JP2013007012A - Method for producing core-shell type polymer microparticle containing sodium sulfonate group - Google Patents

Method for producing core-shell type polymer microparticle containing sodium sulfonate group Download PDF

Info

Publication number
JP2013007012A
JP2013007012A JP2011142391A JP2011142391A JP2013007012A JP 2013007012 A JP2013007012 A JP 2013007012A JP 2011142391 A JP2011142391 A JP 2011142391A JP 2011142391 A JP2011142391 A JP 2011142391A JP 2013007012 A JP2013007012 A JP 2013007012A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
core
sodium sulfonate
fine particles
polymer fine
shell type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011142391A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5751047B2 (en
Inventor
Chengyou Kan
チェンユウ カン
Jishuai Wang
ジシュアイ ワン
Yunshen Chen
ユンシェン チェン
Shinji Takeda
信司 武田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Chemical Co Ltd filed Critical Hitachi Chemical Co Ltd
Priority to JP2011142391A priority Critical patent/JP5751047B2/en
Publication of JP2013007012A publication Critical patent/JP2013007012A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5751047B2 publication Critical patent/JP5751047B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Graft Or Block Polymers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a polymer microparticle having a sodium sulfonate group, which is a nanometer-level polymer microparticle having a core-shell type structure introduced in the shell part with a large amount of sodium sulfonate groups, which is not soluble in water, and has excellent proton conductivity, and which is preferably used for a membrane-electrode assembly (MEA) or the like in a solid fuel cell.SOLUTION: This method for producing the core-shell type polymer microparticle containing a sodium sulfonate group comprises: a step (a) of preparing a seed latex microparticle to be the core part by dispersing a monomer containing the aromatic vinylic compound in the presence or absence of a surfactant, and emulsion-polymerizing by a polymerization initiator; and a step (b) of forming a polymer having a core-shell structure by performing seeded emulsion polymerization of the seeded latex microparticle to be the core part obtained by the step (a) and a monomer containing an aromatic vinylic compound introduced with a sodium sulfonate group on the aromatic ring containing a water-soluble crosslinking agent by using a polymerization initiator in the presence or absence of a surfactant.

Description

本発明は、スルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法に関し、さらに詳しくは、スルホン酸ナトリウム基がシェル部に多量に導入されたコア・シェル型構造を有するナノメートルレベルのポリマー微粒子の製造方法であって、水に溶解することなく、かつプロトン伝導性に優れ、固体燃料電池における膜−電極接合体(MEA)等に好適に用いられるスルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing core / shell type polymer fine particles containing sodium sulfonate groups, and more specifically, nanometer level polymer fine particles having a core / shell type structure in which a large amount of sodium sulfonate groups are introduced into a shell portion. A core-shell type polymer fine particle containing sodium sulfonate group, which is excellent in proton conductivity without being dissolved in water and is suitably used for a membrane-electrode assembly (MEA) in a solid fuel cell It is related with the manufacturing method.

スルホン酸ナトリウム基を有するポリマー粒子は古くからカチオン交換樹脂として知られ、種々の分野で幅広く用いられている。このカチオン交換樹脂の場合、ポリマー粒子の粒子径は、通常数百μm程度であり、またスルホン酸ナトリウム基の導入量はせいぜい3モル%程度であった。このカチオン交換樹脂は、一般に耐水性を高めるために、架橋性単量体であるジビニルベンゼンとスチレンスルホン酸ナトリウムを懸濁重合や乳化重合させることにより製造されている。   Polymer particles having sodium sulfonate groups have long been known as cation exchange resins and are widely used in various fields. In the case of this cation exchange resin, the particle diameter of the polymer particles is usually about several hundred μm, and the amount of sodium sulfonate groups introduced is at most about 3 mol%. This cation exchange resin is generally produced by suspension polymerization or emulsion polymerization of divinylbenzene, which is a crosslinkable monomer, and sodium styrenesulfonate in order to improve water resistance.

一方、近年地球環境にやさしく、クリーンな発電システムとして燃料電池が注目されている。燃料電池は、電解質の種類によって、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型、固体高分子型等に分類される。これらのうち固体高分子型燃料電池は、低温作動性、小型軽量化などの観点から、電気自動車用電源やポータブル機器電源、さらに電気と熱を同時利用する家庭用コージェネレーションシステムなどへの適用が検討されている。   On the other hand, in recent years, fuel cells have attracted attention as a clean power generation system that is friendly to the global environment. Fuel cells are classified into phosphoric acid type, molten carbonate type, solid oxide type, solid polymer type, etc., depending on the type of electrolyte. Among these, polymer electrolyte fuel cells are applicable to electric vehicle power supplies, portable equipment power supplies, and household cogeneration systems that use both electricity and heat from the viewpoints of low-temperature operability, small size, and light weight. It is being considered.

固体高分子型燃料電池は、一般に次のように構成される。まず、プロトン伝導性を有する電解質膜の両側に、白金属の金属触媒を担持したカーボン粉末と高分子電解質からなるプロトン伝導性バインダーとを含む触媒層がそれぞれ形成される。各触媒層の外側には、燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ通気する多孔性材料であるガス拡散層がそれぞれ形成される。ガス拡散層としてはカーボンペーパー、カーボンクロスなどが用いられる。触媒層とガス拡散層を一体化したものはガス拡散電極と呼ばれ、また一対のガス拡散電極をそれぞれ触媒層が電解質膜と向かい合うように電解質膜に接合した構造体は膜−電極接合体(MEA;Membrane Electrode Assembly)と呼ばれている。この膜−電極接合体の両側には、導電性と気密性を備えたセパレータが配置される。電極面に燃料ガス又は酸化剤ガス(例えば空気)を供給するガス流路が膜−電極接合体とセパレータの接触部分又はセパレータ内に形成されている。一方の電極(燃料極)に水素やメタノールなどの燃料ガスを供給し、他方の電極(酸素極)に空気などの酸素を含有する酸化剤ガスを供給して発電する。   A polymer electrolyte fuel cell is generally configured as follows. First, catalyst layers containing carbon powder carrying a white metal catalyst and a proton conductive binder made of a polymer electrolyte are formed on both sides of an electrolyte membrane having proton conductivity. A gas diffusion layer, which is a porous material through which fuel gas and oxidant gas are passed, is formed outside each catalyst layer. Carbon paper, carbon cloth, or the like is used as the gas diffusion layer. A structure in which the catalyst layer and the gas diffusion layer are integrated is called a gas diffusion electrode, and a structure in which a pair of gas diffusion electrodes is bonded to the electrolyte membrane so that the catalyst layer faces the electrolyte membrane is a membrane-electrode assembly ( MEA (Mebrane Electrode Assembly). On both sides of this membrane-electrode assembly, separators having electrical conductivity and airtightness are disposed. A gas flow path for supplying a fuel gas or an oxidant gas (for example, air) to the electrode surface is formed in a contact portion of the membrane-electrode assembly and the separator or in the separator. Electric power is generated by supplying a fuel gas such as hydrogen or methanol to one electrode (fuel electrode) and an oxidant gas containing oxygen such as air to the other electrode (oxygen electrode).

すなわち、燃料極では燃料がイオン化されてプロトンと電子が生じ、プロトンは電解質膜を通り、電子は両電極をつなぐことによって形成される外部電気回路を移動して酸素極へ送られ、酸化剤と反応することで水が生成する。このようにして、燃料の化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換して取り出すことができる。   That is, at the fuel electrode, the fuel is ionized to produce protons and electrons, the protons pass through the electrolyte membrane, the electrons travel through an external electric circuit formed by connecting both electrodes, and are sent to the oxygen electrode, Water is produced by the reaction. In this way, the chemical energy of the fuel can be directly converted into electric energy and taken out.

このような固体燃料電池に用いられる膜−電極接合体において、白金属の金属触媒を担持したカーボン粉末とプロトン伝導性バインダーを含む触媒層に、プロトン伝導性に優れるスルホン酸ナトリウム基を有するポリマー微粒子をスプレーなどの方法で、該触媒層に噴霧乾燥などしてスルホン酸ナトリウム基を有するプロトン伝導性に優れるナノレベルのポリマー微粒子の層を形成することにより、プロトン伝導性の優れる膜−電極接合体とすることができる。
前記のスルホン酸ナトリウム基含有ポリマー微粒子を、前記の固体燃料電池における膜−電極接合体に用いる場合、できるだけプロトン伝導性が高く(スルホン酸ナトリウム基の導入量が多く)、かつカーボン担持白金触媒における白金粒子の粒子径は、通常1〜30nmであるので、当該スルホン酸ナトリウム基含有ポリマー微粒子としては、できるだけ前記白金粒子の粒子径に近い粒子径を有するものが要求される。
In such a membrane-electrode assembly used for a solid fuel cell, polymer fine particles having a sodium sulfonate group excellent in proton conductivity in a catalyst layer containing a carbon powder carrying a white metal catalyst and a proton conductive binder A membrane-electrode assembly having excellent proton conductivity by forming a layer of nano-level polymer fine particles having a sodium sulfonate group and having excellent proton conductivity by spray drying on the catalyst layer by a method such as spraying It can be.
When the polymer sulfonate-containing polymer fine particles are used in the membrane-electrode assembly in the solid fuel cell, the proton conductivity is as high as possible (the amount of sodium sulfonate groups introduced is large), and the carbon-supported platinum catalyst is used. Since the particle diameter of the platinum particles is usually 1 to 30 nm, the sodium sulfonate group-containing polymer fine particles are required to have a particle diameter as close as possible to that of the platinum particles.

しかしながら、スルホン酸ナトリウム基の量を高めるため、スルホン酸ナトリウム基含有モノマーの量を高めて共重合すると、スチレンスルホン酸ナトリウム基が水に対して溶解性が高いため、ポリマー自体の水への溶解性が上がり、スチレンスルホン酸ナトリウム基を含む乳化共重合は、極めて不安定となり、スルホン酸ナトリウム基を高い濃度で含むポリマー微粒子を得ることはできなかった。
すなわち、スルホン酸ナトリウム基含有ポリマー粒子においては、いかにしてスチレンスルホン酸ナトリウム基の量を増加するかが重要となる。
However, when the amount of sodium sulfonate group-containing monomer is increased in order to increase the amount of sodium sulfonate groups, the copolymer itself dissolves in water because sodium styrenesulfonate groups are highly soluble in water. Thus, the emulsion copolymerization containing sodium styrenesulfonate groups became extremely unstable, and polymer fine particles containing sodium sulfonate groups at a high concentration could not be obtained.
That is, in the sodium sulfonate group-containing polymer particles, how to increase the amount of sodium styrenesulfonate group is important.

