JP2014160051A - Core shell type particle for column, and manufacturing method for the same - Google Patents

Core shell type particle for column, and manufacturing method for the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a core shell type particle for a column in which resistance to pressure, theoretical plate number and degree of peak symmetry are improved, and a manufacturing method for the same.SOLUTION: A core shell type particle for a column includes a parent particle and a plurality of child particles adhered on an outside of the parent particle. A manufacturing method of the core shell type particle for a column having the parent particle and the plurality of child particles adhered on the outside of the parent particle, includes the steps of: adsorbing polyelectrolyte to the outside of the parent particle which has a functional group, and adsorbing the child particles to the outside of the polyelectrolyte.

Description

本発明は、分離、分取、分析、精製用カラムの充填剤として好適なコアシェル型粒子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a core-shell type particle suitable as a packing material for separation, fractionation, analysis, and purification columns, and a method for producing the same.

分離、分取、分析用カラムの充填剤には多孔質シリカや有機粒子である多孔質ポリマーが使用される。必要に応じて、多孔質シリカや多孔質ポリマーの外側に官能基を形成させ、特定の物質を分離、分取、分析するのに用いられてきた。有機粒子は、合成に用いるモノマーの種類(スチレン、ジビニルベンゼン、アクリル系樹脂、アガロース等)によって多様な特性が得られる点が長所であり(例えば、特許文献1〜3等参照)、アフィニティー精製用等には殆ど有機粒子が用いられている。短所としては、圧力によって変形しやすいために分離、分取、分析時の流量が制限される点が挙げられる。樹脂の架橋度を上げる事で耐圧性をコントロールすることも可能であるが、用いるモノマーが限定されるので有機物本来の長所が失われていく。更に移動相の種類によって粒子の膨潤や収縮が発生する。   Porous silica or a porous polymer that is organic particles is used as a packing material for separation, fractionation, and analysis. Where necessary, functional groups have been formed on the outside of porous silica and porous polymers to separate, sort, and analyze specific substances. Organic particles are advantageous in that various characteristics can be obtained depending on the type of monomer used for synthesis (styrene, divinylbenzene, acrylic resin, agarose, etc.) (see, for example, Patent Documents 1 to 3). Most of the organic particles are used for these. Disadvantages include the fact that the flow rate during separation, fractionation, and analysis is limited because it is easily deformed by pressure. Although the pressure resistance can be controlled by increasing the degree of crosslinking of the resin, the original advantages of organic matter are lost because the monomers used are limited. Furthermore, particle swelling and shrinkage occur depending on the type of mobile phase.

他方、多孔質シリカは、耐圧性が比較的良好であり、小径化による分離能向上も可能である。分析では多孔質シリカの外側に有機官能基(オクタデシル(炭素数18)、オクチル(炭素数8)、フェニル等)が吸着した粒子を用いたカラムが用いられている。但し、高速液体クロマトグラフィー用途においては更なる小径化により、耐圧性が一層求められる。特許文献4には耐圧性を改善したコアシェル型シリカに関する記載があるが、この場合のコアシェルは中心部を無孔質にするという意味のコアシェルであり、圧力低減効果は不十分である。   On the other hand, porous silica has relatively good pressure resistance, and can improve separation performance by reducing the diameter. In the analysis, a column using particles in which organic functional groups (octadecyl (carbon number 18), octyl (carbon number 8), phenyl, etc.) are adsorbed on the outside of the porous silica is used. However, in high performance liquid chromatography applications, pressure resistance is further required by further reducing the diameter. Patent Document 4 describes a core-shell type silica with improved pressure resistance. In this case, the core shell is a core shell meaning that the central portion is made nonporous, and the pressure reduction effect is insufficient.

カラム用の粒子は粒子径が小さいほど理論段数が向上する。しかし、圧力低減と理論段数向上はトレードオフの関係になっているので、カラム用の粒子の粒子径が小さいほどカラム内の圧力が上昇し、カラムが使いにくくなるという課題がある。   The smaller the particle diameter of the column particles, the more the theoretical plate number is improved. However, since the pressure reduction and the theoretical plate number increase are in a trade-off relationship, the smaller the particle diameter of the column particles, the higher the pressure in the column, which makes it difficult to use the column.

更に、近年のシード重合等の重合技術、分級技術の発展に伴い、単分散粒子をカラムに用いる試みがなされている(例えば、特許文献5、6等参照)。しかしながら、粒子の単分散性を上げると、粒子が配列しやすくなり、所定圧力でのカラム充填が困難になる。このような粒子で充填されたカラムは圧力上昇、理論段数低下、ピーク対称度の低下、ピークのテーリングといった様々な課題が生じる。また、2種類の単分散粒子を適宜混ぜることで、理論段数を向上させる方法もあるが、このような方法は煩雑である。   Furthermore, with the recent development of polymerization techniques such as seed polymerization and classification techniques, attempts have been made to use monodisperse particles in columns (see, for example, Patent Documents 5 and 6). However, if the monodispersity of the particles is increased, the particles are easily arranged, and column packing at a predetermined pressure becomes difficult. A column packed with such particles causes various problems such as pressure increase, theoretical plate number decrease, peak symmetry decrease, and peak tailing. In addition, there is a method of improving the number of theoretical plates by appropriately mixing two types of monodisperse particles, but such a method is complicated.

特開平11−171947号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-171947 特許第4335168号公報Japanese Patent No. 4335168 特表2003−509549号公報Special table 2003-509549 gazette 国際公開第2007/122930号International Publication No. 2007/122930 特許第3628493号公報Japanese Patent No. 3628493 特表2003―509549号公報Special table 2003-509549 gazette

本発明は、上記の課題を改善し、カラム圧、理論段数及びピーク対称度を向上させたカラム用コアシェル型粒子及びその製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a core-shell type particle for a column and a method for producing the same, in which the above problems are improved and the column pressure, the number of theoretical plates and the peak symmetry are improved.

本発明は、親粒子と、該親粒子の外側に付着された複数の子粒子とを備える、カラム用コアシェル型粒子に関する。かかるカラム用コアシェル型粒子は、分離、分取、分析、精製用途の充填剤として好適である。   The present invention relates to a core-shell type particle for a column comprising a parent particle and a plurality of child particles attached to the outside of the parent particle. Such a core-shell type particle for a column is suitable as a packing material for separation, fractionation, analysis, and purification.

また、本発明は、上記子粒子が、上記親粒子の外側に化学結合して付着される上記のカラム用コアシェル型粒子に関する。   The present invention also relates to the above-described core-shell type particle for a column, in which the child particles are attached to the outside of the parent particles by chemical bonding.

また、本発明は、上記子粒子が、上記親粒子の外側に高分子を介して化学結合して付着される上記のカラム用コアシェル型粒子に関する。   The present invention also relates to the above-described core-shell type particle for a column, in which the child particles are attached to the outside of the parent particle through a chemical bond via a polymer.

また、本発明は、上記子粒子の被覆率が、上記親粒子の総表面積に対して10〜70%の範囲である上記のカラム用コアシェル型粒子に関する。   The present invention also relates to the above-described core-shell type particle for a column, wherein the coverage of the child particles is in the range of 10 to 70% with respect to the total surface area of the parent particles.

また、本発明は、上記子粒子が、半円型の粒子である上記のカラム用コアシェル型粒子に関する。   The present invention also relates to the above-described core-shell particle for a column, wherein the child particles are semicircular particles.

また、本発明は、上記子粒子が、表面に凸凹を有する球状の粒子である上記のカラム用コアシェル型粒子に関する。   The present invention also relates to the above-described core-shell type particle for a column, wherein the child particles are spherical particles having irregularities on the surface.

また、本発明は、親粒子と、該親粒子の外側に付着された複数の子粒子と、を備えるカラム用コアシェル型粒子の製造方法であり、官能基を有する親粒子の外側に高分子電解質を吸着させる工程と、上記高分子電解質の外側に子粒子を吸着させる工程とを含む、カラム用コアシェル型粒子の製造方法に関する。   Further, the present invention is a method for producing a core-shell type particle for a column comprising a parent particle and a plurality of child particles attached to the outside of the parent particle, wherein the polymer electrolyte is provided outside the parent particle having a functional group. The present invention relates to a method for producing core-shell type particles for a column, comprising a step of adsorbing particles and a step of adsorbing child particles on the outside of the polymer electrolyte.

また、本発明は、上記官能基がカルボキシル基である上記のカラム用コアシェル型粒子の製造方法に関する。   Moreover, this invention relates to the manufacturing method of said core-shell type particle | grains for columns whose said functional group is a carboxyl group.

また、本発明は、上記高分子電解質がポリアミンである上記のカラム用コアシェル型粒子の製造方法に関する。   The present invention also relates to a method for producing the above-described core-shell type particle for a column, wherein the polymer electrolyte is a polyamine.

また、本発明は、上記高分子電解質がポリエチレンイミンである上記のカラム用コアシェル型粒子の製造方法に関する。   The present invention also relates to a method for producing the above-described core-shell type particle for a column, wherein the polymer electrolyte is polyethyleneimine.

本発明によれば、圧力上昇を低減させ、理論段数を向上させ、ピークの対称性を向上させたカラム用コアシェル型粒子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the core shell type particle | grain for columns which reduced the pressure rise, improved the theoretical plate number, and improved the symmetry of the peak can be provided.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本実施形態においては、親粒子の外側に子粒子を化学結合させて固定化することにより、カラム用コアシェル型粒子(以下、「コアシェル粒子」ということがある。)が得られる。   In this embodiment, a core-shell type particle for a column (hereinafter, also referred to as “core-shell particle”) is obtained by chemically bonding and immobilizing a child particle on the outside of the parent particle.

