JP2004107476A - ポリウレタンビーズの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物と水と分散剤との混合液に遠心力とせん断力をかけることにより、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物とを含有する有機相を水と分散剤とを含有する水相中に粒子状に分散させた後、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物とを反応させてポリウレタンビーズとすることを特徴とするポリウレタンビーズの製造方法。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリウレタンビーズの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、粒子径が1〜100μm程度の粒子(ビーズ)は電子写真用トナー、トナーキャリヤ、化粧品、診断薬担体、樹脂改質剤、塗料用添加剤、印刷インキ用添加剤等に有用であることが判り、いわゆる機能性微粒子として様々な研究、開発が行われている。
【0003】
このような状況において、ポリウレタンビーズは、艶消し塗料として使用される他、顔料を内包させたものを塗料中に配合する等、いわゆる感性塗料として利用され始めている。
【0004】
従来のポリウレタンビーズの製造方法としては、化学量論的にイソシアネート基が過剰となるようなポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物を含有する有機相を、ホモジナイザー、ホモディスパー等の攪拌機を用いて、分散剤を含む水相中に分散させ、その後過剰なポリイソシアネート基の当量以下のポリアミン化合物を添加してウレタン化反応と尿素化反応とを行いポリウレタンポリ尿素のビーズとする製造方法がある(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平2−240123号公報(第6頁)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のポリウレタンビーズの製造方法は、ポリウレタンビーズの粒度分布の幅を任意に制御することは困難であり、そのため、いったん重合して得られた、ポリウレタンビーズを種々の方法で分級、あるいは篩分けし、目的とする分布幅を有するポリウレタンビーズを低収率で得ているのが現状である。また、有機相を水相中に分散させるのに要する時間が長く有機相中のポリイソシアネート化合物と水相中の水との好ましくない反応が起こる。その為、粒度分布幅を任意に制御することが可能で、ポリイソシアネート化合物と水との好ましくない反応を減少できるポリウレタンビーズの製造方法が嘱望されていた。
【0007】
従って、本発明の課題は、粒度分布幅を任意に制御することが可能で、ポリイソシアネート化合物と水との好ましくない反応を減少できるポリウレタンビーズの製造方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意研究した結果、次の知見を見出した。
(1)側面に貫通して設けた孔を有する円筒型撹拌翼を有し、かつ、該円筒型撹拌翼と攪拌槽内壁との隙間が2〜5mmである円筒型攪拌槽を備えた攪拌機を用いて、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物とを含有する有機相を水と分散剤とを含有する水相中に粒子状に分散させる製造方法は、前記分散剤の量、円筒型撹拌翼の回転速度等を調整することにより、目的とする分布幅を有するポリウレタンビーズを容易に得ることができ、篩分け等の工程を必要としない。
(2)前記製造方法における有機相の水相への分散に必要な時間が、従来の製造方法と比べて減少し、有機相中のポリイソシアネート化合物と水相中の水との好ましくない反応が減少できるのと同時に、製造効率が向上する。
(3)前記製造方法は、従来の製造方法と比べて分散剤の使用量が減少し、残存する分散剤が問題となる用途に対しては、必要とされる洗浄工程を省略、あるいは洗浄回数を削減でき、製造コストが削減でき、製造効率も向上する。
【0009】
すなわち本発明は、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物と水と分散剤とを、側面に孔を有する円筒型撹拌翼を有し、かつ、該円筒型撹拌翼と攪拌槽内壁との隙間が2〜5mmである円筒型攪拌槽に送り込みながら該円筒型撹拌翼を回転させて、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物と水と分散剤との混合液を攪拌槽内壁に沿って薄膜状で旋回させることにより、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物とを含有する有機相を水と分散剤とを含有する水相中に粒子状に分散させた後、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物とのウレタン化反応とを行うことを特徴とするポリウレタンビーズの製造方法を提供するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明について詳細に説明する。
