JP5216235B2 - Method for producing metal-containing fine particles - Google Patents

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Description

本発明は、金属含有微粒子およびその製造方法に関し、更に詳しくは、診断薬担体、細菌分離担体、細胞分離担体、核酸分離精製担体、蛋白・糖類分離精製担体、固定化酵素担体、ドラッグデリバリー(以下簡単のため「DDS」と記す)担体、さらにはその磁気誘導加熱特性を利用した温熱療法材料および核磁気共鳴吸収特性を利用したMRI診断用造影剤などとして有用な金属含有微粒子とその製造方法に関する。   The present invention relates to a metal-containing fine particle and a method for producing the same, and more specifically, a diagnostic agent carrier, a bacterial separation carrier, a cell separation carrier, a nucleic acid separation / purification carrier, a protein / saccharide separation / purification carrier, an immobilized enzyme carrier, a drug delivery (hereinafter referred to as “drug delivery”). The present invention relates to a carrier, a thermotherapy material using its magnetic induction heating characteristics, a metal-containing fine particle useful as a contrast agent for MRI diagnosis using its nuclear magnetic resonance absorption characteristics, and a method for producing the same. .

金属含有微粒子(例えば磁性体含有微粒子)は、磁力を利用した分離回収が容易にできる特性を有すること、磁気誘導加熱が可能となることから、主に医学・生化学分野において、診断薬担体、細菌あるいは細胞分離担体、核酸・蛋白・糖類の分離・精製担体、DDS担体、酵素反応担体、細胞培養担体、温熱療法材料、MRI造影剤等として優れた性能が得られるものと期待されている。   Metal-containing fine particles (for example, magnetic substance-containing fine particles) have characteristics that can be easily separated and recovered using magnetic force, and can be heated by magnetic induction. Therefore, mainly in the medical and biochemical fields, It is expected that excellent performance can be obtained as bacteria or cell separation carrier, nucleic acid / protein / saccharide separation / purification carrier, DDS carrier, enzyme reaction carrier, cell culture carrier, thermotherapy material, MRI contrast agent and the like.

磁性体含有微粒子の製造法としては、粒子内部に磁性体が存在するタイプの粒子を得る方法として、各種重合法を駆使して磁性ポリマー粒子を製造する様々な方法が知られている。   As a method for producing magnetic substance-containing fine particles, various methods for producing magnetic polymer particles using various polymerization methods are known as methods for obtaining particles of a type in which a magnetic substance is present inside the particles.

たとえば、親油化処理が施された磁性体をビニル芳香族モノマーを含む有機相に分散させ、この分散体を、ホモジナイザーを用いて水性相へ均質に分散させた後懸濁重合することにより、比較的小粒径の磁性ポリマー粒子を得る方法(特許文献1)が開示されているが、粒子内部における磁性体の均一分散性に劣るものとなり、当該磁性体は、粒子表面近傍に局在化される。このため、磁性ポリマー粒子から鉄イオンが溶出したり、酸性条件下において磁性体が溶解流出したりして磁性ポリマー粒子としての特性が損なわれるという問題がある。 For example, by dispersing a lipophilic magnetic substance in an organic phase containing a vinyl aromatic monomer, and dispersing the dispersion homogeneously in an aqueous phase using a homogenizer, followed by suspension polymerization, Although a method for obtaining magnetic polymer particles having a relatively small particle size ( Patent Document 1 ) has been disclosed, it is inferior to the uniform dispersibility of the magnetic substance inside the particle, and the magnetic substance is localized in the vicinity of the particle surface. Is done. For this reason, there is a problem that iron ions are eluted from the magnetic polymer particles, or the magnetic substance is dissolved and flowed out under acidic conditions, and the characteristics as the magnetic polymer particles are impaired.

また、特定の官能基を有する多孔ポリマー粒子の存在下に鉄化合物を水酸化物として沈澱させ、この鉄化合物を酸化することで、当該多孔ポリマー粒子の内部に磁性体を導入し、2μm以上の大粒径かつ均一径の磁性ポリマー粒子を得る方法(特許文献2)が開示されているが、磁性ポリマー粒子の製造工程が複雑であり、また、磁性体がポリマーによってカプセル化されていないため、鉄イオンが溶出するという問題がある。 In addition, an iron compound is precipitated as a hydroxide in the presence of a porous polymer particle having a specific functional group, and this iron compound is oxidized to introduce a magnetic substance into the porous polymer particle. Although a method of obtaining magnetic polymer particles having a large particle size and a uniform diameter is disclosed ( Patent Document 2 ), the manufacturing process of the magnetic polymer particles is complicated, and the magnetic material is not encapsulated by the polymer. There is a problem that iron ions are eluted.

以上のように、従来の合成法により得られる磁性ポリマー粒子は、鉄イオンの外部への溶出という問題を有するために、鉄イオンの溶出による影響を受けない用途・分野にしか適用することができないのが現状である。このため、磁性体の分散性に優れ、鉄イオンなどを外部に溶出させない新たな磁性粒子の開発が望まれている。   As described above, since the magnetic polymer particles obtained by the conventional synthesis method have a problem of elution of iron ions to the outside, they can be applied only to applications and fields that are not affected by elution of iron ions. is the current situation. For this reason, it is desired to develop new magnetic particles that are excellent in dispersibility of magnetic materials and do not elute iron ions and the like.

また、実用上の観点から、磁性粒子が、水性媒体中で沈降しにくく、均質な分散状態を維持していることが必要である。
特公平4−3088号公報 特公平5−10808号公報
From a practical point of view, it is necessary that the magnetic particles are difficult to settle in an aqueous medium and maintain a homogeneous dispersion state.
Japanese Patent Publication No. 4-3088 Japanese Patent Publication No. 5-10808

本発明は、金属成分(例えば磁性体成分)が溶出し難い金属含有微粒子、その金属含有微粒子の作成に有用な高分子微粒子、またはそれらの製造方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide metal-containing fine particles in which a metal component (for example, a magnetic component) is difficult to elute, polymer fine particles useful for producing the metal-containing fine particles, or a method for producing them.