一方、特許文献1には、コアシェル構造の粒子を含む水性樹脂エマルションであって、当該粒子のコア層はエチレン性不飽和単量体の乳化重合によって得られる重合体(B)で、シェル層は、酸価が60〜500mgKOH/g、数平均分子量が1000〜30000、重量平均分子量/数平均分子量の比が1.0〜1.5である重合体(A)でそれぞれ構成され、重合体(A)/重合体(B)の重量比が5/95〜50/50であることを特徴とする水性樹脂エマルションが開示されている。
この技術におけるコア・シェル構造の粒子の平均粒子径は、通常100nm以下であり、またサブクレームの4には重合体(A)が中和されたカルボキシル基又はスルホン酸基を有するものであると記載されている。当該水性樹脂エマルションは、成膜した場合、光沢に優れる被膜となるため、塗料、インキ、各種コーティング剤の用途に有用であるとされている。
On the other hand, Patent Document 1 discloses an aqueous resin emulsion containing core-shell structured particles, in which the core layer is a polymer (B) obtained by emulsion polymerization of an ethylenically unsaturated monomer, and the shell layer is And a polymer (A) having an acid value of 60 to 500 mgKOH / g, a number average molecular weight of 1000 to 30000, and a weight average molecular weight / number average molecular weight ratio of 1.0 to 1.5. An aqueous resin emulsion characterized by a weight ratio of A) / polymer (B) of 5/95 to 50/50 is disclosed.
The average particle diameter of the core-shell structure particles in this technique is usually 100 nm or less, and the subclaim 4 has a neutralized carboxyl group or sulfonic acid group in the polymer (A). Are listed. The aqueous resin emulsion is considered to be useful for coatings, inks, and various coating agents because it forms a film with excellent gloss when formed into a film.

特開2003−3037号公報JP 2003-3037 A

前記特許文献1に記載の技術によると、エチレン性不飽和単量体をリビングラジカル重合により、まずカルボン酸塩又はスルホン酸塩を有する重合体(A)を形成し、このものを高分子界面活性剤として、該重合体(A)の存在下に、エチレン性不飽和単量体を乳化重合して重合体(B)を形成することにより、コア・シェル構造の粒子を含む水性樹脂エマルションが得られる。
この技術によると、形成されたコア・シェル構造の粒子においては、シェル部にカルボン酸塩又はスルホン酸塩を有することになっているが、当該発明においてはスルホン酸塩についてはなんら言及されておらず、また、実施例においても、カルボン酸塩を有するシェル部は形成されているが、スルホン酸塩を有するシェル部の例は全くない。
本発明は、このような状況下になされたもので、スルホン酸ナトリウム基がシェル部に多量に導入されたコア・シェル型構造を有するナノメールレベルのポリマー微粒子であって、水に溶解することなく、かつプロトン伝導性に優れ、固体燃料電池における膜−電極接合体(MEA)等に好適に用いられるスルホン酸ナトリウム基含有ポリマー微粒子を効率よく製造する方法を提供することを目的とするものである。
According to the technique described in Patent Document 1, a polymer (A) having a carboxylate or a sulfonate is first formed by living radical polymerization of an ethylenically unsaturated monomer, and this is polymerized with a polymer surfactant. In the presence of the polymer (A) as an agent, an ethylenically unsaturated monomer is emulsion-polymerized to form the polymer (B), thereby obtaining an aqueous resin emulsion containing core / shell structure particles. It is done.
According to this technique, the formed core-shell structure particles are supposed to have a carboxylate or sulfonate in the shell portion, but the sulfonate is not mentioned in the invention. Also, in the examples, a shell portion having a carboxylate is formed, but there is no example of a shell portion having a sulfonate.
The present invention has been made under such circumstances, and is a nanomail level polymer fine particle having a core-shell structure in which a large amount of sodium sulfonate groups are introduced into the shell portion, and is dissolved in water. It is intended to provide a method for efficiently producing polymer fine particles containing sodium sulfonate groups that are excellent in proton conductivity and are suitably used for membrane-electrode assemblies (MEA) in solid fuel cells. is there.

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、下記の知見を得た。
すなわち、コア部となるシードラテックス微粒子を特定の方法で調製する工程と、この工程で得られたコア部となるシードラテックス粒子と、芳香環上にスルホン酸ナトリウム基が導入された芳香族ビニル系化合物とを、特定の方法でシード乳化重合させる工程とを含む製造方法により、前記目的に適合し得るスルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子が効率よく得られることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have obtained the following knowledge.
That is, a step of preparing seed latex fine particles as a core portion by a specific method, a seed latex particle as a core portion obtained in this step, and an aromatic vinyl system in which a sodium sulfonate group is introduced on an aromatic ring It has been found that sodium sulfonate group-containing core-shell type polymer fine particles that can meet the above-mentioned purpose can be efficiently obtained by a production method including a step of subjecting a compound to seed emulsion polymerization by a specific method. The present invention has been completed based on such findings.

すなわち、本発明は、
スルホン酸ナトリウム基を含有する、コア・シェル型構造の重合体からなるポリマー微粒子の製造方法であって、
(a)界面活性剤の存在下又は不在下で、芳香族ビニル系化合物を含む単量体を水中に分散し、重合開始剤により乳化重合して、コア部となるシードラテックス微粒子を調製する工程、及び(b)前記(a)工程で得られたコア部となるシードラテックス微粒子と、水溶性架橋剤を含有する芳香環上にスルホン酸ナトリウム基が導入された芳香族ビニル系化合物を含む単量体を、界面活性剤の存在下又は不在下で、重合開始剤を用いてシード乳化重合を行い、コア・シェル型構造を有する重合体を形成させる工程、
を含むことを特徴とする、スルホン酸ナトリウム基含油コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法、を提供するものである。
That is, the present invention
A method for producing polymer fine particles comprising a core-shell type polymer containing a sodium sulfonate group,
(A) A step of dispersing seeds containing an aromatic vinyl compound in water in the presence or absence of a surfactant and emulsion-polymerizing with a polymerization initiator to prepare seed latex fine particles as a core part And (b) a single particle containing the seed latex fine particles as the core obtained in the step (a) and an aromatic vinyl compound in which a sodium sulfonate group is introduced on an aromatic ring containing a water-soluble crosslinking agent. A step of carrying out seed emulsion polymerization using a polymerization initiator in the presence or absence of a surfactant to form a polymer having a core-shell structure,
A method for producing sodium sulfonate-based oil-impregnated core / shell type polymer fine particles, comprising:

本発明によれば、スルホン酸ナトリウム基がシェル部に多量に導入されたコア・シェル型構造を有するナノメートルレベルの粒子径をもつポリマー微粒子であって、水に溶解することなく、かつプロトン伝導性に優れ、固体燃料電池における膜−電極接合体(MEA)等に好適に用いられるスルホン酸ナトリウム基を有するポリマー微粒子を効率よく製造する方法を提供することができる。   According to the present invention, a polymer fine particle having a nanometer level particle diameter having a core-shell structure in which a large amount of sodium sulfonate groups are introduced into a shell portion, without dissolving in water and proton conduction It is possible to provide a method for efficiently producing polymer fine particles having a sodium sulfonate group which is excellent in properties and is suitably used for a membrane-electrode assembly (MEA) or the like in a solid fuel cell.

キャピラリーを用いて、ポリマー微粒子の膨潤度を測定する方法の説明図である。It is explanatory drawing of the method of measuring the swelling degree of a polymer microparticle using a capillary. シードラテックスSSFと、シードラテックスx−SSFのTEM写真である。A seed latex S SF, is a TEM photograph of a seed latex x-S SF. シードラテックスSSFと、シードラテックスx−SSFのSEM写真である。And the seed latex S SF, is a SEM photograph of a seed latex x-S SF. シードラテックスSSFと、シードラテックスx−SSFの粒度分布曲線である。A seed latex S SF, is a particle size distribution curve of the seed latex x-S SF. ポリマー微粒子SF2のTEM写真である。It is a TEM photograph of polymer fine particles SF2. ポリマー微粒子SOP-S0、SOP-S4、SOP-S8及びSOP-S12のTEM写真である。It is a TEM photograph of polymer fine particles S OP-S N 0 , S OP-S N 4 , S OP-S N 8 and S OP-S N 12 .

本発明のスルホン酸ナトリウム基含有(以下、「SO3Na基含有」と称することがある。)コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法は、SO3Na基を含有するコア・シェル型構造の重合体からなるポリマー微粒子の製造方法であって、(a)界面活性剤の存在下又は不在下で、芳香族ビニル系化合物を含む単量体を水中に分散し、重合開始剤により乳化重合して、コア部となるシードラテックス微粒子を調製する工程、及び(b)前記(a)工程で得られたコア部となるシードラテックス微粒子と、水溶性架橋剤を含有する芳香環上にスルホン酸ナトリウム基が導入された芳香族ビニル系化合物を含む単量体を、界面活性剤の存在下又は不在下で、重合開始剤を用いてシード乳化重合を行い、コア・シェル型構造を有する重合体を形成させる工程、を含むことを特徴とする。 The method for producing core-shell type polymer fine particles containing sodium sulfonate group (hereinafter sometimes referred to as “SO 3 Na group-containing”) of the present invention comprises a core-shell type structure containing SO 3 Na groups. A method for producing polymer fine particles comprising a coalesced product, wherein (a) a monomer containing an aromatic vinyl compound is dispersed in water in the presence or absence of a surfactant, and emulsion polymerization is performed by a polymerization initiator. A step of preparing seed latex fine particles as a core portion, and (b) a seed latex fine particle as a core portion obtained in the step (a) and a sodium sulfonate group on an aromatic ring containing a water-soluble crosslinking agent. A monomer containing an aromatic vinyl compound into which is introduced is subjected to seed emulsion polymerization using a polymerization initiator in the presence or absence of a surfactant to form a polymer having a core-shell structure Characterized in that it comprises causing step.

((a)工程)
本発明のSO3Na基含有ポリマー微粒子の製造方法(以下、単に「ポリマー微粒子の製造方法」と称することがある。)における(a)工程は、界面活性剤の存在下又は不在下で、芳香族ビニル系化合物を含む単量体を水中に分散し、重合開始剤により乳化重合して、コア部となるシードラテックス微粒子を調製する工程である。
((A) Process)
The step (a) in the method for producing SO 3 Na group-containing polymer fine particles of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “polymer fine particle production method”) is performed in the presence or absence of a surfactant. In this step, a monomer containing a group vinyl compound is dispersed in water and emulsion polymerized with a polymerization initiator to prepare seed latex fine particles to be a core part.

