JP3670980B2 - Thermally foamable microsphere and method for producing the same - Google Patents

Thermally foamable microsphere and method for producing the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重合体から形成された外殻内に発泡剤が封入された構造をもつ熱発泡性マイクロスフェアーに関し、さらに詳しくは、加工特性が顕著に改善された熱発泡性マイクロスフェアーとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
熱発泡性マイクロスフェアーは、熱膨張性マイクロカプセルとも呼ばれ、発泡インクでの用途をはじめとして、軽量化を目的とした塗料やプラスチックの充填剤など、種々の分野への用途展開が図られている。熱発泡性マイクロスフェアーは、通常、揮発性の液体発泡剤を重合体によりマイクロカプセル化したものである。このような発泡剤は、物理的発泡剤または揮発性膨張剤とも呼ばれている。所望により、加熱時に分解してガスを発生する化学発泡剤が用いられることもある。熱発泡性マイクロスフェアーは、一般に、水系媒体中で、少なくとも発泡剤と重合性単量体とを含有する重合性混合物を懸濁重合する方法により製造することができる。重合反応が進むにつれて、生成する重合体により外殻が形成され、その外殻内に発泡剤が包み込まれるようにして封入された構造をもつ熱発泡性マイクロスフェアーが得られる。
【0003】
外殻を形成する重合体としては、一般に、ガスバリア性が良好な熱可塑性樹脂が用いられている。外殻を形成する重合体は、加熱すると軟化する。発泡剤としては、重合体の軟化点以下の温度でガス状になるものを選択する。熱発泡性マイクロスフェアーを加熱すると、発泡剤が気化して膨脹する力が外殻に働くが、同時に、外殻を形成する重合体の弾性率が急激に減少する。そのため、ある温度を境にして、急激な膨脹が起きる。この温度を発泡温度という。すなわち、熱発泡性マイクロスフェアーは、発泡温度に加熱すると、それ自体が膨脹して、独立気泡体(発泡体粒子)を形成する。
【0004】
熱発泡性マイクロスフェアーは、独立気泡体を形成する特性を利用して、意匠性付与剤、機能性付与剤、軽量化剤などとして、広範な分野での用途展開が図られている。また、それぞれの用途分野で高性能化が要求されるようになると、熱発泡性マイクロスフェアーに対する要求水準も高くなってきている。熱発泡性マイクロスフェアーに対する要求性能のとして、加工特性の改善が挙げられる。
【0005】
例えば、熱可塑性樹脂に熱発泡性マイクロスフェアーを配合した組成物を、混練加工、カレンダー加工、押出加工、または射出成形を行い、その過程で熱発泡性マイクロスフェアーを発泡させることにより、軽量化や意匠性の施された成形物やシートを得る方法がある。しかし、熱発泡性マイクロスフェアーは、発泡時に体積膨張するにしたがって外殻の重合体層が非常に薄くなるとともに、加工による高温と高剪断力を受けて、外殻を形成する重合体の弾性率が急激に低下して外殻が柔らかくなるため、熱発泡性マイクロスフェアーが簡単に破壊されて、所期の目的を達成することが極めて困難であった。
【0006】
また、熱発泡性マイクロスフェアーは、外殻を形成する重合体の弾性率の温度依存性が大きいため、加工の適正温度域が非常に狭いという問題があった。さらに、従来の熱発泡性マイクロスフェアーは、極性溶剤や可塑剤に対する耐性(耐溶剤性、耐薬品性)に乏しく、例えば、極性有機溶剤と共用される分野での使用が制限されていた。
【0007】
特開平11−60868号公報には、可塑剤を含有する塩化ビニル樹脂に熱膨張性マイクロカプセルを配合した発泡押出成形用軟質塩化ビニル系樹脂組成物が開示されている。特開2000−17103号公報には、第1工程として、融点または軟化点が100℃以下の熱可塑性樹脂と、100〜200℃で膨張する熱膨張性マイクロカプセルとを含む樹脂組成物を、100℃以下で混練し、第2工程として、得られた樹脂組成物を熱可塑性樹脂に添加して、混練または成形する樹脂組成物の製造方法が開示されている。
【0008】
しかし、実際に、熱発泡性マイクロスフェアーが、このような発泡押出成形や混練・成形に適用可能であるためには、発泡温度が高く耐熱性に優れた外殻を有することに加えて、外殻を形成する重合体の弾性率の温度依存性が小さく、加工の適正温度域が大きいこと、極性溶剤や可塑剤などに対する耐性に優れることなどが求められる。
【0009】
従来、耐熱性の高い熱発泡性マイクロスフェアーを製造する方法として、ビニル系単量体からなる重合性単量体に架橋性単量体を加えて重合することにより、外殻の重合体層を形成する方法が提案されている(特公昭42−26524号公報、特公平5−15499号公報、特許第2894990号公報、特開平5−285376号公報)。架橋性単量体を用いることにより、外殻を形成する重合体に架橋構造を導入し、それによって、熱発泡性マイクロスフェアーの耐熱性や溶融流動性を改善することができる。
【0010】
しかし、外殻を形成する重合体の架橋度が大きくなると、熱発泡性マイクロスフェアーの熱膨張性が損なわれるため、これらの先行技術文献の各実施例では、架橋剤を重合性単量体の1重量%以下、好ましくは0.2〜0.6重量%の極めて小さな割合で用いられているだけである。ところが、架橋剤の使用割合が小さいと、加工特性が充分に改善された熱発泡性マイクロスフェアーを得ることができない。また、従来の架橋重合体から形成された外殻は、弾性率の温度依存性が大きいため、加工の適正温度域が非常に狭く、加工特性に劣るものであった。さらに、従来の架橋重合体から形成された外殻は、極性溶剤や可塑剤に対する耐性が不充分であった。さらに加えて、従来の架橋重合体から形成された外殻は、実際には、特定の組成の重合体に限定されるため、使用する熱可塑性樹脂との相溶性に優れる熱発泡性マイクロスフェアーの設計が困難であった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、強い剪断力が加えられる混練加工、カレンダー加工、押出加工、射出成形などの加工に適した熱発泡性マイクロスフェアーとその製造方法を提供することにある。
【0012】
特に、本発明の目的は、重合体から形成された外殻の弾性率の温度依存性が小さく、加工の適正温度域の広い熱発泡性マイクロスフェアーとその製造方法を提供することにある。
【0013】
本発明の他の目的は、極性溶剤や可塑剤などに対して、耐性(耐薬品性、耐溶剤性)と発泡特性の保持能力の高い熱発泡性マイクロスフェアーとその製造方法を提供することにある。
【0014】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究した結果、熱発泡性マイクロスフェアーの外殻を、重合性単量体と、該重合性単量体を基準として1重量%超過5重量%以下の割合の架橋性単量体とを重合して得られる重合体で形成することにより、驚くべきことに、熱膨張性を損なうことなく、加工特性が顕著に改良された熱発泡性マイクロスフェアーの得られることを見いだした。架橋性単量体としては、二官能の架橋性単量体が好ましく、屈曲性連鎖を介して2個の重合性炭素−炭素二重結合が連結された構造の化合物が特に好ましい。本発明は、これらの知見に基づいて、完成するに至ったものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、重合体から形成された外殻内に発泡剤が封入された構造を持つ熱発泡性マイクロスフェアーにおいて、
(1)重合体から形成された外殻が、重合性単量体と、該重合性単量体を基準として1重量%超過5重量%以下の割合の重合性炭素−炭素二重結合を2個有する二官能架橋性単量体とを重合してなる重合体から形成されたものであり、かつ、
(2)最大発泡倍率が5倍以上
であることを特徴とする熱発泡性マイクロスフェアーが提供される。
【0016】
さらに、本発明によれば、水系分散媒体中で、少なくとも発泡剤、重合性単量体、及び架橋性単量体を含有する重合性混合物を懸濁重合して、生成重合体から形成された外殻内に発泡剤が封入された構造を持つ発泡性マイクロスフェアーを製造する方法において、重合性単量体を基準にして1重量%超過5重量%以下の割合で重合性炭素−炭素二重結合を2個有する二官能架橋性単量体を含有する重合性混合物を懸濁重合して、最大発泡倍率が5倍以上の熱発泡性マイクロスフェアーを得ることを特徴とする熱発泡性マイクロスフェアーの製造方法が提供される。
【0017】
【発明の実施の形態】
1.熱発泡性マイクロスフェアーの製造方法
本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、水系分散媒体中で、少なくとも発泡剤、重合性単量体、及び架橋性単量体を含有する重合性混合物を懸濁重合して、生成重合体から形成された外殻内に発泡剤が封入された構造をもつ熱発泡性マイクロスフェアーを製造する方法において、重合性単量体を基準にして1重量%超過5重量%以下の割合で重合性炭素−炭素二重結合を2個有する二官能架橋性単量体を含有する重合性混合物を懸濁重合することにより得ることができる。重合性単量体の種類、架橋性単量体の種類と使用割合などを調整することにより、最大発泡倍率が5倍以上、好ましくは10倍以上の熱発泡性マイクロスフェアーを得ることができる。本発明において、最大発泡倍率とは、熱発泡性マイクロスフェアーの最大発泡倍率が得られる発泡温度での発泡倍率を意味する。最大発泡倍率の測定方法は、後述する。
【0018】
(1)発泡剤
本発明で使用する発泡剤は、通常、外殻を形成する重合体の軟化点以下の温度でガス状になる物質である。このような発泡剤としては、沸点が通常150℃以下、好ましくは130℃以下、より好ましくは120℃以下、特に好ましくは110℃以下の低沸点有機溶剤が好適である。
【0019】
発泡剤の具体例を沸点とともに挙げると、エタン(−89℃)、エチレン(−102.4℃)、プロパン(−42.1℃)、プロペン(−47.7℃)、n−ブタン(−0.5℃)、イソブタン(−12℃)、ブテン(−6.47℃)、イソブテン(−6.6℃)、n−ペンタン(36℃)、イソペンタン(27.85℃)、ネオペンタン(9.5℃)、2,2,4−トリメチルペンタン(99.25℃)、n−ヘキサン(69℃)、イソヘキサン(60.3℃)、石油エーテル(27〜67℃)、ヘプタン(98.4℃)などの炭化水素;CCl3F(23.8℃)などのクロロフルオロカーボン;テトラメチルシラン(26.6℃)などのテトラアルキルシラン;などがある。これらの発泡剤は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。
【0020】
特に、加工時の高温と高剪断条件下で、簡単に破壊されない熱発泡性マイクロスフェアーを望む場合には、例えば、n−ヘキサン、イソヘキサン、ヘプタン、2,2,4−トリメチルペンタンなどの沸点が60℃以上の炭化水素系発泡剤を用いて発泡させることが好ましい。これらの中でも、ヘプタンや2,2,4−トリメチルペンタンのような沸点が70℃以上の炭化水素系発泡剤を用いることが特に好ましい。これらの発泡剤の沸点の範囲は、好ましくは60〜130℃、より好ましくは60〜120℃、特に好ましくは70〜110℃である。
【0021】
60℃以上の沸点を有する炭化水素系発泡剤は、それぞれ単独で使用してもよいが、沸点が60℃未満の炭化水素系発泡剤と組み合わせて使用すると、より高い発泡倍率を得ることができる。すなわち、同じ量の発泡剤を用いたとき、60℃未満の低沸点炭化水素系発泡剤は、モル数が多くなるため発泡倍率の増大に寄与し、60℃以上の沸点を有する炭化水素系発泡剤は、耐熱性やより高温での発泡特性に寄与する。60℃以上の沸点を有する炭化水素系発泡剤の使用割合は、発泡体全重量基準で、好ましくは10重量%以上100重量%以下、より好ましくは15重量%以上95重量%以下、特に好ましくは20重量%以上90重量%以下である。
【0022】
(2)重合性単量体及び重合体
重合性単量体としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、ジシクロペンテニルアクリレート等のアクリル酸エステル;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、イソボルニルメタクリレート等のメタクリル酸エステル;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、塩化ビニリデン、塩化ビニル、スチレン、酢酸ビニル、α−メチルスチレン、クロロプレン、ネオプレン、ブタジエンなどのビニル系単量体が挙げられる。これらの重合性単量体は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。
【0023】
熱発泡性マイクロスフェアーは、外殻を形成する重合体が熱可塑性で、ガスバリア性を有するものが好ましい。これらの観点から、外殻を形成する重合体として、塩化ビニリデン(共)重合体及び(メタ)アクリロニトリル(共)重合体が好ましい。
【0024】
塩化ビニリデン(共)重合体としては、重合性単量体として、塩化ビニリデン単独、あるいは塩化ビニリデンとこれと共重合可能なビニル系単量体との混合物を用いて得られる(共)重合体を挙げることができる。塩化ビニリデンと共重合可能な単量体としては、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル、スチレン、酢酸ビニルなどが挙げられる。
【0025】
このような塩化ビニリデン(共)重合体としては、重合性単量体として、(A) 塩化ビニリデン30〜100重量%と、(B) アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン、及び酢酸ビニルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜70重量%とを用いて得られた(共)重合体が好ましい。塩化ビニリデンの共重合割合が30重量%未満であると、外殻のガスバリア性が低下しすぎるので好ましくない。
【0026】
また、塩化ビニリデン(共)重合体としては、重合性単量体として、(A1)塩化ビニリデン40〜80重量%と、(B1)アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜60重量%と、(B2)アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜60重量%とを用いて得られた共重合体が好ましい。このような共重合体とすることにより、発泡温度の設計が容易であり、また、高発泡倍率を達成しやすい。
【0027】
耐溶剤性や高温での発泡性を望む場合には、(メタ)アクリロニトリル(共)重合体により外殻を形成することが好ましい。(メタ)アクリロニトリル(共)重合体としては、重合性単量体として、(メタ)アクリロニトリル単独、あるいは(メタ)アクリロニトリルとそれと共重合可能なビニル系単量体とを用いて得られる(共)重合体を挙げることができる。(メタ)アクリロニトリルと共重合可能なビニル系単量体としては、塩化ビニリデン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン、酢酸ビニルなどが挙げられる。
【0028】
このような(メタ)アクリロニトリル(共)重合体としては、重合性単量体として、(C) アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体30〜100重量%と、(D) 塩化ビニリデン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン、及び酢酸ビニルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜70重量%とを用いて得られた(共)重合体が好ましい。(メタ)アクリロニトリルの共重合割合が30重量%未満では、耐溶剤性や耐熱性が不充分となる。
【0029】
(メタ)アクリロニトリル(共)重合体は、(メタ)アクリロニトリルの使用割合が大きく、発泡温度が高い(共)重合体と、(メタ)アクリロニトリルの使用割合が小さく、発泡温度が低い(共)重合体に分けることができる。(メタ)アクリロニトリルの使用割合が大きい(共)重合体としては、重合性単量体として、(C) アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体80〜100重量%と、(D) 塩化ビニリデン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン、及び酢酸ビニルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜20重量%とを用いて得られた(共)重合体が挙げられる。一方、(メタ)アクリロニトリルの使用割合が小さい(共)重合体としては、重合性単量体として、(C) アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体30重量%以上80重量%未満と、(D) 塩化ビニリデン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン、及び酢酸ビニルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体20重量%超過70重量%以下とを用いて得られた共重合体が挙げられる。
【0030】
また、(メタ)アクリロニトリル(共)重合体は、重合性単量体として、(C1)アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体51〜100重量%と、(D1)塩化ビニリデン0〜40重量%と、(D2)アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜48重量%とを用いて得られた(共)重合体が好ましい。
【0031】
外殻の重合体として、塩化ビニリデンを含まない(共)重合体が望まれる場合には、重合性単量体として、(E) アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体30〜100重量%と、(F) アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜70重量%とを用いて得られた(メタ)アクリロニトリル(共)重合体が好ましい。また、重合性単量体として、(E1)アクリロニトリル1〜99重量%と、(E2)メタクリロニトリル1〜99重量%と、(F) アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜70重量%とを用いて得られた共重合体が好ましい。
【0032】
さらに、加工性、発泡性、ガスバリア性、耐溶剤性などが特に優れた熱発泡性マイクロスフェアーを得るには、外殻の(メタ)アクリロニトリル(共)重合体が、重合性単量体として、(E1)アクリロニトリル20〜80重量%と、(E2)メタクリロニトリル20〜80重量%と、(F) アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜20重量%とを用いて得られた共重合体であることが好ましい。
【0033】
(3)架橋性単量体
本発明では、前記の如き重合性単量体と共に、加工特性、発泡特性、耐熱性、耐溶剤性(耐薬品性)などを改良するために、架橋性単量体を使用する。架橋性単量体としては、2つの重合性炭素−炭素二重結合を有する多官能性化合物が用いられる。重合性炭素−炭素二重結合としては、ビニル基、メタクリル基、アクリル基、アリル基などが挙げられる。2つの重合性炭素−炭素二重結合は、それぞれ同一または相異なっていてもよい。
【0034】
具体的に、架橋性単量体としては、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、これらの誘導体等の芳香族ジビニル化合物;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等のジエチレン性不飽和カルボン酸エステル;1,4−ブタンジオール、1,9−ノナンジオール等の脂肪族両末端アルコール由来の(メタ)アクリレート;N,N−ジビニルアニリン、ジビニルエーテル等のジビニル化合物;など二官能の架橋性単量体が挙げられる
【0035】
架橋性単量体の中でも、発泡性と加工特性とのバランスを取りやすい点で、重合性炭素−炭素二重結合を2個有する二官能架橋性単量体が好ましい。三官能以上の多官能架橋性単量体の場合、使用割合が増大すると、外殻を形成する重合体が熱可塑性樹脂としての特性を喪失し、加熱しても発泡が起こらなくなる場合がある。
【0036】
二官能架橋性単量体としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、アルキルジオール、アルキルエーテルジオール、及びアルキルエステルジオールからなる群より選ばれるジオール化合物から誘導された屈曲性連鎖を介して、直接的または間接的に、2個の重合性炭素−炭素二重結合が連結された構造の化合物であることが好ましい。
【0037】
架橋性単量体として、このような屈曲性連鎖を有する二官能架橋性単量体を1重量%を超え5重量%以下の割合で用いると、発泡倍率を高度に保持しながら、外殻の重合体の弾性率の温度依存性を小さくすることができ、かつ、混練加工、カレンダー加工、押出加工、射出成形などの加工工程で、剪断力を受けても、外殻の破壊や内包ガスの散逸が起こり難い熱発泡性マイクロスフェアーを得ることができる。
【0038】
屈曲性連鎖を有する二官能架橋性単量体を特定の割合で使用すると、外殻重合体層に良好なヒズミ硬化性的物性を付与することができると推定される。ヒズミ硬化性とは、変形量が大きくなるに従って、更に変形を加えるために、より大きな変形応力が必要となるような特性である。すなわち、発泡が開始し進行するに従って、外殻重合体層が引き伸ばされる。そのとき、薄くなった重合体層の部分のみが更に変形応力によって引き伸ばされるのではなく、まだ変形が小さく、変形応力が小さくてすむ重合体層の厚い部分が優先的に引き伸ばされる。それによって、外殻重合体層の架橋度が高くても、高発泡倍率が得られる。また、外殻重合体層の厚さが均一なので、温度や剪断力、溶剤に対する抵抗力が大きくなる。これに対して、重合性炭素−炭素二重結合を連結する部位が剛直な構造であったり、架橋性単量体の使用量が多すぎたりすると、ヒズミ硬化性が大きくなりすぎて、発泡倍率が大幅に低下するか、ひどい場合には、全く発泡しなくなる。
【0039】
前記の屈曲性連鎖を介して2個の重合性炭素−炭素二重結合が連結された構造の二官能架橋性単量体としては、例えば、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、アルキルジオールジ(メタ)アクリレート、アルキルエーテルジオールジ(メタ)アクリレート、アルキルエステルジオールジ(メタ)アクリレート、及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
【0040】
より具体的に二官能架橋性単量体としては、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレートなどのポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート〔エチレンオキサイド単位(−CH2 CH2 O−)が通常2〜15個〕;ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラプロピレングリコールジ(メタ)アクリレートなどのポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート[プロピレンオキサイド単位〔−CH(CH3 )CH2 O−〕または〔−CH2 CH(CH3 )O−〕が通常2〜20個];エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−プロパンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブチレンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、3−メチル−1,5−ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、2−メチル−1,8−オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−1,3−プロパンジオールジ(メタ)アクリレートなどのアルキルジオールジ(メタ)アクリレート(屈折性連鎖が脂肪族炭素からなり、連結部の炭素原子数が通常2〜20個);3−オキサ−1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレートのようなアルキルエーテルジオールジ(メタ)アクリレート〔屈曲性連鎖が脂肪族炭素とエーテル結合とから構成されている。エーテル結合が1個の場合(−R1 −O−R2 −)は、通常、各脂肪族炭素は同じではない(R1 ≠R2 )。〕;ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレートのようなアルキルエステルジオールジ(メタ)アクリレート〔屈曲性連鎖が脂肪族炭素とエステル結合とから構成されている。(−R1 −COO−R2 −)〕;などが挙げられる。
