JP5280637B2 - エポキシ樹脂粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
この方法によれば、安定剤等の不純物を含まず、癒着の少ない均一な粒子径を有する球状に近いエポキシ樹脂微粒子を経済的に製造することができるとされているが、この方法では、十分に均一な形状、狭い粒度分布の樹脂粒子を得ることができない問題があった。また10万を超える高分子量の樹脂や、架橋構造を有する樹脂を扱うことが困難である問題があった。
さらに、重量平均分子量が1,000〜1,000,000であり、側鎖にジメチルシロキサン基及びフッ素を含有する官能基の少なくとも一方の基を有する櫛型高分子である化合物が、疎水性分散安定剤(D)としてより好ましい。
より具体的には、後述のジメチルシロキサン基を有するモノマー(あるいは反応性オリゴマー)(M1−1)、フッ素を含有するモノマー(M1−2)の少なくとも一方と、ビニル系のモノマーあるいはオリゴマー(M2−1)あるいは後述の高分子ポリオール(a1)、低分子ジオール(a2)との共重合体が好ましい。共重合の形態はランダム、ブロック、グラフトのいずれでもよいが、ブロックあるいはグラフトが好ましい。
(CH3 )3 SiO((CH3 )2 SiO)a Si(CH3 )2 R
(但しaは、平均値で15〜45であり、Rはメタクリル基を含む有機変性基である。) Rの例としては、−C3 H6 OCOC(CH3 )=CH2 が挙げられる。
分散安定剤(D)の添加量は、分散安定性の観点から、エポキシ基を2個以上有する化合物(A)の重量に対し0.01〜50重量%が好ましく、さらに好ましくは0.02〜40重量%、特に好ましくは0.03〜30重量%である。
疎水性微粒子(F)は、金属酸化物、金属水酸化物、金属炭酸塩、金属硫酸塩、金属珪酸塩、金属窒化物、金属リン酸塩、金属ホウ酸塩、金属チタン酸塩、金属硫化物、炭素類からなる群から選ばれる少なくとも1種の無機微粒子(F1)、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種の有機樹脂微粒子(F21)、長鎖脂肪酸の金属塩微粒子(F23)、又は(F1)、(F21)及び(F23)からなる群から選ばれる少なくとも2種以上の混合物を使用することが好ましい。
(F)の添加量は、分散安定性の観点から、エポキシ基を2個以上有する化合物(A)の重量に対し0.01〜50重量%が好ましく、さらに好ましくは0.02〜40重量%、特に好ましくは0.03〜30重量%である。
エポキシ基を2個以上有する化合物(A)としては、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)があげられる。
多価フェノールのエポキシエーテル体としては、ビスフェノールFジエポキシエーテル、ビスフェノールAジエポキシエーテル、ビスフェノールBジエポキシエーテル、ビスフェノールADジエポキシエーテル、ビスフェノールSジエポキシエーテル、ハロゲン化ビスフェノールAジエポキシ、テトラクロロビスフェノールAジエポキシエーテル、カテキンジエポキシエーテル、レゾルシノールジエポキシエーテル、ハイドロキノンジエポキシエーテル、ピロガロールトリエポキシエーテル、1,5−ジヒドロキシナフタリンジエポキシエーテル、ジヒドロキシビフェニルジエポキシエーテル、オクタクロロ−4,4’−ジヒドロキシビフェニルジエポキシエーテル、フェノールまたはクレゾールノボラック樹脂のエポキシエーテル体、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エポキシエーテル体、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エポキシエーテル体、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エポキシエーテル体が挙げられる。
