JP2584376B2 - 発泡性熱可塑性微小球ならびにその製造および使用方法 - Google Patents

発泡性熱可塑性微小球ならびにその製造および使用方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新規なタイプの発泡性熱
可塑性微小球並びにかかる微小球を製造および使用する
方法に関する。さらに詳しくは、本発明は当該分野で従
来使用されたことのないタイプであって、最終的に得ら
れた微小球の表面に残留するか、あるいは該球の表面か
ら好適に除去される粉末安定剤を使用して製造される熱
可塑性微小球に関する。
【0002】
【従来の技術】発泡性熱可塑性微小球は、ここ数年に亙
って商業的に製造され、また応用分野も常に新しく発見
されまた拡張されてきた。微小球の製造と使用とに関す
る特許は多数ある。熱可塑性微小球は多くの場合、米国
特許明細書第3,615,972に記載された方法に従
って製造されている。前記微小球は、凝縮された発泡剤
(Propellant)を含有する液状のモノマーあ
るいはモノマー混合物が、沈殿防止剤と重合触媒とを含
有する水性媒質中に分散されているところの懸濁重合に
よって製造される。生成した微小球は、液状で揮発性の
発泡剤を含有するポリマー殻より成る。前記微小球は、
発泡剤の沸点以上でかつポリマーの軟化点以上の温度に
加熱することによって発泡する。上記微小球の熱可塑性
殻は、例えば塩化ビニル、塩化ビニリデン、アクリロニ
トリル、メタクリル酸メチルあるいはスチレンもしくは
それらの混合物のポリマーあるいは共重合体より成るも
のでよい。未発泡微小球の粒径、並びにそれ故の発泡し
た微小球の粒径は、広い範囲内で変わることができ、そ
して最終製品に求められる性質に基づいて選ばれる。例
えば、未発泡微小球の粒径は1μmないし1mm、好適
には2μmないし0.5mm、特に好ましくは5μmな
いし50μmである。発泡すると微小球の直径は2〜5
倍増大する。発泡剤はトリクロロフルオロメタンなどの
フレオン類、n−ペンタン、イソペンタン、ネオペンタ
ン、ブタン、イソブタンなどの炭化水素類、あるいは他
の従来の発泡剤でもよい。発泡剤は好適には微小球の5
〜30重量%を占める。適当な市販の微小球製品の1例
は、塩化ビニリデン/アクリロニトリル共重合体の熱可
塑性殻を有し、かつ発泡剤としてイソブタンを含有する
エクスパンセル(Expancel:登録商標)であ
る。
【0003】米国特許第3,615,972号による微
小球の従来の製造においては、重合可能なモノマーある
いはモノマー混合物および開始剤ならびに発泡剤は、反
応容器中の沈殿防止剤を含有する水性媒質中に懸濁され
る。沈殿防止剤は、水性媒質に不溶な固体コロイドより
成る。任意に、補助安定剤もまた上記系中の親水疎水バ
ランスに作用させるために使用される。重合後、水性媒
質は例えば沈降、遠心分離あるいは濾過もしくは任意の
他の適当な方法によって除去される。沈殿防止剤として
使用される不溶コロイドは、微小球の表面に残る。米国
特許第3,615,972号は、考えられる沈殿防止剤
として、多数の様々な物質および化合物を提案してい
る。しかしながら、コロイドケイ酸が、記載されたすべ
ての実施態様で使用されている。これはまた、この技術
分野における優れた沈殿防止剤である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、公知の
微小球は多数の欠点を有する。最終製品の微小球は脱水
することが困難であり、即ち水性媒質を除去しさらにま
た微小球を乾燥することも困難であることがこれまでに
見出されている。さらに公知の微小球は、ポリマー結合
剤などの、別の媒質中に分散することが困難であること
もこれまでに見出されている。
【0005】添付の特許請求の範囲において述べるよう
に、本発明は、上記課題を解決し、さらに公知の微小球
と比較してそれ以上の利点が得られる微小球並びにその
製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】沈殿防止剤としてある特
定のタイプの粉末安定剤を使用すると、多くの点で改良
された性質を有する微小球が生成することが驚くべきこ
とに見出された。本発明によって使用される粉末安定剤
は、金属類、すなわちCa,Mg,Ba,Fe,Zn,
NiもしくはMnのいずれかの塩または水酸化物よりな
る。本発明によって使用することのできる安定剤の例と
しては、リン酸カルシウム、水酸化マグネシウム、硫酸
バリウム、シュウ酸カルシウム、並びに鉄、亜鉛、ニッ
ケルおよびマンガンの水酸化物がある。
【0007】本発明による粉末安定剤を使用することに
よって、公知の微小球と比較して完全に異なった表面構