・ 本願発明者らは、上記課題に鑑み、鋭意検討の結果、本発明を完成するに到ったものである。本発明は、以下の1または複数の特徴を有する。
(1)本発明の一つの特徴は、(a)アクリル酸系エステル化合物を1%以上含む重合性単量体と乳化剤とを用いて乳化重合反応を行う工程、(b)前期乳化重合反応工程で得られる高分子微粒子中のアクリル酸系エステル化合物のエステル結合を所定のpH範囲および所定の温度範囲下で加水分解する工程、(c)前記加水分解工程で得られる高分子微粒子と二価以上の金属塩とを所定のpH範囲下で混合することによって前記高分子微粒子に含まれるカルボキシル基と前記金属塩中の金属イオンとのイオン交換を行う工程、(d)前記イオン交換工程によって得られる高分子微粒子を300℃以上で炭素化処理することによって前記金属の微粒子が分散担持された炭素化構造物を得る工程、の各工程を含む金属含有微粒子の製造方法である。
(2)好適な実施形態では、前記金属含有微粒子は、体積平均径が50nm以上500nm以下である。
(3)好適な実施形態では、前記炭素化構造物中に分散した金属微粒子の体積平均径は、50nm以下である。
(4)好適な実施形態では、前記乳化重合反応で用いる乳化剤がスルホン酸系界面活性剤である。
(5)好適な実施形態では、前記工程(b)の所定のpH範囲が、8〜14である。
(6)好適な実施形態では、前記工程(b)の所定の温度範囲が、5〜120℃である。
(7)好適な実施形態では、前記工程(c)の所定のpH範囲が、7〜10である。
(8)〜(11)好適な実施形態では、二価以上の金属塩がコバルト塩、またはニッケル塩、または鉄塩、またはコバルト塩、ニッケル塩、鉄塩のなかから選ばれる2種以上の混合物である。
(12)好適な実施形態では、混合した前記二価以上の金属塩の濃度が、混合液中の水に対して高分子微粒子の限界凝集濃度以下である。
In view of the above problems, the present inventors have completed the present invention as a result of intensive studies. The present invention has one or more of the following features.
(1) One feature of the present invention is that (a) a step of performing an emulsion polymerization reaction using a polymerizable monomer containing 1% or more of an acrylic ester compound and an emulsifier, and (b) a pre-emulsion polymerization reaction step. (C) a step of hydrolyzing the ester bond of the acrylic ester compound in the polymer fine particles obtained in a predetermined pH range and a predetermined temperature range; and (c) the polymer fine particles obtained in the hydrolysis step and bivalent or higher A step of performing ion exchange between a carboxyl group contained in the polymer fine particles and a metal ion in the metal salt by mixing with a metal salt under a predetermined pH range, and (d) obtained by the ion exchange step A method for producing metal-containing fine particles comprising the steps of carbonizing polymer fine particles at 300 ° C. or higher to obtain a carbonized structure in which the metal fine particles are dispersed and supported. .
(2) In a preferred embodiment, the metal-containing fine particles have a volume average diameter of 50 nm to 500 nm.
(3) In a preferred embodiment, the volume average diameter of the metal fine particles dispersed in the carbonized structure is 50 nm or less.
(4) In a preferred embodiment, the emulsifier used in the emulsion polymerization reaction is a sulfonic acid surfactant.
(5) In a preferred embodiment, the predetermined pH range of the step (b) is 8-14.
(6) In a preferred embodiment, the predetermined temperature range of the step (b) is 5 to 120 ° C.
(7) In a preferred embodiment, the predetermined pH range of the step (c) is 7-10.
(8) to (11) In a preferred embodiment, the divalent or higher metal salt is a cobalt salt, a nickel salt, an iron salt, or a mixture of two or more selected from a cobalt salt, a nickel salt, and an iron salt. It is.
(12) In a preferred embodiment, the concentration of the mixed divalent or higher metal salt is less than or equal to the limit aggregation concentration of the polymer fine particles with respect to water in the mixed solution.

上記の各特徴を含む本発明のその他の特徴およびそれらの効果は、以下の実施形態および図面によって明らかにされる。   Other features of the present invention including the above features and their effects will become apparent from the following embodiments and drawings.

本発明によれば、原料の金属の特性に左右されることなく、かつ金属成分が溶出し難い金属含有微粒子(例えば磁性体含有微粒子)が得られ、診断薬担体、細菌分離単体、細胞分離担体、核酸分離精製担体、蛋白・糖類分離精製担体、固定化酵素担体、DDS担体、温熱療法材料、MRI造影剤などとしての応用が期待できる。   According to the present invention, metal-containing microparticles (for example, magnetic-substance-containing microparticles) that are not affected by the characteristics of the raw metal and are difficult to elute the metal component can be obtained. Application as nucleic acid separation and purification carrier, protein / saccharide separation and purification carrier, immobilized enzyme carrier, DDS carrier, thermotherapy material, MRI contrast agent and the like can be expected.

本発明における金属含有微粒子、その金属含有微粒子の作成に有用な高分子微粒子、およびそれらの製造方法について、実施形態によって説明する。   Embodiments of the metal-containing fine particles, polymer fine particles useful for producing the metal-containing fine particles, and methods for producing them are described below.

1.金属含有微粒子
本発明の金属含有微粒子は、金属微粒子が炭化構造物微粒子中に分散した形態を有する。
1. Metal-containing fine particles The metal-containing fine particles of the present invention have a form in which metal fine particles are dispersed in carbonized structure fine particles.

炭素化構造物とは、有機物を出発物質として炭素化処理によって得られる構造物を示す。炭素化処理とは、有機物を加熱処理により有機物内構造の炭素−炭素結合の開裂または炭素−水素結合の分解を発生させ、低分子化物質が揮発する一方で、開裂、分解した結合部位間で重縮合が起こることで巨大分子(炭素構造)化させる処理のことをいう。その処理温度は有機物の構造や性状(固体、液体など)あるいは水、酸素などの存在の有無により大きく左右される。分解時の挙動については、各種熱天秤分析装置を用いてその重量変化から適切な処理温度を把握することができ、ここでは、熱天秤分析装置で分析したときにもとの有機物の水分を除く重量に対し50%以下の重量になったときの温度以上で処理されたものの構造物を炭素化構造物と呼ぶこととする。   The carbonized structure refers to a structure obtained by carbonization treatment using an organic material as a starting material. Carbonization treatment is the heat treatment of organic matter to cause the cleavage of carbon-carbon bonds or the decomposition of carbon-hydrogen bonds in the internal structure of organic matter. This refers to the process of forming a macromolecule (carbon structure) by polycondensation. The treatment temperature greatly depends on the structure and properties of the organic substance (solid, liquid, etc.) or the presence or absence of water or oxygen. With regard to the behavior during decomposition, it is possible to grasp the appropriate processing temperature from the weight change using various thermobalance analyzers, and here, excluding the moisture of the original organic matter when analyzed with the thermobalance analyzer A structure that has been processed at a temperature equal to or higher than 50% by weight is referred to as a carbonized structure.

