JP5322042B2

JP5322042B2 - メソ細孔壁を有する中空シリカマイクロカプセル及びその製造方法

Info

Publication number: JP5322042B2
Application number: JP2004290334A
Authority: JP
Inventors: 邦彦中田; 正浩藤原
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: JP2006102592A

Description

本発明は、メソ細孔壁を有する中空シリカマイクロカプセル及びその製造方法に関する。

液体ないし固体物質を内包し得る直径数μｍ〜数百μｍ、壁材厚が１μｍ前後の微小球形容器は、一般にマイクロカプセルと称されている。

カプセルに内包される物質を外部環境から保護するためにマイクロカプセル化した例としては、感圧複写紙、感圧接着剤等が知られている。

カプセルに内包される物質を外部に放出するためにマイクロカプセル化した例としては、徐放性を備えた医薬品、徐放性を備えた農薬、化粧品、芳香剤等が知られている。

中空シリカマイクロカプセルは、生体及び環境に悪影響を殆ど与えない優れた素材であり、そのため、上記用途に幅広く利用されている。

今日まで、中空シリカマイクロカプセルは、例えば、アルカリ金属の珪酸塩の少なくとも１種を含む水溶液に、有機溶剤及び界面活性剤を混合してＷ／Ｏ型乳濁液を得る工程、得られる乳濁液に、無機酸、有機酸、無機酸のアンモニウム塩、有機酸のアンモニウム塩及びアルカリ金属の炭酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種であって且つ上記アルカリ金属珪酸塩との水溶液反応によって水不溶性の沈殿を形成し得る化合物の水溶液を混合して、中空シリカマイクロカプセルを形成する工程、形成された中空シリカマイクロカプセルをアルコール洗浄及び水洗した後、乾燥する工程を経て製造されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４等）。

中空シリカマイクロカプセルはその壁材に細孔を有しているが、上記方法では、得られる中空シリカマイクロカプセルの細孔直径を精密に制御することができず、広い細孔直径分布を有する中空シリカマイクロカプセルが得られるに過ぎない。

このような中空シリカマイクロカプセルでは、例えば、内包物質を外部に放出する際の放出速度を制御することが困難になり、医薬品、農薬等の効果持続性において問題が生ずる。

中空シリカマイクロカプセルの壁材の細孔直径サイズを均一にできると、内包物質を外部に放出する際の放出速度を自由に制御することが容易になり、医薬品、農薬等に優れた効果持続性を付与することができる。また、ドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）、ジーンデリバリーシステム（ＧＤＳ）の実現に大いに寄与することができる。

そのため、狭い細孔直径分布を有する中空シリカマイクロカプセルの開発が切望されている。
特公昭５４−６２５１号公報特公昭５７−５５４５４号公報特公昭６３−２５８６４２号公報特許第２５５５４７５号

本発明の課題は、狭い細孔直径分布を有する中空シリカマイクロカプセル及びその製造方法を提供することである。

本発明者らは、狭い細孔直径分布を有する中空シリカマイクロカプセルを開発すべく鋭意研究を重ねて来た。その研究過程において、中空シリカマイクロカプセル形成の際に使用した界面活性剤を除去するためのアルコール洗浄を行うことなく、公知の方法で形成された中空シリカマイクロカプセルをそのまま水洗及び乾燥し、特定の温度で焼成を行った後、メソポーラス化処理することにより、狭い細孔直径分布を有する中空シリカマイクロカプセルを製造できることを見い出した。本発明は、斯かる知見に基づき完成されたものである。

本発明は、下記に示すメソ細孔壁を有する中空シリカマイクロカプセル及びその製造方法を提供する。
１．メソ細孔壁を有する中空シリカマイクロカプセルであって、細孔直径分布曲線における平均細孔直径が１．６〜１０ｎｍの範囲にあり、平均細孔直径の±３０％の範囲に全細孔の６０％以上が含まれている、中空シリカマイクロカプセル。
２．細孔直径分布曲線における平均細孔直径が１．６ｎｍ以上から５ｎｍ未満の範囲にあり、平均細孔直径の±１５％の範囲に全細孔の６０％以上が含まれている上記１に記載の中空シリカマイクロカプセル。
３．細孔直径分布曲線における平均細孔直径が５ｎｍ以上から１０ｎｍ以下の範囲にあり、平均細孔直径の±３０％の範囲に全細孔の６０％以上が含まれている上記１に記載の中空シリカマイクロカプセル。
４．Ｘ線回折パターンにおいて、ｄ＝２ｎｍ以上に相当する回折角度に１本以上のピークを有する、上記１〜３のいずれかに記載の中空シリカマイクロカプセル。
５．メソ細孔壁を有する中空シリカマイクロカプセルであって、細孔直径分布曲線における平均細孔直径が１．６〜１０ｎｍの範囲にあり、かつＸ線回折パターンにおいて、ｄ＝２ｎｍ以上に相当する回折角度に１本以上のピークを有する、中空シリカマイクロカプセル。
６．細孔直径が１．６〜１０ｎｍ程度のメソ細孔壁を有し、平均細孔直径の±３０％の範囲に全細孔の６０％以上が含まれている中空シリカマイクロカプセルの製造方法であって、
（Ａ）アルカリ金属の珪酸塩の少なくとも１種を含む水溶液に、有機溶剤及び界面活性剤を混合してＷ／Ｏ型乳濁液を得る工程、
（Ｂ）得られる乳濁液に、無機酸、有機酸、無機酸のアンモニウム塩、有機酸のアンモニウム塩及びアルカリ金属の炭酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種であって且つ上記アルカリ金属珪酸塩との水溶液反応によって水不溶性の沈殿を形成し得る化合物の水溶液を混合して、中空シリカマイクロカプセルを形成する工程、
（Ｃ）界面活性剤を除去するためのアルコール洗浄を行うことなく、中空シリカマイクロカプセルを水洗し、乾燥した後、３００〜８００℃で焼成する工程、及び
（Ｄ）焼成後の中空シリカマイクロカプセルの壁材をメソポーラス化する工程
を含む、中空シリカマイクロカプセルの製造方法。
７．細孔直径が１．６〜１０ｎｍ程度のメソ細孔壁を有し、平均細孔直径の±３０％の範囲に全細孔の６０％以上が含まれている中空シリカマイクロカプセルの製造方法であって、
（Ａ）アルカリ金属の珪酸塩の少なくとも１種を含む水溶液に、有機溶剤及び界面活性剤を混合してＯ／Ｗ型乳濁液を得、次いで得られるＯ／Ｗ型乳濁液を界面活性剤を含む有機溶剤に混合してＯ／Ｗ／Ｏ型乳濁液を得る工程、
（Ｂ）得られる乳濁液に、無機酸、有機酸、無機酸のアンモニウム塩、有機酸のアンモニウム塩及びアルカリ金属の炭酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種であって且つ上記アルカリ金属珪酸塩との水溶液反応によって水不溶性の沈殿を形成し得る化合物の水溶液を混合して、中空シリカマイクロカプセルを形成する工程、
（Ｃ）界面活性剤を除去するためのアルコール洗浄を行うことなく、中空シリカマイクロカプセルを水洗し、乾燥した後、３００〜８００℃で焼成する工程、及び
（Ｄ）焼成後の中空シリカマイクロカプセルの壁材をメソポーラス化する工程
を含む、中空シリカマイクロカプセルの製造方法。