本発明で用いるポリイソシアネート化合物としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,4−ジイソシアネート−1−メチルシクロヘキサン、ジイソシアネートシクロブタン、テトラメチレンジイソシアネート、o−キシリレンジイソシアネート、m−キシリレンジイソシアネート、p−キシリレンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ジメチルジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート、ドデカンジイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネートまたはイソホロンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート;
【0011】
トリレン−2,4−ジイソシアネート、トリレン−2,6−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、3−メチルジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、クロロフェニレン−2,4−ジイソシアネート、ナフタリン−1,5−ジイソシアネート、ジフェニル−4,4’−ジイソシアネート、3,3’−ジメチルジフェニル−1,3,5−トリイソプロピルベンゼン−2,4−ジイソシアネートカーボジイミド変性ジフェニルメタジイソシアネート、ポリフェニルポリメチレンイソシアネート、ジフェニルエーテルジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート;
【0012】
前記した脂肪族ジイソシアネート、芳香族ジイソジアネート等の種々のジイソシアネートと後述するポリヒドロキシ化合物とを、ジイソシアネートのイソシアネート基当量がポリヒドロキシ化合物のヒドロキシル基当量より過剰となるように反応させて得られるポリウレタンポリイソシアネート:
【0013】
前記した脂肪族ジイソシアネート、芳香族ジイソジアネート等の種々のポリイソシアネートを重合させることによって得られるイソシアヌレート環を含んだポリイソシアネート;
【0014】
前記した脂肪族ジイソシアネート、芳香族ジイソジアネート等の種々のポリイソシアネートと水とを反応させて得られるビュレット結合を含んだポリイソシアネート等が挙げられる。ポリイソシアネート化合物は、単独で使用しても良いし、複数種を併用しても良い。
【0015】
前記ポリイソシアネート化合物としては、ポリウレタンビーズが黄色に変色しないことからヘキサメチレンジイソシアネートが好ましい。また、ポリイソシアネート化合物の数平均分子量は、200〜10,000の範囲が好ましく、300〜7,000範囲がより好ましい。
【0016】
ポリヒドロキシ化合物としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘサン、ビスフェノールA、水添ビスフェノールA、ヒドロキシピバリルヒドロキシピバレート、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、グリセリン、ヘキサントリオール等の多価アルコール類;
【0017】
ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシテトラメチレングリコール、ポリオキシプロピレンポリオキシテトラメチレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオキシテトラメチレングリコール等のポリエーテルグリコール類;
【0018】
前記多価アルコール類と、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン、エチルグリシジルエーテル、プロピルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル等の種々の環状エーテル結合含有化合物との開環重合によって得られる変性ポリエーテルポリオール類;
【0019】
