JP2779768B2 - 懸濁重合法 - Google Patents

懸濁重合法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は懸濁重合法により高分子
微粒子を製造する技術に関するものであり、更に詳しく
は懸濁重合法を用いて1〜5μmの粒子径を有する高分
子微粒子を製造する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年高分子を微粒子として扱う技術が多
くの方面で注目を集めつつある。特に情報関連分野、医
療、生化学、化粧品などの先端技術領域でその要求が活
発化し、1〜5μmの粒子径を有するより微細な高分子
微粒子が望まれている。それゆえ、重合により微粒子を
作る研究も活発になされており、多くの重合技術が提唱
されている。その技術のひとつとして懸濁重合法が従来
より知られている。懸濁重合法は、水系媒体中で重合性
単量体を分散安定剤を用いて機械的剪断力により重合性
単量体滴として懸濁させ、この重合性単量体滴中で重合
を行わしめる方法であ。このため、反応中、反応液の粘
度を低く保つことが容易であり、また、水系媒体中で反
応を行うため重合熱の除去が容易であるという特性を有
している。従来技術による懸濁重合法は極めて操作が簡
単な高分子微粒子の合成法であるが、しかしながら生成
する粒子の大きさが通常数10μm以上のものしか得る
ことができなかった。また、更に微細な粒子を得る手段
として、例えば高剪断力を発生しうる分散機や乳化機を
用いて懸濁相を得る手段が知られているが、この方法に
おいても10μm以上の粒子しか得ることができないた
め、近年の前記様々な業種からの要求に応えることがで
きないという問題を有していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、1〜
5μm程度の粒子径をもつ高分子微粒子を容易に得るこ
とができる懸濁重合法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の課
題を解決すべく鋭意研究した結果、本発明に到達したも
のである。すなわち、本発明は、重合性単量体と、重合
性単量体100重量部に対して10〜5000重量部の
沸点150℃以下の有機溶媒との混合物中に重合開始剤
を加えて分散相を形成し、該分散相を撹拌手段を用いて
水系媒体中に分散して液適を得た後重合反応を行い高分
子微粒子を得る懸濁重合法であって、該有機溶媒は液滴
中より蒸発するか、又は水系媒体中に溶出するものであ
ことを特徴とする懸濁重合法である。
【0005】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
懸濁重合法においては、分散相には重合性単量体100
重量部に対して10〜5000重量部の沸点150℃以
下の有機溶媒が含有されている。かかる分散相を攪拌手
段により水系媒体中に懸濁させたとき、水中に生ずる分
散相液滴は、重合して高分子となりうる単量体と、重合
に全く関与しない有機溶媒とで構成される。そして、重
合を目的とする分散相を攪拌加熱すると液滴中に含まれ
る有機溶媒は重合し得ないので液滴中より蒸発し、ある
いはまた水系媒体中に溶出することにより液滴中より除
去される。このとき、液滴中における有機溶媒が占有し
ていた領域が消失するので、液滴は収縮し、重合完結後
には1〜5μm程度の微小な粒子径をもつ高分子微粒子
を得ることができる。本発明を構成する重合性単量体と
しては、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−メトキシスチレン、
p−フェニルスチレン、p−クロルスチレン、3、4−
ジクロルスチレン、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
−デシルスチレン等のスチレン及びその誘導体;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、フッ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、ベンゾエ酸ビニ
ル等の有機酸ビニルエステル類;メタクリル酸、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、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル
酸ジエチルアミノエチル等のメタクリル酸及びその誘導
体;アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチ
ル、アクリル酸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−クロルエチル、アクリル
酸フェニル等のアクリル酸及びその誘導体;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、ビニ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;ビニルナフフタリン類;ア
クリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド
等が挙げられる。
【0006】本発明を構成する有機溶媒としては、沸点
が150℃以下であって液滴中より蒸発するか、又は水
系媒体中に溶出するものであればその組成構造に特に制
限はなく使用でき、例えば、メタノール、メチルアルコ