本発明の中空シリカマイクロカプセルは、例えば、下記（Ａ）〜（Ｄ）工程を経て製造される。

（Ａ）工程
この工程では、アルカリ金属珪酸塩の少なくとも１種を含む水溶液に、有機溶剤及び界面活性剤を混合してＷ／Ｏ型乳濁液を調製する。

（Ａ）工程を実施するに当たっては、特許文献１〜特許文献４等に記載されている公知の方法を広く適用できる。

アルカリ金属珪酸塩としては、例えば、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、珪酸リチウム、珪酸ルビジウム等が挙げられる。これらは、１種単独で又は２種以上混合して使用される。

水溶液に含まれるアルカリ金属珪酸塩の濃度は、通常０．３モル／ｌ程度以上、好ましくは３〜５モル／ｌ程度である。上記水溶液は、アルカリ金属珪酸塩の飽和水溶液であってもよい。

好ましいアルカリ金属珪酸塩は、珪酸ナトリウムである。そのため、水ガラス１号（Ｎａ₂Ｏ：１７〜１８％、ＳｉＯ₂：３６〜３８％）、水ガラス２号（Ｎａ₂Ｏ：１１．５〜１１．８％、ＳｉＯ₂：２７．８〜２８．５％）及び水ガラス３号（Ｎａ₂Ｏ：９〜１０％、ＳｉＯ₂：２８〜３０％）（好ましくは水ガラス３号）を、アルカリ金属珪酸塩の少なくとも１種を含む水溶液として使用することができる。場合によっては、これら水ガラス１〜３号を水で適当な濃度に希釈してもよい。

有機溶剤は、水に対する溶解性が５％以下の有機溶媒が好ましい。このような有機溶剤としては、例えば、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、エーテル、ハロゲン化炭化水素、エステル等が挙げられる。

脂肪族炭化水素の具体例としては、ｎ−ヘキサン、イソヘキサン、ｎ−ヘプタン、イソヘプタン、流動パラフィン、ｎ−オクテン、イソオクテン、ガソリン、石油エーテル、灯油、ベンジン、ミネラルスピリット等が挙げられる。

脂環式炭化水素の具体例としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、シクロノナン等が挙げられる。

芳香族炭化水素の具体例としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ｎ−プロピルベンゼン、クメン、メシチレン、テトラリン、スチレン等が挙げられる。

エーテルの具体例としては、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル等が挙げられる。

ハロゲン化炭化水素の具体例としては、塩化メチレン、クロロホルム、塩化エチレン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン等が挙げられる。

エステルの具体例としては、酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ｎ−アミル、酢酸イソアミル、乳酸ｎ−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ｎ−ブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸ｎ−ブチル等が挙げられる。

これらの有機溶剤は、１種単独で又は２種以上混合して使用される。

界面活性剤としては、非イオン系界面活性剤が通常用いられる。

非イオン系界面活性剤としては、公知のものを広く使用でき、例えば、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール、ソルビタン脂肪酸エステルポリオキシエチレン高級アルコールエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル等が挙げられる。

ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルの具体例としては、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート、ポリオキシエチレンソルビタンステアレート等が挙げられる。

ポリオキシエチレンソルビトールの具体例としては、テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビット等が挙げられる。

ソルビタン脂肪酸エステルの具体例としては、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンセキスオレエート等が挙げられる。

ポリオキシエチレン高級アルコールエーテルの具体例としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等が挙げられる。

ポリオキシエチレン脂肪酸エステルの具体例としては、ポリオキシエチレングリコールモノラウレート、ポリオキシエチレングリコールモノステアレート、ポリオキシエチレングリコールステアレート、ポリオキシエチレングリオールモノオレート等が挙げられる。

グリセリン脂肪酸エステルの具体例としては、ステアリン酸モノグリセライド、オレイン酸モノグリセライド等が挙げられる。

これらの界面活性剤の中では、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル及びポリオキシエチレン高級アルコールエーテルが好適である。

これら界面活性剤は、１種単独で又は２種以上混合して使用される。

Ｗ／Ｏ型乳濁液は、アルカリ金属珪酸塩の少なくとも１種を含む水溶液に、有機溶剤及び界面活性剤を混合することにより調製される。

Ｗ／Ｏ型乳化液を調製するに当たり、得られる乳化液のＷ／Ｏ比が４／１〜１／５程度、好ましくは２／１〜１／２程度となるように、アルカリ金属珪酸塩含有水溶液と有機溶剤とを混合する。界面活性剤の使用量は、有機溶媒の１０重量％程度以下が好ましく、０．１〜３重量％程度がより好ましい。

