JP4567980B2 - 熱膨張性マイクロカプセルおよび中空樹脂粒子 - Google Patents

熱膨張性マイクロカプセルおよび中空樹脂粒子 Download PDF

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Description

本発明は、熱膨張性マイクロカプセルおよびこれを加熱膨張することにより得られる中空樹脂粒子に関する。さらに詳しくは耐熱性に優れる熱膨張性マイクロカプセルおよび中空樹脂粒子に関する。
熱膨張性マイクロカプセルは、シェルの軟化温度以下にてガス状となる液体を内包し、シェルの軟化温度以上に加熱することにより、シェルを膨張させるものである。従って、シェルを構成する樹脂は、熱可塑性樹脂であって高いガスバリア性と加熱膨張温度以上の耐熱性を有する必要がある。これらの条件を全て満たす樹脂として、塩化ビニル樹脂、ビニルアルコール樹脂、アクリロニトリルを主成分とするアクリル樹脂が挙げられるが、塩化ビニル樹脂は環境負荷が大きく、ビニルアルコール樹脂は水溶性が非常に高いため扱いにくいという問題を有する。そこで、従来よりアクリロニトリルを主成分とするアクリル樹脂をシェルとする熱膨張性マイクロカプセルおよびこれを加熱膨張してなる中空樹脂粒子が検討されている(特許文献1)。
一方で近年熱膨張性マイクロカプセルの利用分野として火炎防止塗料等の200℃以上の超高温領域における膨張性が要求される分野への適用が検討されている。
また中空樹脂粒子の利用分野としても高い耐熱性が要求される分野、例えば自動車に使用されるエンジニアリングプラスチック用の軽量化材、プリンターの定着ロール用断熱材等への適用が検討されている。
これに対して近年、180℃以上の高温領域で熱膨張性マイクロカプセルを安定的に膨張させると共に、得られる中空樹脂粒子の耐熱性を向上させるため、アクリル樹脂であって、重合性二重結合を2個以上有する重合性単量体をシェルの必須構成単位とするもの(特許文献2)や加熱膨張時にカルボキシル基による架橋構造を導入するものが開示されている(特許文献3)。
しかし、上記公報に開示されている耐熱性を向上した熱膨張性マイクロカプセルであっても200℃以上の高温領域においては、膨張倍率が低下し安定的な膨張性が確保できない。また、この熱膨張性マイクロカプセルを加熱膨張することにより得られる中空樹脂粒子も200℃以上の高温領域においては体積収縮を起こす。
特開昭42−26524号公報 国際公開WO99/43758号パンフレット 特開平05−285376号公報
上記のように、現行のアクリル樹脂をシェルとする熱膨張性マクロカプセルおよび中空樹脂粒子は、200℃以上の高温領域において使用することは困難である。本発明の目的は、200℃以上の高温領域においても安定した膨張性を有する熱膨張性マイクロカプセルおよび体積収縮を起こさない中空樹脂粒子を提供することである。
本発明者らは、上記問題を解決するべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。
すなわち本発明は、ガラス転移温度が75℃以上200℃以下であって、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、及びエポキシ樹脂樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種であるポリマー(A)からなるシェルを有し、溶剤(B)を内包することを特徴とする熱膨張性マイクロカプセル(C);およびそれを加熱膨張してなる中空微粒子(D)である。
本発明の熱膨張性マイクロカプセルは、200℃以上の超高温領域において、極めて安定した膨張性を有する。また、この熱膨張性マイクロカプセルを加熱膨張することにより得られる中空樹脂粒子は極めて高い耐熱性を有し、200℃以上の超高温領域においても体積収縮が起こりにくい。
本発明を特徴付けるのは熱膨張性マイクロカプセル(C)のシェル部にガラス転移温度(以後Tgと略記)が75℃以上200℃以下のポリマー(A)を用い、(C)の内部に溶剤(B)を内包することである。
(A)のTgは75℃以上、好ましくは100℃以上、さらに好ましくは110℃以上であり、200℃以下、好ましくは190℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。Tgが75℃未満の場合は耐熱性に劣り、200℃を越える場合は、膨張温度が高くなりすぎる。
ポリマー(A)の組成は、Tgが75℃以上200℃以下であって、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、及びエポキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種であるポリマーである。
これらのうちで好ましいものは、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、およびポリアミド樹脂である。さらに好ましいものは、耐熱性があるという点でポリアミド樹脂およびポリウレタン樹脂であり、特に好ましくはポリアミド樹脂である。
ポリウレタン樹脂は、通常、ポリイソシアネート(a1)と活性水素含有化合物を重付加反応して得られる樹脂である。
(a1)には、ジイソシアネートおよび3官能またはそれ以上の多官能イソシアネートが含まれ;例えば、炭素数(NCO基中の炭素を除く、以下同様)6〜20の芳香族ポリイソシアネート、炭素数2〜18の脂肪族ポリイソシアネート、炭素数6〜15の脂環式ポリイソシアネート、炭素数8〜15の芳香脂肪族ポリイソシアネートおよびこれらのポリイソシアネートの変性物(ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ビューレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基、オキサゾリドン基含有変性物など)およびこれらの2種以上の混合物が含まれる。
上記芳香族ポリイソシアネートの具体例としては、例えば1,3−および/または1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−および/または2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、粗製TDI、2,4’−および/または4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン、 粗製MDI[粗製ジアミノジフェニルメタン〔ホルムアルデヒドと芳香族アミン(アニリン)またはその混合物との縮合生成物;ジアミノジフェニルメタンと少量の(例えば5〜20重量%)の3官能以上のポリアミンとの混合物〕のホスゲン化物;ポリアリールポリイソシアネート]、1,5−ナフチレンジイソシアネート、4,4’,4”−トリフェニルメタントリイソシアネート、m−およびp−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネートが挙げられる。
上記脂肪族ポリイソシアネートの具体例としては、例えばエチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート(2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート)、ビス(2−イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2−イソシアナトエチル)カーボネート、2−イソシアナトエチル−2,6−ジイソシアナトヘキサノエートが挙げられる。
上記脂環式ポリイソシアネートの具体例としては、例えばイソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート(水添MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、ビス(2−イソシアナトエチル)−4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシレート、2,5−および/または2,6−ノルボルナンジイソシアネートが挙げられる。
上記芳香脂肪族ポリイソシアネートの具体例としては、例えばm−および/またはp−キシリレンジイソシアネート、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートが挙げられる。
また、上記ポリイソシアネートの変性物としては、変性MDI(ウレタン変性MDI、カルボジイミド変性MDI、トリヒドロカルビルホスフェート変性MDI)、ウレタン変性TDI、ビューレット変性HDI、イソシアヌレート変性HDI、イソシアヌレート変性IPDIなどのポリイソシアネートの変性物およびこれらの2種以上の混合物[例えば変性MDIとウレタン変性TDI(イソシアネート基含有プレポリマー)との併用]が含まれる。
これらのうちで好ましいものは経日変化による変色が少ないという点で良好な脂肪族および脂環式ポリイソシアネート、特に、HDI、IPDI、水添MDIである。
活性水素含有化合物には、低分子多官能活性水素含有化合物(a2)および高分子ポリオール(a3)が含まれる。
(a2)には、低分子ポリオール(a21)および低分子ポリアミン(a22)が含まれる。
(a21)としては、OH当量[水酸基当たりの数平均分子量(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下GPCと略記)測定、又は滴定法による。]が300未満(好ましくは30〜250)の2〜10価またはそれ以上(好ましくは2〜3価)のポリオールが使用できる。