親粒子の平均粒子径は、分析用途であれば理論段数向上のために0.2〜100μmであることが好ましく、分取・分離用途であれば30〜300μmであることが好ましい。   The average particle size of the parent particles is preferably 0.2 to 100 μm for the purpose of improving the number of theoretical plates for analytical use, and preferably 30 to 300 μm for preparative / separation use.

なお、ここでいう平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM;例えば、株式会社日立ハイテクノロジーズ製、製品名:S−4800)にて複数の粒子を撮像し、画像解析により粒子径を測定して平均値を算出する方法により求められる個数平均粒子径である。   In addition, the average particle diameter here is obtained by imaging a plurality of particles with a scanning electron microscope (SEM; for example, product name: S-4800, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), and measuring the particle diameter by image analysis. The number average particle diameter determined by the method of calculating the average value.

親粒子の粒子径分布は小さいほうが好ましい。粒子径の変動係数(C.V.)は0.2以下が好ましく、0.15以下がより好ましく、0.1以下が更に好ましく、0.05以下が特に好ましい。変動係数が小さいほど、理論段数が高くなる。理論上は変動係数が小さいほうが良いのであるが、単分散になりすぎると、粒子が並んでしまうため、カラムへの充填が困難になる。そうした場合、2種類の単分散粒子を適宜混ぜることで、理論段数を向上させる方法もあるが、煩雑であり、本実施形態のようなコアシェル粒子を用いると、コアシェル型粒子のカラムへの充填が簡便であり好ましい。   The particle size distribution of the parent particles is preferably small. The coefficient of variation (C.V.) of the particle diameter is preferably 0.2 or less, more preferably 0.15 or less, still more preferably 0.1 or less, and particularly preferably 0.05 or less. The smaller the coefficient of variation, the higher the number of theoretical plates. Theoretically, a smaller coefficient of variation is better. However, if the dispersion becomes too monodisperse, particles are aligned, making it difficult to fill the column. In such a case, there is a method of improving the number of theoretical plates by appropriately mixing two types of monodisperse particles, but it is cumbersome, and using the core-shell particles as in this embodiment, the core-shell type particles can be packed into the column. Simple and preferable.

親粒子は、シリカ等の無機粒子であっても、有機系粒子であってもよいが、本発明の効果が出やすいのは有機系粒子である(耐圧性が元々低いため)。以下、有機系粒子に関して詳細に説明を行うが、無機系粒子であっても効果はある。   The parent particle may be an inorganic particle such as silica or an organic particle, but the organic particle is likely to have the effect of the present invention (because pressure resistance is originally low). Hereinafter, the organic particles will be described in detail, but even inorganic particles are effective.

親粒子の球形度は0.8以上が好ましく、0.9以上がより好ましく、0.95以上が更に好ましい。球形度は、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、1000個の粒子を撮影し、画像解析により長径及び短径を測定して個々の球形度(短径/長径)を算出して平均値として求めることができる。   The sphericity of the parent particle is preferably 0.8 or more, more preferably 0.9 or more, and still more preferably 0.95 or more. The sphericity is observed with a scanning electron microscope (SEM), 1000 particles are photographed, the major axis and minor axis are measured by image analysis, and the individual sphericity (minor axis / major axis) is calculated and averaged. Can be obtained as

親粒子の合成方法としては、シード重合や懸濁重合が挙げられるが、比較的単分散の粒子を合成しやすいシード重合が好ましい。   Examples of the method for synthesizing the parent particles include seed polymerization and suspension polymerization, and seed polymerization is preferable because it can easily synthesize relatively monodisperse particles.

シード重合は、数百nm〜数十μmの大きさの種粒子を膨潤させて数倍の大きさにし、重合を行う合成方法である。種粒子はソープフリー乳化重合や沈殿重合で合成することが一般的であるが、単分散粒子の合成の行いやすさの観点から、ソープフリー乳化重合で合成することが好ましい。   Seed polymerization is a synthesis method in which seed particles having a size of several hundred nm to several tens of μm are swollen to be several times larger, and polymerization is performed. The seed particles are generally synthesized by soap-free emulsion polymerization or precipitation polymerization, but are preferably synthesized by soap-free emulsion polymerization from the viewpoint of easy synthesis of monodisperse particles.

ソープフリー乳化重合は、水、アルコール又は水/アルコール混合溶媒中で合成を行うが、コストの面から水が好ましい。具体的には、溶媒中に反応開始剤とモノマーを入れてラジカル重合により表面にポリマーをグラフトする。モノマーとしてはビニル基を有するものであれば、用いることができる。モノマーとしては、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単量体、ジオレフィン単量体等が挙げられる。   The soap-free emulsion polymerization is carried out in water, alcohol or a water / alcohol mixed solvent, and water is preferred from the viewpoint of cost. Specifically, a reaction initiator and a monomer are put in a solvent, and the polymer is grafted on the surface by radical polymerization. Any monomer having a vinyl group can be used. Monomers include monovinyl aromatic monomers, acrylic monomers, vinyl ester monomers, vinyl ether monomers, monoolefin monomers, halogenated olefin monomers, diolefin monomers, etc. Is mentioned.

具体的には、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロロスチレン、3,4−ジクロロスチレン等のスチレン及びそれらの誘導体、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のエチレン不飽和モノオレフィン類、塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、弗化ビニル等のハロゲン化ビニル類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチルクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロロエチル、アクリル酸フェニル、α−クロロアクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、アクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル等のアクリル酸もしくはメタクリル酸誘導体などをモノマーとして使用でき、場合によってはアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマール酸等も使用できる。また、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類、N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドン等のN−ビニル化合物、ビニルナフタレン塩などもモノマーとして挙げられる。この中でも、重合のしやすさの観点で、スチレンやメタクリル酸メチルを用いることが好ましい。   Specifically, styrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, p-ethylstyrene, 2,4-dimethylstyrene, pn-butylstyrene, p-tert-butylstyrene, p- n-hexyl styrene, pn-octyl styrene, pn-nonyl styrene, pn-decyl styrene, pn-dodecyl styrene, p-methoxy styrene, p-phenyl styrene, p-chloro styrene, 3, Styrene such as 4-dichlorostyrene and derivatives thereof, ethylene unsaturated monoolefins such as ethylene, propylene, butylene and isobutylene, vinyl halides such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl bromide and vinyl fluoride, vinyl acetate , Vinyl esters such as vinyl propionate, vinyl benzoate and vinyl butyrate, Methyl acrylate, ethyl acrylate n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, propyl acrylate, n-octyl acrylate, dodecyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, stearyl acrylate, 2-chloroethyl acrylate, phenyl acrylate, α-chloromethyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-octyl methacrylate, dodecyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, stearyl methacrylate, methacryl Α-methylene aliphatic monocarboxylic acid such as phenyl acid, dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl acrylate, diethylaminoethyl methacrylate, etc. Acrylic acid or methacrylic acid derivatives such as tellurium, acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamide, methacrylamide, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, etc. Can be used as a monomer, and in some cases, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid and the like can also be used. Further, vinyl ethers such as vinyl methyl ether, vinyl ethyl ether, vinyl isobutyl ether, vinyl ketones such as vinyl methyl ketone, vinyl hexyl ketone, methyl isopropenyl ketone, N-vinyl pyrrole, N-vinyl carbazole, N-vinyl indole, N-vinyl compounds such as N-vinylpyrrolidone, vinyl naphthalene salts, and the like can also be mentioned as monomers. Among these, it is preferable to use styrene or methyl methacrylate from the viewpoint of ease of polymerization.

重合開始剤としては、通常の乳化重合に使用されているものであればよく、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩類、ベンゾイルハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物類、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物類などが挙げられる。必要に応じて還元剤と組合せて、レドックス系開始剤として使用することもできる。   Any polymerization initiator may be used as long as it is used in ordinary emulsion polymerization. For example, persulfates such as potassium persulfate, sodium persulfate and ammonium persulfate, and organic peroxides such as benzoyl hydroperoxide. And azo compounds such as azobisisobutyronitrile. It can also be used as a redox initiator in combination with a reducing agent as required.

ここで、種粒子として用いるポリマーの分子量が大きすぎるとシード重合の際、膨潤しにくい。そのため、物理吸着している種粒子として用いるポリマーの重量平均分子量は10万以下であることが好ましい。   Here, if the molecular weight of the polymer used as the seed particles is too large, it is difficult to swell during seed polymerization. For this reason, the weight average molecular weight of the polymer used as the physically adsorbed seed particles is preferably 100,000 or less.

なお、ポリマーの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により、標準ポリスチレンを用いた検量線から換算して求めることができる。検量線は、標準ポリスチレンの5サンプルセット(PStQuick MP−H、PStQuick B(東ソー株式会社製、商品名))を用いて3次式で近似して求めることができる。   The weight average molecular weight of the polymer can be determined by conversion from a calibration curve using standard polystyrene by gel permeation chromatography (GPC). The calibration curve can be obtained by approximating with a cubic equation using a standard polystyrene 5-sample set (PStQuick MP-H, PStQuick B (trade name, manufactured by Tosoh Corporation)).

GPCの条件を以下に示す。
(GPC条件)
装置:(ポンプ:L−2130型(株式会社日立ハイテクノロジーズ製))、
(検出器:L−2490型RI(株式会社日立ハイテクノロジーズ製))、
(カラムオーブン:L−2350(株式会社日立ハイテクノロジーズ製))
カラム:Gelpack GL−R440 + Gelpack GL−R450
+ Gelpack GL−R400M(計3本)(日立化成(株)製、商品名)
カラムサイズ:10.7mmI.D×300mm
溶離液:テトラヒドロフラン
試料濃度:10mg/2mL
注入量:200μL
流量:2.05mL/分
測定温度:25℃
The GPC conditions are shown below.
(GPC conditions)
Apparatus: (Pump: L-2130 type (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation)),
(Detector: L-2490 type RI (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation)),
(Column oven: L-2350 (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation))
Column: Gelpack GL-R440 + Gelpack GL-R450
+ Gelpack GL-R400M (3 in total) (trade name, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.)
Column size: 10.7 mmI. D x 300mm
Eluent: Tetrahydrofuran Sample concentration: 10 mg / 2 mL
Injection volume: 200 μL
Flow rate: 2.05 mL / min Measurement temperature: 25 ° C

ソープフリー乳化重合においては、必要に応じて酸素を溶存させる方法や、連鎖移動剤を添加する方法が好ましい。連鎖移動剤としては、モノスルフィド又はジスルフィド系連鎖移動剤が好ましい。   In the soap-free emulsion polymerization, a method in which oxygen is dissolved as required and a method in which a chain transfer agent is added are preferable. As the chain transfer agent, monosulfide or disulfide chain transfer agents are preferable.

