JP5083747B2 - Surface modification particles and surface modification method of fine inorganic particles - Google Patents
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Description
本発明は、約10nmから約300nmまでの範囲の外径を有する微細無機粒子の凝集を防いで分散性を向上させるとともに、有機樹脂等に分散させる場合に反応性を向上させることができる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法に関するものである。 The present invention improves the dispersibility by preventing agglomeration of fine inorganic particles having an outer diameter ranging from about 10 nm to about 300 nm and improves the reactivity when dispersed in an organic resin or the like. The present invention relates to a method for surface modification of particles and fine inorganic particles.
近年、ナノテクノロジー研究の一環として、数百ナノメートル以下の粒子径を有する微粒子についての応用研究が盛んに行われている。かかる微粒子は、一次粒子としては製造が可能であるが、微細な粒子であるが故に凝集し易く、放置しておくとミクロンサイズの二次粒子に凝集してしまう。このため、一次粒子として分散し易くするために、一次粒子の表面を修飾することが望まれていた。また、かかる微粒子を応用した技術を実用化するためには、微粒子の表面に強固な結合を介して有機修飾することが要請されている。 In recent years, as part of nanotechnology research, applied research on fine particles having a particle size of several hundred nanometers or less has been actively conducted. Although such fine particles can be produced as primary particles, they are easy to agglomerate because they are fine particles. If left as they are, they will agglomerate into micron-sized secondary particles. For this reason, in order to make it easy to disperse | distribute as a primary particle, it was desired to modify the surface of a primary particle. Moreover, in order to put the technology using such fine particles into practical use, it is required to organically modify the surface of the fine particles through a strong bond.
そこで、特許文献1においては、ナノサイズの微粒子の表面を炭化水素を始めとする有機化合物で修飾することによってかかる要請に応えるべく、高温高圧水、特に超臨界状態にある水を反応場として微粒子の表面に炭化水素等を強結合させる技術について開示している。また、特許文献2においては、インクジェット用記録材料においてインク受容層のシリカ微粒子の一次平均粒径が10nm〜50nmであり、かつ親水性バインダーとして少なくともゼラチンを含有するインクジェット用記録材料の発明について開示している。
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術においては、超臨界状態にある水を反応場として微粒子の表面に炭化水素等を強結合させるため、極めて高温高圧を必要とし、微粒子の表面修飾方法として実用的ではないという問題点があった。また、上記特許文献2に記載の技術においては、凝集して二次粒子となっている気相法シリカを100nm〜500nm程度の二次粒子になるまで超音波や高圧ホモジナイザー、対向衝突型ジェット粉砕機等で粉砕・分散させるものであり、一次粒子として分散し易くするものではない。
However, the technique described in
そこで、本発明は、二次粒子に凝集した微細無機粒子の一次粒子の間に表面修飾剤を自由に入り込ませることによって、微細無機粒子の凝集を防いで分散性を向上させるとともに、反応性を向上させることができる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法を提供することを課題とするものである。 Therefore, the present invention improves the dispersibility and prevents the aggregation of the fine inorganic particles by allowing the surface modifier to freely enter between the primary particles of the fine inorganic particles aggregated into the secondary particles. An object of the present invention is to provide a surface modification particle and a surface modification method of fine inorganic particles that can be improved.
請求項1の発明にかかる表面修飾粒子は、20nmから130nmの範囲内の粒子径を有する微細無機粒子を表面修飾した表面修飾粒子であって、前記微細無機粒子に有機溶媒と表面修飾剤を加えて混合物を作製し、前記混合物に高温高圧を加えて前記有機溶媒の超臨界状態として、前記微細無機粒子の表面に前記表面修飾剤を反応付加させてなるものである。
前記表面修飾剤としては、イソシアネート系化合物としたもの。ここで、「イソシアネート系化合物」とは、イソシアネート基(−N=C=O)を1つ以上有する化合物を意味する。
また、前記表面修飾粒子として、アルキル基を有する化合物としたもの。ここで、「アルキル基」とは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、を始めとする脂肪族炭化水素基を意味する。
そして、前記表面修飾剤として、アリール基を有する化合物としたもの。ここで、「アリール基」とは、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、クメニル基、ジュリル基、アニシル基、ナフチル基、を始めとする芳香族炭化水素基を意味する。
更に、前記表面修飾剤として、UV官能基を有する化合物としたもの。ここで、「UV官能基」とは、ビニル基、スチリル基、アクリル基、を始めとする紫外線(UV)に反応する官能基を意味する。
加えて、前記表面修飾粒子は、20nm〜130nmの外径を有するシリカ殻からなる中空粒子である。
The surface-modified particles according to the invention of
The surface modifier is an isocyanate compound. Here, the “isocyanate compound” means a compound having one or more isocyanate groups (—N═C═O).
The surface modified particles are compounds having an alkyl group. Here, the “alkyl group” means an aliphatic hydrocarbon group including a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, and an n-butyl group.
And as the surface modifier, a compound having an aryl group. Here, the “aryl group” means an aromatic hydrocarbon group including a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a mesityl group, a cumenyl group, a duryl group, an anisyl group, and a naphthyl group.
Further, as the surface modifier, a compound having a UV functional group. Here, the “UV functional group” means a functional group that reacts with ultraviolet rays (UV) including a vinyl group, a styryl group, and an acrylic group.
In addition, the surface modified particles are hollow particles made of a silica shell having an outer diameter of 20 nm to 130 nm.
請求項2の発明にかかる表面修飾粒子は、請求項1の構成において、オートクレーブを用いて前記混合物に高温高圧を加えて前記有機溶媒の超臨界状態とするものである。
The surface-modified particles according to the invention of
請求項3の発明にかかる表面修飾粒子は、請求項1または請求項2の構成において、前記有機溶媒はn−ヘキサンであるものである。
The surface-modified particles according to the invention of
請求項4の発明にかかる微細無機粒子の表面修飾方法は、20nmから130nmの範囲内の粒子径を有する微細無機粒子の表面修飾方法であって、前記微細無機粒子に有機溶媒と表面修飾剤を加えて混合物を作製する工程と、前記混合物に高温高圧を加えることによって前記有機溶媒の超臨界状態として前記微細無機粒子の表面に前記表面修飾剤を反応付加させる工程とを具備するものである。
前記表面修飾剤としては、イソシアネート系化合物としたもの。ここで、「イソシアネート系化合物」とは、イソシアネート基(−N=C=O)を1つ以上有する化合物を意味する。
また、前記表面修飾粒子として、アルキル基を有する化合物としたもの。ここで、「アルキル基」とは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、を始めとする脂肪族炭化水素基を意味する。
そして、前記表面修飾剤として、アリール基を有する化合物としたもの。ここで、「アリール基」とは、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、クメニル基、ジュリル基、アニシル基、ナフチル基、を始めとする芳香族炭化水素基を意味する。
更に、前記表面修飾剤として、UV官能基を有する化合物としたもの。ここで、「UV官能基」とは、ビニル基、スチリル基、アクリル基、を始めとする紫外線(UV)に反応する官能基を意味する。
加えて、前記表面修飾粒子は、20nm〜130nmの外径を有するシリカ殻からなる中空粒子である。
The surface modification method for fine inorganic particles according to the invention of claim 4 is a method for surface modification of fine inorganic particles having a particle diameter in the range of 20 nm to 130 nm , wherein an organic solvent and a surface modifier are added to the fine inorganic particles. In addition, the method includes a step of preparing a mixture and a step of reacting and adding the surface modifier to the surface of the fine inorganic particles as a supercritical state of the organic solvent by applying high temperature and high pressure to the mixture.
The surface modifier is an isocyanate compound. Here, the “isocyanate compound” means a compound having one or more isocyanate groups (—N═C═O).
The surface modified particles are compounds having an alkyl group. Here, the “alkyl group” means an aliphatic hydrocarbon group including a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, and an n-butyl group.
And as the surface modifier, a compound having an aryl group. Here, the “aryl group” means an aromatic hydrocarbon group including a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a mesityl group, a cumenyl group, a duryl group, an anisyl group, and a naphthyl group.
Further, as the surface modifier, a compound having a UV functional group. Here, the “UV functional group” means a functional group that reacts with ultraviolet rays (UV) including a vinyl group, a styryl group, and an acrylic group.
In addition, the surface modified particles are hollow particles made of a silica shell having an outer diameter of 20 nm to 130 nm.
