JP3467399B2 - ビニル系重合体の球状微粒子の製造方法 - Google Patents

ビニル系重合体の球状微粒子の製造方法

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    • C08F2/00Processes of polymerisation
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、粗大粒子および
凝集粒子のないビニル系架橋重合体の球状微粒子を得る
懸濁重合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、架橋重合体の球状微粒子、特に平
均粒径が1〜50μmの球状微粒子は、滑り性付与剤、
トナー、塗料用艶消し剤、樹脂の光拡散剤等の分野で広
く使用されている。このような球状微粒子は、通常、シ
ード乳化重合、分散重合、懸濁重合等により製造されて
いる。
【0003】しかしながら、シード乳化重合では、粒径
が1〜5μm程度の粒子を得るためにはシード乳化重合
を複数回繰り返す必要があるので手間がかかり、10μ
m以上の粒子を得るのは実質的に難しい。また、分散重
合でも平均粒径が10μm以上の粒子を得ることは難し
く、10μm以下の粒子を得る場合にはアルコール等の
溶剤を使用するため製造コストが高くなり工業的ではな
い。
【0004】さらに、懸濁重合では、粒子を安価に製造
することはできるが、平均粒径が100μm以下の粒子
を得るためには、液滴を高剪断下で分散と衝突を繰り返
しながら製造しなければならず、それでもなお凝集粒子
および粗大粒子が生成し易い。他方、ビニル基を2個以
上有する多官能性単量体(架橋剤)とビニル系単量体と
を重合させて架橋重合体の微粒子を製造する場合、シー
ド乳化重合では単量体が粒子表面層でリッチな状態とな
り粘性が高くなるため、また分散重合では粒子表面が滑
らかでないため生成した粒子が凝集しやすくなる。ま
た、たとえ所望の粒径を有する粒子ができても架橋量が
制限されるため、耐溶剤性が必要な分野等ではその架橋
微粒子が使用できなくなる。しかも再現性を期待し難
い。特に、架橋剤を添加して懸濁重合を行う場合には、
架橋剤の添加により液滴が不安定になり、架橋剤を添加
しないときに比べて凝集粒子および粗大粒子がより生成
し易くなる。
【0005】凝集粒子や粗大粒子、殊に不定形の凝集体
が存在すると、これを化粧品等の滑り性付与剤として使
用すれば、凝集体が球状でないため滑り性を低下させ、
また塗料用艶消し剤に使用すれば、凝集体によりざらつ
きや意匠性のばらつきなどをひきおこす。そのため、重
合反応により得られた微粒子から凝集粒子や粗大粒子を
除去する必要があり、分級等に様々な手間を要すること
になる。
【0006】このような問題を解決する種々の方法が提
案されている。例えば、特開昭52−47881号、特
開昭52−47882号、特開昭52−51483号で
は、ビニル系単量体を難溶性リン酸塩の存在下に水性媒
体中で懸濁重合する際に、懸濁助剤として非イオン界面
活性剤を使用し、重合の途中で陰イオン界面活性剤や難
溶性リン酸塩、水溶性高分子保護コロイドを添加するこ
とにより、重合体粒子の粒径分布を狭くする方法が開示
されている。
【0007】また、特開平3−64308号では、難水
溶性無機塩と中性の水溶性無機塩を含有する水性媒体中
でスチレン単量体を懸濁重合させる際に、重合途中で陰
イオン界面活性剤と難水溶性無機塩とを添加することに
より、重合体粒子の粒径分布を狭くする方法が開示され
ている。しかし、これらの方法でも、懸濁助剤として非
イオン界面活性剤や水溶性無機塩を使用しているため、
100μm以下の微粒子を製造するのが困難であるとい
う欠点があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来、ビニル基を2個
以上有する多官能性単量体(架橋剤)とビニル系単量体
からなる架橋重合体の微粒子を、懸濁重合により製造す
ることは困難であった。この発明は、凝集粒子および粗
大粒子が生成しない架橋球状微粒子を懸濁重合により製
造する方法を提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究を
重ねた結果、難水溶性無機塩とアニオン系界面活性剤と
を含む水性媒体中で、ビニル系架橋剤とビニル系単量体
との混合液に重合開始剤を加え、高剪断下で重合させ、
重合反応の途中でアニオン系界面活性剤を投入すること
により、粗大粒子および凝集粒子のない架橋微粒子が得
られることを見出し、この発明を完成した。
【0010】すなわち、この発明は、難水溶性無機塩お
よび懸濁助剤としてのアニオン系界面活性剤を含む水性
媒体中で、ビニル基を2個以上有する多官能性単量体
(架橋剤)とビニル系単量体とを懸濁重合させるにあた
り、ビニル系単量体の重合率が10〜40%の段階で反
応混合物にアニオン系界面活性剤を加えることにより、
粗大粒子および凝集粒子のない球状微粒子を得ることを
特徴とするビニル系重合体微粒子の製造方法を提供する
ものである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、この発明をより詳細に説明
する。この発明で使用されるビニル系単量体としては、
