JP5500845B2 - スチレン系重合体粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、目的とする粒度の粒子を高収率で得る重合方法として、懸濁重合によって得られたスチレン系重合体種粒子(以下、単に種粒子ともいう)を予め篩い分けによって所望する粒子径の粒子のみを取り出し、これを水性媒体中に懸濁させ、スチレン系単量体を連続的もしくは断続的に添加し、重合開始剤存在下で重合させる、通称シード重合法が提案されている。この方法によれば、懸濁せしめた種粒子の均一度に応じ、所望する狭い粒度分布を有するスチレン系重合体粒子を製造できる。
予備発泡・成形時の不具合としては、発生した微粉末が正常な粒子に混入し、発泡性スチレン系重合体粒子を輸送する際に管内壁に付着し輸送管を詰まらせるという問題を生じたり、粒子に発泡剤を含浸させて得られる発泡性粒子の場合、発泡成形金型の蒸気孔を詰まらせたりする原因となる。更に、型内成形して得られる発泡成形品の外観を損ねる等の弊害をもたらす事が挙げられる。
従って、品質を損ねることなく重合時間を短縮し製造効率を上げうるスチレン系重合体粒子の製造方法を提供することが望まれていた。
かくして本発明によれば、スチレン系重合体種粒子が懸濁された水性媒体中に、前記種粒子100重量部に対し1重量部以上、3重量部未満に相当するスチレン系単量体を第1区分として予め添加・混合し、次に重合開始剤の使用量の全量と前記スチレン系単量体の第2区分を、前記種粒子と前記第1区分及び第2区分のスチレン系単量体との総量に対し前記第1区分及び第2区分のスチレン系単量体の合計量が10重量%以上、25重量%未満の範囲になる量で添加・混合して重合を開始し、重合転化率が85〜95%の時点で、前記スチレン系単量体の使用量の残部を第3区分として、連続的に又は断続的に添加しつつ重合させることを特徴とするスチレン系重合体粒子の製造方法が提供される。
また、本発明により得られる発泡性スチレン系重合体粒子は、発泡成形性に優れ、品質及び外観の良好な発泡成形体を提供できる。
ここで、上記「添加・混合」の用語中の混合とは、吸収の意味も含み得る。従って、「混合」の用語の代わりに「吸収」の用語が本明細書中で用いられる場合もある。
本発明の製造方法は、種粒子を使用するいわゆるシード重合法により行われる。本発明において用いる種粒子としては、スチレンの単独重合体、50重量%以上、好ましくは80重量%以上のスチレン成分と他の共重合可能な単量体との共重合体等が用いられる。上記共重合可能な単量体としては、α−メチルスチレン、アクリロニトリル、アクリル又はメタクリル酸と1〜8個の炭素数を有するアルコールとのエステル、無水マレイン酸、N−ビニルカルバゾール等が挙げられる。
難水溶性リン酸塩としては、リン酸三カルシウム、ヒドロキシアパタイト、リン酸マグネシウム等がある。この内、リン酸三カルシウムが好ましい。また、難水溶性リン酸塩は、粉末又は水性スラリーの状態で使用できる。難水溶性リン酸塩の使用量は、種粒子形成用のスチレン系単量体に対して、固形分換算で0.03重量%以上であることが好ましい。0.03重量%より少ない場合、スチレン系単量体からなる液滴の分散状態を維持できないことがある。また、使用量が1重量%より多い場合でも懸濁重合は可能であるが、使用量を増やしたことによる効果がなく、加えて経済的ではないため、使用量の上限は1重量%であることが好ましい。
水溶性過硫酸塩としては、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等が挙げられる。これら塩の中で、過硫酸カリウムが特に好ましい。
重合反応は重合開始剤を含有した懸濁液の添加を始めた時点で粒子への吸収と重合を開始する。このため、重合開始剤を含有した懸濁液の添加終了時点の種粒子とスチレン系単量体との総量に対する加えたスチレン系単量体(第1区分と第2区分の合計)の割合が、反応時間、微粉末状重合体の生成、発泡性粒子の発泡成形性に大きく影響する。
ここで、重合開始剤を含有した懸濁液の添加終了時点の第1区分及び第2区分のスチレン系単量体の合計量が、種粒子と第1区分及び第2区分のスチレン系単量体との総量の25重量%を超えると、次の段階で連続的に加えるスチレン系単量体が種粒子に効率良く吸収されず、吸収されなかったスチレン系単量体が微粉末状重合体となる。
また、重合開始剤と第2区分のスチレン系単量体との添加を開始する温度、吸収時間並びに第3区分のスチレン系単量体の添加速度も調整することが望ましい。
以上のようにして、スチレン系単量体の一部を予め種粒子に吸収させて種粒子を軟化させ、次いで重合に要する重合開始剤の実質的全量を種粒子に吸収させてから反応を開始させ、続いて残余のスチレン系単量体を連続的に水性媒体中に添加し、水性媒体を重合開始剤が分解する温度以上に加熱してスチレン系単量体を重合する。
<重合転化率の測定方法>
重合中のスチレン系重合体粒子の重合転化率は、下記の要領で測定された値をいう。
即ち、重合中のスチレン系重合体粒子を反応液中から取り出し、スチレン系重合体粒子の表面に付着した水分をガーゼによりふき取ることで除去する。
水分が除去されたスチレン系重合体粒子を0.08g精秤し、トルエン25ml中に溶解させてトルエン溶液を作製する。次に、このトルエン溶液中に、ウイス試薬10ml、5重量%のヨウ化カリウム水溶液30ml及び1重量%のでんぷん水溶液30mlを供給して試料とし、この試料をN/40チオ硫酸ナトリウム水溶液で滴定することにより、試料の滴定数(ml)を求める。なお、ウイス試薬は、氷酢酸2リットルにヨウ素を8.7g及び三塩化ヨウ素を7.9g溶解したものである。