<芳香族ビニル系化合物を含む単量体>
当該(a)工程で用いる芳香族ビニル系化合物を含む単量体としては特に制限はないが、スチレン及び/又はα−メチルスチレンが好ましく、スチレンがより好ましい。また、前記単量体としては、前記スチレン類と共に、(メタ)アクリル酸を含むことができる。ここで(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸及びメタクリル酸の両方を指す。
この中で、得られるポリマー微粒子の性能などの観点から、メタクリル酸(MAA)が好適である。
この(メタ)アクリル酸の使用量は、前記の芳香族ビニル系化合物との合計量に対して、得られるポリマー微粒子の性能の観点から、10質量%以下であることが好ましく、8質量%以下であることがより好ましい。
<Monomers containing aromatic vinyl compounds>
Although there is no restriction | limiting in particular as a monomer containing the aromatic vinyl type compound used at the said (a) process, Styrene and / or alpha-methylstyrene are preferable and styrene is more preferable. The monomer may include (meth) acrylic acid together with the styrenes. Here, (meth) acrylic acid refers to both acrylic acid and methacrylic acid.
Among these, methacrylic acid (MAA) is suitable from the viewpoint of the performance of the polymer fine particles obtained.
The amount of the (meth) acrylic acid used is preferably 10% by mass or less, and 8% by mass or less, from the viewpoint of the performance of the polymer fine particles obtained with respect to the total amount with the aromatic vinyl compound. It is more preferable that

また、前記の芳香族ビニル系化合物を含む単量体は、分子内に2個以上のビニル基を有する架橋性単量体を含むことができる。
前記2個以上のビニル基を有する架橋性単量体としては、特に制限はなく、例えばジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、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)アクリレートなどが挙げられるが、これらの中で、得られるポリマー微粒子の性能及び入手性の観点から、ジビニルベンゼン(DVB)が好ましい。
この架橋性単量体の使用量は、架橋性単量体がジビニルベンゼンである場合、架橋性単量体以外の単量体の合計量に対して、5質量%以下であることが好ましい。
In addition, the monomer containing the aromatic vinyl compound can include a crosslinkable monomer having two or more vinyl groups in the molecule.
The crosslinkable monomer having two or more vinyl groups is not particularly limited, and examples thereof include divinylbenzene, divinylnaphthalene, ethylene glycol di (meth) acrylate, and tetraethylene glycol di (meth) acrylate. Of these, divinylbenzene (DVB) is preferred from the viewpoint of the performance and availability of the polymer fine particles obtained.
When the crosslinkable monomer is divinylbenzene, the amount of the crosslinkable monomer used is preferably 5% by mass or less based on the total amount of monomers other than the crosslinkable monomer.

<界面活性剤>
当該(a)工程の乳化重合に際して、乳化剤として界面活性剤を用いる場合、界面活性剤としてアニオン系及び/又はノニオン系界面活性剤を使用することが好ましい。アニオン系界面活性剤としては、例えばドデシル硫酸ナトリウムなどの高級アルキル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルエーテル硫酸ナトリウム、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウムなどが挙げられるが、これらの中で高級アルキル硫酸ナトリウムが好ましい。
一方、ノニオン系界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類あるいはポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート等のポリオキシエチレンソルビタンエステル類などが挙げられるが、これらの中のポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類が好ましい。なお、界面活性剤として、前記のアニオン系界面活性剤とノニオン系界面活性剤を併用してもよい。
<Surfactant>
In the emulsion polymerization in the step (a), when a surfactant is used as an emulsifier, an anionic and / or nonionic surfactant is preferably used as the surfactant. Examples of the anionic surfactant include higher alkyl sodium sulfate such as sodium dodecyl sulfate, sodium dodecylbenzene sulfonate, sodium alkyl ether sulfate, sodium alkyl naphthalene sulfonate, and sodium dialkyl sulfosuccinate. Higher sodium alkyl sulfate is preferred.
On the other hand, examples of nonionic surfactants include polyoxyethylene alkyl aryl ethers such as polyoxyethylene octylphenyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene sorbitan, and the like. Examples thereof include polyoxyethylene sorbitan esters such as monolaurate and polyoxyethylene sorbitan monostearate, among which polyoxyethylene alkylaryl ethers are preferred. In addition, you may use together the said anionic surfactant and nonionic surfactant as surfactant.

当該(a)工程における乳化重合においては、重合開始剤として水溶性重合開始剤が用いられ、水溶性重合開始剤としては、例えば過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウムなどの過硫酸塩を挙げることができる。
この水溶性重合開始剤の使用量は、単量体全量に対して1〜5質量%程度である。
In the emulsion polymerization in the step (a), a water-soluble polymerization initiator is used as a polymerization initiator, and examples of the water-soluble polymerization initiator include persulfates such as ammonium persulfate, potassium persulfate, and sodium persulfate. be able to.
The amount of the water-soluble polymerization initiator used is about 1 to 5% by mass relative to the total amount of monomers.

<コア部となるシードラテックスの調製>
コアとなるシードラテックスは、例えば次のようにして調製することができる。
還流冷却器、機械的攪拌機および温度計を備えた反応装置により重合を行い、所定の配合でシードラテックスを調製する。すなわち、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)などの界面活性剤の存在下あるいは存在させずに、全てのモノマーと100質量部の水を攪拌しながらフラスコに仕込み、系を70℃に加熱する。次いで、25質量部の水に溶解した水溶性重合開始剤である過硫酸アンモニウム(APS)などの過硫酸塩を系内に3段階で、すなわち、重合の最初と2時間後と4時間後とに、12/8/5の質量比で加え、7時間程度重合する。その後、系を室温に冷却することにより、シードラテックスを得ることができる。
(1)ソープフリー乳化重合
界面活性剤を存在させない乳化重合において、架橋剤であるジビニルベンゼン(DVB)を用いて架橋を導入したシードラテックスと、架橋剤を用いることなく架橋がないシードラテックスの粒子は、透過型電子顕微鏡(TEM)写真、走査型電子顕微鏡(SEM)写真及び粒度分布図から、DVBの導入により、すなわち架橋によりラテックス粒子の表面がより粗くなっていることがわかり、シードラテックスの粒子は狭い粒度分布をもつものであることがわかる。またソープフリー乳化重合によるモノマーの転化率は90%以上である。
(2)通常の乳化重合
次に乳化剤(界面活性剤)を用いてシードラテックスを乳化重合する方法では、乳化剤を用いる点以外は、前記ソープフリー重合と同じ配合により乳化重合させることができる。上記ソープフリー重合との比較においては、以下に示すことが分かる。
上記(1)のソープフリーの乳化重合では、シードラテックス粒子のサイズを調整することは容易ではないので、このシードラテックス粒子の調製に従来の乳化重合を用いることにより、比較的小さなサイズのシードラテックスを調製することができる。
また、シードラテックス粒子の表面は、ソープフリー乳化重合により得られたものよりも粗い。
<Preparation of seed latex as core part>
The seed latex used as the core can be prepared, for example, as follows.
Polymerization is performed by a reactor equipped with a reflux condenser, a mechanical stirrer, and a thermometer, and a seed latex is prepared with a predetermined composition. That is, with or without the presence of a surfactant such as sodium dodecyl sulfate (SDS), all the monomers and 100 parts by weight of water are charged into a flask while stirring, and the system is heated to 70 ° C. Next, a persulfate such as ammonium persulfate (APS), which is a water-soluble polymerization initiator dissolved in 25 parts by mass of water, is added to the system in three stages, that is, at the beginning, 2 hours and 4 hours after the polymerization. And added at a mass ratio of 12/8/5 and polymerized for about 7 hours. The seed latex can then be obtained by cooling the system to room temperature.
(1) Soap-free emulsion polymerization In emulsion polymerization without the presence of a surfactant, seed latex introduced with crosslinking using divinylbenzene (DVB) as a crosslinking agent, and seed latex particles without crosslinking without using a crosslinking agent From the transmission electron microscope (TEM) photograph, the scanning electron microscope (SEM) photograph, and the particle size distribution diagram, it can be seen that the surface of the latex latex becomes rougher due to the introduction of DVB, that is, crosslinking. It can be seen that the particles have a narrow particle size distribution. The monomer conversion by soap-free emulsion polymerization is 90% or more.
(2) Ordinary emulsion polymerization Next, in the method of emulsion polymerization of seed latex using an emulsifier (surfactant), emulsion polymerization can be carried out by the same formulation as the soap-free polymerization except that an emulsifier is used. In comparison with the soap-free polymerization, it can be seen that:
In the soap-free emulsion polymerization of the above (1), it is not easy to adjust the size of the seed latex particles. Therefore, by using conventional emulsion polymerization for the preparation of the seed latex particles, a relatively small seed latex is prepared. Can be prepared.
Also, the surface of the seed latex particles is rougher than that obtained by soap-free emulsion polymerization.

((b)工程)
本発明のSO3Na基含有ポリマー微粒子の製造方法における(b)工程は、前記(a)工程で得られたコア部となるシードラテックス微粒子と、水溶性架橋剤を含有する芳香環上にSO3Na基が導入された芳香族ビニル系化合物を含む単量体を、界面活性剤の存在下又は不在下で、重合開始剤を用いてシード乳化重合を行い、コア・シェル型構造を有する重合体を形成させる工程である。
((B) Process)
The step (b) in the method for producing the SO 3 Na group-containing polymer fine particles of the present invention comprises the step of forming SO particles on the seed latex fine particles serving as the core obtained in the step (a) and the aromatic ring containing a water-soluble crosslinking agent. 3 A monomer containing an aromatic vinyl compound introduced with Na groups is subjected to seed emulsion polymerization using a polymerization initiator in the presence or absence of a surfactant to produce a polymer having a core-shell structure. This is a step of forming a coalescence.