【0041】
架橋性単量体の使用割合の下限は、重合性単量体を基準として(重合性単量体=100重量%)、1重量%超過であり、好ましくは1.1重量%、より好ましくは1.2重量%、特に好ましくは1.3重量%である。架橋性単量体の使用割合の上限は、5重量%、好ましくは4重量%、より好ましくは3重量%である。特に、前記の屈曲性連鎖を介して2個の重合性炭素−炭素二重結合が連結された構造の二官能共重合性単量体を使用するときは、多くの場合、架橋性単量体の使用割合が1.4〜4重量%、さらには、1.5〜3重量%の範囲で良好な結果を容易に得ることができる。
【0042】
架橋性単量体の使用割合が1重量%以下であると、従来の熱発泡性マイクロスフェアーと同様の加工特性しか得ることができない。一方、架橋剤の使用割合が過大であると、外殻重合体が熱可塑性を喪失して、発泡が困難になる。
【0043】
(4)重合開始剤
重合開始剤としては、特に限定されず、この分野で一般に使用されているものを使用することができるが、重合性単量体に可溶性である油溶性重合開始剤が好ましい。より具体的に、重合開始剤として、例えば、過酸化ジアルキル、過酸化ジアシル、パーオキシエステル、パーオキシジカーボネート、及びアゾ化合物が挙げられる。重合開始剤は、通常、単量体混合物中に含有させるが、早期重合を抑制する必要がある場合には、造粒工程中または造粒工程後に、その一部または全部を水系分散媒体中に添加して、重合性混合物の液滴中に移行させてもよい。重合開始剤は、水系分散媒体基準で、通常、0.0001〜3重量%の割合で使用される。
【0044】
(5)水系分散媒体
懸濁重合は、通常、分散安定剤を含有する水系分散媒体中で行われる。分散安定剤としては、例えば、シリカ、水酸化マグネシウムなどの無機微粒子を挙げることができる。この他に補助安定剤、例えば、ジエタノールアミンと脂肪族ジカルボン酸の縮合生成物、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド、各種乳化剤等を使用することができる。分散安定剤は、重合性単量体100重量部に対して、通常、0.1〜20重量部の割合で使用される。
【0045】
分散安定剤を含有する水系分散媒体は、通常、分散安定剤や補助安定剤を脱イオン水に配合して調製する。重合時の水相のpHは、使用する分散安定剤や補助安定剤の種類によって適宜決められる。例えば、分散安定剤としてコロイダルシリカなどのシリカを使用する場合は、酸性環境下で重合が行われる。水系分散媒体を酸性にするには、必要に応じて酸を加えて、系のpHを6以下、好ましくはpH3〜4程度に調整する。水酸化マグネシウムやリン酸カルシウムなどの酸性環境下で水系分散媒体に溶解する分散安定剤の場合には、アルカリ性環境下で重合させる。
【0046】
分散安定剤の好ましい組み合わせの一つとして、コロイダルシリカと縮合生成物との組み合わせがある。縮合生成物としては、ジエタノールアミンと脂肪族ジカルボン酸との縮合生成物が好ましく、特にジエタノールアミンとアジピン酸との縮合物や、ジエタノールアミンとイタコン酸との縮合生成物が好ましい。縮合生成物の酸価は、60以上95未満であることが好ましく、65〜90であることがより好ましい。さらに、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム等の無機塩を添加すると、より均一な粒子形状を有する熱発泡性マイクロスフェアーが得られやすくなる。無機塩としては、通常、食塩が好適に用いられる。
【0047】
コロイダルシリカの使用量は、その粒子径によっても変わるが、通常、重合性単量体100重量部に対して、1〜20重量部、好ましくは2〜15重量部の割合である。縮合生成物は、重合性単量体100重量部に対して、通常0.05〜2重量部の割合で使用される。無機塩は、重合性単量体100重量部に対して、0〜100重量部の割合で使用される。
【0048】
分散安定剤の他の好ましい組み合わせとしては、コロイダルシリカと水溶性窒素含有化合物との組み合わせが挙げられる。これらの中でも、コロイダルシリカとポリビニルピロリドンとの組み合わせが好適に用いられる。さらに、他の好ましい組み合わせとしては、水酸化マグネシウム及び/またはリン酸カルシウムと乳化剤との組み合わせがある。
【0049】
分散安定剤として、水溶性多価金属塩化合物(例えば、塩化マグネシウム)と水酸化アルカリ金属(例えば、水酸化ナトリウム)との水相中での反応により得られる難水溶性金属水酸化物(例えば、水酸化マグネシウム)のコロイドを用いることができる。また、リン酸カルシウムとしては、リン酸ナトリウムと塩化カルシウムとの水相中での反応生成物を使用することができる。
【0050】
乳化剤は、一般に使用しないが、所望により陰イオン性界面活性剤、例えば、ジアルキルスルホコハク酸塩やポリオキシエチレンアルキル(アリル)エーテルのリン酸エステル等を用いてもよい。
【0051】
重合助剤として、水系分散媒体中に、亜硝酸アルカリ金属塩、塩化第一スズ、塩化第二スズ、水可溶性アスコルビン酸類、及び硼酸からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を存在させることができる。これらの化合物の存在下に懸濁重合を行うと、重合時に、重合粒子同士の凝集が起こらず、重合物が重合缶壁に付着することがなく、重合による発熱を効率的に除去しながら安定して熱発泡性マイクロスフェアーを製造することができる。
【0052】
亜硝酸アルカリ金属塩の中では、亜硝酸ナトリウム及び亜硝酸カリウムが入手の容易性や価格の点で好ましい。アスコルビン酸類としては、アスコルビン酸、アスコルビン酸の金属塩、アスコルビン酸のエステルなどが挙げられるが、これらの中でも水可溶性のものが好適に用いられる。ここで、水可溶性アスコルビン酸類とは、23℃の水に対する溶解性が1g/100cm3 以上であるものを意味し、アスコルビン酸とそのアルカリ金属塩が好ましい。これらの中でも、L−アスコルビン酸(ビタミンC)、アスコルビン酸ナトリウム、及びアスコルビン酸カリウムが、入手の容易性や価格、作用効果の点で、特に好適に用いられる。これらの化合物は、重合性単量体100重量部に対して、通常、0.001〜1重量部、好ましくは0.01〜0.1重量部の割合で使用される。
【0053】
(6)懸濁重合
水系分散媒体に各成分を添加する順序は、任意であるが、通常は、水と分散安定剤、必要に応じて安定助剤や重合助剤などを加えて、分散安定剤を含有する水系分散媒体を調製する。一方、発泡剤、重合性単量体、及び架橋性単量体は、別々に水系分散媒体に加えて、水系分散媒体中で一体化して重合性混合物(油性混合物)を形成してもよいが、通常は、予めこれらを混合してから、水系分散媒体中に添加する。重合開始剤は、予め重合性単量体に添加して使用することができるが、早期の重合を避ける必要がある場合には、例えば、重合性混合物を水系分散媒体中に添加し、攪拌しながら重合開始剤を加え、水系分散媒体中で一体化してもよい。重合性混合物と水系分散媒体との混合を別の容器で行って、高剪断力を有する攪拌機や分散機で攪拌混合した後、重合缶に仕込んでもよい。
【0054】
重合性混合物と水系分散媒体とを攪拌混合することにより、水系分散媒体中で重合性混合物の液滴を造粒する。液滴の平均粒径は、目的とする熱発泡性マイクロスフェアーの平均粒径とほぼ一致させることが好ましいが、通常、3〜100μm程度である。粒径分布が極めてシャープな熱発泡性マイクロスフェアーを得るには、水系分散媒体及び重合性混合物を連続式高速回転高剪断型攪拌分散機内に供給し、該攪拌分散機中で両者を連続的に攪拌して分散させた後、得られた分散液を重合槽内に注入し、該重合槽内で懸濁重合を行う方法を採用することが好ましい。
【0055】
より具体的には、水系分散媒体及び重合性混合物を連続式高速回転高剪断型攪拌分散機内に供給する工程において、▲1▼水系分散媒体及び重合性混合物をそれぞれ別の流れとして、一定の比率で連続的に連続式高速回転高剪断型攪拌分散機内に供給する方法、及び▲2▼水系分散媒体及び重合性混合物を分散槽内に注入し、該分散槽内で両者を攪拌して一次分散させた後、得られた一次分散液を連続式高速回転高剪断型攪拌分散機内に供給する方法がある。
【0056】
前記▲1▼の方法では、例えば、図2示すように、水系分散媒体及び重合性混合物を連続式高速回転高剪断型攪拌分散機内に供給する工程において、水系分散媒体1及び重合性混合物2をそれぞれ別の流れとして、一定の比率で連続的に連続式高速回転高剪断型攪拌分散機内に供給する。具体的には、水系分散媒体1を貯槽3内に、重合性混合物2を貯槽4内に、それぞれ保持しておく。水系分散媒体1をポンプ5を用いてライン6から、重合性混合物2をポンプ7を用いてライン8から、それぞれ別の流れとして、連続式高速回転高剪断型攪拌分散機9内に供給する。水系分散媒体1と重合性混合物2の供給比率は、通常、1:1〜6:1の範囲内であり、より好ましくは2:1〜4:1の範囲内である。該攪拌分散機9中で両者を連続的に攪拌して分散させた後、得られた分散液をライン10を経て重合槽11内に注入し、該重合槽11内で懸濁重合を行う。
【0057】
前記▲2▼の方法では、図3に示すように、水系分散媒体及び重合性混合物を連続式高速回転高剪断型攪拌分散機内に供給する工程において、水系分散媒体1及び重合性混合物2を分散槽12内に注入し、該分散槽12内で両者を攪拌して一次分散させる。分散槽12内には、通常、一般的な攪拌翼が備えられている。水系分散媒体1と重性混合物2の比率は、通常、1:1〜6:1の範囲内であり、より好ましくは2:1〜4:1の範囲内である。分散槽内で攪拌により得られた一次分散液は、ポンプ13を用いてライン14を経て、連続式高速回転高剪断型攪拌分散機9内に供給する。該攪拌分散機9中で一次分散液をさらに攪拌して分散させた後、得られた分散液をライン15を経て重合槽11内に注入し、該重合槽11内で懸濁重合を行う。上記▲2▼の方法によれば、粒径分布がシャープな熱発泡性マイクロスフェアーを安定して得ることができる。
【0058】
このような方法を採用することにより、平均粒径が3〜100μmで、粒径分布の変動係数が、好ましくは1.50%以下、より好ましくは1.30%以下、特に好ましくは1.10%以下のシャープな粒径分布を有する熱発泡性マイクロスフェアーを得ることができる。粒径分布がシャープな熱発泡性マイクロスフェアーは、発泡がシャープであり、均一な発泡体や発泡成形品を与えることができる。
【0059】
本発明では、図4に示すような回分式高速回転高剪断分散機を用いることができる。回分式高速回転高剪断分散機を用いる方法では、水系分散媒体1及び重合性混合物2を回分式高速回転高剪断分散機16内に投入し、攪拌分散させることにより、重合性混合物の微小な液滴を造粒し、次いで、分散液をポンプ17を用いてライン18を経由して、重合槽11内に注入し、該重合槽内で懸濁重合を行う。
【0060】
懸濁重合は、通常、反応槽内を脱気するか、もしくは不活性ガスで置換して、30〜100℃の温度に昇温して行う。懸濁重合後、水相は、例えば、濾過、遠心分離、沈降によって除去される。熱発泡性マイクロスフェアーは、濾過・洗浄した後、ウエットケーキの状態で回収される。必要に応じて、熱発泡性マイクロスフェアーは、発泡剤がガス化しない程度の比較的低温で乾燥される。熱発泡性マイクロスフェアーは、所望により、各種化合物で表面処理を行うことができ、また、無機微粉末を付着させることもできる。さらに、無機微粉末以外の各種材料で表面をコーティングすることもできる。
【0061】
2.熱発泡性マイクロスフェアー
本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、重合体から形成された外殻内に発泡剤が封入された構造を有しており、外殻重合体は、重合性単量体(通常、ビニル系単量体)の重合より形成されるが、本発明では、重合性単量体と、重合性単量体基準で、1重量%超過5重量%以下の重合性炭素−炭素二重結合を2個有する二官能架橋性単量体とを重合することにより形成される。
【0062】
本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、その外殻重合体が、重合性単量体に加えて、比較的多量の二官能架橋性単量体を用いて形成されているため、外殻重合体の弾性率の温度依存性が小さい。したがって、例えば、本発明の熱発泡性マイクロスフェアーを熱可塑性樹脂に配合した樹脂組成物を、混練加工、カレンダー加工、押出加工、射出成形などの加工を行うと、外殻の破壊や内包ガスの散逸が起こりにくい。
【0063】
また、本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、外殻重合体の弾性率の温度依存性が小さいため、均一に発泡するための加工適性温度範囲を広く取ることができる。この点で、図1を参照されたい。図1は、外殻重合体の弾性率と測定温度との関係を示すグラフである。従来の熱発泡性マイクロスフェアーの外殻重合体(a)は、温度が上昇すると弾性率が急激に低下するため、適切な発泡(均一発泡)をする弾性率領域の温度範囲(a2−a1)が狭い。これに対して、本発明の熱発泡性マイクロスフェアーの外殻重合体(b)は、適切な発泡をする弾性率領域の温度範囲(b2−b1)が広いため、均一に発泡するための加工適性温度範囲を広く取ることができる。
【0064】
本発明の熱発泡性マイクロスフェアーの平均粒径は、特に限定されないが、通常3〜100μm、好ましくは5〜50μmの範囲内である。この平均粒径が小さすぎると、発泡性が不充分となる。平均粒径が大きすぎると、美麗な外観が要求される分野では、表面が粗になるため好ましくなく、また、剪断力に対する抵抗性も不充分となる。
【0065】
本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、その粒径分布の変動係数は特に制限されないが、特にシャープな発泡が要求される用途では、該変動係数が1.50%以下であることが好ましい。粒径分布の変動係数は、より好ましくは1.30%以下、特に好ましくは1.10%以下である。この変動係数が大きすぎると、大粒子径と小粒子径の熱発泡性マイクロスフェアーが混在することになる。小粒子径よりも大粒子径の方が発泡開始温度が低くなる傾向を示すため、早期発泡を防ぎ、均一な発泡を得るには、熱発泡性マイクロスフェアーの変動係数を小さくすることが望ましい。粒径分布の変動係数が極めて小さな熱発泡性マイクロスフェアーを得る方法としては、前述の▲1▼及び▲2▼の方法が挙げられる。
【0066】
本発明において、粒径分布の変動係数とは、下記の式(1)及び(2)に基づいて算出される値である。
【0067】
【数1】

Figure 0003670980
【0068】
【数2】
Figure 0003670980
【0069】
(式中、μ=平均値、xj =粒子径、qj =頻度分布)
【0070】
本発明の熱発泡性マイクロスフェアーにおける発泡剤の含有量は、全重量基準で、通常5〜50重量%、好ましくは7〜35重量%である。発泡剤の含有量が少なすぎると、発泡倍率が不充分となり、大きすぎると、外殻の厚みが薄くなって、加工時に加熱下での剪断力を受けて早期発泡や外殻の破裂を起こしやすくなる。発泡剤としては、低沸点有機溶剤、加熱により分解してガスを発生する化合物などがあり、これらの中でも、低沸点有機溶剤が好ましい。発泡剤は、外殻を形成する重合体の軟化点以下の温度でガス状になるものから選択される。
【0071】
本発明の熱発泡性マイクロスフェアーの外殻は、通常、ガスバリア性と耐熱性に優れた重合体から形成される。具体的には、前記した通り、アクリル酸エステル、(メタ)アクリロニトリル、塩化ビニリデン、塩化ビニル、スチレンなどの種々の重合性単量体を用いて形成することができる。これらの中でも、塩化ビニリデン(共)重合体及び(メタ)アクリロニトリル(共)重合体は、ガスバリア性、耐溶剤性、耐熱性、発泡性などを高度にバランスさせる上で好ましい。本発明によれば、使用する重合性単量体の組み合わせや組成比の制御と、発泡剤の種類の選択により、様々な発泡挙動を示す熱発泡性マイクロスフェアーを得ることができる。
【0072】
本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、特に加工特性に優れており、かつ、発泡特性(熱膨張性)と加工特性とのバランスが良好である。本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、架橋剤を1重量%を越える割合で用いているにもかかわらず、熱膨張性が喪失しておらず、最大発泡倍率が5倍以上である。最大発泡倍率は、好ましくは10倍以上、より好ましくは20倍以上であり、多くの場合、30〜60倍程度の最大発泡倍率を達成することが可能である。
【0073】
本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、重合体から形成された外殻の弾性率の温度依存性が小さい。また、本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、加工の適正温度域が広い。さらに、本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、極性溶剤や可塑剤などに対して、耐性(耐薬品性、耐溶剤性)と発泡特性の保持能力が高い。本発明の熱発泡性マイクロスフェアーが有するこれらの特性は、実施例に具体的に示されている。
【0074】
本発明の熱発泡性マイクロスフェアーの特性の具体例として、発泡の温度依存性の小さいことが挙げられる。例えば、本発明の熱発泡性マイクロスフェアーの外殻重合体が前述の如き塩化ビニリデン(共)重合体である場合、最大発泡倍率R1 に対するそのときの温度から10℃高い温度での発泡倍率R2 の比(R2 /R1 )は、通常0.8〜0.4、好ましくは0.9〜0.5、より好ましくは1〜0.5である。
【0075】
本発明の熱発泡性マイクロスフェアーの外殻重合体が前述の如き(メタ)アクリロニトリル共重合体〔(メタ)アクリロニトリルの共重合割合=30重量%以上80重量%未満〕である場合、最大発泡倍率R1 に対するそのときの温度から5℃高い温度での発泡倍率R2 の比(R2 /R1 )は、通常1〜0.8、好ましくは1〜0.85、より好ましくは1〜0.9である。
【0076】
本発明の熱発泡性マイクロスフェアーの外殻重合体が(メタ)アクリロニトリル(共)重合体〔(メタ)アクリロニトリルの割合=80〜100重量%〕である場合、架橋性単量体として、特に、前記の屈曲性連鎖を有する二官能架橋性単量体を1重量%超過5重量%以下の割合で使用することにより、発泡性を高度に維持しつつ、外殻重合体の弾性率の温度依存性が小さく、加工性や耐薬品性に優れた熱発泡性マイクロスフェアーを得ることができる。
【0077】
本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、190℃以上における外殻重合体の弾性率が106N/m2以上かつ109N/m2以下のものであると、高温かつ高剪断化での耐性に優れる。外殻重合体の弾性率は、より好ましくは5.0×106N/m2以上かつ109N/m2以下、特に好ましくは107N/m2以上かつ108N/m2以下である。
【0078】
3.用途
本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、加熱発泡(熱膨脹)させて、あるいは未発泡のままで、各種分野に使用される。熱発泡性マイクロスフェアーは、例えば、その膨脹性を利用して、自動車等の塗料の充填剤、壁紙、発泡インク(T−シャツ等のレリーフ模様付け)の発泡剤、収縮防止剤などに使用される。熱発泡性マイクロスフェアーは、発泡による体積増加を利用して、プラスチック、塗料、各種資材などの軽量化や多孔質化、各種機能性付与(例えば、スリップ性、断熱性、クッション性、遮音性等)の目的で使用される。本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、表面性や平滑性が要求される塗料、壁紙、インク分野に好適に用いることができる。本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、加工特性に優れているので、混練加工、カレンダー加工、押出加工、射出成形などの加工工程を必要とする用途分野に好適に適用することができる。
【0079】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。
物性及び特性の測定方法は、次の通りである。
(1)発泡倍率及び最大発泡倍率
熱発泡性マイクロスフェアー0.7gを、ギア式オーブン中に入れ、所定温度(発泡温度)で2分間加熱して発泡させる。得られた発泡体をメスシリンダーに入れて体積を測定し、未発泡時の体積で割って発泡倍率とする。この際、発泡倍率を100℃から5℃刻みで昇温して測定し、最大の発泡倍率が得られた時の発泡温度での当該発泡倍率を最大発泡倍率と定義する。
【0080】
(2)平均粒径
島津製作所製の粒径分布測定器SALD−3000Jを用いて、重量基準でのメディアン径を測定し、平均粒径とした。
(3)弾性率
熱発泡性マイクロスフェアーを発泡させ、内包された発泡剤をできるだけ抜いた後、熱プレス機で熱プレスシートを調製し、1cm×1.5cm×0.25cmの試験片に切り出した。この試験片を東洋精機製作所のレオグラフ・ソリッドを用いて、窒素雰囲気下、周波数10ヘルツ、3℃/分の昇温速度で加熱して、弾性率を測定した。
【0081】
(4)バインダー系での発泡倍率
エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA;エチレン/酢酸ビニル=30/70重量%)を含有するEVA系エマルジョン(濃度55重量%)に、EVA5重量部に対して、熱発泡性マイクロスフェアー1重量部を加えて塗布液を調製する。この塗布液を両面アート紙に200μmのギャップを有するコーターで塗布、乾燥し、次いで、所定温度のオーブンに入れて2分間加熱する。発泡前後の厚み比でもって、発泡倍率とする。
(5)耐薬品性
ガラス製試験管に、可塑剤としてフタル酸ジイソノリル2重量部と熱発泡性マイクロスフェアー1重量部を加えて可塑剤液を調製する。この可塑剤液を、オイルバスを用いて140℃で加熱し、経時による発泡の有無と可塑剤液の増粘の程度を観察する。
【0082】
(6)可塑化PVCシートでの発泡倍率
ポリ塩化ビニル樹脂(呉羽化学工業製S903)50重量部とジオクチルフタレート(DOP)50重量部に対して、熱発泡性マイクロスフェアー3重量部を加えて、コンパウンドを調製する。コンパウンドを120℃で2分間ロール練りして、1mm厚さのシートを作成する。このシートを3×4cm角の大きさに裁断して試料とし、この試料を200℃のオーブン中で、5分間及び10分間、それぞれ発泡させる。発泡前後の比重を測定して、発泡倍率(%)を算出する。
(7)TMA(Thermo Mechnical Analysis)
パーキンエルマー社製のTMA-7型を用いてTMA測定を行った。サンプル約0.25mgを使用した。昇温速度は、5℃/分及び20℃/分とした。
【0083】
[比較例1]
固形分20%のコロイダルシリカ80.5g、ジエタノールアミン−アジピン酸縮合物50%水溶液3.0g、塩化ナトリウム164.1g、重クロム酸カリ2.5%水溶液2.2g、塩酸0.1g、及び脱イオン水からなる合計470gの水系分散媒体を調製した。
【0084】
一方、アクリロニトリル141.7g、メタクリロニトリル67.1g、メタクリル酸メチル11.2g、三官能架橋性単量体のトリメタクリル酸トリメチロールプロパン0.67g、n−ペンタン26.1g、石油エーテル14.9g、及びアゾビスイソブチロニトリル1.1gからなる重合性混合物を調製した(単量体成分の重量%=アクリロニトリル/メタクリロニトリル/メタクリル酸メチル=64.4/30.5/5.1;架橋性単量体使用量=単量体成分の0.3重量%)。
【0085】
この重合性混合物と水系分散媒体とを、図4に示す回分式高速回転高剪断型分散機で攪拌混合して重合性混合物の微小な液滴を造粒した。この重合性混合物の微小な液滴を含有する水系分散媒体を、攪拌機付きの重合缶(1.5L)に仕込み、温水バスを用いて60℃で20時間反応させた。得られた反応生成物を遠心分離機を用いる濾過と水洗に繰り返し付してケーキ状物とし、これを一昼夜乾燥して、平均粒径が約25μm、粒径分布の変動係数が1.7%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−A)を得た。MS−Aの170℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約50倍であった。結果を表1に示す。この比較例1は、特公平5−15499号公報の実施例2に準じたものである。
【0086】
[実施例1]