前記多価アルコール類と、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、フタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,4−シクロヘキサンヒカルボン酸、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−シクロヘキサトリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸等の多価カルボン酸類との共縮合によって得られるポリオール類;
【0020】
前記多価アルコール類と、ε−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、3−メチル−δ−バレロラクトン等の種々のラクトン類との重縮合反応によって得られるラクトン系ポリエステルポリオール類;
【0021】
前記多価アルコール類と、多価カルボン酸類と、ラクトン類との重縮合反応によって得られるラクトン変性ポリエステルポリオール類;
【0022】
前記ラクトン系ポリエステルポリオール類、ラクトン変性ポリエステルポリオール類等のポリエステルポオールの合成時に、ビスフェノールA型エポキシ化合物、水添ビスフェノールA型エポキシ化合物、一価および/または多価アルコール類のグリシジルエーテル、あるいは、一塩基酸および/または多塩基酸類のグリシジルエステル等の種々のエポキシ化合物を併用して得られるエポキシ変性ポリエステルポリオール類等が挙げられる。
【0023】
また、前記したポリヒドロキシ化合物の他に、ポリエステルポリアミドポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリブタジエンポリオール、ポリペンタジエンポリオール、ひまし油、ひまし油誘導体、水添ひまし油、水添ひまし油誘導体、水酸基含有アクリル系共重合体、水酸基含有含フッ素化合物、水酸基含有シリコン樹脂等もポリヒドロキシ化合物として使用することができる。ポリヒドロキシ化合物は、単独で使用しても良いし、複数種を併用しても良い。
【0024】
ポリヒドロキシ化合物としては、ラクトン系ポリエステルポリオールが好ましい。ポリヒドロキシ化合物の数平均分子量としては、200〜10,000の範囲が好ましく、なかでも300〜7,000の範囲がポリウレタンビーズ内部に充分な架橋構造が形成されるためより好ましい。
【0025】
前記ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基と、前記ポリヒドロキシ化合物のヒドロキシル基との当量比(イソシアネート基当量:ヒドロキシル基当量)は、1:0.1〜1:0.9が好ましく、1:0.2〜1:0.7がより好ましい。
【0026】
本発明で用いる分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、アラビアゴム、ポリアクリレート、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、エチレン無水マレイン酸共重合体、ヒドロキシアルキルセルロースやカルボキシアルキルセルロース等のセルロース系水溶性高分子、ポリオキシエチレンノニフェノールエーテルやポリオキシエチレンオレイルエーテル等のノニオン系界面活性剤、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムやラウリル硫酸ナトリウム等のアニオン系界面活性剤、ラウリルジメチルボンジルアンモニウムクロライド等のカチオン系界面活性剤等が挙げられ、なかでもポリビニルアルコール、セルロース系水溶性高分子が好ましい。分散剤は、水と分散剤の合計に対する分散剤の含有割合が0.01〜3.0重量%となる範囲で使用するのが好ましく、0.05〜3重量%の範囲で使用するのがより好ましい。分散剤は単独で使用しても良いし、複数種を併用しても良い。
【0027】
次に本発明の製造方法について説明する。
本発明のポリウレタンビーズの製造方法はバッチ式でも連続式でも良いが、連続式が好ましい。本発明のポリウレタンビーズの製造方法としては、例えば、
工程1 側面に孔を有する円筒型撹拌翼を有し、かつ、該円筒型撹拌翼と攪拌槽内壁との隙間が2〜5mmである円筒型攪拌槽を有する攪拌装置の円筒型攪拌槽に、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物と水と分散剤とを、好ましくは該円筒型攪拌槽の底部より送り込む工程、
工程2 前記円筒型攪拌翼を回転させてポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物と水と分散剤との混合液を攪拌槽内壁に沿って薄膜状で旋回させ、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物とを含有する有機相を水と分散剤とを含有する水相中に粒子状に分散させる工程、