また、本発明の（Ａ）工程では、アルカリ金属の珪酸塩の少なくとも１種を含む水溶液に、有機溶剤及び界面活性剤を混合してＯ／Ｗ型乳濁液を得、次いで得られるＯ／Ｗ型乳濁液を界面活性剤を含む有機溶剤に混合してＯ／Ｗ／Ｏ型乳濁液を調製してもよい。

Ｏ／Ｗ型乳化液を調製する際のＯ／Ｗ比は、得られる乳濁液が水中油滴型となる限り特に限定されるものではないが、Ｏ：Ｗ＝１：１０〜３：１程度とすることが好ましい。界面活性剤の使用量は、有機溶剤の１０重量％程度以下であるのが好ましく、０．０１〜３重量％程度であるのがより好ましい。

Ｏ／Ｗ型乳濁液を界面活性剤を含む有機溶剤に混合してＯ／Ｗ／Ｏ型乳濁液を調製するに当たっては、例えば、特許文献３に記載されている方法を採用することができる。

この際の有機溶剤及び界面活性剤は、上記有機溶剤及び界面活性剤と同様のものから適宜選択される。ここで上記乳濁液のＯ／Ｗ／Ｏ比としては、Ｏ：Ｗ：Ｏ＝１：１〜１０：１〜５０程度が好ましい。

（Ｂ）工程
この工程では、（Ａ）工程で得られるＷ／Ｏ型乳濁液（又はＯ／Ｗ／Ｏ型乳濁液）に、無機酸、有機酸、無機酸のアンモニウム塩、有機酸のアンモニウム塩及びアルカリ金属の炭酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種であって且つ上記アルカリ金属珪酸塩との水溶液反応によって不溶性のシリカの沈殿を形成し得る化合物（以下この化合物を「沈殿剤」という）の水溶液を混合する。

沈殿剤としては、無機酸、有機酸、無機酸のアンモニウム塩、有機酸のアンモニウム塩及びアルカリ金属の炭酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種が使用される。

無機酸としては、例えば、硫酸、塩酸、臭化水素酸、沃化水素酸、硝酸、亜硫酸、亜硝酸、炭酸等が挙げられる。

有機酸としては、例えば、蟻酸、蓚酸、酪酸、酢酸等が挙げられる。

無機酸のアンモニウム塩としては、例えば、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム等が挙げられる。

有機酸のアンモニウム塩としては、例えば、蓚酸アンモニウム、酢酸アンモニウム等が挙げられる。

アルカリ金属の炭酸塩としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等が挙げられる。

上記沈殿剤の中でも、無機酸のアンモニウム塩が好ましく、炭酸水素アンモニウムが特に好ましい。

沈殿剤を溶解した水溶液の濃度は、通常０．０５モル／ｌ程度以上、好ましくは０．１〜２．０モル／ｌ程度である。上記水溶液は、沈殿剤の飽和水溶液であってもよい。

Ｗ／Ｏ型乳濁液（又はＯ／Ｗ／Ｏ型乳濁液）と沈殿剤の水溶液とを混合するに当たっては、沈殿物が形成する限り両者の混合割合は限定されるものではない。通常は、前者に対して後者を少なくとも等モル量程度、好ましくは２倍モル量程度の割合で両者を混合する。

中空シリカマイクロカプセル形成反応は、大気圧下、２０〜３０℃で良好に進行するが、反応液を６０℃程度まで加熱してもよい。

このようにして、Ｗ／Ｏ型乳濁液（又はＯ／Ｗ／Ｏ型乳濁液）と沈殿剤の水溶液との混合により、シリカ壁を有する中空のマイクロカプセルが形成される。

（Ｃ）工程
本発明の方法は、（ｉ）界面活性剤を除去するためのアルコール洗浄を行うことなく、（Ｂ）工程で得られた中空シリカマイクロカプセルをそのまま水洗すること、及び（ｉｉ）水洗後の中空シリカマイクロカプセルを３００〜８００℃で焼成することを特徴としている。

上記（ｉ）及び（ｉｉ）の要件のうちのいずれか１つの要件を欠いた場合には、本発明の課題を解決することができない。

例えば、（Ｂ）工程で得られた中空シリカマイクロカプセルをアルコールで洗浄して（Ａ）工程で使用した界面活性剤を除去し、その後本発明の方法を実施した場合、メソポーラス化の際に中空シリカマイクロカプセルが粉砕され、中空シリカマイクロカプセルとしての形状を保持できない（後記比較例１参照）。

（Ｂ）工程で得られた中空シリカマイクロカプセルをアルコール洗浄することなくそのまま水洗しても、３００℃より低温で焼成した場合、その後本発明の方法を実施しても、低強度の中空シリカマイクロカプセルが得られるに過ぎない。このメソポーラス化中空シリカマイクロカプセルは、強度に乏しいため、マイクロカプセルとしての使用に耐え得ない（後記比較例２参照）。

また、（Ｂ）工程で得られた中空シリカマイクロカプセルをアルコール洗浄することなくそのまま水洗しても、８００℃より高温で焼成した場合、その後本発明の方法を実施しても、中空シリカマイクロカプセルをメソポーラス化することができない（後記比較例３参照）。

中空シリカマイクロカプセルの水洗浄及び乾燥は、公知の水洗手段及び乾燥手段を適用して行うことができる。

水洗の際に使用される水は、蒸留水、イオン交換水等の不純物を含まない水であるのが望ましい。

乾燥は水分除去のために行われる。そのため、乾燥温度及び乾燥時間は、中空シリカマイクロカプセルから水分が十分に除去できるように、適宜設定すればよい。例えば、８０〜１５０℃程度の温度で乾燥を行う場合、３〜１２時間程度で十分である。