三官能架橋性単量体のトリメタクリル酸トリメチロールプロパン0.67gに代えて、二官能架橋性単量体のジエチレングリコールジメタクリレート3.5g(架橋性単量体使用量=単量体成分の1.6重量%)を用いたこと以外は、比較例1と同様にして、平均粒径が約26μm、粒径分布の変動係数が1.7%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−1)を得た。MS−1の170℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約50倍であった。結果を表1に示す。
【0087】
[比較例2]
三官能架橋性単量体のトリメタクリル酸トリメチロールプロパンの使用量0.67gを3.5gにしたこと以外は比較例1と同様にして、平均粒径が約26μmの熱発泡性マイクロスフェアー(MS−B)を得た。MS−Bは、その外殻層を形成する樹脂成分が熱可塑性樹脂としての特性を大幅に失ったため、140℃以上のどの温度域でもほとんど発泡しなかった。結果を表1に示す。
【0088】
【表1】
Figure 0003670980
【0089】
(脚注)
(*1)熱発泡性マイクロスフェアー含有EVA系エマルジョン塗布層の発泡前後の厚み比。
(*2)可塑剤液=フタル酸ジイソノニル2部/熱発泡性マイクロスフェアー1部
【0090】
(考察)
実施例1のMS−1は、架橋性単量体の使用量が単量体成分の1重量%を超過しているにかかわらず、最大発泡倍率(発泡温度170℃)が50倍と良好である。これに対して、三官能架橋性単量体を単量体成分の1.6重量%の割合で用いたMS−B(比較例2)は、外殻層を形成する重合体が高度に架橋して、熱発泡性を実質的に喪失している。
【0091】
EVA系エマルジョン中での発泡挙動では、実施例1のMS−1は、架橋性単量体の使用量を比較例1のMS−Aに比べて、重量で5.2倍(モル数で5.2倍)と多くしたにもかかわらず、最大発泡倍率が得られた170℃での発泡倍率が5.5倍であり、MS−Aと同じ高発泡倍率を保持している。しかも、さらに高温の190℃でのMS−1の発泡倍率は4.3倍であり、MS−Aの3.7倍に比べて発泡倍率の低下が少なく、耐熱性に優れていることが分かる。
【0092】
140℃での外殻重合体の弾性率を比較すると、実施例1のMS−1は、代表的な従来技術の熱発泡性マイクロスフェアーである比較例1のMS−Aに比べて、1.4倍の弾性率を有している。すなわち、本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、より高い剪断力に対する耐性があり、かつ、耐熱性に優れていることが分かる。さらに高温の190℃で比較すると、実施例1のMS−1は、比較例1のMS−Aに比べて、外殻重合体の弾性率が1.6倍である。このことは、本発明の熱発泡性マイクロスフェアーが、粒子の収縮が起こり難く、高発泡倍率を保持できること、並びに、加工適性温度域を従来に比べ広く取れることを意味している。
【0093】
耐薬品性の評価では、比較例1のMS−Aを含有する可塑剤液は、140℃で6分加熱後に一部発泡が起こり、著しく増粘した。これに対して、実施例1のMS−1の場合は、140℃で6分加熱後に部分発泡は認められず、さらに7分経過しても部分発泡しなかった。
【0094】
[比較例3]
コロイダルシリカ12g、ジエタノールアミン−アジピン酸縮合物1.4g、塩化ナトリウム154g、亜硝酸ナトリウム0.12g、塩酸0.2g、及び脱イオン水からなる合計520gの水系分散媒体を調製した。
【0095】
一方、アクリロニトリル130g、メタクリロニトリル60g、イソボニルメタクリレート10g、三官能架橋性単量体のトリメタクリル酸トリメチロールプロパン1g、n−ペンタン38g、及びアゾビスイソブチロニトリル1.2gからなる重合性混合物を調製した(単量体成分の重量%=アクリロニトリル/メタクリロニトリル/イソボニルメタクリレート=65/30/5、架橋性単量体使用量=単量体成分の0.5重量%)。この重合性混合物と水系分散媒体とを、図4に示す回分式高速回転高剪断型分散機で攪拌混合して重合性混合物の微小な液滴を造粒した。
【0096】
この重合性混合物の微小な液滴を含有する水系分散媒体を、攪拌機付きの重合缶(1.5L)に仕込み、温水バスを用いて60℃で22時間反応させた。得られた反応生成物を遠心分離機を用いる濾過と水洗に繰り返し付してケーキ状物とし、このケーキ状物を一昼夜乾燥して、平均粒径が約28μm、粒径分布の変動係数が1.8%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−C)を得た。MS−Cの170℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約55倍であった。この比較例3は、特開平5−285376号公報の実施例2に準じたものである。結果を表2に示す。
【0097】
[実施例2]
三官能架橋性単量体のトリメタクリル酸トリメチロールプロパン1gに代えて、二官能架橋性単量体のジエチレングリコールジメタクリレート3.5g(架橋性単量体使用量=単量体成分の1.6重量%)を用いたこと以外は、比較例3と同様にして、平均粒径が約30μm、粒径分布の変動係数が1.6%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−2)を得た。このMS−2の170℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約55倍であった。結果を表2に示す。
【0098】
【表2】
Figure 0003670980
【0099】
(考察)
外殻重合体の弾性率を比較すると、実施例2のMS−2は、測定温度が194℃の場合、代表的な従来技術の熱発泡性マイクロスフェアーである比較例3のMS−Cと同じであった。しかし、高温の210℃の測定温度で比較すると、MS−2の外殻重合体の弾性率は、MS−Aの2.6倍である。また、実施例2のMS−2は、194℃から210℃の温度域での外殻重合体の弾性率の低下が極めて小さい。このことは、本発明の熱発泡性マイクロスフェアーが、高温度域において粒子の収縮が起こり難く、高発泡倍率を保持できること、並びに、加工温度域を従来に比べ広く取れることを意味する。別な見方をすれば、より高い剪断力に対する耐性があり、耐熱性があることをも意味している。
【0100】
[実施例3]
攪拌機付の重合缶(1.5L)にコロイダルシリカ16.5g、ジエタノールアミン−アジピン酸縮合生成物 1.6g、食塩169.8g、亜硝酸ナトリウム0.11g、及び水を合計で557gになるように仕込み、水系分散媒体を調製した。水系分散体のpHが3.2になるように、塩酸を添加して調整した。
【0101】
一方、アクリロニトリル147.4g、メタクリロニトリル70.4g、メタクリル酸メチル2.2g、ジエチレングリコールジメタクリレート3.5g、イソペンタン41.8g、及びアゾビスイソブチロニトリル1.32gからなる重合性混合物を調製した(単量体成分の重量%=アクリロニトリル/メタクリロニトリル/メタクリル酸メチル=67/32/1、架橋性単量体使用量=単量体成分の1.6重量%)。この重合性混合物と前記で調製した水系分散媒体とを、図4に示す回分式高速回転高剪断型分散機で攪拌混合して、重合性混合物の微小な液滴を造粒した。
【0102】
この重合性混合物の微小な液滴を含有する水系分散媒体を、攪拌機付きの重合缶(1.5L)に仕込み、温水バスを用いて60℃で45時間反応させた。得られた反応生成物を濾過と水洗を繰り返し、平均粒径が約30μm、粒径分布の変動係数が1.8%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−3)を得た。MS−3の170℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約50倍であった。結果を表3に示す。
【0103】
[実施例4]
単量体成分の仕込み重量比を、アクリロニトリル/メタクリロニトリル=70/30になるように、単量体の仕込み量を変えたこと以外は、実施例3と同様にして、平均粒径が約30μm、粒径分布の変動係数が2.1%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−4)を得た。このMS−4の170℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約50倍であった。結果を表3に示す。
【0104】
[比較例4]
二官能架橋性単量体のジエチレングリコールジメタクリレート3.5gに代えて、三官能架橋性単量体のトリメタクリル酸トリメチロールプロパン0.6g(架橋性単量体使用量=単量体成分の0.3重量%)を用いたこと以外は、実施例3と同様にして、平均粒径が約30μm、粒径分布の変動係数が1.6%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−D)を得た。このMS−Dの170℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約50倍であった。結果を表3に示す。
【0105】
[比較例5]
二官能架橋性単量体のジエチレングリコールジメタクリレート3.5gに代えて、三官能架橋性単量体のトリメタクリル酸トリメチロールプロパン0.6g(架橋性単量体使用量=単量体成分の0.3重量%)を用いたこと以外は、実施例4と同様にして、平均粒径が約30μm、粒径分布の変動係数が1.9%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−E)を得た。このMS−Eの170℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約50倍であった。結果を表3に示す。
【0106】
【表3】
Figure 0003670980
【0107】
(脚注)
(*1)PVC50部/DOP50部/熱発泡性マイクロスフェアー3部からなる混合物100gを120℃の回転ロールにて2分間混練して調製した1mm厚のシート
(*2)3×4cm角のシートを200℃のオーブン中で発泡させ、発泡前後の比重の測定値から発泡倍率(%)を算出した。
【0108】
(考察)
実施例3及び4の熱発泡性マイクロスフェアー(MS−3及びMS−4)を含有する各可塑化PVCシートは、それぞれ200℃/5分後に高度の発泡倍率を示し、200℃/10分後にも高い発泡倍率を維持している。これに対して、比較例4及び5の熱発泡性マイクロスフェアー(MS−D及びMS−E)を含有する各可塑化PVCシートは、120℃での発泡が著しく、200℃/5分後の発泡倍率が小さく、さらには、200℃/10分後の発泡倍率が著しく低下して、いわゆるヘタリ現象が観察された。
【0109】
[比較例6]
コロイダルシリカ5g、ジエタノールアミン−アジピン酸縮合生成物0.5g、亜硝酸ナトリウム0.12g、及び水が合計で600gになるように計量し、水系分散媒体を調製した。水系分散媒体のpHが3.2になるように、塩酸を添加して調整した。
【0110】
一方、アクリロニトリル120g、メタクリル酸メチル120g、三官能架橋性単量体のトリメタクリル酸トリメチロールプロパン0.4g、イソペンタン70g、及び2,2′−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)1.2gからなる重合性混合物を調製した(単量体成分の重量%=アクリロニトリル/メタクリル酸メチル=50/50、架橋性単量体使用量=単量体成分の0.2重量%)。この重合性混合物と水系分散媒体とを、図4に示す回分式高速回転高剪断型分散機で攪拌混合して重合性混合物の微小な液滴を調製した。
【0111】
この重合性混合物の微小な液滴を含有する水系分散媒体を、攪拌機付きの重合缶(1.5L)に仕込み、温水バスを用いて53℃で22時間反応させた。得られたpH6.3の反応生成物を濾過・水洗し、これを繰り返した後、乾燥して、平均粒径が14μm、粒径分布の変動係数が1.6%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−F)を得た。MS−Fの145℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約18倍であり、150℃での発泡倍率は、約12倍であった。結果を表4に示す。
【0112】
[実施例5]
三官能架橋性単量体のトリメタクリル酸トリメチロールプロパン0.4gの代わりに、二官能架橋性単量体のジエチレングリコールジメタクリレート3.2g(架橋性単量体使用量=単量体成分の1.6重量%)を用いたこと以外は、比較例6と同様にして平均粒径が約15μm、粒径分布の変動係数が1.7%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−5)を得た。このMS−5の145℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約40倍であり、150℃に発泡温度を上げても約40倍の最大発泡倍率を維持していた。結果を表4に示す。
【0113】
【表4】
Figure 0003670980
【0114】
[比較例7]
コロイダルシリカ8.8g、ジエタノールアミン−アジピン酸縮合生成物0.8g、亜硝酸ナトリウム0.13g、及び水が合計で528gになるように計量し、水系分散媒体を調製した。
【0115】
一方、塩化ビニリデン143g、アクリロニトリル66g、メタクリル酸メチル11g、トリメタクリル酸トリメチロールプロパン0.33g、イソプロピルパーオキシジカーボネート2.2g、及びイソブタン35.2gからなる重合性混合物を調製した(単量体成分の重量%=塩化ビニリデン/アクリロニトリル/メタクリル酸メチル=65/30/5、架橋性単量体使用量=単量体成分の0.15重量%)。次いで、この重合性混合物と上記で調製した水系分散媒体とを、図4に示す回分式高速回転高剪断型分散機で攪拌混合して、重合性混合物の微小な液滴を造粒した後、重合缶に仕込み、50℃で22時間反応させた。得られた反応生成物を濾過と水洗を繰り返し、平均粒径が約15μm、粒径分布の変動係数が1.6%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−G)を得た。このMS−Gは、120℃での発泡倍率(最大発泡倍率)が約50倍であったが、発泡温度を130℃に上げると、発泡倍率が約18倍に著しく低下した。結果を表5に示す。
【0116】
[実施例6]
三官能架橋性単量体のトリメタクリル酸トリメチロールプロパン0.33gの代わりに、二官能架橋性単量体のジエチレングリコールジメタクリレート3.5g(架橋性単量体使用量=単量体成分の1.6重量%)を用いたこと以外は、比較例7と同様にして平均粒径が約15μm、粒径分布の変動係数が1.7%である熱発泡性マイクロスフェアーMS−6を得た。このMS−6の120℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約50倍であり、発泡温度を130℃に上げても、約35倍の高い発泡倍率を示した。結果を表5に示す。
【0117】
【表5】
Figure 0003670980
【0118】
[実施例7]
三官能架橋性単量体のトリメタクリル酸トリメチロールプロパン0.67gに代えて、二官能架橋性単量体のジエチレングリコールジメタクリレート3.5g(架橋性単量体使用量=単量体成分の1.6重量%)を用い、この重合性混合物と水系分散媒体とを攪拌混合する際に、図2に示すように、水系分散媒体と重合性混合物をそれぞれ別の槽に保持し、そして、これらをある一定の比率で連続的に連続式高速回転高剪断型攪拌分散機を通過させた後、懸濁重合を行うこと以外は、比較例1と同様にして、平均粒径が約25μm、粒径分布の変動係数が0.3%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−7)を得た。MS−7の170℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約50倍であった。このMS−7を含有する可塑剤液は、140℃で8分間保持しても部分発泡しなかった。一方、実施例1のMS−1の場合は、8分間を過ぎるとやや部分発泡が認められ始めた。これは、架橋性単量体の種類と使用量の効果に加えて、MS−7の粒径分布がMS−1に比べてシャープであることに起因する。
【0119】
[実施例8]
重合性混合物と水系分散媒体とを攪拌混合する際に、図2に示すように、水系分散媒体と重合性混合物をそれぞれ別の槽に保持し、そして、これらをある一定の比率で連続的に連続式高速回転高剪断型分散機を通過させた後、懸濁重合を行うこと以外は、実施例3と同様にして、平均粒径が約30μm、粒径分布の変動係数が0.3%である粒径分布のシャープな熱発泡性マイクロスフェアー(MS−8)を得た。MS−8の170℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約50倍であった。
【0120】
実施例3のMS−3を含有する可塑化PVCシート(表3参照)は、120℃の回転ロールにて2分間混練して調製した1mm厚のシートの厚みが、MS−3を含有しない可塑化PVCシートに比べ10%程度厚みが増加した。これに対して、MS−8を含有する可塑化PVCシートは、120℃の回転ロールにて2分間混練して調製した1mm厚のシートの厚みが、MS−8を含有しない可塑化PVCシートに比べ殆ど厚み変化がなかった。つまり、MS−8は、ロール混練時の部分発泡特性に優れる(部分発泡しにくい)と言える。
【0121】
[実施例9]
重合性混合物と水系分散媒体とを攪拌混合する際に、図2に示すように、水系分散媒体と重合性混合物をそれぞれ別の槽に保持し、そして、これらをある一定の比率で連続的に連続式高速回転高剪断型分散機を通過させた後、懸濁重合を行うこと以外は、実施例5と同様にして、平均粒径が約15μm、粒径分布の変動係数が0.5%である粒径分布のシャープな熱発泡性マイクロスフェアー(MS−9)を得た。MS−9の145℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約40倍であり、150℃に発泡温度を上げても、約40倍の最大発泡倍率を維持していた。
【0122】
このMS−9とMS−5(実施例5)をそれぞれバインダー系での発泡倍率の測定方法に従い、両面アート紙に塗布した。これらのウエット塗布紙を乾燥機にて1℃/分の昇温速度で乾燥したところ、MS−5は、MS−9より低い温度で発泡してしまった。このことは、MS−9のような粒径分布のシャープな熱発泡性マイクロスフェアーを使用すると、加工速度がアップできる(高温で短時間で乾燥できる)ことを意味する。
【0123】
[実施例10]
重合性混合物と水系分散媒体とを攪拌混合する際に、図2に示すように、水系分散媒体と重合性混合物をそれぞれ別の槽に保持し、そして、これらをある一定の比率で連続的に連続式高速回転高剪断型分散機を通過させた後、懸濁重合を行うこと以外は、実施例6と同様にして、平均粒径が約15μm、粒径分布の変動係数が0.2%である粒径分布のシャープな熱発泡性マイクロスフェアー(MS−10)を得た。MS−10の120℃での発泡倍率(最大発泡倍率)は、約50倍であり、130℃に発泡温度を上げても、約35倍の最大発泡倍率を維持していた。ホットステージ付き顕微鏡で5℃/分の速度で昇温しながら、その発泡挙動を観察したところ、MS−10は、実施例6のMS−6に比べて発泡する温度が高かった。したがって、MS−10は、発泡がシャープに起きていると判断される。
【0124】
[実施例11]
イソペンタン41.8gに代えて、発泡剤としてイソペンタン/2,2,4-トリメチルペンタン(重量比=20/10)66gを用いたこと以外は、実施例8と同様にして、平均粒径が約30μm、粒径分布の変動係数が0.5%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−11)を得た。MS−11の180℃での発泡倍率は、約40倍であった。
【0125】
MS−11を含有する可塑化PVCシートは、120℃の回転ロールにて2分間混練して調製した1mm厚のシートの厚みが、MS−11を含有しない可塑化PVCシートに比べ殆ど厚み変化がなかった。つまり、MS−11は、ロール混練時の部分発泡特性に優れる(部分発泡しにくい)と言える。
【0126】
[実施例12]
イソペンタン41.8gに代えて、発泡剤としてイソペンタン/2,2,4-トリメチルペンタン(重量比=15/15)66gを用いたこと以外は、実施例8と同様にして、平均粒径が約31μm、粒径分布の変動係数が0.4%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−12)を得た。
【0127】
MS−12を含有する可塑化PVCシートは、120℃の回転ロールにて2分間混練して調製した1mm厚のシートの厚みが、MS−12を含有しない可塑化PVCシートに比べ殆ど厚み変化がなかった。つまり、MS−12は、ロール混練時の部分発泡特性に優れる(部分発泡しにくい)と言える。
【0128】
[実施例13]
イソペンタン41.8gに代えて、発泡剤としてイソペンタン/2,2,4-トリメチルペンタン(重量比=10/20)66gを用いたこと以外は、実施例8と同様にして、平均粒径が約30μm、粒径分布の変動係数が0.3%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−13)を得た。
【0129】
MS−13を含有する可塑化PVCシートは、120℃の回転ロールにて2分間混練して調製した1mm厚のシートの厚みが、MS−13を含有しない可塑化PVCシートに比べ殆ど厚み変化がなかった。つまり、MS−13は、ロール混練時の部分発泡特性に優れる(部分発泡しにくい)と言える。
【0130】
[実施例14]
イソペンタン41.8gに代えて、発泡剤としてイソペンタン/2,2,4-トリメチルペンタン(重量比=6/24)66gを用いたこと以外は、実施例8と同様にして、平均粒径が約30μm、粒径分布の変動係数が0.5%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−14)を得た。
【0131】
[実施例15]
イソペンタン41.8gに代えて、発泡剤として2,2,4-トリメチルペンタン66gを用いたこと以外は、実施例3と同様にして、平均粒径が約29μm、粒径分布の変動係数が0.2%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−15)を得た。
【0132】
[実施例16]
イソペンタン41.8gに代えて、発泡剤としてヘプタン66gを用いたこと以外は、実施例3と同様にして、平均粒径が約32μm、粒径分布の変動係数が0.3%である熱発泡性マイクロスフェアー(MS−16)を得た。
【0133】
[実施例17]
上記の実施例で調製したサンプルMS−3、MS−11〜MS−15についてTMA測定を行った。結果を表6に示す。
【0134】
【表6】
Figure 0003670980
(*)膨張による変位量の相対比較
【0135】
[実施例18]
比較例4で調製したMS−D、及び実施例14〜16で調製したMS−14〜16を、水99gにそれぞれ1g分散した後、100℃で10分間煮沸した。水面に発泡した粒子が浮いているかを観察し、その結果を表7に示す。
【0136】
【表7】
Figure 0003670980
【0137】
【発明の効果】
本発明によれば、強い剪断力が加えられる混練加工、カレンダー加工、押出加工、射出成形などの加工に適した熱発泡性マイクロスフェアーとその製造方法が提供される。また、本発明によれば、重合体から形成された外殻の弾性率の温度依存性が小さい熱発泡性マイクロスフェアーとその製造方法が提供される。本発明の熱発泡性マイクロスフェアーは、加工の適性温度域が広く、耐薬品性や耐溶剤性と発泡特性の保持能力が高い。さらに、本発明によれば、前記諸特性を有することに加えて、粒径分布の変動係数が極めて小さく、発泡がシャープな熱発泡性マイクロスフェアーが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、熱発泡性マイクロスフェアーの外殻重合体の弾性率と測定温度との関係を示すグラフである。
【図2】図2は、連続式高速回転高剪断型分散機を用いた熱発泡性マイクロスフェアーの製造方法の一例を示す説明図である。
【図3】図3は、連続式高速回転高剪断型分散機を用いた熱発泡性マイクロスフェアーの製造方法の他の例を示す説明図である。
【図4】図4は、回分式高速回転高剪断型分散機を用いた熱発泡性マイクロスフェアーの製造方法の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
1:水系分散媒体
2:単量体混合物
3:槽
4:槽
5:ポンプ
6:ライン
7:ポンプ
8:ライン
9:連続式高速回転高剪断型攪拌分散機
10:ライン
11:重合槽
12:分散槽
13:ポンプ
14:ライン
15:ライン
16:回分式高速回転高剪断型分散機
17:ポンプ