工程3 工程2で得られた分散液を円筒型攪拌槽から取り出し、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物とを分散された状態で反応させる工程、
からなる製造方法等が挙げられる。
【0028】
工程1において、円筒型攪拌槽にポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物と水と分散体とを送り込むには、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物とを含有する有機層と水と分散剤とを含有する水相とをあらかじめ混合したのち送り込んでも良いし、有機層と水相を別々に送り込んでも良い。
【0029】
有機相と水相の使用量は、有機相が水相中に分散される量であればよく制限は無いが、有機相と水相との重量比(有機相:水相)が、25:75〜75:25となる使用量が好ましく、40:60〜60:40となる使用量がより好ましい。
【0030】
本発明の製造方法で用いることのできる円筒型攪拌槽を有する攪拌装置としては、例えばT.K.フィルミックス〔特殊機化工業(株)〕等の薄膜旋回型攪拌装置等を好ましく用いることができる。T.K.フィルミックスは、目的に応じて、種々の攪拌槽があるが、本発明の製造方法においては、側面に貫通して設けた孔を有する円筒型攪拌翼を有し、かつ、該円筒型攪拌翼と攪拌槽内壁との隙間が2〜5mmである円筒型攪拌槽を有するものを用いる。以下、図面により前記のような薄膜旋回型攪拌機を用いた本発明の製造方法について説明する。
【0031】
図1は本発明の製造方法で用いる薄膜旋回型攪拌機の円筒型攪拌槽部分を示したものである。図1に示すように、円筒型攪拌槽1と同心に回転軸2が設置されている。そして、該回転軸2の下部には側面に孔を有する円筒型攪拌翼3が固着されている。
【0032】
円筒型攪拌槽1の底部には、図外の供給管が1本あるいは複数本接続されている。連続式生産の場合には、図外の供給管は原料の供給に使用されるが、バッチ式生産の場合は製品の排出にも使用することができる。また、円筒型攪拌槽1の上部には攪拌槽内の液体の流れを堰き止める図外の板(以下、堰板と言う)が設置されており、堰板と回転軸の間には隙間が存在する。回転軸2は、上部に設けた図外のモータと固着しており高速駆動される。
【0033】
円筒型攪拌槽1の内径は、例えば80mmであり、円筒型攪拌翼3の外径は円筒型攪拌槽1の内径より僅かに小径の75〜78mmに設定されている。したがって両部の隙間は、2〜5mmである。また、円筒型攪拌翼3の高さは例えば55mm、厚さは3mm、孔の径は3mmである。尚、これらの数値は一例を示す数値であり、適宜変更できるものである。
【0034】
供給管から円筒型攪拌槽1に送り込まれたポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物と水と分散剤は、円筒型攪拌翼3の高速回転によって円周方向に付勢されて回転し、該回転によって生じる遠心力によって、円筒型攪拌槽1の内壁に薄膜円筒状に密着しながら回転するから、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物と水と分散剤との混合液は薄膜表面と攪拌槽1の内壁との速度差によるずれによって攪拌作用を受け、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物とを含有する有機相が水と分散剤とを含有する水相中に粒子状に分散される。薄膜円筒状に保持された混合液は薄膜円筒状態を維持しつつ、供給管から送り込まれたポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物と水と分散剤により持ち上げられ円筒型攪拌槽1の上部方向へ上昇し混合液の一部は回転軸2と堰板との間の隙間より流出するが、大部分の混合液は円筒型攪拌槽1上部にある堰板により円筒型攪拌槽1の下部方向へと方向転換し、その結果、混合液は、円筒型攪拌翼3の内側へと流入する。そして、円筒型攪拌翼3に流入した混合液は、円筒型攪拌翼3が側面に有する貫通して設けた孔内に流入し、該孔の内面によって強い回転力を受けるから遠心力も大きく、該孔内から隙間に流入して圧力を上昇させると共に円筒型攪拌槽1の内壁と円筒型攪拌翼3との隙間内にある混合液の流れを乱すことにより攪拌作用を助長する。
【0035】
このようにして有機相を水槽中に粒子状に分散して得られた分散液は、堰板と回転軸2との間の隙間からオーバーフローし、図外流出口から円筒型攪拌槽1外へと排出される。
【0036】
