materials have an alkyl group (that is, are surface-treated with an organosilazane having an alkyl group). In addition, the peak height of the silica particle material of Test Examples 9 to 11 was lower than the peak height of the silica particle material of Test Examples 5 to 8. This result suggests that the silica particle materials of Test Examples 9 to 11 do not have a sufficient amount of alkyl groups. Specifically, in the infrared absorption spectra of the silica particle materials of Test Examples 5 to 8, the methyl group (2962 cm) derived from organosilazane with respect to the peak height of C—H specific to each functional group derived from the silane coupling agent. The peak height of -1 ) was 3 times or more. In the infrared absorption spectra of the silica particle materials of Test Examples 9 to 11, methyl group (2962 cm −1 ) derived from organosilazane with respect to the peak height of C—H specific to each functional group derived from the silane coupling agent. The peak height was 2 times or less. As described above, the silica particle materials of Test Examples 5 to 8 were hardly aggregated, and the silica particle materials of Test Examples 9 to 11 were easily aggregated. From these results, silica whose peak height of methyl group (2962 cm −1 ) derived from organosilazane is three times or more than the peak height of C—H specific to each functional group derived from the silane coupling agent. It can be said that the particulate material hardly aggregates.

(炭素量測定試験)
試験例5〜11のシリカ粒子材料について、シリカ粒子材料の質量あたりに存在する炭素の量(質量%)を測定した。測定には、有機炭素測定装置(HORIBA社製、EMIA−320V)を用いた。
(Carbon content measurement test)
About the silica particle material of Test Examples 5-11, the quantity (mass%) of the carbon which exists per mass of a silica particle material was measured. For the measurement, an organic carbon measuring device (HORIBA, EMIA-320V) was used.

その結果、試験例5のシリカ粒子材料の炭素量は3.5質量%であり、試験例6のシリカ粒子材料の炭素量は2.6質量%であり、試験例7のシリカ粒子材料の炭素量は2.8質量%であり、試験例8のシリカ粒子材料の炭素量は0.96質量%であった。試験例9のシリカ粒子材料の炭素量は4.0質量%であり、試験例10のシリカ粒子材料の炭素量は1.8質量%であり、試験例11のシリカ粒子材料の炭素量は1.0質量%であった。   As a result, the carbon amount of the silica particle material of Test Example 5 is 3.5% by mass, the carbon amount of the silica particle material of Test Example 6 is 2.6% by mass, and the carbon of the silica particle material of Test Example 7 is The amount was 2.8% by mass, and the amount of carbon in the silica particle material of Test Example 8 was 0.96% by mass. The carbon amount of the silica particle material of Test Example 9 is 4.0% by mass, the carbon amount of the silica particle material of Test Example 10 is 1.8% by mass, and the carbon amount of the silica particle material of Test Example 11 is 1%. It was 0.0 mass%.

(X数測定試験)
試験例5〜11のシリカ粒子材料について、シリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたりのXの存在数を測定した。試験例5及び試験例9のシリカ粒子材料におけるXはフェニル基であり、試験例6、7のシリカ粒子材料におけるXはビニル基であり、試験例8、10、11のシリカ粒子材料におけるXはメタクリロキシ基であった。シリカ粒子材料の表面積(比表面積)は窒素を用いたBET法で測定した。Xの存在数はシリカ粒子材料の炭素量を基に算出した。詳しくは、第1工程後のシリカ粒子を、水で洗浄し遠心分離した後に乾燥して、シランカップリング剤処理後のシリカ粒子試料を得た。この試料の炭素量を、有機炭素測定装置を用いて測定し、測定値を基にX数を算出した。
(X 1 number measurement test)
For the silica particle materials of Test Examples 5 to 11, the number of X 1 present per unit surface area (nm 2 ) of the silica particle material was measured. Test Example 5 and X 1 in the silica particulate material in Test Example 9 is a phenyl group, X 1 in the silica particulate material in Test Example 6 and 7 is a vinyl group, in the silica particle material in Test Example 8, 10 and 11 X 1 was a methacryloxy group. The surface area (specific surface area) of the silica particle material was measured by the BET method using nitrogen. The number of X 1 was calculated based on the carbon content of the silica particle material. Specifically, the silica particles after the first step were washed with water, centrifuged and then dried to obtain a silica particle sample after the silane coupling agent treatment. The carbon content of this sample was measured using an organic carbon measuring device, and the number of X 1 was calculated based on the measured value.

その結果、試験例5のシリカ粒子材料におけるX数は、約1.2個/nmであった。試験例6のシリカ粒子材料におけるX数は、約1.1個/nmであった。試験例7のシリカ粒子材料におけるX数は、約1.1個/nmであった。試験例8のシリカ粒子材料におけるX数は、約2.0個/nmであった。試験例9のシリカ粒子材料におけるX数は、約1.7個/nmであった。試験例10のシリカ粒子材料におけるX数は、約2.0個/nmであった。試験例11のシリカ粒子材料におけるX数は、約2.0個/nmであった。参考までに、シランカップリング剤処理後のシリカ粒子試料の炭素量は、試験例5のシリカ粒子材料では3.6質量%、試験例6のシリカ粒子材料では1.1質量%、試験例7のシリカ粒子材料では1.1質量%、試験例8のシリカ粒子材料では1.5質量%であった。また、試験例9のシリカ粒子材料では5.0質量%、試験例10のシリカ粒子材料では1.5質量%、試験例11のシリカ粒子材料では1.5質量%であった。 As a result, the number of X 1 in the silica particle material of Test Example 5 was about 1.2 / nm 2 . The number of X 1 in the silica particle material of Test Example 6 was about 1.1 / nm 2 . The number of X 1 in the silica particle material of Test Example 7 was about 1.1 / nm 2 . The number of X 1 in the silica particle material of Test Example 8 was about 2.0 / nm 2 . The number of X 1 in the silica particle material of Test Example 9 was about 1.7 pieces / nm 2 . The number of X 1 in the silica particle material of Test Example 10 was about 2.0 / nm 2 . The number of X 1 in the silica particle material of Test Example 11 was about 2.0 / nm 2 . For reference, the carbon content of the silica particle sample after the silane coupling agent treatment was 3.6% by mass for the silica particle material of Test Example 5, 1.1% by mass for the silica particle material of Test Example 6, and Test Example 7 The silica particle material was 1.1% by mass, and the silica particle material of Test Example 8 was 1.5% by mass. The silica particle material of Test Example 9 was 5.0% by mass, the silica particle material of Test Example 10 was 1.5% by mass, and the silica particle material of Test Example 11 was 1.5% by mass.

上述したように、シリカ粒子材料の樹脂材料に対する親和性はXの数及び種類によって異なり、試験例5のシリカ粒子材料及び試験例8のシリカ粒子材料は、樹脂材料に対する親和性に優れていた。この結果から、樹脂材料に対して優れた親和性を発揮するためには、シリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたりのXは0.5個〜2.5個であるのが好ましく、1.0個〜2.0個であるのがより好ましいといえる。 As described above, the affinity of the silica particle material to the resin material differs depending on the number and type of X 1 , and the silica particle material of Test Example 5 and the silica particle material of Test Example 8 were excellent in affinity to the resin material. . From this result, in order to exhibit excellent affinity for the resin material, X 1 per unit surface area (nm 2 ) of the silica particle material is preferably 0.5 to 2.5, It can be said that 1.0 to 2.0 is more preferable.

(二次粒子を含む粉粒体について)
・実施例1〜3
試験例2と同様の方法にてシリカ粒子材料を得た。実施例1ではシラノール基が36%、実施例2ではシラノール基が37%、実施例3ではシラノール基が40%となるようにシランカップリング剤の添加量を調節した。シラノール基の残存量を増やすためにはシランカップリング剤の反応量を減らすことで対応できた。
(Regarding powder particles containing secondary particles)
Examples 1 to 3
A silica particle material was obtained in the same manner as in Test Example 2. In Example 1, the amount of the silane coupling agent was adjusted so that the silanol group was 36%, the silanol group was 37% in Example 2, and the silanol group was 40% in Example 3. In order to increase the remaining amount of silanol groups, it was possible to reduce the reaction amount of the silane coupling agent.

・比較例1
試験例1のシリカ粒子材料をそのまま採用した。
・比較例2
試験例1の第1工程(最初のシランカップリング剤:フェニルトリメトキシシランでの処理)までを行ったものを試験試料とした。添加するシランカップリング剤の量は表面に存在するシラノール基と充分に反応できるように過剰量とした。
Comparative example 1
The silica particle material of Test Example 1 was used as it was.
Comparative example 2
A test sample was prepared after the first step of Test Example 1 (first silane coupling agent: treatment with phenyltrimethoxysilane). The amount of the silane coupling agent added was excessive so that it could sufficiently react with the silanol groups present on the surface.

・試験1
固形分濃度が10質量%になるようにMEKに添加し震とう機にて10秒間震とうした。得られた分散液について波長365nmの透過率を分光光度計にて測定した。
その結果、実施例1〜3及び比較例2の分散液では透過率が0.1%と凝集が維持されていることが分かった。比較例1の分散液では透過率が85.9%と二次粒子が解砕されて高度に分散していることが分かった。
・ Test 1
It added to MEK so that solid content concentration might be 10 mass%, and it shaked for 10 seconds with the shaker. The transmittance of the obtained dispersion liquid at a wavelength of 365 nm was measured with a spectrophotometer.
As a result, it was found that in the dispersions of Examples 1 to 3 and Comparative Example 2, the transmittance was 0.1% and aggregation was maintained. In the dispersion liquid of Comparative Example 1, it was found that the secondary particles were crushed and highly dispersed with a transmittance of 85.9%.

・試験2
試験1のそれぞれの分散液(実施例1,比較例1及び2)に対して湿式ジェットミルにて粉砕操作を行った。湿式ジェットミルは100V対応・卓上型 湿式微粒化装置[株式会社スギノマシン製、品名:スターバーストminimo、型式番号:HJP_25001SE(圧力範囲:1〜245MPa)]を用いた(本明細書において同じ)。処理条件は圧力150MPaで2pass処理後、圧力180MPaで5pass処理した。
その結果、比較例1では透過率85.9%と変化無かったが、実施例1では19.5%と大きく向上し二次粒子の解砕・一次粒子への分散が進行できることが分かった。比較例2では0.4%と僅かに上昇したのみで有った。
・ Test 2
Each dispersion liquid of Test 1 (Example 1, Comparative Examples 1 and 2) was pulverized by a wet jet mill. The wet jet mill used a 100V-compatible desktop type wet atomizer [Sugino Machine Co., Ltd., product name: starburst minimo, model number: HJP_25001SE (pressure range: 1-245 MPa)] (same in this specification). The treatment conditions were a 2 pass treatment at a pressure of 150 MPa and a 5 pass treatment at a pressure of 180 MPa.
As a result, in Comparative Example 1, the transmittance was not changed to 85.9%, but in Example 1, it was greatly improved to 19.5%, and it was found that secondary particles can be crushed and dispersed into primary particles. In Comparative Example 2, it was only slightly increased to 0.4%.

・試験3
試験1のそれぞれの分散液(実施例1〜3,比較例1及び2)に対して湿式ジェットミルにて粉砕操作を行った。処理条件は圧力180MPaで処理した。
その結果、比較例1では透過率85.2%、比較例2では0.3%であった。実施例1では63.9%、実施例2では44.9%、実施例3では75.8%であり、表面に残存したシラノール基の量が多い方が同じ機械的負荷の条件下では透過率が低くなることが分かった。
・ Test 3
Each of the dispersions of Test 1 (Examples 1 to 3, Comparative Examples 1 and 2) was pulverized by a wet jet mill. Processing conditions were a pressure of 180 MPa.
As a result, the transmittance was 85.2% in Comparative Example 1 and 0.3% in Comparative Example 2. In Example 1, it was 63.9%, in Example 2, 44.9%, and in Example 3, it was 75.8%. The larger the amount of silanol groups remaining on the surface, the more permeated under the same mechanical load conditions. The rate was found to be low.

更に機械的負荷を増やすために湿式ジェットミルでの処理を増加していった結果を図3に示す。図3より明らかなように機械的負荷の増加に従い透過率が70〜80%へと漸増・向上していくこと、すなわち、二次粒子から一次粒子への分散が進行することが分かった。つまり、表面にシラノール基を残存させることにより最初は二次粒子の形態を保つが機械的負荷の印加により一次粒子に分散可能な粉粒体を提供できることが分かった。
なお、比較例1は1MPaの処理1回でほぼ限界にまで分散して高い透過率を示した。つまり、非常に分散しやすいことが分かった。比較例2は245MPaの圧力で処理を行っても透過率の向上は殆ど示さず分散性が殆どないことが分かった。実施例1〜3はこの湿式ジェットミルにより行うことができる処理条件(1〜245MPa)の範囲内において、繰り返し処理を行うことで透過率の値が徐々に高くなる処理条件が存在した。ここで本明細書で採用した湿式ジェットミルが採用可能な処理条件にて徐々に透過率が向上するということは(a)一般的な取り扱いでは分散性の向上が小さく二次粒子のままで存在させることが可能であること、(b)必要に応じて現実的な大きさの機械的負荷により一次粒子への分散性の向上が実現できること、の2つの特徴をもつことが推測された。
FIG. 3 shows the result of increasing the treatment with a wet jet mill in order to further increase the mechanical load. As apparent from FIG. 3, it was found that the transmittance gradually increased and improved from 70 to 80% as the mechanical load increased, that is, the dispersion from the secondary particles to the primary particles proceeded. That is, it was found that by allowing silanol groups to remain on the surface, it is possible to provide a granular material that initially maintains the form of secondary particles but can be dispersed into primary particles by applying a mechanical load.
In addition, Comparative Example 1 showed a high transmittance by being dispersed almost to the limit by one treatment of 1 MPa. In other words, it was found that it was very easy to disperse. In Comparative Example 2, it was found that even when the treatment was performed at a pressure of 245 MPa, the transmittance was hardly improved and there was almost no dispersibility. In Examples 1 to 3, there were treatment conditions in which the transmittance value gradually increased by repeated treatment within the range of treatment conditions (1 to 245 MPa) that can be carried out by this wet jet mill. Here, the transmittance gradually improves under the processing conditions that can be adopted by the wet jet mill adopted in this specification. (A) In general handling, the improvement in dispersibility is small and the secondary particles remain as they are. It was speculated that it has two characteristics: (b) improvement in dispersibility to primary particles can be realized by a mechanical load having a realistic size as required.

・試験4
実施例1の試料(固形分濃度30%)について圧力200MPaにて湿式ジェットミルで処理した結果、1passでは透過率0.21%、5passでは透過率0.59%、10passでは透過率3.32%と分散性の向上が進行できることが分かった。
・ Test 4
The sample of Example 1 (solid content concentration 30%) was treated with a wet jet mill at a pressure of 200 MPa. As a result, the transmittance was 0.21% at 1 pass, the transmittance was 0.59% at 5pass, and the transmittance was 3.32 at 10pass. % And dispersibility can be improved.

・試験5
ポリスチレンマイクロビーズ(PS:体積平均粒径 約6μm)に対し、実施例1、比較例1及び2の粉粒体をPSの質量を基準として0.5%添加した後、ミキサーにて2分間混合した。それぞれの混合物についてFE−SEM写真を撮った(図4)。また、実施例1の粉粒体を添加、比較例1の粉粒体を添加、PSそのもののそれぞれについてパウダーレオメーターにより流動性の評価を行った(図5)。
その結果、図4より明らかなように、実施例1と比較例1ではPSが高度に分散されていることが分かった。それに対して比較例2ではPSの凝集が観察された。このことは図5の結果からも裏付けられた。すなわち、実施例1と比較例1とは双方共に高い流動性を示していた。
・ Test 5
After adding 0.5% of the granular material of Example 1, Comparative Example 1 and 2 to polystyrene microbeads (PS: volume average particle diameter of about 6 μm) based on the mass of PS, mixing for 2 minutes with a mixer did. FE-SEM photographs were taken for each mixture (Figure 4). Moreover, the granular material of Example 1 was added, the granular material of the comparative example 1 was added, and fluidity | liquidity evaluation was performed for each of PS itself with the powder rheometer (FIG. 5).
As a result, as is clear from FIG. 4, it was found that PS was highly dispersed in Example 1 and Comparative Example 1. On the other hand, in Comparative Example 2, aggregation of PS was observed. This was supported by the results in FIG. That is, both Example 1 and Comparative Example 1 showed high fluidity.

・試験1〜5のまとめ
試験1の結果から、表面のシラノール基を全て反応により置換した比較例1では人力でも速やかにMEKに分散できるのに対して、実施例1では人力では分散できない程度の強さで凝集して二次粒子を形成していることが分かった。これは表面を単純に疎水化した比較例2と同様であった。
・ Summary of Tests 1-5 From the results of Test 1, Comparative Example 1 in which all the silanol groups on the surface were substituted by reaction can be quickly dispersed in MEK even by human power, whereas in Example 1, it cannot be dispersed by human power. It was found that secondary particles were formed by aggregation with strength. This was the same as Comparative Example 2 in which the surface was simply hydrophobized.

試験2の結果から、機械的負荷を増やしていくと実施例1の粉粒体では分散性が向上できることが分かった。また、試験3及び4の結果から機械的負荷の量を増加させることで分散性が向上することが明らかになっており、機械的負荷(人力でも装置を用いても)を増やすことで必要な分散性に近づけることが可能であることが分かった。   From the results of Test 2, it was found that the dispersibility of the granular material of Example 1 can be improved by increasing the mechanical load. In addition, it is clear from the results of tests 3 and 4 that the dispersibility is improved by increasing the amount of mechanical load, which is necessary by increasing the mechanical load (either by manpower or using the device). It was found that it was possible to approach dispersibility.

