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公開番号2023163218
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-11-10
出願番号2022073974
出願日2022-04-28
発明の名称疎水性シリカ粉末およびその製造方法
出願人株式会社トクヤマ
代理人
主分類C01B 33/18 20060101AFI20231102BHJP(無機化学)
要約【課題】流動性と疎水性に優れ、様々なアプリケーションに適用できる疎水性シリカ粉末を提供する。
【解決手段】シリカ表面が化学構造(-Si(CH₃)₂-O-)_nで修飾され、活性水素定量法による表面シラノール基数が1nm²あたり2.0個以下であり、遊離オイル量が4.0～13.0質量%である疎水性シリカ粉末。ヒュームドシリカ粉末と環状ジメチルシロキサンを密閉系の反応器内で250～400℃の温度で混合する第1表面処理工程と、さらにシリコーンオイルを混合する第2表面処理工程により得られる。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
表面が化学構造（－Ｓｉ（ＣＨ
３
）
２
－Ｏ－）
ｎ
で修飾された疎水性シリカ粉末であって、
活性水素定量法による表面シラノール基数が１ｎｍ
２
あたり２．０個以下であり、
遊離オイル量が４．０～１３．０質量％であることを特徴に有する疎水性シリカ粉末。
続きを表示（約 740 文字）【請求項２】
目開き３５５μｍの篩、目開き２５０μｍの篩および目開き１５０μｍの篩（いずれも直径７５ｍｍの、ＪＩＳＺ８８０１準拠の篩である。）を、上からこの順に２ｃｍ間隔で重ねた三段篩を準備し、最上段の篩上に粉末５ｇを乗せ、振幅１ｍｍおよび振動数６０Ｈｚで上下に１５秒間振とう後に各篩上に残存した粒子量から、下記式（１）によって算出した凝集度が６０％以下である請求項１に記載の疎水性シリカ粉末。
凝集度（％）＝{（上段篩残＋中段篩残×０．６＋下段篩残×０．２）}÷疎水性シリカ粉末の初期質量×１００・・・（１）
【請求項３】
ＢＥＴ比表面積が２５～２７０ｍ
２
／ｇであり、メタノール滴定法により測定される疎水化度（Ｍ値）が６０～８０容量％であり、粉末表面に存在する炭素含有量が３．０～１０．５質量％である請求項１または２に記載の疎水性シリカ粉末。
【請求項４】
ヒュームドシリカ粉末と環状ジメチルシロキサンを、密閉系の反応器内で２５０～４００℃の温度で混合する第１表面処理工程と、さらに、シリコーンオイルを混合する第２表面処理工程とを有することを特徴とする疎水性シリカ粉末の製造方法。
【請求項５】
前記環状ジメチルシロキサンは沸点が３００℃以下である請求項４に記載の疎水性シリカ粉末の製造方法。
【請求項６】
前記シリコーンオイルを７５～１５０℃の温度に加熱した状態で噴霧する請求項４または５に記載の疎水性シリカ粉末の製造方法。
【請求項７】
前記第２表面処理工程を、反応容器内で２５０～４００℃の温度でおこなう請求項４または５に記載の疎水性シリカ粉末の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、疎水性シリカ粉末およびその製造方法に関する。詳しくは、表面が化学構造（－Ｓｉ（ＣＨ
３
）
２
－Ｏ－）
ｎ
で修飾され、表面シラノール基数が少なく、流動性に優れた特徴を有する該粉末を提供することである。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
シリカ粉末は樹脂等へのチキソトロピー性の付与（増粘剤）や、ゴム・エラストマーの補強充填剤、粉体材料の流動化剤などの用途で幅広く使用されている。その中でも表面が疎水化処理された疎水性シリカ粉末は環境安定性、分散性、耐溶剤性、耐水性に優れており、好適に使用される。例えば、疎水性シリカ粉末を増粘剤や補強充填剤として用いる場合は、マトリクスとの濡れ性が変わることにより増粘性の向上や分散性の向上などの効果が発現する。これらの用途においては、シリカの吸湿や樹脂中での疎水基の脱離などによって上記効果が低下するため、高度な疎水性が要求される。