一方、スチレン系重合体粒子を溶解させることなく、上記と同様に滴定を行うことで、ブランクの滴定数(ml)を求める。
重合転化率は下記式によって算出する。
重合転化率(重量%)
=100−0.1322×[ブランクの滴定数(ml)−試料の滴定数(ml)]÷試料の重量[g]
得られた箱形の発泡成形品を衝撃によって破断させ、その破断面に発泡粒子を100〜150個を含む任意の範囲について、全粒子数(A)と粒子内で破断している粒子数(B)を計数し、以下の式により融着率(%)を算出する。
融着率=(B)×100/(A)
融着率の評価は70%以上を良好、70%未満を不良とする。
発泡成形体の外観を目視にて評価する。具体的には、発泡成形体表面の発泡粒子が接合した境界部分が平滑である場合を良好、境界部分に凹凸があり平滑性が劣る場合を不良とする。
上記融着率の評価とのびの評価において、70%以上かつ良好である場合を○とし、それ以外を×とする。
(種粒子の作製)
内容積100リットルの攪拌機付オートクレーブ(以下、反応器ともいう)にリン酸三カルシウム(大平化学社製)120gと、亜硫酸水素ナトリウム0.2g及び過硫酸カリウム0.2gとを加え、更に、過酸化ベンゾイル(純度76%)140g、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート30g、イオン交換水40kg及びスチレン40kgを投入した後、撹拌下で溶解及び分散させて懸濁液を形成した。
次に、200rpmの撹拌下でスチレンを90℃、6時間、更に120℃で2時間重合反応させた。反応終了後、25℃まで冷却し、オートクレーブから内容物を取り出し、脱水・乾燥・分級して粒子径が0.5〜0.7mmで重量平均分子量が30万のスチレン系重合体種粒子を得た。
次いで、内容積100リットルの攪拌機付オートクレーブに上記のスチレン系重合体種粒子8.9kg、蒸留水32kg、ピロリン酸マグネシウム120g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム10gを入れ、撹拌し懸濁させた。
次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム20g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及び種粒子に対して、2.7重量部に相当するスチレン(第1区分)240gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を77℃に保持した反応器に添加し、15分間種粒子にスチレンを吸収させた。
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド(10時間の半減期を得るための分解温度は73.6℃)190g及び残スチレン処理剤としてt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート(10時間の半減期を得るための分解温度は99.0℃)10gをスチレン(第2区分)1860gに溶解した。得られた溶液を、蒸留水2000gと共にホモミキサーで攪拌して調製した懸濁液を77℃に保持した反応器に加えた。
なお、ここでは重合開始剤を含む懸濁液を反応器に加え始めた時点を重合開始時とし、この重合開始時から残り全てのスチレンの添加が終了するまでの時間を重合時間とした。
この発泡性粒子5kgを松坂貿易社製レーディゲミキサーM20型(内容量20リットル)に投入した。次いで、ステアリン酸亜鉛7.5g、12−ヒドロキシステアリン酸トリグリセライド2.5g、ステアリン酸モノグリセライド4gを順次投入し、230rpmで3分間攪拌した。次いで、重量平均分子量300であるポリエチレングリコール1.5g、100csであるジメチルポリシロキサン1.0gを投入し230rpmで5分間攪拌し、発泡体粒子表面を被覆した。
この被覆された発泡性スチレン系重合体粒子を内容量約40リットルの小型バッチ式予備発泡機を用いて、常圧下でゲージ圧力0.05MPaの水蒸気で加熱し嵩倍数60倍に予備発泡した。
得られた予備発泡粒子を20℃で24時間放置し、乾燥、熟成させた。この後、面圧計が取付けられ、外寸300×400×100mmで25mmの外周壁を有する箱形の成形品(内寸250×350×75mm)が得られる金型を成形機に取付け、金型の予備発泡粒子を入れた上で、スチームによる熱成形を行った。成形は積水工機製作所製ACE−3SPを用い、QS成形モードで成形スチーム圧0.07MPa(ゲージ圧力)、金型加熱3秒、一方加熱8秒、逆一方加熱1秒、両面加熱10秒、水冷5秒、保熱8秒、設定取出面圧0.03MPaの条件とした。
各種測定結果を表1に示す。
内容積100リットルの攪拌機付オートクレーブに、実施例1と同様にして得た種粒子11kg、蒸留水32kg、ピロリン酸マグネシウム120g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム10gを入れ、撹拌し懸濁させた。
次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム20g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及び種粒子に対して2.0重量部に相当するスチレン(第1区分)220gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を75℃に保持した反応器に添加し、15分間種粒子にスチレンを吸収させた。