請求項5の発明にかかる微細無機粒子の表面修飾方法は、請求項4の構成において、前記混合物に高温高圧を加える工程はオートクレーブを用いて行うものである。
In the method for modifying the surface of fine inorganic particles according to the invention of
請求項6の発明にかかる微細無機粒子の表面修飾方法は、請求項4または請求項5の構成において、前記有機溶媒はn−ヘキサンであるものである。
The surface modification method for fine inorganic particles according to the invention of claim 6 is the structure of claim 4 or
請求項1の発明にかかる表面修飾粒子は、20nm〜130nmの範囲内の外径の粒子径を有する微細無機粒子を表面修飾した表面修飾粒子であって、微細無機粒子に有機溶媒と表面修飾剤を加えて混合物を作製し、混合物に高温高圧を加えて有機溶媒の超臨界状態として、微細無機粒子の表面に表面修飾剤を反応付加させてなる。
ここで、「有機溶媒」としては、メタノール、エタノール、プロパノール等の脂肪族アルコール、n−ヘキサン等の脂肪族炭化水素、キシレン等の芳香族炭化水素、等を用いることができる。また、「表面修飾剤」としては、イソシアネート系化合物、アミン系化合物、ビニル系化合物、エポキシ系化合物、メタクリロキシ系化合物、アクリル系化合物、イミド系化合物、アルキル基を有する化合物、アリール基を有する化合物、等を用いることができる。
20nm〜130nmの範囲内の外径の粒子径を有する微細無機粒子は、分散媒中で凝集して二次粒子を形成し易く、凝集を防いで一次粒子として分散させるためには、分散機で強力に攪拌して強引に分散させる必要があるが、それでも完全に分散させることは困難な場合が多い。
本発明にかかる表面修飾粒子は、20nm〜130nmの範囲内の外径の粒子径を有する微細無機粒子に有機溶媒と表面修飾剤を加えてなる混合物に高温高圧を加えて有機溶媒の超臨界状態とすることによって、有機溶媒が表面修飾剤とともに二次粒子の中に自由に入り込んで、一次粒子の表面全面に表面修飾剤が反応付加することで、凝集が解けて微細無機粒子の表面が表面修飾剤で覆われた表面修飾粒子が一次粒子として分散し易くなり、また有機樹脂等に分散させる場合には、表面修飾剤の活性基が有機樹脂等の活性基と反応結合して、強固な分散状態を形成する。
このようにして、二次粒子に凝集した微細無機粒子の一次粒子の間に表面修飾剤を自由に入り込ませることによって、微細無機粒子の凝集を防いで分散性を向上させるとともに、有機樹脂等に分散させる場合に反応性を向上させることができる表面修飾粒子となる。
本発明で使用される表面修飾粒子は、表面修飾剤がイソシアネート系化合物とすることができる。前述の如く、「イソシアネート系化合物」とは、イソシアネート基(−N=C=O)を1つ以上もった有機化合物を意味するものであり、具体例としては、アルキル基にイソシアネート基が3個結合したトリイソシアネート化合物、トリエトキシプロピルイソシアネートシラン(TEIS)等がある。
上述の如く、表面修飾剤としては、イソシアネート系化合物、アミン系化合物、ビニル系化合物、エポキシ系化合物、メタクリロキシ系化合物、アクリル系化合物、イミド系化合物、アルキル基を有する化合物、アリール基を有する化合物等を用いることができるが、これらの中でもイソシアネート系化合物は入手が容易で反応性が良く、得られる表面修飾粒子の分散性及び反応性にも優れているという特徴を有する。
このようなイソシアネート系の表面修飾剤を、微細無機粒子の表面に存在する水酸基(−OH)を介して付加させ、微細無機粒子の全表面をイソシアネート系の表面修飾剤でコーティングすることによって、再凝集を防止することができて分散性が向上し、また有機樹脂中に混合する場合にも有機樹脂の活性基とイソシアネート基とが反応することによって、有機樹脂と微細無機粒子との強固な結合が得られる。
The surface-modified particles according to the invention of
Here, as the “organic solvent”, aliphatic alcohols such as methanol, ethanol and propanol, aliphatic hydrocarbons such as n-hexane, aromatic hydrocarbons such as xylene, and the like can be used. In addition, as the “surface modifier”, an isocyanate compound, an amine compound, a vinyl compound, an epoxy compound, a methacryloxy compound, an acrylic compound, an imide compound, a compound having an alkyl group, a compound having an aryl group, Etc. can be used.
Fine inorganic particles having an outer diameter in the range of 20 nm to 130 nm are easy to aggregate in a dispersion medium to form secondary particles. In order to prevent aggregation and disperse as primary particles, use a disperser. Although it is necessary to vigorously disperse by vigorous stirring, it is often difficult to disperse completely.
The surface modified particles according to the present invention are obtained by applying high temperature and pressure to a mixture obtained by adding an organic solvent and a surface modifier to fine inorganic particles having an outer diameter in the range of 20 nm to 130 nm. As a result, the organic solvent freely enters the secondary particles together with the surface modifier, and the surface modifier reacts and adds to the entire surface of the primary particles, so that the aggregation is solved and the surface of the fine inorganic particles is the surface. The surface-modified particles covered with the modifier are easy to disperse as primary particles, and when dispersed in an organic resin or the like, the active group of the surface modifier reacts with the active group of the organic resin or the like and becomes strong. Form a dispersed state.
In this way, by allowing the surface modifier to freely enter between the primary particles of the fine inorganic particles agglomerated into the secondary particles, the fine inorganic particles are prevented from agglomerating and dispersibility is improved. When dispersed, the surface modified particles can improve the reactivity.
In the surface modified particles used in the present invention, the surface modifier can be an isocyanate compound. As described above, the term “isocyanate compound” means an organic compound having at least one isocyanate group (—N═C═O). Specific examples include three isocyanate groups in an alkyl group. There are bonded triisocyanate compounds, triethoxypropyl isocyanate silane (TEIS) and the like .
As described above, as the surface modifier, isocyanate compounds, amine compounds, vinyl compounds, epoxy compounds, methacryloxy compounds, acrylic compounds, imide compounds, compounds having an alkyl group, compounds having an aryl group, etc. Among these compounds, isocyanate compounds are easily available and have good reactivity, and are excellent in dispersibility and reactivity of the resulting surface-modified particles.
Such an isocyanate-based surface modifier is added via hydroxyl groups (—OH) present on the surface of the fine inorganic particles, and the entire surface of the fine inorganic particles is coated with the isocyanate-based surface modifier, thereby re-applying. Aggregation can be prevented, dispersibility is improved, and even when mixed in an organic resin, the active group of the organic resin and the isocyanate group react to form a strong bond between the organic resin and the fine inorganic particles. Is obtained.
また、本発明で使用される表面修飾粒子は、表面修飾剤がアルキル基を有する化合物とすることができる。ここで、前述の如く、「アルキル基」とは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、を始めとする脂肪族炭化水素基を意味する。
このように、表面修飾剤としてアルキル基を有する化合物を用いることによって、アルキル基を有する化合物は入手が容易で反応性が良く、得られる表面修飾粒子の分散性及び反応性にも優れているという利点を有する。
このようなアルキル基を有する表面修飾剤を、微細無機粒子の表面に存在する水酸基(−OH)を介して付加させ、微細無機粒子の全表面をアルキル基を有する表面修飾剤でコーティングすることによって、再凝集を防止することができて分散性が向上し、また有機樹脂中に混合する場合にも有機樹脂とアルキル基とは相溶性が良いため、有機樹脂中に微細無機粒子が均一に分散する。
Further, the surface-modified particles used in the present invention can be compounds in which the surface modifier has an alkyl group. Here, as described above, the “alkyl group” means an aliphatic hydrocarbon group including a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, and an n-butyl group.
Thus, by using a compound having an alkyl group as the surface modifier, the compound having an alkyl group is easily available and has good reactivity, and the surface modified particles obtained have excellent dispersibility and reactivity. Have advantages.
By adding such a surface modifier having an alkyl group via a hydroxyl group (—OH) present on the surface of the fine inorganic particle, and coating the entire surface of the fine inorganic particle with a surface modifier having an alkyl group , Re-aggregation can be prevented, dispersibility is improved, and even when mixed in an organic resin, the organic resin and the alkyl group are compatible with each other, so that fine inorganic particles are uniformly dispersed in the organic resin. To do.
そして、本発明で使用される表面修飾粒子は、表面修飾剤がアリール基を有する化合物とすることができる。ここで、前述の如く、「アリール基」とは、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、クメニル基、ジュリル基、アニシル基、ナフチル基、を始めとする芳香族炭化水素基を意味する。
このように、表面修飾剤としてアリール基を有する化合物を用いることによって、アリール基を有する化合物は入手が容易で反応性が良く、得られる表面修飾粒子の分散性及び反応性にも優れているという利点を有する。
このようなアリール基を有する表面修飾剤を、微細無機粒子の表面に存在する水酸基(−OH)を介して付加させ、微細無機粒子の全表面をアリール基を有する表面修飾剤でコーティングすることによって、再凝集を防止することができて分散性が向上し、また有機樹脂、特に芳香族系の有機樹脂中に混合する場合にも芳香族系の有機樹脂とアリール基とは相溶性が良いため、芳香族系の有機樹脂中に微細無機粒子が均一に分散する。また、トルエン、キシレン、等の芳香族炭化水素溶媒に分散させる場合にも、極めて良好な分散性を得ることができる。
And the surface modification particle | grains used by this invention can be made into the compound in which a surface modifier has an aryl group. Here, as described above, the “aryl group” means an aromatic hydrocarbon group including a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a mesityl group, a cumenyl group, a duryl group, an anisyl group, and a naphthyl group. .
Thus, by using a compound having an aryl group as a surface modifier, the compound having an aryl group is easily available and has good reactivity, and the surface modified particles obtained have excellent dispersibility and reactivity. Have advantages.
By adding such a surface modifier having an aryl group via a hydroxyl group (—OH) present on the surface of the fine inorganic particle, the entire surface of the fine inorganic particle is coated with a surface modifier having an aryl group. Re-aggregation can be prevented and dispersibility is improved, and also when mixed in an organic resin, especially an aromatic organic resin, the aromatic organic resin and the aryl group are compatible. The fine inorganic particles are uniformly dispersed in the aromatic organic resin. In addition, extremely good dispersibility can also be obtained when dispersed in an aromatic hydrocarbon solvent such as toluene or xylene.
更に、本発明で使用される表面修飾粒子は、表面修飾剤がUV官能基を有する化合物とすることができる。ここで、前述の如く、「UV官能基」とは、ビニル基、スチリル基、アクリル基、を始めとする紫外線(UV)に反応する官能基を意味する。
このようなUV官能基を有する表面修飾剤を、微細無機粒子の表面に存在する水酸基(−OH)を介して付加させ、微細無機粒子の全表面をUV官能基を有する表面修飾剤でコーティングすることによって、再凝集を防止することができて分散性が向上し、また有機樹脂中に混合する場合にも有機樹脂とUV官能基とは相溶性が良いため、有機樹脂中に微細無機粒子が均一に分散する。
そして、微細無機粒子の全表面をUV官能基を有する表面修飾剤でコーティングすることによって、紫外線(UV)照射による三次元架橋反応を起こさせることができ、三次元架橋体を得ることができる。
Furthermore, the surface-modified particles used in the present invention can be a compound in which the surface modifier has a UV functional group. Here, as described above, the “UV functional group” means a functional group that reacts with ultraviolet rays (UV) including a vinyl group, a styryl group, and an acrylic group.