18:ライン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat-foamable microsphere having a structure in which a foaming agent is enclosed in an outer shell formed of a polymer, and more particularly, a heat-foamable microsphere with significantly improved processing characteristics, and It relates to the manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Thermally foamable microspheres, also called thermally expandable microcapsules, are used in various fields such as paints and plastic fillers for weight reduction, including applications in foamed inks. ing. Thermally foamable microspheres are usually obtained by microencapsulating a volatile liquid foaming agent with a polymer. Such blowing agents are also called physical blowing agents or volatile swelling agents. If desired, a chemical foaming agent that decomposes when heated to generate gas may be used. Thermally foamable microspheres can generally be produced by a suspension polymerization method of a polymerizable mixture containing at least a foaming agent and a polymerizable monomer in an aqueous medium. As the polymerization reaction proceeds, an outer shell is formed by the produced polymer, and a thermally foamable microsphere having a structure in which a foaming agent is enclosed in the outer shell is obtained.
[0003]
As the polymer forming the outer shell, a thermoplastic resin having a good gas barrier property is generally used. The polymer forming the outer shell softens when heated. As the foaming agent, one that is gaseous at a temperature below the softening point of the polymer is selected. When the heat-foamable microsphere is heated, the foaming agent vaporizes and expands and acts on the outer shell, but at the same time, the elastic modulus of the polymer forming the outer shell rapidly decreases. Therefore, sudden expansion occurs at a certain temperature. This temperature is called the foaming temperature. That is, when the thermally foamable microsphere is heated to the foaming temperature, it expands itself to form closed cells (foam particles).
[0004]
Thermally expandable microspheres have been developed for use in a wide range of fields as a designability-imparting agent, a functionality-imparting agent, a weight-reducing agent, and the like by utilizing the property of forming closed cells. In addition, as higher performance is required in each application field, the required level for thermally foamable microspheres is also increasing. Improvement in processing characteristics is an example of the required performance for thermally foamable microspheres.
[0005]
For example, a composition in which a thermoplastic foam is blended with a thermoplastic resin is kneaded, calendered, extruded, or injection molded, and the thermally foamable microsphere is foamed in the process to reduce the weight. There is a method for obtaining a molded article or sheet having a design or design. However, in the case of thermally foamable microspheres, the polymer layer of the outer shell becomes very thin as the volume expands during foaming, and the elasticity of the polymer that forms the outer shell due to high temperature and high shearing force due to processing. Since the rate suddenly drops and the outer shell becomes soft, the heat-foamable microspheres were easily destroyed and it was extremely difficult to achieve the intended purpose.
[0006]
In addition, the heat-foamable microsphere has a problem that an appropriate temperature range for processing is very narrow because the temperature dependence of the elastic modulus of the polymer forming the outer shell is large. Furthermore, conventional heat-foamable microspheres have poor resistance (solvent resistance, chemical resistance) to polar solvents and plasticizers, and for example, their use in fields commonly used with polar organic solvents has been limited.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-60868 discloses a soft vinyl chloride resin composition for foam extrusion molding in which a thermally expandable microcapsule is blended with a vinyl chloride resin containing a plasticizer. In JP-A-2000-17103, as a first step, a resin composition containing a thermoplastic resin having a melting point or a softening point of 100 ° C. or less and a thermally expandable microcapsule that expands at 100 to 200 ° C. A method for producing a resin composition is disclosed in which the obtained resin composition is added to a thermoplastic resin and kneaded or molded as a second step.
[0008]
However, in fact, in order for the thermally foamable microspheres to be applicable to such foam extrusion molding and kneading / molding, in addition to having an outer shell having a high foaming temperature and excellent heat resistance, The temperature dependence of the elastic modulus of the polymer forming the outer shell is small, the appropriate temperature range for processing is large, and the resistance to polar solvents and plasticizers is excellent.
[0009]
Conventionally, as a method for producing heat-foamable microspheres having high heat resistance, a polymer layer of an outer shell is obtained by adding a crosslinkable monomer to a polymerizable monomer composed of a vinyl monomer and polymerizing it. Have been proposed (Japanese Patent Publication No. 42-26524, Japanese Patent Publication No. 5-15499, Japanese Patent No. 2894990, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-285376). By using a crosslinkable monomer, a crosslinked structure is introduced into the polymer forming the outer shell, thereby improving the heat resistance and melt fluidity of the thermally foamable microsphere.
[0010]
However, when the degree of crosslinking of the polymer forming the outer shell is increased, the thermal expansion of the thermally foamable microspheres is impaired. Therefore, in each of the examples of these prior art documents, the crosslinking agent is used as a polymerizable monomer. It is only used in a very small proportion of 1% by weight or less, preferably 0.2 to 0.6% by weight. However, if the proportion of the crosslinking agent used is small, it is not possible to obtain thermally foamable microspheres with sufficiently improved processing characteristics. Moreover, since the outer shell formed from the conventional crosslinked polymer has a large temperature dependence of the elastic modulus, the appropriate temperature range for processing is very narrow and the processing characteristics are inferior. Furthermore, the outer shell formed from a conventional crosslinked polymer has insufficient resistance to polar solvents and plasticizers. In addition, since the outer shell formed from the conventional crosslinked polymer is actually limited to a polymer having a specific composition, the thermally foamable microsphere having excellent compatibility with the thermoplastic resin to be used. It was difficult to design.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a thermally foamable microsphere suitable for processing such as kneading processing, calendering processing, extrusion processing, injection molding and the like to which a strong shearing force is applied, and a method for producing the same.
[0012]
In particular, an object of the present invention is to provide a thermally foamable microsphere having a small temperature dependence of the elastic modulus of an outer shell formed from a polymer and having a wide processing temperature range and a method for producing the same.
[0013]
Another object of the present invention is to provide a heat-foamable microsphere having high resistance (chemical resistance, solvent resistance) and foaming property retention ability to polar solvents and plasticizers, and a method for producing the same. It is in.
[0014]
As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have found that the outer shell of the thermally foamable microspheres exceeds 1% by weight based on the polymerizable monomer and the polymerizable monomer. Surprisingly, by forming a polymer obtained by polymerizing a crosslinkable monomer in a proportion of less than% by weight, the thermal foaming property has been remarkably improved without sacrificing the thermal expansibility. I found out that microspheres can be obtained. As the crosslinkable monomer, a bifunctional crosslinkable monomer is preferable, and a compound having a structure in which two polymerizable carbon-carbon double bonds are connected via a flexible chain is particularly preferable. The present invention has been completed based on these findings.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  According to the present invention, in a thermally foamable microsphere having a structure in which a foaming agent is enclosed in an outer shell formed of a polymer,
(1) The outer shell formed from the polymer has a ratio of more than 1% by weight and less than 5% by weight based on the polymerizable monomer and the polymerizable monomer.Bifunctional having two polymerizable carbon-carbon double bondsIt is formed from a polymer obtained by polymerizing a crosslinkable monomer, and
(2) Maximum expansion ratio is 5 times or more
A thermally foamable microsphere characterized by the above is provided.
[0016]
  Further, according to the present invention, the polymer is formed from the resulting polymer by suspension polymerization of a polymerizable mixture containing at least a foaming agent, a polymerizable monomer, and a crosslinkable monomer in an aqueous dispersion medium. In a method for producing a foamable microsphere having a structure in which a foaming agent is enclosed in an outer shell, the proportion is more than 1% by weight and less than 5% by weight based on the polymerizable monomer.Bifunctional having two polymerizable carbon-carbon double bondsProvided is a method for producing a thermally foamable microsphere characterized by suspension polymerization of a polymerizable mixture containing a crosslinkable monomer to obtain a thermally foamable microsphere having a maximum foaming ratio of 5 times or more. Is done.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1.Method for producing thermally foamable microspheres
  The thermally foamable microsphere of the present invention is obtained by suspension polymerization of a polymerizable mixture containing at least a foaming agent, a polymerizable monomer, and a crosslinkable monomer in an aqueous dispersion medium, and from the resulting polymer. In a method for producing a thermally foamable microsphere having a structure in which a foaming agent is enclosed in a formed outer shell, the proportion is more than 1% by weight and less than 5% by weight based on the polymerizable monomer.Bifunctional crosslinkable monomer having two polymerizable carbon-carbon double bondsCan be obtained by suspension polymerization of a polymerizable mixture containing. Type of polymerizable monomer,Crosslinkable monomerBy adjusting the type and ratio of use, it is possible to obtain a thermally foamable microsphere having a maximum expansion ratio of 5 times or more, preferably 10 times or more. In the present invention, the maximum expansion ratio means the expansion ratio at the expansion temperature at which the maximum expansion ratio of the thermally foamable microsphere is obtained. A method for measuring the maximum expansion ratio will be described later.