中空シリカマイクロカプセルの焼成は、公知の焼成手段を適用して行うことができる。焼成は、３００〜８００℃（好ましくは５００〜６００℃）の温度下に６〜２４時間程度（好ましくは８〜１２時間程度）行われる。

（Ｄ）工程
この工程では、（Ｃ）工程で得られた中空シリカマイクロカプセルをメソポーラス化する。

中空シリカマイクロカプセルのメソポーラス化には、シリカをメソポーラス化する公知の方法を広く適用することができる。

例えば、界面活性剤の水溶液に（Ｃ）工程で得られた中空シリカマイクロカプセルを加え、塩基性条件下で水熱合成を行い、次いで水熱合成により生成した固形生成物（中空シリカマイクロカプセルと界面活性剤との複合物）を取り出し、該固形生成物を焼成することにより、メソポーラス化中空シリカマイクロカプセルを製造することができる。

（Ｄ）工程で使用される界面活性剤は、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤及びトリブロックコポリマーのいずれでもよいが、好ましくはカチオン系界面活性剤である。

カチオン系界面活性剤としては、公知のカチオン系界面活性剤を広く使用することができる。このようなカチオン系界面活性剤としては、例えば、第４級アンモニウム塩、アルキルアミン塩等が挙げられる。

第４級アンモニウム塩としては、一般式（１）
［Ｒ¹ _n（ＣＨ₃）_4-nＮ］⁺・Ｘ^- （１）
［式中、Ｒ¹は直鎖状アルキル基を示す。ｎは１〜３の整数を示す。Ｘはハロゲン原子又は水酸基を示す。］
で表わされる第４級アンモニウム塩が挙げられる。これらの中で、置換数ｎが１である一般式
［Ｒ¹（ＣＨ₃）₃Ｎ］⁺・Ｘ^-
［式中、Ｒ¹及びＸは前記に同じ。］
で表される第４級アンモニウム塩が好ましい。

上記一般式において、Ｒ¹で示される直鎖状アルキル基の炭素数としては８〜２４が好ましく、８〜１８が好ましく、より好ましくは１２〜１８である。また、Ｘのハロゲン原子としては、塩素原子及び臭素原子が好ましい。

このような第４級アンモニウム塩の具体例としては、オクチルトリメチルアンモニウムクロライド、オクチルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化オクチルトリメチルアンモニウム、デシルトリメチルアンモニウムクロライド、デシルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化デシルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化ドデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、オクタデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化オクタデシルトリメチルアンモニウム等が挙げられる。

アルキルアミン塩としては、一般式（２）
Ｒ²ＮＨ₃ ⁺・Ｘ^- （２）
［式中、Ｒ²は直鎖状アルキル基を示す。Ｘはハロゲン原子又は水酸基を示す。］
で表されるアルキルアミン塩等が挙げられる。

一般式（２）において、Ｒ²で示される直鎖状アルキル基の炭素数としては８〜２４が好ましく、特に８〜１８がより好ましい。また、Ｘのハロゲン原子としては、塩素原子及び臭素原子が好ましい。

このようなアルキルアミン塩の具体例としては、オクチルアンモニウムクロライド、オクチルアンモニウムブロマイド、水酸化オクチルアンモニウム、デシルアンモニウムクロライド、デシルアンモニウムブロマイド、水酸化デシルアンモニウム、ドデシルアンモニウムクロライド、ドデシルアンモニウムブロマイド、水酸化ドデシルアンモニウム、ヘキサデシルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルアンモニウムブロマイド、水酸化ヘキサデシルアンモニウム、オクタデシルアンモニウムクロライド、オクタデシルアンモニウムブロマイド、水酸化オクタデシルアンモニウム等が挙げられる。

上記界面活性剤の中でも、第４級アンモニウム塩が特に好ましい。

これらの界面活性剤は、１種単独で又は２種以上混合して使用される。

使用する界面活性剤の種類を変更する（例えば、界面活性剤のアルキル鎖の長さを変更する）ことにより、ミセルの径が変化し、そのため得られるメソポーラス化中空シリカマイクロカプセルの細孔直径の大きさを調節することができる。

例えば、界面活性剤としてヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイドを用いる場合には、平均細孔直径が２．８ｎｍ程度の結晶性メソポーラス中空シリカマイクロカプセルが得られる。界面活性剤としてオクタデシルトリメチルアンモニウムブロマイドを用いる場合には、平均細孔直径が３．８ｎｍ程度のメソポーラス中空シリカマイクロカプセルが得られる。界面活性剤としてドデシルトリメチルアンモニウムブロマイドを用いる場合には、平均細孔直径が２．１ｎｍ程度のメソポーラス中空シリカマイクロカプセルが得られる。

更に、本発明では、上記界面活性剤の水溶液にミセルを膨潤させ、その結果、更に大きな細孔の形成が可能となる膨潤剤を配合しておくこともできる。膨潤剤としては、シリカのメソポーラス化に使用される公知の膨潤剤を広く使用することができる。

このような膨潤剤としては、例えば、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素、炭素数５〜２０の脂環式炭化水素、炭素数３〜１６の脂肪族炭化水素及びこれらのアミン並びにハロゲン置換体を挙げることができる。より具体的には、１，３，５−トリメチルベンゼン、１，３，５−トリエチルベンゼン、１，３，５−トリ−ｎ−プロピルベンゼン、１，３，５−トリイソプロピルベンゼン、１，３，５−トリ−ｎ−ブチルベンゼン、１，３，５−トリ−ｓｅｃ−ブチルベンゼン、１，３，５−トリ−ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン等の比較的疎水性の分子等を挙げることができる。

このような膨潤剤は、界面活性剤１モル当たり、通常５モル以下、好ましくは３モル以下、より好ましくは０．５〜２モル使用される。

（Ｄ）工程を実施するに当たっては、例えば、耐圧容器に上記界面活性剤の水溶液を入れ、アルカリを加えて水溶液のｐＨを８以上、好ましくは９〜１３程度、より好ましくは９．５〜１１程度に調整する。