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド160g及び残スチレン処理剤としてt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート10gをスチレン(第2区分)1860gに溶解した。得られた溶液を、蒸留水2000gと共にホモミキサーで攪拌して調製した懸濁液を75℃に保持した反応器に加えた。
引き続き120℃まで昇温して30分保持した。これ以降は実施例1と同じ操作を行い、同じ評価を行った。
各種測定結果を表1に示す。
内容積100リットルの攪拌機付オートクレーブに、実施例1と同様にして得た種粒子11kg、蒸留水31kg、ピロリン酸マグネシウム120g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム10gを入れ、撹拌し懸濁させた。
次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム20g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及び種粒子に対して、1.5重量部に相当するスチレン(第1区分)165gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を75℃に保持した反応器に添加し、15分間種粒子にスチレンを吸収させた。
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド160g及び残スチレン処理剤としてt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート10gをスチレン(第2区分)3120gに溶解した。得られた容器を、蒸留水3000gと共にホモミキサーで攪拌して調製した懸濁液を75℃に保持した反応器に加えた。
引き続き120℃まで昇温して30分保持した。これ以降は実施例1と同じ操作を行い、同じ評価を行った。
各種測定結果を表1に示す。
内容積100リットルの攪拌機付オートクレーブに、実施例1と同様にして得た種粒子11kg、蒸留水32kg、ピロリン酸マグネシウム120g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム10gを入れ、撹拌し懸濁させた。
次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム20g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及び種粒子に対して、2.0重量部に相当するスチレン(第1区分)220gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を75℃に保持した反応器に添加し、15分間種粒子にスチレンを吸収させた。
重合開始剤を含む懸濁液を反応器に加え始めた時点から25分間、反応器内温度を75℃に保持し、種粒子にスチレンと重合開始剤を吸収させて重合を開始した。重合転化率が93%になった時点でスチレン(第3区分)31.86kgを反応器内に11.9kg/hrの速度で連続的に2時間40分で添加した。スチレン添加終了時に108℃となるように反応器内温度を連続的に昇温した。
引き続き120℃まで昇温して30分保持した。これ以降は実施例1と同じ操作を行い、同じ評価を行った。
各種測定結果を表1に示す。
内容積100リットルの攪拌機付オートクレーブに、実施例1と同様にして得た種粒子11kg、蒸留水32kg、ピロリン酸マグネシウム120g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム10gを入れ、撹拌し懸濁させた。次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム20g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及び種粒子に対して、0.5重量部に相当するスチレン(第1区分)55gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を75℃に保持した反応器に添加し、15分間ポリスチレン粒子にスチレンを吸収させた。更に、スチレン2800gを連続的に反応器へ添加し、15分間吸収させた。
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド160g及び残スチレン処理剤としてt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート10gをスチレン(第2区分)1860gに溶解した。得られた溶液を、蒸留水2000gと共にホモミキサーで攪拌して調製した懸濁液を75℃に保持した反応器に加えた。
引き続き120℃まで昇温して30分保持した。これ以降は実施例1と同じ操作を行い、同じ評価を行った。
各種測定結果を表1に示す。
内容積100リットルの攪拌機付オートクレーブに、実施例1と同様にして得た種粒子11kg、蒸留水32kg、ピロリン酸マグネシウム120g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム10gを入れ、撹拌し懸濁させた。次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム20g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及び種粒子に対して0.5重量部に相当するスチレン(第1区分)55gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を75℃に保持した反応器に添加し、15分間種粒子にスチレンを吸収させた。
