JP5277512B2 - 架橋球状ポリマー微粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
一般に、これらの架橋ポリマー粒子は、懸濁重合法、乳化重合法、膨潤重合法、分散重合法などにより製造されている。
しかし、モノマー油滴を機械的な力により分散させる手法であるため、得られるポリマー粒子の粒子径分布は、1〜50μmと広いものになり、分級操作が必要になる。このため、粒径分布の狭いポリマーを得ようとすると、著しく歩留まりが悪くなるという欠点がある。
特許文献1(特開平1−315454号公報)では、特殊なシードを用いることで、架橋性モノマーを20.0質量%以上使用しても安定に乳化重合できる方法が開示されているが、製造できる粒子径の範囲は通常の乳化重合と同じ0.1〜1.0μmである。
このように、乳化重合では、1μmを超える粒子径を有する架橋ポリマー粒子を得ることは困難である。
この方法によれば、架橋性モノマーを多く使用することが可能となる結果、1μm以上の大きさで均一な粒子径分布を有する架橋ポリマー粒子を製造することができる。
しかし、この方法で用いられる膨潤助剤の水に対する溶解度は著しく低いため、これを水中に拡散させてシード粒子へ吸収させる第1工程に長時間を要するという欠点がある。しかも、シードポリマーに吸収されずに残留した油滴が、モノマー重合後、粗大粒子となる場合があり、分級工程が必要となるという欠点もある。
この方法では、数ミクロンでの単分散粒子を製造することはある程度可能であるが、粒子径が2.5μmを超え始めると、粒子同士の凝集融着が増大し、単分散性を制御することが非常に難しくなる。しかも、親水性や水溶性の重合性モノマーを共重合させる場合は、さらに凝集融着が激しくなり、単分散性の制御が一層困難になる。
しかし、この方法でも、媒体に対してモノマー量が5質量%を超えると、急激に粒子凝集物が増加する傾向が見られるため、モノマー使用量に制約があり、安定性良く工業的な大量生産を行うことは困難である。しかも、ジビニルベンゼンおよびこれを主成分としてなる粒子は、疎水性であるが、生態および抗原抗体反応検査用粒子等の生物・医療分野に使用する粒子を製造する場合は、水を媒体とすることが多く、この場合における分散性は、未だ不充分である。
1. 2個以上の不飽和二重結合を有する単量体35〜97質量%と、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコール(メタ)アクリル系単量体、(メタ)アクリル酸、およびアルコキシ(ポリ)エチレングリコール(メタ)アクリル系単量体から選ばれる親水性官能基または活性水素基を有する少なくとも1種の不飽和単量体3〜65質量%と、を含む原料モノマーを、この原料モノマーは溶解するが生成するポリマーは溶解しない媒体中で重合開始剤を用いて溶液重合する、平均粒子径0.1〜50μmの架橋球状ポリマー微粒子の製造方法であって、
さらに、前記媒体とは異なる、重合条件下では前記原料モノマーと反応しない、炭素原子5個以上、かつ、融点80℃以下の有機化合物の存在下で前記溶液重合を行うことを特徴とする架橋球状ポリマー微粒子の製造方法、
2. 前記親水性官能基または活性水素基を有する不飽和単量体が、水溶性であることを特徴とする1の架橋球状ポリマー微粒子の製造方法、
3. 前記有機化合物が、前記媒体に対して1〜50質量%存在することを特徴とする1または2の架橋球状ポリマー微粒子の製造方法、
4. 前記有機化合物が、炭化水素化合物およびシロキサン化合物から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする1〜3のいずれかの架橋球状ポリマー微粒子の製造方法、
5. 前記炭化水素化合物が、脂鎖式炭化水素類、脂環式炭化水素類、芳香族炭化水素類およびオイル類から選ばれる少なくとも1種であり、前記シロキサン化合物が、有機ポリシロキサンであることを特徴とする4の架橋球状ポリマー微粒子の製造方法、
6. 前記2個以上の不飽和二重結合を有する単量体が、ジビニルベンゼンおよびジ(メタ)アクリル酸エステル系モノマーから選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする1〜5のいずれかの架橋球状ポリマー微粒子の製造方法、
7. 前記原料モノマーが、3種類以上の単量体を含んで構成されることを特徴とする1〜6のいずれかの架橋球状ポリマー微粒子の製造方法、
8. 前記溶液重合が、分散重合または沈殿重合であることを特徴とする1〜7のいずれかの架橋球状ポリマー微粒子の製造方法、
9. 1〜8のいずれかの製造方法により得られ、ゼータ電位A(mV)の絶対値│A│が、25以上であることを特徴とする架橋球状ポリマー微粒子、
10. 前記ゼータ電位A(mV)が、マイナスであることを特徴とする9の架橋球状ポリマー微粒子、
11. 1〜8のいずれかの製造方法により得られ、粒子直径の変位がX%における粒子1個の圧縮弾性変形特性KXを下記式で定義した場合に、粒子直径の変位が10%のときの圧縮弾性変形特性K10が、20℃で100〜50000N/mm2を満たすことを特徴とする架橋球状ポリマー微粒子、
KX=(3/√2)・(SX -3/2)・(R-1/2)・FX
〔式中、FXは微粒子のX%変位に必要な荷重(N)、SXは微粒子のX%変位における圧縮変形量(mm)、およびRは微粒子半径(mm)を表す。〕
12. 1〜8のいずれかの製造方法により得られ、粒子直径の変位が50%のときの粒子直径の回復率が、20℃で測定した場合に20%以上を示すことを特徴とする架橋球状ポリマー微粒子
を提供する。
また、炭素原子5個以上、かつ、融点80℃以下の有機化合物の存在下で溶液重合を行うことで、粒子の分散性を向上させることができる結果、粒子径分布をより均一に制御でき、単分散粒子を効率よく得ることができる。
