JP5043486B2 - 重合体微粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
懸濁重合法は、分散安定剤を含む水中で、機械的攪拌によりビニル単量体の分散油滴を形成し、油溶性重合開始剤によりビニル単量体の重合を行う方法である。
乳化重合法は、水溶性重合開始剤を用いて界面活性剤ミセル中でビニル単量体の重合を行う方法である。
分散重合法は、ビニル単量体を溶解するが、ビニル単量体から生成する重合体は溶解しない溶媒中で、溶媒に可溶の重合開始剤を用いて、ビニル単量体の重合を行う方法である。
シード重合法で、粒子径分布が狭い粒子を得るには、使用する重合体微粒子の粒子径分布を狭くする必要がある。重合体微粒子の製造方法として、懸濁重合法は、粒子径分布が狭い重合体微粒子を製造する場合、重合体微粒子の平均粒子径を10μm以下にすることが工業的に困難である。
重合体微粒子が吸収するビニル単量体の量を多くできれば、得られる重合体粒子の粒子径を大きくすることができる。吸収する量を多くする方法として、重合を連鎖移動剤の存在下で行うことにより重合体微粒子の分子量を低くする方法が知られている。
しかしながら、ソープフリー重合法では重合体微粒子は、狭い粒子径分布を有するが、重合のメカニズム上、平均粒子径を1μm以上にすることが困難である。
かくして本発明によれば、メタクリル酸とメタクリル酸エステルとを重量比85/15〜60/40で重合させて得られる共重合体を含む分散安定剤の存在下、ビニル単量体及び前記分散安定剤は溶解するが、前記ビニル単量体から生成する重合体は実質的に溶解しない溶媒中で前記ビニル単量体を重合させることで平均粒子径1〜10μmの重合体微粒子を得ることからなり、前記メタクリル酸エステルが、炭素数1〜4のアルキル基を有するメタクリル酸低級アルキルエステルであり、前記ビニル単量体が、(メタ)アクリル酸アルキルエステルであることを特徴とする重合体微粒子の製造方法が提供される。
本発明の方法により得られた重合体微粒子は、シード重合法のシード粒子や、電子工業分野(例えば、LCDスペーサー、銀塩フィルム用表面改質剤、磁気テープ用フィルム改質剤及び感熱紙走行安定剤等)、塗料/インク/接着剤分野(例えば、レオロジーコントロール剤、艶消し剤等)、医療分野(例えば、抗原抗体反応検査用粒子等)、化粧品分野(例えば、滑り剤、体質顔料等)、樹脂分野(例えば、不飽和ポリエステル等の樹脂の低収縮化剤、紙、歯科材料、アンチブロッキング剤、光拡散剤、樹脂改質剤等)で使用される重合体粒子の製造原料として使用可能である。
本発明に使用できるビニル単量体としては、特に限定されず、当該分野で公知のビニル単量体をいずれも使用できる。特に、ビニル単量体は、ビニル基を1つ有する単量体を含むことが好ましい。更に、ビニル単量体には、ビニル基を1つ有する単量体以外に、2以上のビニル基を有する他の単量体(以下、他の単量体)が含まれていてもよい。他の単量体は、ビニル基を1つ有する単量体への共重合体成分として使用できる。
上記溶媒中、アルコール類、エーテル類が特に好ましい。また、アルコール類としては、脂肪族低級アルコールが好ましい。
更には、分散安定剤は、0.4〜0.8の固有粘度〔η〕を有することが好ましい。この範囲の固有粘度を有することで、最終的に得られる重合体粒子の粒子径分布を狭くできる。
分散安定剤の使用量は、ビニル単量体の総量の1〜40重量%であることが好ましい。1重量%未満では、重合中の重合安定性が悪くなり、凝固物が多量に発生することがあるので好ましくない。40重量%を越えると、平均粒子径が小さくなってしまうことがあるので好ましくない。より好ましい使用量は5〜30重量%である。
製造時に酸素が存在すると重合遅延が生じることがあるため、重合系の雰囲気は、窒素、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気にすることが好ましい。
重合温度は、ビニル単量体の種類、量、重合開始剤の種類、量等によって適宜決定される。
本発明の方法より得られる重合体微粒子の平均粒子径は1〜10μmの範囲にある。更に、本発明の方法では、標準偏差を平均粒子径で除した値である変動係数(CV値)が10%以下と粒子径分布の狭い重合体微粒子を得ることができる。
(平均粒子径及び変動係数(CV値))
得られた重合体微粒子を走査型電子顕微鏡により観察し、任意の50個について粒子径を計測し、計測結果から平均粒子径(X)及び粒子径の標準偏差(σ)を計算し、次式に代入することにより変動係数(CV値)を算出する。
CV値(%)=(σ/X)×100
50ml三角フラスコに試料(分散安定剤)0.2gを精秤し、20mlのメタノールを加えて溶解して試料溶液を得る。次いで、30±0.1℃の恒温水槽にて、オストワルド粘度計を用い試料溶液の落下秒数を測定する。同時にメタノールの落下秒数も測定する。得られた結果から、固有粘度を次式により算出する。