造を有する微小球が得られる。その改良された表面構造
は、公知の微小球の表面に比べて、より一様な表面とし
て顕微鏡で見ることができる。この改められた表面構造
が、微小球の非常に多くの性質が改良される理由であ
る。それ故に、この新規な微小球は非常に低い吸水性を
有し、そのことは、これらの微小球は従来のものよりも
脱水することが容易であって、かつ容易に乾燥されるこ
とを意味する。その上、この微小球はPVCプラスチゾ
ルなどの結合剤中でより高い分散性を有し、さらにまた
周囲のポリマーヘのより高い密着性を有する。保水性が
低いために、上記の微小球を体質顔料(filler)
として使用する場合には、ひび割れ形成の傾向が減少し
たペイントおよびパテが得られる。
【0008】この新規な微小球はまた改良された発泡特
性をも有する。従来のものより低い温度でも、また高い
温度でも、本発明の微小球は発泡させることができる。
それによって、上記微小球はより広い温度範囲内で満足
行くように発泡する。本発明の微小球は容易に発泡し、
非常に低い密度が得られる。より低い密度ということ
は、例えばPVCプラスチゾルにおいてある程度の泡の
高さを達成するのに、この新規な微小球は公知のものに
比べて必要量が少ないことを意味している。また着色さ
れた製品は、従来の微小球を用いた場合よりも、この新
規微小球を用いた方がより明るい色を有することも見出
された。他の1つの利点は、本発明による微小球はより
大きな粒径をもって製造することができて、しかも従来
のものでは通常見られる凝集の問題を起こすことはない
ということである。
【0009】本発明によって沈殿防止剤として使用され
る粉末安定剤の1つの顕著な特長は、水性媒質が重合時
に有するpHにおいて該安定剤は水性媒質に不溶である
が、重合後に酸を添加してpHを下げることによって該
安定剤は容易に溶解されることである。両性水酸化物は
またpHの増加によっても溶解される。このことは、粉
末安定剤を簡単で温和な方法で微小球の表面から洗い去
ることができて、完全に清浄なポリマー表面を有する微
小球を生ずるという、さらなる利点を提供する。上述し
た良好な性質は、洗浄した微小球ではさらに強化される
ことになる。
【0010】従来の技術によって使用されるコロイドケ
イ酸の1つの欠点は、微小球の表面から除去することが
非常に困難であるということである。それ故に、洗浄さ
れた微小球をこのコロイドを使用して得ることは不可能
である。コロイドケイ酸を使用した重合は、水性媒質に
おいては酸性環境の中で行なわれる。本発明に係るコロ
イドを使用した重合は、通常アルカリ性環境の中で行な
われる。それ故に、例えば、水酸化マグネシウムは約8
超のpHにおいてのみ不溶である。水酸化マグネシウム
は、重合後に媒質中のpHを8以下に下げることによっ
て容易に洗い去られる。またかかる高pH値でのみ不溶
である粉末安定剤が、例えばアクリロニトリルモノマー
の重合において使用できることも驚くべきことである。
公知の技法によれば、アクリロニトリルは水性媒質中酸
性環境で重合させる必要がある。さもないと、上記モノ
マーおよび生成したポリマーは加水分解によって破壊さ
れることになる。しかしながら、アクリロニトリルはま
た、本発明に係る粉末安定剤、例えば水酸化マグネシウ
ムを使用して8超のpHで重合させると優れた結果が得
られることが、見出された。
【0011】公知の技法によれば、コロイドケイ酸と共
に、いわゆる補助安定剤がしばしば使われている。本発
明に係るコロイドと共に補助安定剤を使用することもま
た好適ではあるが、これは必ずしも必要ではない。補助
安定剤として使用することのできる化合物の例として
は、脂肪酸、スルホン酸塩、硫酸アルキルのアルカリ化
合物および非イオン乳化剤がある。
【0012】本発明に係る粉末安定剤を、発泡剤含有微
小球を形成し得るエチレン性(ethylenical
ly)不飽和モノマーあるいはそれらの混和物と共に、
公知の方法による懸濁重合において使用してもよい。使
用できるモノマーの例としては、アクリル酸エステル、
メタクリル酸エステル、アクリロニトリル、塩化ビニリ
デン、スチレン、ブタジエンなどがある。例えば、前記
微小球は、スチレンと、40重量%(スチレンに対し
て)以下の共重合されたエチレン性不飽和モノマー、特
にアクリロニトリルとから製造することができる。他の
好適なポリマーとしては、塩化ビニリデンと、40重量
%(塩化ビニリデンに対して)以下のアクリロニトリル
あるいは塩化ビニルとの共重合体がある。好ましい共重
合体は、塩化ビニリデン0〜80重量%、アクリロニト
リル0〜80重量%およびメタクリル酸メチル0〜70
重量%よりなり、さらに特に好ましい共重合体は、塩化