<芳香環上にSO3Na基が導入された芳香族ビニル系化合物>
当該(b)工程で用いる芳香環上にSO3Na基が導入された芳香族ビニル系化合物としては、特に制限はなく、例えばスチレンスルホン酸ナトリウム、アルキルスチレンスルホン酸ナトリウム、α−アルキルスチレンスルホン酸ナトリウム、ビニルナフタレンスルホン酸ナトリウム、α−アルキルビニルナフタレンスルホン酸ナトリウムなどが挙げられる。なお、芳香環上に導入されるスルホン酸ナトリウム基のビニル基に対する結合位置については特に制限はない。これらの中で、得られるポリマー微粒子の性能及び入手性の観点から、スチレンスルホン酸ナトリウム及び/又はα−メチルスチレンスルホン酸ナトリウムが好ましく、特にスチレンスルホン酸ナトリウムが好ましい。
<Aromatic vinyl compound having SO 3 Na group introduced on aromatic ring>
As the (b) aromatic vinyl compound SO 3 Na group was introduced on the aromatic ring to be used in the step is not particularly limited, for example, sodium styrene sulfonate, sodium alkyl styrene sulfonate, alpha-alkyl styrene sulfonic acid Examples thereof include sodium, sodium vinyl naphthalene sulfonate, and sodium α-alkyl vinyl naphthalene sulfonate. In addition, there is no restriction | limiting in particular about the coupling | bonding position with respect to the vinyl group of the sodium sulfonate group introduce | transduced on an aromatic ring. Of these, sodium styrenesulfonate and / or sodium α-methylstyrenesulfonate are preferable, and sodium styrenesulfonate is particularly preferable from the viewpoint of the performance and availability of the polymer fine particles obtained.

本発明においては、芳香環上にスルホン酸ナトリウム基が導入された芳香族ビニル系化合物を含む単量体は、さらに共重合モノマーとして、芳香族ビニル系化合物を含むことができる。この芳香族ビニル系化合物としては、得られるポリマー粒子の性能及び入手性の観点から、スチレン及び/又はα−メチルスチレンが好ましく、特にスチレンが好ましい。
この芳香族ビニル系化合物の使用量は、前記のSO3Na基が導入された芳香族ビニル系化合物との合計量に対して、得られるポリマー微粒子の性能の観点から、10〜70質量%程度が好ましく、15〜55質量%がより好ましい。
In the present invention, the monomer containing an aromatic vinyl compound in which a sodium sulfonate group is introduced on an aromatic ring can further contain an aromatic vinyl compound as a copolymerization monomer. As this aromatic vinyl compound, styrene and / or α-methylstyrene are preferable, and styrene is particularly preferable from the viewpoint of the performance and availability of the obtained polymer particles.
The amount of the aromatic vinyl compound used is about 10 to 70% by mass with respect to the total amount of the aromatic vinyl compound into which the SO 3 Na group has been introduced, from the viewpoint of the performance of the resulting polymer fine particles. Is preferable, and 15-55 mass% is more preferable.

当該(b)工程においては、水溶性架橋剤が必須成分として用いられる。水溶性架橋剤としては、N,N’−メチレンビスアクリルアミド(BAA)が好適である。このBAAを、スルホン酸ナトリウム基が導入された芳香族ビニル系化合物、又はこの化合物と芳香族ビニル系化合物との混合物と共重合させることにより、シェル部に架橋構造を形成することができる。このように、シェル部に架橋構造を導入することにより、得られるポリマー微粒子を水に溶解することがないようにすると共に、後述のコアとなるシード粒子との乳化重合により得られるポリマー微粒子の歩留りを向上させることができる効果を奏する。
前記水溶性架橋剤の使用量が多すぎると、乳化重合プロセスが不安定となり、ゲル化が生じると共に、凝集物が生じる。一方少なすぎると前述した効果が充分に発揮されない。該架橋剤の使用量は、架橋剤を除く単量体50モル%に対して1〜5モル%、好ましくは1.5〜3.5モル%の範囲である。
In the step (b), a water-soluble crosslinking agent is used as an essential component. As the water-soluble crosslinking agent, N, N′-methylenebisacrylamide (BAA) is suitable. By copolymerizing this BAA with an aromatic vinyl compound into which a sodium sulfonate group has been introduced or a mixture of this compound and an aromatic vinyl compound, a crosslinked structure can be formed in the shell portion. Thus, by introducing a cross-linked structure into the shell portion, the obtained polymer fine particles are prevented from being dissolved in water, and the yield of the polymer fine particles obtained by emulsion polymerization with the seed particles that will be described later is the core. The effect which can improve is produced.
If the amount of the water-soluble crosslinking agent used is too large, the emulsion polymerization process becomes unstable, gelation occurs and aggregates are formed. On the other hand, if the amount is too small, the above-described effects cannot be sufficiently exhibited. The amount of the crosslinking agent used is in the range of 1 to 5 mol%, preferably 1.5 to 3.5 mol%, based on 50 mol% of the monomer excluding the crosslinking agent.

<界面活性剤>
当該(b)工程において、乳化重合に際して、乳化剤として界面活性剤を用いる場合、該界面活性剤としてはアニオン系及び/又はノニオン系界面活性剤を使用することが好ましい。アニオン系界面活性剤及びノニオン系界面活性剤の種類については、前述の(a)工程の説明で示したとおりである。
<Surfactant>
In the step (b), when a surfactant is used as an emulsifier during emulsion polymerization, an anionic and / or nonionic surfactant is preferably used as the surfactant. About the kind of anionic surfactant and nonionic surfactant, it is as having shown by description of the above-mentioned (a) process.

<重合開始剤>
当該(b)工程においては、重合開始剤として油溶性重合開始剤が用いられる。この油溶性重合開始剤としては特に制限はなく、例えば2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル、2,2’−アゾビスジメチルバレロニトリルなどのアゾ化合物や、ジアシルペルオキシド類、ペルオキシジカーボネート類、ペルオキシエステル類などの有機過酸化物等を挙げることができるが、これらの中ではアゾ化合物、特に2,2’−アゾビスイソブチロニトリルが好適である。これらの重合開始剤は、単量体全量に対して0.5〜3.0質量%程度である。
<Polymerization initiator>
In the step (b), an oil-soluble polymerization initiator is used as the polymerization initiator. The oil-soluble polymerization initiator is not particularly limited. For example, 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2′-azobis-2-methylbutyronitrile, 2,2′-azobis Examples include azo compounds such as dimethylvaleronitrile, and organic peroxides such as diacyl peroxides, peroxydicarbonates, and peroxyesters. Among these, azo compounds, particularly 2,2′-azobis. Isobutyronitrile is preferred. These polymerization initiators are about 0.5-3.0 mass% with respect to the monomer whole quantity.

<シードラテックスへのシード乳化重合によるコア・シェル型の重合体の製造>
次に、例えば前記(a)工程で得られたシードラテックスを20質量部用い、所定の配合により、コア・シェル型のラテックスを調製する。
還流冷却器、機械的攪拌機と温度計とを備えた反応装置を用いて重合を行った。(a)工程で得られたシードラテックス、AIBN、水およびStを反応装置に仕込み、シード粒子を室温で3時間、穏やかに攪拌して膨潤させた。次いで、NaSS、BAAおよびSDSの水溶液を仕込み、70℃程度に加熱する。トータルで10時間重合を行い、得られたポリマー微粒子を含む分散体を室温まで冷却する。
次いで、得られたポリマー微粒子を、80℃程度で5時間乾燥し、次いで、120℃程度で2時間乾燥し、得られた固形物を、ソックスレー抽出器により48時間水で抽出し、水溶性のポリマーを除去することにより、精製し、コア・シェル型の重合体のポリマー微粒子を得る。
なお、AIBNはアゾビスイソブチロニトリル、Stはスチレン、BAAはN,N’−メチレンビスアクリルアミドを示す。
このようにして、本発明のコア・シェル型構造を有する重合体からなるSO3Na基含有ポリマー微粒子を製造することができる。
<Manufacture of core / shell type polymer by seed emulsion polymerization to seed latex>
Next, for example, 20 parts by mass of the seed latex obtained in the step (a) is used to prepare a core / shell type latex by a predetermined blending.
Polymerization was carried out using a reactor equipped with a reflux condenser, a mechanical stirrer and a thermometer. The seed latex, AIBN, water and St obtained in the step (a) were charged into a reactor, and the seed particles were swollen by gently stirring at room temperature for 3 hours. Next, an aqueous solution of NaSS, BAA and SDS is charged and heated to about 70 ° C. Polymerization is performed for a total of 10 hours, and the resulting dispersion containing fine polymer particles is cooled to room temperature.
Subsequently, the obtained polymer fine particles are dried at about 80 ° C. for 5 hours, then dried at about 120 ° C. for 2 hours, and the obtained solid is extracted with water by a Soxhlet extractor for 48 hours. By removing the polymer, purification is performed to obtain polymer fine particles of a core-shell type polymer.
AIBN represents azobisisobutyronitrile, St represents styrene, and BAA represents N, N′-methylenebisacrylamide.
In this manner, SO 3 Na group-containing polymer fine particles comprising the polymer having the core / shell structure of the present invention can be produced.

次に、前述した本発明のポリマー微粒子の製造方法で得られたSO3Na基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の性状について説明する。
[SO3Na基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の性状]
<SO3Na基含有芳香族ビニル系化合物単位の含有量>
この化合物単位の含有量が、従来のカチオン交換樹脂などに比べてはるかに高く、該含有量とポリマー微粒子全体に対して10質量%以上、シェル部に対して35質量%以上とすることができる。
なお、前記化合物単位の含有量は、ICP発光分光分析装置により、当該ポリマー微粒子の元素分析を行い、ポリマー微粒子中の硫黄量を測定し、この硫黄量に基づき、ポリマー微粒子中のスルホン酸ナトリウム基の含有量を算出することにより求める。
Next, the properties of the SO 3 Na group-containing core / shell polymer fine particles obtained by the above-described method for producing polymer fine particles of the present invention will be described.
[Properties of SO 3 Na group-containing core / shell type polymer fine particles]
<Content of SO 3 Na group-containing aromatic vinyl compound unit>
The content of the compound unit is much higher than that of a conventional cation exchange resin or the like, and can be 10% by mass or more with respect to the total amount of the polymer fine particles and 35% by mass or more with respect to the shell part. .
The content of the compound unit is determined by performing elemental analysis of the polymer fine particles with an ICP emission spectroscopic analyzer and measuring the amount of sulfur in the polymer fine particles. Based on the amount of sulfur, the sodium sulfonate group in the polymer fine particles is measured. It is obtained by calculating the content of.