[0018]
(1) Foaming agent
The foaming agent used in the present invention is usually a substance that becomes gaseous at a temperature below the softening point of the polymer forming the outer shell. As such a foaming agent, a low-boiling organic solvent having a boiling point of usually 150 ° C. or lower, preferably 130 ° C. or lower, more preferably 120 ° C. or lower, particularly preferably 110 ° C. or lower is suitable.
[0019]
Specific examples of the blowing agent together with the boiling point are ethane (−89 ° C.), ethylene (−102.4 ° C.), propane (−42.1 ° C.), propene (−47.7 ° C.), n-butane (− 0.5 ° C), isobutane (-12 ° C), butene (-6.47 ° C), isobutene (-6.6 ° C), n-pentane (36 ° C), isopentane (27.85 ° C), neopentane (9 0.5 ° C), 2,2,4-trimethylpentane (99.25 ° C), n-hexane (69 ° C), isohexane (60.3 ° C), petroleum ether (27-67 ° C), heptane (98.4). C)), etc .; CClThreeChlorofluorocarbons such as F (23.8 ° C.); tetraalkylsilanes such as tetramethylsilane (26.6 ° C.); These foaming agents can be used alone or in combination of two or more.
[0020]
In particular, when a heat-foamable microsphere that is not easily broken under high temperature and high shear conditions during processing is desired, for example, boiling point of n-hexane, isohexane, heptane, 2,2,4-trimethylpentane, etc. Is preferably foamed using a hydrocarbon foaming agent having a temperature of 60 ° C. or higher. Among these, it is particularly preferable to use a hydrocarbon-based blowing agent having a boiling point of 70 ° C. or higher, such as heptane and 2,2,4-trimethylpentane. The boiling point range of these foaming agents is preferably 60 to 130 ° C, more preferably 60 to 120 ° C, and particularly preferably 70 to 110 ° C.
[0021]
The hydrocarbon-based blowing agents having a boiling point of 60 ° C. or higher may be used alone, but when used in combination with a hydrocarbon-based blowing agent having a boiling point of less than 60 ° C., a higher expansion ratio can be obtained. . That is, when the same amount of foaming agent is used, the low-boiling point hydrocarbon-based foaming agent of less than 60 ° C. contributes to an increase in the expansion ratio because the number of moles increases, and the hydrocarbon-based foaming having a boiling point of 60 ° C. or more. The agent contributes to heat resistance and foaming characteristics at higher temperatures. The proportion of the hydrocarbon-based blowing agent having a boiling point of 60 ° C. or higher is preferably 10% by weight to 100% by weight, more preferably 15% by weight to 95% by weight, particularly preferably, based on the total weight of the foam. 20% by weight or more and 90% by weight or less.
[0022]
(2) Polymerizable monomer and polymer
Examples of polymerizable monomers include acrylic acid esters such as methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, and dicyclopentenyl acrylate; methacrylic acid such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, and isobornyl methacrylate. Esters; vinyl monomers such as acrylonitrile, methacrylonitrile, vinylidene chloride, vinyl chloride, styrene, vinyl acetate, α-methylstyrene, chloroprene, neoprene, butadiene and the like. These polymerizable monomers can be used alone or in combination of two or more.
[0023]
As the thermally foamable microspheres, those in which the polymer forming the outer shell is thermoplastic and has gas barrier properties are preferred. From these viewpoints, vinylidene chloride (co) polymer and (meth) acrylonitrile (co) polymer are preferable as the polymer forming the outer shell.
[0024]
As the vinylidene chloride (co) polymer, a (co) polymer obtained by using, as a polymerizable monomer, vinylidene chloride alone or a mixture of vinylidene chloride and a vinyl monomer copolymerizable therewith is used. Can be mentioned. Examples of the monomer copolymerizable with vinylidene chloride include acrylonitrile, methacrylonitrile, methacrylic acid ester, acrylic acid ester, styrene, and vinyl acetate.
[0025]
Such vinylidene chloride (co) polymers include, as polymerizable monomers, (A) 30-100% by weight of vinylidene chloride, and (B) acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, styrene. And a (co) polymer obtained using 0 to 70% by weight of at least one monomer selected from the group consisting of vinyl acetate. If the copolymerization ratio of vinylidene chloride is less than 30% by weight, the gas barrier property of the outer shell is too low, which is not preferable.
[0026]
The vinylidene chloride (co) polymer has, as a polymerizable monomer, (A1) 40 to 80% by weight of vinylidene chloride, and (B1) at least one monomer selected from the group consisting of acrylonitrile and methacrylonitrile. A copolymer obtained by using 0 to 60% by weight of the polymer and 0 to 60% by weight of at least one monomer selected from the group consisting of (B2) acrylic acid ester and methacrylic acid ester is preferable. By setting it as such a copolymer, design of foaming temperature is easy and it is easy to achieve a high foaming ratio.
[0027]
When solvent resistance or foamability at high temperature is desired, it is preferable to form the outer shell with a (meth) acrylonitrile (co) polymer. The (meth) acrylonitrile (co) polymer is obtained by using (meth) acrylonitrile alone or (meth) acrylonitrile and a vinyl monomer copolymerizable therewith as the polymerizable monomer (co). A polymer can be mentioned. Examples of the vinyl monomer copolymerizable with (meth) acrylonitrile include vinylidene chloride, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, styrene, and vinyl acetate.
[0028]
As such (meth) acrylonitrile (co) polymer, as a polymerizable monomer, (C) at least one monomer selected from the group consisting of acrylonitrile and methacrylonitrile, 30 to 100% by weight, (D) A (co) polymer obtained using 0 to 70% by weight of at least one monomer selected from the group consisting of vinylidene chloride, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, styrene, and vinyl acetate is preferred. When the copolymerization ratio of (meth) acrylonitrile is less than 30% by weight, the solvent resistance and heat resistance are insufficient.
[0029]
(Meth) acrylonitrile (co) polymer has a high proportion of (meth) acrylonitrile and a high foaming temperature (co) polymer, a small proportion of (meth) acrylonitrile and a low foaming temperature (co) heavy Can be divided into coalescence. As the (co) polymer having a large use ratio of (meth) acrylonitrile, as a polymerizable monomer, at least one monomer selected from the group consisting of (C) acrylonitrile and methacrylonitrile is 80 to 100% by weight. (D) a (co) polymer obtained using 0 to 20% by weight of at least one monomer selected from the group consisting of vinylidene chloride, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, styrene, and vinyl acetate. Can be mentioned. On the other hand, the (co) polymer with a small proportion of (meth) acrylonitrile used is at least 30% by weight of at least one monomer selected from the group consisting of (C) acrylonitrile and methacrylonitrile as a polymerizable monomer. Obtained by using less than 80% by weight and (D) at least one monomer selected from the group consisting of vinylidene chloride, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, styrene, and vinyl acetate in excess of 20% by weight and 70% by weight or less. And a copolymer obtained.
[0030]
The (meth) acrylonitrile (co) polymer has, as a polymerizable monomer, 51 to 100% by weight of at least one monomer selected from the group consisting of (C1) acrylonitrile and methacrylonitrile, and (D1) A (co) polymer obtained using 0 to 40% by weight of vinylidene chloride and 0 to 48% by weight of at least one monomer selected from the group consisting of (D2) acrylic acid ester and methacrylic acid ester is preferable. .
[0031]
When a (co) polymer containing no vinylidene chloride is desired as the outer shell polymer, (E) at least one monomer selected from the group consisting of acrylonitrile and methacrylonitrile is used as the polymerizable monomer. (Meth) acrylonitrile (co) heavy obtained using 30 to 100% by weight of the body and 0 to 70% by weight of at least one monomer selected from the group consisting of (F) acrylates and methacrylates Coalescence is preferred. The polymerizable monomer is at least selected from the group consisting of (E1) acrylonitrile 1 to 99% by weight, (E2) methacrylonitrile 1 to 99% by weight, and (F) an acrylate ester and a methacrylate ester. Copolymers obtained using 0 to 70% by weight of a single monomer are preferred.
[0032]
Furthermore, in order to obtain thermally foamable microspheres with particularly excellent processability, foamability, gas barrier properties, and solvent resistance, the outer shell (meth) acrylonitrile (co) polymer is used as a polymerizable monomer. , (E1) acrylonitrile 20 to 80% by weight, (E2) methacrylonitrile 20 to 80% by weight, and (F) at least one monomer selected from the group consisting of acrylates and methacrylates 0 to 20 It is preferable that it is a copolymer obtained by using% by weight.
[0033]
(3) Crosslinkable monomer
  In the present invention, in addition to the polymerizable monomer as described above, a crosslinkable monomer is used in order to improve processing characteristics, foaming characteristics, heat resistance, solvent resistance (chemical resistance) and the like. As a crosslinkable monomer,TwoA polyfunctional compound having a polymerizable carbon-carbon double bond is used. Examples of the polymerizable carbon-carbon double bond include a vinyl group, a methacryl group, an acrylic group, and an allyl group. 2HornThe polymerizable carbon-carbon double bonds may be the same or different from each other.
[0034]
  Specifically, examples of the crosslinkable monomer include aromatic divinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene, and derivatives thereof; and diethylenically unsaturated compounds such as ethylene glycol di (meth) acrylate and diethylene glycol di (meth) acrylate. Bifunctional crosslinks such as carboxylic acid esters; (meth) acrylates derived from aliphatic terminal alcohols such as 1,4-butanediol and 1,9-nonanediol; divinyl compounds such as N, N-divinylaniline and divinyl ether; Sexual monomer.
[0035]
Among the crosslinkable monomers, a bifunctional crosslinkable monomer having two polymerizable carbon-carbon double bonds is preferable from the viewpoint of easily balancing the foamability and processing characteristics. In the case of a trifunctional or higher polyfunctional crosslinkable monomer, when the ratio of use increases, the polymer forming the outer shell loses its properties as a thermoplastic resin, and foaming may not occur even when heated.
[0036]
The bifunctional crosslinkable monomer may be directly or indirectly via a flexible chain derived from a diol compound selected from the group consisting of polyethylene glycol, polypropylene glycol, alkyl diol, alkyl ether diol, and alkyl ester diol. In particular, the compound is preferably a compound having a structure in which two polymerizable carbon-carbon double bonds are linked.
[0037]
When a bifunctional crosslinkable monomer having such a flexible chain is used as a crosslinkable monomer in a proportion of more than 1% by weight and 5% by weight or less, while maintaining a high expansion ratio, The temperature dependence of the modulus of elasticity of the polymer can be reduced, and even in the process of kneading, calendering, extrusion, injection molding, etc., even when subjected to shearing force, the outer shell breaks down or the inclusion gas It is possible to obtain a thermally foamable microsphere that hardly dissipates.
[0038]
When a bifunctional crosslinkable monomer having a flexible chain is used at a specific ratio, it is presumed that good scratch-hardening physical properties can be imparted to the outer shell polymer layer. Strain curability is a characteristic that requires a larger deformation stress in order to further deform as the amount of deformation increases. That is, as the foaming starts and proceeds, the outer polymer layer is stretched. At that time, not only the thinned portion of the polymer layer is further stretched by the deformation stress, but the thick portion of the polymer layer that is still small in deformation and small in deformation stress is preferentially stretched. Thereby, even if the degree of cross-linking of the outer shell polymer layer is high, a high expansion ratio can be obtained. In addition, since the thickness of the outer shell polymer layer is uniform, the temperature, shearing force, and resistance to solvents are increased. On the other hand, if the site connecting the polymerizable carbon-carbon double bonds has a rigid structure, or if the amount of the crosslinkable monomer used is too large, the curability of the strain becomes too large, and the expansion ratio If it drops significantly or is severe, it will not foam at all.
[0039]
Examples of the bifunctional crosslinkable monomer having a structure in which two polymerizable carbon-carbon double bonds are linked via the above-described flexible chain include polyethylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meta) ) Acrylate, alkyl diol di (meth) acrylate, alkyl ether diol di (meth) acrylate, alkyl ester diol di (meth) acrylate, and mixtures of two or more thereof.
[0040]
More specifically, examples of the bifunctional crosslinkable monomer include polyethylene glycol di (meth) acrylates such as diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, and tetraethylene glycol di (meth) acrylate [ethylene oxide Unit (-CH2 CH2 O-) usually 2 to 15]; polypropylene glycol di (meth) acrylate such as dipropylene glycol di (meth) acrylate, tripropylene glycol di (meth) acrylate, tetrapropylene glycol di (meth) acrylate [propylene oxide unit [-CH (CHThree ) CH2 O-] or [-CH2 CH (CHThree ) O-] is usually 2 to 20]; ethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, 1,3-propanediol di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) Acrylate, 1,3-butylene diol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, 1,9-nonanediol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, 3-methyl -1,5-pentanediol di (meth) acrylate, 2-methyl-1,8-octanediol di (meth) acrylate, 2,4-diethyl-1,5-pentanediol di (meth) acrylate, 2-hydroxy Alkyldiols such as -1,3-propanediol di (meth) acrylate (Meth) acrylate (refractive chain is composed of aliphatic carbon, and usually has 2 to 20 carbon atoms in the connecting portion); alkyl ether diol such as 3-oxa-1,6-hexanediol di (meth) acrylate Di (meth) acrylate [flexible chain is composed of aliphatic carbon and ether bond. When there is one ether bond (-R1 -O-R2 -) Is usually not the same for each aliphatic carbon (R1 ≠ R2 ). ] Alkyl ester diol di (meth) acrylate such as neopentyl glycol di (meth) acrylate hydroxypivalate [a flexible chain is composed of aliphatic carbon and an ester bond. (-R1 -COO-R2 -)]; And the like.
[0041]
The lower limit of the use ratio of the crosslinkable monomer is based on the polymerizable monomer (polymerizable monomer = 100 wt%), more than 1 wt%, preferably 1.1 wt%, more preferably 1.2% by weight, particularly preferably 1.3% by weight. The upper limit of the proportion of the crosslinkable monomer used is 5% by weight, preferably 4% by weight, more preferably 3% by weight. In particular, in the case of using a bifunctional copolymerizable monomer having a structure in which two polymerizable carbon-carbon double bonds are linked via the flexible chain, in many cases, a crosslinkable monomer is used. Good results can be easily obtained when the proportion of is in the range of 1.4 to 4% by weight, and further 1.5 to 3% by weight.
[0042]
When the use ratio of the crosslinkable monomer is 1% by weight or less, only processing characteristics similar to those of the conventional thermally foamable microsphere can be obtained. On the other hand, if the use ratio of the crosslinking agent is excessive, the outer shell polymer loses its thermoplasticity and foaming becomes difficult.
[0043]
(4) Polymerization initiator
The polymerization initiator is not particularly limited, and those generally used in this field can be used, but an oil-soluble polymerization initiator that is soluble in the polymerizable monomer is preferable. More specifically, examples of the polymerization initiator include dialkyl peroxide, diacyl peroxide, peroxyester, peroxydicarbonate, and azo compound. The polymerization initiator is usually contained in the monomer mixture. However, when it is necessary to suppress early polymerization, a part or all of the polymerization initiator is added to the aqueous dispersion medium during or after the granulation step. It may be added and transferred into droplets of the polymerizable mixture. The polymerization initiator is usually used in a proportion of 0.0001 to 3% by weight based on the aqueous dispersion medium.
[0044]
(5) Aqueous dispersion medium
Suspension polymerization is usually carried out in an aqueous dispersion medium containing a dispersion stabilizer. Examples of the dispersion stabilizer include inorganic fine particles such as silica and magnesium hydroxide. In addition, auxiliary stabilizers such as a condensation product of diethanolamine and an aliphatic dicarboxylic acid, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene oxide, various emulsifiers and the like can be used. The dispersion stabilizer is usually used at a ratio of 0.1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymerizable monomer.
[0045]
An aqueous dispersion medium containing a dispersion stabilizer is usually prepared by blending a dispersion stabilizer or an auxiliary stabilizer with deionized water. The pH of the aqueous phase at the time of polymerization is appropriately determined depending on the type of dispersion stabilizer and auxiliary stabilizer used. For example, when silica such as colloidal silica is used as a dispersion stabilizer, polymerization is performed in an acidic environment. In order to make the aqueous dispersion medium acidic, an acid is added as necessary to adjust the pH of the system to 6 or less, preferably about pH 3-4. In the case of a dispersion stabilizer that dissolves in an aqueous dispersion medium in an acidic environment such as magnesium hydroxide or calcium phosphate, the polymerization is performed in an alkaline environment.
[0046]
One preferred combination of dispersion stabilizers is a combination of colloidal silica and a condensation product. As the condensation product, a condensation product of diethanolamine and an aliphatic dicarboxylic acid is preferable, and a condensation product of diethanolamine and adipic acid or a condensation product of diethanolamine and itaconic acid is particularly preferable. The acid value of the condensation product is preferably 60 or more and less than 95, and more preferably 65 to 90. Furthermore, when an inorganic salt such as sodium chloride or sodium sulfate is added, a thermally foamable microsphere having a more uniform particle shape can be easily obtained. As the inorganic salt, sodium chloride is usually preferably used.
[0047]
Although the usage-amount of colloidal silica changes also with the particle diameter, it is a ratio of 1-20 weight part normally with respect to 100 weight part of polymerizable monomers, Preferably it is a ratio of 2-15 weight part. The condensation product is usually used at a ratio of 0.05 to 2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymerizable monomer. The inorganic salt is used in a ratio of 0 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymerizable monomer.
[0048]
Another preferred combination of the dispersion stabilizer includes a combination of colloidal silica and a water-soluble nitrogen-containing compound. Among these, a combination of colloidal silica and polyvinylpyrrolidone is preferably used. Furthermore, another preferred combination is a combination of magnesium hydroxide and / or calcium phosphate and an emulsifier.
[0049]
As a dispersion stabilizer, a hardly water-soluble metal hydroxide (for example, obtained by reaction in a water phase of a water-soluble polyvalent metal salt compound (for example, magnesium chloride) and an alkali metal hydroxide (for example, sodium hydroxide)) , Magnesium hydroxide) colloid. Moreover, as calcium phosphate, the reaction product in the aqueous phase of sodium phosphate and calcium chloride can be used.
[0050]
Although an emulsifier is not generally used, an anionic surfactant such as a dialkyl sulfosuccinate or a polyoxyethylene alkyl (allyl) ether phosphate may be used if desired.
[0051]
As the polymerization aid, at least one compound selected from the group consisting of alkali metal nitrite, stannous chloride, stannic chloride, water-soluble ascorbic acids, and boric acid can be present in the aqueous dispersion medium. . When suspension polymerization is performed in the presence of these compounds, polymerization particles do not agglomerate at the time of polymerization, the polymer does not adhere to the polymerization can wall, and is stable while efficiently removing heat generated by polymerization. Thus, a thermally foamable microsphere can be produced.
