JP3265653B2 - 複合粒子、中空粒子とそれらの製造方法 - Google Patents
複合粒子、中空粒子とそれらの製造方法Info
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Description
それらの製造方法に関し、さらに詳しくは高強度、かつ
高耐熱性であり、高機能を発現することができ、化粧
品、電子材料、半導体材料、研磨剤、コーティング剤、
塗料、スペーサー、光学材料、触媒、充填剤、医薬、診
断薬、トナー、樹脂改質剤、インク、吸着剤、耐紫外線
材料等に好適に使用される複合粒子とその製造方法、並
びに隠蔽率、吸着率、比表面積等が大きく、光学材料、
マイクロカプセル材料、隠蔽材料、カラム充填剤、触
媒、化粧品、耐紫外線材料等に好適に使用される中空粒
子とその製造方法に関する。
は、粒子径分布の狭い重合体粒子等が用いられている。
しかし、該重合体粒子は、強度が劣るため、例えば標準
粒子および滑剤に用いる場合、シェアのかかる、あるい
は高温となる条件では、しばしば粒子が変形若しくは崩
壊してしまう。その結果、重合体粒子の本来有する特性
が生かされず、その使用範囲は非常に限られたものとな
っている。これらの欠点を改善するために、重合体粒
子、例えば架橋性単量体等を共重合させて高架橋体にす
る等の方法が提案されているが、当該方法により得られ
る重合体粒子も未だ満足すべき性能を発揮するまでに至
ってはいない。
用等にも応用されているが、抗原や抗体との親和性、生
体適合性等に限界があるため、その応用範囲が限られて
いる。
熱性材料等のセラミック用途には、数多くの種類の金属
化合物粒子が使用されており、また、用途の多様化、性
能の多様化に応ずるため、種々の複合粒子が提案されて
いる。例えば酸化鉄粒子にケイ素化合物を被覆した複合
粒子を熱処理して針状の磁性体を製造する際の形崩れや
磁性体間の焼結を防止させようとするもの、鉄粉に銅を
被覆した複合粒子を用いて粉末冶金材料としての強度を
上げようとするもの、あるいは酸化鉄粒子にアンチモン
およびアルミニウム酸化物を被覆した複合粒子を用いて
耐熱性を上げようとするもの等が報告されている。しか
し、これらのほとんどが金属化合物同士の複合粒子であ
ることから用途の多様化に充分対応できないため、さら
に種々の機能を発現させ得る複合粒子の開発が特に電子
材料、光学材料等の分野で要求されている。
特に中空金属化合物粒子が有用なものとして注目されて
おり、その製法としては、例えばエアロゾル法により基
本粒子を製造し加熱、乾燥する方法、金属化合物水性ゾ
ルを噴霧、乾燥し焼成する方法、w/o型またはo/w
/o型エマルジョンを調製し加熱して水および油を除去
する方法等が提案されている。しかし、これらの製法に
より得られた中空粒子はいずれも、強度が著しく劣り、
また、その粒子径分布が広がる傾向にある。
分布の狭い重合体粒子は、標準粒子、医薬、診断薬等の
高付加価値分野に使用されて優れた性能を示すにもかか
わらず、高分子であるがゆえに、耐熱性、強靱性、耐光
性、耐摩耗性等において劣り、また生体適合性、粒子表
面の抗原、抗体に対する親和性にも限界がある。従っ
て、これらの欠点を是正する、例えば当該粒子表面を金
属化合物で被覆した複合粒子の開発が望まれている。ま
た、その他の重合体粒子の用途、例えば隠蔽材料、滑
剤、カラム充填剤等の分野においても、従来の重合体粒