Such a surface modifier having a UV functional group is added via hydroxyl groups (—OH) present on the surface of the fine inorganic particles, and the entire surface of the fine inorganic particles is coated with a surface modifier having a UV functional group. Therefore, re-aggregation can be prevented, dispersibility is improved, and even when mixed in an organic resin, the organic resin and the UV functional group are compatible with each other. Disperse uniformly.
Then, by coating the entire surface of the fine inorganic particles with a surface modifier having a UV functional group, a three-dimensional cross-linking reaction can be caused by ultraviolet (UV) irradiation, and a three-dimensional cross-linked product can be obtained.
加えて、本発明の表面修飾粒子は、微細無機粒子が20nm〜130nmの範囲内の外径のを有するシリカ殻からなる中空粒子である。
近年、シリカ殻からなるナノ中空粒子についての研究開発が盛んに行われており、その製造方法もほぼ確立しているが、20nm〜130nmの外径を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子も、中実微細粒子と同様に凝集し易く分散が困難であり、ナノ中空粒子としての特性を生かした応用がしづらいという問題点を有している。
そこで、中実微細粒子と同様に、シリカ殻からなるナノ中空粒子に有機溶媒と表面修飾剤を加えてなる混合物に高温高圧を加えて有機溶媒の超臨界状態とすることによって、有機溶媒が表面修飾剤とともに二次粒子の中に自由に入り込んで、一次粒子の表面全面に表面修飾剤が反応付加することで、凝集が解けて微細無機粒子の表面が表面修飾剤で覆われた表面修飾粒子が一次粒子として分散し易くなり、また有機樹脂等に分散させる場合には、表面修飾剤の活性基が有機樹脂等の活性基と反応結合して、強固な分散状態を形成する。
In addition, the surface-modified particles of the present invention are hollow particles composed of silica shells in which fine inorganic particles have an outer diameter in the range of 20 nm to 130 nm.
In recent years, research and development on nano hollow particles made of silica shells has been actively carried out, and the manufacturing method has been almost established, but nano hollow particles made of silica shells having an outer diameter of 20 nm to 130 nm are also Like actual fine particles, they tend to agglomerate and are difficult to disperse, and have the problem that it is difficult to make use of the characteristics of nano hollow particles.
Therefore, as with solid fine particles, the organic solvent is brought into the supercritical state by applying high temperature and high pressure to a mixture of the organic hollow particles made of silica shell and the surface modifier added to the nano hollow particles made of silica shell. Surface modified particles that freely enter into the secondary particles together with the modifier, and the surface modifier is reacted and added to the entire surface of the primary particles, so that the aggregation is released and the surface of the fine inorganic particles is covered with the surface modifier. However, when dispersed in an organic resin or the like, the active group of the surface modifier reacts with the active group of the organic resin or the like to form a strong dispersion state.
請求項2の発明にかかる表面修飾粒子は、オートクレーブを用いて混合物に高温高圧を加えて有機溶媒の超臨界状態とする。
有機溶媒を超臨界状態として有機溶媒を表面修飾剤とともに二次粒子の中に自由に入り込ませるためには、混合物に高温高圧を加える必要があるが、オートクレーブを用いることによって、安全かつ自由に高温高圧を加えることができ、一次粒子の表面全面に表面修飾剤を反応付加させることができる。
このようにして、二次粒子に凝集した微細無機粒子の一次粒子の間に表面修飾剤を自由に入り込ませることによって、微細無機粒子の凝集を防いで分散性を向上させるとともに、有機樹脂等に分散させる場合に反応性を向上させることができる表面修飾粒子となる。
The surface-modified particles according to the invention of
In order to allow the organic solvent to enter the secondary particles freely together with the surface modifier with the organic solvent in a supercritical state, it is necessary to apply high temperature and pressure to the mixture, but by using an autoclave, the temperature can be safely and freely increased. A high pressure can be applied, and a surface modifier can be reacted and added to the entire surface of the primary particles.
In this way, by allowing the surface modifier to freely enter between the primary particles of the fine inorganic particles agglomerated into the secondary particles, the fine inorganic particles are prevented from agglomerating and dispersibility is improved. When dispersed, the surface modified particles can improve the reactivity.
請求項3の発明にかかる表面修飾粒子は、有機溶媒がn−ヘキサンである。上述の如く、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール等の脂肪族アルコール、n−ヘキサン等の脂肪族炭化水素、キシレン等の芳香族炭化水素、等を用いることができるが、これらの中でもn−ヘキサンは臨界温度及び臨界圧力が最も低く、最も容易に超臨界状態とすることができる。
このようにして、最も容易に有機溶媒を超臨界状態として二次粒子に凝集した微細無機粒子の一次粒子の間に表面修飾剤を自由に入り込ませることができ、微細無機粒子の凝集を防いで分散性を向上させるとともに、有機樹脂等に分散させる場合に反応性を向上させることができる表面修飾粒子となる。
In the surface-modified particles according to the invention of
In this way, the surface modifier can be freely allowed to enter between the primary particles of the fine inorganic particles aggregated into the secondary particles with the organic solvent in the supercritical state most easily, thereby preventing the fine inorganic particles from aggregating. In addition to improving dispersibility, the surface modified particles can improve the reactivity when dispersed in an organic resin or the like.
請求項4の発明にかかる微細無機粒子の表面修飾方法は、20nm〜130nmの外径の範囲内の粒子径を有する微細無機粒子の表面修飾方法であって、微細無機粒子に有機溶媒と表面修飾剤を加えて混合物を作製する工程と、混合物に高温高圧を加えることによって有機溶媒の超臨界状態として微細無機粒子の表面に表面修飾剤を反応付加させる工程とを具備する。
本発明にかかる微細無機粒子の表面修飾方法は、20nm〜130nmの外径の範囲内の粒子径を有する微細無機粒子に有機溶媒と表面修飾剤を加えてなる混合物に高温高圧を加えて有機溶媒の超臨界状態とすることによって、有機溶媒が表面修飾剤とともに二次粒子の中に自由に入り込んで、一次粒子の表面全面に表面修飾剤が反応付加することで、凝集が解けて微細無機粒子の表面が表面修飾剤で覆われた表面修飾粒子が一次粒子として分散し易くなり、また有機樹脂等に分散させる場合には、表面修飾剤の活性基が有機樹脂等の活性基と反応結合して、強固な分散状態を形成する。
このようにして、二次粒子に凝集した微細無機粒子の一次粒子の間に表面修飾剤を自由に入り込ませることによって、微細無機粒子の凝集を防いで分散性を向上させるとともに、有機樹脂等に分散させる場合に反応性を向上させることができる微細無機粒子の表面修飾方法となる。
The surface modification method for fine inorganic particles according to the invention of claim 4 is a method for surface modification of fine inorganic particles having a particle diameter in the range of 20 nm to 130 nm , wherein the fine inorganic particles are surface-modified with an organic solvent. A step of preparing a mixture by adding an agent, and a step of reacting and adding a surface modifier to the surface of the fine inorganic particles as a supercritical state of an organic solvent by applying high temperature and high pressure to the mixture.
The method for surface modification of fine inorganic particles according to the present invention includes adding organic solvent and a surface modifier to a fine inorganic particle having a particle diameter in the range of 20 nm to 130 nm and applying high temperature and high pressure to the mixture. By setting the supercritical state of the organic solvent, the organic solvent freely enters the secondary particles together with the surface modifier, and the surface modifier reacts and adds to the entire surface of the primary particles, so that the aggregation is solved and fine inorganic particles are dissolved. The surface-modified particles whose surface is covered with the surface modifier are easily dispersed as primary particles, and when dispersed in an organic resin or the like, the active group of the surface modifier reacts with the active group of the organic resin or the like. Thus, a strong dispersion state is formed.
In this way, by allowing the surface modifier to freely enter between the primary particles of the fine inorganic particles agglomerated into the secondary particles, the fine inorganic particles are prevented from agglomerating and dispersibility is improved. When dispersed, the surface modification method for fine inorganic particles can improve the reactivity.
本発明にかかる微細無機粒子の表面修飾方法は、表面修飾剤がイソシアネート系化合物とすることができる。
上述の如く、表面修飾剤としては、イソシアネート系化合物、アミン系化合物、ビニル系化合物、エポキシ系化合物、メタクリロキシ系化合物、アクリル系化合物、イミド系化合物、アルキル基を有する化合物、アリール基を有する化合物、等を用いることができるが、これらの中でもイソシアネート系化合物は入手が容易で反応性が良く、得られる表面修飾粒子の分散性及び反応性にも優れているという特徴を有する。
このようなイソシアネート系の表面修飾剤を、微細無機粒子の表面に存在する水酸基(−OH)を介して付加させ、微細無機粒子の全表面をイソシアネート系の表面修飾剤でコーティングすることによって、再凝集を防止することができて分散性が向上し、また有機樹脂中に混合する場合にも有機樹脂の活性基とイソシアネート基とが反応することによって、有機樹脂と微細無機粒子との強固な結合が得られる。
In the surface modification method for fine inorganic particles according to the present invention, the surface modifier can be an isocyanate compound.
