JP2015174871A - Method for producing thermoplastic polymer fine particle - Google Patents

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豪 胸組
北村 哲
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing thermoplastic polymer fine particles at high yield, in which method a particle size distribution of the thermoplastic polymer fine particles is made uniform by stabilizing a polymer emulsion which was unstable up to now.SOLUTION: The method for producing thermoplastic polymer fine particles comprises: a first step of dissolving a thermoplastic polymer in an organic solvent to obtain a polymer solution; a second step of adding a part of surfactant-incorporated water to the polymer solution while agitating the polymer solution by using agitation power Pso that a drop water-in-oil type emulsion becomes a drop oil-in-water type emulsion; a third step of adding the whole of the surfactant-incorporated water and reducing the agitation power of the drop oil-in-water type emulsion to 50% or lower; and a fourth step of adding the drop oil-in-water type emulsion to a poor solvent to precipitate thermoplastic polymer fine particles and separating/recovering the precipitated thermoplastic polymer fine particles.

Description

本発明は、均一な粒度分布を有する熱可塑性ポリマー微粒子を、収率良く製造する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing thermoplastic polymer fine particles having a uniform particle size distribution with high yield.

熱可塑性ポリマー微粒子とは、各種熱可塑性ポリマーからなる微粒子のことであり、一般的にその直径は、数十nmから数百μmの大きさまでの多岐にわたっている。   The thermoplastic polymer fine particles are fine particles made of various thermoplastic polymers, and generally have a diameter ranging from several tens of nanometers to several hundreds of micrometers.

そして、熱可塑性ポリマー微粒子は、フィルム、繊維、射出成形品、押出成形品などのポリマー成形品とは異なり、比表面積が大きい点や、微粒子の構造を利用することで、各種材料の改質、改良を目的とする用途に用いられている。具体的な主要用途としては、化粧品の改質剤、トナー用添加剤、塗料などのレオロジー改質剤、医療用診断検査剤、自動車材料、建築材料などの成形品への添加剤などが挙げられる。特に、近年では、ポリマー微粒子の微粒子構造を活かし、レーザー加工技術と組み合わせてオーダーメードの成形品を作る手法であるラピッドプロトタイピング、ラピッドマニュファクチャリングの原料として用いられるようになってきている。   And, unlike polymer molded products such as films, fibers, injection molded products, and extrusion molded products, thermoplastic polymer fine particles have a large specific surface area, and by utilizing the structure of the fine particles, It is used for the purpose of improvement. Specific main applications include cosmetic modifiers, toner additives, rheology modifiers such as paints, medical diagnostic inspection agents, additives for molded products such as automotive materials and building materials. . In particular, in recent years, it has come to be used as a raw material for rapid prototyping and rapid manufacturing, which is a technique for making a custom-made molded product in combination with a laser processing technique by utilizing the fine particle structure of polymer fine particles.

従来の熱可塑性ポリマー微粒子の一般的な製造方法としては、乳化重合を始めとするビルドアッププロセスや、機械的粉砕、溶融混練法、溶解析出法、エマルジョン−析出等のトップダウンプロセスに大別することができる。   Conventional production methods of thermoplastic polymer fine particles are roughly classified into build-up processes such as emulsion polymerization, and top-down processes such as mechanical pulverization, melt-kneading, dissolution precipitation, and emulsion-precipitation. be able to.

代表的なビルドアッププロセスとしては、乳化重合などのビニル系重合体のラジカル重合法を挙げることができる。かかるラジカル重合法は、古くからコロイド粒子の製造法として広く活用されており、数十nmから数μmの粒子まで製造することが可能である。ラジカル重合法で製造されるポリマー微粒子は、ABS樹脂用の改質剤、液晶用ディスプレー用スペーサー材料、エマルジョン塗料等の用途で古くから検討されており、ポリマー微粒子を得る手段として一般的な方法である。   As a typical build-up process, a radical polymerization method of vinyl polymer such as emulsion polymerization can be mentioned. Such radical polymerization has been widely used as a method for producing colloidal particles for a long time, and it is possible to produce particles of several tens to several μm. Polymer fine particles produced by the radical polymerization method have been studied for a long time in applications such as modifiers for ABS resins, spacer materials for liquid crystal displays, and emulsion paints. is there.

しかし、これらの技術で検討されているポリマーは、アクリル、スチレン等を原料とするビニル系重合体に限られるという問題点があった。   However, there has been a problem that polymers studied by these techniques are limited to vinyl polymers made from acrylic, styrene, or the like.

また、代表的なトップダウンプロセスとして簡便に用いられている方法は、機械的粉砕法である。これは、ポリマーペレットなどを、液体窒素などにより凍結させ、機械的に粉砕する方法である。   A method that is easily used as a typical top-down process is a mechanical pulverization method. In this method, polymer pellets are frozen with liquid nitrogen and mechanically pulverized.