次に、種粒子を水、アルコール、及び水/アルコール混合溶媒のいずれかに分散し、シード重合を行う。シード重合は、本来は、Colloid&Polymer Science,267巻,193−200項(1989)や、Colloid&Polymer Science,274巻,279−284項(1996)に示される方法が一般的である。即ち、未架橋の樹脂で合成した種粒子の存在下、重合性ビニル単量体を溶解するが、生成する重合体を溶解しない媒体中で、該媒体可溶の重合開始剤を用いて重合を行う。   Next, seed particles are dispersed in one of water, alcohol, and water / alcohol mixed solvent, and seed polymerization is performed. In general, seed polymerization is generally performed by methods shown in Colloid & Polymer Science, 267, 193-200 (1989) and Colloid & Polymer Science, 274, 279-284 (1996). That is, in the presence of seed particles synthesized with an uncrosslinked resin, polymerization is performed using the medium-soluble polymerization initiator in a medium that dissolves the polymerizable vinyl monomer but does not dissolve the resulting polymer. Do.

具体的には、以下の方法で行う。まず、種粒子分散媒を準備する。次に、重合開始剤、重合性ビニル単量体と適宜界面活性剤、多孔質剤等を加え、ホモジナイザー等で乳化する。乳化した液を分散媒に添加し、数時間〜数十時間かけて種粒子に膨潤させる。膨潤速度は、種粒子として用いられるポリマーの分子量や重合性ビニル単量体の種類で異なる。   Specifically, the following method is used. First, a seed particle dispersion medium is prepared. Next, a polymerization initiator, a polymerizable vinyl monomer, a surfactant, a porous agent and the like are added as appropriate, and emulsified with a homogenizer or the like. The emulsified liquid is added to the dispersion medium, and the seed particles are swollen over several hours to several tens of hours. The swelling speed varies depending on the molecular weight of the polymer used as seed particles and the type of polymerizable vinyl monomer.

重合性ビニル単量体は、ポリビニル単量体、又は、ポリビニル単量体とモノビニル単量体との混合物等を用いることができる。   As the polymerizable vinyl monomer, a polyvinyl monomer, a mixture of a polyvinyl monomer and a monovinyl monomer, or the like can be used.

ポリビニル単量体としては、芳香族ポリビニル単量体又は脂芳族ポリビニル単量体が好ましい。芳香族ポリビニル単量体としては、ジビニルベンゼン、ビスフェニルメタン、ビスビニルフェニルエタン等のビスビニルフェニルアルカンが、脂肪族ポリビニル単量体としては、多価アルコールのポリ(メタ)アクリレート又はアルキレンポリ(メタ)アクリルアミドが好ましい。具体的には、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、テトラヒドロキシブタンジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。   As the polyvinyl monomer, an aromatic polyvinyl monomer or a fatty aromatic polyvinyl monomer is preferable. Examples of the aromatic polyvinyl monomer include bisvinylphenylalkanes such as divinylbenzene, bisphenylmethane, and bisvinylphenylethane, and examples of the aliphatic polyvinyl monomer include poly (meth) acrylates or alkylenepoly ( Meth) acrylamide is preferred. Specific examples include (poly) ethylene glycol di (meth) acrylate, glycerin di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, and tetrahydroxybutane di (meth) acrylate.

ポリビニル単量体の割合は、耐圧性の観点から、重合性ビニル単量体の総質量を基準に、1〜100質量%が好ましく、20〜100質量%がより好ましい。この範囲外であると、得られた重合体が溶けやすい上、耐圧性が十分でなく、壊れやすくなる傾向がある。   The proportion of the polyvinyl monomer is preferably 1 to 100% by mass and more preferably 20 to 100% by mass based on the total mass of the polymerizable vinyl monomer from the viewpoint of pressure resistance. If it is out of this range, the obtained polymer is easily dissolved, the pressure resistance is not sufficient, and it tends to be easily broken.

モノビニル単量体としては、前述の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単量体等を用いることができる。   As the monovinyl monomer, the above-mentioned monovinyl aromatic monomer, acrylic monomer, vinyl ester monomer, vinyl ether monomer, monoolefin monomer, halogenated olefin monomer, etc. Can be used.

多孔質剤としては、シード重合時に相分離剤として作用し、粒子の多孔質化を促進する有機溶媒である脂肪族又は芳香族の炭化水素類、エステル類、ケトン類、エーテル類、アルコール類が挙げられる。具体的には、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、オクタン、酢酸ブチル、フタル酸ジブチル、メチルエチルケトン、ジエチルベンゼン、ジブチルエーテル、1−ヘキサノール、2−オクタノール、デカノール、ラウリルアルコール、シクロヘキサノール等が挙げられ、これらを単独もしくは混合して用いることができる。   Examples of the porous agent include aliphatic or aromatic hydrocarbons, esters, ketones, ethers, and alcohols, which are organic solvents that act as a phase separation agent during seed polymerization and promote particle porosity. Can be mentioned. Specific examples include toluene, xylene, cyclohexane, octane, butyl acetate, dibutyl phthalate, methyl ethyl ketone, diethylbenzene, dibutyl ether, 1-hexanol, 2-octanol, decanol, lauryl alcohol, cyclohexanol and the like. Or it can mix and use.

多孔質剤は、重合性ビニル単量体に対して0〜200質量%使用できる。多孔質剤の量で粒子の空孔率をコントロールできる。更に多孔質剤の種類によって、孔の大きさや形状をコントロールすることができる。   The porous agent can be used in an amount of 0 to 200% by mass with respect to the polymerizable vinyl monomer. The porosity of the particles can be controlled by the amount of the porous agent. Further, the size and shape of the pores can be controlled by the kind of the porous agent.

重合開始剤としては、通常の乳化重合に使用されているものであればよく、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩類、過酸化ベンゾイル、ベンゾイルハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物類、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物類などである。必要に応じて還元剤と組合せて、レドックス系開始剤として使用することもできる。   Any polymerization initiator may be used as long as it is used in ordinary emulsion polymerization. Examples thereof include persulfates such as potassium persulfate, sodium persulfate, and ammonium persulfate, and organic compounds such as benzoyl peroxide and benzoyl hydroperoxide. Peroxides, azo compounds such as azobisisobutyronitrile, and the like. It can also be used as a redox initiator in combination with a reducing agent as required.

膨潤後、開始剤の反応温度に適する温度で数時間〜数十時間反応を行う。反応前に窒素置換することもできる。反応温度は、通常は40℃〜90℃の範囲で行う。反応前に、ポリビニルアルコール等で粒子の分散性をコントロールすると、粒子の凝集を緩和できる。   After swelling, the reaction is carried out for several hours to several tens of hours at a temperature suitable for the reaction temperature of the initiator. Nitrogen can be substituted before the reaction. The reaction temperature is usually in the range of 40 ° C to 90 ° C. If the dispersibility of the particles is controlled with polyvinyl alcohol or the like before the reaction, the aggregation of the particles can be alleviated.

重合開始剤、重合性ビニル単量体、及び多孔質剤の総量によって粒子径が決定される。シード重合であれば、平均粒子径1〜100μmの粒子を合成することができる。   The particle size is determined by the total amount of the polymerization initiator, the polymerizable vinyl monomer, and the porous agent. With seed polymerization, particles having an average particle diameter of 1 to 100 μm can be synthesized.

以上のようにして合成した親粒子の外側に子粒子を被覆する。子粒子の平均粒子径は、親粒子の平均粒子径の0.1〜20%であることが好ましい。0.1%未満であると、耐圧改善効果が不十分であり、20%を超えると、被覆が困難になる傾向がある。子粒子の平均粒子径は10nm〜20μmの範囲であることが好ましい。   The child particles are coated on the outside of the parent particles synthesized as described above. The average particle diameter of the child particles is preferably 0.1 to 20% of the average particle diameter of the parent particles. If it is less than 0.1%, the pressure resistance improving effect is insufficient, and if it exceeds 20%, coating tends to be difficult. The average particle diameter of the child particles is preferably in the range of 10 nm to 20 μm.

子粒子の組成は、樹脂系であっても無機系であってもよい。樹脂系である場合は、なるべく親粒子と同一組成に近い方が好ましく、例えば、スチレン/ジビニルベンゼン共重合系の樹脂等が挙げられる。無機系である場合は、例えば、シリカ等が挙げられる。   The composition of the child particles may be a resin system or an inorganic system. In the case of a resin system, it is preferable that the composition is as close as possible to that of the parent particle, and examples thereof include a styrene / divinylbenzene copolymer resin. In the case of an inorganic system, for example, silica and the like can be mentioned.

子粒子は、半円型の粒子であることや、表面に凸凹を有する球状の粒子(ジャガイモ状粒子)であることが好ましい。このような子粒子を用いた場合、親粒子と子粒子との結合力が強くなる。   The child particles are preferably semicircular particles or spherical particles (potato-like particles) having irregularities on the surface. When such a child particle is used, the binding force between the parent particle and the child particle becomes strong.