(a21)の具体例としては、2価アルコール、例えば脂肪族ジオール[直鎖ジオール(エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど)、分岐鎖を有するジオール(プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、3−メチル1,5−ペンタンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、1,2−、1,3−もしくは2,3−ブタンジオールなど)など]、および環状基を有するジオール[たとえば特公昭45−1474号公報記載のもの;1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、m−またはp−キシリレングリコール、2価フェノール[ビスフェノールAなどの(ポリ)オキシアルキレンエーテル(アルキレン基の炭素数2〜4)など];3価〜10価またはそれ以上の多価アルコール、例えばアルカンポリオール(グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど、およびそれらの分子間もしくは分子内脱水物[ジペンタエリスリトール、ポリグリセリン(重合度2〜8)、ソルビタンなど]、糖類およびその誘導体(配糖体)(蔗糖、メチルグルコシドなど);およびこれらのアルキレンオキサイド[以下AOと略記。炭素数2〜10またはそれ以上、例えば後述の(a32)の製造において挙げるもの]低モル付加物;並びにこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
これらのうち好ましいものは多価アルコールであり、さらに好ましいものはグリセリンおよびペンタエリスリトールである。
(a22)には、アミン当量(活性水素原子含有アミノ基当たりの数平均分子量)が300未満(好ましくは30〜250)のジアミンおよび3官能またはそれ以上の多官能アミンが含まれ;(a1)に相当する[(a1)のイソシアネート基がアミノ基に置き換わった]ポリアミンが含まれる。具体的には、ジアミン、例えば脂肪族ジアミン[エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど]、脂環式ジアミン[4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシル、ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど]、芳香族ジアミン[ジエチルトルエンジアミンなど]、芳香脂肪族ジアミン[キシリレンジアミン、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジアミン等]、複素環ジアミン(ピペリジンなど);3〜6価またはそれ以上の多官能アミン、例えばポリアルキレン(炭素数2〜6)ポリアミン(ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなど)、ポリフェニルメタンポリアミン(ホルムアルデヒドとアニリンとの縮合生成物など);およびこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
これらのうち好ましいものは多官能アミンであり、特に好ましいものはジエチレン取りアミンおよびトリエチレンテトラミンである。
高分子ポリオール(a3)としては、OH当量[水酸基当たりの数平均分子量]が300以上(好ましくは300〜10,000)の2〜4価またはそれ以上(好ましくは2〜3価)のポリオールが使用できる。
(a3)には、ポリエステルポリオール(a31)、ポリエーテルポリオール(a32)、およびこれら2種以上の混合物が含まれる。
(a31)としては、例えば、縮合系ポリエステルポリオール(a311)(ポリオールとポリカルボン酸類との重縮合によるもの)、ポリラクトンポリオール(a312)(ポリオールを開始剤としてラクトンモノマーを開環重合したもの)、ポリカーボネートポリオール(a313)[ポリオールとアルキレン(炭素数2〜4)カーボネート(エチレンカーボネートなど)との反応、ホスゲン化またはジフェニルカーボネートとのエステル交換によるもの];およびこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
(a311)、(a312)および(a313)におけるポリオールとしては低分子ポリオール[例えば、前述の(a21)]および/またはポリエーテルポリオール[例えば(a32)]の1種以上が使用できる。
(a311)におけるポリカルボン酸類にはポリカルボン酸およびそのエステル形成性誘導体が含まれる。
具体例としては、脂肪族ポリカルボン酸[官能基数2〜6、炭素数3〜30のポリカルボン酸、例えばコハク酸、グルタル酸、マレイン酸、フマル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ヘキサヒドロフタル酸など]、芳香族ポリカルボン酸[官能基数2〜6、炭素数8〜30のポリカルボン酸、例えばフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラブロムフタル酸、テトラクロルフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸など];これらのエステル形成性誘導体[酸無水物、低級アルキル(炭素数1〜4)エステル(ジメチルエステル、ジエチルエステルなど)、酸ハライド(酸クロライド等)など:例えば無水マレイン酸、無水フタル酸、テレフタル酸ジメチルなど];およびこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
これらの内で好ましいのは、脂肪族ポリカルボン酸である。
(a312)におけるラクトンモノマーとしては、炭素数3〜17(好ましくは4〜12)のラクトン、例えばγ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトン、γ−バレロラクトンおよびこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
(a32)には、2個以上の活性水素原子を有する化合物にAOが付加した構造のものが含まれる。
活性水素原子を有する化合物としては、低分子ポリオール[例えば前記(a21)];2価のフェノール類[例えばビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど)、単環フェノール類(カテコール、ハイドロキノンなど)];アミン類[1級モノアミン例えばアルキルもしくはアルケニルアミン(炭素数1〜20)、アニリン、アルカノールアミン(ヒドロキシルアルキル基の炭素数2〜4)(後述の停止剤に挙げるものなど)、ポリアミン例えば前記(a22)、複素環ポリアミン例えばピペラジン、アミノアルキル(炭素数2〜4)ピペラジン(アミノエチルピペラジンなど)]などが挙げられる。
AOとしては、エチレンオキサイド(以下EOと略す)、プロピレンオキサイド(以下POと略す)、1,2−、1,3−、1,4−および2,3−ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、炭素数5〜10またはそれ以上のα−オレフィンオキサイド、エピクロルヒドリンおよびこれらの2種以上の組み合わせ(ブロックおよび/またはランダム付加)が挙げられる。
これらのうち好ましいものは、2価のフェノール類(特にビスフェノール類)にAO(特にPO)が付加したものである。
この場合の(a3)のOH当量は、Tgの観点から、好ましくは300〜10,000、さらに好ましくは500〜5,000、特に好ましくは1,000〜3,000である。
ポリウレタン樹脂の製造は、通常の方法で行うことができ、活性水素含有化合物と(a1)を全て一括して反応させる方法(ワンショット法)、およびこれらの反応成分の一部を予め反応させてイソシアネート基もしくは水酸基末端ウレタンプレポリマー(a)を経由して多段反応させる方法(プレポリマー法)などが挙げられる。好ましいのはプレポリマー法、特にイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(a)と(a2)(伸長剤および/または架橋剤)および/または停止剤を反応させる方法である。
イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(a)は、好ましくは(a1)と(a3)および必要により(a2)との反応により形成される。その際の(a1)と(a2)および(a3)の当量比は、(a1)1当量に対し、(a2)は通常0.1〜0.8当量、好ましくは0.2〜0.6当量、(a3)は通常0.05〜0.7当量、好ましくは0.1〜0.5当量である。
また、(a)のイソシアネート基含量は通常0.5〜10重量%、好ましくは1.5〜6重量%である。
伸長剤としては、前述の(a21)で挙げたジオール、(a22)で挙げたジアミン、それらのケチミン化合物、例えば上記アミンと炭素数3〜8のケトン類[アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン(以下MIBKと略記)など]とのケチミン、および水が挙げられる。好ましくはケチミン化合物である。
架橋剤としては、(a21)で挙げた多価アルコール、および(a22)で挙げた多官能アミン(ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなど)が挙げられる。
停止剤としては、炭素数2〜4のヒドロキシアルキル基を1個もしくは2個有するモノアミン、及びヒドロキシル基を有しない脂肪族系モノアミンが挙げられる。
ヒドロキシアルキル基を1個もしくは2個有するモノアミンとしては、モノアルカノールアミン[モノエタノールアミン、モノプロパノールアミン等];ジアルカノールアミン[ジエタノールアミン、ジプロパノールアミン等]およびこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
これらのうち好ましいものはジアルカノールアミンであり、特に好ましいものはジエタノールアミンおよびジプロパノールアミンである。
ヒドロキシル基を有しない脂肪族系モノアミンとしては、脂環式モノアミン[(モノ−およびジ−シクロアルキル(炭素数5〜18)アミン、例えばシクロペンチルアミン、シクロヘキシルアミン等]、脂肪族モノアミン[モノ−およびジ−アルキルもしくはアルケニル(炭素数1〜20)アミン、例えばメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、オクチルアミン、2−エチルへキシルアミン、ノニルアミン、オレイルアミン、N−メチルブチルアミン、ジエチルアミン、ジブチルアミン等]およびこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