本発明に係る架橋球状ポリマー微粒子の製造方法は、2個以上の不飽和二重結合を有する単量体と、親水性官能基または活性水素基を有する不飽和単量体と、を含む原料モノマーを、この原料モノマーは溶解するが生成するポリマーは溶解しない媒体中で重合開始剤を用いて溶液重合するものである。
溶液重合としては、(1)水溶液中で行う乳化または懸濁重合、(2)非水系有機溶媒中または水と非水系有機溶媒との混合溶媒中、分散剤の存在下で行う分散重合、(3)上記(1)または(2)とシード法を組み合わせる方法などが挙げられるが、シード粒子を使用せずとも目的とするミクロンサイズの粒子が得られるだけでなく、親水性官能基等を有する共重合体を容易に製造し得ることから、分散重合を用いることが好ましい。なお、上記非特許文献1に記載されるような分散重合に準ずる沈殿重合法も好適に用いることができる。
一方、親水性官能基または活性水素基を有する不飽和単量体の原料モノマー中の含有量としては、3〜65質量%が好ましく、より好ましくは5〜65質量%、より一層好ましくは10〜50質量%、さらに好ましくは10〜45質量%、最適は15〜40質量%である。
一方、2個以上の不飽和二重結合を有する単量体の原料モノマー中の含有量が、97質量%を超える(親水性官能基または活性水素基を有する不飽和単量体が3質量%未満である)場合も、粒子の単分散性の低下を招く虞がある。
具体例を挙げると、ジビニルベンゼン;ジビニルビフェニル;ジビニルナフタレン;(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、(ポリ)テトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート等の(ポリ)アルキレングリコール系ジ(メタ)アクリレート;1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,8−オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10−デカンジオールジ(メタ)アクリレート、1,12−ドデカンジオールジ(メタ)アクリレート、3−メチル−1,5−ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、ブチルエチルプロパンジオールジ(メタ)アクリレート、3−メチル−1,7−オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、2−メチル−1,8−オクタンジオールジ(メタ)アクリレート等のアルカンジオール系ジ(メタ)アクリレート;ネオペンチルグリコールジ(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、テトラメチロールメタントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、エトキシ化シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、1,1,1−トリスヒドロキシメチルエタンジ(メタ)アクリレート、1,1,1−トリスヒドロキシメチルエタントリ(メタ)アクリレート、1,1,1−トリスヒドロキシメチルプロパントリアクリレート、ジアリルフタレートおよびその異性体、トリアリルイソシアヌレートおよびその誘導体等が挙げられる。
なお、製品名としては新中村化学工業(株)製のNKエステル[A−TMPT−6P0、A−TMPT−3E0、A−TMM−3LMN、A−GLYシリーズ、A−9300、AD−TMP、AD−TMP−4CL、ATM−4E、A−DPH]等が挙げられる。これらの単量体は、単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。
さらに、機械的特性により優れた架橋球状ポリマー微粒子を得るために、単量体としてジ(メタ)アクリル酸エステル系モノマーを含むものを用いることが好ましく、特に、圧縮弾性の必要な用途には、C6〜C18のアルカンジオール系ジ(メタ)アクリレートを含むものを用いることが好ましく、C8〜C12のアルカンジオール系ジ(メタ)アクリレートを含むものを用いることが最適である。
このような親水性官能基または活性水素基を有する不飽和単量体としては、例えば、下記のようなものが挙げられる。以下の説明において「C」は炭素原子を意味する。
アクリル酸アミノエチル、アクリル酸−N−プロピルアミノエチル,(メタ)アクリル酸−N−エチルアミノプロピル,(メタ)アクリル酸−N−フェニルアミノエチル,(メタ)アクリル酸−N−シクロヘキシルアミノエチル等のアミノ基含有(メタ)アクリル酸アルキルエステル誘導体、アリルアミン,N−メチルアリルアミン等のアリルアミン系誘導体、p−アミノスチレン等のアミノ基含有スチレン誘導体、2−ビニル−4,6−ジアミノ−S−トリアジン等のトリアジン誘導体等が挙げられる。これらの中でも1級または2級アミノ基を有する化合物が好ましい。なお、これらの化合物は、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
アクリル酸、メタクリル酸,クロトン酸,ケイ皮酸,イタコン酸,マレイン酸,フマル酸等の不飽和カルボン酸、イタコン酸モノブチル等のイタコン酸モノC1〜8アルキルエステル、マレイン酸モノブチル等のマレイン酸モノC1〜8アルキルエステル、ビニル安息香酸等のビニル基含有芳香族カルボン酸などの各種カルボキシル基含有単量体およびこれらの塩等が挙げられる。なお、これらの化合物は、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート,2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート,3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート,4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等の水酸基含有(メタ)アクリル系単量体、(ポリ)エチレングリコールモノ(メタ)アクリレート,(ポリ)プロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の(ポリ)アルキレングリコール(メタ)アクリル系単量体、ヒドロキシエチルビニルエーテル,ヒドロキシブチルビニルエーテル等のヒドロキシアルキルビニルエーテル系単量体、アリルアルコール,2−ヒドロキシエチルアリルエーテル等の水酸基含有アリル単量体等が挙げられる。なお、これらの化合物は、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