<ポリマー微粒子表面のSO3Na基密度>
粒子表面のSO3Na基の密度は、電気伝導度計(Shanghai Precision & Scientific Instrument CO.LTD モデルDDS−307、CN)を用いて電気伝導度滴定により次のように行った。
まず、シード乳化重合で得られたポリマー微粒子を、上澄みの電気伝導度が10μS/cm以下になるまで、遠心分離と穏やかな超音波を用いて水に再分散することを数回行った。次いで、10gのイオン交換樹脂(H型)を40mlの精製されたポリマー微粒子分散体(ラテックス固形分は約0.5質量%)に加え、室温で攪拌した。24時間後、ラテックスとイオン交換樹脂との混合物を濾過し、処理したポリマー微粒子分散体を得た。最後に、処理したポリマー微粒子分散体の電気伝導度滴定を室温で行った。9.4mmol/LのNaOH溶液と、7.2mmol/LのHCl溶液とを用いて、順方向と逆方向との双方で、それぞれ窒素雰囲気下で滴定を行った。以下の式により、シード乳化重合で得られたポリマー微粒子のSO3Na基の表面密度を算出した。
<SO 3 Na group density on the surface of polymer fine particles>
The density of SO 3 Na groups on the particle surface was determined by electric conductivity titration using an electric conductivity meter (Shanghai Precision & Scientific Instrument CO. LTD model DDS-307, CN) as follows.
First, the polymer fine particles obtained by seed emulsion polymerization were redispersed several times in water using centrifugal separation and gentle ultrasonic waves until the electrical conductivity of the supernatant reached 10 μS / cm or less. Next, 10 g of ion exchange resin (H type) was added to 40 ml of the purified polymer fine particle dispersion (latex solid content was about 0.5% by mass) and stirred at room temperature. After 24 hours, the mixture of latex and ion exchange resin was filtered to obtain a treated polymer fine particle dispersion. Finally, electrical conductivity titration of the treated polymer fine particle dispersion was performed at room temperature. Titration was performed in a forward and reverse directions using a 9.4 mmol / L NaOH solution and a 7.2 mmol / L HCl solution, respectively, under a nitrogen atmosphere. The surface density of the SO 3 Na group of the polymer fine particles obtained by seed emulsion polymerization was calculated from the following formula.

σ:SO3Na基の表面密度(mol/cm2
N:滴定に使用したNaOHの量(mol)
s:精製した、シード乳化重合により得られたポリマー微粒子分散体の固形分量(%)
M:精製した、シード乳化重合により得られたポリマー微粒子分散体の総質量(g)
S:シード乳化重合により得られたポリマー微粒子の平均表面積(nm2
ρ:シード乳化重合により得られたポリマー微粒子の平均密度(g/cm3
V:1個当たりのシード乳化重合により得られたポリマー微粒子の平均体積(nm3
r:シード乳化重合により得られたポリマー微粒子の平均半径(nm)
SO3Na基の表面密度σ(mol/cm2)は、後述の実施例4では5.90×10-11mol/cm2、実施例10では6.88×10-11mol/cm2である。
σ: surface density of SO 3 Na group (mol / cm 2 )
N: Amount of NaOH used for titration (mol)
s: Solid content (%) of purified fine polymer particle dispersion obtained by seed emulsion polymerization
M: total mass (g) of purified fine polymer particle dispersion obtained by seed emulsion polymerization
S: Average surface area (nm 2 ) of polymer fine particles obtained by seed emulsion polymerization
ρ: Average density (g / cm 3 ) of polymer fine particles obtained by seed emulsion polymerization
V: Average volume (nm 3 ) of polymer fine particles obtained by seed emulsion polymerization per piece
r: Average radius (nm) of polymer fine particles obtained by seed emulsion polymerization
The surface density σ (mol / cm 2 ) of the SO 3 Na group was 5.90 × 10 −11 mol / cm 2 in Example 4 to be described later, and 6.88 × 10 −11 mol / cm 2 in Example 10. is there.

<ポリマー微粒子の粒子径、粒度分布PI>
透過型電子顕微鏡(TEM)で測定される当該ポリマー微粒子の平均粒子径は、通常50〜1000nm程度である。該平均粒子径が50nm未満であると、球形の粒子形状を保つことが困難であり、不定形となりやすい。一方、1000nmを超えると、十分なプロトン伝導性が発揮されない場合がある。以上の観点から、当該ポリマー微粒子の平均粒子径は、好ましくは70〜500nmであり、特に好ましくは100〜300nmである。
また、当該ポリマー微粒子の動的光散乱法で測定される粒子径は100〜1000nm程度である。さらに、前記動的光散乱法で測定される粒度分布PI(poly index)は、通常0.002〜1.0の範囲にあり、単分散に近い値を示す。
<Particle size and particle size distribution PI of polymer fine particles>
The average particle diameter of the polymer fine particles measured with a transmission electron microscope (TEM) is usually about 50 to 1000 nm. When the average particle diameter is less than 50 nm, it is difficult to maintain a spherical particle shape, and it tends to be indefinite. On the other hand, if it exceeds 1000 nm, sufficient proton conductivity may not be exhibited. From the above viewpoint, the average particle size of the polymer fine particles is preferably 70 to 500 nm, and particularly preferably 100 to 300 nm.
The particle diameter of the polymer fine particles measured by the dynamic light scattering method is about 100 to 1000 nm. Furthermore, the particle size distribution PI (poly index) measured by the dynamic light scattering method is usually in the range of 0.002 to 1.0 and shows a value close to monodispersion.

<膨潤度>
図1は、キャピラリーを用いてポリマー微粒子の膨潤度を測定する方法の説明図である。
図1に示すように、目盛りを有するキャピラリー1を用いて、ポリマー試料の膨潤度を測定した。精製した粉体をキャピラリーに詰め(図1の2)、目盛りの値(L1)を読む。次いで、異なる極性を有する適当な量の溶媒(脱イオン水、メタノール、ブタノン、トルエン)をキャピラリーに加え、ポリマー試料を膨潤させる(図1の3)。24時間後、膨潤した試料の目盛り値(L2)を読取り(図1の4)、膨潤度(ε)を以下の式を用いて算出した。
ε(%)=[(L2−L1)/L1]×100
<Swelling degree>
FIG. 1 is an explanatory diagram of a method for measuring the degree of swelling of polymer fine particles using a capillary.
As shown in FIG. 1, the degree of swelling of the polymer sample was measured using a capillary 1 having a scale. The purified powder is packed in a capillary (2 in FIG. 1), and the scale value (L 1 ) is read. Then an appropriate amount of solvent (deionized water, methanol, butanone, toluene) with different polarity is added to the capillary to swell the polymer sample (3 in FIG. 1). After 24 hours, the scale value (L 2 ) of the swollen sample was read (4 in FIG. 1), and the degree of swelling (ε) was calculated using the following equation.
ε (%) = [(L 2 −L 1 ) / L 1 ] × 100

<コア部とシェル部の質量比>
SO3Na基含有ポリマー微粒子のコア部とシェル部の質量比は、通常9:1〜5:5である。
なお、コア部とシェル部の質量比は、シード乳化重合時の、仕込みコアラテックス量とモノマーの量、及び生成ポリマーを水抽出して得られる水不溶部量とより、計算にて算出することができる。
<Mass ratio of core part to shell part>
The mass ratio of the core portion to the shell portion of the SO 3 Na group-containing polymer fine particles is usually 9: 1 to 5: 5.
The mass ratio of the core part to the shell part should be calculated by calculation from the amount of charged core latex and the amount of monomer and the amount of water-insoluble part obtained by water extraction of the produced polymer during seed emulsion polymerization. Can do.

本発明の製造方法で得られたスルホン酸ナトリウム基を有するポリマー微粒子は、塩酸や硫酸などの酸水溶液中に浸漬することで、容易にスルホン酸基に変化させることができ、スルホン酸基を有するポリマー微粒子として、アプリケーションに供することができる。また、スルホン酸基を有するポリマー微粒子は、水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液中に浸漬することで、容易にスルホン酸ナトリウム基に変化させることができる。   The polymer fine particles having a sodium sulfonate group obtained by the production method of the present invention can be easily changed to a sulfonic acid group by being immersed in an aqueous acid solution such as hydrochloric acid or sulfuric acid, and have a sulfonic acid group. The polymer fine particles can be used for applications. Further, the polymer fine particles having a sulfonic acid group can be easily changed to a sodium sulfonate group by immersing in an aqueous alkali solution such as sodium hydroxide.

次に、実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。
なお、各例で得られたコア部となるシード粒子及びSO3Na基含有ポリマー微粒子の性状は、下記に示す方法に従って求めた。
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these Examples.
The properties of the seed particles and the SO 3 Na group-containing polymer fine particles that are the core portions obtained in each example were determined according to the following method.

(1)各粒子の流体力学的粒子径及びその粒度分布
ダイナミック光散乱(DLS)光度計[Malvern(UK)社製「Zetasizer 3000HS」]を用い、25℃における動的光散乱法による粒子径(DP DLS)及びその粒度分布(Poly Index,PI)を求めた。
(1) Hydrodynamic particle size and particle size distribution of each particle Using a dynamic light scattering (DLS) photometer [Malvern (UK) “Zetasizer 3000HS”], the particle size by dynamic light scattering at 25 ° C. ( D P DLS ) and its particle size distribution (Poly Index, PI) were determined.

(2)平均粒子径
透過型電子顕微鏡(TEM)「(株)日立製作所製Hitach800」写真の画像処理により、平均粒子径(DP TEM)を求めた。
(2) Average Particle Diameter The average particle diameter (D P TEM ) was determined by image processing of a transmission electron microscope (TEM) “Hitach 800 manufactured by Hitachi, Ltd.” photograph.

(3)SO3Na基含有ポリマー微粒子のSO3Na基含有芳香族ビニル系化合物単位の含有量
ICP発光分光分析装置[セイコーインスツルメント(株)製「VISTA−MPX ACPOES」]により、ソックスレー抽出器にて水可溶部を除いたポリマー微粒子の元素分析を行い、ポリマー微粒子中の硫黄量を測定し、この硫黄量に基づき、ポリマー微粒子全体中とシェルポリマー中のSO3Na基含有芳香族ビニル系化合物単位の含有量を求めた。
(3) Content of SO 3 Na group-containing aromatic vinyl compound unit in SO 3 Na group-containing polymer fine particles Soxhlet extraction using an ICP emission spectroscopic analyzer [“VISTA-MPX ACPOES” manufactured by Seiko Instruments Inc.] Elemental analysis of the polymer fine particles excluding the water-soluble part in a vessel was performed, and the amount of sulfur in the polymer fine particles was measured. Based on this amount of sulfur, the SO 3 Na group-containing aromatic in the whole polymer fine particles and in the shell polymer The content of vinyl compound units was determined.

