JP4210566B2 - 中空樹脂微粒子の製造方法及び中空樹脂微粒子 - Google Patents
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例えば、近年、ディーゼル車から排出される排ガスの微粒子捕集用フィルタ(ディーゼルパティキュレートフィルタ)として多孔質セラミックハニカムフィルタが種々提案されているが、このような多孔質セラミックハニカムフィルタを製造する際の造孔剤として、中空樹脂微粒子が好適に用いられる。即ち、多孔質セラミックハニカムフィルタを製造する際には、その細孔径を制御するために造孔剤を用いるが、該造孔剤として中空樹脂微粒子を用いれば、従来の有機高分子やグラファイトを造孔剤として用いた場合に比べて燃焼熱を抑えることができ、フィルタに歪みがかかりクラックが生じたりするのを防止することができる。このような目的により中空樹脂微粒子を造孔剤として用いる場合には、より燃焼熱を抑えるためにできる限り空隙率が高いことが好ましい。一方、セラミック組成物を混合するとき又は成形するときに機械的剪断力がかかることから、中空樹脂微粒子には一定以上の強度が求められる。
以下に本発明を詳述する。
重合用モノマーを構成する単官能性モノマーとしては、特に限定されないが、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、クミル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ミリスチル(メタ)アクリレート、パルミチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリル酸、グリシジル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート等の極性基含有(メタ)アクリル系モノマー、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−クロロスチレン等の芳香族ビニルモノマー、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル、塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン含有モノマー、ビニルピリジン、2−アクリロイルオキシエチルフタル酸、イタコン酸、フマル酸、エチレン、プロピレン等が挙げられ、これらは単独または2種類以上を組み合わせて用いることができる。
上記非重合性有機溶剤の添加量により、得られる中空樹脂微粒子の空隙率を調整することができる。
上記非重合性有機溶剤の添加量としては特に限定されないが、好ましい下限は、上記モノマー成分100重量部に対して100重量部、好ましい上限は900重量部である。100重量部未満であると、得られる中空樹脂微粒子の空隙率が低くなり、900重量部を超えると、空隙率が大きくなりすぎて中空樹脂微粒子の強度が低下することがある。より好ましい下限は200重量部、より好ましい上限は400重量部である。
上記水溶性高分子化合物は、樹脂微粒子の調整工程においてはモノマー成分からなる液滴を懸濁させるための分散安定剤としての役割を有するとともに、樹脂微粒子形成後には架橋剤により架橋することにより樹脂微粒子の強度を向上させる役割をも有する。
上記水溶性高分子化合物としては、極性媒体中に溶解することができ、かつ、架橋剤により架橋可能な官能基を有するものであれば特に限定されない。ここで上記架橋剤により架橋可能な官能基は、上記水溶性高分子化合物に水溶性を付与する親水性基と同一であってもよく、異なっていてもよい。
上記架橋剤により架橋可能な官能基として水酸基を有する水溶性高分子化合物としては、例えば、ポリビニルアルコール;カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース誘導体;アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコールエステル等のアルギンサン類等が挙げられる。
上記架橋剤により架橋可能な官能基としてカルボキシル基を有する水溶性高分子化合物としては、例えば、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリル酸共重合体等のポリ(メタ)アクリル酸類;ゼラチン、ポリアミノ酸、アラビアゴム等が挙げられる。
上記架橋剤により架橋可能な官能基としてアミノ基を有する水溶性高分子化合物としては、例えば、ゼラチン、ポリアミノ酸、アラビアゴム等が挙げられる。