As described above, as the surface modifier, isocyanate compounds, amine compounds, vinyl compounds, epoxy compounds, methacryloxy compounds, acrylic compounds, imide compounds, compounds having an alkyl group, compounds having an aryl group, Among these, the isocyanate compounds are easily available, have good reactivity, and are excellent in dispersibility and reactivity of the resulting surface-modified particles.
Such an isocyanate-based surface modifier is added via hydroxyl groups (—OH) present on the surface of the fine inorganic particles, and the entire surface of the fine inorganic particles is coated with the isocyanate-based surface modifier, thereby re-applying. Aggregation can be prevented, dispersibility is improved, and even when mixed in an organic resin, the active group of the organic resin and the isocyanate group react to form a strong bond between the organic resin and the fine inorganic particles. Is obtained.
本発明にかかる微細無機粒子の表面修飾方法は、表面修飾剤がアルキル基を有する化合物とすることができる。
このように、表面修飾剤としてアルキル基を有する化合物を用いることによって、アルキル基を有する化合物は入手が容易で反応性が良く、得られる表面修飾粒子の分散性及び反応性にも優れているという利点を有する。
このようなアルキル基を有する表面修飾剤を、微細無機粒子の表面に存在する水酸基(−OH)を介して付加させ、微細無機粒子の全表面をアルキル基を有する表面修飾剤でコーティングすることによって、再凝集を防止することができて分散性が向上し、また有機樹脂中に混合する場合にも有機樹脂とアルキル基とは相溶性が良いため、有機樹脂中に微細無機粒子が均一に分散する。
In the surface modification method for fine inorganic particles according to the present invention, the surface modifier can be a compound having an alkyl group.
Thus, by using a compound having an alkyl group as the surface modifier, the compound having an alkyl group is easily available and has good reactivity, and the surface modified particles obtained have excellent dispersibility and reactivity. Have advantages.
By adding such a surface modifier having an alkyl group via a hydroxyl group (—OH) present on the surface of the fine inorganic particle, and coating the entire surface of the fine inorganic particle with a surface modifier having an alkyl group , Re-aggregation can be prevented, dispersibility is improved, and even when mixed in an organic resin, the organic resin and the alkyl group are compatible with each other, so that fine inorganic particles are uniformly dispersed in the organic resin. To do.
本発明にかかる微細無機粒子の表面修飾方法は、表面修飾剤がアリール基を有する化合物とすることができる。
このように、表面修飾剤としてアリール基を有する化合物を用いることによって、アリール基を有する化合物は入手が容易で反応性が良く、得られる表面修飾粒子の分散性及び反応性にも優れているという利点を有する。
このようなアリール基を有する表面修飾剤を、微細無機粒子の表面に存在する水酸基(−OH)を介して付加させ、微細無機粒子の全表面をアリール基を有する表面修飾剤でコーティングすることによって、再凝集を防止することができて分散性が向上し、また有機樹脂、特に芳香族系の有機樹脂中に混合する場合にも芳香族系の有機樹脂とアリール基とは相溶性が良いため、芳香族系の有機樹脂中に微細無機粒子が均一に分散する。また、トルエン、キシレン、等の芳香族炭化水素溶媒に分散させる場合にも、極めて良好な分散性を得ることができる。
In the surface modification method for fine inorganic particles according to the present invention, the surface modifier can be a compound having an aryl group.
Thus, by using a compound having an aryl group as a surface modifier, the compound having an aryl group is easily available and has good reactivity, and the surface modified particles obtained have excellent dispersibility and reactivity. Have advantages.
By adding such a surface modifier having an aryl group via a hydroxyl group (—OH) present on the surface of the fine inorganic particle, the entire surface of the fine inorganic particle is coated with a surface modifier having an aryl group. Re-aggregation can be prevented and dispersibility is improved, and also when mixed in an organic resin, especially an aromatic organic resin, the aromatic organic resin and the aryl group are compatible. The fine inorganic particles are uniformly dispersed in the aromatic organic resin. In addition, extremely good dispersibility can also be obtained when dispersed in an aromatic hydrocarbon solvent such as toluene or xylene.
本発明にかかる微細無機粒子の表面修飾方法は、表面修飾剤がUV官能基を有する化合物とすることができる。
このようなUV官能基を有する表面修飾剤を、微細無機粒子の表面に存在する水酸基(−OH)を介して付加させ、微細無機粒子の全表面をUV官能基を有する表面修飾剤でコーティングすることによって、再凝集を防止することができて分散性が向上し、また有機樹脂中に混合する場合にも有機樹脂とUV官能基とは相溶性が良いため、有機樹脂中に微細無機粒子が均一に分散する。
そして、微細無機粒子の全表面をUV官能基を有する表面修飾剤でコーティングすることによって、紫外線(UV)照射による三次元架橋反応を起こさせることができ、三次元架橋体を得ることができる。
In the surface modification method for fine inorganic particles according to the present invention, the surface modifier may be a compound having a UV functional group.
Such a surface modifier having a UV functional group is added via hydroxyl groups (—OH) present on the surface of the fine inorganic particles, and the entire surface of the fine inorganic particles is coated with a surface modifier having a UV functional group. Therefore, re-aggregation can be prevented, dispersibility is improved, and even when mixed in an organic resin, the organic resin and the UV functional group are compatible with each other. Disperse uniformly.
Then, by coating the entire surface of the fine inorganic particles with a surface modifier having a UV functional group, a three-dimensional cross-linking reaction can be caused by ultraviolet (UV) irradiation, and a three-dimensional cross-linked product can be obtained.
本発明にかかる微細無機粒子の表面修飾方法は、微細無機粒子が20nm〜130nmの外径を有するシリカ殻からなる中空粒子である。
近年、シリカ殻からなるナノ中空粒子についての研究開発が盛んに行われており、その製造方法もほぼ確立しているが、20nm〜130nmの外径を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子も、中実微細粒子と同様に凝集し易く分散が困難であり、ナノ中空粒子としての特性を生かした応用がしづらいという問題点を有している。
そこで、中実微細粒子と同様に、シリカ殻からなるナノ中空粒子に有機溶媒と表面修飾剤を加えてなる混合物に高温高圧を加えて有機溶媒の超臨界状態とすることによって、有機溶媒が表面修飾剤とともに二次粒子の中に自由に入り込んで、一次粒子の表面全面に表面修飾剤が反応付加することで、凝集が解けて微細無機粒子の表面が表面修飾剤で覆われた表面修飾粒子が一次粒子として分散し易くなり、また有機樹脂等に分散させる場合には、表面修飾剤の活性基が有機樹脂等の活性基と反応結合して、強固な分散状態を形成する。
The surface modification method for fine inorganic particles according to the present invention is a hollow particle comprising a silica shell in which the fine inorganic particles have an outer diameter of 20 nm to 130 nm.
In recent years, research and development on nano hollow particles made of silica shells has been actively carried out, and the manufacturing method has been almost established, but nano hollow particles made of silica shells having an outer diameter of 20 nm to 130 nm are also Like actual fine particles, they tend to agglomerate and are difficult to disperse, and have the problem that it is difficult to make use of the characteristics of nano hollow particles.
Therefore, as with solid fine particles, the organic solvent is brought into the supercritical state by applying high temperature and high pressure to a mixture of the organic hollow particles made of silica shell and the surface modifier added to the nano hollow particles made of silica shell. Surface modified particles that freely enter into the secondary particles together with the modifier, and the surface modifier is reacted and added to the entire surface of the primary particles, so that the aggregation is released and the surface of the fine inorganic particles is covered with the surface modifier. However, when dispersed in an organic resin or the like, the active group of the surface modifier reacts with the active group of the organic resin or the like to form a strong dispersion state.
請求項5の発明にかかる微細無機粒子の表面修飾方法は、混合物に高温高圧を加える工程はオートクレーブを用いて行う。
有機溶媒を超臨界状態として有機溶媒を表面修飾剤とともに二次粒子の中に自由に入り込ませるためには、混合物に高温高圧を加える工程が必要であるが、この工程においてオートクレーブを用いることによって、安全かつ自由に高温高圧を加えることができ、一次粒子の表面全面に表面修飾剤を反応付加させることができる。
このようにして、二次粒子に凝集した微細無機粒子の一次粒子の間に表面修飾剤を自由に入り込ませることによって、微細無機粒子の凝集を防いで分散性を向上させるとともに、有機樹脂等に分散させる場合に反応性を向上させることができる微細無機粒子の表面修飾方法となる。
In the surface modification method for fine inorganic particles according to the invention of
In order to allow the organic solvent to enter the secondary particles together with the surface modifier in a supercritical state, it is necessary to apply a high temperature and high pressure to the mixture. By using an autoclave in this step, A high temperature and high pressure can be applied safely and freely, and a surface modifier can be reacted and added to the entire surface of the primary particles.
In this way, by allowing the surface modifier to freely enter between the primary particles of the fine inorganic particles agglomerated into the secondary particles, the fine inorganic particles are prevented from agglomerating and dispersibility is improved. When dispersed, the surface modification method for fine inorganic particles can improve the reactivity.
請求項6の発明にかかる微細無機粒子の表面修飾方法は、有機溶媒がn−ヘキサンである。上述の如く、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール等の脂肪族アルコール、n−ヘキサン等の脂肪族炭化水素、キシレン等の芳香族炭化水素、等を用いることができるが、これらの中でもn−ヘキサン(ノルマルヘキサン、直鎖脂肪族炭化水素)は臨界温度及び臨界圧力が最も低く、最も容易に超臨界状態とすることができる。
このようにして、最も容易に有機溶媒を超臨界状態として二次粒子に凝集した微細無機粒子の一次粒子の間に表面修飾剤を自由に入り込ませることができ、微細無機粒子の凝集を防いで分散性を向上させるとともに、有機樹脂等に分散させる場合に反応性を向上させることができる微細無機粒子の表面修飾方法となる。
In the surface modification method for fine inorganic particles according to the invention of claim 6 , the organic solvent is n-hexane. As described above, as the organic solvent, aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, and propanol, aliphatic hydrocarbons such as n-hexane, aromatic hydrocarbons such as xylene, and the like can be used. -Hexane (normal hexane, linear aliphatic hydrocarbon) has the lowest critical temperature and critical pressure, and can be most easily brought to the supercritical state.