有機相を水相中に分散後有機相中のポリイソシアネート化合物とポリイソシアネート化合物との反応は、種々の方法により行うことができ、例えば、分散液の温度を75〜85℃の範囲で攪拌下にて1〜2時間維持する等の方法が挙げられる。このときに用いる攪拌機は、ポリウレタンビーズが凝集しないようなものであれば種々の攪拌機を使用することができ、このような攪拌機としては、例えば、パドルミキサー等が挙げられる。
【0037】
前記円筒型攪拌翼3の回転数を上げていくと、混合液は遠心力により容器内壁に強く押し付けられるとともに円筒型攪拌翼3はその先端の周速が最も早いので、混合液は大きな剪断力を与えられて、粒子の粒径は小さくなりやすくなる。
【0038】
前記円筒型攪拌翼の先端の周速は3〜55m/Secが強力な遠心力をかけることができるので好ましく、5〜30m/Secがより好ましい。また、円筒型攪拌翼の回転時間(連続式薄膜旋回型攪拌装置を用いて分散液を製造する際は円筒型攪拌槽内に液が流入してから流出するまでの滞留時間)は、円筒型攪拌翼の先端の周速が3〜55m/Secの時には、10〜120秒が好ましく、10〜60秒がより好ましい。
【0039】
本発明の製造方法においては、水相に含有する分散剤の量、円筒型攪拌翼の回転速度等を調整することにより、ポリウレタンビーズの粒径分布の幅を所望する広さに調整することが可能であり、粒子製造後の分級操作は短縮、あるいは省略することが可能である。例えば、水相に含有する分散剤の量を少なくして、円筒型攪拌翼の回転速度を大きくすることにより粒度分布の幅が狭いポリウレタンビーズが得られる。逆に、水相に含有する分散剤の量を多くして、円筒型攪拌翼の回転速度を小さくすることにより粒度分布の幅が広いポリウレタンビーズが得られる。例えば、平均粒径7μmのポリウレタンビーズを製造する際に、水相に含有する分散剤の量を0.76重量%にして円筒型攪拌翼の回転速度を13,700rpmにすると、ワイブル分布の形状母数が2.4と粒度分布幅の狭いポリウレタンビーズが得られるのに対し、水相中の分散剤の含有量を0.92重量%で円筒型攪拌翼の回転速度を10,200rpmにするとワイブル分布の形状母数が1.6と分布幅の広いポリウレタンビーズが得られる
【0040】
本発明の製造方法においては、有機相を水相中に粒子状に分散させた後、有機相中のポリヒドロキシ化合物のヒドロキシル基に対する、ポリイソシアネート化合物の化学量論的に過剰なイソシアネート基の当量以下のポリアミン化合物を添加して、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物とのウレタン化反応に加え、ポリイソシアネート化合物とポリアミン化合物との尿素化反応を行わせることが、界面重合で粒子表面に膜を形成させることにより、製造中にポリウレタン同士が結合しにくいことから好ましい。
【0041】
ポリアミンとしては、例えば、1,2−エチレンジアミン、1、3−プロパンジアミン、ビス(3−アミノプロピル)アミン、ヒドラジン、ヒドラジン−2−エタノール、ビス(2−メチルアミノエチル)メチルアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、3−アミノ−1−メチルアミノプロパン、N−ヒドロキシエチルエチレンジアミン、N−メチル−ビス(3−アミノプロピル)アミン、テトラエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ビス(N,N’−アミノエチル)−1,2−エチレンジアミン、1−アミノエチル−1,2−エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、フェニレンジアミン、トルイレンジアミン、2,4,6−トリアミノトルエントリハイドロクロライド、1,3,6−トリアミノナフタレン、イソホロンジアミン、キシリレンジアミン、水添キシリレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、水添4,4’−ジアミノジフェニルメタン等のジアミン;ポリオキシアルキレンポリアミン等のポリアミン;前記ポリアミンの誘導体等が挙げられ、なかでも、1,2−エチレンジアミンが好ましい。
【0042】
ポリアミンは、前記有機相中のヒドロキシル基に対する過剰なイソシアネート基の1当量につき、ポリアミンを0.2〜1.0当量用いるのが好ましく、0.3〜1.0当量用いるのがより好ましく、0.4〜1.0当量用いるのが特に好ましい。
【0043】
有機相を水相中に粒子状に分散させた分散液にポリアミン化合物を添加し尿素化反応とウレタン化反応とを行わせるには、得られた分散液の温度を75〜85℃の範囲で攪拌下で1〜2時間保持し、尿素化反応とウレタン化反応とを同時に行っても良いし、分散液を25〜30℃の範囲で攪拌下で30分間〜1時間保持し、尿素化反応によりポリウレタンビーズの外壁を形成したのち、温度を75〜85℃の範囲で攪拌下で1〜2時間維持しウレタン化反応を行わせても良い。