[0052]
Among the alkali metal nitrites, sodium nitrite and potassium nitrite are preferable in terms of availability and price. Examples of ascorbic acids include ascorbic acid, metal salts of ascorbic acid, esters of ascorbic acid, and the like. Among these, water-soluble ones are preferably used. Here, water-soluble ascorbic acids have a solubility in water at 23 ° C. of 1 g / 100 cm.Three It means the above, and ascorbic acid and its alkali metal salt are preferable. Among these, L-ascorbic acid (vitamin C), sodium ascorbate, and potassium ascorbate are particularly preferably used in terms of availability, price, and action and effect. These compounds are generally used in a proportion of 0.001 to 1 part by weight, preferably 0.01 to 0.1 part by weight, per 100 parts by weight of the polymerizable monomer.
[0053]
(6) Suspension polymerization
The order of adding each component to the aqueous dispersion medium is arbitrary, but usually an aqueous dispersion containing a dispersion stabilizer by adding water and a dispersion stabilizer, and if necessary, a stabilizer or a polymerization assistant. Prepare the medium. On the other hand, the foaming agent, the polymerizable monomer, and the crosslinkable monomer may be separately integrated in the aqueous dispersion medium in addition to the aqueous dispersion medium to form a polymerizable mixture (oil-based mixture). Usually, these are mixed in advance and then added to the aqueous dispersion medium. The polymerization initiator can be used by adding it to the polymerizable monomer in advance, but when it is necessary to avoid early polymerization, for example, the polymerizable mixture is added to the aqueous dispersion medium and stirred. However, a polymerization initiator may be added and integrated in an aqueous dispersion medium. The polymerization mixture and the aqueous dispersion medium may be mixed in a separate container, mixed with a stirrer or a disperser having high shearing force, and then charged into a polymerization can.
[0054]
By stirring and mixing the polymerizable mixture and the aqueous dispersion medium, droplets of the polymerizable mixture are granulated in the aqueous dispersion medium. The average particle diameter of the droplets is preferably approximately the same as the average particle diameter of the target thermally foamable microsphere, but is usually about 3 to 100 μm. In order to obtain a heat-foamable microsphere having a very sharp particle size distribution, an aqueous dispersion medium and a polymerizable mixture are fed into a continuous high-speed rotation / high shear type agitator / disperser, and both are continuously fed in the agitator / disperser. It is preferable to employ a method in which the obtained dispersion is poured into a polymerization tank and suspension polymerization is performed in the polymerization tank after being stirred and dispersed.
[0055]
More specifically, in the step of supplying the aqueous dispersion medium and the polymerizable mixture into the continuous high-speed rotation and high shear type stirring and dispersing machine, (1) the aqueous dispersion medium and the polymerizable mixture are separately flowed at a certain ratio. In the continuous high-speed rotation high shear type stirring and dispersing machine, and (2) the aqueous dispersion medium and the polymerizable mixture are injected into the dispersing tank, and both are stirred in the dispersing tank for primary dispersion. Then, there is a method of supplying the obtained primary dispersion into a continuous high-speed rotation high-shearing type stirring and dispersing machine.
[0056]
In the method of (1), for example, as shown in FIG. 2, in the step of supplying the aqueous dispersion medium and the polymerizable mixture into the continuous high-speed rotation high shear type stirring and dispersing machine, the aqueous dispersion medium 1 and the polymerizable mixture 2 are As separate flows, they are continuously fed into a continuous high speed rotating high shear type stirring and dispersing machine at a constant ratio. Specifically, the aqueous dispersion medium 1 is held in the storage tank 3, and the polymerizable mixture 2 is held in the storage tank 4. The aqueous dispersion medium 1 is supplied from the line 6 using the pump 5 and the polymerizable mixture 2 is supplied from the line 8 using the pump 7 as separate flows into the continuous high-speed rotation high shear type stirring and dispersing machine 9. The supply ratio of the aqueous dispersion medium 1 and the polymerizable mixture 2 is usually in the range of 1: 1 to 6: 1, more preferably in the range of 2: 1 to 4: 1. Both are continuously stirred and dispersed in the stirring and dispersing machine 9, and then the obtained dispersion is injected into the polymerization tank 11 through the line 10, and suspension polymerization is performed in the polymerization tank 11.
[0057]
In the method (2), as shown in FIG. 3, the aqueous dispersion medium 1 and the polymerizable mixture 2 are dispersed in the step of supplying the aqueous dispersion medium and the polymerizable mixture into the continuous high-speed rotation high shear type stirring and dispersing machine. It inject | pours in the tank 12, and stirs both in the dispersion tank 12, and makes primary dispersion | distribution. The dispersion tank 12 is usually provided with a general stirring blade. The ratio of the aqueous dispersion medium 1 to the heavy mixture 2 is usually in the range of 1: 1 to 6: 1, more preferably in the range of 2: 1 to 4: 1. The primary dispersion obtained by stirring in the dispersion tank is supplied into the continuous high-speed rotation high shear type stirring and dispersing machine 9 through the line 14 using the pump 13. After the primary dispersion is further stirred and dispersed in the stirring and dispersing machine 9, the obtained dispersion is poured into the polymerization tank 11 through the line 15, and suspension polymerization is performed in the polymerization tank 11. According to the above method (2), it is possible to stably obtain a thermally foamable microsphere having a sharp particle size distribution.
[0058]
By adopting such a method, the average particle size is 3 to 100 μm, and the variation coefficient of the particle size distribution is preferably 1.50% or less, more preferably 1.30% or less, and particularly preferably 1.10. It is possible to obtain thermally foamable microspheres having a sharp particle size distribution of not more than%. Thermally foamable microspheres with a sharp particle size distribution have sharp foaming and can give uniform foams and foamed molded products.
[0059]
In the present invention, a batch-type high-speed rotation high shear disperser as shown in FIG. 4 can be used. In the method using a batch-type high-speed rotation / high-shear disperser, the aqueous dispersion medium 1 and the polymerizable mixture 2 are put into the batch-type high-speed rotation / high-shear disperser 16 and stirred to disperse. The droplets are granulated, and then the dispersion is injected into the polymerization tank 11 via the line 18 using the pump 17 and suspension polymerization is performed in the polymerization tank.
[0060]
Suspension polymerization is usually performed by degassing the inside of the reaction vessel or replacing it with an inert gas and raising the temperature to 30 to 100 ° C. After suspension polymerization, the aqueous phase is removed, for example, by filtration, centrifugation, and sedimentation. The thermally foamable microspheres are collected in a wet cake state after being filtered and washed. If necessary, the thermally foamable microspheres are dried at a relatively low temperature such that the foaming agent is not gasified. The heat-foamable microspheres can be surface-treated with various compounds as desired, and inorganic fine powders can be attached thereto. Furthermore, the surface can be coated with various materials other than the inorganic fine powder.
[0061]
2.Thermal foaming microsphere
  The thermally foamable microsphere of the present invention has a structure in which a foaming agent is enclosed in an outer shell formed from a polymer, and the outer shell polymer is a polymerizable monomer (usually a vinyl-based monomer). In the present invention, it is more than 1 wt% and not more than 5 wt% based on the polymerizable monomer.Bifunctional having two polymerizable carbon-carbon double bondsIt is formed by polymerizing with a crosslinkable monomer.
[0062]
  The thermally foamable microsphere of the present invention has a relatively large amount of outer shell polymer in addition to the polymerizable monomer.TwoSince it is formed using a functional crosslinkable monomer, the temperature dependence of the elastic modulus of the outer shell polymer is small. Therefore, for example, when a resin composition obtained by blending the heat-foamable microspheres of the present invention with a thermoplastic resin is subjected to processing such as kneading, calendering, extrusion, injection molding, etc., destruction of the outer shell or inclusion gas Dissipation is difficult to occur.
[0063]
In addition, the thermally foamable microspheres of the present invention have a small temperature dependency of the elastic modulus of the outer shell polymer, and therefore can have a wide processing suitability temperature range for uniform foaming. In this regard, please refer to FIG. FIG. 1 is a graph showing the relationship between the elastic modulus of the outer shell polymer and the measurement temperature. The outer shell polymer (a) of the conventional heat-foamable microsphere has an elastic modulus that rapidly decreases as the temperature rises. Therefore, the temperature range (a2-a1) of the elastic modulus region in which appropriate foaming (uniform foaming) is performed. ) Is narrow. On the other hand, the outer shell polymer (b) of the heat-foamable microsphere of the present invention has a wide temperature range (b2-b1) in the elastic modulus region for appropriate foaming, so that it can foam uniformly. A wide processing suitability temperature range can be taken.
[0064]
The average particle size of the thermally foamable microspheres of the present invention is not particularly limited, but is usually 3 to 100 μm, preferably 5 to 50 μm. If this average particle size is too small, foamability becomes insufficient. If the average particle size is too large, it is not preferable because the surface becomes rough in a field where a beautiful appearance is required, and the resistance to shearing force is insufficient.
[0065]
The coefficient of variation of the particle size distribution of the heat-foamable microsphere of the present invention is not particularly limited, but it is preferable that the coefficient of variation is 1.50% or less particularly in applications where sharp foaming is required. The variation coefficient of the particle size distribution is more preferably 1.30% or less, and particularly preferably 1.10% or less. If this coefficient of variation is too large, large particle diameter and small particle diameter thermally foamable microspheres will be mixed. Larger particle size tends to lower the foaming start temperature than small particle size, so to prevent early foaming and obtain uniform foaming, it is desirable to reduce the coefficient of variation of the thermally foamable microspheres . Examples of a method for obtaining a thermally foamable microsphere having a very small variation coefficient of the particle size distribution include the methods (1) and (2) described above.
[0066]
In the present invention, the variation coefficient of the particle size distribution is a value calculated based on the following formulas (1) and (2).
[0067]
[Expression 1]
Figure 0003670980
[0068]
[Expression 2]
Figure 0003670980
[0069]
(Where, μ = average value, xj = Particle diameter, qj = Frequency distribution)
[0070]
The content of the foaming agent in the thermally foamable microsphere of the present invention is usually 5 to 50% by weight, preferably 7 to 35% by weight, based on the total weight. If the foaming agent content is too low, the expansion ratio will be insufficient, and if it is too high, the thickness of the outer shell will be reduced, causing shearing under heating during processing and causing early foaming or rupture of the outer shell. It becomes easy. Examples of the foaming agent include a low-boiling organic solvent and a compound that decomposes by heating to generate a gas. Among these, a low-boiling organic solvent is preferable. The foaming agent is selected from those which become gaseous at a temperature below the softening point of the polymer forming the outer shell.
[0071]
The outer shell of the thermally foamable microsphere of the present invention is usually formed from a polymer having excellent gas barrier properties and heat resistance. Specifically, as described above, it can be formed using various polymerizable monomers such as acrylic acid ester, (meth) acrylonitrile, vinylidene chloride, vinyl chloride, and styrene. Among these, vinylidene chloride (co) polymers and (meth) acrylonitrile (co) polymers are preferable for highly balancing gas barrier properties, solvent resistance, heat resistance, foaming properties, and the like. According to the present invention, thermally foamable microspheres exhibiting various foaming behaviors can be obtained by controlling the combination and composition ratio of polymerizable monomers to be used and selecting the type of foaming agent.
[0072]
The thermally foamable microspheres of the present invention are particularly excellent in processing characteristics, and have a good balance between foaming characteristics (thermal expansion properties) and processing characteristics. The heat-expandable microspheres of the present invention do not lose thermal expansibility and have a maximum expansion ratio of 5 times or more despite the use of a crosslinking agent in a proportion exceeding 1% by weight. The maximum expansion ratio is preferably 10 times or more, more preferably 20 times or more. In many cases, it is possible to achieve a maximum expansion ratio of about 30 to 60 times.
[0073]
The thermally foamable microsphere of the present invention has a small temperature dependency of the elastic modulus of the outer shell formed from a polymer. Moreover, the heat-foamable microsphere of the present invention has a wide temperature range for processing. Furthermore, the thermally foamable microspheres of the present invention have high resistance (chemical resistance, solvent resistance) and foaming property retention capability against polar solvents and plasticizers. These characteristics of the thermally foamable microspheres of the present invention are specifically shown in the examples.
[0074]
A specific example of the characteristics of the thermally foamable microsphere of the present invention is that the temperature dependence of foaming is small. For example, when the outer shell polymer of the thermally foamable microsphere of the present invention is a vinylidene chloride (co) polymer as described above, the maximum foaming ratio R1 Foaming ratio R at a temperature 10 ° C higher than the current temperature2 Ratio (R2 / R1 ) Is usually 0.8 to 0.4, preferably 0.9 to 0.5, more preferably 1 to 0.5.
[0075]
When the outer shell polymer of the thermally foamable microsphere of the present invention is a (meth) acrylonitrile copolymer (copolymerization ratio of (meth) acrylonitrile = 30 wt% or more and less than 80 wt%) as described above, the maximum foaming Magnification R1 Foaming ratio R at a temperature 5 ° C higher than the temperature at that time2 Ratio (R2 / R1 ) Is usually 1 to 0.8, preferably 1 to 0.85, more preferably 1 to 0.9.
[0076]
When the outer shell polymer of the thermally foamable microsphere of the present invention is a (meth) acrylonitrile (co) polymer [(meth) acrylonitrile ratio = 80 to 100% by weight], particularly as a crosslinkable monomer, By using the above-mentioned bifunctional crosslinkable monomer having a flexible chain in an amount of more than 1% by weight and not more than 5% by weight, the temperature of the elastic modulus of the outer shell polymer is maintained while maintaining a high foaming property. Thermally foamable microspheres with low dependence and excellent workability and chemical resistance can be obtained.
[0077]
The thermally foamable microsphere of the present invention has an elastic modulus of the outer shell polymer at 190 ° C. or higher of 106N / m2And 109N / m2The following are excellent in resistance at high temperature and high shear. The elastic modulus of the outer shell polymer is more preferably 5.0 × 106N / m2And 109N / m2Below, particularly preferably 107N / m2And 108N / m2It is as follows.
[0078]
3.Application
The heat-foamable microspheres of the present invention are used in various fields after being heated and foamed (thermally expanded) or unfoamed. Thermally foamable microspheres are used, for example, as fillers for paints for automobiles, wallpaper, foaming agents for foamed inks (relief patterns such as T-shirts), shrinkage prevention agents, etc. Is done. Thermally foamable microspheres use the volume increase caused by foaming to reduce the weight and porosity of plastics, paints, and various materials, and to provide various functions (for example, slip properties, heat insulation properties, cushion properties, and sound insulation properties). Etc.). The thermally foamable microspheres of the present invention can be suitably used in the paint, wallpaper, and ink fields that require surface properties and smoothness. Since the thermally foamable microsphere of the present invention is excellent in processing characteristics, it can be suitably applied to application fields that require processing steps such as kneading, calendering, extrusion, and injection molding.
[0079]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
The measuring methods of physical properties and characteristics are as follows.
(1) Foaming ratio and maximum foaming ratio
0.7 g of thermally foamable microspheres is placed in a gear-type oven and heated at a predetermined temperature (foaming temperature) for 2 minutes to cause foaming. The obtained foam is put into a graduated cylinder, the volume is measured, and divided by the volume when not foamed to obtain the expansion ratio. At this time, the expansion ratio is measured by increasing the temperature from 100 ° C. in increments of 5 ° C., and the expansion ratio at the expansion temperature when the maximum expansion ratio is obtained is defined as the maximum expansion ratio.
[0080]
(2) Average particle size
Using a particle size distribution measuring instrument SALD-3000J manufactured by Shimadzu Corporation, the median diameter on a weight basis was measured to obtain an average particle diameter.
(3) Elastic modulus
After foaming the thermally foamable microspheres and removing the encapsulated foaming agent as much as possible, a hot press sheet was prepared with a hot press machine and cut into test pieces of 1 cm × 1.5 cm × 0.25 cm. This test piece was heated using a rheograph solid manufactured by Toyo Seiki Seisakusho under a nitrogen atmosphere at a frequency of 10 hertz and a heating rate of 3 ° C./min, and the elastic modulus was measured.
[0081]
(4) Foaming ratio in binder system
1 weight of thermally foamable microspheres in 5 weight parts of EVA in EVA emulsion (concentration 55 weight%) containing ethylene / vinyl acetate copolymer (EVA; ethylene / vinyl acetate = 30/70 weight%) Part is added to prepare a coating solution. This coating solution is applied to a double-sided art paper with a coater having a gap of 200 μm, dried, and then placed in an oven at a predetermined temperature and heated for 2 minutes. The expansion ratio is determined by the thickness ratio before and after foaming.
(5) Chemical resistance
A plasticizer solution is prepared by adding 2 parts by weight of diisonolyl phthalate and 1 part by weight of thermally foamable microspheres as a plasticizer to a glass test tube. This plasticizer liquid is heated at 140 ° C. using an oil bath, and the presence or absence of foaming over time and the degree of thickening of the plasticizer liquid are observed.
[0082]
(6) Foaming ratio in plasticized PVC sheet
A compound is prepared by adding 3 parts by weight of thermally foamable microspheres to 50 parts by weight of a polyvinyl chloride resin (S903 manufactured by Kureha Chemical Industry) and 50 parts by weight of dioctyl phthalate (DOP). The compound is roll-kneaded at 120 ° C. for 2 minutes to prepare a sheet having a thickness of 1 mm. The sheet is cut into a size of 3 × 4 cm square to make a sample, and the sample is foamed in an oven at 200 ° C. for 5 minutes and 10 minutes, respectively. The specific gravity before and after foaming is measured to calculate the foaming ratio (%).
(7) TMA (Thermo Mechanical Analysis)
TMA measurement was performed using a TMA-7 model manufactured by PerkinElmer. About 0.25 mg of sample was used. The heating rate was 5 ° C./min and 20 ° C./min.
[0083]
[Comparative Example 1]
Colloidal silica with a solid content of 20% 80.5 g, diethanolamine-adipic acid condensate 50% aqueous solution 3.0 g, sodium chloride 164.1 g, potassium dichromate 2.5% aqueous solution 2.2 g, hydrochloric acid 0.1 g A total of 470 g of an aqueous dispersion medium consisting of ionic water was prepared.
[0084]
On the other hand, 141.7 g of acrylonitrile, 67.1 g of methacrylonitrile, 11.2 g of methyl methacrylate, 0.67 g of trimethylolpropane trimethacrylate as a trifunctional crosslinkable monomer, 26.1 g of n-pentane, 14.4 g of petroleum ether. A polymerizable mixture comprising 9 g and 1.1 g of azobisisobutyronitrile was prepared (weight% of monomer component = acrylonitrile / methacrylonitrile / methyl methacrylate = 64.4 / 30.5 / 5.1). The amount of crosslinkable monomer used = 0.3% by weight of the monomer component).