アルカリとしては、公知のものを広く使用でき、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物；水酸化マグネシウム、水酸化バリウム等のアルカリ土類金属水酸化物；アンモニア、トリエチルアミン等のアミン等が挙げられる。これらの中でも、アルカリ金属水酸化物が好ましく、水酸化ナトリウムが特に好ましい。

次に、上記アルカリ性の水溶液に、メソポーラス化されるべき中空シリカマイクロカプセルを加え、耐熱性容器を密閉し、水熱合成反応を行う。水熱合成反応は、通常８０℃程度以上、好ましくは１２０〜１４０℃程度で行われ、一般に１〜１０日程度で終了する。

メソポーラス化されるべき中空シリカマイクロカプセルと界面活性剤との混合割合としては、水溶液中で一次元細孔が規則的に配列した構造を形成するような界面活性剤と該シリカマイクロカプセルの混合割合であればよく、例えば、前者に対して後者を少なくとも０．１倍モル程度、好ましくは０．１〜０．４倍モルとするのがよい。

水熱合成反応終了後、反応液を冷却し、濾過等の分離操作により、反応液から中空シリカマイクロカプセルと界面活性剤との複合物を分離する。

分離した複合物を、例えば、８０〜１５０℃程度（好ましくは１００〜１２０℃程度）で３〜１２時間程度（好ましくは４〜６時間程度）乾燥し、次いで５００℃程度以上（好ましくは５５０〜７００℃程度）の温度で０．５〜１２時間程度（好ましくは３〜７時間程度）焼成を行うことにより、複合物中の界面活性剤を焼却除去でき、本発明の目的とするメソポーラス化された中空シリカマイクロカプセルが得られる。

また、上記焼成を行う代わりに、上記分離した複合物を適当な有機溶剤中で加熱還流しておくことにより、界面活性剤を複合物から抽出することができる。

また、有機溶剤での抽出及び焼成の両方を行ってもよい。

この際の有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール等の低級アルコールを挙げることができる。また、この溶剤に酸を添加した混合溶剤を使用すると、界面活性剤の抽出能力を向上させることができる。酸としては、例えば塩酸が好適に使用される。上記溶剤と酸との配合割合は、前者１００重量部当たり後者が５〜２０重量部、好ましくは１０〜１５重量部程度である。

上記分離した複合物を適当な有機溶剤中で加熱還流しておく場合、加熱還流する時間は３〜６時間程度が適当である。加熱還流処理後の複合物を濾過等により取り出し、公知の手段に従って水洗及び乾燥を行うことにより、本発明の目的とするメソポーラス化された中空シリカマイクロカプセルを得ることができる。

従来の多孔体であるシリカ、例えば、シリカゲルのＸ線回折パターンには、明瞭な回折ピークが認められていない。Ｘ線回折パターンにおいて、Ｘ線回折ピークがあれば、そのピーク角度に相当するｄ値の周期構造が材料中に存在することを意味する。このことからシリカゲルは、少なくともｄ＝０．１５〜１２ｎｍ（０．７＜２θ＜６０に相当）の周期構造を有していない、つまり非晶質であることを示している。

これに対して、本発明のメソポーラス化された中空シリカマイクロカプセルのＸ線回折パターンは、２ｎｍ以上のｄ値を持つ位置に、最大の強度を持つ回折ピークを含め、少なくとも１つ以上のピークが認められる。また、その中にあるものは、六方構造を示す２〜４本の回折ピークが見られ、非常に高い構造規則性を有し、その透過型電子顕微鏡写真には、蜂の巣状の骨格構造が観察される。

本発明の中空シリカマイクロカプセルは、ほぼ球形をしており、粒径０．１〜５０μｍ程度であり、ホモジナイザーでの攪拌数によって粒径はある程度制御することができる。攪拌数を多くすると本発明の中空シリカマイクロカプセルの粒径が小さくなり、攪拌数を少なくすると大きくなる。シリカ壁の厚さは、粒径の５〜２０％程度であり、例えば粒径が４〜５μｍの中空シリカマイクロカプセルでは、シリカ壁の厚さは０．３〜０．５μｍ程度である。

本発明の中空シリカマイクロカプセルは、細孔直径１．６〜１０ｎｍ程度のメソ細孔壁を有している。本発明の中空シリカマイクロカプセルは、細孔直径の大きさがほぼ揃っており、シャープな細孔直径分布を有している。

本発明の中空シリカマイクロカプセルは、規則的に制御されたメソ細孔壁を有しており、細孔直径分布曲線における平均細孔直径が１．６〜１０ｎｍの範囲にあり、平均細孔直径の±３０％の範囲に全細孔の６０％以上が含まれている。

本発明の好ましい中空シリカマイクロカプセルは、細孔直径分布曲線における平均細孔直径が１．６ｎｍ以上から５ｎｍ未満の範囲にあり、平均細孔直径の±１５％の範囲に全細孔の６０％以上が含まれている。

本発明の好ましい中空シリカマイクロカプセルは、細孔直径分布曲線における平均細孔直径が５ｎｍ以上から１０ｎｍ以下の範囲にあり、平均細孔直径の±３０％の範囲に全細孔の６０％以上が含まれている。

本発明の中空シリカマイクロカプセルは、細孔直径１．６〜１０ｎｍ程度のメソ細孔壁を有しており、しかも細孔直径の大きさがほぼ均一に揃っており、細孔直径分布が狭くてシャープである。

中空シリカマイクロカプセル壁材の細孔直径分布が狭いので、内包物質を外部に放出する際の放出速度を制御することが容易になり、そのため医薬品、農薬等に優れた効果持続性を付与することができる。