子とは異なる性能を有する金属化合物粒子の開発が望ま
れている。
応用可能なセラミックについて、紫外線遮蔽性、吸着
性、増粘性等を有する組成とそれらの性質を有しない組
成とからなる複合粒子の開発が望まれていた。また、近
年、触媒、マイクロカプセル、化粧品等の分野で使用さ
れてきている中空金属化合物粒子に紫外線遮蔽性、吸着
性等を付与することも望まれている。
(a)コアがスチレン重合体またはスチレン/ジビニル
ベンゼン共重合体、(b)シェルがチタニウム化合物お
よび/またはシリコン化合物からなることを特徴とする
粒子径0.07〜50μmの球状重合体−金属化合物複
合粒子を提供するものである。
ドおよび/またはシリコンアルコキシドのアルコール溶
液中またはアルコール/水混合溶液中に、スチレン重合
体またはスチレン/ジビニルベンゼン共重合体の球状重
合体粒子を均一に分散せしめ、加水分解反応により該球
状重合体粒子の表面に均一なチタニウム化合物またはシ
リコン化合物被覆層を設け、さらに必要に応じ、加熱処
理することを特徴とする上記の複合粒子の製造方法を提
供するものである。
び/またはシリコン化合物からなり、内部に空孔を有
し、粒径0.04〜50μm、粒子外径に対する粒子内
径の比が0.3〜0.99であることを特徴とする球状
中空粒子を提供するものである。
ることによりコアの重合体を分解し、粒子内部に空孔を
持たせ、さらに必要に応じ、還元処理することを特徴と
する上記中空粒子の製造方法を提供するものである。
に球状重合体−金属化合物複合粒子について説明する。
しては、耐熱性に特に優れたものにする場合、コアの球
状重合体粒子の重合時に、必要に応じて、架橋性単量体
を使用し、架橋させることが好ましい。該球状重合体粒
子を形成する重合体としては、スチレン、ジビニルベン
ゼンであり、これらは、単独で、または混合して使用し
てもよい。
体の乳化重合、懸濁重合、分散重合等により得ることが
できる。また、予め形成した重合体バルクを粉砕するこ
とによっても得ることができる。以上により得られる球
状重合体粒子の粒子径は、通常、0.05〜50μm、
好ましくは0.05〜20μm、さらに好ましくは0.
1〜10μmである。
は、チタニウム化合物および/またはシリコン化合物で
ある。チタニウム化合物は、とくに紫外線遮蔽性に優れ
たものにする場合、TiO、TiO2等の酸化物が好ま
しい。シリコン化合物は、とくに吸着性、増粘性等に優
れたものにする場合、SiO2 が好ましい。
方法〕以下に、本発明の重合体−金属化合物複合粒子の
製造方法について説明する。上記複合粒子の製造は、ア
ルコール溶液中またはアルコール/水混合溶液中で、チ
タニウムアルコキシドおよび/またはシリコンアルコキ
シドから選ばれる金属アルコキシドを加水分解すること
により得られる金属化合物をコアとなる球状重合体粒子
の表面に均一に被覆せしめ、必要に応じ加熱処理を施こ
すことによりなされる。
i(OCH3)4、Ti(OC2H5) 4、Ti(iso−
OC3H7)4、Ti(OC4H9)4等のチタニウムアルコ
キシド、Si(OCH3)4、Si(OC2H5)、Si
(iso−OC3H7)4、Si(t−OC4H9)4等のシ
リコンアルコキシドが挙げられる。これらの金属アルコ
キシドは単独で、または二種以上を混合して使用するこ
とができる。
ミリモル/反応混合液1l以上、さらに好ましくは0.