なお、本明細書において、「半円型の粒子」とは、二次元的には円の部分を有しており、球状ではない粒子と定義する。半円型の粒子は、扁平形状及び赤血球形状であることが好ましい。本明細書において、赤血球形状粒子は、両面に窪みを有するものであってもよく、片面のみに窪みを有するもの(以下、おわん型粒子ともいう。)であってもよい。   In the present specification, the “semicircular particle” is defined as a particle that has a circular portion in two dimensions and is not spherical. The semicircular particles are preferably flat and red blood cells. In the present specification, the erythrocyte-shaped particles may have dents on both sides, or may have dents only on one side (hereinafter also referred to as bowl-shaped particles).

このような重合体子粒子は、乳化重合により合成することが好ましく、ソープフリー乳化重合により合成することがより好ましい。乳化重合においては、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム又はアルキル硫酸ナトリウム等の界面活性剤を用いてもよいが、ソープフリー乳化重合を用いると、簡便であり、後の洗浄が不要であるため、安価に粒子を合成できる。   Such polymer particles are preferably synthesized by emulsion polymerization, more preferably by soap-free emulsion polymerization. In emulsion polymerization, a surfactant such as sodium alkylbenzene sulfonate or sodium alkyl sulfate may be used, but using soap-free emulsion polymerization is simple and does not require subsequent washing, so particles can be produced at low cost. Can be synthesized.

ソープフリー乳化重合に用いる単量体としては、ビニル基を有するものであれば、用いることができる。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単量体、ジオレフィン単量体等が挙げられる。   As the monomer used for the soap-free emulsion polymerization, any monomer having a vinyl group can be used. Examples thereof include a monovinyl aromatic monomer, an acrylic monomer, a vinyl ester monomer, a vinyl ether monomer, a monoolefin monomer, a halogenated olefin monomer, and a diolefin monomer.

具体的には、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロロスチレン、3,4−ジクロロスチレン等のスチレン及びそれらの誘導体、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のエチレン不飽和モノオレフィン類、塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、弗化ビニル等のハロゲン化ビニル類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチルクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロロエチル、アクリル酸フェニル、α−クロロアクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、アクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル等のアクリル酸もしくはメタクリル酸誘導体などをモノマーとして使用でき、場合によってはアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマール酸等も使用できる。また、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類、N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドン等のN−ビニル化合物、ビニルナフタレン塩などもモノマーとして挙げられる。   Specifically, styrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, p-ethylstyrene, 2,4-dimethylstyrene, pn-butylstyrene, p-tert-butylstyrene, p- n-hexyl styrene, pn-octyl styrene, pn-nonyl styrene, pn-decyl styrene, pn-dodecyl styrene, p-methoxy styrene, p-phenyl styrene, p-chloro styrene, 3, Styrene such as 4-dichlorostyrene and derivatives thereof, ethylene unsaturated monoolefins such as ethylene, propylene, butylene and isobutylene, vinyl halides such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl bromide and vinyl fluoride, vinyl acetate , Vinyl esters such as vinyl propionate, vinyl benzoate and vinyl butyrate, Methyl acrylate, ethyl acrylate n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, propyl acrylate, n-octyl acrylate, dodecyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, stearyl acrylate, 2-chloroethyl acrylate, phenyl acrylate, α-chloromethyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-octyl methacrylate, dodecyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, stearyl methacrylate, methacryl Α-methylene aliphatic monocarboxylic acid such as phenyl acid, dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl acrylate, diethylaminoethyl methacrylate, etc. Acrylic acid or methacrylic acid derivatives such as tellurium, acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamide, methacrylamide, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, etc. Can be used as a monomer, and in some cases, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid and the like can also be used. Further, vinyl ethers such as vinyl methyl ether, vinyl ethyl ether, vinyl isobutyl ether, vinyl ketones such as vinyl methyl ketone, vinyl hexyl ketone, methyl isopropenyl ketone, N-vinyl pyrrole, N-vinyl carbazole, N-vinyl indole, N-vinyl compounds such as N-vinylpyrrolidone, vinyl naphthalene salts, and the like can also be mentioned as monomers.

この中でも、重合のしやすさや半円型の粒子の形状の得やすさの観点から、スチレン及びその誘導体やアクリル酸エステル及びその誘導体、ビニルエステル類が好ましく、スチレン及びその誘導体がより好ましい。また、上記単量体は2種類以上の複数を組み合わせて用いてもよい。   Among these, styrene and its derivatives, acrylic acid esters and derivatives thereof, and vinyl esters are preferable, and styrene and its derivatives are more preferable from the viewpoint of ease of polymerization and easy shape of semicircular particles. Moreover, you may use the said monomer in combination of 2 or more types.

本実施形態では、半円型の粒子の形状を得るために、重合性を有する二重結合を持ったアルコキシシラン、即ちC=Cの二重結合を有するアルコキシシランを混合する方法が挙げられる。粒子形状に影響を及ぼさせる観点で、全単量体に対して0.3mol%以上のC=Cの二重結合を有するアルコキシシランを混合することが好ましい。C=Cの二重結合を有するアルコキシシランとしては、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。アルコキシシランを混合することにより、耐溶剤性を向上させることができる。   In this embodiment, in order to obtain the shape of a semicircular particle, a method of mixing an alkoxysilane having a polymerizable double bond, that is, an alkoxysilane having a C═C double bond can be mentioned. From the viewpoint of influencing the particle shape, it is preferable to mix an alkoxysilane having a C═C double bond of 0.3 mol% or more with respect to all monomers. Examples of the alkoxysilane having a C = C double bond include 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, and 3-methacryloxypropyltriethoxysilane. , 3-acryloxypropyltrimethoxysilane and the like. By mixing alkoxysilane, the solvent resistance can be improved.

子粒子に対して耐候性や耐湿性、耐溶剤性、破壊強度、絶縁性を持たせるために、重合性のビニル基を複数有する架橋性モノマーを入れると良い。このような架橋性モノマーとしては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレンのような芳香族ジビニル、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールトリ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。   In order to impart weather resistance, moisture resistance, solvent resistance, breaking strength, and insulation to the child particles, it is preferable to add a crosslinkable monomer having a plurality of polymerizable vinyl groups. Examples of such crosslinkable monomers include aromatic divinyls such as divinylbenzene and divinylnaphthalene, ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, and triethylene glycol tri (meth) acrylate.

架橋性モノマーが多すぎると、全単量体に対して0.3mol%以上の重合性を有する二重結合を持ったアルコキシシランを入れても、子粒子が半円型になりにくい。   When there are too many crosslinkable monomers, even if it contains the alkoxysilane which has a double bond which has a superposition | polymerization property of 0.3 mol% or more with respect to all the monomers, a child particle will not become semicircular easily.

二重結合を持ったアルコキシシランと架橋性単量体の比(二重結合を持ったアルコキシシラン/架橋性単量体)が=0.2以上であることが望ましい。比が0.2未満の場合、得られた子粒子は球状に近くなる傾向がある。   The ratio of the alkoxysilane having a double bond and the crosslinkable monomer (alkoxysilane having a double bond / crosslinkable monomer) is preferably 0.2 or more. When the ratio is less than 0.2, the obtained child particles tend to be nearly spherical.

重合開始剤としては、通常の乳化重合に使用されているものであればよく、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩類、ベンゾイルハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物類、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物類などである。必要に応じて還元剤と組合せて、レドックス系開始剤として使用することもできる。子粒子エマルションを製造するには、通常、前記の界面活性剤、又は、重合開始剤の存在下に、各種の単量体を一括、分割、又は、連続的に滴下して重合を行う。ソープフリー乳化重合を行う際には、親水性の反応性モノマーを入れることで、安定的に粒子を合成出来て、粒子径制御も容易になる。具体的には、スチレンスルホン酸ナトリウム、メタクリル酸、メタクリル酸ナトリウム等が挙げられる。親水性の反応性モノマーを多く入れれば粒子径が小さくなり、親水性の反応性モノマーを少なく入れれば粒子径が大きくなる。   Any polymerization initiator may be used as long as it is used in ordinary emulsion polymerization. For example, persulfates such as potassium persulfate, sodium persulfate and ammonium persulfate, and organic peroxides such as benzoyl hydroperoxide. And azo compounds such as azobisisobutyronitrile. It can also be used as a redox initiator in combination with a reducing agent as required. In order to produce a child particle emulsion, polymerization is usually carried out by dropping various monomers all at once, in a divided manner or continuously in the presence of the surfactant or polymerization initiator. When performing soap-free emulsion polymerization, by incorporating a hydrophilic reactive monomer, particles can be stably synthesized, and particle diameter control is facilitated. Specific examples include sodium styrene sulfonate, methacrylic acid, and sodium methacrylate. If a large amount of hydrophilic reactive monomer is added, the particle size becomes small, and if a small amount of hydrophilic reactive monomer is added, the particle size becomes large.

これらの単量体を一括、分割、又は連続滴下して、窒素雰囲気下で攪拌して乳化重合を行う。溶媒には、イオンを除去した純水を用いる。重合温度は40℃〜90℃、反応時間は2時間〜10時間が好ましい。攪拌速度としては100〜500min−1が好ましい。 These monomers are added all at once, divided or continuously, and stirred under a nitrogen atmosphere to carry out emulsion polymerization. As the solvent, pure water from which ions have been removed is used. The polymerization temperature is preferably 40 ° C. to 90 ° C., and the reaction time is preferably 2 hours to 10 hours. The stirring speed is preferably from 100 to 500 min- 1 .

合成する半円型の粒子の形状は、架橋性モノマーや二重結合を持ったアルコキシシランの量で調整することが出来る。   The shape of the semicircular particles to be synthesized can be adjusted by the amount of the crosslinkable monomer or the alkoxysilane having a double bond.