ビニリデン0〜55重量%、アクリロニトリル40〜8
0重量%およびメタクリル酸メチル0〜50重量%より
なる。しかしながら、本発明による方法はあらゆるタイ
プの熱可塑性微小球に応用することができるので、上記
の列挙は限定的なものと考えるべきではない。微小球の
適切な粒径は3〜100μm、好ましくは5〜50μm
の範囲内にある。
【0013】また前記微小球の殻が架橋ポリマーよりな
ることが望ましいことがある。ジビニルベンゼン、ジメ
チルアクリル酸エチレングリコール、ジメタクリル酸ト
リエチレングリコール、メタクリル酸アリル、イソシア
ン酸トリアリルなどの通常の二官能性モノマーを架橋剤
として使用することができる。
【0014】前記重合は過酸化ジアルキル、過酸化ジア
シル、ペルオキシエステル、ペルオキシ二炭酸塩および
アゾ化合物などの公知の開始剤によって行なわれる。
【0015】使用される発泡剤は公知のタイプのもの、
例えばイソブタン、イソペンタン、イソオクタン、n−
ブタン、ペンタンおよび石油エーテルである。
【0016】様々な化学薬品の量は広い範囲内で変える
ことができ、また当業者によって容易に決定される。一
応の指針は、モノマー相1部が、水相1〜8部の中に分
散されるということである。前記水相は、粉末安定剤を
モノマー量の1〜20%、好ましくは3〜12%の量で
含有し、特に好ましい量は4〜8%である。補助安定剤
が使用される場合には、モノマー量の0.001〜1%
の量で含まれる。重合時の水相のpHは、使用される粉
末安定剤によって決まる。水相のpHは、粉末安定剤が
水相中で不溶であるように選ばれなければならない。本
発明に係る粉末安定剤は、好ましくはアルカリ性環境中
で不溶である。好ましくは上記pHは7〜11の範囲内
にある。水性媒質中におけるモノマー相の懸濁は、公知
の方法、例えば反応器の攪拌機を使用して所望する液体
粒子径になるまで行なわれ、その後重合が行なわれる。
重合温度は適切には30〜80℃、好ましくは40〜7
0℃であり、特に好ましい温度範囲は50〜65℃であ
る。もし完全に清浄な微小球が望まれるならば、重合後
に酸を添加してpHを下げることによってに粉末安定剤
は溶解される。粉末安定剤を溶解させるために必要なp
Hの低下度は、使用される塩によって決まる。例えば、
水酸化マグネシウムはpH8.5でも既に溶解するのに
対して、他の塩を溶解させるのにはより低いpH値が必
要である。適切には、pHは約4〜5に下げられる。酢
酸、塩酸あるいは硫酸などの通常の酸を使用することが
できる。
【0017】重合後、水相は例えば濾過によって除去さ
れる。完全に乾燥した微小球を製造するためには、脱水
した微小球を発泡温度以下の温度で乾燥する。
【0018】本発明による微小球は、公知の方法で発泡
させることができる。この新規な微小球を乾燥しかつ発
泡させるための特に適切な方法は、スウェーデン特許出
願第8900541−7号に記載されている。
【0019】本発明による微小球は、従来の微小球のあ
らゆる応用分野で、未発泡のままおよび発泡させて使用
することができる。例えば、本発明による微小球を、ポ
リマー、ペイント、パテ、プラスチゾル、印刷インキ用
の増量剤、および紙、板紙、爆薬、ケーブル絶縁物用の
増量剤、並びに含浸不織(impregnatingm
onwoven)用に使用することができる。
【0020】
【実施例】本発明を以下の実施例を参照してさらに詳細
に説明する。しかし、これらの実施例は本発明を限定す
るものと考えるべきものではない。実施例中で使用され
ている部と百分率は、特に指定しない限り、重量部と重
量%を意味するものである。
【0021】実施例1 2.5%分散体としてのMg(OH)2 6.5部(pH
9.0〜9.5でNaOHとMgCl2 とから沈殿し
た)と水170部とを、撹拌翼を備えた15リットルの
反応器中に装入した。ラウリル硫酸ナトリウム0.01
部とペルオキシ二炭酸ジセチル1.0部とをその後加え
た。上記反応器を密封して室温で排気した。次に上記反
応器にジビニルベンゼン0.3部、メタクリル酸メチル
41.5部、アクリロニトリル58.5部およびイソブ
タン21部の混合物を装入した。上記反応混合物を30
分間撹拌して開始剤を溶解した。その後回転速度を60
分間800rpmに上げて、液体混合物を均質化して適
切な小滴径とした。均質化後、回転速度を400rpm
に下げ、上記混合物を55℃に加熱した。そしてその混
合物を55℃で8時間重合させた。得られた重合物を濾
過し、水洗いして乾燥した。
【0022】生成した重合物から粉末安定剤を除去する
ために、酸の添加、例えば酢酸の添加を行なってpH4
〜5にした。Mg(OH)2 は容易に加水分解され、結
果として生じた残留生成物は容易に洗い去られた。