しかし、この手法では、ポリマーを凍結させることが必要になることがあるため、エネルギーコストがかかり、また得られた粉砕物は、一般的に不定形形状になる。   However, this technique may require freezing the polymer, which is energy cost and the resulting pulverized product generally has an irregular shape.

これに対し、球状のポリマー微粒子を得る手法としては、溶融混練法(例えば、特許文献1参照)や、溶解析出法(例えば、特許文献2参照)、エマルジョン法などが開発されている。   On the other hand, melt kneading methods (for example, see Patent Document 1), dissolution precipitation methods (for example, see Patent Document 2), emulsion methods, and the like have been developed as methods for obtaining spherical polymer fine particles.

しかるに、特許文献1に記載されている溶融混練法は、押出成形機を用い、ポリマーと非相溶の媒体成分を高温下で溶融混練し、海島構造を形成させ、海成分を溶解して、内部の粒子を取りだす製造方法であるが、この溶融混練法は、高い温度を必要とすること、得られる微粒子の粒子径分布が大きいこと、高粘度の条件下で混練を行うことから、平均粒子径の微小化が困難であることなどの問題があった。   However, the melt-kneading method described in Patent Document 1 uses an extruder to melt and knead a polymer component incompatible with a polymer at a high temperature to form a sea-island structure, dissolve the sea component, Although it is a production method for taking out the internal particles, this melt-kneading method requires a high temperature, the particle size distribution of the obtained fine particles is large, and kneading is performed under conditions of high viscosity. There were problems such as difficulty in miniaturizing the diameter.

また、特許文献2に記載されている溶解析出法は、ポリマーを溶媒存在下にて高温にして、ポリマー溶液とし、冷却することにより微粒子を得る方法であるが、この手法は、生産量が、溶媒に対するポリマーの溶解度以下に制限されるため、多くの場合、生産性に劣るという問題があった。   In addition, the dissolution precipitation method described in Patent Document 2 is a method in which a polymer is heated to high temperature in the presence of a solvent to form a polymer solution and cooled to obtain fine particles. In many cases, the productivity is inferior because it is limited to the solubility of the polymer in the solvent.

さらに、ポリマーや熱硬化性ポリマーの前駆体を有機溶媒に溶かしたり、ポリマーを溶融化したりした後に、その溶液または溶融物と水などとでエマルジョンを形成させ、その後、形状を保ったままポリマー粒子を得るエマルジョン法が古くから知られており、この方法としては、ポリウレタン樹脂を有機溶媒に溶解させ水中でエマルジョンを作る方法(例えば、特許文献3参照)や、非晶性ナイロンを有機溶媒に溶解し乳化剤を添加しエマルジョンを作る方法(例えば、特許文献4参照)などが知られている。   Furthermore, after dissolving a polymer or a thermosetting polymer precursor in an organic solvent or melting the polymer, an emulsion is formed with the solution or melt and water, and then the polymer particles are kept in shape. Emulsion methods have been known for a long time, and as this method, a polyurethane resin is dissolved in an organic solvent to form an emulsion in water (for example, see Patent Document 3), or amorphous nylon is dissolved in an organic solvent. A method of adding an emulsifier and making an emulsion (for example, see Patent Document 4) is known.

しかしながら、エマルジョン化させた粒子を取出すためには粒子を析出させる工程が必要であり、代表的な析出工程は溶媒を揮発させ、溶解度差により粒子を析出させる方法や、貧溶媒中にエマルジョン溶液(以下、乳化液と呼ぶ)を添加する方法がある。上記特許文献3および4に記載の方法は、いずれも乳化液中の溶媒を揮発させ析出させる方法であり、この方法の場合には、粒子同士が融着しやすく、球状粒子が得られにくいという問題点に加えて、連続生産できず生産性が悪いなどの問題点があった。そればかりか、後者の方法では、貧溶媒中に乳化液を徐々に添加させなければならないため、乳化液の待機時間が存在し、不安定な乳化液であると待機中に粒度分布が悪化し、さらには、溶解させたポリマーが析出するという問題点があった。   However, in order to take out the emulsified particles, a step of precipitating the particles is necessary. A typical precipitating step is a method of volatilizing the solvent and precipitating the particles due to a difference in solubility, or an emulsion solution ( Hereinafter, there is a method of adding an emulsion). The methods described in Patent Documents 3 and 4 are both methods for volatilizing and precipitating the solvent in the emulsion, and in this method, the particles are easily fused together, and spherical particles are difficult to obtain. In addition to the problems, there was a problem that continuous production was not possible and productivity was poor. In addition, in the latter method, since the emulsion must be gradually added to the poor solvent, there is a waiting time for the emulsion, and if it is an unstable emulsion, the particle size distribution deteriorates during the waiting. Furthermore, there is a problem that the dissolved polymer is precipitated.