また、本発明の中空シリカマイクロカプセルは、内包される物質を外部に放出する機能以外に、今日までに使用されている分野（機械部材、化粧品、医薬品、触媒、吸着・分離、繊維関係、特殊印刷関係、フィルム、家電品の液晶画面等の電子記録・表示材料等）での機能向上、今後成長が期待される分野（ナノ粒子制御、ナノテク、超微細化、ＤＤＳ、ＧＤＳ等）での応用も期待できる。

以下に実施例を掲げて、本発明をより一層明らかにする。

以下において、Ｘ線回折は、理学製の RINT2500 を用い、ＣｕＫα線を照射して行った。細孔分布及び比表面積は、日本ベル株式会社製の BELSORP-mini を用い、窒素により測定した。細孔分布は、ＤＨ法により算出した。比表面積はＢＥＴ法により算出した。

実施例１
Ａ工程：
珪酸ナトリウム水溶液（水ガラス３号）（二酸化珪素として４モル／ｌ）３６ｍｌに、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート（Tween80、Rohm & Hass Co. 製）１．０ｇ、ソルビタンモノオレート（Span80、Rohm & Hass Co. 製）０．５ｇ及びｎ−ヘキサン７２ｍｌの混合物を、ホモジナイザー（ＤＩＡ×９００、Heidolph製）を使用して１６０００ｒｐｍで高速撹拌することにより、Ｗ／Ｏ型乳濁液を調製した。

Ｂ工程：
Ａ工程で得られたＷ／Ｏ型乳濁液を、２．０モル／ｌの炭酸水素アンモニウム水溶液０．２５リットルに加え、３時間撹拌を行うと、沈殿物が生成した。

この沈殿物は、シリカ壁を有する中空のマイクロカプセルであった。

Ｃ工程：
Ｂ工程で得られた沈殿物を濾過し、水洗した後、１２０℃で１２時間乾燥し、次いで５５０℃で１２時間焼成を行った。

焼成後のマイクロカプセルのＸ線回折パターンを図１に示す。このマイクロカプセルのＢＥＴ比表面積は、３１５ｍ²／ｇであった。

Ｄ工程：
テフロン（登録商標）製容器にヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイド（カチオン性界面活性剤）９．８５３ｇ及びイオン交換水９７ｇを入れ、この混合物を３０分間撹拌して、カチオン性界面活性剤を水に溶解させた。この溶液に水酸化ナトリウム２．７０４ｇを加え、３０分間撹拌して、水溶液のｐＨを約１０に調整した。

容器に蓋をし、ステンレス製密閉容器に入れた後、１２０℃で９６時間水熱合成反応させた。反応液を冷却し、反応生成物を濾過により取り出し、水洗した後、１２０℃で１２時間乾燥した。更にこの乾燥物を、５５０℃で６時間焼成することにより、シリカの壁材がメソポーラス化された中空のマイクロカプセルを得た。

このマイクロカプセルのＳＥＭ写真（×３０００倍）を図２に示す。該カプセルのＸ線回折パターンを図３及び図４に示す。該カプセルについての窒素吸脱着等温線を図５に示す。

実施例１で得られるマイクロカプセルは、メソポーラス材料に特有のＩＵＰＡＣ分類ＩＶ型に分類される窒素吸脱着等温線を示すことが、図５から明らかになった。また、ＢＥＴ表面積は８５０ｍ²／ｇの高表面積であることが確認された。また、図３及び図４のＸ線回折ピークにおいて、細孔構造及び周期的なメソ構造に起因する低角のピークが２θ＝１．８６°（（１００）面）、３．５°（（１１０）面）付近に弱いピークとして観測され、規則的な細孔構造を確認した。また、Ｘ線回折パターンから、平均４．７５ｎｍの間隔で規則的に配列した構造を反映したものであることを確認した。

これらの結果から、このマイクロカプセルは、中空シリカマイクロカプセルの形状を保持した状態で、シリカ壁がメソ構造を形成していることが判明した。

更に、図５の窒素吸脱着等温線をベースにして、細孔直径の分布曲線を求めた。図６は、実施例１で得られるマイクロカプセルの、細孔直径とｄＶｐ／ｄｌｏｇＤｐとの関係（細孔直径分布曲線）を表したグラフである。図６から、実施例１のマイクロカプセルは、細孔直径約２．８ｎｍをピークとして狭い細孔直径分布を有しており、細孔直径サイズがほぼ同程度（平均細孔直径２．８ｎｍ±１５％に全細孔の６０％以上が含まれる）に揃っていることが明らかになった。

実施例２
Ｃ工程の焼成を３５０℃で行う以外は、実施例１と同様にして、シリカの壁材がメソポーラス化された中空のマイクロカプセルを得た。

得られたマイクロカプセルは、実施例１で得られたマイクロカプセルと同様に、狭い細孔直径分布を有しており、細孔直径サイズがほぼ同程度（平均細孔直径２．８ｎｍ±１５％に全細孔の６０％以上が含まれる）に揃っていた。

実施例３
Ｃ工程の焼成を７５０℃で行う以外は、実施例１と同様にして、シリカの壁材がメソポーラス化された中空のマイクロカプセルを得た。

実施例４
Ｄ工程の界面活性剤としてオクチルトリメチルアンモニウムブロマイドを使用する以外は、実施例１と同様にして、シリカの壁材がメソポーラス化された中空のマイクロカプセルを得た。

得られたマイクロカプセルは、実施例１で得られたマイクロカプセルと同様に、狭い細孔直径分布を有しており、細孔直径サイズがほぼ同程度（平均細孔直径１．８ｎｍ±１５％に全細孔の６０％以上が含まれる）に揃っていた。

実施例５
Ｄ工程の界面活性剤としてドデシルトリメチルアンモニウムブロマイドを使用する以外は、実施例１と同様にして、シリカの壁材がメソポーラス化された中空のマイクロカプセルを得た。