In this way, the surface modifier can be freely allowed to enter between the primary particles of the fine inorganic particles aggregated into the secondary particles with the organic solvent in the supercritical state most easily, thereby preventing the fine inorganic particles from aggregating. In addition to improving the dispersibility, the surface modification method for fine inorganic particles can improve the reactivity when dispersed in an organic resin or the like.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施の形態1
まず、本発明の実施の形態1にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図1乃至図3を参照して説明する。
First, the surface modification particles and the surface modification method of fine inorganic particles according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
図1は本発明の実施の形態1にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法を示す模式図である。図2は本発明の実施の形態1にかかる表面修飾粒子の応用方法の実施例1を示す模式図である。図3は本発明の実施の形態1にかかる表面修飾粒子の応用方法の実施例2を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a surface-modified particle manufacturing process and a fine inorganic particle surface-modifying method according to
図1に示されるように、本実施の形態1にかかる表面修飾粒子3においては、微細無機粒子1として平均粒径40nmのコロイダルシリカを用いており、表面修飾剤2としてトリエトキシプロピルイソシアネートシラン(以下、「TEIS」とも言う。)を用いている。コロイダルシリカ1の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図1においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち3つのみを示している。
As shown in FIG. 1, in the surface-modified
これに対して、表面修飾剤としてのTEIS2を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているコロイダルシリカ1の間に自由に入り込んで、TEIS2のエトキシ基の3つ全部がコロイダルシリカ1の表面の水酸基と縮合反応し、コロイダルシリカ1の表面に結合する。
On the other hand, by reacting TEIS2 as a surface modifier for 1 hour at a critical temperature (234.9 ° C.) and a critical pressure (3.02 MPa) of n-hexane in an autoclave using n-hexane as a solvent, n-hexane enters a supercritical state and freely enters between
このようにして、コロイダルシリカ1の表面の無数の水酸基とTEIS2が反応することによって、図1に示されるように、コロイダルシリカ1の表面がTEIS2で覆われて、本実施の形態1にかかる表面修飾粒子3が形成される。これによって、二次粒子として凝集していたコロイダルシリカ1が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、イソシアネート基が有機樹脂の活性基と反応して有機樹脂と強固な結合を作ることにより、さらに有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子3となる。
As described above, the surface of
かかる表面修飾粒子3の応用の具体例の実施例1について、図2を参照して説明する。図2に示されるように、イソシアネート基を有する本実施の形態1にかかる表面修飾粒子3を有機樹脂5中に分散させると、有機樹脂5の活性基(ここでは水酸基)とイソシアネート基が反応して、ウレタン結合を有するコロイダルシリカ1と有機樹脂5との結合体6が形成されて、表面修飾粒子3が有機樹脂5中に均一にかつ強固に分散される。
A specific example of the application of the surface-modified
次に、表面修飾粒子3の応用の具体例の実施例2について、図3を参照して説明する。図3に示されるように、イソシアネート基を有する本実施の形態1にかかる表面修飾粒子3を無機微粒子8と反応させると、無機微粒子8の表面の水酸基とイソシアネート基が反応して、ウレタン結合を有するコロイダルシリカ1と無機微粒子8との結合体が形成されて、コロイダルシリカ1の表面が均一にかつ強固に無機微粒子8で覆われた複合体10が形成される。
Next, Example 2 of a specific example of application of the surface modified
このようにして、本実施の形態1にかかる表面修飾粒子3は、約10nmから約300nmの範囲内の粒子径(平均粒径40nm)を有する微細無機粒子としてのコロイダルシリカ1に、有機溶媒としてのn−ヘキサン及び表面修飾剤としてのTEIS2を加えてなる混合物に高温高圧を加えてn−ヘキサンの超臨界状態とすることによって、n−ヘキサンがTEIS2とともに二次粒子の中に自由に入り込んで、一次粒子の表面全面にTEIS2が反応付加することで、凝集が解けてコロイダルシリカ1の表面がTEIS2で覆われた表面修飾粒子3が一次粒子として分散し易くなり、また有機樹脂5等に分散させる場合には、TEIS2の活性基であるイソシアネート基が有機樹脂5等の活性基と反応結合して、強固な分散状態を形成する。
In this way, the surface-modified
実施の形態2
次に、本発明の実施の形態2にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図4及び図5を参照して説明する。
Next, a surface modification method of the surface modified particles and fine inorganic particles according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
図4は本発明の実施の形態2にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法並びに表面修飾粒子の応用例を示す模式図である。図5は本発明の実施の形態2にかかる表面修飾粒子のIR(赤外分光吸収)スペクトルを未修飾粒子及びコーティング粒子と比較して示す図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a surface-modified particle manufacturing process, a fine inorganic particle surface-modifying method, and an application example of the surface-modified particle according to
図4に示されるように、本実施の形態2にかかる表面修飾粒子12においては、微細無機粒子として粒径約50nm〜約100nmのシリカ殻からなる中空粒子11を用いており、表面修飾剤としては、実施の形態1と同様にトリエトキシプロピルイソシアネートシラン(TEIS)2を用いている。シリカ殻からなる中空粒子11の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図4においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち3つのみを示している。
As shown in FIG. 4, in the surface modified
これに対して、表面修飾剤としてのTEIS2を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているシリカ殻からなる中空粒子11の間に自由に入り込んで、TEIS2のエトキシ基の3つ全部がシリカ殻からなる中空粒子11の表面の水酸基と縮合反応し、シリカ殻からなる中空粒子11の表面に結合する。
On the other hand, by reacting TEIS2 as a surface modifier for 1 hour at a critical temperature (234.9 ° C.) and a critical pressure (3.02 MPa) of n-hexane in an autoclave using n-hexane as a solvent, The surface of the
このようにして、シリカ殻からなる中空粒子11の表面の無数の水酸基とTEIS2が反応することによって、図4に示されるように、シリカ殻からなる中空粒子11の表面がTEIS2で覆われて、本実施の形態2にかかる表面修飾粒子12が形成される。これによって、二次粒子として凝集していたシリカ殻からなる中空粒子11が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、イソシアネート基が有機樹脂の活性基と反応して有機樹脂と強固な結合を作ることにより、さらに有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子12となる。
Thus, the surface of the
かかる表面修飾粒子12の応用の具体例について、さらに図4を参照して説明する。図4に示されるように、イソシアネート基を有する本実施の形態2にかかる表面修飾粒子12を、キシレン溶媒中でブロック(BL)の外れる温度(硬化温度)においてブロック型ポリイソシアネート13と反応させる。
A specific example of application of the surface modified
その結果、ブロック型ポリイソシアネート13のブロック(BL)が外れて、イソシアネート基と表面修飾粒子12のイソシアネート基とが反応して、ウレタン結合を有するシリカ殻からなる中空粒子11とポリイソシアネート14との結合体6が形成されて、表面修飾粒子12がポリイソシアネート14で均一にかつ強固にコーティングされたコーティング中空シリカ粒子15が形成される。
As a result, the block (BL) of the block-
図5は、本実施の形態2にかかる表面修飾粒子12のIR(赤外分光吸収)スペクトルを、未修飾粒子(シリカ殻からなる中空粒子)11及びコーティング中空シリカ粒子15と比較して示したものである。図5に示されるように、未修飾粒子11にはシリカ表面の無数の水酸基によるSi−OH結合による吸収が表れているのに対して、表面修飾粒子12においてはSi−OH結合による吸収は消滅して、TEIS2に存在する−CH2 −結合及びイソシアネート基(−N=C=O)による吸収が非常に顕著に表れている。
FIG. 5 shows the IR (infrared spectral absorption) spectrum of the surface modified
さらに、コーティング中空シリカ粒子15においては、表面修飾粒子12とブロック型ポリイソシアネート13のイソシアネート基同士が結合するためイソシアネート基(−N=C=O)による吸収のピーク高さがやや低くなり、代わりにイソシアネート基が水と反応して生ずるカルバミン酸由来の−OH基、−NH−基、C=O基の吸収が大きくなっている。
Furthermore, in the coated
このようにして、本実施の形態2にかかる表面修飾粒子12においては、n−ヘキサンの超臨界状態において、シリカ殻からなる中空粒子11の表面の無数の水酸基とTEIS2を反応させることによって、シリカ殻からなる中空粒子11の表面がTEIS2で覆われる。これによって、二次粒子として凝集していたシリカ殻からなる中空粒子11が分散して一次粒子となり、凝集し難くなり、分散が容易となる。
In this way, in the surface modified
さらに、本実施の形態2にかかる表面修飾粒子12を、キシレン溶媒中でブロックの外れる温度(硬化温度)においてブロック型ポリイソシアネート13と反応させることによって、ブロック型ポリイソシアネート13のブロックが外れて、イソシアネート基と表面修飾粒子12のイソシアネート基とが反応して、ウレタン結合を有するシリカ殻からなる中空粒子11とポリイソシアネート14との結合体6が形成されて、表面修飾粒子12がポリイソシアネート14で均一にかつ強固にコーティングされたコーティング中空シリカ粒子15が形成される。
Furthermore, the block of the
実施の形態3
次に、本発明の実施の形態3にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図6を参照して説明する。図6は本発明の実施の形態3にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法を示す模式図である。
Next, the surface modification particles and the surface modification method of fine inorganic particles according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a surface modification particle manufacturing process and a fine inorganic particle surface modification method according to a third embodiment of the present invention.