特開2005−162840号公報JP 2005-162840 A 特開2005−054153号公報JP-A-2005-054153 特開昭63−75038号公報JP-A-63-75038 特公平7−47643号公報Japanese Patent Publication No. 7-47643

本発明の目的は、従来では不安定であったポリマー乳化液を安定化することにより、均一な粒度分布を有する熱可塑性ポリマー微粒子を収率良く製造する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for producing thermoplastic polymer fine particles having a uniform particle size distribution in a high yield by stabilizing a polymer emulsion which has been unstable in the past.

上記目的を達成するため本発明によれば、下記第一工程〜第四工程を順次行うことを特徴とする熱可塑性ポリマー微粒子の製造方法が提供される。
(a)熱可塑性ポリマーを有機溶媒に溶解してポリマー溶液を得る第一工程、
(b)ポリマー溶液(a)に界面活性剤を含有させた水を攪拌動力Pで攪拌下添加し、油中水滴型エマルジョンから水中油滴型エマルジョンに乳化する第二工程、
(c)界面活性剤を含有させた水を全量添加後、乳化液(b)の攪拌動力を50%以下に落とす第三工程、
(d)乳化液(c)を貧溶媒中に添加してポリマー微粒子を析出させ、次いで熱可塑性ポリマー微粒子を分離回収する第四工程。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a method for producing thermoplastic polymer fine particles characterized by sequentially performing the following first to fourth steps.
(A) a first step in which a thermoplastic polymer is dissolved in an organic solvent to obtain a polymer solution;
(B) a second step of adding water containing a surfactant to the polymer solution (a) with stirring at a stirring power P 0 and emulsifying from the water-in-oil emulsion to the oil-in-water emulsion,
(C) The third step of dropping the stirring power of the emulsified liquid (b) to 50% or less after adding all of the water containing the surfactant.
(D) A fourth step in which the emulsion (c) is added to a poor solvent to precipitate polymer particles, and then the thermoplastic polymer particles are separated and recovered.

なお、本発明の熱可塑性ポリマー微粒子の製造方法においては、
前記第一工程における熱可塑性ポリマーが非晶性ナイロンであること、
前記第一工程における有機溶剤の沸点が100℃未満であり、かつ水に難溶あるいは不溶であること、
前記第二工程および第三工程における界面活性剤がポリビニルアルコールであること、および
前記第四工程における貧溶媒が水または界面活性剤を含有させた水であること
が、いずれも好ましい条件として挙げられる。
In the method for producing the thermoplastic polymer fine particles of the present invention,
The thermoplastic polymer in the first step is amorphous nylon;
The boiling point of the organic solvent in the first step is less than 100 ° C. and is hardly soluble or insoluble in water,
The preferable conditions are that the surfactant in the second and third steps is polyvinyl alcohol, and that the poor solvent in the fourth step is water or water containing a surfactant. .

本発明によれば、以下に説明するとおり、ポリマー溶液に界面活性剤を含有させた水を添加する際の攪拌動力Pを工夫することにより、従来では不安定であったポリマー乳化液を安定化したため、均一な粒度分布を有する熱可塑性ポリマー微粒子を収率良く製造することができる。 According to the present invention, as described below, by devising the stirring power P 0 when adding water containing a surfactant to a polymer solution, a previously unstable polymer emulsion can be stabilized. Therefore, thermoplastic polymer fine particles having a uniform particle size distribution can be produced with high yield.

本発明の第一工程に適用される熱可塑性ポリマーは、非水溶性で、少なくとも主成分の熱可塑性ポリマーのガラス転移温度(Tg)が30℃以上であり、後述する有機溶媒に可溶なものがよく、具体的には、ポリスルホン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアリレート樹脂、スチレン系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、セルロース誘導体、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂およびポリフェニレンオキサイド等が挙げられるが、これに限定されるものではない。これらのポリマーは、単独あるいは二種以上を混合して用いてもよい。主成分ポリマーのTgが30℃よりも低いと、最終的に得られるポリマー微粒子が融着を起こす可能性がある。ここで主成分とは、ポリマーが2種以上の混合物であるときに、もっとも重量の多い成分のポリマーである。   The thermoplastic polymer applied to the first step of the present invention is water-insoluble and has a glass transition temperature (Tg) of at least 30 ° C. of the thermoplastic polymer as the main component and is soluble in an organic solvent described later. Specific examples include polysulfone resins, polyamide resins, polyarylate resins, styrene resins, vinyl resins, polyester resins, cellulose derivatives, polyacetal resins, polycarbonate resins and polyphenylene oxides. It is not limited. These polymers may be used alone or in admixture of two or more. If the Tg of the main component polymer is lower than 30 ° C., the polymer fine particles finally obtained may cause fusion. Here, the main component is a polymer having a most heavy component when the polymer is a mixture of two or more kinds.