【0023】実施例2 水酸化マグネシウムの代わりに、リン酸ナトリウムと塩
化カルシウムとの溶液からpH8.5で沈殿したCa3
(PO42 6.5部を使用して実施例1による操作を
繰り返した。この粉末安定剤もまた、実施例1における
方法と同じ方法で容易に除去された。
【0024】湿った未発泡の微小球は、いわゆるウェッ
トケーク(wet cake)として、約65重量%の
乾燥分含量で通常供給される。本発明による微小球分散
体を脱水すると、従来の微小球の場合と同じ濾過時間で
乾燥分含量は70重量%以上に増加した。もし従来と同
様の含水量、すなわち65重量%(乾燥分含量)を所望
するのであれば、濾過時間は、従来の微小球と比較し
て、本発明の微小球では20%短縮することができる。
【0025】結合剤中での微小球の分散性を、乾燥未発
泡微小球5重量%を黒色PVCプラスチゾルに添加する
ことによって試験した。微小球を撹拌翼を備えた撹拌機
によって3分間PVCプラスチゾル中に分散させた。そ
の混合物を380μmのギャップ高さにセットした調整
可能なフィルム塗布機によって紙の上に拡げた。得られ
たフィルムを160℃で40〜60秒間炉内でゲル化し
た。上記フィルム中の微小球はゲル化時に発泡した。
【0026】分散されていない微小球は、発泡時に黒い
背景に対して小さな白い星あるいは雪片のように「露出
する」ものである。しかしながら容易に分散した微小球
は汚点のない黒色表面を生成する。しかるに、白い汚点
の存在は微小球が分散しにくいことを示している。汚点
の存在は等級によって判定することができて、その場合
5は完全に汚点のないフィルムを示し、一方1は多数の
汚点を示している。
【0027】本発明による微小球は、完全に汚点のない
フィルム、評点4〜5のものを生じたが、これに反して
従来の微小球は分散性が悪く、評点3〜4である。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発泡剤の存在下で、水性懸濁液中のエチ
    レン性不飽和モノマーあるいはモノマー混合物を反応容
    器中でアルカリ性環境の中で重合させることによって発
    泡剤を含有する3〜100μmの粒径を持つ発泡性熱可
    塑性微小球を製造する方法において、Ca,Mg,B
    a,Fe,Zn,NiもしくはMnのうちのいずれかの
    金属の塩または水酸化物から成りかつ前記重合時に水性
    媒質が有するpHにおいて該水性媒質に不溶である粉末
    安定剤の存在の下で、前記モノマーあるいはモノマー混
    合物を該水性媒質中に懸濁させ、そして重合開始前に前
    記発泡剤を添加してなることを特徴とする前記方法。
  2. 【請求項2】 前記水性媒質が、脂肪酸、スルホン酸
    塩、硫酸アルキルのアルカリ化合物および非イオン乳化
    剤から成る群から選ばれた化合物より成る補助安定剤を
    も含有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 請求項1の方法によって得られた水性媒
    質に酸を添加して前記水性媒質のpHを下げることによ
    って、前記粉末安定剤が前記微小球から重合後に洗い去
    られることを特徴とする方法。
  4. 【請求項4】 前記粉末安定剤が、水酸化マグネシウム
    あるいはリン酸カルシウムより成ることを特徴とする、
    請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】 表面が、Ca,Mg,Ba,Fe Z
    n,NiもしくはMnのうちのいずれかの金属の塩また
    は水酸化物から成る粉末安定剤によって被覆されている
    ことを特徴とする、エチレン性不飽和モノマーあるいは
    モノマー混合物のポリマーを殻とする3〜100μmの
    粒径を持つ発泡剤含有発泡性熱可塑性微小球。
  6. 【請求項6】 前記粉末安定剤が、水酸化マグネシウム
    あるいはリン酸カルシウムより成ることを特徴とする、
    請求項5に記載の熱可塑性微小球。
  7. 【請求項7】 ポリマー、ペイント、パテ、プラスチゾ
    ル、印刷インキ、紙、板紙、爆薬、ケーブル絶縁物にお
    ける増量剤として、若しくは含浸不織用としての、請求
    項5に記載の微小球の使用方法。
JP3321459A 1990-11-12 1991-11-11 発泡性熱可塑性微小球ならびにその製造および使用方法 Expired - Fee Related JP2584376B2 (ja)

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