これらのうち好ましいものはヒドロキシル基を有しない脂肪族モノアミンであり、特に好ましいものはブチルアミン、オクチルアミン、2−エチルへキシルアミン、ジブチルアミンである。
ウレタンプレポリマー(a)に対する伸長剤、停止剤および架橋剤の仕込み比率は、所定の数平均分子量のポリウレタン樹脂を形成する範囲で適宜選択される。例えば、(a)のイソシアネート基1当量に対する伸長剤の当量比は、好ましくは0.05〜0.8当量、さらに好ましくは0.1〜0.6当量である。また、停止剤の当量比は、通常0〜0.2当量、好ましくは0.05〜0.1当量であり、架橋剤の当量比は、通常0.1〜0.8当量、好ましくは0.2〜0.6当量である。
また、(a)のイソシアネート基1当量に対する、伸長剤+停止剤+架橋剤の合計の当量比は好ましくは0.1〜2.3当量、さらに好ましくは0.3〜1.7当量である。
本発明におけるポリマー(A)がポリエステル樹脂の場合、ポリカルボン酸類とポリオールとの重縮合物、カルボキシル基と水酸基を同一分子内にもつ化合物またはその無水物の重縮合物などがあげられる。
ポリカルボン酸類としては、前述の(a311)に記載のものが挙げられる。これらのうちで好ましいものは、脂肪族ポリカルボン酸類(特にコハク酸、マレイン酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸)および芳香族ポリカルボン酸類(特にフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、無水フタル酸、テレフタル酸ジメチルなど)である。
これらのポリカルボン酸類は1種または2種以上の混合物として使用することができる。
また、ポリエステル化反応工程中で架橋させる場合は、3官能以上のポリカルボン酸類(例えばトリメリット酸、ピロメリット酸など)を併用することができる。
ポリオールとしては、低分子ポリオールおよび/またはポリエーテルポリオールが使用できる。
低分子ポリオールとしては、前述の(a2)が挙げられる。好ましいものは2価アルコール、例えば脂肪族ジオール(特にエチレングリコール、ジエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど)、分岐鎖を有するジオール(プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール)、ビスフェノールAの(ポリ)オキシアルキレンエーテル(アルキレン基の炭素数2〜4)などである。
ポリエーテルポリオールとしては、前述の(a32)が挙げられる。好ましいものは
低分子ポリオール(特に脂肪族ジオール)にAO(特にPO)が付加したものである。
これらのポリエーテルポリオールの数平均分子量は好ましくは1,000〜20,000である。また、これらの低分子およびポリエーテルポリオールは、1種または2種以上の混合物で使用することができる。
ポリエステル化反応工程中で架橋させる場合は、3官能以上のポリオール[例えば、前述の(a21)で記載したもののうち3〜10価の多価アルコールなど)を併用すればよい。
カルボキシル基と水酸基を同一分子内にもつ化合物またはその無水物としては、前述の(a312)が挙げられる。好ましいものはγ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトン、およびこれらの混合物が挙げられる。
また、ポリカルボン酸類および/またはポリオールとして3官能以上のものを使用する場合は、ポリカルボン酸類とポリオールの合計重量に対して通常0.01〜10重量%、好ましくは0.03〜5重量%の3官能以上のものを使用する。
ポリエステル樹脂の重縮合時の温度は通常100〜300℃、好ましくは130〜220℃である。重合中の雰囲気は窒素などの不活性ガスの存在下で行うことが望ましい。
重合時のポリカルボン酸類とポリオール類の当量比はカルボン酸/水酸基の当量比で、好ましくは1/0.7〜1/1.1である。
重縮合後の酸価は好ましくは10以下である。
本発明のポリマー(A)がポリアミド樹脂の場合、ポリカルボン酸類とポリアミンの重縮合物、カルボキシル基とアミノ基を同一分子内にもつ化合物またはその無水物の重縮合物などがあげられる。
ポリカルボン酸類としては、前述の(a311)で記載されたポリカルボン酸類が挙げられる。これらのうちで好ましいのは、脂肪族ポリカルボン酸類(特に、マレイン酸、アジピン酸、アゼライン酸)および芳香族ポリカルボン酸類(特にフタル酸、テレフタル酸、テレフタル酸ジメチルなど)である。
これらのポリカルボン酸類は1種または2種以上の混合物として使用することができる。
ポリアミンとしては、前述の(a22)に記載のものが挙げられる。これらのうち好ましいものは、脂肪族ジアミン(ヘキサメチレンジアミン、1,5−ペンタンジアミンなど)、芳香脂肪族族ジアミン(キシリレンジアミン、など)である。これらのポリアミンは、1種または2種以上の混合物で使用することができる。
カルボン酸基とアミノ基を同一分子内にもつ化合物またはその無水物の具体例としては、ε−アミノウンデカン酸などの炭素数2〜30のアミノ酸類、ラウリルラクタム、エナントラクタム、ε−カプロラクタムなどの炭素数4〜10のラクタム類などがあげられる。
ポリアミド化反応工程中で架橋させる場合は、3官能以上のポリカルボン酸類(例えばトリメリット酸、ピロメリット酸など)を併用する、または3官能以上のポリアミン[例えば、前述の(a22)で記載したもののうち3〜6価またはそれ以上の多官能アミン]を併用すればよい。
また、ポリカルボン酸類および/またはポリアミンとして3官能以上のものを使用する場合は、ポリカルボン酸類とポリアミンの合計重量に対して通常0.1〜20重量%、好ましくは0.5〜10重量%である。
ポリアミド樹脂は、上記のポリカルボン酸類とポリアミン類を重縮合することで得ることができる。重縮合時の温度は通常120〜300℃、好ましくは150〜220℃である。重合中の雰囲気は窒素などの不活性ガスの存在下で行うことが望ましい。重合時のポリカルボン酸類とポリアミン類の当量比はアミン/水酸基の当量比で、好ましくは1/0.7〜1/1.1である。縮合重合後のアミン価は好ましくは10以下である。
ポリマー(A)がエポキシ樹脂の場合には、芳香族系、複素環系、脂環族系および脂肪族系のポリエポキシド(エポキシ基の数は2〜4、エポキシ当量は70〜4,000eq/g)の重合物および硬化物があげられる。
芳香族系ポリエポキシドとしては、多価フェノールのグリシジルエーテル体およびグリシジル芳香族ポリアミンが挙げられる。
多価フェノールのグリシジルエーテル体としては、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールBジグリシジルエーテル、ビスフェノールADジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、ハロゲン化ビスフェノールAジグリシジル、テトラクロロビスフェノールAジグリシジルエーテル、カテキンジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ハイドロキノンジグリシジルエーテル、ピロガロールトリグリシジルエーテル、1,5−ジヒドロキシナフタリンジグリシジルエーテル、ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル、オクタクロロ−4,4’−ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル、フェノールまたはクレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテル体、ビスフェノールA2モルとエピクロロヒドリン3モルの反応から得られるジグリシジルエーテル体、フェノールとグリオキザール、グルタールアルデヒド、またはホルムアルデヒドの縮合反応によって得られるポリフェノールのポリグリシジルエーテル体、およびレゾルシンとアセトンの縮合反応によって得られるポリフェノールのポリグリシジルエーテル体が挙げられる。
グリシジル芳香族ポリアミンとしては、N,N−ジグリシジルアニリンおよびN,N,N’,N’−テトラグリシジルジフェニルメタンジアミンが挙げられる。さらに、本発明において前記芳香族系として、トリレンジイソシアネートまたはジフェニルメタンジイソシアネートとグリシドールの付加反応によって得られるジグリシジルウレタン化合物、前記2反応物にポリオールも反応させて得られるグリシジル基含有ポリウレタン(プレ)ポリマーおよびビスフェノールAのアルキレンオキシド(エチレンオキシドまたはプロピレンオキシド)付加物のジグリシジルエーテル体も含む。
複素環系としては、トリスグリシジルメラミンが挙げられる。
脂環族系としては、ビニルシクロヘキセンジオキシド、リモネンジオキシド、ジシクロペンタジエンジオキシド、ビス(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテル、エチレングリコールビスエポキシジシクロペンチルエール、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシ−6’−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、およびビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)ブチルアミンが挙げられる。また、脂環族系としては、前記芳香族系ポリエポキシドの核水添化物も含む。
脂肪族系としては、多価アルコールのポリグリシジルエーテル体、ポリカルボン酸のポリグリシジルエステル体、およびグリシジル脂肪族アミンが挙げられる。