多価アルコールのポリエポキシエーテル体としては、例えばエチレングリコールジエポキシエーテル、プロピレングリコールジエポキシエーテル、テトラメチレングリコールジエポキシエーテル、ポリエチレングリコールジエポキシエーテル、ポリプロピレングリコールジエポキシエーテル、トリメチロールプロパントリエポキシエーテル、ペンタエリスリトールテトラエポキシエーテル、およびソルビトールポリエポキシエーテルが挙げられる。
ポリカルボン酸のポリエポキシエステル体としては、例えばジエポキシアジペート、エポキシ(メタ)アクリレートの(共)重合体が挙げられる。
エポキシ脂肪族アミンとしては、例えばN,N,N’,N’−テトラエポキシヘキサメチレンジアミンが挙げられる。
高温で分散する場合、化合物(B)の反応速度が速い場合等は、ケチミン化合物(B’)を使用することが好ましい。
ケチミン化合物(B’)は、化合物(B)とケトン化合物との反応化合物である。
ここで、溶解度パラメータは、Polymer Engineering and Science,Feburuary,1974,Vol.14,No.2 P.147〜154に記載の計算方法による。樹脂前駆体溶液(C)において、溶剤(K)の含有量は、0〜70重量%が好ましく、10〜60重量%がより好ましい。
本発明の製造方法において、液状又は超臨界状態の二酸化炭素(E)中で行う操作の温度及び圧力は、樹脂粒子(J)が(E)中に溶解せず、且つ(J)が凝集・合一可能な範囲内で設定することが好ましい。通常、低温・低圧ほど目的分散物が(E)中に溶解しない傾向となり、高温・高圧ほど(J)が凝集・合一し易い傾向となる。
分散媒としての物性値(粘度、拡散係数、誘電率、溶解度、界面張力等)を調整するために(E)中に他の物質を適宜含んでよく、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、空気等の不活性気体等が挙げられる。
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るものではない。以下の記載において「部」は重量部、「%」は重量%を示す。
なお、実施例2は参考例である。
ケチミン化合物(B)の製造
ヘキサメチレンジアミンと過剰のメチルエチルケトン(ジアミンに対して4倍モル量)を80℃で24時間還流させながら生成水を系外に除去した。その後減圧にて未反応のメチルエチルケトンを除去してケチミン化合物(ヘキサメチレンジアミン1モルにメチルエチルケトン2モルが脱水付加したジケチミン)(B−2)を得た。(B−2)の全アミン価は414、価数は2である。
疎水性分散安定剤(D−1)溶液の製造
攪拌機を備えた反応容器内にTHF700部を仕込み、反応容器内の空気を窒素置換した後、加熱して還流温度とした。次に、メタクリル酸メチル150部、メタクリル変性シリコーン(官能基等量:12,000g/mol、数平均分子量12,000、信越化学工業製:X22−2426、下記一般式(1)で示される構造を有する。)150部、アゾビスイソブチロニトリル1.5部の混合物を反応基内に2時間で適下後、還流温度で6時間熟成し、疎水性分散安定剤(D―1)溶液を得た。(D−1)の重量平均分子量は43,000であった。
疎水性分散安定剤(D−2)溶液の製造
攪拌機を備えた反応容器内にTHF700部を仕込み、反応容器内の空気を窒素置換した後、加熱して還流温度とした。次に、メタクリル酸メチル150部、2−パーフルオロオクチルエチルアクリレート150部、アゾビスイソブチロニトリル1.5部の混合物を反応基内に2時間で適下後、還流温度で6時間熟成し、疎水性分散安定剤(D―2)溶液を得た。(D−2)の重量平均分子量は、18,000であった。
微粒子(F−1)分散液の製造
ガラス容器内にノルマルヘキサン700部、および疎水性シリカ(平均一次粒径40nm、日本アエロジル製、RX50)300部を添加し、3分間超音波を照射し、微粒子(F−1)分散液を得た。
図1の実験装置において、まずバルブV1、V2を閉じ、ボンベB2、ポンプP4より粒子回収槽T4に二酸化炭素(純度99.99%)を導入し、10MPa、40℃に調整した。また溶液タンクT1にビスフェノールAジグリシジルエーテル(A−1)の40%THF溶液、溶液タンクT6にヘキサメチレンジアミン(B−1)の40%THF溶液、溶液タンクT2に製造例2で得た疎水性分散安定剤(D−1)溶液を仕込んだ。