特に、これらの熱可塑性ポリマーの中でも、耐熱性および靭性に優れている点で、芳香族ポリスルホン系樹脂、非晶性ポリアミド樹脂および非晶性ポリアリレート樹脂から選ばれる少なくとも1種が好ましい。   In particular, among these thermoplastic polymers, at least one selected from an aromatic polysulfone resin, an amorphous polyamide resin, and an amorphous polyarylate resin is preferable from the viewpoint of excellent heat resistance and toughness.

芳香族ポリスルホン系樹脂としては、構成単位として分子内にジアリルスルホングループを有する樹脂であり、具体的には、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンおよびポリアリルスルホンなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。これらは、必要に応じて合成するか、あるいは市販されているものを用いることができる。市販品としては、ユーデル(ユニオン・カーバイド社)、ビクトレックス(アイ・シー・アイ社)アストレル(カーボランダム社)、ラーデル(ユニオン・カーバイド社)等が知られている。   The aromatic polysulfone-based resin is a resin having a diallylsulfone group in the molecule as a structural unit, and specific examples include polysulfone, polyethersulfone, and polyallylsulfone, but are not limited thereto. Absent. These can be synthesized as needed or those commercially available can be used. As commercial products, Udel (Union Carbide), Victrex (ICC) Astrel (Carborundum), Radel (Union Carbide) and the like are known.

非晶性ポリアミド樹脂としては、通常の溶融成形条件下で厚みによらず透明な成形品を与え、かつその成形品が熱処理、熱水処理時にも後結晶化による失透を起こさないようなポリアミド樹脂であり、かかる特性を満足させるためには、イソフタル酸、テレフタル酸、メタキシリレンジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン、イソホロンジアミン、2,2,4−または2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルプロパンから選ばれた少なくとも一種の成分を構成成分とすることが好ましい。これらは、必要な特性に応じて合成するか、あるいは非晶性ナイロンとして市販されているものを用いることができる。市販品としては、TROGAMID−T(Dynamit Nobel社)、ZYTEL−330(Du Pont社)、GRILAMID−TR55(Emser Chemie社)等が知られている。   As an amorphous polyamide resin, a polyamide that gives a transparent molded product regardless of thickness under normal melt molding conditions, and that the molded product does not cause devitrification due to post-crystallization even during heat treatment and hydrothermal treatment. In order to satisfy such properties, it is a resin, and isophthalic acid, terephthalic acid, metaxylylenediamine, 1,3-bisaminomethylcyclohexane, isophoronediamine, 2,2,4- or 2,4,4-trimethyl At least one component selected from hexamethylenediamine, 4,4′-diaminodicyclohexylmethane, 4,4′-diamino-3,3′-dimethyldicyclohexylmethane, and 4,4′-diaminodicyclohexylpropane is used as a constituent component. It is preferable. These can be synthesized according to the required properties, or those commercially available as amorphous nylon can be used. As commercially available products, TROGAMID-T (Dymit Nobel), ZYTEL-330 (Du Pont), GRILAMID-TR55 (Emser Chemie) and the like are known.

非晶性ポリアリレート樹脂としては、通常、二価のフェノールと芳香族ジカルボン酸との重縮合により得られるものであり、二価のフェノールとしては、ビスフェノールA、ビスフェノールFおよびこれらのアルキル置換体などが挙げられ、一方、芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸などがあげられるが、これに限定されるものではない。これらは、必要な特性に応じて合成するか、あるいは市販されているものを用いることができる。市販品としては、Uポリマー(ユニチカ)、アーデル(UCC)、アリレフ(ソルベー)、APE(バイエル)、デュレル(セラニーズ)、アリロン(デュポン)、NAP樹脂(カネカ)などが知られている。   The amorphous polyarylate resin is usually obtained by polycondensation of a divalent phenol and an aromatic dicarboxylic acid. Examples of the divalent phenol include bisphenol A, bisphenol F, and alkyl-substituted products thereof. On the other hand, examples of the aromatic dicarboxylic acid include, but are not limited to, terephthalic acid and isophthalic acid. These can be synthesized according to the required properties, or commercially available ones can be used. As commercially available products, U polymer (Unitika), Adel (UCC), Arilev (Solvay), APE (Bayer), Durel (Celanese), Arilon (DuPont), NAP resin (Kaneka) and the like are known.