多価アルコールのポリグリシジルエーテル体としては、前記(a21)のポリグリシジルエーテル、例えばエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、テトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコール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、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、およびソルビトールポリグリシジルエーテルが挙げられる。
ポリカルボン酸のポリグリシジルエステル体としては、前記(a311)のポリグリシジルエステル、例えばジグリシジルアジペート、グリシジル(メタ)アクリレートの(共)重合体が挙げられる。
グリシジル脂肪族アミンとしては、前記(a22)のポリグリシジル化物、例えばN,N,N’,N’−テトラグリシジルヘキサメチレンジアミンが挙げられる。
エポキシ樹脂の製造方法としては、上記のポリエポキシドを触媒(水酸化アルカリなどのアルカリ性無機化合物、四級アンモニウム塩、ルイス酸など)を使用して開環重合する方法、および、硬化剤としてポリアミン[前述の(a22)の脂肪族ポリアミンもしくは芳香族ポリアミンなど]を用いて、開環とともに架橋を行わせて硬化させる方法などがある。
ポリマー(A)の数平均分子量(Mn)は気体透過性の観点から2000以上が好ましく、さらに好ましくは5000以上、特に好ましくは10000以上である。また真比重の観点より好ましくは1,000,000以下、さらに好ましくは500,000以下、特に好ましくは200,000以下である。
ポリマー(A)は、前述のように、75℃以上200℃以下のガラス転移温度を有するものである。(A)の製造方法として前述のように重合反応工程中に架橋剤を併用する方法、並びに、重合後の各樹脂に、さらに架橋剤を添加して架橋する方法も挙げられる。
重合後の架橋剤としては公知のものが使用でき、例えば樹脂中に官能基としてカルボキシル基が存在する場合はポリエポキシド[例えば前述のポリエポキシド、好ましくはビスフェノールAジグリシジルエーテル等の芳香族系、トリスグリシジルメラミン等の複素環系、ビニルシクロヘキセンジオキシド等の脂環族系およびポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレートの(共)重合体等の脂肪族系]およびメラミン樹脂[トリメチロールメラミン、ヘキサメチロールメラミン、メトキシトリメチロールメラミンおよびこれらの混合物]等が挙げられる。
ポリマー(A)中の反応性官能基が水酸基の場合は、架橋剤としては、前述のポリカルボン酸類、ポリイソシアネート(a1)および上記メラミン樹脂等が挙げられる。反応性官能基がエポキシ基の場合は、前述のポリカルボン酸類などが挙げられる。
ポリマー(A)は耐熱性の観点より架橋されていることが好ましい。
ポリマー(A)の架橋間分子量は膨張後の比重の観点から500以上が好ましく、さらに好ましくは1000以上であり、液保持性の観点から5000以下であることが好ましく、さらに好ましくは4000以下である。
架橋間分子量は例えば下記の式を用いることで算出できる。
各成分の数平均分子量、仕込み重量、官能基数に対して、
架橋間分子量=ΣW/Σ[{W(f−2)}/M]
(Mはポリマー(A)を構成する各単量体成分の数平均分子量、Wはポリマー(A)を構成する各単量体成分の仕込み重量、fはポリマー(A)を構成する各単量体成分の官能基数)
前記ポリマー(A)の180℃における貯蔵弾性率は耐熱性の観点より1×105Pa以上が好ましく、さらに好ましくは5×105Pa以上であり、特に好ましくは8×105Pa以上である。また膨張性の観点より1×107Pa以下が好ましく、さらに好ましくは8×106Pa以下であり、特に好ましくは5×106Pa以下である。
上記貯蔵弾性率は動的粘弾性装置により測定することができる。
熱膨張性マイクロカプセル(C)に内包される溶剤(B)としては(C)のシェルを形成するポリマー(A)を溶解しないことが必要である。
溶剤(B)はポリマー(A)を溶解せず、このためポリマー(A)と相分離し、熱膨張マイクロカプセルにおける中心(コア)を形成する。逆にポリマー(A)は熱膨張マイクロカプセルにおけるシェルを形成する。
ポリマー(A)と相分離させるため、本発明のポリマー(A)の溶解度パラメーター(以下、SP値と記載する。)から溶剤(B)のSP値を差し引いた差が好ましくは1.5以上、さらに好ましくは2以上である。
SP値は、Fedors法によって計算される。
なお、SP値は、次式で表せる。
SP値(δ)=(ΔH/V)1/2
但しただし、式中、ΔHはモル蒸発熱(cal)を、Vはモル体積(cm3)を表す。
また、ΔH及びVは、「POLYMER ENGINEERING AND FEBRUARY,1974,Vol.14,No.2,ROBERT F.FEDORS.(151〜153頁)」に記載の原子団のモル蒸発熱の合計(ΔH)とモル体積の合計(V)を用いることができる。
この数値が近いもの同士はお互いに混ざりやすく(相溶性が高い)、この数値が離れているものは混ざりにくいことを表す指標である。
溶剤(B)の沸点は、膨張温度の観点より好ましくは0℃以上、さらに好ましくは15℃以上、最も好ましくは25℃以上であり、好ましくは150℃以下、さらに好ましくは120℃以下、最も好ましくは100℃以下である。
溶剤(B)の具体例としては、例えば炭化水素系(B1)、ハロゲン化炭化水素系(B2)、アルコール系(B3)、エーテル系(B4)、ケトン系(B5)溶剤等が使用できる。炭化水素系(B1)には脂肪族炭化水素系(B11)、芳香族炭化水素系(B12)、脂環式炭化水素系(B13)が挙げられる。脂肪族炭化水素系(B11)としては、ペンタン、n−ヘキサン、イソヘキサン、ヘプタン等が挙げられる。芳香族炭化水素系(B12)としてはベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられる。脂環式炭化水素系(B13)としてはシクロヘキサン、シクロペンタン、メチルシクロヘキサン等が挙げられる。ハロゲン化炭化水素(B2)としては塩化エチル、臭化メチル等が挙げられる。アルコール系(B3)としてはメタノール、エタノール、ブタノール等が挙げられる。エーテル系(B4)としてはジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等が挙げられる。ケトン系(B5)としてはアセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。これらのうち好ましいのは発泡倍率の観点から炭化水素系(B1)であり、さらに好ましくは脂肪族炭化水素系(B11)、脂環式炭化水素系(B13)であり、特に好ましくは低温発泡性の観点からペンタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、イソヘキサンである。
溶剤(B)の含有量は、ポリマー(A)の重量に対して発泡倍率の観点より1〜50重量%が好ましく、さらに好ましくは5〜20重量%である。
本発明の熱膨張性マイクロカプセル(C)を微粒子状(ビーズ状)で得る方法は、特に限定されないが、以下の(1)〜(4)が挙げられる。
(1)ポリマー(A)がポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の重付加あるいは縮合系樹脂である場合において、溶剤(B)を含む(A)の前駆体(モノマー、オリゴマー等)、または溶剤(B)を含む(A)の前駆体の溶剤(X)溶液(液体であることが好ましい。加熱により液状化しても良い)中に下記の乳化剤を溶解させた後水を加えて転相乳化し、重合する方法。
(2)あらかじめ重合反応(付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等いずれの重合反応様式であっても良い)により作成したポリマー(A)を溶剤(B)を含む溶剤(X)に溶解した樹脂溶液に貧溶剤(Y)を添加するか、又は該ポリマー(A)を溶剤(X)に溶解した樹脂溶液に溶剤(B)を含む貧溶剤(Y)を添加するか、又は該ポリマー(A)を溶剤(B)を含む溶剤(X)に溶解した樹脂溶液に溶剤(B)を含む貧溶剤(Y)を添加するか、又はあらかじめ溶剤(B)を含む溶剤(X)に加熱溶解したポリマー(A)溶液を冷却することによりポリマー(A)粒子を析出させて水中に分散させる方法。
(3)あらかじめ重合反応(付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等いずれの重合反応様式であっても良い)により作成したポリマー(A)を溶剤(B)を含む溶剤(X)に溶解したポリマー(A)溶液を、下記の分散剤存在下で水性媒体中に分散させ、これを加熱または減圧等によって溶剤を除去する方法。
(4)あらかじめ重合反応(付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等いずれの重合反応様式であっても良い)により作成したポリマー(A)を溶剤(B)を含む溶剤(X)に溶解したポリマー(A)溶液中に下記の乳化剤を溶解させた後、水を加えて転相乳化する方法。
上記の方法の中で、(3)の方法が最も好ましい。
上記溶剤(X)は樹脂を溶解させる目的で使用され、ポリマー(A)を均一に溶解できることが必要である。
具体例としてはトルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル、メトキシブチルアセテート、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテートなどのエステル系またはエステルエーテル系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジ−n−ブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶剤;メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、t−ブタノール、2−エチルヘキシルアルコール、ベンジルアルコールなどのアルコール系溶剤;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶剤;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶剤、N−メチルピロリドンなどの複素環式化合物系溶剤、ならびにこれらの2種以上の混合溶剤が挙げられる。これらのうち好ましくは芳香族炭化水素系溶剤の溶剤であり、さらに好ましくはトルエン、キシレンである。