試験5の結果から、実施例1の粉粒体は機械的負荷による分散性の向上(二次粒子の解砕)は乾式条件下でも進行できることが分かった。従って、使用前には二次粒子の状態を保って飛散などを防止でき、使用時には速やかに一次粒子に分散させることが可能であることが分かった。   From the results of Test 5, it was found that the improvement in dispersibility (pulverization of secondary particles) due to mechanical load can proceed in the powder of Example 1 even under dry conditions. Therefore, it was found that the secondary particles can be kept in a state before use to prevent scattering, and can be quickly dispersed in the primary particles during use.

(参考:分割直前の明細書)
[発明の名称]熱可塑性樹脂組成物及びその製造方法
[技術分野]
[0001]
本発明は、熱可塑性樹脂中に分散するのに好適なシリカ粒子及びシリカ粒子を含有する熱可塑性樹脂組成物に関する。
[背景技術]
[0002]
従来、熱硬化性樹脂中にシリカ粒子材料を含有させた熱硬化性樹脂組成物が知られている。熱硬化性樹脂中にシリカ粒子材料を含有させることにより樹脂組成物に対して耐熱性を向上したり、物理的強度を向上したりできる。
[0003]
ここで、シリカ粒子材料の一種であるコロイダルシリカは、水ガラスを原料として製造する方法、金属ケイ素粉末を原料として製造する方法、気相合成法等により製造される。水ガラスを原料として製造する方法は、水ガラスを中和したり、イオン交換することで水ガラスを沈殿させることによって微小な粒子を生成する(例えば特許文献1参照)。
[0004]
このようなシリカ粒子材料の粒径は、例えばコロイダルシリカで数nm〜数百nm程度と非常に小さく、そのようなシリカ粒子材料は熱硬化性樹脂中に混合されて透明な材料への利用や、非常に小さな隙間への充填の利用などに応用されている。
[0005]
シリカ粒子材料と熱硬化性樹脂との混和は硬化前の熱硬化性樹脂(以下、「熱硬化性樹脂前駆体」と称することがある)に対して行うのが常法である。そして、シリカ粒子材料としては熱硬化性樹脂との親和性向上などを目的として表面処理が為されることがある。
[0006]
前述した粒径の小さなシリカ粒子材料は比表面積が非常に大きい。このため粒径の小さなシリカ粒子は凝集し易い特性を持つ。一旦凝集したシリカ粒子は再分散し難い。このため、粒径の小さなシリカ粒子は取り扱い性に劣る問題がある。
[0007]
そのために粒径の小さなシリカ粒子材料と熱硬化性樹脂とを混合する際には何らかの分散媒に分散させた分散液の状態で熱硬化性樹脂前駆体に混合し、その後、分散媒を除去することが行われている。
[先行技術文献]
[特許文献]
[0008]
[特許文献1]特開2006−45039号公報
[発明の概要]
[発明が解決しようとする課題]
[0009]
ところで、熱硬化性樹脂に限らず、熱可塑性樹脂に対しても耐熱性の付与などを実現したいとの要求がある。その際にシリカ粒子材料を混合することにより耐熱性を向上させることが考えられる。
[0010]
その時に混合するシリカ粒子材料としては分散媒に分散した分散液の状態で熱可塑性樹脂中に混合することは困難である。熱可塑性樹脂は、硬化前は低分子化合物であり低分子状態の熱硬化性樹脂前駆体で取り扱われる熱硬化性樹脂とは異なり、高分子化合物の状態で加熱溶融されて取り扱われるものであり、熱可塑性樹脂中に混合された分散媒は容易に取り除くことができない。
[0011]
そのために熱可塑性樹脂中に粒径の小さなシリカ粒子材料を分散した熱可塑性樹脂組成物を簡単に製造することは困難であった。
[0012]
更には混合したシリカ粒子材料は高い温度に加熱すると、水分を放出して樹脂の劣化の原因になることを本願発明者らは発見した。
[0013]
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、熱可塑性樹脂中へのシリカ粒子材料の分散が簡単にでき且つ熱劣化が少ない熱可塑性樹脂組成物を提供することを解決すべき課題とする。
[課題を解決するための手段]
[0014]
上記課題を解決するため本発明者らが鋭意検討を行った結果、粒径が小さなシリカ粒子材料であっても所定の表面処理後、分散液の状態で所定のろ紙を透過できるように調製したものについては乾燥状態でも高い流動性をもつことが分かった。特に湿式法により製造したシリカ粒子材料は熱可塑性樹脂組成物中への分散性に優れていた。
[0015]
しかしながら、湿式法により製造されたシリカ粒子材料を採用した熱可塑性樹脂組成物は耐熱性が充分で無い物もあった。例えば、200℃程度に加熱した場合であっても樹脂劣化が進行する場合があった。
[0016]
耐熱性が充分でない場合について検討を行った結果、加熱による樹脂劣化の一因として、シリカ粒子材料の表面に存在するシラノール基間における熱による脱水反応が関与することを発見した。つまり、脱水反応により生成した水分は樹脂中に放出され樹脂と反応し劣化の一因になることが分かった。
[0017]
これらの知見に基づき、湿式法により製造されたシリカ粒子材料における望ましい性質である「凝集が少なく分散性に優れている」は保ったまま耐熱性を向上させること(すなわち、脱水反応などの加熱により進行する反応により生成する物質による樹脂への影響を減らすこと)を目的として、シラノール基に対して積極的に表面処理剤の結合を行った。結果、シラノール基の熱による分解を抑制することが可能になり樹脂に適用したときにおける耐熱性が向上できることを見出した。
(1)本発明は以上の知見に基づき完成したものであり、体積平均粒子直径が1nmから100nmの原料シリカに対して、表面がシランカップリング剤及びオルガノシラザンで処理されており、且つ前記シランカップリング剤の分解温度未満で加熱処理がなされており、室温から350℃までを5℃/分の昇温速度で加熱したときの質量減少が1.5質量%以下で、イソプロパノール、PMG、MEK、酢酸エチル、及びトルエンからなる群より選択される1種又は2種以上の分散媒に全体の質量を基準として10質量%分散させた分散液100mLに対して超音波を5分間照射した後、JISP3801規格の5種Cのろ紙で吸引ろ過したときに95%以上が通過するシリカ粒子材料と、
前記シリカ粒子材料を分散する熱可塑性樹脂と、
を有することを特徴とする。
[0018]
表面処理に用いるシランカップリング剤及びオルガノシラザンの種類、及びそれらの組み合わせは前述の条件における350℃までの昇温時における質量減少が1.5質量%以下であるように組み合わせられる。それぞれの表面処理剤を用いたときに質量減少が少なくなるかどうかの判定は表面処理剤自身の分解温度によりある程度予測できる。
[0019]
ここで、上述した超音波照射は分散液100mLを(ラボランスクリュー管瓶 No.8:容量110mL)に入れ、KOWA GIKEN社製のMUC−HS−206(振動子 縦30cm×横18cm×高さ10cm)を用いて行う。本発明の熱可塑性樹脂組成物に採用されるシリカ粒子材料であるか否かを判断するために行う超音波の照射は以下の条件で行う。超音波の照射は、縦42cm×横32cm×高さ26cmの水槽中に振動子を入れ、その上にスクリュー管をのせ、スクリュー管の底から5cmまで浸漬するように水を満たして行う。超音波は振動数が28kHzで出力が60Wである。なお、本発明に採用するシリカ粒子材料は分散性に優れていることを特徴として有しており、この超音波の照射条件よりも穏やかな照射条件でもろ紙を透過できるように分散される場合も本発明の範囲に含まれることは言うまでも無い。
[0020]
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、下記の(2)、(3)、(4)、又は(8)の構成を備えることが好ましい。
(2)前記オルガノシラザンによる処理の少なくとも一部は、前記シランカップリング剤による処理後であって、前記原料シリカが乾燥状態であり且つ前記原料シリカ表面に残存するシラノール基よりも前記オルガノシラザンの量が過剰になるように処理が行われる。
(3)前記熱可塑性樹脂が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ナイロン、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、酢酸セルロース、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリ乳酸、及びポリイミドからなる群から選択される1種又は2種以上の樹脂材料である。
(4)前記シリカ粒子材料は、式(1):−OSiXで表される官能基及び式(2):−OSiYで表される官能基と、両官能基が表面に結合するシリカ粒子とからなる。上記式(1)、(2)中;Xはフェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基であり;X、Xは−OSiR及び−OSiYよりそれぞれ独立して選択され;YはRであり;Y、YはR及び−OSiYよりそれぞれ独立して選択される。YはRであり;Y及びYは、R及び−OSiRからそれぞれ独立して選択され;Rは炭素数1〜3のアルキル基から独立して選択される。なお、X、X、Y、Y、Y、及びYの何れかは、近接する官能基のX、X、Y、Y、Y、及びYの何れかと−O−にて結合しても良い。
(8)前記原料シリカ材料は、水を含む液状媒体中でシランカップリング剤及びオルガノシラザンによって原料シリカ粒子を表面処理する表面処理工程をもつ表面処理方法により処理され、
前記シランカップリング剤は、3つのアルコキシ基と、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基と、を持ち、
前記シランカップリング剤と前記オルガノシラザンとのモル比は、前記シランカップリング剤:前記オルガノシラザン=1:2〜1:10である。
[0021]
上記(4)の構成を付加する場合には、(5)〜(7)のうちの少なくとも1つを備えることが好ましい。
(5)前記式(1)で表される官能基と前記式(2)で表される官能基との存在数比が1:12〜1:60である。
(6)前記Xは前記シリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたり0.5〜2.5個である。
(7)前記Rは前記シリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたり1〜10個である。
[0022]
上記(8)の構成を付加する場合には、(9)〜(13)のうちの少なくとも1つを備えることが好ましい。
(9)前記表面処理工程は、前記原料シリカ粒子を前記シランカップリング剤で処理する第1の処理工程と、前記原料シリカ粒子を前記オルガノシラザンで処理する第2の処理工程と、を持ち、前記第2の処理工程は、前記第1の処理工程後に行い、後半では前記原料シリカの表面が乾燥している。
(10)前記第2の処理工程において、3つのアルコキシ基と炭素数1〜3のアルキル基とを持つ第2のシランカップリング剤で前記オルガノシラザンの一部を置き換え、前記第2の処理工程後に、さらに前記シリカ粒子を前記オルガノシラザンで処理する第3の処理工程を持つ。
(11)前記表面処理工程後に、前記シリカ粒子材料を鉱酸で沈殿させ、沈殿物を水で洗浄・乾燥して、シリカ粒子材料の固形物を得る固形化工程を備える。
(12)前記シランカップリング剤は、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、エポキシトリメトキシシラン、メタクリルトリメトキシシラン、アミノトリメトキシシラン、ウレイドトリメトキシシラン、メルカプトトリメトキシシラン、イソシアネートトリメトキシシラン、又はアクリルトリメトキシシランから選ばれる少なくとも一種である。
(13)前記オルガノシラザンは、テトラメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン、ペンタメチルジシラザンから選ばれる少なくとも一種である。
[発明の効果]
[0023]
本発明では、上記構成をもつことからシリカ粒子材料由来から生成する水分量を減少でき、耐熱性が高い熱可塑性樹脂組成物を提供できる。つまり、表面処理に用いたシランカップリング剤の分解温度未満で加熱処理がなされることにより、予めシリカ粒子材料から加熱生成するものが少なくなって樹脂に与える影響を低減できる。
[0024]
また、粒径が小さなシリカ粒子材料が熱可塑性樹脂中に安定的に分散された熱可塑性樹脂組成物が提供できる。熱可塑性樹脂中に粒径の小さなシリカ粒子材料が良く分散されているため、フィルムなどに加工しても充分な透明性をもつ。
[0025]
特に、熱可塑性樹脂組成物に含まれるシリカ粒子材料としては、X(フェニル基、ビニル基、エポキシ基、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基)と、R(炭素数1〜3のアルキル基)とを表面に持つ。Rすなわち炭素数1〜3のアルキル基は疎水性が高いために、互いに反発し合う。従って、本発明の熱可塑性樹脂組成物がもつシリカ粒子材料は炭素数1〜3のアルキル基同士の反発力により凝集し難く乾燥状態で流動性が高い粒子が得られるため、熱可塑性樹脂中に分散させたときに良く分散される。
[0026]
また、シリカ粒子材料が表面にRのみならずXをも持つ場合には、極性の大きな官能基を持つ材料に対する親和性が向上する。このようなシリカ粒子材料は、熱可塑性樹脂中に均一分散し易くなる。シリカ粒子材料はXを表面に持つため、熱可塑性樹脂との親和性に優れ、熱可塑性樹脂中に均一分散できる。
[0027]
また、シリカ粒子材料の表面にRが多く存在するほど凝集抑制効果が向上するが、その一方で、熱可塑性樹脂に対する親和性が低下する。シリカ粒子材料の表面にXが多く存在するほど熱可塑性樹脂に対する親和性が向上するが、その一方で、Rの数が少なくなり凝集抑制効果が低減する。従って、RとXとの存在数比には、好ましい範囲が存在する。式(1)で表される官能基と式(2)で表される官能基との存在数比が1:12〜1:60の範囲内であれば、樹脂に対する優れた親和性と優れた凝集抑制効果とを両立することができる。また、Xがシリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたり0.5〜2.5個であれば、樹脂に対する優れた親和性と優れた凝集抑制効果とを両立することができる。
[図面の簡単な説明]
[0028]
[図1]試験例1のシリカ粒子材料のTG−DTAの測定結果を表すグラフである。
[図2]試験例2のシリカ粒子材料のTG−DTAの測定結果を表すグラフである。
[発明を実施するための形態]
[0029]
本発明の熱可塑性樹脂組成物について実施形態に基づき以下詳細に説明を行う。本実施形態の熱可塑性樹脂組成物はシリカ粒子材料を含有するため、物理的強度に優れると共に、熱に対する寸法安定性にも優れている。そのため、光学材料として用いることで非常に高い性能を発揮することができる。本実施形態の熱可塑性樹脂組成物はその他にも電池のセパレータなどに用いることができる。本実施形態の熱可塑性樹脂組成物は耐熱性や機械的強度に優れており、いわゆるエンジニアリングプラスチックとしての用途に好適に採用できる。例えば耐熱性として350℃程度を実現することも可能である。
[0030]
本実施形態の熱可塑性樹脂組成物はシリカ粒子材料とそれを分散する熱可塑性樹脂とを有する。熱可塑性樹脂とシリカ粒子材料との混合比は特に限定しないが、シリカ粒子材料が全体(シリカ粒子材料と熱可塑性樹脂との質量の和)を基準として5%以上の含有量にすることが好ましく、10%以上の含有量にすることがより好ましい。更には60%以下の含有量にすることが好ましく、50%以下の含有量にすることがより好ましい。
[0031]
シリカ粒子材料と熱可塑性樹脂との混合は、高分子状態の熱可塑性樹脂を加熱することにより溶融させ、その状態でシリカ粒子材料と混合させる方法や、熱可塑性樹脂を重合させる際にシリカ粒子材料を共存させる方法などが挙げられる。熱可塑性樹脂を溶融状態にして混合する際には一般的な混練機などを採用して混合する方法が例示できる。
[0032]
シリカ粒子材料は乾燥状態で熱可塑性樹脂に混合させることが分散媒混入を抑制できるため望ましい。ここで、乾燥状態とは粒子の表面に吸着していない溶媒が存在していないこととの意味である。具体的に乾燥状態にあるか否かの判断は、無機粉体混合物を取り扱うときに、スラリー状になっていない状態で流動性をもっているかどうかで簡易的に判定できる。スラリーになっていない状態で流動性をもっていれば乾燥状態にあるものと判断できる。
[0033]
・シリカ粒子材料
シリカ粒子材料は体積平均粒径が1nm〜100nmのシリカからなる粒子である原料シリカを処理して得られる材料である。望ましくは2nm以上であり、特に望ましくは5nm以上であり、10nm以上が更に望ましい。また、80nm以下が望ましく、50nm以下が更に望ましい。なお、原料シリカに対して表面処理を行った粒子であるシリカ粒子材料については原料シリカよりも粒径が大きくはなるが、原料シリカと同様の粒径になることが望ましい。そしてその表面にはシランカップリング剤とオルガノシラザンとで処理されている。そして、採用したシランカップリング剤の分解温度未満の温度で加熱処理を行う。分解温度未満での加熱処理がなされていることで、得られた熱可塑性樹脂組成物について、その温度にまで加熱しても、加熱生成物(例えば脱水反応の進行による水分の生成)の発生が抑制でき、その加熱生成物による熱可塑性樹脂組成物の劣化が抑制できる。加熱時間としては特に限定されない。加熱を行うことによりシリカ粒子材料から何らかの加熱生成物が僅かであっても生成除去できるからである。望ましい加熱時間としてはその加熱温度(200℃)にて加熱を行っても質量変化が生じないことを確認(確認方法としては、2時間加熱を行っても1.5質量%以上の質量変化が認められない場合が例示できる)使用可能なシランカップリング剤としては分解温度が300℃以上のフェニルシランやスチリルシランといったベンゼン環やナフタレンなど芳香族基のシランカップリング剤や、環状もしくは直鎖状のシロキサン系の官能基のシランカップリング剤などが例示できる。
[0034]
原料シリカ及び生成されたシリカ粒子材料は共に真球度が高い方が、流動性が向上するため望ましい。真球度としては0.8以上にすることが望ましく、0.9以上にすることが更に望ましい。真球度の測定は、SEMで写真を撮り、その観察される粒子の面積と周囲長から、(真球度)={4π×(面積) ÷(周囲長)}で算出される値として算出する。1に近づくほど真球に近い。具体的には画像処理装置(シスメックス株式会社:FPIA−3000)を用い、無作為に抽出した100個の粒子について測定した平均値を採用する。
[0035]
シリカ粒子材料はイソプロパノール、PMG、MEK、酢酸エチル、及びトルエンからなる群より選択される1種又は2種以上の分散媒に全体の質量を基準として10質量%分散させた分散液100mLに対して超音波を5分間照射した後、JISP3801規格の5種Cのろ紙で吸引ろ過したときに95%以上が通過するものである。この試験により、分散液中での分散性が評価できる。5種Cのろ紙は微細沈殿用のろ紙であり、高度な分散が為されないと透過しない。
[0036]
シリカ粒子材料に対してこのような分散性をもたせる方法としては特に限定しないが、例えば、その1、その2に後述する方法(併用しても良い)が挙げられる。
[0037]
(その1)
シリカ粒子材料は、式(1):−OSiXで表される官能基と、式(2):−OSiYで表される官能基とが表面に結合した材料である。特に表面にシラノール基が実質的に存在しない(1nm当たり0.5個以下)ことが望ましい。以下、式(1)で表される官能基を第1の官能基と呼び、式(2)で表される官能基を第2の官能基と呼ぶ。
[0038]
第1の官能基におけるXは、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基である。X、Xは、それぞれ、−OSiR又は−OSiYである。YはRである。Y、Yは、それぞれ、R又は−OSiRである。
[0039]
第2の官能基におけるYはRである。Y、Yは、それぞれ、−OSiR又は−OSiYである。
[0040]
第1の官能基及び第2の官能基に含まれる−OSiRが多い程、シリカ粒子材料の表面にRを多く持つ。第1の官能基及び第2の官能基に含まれるR(炭素数1〜3のアルキル基)が多い程、シリカ粒子材料は凝集し難い。
[0041]
第1の官能基に関していえば、X、Xがそれぞれ−OSiRである場合に、Rの数が最小となる。また、X及びXがそれぞれ−OSiYであり、かつ、Y、Yがそれぞれ−OSiRである場合に、Rの数が最大となる。
[0042]
第2の官能基に関していえば、Y、Yがそれぞれ−OSiRである場合に、Rの数が最小となる。また、Y及びYがそれぞれ−OSiYであり、かつ、Y、Yがぞれぞれ−OSiRである場合に、Rの数が最大となる。
[0043]
第1の官能基に含まれるXの数、第1の官能基に含まれるRの数、第2の官能基に含まれるRの数は、RとXとの存在数比や、シリカ粒子材料の粒径や用途に応じて適宜設定すれば良い。
[0044]
なお、X、X、Y、Y、Y、及びYの何れかは、隣接する官能基のX、X、Y、Y、Y、及びYの何れかと−O−にて結合しても良い。例えば、第1の官能基のX、X、Y、及びYの何れかが、この第1の官能基に隣接する第1の官能基のX、X、Y、及びYの何れかと−O−にて結合していても良い。同様に、第2の官能基のY、Y、Y、及びYの何れかが、この第2の官能基に隣接する第2の官能基のY、Y、Y、及びYの何れかと−O−にて結合していても良い。さらには、第1の官能基のX、X、Y、及びYの何れかが、この第1の官能基に隣接する第2の官能基のY、Y、Y、及びYの何れかと−O−にて結合していても良い。
[0045]
第1の官能基と第2の官能基との存在数比が1:12〜1:60であれば、シリカ粒子材料の表面にXとRとがバランス良く存在する。このため、第1の官能基と第2の官能基との存在数比が1:12〜1:60であるシリカ粒子材料は、樹脂に対する親和性及び凝集抑制効果に特に優れる。また、Xがシリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたり0.5〜2.5個であれば、シリカ粒子材料の表面に充分な数の第1の官能基が結合し、第1の官能基及び第2の官能基に由来するRもまた充分な数存在する。従ってこの場合にも、樹脂に対する親和性及びシリカ粒子材料の凝集抑制効果が充分に発揮される。
[0046]
何れの場合にも、シリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたりのRは、1個〜10個であるのが好ましい。この場合には、シリカ粒子材料の表面に存在するXの数とRの数とのバランスが良くなり、樹脂に対する親和性及びシリカ粒子材料の凝集抑制効果との両方がバランス良く発揮される。
[0047]
シリカ粒子の表面に存在していた水酸基の全部が第1の官能基又は第2の官能基で置換されていることが好ましい。第1の官能基と第2の官能基との和が、シリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたり2.0個以上であれば、シリカ粒子材料において、シリカ粒子の表面に存在していた水酸基のほぼ全部が第1の官能基又は第2の官能基で置換されているといえる。
[0048]
シリカ粒子材料は、表面にRを持つ。これは、赤外線吸収スペクトルによって確認できる。詳しくは、シリカ粒子材料の赤外線吸収スペクトルを固体拡散反射法で測定すると、2962±2cm−1にC−H伸縮振動の極大吸収がある。このため、本実施形態の無機粉体混合物がもつシリカ粒子材料であるか否かは、赤外線吸収スペクトルによって確認できる。
[0049]
また、上述したように本発明の無機粉体混合物がもつシリカ粒子材料は凝集し難い。従って、シリカ粒子材料としては粒径の小さなものに採用できる。例えば、シリカ粒子材料は、平均粒径3nm〜5000nm程度にできる。平均粒径3〜200nmのシリカ粒子材料に適用するのが好ましい。
[0050]
なお、シリカ粒子材料は、例え僅かに凝集した場合にも、超音波処理することによって再度分散可能である。詳しくは、シリカ粒子材料をメチルエチルケトンに分散させたものに、発振周波数39kHz、出力500Wの超音波を照射することで、シリカ粒子材料を実質的に一次粒子にまで分散できる。このときの超音波照射時間は10分間以下で良い。シリカ粒子材料が一次粒子にまで分散したか否かは、粒度分布を測定することで確認できる。詳しくは、このシリカ粒子材料のメチルエチルケトン分散材料をマイクロトラック装置等の粒度分布測定装置で測定し、シリカ粒子材料の粒度分布があれば、シリカ粒子材料が一次粒子にまで分散したといえる。
[0051]
このシリカ粒子材料は、凝集し難いため、水やアルコール等の液状媒体に分散されていないシリカ粒子材料として提供できる。また、シリカ粒子材料は凝集し難いために、水で容易に洗浄できる。
[0052]
(その2)
その1に示すシリカ粒子材料に代えて、以下に示す表面処理を行ったシリカ粒子材料を採用することもできる。なお、以下の方法によりシリカ粒子材料(その1)を得ることもできるため、その1とその2とは排他的なものではない。
[0053]
シリカ粒子材料の表面処理方法は、水を含む液状媒体中で、シランカップリング剤及びオルガノシラザンによってシリカ粒子を表面処理する工程(表面処理工程)を持つ。シランカップリング剤は、3つのアルコキシ基と、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基(すなわち上記のX)とを持つ。
[0054]
シランカップリング剤で表面処理することで、シリカ粒子の表面に存在する水酸基がシランカップリング剤に由来する官能基で置換される。表面処理を行うシランカップリング剤の量は特に限定しないが、処理前のシリカ粒子材料の表面にあるシラノール基について80%以上反応できる量とすることができる。特に反応前のシリカ粒子材料の表面にシラノール基が2.5個/nm程度存在するときには80%以上反応させることで残存するシラノール基が0.5個/nm以下にすることができ脱水反応による水分発生量を充分に抑制できる。シランカップリング剤に由来する官能基は式(3);−OSiXで表される。式(3)で表される官能基を第3の官能基と呼ぶ。第3の官能基におけるXは式(1)で表される官能基におけるXと同じである。X、Xは、それぞれ、アルキコキシ基である。オルガノシラザンで表面処理することで、第3の官能基のX、Xがオルガノシラザンに由来する−OSiY(式(2)で表される官能基、第2の官能基)で置換される。シリカ粒子の表面に存在する水酸基の全てが第3の官能基で置換されていない場合には、シリカ粒子の表面に残存する水酸基が第2の官能基で置換される。このため、表面処理されたシリカ粒子材料の表面には、式(1):−OSiXで表される官能基(すなわち第1の官能基)と、式(2):−OSiYで表される官能基と(すなわち第2の官能基)が結合する。なお、シランカップリング剤とオルガノシラザンとのモル比は、シランカップリング剤:オルガノシラザン=1:2〜1:10であるため、得られたシリカ粒子材料における第1の官能基と第2の官能基との存在数比は理論上1:12〜1:60となる。
[0055]