得られたマイクロカプセルは、実施例１で得られたマイクロカプセルと同様に、狭い細孔直径分布を有しており、細孔直径サイズがほぼ同程度（平均細孔直径２．１ｎｍ±１５％に全細孔の６０％以上が含まれる）に揃っていた。

実施例６
Ｄ工程の界面活性剤としてオクタデシルトリメチルアンモニウムブロマイドを使用する以外は、実施例１と同様にして、シリカの壁材がメソポーラス化された中空のマイクロカプセルを得た。

得られたマイクロカプセルは、実施例１で得られたマイクロカプセルと同様に、狭い細孔直径分布を有しており、細孔直径サイズがほぼ同程度（平均細孔直径３．５ｎｍ±１５％に全細孔の６０％以上が含まれる）に揃っていた。

実施例７
Ａ工程：
珪酸ナトリウム水溶液（水ガラス３号）（二酸化珪素として４モル／ｌ）３６ｍｌに、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート（Tween80、Rohm & Hass Co. 製）１．０ｇ、ソルビタンモノオレート（Span80、Rohm & Hass Co. 製）０．５ｇ及びｎ−ヘキサン７２ｍｌの混合物を、ホモジナイザー（ＤＩＡ×９００、Heidolph製）を使用して１６０００ｒｐｍで高速撹拌することにより、Ｗ／Ｏ型乳濁液を調製した。

Ｄ工程：
テフロン（登録商標）製容器にオクタデシルトリメチルアンモニウムブロマイド（カチオン性界面活性剤）１０．２１ｇ及びイオン交換水９７ｇを入れ、この混合物を３０分間撹拌して、カチオン性界面活性剤を水に溶解させた。その後、界面活性剤の膨潤剤として１，３，５−トリ−ｎ−ブチルベンゼン３．３３ｇを滴下し、１０分間攪拌した。この溶液に水酸化ナトリウム２．７０４ｇを加え、３０分間撹拌して、水溶液のｐＨを約１０に調整した。

得られたマイクロカプセルは、実施例１で得られたマイクロカプセルと同様に、狭い細孔直径分布を有しており、細孔直径サイズがほぼ同程度（平均細孔直径４．５ｎｍ±１５％に全細孔の６０％以上が含まれる）に揃っていた。

実施例８
Ｄ工程の膨潤剤として１，３，５−トリ−ｎ−ブチルベンゼン６．６５ｇを滴下する以外は、実施例７と同様にして、シリカの壁材がメソポーラス化された中空のマイクロカプセルを得た。

得られたマイクロカプセルは、実施例１で得られたマイクロカプセルと同様に、狭い細孔直径分布を有しており、細孔直径サイズがほぼ同程度（平均細孔直径５．０ｎｍ±３０％に全細孔の６０％以上が含まれる）に揃っていた。

実施例９
Ｄ工程の膨潤剤として１，３，５−トリ−ｎ−ブチルベンゼン１３．３２ｇを滴下する以外は、実施例７と同様にして、シリカの壁材がメソポーラス化された中空のマイクロカプセルを得た。

得られたマイクロカプセルは、実施例１で得られたマイクロカプセルと同様に、狭い細孔直径分布を有しており、細孔直径サイズがほぼ同程度（平均細孔直径６．７ｎｍ±３０％に全細孔の６０％以上が含まれる）に揃っていた。

実施例１０
Ｄ工程の膨潤剤として１，３，５−トリ−ｎ−ブチルベンゼン１９．９８ｇを滴下する以外は、実施例７と同様にして、シリカの壁材がメソポーラス化された中空のマイクロカプセルを得た。

得られたマイクロカプセルは、実施例１で得られたマイクロカプセルと同様に、狭い細孔直径分布を有しており、細孔直径サイズがほぼ同程度（平均細孔直径８．８ｎｍ±３０％に全細孔の６０％以上が含まれる）に揃っていた。

実施例１１
Ｄ工程の膨潤剤として１，３，５−トリメチルベンゼン３．２４ｇを滴下する以外は、実施例７と同様にして、シリカの壁材がメソポーラス化された中空のマイクロカプセルを得た。

得られたマイクロカプセルは、実施例１で得られたマイクロカプセルと同様に、狭い細孔直径分布を有しており、細孔直径サイズがほぼ同程度（平均細孔直径４．８ｎｍ±１５％に全細孔の６０％以上が含まれる）に揃っていた。

実施例１２
Ａ工程：
珪酸ナトリウム水溶液（水ガラス３号）（二酸化珪素として４モル／ｌ）５００ｍｌに、ポリオキシエチレンラウリルエーテル２．０ｇ及び酢酸エチル１００ｍｌの混合物を、ホモジナイザー（ＤＩＡ×９００、Heidolph製）を使用して１６０００ｒｐｍで高速撹拌することにより、Ｏ／Ｗ型乳濁液を調製した。

次いで、このＯ／Ｗ型乳濁液に、ポリオキシエチレンラウリルエーテル６０．０ｇ及び酢酸エチル２０００ｍｌの混合物に加え、高速攪拌してＯ／Ｗ／Ｏ型乳濁液を作製した。

Ｂ工程：
Ａ工程で得られたＯ／Ｗ／Ｏ型乳濁液を、１．０モル／ｌの炭酸水素アンモニウム水溶液３リットルに加え、３時間撹拌を行うと、沈殿物が生成した。

この沈殿物は、シリカ壁を有する中空のマイクロカプセルであった。

Ｃ工程及びＤ工程は、実施例１と同様にして、シリカの壁材がメソポーラス化された中空のマイクロカプセルを得た。

比較例１
実施例１のＡ工程及びＢ工程と同様にして、沈殿物を生成させた。

この沈殿物を濾過し、メタノールで洗浄して、Ａ工程で使用した界面活性剤を除去し、更にこれを水洗した後、１２０℃で１２時間乾燥し、次いで５５０℃で１２時間焼成を行った。