従来、金属等を樹脂等に包括する技術は存在したが、いずれも包括後の金属微粒子の大きさや磁性特性が磁性体原料のそれに左右されること、磁性体の溶出抑制が困難である等の制約があった。この点、本発明では、上記のように(1)エステル結合を有する単量体を用いて乳化重合によって微細な高分子微粒子を形成する点、(2)生成した高分子微粒子のエステル結合を加水分解してイオン交換性を有するカルボキシル基を持つ高分子微粒子を生成する点、(3)生成した高分子微粒子中のカルボキシル基をイオン交換して適宜所望のイオンを粒子中に固定し、かつ水中に分散したまま炭素化処理する点、(4)金属微粒子を炭素化構造物に包括すること等の、従来の技術にない複数の特徴を有している。特徴(1)により、従来技術では達成できなかった平均径の微粒子が作成される。エステル結合を有する単量体ではなくアクリル酸系単量体を使うことでもイオン交換性微粒子を作成することはできるが、エステル結合を有する単量体を使うことで、特徴(2)により、イオン交換性高分子微粒子中のイオン交換基(カルボキシル基)の量の調整が可能かつ高収率で得ることが可能となる。特徴(3)により、所望の金属組成の微粒子を生成させることが可能となる。特徴(4)により、金属微粒子が焼結(ブロック化)され、かつ、ポリマー由来の炭素化構造物中に固定化された状態となる。したがって、本発明の実施形態により、金属の特性に左右されることのない金属含有微粒子の作製が高収率で可能となり、かつ得られた金属含有微粒子は、金属成分をほとんど溶出することなく保持することが可能となるという従来にはない効果が達成される。   Conventionally, there have been technologies for including metals and the like in resins, etc., but in all cases, the size and magnetic properties of the metal fine particles after inclusion depend on the magnetic material, and it is difficult to suppress elution of the magnetic material. There were restrictions. In this respect, in the present invention, as described above, (1) fine polymer particles are formed by emulsion polymerization using a monomer having an ester bond, and (2) the ester bond of the generated polymer particles is hydrolyzed. (3) ion exchange of carboxyl groups in the generated polymer fine particles to appropriately fix desired ions in the particles, and It has a plurality of features that are not available in the prior art, such as carbonization treatment while being dispersed in (4), and inclusion of metal fine particles in a carbonized structure. Feature (1) produces fine particles with an average diameter that could not be achieved with the prior art. Although ion-exchangeable fine particles can be prepared by using an acrylic acid monomer instead of a monomer having an ester bond, by using a monomer having an ester bond, The amount of ion exchange groups (carboxyl groups) in the exchangeable polymer fine particles can be adjusted and can be obtained in high yield. The feature (3) makes it possible to generate fine particles having a desired metal composition. According to the feature (4), the metal fine particles are sintered (blocked) and fixed in the carbonized structure derived from the polymer. Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to produce metal-containing fine particles in a high yield without being influenced by the characteristics of the metal, and the obtained metal-containing fine particles can be retained without almost eluting the metal component. An unprecedented effect is achieved.

2.製造方法
本発明の金属含有微粒子の製造方法としては、特に限定されないが例えば以下の方法によって得ることができる。
2. Production Method The production method of the metal-containing fine particles of the present invention is not particularly limited, and can be obtained, for example, by the following method.

2−1.高分子微粒子(高分子ラテックス)の作製
まず、アクリル酸系エステルを1%以上含む重合性単量体を原料として高分子微粒子(高分子ラテックス)を作製する。このとき重合方法は、乳化重合によって行うことが、目的とする50nm以上500nm以下の微粒子を作製するにはもっとも適当である。上記体積平均径は、例えば、ハネウェル社製「Microtrack UPA」等の一般的な動的光散乱装置を用いて測定することができる。体積平均径(MV[μm])とは体積で重みづけされた平均径をいい、式(1)で一般的に定義される平均径である。
MV=Σ(V・d)/Σ(V) 式(1)
[(μm)]:粒子iの体積(i=1,2,・・・,N)
[μm]:粒子iの直径(i=1,2,・・・,N)
アクリル酸系エステル化合物が単量体全体の1%以上100%以下であることが好ましい。1%未満であるとその後に続く加水分解処理およびイオン交換処理を通して十分なイオン交換が行われず、後に続く炭素化処理で金属微粒子が生成しないことがある。
2-1. Preparation of polymer fine particles (polymer latex) First, polymer fine particles (polymer latex) are prepared using a polymerizable monomer containing 1% or more of an acrylic ester as a raw material. At this time, the polymerization method is most suitable for producing fine particles having a target particle size of 50 nm or more and 500 nm or less by emulsion polymerization. The volume average diameter can be measured, for example, using a general dynamic light scattering apparatus such as “Microtrack UPA” manufactured by Honeywell. The volume average diameter (MV [μm]) refers to an average diameter weighted by volume, and is an average diameter generally defined by Equation (1).
MV = Σ (V i · d i ) / Σ (V i ) Equation (1)
V i [(μm) 3 ]: Volume of particle i (i = 1, 2,..., N)
d i [μm]: diameter of the particle i (i = 1, 2,..., N)
The acrylic ester compound is preferably 1% or more and 100% or less of the entire monomer. If it is less than 1%, sufficient ion exchange is not performed through the subsequent hydrolysis treatment and ion exchange treatment, and metal fine particles may not be formed in the subsequent carbonization treatment.

「重合性単量体」の概念には、モノマー、または、モノマーおよびそのモノマーの重合に適した架橋剤の両者が含まれる。使用する重合性単量体としては、1%以上のアクリル酸系エステル化合物以外に適宜ビニル系モノマー(架橋剤)を用いることができる。   The concept of “polymerizable monomer” includes both a monomer or a monomer and a crosslinking agent suitable for the polymerization of that monomer. As the polymerizable monomer to be used, a vinyl monomer (crosslinking agent) can be appropriately used in addition to 1% or more of the acrylic acid ester compound.

アクリル酸系エステル化合物としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートなどを挙げることができ、これらは単独で使用しても、2種以上を適宜併用してもよく、なかでもメチルメタアクリレート、エチルメタアクリレートが、その入手の容易さや、生産コストの面から好ましい。
ビニル系モノマーとしては、スチレン、α−メチルスチレン、o−ビニルトルエン、m−ビニルトルエン、p−ビニルトルエン、ジビニルベンゼンなどの芳香族ビニル化合物;クロトン酸などの不飽和カルボン酸類;(メタ)アクリロニトリル、シアン化ビニリデンなどのシアン化ビニル化合物;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレンなどのハロゲン化ビニル化合物;アクリル酸、メタクリル酸などを挙げることができる。これらは単独で使用しても、2種以上を適宜併用してもよい。
Examples of acrylic ester compounds include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, i-propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, and t-butyl (meth). Acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, (poly) ethylene glycol di (meth) acrylate, (poly) propylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, etc. These may be used alone or in combination of two or more, and methyl methacrylate and ethyl methacrylate are particularly preferred from the standpoint of availability and production cost.
Examples of the vinyl monomer include aromatic vinyl compounds such as styrene, α-methylstyrene, o-vinyltoluene, m-vinyltoluene, p-vinyltoluene and divinylbenzene; unsaturated carboxylic acids such as crotonic acid; (meth) acrylonitrile And vinyl cyanide compounds such as vinylidene cyanide; vinyl halide compounds such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, and tetrafluoroethylene; acrylic acid and methacrylic acid. These may be used alone or in combination of two or more.