1ミリモル/反応混合液1l以上、とくに好ましくは1
ミリモル/反応混合液1l以上であり、上限は一般に
1,000ミリモル/反応混合液1l以下である。な
お、上記反応混合液とは、金属アルコキシドとアルコー
ル溶液またはアルコール/水混合溶液との混合液のこと
をいう。
より容易に加水分解して、例えばTi(OH)4、Ti
O2、Si(OH)4、SiO2のような水酸化物または
酸化物となり、これらがコアとなる球状重合体粒子の表
面に均一に被覆される。
用されるアルコールとしては、例えばメタノール、エタ
ノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブ
タノール、2−ブタノール、t−ブタノール等の飽和ア
ルコールが挙げられる。これらのアルコールは単独で、
または二種以上混合しても使用できる。また、アルコー
ルと水との使用割合については、アルコール1l当り水
が1l以下であることが好ましい。
/反応混合液1l以上、さらに好ましくは0.01g/
反応混合液1l以上、とくに好ましくは0.05g/反
応混合液1l以上であり、上限は一般に1000g/反
応混合液1l以下である。
はアルコール溶液中に、コアとなる球状重合体粒子を均
一に分散させることである。例えば分散状態が悪く、コ
ア粒子となる球状重合体粒子が凝集し、数個〜数百個の
かたまりとなっていれば、その上から金属化合物が被覆
されてしまい、均一な複合粒子が生成されない。また、
生成される複合粒子同士が溶液中で会合、凝集してしま
い、再分散できない場合もある。
溶液中にアルコール可溶性高分子および/または界面活
性剤を分散性改良剤として添加することが好ましい。こ
れらの分散性改良剤の使用量は、コアとなる球状重合体
粒子100重量部に対し、好ましくは1重量部以上、さ
らに好ましくは3〜300重量部、特に好ましくは5〜
250重量部である。
として好ましいものは、ポリビニルピロリドン、ポリビ
ニルアルコール、ポリカルボン酸ソーダ、ヘキサメタリ
ン酸ソーダ、ナフタレンスルホン酸ソーダ、ドデシルベ
ンゼンスルホン酸ソーダ、ドデシル硫酸ソーダ等であ
る。さらに好ましくは、ポリビニルピロリドン、ドデシ
ル硫酸ソーダ等である。これらは単独で、または二種以
上を混合して使用してもよい。
メカニズムは、原則として二種類ある。一つは加水分解
された金属イオンまたは加水分解により生成した錯体が
コアの球状重合体粒子の表面に吸着し、被覆層を形成し
ていくというメカニズムである。もう一つは、非常に小
さな金属化合物微粒子が初期に形成され、ヘテロ凝集に
よって、該金属化合物微粒子がコアである球状重合体粒
子の表面に吸着し、その粒子表面で金属化合物層が成長
していくというメカニズムである。この後者のメカニズ
ムでは、コアである球状重合体粒子の表面に吸着する金
属化合物微粒子の数と粒径により被覆層の厚みをコント
ロールできる。
ある球状重合体粒子に電荷を持たせる必要は必ずしもな
いが、プラスまたはマイナスの電荷を持たせることが好
ましい。
物微粒子の等電点以上のpHで起こる場合、コアとして正
電荷を有する球状重合体粒子を使用すれば効率よく吸着
させることができる。また、金属塩の加水分解反応が金
属化合物微粒子の等電点以下のpHで起こる場合、コアと
して負電荷を有する球状重合体粒子を使用すれば効率よ
く吸着させることができる。
リコンの水酸化物である場合、加熱処理することによ
り、酸化物に変換できる。例えばシェルがTi(OH)
4および/またはSi(OH)4の場合には、不活性ガス
雰囲気下もしくは酵素存在下に、好ましくは50℃以
上、さらに好ましくは100℃以上、コアの重合体粒子
の分解温度以下に加熱することにより、TiO2および
/またはSiO2に変換できる。
O2の場合は水素ガス雰囲気下に好ましくは100℃以
上、さらに好ましくは200℃以上、コアの重合体粒子
の分解温度以下で部分還元することにより、TiOおよ
び/またはSiOに変換することができる。
物複合粒子の粒子径は0.07〜50μm、さらに好ま
しくは0.1〜50μm、特に好ましくは0.1〜10
μmであり、該複合粒子の粒子径に対するコアとなる球
状重合体粒子の粒径の比は好ましくは0.4〜0.9
9、さらに好ましくは0.5〜0.99、特に好ましく
は0.6〜0.99である。