図6に示されるように、本実施の形態3にかかる表面修飾粒子18においては、微細無機粒子として、実施の形態1と同様に平均粒径40nmのコロイダルシリカ1を用いており、表面修飾剤としてアミノ系化合物である3−アミノプロピルトリエトキシシラン(以下、「TEAS」とも言う。)17を用いている。コロイダルシリカ1の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図6においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち3つのみを示している。
As shown in FIG. 6, in the surface modified
これに対して、表面修飾剤としてのTEAS17を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているコロイダルシリカ1の間に自由に入り込んで、TEAS17のエトキシ基の3つ全部がコロイダルシリカ1の表面の水酸基と縮合反応し、コロイダルシリカ1の表面に結合する。
On the other hand, by reacting TEAS17 as a surface modifier for 1 hour at the critical temperature (234.9 ° C.) and critical pressure (3.02 MPa) of n-hexane in an autoclave using n-hexane as a solvent, n-hexane enters a supercritical state and freely enters between
このようにして、コロイダルシリカ1の表面の無数の水酸基とTEAS17が反応することによって、図6に示されるように、コロイダルシリカ1の表面がTEAS17で覆われて、本実施の形態3にかかる表面修飾粒子18が形成される。これによって、二次粒子として凝集していたコロイダルシリカ1が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、アミノ基が有機樹脂の活性基と反応して有機樹脂と強固な結合を作ることにより、さらに有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子18となる。
As described above, the surface of the
実施の形態4
次に、本発明の実施の形態4にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図7を参照して説明する。図7は本発明の実施の形態4にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法を示す模式図である。
Embodiment 4
Next, the surface modification particle and the surface modification method of fine inorganic particles according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram showing a surface-modified particle manufacturing process and a fine inorganic particle surface-modifying method according to Embodiment 4 of the present invention.
図7に示されるように、本実施の形態4にかかる表面修飾粒子23においては、微細無機粒子として、実施の形態1,3と同様に平均粒径40nmのコロイダルシリカ1を用いており、表面修飾剤としてビニル系化合物であるビニルトリエトキシシラン22を用いている。コロイダルシリカ1の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図7においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち3つのみを示している。
As shown in FIG. 7, in the surface modified
これに対して、表面修飾剤としてのビニルトリエトキシシラン22を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているコロイダルシリカ1の間に自由に入り込んで、ビニルトリエトキシシラン22のエトキシ基の3つ全部がコロイダルシリカ1の表面の水酸基と縮合反応し、コロイダルシリカ1の表面に結合する。
In contrast,
このようにして、コロイダルシリカ1の表面の無数の水酸基とビニルトリエトキシシラン22が反応することによって、図7に示されるように、コロイダルシリカ1の表面がビニルトリエトキシシラン22で覆われて、本実施の形態4にかかる表面修飾粒子23が形成される。これによって、二次粒子として凝集していたコロイダルシリカ1が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、ビニル基が有機樹脂の活性基と反応して有機樹脂と強固な結合を作ることにより、さらに有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子23となる。
In this way, by reacting innumerable hydroxyl groups on the surface of the
また、ビニル基は紫外線(UV)に反応するUV官能基であるため、本実施の形態4にかかる表面修飾粒子23を用いることによって、紫外線に反応して硬化する表面修飾粒子23として、種々の用途に応用することができる。
Further, since the vinyl group is a UV functional group that reacts with ultraviolet rays (UV), by using the surface-modified
実施の形態5
次に、本発明の実施の形態5にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図8を参照して説明する。図8は本発明の実施の形態5にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法を示す模式図である。
Next, the surface modification particles and the surface modification method of fine inorganic particles according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic diagram showing a surface-modified particle manufacturing process and a fine inorganic particle surface-modifying method according to
図8に示されるように、本実施の形態5にかかる表面修飾粒子26においては、微細無機粒子として、実施の形態1,3,4と同様に平均粒径40nmのコロイダルシリカ1を用いており、表面修飾剤としてエポキシ系化合物である3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン25を用いている。コロイダルシリカ1の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図8においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち3つのみを示している。
As shown in FIG. 8, in the surface modified
これに対して、表面修飾剤としての3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン25を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているコロイダルシリカ1の間に自由に入り込んで、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン25のエトキシ基の3つ全部がコロイダルシリカ1の表面の水酸基と縮合反応し、コロイダルシリカ1の表面に結合する。
On the other hand, 3-
このようにして、コロイダルシリカ1の表面の無数の水酸基と3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン25が反応することによって、図8に示されるように、コロイダルシリカ1の表面が3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン25で覆われて、本実施の形態5にかかる表面修飾粒子26が形成される。これによって、二次粒子として凝集していたコロイダルシリカ1が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、エポキシ基が有機樹脂の活性基と反応して有機樹脂と強固な結合を作ることにより、さらに有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子26となる。
In this way, the surface of
実施の形態6
次に、本発明の実施の形態6にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図9を参照して説明する。図9は本発明の実施の形態6にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法を示す模式図である。
Embodiment 6
Next, the surface modification particle and the surface modification method of fine inorganic particles according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic diagram showing a surface-modified particle manufacturing process and a fine inorganic particle surface-modifying method according to Embodiment 6 of the present invention.
図9に示されるように、本実施の形態6にかかる表面修飾粒子28においては、微細無機粒子として、実施の形態2と同様に粒径約50nm〜約100nmのシリカ殻からなる中空粒子11を用いており、表面修飾剤としては、実施の形態5と同様にエポキシ系化合物である3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン25を用いている。シリカ殻からなる中空粒子11の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図9においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち3つのみを示している。
As shown in FIG. 9, in the surface modified
これに対して、表面修飾剤としての3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン25を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているシリカ殻からなる中空粒子11の間に自由に入り込んで、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン25のエトキシ基の3つ全部がシリカ殻からなる中空粒子11の表面の水酸基と縮合反応し、シリカ殻からなる中空粒子11の表面に結合する。
On the other hand, 3-
このようにして、シリカ殻からなる中空粒子11の表面の無数の水酸基と3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン25が反応することによって、図9に示されるように、シリカ殻からなる中空粒子11の表面が3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン25で覆われて、本実施の形態6にかかる表面修飾粒子28が形成される。これによって、二次粒子として凝集していたシリカ殻からなる中空粒子11が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、エポキシ基が有機樹脂の活性基と反応して有機樹脂と強固な結合を作ることにより、さらに有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子28となる。
In this way, by reacting innumerable hydroxyl groups on the surface of the
実施の形態7
次に、本発明の実施の形態7にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図10を参照して説明する。図10は本発明の実施の形態7にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法を示す模式図である。
Embodiment 7
Next, the surface modification particle and the surface modification method of fine inorganic particles according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic diagram showing a surface-modified particle manufacturing process and a fine inorganic particle surface-modifying method according to Embodiment 7 of the present invention.
図10に示されるように、本実施の形態7にかかる表面修飾粒子31においては、微細無機粒子として、実施の形態1,3,4,5と同様に平均粒径40nmのコロイダルシリカ1を用いており、表面修飾剤としてメタクリロキシ系化合物である3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン30を用いている。コロイダルシリカ1の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図10においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち3つのみを示している。
As shown in FIG. 10, in the surface modified
これに対して、表面修飾剤としての3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン30を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているコロイダルシリカ1の間に自由に入り込んで、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン30のエトキシ基の3つ全部がコロイダルシリカ1の表面の水酸基と縮合反応し、コロイダルシリカ1の表面に結合する。
In contrast, 3-
このようにして、コロイダルシリカ1の表面の無数の水酸基と3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン30が反応することによって、図10に示されるように、コロイダルシリカ1の表面が3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン30で覆われて、本実施の形態7にかかる表面修飾粒子31が形成される。これによって、二次粒子として凝集していたコロイダルシリカ1が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、メタクリロキシ基が有機樹脂の活性基と反応して有機樹脂と強固な結合を作ることにより、さらに有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子31となる。
In this way, the reaction of the innumerable hydroxyl groups on the surface of
実施の形態8
次に、本発明の実施の形態8にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図11を参照して説明する。図11は本発明の実施の形態8にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法を示す模式図である。
Next, the surface modification particle and the surface modification method of fine inorganic particles according to the eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a surface-modified particle manufacturing process and a fine inorganic particle surface modification method according to
図11に示されるように、本実施の形態8にかかる表面修飾粒子33においては、微細無機粒子として、実施の形態1,3,4,5,7と同様に平均粒径40nmのコロイダルシリカ1を用いており、表面修飾剤としてアルキル基を有する化合物であるブチルトリエトキシシラン32を用いている。コロイダルシリカ1の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図11においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち3つのみを示している。
As shown in FIG. 11, in the surface modified
これに対して、表面修飾剤としてのブチルトリエトキシシラン32を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているコロイダルシリカ1の間に自由に入り込んで、ブチルトリエトキシシラン32のエトキシ基の3つ全部がコロイダルシリカ1の表面の水酸基と縮合反応し、コロイダルシリカ1の表面に結合する。
In contrast,
このようにして、コロイダルシリカ1の表面の無数の水酸基とブチルトリエトキシシラン32が反応することによって、図11に示されるように、コロイダルシリカ1の表面がブチルトリエトキシシラン32で覆われて、本実施の形態8にかかる表面修飾粒子33が形成される。これによって、二次粒子として凝集していたコロイダルシリカ1が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、アルキル基であるブチル基が有機樹脂と相溶性が良いため有機樹脂中に均一に分散することによって、さらに有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子33となる。
In this way, by reacting innumerable hydroxyl groups on the surface of the
実施の形態9
次に、本発明の実施の形態9にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図12を参照して説明する。図12は本発明の実施の形態9にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法を示す模式図である。
Embodiment 9
Next, the surface modification particle and the surface modification method of fine inorganic particles according to the ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a schematic diagram showing a surface-modified particle manufacturing process and a fine inorganic particle surface-modifying method according to Embodiment 9 of the present invention.