二重結合を持ったアルコキシシランと架橋性単量体の比(二重結合を持ったアルコキシシラン/架橋性単量体)が大きいほど厚さ(d)と扁平面の直径(D)の比(d/D)が小さくなり、二重結合を持ったアルコキシシランの量が多いほど(d/D)が小さくなる。d/Dの比は、0.1〜1.0の範囲が好ましく、0.2〜0.8の範囲がより好ましい。d/Dの比が0.2を下回ると、親粒子上に子粒子を被覆することが困難になり、0.8を上回ると、使用可能ではあるが、子粒子脱落のリスクが増す。   The larger the ratio of alkoxysilane having a double bond to the crosslinkable monomer (alkoxysilane having a double bond / crosslinkable monomer), the ratio of the thickness (d) to the flat surface diameter (D). (D / D) decreases, and the larger the amount of alkoxysilane having a double bond, the smaller (d / D). The d / D ratio is preferably in the range of 0.1 to 1.0, and more preferably in the range of 0.2 to 0.8. When the ratio of d / D is less than 0.2, it becomes difficult to coat the child particles on the parent particles, and when it is more than 0.8, the risk of child particle dropping increases although it can be used.

子粒子の粒子径ばらつきは、C.V.<10%であることが好ましく、C.V.<3%であることがより好ましい。この場合の粒子径は、体積平均粒子径で表すものとし、コールターカウンター等で測定可能である。   The particle size variation of the child particles is C.I. V. <10% is preferred, C.I. V. More preferably, it is <3%. In this case, the particle diameter is expressed by a volume average particle diameter, and can be measured with a Coulter counter or the like.

子粒子はまた、表面に凹凸を有する球状の粒子であってもよい。二重結合を持ったアルコキシシランと架橋性単量体を同モル程度入れると、このような形状になることがある。   The child particles may also be spherical particles having irregularities on the surface. When an alkoxysilane having a double bond and a crosslinkable monomer are added in the same molar amount, such a shape may be obtained.

以上に示したような方法で、親粒子と子粒子を別々に合成した後、親粒子の外側に子粒子を化学的に強固に被覆させる。   After the parent particles and the child particles are synthesized separately by the method as described above, the child particles are chemically coated on the outside of the parent particles.

親粒子と子粒子の結合方法としては、官能基を有する親粒子と官能基を有する子粒子とをヘテロ凝集させる方法が挙げられる。この場合、アミノ基とカルボキシル基、グリシジル基とアミノ基、ヒドロキシル基とヒドロキシル基等の組み合わせで、触媒存在下で反応させる方法がある。   As a method for bonding the parent particle and the child particle, a method of heteroaggregating the parent particle having a functional group and the child particle having a functional group may be mentioned. In this case, there is a method of reacting in the presence of a catalyst with a combination of an amino group and a carboxyl group, a glycidyl group and an amino group, a hydroxyl group and a hydroxyl group, or the like.

更に結合性を強化しようとする場合、高分子を介し結合させる方法が挙げられる。   Furthermore, when it is going to reinforce bondability, the method of making it couple | bond through a polymer | macromolecule is mentioned.

この場合、親粒子には予めカルボキシル基、イソシアネート基、グリシジル基を粒子表面に導入し、他方、子粒子にもカルボキシル基、イソシアネート基、グリシジル基を粒子表面に導入しておく。これらには従来公知の方法を用いることができる。中でも、導入が容易なカルボキシル基が好ましく、具体的には、樹脂粒子の場合、例えばアクリル酸、アクリル酸塩等を親粒子又は子粒子の合成時に微量(1質量%程度)投入しておくと、カルボキシル基に被覆された親粒子又は子粒子を得ることができる。シリカ等の無機粒子の場合は、カルボキシル基を有するシランカップリング剤等で処理することで、カルボキシル基を有する無機粒子を合成することができる。   In this case, a carboxyl group, an isocyanate group, and a glycidyl group are introduced into the parent particle in advance on the particle surface, while a carboxyl group, an isocyanate group, and a glycidyl group are also introduced into the child particle on the particle surface. A conventionally known method can be used for these. Among them, a carboxyl group that can be easily introduced is preferable. Specifically, in the case of resin particles, for example, a small amount (about 1% by mass) of acrylic acid, acrylate, or the like is added when synthesizing parent particles or child particles. , Parent particles or child particles coated with carboxyl groups can be obtained. In the case of inorganic particles such as silica, inorganic particles having a carboxyl group can be synthesized by treatment with a silane coupling agent having a carboxyl group.

次に、官能基を有する親粒子表面に子粒子を被覆するが、カルボキシル基、イソシアネート基、グリシジル基を有する親粒子と子粒子の表面電位(ゼータ電位)は通常(pHが中性領域であれば)マイナスである。表面電位がマイナスの粒子の周囲に表面電位がマイナスの粒子を被覆することは難しい。   Next, the child particles are coated on the surface of the parent particles having functional groups. The surface potential (zeta potential) of the parent particles and the child particles having a carboxyl group, an isocyanate group, or a glycidyl group is usually (the pH is in a neutral region). B) is negative. It is difficult to coat particles having a negative surface potential around particles having a negative surface potential.

そこで、高分子電解質と子粒子を交互に積層する方法が好ましい。より具体的な製造方法としては、
(1)官能基を有する親粒子を高分子電解質溶液に分散し、親粒子の表面に高分子電解質を吸着させた後、リンスする工程と、
(2)親粒子を子粒子の分散溶液に分散し、親粒子の表面に子粒子を吸着させた後、リンスする工程とを行うことで、表面に高分子電解質と子粒子とが積層された粒子を製造できる。
Therefore, a method of alternately laminating the polymer electrolyte and the child particles is preferable. As a more specific manufacturing method,
(1) Dispersing the parent particles having a functional group in a polymer electrolyte solution, adsorbing the polymer electrolyte on the surface of the parent particles, and then rinsing;
(2) The parent particles are dispersed in the dispersion solution of the child particles, the child particles are adsorbed on the surface of the parent particles, and then rinsed, whereby the polymer electrolyte and the child particles are laminated on the surface. Particles can be produced.

このような方法は、交互積層法(Layer−by−Layer assembly)と呼ばれる。交互積層法は、G.Decherらによって1992年に発表された有機薄膜を形成する方法である(Thin Solid Films,210/211,p.831(1992))。この方法では、正電荷を有するポリマー電解質(ポリカチオン)と負電荷を有するポリマー電解質(ポリアニオン)の水溶液に、基材を交互に浸漬することで基板上に静電的引力によって吸着したポリカチオンとポリアニオンの組が積層して複合膜(交互積層膜)が得られる。   Such a method is called an alternating lamination method (Layer-by-Layer assembly). The alternate lamination method is described in G.H. This is a method for forming an organic thin film published in 1992 by Decher et al. (Thin Solid Films, 210/211, p. 831 (1992)). In this method, a polycation adsorbed on a substrate by electrostatic attraction by alternately immersing the base material in an aqueous solution of a polymer electrolyte having a positive charge (polycation) and a polymer electrolyte having a negative charge (polyanion). A combination of polyanions is laminated to obtain a composite film (alternate laminated film).

交互積層法では、静電的な引力によって、基材上に形成された材料の電荷と、溶液中の反対電荷を有する材料が引き合うことにより膜成長するので、吸着が進行して電荷の中和が起こるとそれ以上の吸着が起こらなくなる。従って、ある飽和点までに至れば、それ以上膜厚が増加することはない。   In the alternating layering method, the film is grown by attracting the charge of the material formed on the substrate and the material having the opposite charge in the solution by electrostatic attraction, so that the adsorption proceeds and the charge is neutralized. When this occurs, no further adsorption occurs. Therefore, when reaching a certain saturation point, the film thickness does not increase any more.

Lvovらは、交互積層法を、微粒子に応用し、シリカやチタニア、セリアの各微粒子分散液を用いて、微粒子の表面電荷と反対電荷を有する高分子電解質を交互積層法で積層する方法を報告している(Langmuir,Vol.13,(1997),p.6195−6203)。この方法を用いると、負の表面電荷を有する絶縁性子粒子とその反対電荷を持つポリカチオンであるポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド(PDDA)又はポリエチレンイミン(PEI)等とを交互に積層することで、絶縁性子粒子と高分子電解質が交互に積層された微粒子積層薄膜を形成することが可能である。   Lvov et al. Reported on a method in which the alternating lamination method is applied to fine particles, and a polymer electrolyte having a charge opposite to the surface charge of the fine particles is laminated by an alternating lamination method using fine particle dispersions of silica, titania, and ceria. (Langmuir, Vol. 13, (1997), p. 6195-6203). By using this method, insulating particles having a negative surface charge and polydiallyldimethylammonium chloride (PDDA) or polyethylenimine (PEI), which are polycations having the opposite charge, are alternately laminated to provide insulation. It is possible to form a fine-particle laminated thin film in which neutron particles and polymer electrolyte are alternately laminated.

高分子電解質溶液又は無機酸化物微粒子の分散液に浸漬後、反対電荷を有する微粒子分散液又は高分子電解質溶液に浸漬する前に溶媒のみのリンスによって余剰の高分子電解質溶液又は無機酸化物微粒子の分散液を洗い流すことが好ましい。このようなリンスに用いるものとしては、水、アルコール、アセトンなどがある。   After immersing in the dispersion of polymer electrolyte solution or inorganic oxide fine particles, before immersing in the fine particle dispersion or polymer electrolyte solution having the opposite charge, the excess polymer electrolyte solution or inorganic oxide fine particles are rinsed only with a solvent. It is preferred to wash away the dispersion. Examples of such rinsing include water, alcohol, and acetone.

本実施形態で使用する高分子電解質溶液は、水又は有機溶媒の混合溶媒に溶解したものである。使用できる水溶性の有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル等があげられる。   The polymer electrolyte solution used in this embodiment is dissolved in water or a mixed solvent of an organic solvent. Examples of water-soluble organic solvents that can be used include methanol, ethanol, propanol, acetone, dimethylformamide, acetonitrile, and the like.