化合物および/またはシリコン化合物からなり、内部に
空孔を有する球状中空粒子の製造方法について述べる。
中空粒子の製造は、前記で得られる球状重合体−金属化
合物複合粒子を、空気または酸素の存在下、コアの重合
体の種類により異なるが好ましくは100℃以上、さら
に好ましくは450℃以上に加熱して、コアの重合体を
分解しガス化させて粒子内部から飛散させ粒子内部に空
孔を形成することによりなされる。さらに、必要に応じ
還元処理して種々の組成の中空粒子を得ることもでき
る。
iO2、SiO2等である場合、例えば上記中空粒子を水
素ガス雰囲気下に好ましくは100℃以上、さらに好ま
しくは200℃以上で部分還元することにより、Ti
O、SiO等に変換することができる。
球状重合体粒子には特に制約はないが、完全に分解し、
ガス化させやすくするためには、架橋していないことが
好ましい。これにより、低温で短時間に空孔を形成させ
ることができる。例えばコアの球状重合体粒子が架橋さ
れている場合、800℃以上、さらに好ましくは110
0℃以上で加熱する必要がある。従って、コアの重合体
の単量体成分としては、加熱により分解する点で、スチ
レン、アクリロニトリル、酢酸ビニル等の単量体を主成
分とし、架橋されていないものが好ましい。
は、中空粒子の表面にクラックが入りやすくなり、ま
た、昇温率および冷却率が急激である場合、シェルが崩
壊しやすくなる。このため、昇温率としては30℃/分
以下、冷却率としては20℃/分以下が好ましい。
ル層を有する中空粒子を得ることができ、しかも粒子
径、空孔径を自由にコントロールすることができる。
常、0.04〜50μm、好ましくは0.04〜40μ
m、さらに好ましくは0.1〜10μm、特に好ましく
は0.2〜1μmである。また、粒子外径に対する内径
の比は、通常、0.3〜0.99、好ましくは0.5〜
0.99、特に好ましくは0.6〜0.99である。
が、本発明はこれらにより限定されるものではない。
リウム1.0gおよびドデシル硫酸ナトリウム0.30
gを入れ、10分間攪拌し、それらを完全溶解させた。
次いで、スチレンを100g添加し、N2ガスをパージ
しながら5分間攪拌した。その後フラスコをウォーター
バスに入れ80℃で4時間反応させ、次いで室温まで冷
却した。冷却後、濾紙を使用し、凝集物を除去した。得
られたスチレン重合体からなる球状重合体粒子分散液の
全固形分は14.7重量%であった。この球状重合体粒
子の平均粒子径は、0.42μmであった。この球状重
合体粒子分散液の濃度を5g/lとなるように蒸留水を
加え調製した。
on X−100(ロームアンドハース社製、非イオン
性界面活性剤)0.5gおよび2,2′−アゾビス(2
−メチルプロピオニトリル)(AIBN.アルドリッチ
社製)1.0gを入れ10分間攪拌し、完全にTrit
on X−100、AIBNを溶解させた。次いで、ス
チレン100gを添加し、N2ガスをパージしながら5
分間攪拌した。その後、このフラスコをウォーターバス
に入れ70℃で12時間反応させ、次いで室温まで冷却
した。冷却後、濾紙を使用し、凝集物を除去した。得ら
れたスチレン重合体粒子からなる球状重合体粒子分散液
の全固形分は14.2重量%であった。この球状重合体
粒子の平均粒子径は、0.17μmであった。この球状
重合体粒子分散液の濃度を5g/lとなるように蒸留水
を加え調製した。
体粒子分散液70g、蒸留水929gおよび過硫酸ナト
リウム1.0gを入れ10分間攪拌し、過硫酸ナトリウ
ムを溶解させた。次いでスチレン90gおよびジビニル
ベンゼン10gを添加し、N2ガスをパージしながら5
分間攪拌した。その後フラスコをウォーターバスに入れ
70℃で12時間反応させ、次いで室温まで冷却した。
冷却後、濾紙を使用し、凝集物を除去した。得られたス
チレン/ジビニルベンゼン共重合体からなる球状重合体
粒子分散液の全固形分は9.6重量%、この球状重合体
粒子の平均粒子径は、0.35μmであった。この球状
重合体粒子分散液の濃度を5g/lとなるように蒸留水
を加え調製した。
−S(球状スチレン重合体粒子)を使用した。平均粒子
径は3.1μmであった。この球状重合体粒子分散液の
濃度を5g/lとなるように蒸留水を加えて調製した。
純薬(株)製]、t−ブチルハイドロキノン、ラウリル
硫酸ナトリウムおよび水を重量比で100:10:0.