本発明の第一工程に用いられる有機溶媒は、その主成分が実質的に水に不溶あるいは難溶で、かつ沸点100℃未満のものであればどのようなものでもよい。かかる特性を満足する有機溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、シクロヘキサン、石油エーテル等の炭化水素類、塩化メチレン、クロロホルム、ジクロロエタン、ジクロロエチレン、1,1,1−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素類、ジエチルエーテル等のエーテル類、酢酸エチル等のエステル類およびメチルエチルケトン等のケトン類などが挙げられ、二種以上を混合して用いてもよい。また、熱可塑性ポリマーの上記有機溶媒への溶解性をより向上させる目的で、水と混和性のある有機溶媒を少量用いることも可能である。本発明の方法においては、用いる有機溶媒の60重量%以上が水に不溶であれば問題なく操作を行なうことができる。   The organic solvent used in the first step of the present invention may be any organic solvent as long as its main component is substantially insoluble or hardly soluble in water and has a boiling point of less than 100 ° C. Organic solvents that satisfy these characteristics include hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, benzene, cyclohexane, petroleum ether, methylene chloride, chloroform, dichloroethane, dichloroethylene, 1,1,1-trichloroethane, trichloroethylene, carbon tetrachloride. Halogenated hydrocarbons such as diethyl ether, ethers such as diethyl ether, esters such as ethyl acetate, ketones such as methyl ethyl ketone, and the like may be used as a mixture of two or more. In addition, in order to further improve the solubility of the thermoplastic polymer in the organic solvent, it is possible to use a small amount of an organic solvent miscible with water. In the method of the present invention, if 60% by weight or more of the organic solvent to be used is insoluble in water, the operation can be performed without any problem.

使用する有機溶媒は、ポリマーの種類によって適宜選択され、乳化時の温度は、水の沸点以下ならば特に問題ないが、好ましくは主成分の有機溶媒の沸点以下がよい。   The organic solvent to be used is appropriately selected depending on the type of polymer, and the temperature during emulsification is not particularly limited as long as it is not higher than the boiling point of water, but is preferably not higher than the boiling point of the main organic solvent.

本発明の方法において、第二および第三工程で使用する界面活性剤としては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、変性デンプン、ポリビニルピロリドン、ゼラチン、アラビアゴム、カゼイン等が挙げられる。界面活性剤を含有させた水は、所定の攪拌動力で攪拌されているポリマー溶液中に連続的あるいは間欠的に添加される。最終的に添加される水の量は、ポリマー溶液に対し、50重量%以上が好ましい。本発明の特徴は、比較的高粘性のポリマー溶液中に水を添加する点にあり、初めに油中水滴型エマルジョンを形成させた後、添加水量の増加とともに水中油滴型エマルジョンに転相させることによって、所定の粒子径を有する溶媒含有ポリマー乳化液が得られる。得られた乳化液は必要に応じて減圧しながら、貧溶媒中に添加し、粒子を析出させる。   In the method of the present invention, examples of the surfactant used in the second and third steps include polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylcellulose, modified starch, polyvinylpyrrolidone, gelatin, gum arabic, and casein. . The water containing the surfactant is continuously or intermittently added to the polymer solution stirred with a predetermined stirring power. The amount of water finally added is preferably 50% by weight or more based on the polymer solution. A feature of the present invention is that water is added to a polymer solution having a relatively high viscosity. First, a water-in-oil emulsion is formed, and then the phase is changed to an oil-in-water emulsion as the amount of added water increases. Thus, a solvent-containing polymer emulsion having a predetermined particle size can be obtained. The obtained emulsion is added to a poor solvent while reducing the pressure as necessary to precipitate particles.

このときの添加速度(g/h)は、貧溶媒量(g)に対し、5(1/h)以下であることが好ましく、さらに好ましくは1(1/h)以下であることがよい。5(1/h)を超えると、塊状あるいはひも状の物質が多くなり、球状粒子が得られにくい。   The addition rate (g / h) at this time is preferably 5 (1 / h) or less, more preferably 1 (1 / h) or less, with respect to the poor solvent amount (g). If it exceeds 5 (1 / h), the mass or string of substances increases, and it is difficult to obtain spherical particles.

このため、乳化液は粒子を析出させるまで、1〜2時間の待機時間が存在し、形成されたエマルジョンが不安定であると、この間に溶解させたポリマーが析出し著しく収率が悪化することもある。本発明においては、この待機中に、乳化液の攪拌動力を落とすことが重要であり、好ましくは、50%以下に落とすことで、エマルジョンを安定に存在させ、収率よく球状粒子を得ることができるのである。   For this reason, the emulsion has a waiting time of 1 to 2 hours until the particles are precipitated, and if the emulsion formed is unstable, the polymer dissolved during this time will precipitate and the yield will deteriorate significantly. There is also. In the present invention, it is important to reduce the stirring power of the emulsion during this standby, and preferably, the emulsion can be stably present by reducing the stirring power to 50% or less to obtain spherical particles with high yield. It can be done.

