JP2017113654A - マイクロスフェアー、これを含む熱発泡性樹脂組成物、構造部材、および成形体 - Google Patents
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Abstract
Description
50≦A≦190 …式(1)
B1≦−0.14×A+33 …式(2)
50≦A≦190 …式(4)
B2≦−0.22×A+43 …式(5)
(上記式(5)中、B2は前記重合性単量体を100質量部としたときの前記発泡剤の質量部を意味する。)
マイクロスフェアーは、外殻と、外殻内に封入された発泡剤とを含んでいる。外殻は、発泡剤を封入できる材料から構成されていれば、特に限定されないが、例えば、重合性単量体を含む単量体の重合体から構成されている。発泡剤は、外殻の構成材料(例えば、上記重合体)の軟化点以下の温度で気体となる化合物を含むものである。
50≦A≦190 …式(1)
B1≦−0.14×A+33 …式(2)
−0.14×A+27≦B1 …式(3)
50≦A≦190 …式(4)
B2≦−0.22×A+43 …式(5)
上記式(5)中、B2は重合性単量体を100質量部としたときの発泡剤の質量部を意味する。
−0.22×A+39≦B2 …式(6)
R1/R2≦1.3 …式(7)
外殻は、上記したように重合性単量体を含む単量体の重合体から構成することが可能である。単量体は、外殻を形成するための単量体であり、重合性単量体の他、架橋性単量体を含んでいることが好ましい。単量体が、重合性単量体の他、架橋性単量体を含むことにより、発泡特性及び耐熱性等を改良することができる。外殻における(メタ)アクリロニトリルの含有比率が高いほど、形成されるマイクロスフェアーの発泡開始温度が高くなる傾向があるので、外殻は、マイクロスフェアーの発泡開始温度を高める観点から、(メタ)アクリロニトリルを主成分とする重合体であることが好ましい。
重合性単量体は、1つの炭素−炭素二重結合(−C=C−)を有する化合物である。炭素−炭素二重結合としては、例えば、ビニル基、(メタ)アクリロイル基、およびアリル基等が挙げられる。重合性単量体としては、特に限定されるものではないが、重合体の外殻がガスバリア性、耐溶剤性や耐熱性を有し、また、良好な発泡性、所望によっては高温での発泡性を有する重合体を生成することができる観点から、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体(この単量体を総称して、「(メタ)アクリロニトリル」ということがある。)および/または塩化ビニリデンを用いることが好ましい。
架橋性単量体は、2以上の炭素−炭素二重結合を有する化合物である。架橋性単量体としては、例えば、ジビニルベンゼン、ジ(メタ)アクリル酸エチレングリコール〔エチレングリコールジ(メタ)アクリレート〕、ジ(メタ)アクリル酸ジエチレングリコール〔ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート〕、ジ(メタ)アクリル酸トリエチレングリコール、(メタ)アクリル酸アリル、イソシアン酸トリアリル、トリアクリルホルマール、トリ(メタ)アクリル酸トリメチロールプロパン、ジ(メタ)アクリル酸1,3−ブチルグリコール、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等が挙げられる。架橋性単量体の含有量は、重合性単量体の合計量の0.01質量%以上5質量%以下であることが好ましく、0.02質量%以上3質量%以下であることがより好ましく、0.03質量%以上2質量%以下であることがさらに好ましい。
発泡剤は、加熱により気体となる物質である。発泡剤は、発泡開始温度に応じた沸点を有する炭化水素等を用いることができ、例えば、エタン、エチレン、プロパン、プロペン、n−ブタン、イソブタン、ブテン、イソブテン、n−ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、n−ヘキサン、ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン、イソドデカン、石油エーテル、イソパラフィン混合物などの炭化水素、およびその異性体混合物;CCl3F、CCl2F2、CClF3、CClF2−CClF2等のクロロフルオロカーボン;テトラメチルシラン、トリメチルエチルシラン、トリメチルイソプロピルシラン、トリメチル−n−プロピルシランなどのテトラアルキルシランなどが挙げられる。これらは、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。これらの中でも、イソブタン、n−ブタン、n−ペンタン、イソペンタン、n−ヘキサン、イソオクタン、イソドデカン、およびそれらの異性体混合物、石油エーテル、ならびにこれらの2種以上の混合物が好ましい。また、所望により、加熱により熱分解して気体となる化合物を使用してもよい。