高分子電解質としては、水溶液中で電離し、荷電を有する官能基を主鎖又は側鎖に持つ高分子を用いることができる。この場合はポリカチオンを用いることが好ましい。また、ポリカチオンとしては、一般に、ポリアミン類等のように正荷電を帯びることのできる官能基を有するもの、例えば、ポリエチレンイミン(PEI)、ポリアリルアミン塩酸塩(PAH)、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド(PDDA)、ポリビニルピリジン(PVP)、ポリリジン、ポリアクリルアミド及びそれらを少なくとも1種以上を含む共重合体等を用いることができる。   As the polymer electrolyte, a polymer that is ionized in an aqueous solution and has a charged functional group in the main chain or side chain can be used. In this case, it is preferable to use a polycation. The polycation generally has a positively charged functional group such as polyamines, such as polyethyleneimine (PEI), polyallylamine hydrochloride (PAH), polydiallyldimethylammonium chloride ( PDDA), polyvinyl pyridine (PVP), polylysine, polyacrylamide, and a copolymer containing at least one of them can be used.

高分子電解質の中でもポリエチレンイミンは電荷密度が高く、結合力が強い。また、これらの高分子電解質の中でも、イオン溶出を避けるために、アルカリ金属(Li、Na、K、Rb、Cs)イオン、及びアルカリ土類金属(Ca、Sr、Ba、Ra)イオン、ハロゲン化物イオン(フッ素イオン、クロライドイオン、臭素イオン、ヨウ素イオン)を含まないものが好ましい。   Among polyelectrolytes, polyethyleneimine has a high charge density and a strong binding force. Among these polymer electrolytes, alkali metal (Li, Na, K, Rb, Cs) ions, alkaline earth metal (Ca, Sr, Ba, Ra) ions, halides are used in order to avoid ion elution. Those not containing ions (fluorine ions, chloride ions, bromine ions, iodine ions) are preferred.

これらの高分子電解質は、いずれも水溶性又はアルコール等の有機溶媒に可溶なものであり、高分子電解質の分子量としては、用いる高分子電解質の種類により一概には定めることができないが、一般に、重量平均分子量が1,000〜200,000程度のものが好ましい。重量平均分子量が1,000以下であると、親粒子の分散性が不十分であり、親粒子の粒子径が3.0μm以下になると、凝集が顕在化する。なお、溶液中の高分子電解質の濃度は、一般に、0.01〜10質量%程度が好ましい。また、高分子電解質溶液のpHは、特に限定されない。   These polymer electrolytes are either water-soluble or soluble in organic solvents such as alcohol, and the molecular weight of the polymer electrolyte cannot be generally determined depending on the type of polymer electrolyte used. Those having a weight average molecular weight of about 1,000 to 200,000 are preferred. When the weight average molecular weight is 1,000 or less, the dispersibility of the parent particles is insufficient, and when the particle diameter of the parent particles is 3.0 μm or less, aggregation becomes obvious. In general, the concentration of the polymer electrolyte in the solution is preferably about 0.01 to 10% by mass. Further, the pH of the polymer electrolyte solution is not particularly limited.

上記の高分子電解質薄膜を用いることにより、親粒子の表面に欠陥なく均一に子粒子を被覆することができる。   By using the above polymer electrolyte thin film, the surface of the parent particle can be uniformly coated with the child particles without any defects.

また、高分子電解質薄膜の種類や分子量、濃度を調整することにより子粒子の被覆率をコントロールすることが出来る。   Further, the coverage of the child particles can be controlled by adjusting the type, molecular weight, and concentration of the polymer electrolyte thin film.

具体的には、ポリエチレンイミン等、電荷密度の高い高分子電解質薄膜を用いた場合、子粒子の被覆率が高くなる傾向があり、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド等、電荷密度の低い高分子電解質薄膜を用いた場合、子粒子の被覆率が低くなる傾向がある。また、高分子電解質の分子量が大きい場合、子粒子の被覆率が高くなる傾向があり、高分子電解質の分子量が小さい場合、子粒子の被覆率が低くなる傾向がある。更に、高分子電解質を高濃度で用いた場合、子粒子の被覆率が高くなる傾向があり、高分子電解質を低濃度で用いた場合、子粒子の被覆率が低くなる傾向がある。   Specifically, when a polymer electrolyte thin film with a high charge density such as polyethyleneimine is used, the coverage of the child particles tends to be high, and a polymer electrolyte thin film with a low charge density such as polydiallyldimethylammonium chloride is used. When used, the coverage of the child particles tends to be low. Further, when the molecular weight of the polymer electrolyte is large, the coverage of the child particles tends to be high, and when the molecular weight of the polymer electrolyte is small, the coverage of the child particles tends to be low. Furthermore, when the polymer electrolyte is used at a high concentration, the coverage of the child particles tends to be high, and when the polymer electrolyte is used at a low concentration, the coverage of the child particles tends to be low.

子粒子も表面に重量平均分子量500〜10,000、より好ましくは重量平均分子量1,000〜4,000の範囲の高分子(オリゴマー)が存在していることが好ましい。   The child particles also preferably have a polymer (oligomer) having a weight average molecular weight of 500 to 10,000, more preferably a weight average molecular weight of 1,000 to 4,000, on the surface.

このように、化学反応性のポリマーを有する微粒子同士を結合させることで、従来にはない強固な結合が得られる上、親粒子の小径化や子粒子の大径化に対応できる。   In this way, by bonding the fine particles having a chemically reactive polymer to each other, it is possible to obtain a strong bond that has not been obtained in the past, and to cope with a decrease in the size of the parent particles and an increase in the size of the child particles.

子粒子は、複層積層すると脱落しやすくなるため、一層のみ被覆されていることが好ましい。   It is preferable that the child particles are covered only by one layer because the child particles easily fall off when the layers are laminated.

子粒子の被覆率は10〜70%の範囲であることが好ましく、20〜60%の範囲であることがより好ましく、20〜40%の範囲であることが更に好ましい。ここでいう被覆率とは、SEM画像解析により(絶縁被覆部分の表面積/全体の表面積)×100%で表す。また、被覆ばらつき(C.V.)が0.3以下の範囲であることが好ましい。子粒子の被覆率が20〜60%の範囲であると、圧力低減効果が大きい。   The coverage of the child particles is preferably in the range of 10 to 70%, more preferably in the range of 20 to 60%, and still more preferably in the range of 20 to 40%. The coverage here is represented by (surface area of insulating coating portion / total surface area) × 100% by SEM image analysis. Further, the coating variation (CV) is preferably in the range of 0.3 or less. When the coverage of the child particles is in the range of 20 to 60%, the pressure reduction effect is large.

以上のようにして得られたコアシェル型粒子を加熱乾燥することで、子粒子と親粒子の結合を強化することが出来る。結合力が増す理由としては、官能基同士の化学結合が挙げられる。加熱乾燥の温度としては60℃〜100℃、加熱時間は10〜180分間の範囲が好ましい。温度が60℃より低い場合や加熱時間が10分間より短い場合は子粒子が剥離しやすく、温度が100℃より高い場合や加熱時間が180分間より長い場合は粒子が変形しやすい傾向がある。   By heating and drying the core-shell type particles obtained as described above, the bond between the child particles and the parent particles can be strengthened. The reason why the bonding force increases is the chemical bonding between functional groups. The temperature for heating and drying is preferably 60 ° C. to 100 ° C., and the heating time is preferably in the range of 10 to 180 minutes. When the temperature is lower than 60 ° C. or when the heating time is shorter than 10 minutes, the child particles tend to peel off, and when the temperature is higher than 100 ° C. or when the heating time is longer than 180 minutes, the particles tend to be deformed.

本実施形態において、少なくとも親粒子は多孔質粒子であることが望ましい。   In the present embodiment, it is desirable that at least the parent particle is a porous particle.

多孔質粒子とは、表面積が約50m/g以上の粒子を指す。実用性を鑑みると、約80m/g以上であることが好ましく、300m/g以上であることがより好ましい。表面積が小さいと、分析や分離に悪影響を及ぼすことがある。 The porous particles refer to particles having a surface area of about 50 m 2 / g or more. In view of practicality, it is preferably about 80 m 2 / g or more, and more preferably 300 m 2 / g or more. Small surface areas can adversely affect analysis and separation.

平均細孔直径に関しては、30Å〜1000Åの平均細孔直径を有することが好ましい。これより小さい場合、細孔に入れない物質が増えてくる傾向があり、これより大きい場合、表面積が小さくなる。これらはジビニルベンゼン、トルエン等の細孔調整剤により調整可能である。なお、細孔とは、粒子表面及び内部に存在する空孔であり、例えば、前述の細孔調整剤を合成後に除去することで形成することができる。である。また、平均細孔直径は、ガス吸着法、水銀圧入法等により測定することができる。   With respect to the average pore diameter, it is preferable to have an average pore diameter of 30 to 1000 cm. If it is smaller than this, there is a tendency that the number of substances that cannot enter the pores increases, and if it is larger than this, the surface area becomes smaller. These can be adjusted by a pore adjusting agent such as divinylbenzene or toluene. In addition, a pore is a void | hole which exists in a particle | grain surface and an inside, for example, can be formed by removing the above-mentioned pore regulator after a synthesis | combination. It is. The average pore diameter can be measured by a gas adsorption method, a mercury intrusion method, or the like.

以上のようにして製造されたカラム用コアシェル型粒子は、スルホン酸基等の官能基を適宜付与した後、分離、分取、分析、精製用充填剤として使用することができる。特に、液体クロマトグラフィー用充填剤に用いることができる。   The core-shell type particle for a column produced as described above can be used as a filler for separation, fractionation, analysis, and purification after appropriately adding a functional group such as a sulfonic acid group. In particular, it can be used as a filler for liquid chromatography.