[0085]
The polymerizable mixture and the aqueous dispersion medium were agitated and mixed with a batch-type high-speed rotary high shear type disperser shown in FIG. 4 to granulate fine droplets of the polymerizable mixture. An aqueous dispersion medium containing fine droplets of this polymerizable mixture was charged into a polymerization can (1.5 L) equipped with a stirrer and reacted at 60 ° C. for 20 hours using a hot water bath. The obtained reaction product is repeatedly subjected to filtration using a centrifuge and washed with water to form a cake, which is dried for a whole day and night. The average particle size is about 25 μm, and the variation coefficient of the particle size distribution is 1.7%. A thermally foamable microsphere (MS-A) was obtained. The expansion ratio (maximum expansion ratio) of MS-A at 170 ° C. was about 50 times. The results are shown in Table 1. Comparative Example 1 is in accordance with Example 2 of Japanese Patent Publication No. 5-15499.
[0086]
[Example 1]
In place of 0.67 g of trimethylolpropane trimethacrylate which is a trifunctional crosslinkable monomer, 3.5 g of diethylene glycol dimethacrylate which is a bifunctional crosslinkable monomer (crosslinkable monomer use amount = one monomer component) .6 wt%) in the same manner as Comparative Example 1 except that the average particle size is about 26 μm and the coefficient of variation of the particle size distribution is 1.7% (MS-1 ) The expansion ratio (maximum expansion ratio) of MS-1 at 170 ° C. was about 50 times. The results are shown in Table 1.
[0087]
[Comparative Example 2]
Thermally foamable microspheres having an average particle size of about 26 μm in the same manner as in Comparative Example 1 except that the amount of trimethylolpropane trimethacrylate, a trifunctional crosslinkable monomer, was changed from 0.67 g to 3.5 g. (MS-B) was obtained. MS-B hardly foamed in any temperature range of 140 ° C. or higher because the resin component forming the outer shell layer significantly lost the properties as a thermoplastic resin. The results are shown in Table 1.
[0088]
[Table 1]
Figure 0003670980
[0089]
(footnote)
(* 1) Thickness ratio before and after foaming of thermally foamable microsphere-containing EVA emulsion coating layer.
(* 2) Plasticizer liquid = 2 parts of diisononyl phthalate / 1 part of thermally foamable microspheres
[0090]
(Discussion)
MS-1 of Example 1 had a good maximum foaming ratio (foaming temperature of 170 ° C.) of 50 times regardless of the amount of the crosslinkable monomer used exceeding 1% by weight of the monomer component. is there. In contrast, MS-B (Comparative Example 2) using a trifunctional crosslinkable monomer in a proportion of 1.6% by weight of the monomer component is highly crosslinked by the polymer forming the outer shell layer. Thus, the thermal foaming property is substantially lost.
[0091]
In the foaming behavior in the EVA emulsion, MS-1 of Example 1 was 5.2 times the weight of the crosslinkable monomer used by MS-A of Comparative Example 1 (5 moles). (2 times), the foaming ratio at 170 ° C. at which the maximum foaming ratio was obtained was 5.5 times, and the same high foaming ratio as MS-A was maintained. Moreover, the expansion ratio of MS-1 at 190 ° C., which is even higher, is 4.3 times, indicating that the expansion ratio is less than that of MS-A and the heat resistance is excellent. .
[0092]
Comparing the elastic modulus of the outer shell polymer at 140 ° C., the MS-1 of Example 1 is less than the MS-A of Comparative Example 1 which is a typical prior art thermal foamable microsphere. .4 times the elastic modulus. That is, it can be seen that the thermally foamable microspheres of the present invention are resistant to higher shearing force and excellent in heat resistance. When compared at a higher temperature of 190 ° C., MS-1 of Example 1 has a modulus of elasticity of the outer shell polymer of 1.6 times that of MS-A of Comparative Example 1. This means that the thermally foamable microspheres of the present invention are less susceptible to particle shrinkage, can maintain a high expansion ratio, and can take a wider processing suitability temperature range than before.
[0093]
In the evaluation of chemical resistance, the plasticizer liquid containing MS-A of Comparative Example 1 was partially foamed after heating at 140 ° C. for 6 minutes, and the viscosity was remarkably increased. On the other hand, in the case of MS-1 of Example 1, partial foaming was not observed after heating at 140 ° C. for 6 minutes, and further, even after 7 minutes, partial foaming did not occur.
[0094]
[Comparative Example 3]
A total of 520 g of an aqueous dispersion medium comprising 12 g of colloidal silica, 1.4 g of diethanolamine-adipic acid condensate, 154 g of sodium chloride, 0.12 g of sodium nitrite, 0.2 g of hydrochloric acid, and deionized water was prepared.
[0095]
On the other hand, polymerizability comprising acrylonitrile 130 g, methacrylonitrile 60 g, isobornyl methacrylate 10 g, trifunctional cross-linking monomer trimethylolpropane trimethacrylate 1 g, n-pentane 38 g, and azobisisobutyronitrile 1.2 g. A mixture was prepared (wt% of monomer component = acrylonitrile / methacrylonitrile / isobornyl methacrylate = 65/30/5, amount of crosslinkable monomer = 0.5 wt% of monomer component). The polymerizable mixture and the aqueous dispersion medium were agitated and mixed with a batch-type high-speed rotary high shear type disperser shown in FIG. 4 to granulate fine droplets of the polymerizable mixture.
[0096]
An aqueous dispersion medium containing fine droplets of this polymerizable mixture was charged into a polymerization can (1.5 L) equipped with a stirrer and reacted at 60 ° C. for 22 hours using a hot water bath. The obtained reaction product is repeatedly subjected to filtration using a centrifuge and washed with water to form a cake. The cake is dried overnight, the average particle size is about 28 μm, and the variation coefficient of the particle size distribution is 1. Thermal foaming microspheres (MS-C) of 8% were obtained. The expansion ratio (maximum expansion ratio) of MS-C at 170 ° C. was about 55 times. Comparative Example 3 is in accordance with Example 2 of JP-A-5-285376. The results are shown in Table 2.
[0097]
[Example 2]
Instead of 1 g of trimethylolpropane trimethacrylate, a trifunctional crosslinkable monomer, 3.5 g of diethylene glycol dimethacrylate, a difunctional crosslinkable monomer (amount of crosslinkable monomer = 1.6 of monomer component) In the same manner as in Comparative Example 3 except that the weight%) was used, a thermally foamable microsphere (MS-2) having an average particle size of about 30 μm and a coefficient of variation of the particle size distribution of 1.6% was obtained. Obtained. The expansion ratio of MS-2 at 170 ° C. (maximum expansion ratio) was about 55 times. The results are shown in Table 2.
[0098]
[Table 2]
Figure 0003670980
[0099]
(Discussion)
Comparing the elastic modulus of the outer shell polymer, MS-2 of Example 2 was compared with MS-C of Comparative Example 3, which is a typical prior art thermal foaming microsphere, when the measurement temperature was 194 ° C. It was the same. However, when compared at a high measurement temperature of 210 ° C., the elastic modulus of the outer polymer of MS-2 is 2.6 times that of MS-A. In addition, in MS-2 of Example 2, the decrease in the elastic modulus of the outer shell polymer in the temperature range of 194 ° C. to 210 ° C. is extremely small. This means that the thermally foamable microspheres of the present invention are less likely to shrink particles in a high temperature range, can maintain a high expansion ratio, and can take a wider processing temperature range than in the past. From another point of view, it also means that it is resistant to higher shear forces and is heat resistant.
[0100]
[Example 3]
A total of 557 g of colloidal silica (16.5 g), diethanolamine-adipic acid condensation product (1.6 g), sodium chloride (169.8 g), sodium nitrite (0.11 g), and water is added to a polymerization vessel (1.5 L) equipped with a stirrer. The aqueous dispersion medium was prepared. Hydrochloric acid was added and adjusted so that the pH of the aqueous dispersion was 3.2.
[0101]
Meanwhile, a polymerizable mixture comprising 147.4 g of acrylonitrile, 70.4 g of methacrylonitrile, 2.2 g of methyl methacrylate, 3.5 g of diethylene glycol dimethacrylate, 41.8 g of isopentane, and 1.32 g of azobisisobutyronitrile is prepared. (Wt% of monomer component = acrylonitrile / methacrylonitrile / methyl methacrylate = 67/32/1, amount of crosslinkable monomer used = 1.6 wt% of monomer component). The polymerizable mixture and the aqueous dispersion medium prepared above were agitated and mixed with a batch-type high-speed rotary high shear type disperser shown in FIG. 4 to granulate fine droplets of the polymerizable mixture.
[0102]
An aqueous dispersion medium containing minute droplets of this polymerizable mixture was charged into a polymerization can (1.5 L) equipped with a stirrer and reacted at 60 ° C. for 45 hours using a hot water bath. The obtained reaction product was repeatedly filtered and washed with water to obtain thermally foamable microspheres (MS-3) having an average particle size of about 30 μm and a coefficient of variation of the particle size distribution of 1.8%. The expansion ratio (maximum expansion ratio) of MS-3 at 170 ° C. was about 50 times. The results are shown in Table 3.
[0103]
[Example 4]
The average particle size was about the same as in Example 3 except that the monomer charge amount was changed so that the monomer component charge ratio was acrylonitrile / methacrylonitrile = 70/30. A thermally foamable microsphere (MS-4) having a coefficient of variation of 30% and a particle size distribution of 2.1% was obtained. The expansion ratio (maximum expansion ratio) of this MS-4 at 170 ° C. was about 50 times. The results are shown in Table 3.
[0104]
[Comparative Example 4]
Instead of 3.5 g of the difunctional crosslinkable monomer diethylene glycol dimethacrylate, the trifunctional crosslinkable monomer trimethylol propane trimethacrylate 0.6 g (crosslinkable monomer use amount = 0 of monomer component) .3 wt%) in the same manner as in Example 3, except that the average particle size was about 30 μm and the coefficient of variation of the particle size distribution was 1.6% (MS-D ) The expansion ratio (maximum expansion ratio) of this MS-D at 170 ° C. was about 50 times. The results are shown in Table 3.
[0105]
[Comparative Example 5]
Instead of 3.5 g of the difunctional crosslinkable monomer diethylene glycol dimethacrylate, the trifunctional crosslinkable monomer trimethylol propane trimethacrylate 0.6 g (crosslinkable monomer use amount = 0 of monomer component) .3 wt%) in the same manner as in Example 4 except that the average particle size was about 30 μm and the coefficient of variation of the particle size distribution was 1.9% (MS-E ) The expansion ratio (maximum expansion ratio) of this MS-E at 170 ° C. was about 50 times. The results are shown in Table 3.
[0106]
[Table 3]
Figure 0003670980
[0107]
(footnote)
(* 1) A sheet of 1 mm thickness prepared by kneading 100 g of a mixture of 50 parts PVC / 50 parts DOP / 3 parts thermally foamable microspheres for 2 minutes with a rotating roll at 120 ° C.
(* 2) A 3 × 4 cm square sheet was foamed in an oven at 200 ° C., and the foaming ratio (%) was calculated from the measured specific gravity before and after foaming.
[0108]
(Discussion)
Each plasticized PVC sheet containing the thermally foamable microspheres (MS-3 and MS-4) of Examples 3 and 4 showed a high foaming ratio after 200 ° C / 5 minutes, respectively, and 200 ° C / 10 minutes. The high expansion ratio is maintained afterwards. On the other hand, each plasticized PVC sheet containing the thermally foamable microspheres (MS-D and MS-E) of Comparative Examples 4 and 5 was significantly foamed at 120 ° C., after 200 ° C./5 minutes. The foaming ratio was small, and the foaming ratio after 200 ° C./10 minutes was remarkably lowered, so-called sag phenomenon was observed.
[0109]
[Comparative Example 6]
An aqueous dispersion medium was prepared by weighing 5 g of colloidal silica, 0.5 g of diethanolamine-adipic acid condensation product, 0.12 g of sodium nitrite, and 600 g in total. Hydrochloric acid was added and adjusted so that the pH of the aqueous dispersion medium was 3.2.
[0110]
On the other hand, 120 g of acrylonitrile, 120 g of methyl methacrylate, 0.4 g of trimethylol propane trimethacrylate, 70 g of isopentane, and 1.2 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) A polymerizable mixture was prepared (weight% of monomer component = acrylonitrile / methyl methacrylate = 50/50, amount of crosslinkable monomer used = 0.2% by weight of monomer component). The polymerizable mixture and the aqueous dispersion medium were stirred and mixed with a batch-type high-speed rotary high shear type disperser shown in FIG. 4 to prepare fine droplets of the polymerizable mixture.
[0111]
An aqueous dispersion medium containing fine droplets of this polymerizable mixture was charged into a polymerization can equipped with a stirrer (1.5 L) and reacted at 53 ° C. for 22 hours using a hot water bath. The obtained reaction product having a pH of 6.3 was filtered and washed with water, and this was repeated, followed by drying, and a thermally foamable microscopic product having an average particle size of 14 μm and a coefficient of variation of the particle size distribution of 1.6%. Fair (MS-F) was obtained. The expansion ratio of MS-F at 145 ° C. (maximum expansion ratio) was about 18 times, and the expansion ratio at 150 ° C. was about 12 times. The results are shown in Table 4.
[0112]
[Example 5]
Instead of 0.4 g of trimethylolpropane trimethacrylate, a trifunctional crosslinkable monomer, 3.2 g of diethylene glycol dimethacrylate, a bifunctional crosslinkable monomer (crosslinkable monomer use amount = one monomer component) .6 wt%), the same as Comparative Example 6, except that the average particle size is about 15 μm, and the coefficient of variation of the particle size distribution is 1.7% (MS-5) Got. The expansion ratio of MS-5 at 145 ° C. (maximum expansion ratio) was about 40 times, and the maximum expansion ratio of about 40 times was maintained even when the foaming temperature was increased to 150 ° C. The results are shown in Table 4.
[0113]
[Table 4]
Figure 0003670980
[0114]
[Comparative Example 7]
An aqueous dispersion medium was prepared by weighing 8.8 g of colloidal silica, 0.8 g of a diethanolamine-adipic acid condensation product, 0.13 g of sodium nitrite, and 528 g of water in total.
[0115]
Meanwhile, a polymerizable mixture comprising 143 g of vinylidene chloride, 66 g of acrylonitrile, 11 g of methyl methacrylate, 0.33 g of trimethylolpropane trimethacrylate, 2.2 g of isopropyl peroxydicarbonate, and 35.2 g of isobutane was prepared (monomer % By weight of component = vinylidene chloride / acrylonitrile / methyl methacrylate = 65/30/5, amount of crosslinkable monomer = 0.15% by weight of monomer component). Next, the polymerizable mixture and the aqueous dispersion medium prepared above were stirred and mixed with a batch-type high-speed rotary high shear type disperser shown in FIG. 4 to granulate fine droplets of the polymerizable mixture. The polymerization can was charged and reacted at 50 ° C. for 22 hours. The obtained reaction product was repeatedly filtered and washed with water to obtain thermally foamable microspheres (MS-G) having an average particle size of about 15 μm and a coefficient of variation of the particle size distribution of 1.6%. This MS-G had a foaming ratio at 120 ° C. (maximum foaming ratio) of about 50 times, but when the foaming temperature was raised to 130 ° C., the foaming ratio was significantly reduced to about 18 times. The results are shown in Table 5.
[0116]
[Example 6]
Instead of 0.33 g of trimethylolpropane trimethacrylate, a trifunctional crosslinkable monomer, 3.5 g of diethylene glycol dimethacrylate, a bifunctional crosslinkable monomer (the amount of crosslinkable monomer used = one monomer component) .6 wt%) was obtained in the same manner as in Comparative Example 7 to obtain a thermally foamable microsphere MS-6 having an average particle size of about 15 μm and a coefficient of variation of the particle size distribution of 1.7%. It was. The expansion ratio of MS-6 at 120 ° C. (maximum expansion ratio) was about 50 times, and even when the foaming temperature was increased to 130 ° C., a high expansion ratio of about 35 times was exhibited. The results are shown in Table 5.
[0117]
[Table 5]
Figure 0003670980
[0118]
[Example 7]
In place of 0.67 g of trimethylolpropane trimethacrylate which is a trifunctional crosslinkable monomer, 3.5 g of diethylene glycol dimethacrylate which is a bifunctional crosslinkable monomer (crosslinkable monomer use amount = one monomer component) 6 wt%), when stirring and mixing the polymerizable mixture and the aqueous dispersion medium, as shown in FIG. 2, the aqueous dispersion medium and the polymerizable mixture are respectively held in separate tanks, and these In the same manner as in Comparative Example 1 except that the suspension polymerization is carried out after continuously passing through a continuous high-speed rotation high-shear stirring and dispersing machine at a certain ratio. A thermally foamable microsphere (MS-7) having a coefficient of variation in diameter distribution of 0.3% was obtained. The expansion ratio (maximum expansion ratio) of MS-7 at 170 ° C. was about 50 times. This plasticizer liquid containing MS-7 did not partially foam even when held at 140 ° C. for 8 minutes. On the other hand, in the case of MS-1 of Example 1, partial foaming was slightly recognized after 8 minutes. This is due to the fact that the particle size distribution of MS-7 is sharper than that of MS-1 in addition to the effects of the type and amount of crosslinkable monomer.
[0119]
[Example 8]
When stirring and mixing the polymerizable mixture and the aqueous dispersion medium, as shown in FIG. 2, the aqueous dispersion medium and the polymerizable mixture are held in separate tanks, and these are continuously added at a certain ratio. The average particle size is about 30 μm and the coefficient of variation of the particle size distribution is 0.3% in the same manner as in Example 3 except that the suspension polymerization is performed after passing through a continuous high-speed rotation high shear type disperser. Thus, a thermally foamable microsphere (MS-8) having a sharp particle size distribution was obtained. The expansion ratio (maximum expansion ratio) of MS-8 at 170 ° C. was about 50 times.
[0120]
The plasticized PVC sheet containing MS-3 of Example 3 (see Table 3) was prepared by kneading with a rotating roll at 120 ° C. for 2 minutes, so that the thickness of the 1 mm thick sheet does not contain MS-3. The thickness increased by about 10% compared to the modified PVC sheet. On the other hand, the plasticized PVC sheet containing MS-8 is a plasticized PVC sheet containing 1-8 mm thick prepared by kneading for 2 minutes with a rotating roll at 120 ° C. There was almost no change in thickness. That is, it can be said that MS-8 is excellent in partial foaming characteristics during roll kneading (partial foaming is difficult).
[0121]
[Example 9]
When stirring and mixing the polymerizable mixture and the aqueous dispersion medium, as shown in FIG. 2, the aqueous dispersion medium and the polymerizable mixture are held in separate tanks, and these are continuously added at a certain ratio. The average particle size was about 15 μm and the coefficient of variation in particle size distribution was 0.5%, as in Example 5, except that the suspension polymerization was performed after passing through a continuous high-speed rotation high shear type disperser. Thus, a thermally foamable microsphere (MS-9) having a sharp particle size distribution was obtained. The expansion ratio of MS-9 at 145 ° C. (maximum expansion ratio) was about 40 times, and even when the foaming temperature was increased to 150 ° C., the maximum expansion ratio of about 40 times was maintained.