上記乳化重合をおこなう際に用いる重合開始剤としては水溶性や油溶性の重合開始剤、熱分解型やレドックス型の重合開始剤などが使用され、たとえば通常の過硫酸塩などの無機開始剤、あるいは有機過酸化物、アゾ化合物などを単独で用いるか、前記化合物と亜硫酸塩、亜硫酸水素、チオ硫酸塩、第一金属塩、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレートなどを組み合わせ、レドックス系で用いてもよい。重合開始剤として好ましい過硫酸塩としてはたとえば過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどがあげられ、好ましい有機過酸化物としては、たとえばt−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイルなどがあげられる。
これら重合開始剤は、重合性モノマー100質量部に対して、通常0.1〜5質量部の範囲で使用するのが一般的であり、重合時に使用する親水性の重合性モノマー量と、使用する重合開始剤の種類や量を適宜設定することによって、調製するポリマー粒子の粒子径を制御することができる。
As the polymerization initiator used when carrying out the above emulsion polymerization, water-soluble or oil-soluble polymerization initiators, thermal decomposition type or redox type polymerization initiators, etc. are used, for example, ordinary initiators such as persulfates, Alternatively, an organic peroxide, an azo compound, or the like may be used alone, or the compound may be used in a redox system by combining sulfite, hydrogen sulfite, thiosulfate, first metal salt, sodium formaldehyde sulfoxylate, and the like. Preferred examples of the persulfate as the polymerization initiator include sodium persulfate, potassium persulfate, and ammonium persulfate. Preferred examples of the organic peroxide include t-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, and benzoyl peroxide. And lauroyl peroxide.
These polymerization initiators are generally used in the range of usually 0.1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymerizable monomer, and the amount of hydrophilic polymerizable monomer used during polymerization and the use thereof The particle diameter of the polymer particles to be prepared can be controlled by appropriately setting the type and amount of the polymerization initiator.

乳化剤(界面活性剤、または乳化重合剤)としては、公知のものが使用される。例えば脂肪酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルリン酸エステル塩、スルホコハク酸ジエステル塩などのアニオン系界面活性剤や、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル等の非イオン系界面活性剤などがあげられる。これらは単独で使用しても、2種以上を適宜併用してもよい。なかでもαオレフィンスルホン酸ナトリウム、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルリン酸エステル塩、スルホコハク酸ジエステル塩といったスルホン酸系界面活性剤(例えばスルホン酸系のアニオン系界面活性剤)が、その後のイオン交換時に高分子ラテックスの安定性を維持したままの処理が容易となり好ましい。   Known emulsifiers (surfactants or emulsion polymerization agents) are used. For example, anionic surfactants such as fatty acid salts, alkyl sulfate esters, alkylbenzene sulfonates, alkyl phosphate esters, sulfosuccinic acid diester salts, and nonionic interfaces such as polyoxyethylene alkyl ethers and polyoxyethylene fatty acid esters Examples include activators. These may be used alone or in combination of two or more. Among them, sulfonic acid surfactants such as sodium α-olefin sulfonate, alkyl sulfate ester salt, alkylbenzene sulfonate salt, alkyl phosphate ester salt, sulfosuccinic acid diester salt (for example, sulfonic acid anionic surfactant) This is preferable because the treatment with the stability of the polymer latex maintained is easy during ion exchange.

重合反応時の温度や時間なども特に限定はなく、使用目的に応じて所望の重量平均分子量になるように適宜調整すればよい。   The temperature and time during the polymerization reaction are not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the purpose of use so as to obtain a desired weight average molecular weight.

重合反応時のpHも特に限定はなく、使用するモノマーや界面活性剤によって適宜調整すればよい。   The pH during the polymerization reaction is not particularly limited, and may be appropriately adjusted depending on the monomers and surfactants used.

2−2.高分子ラテックス中のエステル加水分解反応
上記重合方法によって得られた高分子ラテックス中に含まれるエステル結合をアルカリ水中において加水分解処理によってカルボキシル基を生成させる。このとき処理pHは8〜14でおこなうことが、加水分解処理の生産性の観点から好ましい。また、処理温度は50〜120℃でおこなうことが、処理にかかる生産コストおよびラテックスの安定性の観点から好ましい。
2-2. Ester hydrolysis reaction in polymer latex A carboxyl group is produced by hydrolysis treatment of an ester bond contained in the polymer latex obtained by the above polymerization method in alkaline water. At this time, the treatment pH is preferably 8 to 14 from the viewpoint of the productivity of the hydrolysis treatment. Moreover, it is preferable to perform processing temperature at 50-120 degreeC from a viewpoint of the production cost concerning processing, and stability of latex.

このとき、加水分解の反応率は、ポリマーを塩酸によってpH滴定してカルボキシル基に由来する2つの変曲点間の滴定量(滴定モル数)をその中に含まれるエステル量(エステル化合物のモル数)で割ることによって計算できる。pH滴定の事例を図1に示す。図1に示す滴定結果からは、エステル化合物のモル数に対する滴定の変曲点間の使用された塩酸のモル数が0.5であることから、反応率は50%と計算される。   At this time, the hydrolysis reaction rate is determined by the pH titration of the polymer with hydrochloric acid, and the titration (number of titration moles) between two inflection points derived from the carboxyl group is the amount of ester contained therein (mol of ester compound). It can be calculated by dividing by (number). An example of pH titration is shown in FIG. From the titration results shown in FIG. 1, since the number of moles of hydrochloric acid used between the inflection points of the titration with respect to the number of moles of the ester compound is 0.5, the reaction rate is calculated to be 50%.

加水分解の反応率は、1%以上100%以下とすることが、このあとに続くイオン交換処理で高分子微粒子内全体的にイオン交換が行われるために好ましい。   The hydrolysis reaction rate is preferably 1% or more and 100% or less because ion exchange is performed throughout the polymer fine particles in the subsequent ion exchange treatment.

2−3.高分子ラテックスと金属塩水溶液との混合(イオン交換)
2−2.までの処理によって得られた高分子ラテックスを金属塩水溶液と混合することによって、イオン交換を行う。このとき金属塩水溶液は特に限定されないが、二価以上の金属塩が金属微粒子を形成するのに好ましい。
2-3. Mixing polymer latex and metal salt aqueous solution (ion exchange)
2-2. Ion exchange is carried out by mixing the polymer latex obtained by the above treatments with a metal salt aqueous solution. At this time, the metal salt aqueous solution is not particularly limited, but a divalent or higher metal salt is preferable for forming metal fine particles.

二価以上の金属塩としては、特に限定されないが、硝酸コバルト、硫酸コバルト、塩化コバルトなどのコバルト塩;硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、塩化ニッケルなどのニッケル塩;硝酸銅、硫酸銅、塩化銅などの銅塩;硝酸鉄、硫酸鉄、塩化鉄などの鉄塩;硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウムなどのアルミニウム塩;硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウムなどのマグネシウム塩;硝酸銀、塩化銀、硫酸銀などの銀塩などを挙げることができ、このうちコバルト塩、ニッケル塩、鉄塩は、生成する金属微粒子を磁性体として発現させるには好ましい。   Although it does not specifically limit as metal salt more than bivalence, Cobalt salts, such as cobalt nitrate, cobalt sulfate, cobalt chloride; Nickel salts, such as nickel nitrate, nickel sulfate, nickel chloride; Copper nitrate, copper sulfate, copper chloride, etc. Copper salts; Iron salts such as iron nitrate, iron sulfate, and iron chloride; Aluminum salts such as aluminum nitrate, aluminum sulfate, and aluminum chloride; Magnesium salts such as magnesium nitrate, magnesium sulfate, and magnesium chloride; Silver nitrate, silver chloride, silver sulfate, etc. Among these, cobalt salts, nickel salts, and iron salts are preferable for expressing the generated metal fine particles as a magnetic substance.