実施例１のＤ工程と同様にしてメソポーラス化したが、メソポーラス化の際に中空シリカマイクロカプセルが粉砕され、中空シリカマイクロカプセルとしての形状を保持できなかった。

比較例２
Ｃ工程の焼成を２５０℃で行う以外は、実施例１と同様にして、シリカの壁材がメソポーラス化された中空のマイクロカプセルを得た。

得られたマイクロカプセルは、強度に乏しく、少し力を加えるだけで、マイクロカプセルが破壊された。

比較例３
Ｃ工程の焼成を８５０℃で行う以外は、実施例１と同様にして、シリカの壁材がメソポーラス化された中空のマイクロカプセルの製造を試みた。

このマイクロカプセルのＳＥＭ写真（×３０００倍）を図７に示す。

更に、このマイクロカプセルについての窒素吸脱着等温線を図８に示す。また、この窒素吸脱着等温線をベースにして、細孔直径の分布曲線を求めた。図９は、比較例３で得られるマイクロカプセルの、細孔直径とｄＶｐ／ｄｌｏｇＤｐとの関係（細孔直径分布曲線）を表したグラフである。図９から、比較例３のマイクロカプセルは、細孔直径約１１ｎｍをピークしてブロードな細孔直径分布を有しており、細孔直径サイズが不揃いでバラツキがあった。

そのため、比較例３の方法では、シリカの壁材がメソポーラス化され、狭い細孔直径分布を有する中空のマイクロカプセルを製造することができなかった。

比較例４
Ａ工程：
珪酸ナトリウム水溶液（水ガラス３号）（二酸化珪素として４モル／ｌ）３６ｍｌに、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート（Tween80、Rohm & Hass Co. 製）１．０ｇ、ソルビタンモノオレート（Span80、Rohm & Hass Co. 製）０．５ｇ及びｎ−ヘキサン７２ｍｌの混合物を、ホモジナイザー（ＤＩＡ×９００、Heidolph製）を使用して１６０００ｒｐｍで高速撹拌することにより、Ｗ／Ｏ型乳濁液を調製した。

Ｃ工程：
Ｂ工程で得られた沈殿物を濾過し、メタノールで洗浄して、Ａ工程で使用した界面活性剤を除去し、更にこれを水洗した後、１２０℃で１２時間乾燥し、中空のマイクロカプセルを得た。

図１は、実施例１のＣ工程で得られるマイクロカプセルのＸ線回折パターンである。図２は、実施例１のＤ工程で得られるマイクロカプセルのＳＥＭ写真である。図３は、実施例１のＤ工程で得られるマイクロカプセルのＸ線回折パターンである。図４は、実施例１のＤ工程で得られるマイクロカプセルのＸ線回折パターンである。図５は、実施例１のＤ工程で得られるマイクロカプセルの窒素吸脱着等温線である。図６は、実施例１のＤ工程で得られるマイクロカプセルの細孔直径分布曲線である。図７は、比較例３で得られるマイクロカプセルのＳＥＭ写真である。図８は、比較例３で得られるマイクロカプセルの窒素吸脱着等温線である。図９は、比較例３で得られるマイクロカプセルの細孔直径分布曲線である。

Claims

平均細孔直径が１．６〜１０ｎｍ程度のメソ細孔壁を有し、平均細孔直径の±３０％の範囲に全細孔の６０％以上が含まれており、Ｘ線回折パターンにおいて、ｄ＝２ｎｍ以上に相当する回折角度に１本以上のピークを有する、粒径０．１〜５０μｍの中空シリカマイクロカプセルの製造方法であって、
（Ａ）アルカリ金属の珪酸塩の少なくとも１種を含む水溶液に、有機溶剤及び界面活性剤を混合してＷ／Ｏ型乳濁液を得る工程、
（Ｂ）得られる乳濁液に、無機酸、有機酸、無機酸のアンモニウム塩、有機酸のアンモニウム塩及びアルカリ金属の炭酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種であって且つ上記アルカリ金属珪酸塩との水溶液反応によって水不溶性の沈殿を形成し得る化合物の水溶液を混合して、中空シリカマイクロカプセルを形成する工程、
（Ｃ）界面活性剤を除去するためのアルコール洗浄を行うことなく、中空シリカマイクロカプセルを水洗し、乾燥した後、３００〜８００℃で焼成する工程、及び
（Ｄ）焼成後の中空シリカマイクロカプセルの壁材をメソポーラス化する工程
を含む、中空シリカマイクロカプセルの製造方法。
平均細孔直径が１．６〜１０ｎｍ程度のメソ細孔壁を有し、平均細孔直径の±３０％の範囲に全細孔の６０％以上が含まれており、Ｘ線回折パターンにおいて、ｄ＝２ｎｍ以上に相当する回折角度に１本以上のピークを有する、粒径０．１〜５０μｍの中空シリカマイクロカプセルの製造方法であって、
（Ａ）アルカリ金属の珪酸塩の少なくとも１種を含む水溶液に、有機溶剤及び界面活性剤を混合してＯ／Ｗ型乳濁液を得、次いで得られるＯ／Ｗ型乳濁液を界面活性剤を含む有機溶剤に混合してＯ／Ｗ／Ｏ型乳濁液を得る工程、
（Ｂ）得られる乳濁液に、無機酸、有機酸、無機酸のアンモニウム塩、有機酸のアンモニウム塩及びアルカリ金属の炭酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種であって且つ上記アルカリ金属珪酸塩との水溶液反応によって水不溶性の沈殿を形成し得る化合物の水溶液を混合して、中空シリカマイクロカプセルを形成する工程、
（Ｃ）界面活性剤を除去するためのアルコール洗浄を行うことなく、中空シリカマイクロカプセルを水洗し、乾燥した後、３００〜８００℃で焼成する工程、及び
（Ｄ）焼成後の中空シリカマイクロカプセルの壁材をメソポーラス化する工程
を含む、中空シリカマイクロカプセルの製造方法。