(メタ)アクリル酸2−メルカプトエチル、(メタ)アクリル酸2−メルカプト−1−カルボキシエチル、N−(2−メルカプトエチル)アクリルアミド、N−(2−メルカプト−1−カルボキシエチル)アクリルアミド、N−(2−メルカプトエチル)メタクリルアミド、N−(4−メルカプトフェニル)アクリルアミド、N−(7−メルカプトナフチル)アクリルアミド、マレイン酸モノ2−メルカプトエチルアミド等が挙げられる。
(5)カルボニル基含有単量体
ビニルメチルケトン,ビニルヘキシルケトン,メチルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類等が挙げられる。
なお、上記各化合物は、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル系単量体が挙げられる。
(7)シアノ基含有単量体
アクリロニトリル、メタクリロニトリル、ヘキセンニトリル、4−ペンテンニトリル、p−シアノスチレン等が挙げられる。
なお、上記各化合物は、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
(メタ)アクリルアミド、α−エチル(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル−p−スチレンスルホンアミド、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。なお、これらの化合物は、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
エチレンスルホン酸,ビニルスルホン酸,(メタ)アリルスルホン酸等のアルケンスルホン酸、スチレンスルホン酸,α−メチルスチレンスルホン酸等の芳香族スルホン酸、C1〜10アルキル(メタ)アリルスルホコハク酸エステル、スルホプロピル(メタ)アクリレート等のスルホC2〜6アルキル(メタ)アクリレート、メチルビニルスルホネート,2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロキシプロピルスルホン酸,2−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2−ジメチルエタンスルホン酸,3−(メタ)アクリロイルオキシエタンスルホン酸、3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸,3−(メタ)アクリルアミド−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸等のスルホン酸基含有不飽和エステルおよびこれらの塩などが挙げられる。
(10)リン酸基含有単量体
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリロイルホスフェート,フェニル−2−アクリロイロキシエチルホスフェート等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルリン酸モノエステル、ビニルリン酸等のリン酸基含有不飽和エステルおよびこれらの塩などが挙げられる。
なお、上記各化合物は、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
C1〜12アルキルクロライド,ジアルキル硫酸,ジアルキルカーボネート,ベンジルクロライド等の4級化剤により、3級アミンを4級化したものが挙げられる。
具体例としては、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド,2−(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムブロマイド,(メタ)アクリロイルオキシエチルトリエチルアンモニウムクロライド,(メタ)アクリロイルオキシエチルジメチルベンジルアンモニウムクロライド,(メタ)アクリロイルオキシエチルメチルモルホリノアンモニウムクロライド等のアルキル(メタ)アクリレート系第4級アンモニウム塩、(メタ)アクリロイルアミノエチルトリメチルアンモニウムクロライド,(メタ)アクリロイルアミノエチルトリメチルアンモニウムブロマイド,(メタ)アクリロイルアミノエチルトリエチルアンモニウムクロライド,(メタ)アクリロイルアミノエチルジメチルベンジルアンモニウムクロライド等のアルキル(メタ)アクリルアミド系第4級アンモニウム塩、ジメチルジアリルアンモニウムメチルサルフェート、トリメチルビニルフェニルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウム(メタ)アクリレート、トリメチルベンジルアンモニウム(メタ)アクリレート、2−(メタクリロイルオキシ)エチルトリメチルアンモニウムジメチルホスフェートなどが挙げられる。なお、これらの化合物は、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