図12に示されるように、本実施の形態9にかかる表面修飾粒子35においては、微細無機粒子として、実施の形態1,3,4,5,7,8と同様に平均粒径40nmのコロイダルシリカ1を用いており、表面修飾剤としてアクリル系化合物である3−アクリル酸プロピルトリエトキシシラン34を用いている。コロイダルシリカ1の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図12においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち3つのみを示している。
As shown in FIG. 12, in the surface modified
これに対して、表面修飾剤としての3−アクリル酸プロピルトリエトキシシラン34を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているコロイダルシリカ1の間に自由に入り込んで、3−アクリル酸プロピルトリエトキシシラン34のエトキシ基の3つ全部がコロイダルシリカ1の表面の水酸基と縮合反応し、コロイダルシリカ1の表面に結合する。
On the other hand, 3-
このようにして、コロイダルシリカ1の表面の無数の水酸基と3−アクリル酸プロピルトリエトキシシラン34が反応することによって、図12に示されるように、コロイダルシリカ1の表面が3−アクリル酸プロピルトリエトキシシラン34で覆われて、本実施の形態9にかかる表面修飾粒子35が形成される。これによって、二次粒子として凝集していたコロイダルシリカ1が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、有機酸であるアクリル酸基が有機樹脂の活性基と反応して有機樹脂と強固な結合を作ることにより、さらに有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子35となる。
In this way, the reaction of the innumerable hydroxyl groups on the surface of the
実施の形態10
次に、本発明の実施の形態10にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図13を参照して説明する。図13は本発明の実施の形態10にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法を示す模式図である。
Next, the surface modification particles and the surface modification method of fine inorganic particles according to the tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a schematic diagram showing a surface-modified particle manufacturing process and a fine inorganic particle surface-modifying method according to
図13に示されるように、本実施の形態10にかかる表面修飾粒子37においては、微細無機粒子として、実施の形態1,3,4,5,7,8,9と同様に平均粒径40nmのコロイダルシリカ1を用いており、表面修飾剤としてイミド系化合物である3−イミドプロピルトリエトキシシラン36を用いている。コロイダルシリカ1の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図13においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち3つのみを示している。
As shown in FIG. 13, in the surface modified
これに対して、表面修飾剤としての3−イミドプロピルトリエトキシシラン36を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているコロイダルシリカ1の間に自由に入り込んで、3−イミドプロピルトリエトキシシラン36のエトキシ基の3つ全部がコロイダルシリカ1の表面の水酸基と縮合反応し、コロイダルシリカ1の表面に結合する。
In contrast, 3-
このようにして、コロイダルシリカ1の表面の無数の水酸基と3−イミドプロピルトリエトキシシラン36が反応することによって、図13に示されるように、コロイダルシリカ1の表面が3−イミドプロピルトリエトキシシラン36で覆われて、本実施の形態10にかかる表面修飾粒子37が形成される。これによって、二次粒子として凝集していたコロイダルシリカ1が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、イミド基が有機樹脂の活性基と反応して有機樹脂と強固な結合を作ることにより、さらに有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子37となる。
In this way, the surface of
実施の形態11
次に、本発明の実施の形態11にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図14を参照して説明する。図14は本発明の実施の形態11にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法を示す模式図である。
Next, the surface modification particles and the surface modification method of fine inorganic particles according to the eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic diagram showing a surface-modified particle manufacturing process and a fine inorganic particle surface-modifying method according to
図14に示されるように、本実施の形態11にかかる表面修飾粒子39においては、微細無機粒子として、実施の形態1,3,4,5,7,8,9,10と同様に平均粒径40nmのコロイダルシリカ1を用いており、表面修飾剤としてアリール基としてのフェニル基を有する化合物である3−フェニルプロピルトリエトキシシラン38を用いている。コロイダルシリカ1の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図14においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち3つのみを示している。
As shown in FIG. 14, in the surface modified
これに対して、表面修飾剤としての3−フェニルプロピルトリエトキシシラン38を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているコロイダルシリカ1の間に自由に入り込んで、3−フェニルプロピルトリエトキシシラン38のエトキシ基の3つ全部がコロイダルシリカ1の表面の水酸基と縮合反応し、コロイダルシリカ1の表面に結合する。
On the other hand, 3-
このようにして、コロイダルシリカ1の表面の無数の水酸基と3−フェニルプロピルトリエトキシシラン38が反応することによって、図14に示されるように、コロイダルシリカ1の表面が3−フェニルプロピルトリエトキシシラン38で覆われて、本実施の形態11にかかる表面修飾粒子39が形成される。これによって、二次粒子として凝集していたコロイダルシリカ1が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、フェニル基が有機樹脂の活性基と反応して有機樹脂と強固な結合を作ることにより、さらに有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子39となる。
In this way, the innumerable hydroxyl groups on the surface of the
特に芳香族系の有機樹脂中に混合する場合には、芳香族系の有機樹脂とフェニル基とは相溶性が良いため、芳香族系の有機樹脂中に表面修飾粒子39が均一に分散する。また、フェニル基は、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶媒と極めて相溶性が良いため、トルエン、キシレン等の有機溶媒中への均一分散が行い易い表面修飾粒子39となる。
In particular, when mixing in an aromatic organic resin, the aromatic organic resin and the phenyl group have good compatibility, and thus the surface-modified
実施の形態12
次に、本発明の実施の形態12にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図15を参照して説明する。図15は本発明の実施の形態12にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法を示す模式図である。
図15に示されるように、本実施の形態12にかかる表面修飾粒子41においては、微細無機粒子として実施の形態2,6と同様に粒径約50nm〜約100nmのシリカ殻からなる中空粒子11を用いており、表面修飾剤としては、メチルトリエトキシシラン40を用いている。シリカ殻からなる中空粒子11の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図15においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち3つのみを示している。
Next, the surface modification particles and the surface modification method of fine inorganic particles according to the twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a schematic view showing a surface-modified particle manufacturing process and a fine inorganic particle surface-modifying method according to
As shown in FIG. 15, in the surface-modified
これに対して、表面修飾剤としてのメチルトリエトキシシラン40を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているシリカ殻からなる中空粒子11の間に自由に入り込んで、メチルトリエトキシシラン40のエトキシ基の3つ全部がシリカ殻からなる中空粒子11の表面の水酸基と縮合反応し、シリカ殻からなる中空粒子11の表面に結合する。
In contrast,
このようにして、シリカ殻からなる中空粒子11の表面の無数の水酸基とメチルトリエトキシシラン40が反応することによって、図15に示されるように、シリカ殻からなる中空粒子11の表面がメチルトリエトキシシラン40で覆われて、本実施の形態12にかかる表面修飾粒子41が形成される。これによって、二次粒子として凝集していたシリカ殻からなる中空粒子11が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、メチル基が有機樹脂の活性基と反応して有機樹脂と強固な結合を作ることにより、さらに有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子41となる。
In this way, by reacting innumerable hydroxyl groups on the surface of the
実施の形態13
次に、本発明の実施の形態13にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図16を参照して説明する。図16は本発明の実施の形態13にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法を示す模式図である。
Next, the surface modification particle and the surface modification method of fine inorganic particles according to the thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a schematic diagram showing the surface-modified particle manufacturing process and the fine inorganic particle surface-modifying method according to
図16に示されるように、本実施の形態13にかかる表面修飾粒子45においては、微細無機粒子として、実施の形態1,3,4,5,7,8,9,10,11と同様に平均粒径40nmのコロイダルシリカ1を用いており、表面修飾剤として3−パラ−スチリルプロピルトリメトキシシラン44を用いている。コロイダルシリカ1の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図16においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち3つのみを示している。
As shown in FIG. 16, in the surface modified
これに対して、表面修飾剤としての3−パラ−スチリルプロピルトリメトキシシラン44を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているコロイダルシリカ1の間に自由に入り込んで、3−パラ−スチリルプロピルトリメトキシシラン44のメトキシ基の3つ全部がコロイダルシリカ1の表面の水酸基と縮合反応し、コロイダルシリカ1の表面に結合する。
On the other hand, 3-
このようにして、コロイダルシリカ1の表面の無数の水酸基と3−パラ−スチリルプロピルトリメトキシシラン44が反応することによって、図16に示されるように、コロイダルシリカ1の表面が3−パラ−スチリルプロピルトリメトキシシラン44で覆われて、本実施の形態13にかかる表面修飾粒子45が形成される。これによって、二次粒子として凝集していたコロイダルシリカ1が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、スチリル基が有機樹脂の活性基と反応して有機樹脂と強固な結合を作ることにより、さらに有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子45となる。
In this way, the reaction of innumerable hydroxyl groups on the surface of the