金属塩水溶液の濃度は、これも特に限定されないが、高分子ラテックスの限界凝集濃度以下としたものを用いるのが、高分子ラテックスが水中に分散したまま後に続く炭化処理を行えるため、好ましい。
高分子ラテックスの限界凝集濃度とは「分散・乳化系の化学」北原文雄、古澤邦夫共著、工学図書、p.113(1991)などに示されるように、高分子ラテックスの持つ静電反発力より生み出される分散状態が塩によって破壊される臨界濃度にあたり、高分子ラテックスが急凝集をおこす臨界濃度である。この臨界濃度以下であれば、後述する炭素化処理終了までに高分子ラテックスが水中に分散したまま残存する量が多いため好ましい。
限界凝集濃度の測定法としては、「分散・乳化系の化学」北原文雄、古澤邦夫共著、工学図書、p.129(1991)に示されるように、各種金属塩濃度に調製された水溶液を作製しそれに高分子ラテックスを滴下して光の透過率で測定する方法もある。その他の限界凝集濃度の測定法としては、各種金属塩濃度に調製された水溶液を作製しそれに高分子ラテックスを滴下して凝集体の生成の有無を目視により確認する方法もある。
The concentration of the aqueous metal salt solution is not particularly limited, but it is preferable to use a concentration not higher than the limit aggregation concentration of the polymer latex because the subsequent carbonization treatment can be performed while the polymer latex is dispersed in water.
The critical coagulation concentration of polymer latex is “Dispersion and Emulsion Chemistry”, Fumio Kitahara and Kunio Furusawa, Engineering Books, p. 113 (1991) and the like, the dispersion state produced by the electrostatic repulsive force of the polymer latex corresponds to the critical concentration at which the polymer latex is destroyed by the salt. If it is below this critical concentration, it is preferable because the amount of the polymer latex that remains dispersed in water by the end of the carbonization treatment described later is large.
As a method for measuring the limit coagulation concentration, “Dispersion and Emulsion Chemistry”, Fumio Kitahara and Kunio Furusawa, Engineering Books, p. 129 (1991), there is a method in which aqueous solutions prepared with various metal salt concentrations are prepared, and a polymer latex is dropped onto the solution to measure the light transmittance. As another method for measuring the limit aggregation concentration, there is a method in which aqueous solutions prepared at various metal salt concentrations are prepared, and a polymer latex is dropped on the solution to visually check whether aggregates are formed.

高分子ラテックスと混合する金属塩水溶液中の金属塩の量としては、高分子ラテックス中に含まれるカルボキシル基の全量に対して0.001〜2当量とするのが、効率的に微小磁性体を形成させるのに好ましく、0.01〜1当量とするのがさらに好ましい。   The amount of the metal salt in the metal salt aqueous solution mixed with the polymer latex is 0.001 to 2 equivalents with respect to the total amount of carboxyl groups contained in the polymer latex. It is preferable to form, and more preferably 0.01 to 1 equivalent.

高分子ラテックスを金属塩水溶液と混合するときのpHは、これも限定されないが、高分子ラテックス中のアクリル酸またはメタクリル酸あるいはその他の単量体由来のカルボキシル基と金属塩中の金属イオンとのイオン交換が効率的に行われる範囲であることが磁性体生成させるためには好ましい。具体的にはpH3〜11が好ましく、さらにはpH7〜10がより好ましい。pHが7〜10であれば、イオン交換が効率的に行われ、金属が微粒子として分散させやすくなる。好適な実施形態では、pHは7以上9以下、またはpH7.5以上8.5以下、またはpH約8である。   The pH when the polymer latex is mixed with the metal salt aqueous solution is not limited to this, but the carboxyl group derived from acrylic acid, methacrylic acid or other monomer in the polymer latex and the metal ion in the metal salt. In order to generate a magnetic substance, it is preferable that the ion exchange be performed in an effective range. Specifically, pH 3-11 is preferable, and pH 7-10 is more preferable. If pH is 7-10, ion exchange will be performed efficiently and it will become easy to disperse | distribute a metal as a fine particle. In preferred embodiments, the pH is between 7 and 9, or between pH 7.5 and 8.5, or about pH 8.

得られた高分子ラテックスは、後述炭素化処理によって金属含有微粒子とする場合のほか、水中の不純物としての塩類を回収するイオン交換性樹脂等に利用可能である。   The obtained polymer latex can be used as an ion exchange resin or the like for recovering salts as impurities in water, in addition to the case of forming metal-containing fine particles by carbonization treatment described later.

2−4.炭素化処理
高分子ラテックスを金属塩水溶液と混合することにより高分子ラテックス中のカルボキシル基と金属塩中の金属イオンとのイオン交換処理をした水溶液(以後「高分子含有水溶液」と呼ぶ)を、引き続き、炭素化処理により炭素化することができる。
2-4. Carbonization treatment An aqueous solution (hereinafter referred to as “polymer-containing aqueous solution”) in which a polymer latex is mixed with a metal salt aqueous solution to perform an ion exchange treatment between a carboxyl group in the polymer latex and a metal ion in the metal salt, Subsequently, it can be carbonized by carbonization treatment.

炭素化処理の温度としては、先に述べたように、熱天秤分析装置で分析したときにもとの有機物の水分を除く重量に対し50%以下の重量になったときの温度以上とする。ここで通常のアクリル系単量体を主成分とする高分子では、特に限定されないが熱分解させるに必要な温度範囲と生産性の観点から300℃以上1500℃未満が好ましい。300℃未満では炭素化が十分進行しない。一方1500℃以上では水熱処理時の内圧上昇が激しく、不必要に高圧での処理となってしまう恐れがある。   As described above, the temperature of the carbonization treatment is set to be equal to or higher than the temperature at which the weight is 50% or less with respect to the weight excluding the moisture of the original organic matter when analyzed with a thermobalance analyzer. Here, the polymer mainly composed of a normal acrylic monomer is not particularly limited, but is preferably from 300 ° C. to less than 1500 ° C. from the viewpoint of the temperature range necessary for thermal decomposition and productivity. If it is less than 300 degreeC, carbonization will not fully advance. On the other hand, if the temperature is 1500 ° C. or higher, the internal pressure during the hydrothermal treatment increases sharply, and there is a risk of unnecessarily high pressure treatment.