(ポリ)エチレングリコールモノ(メタ)アクリレート,(ポリ)プロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の(ポリ)アルキレングリコール(メタ)アクリル系単量体、メトキシ(ポリ)エチレングリコールモノ(メタ)アクリレート,メトキシ(ポリ)プロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等のアルコキシ(ポリ)アルキレングリコール(メタ)アクリル系単量体などが挙げられる。なお、これらの化合物は、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
さらに、親水性官能基または活性水素基を有する不飽和単量体は、水溶性の化合物が好適である。水溶性単量体を用いることで、単分散性をさらに向上させることが可能である。また、得られる架橋性ポリマー微粒子を水または水系媒体に容易に単分散させることができる。
この重合性単量体は、原料モノマー中に0〜62質量%の任意の割合で配合することができるが、全単量体に対して50質量%以下、特に30質量%以下で配合することが好ましい。
具体例としては、(A)2個以上の不飽和二重結合を有する単量体として、ジビニルベンゼン、(ポリ)アルキレングリコール系ジ(メタ)アクリレート、アルカンジオール系ジ(メタ)アクリレートの少なくとも1種、(B)親水性官能基または活性水素基を有する不飽和単量体として、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、(ポリ)アルキレングリコール(メタ)アクリル系単量体、(メタ)アクリル酸、アルコキシ(ポリ)アルキレングリコール(メタ)アクリル系単量体の少なくとも1種、および必要に応じて(C)その他の重合性単量体として、スチレン類、(メタ)アクリル酸エステル類、ビニルエステル類の少なくとも1種の中から、必須成分である(A)および(B)成分をそれぞれ少なくとも1種含み、かつ、3種類以上単量体を含む原料モノマーを調製することが好ましい。
使用可能な溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、イソペンチルアルコール、tert−ペンチルアルコール、1−ヘキサノール、2−メチル−1−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、2−エチルブタノール、1−ヘプタノール、2−ヘプタノール、3−ヘプタノール、2−オクタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール等のアルコール類;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、イソプロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のエーテルアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル、(アルキル)セロソルブアセテート、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート等のエステル類;ペンタン、2−メチルブタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、2−メチルペンタン、2,2−ジメチルブタン、2,3−ジメチルブタン、ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン、2,2,3−トリメチルペンタン、デカン、ノナン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、p−メンタン、ジシクロヘキシル、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の脂肪族又は芳香族炭化水素類;四塩化炭素、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、テトラブロムエタン等のハロゲン化炭化水素類;エチルエーテル、ジメチルエーテル、トリオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;メチラール、ジエチルアセタール等のアセタール類;ギ酸、酢酸、プロピオン酸等の脂肪酸類;ニトロプロペン、ニトロベンゼン、ジメチルアミン、モノエタノールアミン、ピリジン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、N−メチル−2−ピロリドン等の硫黄、窒素含有有機化合物類等が挙げられる。これらは1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
なお、中でもエチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン等の水溶性、かつ、沸点が105℃以上の媒体を適量加えた混合媒体とすることが、粒子径の制御、分散性の点で好ましい。
本発明の架橋球状ポリマー微粒子の製造方法では、従来法のように、反応系中のモノマー量を多くしても粒子の凝集物が極端に増大することはないが、原料モノマーの含有量が、50質量%を超えると、架橋球状ポリマー微粒子を単分散化した状態で高収率で得ることが困難になる。一方、1質量%未満であると、反応が完結するまでに長時間を要し、また工業的観点から、実用的ではない。
また、反応時間は、目的とする反応がほぼ完結するのに要する時間であれば特に限定されるものではなく、モノマー種およびその配合量、官能基の種類、溶液の粘度、その濃度並びに目的の粒子径等に大きく左右されるが、例えば、40〜90℃の場合、1〜72時間、好ましくは2〜24時間程度である。
なお、得られた粒子は、シード重合することでコア−シェル構造を有するものや、その他の反応性官能基等を導入した複合粒子とすることもでき、その用途などに応じて、適宜な形態とすることができる。
このような有機化合物を反応系中に共存させることで、生成してくる架橋球状ポリマー微粒子の分散性をより一層向上させることができ、粒子径をより均一に制御することが可能となる。