(4)ポリマー微粒子表面のSO3Na基密度
明細書本文に記載の方法に従って測定した。
(5)ポリマー微粒子の膨潤度
明細書本文に記載の方法に従って測定した。
(4) SO 3 Na group density on the surface of the polymer fine particles The density was measured according to the method described in the specification.
(5) Swelling degree of polymer fine particles Measured according to the method described in the specification.

製造例1 シードラテックスSSFの製造
還流冷却器、機械的撹拌機及び温度計を備えた4つ口フラスコに、100mLの水と、スチレン(St)18.66g及びメタクリル酸(MAA)1.34g(St/MAAモル比:92/8)のモノマー混合物を撹拌しながら仕込み、系を70℃に加熱した。
次いで25mLの水に過硫酸アンモニウム(APS)0.336gを溶解した水溶液を、系内に3段階で、すなわち、重合の最初と2時間後と4時間後とに、12/8/5の質量比で加え、7時間重合した。その後、系を室温に冷却し、シードラテックスSSFを得た。
なお、St及びMAAは減圧下で蒸留したものを用い、APSは使用前に水で再結晶して用いた。以下、同様である。
表1に材料の仕込み量、モノマー転化率、シードラテックスの動的光散乱法による粒子径DP DLSとその粒度分布PI及び平均粒子径DP TEMを示す。
A reflux condenser in Production Example 1 seed latex S SF, four-necked flask equipped with a mechanical stirrer and a thermometer, and water 100 mL, styrene (St) 18.66 g and methacrylic acid (MAA) 1.34 g A monomer mixture (St / MAA molar ratio: 92/8) was charged with stirring, and the system was heated to 70 ° C.
Next, an aqueous solution in which 0.336 g of ammonium persulfate (APS) was dissolved in 25 mL of water was added to the system in three stages, that is, a mass ratio of 12/8/5 at the beginning, 2 hours and 4 hours after the polymerization. And polymerized for 7 hours. Thereafter, the system was cooled to room temperature, to obtain a seed latex S SF.
St and MAA were distilled under reduced pressure, and APS was recrystallized with water before use. The same applies hereinafter.
Table 1 shows the charged amount of the material, the monomer conversion rate, the particle size D P DLS of the seed latex by the dynamic light scattering method, its particle size distribution PI, and the average particle size D P TEM .

製造例2 シードラテックスx−SSFの製造
製造例1において、モノマー混合物として、さらに架橋性モノマーであるジビニルベンゼン(DVB)0.72gを含むモノマー混合物(St/MAA/DVBモル比:89.46/7.77/2.77)を用いた以外は、製造例1と同様な操作を行い、架橋されたシードラテックスx−SSFを得た。
なお、DVBは市販のものをそのまま用いた。以下、同様である。
表1に、材料の仕込み量、モノマー転化率、シードラテックスの動的光散乱法による粒子径DP DLSとその粒度分布PI及び平均粒子径DP TEMを示す。
また、図2に、シードラテックスSSFのTEM写真(a)及びシードラテックスx−SSFのTEM写真(b)を示すと共に、図3に、シードラテックスSSFのSEM写真(a)及びシードラテックスx−SSFのSEM写真(b)を示す。
さらに図4に、シードラテックスSSFの粒度分布曲線(a)及びシードラテックスx−SSFの粒度分布曲線(b)を示す。
シードラテックスSSF及びx−SSFは、いずれも粒子径が小さく、かつ単分散粒子である。
なお、透過型電子顕微鏡(TEM)は、「(株)日立製作所製Hitach800」を、走査型電子顕微鏡(SEM)は、「日本電子(株)製JSM−7401」を使用した。
Production Example 2 Production of Seed Latex x-S SF In Production Example 1, a monomer mixture containing 0.72 g of divinylbenzene (DVB), which is a crosslinkable monomer, as the monomer mixture (St / MAA / DVB molar ratio: 89.46) /7.77/2.77) except for using, make the same manner as in production example 1 operation, to obtain crosslinked seed latex x-S SF.
As DVB, a commercially available DVB was used as it was. The same applies hereinafter.
Table 1 shows the amount of materials charged, the monomer conversion rate, the particle size D P DLS of the seed latex by the dynamic light scattering method, its particle size distribution PI, and the average particle size D P TEM .
Further, in FIG. 2, with shows a TEM photograph of a seed latex S SF (a) and TEM photograph of a seed latex x-S SF (b), Figure 3, SEM photographs of the seed latex S SF (a) and seed latex The SEM photograph (b) of x-S SF is shown.
Further Figure 4 shows the particle size distribution curve (a) and the particle size distribution curve of the seed latex x-S SF of the seed latex S SF and (b).
The seed latex S SF and x-S SF are both monodisperse particles with a small particle size.
The transmission electron microscope (TEM) used was Hitachi 800 manufactured by Hitachi, Ltd., and the scanning electron microscope (SEM) used was JSM-7401 manufactured by JEOL.

製造例3 シードラテックスx−SOP-Sの製造
モノマー混合物として、スチレン18.660gと、メタクリル酸1.340gと、ジビニルベンゼン0.723gを含むもの(St/MAA/DVB質量比:89.46/7.77/2.77)を用い、かつ界面活性剤としてドデシル硫酸ナトリウム(SDS)0.190g及びポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルであるOP−1[日光ケミカルズ(株)製、商品名]0.088gを用いた以外は、製造例1と同様な操作を行い、シードラテックスx−SOP-Sを得た。
表2に、材料の仕込み量、モノマー転化率、シードラテックスの動的光散乱法による粒子径DP DLSとその粒度分布PI及び平均粒子径DP TEMを示す。
Production Example 3 Production of Seed Latex x-S OP-S As monomer mixture, one containing 18.660 g of styrene, 1.340 g of methacrylic acid and 0.723 g of divinylbenzene (St / MAA / DVB mass ratio: 89.46 /7.77/2.77) and 0.1-1 g of sodium dodecyl sulfate (SDS) as a surfactant and OP-1 [trade name] manufactured by Nikko Chemicals Co., Ltd., which is polyoxyethylene octylphenyl ether Except for using 0.088 g, the same operation as in Production Example 1 was performed to obtain a seed latex x-S OP-S .
Table 2 shows the charged amount of the material, the monomer conversion rate, the particle size D P DLS of the seed latex by the dynamic light scattering method, its particle size distribution PI, and the average particle size D P TEM .

製造例4 シードラテックスx−SOP-S*の製造
製造例3において、メタクリル酸を用いず、かつスチレンを20g用いた以外は、製造例3と同様な操作を行い、シードラテックスx−SOP-S*を得た。
表2に、材料の仕込み量、モノマー転化率、シードラテックスの動的光散乱法による粒子径DP DLSとその粒度分布PI及び平均粒子径DP TEMを示す。
Production Example 4 seed latex x-S OP-S * in Production Example 3, without using the methacrylic acid, and except that the styrene was used 20g, make the same manner as in Production Example 3 operation, seed latex x-S OP -Obtained S * .
Table 2 shows the charged amount of the material, the monomer conversion rate, the particle size D P DLS of the seed latex by the dynamic light scattering method, its particle size distribution PI, and the average particle size D P TEM .

製造例5 シードラテックスx−SS1の製造
製造例3において、SDS0.572gを用い、かつOP−10を用いなかったこと以外は、製造例3と同様な操作を行い、シードラテックスx−SS1を得た。
表2に、材料の仕込み量、モノマー転化率、シードラテックスの動的光散乱法による粒子径DP DLSとその粒度分布PI及び平均粒子径DP TEMを示す。
Production Example 5 Production of Seed Latex x-S S 1 The same procedure as in Production Example 3 was carried out except that 0.572 g of SDS was used and OP-10 was not used in Production Example 3, and seed latex x-S was produced. S 1 was obtained.
Table 2 shows the charged amount of the material, the monomer conversion rate, the particle size D P DLS of the seed latex by the dynamic light scattering method, its particle size distribution PI, and the average particle size D P TEM .

乳化剤として、SDSとOP−10との混合物を用いた場合、SDS単独の場合に比べて、モノマー転化率は低下し、かつ粒子サイズは大きくなる。   When a mixture of SDS and OP-10 is used as an emulsifier, the monomer conversion is reduced and the particle size is increased as compared with the case of SDS alone.

実施例1
還流冷却器、機械的撹拌機及び温度計を備えた4つ口フラスコに、製造例1で得られたシードラテックスSSF20g、重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.034g、水10g及びスチレン0.923gを仕込み、室温で3時間穏やかに撹拌してシード粒子を膨潤させた。次いでスチレンスルホン酸ナトリウム(NaSS)1.829g、架橋剤であるN,N’−メチレンビスアクリルアミド(BAA)0.109g及びドデシル硫酸ナトリウム(SDS)0.068g及び水25gを含む水溶液を仕込み70℃に加熱した。トータルで10時間重合を行い、生成したポリマー微粒子を含む分散体を室温まで冷却した。
次に、得られたポリマー微粒子を80℃で5時間乾燥し、次いで120℃で2時間乾燥したのち、ソックスレー抽出器により48時間水で抽出し、水溶性のポリマーを除去することにより、精製し、コア・シェル型の重合体のポリマー微粒子SF2を得た。
表3に、反応に用いた各成分の種類と量を示し、表5に、得られたポリマー微粒子SF2を構成する各成分のモル比と、水抽出操作における質量ロスを示し、表6に得られたポリマー微粒子SF2の特性値を示す。また、図5に、ポリマー微粒子SF2のTEM写真を示す。
Example 1
Reflux condenser, a four-neck flask equipped with a mechanical stirrer and a thermometer, seed latex obtained in Preparation Example 1 S SF 20 g, as a polymerization initiator azobisisobutyronitrile (AIBN) 0.034 g Then, 10 g of water and 0.923 g of styrene were charged, and the seed particles were swollen by gently stirring at room temperature for 3 hours. Next, an aqueous solution containing 1.829 g of sodium styrenesulfonate (NaSS), 0.109 g of N, N′-methylenebisacrylamide (BAA) as a crosslinking agent, 0.068 g of sodium dodecyl sulfate (SDS), and 25 g of water was charged at 70 ° C. Heated. Polymerization was performed for a total of 10 hours, and the resulting dispersion containing the polymer fine particles was cooled to room temperature.
Next, the obtained polymer fine particles were dried at 80 ° C. for 5 hours, then dried at 120 ° C. for 2 hours, and then extracted with water by a Soxhlet extractor for 48 hours to remove the water-soluble polymer and purified. A core-shell polymer fine polymer particle SF2 was obtained.
Table 3 shows the types and amounts of each component used in the reaction, Table 5 shows the molar ratio of each component constituting the obtained polymer fine particle SF2, and the mass loss in the water extraction operation. The characteristic value of the obtained polymer fine particle SF2 is shown. FIG. 5 shows a TEM photograph of the polymer fine particle SF2.