特に芳香族系の有機樹脂中に混合する場合には、芳香族系の有機樹脂とスチリル基とは相溶性が良いため、芳香族系の有機樹脂中に表面修飾粒子45が均一に分散する。また、スチリル基は、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶媒と極めて相溶性が良いため、トルエン、キシレン等の有機溶媒中への均一分散が行い易い表面修飾粒子45となる。 また、スチリル基は紫外線(UV)に反応するUV官能基であるため、本実施の形態13にかかる表面修飾粒子45を用いることによって、紫外線に反応して硬化する表面修飾粒子45として、種々の用途に応用することができる。
In particular, when mixed in an aromatic organic resin, the aromatic organic resin and the styryl group have good compatibility, and thus the surface modified
実施の形態14
次に、本発明の実施の形態14にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図17を参照して説明する。図17(a)は本発明の実施の形態14にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法を示す模式図、(b)は本発明の実施の形態14にかかる表面修飾粒子の紫外線照射反応による応用を示す模式図である。
Next, the surface modification method of the surface modification particle | grains and fine inorganic
図17(a)に示されるように、本実施の形態14にかかる表面修飾粒子48においては、微細無機粒子として実施の形態2,6,12と同様に粒径約50nm〜約100nmのシリカ殻からなる中空粒子11を用いており、表面修飾剤としては、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン47を用いている。シリカ殻からなる中空粒子11の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図17においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち3つのみを示している。
As shown in FIG. 17A, in the surface-modified
これに対して、表面修飾剤としてのアクリロキシプロピルトリメトキシシラン47を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているシリカ殻からなる中空粒子11の間に自由に入り込んで、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン47のメトキシ基の3つ全部がシリカ殻からなる中空粒子11の表面の水酸基と縮合反応し、シリカ殻からなる中空粒子11の表面に結合する。
On the other hand,
このようにして、シリカ殻からなる中空粒子11の表面の無数の水酸基とアクリロキシプロピルトリメトキシシラン47が反応することによって、図17(a)に示されるように、シリカ殻からなる中空粒子11の表面がアクリロキシプロピルトリメトキシシラン47で覆われて、本実施の形態14にかかる表面修飾粒子48が形成される。
In this way, by reacting the innumerable hydroxyl groups on the surface of the
これによって、二次粒子として凝集していたシリカ殻からなる中空粒子11が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、アクリロキシ基が有機樹脂の活性基と反応して有機樹脂と強固な結合を作ることにより、さらに有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子48となる。また、アクリロキシ基は紫外線(UV)に反応するUV官能基であるため、本実施の形態14にかかる表面修飾粒子48を用いることによって、紫外線に反応して硬化する表面修飾粒子48として、種々の用途に応用することができる。
As a result, the
このように製造された表面修飾粒子48に対して、図17(b)に示されるように、多官能アクリレート化合物49とアセトフェノン系の光ラジカル重合開始剤とを加えて紫外線(UV)照射することによって、アクリロキシ基及び多官能アクリレート化合物49の二重結合がラジカル化して、ラジカル連鎖反応によって三次元架橋反応が起こり、三次元架橋体50が形成される。このようにして、UV官能基であるアクリロキシ基を有する表面修飾粒子48を用いることによって、紫外線(UV)照射により三次元架橋体50を形成することができる。
As shown in FIG. 17B, the surface-modified
実施の形態15
次に、本発明の実施の形態15にかかる表面修飾粒子及び微細無機粒子の表面修飾方法について、図18を参照して説明する。図18(a)は本発明の実施の形態15にかかる表面修飾粒子の製造工程及び微細無機粒子の表面修飾方法を示す模式図、(b)は本発明の実施の形態15にかかる表面修飾粒子の紫外線照射反応による応用を示す模式図である。
Next, the surface modification particles and the surface modification method of fine inorganic particles according to the fifteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 18 (a) is a schematic diagram showing a surface-modified particle manufacturing process and a fine inorganic particle surface modification method according to
図18(a)に示されるように、本実施の形態15にかかる表面修飾粒子52においては、微細無機粒子として実施の形態2,6,12,14と同様に粒径約50nm〜約100nmのシリカ殻からなる中空粒子11を用いており、表面修飾剤としては、メチルトリメトキシシラン51を用いている。シリカ殻からなる中空粒子11の表面には、水酸基(−OH)が無数に付いており、図18(a)においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち1つのみを示している。
As shown in FIG. 18 (a), in the surface-modified
これに対して、表面修飾剤としてのメチルトリメトキシシラン51を、n−ヘキサンを溶媒としてオートクレーブ中でn−ヘキサンの臨界温度(234.9℃)・臨界圧力(3.02MPa)において1時間反応させることによって、n−ヘキサンが超臨界状態となり、二次粒子として凝集しているシリカ殻からなる中空粒子11の間に自由に入り込んで、メチルトリメトキシシラン51の3つのメトキシ基のうち1つがシリカ殻からなる中空粒子11の表面の水酸基と縮合反応し、シリカ殻からなる中空粒子11の表面に結合する。他の2つのメトキシ基は、メチルトリメトキシシラン51同士で反応して、図18(a)に示されるような表面修飾粒子52が形成される。
In contrast,
このようにして、シリカ殻からなる中空粒子11の表面の無数の水酸基とメチルトリメトキシシラン51が反応することによって、図18(a)に示されるように、シリカ殻からなる中空粒子11の表面がメチルトリメトキシシラン51で覆われて、本実施の形態15にかかる表面修飾粒子52が形成される。これによって、二次粒子として凝集していたシリカ殻からなる中空粒子11が分散して一次粒子となり、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、メチル基、メトキシ基が有機樹脂の活性基と反応して有機樹脂と強固な結合を作ることにより、更に有機樹脂中への均一分散が行い易い表面修飾粒子52となる。
In this way, by reacting the innumerable hydroxyl groups on the surface of the
このように製造された表面修飾粒子52に対して、図18(b)に示されるように、多官能アルコキシシラン化合物53とスルホニウム塩系の光カチオン重合開始剤とを加えて紫外線(UV)照射することによって、光カチオン重合開始剤からプロトン酸が発生して、多官能アルコキシシラン化合物53のアルコキシシリル基が加水分解されてシラノール基が発生する。これによって三次元架橋反応が起こり、三次元架橋体54が形成される。このようにして、UV官能基であるメトキシ基を有する表面修飾粒子52を用いることによって、紫外線(UV)照射により三次元架橋体54を形成することができる。
As shown in FIG. 18B, the surface-modified
上記各実施の形態においては、微細無機粒子として、コロイダルシリカ1及びシリカ殻からなる中空粒子11を表面修飾した場合についてのみ説明したが、これらに限られるものではなく、約10nmから約300nmの範囲内の粒子径を有する微細無機粒子であれば、種々の微細無機粒子を表面修飾して表面修飾粒子とすることができる。
In each of the above embodiments, only the case where the surface of the
また、上記各実施の形態においては、有機溶媒としてn−ヘキサンを用いた場合についてのみ説明したが、これに限られるものではなく、他の有機溶媒、例えばメタノール、エタノール、プロパノール等の脂肪族アルコール、キシレン等の芳香族炭化水素、等を用いることができる。 In each of the above embodiments, only the case where n-hexane is used as the organic solvent has been described. However, the present invention is not limited to this, and other organic solvents such as aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, and propanol are used. Aromatic hydrocarbons such as xylene can be used.
本発明を実施するに際しては、表面修飾粒子のその他の部分の構成、成分、形状、数量、材質、大きさ、製造方法等についても、また微細無機粒子の表面修飾方法のその他の工程についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。 In practicing the present invention, the composition, components, shape, quantity, material, size, manufacturing method, etc. of other parts of the surface-modified particles, and other steps of the surface modification method of fine inorganic particles, The present invention is not limited to the above embodiments.
1 微細無機粒子
2,17,22,25,30,32,34,36,38,40,44,47,51 表面修飾剤
3,12,18,23,26,28,31,33,35,37,39,41,45,48,52 表面修飾粒子
11 シリカ殻からなるナノ中空粒子
15 コーティング中空シリカ粒子
1 Fine
Claims (6)
前記微細無機粒子に有機溶媒と表面修飾剤を加えて混合物を作製し、前記混合物に高温高圧を加えて前記有機溶媒の超臨界状態として、前記微細無機粒子の表面に前記表面修飾剤を反応付加させてなり、
前記表面修飾剤は、イソシアネート系化合物、アルキル基を有する化合物、アリール基を有する化合物、UV官能基を有する化合物のいずれか1つであることを特徴とする表面修飾粒子。 Surface-modified particles obtained by surface-modifying fine inorganic particles of hollow particles made of silica shells having an outer diameter in the range of 20 nm to 130 nm ,
A mixture is prepared by adding an organic solvent and a surface modifier to the fine inorganic particles, and a high-temperature and high-pressure state is applied to the mixture as a supercritical state of the organic solvent to add the surface modifier to the surface of the fine inorganic particles. Let me
The surface-modified particle, wherein the surface modifier is any one of an isocyanate compound, a compound having an alkyl group, a compound having an aryl group, and a compound having a UV functional group .
前記微細無機粒子に有機溶媒と表面修飾剤を加えて混合物を作製する工程と、
前記混合物に高温高圧を加えることによって前記有機溶媒の超臨界状態として前記微細無機粒子の表面に前記表面修飾剤を反応付加させる工程とを具備し、
前記工程の前記表面修飾剤は、イソシアネート系化合物、アルキル基を有する化合物、アリール基を有する化合物、UV官能基を有する化合物のいずれか1つであることを特徴とする微細無機粒子の表面修飾方法。 A surface modification method for fine inorganic particles of hollow particles comprising a silica shell having an outer diameter in the range of 20 nm to 130 nm ,
Adding an organic solvent and a surface modifier to the fine inorganic particles to produce a mixture;
Reacting and adding the surface modifier to the surface of the fine inorganic particles as a supercritical state of the organic solvent by applying high temperature and pressure to the mixture ,
The method for modifying the surface of fine inorganic particles , wherein the surface modifier in the step is any one of an isocyanate compound, a compound having an alkyl group, a compound having an aryl group, and a compound having a UV functional group .
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