特に限定されないが、アクリル酸メチル、アクリル酸ブ
チル、アクリル酸2−エチルへキシル等のアクリル酸エ
ステル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、メ
タクリル酸へキシル等のメタクリル酸エステル、スチレ
ン、pーメチルスチレン、α−メチルスチレン等の芳香
族系ビニル単量体、酢酸ビニル、アクリロニトリル等が
挙げられる。また、ビニル系単量体として、(メタ)ア
クリル酸エステルを主成分とし、これと共重合可能な他
の単量体を併用することもできる。(メタ)アクリル酸
エステルを主成分とした単量体とビニル基を2個以上有
する多官能性単量体との懸濁重合において、この発明の
効果は特に顕著である。
【0012】この発明で架橋剤として使用されるビニル
基を2個以上有する多官能性単量体としては、特に限定
されないが、エチレングリコールジ(メタ)アクリレー
ト、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレー
ト、ジビニルベンゼン等が挙げられる。多官能性単量体
の使用量は、ビニル系単量体に対して、0.3〜15重
量%程度が好ましい。
【0013】多官能性単量体の使用量が0.3重量%未
満では、得られるビニル系重合体微粒子の耐溶剤性、熱
安定性が十分でなく、そのような微粒子を塗料用艶消し
剤や光拡散剤に使用したときに所望の効果を期待し難
い。また、その使用量が15重量%を越えると、重合途
中にアニオン系界面活性剤を加えても、十分な凝集防止
効果が得られ難い。
【0014】この発明で使用される難水溶性無機塩とし
ては、特に限定されないが、難水溶性燐酸第3カルシウ
ム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ピロ燐酸塩等
が挙げられ、難水溶性燐酸第3カルシウムおよびピロ燐
酸塩が特に好ましい。難水溶性無機塩の使用量は、通
常、ビニル系単量体に対して0.2〜20重量%程度で
あり、好ましくは0.5〜10重量%程度である。
【0015】難水溶性無機塩の使用量が0.2重量%未
満であると、得られる微粒子の分散安定性が劣り、粗大
粒子が多量に生成したり、分散不良を生じたりすること
がある。また、その使用量が20重量%を越えると、重
合反応系全体の粘性が上がりすぎてチキソトロピー性を
示し、攪拌による効果が得られ難い。
【0016】この発明で使用されるアニオン系界面活性
剤としては、特に限定されないが、アルキル硫酸ソー
ダ、α−オレフィンスルホン酸ソーダ、アルキルベンゼ
ンスルホン酸ソーダ、アルキルナフタリンスルホン酸ソ
ーダ、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリ
ル硫酸ナトリウム等が挙げられる。アニオン系界面活性
剤の当初の使用量は、通常、水性媒体に対して0.00
2〜0.5重量%程度であり、好ましくは0.005〜
0.3重量%程度である。
【0017】このアニオン系界面活性剤の使用量が0.
002重量%未満であると、懸濁液を高剪断で攪拌して
も、得られる粒子の平均粒径が100μm以下になり難
く、逆にその使用量が0.5重量%を越えると、ビニル
系単量体が水に溶け込み、乳化する恐れがある。この発
明で用いられる重合開始剤は、特に限定されないが、過
酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル等の過酸化物系触
媒、アゾビスイソブチロニトリルのようなアゾ系触媒が
挙げられる。
【0018】この発明の重合途中で加えられるアニオン
系界面活性剤としては、重合反応前に水性媒体に添加さ
れるアニオン系界面活性剤と同様のものが挙げられ、両
者は同種のものであっても異種のものであってもよい。
重合途中でアニオン系界面活性剤を投入する時期は、ビ
ニル系単量体の重合率が約10〜40%の範囲にあると
きが好ましい。ビニル系単量体の重合率が10%未満の
ときにアニオン系界面活性剤を投入すると、凝集防止の
効果が劣り、乳化物が生じやすい。また、重合率が40
%を越えた後では、アニオン系界面活性剤を投入しても
凝集防止の効果は得られ難い。
【0019】ビニル系単量体の重合率が約10〜40%
の段階で投入されるアニオン系界面活性剤の使用量は、
水性媒体に対して通常0.001〜0.5重量%程度が
好ましい。このアニオン系界面活性剤の使用量が0.0
01重量%未満であると、粒子の凝集を防ぐ効果が十分
でなく、また、逆にこの使用量が0.5重量%を越える
と重合反応系内に乳化物が生じるので好ましくない。
【0020】懸濁重合の際の攪拌は、攪拌翼先端の周速
度が0.6m/s以上であるのが好ましく、これよりも
遅くなると、目標とする平均粒子径100μm以下の球
状微粒子が得られ難い。なお、攪拌翼の形状はファンタ
ービン、ファドラー型等のいずれでもよく、また攪拌翼
は1段であっても複数段であってもよい。
【0021】この発明で得られる球状微粒子の平均粒子
径は1〜100μm程度の範囲内にある。
【0022】
【実施例】以下に、実施例と比較例により、この発明の
方法を具体的に説明するが、この発明はこれらの実施例
により限定されるものではない。以下の実施例と比較例
における平均粒子径と粗大粒子の大きさは、コールター