【0044】
本発明の製造方法では、ポリイソシアネート化合物、ポリヒドロキシ化合物、水および分散剤以外に、種々のポリマーを加えてポリウレタンビーズを製造しても良い。ポリマーとしては、例えば、ポリアクリル酸エステル、アクリル・スチレン共重合体、ポリ酢酸ビニル、酢酸ビニル・ベオバ共重合体、酢酸ビニル・エチレン共重合体、酢酸ビニル・エチレン・塩化ビニル共重合体、酢酸ビニル・アクリル共重合体、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、エチレン、塩ビ共重合体、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ等の合成樹脂;天然ゴム、ポリブタジエン、ブタジエン・スチレン共重合体、ブタジエン・アクリロニトリル共重合体、ブタジエン・メチルメタクリレート共重合体、ブタジエン・スチレン・ビニルピリジン共重合体、ポリクロロプレン、ポリイソプレンなどで代表されるゴム系ポリマーが挙げられる。これらのポリマーを併用してポリウレタンビーズを製造するには、例えば、これらのポリマーを加熱溶解しておき、ポリイソシアネート化合物、ポリヒドロキシ化合物、水および分散剤と共に前記円筒型攪拌槽に送り込めばよい。
【0045】
本発明の製造方法により得られるポリウレタンビーズはほぼ球状であり、ビーズの粒径も球を基本形状として求められる。平均粒径とは、一般的に個数平均平均粒径、長さ平均平均粒径、面積平均平均粒径、体積平均平均粒径等があるが、本発明でいう平均粒径とは通常用いられる体積平均粒径である。本発明の製造方法は、平均粒径が1〜100μmであるポリウレタンビーズを製造するのが好ましく、5〜30μmがより好ましい。
【0046】
本発明においては、ポリウレタンビーズの粒度分布を表す関数としてワイブル分布を用いる。ワイブル分布とは、下記(1)式で表現される。
F(t)=1−exp[−(t/η)m ]・・・・・(1)
ここで、F(t)はワイブル分布関数、tは粒径、ηは尺度母数、mは形状母数である。形状母数mが粒度分布の形状を表し、その値が大きい程粒度分布が狭くなる。
【0047】
本発明の製造方法は、形状母数の値が2.0〜5.0であるポリウレタンビーズを製造するのに好適で、2〜4であるポリウレタンビーズを製造するのにより好適である。
【0048】
本発明の製造方法で得られるポリウレタンビーズは、それぞれの目的・使途に添って用いられるが、スプレードライ法、遠心分離乾燥法、ろ過乾燥法または流動床乾燥法などにより、微細なパウダー状として用いることも出来る。
【0049】
また、本発明の製造方法では、芯物質として、様々なものをポリウレタンビーズに内包せしめることが出来る。かかる内包用の芯物質は、疎水性の有機相中に存在させて、粒子内部に取り込むものであるが、こうした芯物質の範囲や種類などは、特に限定されることはなく広範囲に及び、例えば、防黴剤、防藻剤、除草剤、殺菌剤もしくは殺虫剤の如き各種の薬剤類または医薬品類などを始め、香料、顔料、着色料、発色剤類、酵素類、洗剤類、触媒類、防錆剤類、接着剤類、さらには紫外線吸収剤、液晶、磁性材料、あるいは導電性物質など化成品類または食品類などである。また、必要に応じて、不活性の可塑剤類、パラフィン類、動植物油類またはシリコン油類、あるいはキシレン樹脂やケトン樹脂類の如き各種の合成樹脂類をも適宜内包せしめることが出来る。芯物質を内包させたポリウレタンビーズを製造するには、例えば、顔料等の芯物質を前記ポリヒドロキシ化合物中に分散させたポリヒドロキシ化合物を用いてポリウレタンビーズを製造すれば良い。
【0050】
【実施例】
以下に実施例、比較例により本発明を具体的に説明する。例中特に断りのない限り部および%はすべて重量基準である。
【0051】
はじめに、使用原料について説明する。
(A) ポリイソシアネート化合物:バーノックDN−901S〔大日本インキ化学工業(株)製、ヘキサメチレンジイソシアネートを用いて得られるイソシアヌレート環含有ポリイソシアネート、イソシアネート基含有率=23.2%〕。以下、これをPI−1とする。
(B) ポリイソシアネート化合物;バーノックY6−572S〔大日本インキ化学工業(株)製、ヘキサメチレンジイソシアネートのポリエステルポリオールアダクト型ポリイソシアネート、イソシアネート基含有率=10.4%〕。以下、これをPI−2とする。
(C) ポリヒドロキシ化合物:トリメチロールプロパンとε−カプロラクトンとの重縮合反応によって得られる、水酸基価が168.5なるポリカプロラクトンポリエステルトリオール。以下、これをPO−1とする。
(D) ミルベース:上記PO−1の79部に、「CF−9」〔三菱化学(株)製のカーボン〕の21部を混合し、ロールミルでカーボンを微分散したポリヒドロキシ化合物。以下これをMB−1とする。