[実施例]
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
[Example]
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these Examples.

(親粒子用種粒子1の合成)
500mLの三口フラスコに、スチレン(ST)40g、オクタンチオール(OCT)4g、ペルオキソ二硫酸カリウム(KPS)1.98g及び水400gを一括して仕込み、70℃のウォーターバスで加熱しながら、攪拌機を用いて約8時間攪拌をして、種粒子を形成させた。種粒子は、平均粒子径0.75μm、粒径C.V.=2.3%、重量平均分子量Mw約25200であった。なお、粒子径測定はSEM(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、製品名:S−4800)にて写真を撮像し、画像解析を行った。平均粒子径とC.V.の測定は、2000個の粒子で行った。以下同様である。
(Synthesis of seed particles 1 for parent particles)
A 500 mL three-necked flask is charged with 40 g of styrene (ST), 4 g of octanethiol (OCT), 1.98 g of potassium peroxodisulfate (KPS), and 400 g of water, and heated with a water bath at 70 ° C. while stirring. The resulting mixture was stirred for about 8 hours to form seed particles. The seed particles have an average particle size of 0.75 μm and a particle size of C.I. V. = 2.3% and the weight average molecular weight Mw was about 25200. In addition, the particle diameter measurement took a photograph in SEM (Hitachi High-Technologies Corporation make, product name: S-4800), and performed image analysis. Average particle size and C.I. V. Was measured with 2000 particles. The same applies hereinafter.

(多孔質親粒子1の合成)
重合開始剤として過酸化ベンゾイル1g、モノマーとしてスチレン10g、ジビニルベンゼン2.5g、多孔質剤としてのトルエン3.75g、ジエチルベンゼン3.75g、カルボキシル基導入剤としてのメタクリル酸0.2gを溶媒(イオン交換水92.2質量%、エタノール7.5質量%に界面活性剤としてエマールTD(ラウリル硫酸トリエタノールアミン、花王株式会社製、商品名(「エマール」は、登録商標。))0.3質量%純水)340gに分散し、ホモジナイザーで10分間超音波照射し、乳化を行った。その後、種粒子1を固形分で0.70g添加した後、20時間膨潤を行った。その後80℃に昇温し、8時間重合を行った。重合終了後、得られた粒子を、水、メタノールで洗浄を行った。合成した粒子は、平均粒子径4.05μm、粒径C.V.=3.3%であった。
(Synthesis of porous parent particle 1)
1 g of benzoyl peroxide as a polymerization initiator, 10 g of styrene as a monomer, 2.5 g of divinylbenzene, 3.75 g of toluene as a porous agent, 3.75 g of diethylbenzene, and 0.2 g of methacrylic acid as a carboxyl group introducing agent 92.2% by mass of exchange water, 7.5% by mass of ethanol, and 0.3% of Emar TD (triethanolamine lauryl sulfate, manufactured by Kao Corporation, trade name (“Emar” is a registered trademark)) as a surfactant % Pure water) was dispersed in 340 g, and the mixture was ultrasonically irradiated with a homogenizer for 10 minutes for emulsification. Then, after adding 0.70g of seed particles 1 in solid content, swelling was performed for 20 hours. Thereafter, the temperature was raised to 80 ° C., and polymerization was carried out for 8 hours. After completion of the polymerization, the obtained particles were washed with water and methanol. The synthesized particles have an average particle size of 4.05 μm and a particle size of C.I. V. = 3.3%.

(多孔質親粒子2の合成)
メタクリル酸0.2gを入れなかったこと以外は多孔質親粒子1と同様に多孔質粒子2の合成を行った。
(Synthesis of porous parent particle 2)
The porous particle 2 was synthesized in the same manner as the porous parent particle 1 except that 0.2 g of methacrylic acid was not added.

(子粒子1〜6の合成)
純水400g中に表1の子粒子1〜6の配合表にしたがって材料を添加し、攪拌速度200min−1で攪拌しながら、80℃、6時間加熱を行った。合成した粒子をSEM(S−4800)にて写真を撮像し、画像解析を行った。平均粒子径測定は100個の粒子で行った。以下同様である。子粒子の形状は、赤血球形状、ジャガイモ状(表面がでこぼこ状)、球状のいずれかであった。
(Synthesis of child particles 1 to 6)
In 400 g of pure water, materials were added according to the formulation table of child particles 1 to 6 in Table 1, and the mixture was heated at 80 ° C. for 6 hours while stirring at a stirring speed of 200 min −1 . The synthesized particles were photographed with SEM (S-4800), and image analysis was performed. The average particle size measurement was performed with 100 particles. The same applies hereinafter. The shape of the child particles was either red blood cell shape, potato shape (the surface was bumpy) or spherical.

Figure 2014160051
Figure 2014160051

(カラム用コアシェル型粒子1の合成)
次に、重量平均分子量70,000の30質量%ポリエチレンイミン水溶液(和光純薬工業株式会社製)を超純水で希釈し、0.3質量%ポリエチレンイミン水溶液を得た。前記カルボキシル基を有する多孔質粒子1を10g、前記0.3質量%ポリエチレンイミン水溶液に加え、室温で15分攪拌した。次に、孔径3μmのメンブレンフィルタ(ミリポア社製)で多孔質粒子をろ過し、超純水200gに入れて室温で5分間攪拌した。更に孔径3μmのメンブレンフィルタ(ミリポア社製)で多孔質粒子をろ過し、前記メンブレンフィルタ上にて200gの超純水で2回洗浄して、吸着していないポリエチレンイミンを除去することで、表面にアミノ基含有ポリマーを有する多孔質粒子を作製した。
(Synthesis of core-shell type particle 1 for column)
Next, a 30% by mass polyethyleneimine aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) having a weight average molecular weight of 70,000 was diluted with ultrapure water to obtain a 0.3% by mass polyethyleneimine aqueous solution. 10 g of the porous particles 1 having a carboxyl group were added to the 0.3 mass% polyethyleneimine aqueous solution, and the mixture was stirred at room temperature for 15 minutes. Next, the porous particles were filtered with a membrane filter (manufactured by Millipore) having a pore size of 3 μm, put in 200 g of ultrapure water, and stirred at room temperature for 5 minutes. Further, the porous particles are filtered through a membrane filter (Millipore) having a pore diameter of 3 μm, washed with 200 g of ultrapure water twice on the membrane filter to remove the unadsorbed polyethyleneimine, Porous particles having an amino group-containing polymer were prepared.

次に、表面にカルボキシル基を有する子粒子1のメタノール分散媒(固形分10質量%)を作製した。   Next, a methanol dispersion medium (solid content: 10% by mass) of child particles 1 having a carboxyl group on the surface was prepared.

次に、上記ポリエチレンイミンで処理した多孔質粒子をイソプロピルアルコールに浸漬し、表面にカルボキシル基を有する子粒子1のメタノール分散媒を滴下することで、子粒子被覆率が40%となるようにコアシェル粒子を作製した。被覆率は滴下量で調整した。   Next, the porous particles treated with the polyethyleneimine are immersed in isopropyl alcohol, and a methanol dispersion medium of the child particles 1 having a carboxyl group is dropped on the surface thereof, so that the child particle coverage is 40%. Particles were made. The coverage was adjusted by the dropping amount.

その後、濃硫酸で処理し、表面にスルホン酸基を導入した。具体的には多孔質粒子10gに対し、ジクロロエタン57g、97質量%硫酸92gを加え、110℃で4時間反応を行い、スルホン酸基を導入したコアシェル型多孔質ポリマー粒子を合成した。   Thereafter, it was treated with concentrated sulfuric acid to introduce sulfonic acid groups on the surface. Specifically, 57 g of dichloroethane and 92 g of 97% by mass sulfuric acid were added to 10 g of the porous particles, and reacted at 110 ° C. for 4 hours to synthesize core-shell type porous polymer particles into which sulfonic acid groups were introduced.

その後、80℃、1時間の条件で加熱乾燥を行うことでカラム用コアシェル型粒子1を作製した。   Then, the core-shell type particle | grains 1 for columns were produced by heat-drying on conditions of 80 degreeC and 1 hour.

(カラム用コアシェル型粒子2の合成)
子粒子1の代わりに子粒子2を用いた以外はカラム用コアシェル型粒子1と同様の方法でカラム用コアシェル型粒子2を作製した。
(Synthesis of core-shell type particle 2 for column)
Column core-shell type particles 2 were prepared in the same manner as the column core-shell type particle 1 except that the child particles 2 were used instead of the child particles 1.

(カラム用コアシェル型粒子3の合成)
子粒子1の代わりに子粒子3を用いた以外はカラム用コアシェル型粒子1と同様の方法でカラム用コアシェル型粒子3を作製した。
(Synthesis of core-shell type particle 3 for column)
Column core-shell type particles 3 were prepared in the same manner as the column core-shell type particles 1 except that the child particles 3 were used instead of the child particles 1.

(カラム用コアシェル型粒子4の合成)
子粒子1の代わりに子粒子4を用いた以外はカラム用コアシェル型粒子1と同様の方法でカラム用コアシェル型粒子4を作製した。
(Synthesis of core-shell type particle 4 for column)
The core-shell type particle 4 for columns was produced by the same method as the core-shell type particle 1 for columns except having used the child particle 4 instead of the child particle 1.

(カラム用コアシェル型粒子5の合成)
子粒子1の代わりに子粒子5を用いた以外はカラム用コアシェル型粒子1と同様の方法でカラム用コアシェル型粒子5を作製した。
(Synthesis of column core-shell particles 5)
Column core-shell particles 5 were prepared in the same manner as the column core-shell particles 1 except that the child particles 5 were used instead of the child particles 1.

(カラム用コアシェル型粒子6の合成)
子粒子1の代わりに子粒子6を用いた以外はカラム用コアシェル型粒子1と同様の方法でカラム用コアシェル型粒子6を作製した。
(Synthesis of core-shell type particles 6 for columns)
Column core-shell particles 6 were produced in the same manner as the column core-shell particles 1 except that the child particles 6 were used instead of the child particles 1.