ール、エチルアルコール、テトラヒドロフラン、アセト
ン等が使用可能である。なお、該有機溶媒の沸点は15
0℃以下であることが必要であるが好ましくは100℃
以下のものである。沸点が150℃より高い有機溶媒で
は粒子中から有機溶媒が除去するのが困難なため微小な
粒径の高分子微粒子が得られない。有機溶媒は、重合性
単量体100重量部に対して10〜5000重量部の割
合で混合され、好ましくは50〜2000重量部であ
る。有機溶媒の割合が10重量部より少ないと微小な粒
径の高分子微粒子が得られなく、5000重量部より多
いと重合反応が阻害され、高分子微粒子が得られにく
い。本発明を構成する重合開始剤としては、重合性単量
体に可溶であることが好ましく、このような重合開始剤
としては、N,N’−アゾビスイソブチロニトリル、
2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−ア
ゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,
2’−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレ
ロニトリル、その他のアゾ系またはジアゾ系重合開始
剤;ベンゾイルパーオキサイド、メチルエチルケトンパ
ーオキサイド、イソプロピルパーオキシカーボネート、
その他の過酸化物系重合開始剤等が挙げられる。また、
分散相には染料や顔料等の着色剤を溶解あるいは分散さ
せて重合性単量体を重合し、着色性の高分子微粒子を得
ることもできる。染料や顔料としては、例えば、カーボ
ンブラック、鉄黒、ローズベンガル、ベンジジンイエロ
ー、キナクリドン、ローダミンB、フタロシアニンおよ
びこれらの混合物等が挙げられる。
【0007】本発明においては、重合性単量体と有機溶
媒との混合物に重合性開始剤を加え分散相を形成し、該
分散相を水を主体とする水系媒体中に分散し、重合反応
させるものであり、この場合、分散相を水系媒体中に分
散するための攪拌手段としては、タービン型の攪拌機等
の従来から懸濁重合法に用いられる攪拌手段を使用する
ことができる。また、重合反応は、通常、重合温度50
℃以上でおこなわれ、重合開始剤の分解温度を考慮して
温度を設定する。設定温度が高すぎると、重合開始剤の
急激な分解が生じ、分子量などに影響を与えるため好ま
しくない。分散相と水系媒体との混合比は、重量比で
1:1〜1:10が好ましく、さらに好ましくは1:2
〜1:10である。分散相1に対し水系媒体の割合が1
未満の場合は、懸濁液が得られないため高分子微粒子が
得られにくく、分散相1に対し水系媒体の割合が10よ
り多い場合は、重合性単量体の量が少ないため単位時間
あたりの生産性に劣る場合がある。なお、水系媒体は前
記のとおり水を主体とするものであるが水以外に重合性
単量体も、又その重合体を溶解しない有機溶媒が適用可
能である。また、水系媒体には分散相の分散向上のため
分散安定剤を添加することが好ましく、分散安定剤とし
ては、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコ
ールのような有機化合物、硫酸カルシウム、燐酸三カル
シウムのような水難溶性無機微粒子が使用可能である。
かかる分散安定剤の添加量は、水系媒体に対して0.2
〜20重量%が好ましく、より好ましくは0.5〜5重
量%である。分散安定剤の添加量が0.2重量%より少
ないと分散相の充分な分散安定性が得られにくく、20
重量%より多いと重合反応から得られた高分子微粒子か
ら分散安定剤を除去しにくくなる。さらに分散安定剤の
助剤として界面活性剤、例えばドデシルスルフォン酸ナ
トリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウムな
どを加えることも可能である。そのほか水系媒体に塩化
ナトリウム、硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム
等の中性塩を乳化防止の目的で加えてもよい。また重合
反応して得られた高分子微粒子の合一を防ぐ目的で、グ
リセリン、エチレングリコール等の増粘剤を加えてもよ
い。
【0008】
【実施例】次に、本発明を実施例ならびに比較例によっ
て具体的に説明する。 (A)分散相の調製 (1)スチレン200gにメタノール(沸点64・5
℃)1000gを加え混合した混合液に、N,N’−ア
ゾビスイソブチロニトリル2.5gを加え溶解させ、得
られた分散液を分散相(a)とした。 (2)(1)の分散相の調製において、メタノールの代
わりにテトラヒドロフラン(沸点65〜66℃)100
0gを用いる以外は同様の方法で調製した分散液を分散
相(b)とした。 (3)(1)の分散相の調製において、メタノールの代
わりにジエチレングリコールジエチルエーテル(沸点1
90℃)1000gを用いる以外は同様の方法で調製し
た分散液を分散相(c)とした。
【0009】(4)スチレン200gにメタノール10
00gを加え混合した混合液に、カーボンブラック(キ
ャボット社製、商品名:ACARB304)を20g加
え、ホモミキサーM型(特殊機化工業社製)にて500
0rpmで10分間攪拌し、カーボンブラック分散液を
得た。この分散液に重合開始剤N,N’−アゾビスイソ
ブチロニトリル5.0gを加え溶解させた。得られた分
散液を分散相(d)とする。 (5)スチレン200gにメタノール1000gを加え
混合した混合液に、ローズベンガル(和光純薬製)0.