上記貧溶剤(Y)は樹脂を析出させる目的で使用され、ポリマー(A)の溶解度が1重量%以下であることが必要である。
具体例としては、n−ヘキサン、n−ヘプタン、ミネラルスピリット、シクロヘキサン等の脂肪族または脂環式炭化水素系溶剤;塩化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチル、メチレンジクロライド、四塩化炭素、トリクロロエチレン、パークロロエチレンなどのハロゲン系溶剤;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジ−n−ブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶剤ならびにこれらの2種以上の混合溶剤が挙げられる。これらのうち好ましくは脂肪族炭化水素系溶剤の溶剤であり、さらに好ましくはn−ヘキサン、n−ヘプタンである。
上記(1)〜(4)の方法において、使用する乳化剤または分散剤としては、公知の界面活性剤(S)、水溶性ポリマー(T)等を用いることができる。また、乳化または分散の助剤として溶剤(U)等を併用することができる。
界面活性剤(S)としては、アニオン界面活性剤(S−1)、カチオン界面活性剤(S−2)、両性界面活性剤(S−3)、非イオン界面活性剤(S−4)などが挙げられる。界面活性剤(S)は2種以上の界面活性剤を併用したものであってもよい。
アニオン界面活性剤(S−1)としては、カルボン酸またはその塩、硫酸エステル塩、カルボキシメチル化物の塩、スルホン酸塩及びリン酸エステル塩が挙げられる。
カルボン酸またはその塩としては、炭素数8〜22の飽和または不飽和脂肪酸またはその塩が挙げられ、具体的にはカプリン酸,ラウリン酸,ミリスチン酸,パルミチン酸,ステアリン酸,アラキジン酸,ベヘン酸,オレイン酸,リノール酸,リシノール酸およびヤシ油,パーム核油,米ぬか油,牛脂などをケン化して得られる高級脂肪酸の混合物があげられる。塩としてはそれらのナトリウム,カリウム,アンモニウム,アルカノールアミンなどの塩があげられる。
硫酸エステル塩としては、高級アルコール硫酸エステル塩(炭素数8〜18の脂肪族アルコールの硫酸エステル塩)、高級アルキルエーテル硫酸エステル塩(炭素数8〜18の脂肪族アルコールのエチレンオキサイド1〜10モル付加物の硫酸エステル塩)、硫酸化油(天然の不飽和油脂または不飽和のロウをそのまま硫酸化して中和したもの)、硫酸化脂肪酸エステル(不飽和脂肪酸の低級アルコールエステルを硫酸化して中和したもの)及び硫酸化オレフィン(炭素数12〜18のオレフィンを硫酸化して中和したもの)が挙げられる。塩としては、ナトリウム塩,カリウム塩,アンモニウム塩,アルカノールアミン塩が挙げられる。高級アルコール硫酸エステル塩の具体例としては、オクチルアルコール硫酸エステル塩,デシルアルコール硫酸エステル塩,ラウリルアルコール硫酸エステル塩,ステアリルアルコール硫酸エステル塩,チーグラー触媒を用いて合成されたアルコール(例えば、ALFOL 1214:CONDEA社製)の硫酸エステル塩,オキソ法で合成されたアルコール(たとえばドバノール23,25,45:三菱油化製,トリデカノール:協和発酵製,オキソコール1213,1215,1415:日産化学製,ダイヤドール115−L,115H,135:三菱化成製)の硫酸エステル塩;高級アルキルエーテル硫酸エステル塩の具体例としては、ラウリルアルコールエチレンオキサイド2モル付加物硫酸エステル塩,オクチルアルコールエチレンオキサイド3モル付加物硫酸エステル塩;硫酸化油の具体例としては、ヒマシ油,落花生油,オリーブ油,ナタネ油,牛脂,羊脂などの硫酸化物のナトリウム,カリウム,アンモニウム,アルカノールアミン塩硫酸化脂肪酸エステルの具体例としては、オレイン酸ブチル,リシノレイン酸ブチルなどの硫酸化物のナトリウム,カリウム,アンモニウム,アルカノールアミン塩;硫酸化オレフィンの具体例としては、ティーポール(シェル社製)が挙げられる。
カルボキシメチル化物の塩としては、炭素数8〜16の脂肪族アルコールのカルボキシメチル化物の塩および炭素数8〜16の脂肪族アルコールのエチレンオキサイド1〜10モル付加物のカルボキシメチル化物の塩が挙げられる。脂肪族アルコールのカルボキシメチル化物の塩の具体例としては、オクチルアルコールカルボキシメチル化ナトリウム塩,デシルアルコールカルボキシメチル化ナトリウム塩,ラウリルアルコールカルボキシメチル化ナトリウム塩,ドバノール23カルボキシメチル化ナトリウム塩,トリデカノールカルボキシメチル化ナトリウム塩,;脂肪族アルコールのエチレンオキサイド1〜10モル付加物のカルボキシメチル化物の塩の具体例としては、オクチルアルコールエチレンオキサイド3モル付加物カルボキシメチル化ナトリウム塩,ラウリルアルコールエチレンオキサイド4モル付加物カルボキシメチル化ナトリウム塩,ドバノール23エチレンオキサイド3モル付加物カルボキシメチル化ナトリウム塩,トリデカノールエチレンオキサイド5モル付加物カルボキシメチル化ナトリウム塩などが挙げられる。
スルホン酸塩としては、(d1)アルキルベンゼンスルホン酸塩,(d2)アルキルナフタレンスルホン酸塩,(d3)スルホコハク酸ジエステル型,(d4)α−オレフィンスルホン酸塩,(d5)イゲポンT型、(d6)その他芳香環含有化合物のスルホン酸塩が挙げられる。アルキルベンゼンスルホン酸塩の具体例としては、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩;アルキルナフタレンスルホン酸塩の具体例としては、ドデシルナフタレンスルホン酸ナトリウム塩;スルホコハク酸ジエステル型の具体例としては、スルホコハク酸ジ−2−エチルヘキシルエステルナトリウム塩などが挙げられる。芳香環含有化合物のスルホン酸塩としては、アルキル化ジフェニルエーテルのモノまたはジスルホン酸塩、スチレン化フェノールスルホン酸塩などが挙げられる。
リン酸エステル塩としては、(e1)高級アルコールリン酸エステル塩及び(e2)高級アルコールエチレンオキサイド付加物リン酸エステル塩が挙げられる。
高級アルコールリン酸エステル塩の具体例としては、ラウリルアルコールリン酸モノエステルジナトリウム塩,ラウリルアルコールリン酸ジエステルナトリウム塩;高級アルコールエチレンオキサイド付加物リン酸エステル塩の具体例としては、オレイルアルコールエチレンオキサイド5モル付加物リン酸モノエステルジナトリウム塩が挙げられる。
カチオン界面活性剤(S−2)としては、第4級アンモニウム塩型、アミン塩型などが挙げられる。
第4級アンモニウム塩型としては、3級アミン類と4級化剤(メチルクロライド、メチルブロマイド、エチルクロライド、ベンジルクロライド、ジメチル硫酸などのアルキル化剤;エチレンオキサイドなど)との反応で得られ、例えば、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジデシルジメチルアンモニウムクロライド、ジオクチルジメチルアンモニウムブロマイド、ステアリルトリメチルアンモニウムブロマイド、ラウリルジメチルベンジルアンモニウムクロライド(塩化ベンザルコニウム)、セチルピリジニウムクロライド、ポリオキシエチレントリメチルアンモニウムクロライド、ステアラミドエチルジエチルメチルアンモニウムメトサルフェートなどが挙げられる。
アミン塩型としては、1〜3級アミン類を無機酸(塩酸、硝酸、硫酸、ヨウ化水素酸など)または有機酸(酢酸、ギ酸、蓚酸、乳酸、グルコン酸、アジピン酸、アルキル燐酸など)で中和することにより得られる。例えば、第1級アミン塩型のものとしては、脂肪族高級アミン(ラウリルアミン、ステアリルアミン、セチルアミン、硬化牛脂アミン、ロジンアミンなどの高級アミン)の無機酸塩または有機酸塩;低級アミン類の高級脂肪酸(ステアリン酸、オレイン酸など)塩などが挙げられる。第2級アミン塩型のものとしては、例えば脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物などの無機酸塩または有機酸塩が挙げられる。また、第3級アミン塩型のものとしては、例えば、脂肪族アミン(トリエチルアミン、エチルジメチルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミンなど)、脂肪族アミンのエチレンオキサイド(2モル以上)付加物、脂環式アミン(N−メチルピロリジン、N−メチルピペリジン、N−メチルヘキサメチレンイミン、N−メチルモルホリン、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)−7−ウンデセンなど)、含窒素ヘテロ環芳香族アミン(4−ジメチルアミノピリジン、N−メチルイミダゾール、4,4’−ジピリジルなど)の無機酸塩または有機酸塩;トリエタノールアミンモノステアレート、ステアラミドエチルジエチルメチルエタノールアミンなどの3級アミン類の無機酸塩または有機酸塩などが挙げられる。
本発明で用いる両性界面活性剤(S−3)としては、カルボン酸塩型両性界面活性剤、硫酸エステル塩型両性界面活性剤、スルホン酸塩型両性界面活性剤、リン酸エステル塩型両性界面活性剤などが挙げられ、カルボン酸塩型両性界面活性剤は、さらにアミノ酸型両性界面活性剤とベタイン型両性界面活性剤が挙げられる。
カルボン酸塩型両性界面活性剤は、アミノ酸型両性界面活性剤、ベタイン型両性界面活性剤、イミダゾリン型両性界面活性剤などが挙げられ、これらのうち、アミノ酸型両性界面活性剤は、分子内にアミノ基とカルボキシル基を持っている両性界面活性剤で、例えば、下記一般式で示される化合物が挙げられる。
[R−NH−(CH2)n−COO]mM[式中、Rは1価の炭化水素基;nは通常1または2;mは1または2;Mは水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、アンモニウムカチオン、アミンカチオン、アルカノールアミンカチオンなどである。]具体的には、例えば、アルキルアミノプロピオン酸型両性界面活性剤(ステアリルアミノプロピオン酸ナトリウム、ラウリルアミノプロピオン酸ナトリウムなど);アルキルアミノ酢酸型両性界面活性剤(ラウリルアミノ酢酸ナトリウムなど)などが挙げられる。
