JP2006225486A - 内部に空隙を有する微粒子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 内部に空隙を有する微粒子を製造する方法であり、
非イオン性界面活性剤の水溶液中で、この非イオン性界面活性剤の曇点マイナス30℃の温度以上においてモノマーを乳化重合させる第1工程と、第1工程において得られる微粒子のガラス転移温度以上の温度で重合を完了させる第2工程と、得られる重合体微粒子を乾燥する第3工程とを含む方法。
【選択図】図1
Description
(i) 非イオン性界面活性剤の水溶液中でモノマーを乳化重合させて微粒子を製造する方法において、先ず、この非イオン性界面活性剤の曇点マイナス30℃の温度以上の温度下でモノマーを重合させることにより、非イオン性界面活性剤を吸蔵したモノマー含有部分重合体からなる微粒子を生成し(第1工程)、次いで、この微粒子を構成するモノマー含有部分重合体のガラス転移温度以上の温度で重合を完了させることにより(第2工程)、内部に水が取り込まれた重合体微粒子が得られる。最後に、この微粒子を乾燥させて内部の水を除去することにより(第3工程)、内部に空隙を有する微粒子が得られる。
(ii) 第1工程において重合を完了させることもでき、この場合は、第2工程でこの微粒子を構成する重合体のガラス転移温度以上の温度で熟成させればよい。
(iii) 第1工程において、反応系の温度を、非イオン性界面活性剤の曇点マイナス30℃以上、かつ曇点以下の温度にする場合は、界面活性剤の親水性がやや大きい状態になるため、乳化重合と並行して、微粒子中に水が大量に吸収される。次いで、モノマー部分重合体のガラス転移温度以上の温度で重合を完了させ、乾燥することにより、内部に空隙を有する微粒子が得られる。
(iv) また、第1工程において、反応系の温度を、非イオン性界面活性剤の曇点以上の温度にすることもでき、この場合は、界面活性剤の親水性が低下した状態になるため、微粒子への水の吸収量は少ないが、水が微少なドメインとして分散したモノマー部分重合体微粒子が得られる。第2工程において、この微粒子を構成するモノマー含有部分重合体のガラス転移温度以上の温度で重合を完了させることにより、微粒子内で水の微少なドメインが合一する。さらに、水を乾燥、除去することにより、内部に空隙を有する微粒子が得られる。
(v) (iv)で述べたように、第1工程において、反応系の温度を非イオン性界面活性剤の曇点以上の温度にする場合は、モノマーの重合と並行して若干の水も微粒子中に取り込まれるが、第2工程での反応系の温度を、この微粒子の構成材料のガラス転移温度以上で、かつ非イオン性界面活性剤の曇点以下の温度にすることにより、第2工程で水が比較的大量に微粒子内に取り込まれて、(iii)の場合より、空隙率の大きい微粒子となる。
(vi) 第2工程で、反応系の温度を微粒子構成材料のガラス転移温度以上にするには、反応系の温度を上昇させる他、反応系にモノマーを添加して微粒子中に吸収させることによりそのガラス転移温度の方を低下させることもできる。また、反応系に、微粒子構成材料に対する良溶媒を添加して微粒子中に吸収させることによりそのガラス転移温度を低下させることもできる。
非イオン性界面活性剤の水溶液中で、この非イオン性界面活性剤の曇点マイナス30℃の温度以上においてモノマーを乳化重合させる第1工程と、
第1工程において得られる微粒子のガラス転移温度以上の温度で重合を完了させる第2工程と
得られる重合体微粒子を乾燥する第3工程と
を含む方法。
非イオン性界面活性剤の水溶液中で、この非イオン性界面活性剤の曇点マイナス30℃の温度以上、曇点以下の温度においてモノマーを乳化重合させる第1工程と、
第1工程において得られる微粒子のガラス転移温度以上の温度で重合を完了させる第2工程と
得られる重合体微粒子を乾燥する第3工程と
を含む方法。
非イオン性界面活性剤の水溶液中で、この非イオン性界面活性剤の曇点以上の温度においてモノマーを乳化重合させる第1工程と、
第1工程において得られる微粒子のガラス転移温度以上の温度で重合を完了させる第2工程と
得られる重合体微粒子を乾燥する第3工程と
を含む方法。
非イオン性界面活性剤の水溶液中で、この非イオン性界面活性剤の曇点以上の温度においてモノマーを乳化重合させる第1工程と、
第1工程において得られる微粒子のガラス転移温度以上、界面活性剤の曇点以下の温度で重合を完了させる第2工程と
得られる重合体微粒子を乾燥する第3工程と
を含む方法。
非イオン性界面活性剤の水溶液中で、この非イオン性界面活性剤の曇点マイナス30℃の温度以上においてモノマーを乳化重合させる第1工程と;第1工程において得られる微粒子のガラス転移温度以上の温度で重合を完了させる第2工程と;得られる重合体微粒子を乾燥する第3工程とを含む方法である。
モノマー
モノマーとしては、単官能性モノマーを使用すればよく、公知の単官能性モノマーを制限なく使用できる。このような公知の単官能性モノマーとして、例えば、モノビニル芳香族単量体、アクリル系単量体、ビニルエステル系単量体、ビニルエーテル系単量体、モノオレフィン系単量体、ハロゲン化オレフィン系単量体、ジオレフィン等が挙げられる。中でもモノビニル芳香族系単量体が好ましい。