炭素化処理前の高分子含有水溶液に対して、必要に応じて水を追加することができる。このとき水の量は、高分子含有水溶液中の高分子の濃度が0.0001%以上50%未満となるように追加するのが、取り扱いやすさおよび微粒子の収率の面から好ましい。0.0001%未満であれば、必要量に比べて処理する水溶液量が膨大となるため効率的でなく、50%以上では高分子微粒子間距離が小さいため炭素化処理時に凝集する恐れがある。   If necessary, water can be added to the polymer-containing aqueous solution before the carbonization treatment. At this time, the amount of water is preferably added so that the concentration of the polymer in the polymer-containing aqueous solution is 0.0001% or more and less than 50% from the viewpoint of ease of handling and the yield of fine particles. If the amount is less than 0.0001%, the amount of the aqueous solution to be treated is enormous compared to the required amount, which is not efficient. If the amount is 50% or more, the distance between the polymer fine particles is small, and thus there is a possibility of aggregation during the carbonization treatment.

炭素化処理装置としては、特に限定されないが、一般的な耐圧撹拌槽または耐圧容器を用いることができる。加熱媒体としては、これも限定されないが、ジャケットあるいは内部コイルによる加熱方法、耐圧容器をサンドバスなどの熱媒体に投入する方法などが挙げられる。   Although it does not specifically limit as a carbonization processing apparatus, A general pressure-resistant stirring tank or a pressure-resistant container can be used. Examples of the heating medium include, but are not limited to, a heating method using a jacket or an internal coil, and a method of putting a pressure vessel into a heat medium such as a sand bath.

炭素化処理によって生成する金属微粒子(「炭素化構造物中に分散した金属微粒子」に対応)の体積平均径は50nm以下であることが、磁性体としての効果の上で好ましい。50nm以上とすると、包括される金属微粒子の磁化率や磁化量の均一性が損なわれる恐れがある。   The volume average diameter of the metal fine particles (corresponding to “metal fine particles dispersed in the carbonized structure”) generated by the carbonization treatment is preferably 50 nm or less in view of the effect as a magnetic substance. If it is 50 nm or more, there is a risk that the magnetic susceptibility and the uniformity of the magnetization amount of the included metal fine particles may be impaired.

2−5.金属含有微粒子の適用例
以上によって得られる水溶液は、金属含有微粒子が水中に分散したものとして得られ、含有される金属微粒子が磁性体である場合は、これをそのまま診断薬担体、細菌分離担体、細胞分離担体、核酸分離精製担体、蛋白・糖類分離精製担体、固定化酵素担体、DDS担体、温熱療法材料、MRI造影剤などの用途として用いることが期待される。
金属含有微粒子が水中に分散したものは、その用途に応じて、水で希釈あるいは濃縮することができる。希釈方法としては、特に限定されないが、撹拌槽で金属含有微粒子水溶液と水とを混合する方法が一般的である。濃縮方法としては、これも限定されないが、撹拌槽内で加熱して水を揮発させる方法、スチームストリッピング処理、エバポレーターなどの濃縮装置などを用いることができる。
2-5. Application example of metal-containing fine particles The aqueous solution obtained as described above is obtained as a dispersion of metal-containing fine particles in water. It is expected to be used as a cell separation carrier, nucleic acid separation / purification carrier, protein / saccharide separation / purification carrier, immobilized enzyme carrier, DDS carrier, thermotherapy material, MRI contrast agent and the like.
The metal-containing fine particles dispersed in water can be diluted or concentrated with water depending on the application. Although it does not specifically limit as a dilution method, The method of mixing metal-containing fine particle aqueous solution and water with a stirring tank is common. The concentration method is not limited, and a method of volatilizing water by heating in a stirring tank, a steam stripping treatment, a concentration device such as an evaporator, or the like can be used.

実施例にて用いた各種測定法は以下の通りである。 Various measurement methods used in the examples are as follows.

(限界凝集濃度の測定)
尚、実施例中、限界凝集濃度は以下の方法で測定した。限界凝集濃度は、上述したように高分子ラテックスの持つ静電反発力より生み出される分散状態が塩によって破壊される臨界濃度にあたり、その濃度以上では急凝集を起こす。限界凝集濃度は、例えば吸光度によって測定できるほか、凝集の有無が確認できる程度で十分なため目視にて十分確認できる。
まず、イオン交換させる無機塩(すなわち、高分子ラテックス中のカルボキシル基と金属塩中の金属イオンとの間でイオン交換処理を行う金属塩水溶液)を用いて各濃度の水溶液を調製する。本実施例においては、様々な濃度に調整した50mlの水溶液を50ml遠心管(アズワン社製:ねじ口遠沈管)に用意し、そこに2mlのアクリル酸高分子ラテックスを加え、攪拌する。その後、大気圧室温下で1時間静置し、凝集体の有無を観察する。このとき凝集する最小濃度を限界凝集濃度とした。
(TEM観察)
実施例中、TEM(Transmission Electron Microscope)観察には、日本電子(株)製透過型電子顕微鏡JEM−1011を用いた。
(Measurement of limit aggregation concentration)
In the examples, the limit aggregation concentration was measured by the following method. As described above, the critical aggregation concentration is a critical concentration at which the dispersion state produced by the electrostatic repulsion force of the polymer latex is destroyed by the salt, and abrupt aggregation occurs at a concentration higher than that concentration. The limiting aggregation concentration can be measured by, for example, absorbance, and can be sufficiently confirmed by visual observation because it is sufficient to confirm the presence or absence of aggregation.
First, an aqueous solution of each concentration is prepared using an inorganic salt to be ion-exchanged (that is, an aqueous metal salt solution that performs an ion exchange treatment between a carboxyl group in the polymer latex and a metal ion in the metal salt). In this example, 50 ml of an aqueous solution adjusted to various concentrations is prepared in a 50 ml centrifuge tube (manufactured by AS ONE: screw mouth centrifuge tube), and 2 ml of acrylic acid polymer latex is added thereto and stirred. Thereafter, the mixture is allowed to stand for 1 hour at room temperature under atmospheric pressure and the presence or absence of aggregates is observed. The minimum concentration at which aggregation occurs was defined as the limit aggregation concentration.
(TEM observation)
In the examples, a transmission electron microscope JEM-1011 manufactured by JEOL Ltd. was used for TEM (Transmission Electron Microscope) observation.

(pH測定)
また、実施例中のpHとは、日本工業規格pH測定方法(JIS Z 8802 1984)によって測定された値のことを示し、pHの測定値は、採取したサンプルをビーカーなどの容器に入れ、25℃に保温したウォーターバスなどの中でサンプル温度が25℃になったことを確認して測定した値をいう。測定には(株)堀場製作所製D−51Sを用いた。
(PH measurement)
The pH in the examples refers to a value measured by a Japanese Industrial Standard pH measurement method (JIS Z 8802 1984). The measured value of pH is obtained by placing a collected sample in a container such as a beaker. A value measured by confirming that the sample temperature has reached 25 ° C. in a water bath or the like kept at 0 ° C. For measurement, D-51S manufactured by Horiba Ltd. was used.