上記のマイクロスフェアーは、例えば、分散安定剤を含有する水系分散媒体中で、少なくとも発泡剤と重合性単量体を含む単量体とを含有する重合性混合物を懸濁重合することにより製造することができる。
水系分散媒体としては、水を使用することができ、具体的には脱イオン水や蒸留水を使用することができる。重合性単量体の合計量に対する水系分散媒体の使用量は、特に限定されないが、通常0.5〜30倍、多くの場合1〜10倍(質量比)である。
分散安定剤としては、例えば、コロダイルシリカ等のシリカ、リン酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化第二鉄、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸ナトリウム、シュウ酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウムなどを挙げることができる。分散安定剤は、重合性単量体の合計量100質量部に対して、通常、0.1質量部以上20質量部以下の割合で使用される。
水系分散媒体中には、分散安定剤の他、ジエタノールアミンと脂肪族ジカルボン酸の縮合生成物等の補助安定剤が添加されていてもよい。分散安定剤としてコロイダルシリカを用いた場合には、補助安定剤としてジエタノールアミンと脂肪族ジカルボン酸の縮合生成物を用いることが好ましい。
本実施形態に係るマイクロスフェアーは、その膨張性を利用して、例えば、自動車等の塗料の充填剤、壁紙、発泡インク(T−シャツ等のレリーフ模様付け)の発泡剤、収縮防止剤として用いることができるが、用途に応じて、他の材料と組み合わせた組成物や構造部材として用いることも可能である。
<実施例1>
(1)水系分散媒体の調製
20質量%のコロイダルシリカ210g、50質量%のジエタノールアミン−アジピン酸縮合生成物(酸価=78mgKOH/g)9.8g、亜硝酸ナトリウム0.84g、塩化ナトリウム1246gおよび水3982gを混合して、水系分散媒体を調製した。この水系分散媒体に塩酸を加えて、pHを3.5に調整した。
重合性単量体であるアクリロニトリル938g、メタクリロニトリル434g、メタクリル酸メチル28gと、発泡剤であるイソドデカン異性体混合物315g、イソオクタン異性体混合物63g、イソペンタン異性体混合物14gと、架橋性単量体であるジエチレングリコールジメタクリレート15.4gと、重合開始剤である2、2´−アゾビスイソブチロニトリル16.8gを混合して、重合性混合物を調製した。総発泡剤量(仕込量)は、重合性単量体の合計量100質量部に対して28質量部であった。
上記で調製した水系分散媒体と重合性混合物とを、ホモジナイザーを用いて回転数6000rpmで30秒間攪拌混合して、水系分散媒体中に重合性混合物の微小な液滴を形成した。この重合性混合物の微小な液滴を含有する水系分散媒体を、攪拌機付きの重合缶(10L)に仕込み、温水バスを用いて回転数360rpmで60℃13.5時間、さらに70℃で10時間加熱して反応させた。重合後、生成したマイクロスフェアーを含有するスラリーを濾過・水洗し、乾燥して、実施例1に係るマイクロスフェアーを得た。
実施例2においては、発泡剤として、イソドデカン異性体混合物259g、イソオクタン異性体混合物49g、イソペンタン異性体混合物14gを用い、ホモジナイザーを用いて回転数3500rpmで懸濁した以外は、実施例1の方法と同様な方法でマイクロスフェアーを得た。総発泡剤量(仕込量)は、重合性単量体の合計量100質量部に対して23質量部であった。
実施例3においては、発泡剤として、イソドデカン異性体混合物280g、イソオクタン異性体混合物56g、イソペンタン異性体混合物14gを用い、ホモジナイザーを用いて回転数5000rpmで懸濁した以外は、実施例1の方法と同様な方法でマイクロスフェアーを得た。総発泡剤量(仕込量)は、重合性単量体の合計量100質量部に対して25質量部であった。