上記一般式(1)において、R1は、水素原子、メチル基又は塩素原子が好ましく、R2は、水素原子、塩素原子、メチル基又は−SO3Na基であるのが好ましい。
一般式(2)において、R3は、水素原子又はメチル基であるのが好ましく、R4は、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、フェニル基、低級(炭素数1〜4)ヒドロキシアルキル基、低級(炭素数1〜4)アミノアルキル基が好ましい。
上記ビニルエーテル系単量体の具体例としては、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルn−ブチルエーテル、ビニルフェニルエーテル、ビニルシクロヘキシルエーテル等が挙げられる。
上記モノオレフィン系単量体の具体例としては、エチレン、プロピレン、ブテン−1、ペンテン−1、4−メチルペンテン−1等が挙げられる。
非イオン性界面活性剤
非イオン性界面活性剤の種類は特に限定されず、公知のものを制限無く使用できる。このような公知の非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル,ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルチオエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンモノアルキルエステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミドのようなポリオキシエチレン系界面活性剤;ポリエチレンイミン;ソルビタンアルキルエステル;グリセリン又はポリグリセリンと油脂、脂肪酸、樹脂酸、又はナフテン酸とのエステル、グリコールエステル、ペンタエリスリットエステル、サッカロースエステルのような多価アルコールと脂肪酸とのエステル;脂肪酸エタノールアミド、メチロールアミド、オキシメチルエタノールアミド、脂肪酸エタノールアミド誘導体のようなアミド型界面活性剤などが挙げられる。
開始剤
乳化重合の開始剤は、特に限定されず公知の水溶性開始剤を制限なく使用できる。このような開始剤としては、例えば、アゾ系化合物、過硫酸塩、過酸化物系化合物、過硫酸塩又は過酸化物と還元剤とを組み合わせたレドックス開始剤などが挙げられる。より具体的には、例えば、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)二硫酸塩、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロライド、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4−ジメチルバレロニトリル,過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、過酸化水素;あるいはそれらの過酸化物と硫酸第一鉄,アスコルビン酸ナトリウム,還元スルホキシ化合物などの還元剤との組み合わせなどが挙げられる。なお,通常は水溶性開始剤を用いるが,疎水性のアゾ系化合物及び過酸化物系化合物の使用を排除するものではない。
第1工程
第1工程においては、非イオン性界面活性剤の水溶液中に、モノマー及び開始剤を添加して、例えばホモジナイザー等を用いて攪拌することにより、水中でモノマーを部分的に重合させる。これにより、モノマーの部分重合体からなる微粒子が形成される。また、モノマーを完全に重合させて重合体からなる微粒子を形成してもよい。
第2工程
第1工程では、重合の進行に伴いモノマー含有部分重合体粒子中のモノマー濃度が減少し、そのガラス転移温度(以下、「Tg」ということもある)が上昇する。
第1工程での反応系の温度が界面活性剤の曇点マイナス30℃の温度以上、かつ曇点以下である場合は、第1工程で微粒子中に水が吸収されているため、第2工程での反応系の温度は、微粒子構成材料のTg以上であればよく、特に限定されない。
第3工程
第3工程においては、通常、ろ過などの方法で反応系から微粒子を分離した後、微粒子を乾燥させる。例えば、室温〜100℃程度、圧力103〜105Pa程度の条件で乾燥すればよい。また、自然蒸発、噴霧乾燥,減圧処理、やシリカゲルのような乾燥剤によって乾燥してもよい。
実施例
以下、本発明を実施例を示してより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
<非イオン性界面活性剤の曇点測定>
非イオン性界面活性剤の曇点は、界面活性剤をイオン交換水に濃度が1%になるように溶解させ、その溶液を室温から1℃/分の速度で昇温させ、波長550 nmの光透過率が90%以下になる温度とした。
<モノマーの部分重合体のガラス転移温度の測定>
断熱型熱補償示差操作熱量計(Nano-DSC,Calorimetry Sciences社)を用い、対象となる部分重合体又は重合体の水分散体をサンプルとして1℃/分の昇温温度で測定した。
実施例1においてエマルゲン911量を0.04gに変更した他は、同様にして微粒子を作製した。生成粒子は粒子径が528 nmの大きさの揃ったものであった,実施例1,2と同様の条件で電子顕微鏡観察を行ったが,図1のような多中空構造は全く認められなかった。