【0052】
実施例1
100mlのフラスコに、「PVA−420」〔(株)クラレ製ポリビニルアルコールの部分ケン化物、以下PVAとする。〕0.38部を50部の水に溶解した水相を準備した。
【0053】
別の300mlのフラスコに、MB−1を38部、PI−1を30部、PI−2を60部、トルエン84部および0.1%ジブチル錫ジラウレートのトルエン溶液1部を混合して有機相を準備した。室温にて、水相4部と有機相4部とを混合し、ガラス棒で攪拌しておきエマルジョンとなった状態で、側面に孔を有する円筒型攪拌翼を有し、かつ、該円筒型攪拌翼と攪拌槽内壁との隙間が2〜5mmである円筒型攪拌槽を有する薄膜旋回型攪拌機(T.K.フィルミックス、特殊機化工業社製)に投入し、円筒型攪拌翼を13,700rpmの回転数で15秒間回転して分散液を得た。尚、使用した、側面に孔を有する円筒形攪拌翼の先端の周速は、20m/secで、円筒密閉容器の内壁と該円筒形密閉容器の中にある側面に孔を有する円筒型攪拌翼との隙間は2mmであった。
【0054】
この分散液を別の容器に移し、ガラス棒によって攪拌しながら、エチレンジアミン(以下EDAと略記する)の25%水溶液0.3部を加えた。室温に1時間攪拌下で保持したのち、分散液の温度を80℃に昇温し、同温で1時間攪拌下で保持して、ポリウレタンビーズの懸濁液を得た。
【0055】
得られた懸濁液中のポリウレタンビーズの平均粒径とワイブル分布の形状母数とをレーザー回折・散乱式粒度分布計(レーザーマイクロンサイザー、株式会社セイシン企業製)により測定したところ、平均粒径は7μm、ワイブル分布の形状母数は2.4であった。実施例1で得られたポリウレタンビーズの粒度分布の測定結果を図2に示す。
【0056】
実施例2
PVAの0.38部を50部の水に溶解した水相の代わりにPVAの0.46部を50部の水に溶解した水相を用い、かつ、円筒型攪拌翼の回転条件を回転数13,700rpmで15秒間回転する代わりに回転数10,200rpmで20秒間回転する以外は実施例1と同様にしてポリウレタンビーズの懸濁液を得た。実施例1と同様にしてポリウレタンビーズの平均粒径とワイブル分布の形状母数とを測定したところ、平均粒径は7μm、ワイブル分布の形状母数は1.6であった。尚、使用した、側面に孔を有する円筒形攪拌翼の先端の周速は、15m/secであった。
【0057】
実施例3
PVAの0.38部を50部の水に溶解した水相の代わりにPVAの0.23部を50部の水に溶解した水相を用い、かつ、円筒型攪拌翼の回転条件を回転数13,700rpmで15秒間回転する代わりに回転数6,800rpmで30秒間回転する以外は実施例1と同様にしてポリウレタンビーズの懸濁液を得た。実施例1と同様にしてポリウレタンビーズの平均粒径とワイブル分布の形状母数とを測定したところ、平均粒径は15μm、ワイブル分布の形状母数は2.5であった。尚、使用した、側面に孔を有する円筒形攪拌翼の先端の周速は、10m/secであった。
【0058】
実施例4
円筒型攪拌翼の回転条件を回転数13,700rpmで15秒間回転する代わりに回転数3,400rpmで60秒間回転する以外は実施例1と同様にしてポリウレタンビーズの懸濁液を得た。実施例1と同様にしてポリウレタンビーズの平均粒径とワイブル分布の形状母数とを測定したところ、平均粒径は15μm、ワイブル分布の形状母数は1.2であった。尚、使用した、側面に孔を有する円筒形攪拌翼の先端の周速は、5m/secであった。
【0059】
実施例5
PVAの0.38部を50部の水に溶解した水相の代わりにPVAの0.08部を50部の水に溶解した水相を用い、かつ、円筒型攪拌翼の回転条件を回転数13,700rpmで15秒間回転しる代わりに回転数3,400rpmで60秒間回転する以外は実施例1と同様にしてポリウレタンビーズの懸濁液を得た。実施例1と同様にしてポリウレタンビーズの平均粒径とワイブル分布の形状母数とを測定したところ、平均粒径は48μm、ワイブル分布の形状母数は3.1であった。尚、使用した、側面に孔を有する円筒形攪拌翼の先端の周速は、5m/secであった。
【0060】
比較例1
粒度分布幅が狭いポリウレタンビーズを製造することを目的として行った。まず、200mlのフラスコに、PVAの3.6部を200部の水に溶解した水相を準備した。
【0061】
別の300mlのフラスコに、MB−1を38部、PI−1を30部、PI−2を60部、トルエン84部および0.1%ジブチル錫ジラウレートのトルエン溶液1部を混合して有機相を準備した。室温にて、水相200部と有機相200部とを混合し、ガラス棒で攪拌しておきエマルジョンとなった状態で、傾斜刃を外周に設けたディスパー型の回転羽根を有する高速分散機(製品名:ホモディスパー、特殊機化工業社製)に投入し、回転数8,000rpmで30分間攪拌して分散液を得た。前記傾斜刃を外周に設けたディスパー型の回転羽根を図3に示す。