上記架橋剤により架橋可能な官能基としてスルホン酸基を有する水溶性高分子化合物としては、例えば、ポリスチレンスルホン酸等が挙げられる。
上記架橋剤により架橋可能な官能基としてアミド基を有する水溶性高分子化合物としては、例えば、ポリアクリルアミド類、ポリビニルピロリドン等が挙げられる。
上記攪拌の際には、ホモミキサー、バイオミキサー、ホモジナイザー等の機械的攪拌機を用いてもよいし、超音波ホモジナイザー等を用いてもよい。得られる中空樹脂微粒子の粒子径は懸濁液中の油滴径に依存するため、分散安定剤の種類や量、又は、撹拌の方法や強度等により容易に制御することができる。
上記モノマー成分を重合する温度は、用いるモノマー成分の組成や分子量、重合開始剤の種類や量等によって適宜決定されるが、通常は30〜100℃の範囲で行なわれる。
重合終了後媒体を除去すれば、非重合性有機溶剤及び架橋剤により架橋可能な官能基を有する水溶性高分子化合物を含有する樹脂微粒子が得られる。
上記架橋剤としては、上記水溶性高分子化合物の有する官能基の種類により適当なものを選択する。
上記官能基が水酸基である場合には、上記架橋剤としては、例えば、グリオキザール、硫黄を含んだジアルデヒド、グリオキザール−エチレングリコール反応物、両末端アルデヒド化ポバール、ジアルデヒドデンプン、ポリアクロレイン等のアルデヒド類;N−メチロール尿素、N−メチロールメラミン、トリメチロールメラミン、ヘキサメチロールメラミン等のメチロール化合物;β−ヒドロキシエチルスルホン等の活性ビニル化合物;エピクロルヒドリン、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールA型ジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、3官能以上のポリエチレングリコールのグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ソルビタンポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;ジカルボン酸、コハク酸、トリエチレングリコールとアクリル酸メチルのマイケル付加物、ポリアクリル酸、メチルビニルエーテル−マレイン酸共重合体とイソブチレン−無水マレイン酸共重合体ブレンド等の多価カルボン酸;トリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート等の芳香族イソシアネ−ト;ヘキサメチレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート;フェノール類、アセチルアセトン、マロン酸ジエチルエステル、重亜硫酸ソーダ、ラクタム類、オキシム類、アミド類、第三級アルコール類等をブロック剤とする多価イソシアネート等のブロックイソシアネ−ト;無機、有機金属系架橋剤が挙げられる。
上記金属系架橋剤としては、水や水系溶剤に溶解して2価以上の金属イオンや錯イオンを発生する水溶性の金属化合物や重合体であれば特に限定されない。このようなイオンの金属種としては特に限定されず、例えば、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)等のアルカリ土類金属;チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)等の周期表4A族元素;鉄(Fe)、ルテニウム(Ru)等の周期表8族金属;銅(Cu)等の周期表11族金属;亜鉛(Zn)等の周期表12族元素;ホウ素(B)、アルミニウム(Al)等の周期表13族元素等が挙げられる。また、これらの金属イオンや錯イオンを発生する水溶性の金属化合物や重合体の形態としては、例えば、フッ化物、塩化物等のハロゲン化物;過塩素酸塩等の過ハロゲン酸塩;水酸化物;硫酸塩;硝酸塩;リン酸塩;水酸化アンモニウム塩;炭酸アンモニウム塩;酢酸塩、プロピオン酸塩等のカルボン酸塩等が挙げられ、有機酸や無機酸の形態として、塩化物、硝酸塩、酢酸塩、炭酸アンモニウム塩等が挙げられる。
上記官能基がスルホン酸基である場合には、上記架橋剤としては、例えば、アミン化合物、上記アジリジニル基含有化合物、金属系架橋剤等が挙げられる。
上記官能基がアミド基である場合には、上記架橋剤としては、例えば、上記金属系架橋剤等が挙げられる。
このようにして得られた中空樹脂微粒子は、高い空隙率を有することができるとともに、
上記モノマー成分内の多官能モノマーによる架橋、及び、上記架橋した水溶性高分子化合物により極めて高い強度を有することができる。