実施例4においては、20質量%のコロイダルシリカを189g、50質量%のジエタノールアミン−アジピン酸縮合生成物(酸価=78mgKOH/g)を8.7g、水を4002g、発泡剤として、イソドデカン異性体混合物259g、イソオクタン異性体混合物49g、イソペンタン異性体混合物14gを用い、ホモジナイザーを用いて回転数3500rpmで懸濁した以外は、実施例1の方法と同様な方法でマイクロスフェアーを得た。総発泡剤量(仕込量)は、重合性単量体の合計量100質量部に対して23質量部であった。
実施例5においては、発泡剤として、イソドデカン異性体混合物224g、イソオクタン異性体混合物42g、イソペンタン異性体混合物14gを用い、ホモジナイザーを用いて回転数2000rpmで懸濁した以外は、実施例1の方法と同様な方法でマイクロスフェアーを得た。総発泡剤量(仕込量)は、重合性単量体の合計量100質量部に対して20質量部であった。
参考例においては、発泡剤として、イソドデカン異性体混合物224g、イソオクタン異性体混合物196gを用い、ホモジナイザーを用いて回転数7000rpmで48秒間懸濁した以外は、実施例1の方法と同様な方法でマイクロスフェアーを得た。総発泡剤量(仕込量)は、重合性単量体の合計量100質量部に対して30質量部であった。
比較例1においては、発泡剤として、イソドデカン異性体混合物392g、イソオクタン異性体混合物84g、イソペンタン異性体混合物14gを用いた以外は、実施例2の方法と同様な方法でマイクロスフェアーを得た。総発泡剤量(仕込量)は、重合性単量体の合計量100質量部に対して35質量部であった。
比較例2においては、発泡剤として、イソドデカン異性体混合物336g、イソオクタン異性体混合物70g、イソペンタン異性体混合物14gを用いた以外は、実施例2の方法と同様な方法でマイクロスフェアーを得た。総発泡剤量(仕込量)は、重合性単量体の合計量100質量部に対して30質量部であった。
比較例3においては、発泡剤として、イソドデカン異性体混合物280g、イソオクタン異性体混合物56g、イソペンタン異性体混合物14gを用いた以外は、実施例5の方法と同様な方法でマイクロスフェアーを得た。総発泡剤量(仕込量)は、重合性単量体の合計量100質量部に対して25質量部であった。
実施例および比較例に係るマイクロスフェアーの平均粒子径(D50)をそれぞれ測定した。具体的には、まず、マイクロスフェアーのスラリーを篩分網#100(目開き150μm)で篩分した。篩分したスラリー0.5gを純イオン交換水20mlに分散し、超音波を15分以上かけて分散して、これを試料とした。そして、この試料に含まれるスラリーの平均粒子径(D50)を、フロー式粒子径分析装置(製品名「FPIA−3000」、シスメックス株式会社製)を用いて、測定条件トータルカウント10000(撮影粒子数は10000個)で測定した。
実施例および比較例に係るマイクロスフェアーの発泡剤量をそれぞれ測定した。具体的には、マイクロスフェアー0.1gをN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)に浸漬後、超音波にて15分間分散させ、一晩静置させで膨潤液を調製した。該膨潤液の上澄みについてガスクロマトグラフィー分析を行なうことより、マイクロスフェアーの発泡剤量を求めた。
ガスクロマトグラフィー分析の条件は以下の通りとした。
ガスクロマトグラフ:島津製作所社製 GC−14B
検出器:FID、温度200℃
パックドカラム:島津GLC社製 UCON LB−550X 10%
Shimalite 80−100 AW−DMCS
昇温プログラム:120℃(11分)→15℃/分→180℃(保持)
注入口温度:200℃
注入量:3μL
定量:検量線法(既知量の試料をDMFに溶解させた溶液)
実施例および比較例に係るマイクロスフェアーの発泡開始温度をそれぞれ測定した。具体的には、容器に未熱処理のマイクロスフェアー0.25mgを入れて、熱機械分析装置(型番「TMA/SDTA840」、メトラー・トレイド株式会社製)を用いて、昇温速度5℃/分で昇温し、その高さの変位を連続的に測定した。そして、容器内におけるマイクロスフェアーの高さの変位が始まった温度を未熱処理の発泡開始温度とした。また、同様の方法によって、150℃5分間熱処理したマイクロスフェアーの発泡開始温度も測定した。