(実施例1)
(1)高分子微粒子(高分子ラテックス)の作製
以下に実施例を示して、本発明の具体的な実施形態をより詳細に説明するが、これらは何ら本発明を限定するものではない。
邪魔板を4枚入れたセパラブルフラスコ(アズワン社製:筒型2000ml、口内径120mm、胴径130mm、高さ230mm)に蒸留水1250mlを加え、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを4.8g添加した。さらにメタクリル酸メチルモノマーを480gを添加した。
水酸化ナトリウム水溶液を用いて上記の溶液のpHを12に調整した。
上記セパラブルフラスコを密閉し70℃に設定した恒温水槽で温浴させた。反応器内の酸素を除去するために同時に窒素の流入を開始し、攪拌数を800rpmに設定し攪拌を開始した。撹拌翼には6枚パドル翼(内径50mm)を用いた。
1時間後、セパラブルフラスコ内の温度が70℃に達していることを確認して、重合開始剤の過硫酸カリウム0.144g加えて重合を開始した。
4時間後ほぼ重合が完了したところで攪拌を停止し、さらに窒素ガスの供給を停止し、高分子ラテックス(A)(以下、製造工程で得られる要素を適宜A、B、C、D等の記号によって表す)を回収した。
Example 1
(1) Production of Polymer Fine Particles (Polymer Latex) Specific examples of the present invention will be described below in more detail with reference to examples, but these do not limit the present invention.
Add 1250 ml of distilled water to a separable flask containing 4 baffle plates (manufactured by ASONE: 2000 ml cylinder, 120 mm inner diameter, 130 mm body diameter, 230 mm height), and add 4.8 g sodium dodecylbenzenesulfonate as an emulsifier did. Further, 480 g of methyl methacrylate monomer was added.
The pH of the above solution was adjusted to 12 using an aqueous sodium hydroxide solution.
The separable flask was sealed and warmed in a constant temperature water bath set at 70 ° C. In order to remove oxygen in the reactor, the inflow of nitrogen was started at the same time, the number of stirring was set to 800 rpm, and stirring was started. Six paddle blades (inner diameter: 50 mm) were used as the stirring blades.
After 1 hour, ensure that the temperature of the separable flask has reached 70 ° C., it was added to start polymerization potassium persulfate 0.144g of polymerization initiator.
After 4 hours, when the polymerization was almost completed, the stirring was stopped, the supply of nitrogen gas was stopped, and the polymer latex (A) (hereinafter, the elements obtained in the production process were appropriately represented by symbols such as A, B, C, D, etc. (Represented by).

(2)高分子ラテックスの加水分解
上記(1)で回収した高分子ラテックスと1Nの水酸化ナトリウム水溶液を混合してラテックスのpHを10.5とし、30℃に加温しながらスターラーで10時間撹拌して反応させた。このとき、加水分解の進行にともなってpHが低下するため、pHを監視しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液でpHが10.5で一定となるようにした。これによって加水分解高分子ラテックス(B)を得た。この加水分解ラテックス(B)の加水分解反応率は46%であった。
(2) Hydrolysis of polymer latex The polymer latex recovered in (1) above was mixed with a 1N aqueous sodium hydroxide solution to adjust the pH of the latex to 10.5 and heated to 30 ° C for 10 hours with a stirrer. Stir to react. At this time, since the pH decreased with the progress of hydrolysis, the pH was kept constant at 10.5 with a 1N aqueous sodium hydroxide solution while monitoring the pH. As a result, a hydrolyzed polymer latex (B) was obtained. The hydrolysis reaction rate of this hydrolysis latex (B) was 46%.

(3)高分子ラテックスと金属塩水溶液との混合(イオン交換)
上記(2)で回収した加水分解高分子ラテックス(B)の限界凝集濃度を測定したところ、7.0mmol/Lであったため、6.0mmol/Lの硝酸コバルト水溶液を調製して、この硝酸コバルト水溶液230mlに対して加水分解高分子ラテックス(B)を1ml加えて高分子微粒子中のカルボキシル基をイオン交換させた。このときイオン交換を十分進行させるために水酸化ナトリウムを加えてpHを8.2に調整した。これによって水溶液(C)を得た。
(3) Mixing of polymer latex and metal salt aqueous solution (ion exchange)
When the limiting aggregation concentration of the hydrolyzed polymer latex (B) recovered in the above (2) was measured and found to be 7.0 mmol / L, a 6.0 mmol / L cobalt nitrate aqueous solution was prepared. 1 ml of the hydrolyzed polymer latex (B) was added to 230 ml of the aqueous solution to ion exchange the carboxyl groups in the polymer fine particles. At this time, in order to sufficiently advance ion exchange, sodium hydroxide was added to adjust the pH to 8.2. This obtained the aqueous solution (C).

(3)炭素化処理
イオン交換処理した水溶液(C)を図2に示す炭素化装置の耐圧耐熱反応器2(容量6ml)に2ml入れた。炭素化装置は、当業者に周知の装置を利用すればよい。図2に示す炭素化装置は、例示として、圧力計4、パージバルブ6、窒素ボンベ8を備える。反応器2を取り付けて、窒素ボンベ8およびパージバルブ6の操作により、窒素ガスで加圧(0.3MPaG)とパージを30回繰り返して反応器1の内部の酸素を除去した。
(3) Carbonization treatment 2 ml of the ion exchange treated aqueous solution (C) was placed in a pressure resistant heat resistant reactor 2 (capacity 6 ml) of the carbonization apparatus shown in FIG. As the carbonization apparatus, an apparatus well known to those skilled in the art may be used. The carbonization apparatus shown in FIG. 2 includes a pressure gauge 4, a purge valve 6, and a nitrogen cylinder 8 as an example. The reactor 2 was attached, and by operating the nitrogen cylinder 8 and the purge valve 6, pressurization (0.3 MPaG) and purging with nitrogen gas were repeated 30 times to remove oxygen inside the reactor 1.

図3に示す流動サンドバスを予熱し300℃にした。流動サンドバスは、当業者に周知の装置を利用すればよい。図3の流動サンドバス10は、例示として、耐圧耐熱反応器12、圧力計14、パージバルブ16、コンプレッサー18、温度コントローラー20を備える。用意した反応器12をサンドバス10に入れてサンドバス10を10℃/分の昇温速度で500℃まで加熱する。反応器12内が500℃に達したら30分加熱し続けて取り出して反応器12ごと水冷する。   The fluidized sand bath shown in Fig. 3 was preheated to 300 ° C. A fluid sand bath may use an apparatus well known to those skilled in the art. The flowing sand bath 10 of FIG. 3 includes, as an example, a pressure resistant and heat resistant reactor 12, a pressure gauge 14, a purge valve 16, a compressor 18, and a temperature controller 20. The prepared reactor 12 is put into the sand bath 10 and the sand bath 10 is heated to 500 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min. When the inside of the reactor 12 reaches 500 ° C., heating is continued for 30 minutes, and the whole reactor 12 is cooled with water.