本発明でいう攪拌動力Pv(kw/m)とは、単位容積あたりの攪拌動力のことを指しており、所要動力(P)と液容量(V)から下記式(1)にて求められる値である。所要動力(P)は、下記式(2)のように攪拌所要動力(Np)、液密度ρ(kg/m)、回転数n(rps)、攪拌翼径d(m)より求められる。
Pv=P/V (1)
P=Np・ρ・n・d (2)
The stirring power Pv (kw / m 3 ) in the present invention refers to the stirring power per unit volume, and is obtained from the required power (P) and the liquid volume (V) by the following formula (1). Value. The required power (P) is obtained from the required power for stirring (Np), the liquid density ρ (kg / m 3 ), the rotational speed n (rps), and the stirring blade diameter d (m) as in the following formula (2).
Pv = P / V (1)
P = Np · ρ · n 3 · d 5 (2)

また、ここでいう攪拌所要動力(Np)は、下式により求めることができる(改定六版 化学工学便覧 p430−431 化学工学会編 丸善株式会社参照)。   Moreover, the power required for stirring (Np) here can be obtained by the following formula (Ref. 6th edition, Chemical Engineering Handbook, p430-431, Chemical Engineering Society, edited by Maruzen Co., Ltd.).

Figure 2015174871
Figure 2015174871

ポリマー微粒子を析出させるために、本発明の第四工程で使用する貧溶媒とは、使用するポリマーの溶解度が低い溶媒であり、芳香族炭化水素系溶媒、脂肪族炭化水素系溶媒、アルコール系溶媒、水から選ばれる少なくとも1種類以上を含む溶媒が挙げられる。中でも効率的に粒子を析出させる観点から水が好ましく、粒子の分散性を高めるために、水に界面活性剤を含有させてもよい。   In order to precipitate polymer fine particles, the poor solvent used in the fourth step of the present invention is a solvent having low solubility of the polymer used, and is an aromatic hydrocarbon solvent, an aliphatic hydrocarbon solvent, an alcohol solvent. And a solvent containing at least one selected from water. Among these, water is preferable from the viewpoint of efficiently precipitating the particles, and a surfactant may be contained in the water in order to improve the dispersibility of the particles.

本発明の熱可塑性ポリマー微粒子の製造に際しては、熱あるいは光などの外部エネルギーによって硬化し、少なくとも部分的に三次元硬化物を形成する熱硬化性樹脂の未硬化体をポリマー溶液に適量溶解させ、球状微粉末化した後に加熱等の硬化処理を行ない硬化体とすることによって、耐熱性、耐薬品性、吸水率および強度などの改善された球状ポリマー微粉末を得ることができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ硬化剤を含むエポキシ樹脂、マレイミド樹脂、アセチレン末端を有する樹脂、ナジック酸末端を有する樹脂、シアン酸エステル末端を有する樹脂、ビニル末端を有する樹脂、アリル末端を有する樹脂などを挙げることができる。特にエポキシ硬化剤を含むエポキシ樹脂が好ましく用いられる。用いる熱硬化性樹脂の量は、熱可塑性ポリマー100重量部に対し150重量部以下であることが好ましく、さらには50重量部以下であることがより好ましい。熱硬化性樹脂が150重量部を越えると、熱可塑性ポリマー本来の特性が低下する恐れがあり好ましくない。   In producing the thermoplastic polymer fine particles of the present invention, an appropriate amount of an uncured body of a thermosetting resin that is cured by external energy such as heat or light and at least partially forms a three-dimensional cured product is dissolved in the polymer solution, A spherical polymer fine powder having improved heat resistance, chemical resistance, water absorption rate, strength, and the like can be obtained by forming a hardened body by performing a curing treatment such as heating after the spherical fine powder is formed. Thermosetting resins include epoxy resins containing epoxy curing agents, maleimide resins, acetylene-terminated resins, nadic acid-terminated resins, cyanate ester-terminated resins, vinyl-terminated resins, allyl-terminated resins. And so on. In particular, an epoxy resin containing an epoxy curing agent is preferably used. The amount of the thermosetting resin used is preferably 150 parts by weight or less, more preferably 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic polymer. If the thermosetting resin exceeds 150 parts by weight, the original properties of the thermoplastic polymer may be deteriorated, which is not preferable.

本発明の熱可塑性ポリマー微粒子の製造に際しては、さらにポリマー溶液中に顔料、染料、酸化防止剤、滑剤、帯電防止剤および可塑剤などを分散・溶解させてもよい。また、乳化液状態および/または乾燥状態の微粉末の表面にシリカやアルミナ等の超微粉末を吸着あるいはまぶして分散性や流動性を向上させることも可能である。   In producing the thermoplastic polymer fine particles of the present invention, pigments, dyes, antioxidants, lubricants, antistatic agents, plasticizers and the like may be further dispersed and dissolved in the polymer solution. It is also possible to improve the dispersibility and fluidity by adsorbing or spraying ultrafine powder such as silica or alumina on the surface of the fine powder in the emulsion and / or dry state.