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド160g及び残スチレン処理剤としてt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート10gをスチレン(第2区分)1000gに溶解し、蒸留水2000gと共にホモミキサーで攪拌して調製した懸濁液を75℃に保持した反応器に加えた。
引き続き120℃まで昇温して30分保持した。これ以降は実施例1と同じ操作を行い、同じ評価を行った。
各種測定結果を表1に示す。
内容積100リットルの攪拌機付オートクレーブに、実施例1と同様にして得た種粒子11kg、蒸留水32kg、ピロリン酸マグネシウム120g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム10gを入れ、撹拌し懸濁させた。次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム20g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及び種粒子に対して10重量部に相当するスチレン(第1区分)1100gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を70℃に保持した反応器に添加し、15分間種粒子にスチレンを吸収させた。更に、スチレン(第1区分)1750gを連続的に反応器へ添加し、15分間吸収させた。
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド160g及び残スチレン処理剤としてt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート10gをスチレン(第2区分)1860gに溶解した。得られた溶液を、蒸留水2000gと共にホモミキサーで攪拌して調製した懸濁液を70℃に保持した反応器に加えた。
引き続き120℃まで昇温して30分保持した。これ以降は実施例1と同じ操作を行い、同じ評価を行った。
各種測定結果を表1に示す。
内容積100リットルの攪拌機付オートクレーブに、実施例1と同様にして得た種粒子11kg、蒸留水32kg、ピロリン酸マグネシウム120g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム10gを入れ、撹拌し懸濁させた。次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム20g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及び種粒子に対して10重量部に相当するスチレン(第1区分)1100gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を70℃に保持した反応器に添加し、15分間種粒子にスチレンを吸収させた。更に、スチレン(第2区分)1750gを連続的に反応器へ添加し、15分間吸収させた。
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド160g及び残スチレン処理剤としてt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート10gをスチレン(第2区分)1860gに溶解した。得られた溶液を、蒸留水2000gと共にホモミキサーで攪拌して調製した懸濁液を70℃に保持した反応器に加えた。
引き続き120℃まで昇温して30分保持した。これ以降は実施例1と同じ操作を行い、同じ評価を行った。
各種測定結果を表1に示す。
内容積100リットルの攪拌機付オートクレーブに、実施例1と同様にして得た種粒子11kg、蒸留水32kg、ピロリン酸マグネシウム120g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム10gを入れ、撹拌し懸濁させた。次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム20g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及び種粒子に対して0.5重量部に相当するスチレン(第1区分)55gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を75℃に保持した反応器に添加し、15分間種粒子にスチレンを吸収させた。更に、スチレン(第1区分)835gを連続的に反応器へ添加し、15分間吸収させた。
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド160g及び残スチレン処理剤としてt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート10gをスチレン(第2区分)1860gに溶解した。得られた溶液を、蒸留水2000gと共にホモミキサーで攪拌して調製した懸濁液を75℃に保持した反応器に加えた。
引き続き120℃まで昇温して30分保持した。これ以降は実施例1と同じ操作を行い、同じ評価を行った。
各種測定結果を表1に示す。