反応器が十分冷却されたら反応器内から水溶液を取り出して、目的とする微粒子(金属含有微粒子)の水溶液(D)を得た。   When the reactor was sufficiently cooled, the aqueous solution was taken out from the reactor to obtain the desired aqueous solution (D) of fine particles (metal-containing fine particles).

(4)金属含有微粒子の観察
得られた水溶液(D)を100mlビーカーに移して撹拌子を入れずにスターラーで撹拌すると水溶液(D)が撹拌される様子が確認された。
(4) Observation of metal-containing fine particles When the obtained aqueous solution (D) was transferred to a 100 ml beaker and stirred with a stirrer without a stirrer, it was confirmed that the aqueous solution (D) was stirred.

さらにこの水溶液(D)を乾燥してTEM観察すると図4に示すように、炭素化構造物微粒子内に分散したコバルト粒子(金属微粒子)が観察された。このとき図4の炭素化された微粒子の粒子径は約200nm、炭素化構造物微粒子中のコバルト粒子の粒子径は約10nmであった。図4に示すように、本実施例により、従来技術では達成できなかった極めて小さい平均径の金属組成の微粒子が生成されるとともに、その金属微粒子が焼結(ブロック化)され、かつ、金属微粒子を炭素化物質に包括する金属含有微粒子を作成することができた。   Further, when this aqueous solution (D) was dried and observed by TEM, cobalt particles (metal fine particles) dispersed in the carbonized structure fine particles were observed as shown in FIG. At this time, the particle size of the carbonized fine particles in FIG. 4 was about 200 nm, and the particle size of the cobalt particles in the carbonized structure fine particles was about 10 nm. As shown in FIG. 4, according to the present embodiment, fine particles having a metal composition with an extremely small average diameter that could not be achieved by the prior art were generated, and the fine metal particles were sintered (blocked). It was possible to create metal-containing fine particles containing carbon in the carbonized material.

図1は、加水分解の反応率を算出するためにHCl滴定したときの滴定曲線図である。FIG. 1 is a titration curve when HCl titration is performed to calculate the hydrolysis reaction rate. 図2は、本発明の実施例にもちいた水熱炭素化処理の耐圧耐熱反応器の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a pressure- and heat-resistant reactor for hydrothermal carbonization treatment used in the examples of the present invention. 図3は、本発明の実施例にもちいた流動サンドバスの説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a fluidized sand bath used in an embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施例で得られた磁性体含有微粒子のTEM観察をおこなった写真図である。FIG. 4 is a photograph of the TEM observation of the magnetic substance-containing fine particles obtained in the example of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

2 耐圧耐熱反応器
4 圧力計
6 パージバルブ
8 窒素ボンベ
10 流動サンドバス
12 耐圧耐熱反応器
14 圧力計
16 パージバルブ
18 コンプレッサー
20 温度コントローラー
2 Pressure-resistant and heat-resistant reactor 4 Pressure gauge 6 Purge valve 8 Nitrogen cylinder 10 Flowing sand bath 12 Pressure-resistant and heat-resistant reactor 14 Pressure gauge 16 Purge valve 18 Compressor 20 Temperature controller

Claims (10)

(a)アクリル酸系エステル化合物を1%以上含む重合性単量体と乳化剤とを用いて乳化重合反応を行う工程、
(b)前乳化重合反応工程で得られる高分子微粒子中のアクリル酸系エステル化合物のエステル結合を所定のpH範囲および所定の温度範囲下で加水分解する工程、
(c)前記加水分解工程で得られる高分子微粒子と二価以上の金属塩とを所定のpH範囲下で混合することによって前記高分子微粒子に含まれるカルボキシル基と前記金属塩中の金属イオンとのイオン交換を行う工程、
(d)前記イオン交換工程によって得られる高分子微粒子を300℃以上で炭素化処理することによって前記金属の微粒子が分散担持された炭素化構造物を得る工程、
の各工程を含む金属含有微粒子の製造方法。
(A) performing an emulsion polymerization reaction using a polymerizable monomer containing 1% or more of an acrylic acid ester compound and an emulsifier,
(B) pre-Symbol emulsion polymerization reaction step of hydrolyzing the ester bonds of the acrylic ester compound of the polymer microparticles obtained in step under predetermined pH range and a predetermined temperature range,
(C) By mixing the polymer fine particles obtained in the hydrolysis step and a metal salt having a valence of 2 or more under a predetermined pH range, the carboxyl groups contained in the polymer fine particles and the metal ions in the metal salt A process of performing ion exchange of
(D) a step of obtaining a carbonized structure in which the metal fine particles are dispersed and supported by carbonizing the polymer fine particles obtained by the ion exchange step at 300 ° C. or higher;
The manufacturing method of the metal containing fine particle containing each process of these.
前記乳化重合反応で用いる乳化剤がスルホン酸系界面活性剤であることを特徴とする請求項に記載の金属含有微粒子の製造方法。 The method for producing metal-containing fine particles according to claim 1 , wherein the emulsifier used in the emulsion polymerization reaction is a sulfonic acid surfactant. 前記工程(b)の所定のpH範囲が、8〜14であることを特徴とする請求項1または2に記載の前記製造方法。 The said manufacturing method of Claim 1 or 2 whose predetermined | prescribed pH range of the said process (b) is 8-14. 前記工程(b)の所定の温度範囲が、5〜120℃であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の前記製造方法。 The said manufacturing method of any one of Claims 1-3 whose predetermined temperature range of the said process (b) is 5-120 degreeC. 前記工程(c)の所定のpH範囲が、7〜10であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の前記製造方法。 The said manufacturing method of any one of Claims 1-4 whose predetermined | prescribed pH range of the said process (c) is 7-10. 二価以上の金属塩がコバルト塩であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の前記製造方法。 The said manufacturing method of any one of Claims 1-5 whose metal salt more than bivalence is a cobalt salt. 二価以上の金属塩がニッケル塩であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の前記製造方法。 The said manufacturing method of any one of Claims 1-5 whose metal salt more than bivalence is a nickel salt. 二価以上の金属塩が鉄塩であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の前記製造方法。 The said manufacturing method of any one of Claims 1-5 characterized by the metal salt more than bivalence being an iron salt. 二価以上の金属塩が、コバルト塩、ニッケル塩、鉄塩のなかから選ばれる2種以上の混合物よりなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の前記製造方法。 The said manufacturing method of any one of Claims 1-5 which consists of 2 or more types of mixtures chosen from cobalt salt, nickel salt, and iron salt. 混合した前記二価以上の金属塩の濃度が、混合液中の水に対して高分子微粒子の限界凝集濃度以下であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の前記製造方法。 The concentration according to claim 1 , wherein the concentration of the mixed divalent or higher metal salt is equal to or less than a limit aggregation concentration of the polymer fine particles with respect to water in the mixed solution. Production method.
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