5gを加え、タービン攪拌翼にて150rpmで10分
間攪拌し、ローズベンガル溶液を得た。この溶液に重合
開始剤N,N’−アゾビスイソブチロニトリル2.5g
を加え溶解させた。得られた溶液を分散相(e)とす
る。
【0010】(B)水系媒体の調製 水1000gに、燐酸三カルシウム(太平化学産業株式
会社製 商品名:TCP−10)100gを加えよく攪
拌した。さらに、ドデシル硫酸ナトリウム0.8gを加
え、溶解させた液を水系媒体とする。 <実施例1>2Lのセパラブルフラスコに前記水系媒体
1000gを加え、さらに前記分散相(a)200gを
加えた後、分散機(ホモミキサーM型、特殊機化工業社
製)を用いて10000rpmで5分間分散させた。分
散機を取り外し、直径85mmのタービン型攪拌器を代
わりに設置し、150rpmで攪拌しながら、フラスコ
を水浴にて80℃で7時間加熱し、さらに90℃に昇温
した後1時間加熱した。そして、室温まで冷却した後、
フラスコの内容物を10Lのステンレス容器に移し、8
000gの水と20gの濃硝酸を加えて30分間攪拌し
た。そして、遠心脱水機により水分のほとんどを除去し
た後、真空乾燥機により水分が0.3%以下になるまで
乾燥させることにより高分子微粒子を得た。この高分子
微粒子の形状を光学顕微鏡で観察したところ、いずれも
真球状の形態を有していた。 <実施例2>実施例1において、分散相(a)の代わり
に分散相(b)を用いる他は同様の方法で高分子微粒子
を得た。この高分子微粒子の形状を光学顕微鏡で観察し
たところ、いずれも真球状の形態を有していた。
【0011】<実施例3>2Lのセパラブルフラスコに
前記水系媒体1000gを加え、さらに前記分散相
(b)を300gを加えた後、分散機(ホモミキサーM
型、特殊機化工業社製)を用いて10000rpmで5
分間分散させた。その後の操作は実施例1と同様の方法
で高分子微粒子を得た。この高分子微粒子の形状を光学
顕微鏡で観察したところ、いずれも真球状の形態を有し
ていた。 <実施例4>実施例1において、分散相(a)の代わり
に分散相(d)を用いる他は同様の方法で高分子微粒子
を得た。この高分子微粒子の形状を光学顕微鏡で観察し
たところ、いずれも真球状の形態を有していた。 <実施例 5>実施例1において、分散相(a)の代わ
りに分散相(e)を用いる他は同様の方法で高分子微粒
子を得た。この高分子微粒子の形状を光学顕微鏡で観察
したところ、いずれも真球状の形態を有していた。 <比較例 1>前記分散相の調製(1)において、メタ
ノールの添加を省略して調製した他は同様にして分散相
(f)を得た。そして、実施例1において、分散相
(a)の代わりに分散相(f)を用いる他は同様の方法
で高分子微粒子を得た。この高分子微粒子の形状を光学
顕微鏡で観察したところ、いずれも真球状の形態を有し
ていた。 <比較例 2>実施例1において、分散相(a)の代わ
りに分散相(c)を用いる他は、実施例1と同様の方法
で高分子微粒子を得た。この高分子微粒子の形状を光学
顕微鏡で観察したところ、いずれも真球状の形態を有し
ていた。
【0012】以上により得られた実施例および比較例の
高分子微粒子における体積平均粒子径をコールターカウ
ンター(アパーチャー100μm)を用いて測定し、そ
の結果を表1に示した。表1から明かなように本発明の
懸濁重合法により得られた実施例1〜5の高分子微粒子
は2.7〜4.5μmという微小な体積平均粒子径を有
していた。これに対し、比較用の高分子微粒子は5μm
以下の体積平均粒子径を得ることができなかった。
【0013】
【表1】
【0014】
【発明の効果】本発明の懸濁重合法によれば、1〜5μ
m程度の粒子径をもつ高分子微粒子を容易に得ることが
できるという優れた効果を有するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−173003(JP,A) 特開 昭56−66858(JP,A) 特開 平3−292303(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08F 2/00 - 2/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重合性単量体と、重合性単量体100重
    量部に対して10〜5000重量部の沸点150℃以下
    の有機溶媒との混合物中に重合開始剤を加えて分散相を
    形成し、該分散相を撹拌手段を用いて水系媒体中に分散
    して液滴を得た後重合反応を行い高分子微粒子を得る
    濁重合法であって、該有機溶媒は液滴中より蒸発する
    か、又は水系媒体中に溶出するものであることを特徴と
    する懸濁重合法。
  2. 【請求項2】 分散相と水系媒体との重量比が1:1〜
    1:10であることを特徴とする請求項1記載の懸濁重
    合法。
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