次にボンベB1、ポンプP3より二酸化炭素を分散槽T3に導入し、15MPa、40℃に調整した。次に分散槽T3の内部を3000rpmで攪拌しながら、タンクT1、ポンプP1より(A−1)溶液を、またタンクT6、ポンプP6より(B−1)溶液を、またタンクT2、ポンプP2より(D−1)溶液を分散槽T3内に導入した。この際、(A−1)溶液と(B−1)溶液はスタティックミキサーM1で混合される。
ビスフェノールAジグリシジルエーテル(A−1)の40%THF溶液 310部
ヘキサメチレンジアミン(B−1)の40%THF溶液 90部
疎水性分散安定剤(D−1)溶液 40部
二酸化炭素 437部
なお導入した二酸化炭素の質量は、二酸化炭素の温度(40℃)、及び圧力(15MPa)
から二酸化炭素の密度を下記文献2に記載の状態式より算出し、これに分散槽T3の体積を乗じることにより算出した。
文献2:Journal of Physical and Chemical Refarence data、vol.25、P.1509〜1596
実施例1において、疎水性分散安定剤(D−1)溶液の代わりに製造例4で得た微粒子(F−1)分散液を用いた以外は実施例1と同様にして樹脂粒子(J−2)を得た。なお分散槽T3への仕込み組成の質量比は次の通りである。
ビスフェノールAジグリシジルエーテル(A−1)の40%THF溶液 310部
ヘキサメチレンジアミン(B−1)の40%THF溶液 90部
微粒子(F−1)分散液 53部
二酸化炭素 427部
実施例1において疎水性分散安定剤(D−1)溶液を用いる代わりに、製造例3で得られた疎水性分散安定剤(D−2)溶液を用いる以外は実施例1と同様にして樹脂粒子(J−3)を得た。
なお分散槽T3への仕込み組成の質量比は次の通りである。
ビスフェノールAジグリシジルエーテル(A−1)の40%THF溶液 310部
ヘキサメチレンジアミン(B−1)の40%THF溶液 90部
疎水性分散安定剤(D−2)溶液 40部
二酸化炭素 411部
実施例1においてビスフェノールAジグリシジルエーテル(A−1)を用いる代わりに、テトラグリシジルアミノジフェニルメタン(A−2)溶液を用いる以外は実施例1と同様にして樹脂粒子(J−4)を得た。
なお分散槽T3への仕込み組成の質量比は次の通りである。
テトラグリシジルアミノジフェニルメタン(A−2)40%THF溶液 278部
ヘキサメチレンジアミン(B−1)の40%THF溶液 123部
疎水性分散安定剤(D−2)溶液 40部
二酸化炭素 436部
実施例1においてヘキサメチレンジアミンを用いる代わりに、製造例1で得られたケチミン化合物(B−2)溶液を用いること、また分散槽T3の温度・圧力が40℃、15MPaであるのを80℃、25MPaとすること、また疎水性分散安定剤(D−1)溶液中に7重量%の水を添加すること以外は実施例1と同様にして樹脂粒子(J−5)を得た。
なお分散槽T3への仕込み組成の質量比は次の通りである。
ビスフェノールAジグリシジルエーテル(A−1)の40%THF溶液 257部
ケチミン化合物(B−2)溶液 143部
疎水性分散安定剤(D−2)溶液 40部
二酸化炭素 384部
攪拌機を備えた反応容器にビスフェノールAジグリシジルエーテル(A−1)の40%THF溶液281部とヘキサメチレンジアミン(B−1)の40%THF溶液82部を60℃で6時間混合した後、60℃、7Torrの条件でTHFを留去することにより、エポキシ樹脂を得た。これをヘンシェルミキサー(FM10B、三井三池化工機製)を用いて予備粉砕した後、超音速ジェット粉砕機ラボジェット(日本ニューマチック工業製)を用いて微粉砕し、樹脂粒子(J−6‘)を得た。
攪拌機を備えた反応容器にビスフェノールAジグリシジルエーテル(A−1)の40%THF溶液281部、スチレン化クミルフェノールポリエチレンオキサイド付加物2.9部、ヘキサメチレンジアミン(B−1)の40%THF溶液82部を加え、攪拌混合した後、攪拌下で水550部を添加し、乳白色の懸濁液を得た。これを攪拌下で70℃まで加熱し5時間攪拌した。得られた懸濁液を2000rpm、5分間遠心分離して上澄み液を捨て、さらに水を550部加えて攪拌、均一化し、この操作を2回繰り返した。さらに遠心分離して上澄みを捨て、得られた沈降物を40℃の乾燥機にて乾燥し、樹脂粒子(J−7‘)を得た。