5:0.5:2の割合で混合・攪拌して乳化し、粒径が
0.3〜20μmである重合性単量体の水分散液を得
た。平均粒径3μmのポリスチレン単分散液(固形分1
8.1重量%)14.3部を水113.3部に添加し分
散させ、さらにこのシード粒子の水分散体にポリビニル
アルコールの5重量%水溶液60部を加えて、83℃に
昇温した。このシード粒子の水分散体に上記重合性単量
体の水分散液およびポリビニルアルコールの1重量%水
溶液を6時間かけて滴下し平均粒径20μmの単分散重
合体粒子を得た。この球状重合体粒子分散液の濃度を5
g/lとなるように蒸留水を加えて調製した。
l)60ml、ポリビニルピロリドン(Mw、36万)
0.6g、チタン酸テトラ−n−ブチル(モノマー)1
0gおよび水/エタノール2lをセパラブルフラスコに
入れた。この反応混合液を、ホモジナイザーでよく攪拌
した後、80℃で4時間加熱し加水分解させた。その
後、室温まで冷却し、遠心分離により複合粒子を沈降さ
せ、上澄溶液を分離後、蒸留水を加え、ホモジナイザー
で完全に粒子を分散させた後、複合粒子を分離するとい
う洗浄工程を5回繰り返した。その後、得られた複合粒
子を常温で乾燥した。得られた複合粒子を電子顕微鏡に
て観察したところ、平均粒子径は0.46μm、粒子径
に対するコアの粒径の比が0.91の完全に粒子表面が
均一な層で被覆された球状の複合粒子であった。この複
合粒子を赤外吸収スペクトル、X線回折、熱重量分析、
元素分析、電気泳動装置等にて分析したところ、コアが
ポリスチレン重合体、シェルがTiO2からなる複合粒
子であることが確認された。この複合粒子の電子顕微鏡
写真を図1に示す。
となる。 例−1のスチレン重合体 1.5g/反応混合液1l、 チタン酸テトラ−n−ブチル(モノマー) 5g/反応混合液1l、 ポリビニルピロリドン(Mw、36万) 0.3g/反応混合液1l、 水/エタノール 3(体積%)。
せる時に使用する成分および製造条件を表1〜3に示す
ように変えたものを実施例2〜15とした。結果として
得られた複合粒子の形状、組成等について実施例1と併
せて表1〜3に示す。
共重合体、シェルがTiOの複合粒子5gを水素ガス雰
囲気下で室温から300℃まで10℃/分の条件で昇温
し、300℃で3時間ホールドした。その後10℃/分
の割合で室温まで冷却した。得られた複合粒子の平均粒
子径は0.42μm、粒子外径に対するコア粒子径の比
が0.86であった。この複合粒子を実施例1と同様に
して分析したところ、コアがスチレン/ジビニルベンゼ
ン共重合体であり、シェルがTiOであった。
複合粒子および焼成条件を表4に示すように変えたもの
を実施例17〜21とした。結果として得られた複合粒
子の形状、組成等について、実施例16と併せて表4に
示した。
iO2の複合粒子5gを空気雰囲気下で室温から600
℃まで10℃/分の条件で昇温し、600℃で3時間ホ
ールドした。その後10℃/分の割合で室温まで冷却し
た。得られた中空粒子を電子顕微鏡にて観察したとこ
ろ、平均粒子径は0.42μm、粒子外径に対する内部
空孔径の比は0.86であった。この中空粒子を赤外吸
収スペクトル、X線回折、元素分析、電気泳動装置等に
て分析したところ、コアが空孔、シェルがTiO2から
なる中空粒子であることが確認された。この複合粒子の
電子顕微鏡写真を図2に示す。
複合粒子および製造条件を表5および表6に示すように