カウンター(コールター社製)で測定した値であり、粒
子同士の凝集の有無は顕微鏡で観察した結果による。粗
大粒子の有無は、平均粒子径の3倍以上の粒径を有する
粒子の有無で判定した。
【0023】なお、コールターカウンターによる測定条
件は次のとおりである。 使用機器:コールター社製 コールターマルチサイザー
【0024】[実施例1]攪拌機を備えたジャケット式
の5リットル容量のオートクレーブに、難水溶性無機塩
としてピロ燐酸マグネシウム30gおよびアニオン系界
面活性剤としてラウリル硫酸ナトリウム1.5gを水3
kgに溶解してなる水性媒体を入れた。これとは別に、
メタクリル酸メチル990gにエチレングリコールジメ
タクリレート10gとアゾビスイソブチロニトリル5g
とを加えて単量体溶液を調製し、この単量体溶液を上記
のオートクレーブに入れた。オートクレーブ内の温度を
70℃に保ちながら、攪拌翼先端の周速度5.0m/s
で攪拌して、重合率が20%になったところで、アニオ
ン系界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナト
リウム1.5gを加え、さらに6時間懸濁重合を行っ
た。反応混合物を冷却し、濾過し、残渣を洗浄し、乾燥
して微粒子を得た。得られた微粒子は、平均粒子径が
6.7μmであり、粒子径が20μm以上の粗大粒子は
なく、凝集粒子も見られなかった。得られた微粒子の顕
微鏡写真を図1に示す。
【0025】また、粒度分布の測定結果を表1に示し、
そのグラフを図2に示す。
【0026】
【表1】
【0027】[実施例2]エチレングリコールジメタク
リレートに代えて、トリメチロールプロパントリメタク
リレート10gを使用した以外は、実施例1と同様の操
作を行って微粒子を製造した。得られた微粒子は、平均
粒子径が8.2μmであり、20μm以上の粗大粒子は
なく、凝集粒子も見られなかった。
【0028】[実施例3]攪拌翼先端の周速度を2.5
m/sにした以外は実施例1と同様の操作を行って微粒
子を製造した。得られた微粒子は、平均粒子径が27.
4μmであり、80μm以上の粗大粒子はなく、凝集粒
子も見られなかった。
【0029】[比較例1]重合途中で加えるドデシルベ
ンゼンスルホン酸ナトリウムを重合率5%になったとこ
ろで投入した以外は、実施例1と同様の操作を行って微
粒子を製造した。得られた微粒子中には乳化物が多量に
生成しており、また、凝集粒子も見られた。
【0030】[比較例2]重合途中で加えるドデシルベ
ンゼンスルホン酸ナトリウムを重合率50%になったと
ころで投入した以外は、実施例1と同様の操作を行って
微粒子を製造した。得られた微粒子は、そのほとんどが
凝集していた。得られた微粒子の顕微鏡写真を図3に示
す。
【0031】[比較例3]攪拌翼先端の周速度を0.3
m/sに変えた以外は実施例1と同様の操作を行って微
粒子を製造した。得られた微粒子は、平均粒子径が25
0μmであり、目標とする100μm以下の微粒子は得
られなかった。
【0032】
【発明の効果】この発明の方法によれば、懸濁重合によ
り凝集粒子および粗大粒子のない微粒子が得られるた
め、粗大粒子および凝集粒子を分級除去する必要がな
く、所望の平均粒径を有し、かつ粒度分布の狭い微粒子
を簡便に製造することができる。また、この発明の方法
では、分散剤としてポリビニールアルコールのような有
機系分散剤を使用しないため、生成粒子表面に残留する
分散剤による最終製品への悪影響を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られた微粒子の顕微鏡写真であ
る。
【図2】実施例1で得られた微粒子の粒度分布を示すグ
ラフである。
【図3】比較例2で得られた粒子の顕微鏡写真である。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 難水溶性無機塩とアニオン系界面活性剤
    を含む水性媒体中で、ビニル基を2個以上有する多官能
    性単量体とビニル系単量体とを攪拌翼先端の周速度0.
    6m/s以上での攪拌下に懸濁重合させ、ビニル系単量
    体の重合率が10〜40%の段階でアニオン系界面活性
    剤を重合反応系に加えることを特徴とするビニル系重合
    体の球状微粒子の製造方法。
  2. 【請求項2】 球状微粒子の平均粒子径が1〜100μ
    mである請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 球状微粒子に平均粒子径の3倍以上の粒
    子径を有する粒子が混在しない請求項1または2に記載
    の方法。
  4. 【請求項4】 ビニル基を2個以上有する多官能性単量
    体の量がビニル系単量体に対して0.3〜15重量%で
    ある請求項1ないし3のいずれか一つに記載の方法。
  5. 【請求項5】 ビニル系単量体がアクリル酸エステルま
    たはメタクリル酸エステルである請求項1ないしのい
    ずれか一つに記載の方法。
  6. 【請求項6】 難水溶性無機塩が難水溶性燐酸第3カル
    シウムまたはピロ燐酸塩である請求項1ないしのいず
    れか一つに記載の方法。
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