(カラム用コアシェル型粒子7の合成)
子粒子被覆率が10%となるようにした以外はカラム用コアシェル型粒子1と同様の方法でカラム用コアシェル型粒子7を作製した。
(Synthesis of core-shell type particle 7 for column)
Column core-shell particles 7 were prepared in the same manner as the column core-shell particles 1 except that the child particle coverage was 10%.

(カラム用コアシェル型粒子8の合成)
子粒子被覆率が60%となるようにした以外はカラム用コアシェル型粒子1と同様の方法でカラム用コアシェル型粒子8を作製した。
(Synthesis of core-shell particle 8 for column)
Column core-shell particles 8 were produced in the same manner as the column core-shell particles 1 except that the child particle coverage was 60%.

(カラム用コアシェル型粒子9の合成)
多孔質親粒子1の代わりに多孔質親粒子2を用いた以外はカラム用コアシェル型粒子1と同様の方法でカラム用コアシェル型粒子9を作製した。
(Synthesis of core-shell particle 9 for column)
A column core-shell type particle 9 was prepared in the same manner as the column core-shell type particle 1 except that the porous parent particle 2 was used instead of the porous parent particle 1.

(通常粒子)
10gの多孔質親粒子1に対し、ジクロロエタン57g、97質量%硫酸92gを加え、110℃で4時間反応を行い、スルホン酸基を導入した多孔質ポリマー粒子を合成した。その後、80℃、1時間の条件で加熱乾燥を行うことで通常粒子を作製した。
(Normal particles)
To 10 g of the porous parent particle 1, 57 g of dichloroethane and 92 g of 97% by mass sulfuric acid were added and reacted at 110 ° C. for 4 hours to synthesize porous polymer particles into which sulfonic acid groups had been introduced. Then, normal particles were produced by performing heat drying at 80 ° C. for 1 hour.

[実験方法]
直径7.8mm、長さ150mmのステンレスカラムに、充填溶媒0.1質量%リン酸、スラリー濃度50質量%、充填圧15MPa、充填時間30分間の条件で充填した。
充填したカラムを用い、高速液体クロマトグラフ(L2000、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)にて、溶離液0.1質量%リン酸水溶液、カラム温度25℃、流速0.5mL/分、サンプル3.5質量%蟻酸、サンプル注入量2μL、溶出器UV210nmの測定条件でクロマト特性を測定した。クロマト測定により、理論段数、カラム圧、ピーク対称度、ピーク形状を求め、粒子特性の指標とした。
[experimental method]
A stainless steel column having a diameter of 7.8 mm and a length of 150 mm was packed under the conditions of a filling solvent of 0.1% by mass phosphoric acid, a slurry concentration of 50% by mass, a filling pressure of 15 MPa, and a filling time of 30 minutes.
Using a packed column, a high-performance liquid chromatograph (L2000, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) was used as an eluent 0.1 mass% phosphoric acid aqueous solution, column temperature 25 ° C., flow rate 0.5 mL / min, sample 3.5. Chromatographic characteristics were measured under the measurement conditions of mass% formic acid, sample injection amount 2 μL, and eluent UV 210 nm. The number of theoretical plates, column pressure, peak symmetry, and peak shape were determined by chromatographic measurement, and used as indices of particle characteristics.

[実験結果]
実験結果を表2に示す。なお、表2に示す子粒子の被覆率は、実験終了後、カラムから粒子を100個取り出してSEM画像解析により、(絶縁被覆部分の表面積/全体の表面積)×100%で算出した。
[Experimental result]
The experimental results are shown in Table 2. In addition, the coverage of the child particles shown in Table 2 was calculated as (surface area of insulating coating portion / total surface area) × 100% by SEM image analysis after 100 particles were taken out from the column after the experiment was completed.

通常粒子を用いた場合、いくつか問題があった。まず、単分散粒子は粒子が並んでしまう傾向があるため、充填が困難であった。そのため、理論段数が向上せず、カラム圧が上昇しやすく、ピークの対称度が悪く(1が最適)、テーリング(ピークのすそ引き)が発生する傾向があった。   There were some problems when using normal particles. First, monodisperse particles are difficult to fill because the particles tend to line up. For this reason, the number of theoretical plates does not improve, the column pressure tends to increase, the peak symmetry is poor (1 is optimal), and tailing (peak tailing) tends to occur.

赤血球形状粒子又はジャガイモ状粒子を40%被覆したコアシェル粒子1〜5は、極めて良好な結果であった。これは、赤血球形状粒子、ジャガイモ状粒子が強固に親粒子に吸着して外れにくい上、適度なスペーサーとなってカラムへの充填性を向上させているためと考えられる。それにより、通常粒子を用いた場合に比べて、理論段数、カラム圧、ピーク対称度、ピーク形状のすべてが改善した。   The core-shell particles 1 to 5 coated with 40% of erythrocyte-shaped particles or potato-like particles gave very good results. This is presumably because the red blood cell shaped particles and potato-like particles are firmly adsorbed to the parent particles and are not easily removed, and they become an appropriate spacer to improve the packing property to the column. As a result, the number of theoretical plates, column pressure, peak symmetry, and peak shape were all improved compared to the case of using normal particles.

他方、球状の子粒子6を用いたコアシェル粒子6も、若干コアシェル粒子1〜5に劣る結果ではあったが、大きな改善効果が得られた。子粒子が真球状であると、若干子粒子の脱落が発生しやすい(実際、設計に比べて被覆率が下がっていた)上、子粒子が動きやすいため、赤血球形状粒子又はジャガイモ状粒子を用いる場合に比べて特性が劣化傾向であった。   On the other hand, the core-shell particle 6 using the spherical child particles 6 was also slightly inferior to the core-shell particles 1 to 5, but a great improvement effect was obtained. If the child particles are spherical, the child particles are likely to drop off (actually, the coverage is lower than the design), and the child particles are easy to move, so use red blood cell shaped particles or potato shaped particles. Compared to the case, the characteristics tended to deteriorate.

子粒子被覆率が10%のコアシェル粒子7の場合や60%のコアシェル粒子8の場合も、被覆率が40%の場合に比べて特性が劣るものの、通常粒子に比べて特性の改善が認められた。   In the case of the core-shell particle 7 having a child particle coverage of 10% and the core-shell particle 8 having a coverage of 60%, the properties are inferior to those in the case where the coverage is 40%, but improvements in properties are observed compared to the normal particles. It was.

親粒子にカルボキシル基を導入しなかったコアシェル粒子9の場合も、子粒子の脱落があり、親粒子にカルボキシル基を導入した場合に比べて特性が劣るものの、通常粒子に比べて特性の改善が認められた。   In the case of the core-shell particle 9 in which the carboxyl group is not introduced into the parent particle, the child particle is dropped, and the property is inferior to that in the case where the carboxyl group is introduced into the parent particle, but the property is improved compared to the normal particle. Admitted.

Figure 2014160051
Figure 2014160051

Claims (10)

親粒子と、該親粒子の外側に付着された複数の子粒子とを備える、カラム用コアシェル型粒子。   A core-shell type particle for a column, comprising a parent particle and a plurality of child particles attached to the outside of the parent particle. 前記子粒子が、前記親粒子の外側に化学結合して付着される、請求項1に記載のカラム用コアシェル型粒子。   The core-shell type particle for a column according to claim 1, wherein the child particles are attached to the outside of the parent particles by chemical bonding. 前記子粒子が、前記親粒子の外側に高分子を介して化学結合して付着される、請求項2に記載のカラム用コアシェル型粒子。   The core-shell type particle for a column according to claim 2, wherein the child particle is attached to the outside of the parent particle through a chemical bond via a polymer. 前記子粒子の被覆率が、前記親粒子の総表面積に対して10〜70%の範囲である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のカラム用コアシェル型粒子。   The core-shell type particle for a column according to any one of claims 1 to 3, wherein a covering ratio of the child particles is in a range of 10 to 70% with respect to a total surface area of the parent particles. 前記子粒子が、半円型の粒子である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のカラム用コアシェル型粒子。   The core-shell type particle for columns according to any one of claims 1 to 4, wherein the child particles are semicircular particles. 前記子粒子が、表面に凸凹を有する球状の粒子である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のカラム用コアシェル型粒子。   The core-shell type particle for columns according to any one of claims 1 to 4, wherein the child particles are spherical particles having irregularities on the surface. 親粒子と、該親粒子の外側に付着された複数の子粒子と、を備えるカラム用コアシェル型粒子の製造方法であり、
官能基を有する親粒子の外側に高分子電解質を吸着させる工程と、
前記高分子電解質の外側に子粒子を吸着させる工程とを含む、
カラム用コアシェル型粒子の製造方法。
A method for producing a core-shell type particle for a column, comprising: a parent particle; and a plurality of child particles attached to the outside of the parent particle;
Adsorbing the polymer electrolyte on the outer side of the parent particles having a functional group;
Adsorbing child particles on the outside of the polymer electrolyte,
A method for producing core-shell type particles for a column.
前記官能基がカルボキシル基である、請求項7に記載のカラム用コアシェル型粒子の製造方法。   The method for producing core-shell type particles for columns according to claim 7, wherein the functional group is a carboxyl group. 前記高分子電解質がポリアミンである、請求項7又は8に記載のカラム用コアシェル型粒子の製造方法。   The method for producing core-shell particles for a column according to claim 7 or 8, wherein the polymer electrolyte is a polyamine. 前記高分子電解質がポリエチレンイミンである、請求項7〜9のいずれか一項に記載のカラム用コアシェル型粒子の製造方法。   The method for producing core-shell particles for a column according to any one of claims 7 to 9, wherein the polymer electrolyte is polyethyleneimine.
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