ベタイン型両性界面活性剤は、分子内に第4級アンモニウム塩型のカチオン部分とカルボン酸型のアニオン部分を持っている両性界面活性剤で、例えば、下記一般式で示されるアルキルジメチルベタイン(ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタインなど)、アミドベタイン(ヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタインなど)、アルキルジヒドロキシアルキルベタイン(ラウリルジヒドロキシエチルベタインなど)などが挙げられる。
さらに、イミダゾリン型両性界面活性剤としては、例えば、2−ウンデシル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタインなどが挙げられる。
その他の両性界面活性剤としては、例えば、ナトリウムラウロイルグリシン、ナトリウムラウリルジアミノエチルグリシン、ラウリルジアミノエチルグリシン塩酸塩、ジオクチルジアミノエチルグリシン塩酸塩などのグリシン型両性界面活性剤;ペンタデシルスルフォタウリンなどのスルフォベタイン型両性界面活性剤などが挙げられる。
非イオン界面活性剤(S−4)としては、アルキレンオキシド付加型非イオン界面活性剤および多価アルコ−ル型非イオン界面活性剤などが挙げられる。
アルキレンオキシド付加型非イオン界面活性剤は、高級アルコ−ル、高級脂肪酸またはアルキルアミン等に直接アルキレンオキシドを付加させるか、グリコ−ル類にアルキレンオキシドを付加させて得られるポリアルキレングリコ−ル類に高級脂肪酸などを反応させるか、あるいは多価アルコ−ルに高級脂肪酸を反応して得られたエステル化物にアルキレンオキシドを付加させるか、高級脂肪酸アミドにアルキレンオキシドを付加させることにより得られる。
アルキレンオキシドとしては、たとえばエチレンオキサイド、プロピレンオキサイドおよびブチレンオキサイドが挙げられる。これらのうち好ましいものは、エチレンオキサイドおよびエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのランダムまたはブロック付加物である。アルキレンオキサイドの付加モル数としては10〜50モルが好ましく、該アルキレンオキサイドのうち50〜100重量%がエチレンオキサイドであるものが好ましい。
アルキレンオキシド付加型非イオン界面活性剤の具体例としては、オキシアルキレンアルキルエ−テル(例えば、オクチルアルコールエチレンオキサイド付加物、ラウリルアルコールエチレンオキサイド付加物、ステアリルアルコールエチレンオキサイド付加物、オレイルアルコールエチレンオキサイド付加物、ラウリルアルコールエチレンオキサイドプロピレンオキサイドブロック付加物など);ポリオキシアルキレン高級脂肪酸エステル(例えば、ステアリル酸エチレンオキサイド付加物、ラウリル酸エチレンオキサイド付加物など);ポリオキシアルキレン多価アルコ−ル高級脂肪酸エステル(例えば、ポリエチレングリコールのラウリン酸ジエステル、ポリエチレングリコールのオレイン酸ジエステル、ポリエチレングリコールのステアリン酸ジエステルなど);ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエ−テル(例えば、ノニルフェノールエチレンオキサイド付加物、ノニルフェノールエチレンオキサイドプロピレンオキサイドブロック付加物、オクチルフェノールエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、ジノニルフェノールエチレンオキサイド付加物、スチレン化フェノールエチレンオキサイド付加物など);ポリオキシアルキレンアルキルアミノエ−テルおよび(例えば、ラウリルアミンエチレンオキサイド付加物,ステアリルアミンエチレンオキサイド付加物など);ポリオキシアルキレンアルキルアルカノ−ルアミド(例えば、ヒドロキシエチルラウリン酸アミドのエチレンオキサイド付加物、ヒドロキシプロピルオレイン酸アミドのエチレンオキサイド付加物、ジヒドロキシエチルラウリン酸アミドのエチレンオキサイド付加物など)が挙げられる。
多価アルコ−ル型非イオン界面活性剤としては、多価アルコール脂肪酸エステル、多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物、多価アルコールアルキルエーテル、多価アルコールアルキルエーテルアルキレンオキサイド付加物が挙げられる。
多価アルコール脂肪酸エステルの具体例としては、ペンタエリスリトールモノラウレート、ペンタエリスリトールモノオレート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンジラウレート、ソルビタンジオレート、ショ糖モノステアレートなどが挙げられる。多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物の具体例としては、エチレングリコールモノオレートエチレンオキサイド付加物、エチレングリコールモノステアレートエチレンオキサイド付加物、トリメチロールプロパンモノステアレートエチレンオキサイドプロピレンオキサイドランダム付加物、ソルビタンモノラウレートエチレンオキサイド付加物、ソルビタンモノステアレートエチレンオキサイド付加物、ソルビタンジステアレートエチレンオキサイド付加物、ソルビタンジラウレートエチレンオキサイドプロピレンオキサイドランダム付加物などが挙げられる。多価アルコールアルキルエーテルの具体例としては、ペンタエリスリトールモノブチルエーテル、ペンタエリスリトールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノメチルエーテル、ソルビタンモノステアリルエーテル、メチルグリコシド、ラウリルグリコシドなどが挙げられる。多価アルコールアルキルエーテルアルキレンオキサイド付加物の具体例としては、ソルビタンモノステアリルエーテルエチレンオキサイド付加物、メチルグリコシドエチレンオキサイドプロピレンオキサイドランダム付加物、ラウリルグリコシドエチレンオキサイド付加物、ステアリルグリコシドエチレンオキサイドプロピレンオキサイドランダム付加物などが挙げられる。
水溶性ポリマー(T)としては、セルロース系化合物(例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースおよびそれらのケン化物など)、ゼラチン、デンプン、デキストリン、アラビアゴム、キチン、キトサン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリエチレンイミン、ポリアクリルアミド、アクリル酸(塩)含有ポリマー(ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸の水酸化ナトリウム部分中和物、アクリル酸ナトリウム−アクリル酸エステル共重合体)、スチレン−無水マレイン酸共重合体の水酸化ナトリウム(部分)中和物、水溶性ポリウレタン(ポリエチレングリコール、ポリカプロラクトンジオール等とポリイソシアネートの反応生成物等)などが挙げられる。
本発明に用いる溶剤(U)は分散安定性を付与する目的で使用され、乳化分散の際に必要に応じて水性媒体中に加えても良い。溶剤(U)は水への溶解度が1重量%以上であることが必要である。溶剤(B)、溶剤(X)、貧溶剤(Y)のうち、水への溶解度が1重量%以上であるものは溶剤(U)としても使用可能である。
具体例としては、酢酸エチル、酢酸ブチル、メトキシブチルアセテートなどのエステル系またはエステルエーテル系溶剤;テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブなどのエーテル系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶剤;メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、t−ブタノールなどのアルコール系溶剤;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶剤;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶剤、N−メチルピロリドンなどの複素環式化合物系溶剤、ならびにこれらの2種以上の混合溶剤が挙げられる。これらのうち好ましいのはケトン系の溶剤であり、さらに好ましくはアセトン、メチルエチルケトンである。
界面活性剤(S)及び水溶性ポリマー(T)の合計使用量は、ポリマー(A)の重量に対して通常0.1〜5%(以下、特に断りのない限り%は重量%を表す)、好ましくは0.2〜4%である。また、分散剤は、水の重量に対し好ましくは0.01〜5%、さらに好ましくは0.1〜3%である。0.01〜5%であれば好ましい平均粒径の樹脂微粒子が得られ易い。また、ポリマー(A)の重量に対する、分散剤と水からなる分散剤溶液の使用量は、好ましくは50〜1,000%、さらに好ましくは100〜1,000%である。50〜1,000%であればポリマー(A)の分散状態が良好になりやすく、好ましい平均粒径の樹脂微粒子が得られ易い。必要によりポリマー(A)を低粘度化するために40〜60℃に加温してもよい。
また溶剤(U)の添加量はポリマー(A)の重量に対して0.1〜20%が好ましく、さらに好ましくは0.5〜5%である。
上記(1)及び(4)の方法における分散剤を含有する水中への(A)及び溶剤(B)の分散の方法としては、好ましくは、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波式等の公知の分散機が使用できる。 これらの内さらに好ましい方式は高速せん断式である。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は、好ましくは1,000〜30,000rpm、さらに好ましくは2,000〜10,000rpmである。分散時間は、好ましくは0.1〜5分である。回転数や分散時間がこれらの範囲内であれば好ましい平均粒径の樹脂微粒子が得られ易い。