η=3{{t/to}1/3−1}/C
式中、ηは固有粘度、tは試料溶液の落下秒数、t0はメタノールの落下秒数、Cは試料溶液中の分散安定剤の濃度g/100mlを意味する。
2Lの反応器にメタノール800g、メタクリル酸(MAA)160g、メタクリル酸メチル(MMA)40g、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)1gを投入し、55℃にて24時間反応を行い、固有粘度〔η〕=0.493のメタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体のメタノール溶液を得た。
2Lの反応器にメタノール800g、メタクリル酸160g、メタクリル酸メチル40g、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.3gを投入し、55℃にて24時間反応を行い、固有粘度〔η〕=0.898のメタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体のメタノール溶液を得た。
2Lの反応器にメタノール800g、メタクリル酸160g、メタクリル酸メチル40g、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.4gを投入し、55℃にて24時間反応を行い、固有粘度〔η〕=0.703のメタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体のメタノール溶液を得た。
2Lの反応器にメタノール800g、メタクリル酸160g、メタクリル酸メチル40g、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル2gを投入し、55℃にて24時間反応を行い、固有粘度〔η〕=0.35のメタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体のメタノール溶液を得た。
2Lの反応器にメタノール800g、メタクリル酸180g、メタクリル酸メチル20g、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.4gを投入し、55℃にて24時間反応を行い、固有粘度〔η〕=0.769のメタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体のメタノール溶液を得た。
2Lの反応器にメタノール800g、メタクリル酸140g、メタクリル酸メチル60g、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.4gを投入し、55℃にて24時間反応を行い、固有粘度〔η〕=0.724のメタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体のメタノール溶液を得た。
2Lの反応器にメタノール800g、メタクリル酸120g、メタクリル酸メチル80g、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.4gを投入し、55℃にて24時間反応を行い、固有粘度〔η〕=0.622のメタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体のメタノール溶液を得た。
2Lの反応器にメタノール800g、メタクリル酸170g、メタクリル酸ラウリル30g、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル1gを投入し、55℃にて24時間反応を行い、固有粘度〔η〕=0.497のメタクリル酸−メタクリル酸ラウリル共重合体のメタノール溶液を得た。
2Lの反応器にメタノール800g、メタクリル酸200g、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.4gを投入し、55℃にて24時間反応を行い、固有粘度〔η〕=0.745のポリメタクリル酸のメタノール溶液を得た。
2Lの反応器にメタノール800g、メタクリル酸100g、メタクリル酸メチル100g、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.4gを投入し、55℃にて24時間反応を行い、固有粘度〔η〕=0.571のメタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体のメタノール溶液を得た。
上記製造例1〜10の原料使用量及び分散安定剤の固有粘度を表1にまとめる。
2Lの反応器にメタノール635g、イオン交換水225g、分散安定剤として上記製造例1のメタクリル酸とメタクリル酸メチル組成比80/20の共重合体(固有粘度〔η〕=0.493)の20%メタノール溶液50g、メタクリル酸メチル100gを加えて攪拌し、窒素置換した。次いで、60℃に昇温して2,2’−アゾビスイソブチロニトリルを2g加えて反応を開始した。