実施例2
実施例1において、NaSS 1.829g及びBAA 0.164gを用いた以外は、実施例1と同様な操作を行い、コア・シェル型重合体のポリマー微粒子SF3を得た。表3に、反応に用いた各成分の種類を示し、表5に、得られたポリマー微粒子SF3を構成する各成分のモル比と質量ロスを示し、表6に得られたポリマー微粒子SF3の特性値を示す。
Example 2
In Example 1, except that NaSS 1.829g and BAA 0.164g were used, the same operation as in Example 1 was performed to obtain polymer fine particles SF3 of a core-shell type polymer. Table 3 shows the types of each component used in the reaction, Table 5 shows the molar ratio and mass loss of each component constituting the obtained polymer fine particle SF3, and Table 6 shows the characteristics of the polymer fine particle SF3 obtained. Indicates the value.

実施例3
実施例1において、シードラテックスSSFの代わりに、製造例2で得られたシードラテックスx−SSF20gを用いたこと以外は、実施例1と同様な操作を行い、コア・シェル型重合体のポリマー微粒子XSF6を得た。
表4に、反応に用いた各成分の種類と量を示し、表5に得られたポリマー微粒子XSF6を構成する各成分のモル比と質量ロスを示し、表6に得られたポリマー微粒子XSF6の特性値を示す。
Example 3
In Example 1, the same procedure as in Example 1 was carried out except that 20 g of the seed latex x-S SF obtained in Production Example 2 was used instead of the seed latex S SF. Polymer fine particle XSF6 was obtained.
Table 4 shows the type and amount of each component used in the reaction, Table 5 shows the molar ratio and mass loss of each component constituting the polymer fine particle XSF6 obtained, and Table 6 shows the polymer fine particle XSF6 obtained. Indicates the characteristic value.

実施例4
実施例1において、シードラテックスSSFの代わりに、製造例3で得られたシードラテックスx−SOP-S20gを用い、BAAを0.164g、SDSを0.034g、OP−10を0.034g用いた以外は、実施例1と同様な操作を行い、コア・シェル型重合体のポリマー微粒子SOP-S*12を得た。
表4に、反応に用いた各成分の種類と量を示す。
また、表5に、得られたポリマー微粒子SOP-S*12を構成する各成分のモル比とソックスレー抽出による質量ロスを示し、表6に得られたポリマ−微粒子SOP-S*12の特性値を示す。
また、ポリマー微粒子SOP-S*12における、スルホン酸ナトリウム基の表面密度を調べた結果、該表面密度σは5.90×10-11mol/cm2であった。
Example 4
In Example 1, instead of the seed latex S SF, using the seed latex x-S OP-S 20g obtained in Production Example 3, 0.164 g of BAA, 0.034 g of SDS, the OP-10 0. Except for using 034 g, the same operation as in Example 1 was performed to obtain polymer fine particles S OP-S * N 12 of a core / shell type polymer.
Table 4 shows the type and amount of each component used in the reaction.
Table 5 shows the molar ratio of each component constituting the polymer fine particle S OP-S * N 12 and the mass loss due to Soxhlet extraction. Table 6 shows the polymer fine particle S OP-S * N obtained. 12 characteristic values are shown.
Moreover, as a result of examining the surface density of the sodium sulfonate group in the polymer fine particles S OP-S * N 12 , the surface density σ was 5.90 × 10 −11 mol / cm 2 .

実施例5〜7及び比較例1
製造例5で得られたシードラテックスx−SS1を用い、BAA/NaSS/(St+MAA+DVB)モル比を、表7で示すように、1/25/75(実施例5)、2/25/75(実施例6)、3/25/75(実施例7)及び0/25/75(比較例1)とし、かつ固形分含量を10.5質量%として、実施例1と同様な操作を行い、コア・シェル型重合体のポリマー微粒子S1N4C、S1N8C、S1N12C及びS1N0Cをそれぞれ得た。
表7に、得られた各ポリマー微粒子を構成する各成分のモル比、固形分含量と共に、各ポリマー微粒子の特性値を示す。
Examples 5-7 and Comparative Example 1
Using the seed latex x-S S 1 obtained in Production Example 5, the BAA / NaSS / (St + MAA + DVB) molar ratio was 1/25/75 (Example 5) and 2/25 / as shown in Table 7. 75 (Example 6), 3/25/75 (Example 7) and 0/25/75 (Comparative Example 1), and a solid content of 10.5% by mass, the same operation as in Example 1 was performed. As a result, core-shell type polymer fine particles S1N4C, S1N8C, S1N12C and S1N0C were obtained.
Table 7 shows the characteristic values of each polymer fine particle together with the molar ratio and solid content of each component constituting each polymer fine particle obtained.

表7から分かるように、架橋剤BAAのモル比が0である比較例1のS1N0Cの質量ロスは42.51質量%と最も大きく、BAAのモル比が高くなるに伴い、質量ロスが減少し、BAAのモル比が3である実施例7のS1N12Cの質量ロスは26.93質量%と最も小さい。
また、DP DLSはいずれも240〜260nmの範囲にあり、PIは、いずれも0.14〜0.20の範囲にあり、粒径の小さな単分散粒子である。
As can be seen from Table 7, the mass loss of S1N0C of Comparative Example 1 where the molar ratio of the crosslinking agent BAA is 0 is the largest at 42.51% by mass, and the mass loss decreases as the molar ratio of BAA increases. The mass loss of S1N12C of Example 7 in which the molar ratio of BAA is 3 is the smallest at 26.93% by mass.
In addition, D P DLS is in the range of 240 to 260 nm, PI is in the range of 0.14 to 0.20, and is a monodisperse particle having a small particle size.

実施例8〜10及び比較例2
製造例3で得られたシードラテックスを用い、BAA/NaSS/(St+MAA+DVB)モル比を、表8で示すように、1/25/75(実施例8)、2/25/75(実施例9)、3/25/75(実施例10)及び0/25/75(比較例2)とし、かつSDSを0.034g、OP−10を0.034gとして、実施例1と同様な操作を行い、コア・シェル型重合体のポリマー微粒子SOP-S4、SOP-S8、SOP-S12及びSOP-S0をそれぞれ得た。
表8に、得られた各ポリマー微粒子を構成する各成分のモル比と共に、水抽出操作時の質量ロス及びDP DLSとPIを示す。
Examples 8 to 10 and Comparative Example 2
Using the seed latex obtained in Production Example 3, the BAA / NaSS / (St + MAA + DVB) molar ratio was 1/25/75 (Example 8) and 2/25/75 (Example 9) as shown in Table 8. ) 3/25/75 (Example 10) and 0/25/75 (Comparative Example 2), SDS was set to 0.034 g, OP-10 was set to 0.034 g, and the same operation as in Example 1 was performed. Core-shell polymer fine particles S OP-S N 4 , S OP-S N 8 , S OP-S N 12 and S OP-S N 0 were obtained, respectively.
Table 8 shows the mass loss and D P DLS and PI during the water extraction operation together with the molar ratio of each component constituting each polymer fine particle obtained.

表8から分かるように、架橋剤BAAのモル比が0である比較例2のSOP-S0の質量ロスは57.65質量%と最も大きく、BAAのモル比が高くなるに伴い、質量ロスが減少し、BAAのモル比が3である実施例10のSOP-S12の質量ロスは35.51質量%と最も小さい。
実施例10のSOP-S12について、微粒子全体におけるNaSS単位の含有量及びシェル部におけるNaSS単位の含有量を調べた結果、それぞれ27.29質量%及び62.45質量%であった。
また、SOP-S12について、異なる溶媒に対する膨潤度εを調べた結果を下記に示す。
溶媒 膨潤度ε(%)
水 10
メタノール 15
ブタノン 13.3
トルエン 17.6
さらに、SOP-S12のSO3Na基の表面密度σは6.88×10-11mol/cm2であった。
図6に、SOP-S0、SOP-S4、SOP-S8及びSOP-S12のTEM写真を、それぞれ(a)、(b)、(c)及び(d)として示す。
表8から、各ポリマー微粒子は、いずれもDP DLSが280〜340nmの範囲に、かつPIが0.2〜0.3の範囲にあり、粒径の小さな単分散粒子である。
As can be seen from Table 8, the mass loss of S OP-S N 0 of Comparative Example 2 in which the molar ratio of the crosslinking agent BAA is 0 is the largest at 57.65% by mass, and as the molar ratio of BAA increases, The mass loss of the S OP-S N 12 of Example 10 in which the mass loss is reduced and the BAA molar ratio is 3 is the smallest at 35.51% by mass.
As a result of examining the content of NaSS units in the whole fine particles and the content of NaSS units in the shell part of S OP-S N 12 of Example 10, they were 27.29% by mass and 62.45% by mass, respectively.
Moreover, the result of having investigated the swelling degree (epsilon) with respect to a different solvent about S OP-S N 12 is shown below.
Solvent degree of swelling ε (%)
Water 10
Methanol 15
Butanone 13.3
Toluene 17.6
Furthermore, the surface density σ of the SO 3 Na group of S OP-S N 12 was 6.88 × 10 −11 mol / cm 2 .
FIG. 6 shows TEM photographs of S OP-S N 0 , S OP-S N 4 , S OP-S N 8 and S OP-S N 12 , respectively (a), (b), (c) and ( d).
From Table 8, each polymer fine particle is a monodisperse particle having a small particle size, with D P DLS in the range of 280 to 340 nm and PI in the range of 0.2 to 0.3.

本発明の方法で得られたスルホン酸ナトリウム基含有ポリマー微粒子は、スルホン酸ナトリウム基がシェル部に多量に導入されたコア・シェル型構造を有するナノメートルレベルの粒子径をもつポリマー微粒子であって、水に溶解することなく、かつプロトン伝導性に優れ、固体燃料電池における膜−電極接合体(MEA)等に好適に用いることができる。   The polymer fine particles containing sodium sulfonate groups obtained by the method of the present invention are polymer fine particles having a nanometer level particle diameter having a core-shell structure in which a large amount of sodium sulfonate groups are introduced into the shell portion. It is excellent in proton conductivity without being dissolved in water, and can be suitably used for a membrane-electrode assembly (MEA) in a solid fuel cell.