表面処理工程においては、シリカ粒子をシランカップリング剤及びオルガノシラザンで同時に表面処理しても良い。又は、先ずシリカ粒子をシランカップリング剤で表面処理し、次いでオルガノシラザンで表面処理しても良い。又は、先ずシリカ粒子をオルガノシラザンで表面処理し、次いでシランカップリング剤で表面処理し、さらにその後にオルガノシラザンで表面処理しても良い。特にシランカップリング剤による処理を行った後にオルガノシラザンによる処理を行うことが望ましい。そして、オルガノシラザンによる処理の一部(特に後半)では原料シリカの表面が乾燥していることが望ましい。ここで、乾燥しているとは100℃で1時間加熱したときに質量減少が1質量%以下であることをいう。
[0056]
何れの場合にも、シリカ粒子の表面に存在する水酸基全てが第2の官能基で置換されないように、オルガノシラザンの量を調整すれば良い。なお、シリカ粒子の表面に存在する水酸基は、全てが第3の官能基で置換されても良いし、一部のみが第3の官能基で置換され、他の部分が第2の官能基で置換されても良い。第3の官能基に含まれるX、Xは、全て第2の官能基で置換されるのが良い。
[0057]
なお、オルガノシラザンの一部を、第2のシランカップリング剤で置き換えても良い。第2のシランカップリング剤としては、3つのアルコキシ基と、1つのアルキル基とを持つものを用いることができる。この場合には、第3の官能基に含まれるX、Xが、第2のシランカップリング剤に由来する第4の官能基で置換される。第4の官能基は式(4);−OSiYで表される。Yは第2の官能基におけるYと同じRであり、X、Xはそれぞれアルコキシ基又は水酸基である。第4の官能基に含まれるX、Xは、オルガノシラザンに由来する第2の官能基で置換されるか、又は、別の第4の官能基で置換される。この場合には、シリカ粒子材料の表面に存在するRの量をさらに多くする事ができる。なお、オルガノシラザンの一部を、第2のシランカップリング剤に置き換える場合、第2のシランカップリング剤で表面処理した後に、再度オルガノシラザンで表面処理する必要がある。第4の官能基に含まれるX、Xを、最終的にはオルガノシラザンに由来する第2の官能基で置換するためである。
[0058]
オルガノシラザンの一部を第2のシランカップリング剤で置き換える場合、上述した第1の官能基に含まれるX、Xは、オルガノシラザンに由来する第2の官能基で置換されるか、第2のシランカップリング剤に由来する第4の官能基で置換される。X、Xが第4の官能基で置換された場合、第4の官能基に含まれるX、Xは、第2の官能基で置換されるか、別の第4の官能基によって置換される。第4の官能基に含まれるX、Xが別の第4の官能基によって置換された場合、第4の官能基に含まれるX、Xは、第2の官能基で置換される。このため第2のシランカップリング剤は、第1のカップリング剤及びオルガノシラザンのみで表面処理する場合(オルガノシラザンを第2のシランカップリング剤で置き換えなかった場合)に設定されるオルガノシラザンの量(a)molに対して、最大限5a/3mol置き換えることができる。この場合に必要になるオルガノシラザンの量は、8a/3molである。
[0059]
シランカップリング剤及び第2のシランカップリング剤のアルコキシ基は特に限定しないが、比較的炭素数の小さなものが好ましく、炭素数1〜12であることが好ましい。アルコキシ基の加水分解性を考慮すると、アルコキシ基はメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基の何れかであることがより好ましい。
[0060]
シランカップリング剤として、具体的には、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、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トリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシランが挙げられる。
[0061]
オルガノシラザンとしては、シリカ粒子の表面に存在する水酸基及びシランカップリング剤に由来するアルコキシ基を、上述した第2の官能基で置換できるものであれば良いが、分子量の小さなものを用いるのが好ましい。具体的には、テトラメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン、ペンタメチルジシラザン等が挙げられる。
[0062]
第2のシランカップリング剤としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン等が挙げられる。
[0063]
なお、表面処理工程において、シランカップリング剤の重合や第2のシランカップリング剤の重合を抑制するため、重合禁止剤を加えても良い。重合禁止剤としては、3,5−ジブチル−4−ヒドロキシトルエン(BHT)、p−メトキシフェノール(メトキノン)等の一般的なものを用いることができる。
[0064]
シリカ粒子材料を得るための表面処理について説明する。本表面処理方法は、表面処理工程後に固形化工程を備えても良い。固形化工程は、表面処理後のシリカ粒子材料を鉱酸で沈殿させ、沈殿物を水で洗浄・乾燥して、シリカ粒子材料の固形物を得る工程である。固形化工程は表面処理工程の途中(特にはオルガノシラザンによる処理の途中)に行うこともできる。固形化工程後は原料シリカの表面を乾燥させて表面処理工程(オルガノシラザンによる処理)を続行する。上述したように、一般的なシリカ粒子材料は非常に凝集し易いため、一旦固形化したシリカ粒子材料を再度分散するのは非常に困難である。しかし、シリカ粒子材料は凝集し難いため、固形化しても凝集し難く、また、例え凝集しても再分散し易い。なお、上述したように、シリカ粒子材料を水で洗浄することで、電子部品等の用途に用いられるシリカ粒子材料を容易に製造できる。なお、洗浄工程においては、シリカ粒子材料の抽出水(詳しくは、シリカ粒子材料を121℃で24時間浸漬した水)の電気伝導度が50μS/cm以下となるまで、洗浄を繰り返すのが好ましい。
[0065]
固形化工程で用いる鉱酸としては塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などが例示でき、特に塩酸が望ましい。鉱酸はそのまま用いても良いが、鉱酸水溶液として用いるのが好ましい。鉱酸水溶液における鉱酸の濃度は0.1質量%以上が望ましく、0.5質量%以上が更に望ましい。鉱酸水溶液の量は、洗浄対象であるシリカ粒子材料の質量を基準として6〜12倍程度にすることができる。
[0066]
鉱酸水溶液による洗浄は複数回数行うことも可能である。鉱酸水溶液による洗浄はシリカ粒子材料を鉱酸水溶液に浸漬後、撹拌することが望ましい。また、浸漬した状態で1時間から24時間、更には72時間程度放置することができる。放置する際には撹拌を継続することもできるし、撹拌しないこともできる。鉱酸含有液中にて洗浄する際には常温以上に加熱することもできる。
[0067]
その後、洗浄して懸濁させたシリカ粒子材料をろ取した後、水にて洗浄する。使用する水はアルカリ金属などのイオンを含まない(例えば質量基準で1ppm以下)ことが望ましい。例えば、イオン交換水、蒸留水、純水などである。水による洗浄は鉱酸水溶液による洗浄と同じく、シリカ粒子材料を分散、懸濁させた後、ろ過することもできるし、ろ取したシリカ粒子材料に対して水を継続的に通過させることによっても可能である。水による洗浄の終了時期は、上述した抽出水の電気伝導度で判断しても良いし、シリカ粒子材料を洗浄した後の排水中のアルカリ金属濃度が1ppm以下になった時点としても良いし、抽出水のアルカリ金属濃度が5ppm以下になった時点としても良い。なお、水で洗浄する際には常温以上に加熱することもできる。
[0068]
シリカ粒子材料の乾燥は、常法により行うことができる。例えば、加熱や、減圧(真空)下に放置する等である。
[0069]
・熱可塑性樹脂
熱可塑性樹脂は加熱により溶融乃至軟化する樹脂材料であれば特に限定しない。透明性が求められる用途に本実施形態の熱可塑性樹脂組成物を用いる場合には結晶性が低い材料を採用することが望ましい。熱可塑性樹脂は何らか反応により架橋反応などを進行させることが可能で、その反応以後に熱可塑性を喪失する材料であっても良い。例えば、化学構造中に架橋可能な官能基を有し、熱可塑性樹脂が溶融する条件以外の条件(溶融温度以上の加熱、高エネルギー線(光、放射線)の照射など)によりその官能基が反応するものが挙げられる。
[0070]
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ナイロン、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、酢酸セルロース、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリイミドなどの樹脂材料が例示できる。これらの中から単独で又は2種以上混合したアロイとして採用することができる。更にはそれぞれの樹脂材料を構成する単量体を共重合させた共重合体とすることもできる。
[0071]
熱可塑性樹脂として選択した材料に応じて前述したシリカ粒子材料の表面改質を行うことが望ましい。例えば、その熱可塑性樹脂に親和性をもつ官能基をシリカ粒子材料の表面に付与することができる。
[実施例]
[0072]
以下、本発明の熱可塑性樹脂組成物について実施例に基づき詳細に説明する。
(本発明の熱可塑性樹脂組成物が含有するシリカ粒子材料について)
・試験例1
(試料の調製)
シリカ粒子として、コロイダルシリカ(平均粒径10nm、水中に分散されており固形分濃度20%)を準備した。
アルコールとして、イソプロパノールを準備した。
シランカップリング剤として、フェニルトリメトキシシランを準備した。
オルガノシラザンとして、ヘキサメチルジシラザンを準備した。
[0073]
(表面処理工程)
(1)準備工程
シリカ粒子が20質量%の濃度で水に分散したスラリー100質量部にイソプロパノール60質量部を加え、室温(約25℃)で混合することで、シリカ粒子が液状媒体に分散されてなる分散液を得た。
[0074]
(2)第1工程
この分散液にフェニルトリメトキシシラン1.8質量部を加え、40℃で72時間混合した。この工程により、シリカ粒子の表面に存在する水酸基をシランカップリング剤で表面処理した。なお、このときフェニルトリメトキシシランは、必要な量の水酸基(一部)が表面処理されず残存するように計算して加えた。
[0075]
(3)第2工程
次いで、この混合物に、ヘキサメチルジシラザン3.7質量部を加え、40℃で72時間放置した。この工程によって、シリカ粒子が表面処理され、シリカ粒子材料が得られた。表面処理の進行に伴い、疎水性になったシリカ粒子が水及びイソプロパノールの中で安定に存在できなくなり、凝集・沈殿した。なお、フェニルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比は2:5であった。
[0076]
(3)固形化工程
表面処理工程で得られた混合物全量に35%塩酸水溶液を5質量部を加え、シリカ粒子材料を沈殿させた。沈殿物をろ紙(アドバンテック社製 5A)で濾過した。濾過残渣(固形分)を純水で洗浄した後に2時間真空乾燥して、表面を乾燥状態にした。
[0077]
(4)第2工程の続き(第3工程)
乾燥状態の粒子にヘキサメチルジシラザンを混合させた。ヘキサメチルジシラザンの量は粒子の表面に存在するシラノール基に対して過剰量とした。混合後、200℃で2時間加熱を行った。
[0078]
結果、シリカ粒子材料の表面には処理前には2.5個/nmのシラノール基が存在し、そのシラノール基の83%がこれらの処理によって消費された。2時間の加熱により表面の安定性が向上した。
[0079]
(示差熱‐熱重量同時測定(TG-DTA)の測定)
得られたシリカ粒子材料についてTG−DTAを測定した。測定はリガク社製、サーモプラス TG8120により行った。測定条件は昇温速度5℃/分で25℃から800℃まで行った。結果を図1に示す。350℃における質量減少は1.4%であった。
[0080]
・試験例2
(試料の調製)
試験例1における第3工程を行わずにシリカ粒子材料を得た。シリカ粒子材料の表面には処理前には2.5個/nmのシラノール基が存在し、そのシラノール基の74%がこれらの処理によって消費された。
[0081]
(示差熱‐熱重量同時測定(TG-DTA)の測定)
得られたシリカ粒子材料についてTG−DTAを試験例1と同様に測定した。結果を図2に示す。350℃における質量減少は2.7%であった。
[0082]
・試験例3
最後の加熱(200℃で2時間)を行わない以外は試験例1におけるものと同様の操作を行った。
[0083]
(示差熱‐熱重量同時測定(TG-DTA)の測定)
得られたシリカ粒子材料についてTG−DTAを試験例1と同様に測定した。350℃における質量減少は1.7%であった。
[0084]
・試験例4
シランカップリング剤としてフェニルトリメトキシシランに代えてメタクリルシランを用いた以外は試験例1におけるものと同様の操作を行った。
[0085]
(示差熱‐熱重量同時測定(TG-DTA)の測定)
得られたシリカ粒子材料についてTG−DTAを試験例1と同様に測定した。300度付近にメタクリル基の熱分解に伴う発熱ピークと重量減少がみられ、350℃における質量減少は4%以上であった。
[0086]
・凝集性評価試験
試験例1〜4のシリカ粒子材料について、液状媒体中における凝集性を測定した。
詳しくは、試験例1〜4については、シリカ粒子材料10gとメチルエチルケトン40gとの混合物を攪拌し、シリカ粒子材料の分散試料を得た。
得られた各分散試料に含まれるシリカ粒子材料の粒度分布を、粗粒分布測定装置(日機装株式会社製、マイクロトラック)により測定した。
試験例1、3、4のシリカ粒子材料は、凝集のない一次粒子の状態で分散していることが分かった。これは、肉眼でも確認できた。試験例1ではシリカ粒子材料の粒度分布(ピーク)が、粒子径10nm程度の位置に一つのみ現れていることから裏付けられる。シリカ粒子材料が二次粒子であれば(すなわち、少しでも凝集があれば)、粒子径100nm以上の位置に少なくとも一つのピークが現れる。このため、試験例1のシリカ粒子材料は、一旦固形化したにもかかわらず、その殆どが一次粒子であり、殆ど凝集していないことがわかる。これに対して、試験例2のシリカ粒子材料は、攪拌するだけでは分散せず、攪拌後に発振周波数39kHz、出力500Wで1時間以上超音波照射しても、肉眼で凝集が確認でき、一次粒子にまで分散しなかった。
[0087]
JISP3801規格の5種Cのろ紙で吸引ろ過したときの通過性を評価した。分散媒としてはメチルエチルケトンを用いた。この分散媒に全体の質量を基準として10質量%分散させた分散液100mLに対して超音波を5分間照射した後、JISP3801規格の5種Cのろ紙で吸引ろ過したときに試験例1では97%通過、試験例2では98%通過、試験例3では98%通過、試験例4では5%通過であった。
[0088]
(熱可塑性樹脂との混合:熱可塑性樹脂組成物の調製)
以下に本発明の熱可塑性樹脂組成物について説明する。
[0089]
・試験例A
熱可塑性樹脂としてのポリアミドイミド樹脂(トーロン ソルベイアドバンスドポリマー)を60質量部、試験例1のシリカ粒子材料を40質量部用い、パーカーコーポレーション製の同方向回転二軸押出機(HK−25D(41D))にて、樹脂温度250℃にて混練し、本実施例の試験試料とした。
[0090]
・試験例B、C、D
試験例1のシリカ粒子材料に代えて、試験例2のシリカ粒子材料(試験例B)、試験例3のシリカ粒子材料(試験例C)、試験例4のシリカ粒子材料(試験例D)を採用した以外は試験例Aと同様の方法で混練し、本試験例の試験試料とした。
[0091]
(強度評価試験及び結果)
試験例A〜Dの試験試料について検討を行った結果、試験例Aの試料は、試験例B〜Dの試料に比べて着色の程度が少なく(殆どなく)劣化が抑制されていることが分かった。また、手で触ったり曲げたりした感じでも試験例Aの試料では試験例B〜Dの試料よりも触感が良く且つ強度が高いことが分かった。具体的な強度としては、テストピースを作成し、強度(引っ張り強度)を測定したところ、試験例Aの試料の強度を基準として50%以下の強度になっていた。従って、重量減少が1.5%以下であることで高温に曝しても強度を維持できることが分かった。
[0092]
(分散性向上に関する参考試験)
(試験例5)
(材料)
シリカ粒子として、コロイダルシリカ(平均粒径10nm、水中に分散されており固形分濃度20%)を準備した。
アルコールとして、イソプロパノールを準備した。
シランカップリング剤として、フェニルトリメトキシシランを準備した。
オルガノシラザンとして、ヘキサメチルジシラザンを準備した。
[0093]
(表面処理工程)
(1)準備工程
シリカ粒子が20質量%の濃度で水に分散したスラリー100質量部にイソプロパノール60質量部を加え、室温(約25℃)で混合することで、シリカ粒子が液状媒体に分散されてなる分散液を得た。
[0094]
(2)第1工程
この分散液にフェニルトリメトキシシラン1.8質量部を加え、40℃で72時間混合した。この工程により、シリカ粒子の表面に存在する水酸基をシランカップリング剤で表面処理した。なお、このときフェニルトリメトキシシランは、必要な量の水酸基(一部)が表面処理されず残存するように計算して加えた。
[0095]
(3)第2工程
次いで、この混合物に、ヘキサメチルジシラザン3.7質量部を加え、40℃で72時間放置した。この工程によって、シリカ粒子が表面処理され、シリカ粒子材料が得られた。表面処理の進行に伴い、疎水性になったシリカ粒子が水及びイソプロパノールの中で安定に存在できなくなり、凝集・沈殿した。なお、フェニルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比は2:5であった。
[0096]
(固形化工程)
表面処理工程で得られた混合物全量に35%塩酸水溶液を5質量部加え、シリカ粒子材料を沈殿させた。沈殿物をろ紙(アドバンテック社製 5A)で濾過した。濾過残渣(固形分)を純水で洗浄した後に100℃で真空乾燥して、シリカ粒子材料の固形物を得た。
[0097]
(試験例6)
試験例6のシリカ粒子の表面処理方法は、フェニルトリメトキシシランにかえてビニルトリメトキシシランを用い、ビニルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比が2:5であったこと以外は、試験例5のシリカ粒子の表面処理方法と同じである。第1工程においては、ビニルトリメトキシシラン1.36質量部を加え、第2工程においてはヘキサメチルジシラザン3.7質量部を加えた。
[0099]
(試験例7)
試験例7のシリカ粒子の表面処理方法は、フェニルトリメトキシシランにかえてビニルトリメトキシシランを用い、ビニルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比が1:5であったこと以外は、試験例5のシリカ粒子の表面処理方法と同じである。第1工程においては、ビニルトリメトキシシラン1.36質量部を加え、第2工程においてはヘキサメチルジシラザン7.41質量部を加えた。
[0100]
(試験例8)
試験例8のシリカ粒子の表面処理方法においては、シリカ粒子として、コロイダルシリカ(平均粒径50nm、水中に分散されており固形分濃度20%)を用いた。また、第1工程においてシランカップリング剤として3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.48質量部を加えた。さらに、このシランカップリング剤に重合禁止剤を0.01質量部加えた。また、第2工程において、ヘキサメチルジシラザン0.78質量部を加えた。さらに、固形化工程においては、表面処理工程で得られた混合物全量に35%塩酸水溶液2.6質量部を加えてシリカ粒子材料を沈殿させた。これ以外は、試験例8のシリカ粒子の表面処理方法は、試験例5のシリカ粒子の表面処理方法と同じであった。なお、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比は2:5であった。
[0101]
(試験例9)
試験例9のシリカ粒子の表面処理方法は、フェニルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比が1:1であったこと以外は、試験例5のシリカ粒子の表面処理方法と同じである。第1工程においては、フェニルトリメトキシシラン4.5質量部を加え、第2工程においてはヘキサメチルジシラザン3.7質量部を加えた。
[0102]
(試験例10)
試験例10のシリカ粒子の表面処理方法は、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比が2:1であったこと以外は、試験例8のシリカ粒子の表面処理方法と同じである。第1工程においては、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.48質量部を加え、第2工程においてはヘキサメチルジシラザン0.16質量部を加えた。
[0103]
(試験例11)
試験例11のシリカ粒子の表面処理方法は、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンとのモル比が1:1であったこと以外は、試験例8のシリカ粒子の表面処理方法と同じである。第1工程においては、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.48質量部を加え、第2工程においてはヘキサメチルジシラザン0.31質量部を加えた。
[0104]
(凝集性評価試験)
試験例5〜11のシリカ粒子材料について、液状媒体中における凝集性を測定した。
[0105]
詳しくは、試験例5〜7及び試験例9については、シリカ粒子材料10gとメチルエチルケトン40gとの混合物を攪拌し、シリカ粒子材料の分散試料を得た。
[0106]
試験例8、10、11については、シリカ粒子材料10gとメチルエチルケトン10gとの混合物を攪拌し、シリカ粒子材料の分散試料を得た。得られた各分散試料に含まれるシリカ粒子材料の粒度分布を、粒祖分布測定装置(日機装株式会社製、マイクロトラック)により測定した。
[0107]
その結果、試験例5〜8のシリカ粒子材料は、凝集のない一次粒子の状態で分散していることが分かった。これは、試験例5〜8のそれぞれのシリカ粒子材料の粒度分布(ピーク)が、粒子径10nm〜50nm程度の位置に一つのみ現れていることから裏付けられる。シリカ粒子材料が二次粒子であれば(すなわち、少しでも凝集があれば)、粒子径100nm以上の位置に少なくとも一つのピークが現れる。このため、試験例5〜8のシリカ粒子材料は、一旦固形化したにもかかわらず、その殆どが一次粒子であり、殆ど凝集していないことがわかる。これに対して、試験例9〜11のシリカ粒子材料は、攪拌するだけでは分散せず、攪拌後に発振周波数39kHz、出力500Wで1時間以上超音波照射しても、肉眼で凝集が確認でき、一次粒子にまで分散しなかった。この結果から、シランカップリング剤とオルガノシラザンとのモル比を1:2〜1:10の範囲にすることで、固形化しても凝集し難いシリカ粒子材料を製造できることがわかる。なお、試験例5のシリカ粒子材料の平均粒径は10nm、試験例6のシリカ粒子材料の平均粒径は10nm、試験例7のシリカ粒子材料の平均粒径は10nm、試験例8のシリカ粒子材料の平均粒径は50nmであった。この結果から、凝集抑制のためには、シランカップリング剤とオルガノシラザンとのモル比を1:5〜2:5の範囲にするのが好ましいことがわかる。
[0108]
(極大吸収測定試験)
試験例5〜11のシリカ粒子材料を準備し、この試料の赤外線吸収スペクトルを、サーモニコレット社製 FT−IR Avatorを用いた粉体拡散反射法で測定した。このときの測定条件は、分解能4、スキャン回数64であった。結果、試験例5〜11のシリカ粒子材料の赤外吸収スペクトルは、何れも、2962cm−1にC-H伸縮振動の極大吸収(ピーク)を持つ。このため、これらのシリカ粒子材料は、アルキル基を持つこと(すなわち、アルキル基を持つオルガノシラザンで表面処理されていること)がわかる。なお、試験例9〜11のシリカ粒子材料のピーク高さは、試験例5〜8のシリカ粒子材料のピーク高さに比べて低かった。この結果は、試験例9〜11のシリカ粒子材料においては、充分な量のアルキル基を持たないことを示唆している。詳しくは、試験例5〜8のシリカ粒子材料の赤外線吸収スペクトルにおいては、シランカップリング剤に由来する各官能基固有のC−Hのピーク高さに対してオルガノシラザンに由来するメチル基(2962cm−1)のピーク高さが3倍以上であった。試験例9〜11のシリカ粒子材料の赤外線吸収スペクトルにおいては、シランカップリング剤に由来する各官能基固有のC−Hのピーク高さに対してオルガノシラザンに由来するメチル基(2962cm−1)のピーク高さが2倍以下であった。上述したように、試験例5〜8のシリカ粒子材料は凝集し難く、試験例9〜11のシリカ粒子材料は凝集し易かった。これらの結果から、シランカップリング剤に由来する各官能基固有のC−Hのピーク高さに対してオルガノシラザンに由来するメチル基(2962cm−1)のピーク高さが3倍以上であるシリカ粒子材料は凝集し難いといえる。
[0109]
(炭素量測定試験)
試験例5〜11のシリカ粒子材料について、シリカ粒子材料の質量あたりに存在する炭素の量(質量%)を測定した。測定には、有機炭素測定装置(HORIBA社製、EMIA−320V)を用いた。
[0110]
その結果、試験例5のシリカ粒子材料の炭素量は3.5質量%であり、試験例6のシリカ粒子材料の炭素量は2.6質量%であり、試験例7のシリカ粒子材料の炭素量は2.8質量%であり、試験例8のシリカ粒子材料の炭素量は0.96質量%であった。試験例9のシリカ粒子材料の炭素量は4.0質量%であり、試験例10のシリカ粒子材料の炭素量は1.8質量%であり、試験例11のシリカ粒子材料の炭素量は1.0質量%であった。
[0111]
(X数測定試験)
試験例5〜11のシリカ粒子材料について、シリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたりのXの存在数を測定した。試験例5及び試験例9のシリカ粒子材料におけるXはフェニル基であり、試験例6、7のシリカ粒子材料におけるXはビニル基であり、試験例8、10、11のシリカ粒子材料におけるXはメタクリロキシ基であった。シリカ粒子材料の表面積(比表面積)は窒素を用いたBET法で測定した。Xの存在数はシリカ粒子材料の炭素量を基に算出した。詳しくは、第1工程後のシリカ粒子を、水で洗浄し遠心分離した後に乾燥して、シランカップリング剤処理後のシリカ粒子試料を得た。この試料の炭素量を、有機炭素測定装置を用いて測定し、測定値を基にX数を算出した。
[0112]
その結果、試験例5のシリカ粒子材料におけるX数は、約1.2個/nmであった。試験例6のシリカ粒子材料におけるX数は、約1.1個/nmであった。試験例7のシリカ粒子材料におけるX数は、約1.1個/nmであった。試験例8のシリカ粒子材料におけるX数は、約2.0個/nmであった。試験例9のシリカ粒子材料におけるX数は、約1.7個/nmであった。試験例10のシリカ粒子材料におけるX数は、約2.0個/nmであった。試験例11のシリカ粒子材料におけるX数は、約2.0個/nmであった。参考までに、シランカップリング剤処理後のシリカ粒子試料の炭素量は、試験例5のシリカ粒子材料では3.6質量%、試験例6のシリカ粒子材料では1.1質量%、試験例7のシリカ粒子材料では1.1質量%、試験例8のシリカ粒子材料では1.5質量%であった。また、試験例9のシリカ粒子材料では5.0質量%、試験例10のシリカ粒子材料では1.5質量%、試験例11のシリカ粒子材料では1.5質量%であった。
[0113]
上述したように、シリカ粒子材料の樹脂材料に対する親和性はXの数及び種類によって異なり、試験例5のシリカ粒子材料及び試験例8のシリカ粒子材料は、樹脂材料に対する親和性に優れていた。この結果から、樹脂材料に対して優れた親和性を発揮するためには、シリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたりのXは0.5個〜2.5個であるのが好ましく、1.0個〜2.0個であるのがより好ましいといえる。

(参考:分割直前の特許請求の範囲)
[請求項1]
体積平均粒子直径が1nmから100nmの原料シリカに対して、表面がシランカップリング剤及びオルガノシラザンで処理されており、室温から350℃までを 5℃/分の昇温速度で加熱したときの質量減少が1.5質量%以下で、MEKからなる分散媒に全体の質量を基準として10質量%分散させた分散液100mLに対して超音波を5分間照射した後、JISP3801規格の5種Cのろ紙で吸引ろ過したときに95%以上が通過するシリカ粒子材料と、
前記シリカ粒子材料を分散する熱可塑性樹脂と、
を有する熱可塑性樹脂組成物。
[請求項2]
前記シランカップリング剤由来の官能基の少なくとも一部には前記オルガノシラザン由来の官能基が結合しており、前記原料シリカ由来のシラノール基の全てに前記シランカップリング剤又は前記オルガノシラザン由来の官能基が実質的に結合している請求項1に記載の熱可塑性樹脂組成物。
[請求項3]
前記熱可塑性樹脂が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ナイロン、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、酢酸セルロース、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリ乳酸、及びポリイミドからなる群から選択される1種又は2種以上の樹脂材料である請求項1又は2に記載の熱可塑性樹脂組成物。
[請求項4]
前記シリカ粒子材料は、式(1):−OSiXで表される官能基及び式(2):−OSiYで表される官能基と、両官能基が表面に結合するシリカ粒子とからなる請求項1〜3のうちの何れか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物。(上記式(1)、(2)中;Xはフェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基であり;X、Xは−OSiR3及び−OSiYよりそれぞれ独立して選択され;YはRであり;Y、YはR及び−OSiYよりそれぞれ独立して選択される。YはRであり;Y及びYは、R及び−OSiR3からそれぞれ独立して選択され;Rは炭素数1〜3のアルキル基から独立して選択される。なお、X、X、Y、Y、Y、及びYの何れかは、近接する官能基のX、X、Y、Y、Y、及びYの何れかと−O−にて結合しても良い。)
[請求項5]
前記式(1)で表される官能基と前記式(2)で表される官能基との存在数比が1:12〜1:60である請求項4に記載の熱可塑性樹脂組成物。
[請求項6]
前記Xは前記シリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたり0.5〜2.5個である請求項4又は5に記載の熱可塑性樹脂組成物。
[請求項7]
前記Rは前記シリカ粒子材料の単位表面積(nm)あたり1〜10個である請求項4〜6の何れか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物。
[請求項8]
前記シランカップリング剤は、3つのアルコキシ基と、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基と、を持ち、
前記シランカップリング剤と前記オルガノシラザンとのモル比は、前記シランカップリング剤:前記オルガノシラザン=1:2〜1:10である請求項1〜7の何れか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物。
[請求項9]
請求項1〜8の何れか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法であって、
前記原料シリカ材料は、水を含む液状媒体中でシランカップリング剤及びオルガノシラザンによって原料シリカ粒子を表面処理する表面処理工程と、
前記表面処理工程後に、前記シリカ粒子材料を鉱酸で沈殿させ、沈殿物を水で洗浄・乾燥して、シリカ粒子材料の固形物を得る固形化工程と、
前記シランカップリング剤の分解温度未満で加熱処理する工程と、
を備え、
前記表面処理工程は、
前記原料シリカ粒子を前記シランカップリング剤で処理する第1の処理工程と、
前記原料シリカ粒子を前記オルガノシラザンで処理する第2の処理工程と、を持ち、
前記第2の処理工程は、前記第1の処理工程後に行い、後半では前記原料シリカの表面が乾燥している熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
[請求項10]
前記第2の処理工程において、3つのアルコキシ基と炭素数1〜3のアルキル基とを持つ第2のシランカップリング剤で前記オルガノシラザンの一部を置き換え、
前記第2の処理工程後に、さらに前記シリカ粒子を前記オルガノシラザンで処理する第3の処理工程を持つ請求項9に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
[請求項11]
前記シランカップリング剤は、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、エポキシトリメトキシシラン、メタクリルトリメトキシシラン、アミノトリメトキシシラン、ウレイドトリメトキシシラン、メルカプトトリメトキシシラン、イソシアネートトリメトキシシラン、又はアクリルトリメトキシシランから選ばれる少なくとも一種である請求項9又は10に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
[請求項12]
前記オルガノシラザンは、テトラメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン、ペンタメチルジシラザンから選ばれる少なくとも一種である請求項9〜11の何れか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
(Reference: Description just before the split)
[Title of Invention] Thermoplastic resin composition and method for producing the same
[Technical field]
[0001]
The present invention relates to silica particles suitable for dispersion in a thermoplastic resin and a thermoplastic resin composition containing the silica particles.
[Background technology]
[0002]
Conventionally, a thermosetting resin composition containing a silica particle material in a thermosetting resin is known. By including the silica particle material in the thermosetting resin, the heat resistance can be improved with respect to the resin composition, or the physical strength can be improved.
[0003]
Here, colloidal silica which is a kind of silica particle material is produced by a method of producing water glass as a raw material, a method of producing metal silicon powder as a raw material, a gas phase synthesis method, or the like. In the method of producing water glass as a raw material, fine particles are generated by neutralizing the water glass or precipitating the water glass by ion exchange (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
The particle size of such silica particle material is very small, for example, about several nanometers to several hundred nanometers in colloidal silica. Such silica particle material is mixed in a thermosetting resin and used for a transparent material. It has been applied to use in filling very small gaps.
[0005]
The mixing of the silica particle material and the thermosetting resin is usually performed on the thermosetting resin before curing (hereinafter sometimes referred to as “thermosetting resin precursor”). The silica particle material may be subjected to surface treatment for the purpose of improving the affinity with the thermosetting resin.
[0006]
The silica particle material having a small particle diameter described above has a very large specific surface area. For this reason, silica particles with a small particle diameter have the characteristic of being easily aggregated. Once agglomerated silica particles are difficult to redisperse. For this reason, the silica particle with a small particle size has a problem inferior in handleability.
[0007]
Therefore, when mixing the silica particle material having a small particle size and the thermosetting resin, the silica particle material is mixed with the thermosetting resin precursor in a dispersion state dispersed in some dispersion medium, and then the dispersion medium is removed. Things have been done.
[Prior art documents]
[Patent Literature]
[0008]
[Patent Document 1] JP-A-2006-45039
[Summary of Invention]
[Problems to be solved by the invention]
[0009]
By the way, there is a demand for realizing heat resistance and the like not only for thermosetting resins but also for thermoplastic resins. In that case, it is conceivable to improve heat resistance by mixing silica particle material.
[0010]
It is difficult for the silica particle material to be mixed at that time to be mixed in the thermoplastic resin in the state of a dispersion dispersed in a dispersion medium. Unlike the thermosetting resin, which is a low molecular compound before being cured and handled with a low molecular state thermosetting resin precursor, the thermoplastic resin is handled by being melted and heated in the state of a high molecular compound. The dispersion medium mixed in the thermoplastic resin cannot be easily removed.
[0011]
Therefore, it has been difficult to easily produce a thermoplastic resin composition in which a silica particle material having a small particle size is dispersed in a thermoplastic resin.
[0012]
Furthermore, the inventors of the present application have found that when the mixed silica particle material is heated to a high temperature, moisture is released to cause deterioration of the resin.
[0013]
This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it the subject which should be solved to provide the thermoplastic resin composition which can disperse | distribute the silica particle material in a thermoplastic resin easily, and has little thermal deterioration. .
[Means for solving problems]
[0014]
As a result of intensive studies by the present inventors in order to solve the above-mentioned problems, a silica particle material having a small particle size was prepared so as to be able to pass through a predetermined filter paper in a dispersion state after a predetermined surface treatment. The product was found to have high fluidity even in the dry state. In particular, the silica particle material produced by the wet method was excellent in dispersibility in the thermoplastic resin composition.
[0015]
However, some thermoplastic resin compositions employing silica particle material produced by a wet method have insufficient heat resistance. For example, even when heated to about 200 ° C., resin deterioration may have progressed.
[0016]
As a result of examining cases where the heat resistance is not sufficient, it was discovered that a dehydration reaction due to heat between silanol groups present on the surface of the silica particle material is involved as a cause of resin degradation due to heating. In other words, it was found that the water generated by the dehydration reaction is released into the resin and reacts with the resin to contribute to deterioration.
[0017]
Based on these findings, it is desirable to improve heat resistance while maintaining the desirable property of silica particle material produced by a wet method, which is “low aggregation and excellent dispersibility” (that is, by heating such as dehydration reaction). For the purpose of reducing the influence on the resin by the substance produced by the proceeding reaction, the surface treatment agent was positively bonded to the silanol group. As a result, it was found that the thermal decomposition of the silanol group can be suppressed and the heat resistance when applied to a resin can be improved.
(1) The present invention has been completed based on the above knowledge, and the surface of the raw silica having a volume average particle diameter of 1 nm to 100 nm is treated with a silane coupling agent and an organosilazane, and the silane Heat treatment is performed at a temperature lower than the decomposition temperature of the coupling agent, and the mass loss when heated from room temperature to 350 ° C. at a rate of temperature increase of 5 ° C./min is 1.5% by mass or less. Isopropanol, PMG, MEK After irradiating ultrasonic waves for 5 minutes to 100 mL of a dispersion in which 10% by mass is dispersed in one or more dispersion media selected from the group consisting of ethyl acetate and toluene based on the total mass, Silica particle material that passes 95% or more when suction filtered with 5 types C filter paper of JISP3801 standard,
A thermoplastic resin in which the silica particle material is dispersed;
It is characterized by having.
[0018]
The types of silane coupling agents and organosilazanes used for the surface treatment, and combinations thereof, are combined so that the mass decrease upon heating up to 350 ° C. under the above-described conditions is 1.5% by mass or less. The determination of whether the mass loss is reduced when each surface treatment agent is used can be predicted to some extent by the decomposition temperature of the surface treatment agent itself.
[0019]
Here, the ultrasonic irradiation mentioned above puts dispersion 100mL into (Laboran screw tube No.8: capacity 110mL), MUC-HS-206 made by KOWA GIKEN (vibrator length 30cm x width 18cm x height). 10 cm). The ultrasonic irradiation performed to determine whether or not the silica particle material is employed in the thermoplastic resin composition of the present invention is performed under the following conditions. Ultrasonic irradiation is performed by placing a vibrator in a water tank 42 cm long x 32 cm wide x 26 cm high, placing a screw tube thereon, and filling it with water so that it is immersed up to 5 cm from the bottom of the screw tube. The ultrasonic wave has a frequency of 28 kHz and an output of 60 W. The silica particle material employed in the present invention is characterized by excellent dispersibility, and may be dispersed so that it can pass through the filter paper even under irradiation conditions gentler than the ultrasonic irradiation conditions. Needless to say, it is included in the scope of the present invention.
[0020]
The thermoplastic resin composition of the present invention preferably has the following constitution (2), (3), (4), or (8).
(2) At least a part of the treatment with the organosilazane is after the treatment with the silane coupling agent, the raw silica is in a dry state, and the organosilazane is more than the silanol groups remaining on the raw silica surface. Processing is performed so that the amount becomes excessive.
(3) The thermoplastic resin is polyethylene, polypropylene, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polycarbonate, nylon, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyethylene terephthalate, cellulose acetate, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polystyrene, poly One or more resin materials selected from the group consisting of lactic acid and polyimide.
(4) The silica particle material has the formula (1): -OSiX 1 X 2 X 3 And a functional group represented by formula (2): -OSiY 1 Y 2 Y 3 And a silica particle in which both functional groups are bonded to the surface. In the above formulas (1) and (2); X 1 Is a phenyl group, vinyl group, epoxy group, methacryl group, amino group, ureido group, mercapto group, isocyanate group, or acrylic group; X 2 , X 3 Is -OSiR 3 And -OSiY 4 Y 5 Y 6 Each independently selected; Y 1 Is R; Y 2 , Y 3 Are R and -OSiY 4 Y 5 Y 6 Are selected independently. Y 4 Is R; Y 5 And Y 6 R and -OSiR 3 R is independently selected from alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms. X 2 , X 3 , Y 2 , Y 3 , Y 5 And Y 6 Either of the adjacent functional groups X 2 , X 3 , Y 2 , Y 3 , Y 5 And Y 6 You may couple | bond with either of these by -O-.
(8) The raw material silica material is treated by a surface treatment method having a surface treatment step of treating the raw material silica particles with a silane coupling agent and an organosilazane in a liquid medium containing water,
The silane coupling agent has three alkoxy groups, a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group,
The molar ratio of the silane coupling agent to the organosilazane is the silane coupling agent: the organosilazane = 1: 2 to 1:10.
[0021]
When the configuration (4) is added, it is preferable to include at least one of (5) to (7).
(5) The abundance ratio between the functional group represented by the formula (1) and the functional group represented by the formula (2) is 1:12 to 1:60.
(6) X 1 Is the unit surface area of the silica particle material (nm 2 0.5 to 2.5 pieces).
(7) R is a unit surface area (nm) of the silica particle material. 2 1) per 1).
[0022]
When the configuration (8) is added, it is preferable to include at least one of (9) to (13).
(9) The surface treatment step has a first treatment step of treating the raw silica particles with the silane coupling agent and a second treatment step of treating the raw silica particles with the organosilazane, The second treatment step is performed after the first treatment step, and in the latter half, the surface of the raw silica is dry.
(10) In the second treatment step, a part of the organosilazane is replaced with a second silane coupling agent having three alkoxy groups and an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and the second treatment step Later, the method further includes a third treatment step of treating the silica particles with the organosilazane.
(11) After the surface treatment step, the method includes a solidification step of precipitating the silica particle material with a mineral acid and washing and drying the precipitate with water to obtain a solid of the silica particle material.
(12) The silane coupling agent is phenyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, epoxytrimethoxysilane, methacryltrimethoxysilane, aminotrimethoxysilane, ureidotrimethoxysilane, mercaptotrimethoxysilane, isocyanate trimethoxysilane, Alternatively, it is at least one selected from acrylic trimethoxysilane.
(13) The organosilazane is at least one selected from tetramethyldisilazane, hexamethyldisilazane, and pentamethyldisilazane.
[Effect of the invention]
[0023]
In this invention, since it has the said structure, the moisture content produced | generated from silica particle material origin can be reduced, and a thermoplastic resin composition with high heat resistance can be provided. That is, by performing the heat treatment at a temperature lower than the decomposition temperature of the silane coupling agent used for the surface treatment, less heat is generated from the silica particle material in advance, and the influence on the resin can be reduced.
[0024]
Moreover, the thermoplastic resin composition in which the silica particle material having a small particle diameter is stably dispersed in the thermoplastic resin can be provided. Since the silica particle material having a small particle size is well dispersed in the thermoplastic resin, it has sufficient transparency even when processed into a film or the like.
[0025]
In particular, as the silica particle material contained in the thermoplastic resin composition, X 1 (Phenyl group, vinyl group, epoxy group, phenyl group, vinyl group, epoxy group, methacryl group, amino group, ureido group, mercapto group, isocyanate group, or acrylic group) and R (alkyl group having 1 to 3 carbon atoms) ) On the surface. Since R, that is, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms has high hydrophobicity, they repel each other. Therefore, since the silica particle material of the thermoplastic resin composition of the present invention is difficult to aggregate due to the repulsive force between alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms, particles having high fluidity can be obtained in a dry state. Dispersed well when dispersed.
[0026]
Further, the silica particle material has not only R on the surface but also X 1 In the case of having also, the affinity for a material having a functional group having a large polarity is improved. Such a silica particle material is easily dispersed uniformly in the thermoplastic resin. Silica particle material is X 1 Since it has a surface on the surface, it has excellent affinity with the thermoplastic resin and can be uniformly dispersed in the thermoplastic resin.
[0027]
Moreover, the more the R exists on the surface of the silica particle material, the more the aggregation suppressing effect is improved. On the other hand, the affinity for the thermoplastic resin is lowered. X on the surface of silica particle material 1 As the amount of A is increased, the affinity for the thermoplastic resin is improved. On the other hand, the number of R is reduced and the aggregation suppressing effect is reduced. Therefore, R and X 1 There is a preferred range for the abundance ratio. If the abundance ratio of the functional group represented by the formula (1) and the functional group represented by the formula (2) is within the range of 1:12 to 1:60, the resin has excellent affinity and excellent It is possible to achieve both an aggregation suppressing effect. X 1 Is the unit surface area of the silica particle material (nm 2 If the number is 0.5 to 2.5, it is possible to achieve both excellent affinity for the resin and excellent aggregation suppressing effect.
[Brief description of drawings]
[0028]
FIG. 1 is a graph showing the TG-DTA measurement results of the silica particle material of Test Example 1.
FIG. 2 is a graph showing the TG-DTA measurement results of the silica particle material of Test Example 2.
[Mode for Carrying Out the Invention]
[0029]
The thermoplastic resin composition of the present invention will be described in detail below based on the embodiment. Since the thermoplastic resin composition of this embodiment contains a silica particle material, it is excellent in physical strength and dimensional stability against heat. Therefore, very high performance can be exhibited by using it as an optical material. In addition, the thermoplastic resin composition of the present embodiment can be used for battery separators and the like. The thermoplastic resin composition of this embodiment is excellent in heat resistance and mechanical strength, and can be suitably used for applications as so-called engineering plastics. For example, it is possible to achieve about 350 ° C. as heat resistance.
[0030]
The thermoplastic resin composition of this embodiment has a silica particle material and a thermoplastic resin in which it is dispersed. The mixing ratio of the thermoplastic resin and the silica particle material is not particularly limited, but the content of the silica particle material is preferably 5% or more based on the whole (sum of the mass of the silica particle material and the thermoplastic resin). More preferably, the content is 10% or more. Furthermore, the content is preferably 60% or less, and more preferably 50% or less.
[0031]
The mixing of the silica particle material and the thermoplastic resin is a method of melting the thermoplastic resin in a polymer state by heating and mixing with the silica particle material in that state, or the silica particle material when polymerizing the thermoplastic resin. The method of making it coexist is mentioned. When mixing the thermoplastic resin in a molten state, a method of mixing using a general kneader can be exemplified.
[0032]
It is desirable that the silica particle material be mixed with the thermoplastic resin in a dry state because mixing of the dispersion medium can be suppressed. Here, the dry state means that there is no solvent that is not adsorbed on the surface of the particles. Specifically, it can be easily determined whether or not it is in a dry state based on whether or not it has fluidity in a state where it is not in a slurry state when the inorganic powder mixture is handled. If it has fluidity in a state where it is not in a slurry, it can be determined that it is in a dry state.
[0033]
・ Silica particle material
The silica particle material is a material obtained by treating raw material silica, which is a particle made of silica having a volume average particle diameter of 1 nm to 100 nm. The thickness is desirably 2 nm or more, particularly desirably 5 nm or more, and more desirably 10 nm or more. Moreover, 80 nm or less is desirable and 50 nm or less is more desirable. The silica particle material, which is a particle obtained by subjecting the raw material silica to surface treatment, has a particle size larger than that of the raw material silica, but it is desirable to have a particle size similar to that of the raw material silica. The surface is treated with a silane coupling agent and organosilazane. And heat processing are performed at the temperature below the decomposition temperature of the employ | adopted silane coupling agent. Even if the obtained thermoplastic resin composition is heated to that temperature because of the heat treatment at a temperature lower than the decomposition temperature, generation of a heated product (for example, generation of moisture due to the progress of the dehydration reaction) occurs. It can suppress and the deterioration of the thermoplastic resin composition by the heating product can be suppressed. The heating time is not particularly limited. This is because the heating can be performed to remove even a slight amount of heated product from the silica particle material. As a desirable heating time, it is confirmed that no mass change occurs even if heating is performed at the heating temperature (200 ° C.) (as a confirmation method, a mass change of 1.5% by mass or more is observed even if heating is performed for 2 hours. Examples of usable silane coupling agents include silane coupling agents with aromatic groups such as benzene rings and naphthalene such as phenyl silane and styryl silane having a decomposition temperature of 300 ° C. or higher, and cyclic or linear silane coupling agents. A silane coupling agent having a siloxane functional group can be exemplified.