実施例1においてエマルゲン911量を2gに変更した他は実施例1と同様にして微粒子を作製した。重合中の分散液は泡立ちが激しく,大きさの不揃いな高分子微粒子が生成した。遠心洗浄を繰り返して水相中のフリーの界面活性剤を出来るだけ取り除いた後に微粒子を透過型電子顕微鏡観察したところ,中空構造の生成は認められたが,微小な粒子の付着が顕著であった。
エマルゲン911を0.4g,スチレン4g,過硫酸カリウム0.32g,イオン交換水140gを還流器を備えた三口のセパラブルフラスコに入れ,窒素ガス気流下240rpmで攪拌をしながら70℃で24時間反応させて重合を完結した。生成粒子を透過型電子顕微鏡観察したが,中空構造は観察されなかった。
エマルゲン911を0.4g,スチレン4g,過硫酸カリウム0.32g,イオン交換水140gを還流器を備えた三口のセパラブルフラスコに入れ,窒素ガス気流下240rpmで攪拌をしながら70℃で24時間反応させた。
実施例4において、エマルゲンシリーズ(花王株式会社製)の920,931,935,及び950,985(それぞれの曇点は100℃以上)を用いた他は、実施例4と同様にして微粒子を作製した。これにより、緻密粒子が作製され,中空粒子は観察されなかった。なお,いずれの場合にも凝集粒子が生成された。
界面活性剤として,エマルゲンシリーズ(花王株式会社製)920,931,935,及び950,985を用いた他は、実施例5と同様にして微粒子を形成した。この場合には,中空粒子は作製されなかった。
得られた微粒子を透過型電子顕微鏡で観察したところ、図2のように単一孔を有する中空構造が形成されていた。平均粒径は357nmであった。
<本発明微粒子の隠蔽性を示すための混合フィルムの作製>
フィルム1(中空微粒子)
本発明者が既にJournal of Polymer Science: Polymer Chemistry Edition, vol.19, 1-8(1981)に報告している無乳化剤乳化共重合の処方に従って作製したアクリル酸エチル−メタクリル酸メチル(重量比=6:4)共重合体エマルションと、実施例8で作製した単一孔を有する中空ポリスチレン微粒子のエマルションを混合した。このエマルションをガラス板にキャストし、40℃で乾燥させてフィルムを作製した。
フィルム2(微粒子なし)
フィルム1において、中空ポリスチレン微粒子を混合せずにアクリル酸エチル−メタクリル酸メチル(重量比=6:4)共重合体エマルションを単独で用いた他はフィルム1と同様にしてフィルム2を得た。
フィルム3(中実微粒子)
実施例8とほぼ同様の粒子径を有する中実ポリスチレン微粒子(平均粒子径:550nm)を中空微粒子に代えて用いた他は、フィルム紙1と同様にしてフィルム3を得た。
Claims (11)
- 内部に空隙を有する微粒子を製造する方法であり、
非イオン性界面活性剤の水溶液中で、この非イオン性界面活性剤の曇点マイナス30℃の温度以上においてモノマーを乳化重合させる第1工程と、
第1工程において得られる微粒子のガラス転移温度以上の温度で重合を完了させる第2工程と
得られる重合体微粒子を乾燥する第3工程と
を含む方法。 - 第1工程において、非イオン性界面活性剤の曇点マイナス30℃の温度以上、曇点以下の温度でモノマーを乳化重合させる請求項1に記載の方法。
- 第1工程において、非イオン性界面活性剤の曇点以上の温度でモノマーを乳化重合させる請求項1に記載の方法。
- 第2工程において、第1工程で得られた微粒子のガラス転移温度以上、非イオン性界面活性剤の曇点以下の温度で重合を完了させる請求項1、2、又は3に記載の方法。
- 第2工程において、上記モノマーを反応系に添加して微粒子に吸収させることにより、反応系の温度を第1工程で得られた微粒子のガラス転移温度以上にする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 第2工程において、第1工程で得られた微粒子材料に対する良溶媒を反応系に添加して微粒子に吸収させることにより、反応系の温度をこの微粒子のガラス転移温度以上にする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 第2工程において、反応系の温度を低下させることにより、反応系の温度を第1工程で得られた微粒子のガラス転移温度以上、界面活性剤の曇点以下にする請求項4に記載の方法。
- 第2工程において、低温分解型重合開始剤を添加する請求項7に記載の方法。
- モノマーとして、単官能性モノマーを使用する請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 非イオン性界面活性剤の使用量を、モノマーに対して3〜30重量%とする請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- 非イオン性界面活性剤として、曇点が20〜90℃のものを使用する請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
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