【０００３】
また、粉体材料の流動化剤として疎水性シリカ粉末を用いると親水性シリカ粉末よりもシリカ表面のシラノール基による水素結合性の付着力が低減されるため、流動性が向上する。
【０００４】
疎水性シリカ粉末の製造方法としては、例えば特許文献１には環状ジメチルシロキサンでの疎水化処理や特許文献２にはヘキサメチルジシラザンなどの低分子のトリメチルシリル化剤を気体で親水性シリカ粉末に接触させて疎水化処理することが報告されている。また特許文献３にはシリコーンオイルで疎水化処理することが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００４－３５２６０６号公報
特開２０００－２６４６２１号公報
特公昭５７－２６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に記載された親水性シリカ粉末に気体の疎水化剤を接触させて得られる疎水性シリカ粉末は、表面を均一に疎水化処理でき、シリカ表面全体が同程度の疎水性を有する点や流動性が高い点で優れているが、一方で疎水化剤の修飾基が立体的にかさ高い構造をもつために反応点であるシリカ表面のシラノール基をすべて修飾することができず、未反応のシラノール基が残存するといった課題があった。そのため、シリカ表面の残存シラノール基によるシリカ粉末とマトリクスとの親和性の低下や流動性の低下を防ぐためにさらなる疎水性の向上が求められていた。
【０００７】
また特許文献３に記載された疎水化方法はシリコーンオイルで疎水化しているため高い疎水性を有する点で優れているが、シリコーンオイルでは表面を均一に処理できず、シリカ表面のシラノール基がシリコーンオイルによって覆われていない部分が存在する。そのため、粒子間におけるシラノール基同士での水素結合性の相互作用によってシリカ粉末の凝集が起こり、流動性が低下するという課題があった。また、シリコーンオイルは高分子であるため粘性が高く、過剰なシリコーンオイルを添加した場合に流動性が低下するという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、さまざまなアプリケーションに適用可能な疎水性シリカ粉末を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、反応温度が２５０℃以上の条件下において、環状ジメチルシロキサンで処理後にシリコーンオイルで処理した疎水性シリカ粉末は、環状ジメチルシロキサンにより修飾された部位がシリコーンオイルと親和性が高いため、シリコーンオイルがシリカ表面に固着しやすくなることを見出した。したがって、シリカ表面にシリコーンオイルが固着することにより、従来の方法の利点である疎水化処理の均一性と高い疎水性を維持しつつ、流動性を向上させた疎水性シリカ粉末を得ることに成功し、本発明の完成に至った。
【０００９】
即ち、本発明の疎水性シリカ粉末は、シリカ表面が化学構造（－Ｓｉ（ＣＨ
３
）
２
－Ｏ－）
ｎ
で修飾された疎水性シリカ粉末であって、活性水素定量法による表面シラノール基数が１ｎｍ
２
あたり２．０個以下であり、遊離オイル量が４．０～１３．０質量％である。また、本発明の疎水性シリカ粉末の製造方法は、ヒュームドシリカ粉末と環状ジメチルシロキサンを、密閉容器内で２５０～４００℃の温度で混合する第１表面処理工程と、さらに、シリコーンオイルを混合する第２表面処理工程とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の疎水性シリカ粉末は、表面のシラノール基数が少なく高度な疎水性を示しており、また環状ジメチルシロキサン処理されたシリカ表面とシリコーンオイルの親和性が高いため、遊離オイル量が少なくなり、優れた流動性とともに高いシリカ表面の安定性を発揮するものである。従って、樹脂等の増粘剤や補強充填剤としての用途において、良好な性能を発揮することが可能であり、その工業的価値は極めて高いといえる。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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