内容積100リットルの攪拌機付オートクレーブに、実施例1と同様にして得た種粒子11kg、蒸留水32kg、ピロリン酸マグネシウム120g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム10gを入れ、撹拌し懸濁させた。次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム20g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及び種粒子に対して5.0重量部に相当するスチレン(第1区分)550gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を75℃に保持した反応器に添加し、15分間種粒子にスチレンを吸収させた。更に、スチレン340gを連続的に反応器へ添加し、15分間吸収させた。
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド160g及び残スチレン処理剤としてt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート10gをスチレン(第2区分)1860gに溶解した。得られた溶液を、蒸留水2000gと共にホモミキサーで攪拌して調製した懸濁液を75℃に保持した反応器に加えた。
引き続き120℃まで昇温して30分保持した。これ以降は実施例1と同じ操作を行い、同じ評価を行った。
各種測定結果を表1に示す。
内容積100リットルの攪拌機付オートクレーブに、実施例1と同様にして得た種粒子11kg、蒸留水32kg、ピロリン酸マグネシウム120g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム10gを入れ、撹拌し懸濁させた。次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム20g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及び種粒子に対して2.0重量部に相当するスチレン(第1区分)220gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を75℃に保持した反応器に添加し、15分間種粒子にスチレンを吸収させた。
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド160g及び残スチレン処理剤としてt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート10gをスチレン(第2区分)835gに溶解した。得られた溶液を、蒸留水2000gと共にホモミキサーで攪拌して調製した懸濁液を75℃に保持した反応器に加えた。
引き続き120℃まで昇温して30分保持した。これ以降は実施例1と同じ操作を行い、同じ評価を行った。
各種測定結果を表1に示す。
内容積100リットルの攪拌機付オートクレーブに、実施例1と同様にして得た種粒子11kg、蒸留水32kg、ピロリン酸マグネシウム120g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム10gを入れ、撹拌し懸濁させた。次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム20g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及び種粒子に対して2.0重量部に相当するスチレン(第1区分)220gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を75℃に保持した反応器に添加し、15分間種粒子にスチレンを吸収させた。更に、スチレン(第1区分)2635gを連続的に反応器へ添加し、15分間吸収させた。
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド160g及び残スチレン処理剤としてt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート10gをスチレン(第2区分)1860gに溶解した。得られた溶液を、蒸留水2000gと共にホモミキサーで攪拌して調製した懸濁液を75℃に保持した反応器に加えた。
引き続き120℃まで昇温して30分保持した。これ以降は実施例1と同じ操作を行い、同じ評価を行った。
各種測定結果を表1に示す。
Claims (3)
- スチレン系重合体種粒子が懸濁された水性媒体中に、前記種粒子100重量部に対し1重量部以上、3重量部未満に相当するスチレン系単量体を第1区分として予め添加・混合し、次に重合開始剤の使用量の全量と前記スチレン系単量体の第2区分を、前記種粒子と前記第1区分及び第2区分のスチレン系単量体との総量に対し前記第1区分及び第2区分のスチレン系単量体の合計量が10重量%以上、25重量%未満の範囲になる量で添加・混合して重合を開始し、重合転化率が85〜95%の時点で、前記スチレン系単量体の使用量の残部を第3区分として、連続的に又は断続的に添加しつつ重合させることを特徴とするスチレン系重合体粒子の製造方法。
- 前記スチレン系重合体種粒子が、難水溶性リン酸三カルシウムと、水溶性亜硫酸塩及び/又は水溶性過硫酸塩の存在下、水性媒体中での懸濁重合によって得られたものである請求項1に記載のスチレン系重合体粒子の製造方法。
- 前記第1と第2区分のスチレン系単量体の重合が、前記重合開始剤の10時間の半減期を得るための分解温度に対して±10℃の範囲内で開始する請求項1又は2に記載のスチレン系重合体粒子の製造方法。
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