[0034]
It is desirable that both the raw silica and the produced silica particle material have a higher sphericity because the fluidity is improved. The sphericity is preferably 0.8 or more, and more preferably 0.9 or more. To measure the sphericity, take a picture with SEM, and from the observed particle area and circumference, (sphericity) = {4π x (area) ÷ (perimeter) 2 } Is calculated as a value calculated in {}. The closer to 1, the closer to a true sphere. Specifically, an average value measured for 100 particles randomly extracted using an image processing apparatus (Sysmex Corporation: FPIA-3000) is employed.
[0035]
The silica particle material is used for 100 mL of a dispersion in which 10% by mass is dispersed in one or more dispersion media selected from the group consisting of isopropanol, PMG, MEK, ethyl acetate, and toluene based on the total mass. After irradiating with ultrasonic waves for 5 minutes, 95% or more passes when suction filtration is performed with 5 kinds C filter paper of JISP3801 standard. By this test, the dispersibility in the dispersion can be evaluated. Type 5 C filter paper is a filter paper for fine precipitation, and does not pass through unless it is highly dispersed.
[0036]
Although it does not specifically limit as a method to give such a dispersibility with respect to a silica particle material, For example, the method (it may use together) mentioned later to the 1 and the 2 is mentioned.
[0037]
(Part 1)
The silica particle material has the formula (1): -OSiX 1 X 2 X 3 And a functional group represented by formula (2): -OSiY 1 Y 2 Y 3 And a functional group represented by the formula: In particular, there is substantially no silanol group on the surface (1 nm 2 0.5 or less per unit) is desirable. Hereinafter, the functional group represented by the formula (1) is referred to as a first functional group, and the functional group represented by the formula (2) is referred to as a second functional group.
[0038]
X in the first functional group 1 Is a phenyl group, vinyl group, epoxy group, methacryl group, amino group, ureido group, mercapto group, isocyanate group, or acrylic group. X 2 , X 3 Are respectively -OSiR 3 Or -OSiY 4 Y 5 Y 6 It is. Y 4 Is R. Y 5 , Y 6 Are respectively R or -OSiR 3 It is.
[0039]
Y in the second functional group 1 Is R. Y 2 , Y 3 Are respectively -OSiR 3 Or -OSiY 4 Y 5 Y 6 It is.
[0040]
-OSiR contained in the first functional group and the second functional group 3 The greater the amount, the greater the amount of R on the surface of the silica particle material. The more R (alkyl group having 1 to 3 carbon atoms) contained in the first functional group and the second functional group, the less the silica particle material is aggregated.
[0041]
Regarding the first functional group, X 2 , X 3 Each -OSiR 3 The number of R is minimized. X 2 And X 3 -OSiY 4 Y 5 Y 6 And Y 5 , Y 6 Each -OSiR 3 The number of R is maximized.
[0042]
Regarding the second functional group, Y 2 , Y 3 Each -OSiR 3 The number of R is minimized. Y 2 And Y 3 -OSiY 4 Y 5 Y 6 And Y 5 , Y 6 Each one-OSiR 3 The number of R is maximized.
[0043]
X contained in the first functional group 1 , The number of R contained in the first functional group, and the number of R contained in the second functional group are R and X 1 May be set as appropriate according to the ratio of the number of particles and the particle size of the silica particle material and the application.
[0044]
X 2 , X 3 , Y 2 , Y 3 , Y 5 And Y 6 Either of the adjacent functional groups X 2 , X 3 , Y 2 , Y 3 , Y 5 And Y 6 You may couple | bond with either of these by -O-. For example, X of the first functional group 2 , X 3 , Y 5 And Y 6 Are any of the X of the first functional group adjacent to the first functional group. 2 , X 3 , Y 5 And Y 6 It may be bonded to any one of -O-. Similarly, Y of the second functional group 2 , Y 3 , Y 5 And Y 6 Any of Y of the second functional group adjacent to the second functional group 2 , Y 3 , Y 5 And Y 6 It may be bonded to any one of -O-. Furthermore, X of the first functional group 2 , X 3 , Y 5 And Y 6 Any of Y of the second functional group adjacent to the first functional group 2 , Y 3 , Y 5 And Y 6 It may be bonded to any one of -O-.
[0045]
If the ratio of the number of the first functional group and the second functional group is 1:12 to 1:60, X is present on the surface of the silica particle material. 1 And R are in good balance. For this reason, the silica particle material whose abundance ratio between the first functional group and the second functional group is 1:12 to 1:60 is particularly excellent in the affinity for the resin and the aggregation suppressing effect. X 1 Is the unit surface area of the silica particle material (nm 2 If the number is 0.5 to 2.5, a sufficient number of first functional groups are bonded to the surface of the silica particle material, and R derived from the first functional group and the second functional group is also There are enough numbers. Accordingly, also in this case, the affinity for the resin and the aggregation suppressing effect of the silica particle material are sufficiently exhibited.
[0046]
In any case, the unit surface area of the silica particle material (nm 2 R) is preferably 1 to 10. In this case, X present on the surface of the silica particle material. 1 The balance between the number of and the number of R is improved, and both the affinity for the resin and the aggregation suppressing effect of the silica particle material are exhibited in a balanced manner.
[0047]
It is preferable that all of the hydroxyl groups present on the surface of the silica particles are substituted with the first functional group or the second functional group. The sum of the first functional group and the second functional group is the unit surface area (nm) of the silica particle material. 2 If the number is 2.0 or more, it can be said that in the silica particle material, almost all of the hydroxyl groups present on the surface of the silica particles are substituted with the first functional group or the second functional group.
[0048]
The silica particle material has R on the surface. This can be confirmed by an infrared absorption spectrum. Specifically, when the infrared absorption spectrum of the silica particle material is measured by the solid diffuse reflection method, it is 2962 ± 2 cm. -1 There is a maximum absorption of C-H stretching vibration. For this reason, whether or not the inorganic powder mixture of the present embodiment is a silica particle material can be confirmed by an infrared absorption spectrum.
[0049]
Further, as described above, the silica particle material of the inorganic powder mixture of the present invention is difficult to agglomerate. Therefore, it can employ | adopt as a silica particle material with a small particle size. For example, the silica particle material can have an average particle size of about 3 nm to 5000 nm. It is preferable to apply to a silica particle material having an average particle diameter of 3 to 200 nm.
[0050]
Note that the silica particle material can be dispersed again by ultrasonic treatment even if it is slightly agglomerated. Specifically, the silica particle material can be substantially dispersed into primary particles by irradiating an ultrasonic wave having an oscillation frequency of 39 kHz and an output of 500 W on a silica particle material dispersed in methyl ethyl ketone. The ultrasonic irradiation time at this time may be 10 minutes or less. Whether or not the silica particle material is dispersed into the primary particles can be confirmed by measuring the particle size distribution. Specifically, when the methyl ethyl ketone dispersion material of the silica particle material is measured with a particle size distribution measuring device such as a microtrack device, and the particle size distribution of the silica particle material is present, it can be said that the silica particle material is dispersed into primary particles.
[0051]
Since this silica particle material hardly aggregates, it can be provided as a silica particle material that is not dispersed in a liquid medium such as water or alcohol. In addition, since the silica particle material hardly aggregates, it can be easily washed with water.
[0052]
(Part 2)
It can replace with the silica particle material shown in the 1 and can also adopt the silica particle material which performed the surface treatment shown below. In addition, since the silica particle material (the 1) can also be obtained with the following method, the 1 and the 2 are not exclusive.
[0053]
The surface treatment method of the silica particle material has a step (surface treatment step) of treating the silica particles with a silane coupling agent and an organosilazane in a liquid medium containing water. The silane coupling agent includes three alkoxy groups, a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group (that is, the above X 1 ) And have.
[0054]
By performing the surface treatment with the silane coupling agent, the hydroxyl group present on the surface of the silica particles is substituted with a functional group derived from the silane coupling agent. The amount of the silane coupling agent for performing the surface treatment is not particularly limited, but can be an amount capable of reacting with 80% or more of the silanol groups on the surface of the silica particle material before the treatment. In particular, 2.5 silanol groups / nm on the surface of the silica particle material before the reaction 2 When present to some extent, the remaining silanol groups are 0.5 / nm by reacting at least 80%. 2 The amount of water generated by the dehydration reaction can be sufficiently suppressed. The functional group derived from the silane coupling agent has the formula (3); 1 X 4 X 5 It is represented by The functional group represented by the formula (3) is referred to as a third functional group. X in the third functional group 1 Is X in the functional group represented by the formula (1) 1 Is the same. X 4 , X 5 Are each an alkoxy group. By surface-treating with organosilazane, the third functional group X 4 , X 5 -OSiY derived from organosilazane 1 Y 2 Y 3 It is substituted with (functional group represented by formula (2), second functional group). When all of the hydroxyl groups present on the surface of the silica particles are not substituted with the third functional group, the hydroxyl groups remaining on the surface of the silica particles are substituted with the second functional group. Therefore, the surface of the surface-treated silica particle material has the formula (1): -OSiX 1 X 2 X 3 And a functional group represented by formula (2): -OSiY 1 Y 2 Y 3 (Ie, the second functional group) is bonded to the functional group represented by In addition, since the molar ratio of the silane coupling agent and the organosilazane is silane coupling agent: organosilazane = 1: 2 to 1:10, the first functional group and the second functional group in the obtained silica particle material are used. The abundance ratio with the functional group is theoretically from 1:12 to 1:60.
[0055]
In the surface treatment step, the silica particles may be simultaneously surface treated with a silane coupling agent and an organosilazane. Alternatively, the silica particles may first be surface treated with a silane coupling agent and then surface treated with organosilazane. Alternatively, the silica particles may be first surface treated with organosilazane, then surface treated with a silane coupling agent, and then surface treated with organosilazane. In particular, it is desirable to perform treatment with organosilazane after treatment with a silane coupling agent. In addition, it is desirable that the surface of the raw material silica be dried during part of the treatment with organosilazane (particularly in the latter half). Here, “dry” means that the mass loss is 1 mass% or less when heated at 100 ° C. for 1 hour.
[0056]
In any case, the amount of organosilazane may be adjusted so that all the hydroxyl groups present on the surface of the silica particles are not substituted with the second functional group. The hydroxyl groups present on the surface of the silica particles may all be substituted with the third functional group, or only a part may be substituted with the third functional group, and the other part may be substituted with the second functional group. It may be replaced. X contained in the third functional group 4 , X 5 Are all preferably substituted with a second functional group.
[0057]
A part of organosilazane may be replaced with the second silane coupling agent. As the second silane coupling agent, one having three alkoxy groups and one alkyl group can be used. In this case, X contained in the third functional group 4 , X 5 Is substituted with a fourth functional group derived from the second silane coupling agent. The fourth functional group has the formula (4); -OSiY 1 X 6 X 7 It is represented by Y 1 Is Y in the second functional group 1 Is the same R and X 6 , X 7 Are each an alkoxy group or a hydroxyl group. X contained in the fourth functional group 6 , X 7 Is substituted with a second functional group derived from an organosilazane or with another fourth functional group. In this case, the amount of R present on the surface of the silica particle material can be further increased. When a part of the organosilazane is replaced with the second silane coupling agent, it is necessary to surface-treat with the organosilazane again after the surface treatment with the second silane coupling agent. X contained in the fourth functional group 6 , X 7 Is finally substituted with a second functional group derived from organosilazane.
[0058]
When a part of the organosilazane is replaced with the second silane coupling agent, X contained in the first functional group described above 4 , X 5 Is substituted with a second functional group derived from an organosilazane or a fourth functional group derived from a second silane coupling agent. X 4 , X 5 Is substituted with the fourth functional group, X contained in the fourth functional group 6 , X 7 Is substituted with a second functional group or with another fourth functional group. X contained in the fourth functional group 6 , X 7 Is substituted by another fourth functional group, X contained in the fourth functional group 6 , X 7 Is substituted with a second functional group. For this reason, the second silane coupling agent is an organosilazane set when the surface treatment is performed only with the first coupling agent and the organosilazane (when the organosilazane is not replaced with the second silane coupling agent). A maximum of 5a / 3 mol can be substituted for the amount (a) mol. The amount of organosilazane required in this case is 8a / 3 mol.
[0059]
The alkoxy groups of the silane coupling agent and the second silane coupling agent are not particularly limited, but those having a relatively small carbon number are preferred, and those having 1 to 12 carbon atoms are preferred. Considering the hydrolyzability of the alkoxy group, the alkoxy group is more preferably any one of a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group.
[0060]
Specific examples of silane coupling agents include phenyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane. 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, N-phenyl-3 -Aminopropyltrimethoxysilane.
[0061]
Any organosilazane may be used as long as it can replace the hydroxyl group present on the surface of the silica particles and the alkoxy group derived from the silane coupling agent with the second functional group described above. preferable. Specific examples include tetramethyldisilazane, hexamethyldisilazane, pentamethyldisilazane, and the like.
[0062]
Examples of the second silane coupling agent include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, and hexyltriethoxysilane.
[0063]
In the surface treatment step, a polymerization inhibitor may be added in order to suppress polymerization of the silane coupling agent or polymerization of the second silane coupling agent. As the polymerization inhibitor, common ones such as 3,5-dibutyl-4-hydroxytoluene (BHT) and p-methoxyphenol (methoquinone) can be used.
[0064]
The surface treatment for obtaining the silica particle material will be described. The surface treatment method may include a solidification step after the surface treatment step. The solidification step is a step of precipitating the surface-treated silica particle material with a mineral acid and washing and drying the precipitate with water to obtain a solid of the silica particle material. The solidification step can also be performed during the surface treatment step (particularly during the treatment with organosilazane). After the solidification step, the surface of the raw material silica is dried and the surface treatment step (treatment with organosilazane) is continued. As described above, since a general silica particle material is very likely to aggregate, it is very difficult to disperse the once solidified silica particle material. However, since the silica particle material is difficult to aggregate, it is difficult to aggregate even if solidified, and it is easy to redisperse even if aggregated. In addition, as mentioned above, the silica particle material used for uses, such as an electronic component, can be easily manufactured by wash | cleaning a silica particle material with water. In the washing step, washing is preferably repeated until the electrical conductivity of the silica particle material extraction water (specifically, the water in which the silica particle material is immersed at 121 ° C. for 24 hours) is 50 μS / cm or less.
[0065]
Examples of the mineral acid used in the solidification step include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid, and hydrochloric acid is particularly desirable. The mineral acid may be used as it is, but is preferably used as a mineral acid aqueous solution. The concentration of the mineral acid in the aqueous mineral acid solution is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more. The amount of the mineral acid aqueous solution can be about 6 to 12 times based on the mass of the silica particle material to be cleaned.
[0066]
The cleaning with the mineral acid aqueous solution can be performed a plurality of times. The washing with the mineral acid aqueous solution is preferably performed after the silica particle material is immersed in the mineral acid aqueous solution. Further, it can be left in the immersed state for 1 to 24 hours, and further for about 72 hours. When it is allowed to stand, stirring can be continued or not stirred. When washing in the mineral acid-containing liquid, it can be heated to room temperature or higher.
[0067]
Thereafter, the washed and suspended silica particle material is collected by filtration and then washed with water. It is desirable that the water used does not contain ions such as alkali metals (for example, 1 ppm or less on a mass basis). For example, ion exchange water, distilled water, pure water and the like. Washing with water is the same as washing with an aqueous mineral acid solution, after the silica particle material is dispersed and suspended, it can be filtered, or by continuously passing water through the filtered silica particle material. Is possible. The end time of washing with water may be determined by the electric conductivity of the extracted water described above, or may be the time when the alkali metal concentration in the waste water after washing the silica particle material becomes 1 ppm or less, It is good also as the time of the alkali metal concentration of extraction water becoming 5 ppm or less. When washing with water, it can be heated to a room temperature or higher.
[0068]
The silica particle material can be dried by a conventional method. For example, heating or leaving under reduced pressure (vacuum).
[0069]
·Thermoplastic resin
The thermoplastic resin is not particularly limited as long as it is a resin material that is melted or softened by heating. When the thermoplastic resin composition of the present embodiment is used for applications requiring transparency, it is desirable to employ a material having low crystallinity. The thermoplastic resin may be a material that can cause a crosslinking reaction or the like by some reaction, and loses the thermoplasticity after the reaction. For example, there is a functional group that can be cross-linked in the chemical structure, and the functional group reacts under conditions other than the conditions under which the thermoplastic resin melts (heating above the melting temperature, irradiation with high energy rays (light, radiation, etc.)) To do.
[0070]
Thermoplastic resins include polyethylene, polypropylene, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polycarbonate, nylon, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyethylene terephthalate, cellulose acetate, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polystyrene, polylactic acid, polyimide Examples of the resin material are as follows. Among these, it can employ | adopt as an alloy which was individual or mixed 2 or more types. Furthermore, it can also be set as the copolymer which copolymerized the monomer which comprises each resin material.
[0071]
It is desirable to perform the surface modification of the silica particle material described above according to the material selected as the thermoplastic resin. For example, a functional group having an affinity for the thermoplastic resin can be imparted to the surface of the silica particle material.