[0122]
MS-9 and MS-5 (Example 5) were each applied to double-sided art paper according to the method for measuring the expansion ratio in a binder system. When these wet coated papers were dried with a dryer at a rate of 1 ° C./min, MS-5 foamed at a lower temperature than MS-9. This means that when a thermally foamable microsphere having a sharp particle size distribution such as MS-9 is used, the processing speed can be increased (can be dried at a high temperature in a short time).
[0123]
[Example 10]
When stirring and mixing the polymerizable mixture and the aqueous dispersion medium, as shown in FIG. 2, the aqueous dispersion medium and the polymerizable mixture are held in separate tanks, and these are continuously added at a certain ratio. The average particle size is about 15 μm and the coefficient of variation of the particle size distribution is 0.2% in the same manner as in Example 6 except that the suspension polymerization is performed after passing through the continuous high-speed rotation high shear type disperser. Thus, a thermally foamable microsphere (MS-10) having a sharp particle size distribution was obtained. The expansion ratio of MS-10 at 120 ° C. (maximum expansion ratio) was about 50 times, and even when the foaming temperature was increased to 130 ° C., the maximum expansion ratio of about 35 times was maintained. When the foaming behavior was observed while raising the temperature at a rate of 5 ° C./min with a microscope with a hot stage, the temperature at which MS-10 foamed was higher than that of MS-6 in Example 6. Therefore, MS-10 is judged to be sharply foaming.
[0124]
[Example 11]
The average particle size was about the same as in Example 8 except that 66 g of isopentane / 2,2,4-trimethylpentane (weight ratio = 20/10) was used as a blowing agent instead of 41.8 g of isopentane. A thermally foamable microsphere (MS-11) having a coefficient of variation of 30% and a particle size distribution of 0.5% was obtained. The expansion ratio of MS-11 at 180 ° C. was about 40 times.
[0125]
As for the plasticized PVC sheet containing MS-11, the thickness of a 1 mm-thick sheet prepared by kneading for 2 minutes with a rotating roll at 120 ° C. is almost the same as that of a plasticized PVC sheet not containing MS-11. There wasn't. That is, it can be said that MS-11 is excellent in partial foaming characteristics during roll kneading (partial foaming is difficult).
[0126]
[Example 12]
The average particle size was about the same as in Example 8 except that 66 g of isopentane / 2,2,4-trimethylpentane (weight ratio = 15/15) was used as a blowing agent instead of 41.8 g of isopentane. A thermally foamable microsphere (MS-12) having a coefficient of variation of 31 μm and a particle size distribution of 0.4% was obtained.
[0127]
The plasticized PVC sheet containing MS-12 has a thickness of 1 mm, which is prepared by kneading for 2 minutes with a rotating roll at 120 ° C., and the thickness changes almost as compared with the plasticized PVC sheet not containing MS-12. There wasn't. That is, it can be said that MS-12 is excellent in partial foaming characteristics during roll kneading (partial foaming is difficult).
[0128]
[Example 13]
The average particle size was about the same as in Example 8 except that 66 g of isopentane / 2,2,4-trimethylpentane (weight ratio = 10/20) was used as a blowing agent instead of 41.8 g of isopentane. A heat-foamable microsphere (MS-13) having 30 μm and a coefficient of variation of the particle size distribution of 0.3% was obtained.
[0129]
The plasticized PVC sheet containing MS-13 has a thickness of 1 mm, which is prepared by kneading for 2 minutes with a rotating roll at 120 ° C., and the thickness of the plasticized PVC sheet is almost the same as that of the plasticized PVC sheet not containing MS-13. There wasn't. That is, it can be said that MS-13 is excellent in partial foaming characteristics during roll kneading (partial foaming is difficult).
[0130]
[Example 14]
The average particle size was about the same as in Example 8 except that 66 g of isopentane / 2,2,4-trimethylpentane (weight ratio = 6/24) was used as a blowing agent instead of 41.8 g of isopentane. A thermally foamable microsphere (MS-14) having a coefficient of variation of 30% and a particle size distribution of 0.5% was obtained.
[0131]
[Example 15]
In the same manner as in Example 3 except that 66 g of 2,2,4-trimethylpentane was used as a foaming agent in place of 41.8 g of isopentane, the average particle size was about 29 μm and the variation coefficient of the particle size distribution was 0. Thermally foamable microspheres (MS-15) of 2% were obtained.
[0132]
[Example 16]
Thermal foaming having an average particle size of about 32 μm and a coefficient of variation of the particle size distribution of 0.3% in the same manner as in Example 3 except that 66 g of heptane was used as the blowing agent instead of 41.8 g of isopentane. Microspheres (MS-16) were obtained.
[0133]
[Example 17]
TMA measurement was performed on samples MS-3 and MS-11 to MS-15 prepared in the above examples. The results are shown in Table 6.
[0134]
[Table 6]
Figure 0003670980
(*) Relative comparison of displacement due to expansion
[0135]
[Example 18]
1 g of MS-D prepared in Comparative Example 4 and MS-14-16 prepared in Examples 14-16 were dispersed in 99 g of water and then boiled at 100 ° C. for 10 minutes. It was observed whether the foamed particles floated on the water surface, and the results are shown in Table 7.
[0136]
[Table 7]
Figure 0003670980
[0137]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thermally foamable microsphere suitable for processes, such as a kneading process, a calendar process, an extrusion process, and injection molding to which a strong shear force is applied, and its manufacturing method are provided. Moreover, according to this invention, the thermal foamable microsphere with small temperature dependence of the elasticity modulus of the outer shell formed from the polymer, and its manufacturing method are provided. The heat-foamable microsphere of the present invention has a wide processing temperature range, and has high chemical resistance, solvent resistance, and a high ability to retain foaming properties. Furthermore, according to the present invention, in addition to the above characteristics, a thermally foamable microsphere having a very small coefficient of variation in particle size distribution and sharp foaming is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the elastic modulus of a shell polymer of a thermally foamable microsphere and the measurement temperature.
FIG. 2 is an explanatory view showing an example of a method for producing thermally foamable microspheres using a continuous high-speed rotating high shear type disperser.
FIG. 3 is an explanatory view showing another example of a method for producing thermally foamable microspheres using a continuous high-speed rotation high shear type disperser.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a method for producing thermally foamable microspheres using a batch-type high-speed rotation high shear type disperser.
[Explanation of symbols]
1: Aqueous dispersion medium
2: Monomer mixture
3: Tank
4: Tank
5: Pump
6: Line
7: Pump
8: Line
9: Continuous high-speed rotation high-shear type stirring and dispersing machine
10: Line
11: Polymerization tank
12: Dispersion tank
13: Pump
14: Line
15: Line
16: Batch type high speed rotation high shear type disperser
17: Pump
18: Line

Claims (18)

重合体から形成された外殻内に発泡剤が封入された構造を持つ熱発泡性マイクロスフェアーにおいて、
(1)重合体から形成された外殻が、重合性単量体と、該重合性単量体を基準として1重量%超過5重量%以下の割合の重合性炭素−炭素二重結合を2個有する二官能架橋性単量体とを重合してなる重合体から形成されたものであり、かつ、
(2)最大発泡倍率が5倍以上
であることを特徴とする熱発泡性マイクロスフェアー。
In a thermally foamable microsphere having a structure in which a foaming agent is enclosed in an outer shell formed of a polymer,
(1) The outer shell formed from a polymer contains 2 polymerizable carbon-carbon double bonds in excess of 1% by weight and 5% by weight or less based on the polymerizable monomer. It is formed from a polymer obtained by polymerizing two difunctional crosslinkable monomers, and
(2) A thermally foamable microsphere characterized by having a maximum foaming ratio of 5 times or more.
二官能架橋性単量体が、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、アルキルジオール、アルキルエーテルジオール、及びアルキルエステルジオールからなる群より選ばれるジオール化合物から誘導された屈曲性連鎖を介して、2個の重合性炭素−炭素二重結合が連結された構造の化合物である請求項記載の熱発泡性マイクロスフェアー。The bifunctional crosslinkable monomer has two polymerizable properties via a flexible chain derived from a diol compound selected from the group consisting of polyethylene glycol, polypropylene glycol, alkyl diol, alkyl ether diol, and alkyl ester diol. carbon - thermally foamable microspheres according to claim 1, wherein carbon double bond is a compound of the connecting structure. 二官能架橋性単量体である当該化合物が、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、アルキルジオールジ(メタ)アクリレート、アルキルエーテルジオールジ(メタ)アクリレート、及びアルキルエステルジオールジ(メタ)アクリレートからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物である請求項記載の熱発泡性マイクロスフェアー。The compound which is a bifunctional crosslinkable monomer is polyethylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) acrylate, alkyl diol di (meth) acrylate, alkyl ether diol di (meth) acrylate, and alkyl ester diol The thermally foamable microsphere according to claim 2 , which is at least one compound selected from the group consisting of di (meth) acrylates. 重合体から形成された外殻が、
(a)重合性単量体として塩化ビニリデン単独もしくは塩化ビニリデンとそれと共重合可能なビニル系単量体との混合物と、重合性炭素−炭素二重結合を2個有する二官能架橋性単量体とを重合してなる塩化ビニリデン(共)重合体、または
(b)重合性単量体として(メタ)アクリロニトリル単独もしくは(メタ)アクリロニトリルとそれと共重合可能なビニル系単量体との混合物と、重合性炭素−炭素二重結合を2個有する二官能架橋性単量体とを重合してなる(メタ)アクリロニトリル(共)重合体
から形成されたものである請求項1ないしのいずれか1項に記載の熱発泡性マイクロスフェアー。
An outer shell formed from a polymer,
(A) As a polymerizable monomer, vinylidene chloride alone or a mixture of vinylidene chloride and a vinyl monomer copolymerizable therewith, and a bifunctional crosslinkable monomer having two polymerizable carbon-carbon double bonds And (b) (meth) acrylonitrile alone or a mixture of (meth) acrylonitrile and a vinyl monomer copolymerizable therewith as a polymerizable monomer, polymerizable carbon - obtained by polymerizing a bifunctional crosslinkable monomer having two carbon-carbon double bond (meth) acrylonitrile (co) any one of claims 1 and is formed from a polymer 3 1 The thermally foamable microsphere according to Item.
塩化ビニリデン(共)重合体が、重合性単量体として、(A) 塩化ビニリデン30〜100重量%と、(B) アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン、及び酢酸ビニルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜70重量%とを用いて得られた(共)重合体である請求項記載の熱発泡性マイクロスフェアー。A vinylidene chloride (co) polymer is used as the polymerizable monomer: (A) 30-100% by weight of vinylidene chloride; (B) acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylic ester, methacrylic ester, styrene, and vinyl acetate The thermally foamable microsphere according to claim 4, which is a (co) polymer obtained by using 0 to 70% by weight of at least one monomer selected from the group consisting of: 塩化ビニリデン(共)重合体が、重合性単量体として、(A1)塩化ビニリデン40〜80重量%と、(B1)アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜60重量%と、(B2)アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜60重量%とを用いて得られた共重合体である請求項記載の熱発泡性マイクロスフェアー。The vinylidene chloride (co) polymer is, as a polymerizable monomer, at least one monomer selected from the group consisting of (A1) vinylidene chloride 40 to 80% by weight and (B1) acrylonitrile and methacrylonitrile 0 The heat according to claim 4, which is a copolymer obtained by using 60% by weight and 0-60% by weight of at least one monomer selected from the group consisting of (B2) acrylic acid ester and methacrylic acid ester. Effervescent microsphere. (メタ)アクリロニトリル(共)重合体が、重合性単量体として、(C) アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体30〜100重量%と、(D) 塩化ビニリデン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン、及び酢酸ビニルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜70重量%とを用いて得られた(共)重合体である請求項記載の熱発泡性マイクロスフェアー。The (meth) acrylonitrile (co) polymer is, as a polymerizable monomer, at least one monomer selected from the group consisting of (C) acrylonitrile and methacrylonitrile, and (D) vinylidene chloride. , acrylic acid esters, methacrylic acid esters, styrene, and at least one obtained using a monomer 0 to 70% by weight (co) of claim 4 wherein a polymer selected from the group consisting of vinyl acetate Thermal foaming microsphere. (メタ)アクリロニトリル(共)重合体が、重合性単量体として、(C) アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体80〜100重量%と、(D) 塩化ビニリデン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン、及び酢酸ビニルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜20重量%とを用いて得られた(共)重合体である請求項記載の熱発泡性マイクロスフェアー。The (meth) acrylonitrile (co) polymer is, as a polymerizable monomer, at least one monomer selected from the group consisting of (C) acrylonitrile and methacrylonitrile, and (D) vinylidene chloride. , acrylic acid esters, methacrylic acid esters, styrene, and at least one a monomer 0 to 20 wt% were obtained using the (co) according to claim 7, wherein a polymer selected from the group consisting of vinyl acetate Thermal foaming microsphere. (メタ)アクリロニトリル(共)重合体が、重合性単量体として、(C) アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体30重量%以上80重量%未満と、(D) 塩化ビニリデン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン、及び酢酸ビニルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体20重量%超過70重量%以下とを用いて得られた共重合体である請求項記載の熱発泡性マイクロスフェアー。The (meth) acrylonitrile (co) polymer has, as a polymerizable monomer, at least one monomer selected from the group consisting of (C) acrylonitrile and methacrylonitrile and at least 30% by weight and less than 80% by weight (D ) A copolymer obtained by using at least one monomer selected from the group consisting of vinylidene chloride, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, styrene, and vinyl acetate in excess of 20% by weight and 70% by weight or less. Item 8. The thermally foamable microsphere according to Item 7 . (メタ)アクリロニトリル(共)重合体が、重合性単量体として、(C1)アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体51〜100重量%と、(D1)塩化ビニリデン0〜40重量%と、(D2)アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜48重量%とを用いて得られた(共)重合体である請求項記載の熱発泡性マイクロスフェアー。The (meth) acrylonitrile (co) polymer is, as a polymerizable monomer, at least one monomer selected from the group consisting of (C1) acrylonitrile and methacrylonitrile, and (D1) vinylidene chloride. A (co) polymer obtained using 0 to 40% by weight and 0 to 48% by weight of at least one monomer selected from the group consisting of (D2) acrylic acid esters and methacrylic acid esters. 4. The thermally foamable microsphere according to 4 . (メタ)アクリロニトリル(共)重合体が、重合性単量体として、(E) アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体30〜100重量%と、(F) アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜70重量%とを用いて得られた(共)重合体である請求項記載の熱発泡性マイクロスフェアー。The (meth) acrylonitrile (co) polymer is, as a polymerizable monomer, at least one monomer selected from the group consisting of (E) acrylonitrile and methacrylonitrile, and (F) acrylic acid. The thermally foamable microsphere according to claim 4, which is a (co) polymer obtained using 0 to 70% by weight of at least one monomer selected from the group consisting of esters and methacrylates. (メタ)アクリロニトリル(共)重合体が、重合性単量体として、(E1)アクリロニトリル1〜99重量%と、(E2)メタクリロニトリル1〜99重量%と、(F) アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜70重量%とを用いて得られた共重合体である請求項記載の熱発泡性マイクロスフェアー。The (meth) acrylonitrile (co) polymer has, as polymerizable monomers, (E1) acrylonitrile 1 to 99% by weight, (E2) methacrylonitrile 1 to 99% by weight, (F) acrylic acid ester and methacrylic acid. The thermally foamable microsphere according to claim 4, which is a copolymer obtained by using 0 to 70% by weight of at least one monomer selected from the group consisting of acid esters. (メタ)アクリロニトリル(共)重合体が、重合性単量体として、(E1)アクリロニトリル20〜80重量%と、(E2)メタクリロニトリル20〜80重量%と、(F) アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体0〜20重量%とを用いて得られた共重合体である請求項記載の熱発泡性マイクロスフェアー。The (meth) acrylonitrile (co) polymer has, as polymerizable monomers, 20 to 80% by weight of (E1) acrylonitrile, 20 to 80% by weight of (E2) methacrylonitrile, (F) acrylic acid ester and methacrylic acid. The thermally foamable microsphere according to claim 4, which is a copolymer obtained using 0 to 20% by weight of at least one monomer selected from the group consisting of acid esters. 重合体から形成された外殻の弾性率が、10N/m以上かつ10N/m以下であることを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項に記載の熱発泡性マイクロスフェアー。Modulus of the shell formed from the polymer, blowing according to any one of claims 1 to 13, characterized in that 10 6 N / m 2 or more and 10 9 N / m 2 or less Microspheres. 発泡剤が、60℃以上の沸点を有する炭化水素系発泡剤を含有するものである請求項1ないし14のいずれか1項に記載の熱発泡性マイクロスフェアー。The thermally foamable microsphere according to any one of claims 1 to 14 , wherein the foaming agent contains a hydrocarbon-based foaming agent having a boiling point of 60 ° C or higher. 水系分散媒体中で、少なくとも発泡剤、重合性単量体、及び架橋性単量体を含有する重合性混合物を懸濁重合して、生成重合体から形成された外殻内に発泡剤が封入された構造を持つ発泡性マイクロスフェアーを製造する方法において、重合性単量体を基準にして1重量%超過5重量%以下の割合で重合性炭素−炭素二重結合を2個有する二官能架橋性単量体を含有する重合性混合物を懸濁重合して、最大発泡倍率が5倍以上の熱発泡性マイクロスフェアーを得ることを特徴とする熱発泡性マイクロスフェアーの製造方法。Suspension polymerization of a polymerizable mixture containing at least a blowing agent, a polymerizable monomer, and a crosslinkable monomer in an aqueous dispersion medium, and the blowing agent is enclosed in the outer shell formed from the resulting polymer. Bifunctional having two polymerizable carbon-carbon double bonds in a ratio of more than 1% by weight and not more than 5% by weight based on the polymerizable monomer in a method for producing a foamable microsphere having a structured structure A method for producing a thermally foamable microsphere, wherein a polymerizable mixture containing a crosslinkable monomer is subjected to suspension polymerization to obtain a thermally foamable microsphere having a maximum foaming ratio of 5 times or more. 重合性単量体が、(a) 塩化ビニリデン単独もしくは塩化ビニリデンとそれと共重合可能なビニル系単量体との混合物、及び (b)(メタ)アクリロニトリル単独もしくは(メタ)アクリロニトリルとそれと共重合可能なビニル系単量体との混合物からなる群より選ばれる単量体または単量体混合物である請求項16記載の製造方法。The polymerizable monomer is (a) vinylidene chloride alone or a mixture of vinylidene chloride and a copolymerizable vinyl monomer, and (b) (meth) acrylonitrile alone or (meth) acrylonitrile and copolymerizable with it. The production method according to claim 16 , which is a monomer or a monomer mixture selected from the group consisting of mixtures with various vinyl monomers. 発泡剤が、60℃以上の沸点を有する炭化水素系発泡剤を含有するものである請求項16または17記載の熱発泡性マイクロスフェアーの製造方法。The method for producing a thermally foamable microsphere according to claim 16 or 17, wherein the foaming agent contains a hydrocarbon-based foaming agent having a boiling point of 60 ° C or higher.
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