変えたものを実施例23〜31とした。結果として得ら
れた中空粒子の形状、組成等について、実施例22と併
せて表5および表6に示す。
気下で室温から300℃まで10℃/分の条件で昇温
し、300℃で1時間ホールドした。その後10℃/分
の割合で室温まで冷却した。得られた中空粒子の平均粒
子径は0.40μm、粒子径に対する内部空孔径の比が
0.88であった。この中空粒子を赤外吸収スペクト
ル、X線回折、元素分析等にて分析したところ、コアが
空孔、シェルがTiOであった。
中空粒子および製造条件を表7に示すように変えたもの
を実施例33〜35とした。結果として得られた中空粒
子の形状、組成等について、実施例32と併せて表7に
示す。
複合粒子、中空粒子とそれらの製造方法に関し、高強
度、高耐熱性であり、高機能を発現することができ、化
粧品、電子材料、半導体材料、塗料、研磨剤、スペーサ
ー、コーティング剤、光学材料、触媒、充填剤、医薬、
診断薬、トナー、樹脂改質剤、インク、吸着剤、耐紫外
線材料等に好適に使用される複合粒子とその製造方法、
並びに隠蔽率、吸着率、比表面積等が大きく、光学材
料、マイクロカプセル材料、隠蔽材料、化粧品、カラム
充填剤、触媒等に好適に使用される中空粒子とその製造
方法に関する。
ア)/TiO2複合粒子構造を示す電子顕微鏡写真であ
る。図中の目盛りは0.5μmを示す。
示す電子顕微鏡写真である。図中の目盛りは0.5μm
を示す。
Claims (4)
- 【請求項1】 (a)コアがスチレン重合体またはスチ
レン/ジビニルベンゼン共重合体、(b)シェルがチタ
ニウム化合物および/またはシリコン化合物からなるこ
とを特徴とする粒子径0.07〜50μmの球状重合体
−金属化合物複合粒子。 - 【請求項2】 チタニウムアルコキシドおよび/または
シリコンアルコキシドのアルコール溶液中またはアルコ
ール/水混合溶液中に、スチレン重合体またはスチレン
/ジビニルベンゼン共重合体の球状重合体粒子を均一に
分散せしめ、加水分解反応により該球状重合体粒子の表
面に均一なチタニウム化合物またはシリコン化合物被覆
層を設け、さらに必要に応じ、加熱処理することを特徴
とする請求項1記載の複合粒子の製造方法。 - 【請求項3】 チタニウム化合物および/またはシリコ
ン化合物からなり、内部に空孔を有し、粒径0.04〜
50μm、粒子外径に対する粒子内径の比が0.3〜
0.99であることを特徴とする球状中空粒子。 - 【請求項4】 請求項1記載の複合粒子を加熱すること
によりコアの重合体を分解し、粒子内部に空孔を持た
せ、さらに必要に応じ、還元処理することを特徴とする
請求項3記載の中空粒子の製造方法。
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JP30259292A JP3265653B2 (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 複合粒子、中空粒子とそれらの製造方法 |
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JPH06142491A JPH06142491A (ja) | 1994-05-24 |
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