[Example]
[0072]
Hereinafter, the thermoplastic resin composition of the present invention will be described in detail based on examples.
(About the silica particle material contained in the thermoplastic resin composition of the present invention)
Test example 1
(Sample preparation)
As silica particles, colloidal silica (average particle diameter 10 nm, dispersed in water and having a solid content concentration of 20%) was prepared.
Isopropanol was prepared as the alcohol.
Phenyltrimethoxysilane was prepared as a silane coupling agent.
Hexamethyldisilazane was prepared as an organosilazane.
[0073]
(Surface treatment process)
(1) Preparation process
60 parts by mass of isopropanol is added to 100 parts by mass of slurry in which silica particles are dispersed in water at a concentration of 20% by mass, and the mixture is mixed at room temperature (about 25 ° C.) to obtain a dispersion in which silica particles are dispersed in a liquid medium. Obtained.
[0074]
(2) First step
To this dispersion, 1.8 parts by mass of phenyltrimethoxysilane was added and mixed at 40 ° C. for 72 hours. By this step, the hydroxyl group present on the surface of the silica particles was surface treated with a silane coupling agent. At this time, phenyltrimethoxysilane was calculated and added so that a necessary amount of hydroxyl groups (partially) remained without being surface-treated.
[0075]
(3) Second step
Next, 3.7 parts by mass of hexamethyldisilazane was added to the mixture, and the mixture was allowed to stand at 40 ° C. for 72 hours. Through this step, the silica particles were surface-treated to obtain a silica particle material. As the surface treatment progressed, the silica particles that became hydrophobic could no longer exist stably in water and isopropanol, and agglomerated and precipitated. The molar ratio of phenyltrimethoxysilane to hexamethyldisilazane was 2: 5.
[0076]
(3) Solidification process
5 parts by mass of 35% aqueous hydrochloric acid solution was added to the total amount of the mixture obtained in the surface treatment step to precipitate the silica particle material. The precipitate was filtered with a filter paper (5A manufactured by Advantech). The filtration residue (solid content) was washed with pure water and then vacuum-dried for 2 hours to make the surface dry.
[0077]
(4) Continuation of the second step (third step)
Hexamethyldisilazane was mixed with the dried particles. The amount of hexamethyldisilazane was excessive with respect to silanol groups present on the surface of the particles. After mixing, heating was performed at 200 ° C. for 2 hours.
[0078]
As a result, the surface of the silica particle material is 2.5 particles / nm before processing. 2 Of silanol groups were present and 83% of the silanol groups were consumed by these treatments. Surface stability was improved by heating for 2 hours.
[0079]
(Differential heat-thermogravimetric simultaneous measurement (TG-DTA) measurement)
TG-DTA was measured about the obtained silica particle material. The measurement was performed by Rigaku Corporation, Thermo Plus TG8120. The measurement conditions were from 25 ° C. to 800 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min. The results are shown in FIG. The mass loss at 350 ° C. was 1.4%.
[0080]
Test example 2
(Sample preparation)
A silica particle material was obtained without performing the third step in Test Example 1. The surface of the silica particle material is 2.5 particles / nm before processing. 2 Of silanol groups were present and 74% of the silanol groups were consumed by these treatments.
[0081]
(Differential heat-thermogravimetric simultaneous measurement (TG-DTA) measurement)
The TG-DTA of the obtained silica particle material was measured in the same manner as in Test Example 1. The results are shown in FIG. The mass loss at 350 ° C. was 2.7%.
[0082]
Test example 3
The same operation as in Test Example 1 was performed except that the final heating (at 200 ° C. for 2 hours) was not performed.
[0083]
(Differential heat-thermogravimetric simultaneous measurement (TG-DTA) measurement)
The TG-DTA of the obtained silica particle material was measured in the same manner as in Test Example 1. The mass loss at 350 ° C. was 1.7%.
[0084]
Test example 4
The same operation as in Test Example 1 was performed except that methacrylsilane was used instead of phenyltrimethoxysilane as the silane coupling agent.
[0085]
(Differential heat-thermogravimetric simultaneous measurement (TG-DTA) measurement)
The TG-DTA of the obtained silica particle material was measured in the same manner as in Test Example 1. An exothermic peak and weight loss associated with thermal decomposition of the methacryl group were observed around 300 ° C., and the mass loss at 350 ° C. was 4% or more.
[0086]
・ Cohesion evaluation test
About the silica particle material of Test Examples 1-4, the cohesion in a liquid medium was measured.
Specifically, in Test Examples 1 to 4, a mixture of 10 g of silica particle material and 40 g of methyl ethyl ketone was stirred to obtain a dispersion sample of silica particle material.
The particle size distribution of the silica particle material contained in each of the obtained dispersion samples was measured with a coarse particle distribution measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., Microtrac).
It was found that the silica particle materials of Test Examples 1, 3, and 4 were dispersed in a primary particle state without aggregation. This could be confirmed with the naked eye. Test Example 1 is supported by the fact that only one particle size distribution (peak) of the silica particle material appears at a position having a particle diameter of about 10 nm. If the silica particle material is a secondary particle (that is, if there is even agglomeration), at least one peak appears at a position having a particle diameter of 100 nm or more. For this reason, it can be seen that, although the silica particle material of Test Example 1 is once solidified, most of the silica particle material is primary particles and hardly aggregates. In contrast, the silica particle material of Test Example 2 does not disperse only by stirring, and even after ultrasonic stirring at an oscillation frequency of 39 kHz and an output of 500 W for 1 hour or longer, aggregation can be confirmed with the naked eye. Did not disperse.
[0087]
The permeability was evaluated when suction filtration was performed with 5 kinds C filter paper of JISP3801 standard. Methyl ethyl ketone was used as the dispersion medium. When 100 mL of a dispersion liquid dispersed in 10% by mass based on the total mass in this dispersion medium was irradiated with ultrasonic waves for 5 minutes and then suction filtered with 5 types C filter paper of JISP3801 standard, 97 in Test Example 1 % Pass, 98% pass in Test Example 2, 98% pass in Test Example 3, and 5% pass in Test Example 4.
[0088]
(Mixing with thermoplastic resin: Preparation of thermoplastic resin composition)
The thermoplastic resin composition of the present invention will be described below.
[0089]
・ Test Example A
The same direction rotating twin-screw extruder (HK-25D (41D) manufactured by Parker Corporation) using 60 parts by mass of polyamideimide resin (Tolon Solvay Advanced Polymer) as a thermoplastic resin and 40 parts by mass of silica particle material of Test Example 1. And kneaded at a resin temperature of 250 ° C. to obtain a test sample of this example.
[0090]
・ Test examples B, C, D
Instead of the silica particle material of Test Example 1, the silica particle material of Test Example 2 (Test Example B), the silica particle material of Test Example 3 (Test Example C), and the silica particle material of Test Example 4 (Test Example D) A test sample of this test example was prepared by kneading in the same manner as in Test Example A except for the use.
[0091]
(Strength evaluation test and results)
As a result of examining the test samples of Test Examples A to D, it was found that the sample of Test Example A had less coloring (substantially less) than the samples of Test Examples B to D and suppressed deterioration. It was. It was also found that the sample of Test Example A had a better tactile feel and higher strength than the samples of Test Examples B to D even when touched or bent by hand. As a specific strength, when a test piece was prepared and the strength (tensile strength) was measured, the strength was 50% or less based on the strength of the sample of Test Example A. Therefore, it was found that the strength can be maintained even when exposed to high temperature because the weight loss is 1.5% or less.
[0092]
(Reference test for improving dispersibility)
(Test Example 5)
(material)
As silica particles, colloidal silica (average particle diameter 10 nm, dispersed in water and having a solid content concentration of 20%) was prepared.
Isopropanol was prepared as the alcohol.
Phenyltrimethoxysilane was prepared as a silane coupling agent.
Hexamethyldisilazane was prepared as an organosilazane.
[0093]
(Surface treatment process)
(1) Preparation process
60 parts by mass of isopropanol is added to 100 parts by mass of slurry in which silica particles are dispersed in water at a concentration of 20% by mass, and the mixture is mixed at room temperature (about 25 ° C.) to obtain a dispersion in which silica particles are dispersed in a liquid medium. Obtained.
[0094]
(2) First step
To this dispersion, 1.8 parts by mass of phenyltrimethoxysilane was added and mixed at 40 ° C. for 72 hours. By this step, the hydroxyl group present on the surface of the silica particles was surface treated with a silane coupling agent. At this time, phenyltrimethoxysilane was calculated and added so that a necessary amount of hydroxyl groups (partially) remained without being surface-treated.
[0095]
(3) Second step
Next, 3.7 parts by mass of hexamethyldisilazane was added to the mixture, and the mixture was allowed to stand at 40 ° C. for 72 hours. Through this step, the silica particles were surface-treated to obtain a silica particle material. As the surface treatment progressed, the silica particles that became hydrophobic could no longer exist stably in water and isopropanol, and agglomerated and precipitated. The molar ratio of phenyltrimethoxysilane to hexamethyldisilazane was 2: 5.
[0096]
(Solidification process)
5 parts by mass of 35% aqueous hydrochloric acid was added to the total amount of the mixture obtained in the surface treatment step to precipitate the silica particle material. The precipitate was filtered with a filter paper (5A manufactured by Advantech). The filtration residue (solid content) was washed with pure water and then vacuum dried at 100 ° C. to obtain a solid of silica particle material.
[0097]
(Test Example 6)
The surface treatment method for silica particles in Test Example 6 uses vinyltrimethoxysilane instead of phenyltrimethoxysilane, except that the molar ratio of vinyltrimethoxysilane and hexamethyldisilazane was 2: 5. This is the same as the surface treatment method for silica particles in Test Example 5. In the first step, 1.36 parts by mass of vinyltrimethoxysilane was added, and in the second step, 3.7 parts by mass of hexamethyldisilazane was added.
[0099]
(Test Example 7)
The surface treatment method for silica particles in Test Example 7 uses vinyltrimethoxysilane instead of phenyltrimethoxysilane, except that the molar ratio of vinyltrimethoxysilane to hexamethyldisilazane was 1: 5. This is the same as the surface treatment method for silica particles in Test Example 5. In the first step, 1.36 parts by mass of vinyltrimethoxysilane was added, and in the second step, 7.41 parts by mass of hexamethyldisilazane was added.
[0100]
(Test Example 8)
In the silica particle surface treatment method of Test Example 8, colloidal silica (average particle size 50 nm, solid content concentration of 20% dispersed in water) was used as the silica particles. In the first step, 0.48 parts by mass of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane was added as a silane coupling agent. Further, 0.01 parts by mass of a polymerization inhibitor was added to this silane coupling agent. In the second step, 0.78 parts by mass of hexamethyldisilazane was added. Furthermore, in the solidification step, 2.6 parts by mass of a 35% aqueous hydrochloric acid solution was added to the total amount of the mixture obtained in the surface treatment step to precipitate the silica particle material. Except this, the silica particle surface treatment method of Test Example 8 was the same as the silica particle surface treatment method of Test Example 5. The molar ratio of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane to hexamethyldisilazane was 2: 5.
[0101]
(Test Example 9)
The silica particle surface treatment method of Test Example 9 is the same as the silica particle surface treatment method of Test Example 5 except that the molar ratio of phenyltrimethoxysilane and hexamethyldisilazane was 1: 1. . In the first step, 4.5 parts by mass of phenyltrimethoxysilane was added, and in the second step, 3.7 parts by mass of hexamethyldisilazane was added.
[0102]
(Test Example 10)
The silica particle surface treatment method of Test Example 10 was the same as that of Test Example 8 except that the molar ratio of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane to hexamethyldisilazane was 2: 1. Is the same. In the first step, 0.48 parts by mass of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane was added, and in the second step, 0.16 parts by mass of hexamethyldisilazane was added.
[0103]
(Test Example 11)
The silica particle surface treatment method of Test Example 11 was the same as that of Test Example 8 except that the molar ratio of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane to hexamethyldisilazane was 1: 1. Is the same. In the first step, 0.48 parts by mass of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane was added, and in the second step, 0.31 parts by mass of hexamethyldisilazane was added.
[0104]
(Cohesiveness evaluation test)
About the silica particle material of Test Examples 5-11, the aggregability in a liquid medium was measured.
[0105]
Specifically, in Test Examples 5 to 7 and Test Example 9, a mixture of 10 g of silica particle material and 40 g of methyl ethyl ketone was stirred to obtain a dispersion sample of silica particle material.
[0106]
For Test Examples 8, 10, and 11, a mixture of 10 g of silica particle material and 10 g of methyl ethyl ketone was stirred to obtain a dispersion sample of silica particle material. The particle size distribution of the silica particle material contained in each of the obtained dispersion samples was measured by a particle size distribution measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., Microtrac).
[0107]
As a result, it was found that the silica particle materials of Test Examples 5 to 8 were dispersed in a state of primary particles without aggregation. This is supported by the fact that the particle size distribution (peak) of each of the silica particle materials of Test Examples 5 to 8 appears only at a position having a particle diameter of about 10 nm to 50 nm. If the silica particle material is a secondary particle (that is, if there is even agglomeration), at least one peak appears at a position having a particle diameter of 100 nm or more. For this reason, although the silica particle material of Test Examples 5-8 was once solidified, it turns out that most are primary particles and hardly aggregated. On the other hand, the silica particle materials of Test Examples 9 to 11 are not dispersed only by stirring, and even after ultrasonic stirring at an oscillation frequency of 39 kHz and an output of 500 W for 1 hour or more, aggregation can be confirmed with the naked eye. It did not disperse to primary particles. From this result, it can be seen that by making the molar ratio of the silane coupling agent and the organosilazane in the range of 1: 2 to 1:10, it is possible to produce a silica particle material that hardly aggregates even when solidified. The average particle size of the silica particle material of Test Example 5 is 10 nm, the average particle size of the silica particle material of Test Example 6 is 10 nm, the average particle size of the silica particle material of Test Example 7 is 10 nm, and the silica particles of Test Example 8 The average particle size of the material was 50 nm. From this result, it can be seen that the molar ratio of the silane coupling agent to the organosilazane is preferably in the range of 1: 5 to 2: 5 in order to suppress aggregation.
[0108]
(Maximum absorption measurement test)
The silica particle materials of Test Examples 5 to 11 were prepared, and the infrared absorption spectrum of this sample was measured by a powder diffuse reflection method using FT-IR Avatar manufactured by Thermo Nicolet. The measurement conditions at this time were a resolution of 4 and a scan count of 64. As a result, the infrared absorption spectra of the silica particle materials of Test Examples 5 to 11 are both 2962 cm. -1 Has maximum absorption (peak) of C—H stretching vibration. For this reason, it can be seen that these silica particle materials have an alkyl group (that is, are surface-treated with an organosilazane having an alkyl group). In addition, the peak height of the silica particle material of Test Examples 9 to 11 was lower than the peak height of the silica particle material of Test Examples 5 to 8. This result suggests that the silica particle materials of Test Examples 9 to 11 do not have a sufficient amount of alkyl groups. Specifically, in the infrared absorption spectra of the silica particle materials of Test Examples 5 to 8, the methyl group (2962 cm) derived from organosilazane with respect to the peak height of C—H specific to each functional group derived from the silane coupling agent. -1 ) Was 3 times or more. In the infrared absorption spectra of the silica particle materials of Test Examples 9 to 11, methyl groups (2962 cm) derived from organosilazane with respect to the peak height of C—H specific to each functional group derived from the silane coupling agent. -1 ) Was 2 times or less. As described above, the silica particle materials of Test Examples 5 to 8 were hardly aggregated, and the silica particle materials of Test Examples 9 to 11 were easily aggregated. From these results, methyl groups (2962 cm) derived from organosilazane with respect to the peak height of C—H specific to each functional group derived from the silane coupling agent. -1 It can be said that the silica particle material having a peak height of 3) or more is less likely to aggregate.
[0109]
(Carbon content measurement test)
About the silica particle material of Test Examples 5-11, the quantity (mass%) of the carbon which exists per mass of a silica particle material was measured. For the measurement, an organic carbon measuring device (HORIBA, EMIA-320V) was used.
[0110]
As a result, the carbon amount of the silica particle material of Test Example 5 is 3.5% by mass, the carbon amount of the silica particle material of Test Example 6 is 2.6% by mass, and the carbon of the silica particle material of Test Example 7 is The amount was 2.8% by mass, and the amount of carbon in the silica particle material of Test Example 8 was 0.96% by mass. The carbon amount of the silica particle material of Test Example 9 is 4.0% by mass, the carbon amount of the silica particle material of Test Example 10 is 1.8% by mass, and the carbon amount of the silica particle material of Test Example 11 is 1%. It was 0.0 mass%.
[0111]
(X 1 Number measurement test)
About the silica particle material of Test Examples 5 to 11, the unit surface area (nm) of the silica particle material 2 X) 1 The abundance of was measured. X in the silica particle material of Test Example 5 and Test Example 9 1 Is a phenyl group, and X in the silica particle material of Test Examples 6 and 7 1 Is a vinyl group and X in the silica particle materials of Test Examples 8, 10, and 11 1 Was a methacryloxy group. The surface area (specific surface area) of the silica particle material was measured by the BET method using nitrogen. X 1 Was calculated based on the carbon content of the silica particle material. Specifically, the silica particles after the first step were washed with water, centrifuged and then dried to obtain a silica particle sample after the silane coupling agent treatment. The carbon content of this sample was measured using an organic carbon measuring device, and X was calculated based on the measured value. 1 Numbers were calculated.
[0112]
As a result, X in the silica particle material of Test Example 5 1 The number is about 1.2 / nm 2 Met. X in the silica particle material of Test Example 6 1 The number is about 1.1 / nm 2 Met. X in the silica particle material of Test Example 7 1 The number is about 1.1 / nm 2 Met. X in the silica particle material of Test Example 8 1 Number is about 2.0 / nm 2 Met. X in the silica particle material of Test Example 9 1 The number is about 1.7 pieces / nm. 2 Met. X in the silica particle material of Test Example 10 1 Number is about 2.0 / nm 2 Met. X in the silica particle material of Test Example 11 1 Number is about 2.0 / nm 2 Met. For reference, the carbon content of the silica particle sample after the silane coupling agent treatment was 3.6% by mass for the silica particle material of Test Example 5, 1.1% by mass for the silica particle material of Test Example 6, and Test Example 7 The silica particle material was 1.1% by mass, and the silica particle material of Test Example 8 was 1.5% by mass. The silica particle material of Test Example 9 was 5.0% by mass, the silica particle material of Test Example 10 was 1.5% by mass, and the silica particle material of Test Example 11 was 1.5% by mass.
[0113]
As described above, the affinity of the silica particle material to the resin material is X 1 The silica particle material of Test Example 5 and the silica particle material of Test Example 8 were excellent in affinity for the resin material. From this result, in order to exhibit excellent affinity for the resin material, the unit surface area (nm) of the silica particle material 2 X) 1 Is preferably 0.5 to 2.5, more preferably 1.0 to 2.0.