更に、得られた微粒子を室温乾燥した後、微粒子を走査型電子顕微鏡で観察して画像による解析に付した。その結果、得られた微粒子の平均粒子径は3.75μm、CV値は6.2%であった。
分散安定剤として上記製造例2のメタクリル酸とメタクリル酸メチル組成比80/20の共重合体(固有粘度〔η〕=0.898)の20%メタノール溶液50gを使用する他は実施例1と同様に反応、精製して重合体微粒子を得た。得られた微粒子の平均粒子径は6.35μm、CV値7.3%であった。
分散安定剤として上記製造例3のメタクリル酸とメタクリル酸メチル組成比80/20の共重合体(固有粘度〔η〕=0.703)の20%メタノール溶液50gを使用する他は実施例1と同様に反応、精製して重合体微粒子を得た。得られた微粒子の平均粒子径は5.81μm、CV値は6.5%であった。
分散安定剤として上記製造例4のメタクリル酸とメタクリル酸メチル組成比80/20の共重合体(固有粘度〔η〕=0.350)の20%メタノール溶液50g、を使用する他は実施例1と同様に反応、精製して重合体微粒子を得た。得られた微粒子の平均粒子径は3.91μm、CV値は5.8%であった。
分散安定剤として上記製造例5のメタクリル酸とメタクリル酸メチル組成比90/10の共重合体(固有粘度〔η〕=0.769)の20%メタノール溶液50gを使用する他は実施例1と同様に反応、精製して重合体微粒子を得た。得られた微粒子の平均粒子径7.18μm、CV値8.1%であった。
分散安定剤として上記製造例6のメタクリル酸とメタクリル酸メチル組成比70/30の共重合体(固有粘度〔η〕=0.724)の20%メタノール溶液50gを使用する他は実施例1と同様に反応、精製して重合体微粒子を得た。得られた微粒子の平均粒子径は6.27μm、CV値7.8%であった。
分散安定剤として上記製造例7のメタクリル酸とメタクリル酸メチル組成比60/40の共重合体(固有粘度〔η〕=0.622)の20%メタノール溶液50gを使用する他は実施例1と同様に反応、精製して重合体微粒子を得た。得られた微粒子の平均粒子径は5.05μm、CV値は6.8%であった。
2Lの反応器にイソプロピルアルコール(IPA)810g、分散安定剤として上記製造例3のメタクリル酸とメタクリル酸メチル組成比80/20の共重合体(固有粘度〔η〕=0.703)の20%メタノール溶液50g、スチレン170gを加えて攪拌し、窒素置換した。次いで、70℃に昇温して2,2’−アゾビスイソブチロニトリル1.7g加えて反応を開始した。
更に、得られた微粒子を室温乾燥した後、微粒子を走査型電子顕微鏡で観察して画像による解析に付した。その結果、得られた微粒子の平均粒子径は2.83μm、CV値は8.3%であった。
分散安定剤として製造例8のメタクリル酸とメタクリル酸ラウリル組成比85/15の共重合体(固有粘度〔η〕=0.497)の20%メタノール溶液50g、重合開始剤として過酸化ベンゾイル5.1gを使用する他は実施例8と同様に反応、精製して重合体微粒子を得た。得られた微粒子の平均粒子径は4.51μm、CV値は9.8%であった。
分散安定剤として上記製造例9のメタクリル酸単独重合体(固有粘度〔η〕=0.745)の20%メタノール溶液50gを使用する他は実施例1と同様に反応を開始した。開始後1時間目に反応液をサンプリングした結果、数ミクロンから50μmの多分散粒子が生じていたので反応継続を中止した。
分散安定剤として上記製造例1のメタクリル酸とメタクリル酸メチル組成比50/50の共重合体(固有粘度〔η〕=0.571)の20%メタノール溶液50gを使用する他は実施例1と同様に反応、精製して重合体微粒子を得た。得られた微粒子の平均粒子径は4.05μmであったが、CV値は20%の多分散であった。
上記実施例及び比較例の分散安定剤種、平均粒子径及びCV値を表2にまとめる。
Claims (2)
- メタクリル酸とメタクリル酸エステルとを重量比85/15〜60/40で重合させて得られる共重合体を含む分散安定剤の存在下、ビニル単量体及び前記分散安定剤は溶解するが、前記ビニル単量体から生成する重合体は実質的に溶解しない溶媒中で前記ビニル単量体を重合させることで平均粒子径1〜10μmの重合体微粒子を得ることからなり、前記メタクリル酸エステルが、炭素数1〜4のアルキル基を有するメタクリル酸低級アルキルエステルであり、前記ビニル単量体が、(メタ)アクリル酸アルキルエステルであることを特徴とする重合体微粒子の製造方法。
- 前記ビニル単量体が、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ステアリル及び(メタ)アクリル酸ラウリルから選択される請求項1に記載の重合体微粒子の製造方法。
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