本発明の中空樹脂微粒子の製造方法により製造された中空樹脂微粒子もまた、本発明の1つである。
なお、本明細書において空隙率とは、中空樹脂粒子全体積中に占める中空部体積を百分率(%)で表示したものであり、例えば、アムコ社製ポロシメーター2000を用いて封入水銀圧力2000kg/cm2の条件等にて測定することができる。
なお、本明細書において10%圧縮強度とは、中空樹脂粒子をその粒子径に対して10%圧縮するのに必要な圧力を意味し、例えば、島津製作所社製微小圧縮試験機MCTM−500等を用いて測定することができる。
空隙率70%以上であり、かつ、10%圧縮強度が7MPa以上である中空樹脂微粒子もまた、本発明の1つである。
このような高い空隙率と強度とを両立した中空樹脂微粒子は、従来は存在しなかったが、本発明の中空樹脂微粒子の製造方法によれば工業的に製造することができる。
水287.00gに対してポリビニルアルコール3.00gを、水溶性重合禁止剤の亜硝酸ナトリウム0.05g、ポリビニルアルコール架橋剤(三晶社製、SEQUAREZ755)10.00gを溶解した。
別に、メチル(メタ)アクリレート40.00g、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート10.00gからなるモノマー混合物と、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル0.5gと、有機溶剤としてシクロヘキサン40.00g、酢酸エチル10.00gとを混合したモノマー溶液を調製した。
得られたモノマー溶液を、ポリビニルアルコールを溶解した水中に加え、攪拌分散装置を用いて2分間攪拌して、懸濁液を得た。
得られた懸濁液を60℃にまで昇温し、4時間加熱を続けて樹脂微粒子を得た。
得られた中空樹脂微粒子について空隙率を測定したところ約50%であった。また、島津製作所社製微小圧縮試験機MCTM−500を用いて10%圧縮強度を測定したところ18.9MPaであった。
モノマー溶液を、メチル(メタ)アクリレート15.00g、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート15.00gからなるモノマー混合物と、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル0.5gと、有機溶剤としてシクロヘキサン35.00g、酢酸エチル35.00gとを混合して調製した以外は実施例1と同様の方法により中空微粒子を得た。
得られた中空樹脂微粒子について空隙率を測定したところ約70%であった。また、島津製作所社製微小圧縮試験機MCTM−500を用いて10%圧縮強度を測定したところ12.8MPaであった。
ポリビニルアルコール架橋剤を用いず、ポリビニルアルコールの架橋を行わなかった以外は実施例1と同様の方法により中空樹脂微粒子を得た。
得られた中空樹脂微粒子について空隙率を測定したところ約46%であった。また、島津製作所社製微小圧縮試験機MCTM−500を用いて10%圧縮強度を測定したところ14.2MPaであった。
加熱して内包するシクロヘキサン及び酢酸エチルを除く工程において、中空樹脂微粒子の中空部の収縮が起こり、所期の空隙率の中空樹脂微粒子は得られなかった。
ポリビニルアルコール架橋剤を用いず、ポリビニルアルコールの架橋を行わなかった以外は実施例2と同様の方法により中空樹脂微粒子を得た。
得られた中空樹脂微粒子について空隙率を測定したところ約56%であった。また、島津製作所社製微小圧縮試験機MCTM−500を用いて10%圧縮強度を測定したところ10.8MPaであった。
加熱して内包するシクロヘキサン及び酢酸エチルを除く工程において、中空樹脂微粒子の中空部の収縮が起こり、所期の空隙率の中空樹脂微粒子は得られなかった。
Claims (1)
- モノマー成分、重合開始剤及び非重合性有機溶剤を、架橋剤により架橋可能な官能基を有する水溶性高分子化合物を含有する極性媒体中に懸濁した懸濁液を調製する工程と、
前記懸濁液を加熱してモノマー成分を重合し、非重合性有機溶剤及び架橋剤により架橋可能な官能基を有する水溶性高分子化合物を含有する樹脂微粒子を得る工程と、
前記非重合性有機溶剤及び架橋剤により架橋可能な官能基を有する水溶性高分子化合物を含有する樹脂微粒子と架橋剤とを反応させる工程と、
前記樹脂微粒子から前記非重合性有機溶剤を除去する工程とを有する
ことを特徴とする中空樹脂微粒子の製造方法。
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