(Reference: Claims immediately before the division)
[Claim 1]
Mass when the surface is treated with a silane coupling agent and organosilazane with respect to raw silica having a volume average particle diameter of 1 nm to 100 nm and heated from room temperature to 350 ° C. at a rate of temperature increase of 5 ° C./min. After irradiating ultrasonic waves for 5 minutes to 100 mL of a dispersion having a reduction of 1.5% by mass or less and 10% by mass dispersed in a dispersion medium composed of MEK based on the total mass, 5 types C of JISP3801 standard Silica particle material that passes 95% or more when suction filtered with filter paper,
A thermoplastic resin in which the silica particle material is dispersed;
A thermoplastic resin composition.
[Claim 2]
The functional group derived from the organosilazane is bonded to at least a part of the functional group derived from the silane coupling agent, and the functional group derived from the silane coupling agent or the organosilazane is bonded to all the silanol groups derived from the raw material silica. The thermoplastic resin composition according to claim 1, wherein the groups are substantially bonded.
[Claim 3]
The thermoplastic resin is polyethylene, polypropylene, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polycarbonate, nylon, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyethylene terephthalate, cellulose acetate, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polystyrene, polylactic acid, and The thermoplastic resin composition according to claim 1 or 2, wherein the thermoplastic resin composition is one or more resin materials selected from the group consisting of polyimides.
[Claim 4]
The silica particle material has the formula (1): -OSiX 1 X 2 X 3 And a functional group represented by formula (2): -OSiY 1 Y 2 Y 3 The thermoplastic resin composition according to any one of claims 1 to 3, comprising a functional group represented by formula (1) and silica particles in which both functional groups are bonded to the surface. (In the above formulas (1) and (2); X 1 Is a phenyl group, vinyl group, epoxy group, methacryl group, amino group, ureido group, mercapto group, isocyanate group, or acrylic group; X 2 , X 3 Are -OSiR3 and -OSiY 4 Y 5 Y 6 Each independently selected; Y 1 Is R; Y 2 , Y 3 Are R and -OSiY 4 Y 5 Y 6 Are selected independently. Y 4 Is R; Y 5 And Y 6 Are independently selected from R and —OSiR 3; R is independently selected from alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms. X 2 , X 3 , Y 2 , Y 3 , Y 5 And Y 6 Either of the adjacent functional groups X 2 , X 3 , Y 2 , Y 3 , Y 5 And Y 6 You may couple | bond with either of these by -O-. )
[Claim 5]
The thermoplastic resin composition according to claim 4, wherein the abundance ratio of the functional group represented by the formula (1) and the functional group represented by the formula (2) is 1:12 to 1:60.
[Claim 6]
X 1 Is the unit surface area of the silica particle material (nm 2 The thermoplastic resin composition according to claim 4 or 5, wherein the number is 0.5 to 2.5.
[Claim 7]
R is a unit surface area (nm) of the silica particle material. 2 1 to 10 thermoplastic resin compositions according to any one of claims 4 to 6.
[Claim 8]
The silane coupling agent has three alkoxy groups, a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group,
The thermoplastic resin according to any one of claims 1 to 7, wherein a molar ratio of the silane coupling agent to the organosilazane is the silane coupling agent: the organosilazane = 1: 2 to 1:10. Composition.
[Claim 9]
A method for producing the thermoplastic resin composition according to any one of claims 1 to 8,
The raw silica material is a surface treatment step of surface-treating raw silica particles with a silane coupling agent and organosilazane in a liquid medium containing water;
After the surface treatment step, the silica particle material is precipitated with a mineral acid, and the precipitate is washed with water and dried to obtain a solid of the silica particle material; and
Heat treatment at a temperature lower than the decomposition temperature of the silane coupling agent;
With
The surface treatment step includes
A first treatment step of treating the raw silica particles with the silane coupling agent;
A second treatment step of treating the raw silica particles with the organosilazane,
The method for producing a thermoplastic resin composition, wherein the second treatment step is performed after the first treatment step, and the surface of the raw silica is dried in the latter half.
[Claim 10]
In the second treatment step, a part of the organosilazane is replaced with a second silane coupling agent having three alkoxy groups and an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms,
The method for producing a thermoplastic resin composition according to claim 9, further comprising a third treatment step of treating the silica particles with the organosilazane after the second treatment step.
[Claim 11]
The silane coupling agent is phenyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, epoxytrimethoxysilane, methacryltrimethoxysilane, aminotrimethoxysilane, ureidotrimethoxysilane, mercaptotrimethoxysilane, isocyanatetrimethoxysilane, or acrylictrimethoxysilane. The method for producing a thermoplastic resin composition according to claim 9 or 10, which is at least one selected from methoxysilane.
[Claim 12]
The method for producing a thermoplastic resin composition according to any one of claims 9 to 11, wherein the organosilazane is at least one selected from tetramethyldisilazane, hexamethyldisilazane, and pentamethyldisilazane.