以下に実施例を挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。   Examples will be given below, but the present invention is not limited thereto.

[実施例1]
非晶性ナイロン(商品名「GRILAMID−TR55」、EMSER WERKE社製)34.4gを、クロロホルム205g、メタノール88gの混合溶媒に溶解して非晶性ナイロン溶液を得た。該溶液を34℃に温度調整し、攪拌動力2.7kw/mで攪拌しながら、7%濃度のポリビニルアルコール水溶液362gを45分間で連続的に添加し、初期の油中水滴型乳化液から最終的に水中油滴型乳化液を得た。次に、該乳化液を20℃に冷却すると共に、攪拌動力を0.1kw/mに落とし、1時間後析出したポリマーの物量を測定したところ0.8gであった。ここで析出するポリマーは塊状であり、微粒子化することができないので、ここでの析出ポリマーは少ない方が好ましい。また、該乳化液を水に1(1/h)で連続添加し、メジアン径11umの球状非晶性ナイロン粒子を得た。
[Example 1]
34.4 g of amorphous nylon (trade name “GRILAMID-TR55”, manufactured by EMSER WERKE) was dissolved in a mixed solvent of 205 g of chloroform and 88 g of methanol to obtain an amorphous nylon solution. While the temperature of the solution was adjusted to 34 ° C. and stirred at a stirring power of 2.7 kw / m 3 , 362 g of a 7% polyvinyl alcohol aqueous solution was continuously added over 45 minutes. From the initial water-in-oil emulsion, Finally, an oil-in-water emulsion was obtained. Next, the emulsion was cooled to 20 ° C., the stirring power was lowered to 0.1 kw / m 3, and the amount of polymer precipitated after 1 hour was measured to be 0.8 g. The polymer deposited here is in the form of a lump and cannot be formed into fine particles, so that the amount of polymer deposited here is preferably small. The emulsion was continuously added to water at 1 (1 / h) to obtain spherical amorphous nylon particles having a median diameter of 11 μm.

[実施例2]
実施例1と同様の方法で、ポリビニルアルコール水溶液を全量添加後、該乳化液の攪拌動力を0.8kw/mに落とし、1時間後析出したポリマーの物量を測定したところ0.8gであった。また、該乳化液を水に1(1/h)で連続添加し、メジアン径16umの球状非晶性ナイロン粒子を得た。
[Example 2]
In the same manner as in Example 1, after adding the whole amount of the polyvinyl alcohol aqueous solution, the stirring power of the emulsion was dropped to 0.8 kw / m 3 and the amount of polymer precipitated after 1 hour was measured. It was. The emulsion was continuously added to water at 1 (1 / h) to obtain spherical amorphous nylon particles having a median diameter of 16 μm.

[比較例1]
実施例1と同様の方法で、ポリビニルアルコール水溶液を全量添加後、該乳化液の攪拌動力を1.4kw/mに落とし、1時間後析出したポリマーの物量を測定したところ2.0gであった。また、該乳化液を水に1(1/h)で連続添加し、メジアン径16umの球状非晶性ナイロン粒子を得た。
[Comparative Example 1]
In the same manner as in Example 1, after adding the whole amount of the polyvinyl alcohol aqueous solution, the stirring power of the emulsion was dropped to 1.4 kw / m 3, and the amount of polymer precipitated after 1 hour was measured to be 2.0 g. It was. The emulsion was continuously added to water at 1 (1 / h) to obtain spherical amorphous nylon particles having a median diameter of 16 μm.

[比較例2]
実施例1と同様の方法で、ポリビニルアルコール水溶液を全量添加後、該乳化液の攪拌動力を2.1kw/mに落とし、1時間後析出したポリマーの物量を測定したところ5.1gであった。また、該乳化液を水に1(1/h)で連続添加し、メジアン径15umの球状非晶性ナイロン粒子を得た。
[Comparative Example 2]
In the same manner as in Example 1, the total amount of the polyvinyl alcohol aqueous solution was added, the stirring power of the emulsion was dropped to 2.1 kw / m 3, and the amount of polymer precipitated after 1 hour was measured to be 5.1 g. It was. The emulsion was continuously added to water at 1 (1 / h) to obtain spherical amorphous nylon particles having a median diameter of 15 μm.