実施例および比較例に係るマイクロスフェアーを発泡させて、発泡粒子密度をそれぞれ測定した。具体的には、マイクロスフェアー0.5gおよびシリコンオイル2.5gをアルミカップに秤取り、良く混ぜた後、200℃で5分間オーブンで加熱発泡させて取り出し、50mlのメスフラスコに入れ、イソプロパノールでメスアップしてサンプル重量、メスアップ後の重量から発泡した発泡粒子の真密度を求めた。また、これとは別に、実施例および比較例に係るマイクロスフェアー0.5gおよびシリコンオイル2.5gをアルミカップに秤取り、良く混ぜた後、190℃で5分間オーブンで加熱発泡させて取り出し、50mlのメスフラスコに入れ、イソプロパノールでメスアップしてサンプル重量、メスアップ後の重量から発泡した発泡粒子の真密度を求めた。なお、発泡粒子密度測定に用いたマイクロスフェアーは、発泡させる前に予め150℃で5分間の熱処理を行ったものであった。
Claims (14)
- 外殻と、前記外殻内に封入された発泡剤とを含むマイクロスフェアーであって、
前記発泡剤が、加熱により気体となる化合物を含み、
前記マイクロスフェアーの平均粒子径(D50)をA(μm)とし、前記マイクロスフェアーに対する前記発泡剤の量をB1(質量%)としたとき、下記式(1)および(2)の関係を満たすことを特徴とする、マイクロスフェアー。
50≦A≦190 …式(1)
B1≦−0.14×A+33 …式(2) - 下記式(3)の関係を満たす、請求項1に記載のマイクロスフェアー。
−0.14×A+27≦B1 …式(3) - 外殻と、前記外殻内に封入された発泡剤とを含むマイクロスフェアーであって、
前記外殻が、重合性単量体を含む単量体の重合体から構成され、
前記発泡剤が、加熱により気体となる化合物を含み、
前記マイクロスフェアーの平均粒子径(D50)をA(μm)とし、前記発泡剤の量をB2(質量部)としたとき、下記式(4)および(5)の関係を満たすことを特徴とする、マイクロスフェアー。
50≦A≦190 …式(4)
B2≦−0.22×A+43 …式(5)
(上記式(5)中、B2は前記重合性単量体を100質量部としたときの前記発泡剤の質量部を意味する。) - 下記式(6)の関係を満たす、請求項3に記載のマイクロスフェアー。
−0.22×A+39≦B2 …式(6) - 前記マイクロスフェアーの発泡開始温度が、200℃以上である、請求項1ないし4のいずれか一項に記載のマイクロスフェアー。
- 前記マイクロスフェアーを発泡させたときの発泡粒子の密度が、0.024g/ml以下である、請求項1ない5のいずれか一項に記載のマイクロスフェアー。
- 下記式(7)の関係を満たす、請求項1ないし6のいずれか一項に記載のマイクロスフェアー。
R1/R2≦1.3 …式(7)
(上記式(7)中、R1は、前記マイクロスフェアーを150℃で5分間熱処理した後に200℃で5分間加熱して発泡させたときの発泡粒子の密度であり、R2は、前記マイクロスフェアーを150℃で5分間熱処理した後に190℃で5分間加熱して発泡させたときの発泡粒子の密度である。) - 前記外殻が、(メタ)アクリロニトリルを主成分とする重合体である、請求項1ないし7のいずれか一項に記載のマイクロスフェアー。
- 前記外殻が、(メタ)アクリロニトリルと、塩化ビニリデン、(メタ)アクリル酸エステル、スチレン、および酢酸ビニルからなる群から選択される1以上の単量体とのみからなる重合性単量体を含む単量体の重合体である、請求項1ないし8のいずれか一項に記載のマイクロスフェアー。
- 請求項1ないし9のいずれか一項に記載のマイクロスフェアーと、熱可塑性樹脂とを含む、熱発泡性樹脂組成物。
- 請求項1ないし9のいずれか一項に記載のマイクロスフェアーを、ポリマーおよび繊維の少なくともいずれかを含む素材中に備える、構造部材。
- 請求項1ないし9のいずれか一項に記載のマイクロスフェアーを発泡させた発泡粒子を含む、成形体。
- マイクロスフェアーを素材中に備える構造部材の製造方法であって、
請求項1ないし9のいずれか一項に記載のマイクロスフェアーを素材中に備えた状態で、前記マイクロスフェアーに対して、前記マイクロスフェアーの発泡開始温度未満の温度で熱処理する工程を含む、構造部材の製造方法。 - 請求項13に記載の構造部材の製造方法により得られた前記構造部材に対して、前記熱処理後の前記マイクロスフェアーの発泡開始温度以上の温度で加熱する工程を含む、成形体の製造方法。
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