【0062】
この分散液を別の容器に移し、ガラス棒によって攪拌しながら、EDAの25%水溶液15部を加えた。室温に1時間攪拌下で保持したのち、分散液の温度を80℃に昇温し、同温で1時間攪拌下で保持して、ポリウレタンビーズの懸濁液を得た。
【0063】
実施例1と同様にしてポリウレタンビーズの平均粒径とワイブル分布の形状母数とを測定したところ、平均粒径は8μm、ワイブル分布の形状母数は1.4であった。比較例1で得られたポリウレタンビーズの粒度分布の測定結果を図4に示す。
【0064】
比較例2
PVAの3.6部を200部の水に溶解した水相の代わりにPVAの1.8部を200部の水に溶解した水相を用いた以外は比較例1と同様にしてポリウレタンビーズの懸濁液を得た。実施例1と同様にしてポリウレタンビーズの平均粒径とワイブル分布の形状母数とを測定したところ、平均粒径は14μm、ワイブル分布の形状母数は1.9であった。
【0065】
実施例1〜3、比較例1および2で得られたポリウレタンビーズ懸濁液中のポリウレタンビーズの平均粒子径、ワイブル分布の形状母数を、使用した攪拌機、分散剤の濃度、攪拌の条件(回転数、回転時間)とともに第1表に示す。
【0066】
【表1】
※PVA含有割合:分散剤として用いたPVAの、水と分散剤との合計に対する含有割合。
【0067】
第1表の結果から明らかなように、実施例1〜5の製造方法では種々の粒度分布を有するポリウレタンビーズを製造することができる。また円筒型攪拌翼の回転時間は実施例1〜5が15秒〜60秒と、比較例1,2の攪拌時間の30分よりはるかに短く、またPVAの使用量も実施例1,2は、比較例1,2の約半分と分散剤の使用量が低減できた。
【0068】
【発明の効果】
本発明は、以上示した通りであり、粒径分布幅を任意の広さに設定したポリウレタンビーズを短時間で得られ、更に分散剤の使用量をも低減できることから後工程である洗浄等の工程を省略または簡略化することが可能である。
【0069】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で用いる薄膜旋回型攪拌機の円筒型攪拌槽部分の一例を示す斜視図である。
【図2】実施例1で得られたポリウレタンビーズの粒度分布測定結果である。
【図3】比較例1および比較例2で用いた傾斜刃を外周に設けたディスパー型の回転羽根の一例を示す斜視図である。
【図4】比較例1で得られたポリウレタンビーズの粒度分布測定結果である。
【符号の説明】
1 円筒型攪拌槽
2 回転軸
3 側面に孔を有する円筒型攪拌翼
Claims (6)
- ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物と水と分散剤とを、側面に孔を有する円筒型撹拌翼を有し、かつ、該円筒型撹拌翼と攪拌槽内壁との隙間が2〜5mmである円筒型攪拌槽に送り込みながら該円筒型撹拌翼を回転させて、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物と水と分散剤との混合液を攪拌槽内壁に沿って薄膜状で旋回させることにより、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物とを含有する有機相を水と分散剤とを含有する水相中に粒子状に分散させた後、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物とのウレタン化反応とを行うことを特徴とするポリウレタンビーズの製造方法。
- 前記有機相を水相中に粒子状に分散させた後、有機相中のヒドロキシル基に対して化学量論的に過剰なイソシアネート基の当量以下のポリアミン化合物を添加して、ポリイソシアネート化合物とポリアミン化合物との尿素化反応とポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物とのウレタン化反応とを行う請求項1記載のポリウレタンビーズの製造方法。
- 前記側面に孔を有する円筒型撹拌翼の先端の周速が3〜55m/secである請求項2記載のポリウレタンビーズの製造方法。
- 前記分散剤がポリビニルアルコールまたはセルロース系水溶性高分子で、かつ、水と分散剤との合計に対する分散剤の含有割合が0.01〜3.0重量%である請求項3記載のポリウレタンビーズの製造方法。
- 前記ポリヒドロキシ化合物が、顔料を分散させたポリヒドロキシ化合物である請求項1〜4のいずれか1項記載のポリウレタンビーズの製造方法。
- ポリウレタンビーズの平均粒径が1〜100μmで、かつ、ワイブル分布の形状母数が2.0〜5.0であるポリウレタンビーズを製造する請求項5記載のポリウレタンビーズの製造方法。
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