上記(1)の方法における前駆体と伸長剤との反応時間は特に限定はなく、それらの反応性および反応温度などに応じて適宜採択される。例えば、反応温度が30℃の場合は、通常1時間〜40時間、好ましくは5時間〜20時間である。
本発明の製法において、反応温度は通常0〜50℃、好ましくは20〜40℃である。
この分散体をフィルタープレス、スパクラーフィルター、遠心分離機等の公知の設備を使用して濾過または分離し、得られた微粒子を乾燥することにより本発明の熱膨張性マイクロカプセル(C)が得られる。
得られた微粒子を乾燥するには、循風乾燥機、スプレードライヤー、流動層式乾燥機等の公知の設備を用いて行うことができる。
上記の製造方法により得られた熱膨張マイクロカプセル(C)の体積平均粒径は熱膨張率の観点から0.5μm以上が好ましく、さらに好ましくは1μm以上であり、50μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは30μm以下である。
本発明の熱膨張マイクロカプセル(C)の粒子形状は不定形であっても球状であってもよいが、常温下での流動性の観点で球状の粒子を50%以上含有するのが好ましい。ここで、球状というのは粒子の長径/短径の比が1.0〜1.5の範囲にあるものを指す。
本発明の中空樹脂微粒子(D)は上記熱膨張性マイクロカプセル(C)を調製した後、例えば循風乾燥機を使用して加熱処理して得ることができるが、その温度としては通常60〜250℃、好ましくは120〜200℃である。また加熱時間としては通常0.1〜3時間、好ましくは0.3〜1時間である。
本発明の中空樹脂微粒子(D)の真比重は飛散性の観点から好ましくは0.01g/cm3以上であり、さらに好ましくは0.015g/cm3以上である。また断熱性等中空機能の観点から好ましくは0.3g/cm3以下であり、さらに好ましくは0.25g/cm3以下である。真比重は例えばルシャトリエ比重びん法(JISR5201)により測定できる。
本発明の中空樹脂微粒子(D)の体積平均粒径は触感の観点から好ましくは1μm以上であり、さらに好ましくは10μm以上、特に好ましくは40μm以上である。また好ましくは200μm以下であり、さらに好ましくは150μm以下、特に好ましくは100μm以下である。
本発明の中空樹脂微粒子(D)の粒子形状は不定形であっても球状であってもよいが、常温下での粉体流動性の観点で球状の粒子を50%以上含有するのが好ましい。ここで、球状というのは粒子の長径/短径の比が1.0〜1.5の範囲にあるものを指す。
本発明の熱膨張マイクロカプセル(C)は従来のものと比較してシェルを形成するポリマー(A)のTgが高く、これから得られる中空樹脂微粒子は耐熱性が良好である。
熱膨張マイクロカプセルの耐熱性の指標としては、例えば以下に示される高温膨張性試験を用いて評価できる。高温膨張性試験は 熱膨張性マイクロカプセル10gを高温領域である220℃の循風乾燥機で15分間加熱処理し、得られた中空樹脂微粒子の真比重を測定する試験である。耐熱性が良好というのは、得られた中空樹脂微粒子の比重が好ましくは0.3以下、さらに好ましくは0.22以下、より好ましくは0.18以下であるものを言う。
この特徴から本発明の熱膨張マイクロカプセル(C)及びこれを加熱膨張してなる中空樹脂微粒子(D)はエンジニアリングプラスチック用の軽量化材、プリンターの定着ロール用断熱材等として有用である。
中空樹脂微粒子の耐熱性の指標としては、例えば以下に示す式で定義される比重変化率が挙げられる。耐熱性が良好というのは、この比重変化率が好ましくは3以下、さらに好ましくは2以下、より好ましくは1.5以下であるものを言う。
比重変化率とは、以下の式で定義されるものである。
比重変化率=200℃で加熱処理後の真比重/加熱処理前の真比重
(加熱処理とは循風乾燥機において所定の温度で1時間乾燥させることである。)
実施例
以下、実施例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれに限定されない。以下において、部及び%はそれぞれ重量部及び重量%を示す。
ガラス転移温度(以下Tgと略記)、体積平均粒径、貯蔵弾性率、架橋間分子量および真比重は以下の方法で測定を行った。
<Tg> ポリマー(A)のTgの測定は、180℃×10hrの加熱処理をし、完全に溶剤を揮発させた後、示差走査熱量計UV−DSC220C(セイコー(株)製)を用いて行った。
<体積平均粒径> 体積平均粒径の測定は、トルエンを溶媒にしてレーザー散乱式粒度分布測定装置例えばLA−920(堀場製作所(株)製)で行った。
<貯蔵弾性率> レオバイブロンDDV−25FP(エーアンドディー社製:動的粘弾性測定装置)を用い、引っ張りモード、加重50kgf、振動周波数10Hz、温度幅30〜200℃で、粘弾性スペクトルにおける180℃における貯蔵弾性率の値を測定する。
<架橋間分子量> 架橋間分子量は各成分の数平均分子量、仕込み重量、官能基数に対して、前記の式を用いて計算で算出した。
<真比重> 真比重の測定はルシャトリエ比重びん法(JISR5201)を用いて測定した。
実施例1;<ポリアミド熱膨張性マイクロカプセル「C−1」の製造>
ペンタン100部(溶剤(B−1):沸点36℃)、イソフタル酸クロリド100部、ヘキサメチレンジアミン80部、ジエチレントリアミン15部及びMEK120部を加えて溶解させ、これを油相とする。イオン交換水800部に乳化剤(キャリボンB(三洋化成品))10部を溶解させ、これを水相とする。水相と油相を混合し、ホモミキサーを用いて4000rpm×1分の条件で分散させる。油滴の体積平均粒径は20μmであった。この分散液を60℃の条件で10hr反応させる。反応終了後、得られた球状体の樹脂を濾紙濾過にて水中より取り出し、40℃の循風乾燥機にて乾燥した。本球状体を音波式分級機により解砕して篩い分け、熱膨張性マイクロカプセル(C−1)280部を得た(体積平均粒径24.7μm、ポリマーTg:114.6℃、貯蔵弾性率:4.0×106(Pa)、架橋間分子量:3500)。また得られたポリマー(A−1)のSP値から溶剤(B−1)のSP値を差し引いた値は4.1であった。
実施例2;<ポリアミド熱膨張性マイクロカプセル「C−2」の製造>
ペンタン100部(溶剤(B−2):沸点36℃)、テレフタル酸クロリド100部、メタキシレンジアミン100部、及びMEK120部を加えて溶解させ、これを油相とする。イオン交換水800部に乳化剤(キャリボンB(三洋化成工業社製))10部を溶解させ、これを水相とする。水相と油相を混合し、ホモミキサーを用いて4000rpm×1分の条件で分散させる。油滴の体積平均粒径は20μmであった。この分散液を60℃の条件で10hr反応させる。反応終了後、得られた樹脂を濾紙濾過にて水中より取り出し、40℃の循風乾燥機にて乾燥した。本球状体を音波式分級機により解砕して篩い分け、熱膨張性マイクロカプセル(C−2)を得た(体積平均粒径26.1μm、ポリマーTg:119.6℃、貯蔵弾性率:5.1×106(Pa)、架橋間分子量:2800)。また得られたポリマー(A−2)のSP値から溶剤(B−2)のSP値を差し引いた値は4.4であった。
実施例3;<ポリウレタン熱膨張性マイクロカプセル「C−3」の製造>
ポリエチレンテレフタラート(数平均分子量2,000、酸価0.2)650部に、1,000部のトルエンを添加し、さらに142部のIPDIを添加し、トルエン還流下に120℃で5時間反応を行った(イソシアネート基含量3.2%)後、室温まで冷却し、25部のヘキサメチレンジアミン、及び20部のジエチレントリアミンを添加し60℃で5時間反応を行った後、トルエンを減圧下に留去し、両末端に水酸基を持ちウレタンおよびウレア結合を有するポリウレタン樹脂を得た。得られた樹脂400部、黄酸化鉄12部、n−ヘキサン(溶剤(B−3):沸点69℃)62部、酢酸エチル380部を混合し、あらかじめ作成したポリビニルアルコール0.5%水溶液2000部に滴下しながら分散した。得られた樹脂を濾紙濾過にて水中より取り出し、40℃の循風乾燥機にて乾燥した。本球状体を音波式分級機により解砕して篩い分け、、熱膨張性マイクロカプセル(C−3)を得た(体積平均粒径25.5μm、ポリマーTg:113.6℃、貯蔵弾性率:3.8×106(Pa)、架橋間分子量:3600)。また得られたポリマー(A−3)のSP値から溶剤(B−3)のSP値を差し引いた値は3.8であった。
実施例4;<ポリエステル熱膨張性マイクロカプセル「C−4」の製造>
ビスフェノールAエチレンオキサイド(EO)2モル付加物(三洋化成工業社製BPE−20T)450部に、テレフタル酸242部、無水トリメリト酸28部を添加し、さらに触媒としてジブチルチンオキサイド3部を添加し、230℃で10時間反応を行った(酸価0.5、数平均分子量5000)。これを150℃でバットに取り出し、室温まで冷却しポリエステル樹脂を得た。得られた樹脂400部、n−ヘキサン(溶剤(B−4):沸点69℃)62部、酢酸エチル380部を混合し、これを油相とする。イオン交換水800部に乳化剤(キャリボンB(三洋化成工業社製))20部を溶解させ、これを水相とする。水相をTK式ホモミキサーで8,000rpmに撹拌しながら、油相を投入し3分間撹拌した。ついでこの混合液を撹拌棒および温度計付の反応容器に移し、昇温して酢酸エチルを留去し、得られた樹脂分散液を濾紙濾過にて水中より取り出し、40℃の循風乾燥機にて乾燥した。本球状体を音波式分級機により解砕して篩い分け、熱膨張性マイクロカプセル(C−4)を得た(体積平均粒径23.5μm、ポリマーTg:106.6℃、貯蔵弾性率:1.8×106(Pa)、架橋間分子量:4900)。また得られたポリマー(A−4)のSP値から溶剤(B−4)のSP値を差し引いた値は4.7であった。
実施例5;<エポキシ樹脂熱膨張性マイクロカプセル「C−5」の製造>