炭素原子数5個以上の有機化合物は、常温で固体または液体であり、使用する媒体に混合(分散を含む)または溶解し、球状ポリマー微粒子生成に悪影響を及ぼさないものであれば特に限定されるものではないが、融点80℃以下、好ましくは60℃以下、より好ましくは40℃以下、より一層好ましくは30℃以下の有機化合物がよい。融点80℃以下程度の比較的低融点の有機化合物であれば、本発明の効果を阻害しない範囲で溶媒(媒体)として使用することができる。
さらに、上記有機化合物の添加量は、重合媒体に対して0.1〜50質量%程度であり、好ましくは1〜25質量%程度、より好ましくは2〜10質量%程度である。ここで、添加量が、50質量%を超えると、有機化合物によっては、反応溶液全体の粘度が高くなるという事態が生じ、粒子径を均一に制御することが困難になる場合がある。一方、0.1質量%未満では、粒子を単分散化させる効果が充分に発揮されない場合がある。
ここで、炭化水素化合物とは、飽和炭化水素,不飽和炭化水素等の脂鎖式炭化水素類、脂環式炭化水素類、芳香族炭化水素類、高級アルコール、高級脂肪酸、脂肪、油脂、ワックス類、動植物油類,鉱物油,石油産物等のオイル類等の炭化水素基を有する化合物およびその誘導体等が挙げられる。
これらの炭化水素化合物の中でも、脂鎖式炭化水素類、脂環式炭化水素類、芳香族炭化水素類、オイル類が好適である。
なお、これら炭化水素化合物は、本発明の効果を阻害しない範囲で、炭素、窒素、酸素、水素、ハロゲン以外の原子を含んでいてもよい。また、炭化水素化合物は、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
(1)炭化水素類
流動パラフィン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ウンデカン、ドデカン、テトラデカン、ヘキサデカン、オクタデカン、エイコサン、1−ペンテン、1−ヘキセン、3−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ペンテン、3−エチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ヘキセン、4,4−ジメチル−1−ヘキセン、4,4−ジメチル−1−ペンテン、4−エチル−1−ヘキセン、3−エチル−1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセン、1−イコセン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、1,4−ヘキサジエン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、5−ビニルノルボルネン、6,7−ジメチル−4−エチリデン−1,6−オクタジエン、6,7−ジメチル−4−エチリデン−1,6−ノナジエン、7−メチル−6−プロピル−4−エチリデン−1,6−オクタジエン、8−メチル−4−エチリデン−1,7−ノナジエン、7,8−ジメチル−4−エチリデン−1,7−ノナジエン、7,8−ジメチル−4−エチリデン−1,7−ノナジエン、9−メチル−4−エチリデン−1,8−デカジエン、8,9−ジメチル−4−エチリデン−1,8−デカジエン等
ペンタノール、ヘプタノール、オクタノール、デカノール、ドデカノール、ヘキサデカノール、オクタデカノール、エイコサノール、ドコサノール、テトラコサノール、ヘキサコサノール、オクタコサノール、ドデセノール、ミリシルアルコール、テトラセノール、ヘキサデセノール、エイコセノール、ドコセノール、ピネングリコール、ヒノキオール、ブチンジオール、ノナンジオール、イソフタリルアルコール、メシセリン、テレアフタリルアルコール、ヘキサンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール、テトラデカンジオール、ヘキサデカンジオール、ドコサンジオール、テトラコサンジオール、テレビネオール、フェニルグリセリン、エイコサンジオール、オクタンジオール、フェニルプロピレングリコール、ビスフェノールA、パラアルファクミルフェノール、フェニルエチルアルコール、フェニルプロピルアルコール等
ペンタン酸、ヘキサン酸、オクタン酸、デカン酸、ドデカン酸、ヘキサデカン酸、オクタデカン酸、ベヘン酸、2−アセトナフトンベヘン酸、12−ヒドロキシステアリン酸、ジヒドロキシステアリン酸等
(4)ケトン類
ベンジルメチルケトン、ベンジルアセトン、シクロヘキサノンベンゾイルアセトン、ジアセトベンゼン、ベンゾフェノン、トリコサノン、ヘプタコサノン、ヘプタトリアコンタノン、ヘントリアコンタノン、ヘプタトリアコンタノン、ステアロン、ラウロン、ジアニソール等
オレイン酸アミド、ラウリル酸アミド、ステアリン酸アミド、リシノール酸アミド、パルミチン酸アミド、テトラヒドロフラン酸アミド、エルカ酸アミド、ミリスチン酸アミド、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、N−ステアリルエルカ酸アミド、N−オレイルステアリン酸アミド、N,N′−エチレンビスラウリン酸アミド、N,N′−エチレンビスステアリン酸アミド、N,N′−エチレンビスオレイン酸アミド、N,N′−メチレンビスステアリン酸アミド、N,N′−エチレンビスベヘン酸アミド、N,N′−キシリレンビスステアリン酸アミド、N,N′−ブチレンビスステアリン酸アミド、N,N′−ジオレイルアジピン酸アミド、N,N′−ジステアリルアジピン酸アミド、N,N′−ジオレイルセバシン酸アミド、N,N′−システアリルセバシン酸アミド、N,N′−ジステアリルテレフタル酸アミド、N,N′−ジステアリルイソフタル酸アミド、フェナセチン、トルアミド、アセトアミド等
パラトルエンスルホンアミド、エチルベンゼンスルホンアミド、ブチルベンゼンスルホンアミド等
(7)コレステロール脂肪酸エステル類
ステアリン酸コレステロール、パルミチン酸コレステロール、ミリスチン酸コレステロール、ベヘン酸コレステロール、ラウリン酸コレステロール、メリシン酸コレステロール等