Claims (13)

メチルエチルケトンからなる分散媒の質量を基準として10%の濃度で混合し震とう機により10秒間分散した分散液の波長365nmにおける透過率(光路長1cm)が10%以下であり、
メチルエチルケトンからなる分散媒の質量を基準として10%の濃度で混合し圧力180MPaで湿式ジェットミルにて分散した分散液の波長365nmにおける透過率(光路長1cm)が10%超であり、
20質量%の濃度でメチルエチルケトンに分散させたものに、発振周波数39kHz、出力500Wの超音波を10分間照射することで、シリカ粒子材料を実質的に一次粒子にまで分散でき、
一次粒子の体積平均粒子直径が1nmから100nmであるシリカ粒子材料からなり、
乾燥状態である粉粒体。
The transmittance (optical path length 1 cm) at a wavelength of 365 nm of a dispersion liquid mixed at a concentration of 10% based on the mass of the dispersion medium composed of methyl ethyl ketone and dispersed for 10 seconds by a shaker is 10% or less,
Transmittance at a wavelength 365nm of dispersed dispersion 10% were mixed at a concentration pressure 180MPa mass of the dispersion medium consisting of methyl ethyl ketone as a reference by a wet jet mill (optical path length 1 cm) and 10% super der is,
By irradiating an ultrasonic wave having an oscillation frequency of 39 kHz and an output of 500 W for 10 minutes to a substance dispersed in methyl ethyl ketone at a concentration of 20% by mass, the silica particle material can be substantially dispersed into primary particles,
Ri Do silica particulate material is a volume average 100nm particle diameter from 1nm of primary particles,
Dry state Der Ru powder or granular material.
少なくとも一部が機械的負荷により一次粒子にまで分散可能で且つ流動性を示す二次粒子であり、前記一次粒子の体積平均粒子直径が1nmから100nmであるシリカ粒子材料からなる粉粒体。   A granular material comprising a silica particle material in which at least a part is a secondary particle dispersible to a primary particle by a mechanical load and exhibits fluidity, and the primary particle has a volume average particle diameter of 1 nm to 100 nm. 前述した少なくとも一部が機械的負荷により一次粒子にまで分散可能かどうかの判断に代えて、MEKからなる分散媒に全体の質量を基準として10質量%分散させた分散液100mLに対して超音波を5分間照射した後、JISP3801規格の5種Cのろ紙で吸引ろ過したときに95%以上が通過する請求項2に記載の粉粒体。   Instead of determining whether at least a part of the particles can be dispersed to primary particles by a mechanical load, ultrasonic waves are applied to 100 mL of a dispersion liquid in which 10% by mass is dispersed in a dispersion medium composed of MEK based on the total mass. After passing for 5 minutes, 95% or more of the granular material passes when suction filtration is performed with 5 types C filter paper of JISP3801 standard. 表面がシランカップリング剤にて処理され且つシラノール基を表面にもつ請求項1〜3の何れか1項に記載の粉粒体。   The granular material according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface is treated with a silane coupling agent and has a silanol group on the surface. 前記シランカップリング剤に加え、オルガノシラザンにて処理されている請求項4に記載の粉粒体。   The granular material according to claim 4, which is treated with organosilazane in addition to the silane coupling agent. 前記機械的負荷は、下記(i)〜(iv)のうちの何れか1つである請求項2もしくは3、又は請求項2を直接的もしくは間接的に引用する請求項4〜5のうちの何れか1項に記載の粉粒体。
(i)粉砕操作。
(ii)粉粒体との混合操作。
(iii)液中での超音波照射。
(iv)液中での撹拌操作。
The mechanical load is any one of the following (i) to (iv): claim 2 or 3, or claim 4 directly or indirectly referring to claim 2 The granular material of any one.
(i) Crushing operation.
(ii) Mixing operation with powder and granule.
(iii) Ultrasonic irradiation in liquid.
(iv) Stirring operation in liquid.
前記シリカ粒子材料は、式(1):−OSiXで表される官能基及び式(2):−OSiYで表される官能基と、両官能基が表面に結合するシリカ粒子とからなる請求項1〜6のうちの何れか1項に記載の粉粒体。(上記式(1)、(2)中;Xはフェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基であり;X、Xは−OSiR3及び−OSiYよりそれぞれ独立して選択され;YはRであり;Y、YはR及び−OSiYよりそれぞれ独立して選択される。YはRであり;Y及びYは、R及び−OSiR3からそれぞれ独立して選択され;Rは炭素数1〜3のアルキル基から独立して選択される。なお、X、X、Y、Y、Y、及びYの何れかは、近接する官能基のX、X、Y、Y、Y、及びYの何れかと−O−にて結合しても良い。) The silica particle material has a functional group represented by the formula (1): -OSiX 1 X 2 X 3 and a functional group represented by the formula (2): -OSiY 1 Y 2 Y 3 , and both functional groups are on the surface. The granular material according to any one of claims 1 to 6, comprising silica particles bonded to the particles. (In the above formulas (1) and (2); X 1 is a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group; X 2 , X 3 are each independently selected from -OSiR3 and -OSiY 4 Y 5 Y 6; Y 1 is an R; Y 2, Y 3 are each selected from R and -OSiY 4 Y 5 Y 6 independently. Y 4 is R; Y 5 and Y 6 are each independently selected from R and —OSiR 3, and R is independently selected from an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, wherein X 2 , X 3 , Y 2 , Y 3 , Y 5 , and Y 6 are each represented by —O— with any one of the adjacent functional groups X 2 , X 3 , Y 2 , Y 3 , Y 5 , and Y 6 . May be combined.) 前記シランカップリング剤は、3つのアルコキシ基と、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基と、を持ち、
前記シランカップリング剤と前記オルガノシラザンとのモル比は、前記シランカップリング剤:前記オルガノシラザン=1:2〜1:10である請求項4、又は請求項4を直接又は間接的に引用する請求項5〜7の何れか1項に記載の粉粒体。
The silane coupling agent has three alkoxy groups, a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group,
The molar ratio of the silane coupling agent to the organosilazane is the silane coupling agent: the organosilazane = 1: 2 to 1:10. 5 or 4 is cited directly or indirectly. The granular material of any one of Claims 5-7.
請求項1〜8の何れか1項に記載のシリカ粒子材料からなる粉粒体を製造できる製造方法であって、
水を含む液状媒体中でシランカップリング剤及びオルガノシラザンによって表面にシラノール基が残存するように原料シリカ粒子を表面処理して前記シリカ粒子材料を得る表面処理工程と、
前記表面処理工程後に、前記シリカ粒子材料を鉱酸で沈殿させ、沈殿物を水で洗浄・乾燥して、前記シリカ粒子材料からなる粉粒体の固形物を得る固形化工程と、
を備え、
前記表面処理工程は、
前記原料シリカ粒子を前記シランカップリング剤で処理する第1の処理工程と、
前記原料シリカ粒子を前記オルガノシラザンで処理する第2の処理工程と、を持粉粒体の製造方法。
It is a manufacturing method which can manufacture the granular material which consists of a silica particle material given in any 1 paragraph of Claims 1-8,
A surface treatment step of obtaining the silica particle material by surface-treating the raw silica particles so that silanol groups remain on the surface with a silane coupling agent and organosilazane in a liquid medium containing water;
After the surface treatment step, the silica particle material is precipitated with a mineral acid, the precipitate is washed and dried with water, and a solidification step for obtaining a solid body of a powder body made of the silica particle material;
With
The surface treatment step includes
A first treatment step of treating the raw silica particles with the silane coupling agent;
Second processing step and the method of manufacturing a lifting one particulate material and to process the raw material silica particles in the organosilazane.
前記第2の処理工程において、3つのアルコキシ基と炭素数1〜3のアルキル基とを持つ第2のシランカップリング剤で前記オルガノシラザンの一部を置き換え、
前記第2の処理工程後に、さらに前記原料シリカ粒子を前記オルガノシラザンで処理する第3の処理工程を持つ請求項9に記載の粉粒体の製造方法。
In the second treatment step, a part of the organosilazane is replaced with a second silane coupling agent having three alkoxy groups and an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms,
The method for producing a granular material according to claim 9, further comprising a third treatment step of treating the raw silica particles with the organosilazane after the second treatment step.
前記シランカップリング剤は、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、エポキシトリメトキシシラン、メタクリルトリメトキシシラン、アミノトリメトキシシラン、ウレイドトリメトキシシラン、メルカプトトリメトキシシラン、イソシアネートトリメトキシシラン、又はアクリルトリメトキシシランから選ばれる少なくとも一種である請求項9又は10に記載の粉粒体の製造方法。   The silane coupling agent is phenyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, epoxytrimethoxysilane, methacryltrimethoxysilane, aminotrimethoxysilane, ureidotrimethoxysilane, mercaptotrimethoxysilane, isocyanatetrimethoxysilane, or acrylictrimethoxysilane. The method for producing a granular material according to claim 9 or 10, which is at least one selected from methoxysilane. 前記オルガノシラザンは、テトラメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン、ペンタメチルジシラザンから選ばれる少なくとも一種である請求項9〜11の何れか1項に記載の粉粒体の製造方法。   The method for producing a granular material according to any one of claims 9 to 11, wherein the organosilazane is at least one selected from tetramethyldisilazane, hexamethyldisilazane, and pentamethyldisilazane. 熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂からなる樹脂中に分散させられるか、又は、マイクロビーズに混合させられるかして用いられる請求項1〜8に記載の粉粒体からなる特性改質材。  The property modifying material comprising a granular material according to any one of claims 1 to 8, wherein the property modifying material is used by being dispersed in a resin comprising a thermoplastic resin or a thermosetting resin or being mixed with microbeads.
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