・粒度分布
樹脂粒子をポリスチレンスルホン酸ナトリウム水溶液(濃度0.1%)に分散して、体積平均粒径(Dv50)及び個数平均粒径(Dn50)をコールターカウンター(Multisizer3、ベックマンコールター社製)で測定した。粒度分布はDv50/Dn50の値で評価を行った。Dv50/Dn50の値が1に近いほど、粒度の単分散性が高い。
樹脂粒子1000部に対し、シリカ微粉末(サイロブロックS200、グレースデヴィソン化学製)3部をプラネタリーミキサーで10分間混合したものを、パウダーテスター(ホソカワミクロン(株)製PT−R型)で測定した。測定は、温度23±0.5℃、湿度50±2%に調節した温調室にて実施した。安息角の値が小さいほど、粉体流動性が良い。
形状については走査電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。
揮発分は、サンプル3gを150℃の循風乾燥機に45分間入れた際の重量減少分とした。
・粒度分布
実施例1〜5、比較例2については、粒度分布Dv50/Dn50の値が比較的小さく粒度分布は比較的シャープであったが、比較例1は、Dv50/Dn50の値が比較的大きく粒度分布はブロードとなった。
・形状
実施例1〜5、比較例2は球状であった。比較例1は不定形となった。
・揮発分
比較例2は、他に比べ非常に高い値となった。
・安息角
実施例1〜5は低い値を示し粉体流動性が良好であったが、比較例1及び2は比較的高い値を示し、粉体流動性が不良であった。
T2:溶液タンク
T3:分散槽(最高使用圧力20MPa、最高使用温度100℃、攪拌機つき)
T4:粒子回収槽(最高使用圧力20MPa、最高使用温度100℃)
T5:溶剤トラップ
T6:溶液タンク
F1:セラミックフィルター(メッシュ:0.5μm)
B1、B2:二酸化炭素ボンベ
P1、P2、P6:溶液ポンプ
P3、P4:二酸化炭素ポンプ
V1:バルブ
V2:圧力調整バルブ
M1:スタティックミキサー
Claims (5)
- 疎水性分散安定剤(D)の存在下に、液状又は超臨界状態の二酸化炭素(E)中に、エポキシ基を2個以上有する化合物(A)及びN−H結合を2個以上有する化合物(B)必要により溶剤(K)を含有する樹脂前駆体溶液(C)を混合分散させて、(A)と(B)の反応を行うことによりエポキシ樹脂粒子(J)を得る製造方法であって、疎水性分散安定剤(D)が、ジメチルシロキサン基を有するモノマーあるいは反応性オリゴマー、およびフッ素を含有するモノマーの少なくとも一方と、ビニル系のモノマーあるいはオリゴマーとの共重合体であるビニル系樹脂であるエポキシ樹脂粒子の製造方法。
- さらに、液状又は超臨界状態の二酸化炭素(E)中にエポキシ樹脂粒子(J)が分散した分散体(L)の圧力を減圧にすることによりエポキシ樹脂粒子(J)を得る請求項1に記載の製造方法。
- 疎水性分散安定剤(D)の重量平均分子量が1,000〜1,000,000である請求項1又は2に記載の製造方法。
- 化合物(A)がエポキシ基を3個以上有する場合、及び化合物(B)がN−H結合を3個以上有する場合の少なくとも1方の場合であって、エポキシ樹脂粒子(J)が架橋構造を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 液状又は超臨界状態の二酸化炭素(E)中にエポキシ樹脂粒子(J)が分散した分散体(L)に、液状又は超臨界状態の二酸化炭素(E)を混合して、エポキシ樹脂粒子(J)から溶剤を二酸化炭素の相に抽出し、さらに溶剤を含む二酸化炭素を溶剤不含の二酸化炭素に置換する請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
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