(8)糖類脂肪酸エステル類
ステアリン酸サッカロース、パルミチン酸サッカロース、ベヘン酸サッカロース、ラウリン酸サッカロース、メリシン酸サッカロース、ステアリン酸ラクトース、パルミチン酸ラクトース、ミリスチン酸ラクトース、ベヘン酸ラクトース、ラウリン酸ラクトース、メリシン酸ラクトース等
酢酸アミル、酢酸ベンジル、酢酸フェニルエチル、酢酸フェノキシエチル、フェニル酢酸エチル、プロピオン酸ベンジル、安息香酸エチル、安息香酸ブチル、ラウリン酸ブチル、ミリスチン酸イソプロピル、リン酸トリエチル、リン酸トリブチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、マロン酸ジエチル、マロン酸ジプロピル、ジエチルマロン酸ジエチル、コハク酸ジエチル、コハク酸ジブチル、グルタル酸ジエチル、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジプロピル、アジピン酸ジブチル、アジピン酸ジ(2−メトキシエチル)、セバシン酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル、マレイン酸ジオクチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジオクチル、ケイ皮酸−3−ヘキセニル等
(10)エーテル類
ブチルフェニルエーテル、ベンジルエチルエーテル、ヘキシルエーテル等
密ロウ、カルナウバワックス、ライスワックス、木ロウ、ホホバ油、鯨ロウ、カンデリラワックス、ラノリン、モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、ポリエチレンワックス誘導体、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラクタム等
(12)オイル類
石油精製によって作られる鉱油、エンジンオイル、スピンドル油、マシン油、シリンダ油、ギヤ油等の工業用潤滑油、または化学合成によって作られる合成潤滑油(その化学成分としては、炭化水素系としてポリブテン等のポリオレフィン、アルキルベンゼン等のアルキル芳香族等が挙げられる)、椰子油,パーム油,オリープ油,ひまわり油,ひまし油,大豆油,あまに油,菜種油,桐油,綿実油等の植物油、鯨油,牛脂等の動物油等
一般にシリコーンといわれている有機ポリシロキサンは、シロキサン結合(−O−Si−)を主鎖とした単位の繰り返しを骨格に含む重合体であり、置換基としては通常、水素原子、並びにアルキル基、フェニル基、およびアラルキル基を包含する炭素原子数1〜50の飽和または不飽和炭化水素で、直鎖状、分岐状の炭化水素基からなる群から選択されたものである。なお、置換基は同一でも異なっていてもよい。
一般的なポリシロキサンとしては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリジフェニルシロキサンおよびこれらの混合物等が挙げられる。
有機ポリシロキサン(またはシリコーン)の中でも、常温での動粘度が0.65〜1,000,000mm2・s-1(cSt)程度の範囲にある液体状のものをシリコーンオイルという。
本発明においては、有機ポリシロキサンの中でも、このシリコーンオイルを用いることが好適であり、特に、25℃における動粘度が1〜10000mm2・s-1(cSt)ものが好ましく、より好ましくは、10〜5000mm2・s-1(cSt)のものである。
有機ポリシロキサンの動粘度が、上記範囲を外れると、粒子径の制御が難しくなり、粒子が析出しなかったり、析出した粒子が凝集したりして単分散化した粒子が得られない場合がある。
以上で説明した炭素原子数5個以上の有機化合物は、単分散化効率を高めるという点から、疎水性の化合物であることが好ましい。
このゼータ電位は、分散安定性の指標となる値であり、一般に絶対値│A│が高くなれば、粒子同士の反発が強くなるため、分散系の安定性が高くなり、一方ゼロに近づくほど帯電が緩和されていることになり、より凝集し易いという性質を示す。
したがって、絶対値│A│は、30〜100が好ましく、35〜100がより好ましく、40〜100がより一層好ましいが、本発明の製造方法によれば、これらの値を満たす架橋球状ポリマー微粒子を得ることも可能であり、通常、絶対値│A│が40〜80程度の範囲の粒子を得ることができる。
なお、得られる粒子の均一性、および粒子径を制御する容易さという点から、上記ゼータ電位A(mV)は、マイナスであることが好ましい。
さらに、粒子径(直径)のCv値が、20%以下であることが好ましい。Cv値が20%を超えると、架橋球状ポリマー微粒子の用途性能が低下(例えば導電性微粒子とした際の接続信頼性、生体検査素子としての定量性等が低下)することがある。粒子径のCv値は、好ましくは10%以下、より好ましくは5%以下、最良は4%以下である。
Cv値(%)=(粒子径の標準偏差/平均粒子径)×100
なお、上記平均粒子径およびCv値(%)は、走査電子顕微鏡(S−4800、(株)日立ハイテクノロジーズ製、以下、SEMという)を用い、測定可能な倍率(300〜200,000倍)で粒子(n=300)の写真を撮影し、粒子を二次元化した状態で測定した粒子径の平均値およびそれより算出した粒子径の標準偏差、Cv値(%)である。
KX=(3/√2)・(SX -3/2)・(R-1/2)・FX
〔式中、FXは微粒子のX%変位に必要な荷重(N)、SXは微粒子のX%変位における圧縮変形量(mm)、およびRは微粒子半径(mm)を表す。〕
粒子直径の変位が10%のときの圧縮弾性変形特性K10が、20℃で測定した場合に、100〜50000N/mm2を満たすことが好ましい。
K10が、100N/mm2未満の粒子では、耐熱性、耐薬品性等の特性が不充分となる可能性が高く、好適な範囲は1000〜15000N/mm2、特に、1500〜9000N/mm2、最適は2000〜8500N/mm2である。本発明の製造方法で得られた架橋球状ポリマー微粒子も、これらの範囲のK10値を有することが好ましい。なお、ポリマー粒子であるため、無機粒子のように50000N/mm2を超えるような硬度の粒子とすることは困難である。
K10=(3/√2)・(S10 -3/2)・(R-1/2)・F10
F10:微粒子の10%変位に必要な荷重(N)
S10:微粒子の10%変位における圧縮変形量(mm)
R:微粒子の半径(mm)
なお、KX値は、微粒子の硬さを普遍的かつ定量的に表すものであり、本発明のように10%K値を用いることにより、10%変位での微粒子の好適な硬さを定量的かつ一義的に表すことが可能となる。
また、本発明の架橋球状ポリマー微粒子は、上述のような特徴を有すことから、電材分野だけでなく、塗料、コーティング剤、光拡散剤、化粧料、医薬又は生体検査素子、農薬、建築材料等、広範囲の分野で用いることができる。
[実施例1]
500mlフラスコに下記に示した各化合物を一括して仕込み、窒素にて溶存酸素を置換した後、攪拌機を用い、窒素気流下、オイルバス温度82℃で、約6時間加熱撹拌をして、DVB・メタクリル酸・NK−エステル A−DOD(新中村化学工業(株)製)共重合粒子溶液を得た。
[エチルビニルベンゼン3%含有]
メタクリル酸 3.92g
NK−エステル A−DOD(新中村化学工業(株)) 9.8g
[1,10−デカンジオールジアクリレート]
アセトニトリル 196g
アゾビスイソブチロニトリル(AIBN) 1.69g
n−ドデカン 9.02g
エチルカルビトールアセテート 9.8g
500mlフラスコに下記に示した化合物を一括して仕込み、窒素にて溶存酸素を置換した後、撹拌機を用い、窒素気流下、オイルバス温度82℃で、約6時間加熱撹拌をして、DVB・メタクリル酸・NK−エステル A−DOD(新中村化学工業(株)製)共重合粒子溶液を得た。
メタクリル酸 3.9g
NK−エステル A−DOD 9.8g
アセトニトリル 196g
アゾビスイソブチロニトリル(AIBN) 1.69g
n−ドデカン 9.02g
エチルカルビトール 9.8g
ジメチルホルムアミド 1.96g
500mlフラスコに下記に示した化合物を一括して仕込み、窒素にて溶存酸素を置換した後、撹拌機を用い、窒素気流下、オイルバス温度80℃で、約6時間加熱撹拌をして、DVB・メタクリル酸・NK−エステル DOD−N(新中村化学工業(株)製)共重合粒子溶液を得た。
メタクリル酸 7.35g
NK−エステル DOD−N(新中村化学工業(株)) 9.8g
[1,10−デカンジオールジメタクリレート]
アセトニトリル 245g
アゾビスイソブチロニトリル(AIBN) 2.1g
n−ドデカン 11.2g
イソプロピルアルコール 12.25g
500mlフラスコに下記に示した化合物を一括して仕込み、窒素にて溶存酸素を置換した後、撹拌機を用い、窒素気流下、オイルバス温度88℃で、約6時間加熱撹拌をして、DVB・アクリル酸・NK−エステル A−IND(新中村化学工業(株)製)共重合粒子溶液を得た。
アクリル酸 12.25g
NK−エステル A−IND(新中村化学工業(株)製) 5.25g
[2−メチル−1,8−オクタンジオールジアクリレート(85%)]
[1,9−ノナンジオールジアクリレート(15%)]
アセトニトリル 350g
アゾビスイソブチロニトリル(AIBN) 4.75g
n−ドデカン 12g
n−ドデカンをSH−550(東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製)に変更した以外は、実施例1と同様にしてDVB・メタクリル酸・1,10−デカンジオールジアクリレート共重合粒子溶液を得た。
次に、この粒子溶液を公知の吸引ろ過設備を使ってTHFで3〜5回程度、洗浄−ろ過を繰り返した後、真空乾燥して粒子を得た。得られた粒子の粒子径を、SEMにて観察、測定したところ、平均粒子径が3.7μmの球状の粒子であった。また、Cv値は4.1%であった。
NK−エステル AD−TMP(新中村化学工業(株)製)を0.24g加えた以外は、実施例3と同様にしてDVB・メタクリル酸・1,10−デカンジオールジメタクリレート・ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート共重合粒子溶液を得た。
次に、この粒子溶液を公知の吸引ろ過設備を使ってTHFで3〜5回程度、洗浄−ろ過を繰り返した後、真空乾燥して粒子を得た。得られた粒子の粒子径を、SEMにて観察、測定したところ、平均粒子径が3.5μmの球状の粒子であった。また、Cv値は4.3%であった。
実施例3のメタクリル酸を、ポリエチレングリコールモノメタクリレート(MA−50、日本乳化剤(株)製、n≒5)に変更した以外は、実施例3と同様にしてDVB・ポリエチレングリコールモノメタクリレート・1,10−デカンジオールジメタクリレート共重合粒子溶液を得た。
次に、この粒子溶液を公知の吸引ろ過設備を使ってTHFで3〜5回程度、洗浄−ろ過を繰り返して真空乾燥後、粒子を得た。得られた粒子の粒子径を、SEMにて観察、測定したところ、平均粒子径が2.5μmの球状の粒子であった。また、Cv値は4.6%であった。
500mlフラスコに下記に示した化合物を一括して仕込み、窒素にて溶存酸素を置換した後、撹拌機を用い、窒素気流下、オイルバス温度82℃で、約6時間加熱撹拌をして、DVB・アクリル酸共重合粒子溶液を得た。
アクリル酸 4.41g
アセトニトリル 147g
アゾビスイソブチロニトリル(AIBN) 1.26g
n−ドデカン 8.4g
メタクリル酸をDVBに変更した以外は、実施例1と同様にしてDVB・1,10−デカンジオールジアクリレート共重合粒子溶液を得た。
次に、この粒子溶液を公知の吸引ろ過設備を使ってTHFで3〜5回程度、洗浄−ろ過を繰り返した後、真空乾燥して粒子を得た。
この粒子径をSEMにて観察、測定したところ、粒子径1〜3μm程度の粒子がくっつきや凝集を起こしているのが確認され、単分散化した粒子は得られなかった。比較例1で得られた粒子のSEM写真を図2に示す。
メタクリル酸をスチレンに変更した以外は、実施例3と同様にしてDVB・スチレン・1,10−デカンジオールジメタクリレート共重合粒子溶液を得た。
次に、この粒子溶液を公知の吸引ろ過設備を使ってTHFで3〜5回程度、洗浄−ろ過を繰り返した後、真空乾燥して粒子を得た。
この粒子径をSEMにて観察、測定したところ、比較例1と同様に粒子径1〜3μm程度の粒子がくっつきや凝集を起こしているのが確認され、単分散化した粒子は得られなかった。
アクリル酸をアクリル酸n−ブチルに変更した以外は、実施例8と同様にしてDVB・アクリル酸n−ブチル共重合粒子溶液を得た。
次に、この粒子溶液を公知の吸引ろ過設備を使ってTHFで3〜5回程度、洗浄−ろ過を繰り返した後、真空乾燥して粒子を得た。
この粒子径をSEMにて観察、測定したところ、粒子同士がくっつきや凝集を起こしているのが散見された。平均粒子径が5.4μmの球状の粒子であった。また、Cv値は26.3%であった。
上記各実施例および比較例のまとめを表1に示す。
○:球状単分散化した粒子である。
△:一部単分散化した粒子である。
×:くっつきや凝集を起こした粒子が多く単分散化していない。
実施例の各粒子をゼータ電位測定装置[Zetasizer Nano Z](Malvern Instrumennts Ltd製)を使用して下記条件にて測定を行い、評価した。結果を表2に示す。
〈測定条件〉
測定温度:25℃
分散媒体:水
測定電圧:150V
pH:7
実施例1〜8の各粒子を微小圧縮試験機 MCT−W201(島津製作所製)を使用し、粒子弾力特性(K10値、50%圧縮変形回復率)を評価した(測定温度20℃)。結果を表3に示す。
実施例1〜8で得られた粒子を、公知の超音波分散設備を使用して水分散させた後、1質量%粒子分散水溶液を調製した。この溶液を、粒度分布計(日機装製 マイクロトラック9320HRA)で測定したところ、上記とほぼ同様の平均粒子径となり、その分布もシャープな一山の単分散した粒子分布となることが確認された。
Claims (12)
- 2個以上の不飽和二重結合を有する単量体35〜97質量%と、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコール(メタ)アクリル系単量体、(メタ)アクリル酸、およびアルコキシ(ポリ)エチレングリコール(メタ)アクリル系単量体から選ばれる親水性官能基または活性水素基を有する少なくとも1種の不飽和単量体3〜65質量%と、を含む原料モノマーを、この原料モノマーは溶解するが生成するポリマーは溶解しない媒体中で重合開始剤を用いて溶液重合する、平均粒子径0.1〜50μmの架橋球状ポリマー微粒子の製造方法であって、
さらに、前記媒体とは異なる、重合条件下では前記原料モノマーと反応しない、炭素原子5個以上、かつ、融点80℃以下の有機化合物の存在下で前記溶液重合を行うことを特徴とする架橋球状ポリマー微粒子の製造方法。 - 前記親水性官能基または活性水素基を有する不飽和単量体が、水溶性であることを特徴とする請求項1記載の架橋球状ポリマー微粒子の製造方法。
- 前記有機化合物が、前記媒体に対して1〜50質量%存在することを特徴とする請求項1または2記載の架橋球状ポリマー微粒子の製造方法。
- 前記有機化合物が、炭化水素化合物およびシロキサン化合物から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の架橋球状ポリマー微粒子の製造方法。
- 前記炭化水素化合物が、脂鎖式炭化水素類、脂環式炭化水素類、芳香族炭化水素類およびオイル類から選ばれる少なくとも1種であり、前記シロキサン化合物が、有機ポリシロキサンであることを特徴とする請求項4記載の架橋球状ポリマー微粒子の製造方法。
- 前記2個以上の不飽和二重結合を有する単量体が、ジビニルベンゼンおよびジ(メタ)アクリル酸エステル系モノマーから選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の架橋球状ポリマー微粒子の製造方法。
- 前記原料モノマーが、3種類以上の単量体を含んで構成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の架橋球状ポリマー微粒子の製造方法。
- 前記溶液重合が、分散重合または沈殿重合であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の架橋球状ポリマー微粒子の製造方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法により得られ、
ゼータ電位A(mV)の絶対値│A│が、25以上であることを特徴とする架橋球状ポリマー微粒子。 - 前記ゼータ電位A(mV)が、マイナスであることを特徴とする請求項9記載の架橋球状ポリマー微粒子。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法により得られ、
粒子直径の変位がX%における粒子1個の圧縮弾性変形特性KXを下記式で定義した場合に、粒子直径の変位が10%のときの圧縮弾性変形特性K10が、20℃で100〜50000N/mm2を満たすことを特徴とする架橋球状ポリマー微粒子。
KX=(3/√2)・(SX -3/2)・(R-1/2)・FX
〔式中、FXは微粒子のX%変位に必要な荷重(N)、SXは微粒子のX%変位における圧縮変形量(mm)、およびRは微粒子半径(mm)を表す。〕 - 請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法により得られ、
粒子直径の変位が50%のときの粒子直径の回復率が、20℃で測定した場合に20%以上を示すことを特徴とする架橋球状ポリマー微粒子。
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