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、スチレン化フェノールポリエチレンオキサイド付加物(エレミノールHB−12、三洋化成工業社製)47部とビスフェノールAジグリシジルエーテル(エピコート828、油化シェル社製)232部、さらにn−ヘキサン(溶剤(B−5):沸点69℃)23部を投入し均一に溶解させた。攪拌下で反応容器に水を滴下した。水を38部投入したところで、系が乳白色に乳化した。更に水を224部滴下し、乳濁液を得た。これを加熱して、系内温度70℃まで昇温した後、エチレンジアミンを20部を水446部に溶解した液を70℃を維持したまま2時間かけて滴下した。滴下後、70℃で5時間、90℃で5時間反応・熟成してエポキシ樹脂水性分散液を得た。ついでこの得られた樹脂分散液を濾紙濾過にて水中より取り出し、40℃の循風乾燥機にて乾燥した。本球状体を音波式分級機により解砕して篩い分け、熱膨張性マイクロカプセル(C−5)を得た(体積平均粒径18.5μm、ポリマーTg:120.6℃、貯蔵弾性率:6.7×106(Pa)、架橋間分子量:2900)。また得られたポリマー(A−5)のSP値から溶剤(B−5)のSP値を差し引いた値は4.4であった。
実施例6〜10;<中空樹脂粒子(D−1〜D−5)の製造>
上記で得られた熱膨張性マイクロカプセル(C−1〜C−5)100gを離型紙上に約100cm31の面積に拡げて180℃の循風乾燥機で15分間加熱処理することで、中空樹脂微粒子(D−1〜5)を得た。(D−1)の性状(体積平均粒径:64.5μm、真比重:0.05)、(D−2)の性状(体積平均粒径:77.2μm、真比重:0.04)、(D−3)の性状(体積平均粒径:62.5μm、真比重:0.07)、(D−4)の性状(体積平均粒径:58.5μm、真比重:0.15)、(D−5)の性状(体積平均粒径:51.5μm、真比重:0.13)
比較例1;<ポリアミド熱膨張性マイクロカプセル「C−1’」の製造>
ペンタン(溶剤(B−1’):沸点36℃)100部、アジピン酸クロリド100部、ヘキサメチレンジアミン85部、ジエチレントリアミン10部及びMEK120部を加えて溶解させ、これを油相とする。イオン交換水800部に乳化剤(キャリボンB(三洋化成品))10部を溶解させ、これを水相とする。水相と油相を混合し、ホモミキサーを用いて4000rpm×1分の条件で分散させる。油滴の体積平均粒径は20μmであった。この分散液を60℃の条件で10hr反応させる。反応終了後、得られた樹脂を濾紙濾過にて水中より取り出し、40℃の循風乾燥機にて乾燥した。本球状体を音波式分級機により解砕して篩い分け、熱膨張性マイクロカプセル(C−1’)を得た(体積平均粒径21.5μm、ポリマーTg:64.9℃、貯蔵弾性率:6.9×104(Pa)、架橋間分子量:2800)。また得られたポリマー(A−1’)のSP値から溶剤(B−1’)のSP値を差し引いた値は3.4であった。
比較例2;<ポリウレタン熱膨張性マイクロカプセル「C−2’」の製造>
ポリエチレンアジペート(数平均分子量2,000、酸価0.2)650部に、1,000部のトルエンを添加し、さらに142部のIPDIを添加し、トルエン還流下に120℃で5時間反応を行った(イソシアネート基含量3.2%)後、室温まで冷却し、25部のヘキサメチレンジアミン、及び20部のジエチレントリアミンを添加し60℃で5時間反応を行った後、トルエンを減圧下に留去し、両末端に水酸基を持ちウレタンおよびウレア結合を有するポリウレタン樹脂を得た。得られた樹脂400部、黄酸化鉄12部、n−ヘキサン(溶剤(B−2’):沸点69℃)62部、酢酸エチル380部を混合し、あらかじめ作成したポリビニルアルコール0.5%水溶液2000部に滴下しながら分散した。得られた樹脂を濾紙濾過にて水中より取り出し、40℃の循風乾燥機にて乾燥した。本球状体を音波式分級機により解砕して篩い分け、熱膨張性マイクロカプセル(C−2’)を得た(体積平均粒径29.2μm、ポリマーTg:38.1℃)。また得られたポリマー(A−2’)と溶剤(B−2’)のSP値差は3.1であった。
比較例3;<アクリル樹脂熱膨張性マイクロカプセル「C−3’」>
アクリル樹脂熱膨張性マイクロカプセルとしてマツモトマイクロスフェアーM−610(松本油脂(株)社製)を用いた(C−3’)。(体積平均粒径20.2μm、ポリマーTg:96.8℃、貯蔵弾性率:6.6×104(Pa))
比較例4;<架橋アクリル樹脂熱膨張性マイクロカプセル「C−4’」>
(1)水相の調整 イオン交換水340重量部にコロイダルシリカ20重量%水溶液25重量部、アジピン酸ージエタノールアミン縮合物10重量%水溶液10重量部、塩化ナトリウム110重量部を記載順に加え、均一に混合してこれを水相とする。
(2)油相の調整 アクリロニトリル80重量部、ヒドロキシエチルメタクリレート0.8重量部、エチレングリコールジメタクリレート1.5重量部、メタクリル酸メチル20重量部、ペンタン(溶剤(B−4’):沸点36℃)25重量部、アゾビスイソブチロニトリル0.5重量部を混合して均一に溶解しこれを油相とする。
(3)懸濁液の調整と懸濁重合 調整した水相と油相を混合し、ホモミキサーで4000rpmにて1分間撹拌し、油相/水相の懸濁液を得る。この懸濁液をオートクレープに仕込み、0.3MPa、60℃にて20時間かけて重合を行った。
(4)得られた樹脂分散液を濾紙濾過にて水中より取り出し、40℃の循風乾燥機にて乾燥した。本球状体を音波式分級機により解砕して篩い分け、熱膨張性マイクロカプセル(C−4’)を得た(体積平均粒径21.4μm、ポリマーTg:92.6℃、貯蔵弾性率:6.7×104(Pa)、架橋間分子量:3500)。また得られたポリマー(A−4’)と溶剤(B−4’)のSP値差は2.8であった。
比較例5;<架橋アクリル樹脂熱膨張性マイクロカプセル「C−5’」>
(1)水相の調整 イオン交換水340重量部にコロイダルシリカ20重量%水溶液25重量部、アジピン酸ージエタノールアミン縮合物10重量%水溶液10重量部、塩化ナトリウム110重量部を記載順に加え、均一に混合してこれを水相とする。
(2)油相の調整 アクリロニトリル70重量部、N,N,ジメチルアクリルアミド18重量部、エチレングリコールジメタクリレート0.3重量部、メタクリル酸20重量部、ペンタン(溶剤(B−5’):沸点36℃)25重量部、アゾビスイソブチロニトリル0.5重量部を混合して均一に溶解しこれを油相とする。
(3)懸濁液の調整と懸濁重合 調整した水相と油相を混合し、ホモミキサーで4000rpmにて1分間撹拌し、油相/水相の懸濁液を得る。この懸濁液をオートクレープに仕込み、0.3MPa、60℃にて20時間かけて重合を行った。
(4)得られた樹脂分散液を濾紙濾過にて水中より取り出し、40℃の循風乾燥機にて乾燥した。本球状体を音波式分級機により解砕して篩い分け、熱膨張性マイクロカプセル(C−5’)を得た(体積平均粒径23.4μm、ポリマーTg:95.6℃、貯蔵弾性率:6.3×104(Pa)、架橋間分子量:3900)。また得られたポリマー(A−5’)と溶剤(B−5’)のSP値差は2.6であった。
比較例6〜10;<中空樹脂微粒子(D−1’〜D−5’)の製造>
上記で得られた熱膨張性マイクロカプセル(C−1’〜C−5’)100gを離型紙上に約100cm2の面積に拡げて180℃の循風乾燥機で15分間加熱処理することで、中空樹脂微粒子(D−1’〜D−5’)を得た。(D−1’)の性状(体積平均粒径:66.5μm、真比重:0.07)、(D−2’)の性状(体積平均粒径:71.2μm、真比重:0.06)、(D−3’)の性状(体積平均粒径:83.5μm、真比重:0.03)、(D−4’)の性状(体積平均粒径:75.5μm、真比重:0.03)、(D−5’)の性状(体積平均粒径:86.5μm、真比重:0.03)
上記で得られた熱膨張性マイクロカプセル(C−1〜C−5、C−1’〜C−5’)に対して高温膨張性試験を行った結果を表1に示す。また上記で得られた中空樹脂微粒子(D−1〜D−5、D−1’〜D−5’)に対して耐熱性試験を行った結果を表2に示す。
<高温膨張性試験>
熱膨張性マイクロカプセル10gを高温領域である220℃の循風乾燥機で15分間加熱処理し、得られた中空樹脂微粒子の真比重を測定する。本評価方法では、膨張性に不安定性を有するものは十分に膨張していない粒子を含むため比重値が高くなる。
<耐熱性試験>
中空樹脂微粒子を1g秤量し、これを循風乾燥機を用いて200℃で1hr加熱処理を行い、比重変化率を算出する。比重変化率は下記の定義に従い算出される。
比重変化率=200℃で加熱処理後の真比重/加熱処理前の真比重
本評価方法では、高温で体積収縮をおこすものは比重変化率が高い値を示す。
本発明の熱膨張性マイクロカプセルは、200℃以上の超高温領域において、極めて安定した膨張性を有する。また、この熱膨張性マイクロカプセルを加熱膨張することにより得られる中空樹脂粒子は極めて高い耐熱性を有し、200℃以上の超高温領域においても体積収縮が起こらない。よって本発明の熱膨張性マイクロカプセルは火炎防止塗料等の200℃以上の超高温領域における膨張性が要求される分野へ利用できる。
また中空樹脂粒子の利用分野としても高い耐熱性が要求される分野、例えば自動車に使用されるエンジニアリングプラスチック用の軽量化材、プリンターの定着ロール用断熱材等の用途で利用できる。

Claims (7)

  1. ガラス転移温度が75℃以上200℃以下であって、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、及びエポキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種であるポリマー(A)からなるシェルを有し、溶剤(B)を内包することを特徴とする熱膨張性マイクロカプセル(C)。
  2. 前記ポリマー(A)の180℃における貯蔵弾性率が1×105Pa以上1×107Pa以下である請求項1記載の熱膨張性マイクロカプセル(C)。
  3. 前記ポリマー(A)がポリアミド樹脂である請求項1又は2記載の熱膨張性マイクロカプセル(C)。
  4. 前記溶剤(B)が前記ポリマー(A)を溶解せず沸点が0℃以上150℃以下である請求項1〜3いずれか記載の熱膨張性マイクロカプセル(C)。
  5. 前記熱膨張性マイクロカプセル(C)の体積平均粒径が0.5μm以上50μm以下である請求項1〜4いずれか記載の熱膨張性マイクロカプセル(C)。
  6. 前記ポリマー(A)の架橋間分子量が500以上5000以下である請求項1〜5いずれか記載の熱膨張性マイクロカプセル(C)。
  7. 請求項1〜6いずれか記載の熱膨張性マイクロカプセルを加熱膨張させてなる中空樹脂粒子(D)。

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