[比較例3]
実施例1と同様の方法で、ポリビニルアルコール水溶液を全量添加後、該乳化液の攪拌動力を2.7kw/mのままとし、1時間後析出したポリマーの物量を測定したところ7.8gであった。また、該乳化液を水に1(1/h)で連続添加し、メジアン径14umの球状非晶性ナイロン粒子を得た。
[Comparative Example 3]
In the same manner as in Example 1, after adding the whole amount of the polyvinyl alcohol aqueous solution, the stirring power of the emulsion was kept at 2.7 kw / m 3 , and the amount of polymer precipitated after 1 hour was measured to be 7.8 g. there were. The emulsion was continuously added to water at 1 (1 / h) to obtain spherical amorphous nylon particles having a median diameter of 14 μm.

これら実施例1−2、比較例1−3の実験結果を表1にまとめて示した。   The experimental results of Example 1-2 and Comparative Example 1-3 are summarized in Table 1.

Figure 2015174871
Figure 2015174871

表1の結果から明らかなように、実施例1−2によれば、ポリマー溶液に界面活性剤を含有させた水を添加する際の攪拌動力Pを工夫したことにより、従来では不安定であったポリマー乳化液を安定化したため、均一な粒度分布を有する熱可塑性ポリマー微粒子を収率良く製造することができる。 As is clear from the results in Table 1, according to Example 1-2, it was unstable in the prior art by devising the stirring power P 0 when adding water containing a surfactant to the polymer solution. Since the polymer emulsion was stabilized, thermoplastic polymer fine particles having a uniform particle size distribution can be produced with high yield.

一方、界面活性剤を含有させた水を全量添加後に、乳化液(b)の攪拌動力を50%以下に落とさない比較例1−3の場合は、ポリマー乳化液を安定化することができないため、貧溶媒に中に添加する前に析出するポリマー物量が多くなり、熱可塑性ポリマー微粒子の収率が著しく低下する。   On the other hand, in the case of Comparative Example 1-3 in which the stirring power of the emulsion (b) is not dropped to 50% or less after the total amount of water containing a surfactant is added, the polymer emulsion cannot be stabilized. The amount of polymer precipitated before being added to the poor solvent is increased, and the yield of the thermoplastic polymer fine particles is remarkably lowered.

本発明により得られる熱可塑性ポリマー微粒子は、収率が良く、均一な粒度分布を有するため、各種材料の改質、改良を目的とする用途に広く用いることができる。   Since the thermoplastic polymer fine particles obtained by the present invention have a good yield and a uniform particle size distribution, they can be widely used for applications intended to modify and improve various materials.

Claims (5)

下記第一工程〜第四工程を順次行うことを特徴とする熱可塑性ポリマー微粒子の製造方法。
(a)熱可塑性ポリマーを有機溶媒に溶解してポリマー溶液を得る第一工程、
(b)ポリマー溶液(a)に界面活性剤を含有させた水を攪拌動力Pで攪拌下添加し、油中水滴型エマルジョンから水中油滴型エマルジョンに乳化する第二工程、
(c)界面活性剤を含有させた水を全量添加後、乳化液(b)の攪拌動力を50%以下に落とす第三工程、
(d)乳化液(c)を貧溶媒中に添加してポリマー微粒子を析出させ、次いで熱可塑性ポリマー微粒子を分離回収する第四工程。
The manufacturing method of the thermoplastic polymer microparticle characterized by performing the following 1st process-4th process sequentially.
(A) a first step in which a thermoplastic polymer is dissolved in an organic solvent to obtain a polymer solution;
(B) a second step of adding water containing a surfactant to the polymer solution (a) with stirring at a stirring power P 0 and emulsifying from the water-in-oil emulsion to the oil-in-water emulsion,
(C) The third step of dropping the stirring power of the emulsified liquid (b) to 50% or less after adding all of the water containing the surfactant.
(D) A fourth step in which the emulsion (c) is added to a poor solvent to precipitate polymer particles, and then the thermoplastic polymer particles are separated and recovered.
前記第一工程における熱可塑性ポリマーが非晶性ナイロンであることを特徴とする請求項1に記載のポリマー微粒子の製造方法。 The method for producing polymer fine particles according to claim 1, wherein the thermoplastic polymer in the first step is amorphous nylon. 前記第一工程における有機溶剤の沸点が100℃未満であり、かつ水に難溶あるいは不溶であることを特徴とする請求項1または2に記載のポリマー微粒子の製造方法。 The method for producing fine polymer particles according to claim 1 or 2, wherein the boiling point of the organic solvent in the first step is less than 100 ° C and is hardly soluble or insoluble in water. 前記第二工程および第三工程における界面活性剤がポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリマー微粒子の製造方法。 The method for producing polymer fine particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the surfactant in the second step and the third step is polyvinyl alcohol. 前記第四工程における貧溶媒が水または界面活性剤を含有させた水であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリマー微粒子の製造方法。 The method for producing polymer fine particles according to any one of claims 1 to 4, wherein the poor solvent in the fourth step is water or water containing a surfactant.
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