1:目盛りを有するキャピラリー
2:精製した粉体をキャピラリーに詰めた状態
3:溶媒をキャピラリーに加えポリマー試料を膨潤させた状態
4:膨潤後24時間経過した状態
PO:ポリマー微粒子
SO:溶媒
ST:栓
1: Capillary having a scale 2: State where purified powder is packed in capillary 3: State where solvent is added to capillary and polymer sample is swollen 4: State 24 hours after swelling PO: Polymer fine particle SO: Solvent ST: plug

Claims (13)

スルホン酸ナトリウム基を含有する、コア・シェル型構造の重合体からなるポリマー微粒子の製造方法であって、
(a)界面活性剤の存在下又は不在下で、芳香族ビニル系化合物を含む単量体を水中に分散し、重合開始剤により乳化重合して、コア部となるシードラテックス微粒子を調製する工程、及び(b)前記(a)工程で得られたコア部となるシードラテックス微粒子と、水溶性架橋剤を含有する芳香環上にスルホン酸ナトリウム基が導入された芳香族ビニル系化合物を含む単量体を、界面活性剤の存在下又は不在下で、重合開始剤を用いてシード乳化重合を行い、コア・シェル型構造を有する重合体を形成させる工程、
を含むことを特徴とする、スルホン酸ナトリウム基含油コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法。
A method for producing polymer fine particles comprising a core-shell type polymer containing a sodium sulfonate group,
(A) A step of dispersing seeds containing an aromatic vinyl compound in water in the presence or absence of a surfactant and emulsion-polymerizing with a polymerization initiator to prepare seed latex fine particles as a core part And (b) a single particle containing the seed latex fine particles as the core obtained in the step (a) and an aromatic vinyl compound in which a sodium sulfonate group is introduced on an aromatic ring containing a water-soluble crosslinking agent. A step of carrying out seed emulsion polymerization using a polymerization initiator in the presence or absence of a surfactant to form a polymer having a core-shell structure,
A process for producing sodium sulfonate-based oil-impregnated core / shell polymer fine particles, comprising:
(a)工程における、芳香族ビニル系化合物を含む単量体が、スチレン及び/又はα−メチルスチレンを含む単量体である請求項1に記載のスルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法。   The core-shell type polymer fine particle containing sodium sulfonate group according to claim 1, wherein the monomer containing an aromatic vinyl compound in step (a) is a monomer containing styrene and / or α-methylstyrene. Manufacturing method. (a)工程における芳香族ビニル系化合物を含む単量体が、(メタ)アクリル酸を含む請求項1又は2に記載のスルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法。   The manufacturing method of the sodium sulfonate group containing core-shell type polymer microparticles | fine-particles of Claim 1 or 2 in which the monomer containing the aromatic vinyl type compound in (a) process contains (meth) acrylic acid. (a)工程における芳香族ビニル系化合物を含む単量体が、分子内に2個以上のビニル基を有する架橋性単量体を含む請求項1〜3のいずれかに記載のスルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法。   The sodium sulfonate group according to any one of claims 1 to 3, wherein the monomer containing the aromatic vinyl compound in step (a) includes a crosslinkable monomer having two or more vinyl groups in the molecule. A method for producing core-shell type polymer fine particles. 架橋性単量体がジビニルベンゼンである請求項4に記載のスルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法。   The method for producing core-shell type polymer fine particles containing sodium sulfonate groups according to claim 4, wherein the crosslinkable monomer is divinylbenzene. (a)工程で用いる重合開始剤が、水溶性の過硫酸塩である請求項1〜5のいずれかに記載のスルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法。   The method for producing core-shell type polymer fine particles containing sodium sulfonate groups according to any one of claims 1 to 5, wherein the polymerization initiator used in step (a) is a water-soluble persulfate. (b)工程において、芳香環上にスルホン酸ナトリウム基が導入された芳香族ビニル系化合物を含む単量体が、スチレンスルホン酸ナトリウム及び/又はα−メチルスチレンスルホン酸ナトリウムを含む単量体である請求項1〜6のいずれかに記載のスルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法。   In the step (b), the monomer containing an aromatic vinyl compound having a sodium sulfonate group introduced on the aromatic ring is a monomer containing sodium styrene sulfonate and / or α-methyl styrene sulfonate sodium. A method for producing core-shell type polymer fine particles containing sodium sulfonate groups according to any one of claims 1 to 6. (b)工程における水溶性架橋剤が、N,N’−メチレンビスアクリルアミドである請求項1〜7のいずれかに記載のスルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法。   The method for producing core-shell type polymer fine particles containing sodium sulfonate groups according to any one of claims 1 to 7, wherein the water-soluble crosslinking agent in step (b) is N, N'-methylenebisacrylamide. (b)工程において、芳香環上にスルホン酸ナトリウム基が導入された芳香族ビニル系化合物を含む単量体に、共重合モノマーとして、スチレン及び/又はα‐メチルスチレンを含む請求項1〜8のいずれかに記載のスルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法。   In the step (b), the monomer containing an aromatic vinyl compound having a sodium sulfonate group introduced on the aromatic ring contains styrene and / or α-methylstyrene as a copolymerization monomer. A method for producing core-shell type polymer fine particles containing a sodium sulfonate group according to any one of the above. (b)工程で用いる重合開始剤が油溶性重合開始剤である請求項1〜9のいずれかに記載のスルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法。   The method for producing sodium sulfonate group-containing core-shell type polymer particles according to any one of claims 1 to 9, wherein the polymerization initiator used in the step (b) is an oil-soluble polymerization initiator. 油溶性重合開始剤が、2,2’−アゾビスイソブチロニトリルである請求項10に記載のスルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法。   The method for producing core-shell type polymer fine particles containing sodium sulfonate groups according to claim 10, wherein the oil-soluble polymerization initiator is 2,2'-azobisisobutyronitrile. (a)工程及び(b)工程における乳化重合に際し、乳化剤として界面活性剤を用いる場合、該界面活性剤が、アニオン系及び/又はノニオン系界面活性剤である請求項1〜11のいずれかに記載のスルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法。   In the case of using a surfactant as an emulsifier in the emulsion polymerization in the steps (a) and (b), the surfactant is an anionic and / or nonionic surfactant. The manufacturing method of the sodium sulfonate group containing core-shell type polymer fine particle of description. アニオン系界面活性剤が、高級アルキル硫酸ナトリウムであり、ノニオン系界面活性剤が、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類である請求項12に記載のスルホン酸ナトリウム基含有コア・シェル型ポリマー微粒子の製造方法。   13. The method for producing core-shell type polymer fine particles containing sodium sulfonate group according to claim 12, wherein the anionic surfactant is higher alkyl sodium sulfate and the nonionic surfactant is polyoxyethylene alkylaryl ethers. .
JP2011142391A 2011-06-27 2011-06-27 Method for producing core-shell type polymer fine particles containing sodium sulfonate group Expired - Fee Related JP5751047B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011142391A JP5751047B2 (en) 2011-06-27 2011-06-27 Method for producing core-shell type polymer fine particles containing sodium sulfonate group

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011142391A JP5751047B2 (en) 2011-06-27 2011-06-27 Method for producing core-shell type polymer fine particles containing sodium sulfonate group

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013007012A true JP2013007012A (en) 2013-01-10
JP5751047B2 JP5751047B2 (en) 2015-07-22

Family

ID=47674623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011142391A Expired - Fee Related JP5751047B2 (en) 2011-06-27 2011-06-27 Method for producing core-shell type polymer fine particles containing sodium sulfonate group

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5751047B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013007011A (en) * 2011-06-27 2013-01-10 Hitachi Chemical Co Ltd Polymer microparticle having sodium sulfonate group

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01234401A (en) * 1988-03-15 1989-09-19 Japan Synthetic Rubber Co Ltd Production of polymer fine granule
JP2013528633A (en) * 2010-06-16 2013-07-11 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Aqueous active ingredient composition

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01234401A (en) * 1988-03-15 1989-09-19 Japan Synthetic Rubber Co Ltd Production of polymer fine granule
JP2013528633A (en) * 2010-06-16 2013-07-11 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Aqueous active ingredient composition

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013007011A (en) * 2011-06-27 2013-01-10 Hitachi Chemical Co Ltd Polymer microparticle having sodium sulfonate group

Also Published As

Publication number Publication date
JP5751047B2 (en) 2015-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI302540B (en) Fluoropolymer resins containing ionic or ionizable groups and products containing the same
JP4123272B2 (en) Fluoropolymer dispersion and method for producing fluoropolymer dispersion
JP6123800B2 (en) Negative electrode for secondary battery and method for producing the same
JP2018534220A (en) Carbon nanotube dispersion and method for producing the same
US20100021788A1 (en) Polymer electrolyte composite film, membrane-electrode assembly and fuel cell
JP2012234703A (en) Metal salt-containing binder
JP2010520593A (en) Polymer electrolyte membranes with functionalized nanoparticles
JP2015018776A (en) Binder for aqueous electrode composition for battery
JP5689769B2 (en) Water dispersion for aqueous electrode composition
JP5119854B2 (en) Fluoropolymer dispersion and method for producing fluoropolymer dispersion
CN106099146A (en) A kind of modified halloysite nanotubes for PEM and preparation method thereof
CN111303320A (en) Polymer/inorganic nano particle composite material and preparation method thereof
JP5464935B2 (en) Proton conductive polymer fine particles, method for producing the same, and uses of the polymer fine particles
JP5978762B2 (en) Method for producing fluoropolymer aqueous dispersion and purified fluoropolymer aqueous dispersion
JP5751047B2 (en) Method for producing core-shell type polymer fine particles containing sodium sulfonate group
JP5803332B2 (en) Polymer fine particles having sodium sulfonate groups
JP5038226B2 (en) Polymer electrolyte membrane, membrane-electrode assembly, and fuel cell
JP5830963B2 (en) Method for producing polymer fine particles having sodium sulfonate group
JP6061563B2 (en) Aqueous electrode binder for secondary battery
JP5803333B2 (en) Polymer fine particles having sodium sulfonate group and method for producing the same
CN110010361A (en) The preparation method of composite conducting slurry and the preparation method of electrode
JP2004319353A (en) Solid electrolyte and fuel cell using the same
CN103788278B (en) Preparation method of pH sensitive multistage polymer composite nanospheres
JP3920779B2 (en) Fluorine ion exchange resin precursor composition and process for producing the same
JP5924501B2 (en) Slurry for power storage device electrode, power storage device electrode, and method for manufacturing power storage device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140502

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20141106

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141111

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150107

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150421

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150504

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5751047

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees